CN208999355U - 一种串联质谱仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及分析化学领域，一种串联质谱仪，包括喷雾器、喷雾腔、玻璃毛细管、进样腔、气体分流器、分流腔、四极离子阱、前级真空腔、离子聚束器、后级真空腔、电荷探测器、离子门、激光器、控制器，所述喷雾腔、进样腔、分流腔、前级真空腔和后级真空腔均具有独立的抽气口，四极离子阱位于前级真空腔内并连接于分流腔，所述四极离子阱包括入口电极、出口电极和环电极，通过调节施加在入口电极、出口电极和环电极上的电压，能够分别进行离子从入口电极进入四极离子阱、离子囚禁于四极离子阱中和离子从所述出口电极离开四极离子阱的三种操作；喷雾器主要包括喷雾器外壳、电极I、电极II、毛细管I、毛细管II、喷射口和电极III。
Description
技术领域
本实用新型涉及分析化学领域，尤其是一种能够连续喷射样品溶液并生成连续的离子束流的一种串联质谱仪。
背景技术
串联质谱又称质谱-质谱联用技术，由亚稳离子质谱发展而来的，它使待测物质的离子化过程与裂解过程分开，但是，很难用串联质谱探测较大分子量如MDa量级的化合物，另外，对于大离子，串联质谱中碰撞诱导的碎裂几乎没有效率，首先，对于一定的离子动能，质心碰撞能量随着弹射离子的质量增加而减小，其次，随着离子内部自由度的增加，态密度显著减少，使得给定内能条件下的解离率下降了几个量级。其结果是，大多数复杂离子的串联质谱实验包含了多重碰撞或多光子激发。由于振动态在室温下具有准连续性，因此能够在短时间内对复杂离子进行较大能量的激发，例如红外多光子解离方法，其能够用于表征大离子，特别是生物相关的分子。现有技术缺陷一：红外多光子解离已经成功地用于研究蛋白质、 DNA等分子量为几十kDa的大分子，但是，还没有现有技术用红外多光子解离研究MDa分子量的分子或离子；现有技术缺陷二：某些大分子离子需要在真空环境中由两种物质通过化学反应来合成，现有技术中的采用的双电喷雾源采用两个单独的通道将电喷雾喷出的离子引入，结构复杂，改进的方法是采用施加脉冲电压的电喷雾，但是，两个喷射头切换喷射的过程之间有时间差，所述一种串联质谱仪能够解决问题。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型采用连续的双极双纳米电喷射离子化源，能够连续喷射样品溶液，不存在由于脉冲导致的喷射间断，并通过对离子阱施加储存波形的反傅里叶变换来隔离正离子和负离子，并采用红外多光子解离方法对待测分子进行激发，能够探测分子量为MDa量级的化合物。
本实用新型所米用的技术方案是：
所述一种串联质谱仪主要包括喷雾器、喷雾腔、玻璃毛细管、进样腔、气体分流器、分流腔、四极离子阱、前级真空腔、离子聚束器、后级真空腔、电荷探测器I、离子门、电荷探测器II、激光器、控制器II、控制器I、真空泵组、波形发生器和计算机，xy z为三维空间坐标系，所述喷雾器、喷雾腔、前级真空腔和后级真空腔沿z正方向依次连接，离子聚束器位于前级真空腔与后级真空腔之间，电荷探测器I、离子门和电荷探测器II依次位于后级真空腔内，控制器II和控制器I均位于后级真空腔外侧，电荷探测器I和离子门分别电缆连接于控制器I，电荷探测器II和激光器分别电缆连接于控制器II，激光器位于后级真空腔外端，后级真空腔末端具有透光窗口，激光器发射的红外光能够从所述透光窗口射入，并进入电荷探测器II；分流腔位于前级真空腔内且一端面与喷雾腔连接，进样腔位于分流腔内且一端面与喷雾腔连接，玻璃毛细管穿过所述端面并连通进样腔和喷雾腔，进样腔的另一端面具有气体分流器，所述喷雾腔、进样腔、分流腔、前级真空腔和后级真空腔均具有独立的抽气口，各所述抽气口均连接有真空泵组，四极离子阱位于前级真空腔内并穿过分流腔，使前级真空腔和分流腔通过四极离子阱连通，所述四极离子阱包括入口电极、出口电极和环电极，通过调节施加在所述入口电极、出口电极和环电极上的电压，能够分别进行离子从入口电极进入四极离子阱、离子囚禁于四极离子阱中和离子从出口电极离开四极离子阱的三种操作，所述入口电极连接有波形发生器，所述波形发生器连接计算机，通过波形发生器，计算机能够将生成的波形所对应的电压施加至入口电极，将正离子和负离子在四极离子阱中进行隔离；喷雾器主要包括喷雾器外壳、电极I、电极II、毛细管I、毛细管II、喷射口和电极III，所述电极I、电极II、毛细管I、毛细管II、喷射口和电极III均位于喷雾器外壳内，毛细管I 和毛细管II均具有后端和前段，前段均具有出口端，毛细管I和毛细管II的后端分别与电极 I和电极II连接，所述毛细管I和毛细管II均位于x z平面内，毛细管I和毛细管II关于喷雾器z方向的轴线对称，毛细管I和毛细管II之间具有夹角，所述夹角典型值为三至十度，毛细管I和毛细管II的出口端至喷射口之间均具有距离，所述距离典型值为二至五毫米，喷射口外侧连接有电极III，所述喷射口为两个直径范围为0.1至0.2毫米的通孔，两个通孔中心均位于x z平面内，两个通孔关于喷雾器z方向的轴线对称；毛细管I和毛细管II的总长度均为二十毫米，毛细管I和毛细管II的末端至前段的长度均为十五毫米、内径均为4.5毫米，毛细管I和毛细管II的前段的长度均为五毫米，所述前段的内径均由4.5毫米线性减少至0.5 毫米，出口端内径为0.5毫米。
喷雾器工作原理：喷雾器基于电喷雾原理，将包含待测样品分子的极性溶液引入毛细管中并施加一定的电压，毛细管尖端的液体由于电学排斥作用会发散成较小的液滴，随着小液滴的分散，由于静电引力的作用，同一种极性的离子倾向于运动到液滴表面，结果样品分子被载运并分散成带电荷的更微小液滴，小液滴进入真空腔后，大部分液体被真空泵组抽走，从而液滴体积继续不断减小。
离子阱工作原理：
离子阱作为一种质量分析器，包含多个电极，能够通过调节不同电极上的电压，来实现将离子囚禁于离子阱中或是排出离子阱的目的，另外，离子阱能够实现对指定离子的隔离操作，也就是在离子阱内仅仅保留指定离子，而将其他质荷比的离子通过共振方式，逐出离子阱。
电荷探测器工作原理：
电荷探测器具有串联的感应管和接地管，用于探测通过的粒子，粒子在进入和离开感应管时会产生电流，将得到的电流转变为电压并放大来完成电荷测量，粒子在感应管和接地管中生成的信号用于计算粒子的电荷以及粒子的速度。
利用所述一种串联质谱仪进行探测的步骤为：
一.开启真空泵组，使得喷雾腔、进样腔、分流腔、前级真空腔和后级真空腔的真空度分别达到200Pa、100Pa、10Pa、0.1Pa和10-4Pa；
二.分别对电极I和电极II周期性地连续施加正电压和负电压，正电压的典型值为1000V至5000V，负电压的典型值为-1000V至-5000V，施加正电压和负电压的周期均为0.5秒，电极III接地，毛细管I和毛细管II分别喷射出待测样品溶液的带正电液滴和带负电液滴，所述带正电液滴和带负电液滴均分别通过喷射口进入喷雾腔；
三.在真空泵组的作用下所述带正电液滴和带负电液滴在喷雾腔内形成离子包，所述离子包继续在真空泵组作用下形成离子束流，所述离子束流依次通过玻璃毛细管、进样腔、气体分流器和分流腔后，进入四极离子阱；
四.计算机采用储存波形的反傅里叶变换生成波形，并输入波形发生器，波形发生器生成所述波形的电压，所述电压施加到四极离子阱的入口电极，将正离子和负离子在四极离子阱中进行隔离，波形发生器输出电压的持续时间典型值为两秒；
五.波形发生器停止电压输出后，令施加在四极离子阱的环电极上的电压保持恒定，电压保持恒定的持续时间典型值为一秒，所述持续时间内正离子和负离子发生化学反应，生成待测大分子离子；
六.四极离子阱的环电极上施加斜坡电压，使得待测大分子离子离开四极离子阱；
七.所述待测大分子离子依次通过离子聚束器、电荷探测器I和离子门后，进入电荷探测器II；
八.在电荷探测器II中，所述待测大分子离子被激光器发射的红外光照射，发生红外多光子解离；
九.根据电荷探测器II所得的信号，分析红外多光子解离的产物，从而对待测大分子离子进行表征。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型采用特殊的电喷射离子化源，能够连续喷射样品溶液，没有喷射间断，并通过离子阱来隔离正离子和负离子，在真空中合成待测分子，并采用红外多光子解离方法对待测分子进行激发，能够探测分子量为MDa量级的化合物。
附图说明
下面结合本实用新型的图形进一步说明：
图1是本实用新型示意图；
图2是喷雾器的俯视放大示意图。
图中，1.喷雾器，1-1.喷雾器外壳，1-2.电极I，1-3.电极II，1-4.毛细管I，1-5. 毛细管II，1-6，喷射口，1-7电极III，2.喷雾腔，3.玻璃毛细管，4.进样腔，5.气体分流器， 6.分流腔，7.四极离子阱，8.前级真空腔，9.离子聚束器，10.后级真空腔，11.电荷探测器 I，12.离子门，13.电荷探测器II，14.激光器，15.控制器II，16.控制器I。
具体实施方式
如图1是本实用新型示意图，xy z为三维空间坐标系，所述喷雾器(1)、喷雾腔(2)、前级真空腔(8)和后级真空腔(10)沿z正方向依次连接，所述喷雾腔(2)、进样腔(4)、分流腔(6)、前级真空腔(8)和后级真空腔(10)均具有独立的抽气口，各所述抽气口均连接有真空泵组，分流腔(6)位于前级真空腔(8)内且一端面与喷雾腔(2)连接，进样腔 (4)位于分流腔(6)内且一端面与喷雾腔(2)连接，玻璃毛细管(3)穿过所述端面并连通进样腔(4)和喷雾腔(2)，进样腔(4)的另一端面具有气体分流器(5)，离子聚束器 (9)位于前级真空腔(8)与后级真空腔(10)之间，电荷探测器I(11)、离子门(12) 和电荷探测器II(13)依次位于后级真空腔(10)内，控制器II(15)和控制器I(16)均位于后级真空腔(10)外侧，电荷探测器I(11)和离子门(12)分别电缆连接于控制器I (16)，电荷探测器II(13)和激光器(14)分别电缆连接于控制器II(15)，激光器(14) 位于后级真空腔(10)外端，后级真空腔(10)末端具有透光窗口，激光器(14)发射的红外光能够从所述透光窗口射入，并进入电荷探测器II(13)，四极离子阱(7)位于前级真空腔(8)内并穿过分流腔(6)，使前级真空腔(8)和分流腔(6)通过四极离子阱(7)连通，所述四极离子阱(7)包括入口电极、出口电极和环电极，通过调节施加在所述入口电极、出口电极和环电极上的电压，能够分别进行离子从入口电极进入四极离子阱(7)、离子囚禁于四极离子阱(7)中和离子从出口电极离开四极离子阱(7)的三种操作，所述入口电极连接有波形发生器，所述波形发生器连接计算机，通过波形发生器，计算机能够将生成的波形所对应的电压施加至入口电极，将正离子和负离子在四极离子阱(7)中进行隔离。
如图2是喷雾器的俯视放大示意图，xy z为三维空间坐标系，喷雾器(1)主要包括喷雾器外壳(1-1)、电极I(1-2)、电极II(1-3)、毛细管I(1-4)、毛细管II(1-5)、喷射口(1-6)和电极III(1-7)，所述电极I(1-2)、电极II(1-3)、毛细管I(1-4)、毛细管II(1-5)、喷射口(1-6)和电极III(1-7)均位于喷雾器外壳(1-1)内，毛细管I (1-4)和毛细管II(1-5)均具有后端和前段，前段均具有出口端，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的后端分别与电极I(1-2)和电极II(1-3)连接，所述毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)均位于x z平面内，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)关于喷雾器(1)z方向的轴线对称，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)之间具有夹角，所述夹角典型值为三至十度，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的出口端至喷射口(1-6)之间均具有距离，所述距离典型值为二至五毫米，喷射口(1-6)外侧连接有电极III(1-7)，所述喷射口(1-6)为两个直径范围为0.1至0，2毫米的通孔，两个通孔中心均位于x z平面内，两个通孔关于喷雾器(1)z方向的轴线对称；毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的总长度均为二十毫米，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的末端至前段的长度均为十五毫米、内径均为4.5毫米，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的前段的长度均为五毫米，所述前段的内径均由4.5毫米线性减少至0.5毫米，出口端内径为0.5毫米。
喷雾器工作原理：
本实用新型的喷雾器(1)基于电喷雾原理，将包含待测样品分子的极性溶液引入毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)中并分别周期性地连续施加正电压和负电压，毛细管I(1-4) 和毛细管II(1-5)出口端的液体由于电学排斥作用会发散成较小的液滴，其中毛细管I(1-4) 喷射出的液滴带正电荷，毛细管II(1-5)喷射出的液滴带负电荷，随着小液滴的分散，由于静电引力的作用，同一种极性的离子倾向于运动到液滴表面，结果样品分子被载运并分散成带电荷的更微小液滴，小液滴进入真空腔后，大部分液体被真空泵组抽走，从而液滴体积继续不断减小。由于正电压和负电压是周期性地连续施加到电极I(1-2)和电极II(1-3)上，即电极I(1-2)上正电压周期的结束和电极II(1-3)上负电压的开始之间无时间间隔，毛细管I(1-4)的液滴喷射和毛细管II(1-5)的液滴喷射是不间断的。
四极离子阱(7)工作原理：
本实用新型的四极离子阱(7)包含入口电极、出口电极和环电极上，能够通过调节不同电极上的电压，来实现将离子囚禁于四极离子阱(7)中或是排出四极离子阱(7)的目的，另外，四极离子阱(7)能够实现对指定离子的隔离操作，也就是在离子阱内仅仅保留指定离子，而将其他质荷比的离子通过共振方式逐出四极离子阱(7)。
电荷探测器I(11)和电荷探测器II(13)的工作原理：
电荷探测器I(11)和电荷探测器II(13)均具有串联的感应管和接地管，用于探测通过的粒子，粒子在进入和离开感应管时会产生电流，将得到的电流转变为电压并放大来完成电荷测量，粒子在感应管和接地管中生成的信号用于计算粒子的电荷以及粒子的速度。
所述一种串联质谱仪主要包括喷雾器(1)、喷雾腔(2)、玻璃毛细管(3)、进样腔(4)、气体分流器(5)、分流腔(6)、四极离子阱(7)、前级真空腔(8)、离子聚束器(9)、后级真空腔(10)、电荷探测器I(11)、离子门(12)、电荷探测器II(13)、激光器(14)、控制器II(15)、控制器I(16)、真空泵组、波形发生器和计算机，xy z为三维空间坐标系，所述喷雾器(1)、喷雾腔(2)、前级真空腔(8)和后级真空腔(10)沿 z正方向依次连接，离子聚束器(9)位于前级真空腔(8)与后级真空腔(10)之间，电荷探测器I(11)、离子门(12)和电荷探测器II(13)依次位于后级真空腔(10)内，控制器II(15)和控制器I(16)均位于后级真空腔(10)外侧，电荷探测器I(11)和离子门 (12)分别电缆连接于控制器I(16)，电荷探测器II(13)和激光器(14)分别电缆连接于控制器II(15)，激光器(14)位于后级真空腔(10)外端，后级真空腔(10)末端具有透光窗口，激光器(14)发射的红外光能够从所述透光窗口射入，并进入电荷探测器II(13)；分流腔(6)位于前级真空腔(8)内且一端面与喷雾腔(2)连接，进样腔(4)位于分流腔 (6)内且一端面与喷雾腔(2)连接，玻璃毛细管(3)穿过所述端面并连通进样腔(4)和喷雾腔(2)，进样腔(4)的另一端面具有气体分流器(5)，所述喷雾腔(2)、进样腔(4)、分流腔(6)、前级真空腔(8)和后级真空腔(10)均具有独立的抽气口，各所述抽气口均连接有真空泵组，四极离子阱(7)位于前级真空腔(8)内并穿过分流腔(6)，使前级真空腔(8)和分流腔(6)通过四极离子阱(7)连通，所述四极离子阱(7)包括入口电极、出口电极和环电极，通过调节施加在所述入口电极、出口电极和环电极上的电压，能够分别进行离子从入口电极进入四极离子阱(7)、离子囚禁于四极离子阱(7)中和离子从出口电极离开四极离子阱(7)的三种操作，所述入口电极连接有波形发生器，所述波形发生器连接计算机，通过波形发生器，计算机能够将生成的波形所对应的电压施加至入口电极，将正离子和负离子在四极离子阱(7)中进行隔离；喷雾器(1)主要包括喷雾器外壳(1-1)、电极I (1-2)、电极II(1-3)、毛细管I(1-4)、毛细管II(1-5)、喷射口(1-6)和电极III(1-7)，所述电极I(1-2)、电极II(1-3)、毛细管I(1-4)、毛细管II(1-5)、喷射口(1-6) 和电极III(1-7)均位于喷雾器外壳(1-1)内，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)均具有后端和前段，前段均具有出口端，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的后端分别与电极I (1-2)和电极II(1-3)连接，所述毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)均位于x z平面内，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)关于喷雾器(1)z方向的轴线对称，毛细管I(1-4) 和毛细管II(1-5)之间具有夹角，所述夹角典型值为三至十度，毛细管I(1-4)和毛细管 II(1-5)的出口端至喷射口(1-6)之间均具有距离，所述距离典型值为二至五毫米，喷射口(1-6)外侧连接有电极III(1-7)，所述喷射口(1-6)为两个直径范围为0.1至0.2毫米的通孔，两个通孔中心均位于x z平面内，两个通孔关于喷雾器(1)z方向的轴线对称；毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的总长度均为二十毫米，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5) 的末端至前段的长度均为十五毫米、内径均为4.5毫米，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5) 的前段的长度均为五毫米，所述前段的内径均由4.5毫米线性减少至0.5毫米，出口端内径为0.5毫米。
本实用新型采用特殊的电喷射离子化源，能够连续喷射两种样品溶液，并通过对离子阱施加储存波形的反傅里叶变换来隔离正离子和负离子，在真空中合成待测分子，并采用红外多光子解离方法对待测分子进行激发，能够探测分子量较大的化合物。
Claims (2)
1.一种串联质谱仪，主要包括喷雾器(1)、喷雾腔(2)、玻璃毛细管(3)、进样腔(4)、气体分流器(5)、分流腔(6)、四极离子阱(7)、前级真空腔(8)、离子聚束器(9)、后级真空腔(10)、电荷探测器I(11)、离子门(12)、电荷探测器II(13)、激光器(14)、控制器II(15)、控制器I(16)、真空泵组、波形发生器和计算机，xyz为三维空间坐标系，所述喷雾器(1)、喷雾腔(2)、前级真空腔(8)和后级真空腔(10)沿z正方向依次连接，离子聚束器(9)位于前级真空腔(8)与后级真空腔(10)之间，电荷探测器I(11)、离子门(12)和电荷探测器II(13)依次位于后级真空腔(10)内，控制器II(15)和控制器I(16)均位于后级真空腔(10)外侧，电荷探测器I(11)和离子门(12)分别电缆连接于控制器I(16)，电荷探测器II(13)和激光器(14)分别电缆连接于控制器II(15)，激光器(14)位于后级真空腔(10)外端，后级真空腔(10)末端具有透光窗口，激光器(14)发射的红外光能够从所述透光窗口射入，并进入电荷探测器II(13)，
其特征是：分流腔(6)位于前级真空腔(8)内且一端面与喷雾腔(2)连接，进样腔(4)位于分流腔(6)内且一端面与喷雾腔(2)连接，玻璃毛细管(3)穿过所述端面并连通进样腔(4)和喷雾腔(2)，进样腔(4)的另一端面具有气体分流器(5)，所述喷雾腔(2)、进样腔(4)、分流腔(6)、前级真空腔(8)和后级真空腔(10)均具有独立的抽气口，各所述抽气口均连接有真空泵组；四极离子阱(7)位于前级真空腔(8)内并穿过分流腔(6)，使前级真空腔(8)和分流腔(6)通过四极离子阱(7)连通，所述四极离子阱(7)包括入口电极、出口电极和环电极，通过调节施加在所述入口电极、出口电极和环电极上的电压，能够分别进行离子从入口电极进入四极离子阱(7)、离子囚禁于四极离子阱(7)中和离子从出口电极离开四极离子阱(7)的三种操作，所述入口电极连接有波形发生器，所述波形发生器连接计算机，通过波形发生器，计算机能够将生成的波形所对应的电压施加至入口电极，将正离子和负离子在四极离子阱(7)中进行隔离；喷雾器(1)主要包括喷雾器外壳(1-1)、电极I(1-2)、电极II(1-3)、毛细管I(1-4)、毛细管II(1-5)、喷射口(1-6)和电极III(1-7)，所述电极I(1-2)、电极II(1-3)、毛细管I(1-4)、毛细管II(1-5)、喷射口(1-6)和电极III(1-7)均位于喷雾器外壳(1-1)内，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)均具有后端和前段，前段均具有出口端，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的后端分别与电极I(1-2)和电极II(1-3)连接，所述毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)均位于xz平面内，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)关于喷雾器(1)z方向的轴线对称，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)之间具有夹角，所述夹角典型值为三至十度，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的出口端至喷射口(1-6)之间均具有距离，所述距离典型值为二至五毫米，喷射口(1-6)外侧连接有电极III(1-7)，所述喷射口(1-6)为两个直径范围为0.1至0.2毫米的通孔，两个通孔中心均位于xz平面内，两个通孔关于喷雾器(1)z方向的轴线对称。
2.根据权利要求1所述的一种串联质谱仪，其特征是：毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的总长度均为二十毫米，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的末端至前段的长度均为十五毫米、内径均为4.5毫米，毛细管I(1-4)和毛细管II(1-5)的前段的长度均为五毫米，所述前段的内径均由4.5毫米线性减少至0.5毫米，出口端内径为0.5毫米。
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108828053A (zh) * | 2018-08-15 | 2018-11-16 | 金华职业技术学院 | 一种用于大分子离子探测的串联质谱 |
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2018
- 2018-08-15 CN CN201821372751.6U patent/CN208999355U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (2)
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| CN108828053A (zh) * | 2018-08-15 | 2018-11-16 | 金华职业技术学院 | 一种用于大分子离子探测的串联质谱 |
| CN108828053B (zh) * | 2018-08-15 | 2023-12-01 | 金华职业技术学院 | 一种用于大分子离子探测的串联质谱 |
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