CN207834250U - 一种具有阵列离子光阑结构的多次反射质谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及质谱分析仪器，具体说是一种具有阵列离子光阑结构的多次反射质谱仪，其具体结构包括离子源、一组对称的反射器、离子上偏转透镜、离子下偏转透镜、阵列离子光阑以及检测器。本发明通过在多次反射质谱仪两组反射器前端增加了一种阵列式离子光阑设计，既能有效去除能量差异较大的杂散离子，还可以在离子通路上形成聚束电场，提高整个系统的离子传输效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及质谱分析仪器，具体说是一种具有阵列离子光阑结构的多次反射质谱仪，可有效去除能量差异较大的杂散离子，提高多次反射质谱系统的离子传输效率。
背景技术
飞行时间质谱(TOFMS)是根据相同能量不同质荷比离子飞行相同距离所需要的时间差异来进行质量数区分的，TOFMS因其具有质量范围宽，分析速度快，高通量等优势，广泛应用于生命科学、材料分析、环境监测等领域。分辨率是TOFMS最重要的指标之一，TOFMS的分辨率发展至今经过了空间聚焦技术、反射器技术、延时提取技术、垂直加速技术等，已由最初的几十、几百发展到几千、几万，特别是近十几年来发展的多次反射质谱技术，将TOFMS的分辨率提升至数十万，使得多次反射飞行时间质谱(MR-TOFMS)跨入超高分辨质谱行列。
MR-TOFMS相比常见的TOFMS的改变在于增加了一个或多个反射器，其可以通过离子操控手段使得离子在反射器之间往返飞行，从而通过增加离子的飞行路径提高分辨率。然而，为了获得高分辨，离子飞行距离的增加必然会导致离子束的发散和展宽，因此，如何提高长距离离子飞行的传输效率一直是MR-TOFMS技术的难点。另外，实际应用中，电离过程难免会产生能量分布差异较大且无法进行能量补偿的离子，这些杂散离子长时间“游离”在MR-TOFMS中，其不仅会影响最终质谱的本底噪声，还会由于离子间的空间电荷效应，对 MR-TOFMS分辨率产生影响，因此，如何避免杂散离子的影响，对 MR-TOFMS的信噪比和分辨率的提高也较为关键。基于此，本实用新型在MR-TOFMS中引入阵列式离子光阑结构，其可以有效减少杂散离子影响，并且大大提高离子传输效率，进一步提高了MR-TOFMS的整体性能。
实用新型内容
本使用新型的目的在于利用阵列式离子光阑进一步限制 MR-TOFMS中的杂散离子，提高MR-TOFMS的整体性能。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种具有阵列离子光阑结构的多次反射质谱仪，包括离子源、一组对称的反射器、离子上偏转透镜、离子下偏转透镜、中心聚焦透镜组、两个阵列离子光阑板以及检测器；其特征在于：
中心聚焦透镜组置于多次反射质谱仪的中心，离子上偏转透镜和离子下偏转透镜分别置于中心聚焦透镜组的上下两侧；中心聚焦透镜组由两组以上聚焦透镜组成，聚焦透镜由两片平行平板电极组成，离子上、下偏转透镜同样由两片平行平板电极组成，两片平板电极平行、相对放置，且离子上偏转透镜、离子下偏转透镜和每个聚焦透镜所包含的两个电极之间间距相同，离子上偏转透镜、离子下偏转透镜与聚焦透镜之间均为等间隔、平行、相对放置；
两个对称的反射器分别置于中心聚焦透镜组的左右两侧；离子源和检测器置于多次反射质谱仪的内部，离子源出射的离子在左右两个反射器之间往返反射，并依次穿过离子上偏转透镜、中心聚焦透镜组以及离子下偏转透镜，最终到达检测器；
于左右反射器之间设有第一、第二两个阵列离子光阑板，两个阵列离子光阑板分别置于靠近左右二个反射器的开口端处，且相互平行设置；两个阵列离子光阑板上分别设置有矩形或圆形的小孔，其开孔位置分布于离子飞行路径上。
反射器为无网式结构，可由同轴设置的若干个圆环或矩形环极片组成，极片为不锈钢或镀金属材料，各极片之间通过陶瓷或PEEK等材料绝缘。
离子上、下偏转透镜亦可分别由两片相同的沿轴向截面分隔后的 1/2圆筒状极片内壁面相对、间隔设置构成，可同时实现偏转和会聚的作用。
在离子上偏转透镜上施加一定开关电压，可实现离子正常飞行和向上偏转；在离子下偏转透镜上施加一定开关电压，可实现离子正常飞行和向下偏转；通过控制开关电压的时序可使离子实现更多次的往返反射。
离子源可以为激光点源、EI源，也可采用MALDI、ESI等离子源以垂直加速方式引入。
检测器为MCP检测器，由2片或3片微通道板组成。
本实用新型提出的一种具有阵列离子光阑结构的MR-TOFMS，在 MR-TOFMS中引入阵列式离子光阑结构，其可以有效减少杂散离子影响，并且大大提高离子传输效率，有助于进一步提升MR-TOFMS的分辨率和灵敏度，进一步提高MR-TOFMS的整体性能。
附图说明
图1为本实用新型具有阵列离子光阑结构的多次反射质谱仪结构示意图。
图2为SIMION仿真离子在不具备阵列离子光阑结构的多次反射质谱仪中的飞行轨迹。
图3为SIMION仿真离子在具备阵列离子光阑结构的多次反射质谱仪中的飞行轨迹。
具体实施方式
请参阅图1，为本实用新型的结构示意图包括离子源9、一组对称的反射器1、离子上偏转透镜6、离子下偏转透镜5、中心聚焦透镜组7、两个阵列离子光阑板(2、8)以及检测器3；其特征在于：
中心聚焦透镜组7置于多次反射质谱仪的中心，离子上偏转透镜 6和离子下偏转透镜5分别置于中心聚焦透镜组7的上下两侧；中心聚焦透镜组7由两组以上聚焦透镜11组成，聚焦透镜11由两片平行平板电极组成，离子上、下偏转透镜(6、5)同样由两片平行平板电极组成，两片平板电极平行、相对放置，且离子上偏转透镜6、离子下偏转透镜5和每个聚焦透镜7所包含的两个电极之间间距相同，离子上偏转透镜6、离子下偏转透镜5与聚焦透镜7之间均为等间隔、平行、相对放置；
两个对称的反射器1分别置于中心聚焦透镜组的左右两侧；离子源9和检测器3置于多次反射质谱仪的内部，离子源9出射的离子4 在左右两个反射器1之间往返反射，并依次穿过离子上偏转透镜6、中心聚焦透镜组7以及离子下偏转透镜5，最终到达检测器3；
于左右反射器1之间设有第一、第二两个阵列离子光阑板(2、8)，两个阵列离子光阑板分别置于靠近左右二个反射器1的开口端处，且相互平行设置；两个阵列离子光阑板上分别设置有矩形或圆形的小孔 10，其开孔位置分布于离子4飞行路径上。
反射器1为无网式结构，可由同轴设置的若干个圆环或矩形环极片组成，极片为不锈钢或镀金属材料，各极片之间通过陶瓷或PEEK 等材料绝缘。
离子上、下偏转透镜(6、5)亦可分别由两片相同的沿轴向截面分隔后的1/2圆筒状极片内壁面相对、间隔设置构成，可同时实现偏转和会聚的作用。
在离子上偏转透镜6上施加一定开关电压，可实现离子4正常飞行和向上偏转；在离子下偏转透镜5上施加一定开关电压，可实现离子4正常飞行和向下偏转；通过控制开关电压的时序可使离子实现更多次的往返反射。
离子源9可以为激光点源、EI源，也可采用MALDI、ESI等离子源以垂直加速方式引入。
检测器7为MCP检测器，由2片或3片微通道板组成。
实施例：如图1所示的一种具有阵列离子光阑结构的多次反射质谱仪。工作时，离子源9产生的离子以一定角度通过阵列离子光阑板 8上设置的矩形或圆形的小孔10，并进入右侧反射器1中，经过一次反射后穿过阵列离子光阑板8上设置有第二个矩形或圆形的小孔10、离子上偏转透镜6、阵列离子光阑板2上设置的矩形或圆形的小孔10，进入左侧反射器1中，经过左侧反射器1的反射后，同样的依次穿过各个小孔10以及中心聚焦透镜组7的各个聚焦透镜11，往返于两个反射器之间，最终达到检测器3。在离子上偏转透镜6上施加一定开关电压，可实现离子4正常飞行和向上偏转；在离子下偏转透镜5上施加一定开关电压，可实现离子4正常飞行和向下偏转；通过控制开关电压的时序可使离子实现更多次的往返反射。整个工作过程中，阵列离子光阑板8设置的矩形或圆形的小孔10可有效减少杂散离子影响，并且大大提高离子传输效率。
对阵列离子光阑结构加入前后的MR-TOFMS中的一定能量发散离子的运行状态进行SIMION仿真，结果如图2和3所示，其中图2 为SIMION仿真离子在不具备阵列离子光阑结构的多次反射质谱仪中的飞行轨迹。图3为SIMION仿真离子在具备阵列离子光阑结构的多次反射质谱仪中的飞行轨迹。由仿真结果可知，无光阑结构时，离子发散严重，产生较多的杂散离子，系统传输效率较低；而有光阑结构时，效果显著，杂散离子几乎消失，并且传输效率大大提高。
Claims (6)
1.一种具有阵列离子光阑结构的多次反射质谱仪，包括离子源(9)、一组对称的反射器(1)、离子上偏转透镜(6)、离子下偏转透镜(5)、中心聚焦透镜组(7)、两个阵列离子光阑板(2)(8)以及检测器(3)；其特征在于：
中心聚焦透镜组(7)置于多次反射质谱仪的中心，离子上偏转透镜(6)和离子下偏转透镜(5)分别置于中心聚焦透镜组(7)的上下两侧；中心聚焦透镜组(7)由两组以上聚焦透镜(11)组成，聚焦透镜(11)由两片平行平板电极组成，离子上、下偏转透镜(6)(5)同样由两片平行平板电极组成，两片平板电极平行、相对放置，且离子上偏转透镜(6)、离子下偏转透镜(5)和每个聚焦透镜(11)所包含的两个电极之间间距相同，离子上偏转透镜(6)、离子下偏转透镜(5)与聚焦透镜(11)之间均为等间隔、平行、相对放置；两个对称的反射器(1)分别置于中心聚焦透镜组的左右两侧；离子源(9)和检测器(3)置于多次反射质谱仪的内部，离子源(9)出射的离子(4)在左右两个反射器(1)之间往返反射，并依次穿过离子上偏转透镜(6)、中心聚焦透镜组(7)以及离子下偏转透镜(5)，最终到达检测器(3)；
于左右反射器(1)之间设有第一、第二两个阵列离子光阑板(2)(8)，两个阵列离子光阑板分别置于靠近左右二个反射器(1)的开口端处，且相互平行设置；两个阵列离子光阑板上分别设置有矩形或圆形的小孔(10)，其开孔位置分布于离子(4)飞行路径上。
2.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于：
反射器(1)为无网式结构，由同轴设置的若干个圆环或矩形环极片组成，极片为不锈钢或镀金属材料，各极片之间通过陶瓷或PEEK材料绝缘。
3.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于：
离子上、下偏转透镜(6)(5)分别由两片相同的沿轴向截面分隔后的1/2圆筒状极片内壁面相对、间隔设置构成，同时实现偏转和会聚的作用。
4.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于：
在离子上偏转透镜(6)上施加一定开关电压，实现离子(4)正常飞行和向上偏转；在离子下偏转透镜(5)上施加一定开关电压，实现离子(4)正常飞行和向下偏转；通过控制开关电压的时序可使离子实现更多次的往返反射。
5.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于：
离子源(9)可以为激光点源、EI源，也可采用MALDI、ESI离子源以垂直加速方式引入。
6.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于：
检测器(3)为MCP检测器，由2片或3片微通道板组成。
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Country Status (1)
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2017
- 2017-12-06 CN CN201721675218.2U patent/CN207834250U/zh active Active
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