CN216871897U - 串级质谱系统及质谱设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种串级质谱系统及质谱设备，通过控制装置对四极滤质装置、离子控制装置、离子阱质量分析装置和飞行时间质量分析装置的射频和直流电场的联合作用，可以实现离子的直线传输、转向传输、离子选择及离子解离等功能。结合控制装置的电压时序控制，可实现Q‑LIT分析模式、Q‑TOF分析模式及Q‑LIT‑TOF分析模式三种不同串级工作模式的切换。使得该质谱分析方案能实现多级质谱分析，还能在拥有高灵敏度、高分辨率的同时，具有良好的定性能力。通过将四极杆、离子阱质量分析与飞行时间质量分析的优势相结合，实现不同工作模式的快速切换，有效扩展质谱分析的应用场景，具有较强的使用可靠性。

Description

串级质谱系统及质谱设备

技术领域

本申请涉及质谱分析技术领域，特别是涉及一种串级质谱系统及质谱设备。

背景技术

质谱分析即质谱法(Mass Spectrometry，MS)，是一种采用电场和磁场将运动的离子(带电荷的原子、分子或分子碎片，有分子离子、同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、亚稳离子、负离子和离子－分子相互作用产生的离子)按它们的质荷比分离后进行检测的方法。质谱分析作为一种关键的分析技术，已经广泛应用于生物医药、食品安全、环境科学、国防安全等领域。近年来，随着应用对质谱仪器性能的要求越来越高，通用型单质谱仪器已经无法满足检测需求。

为了满足检测需求，多质量分析器串联工作的新型质谱仪器应运而生。目前常见与飞行时间质量分析器(TOF)联用的串级质谱仪器主要包括四极杆-飞行时间质谱仪(Q-TOF)和离子阱-飞行时间质谱仪(IT-TOF)。虽然Q-TOF可同时实现目标化合物的定性、定量分析，但其只能实现二级质谱分析，对于未知结构的化合物解析仍有不足；IT-TOF结合了离子阱的多级质谱分析功能和飞行时间质量分析器的高精确质量测定的优势，适合用于未知样品的检测，但其动态范围及定量能力较差，且分析速度不如Q-TOF。由此可见，传统多质量分析器串联工作的新型质谱仪器仍存在一定的缺陷，导致其使用可靠性较差。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统多质量分析器串联工作的新型质谱仪器使用可靠性差的问题，提供一种串级质谱系统及质谱设备。

一种串级质谱系统，包括：四极滤质装置，用于对输入的离子进行传输以及离子选择得到选择离子；离子控制装置，设置于所述四极滤质装置的离子引出口，用于将所述选择离子输送至离子阱质量分析装置；或对所述选择离子进行离子碰撞后，将碰撞后的离子输送至飞行时间质量分析装置；离子阱质量分析装置，设置于所述离子控制装置的第一离子引出口，用于对所述选择离子进行离子阱质谱分析；或对所述选择离子进行离子阱质谱分析后，输送回所述离子控制装置，以使所述离子控制装置将输送回的离子输送至所述飞行时间质量分析装置；飞行时间质量分析装置，设置于所述离子控制装置的第二离子引出口，用于对输入的离子进行飞行时间质谱分析；控制装置，所述四极滤质装置、所述离子控制装置、所述离子阱质量分析装置和所述飞行时间质量分析装置分别连接所述控制装置，所述控制装置用于根据所选质谱分析模式，分别控制所述四极滤质装置、所述离子控制装置、所述离子阱质量分析装置和所述飞行时间质量分析装置启动运行。

在一个实施例中，串级质谱系统还包括离子输入装置，所述离子输入装置设置于所述四极滤质装置的离子引入口。

在一个实施例中，所述离子输入装置包括质谱接口器件和聚焦器件，所述聚焦器件设置于所述四极滤质装置的离子引入口，所述质谱接口器件设置于所述聚焦器件的离子引入口。

在一个实施例中，所述质谱接口器件包括毛细管、分子离子反应器和聚焦电极，所述毛细管用于输入外部电离源产生的离子，所述聚焦电极设置于所述聚焦器件的离子引入口，所述分子离子反应器设置于所述毛细管和所述聚焦电极之间；或，所述质谱接口器件包括毛细管、离子漏斗和聚焦电极，所述毛细管用于输入外部电离源产生的离子，所述聚焦电极设置于所述聚焦器件的离子引入口，所述离子漏斗设置于所述毛细管和所述聚焦电极之间。

在一个实施例中，所述飞行时间质量分析装置包括离子聚焦调制器和飞行时间质量分析器，所述离子聚焦调制器设置于所述离子控制装置的第二离子引出口，所述飞行时间质量分析器设置于所述离子聚焦调制器的离子引出口，所述飞行时间质量分析器连接所述控制装置。

在一个实施例中，所述离子阱质量分析装置包括第一端盖电极、第二端盖电极、中间电极和检测器件，所述第一端盖电极、所述第二端盖电极、所述中间电极和所述检测器件分别连接所述控制装置，所述第一端盖电极和所述第二端盖电极相对设置，所述第一端盖电极设置于所述离子控制装置的第一离子引出口，所述中间电极设置于所述第一端盖电极和所述第二端盖电极之间，所述检测器件设置于所述中间电极。

在一个实施例中，所述离子控制装置包括腔体、离子引入电极、离子控制电极和离子引出电极，所述离子引入电极、所述离子控制电极和所述离子引出电极分别连接所述控制装置，所述腔体靠近所述四极滤质装置的一侧开设有离子引入口，所述腔体靠近所述离子阱质量分析装置的一侧开设有第一离子引出口，所述腔体靠近所述飞行时间质量分析装置的一侧开设有第二离子引出口，所述腔体与开设所述第一离子引出口的侧面相对的一侧，还开设有缓冲气体引入口；所述离子引入电极、所述离子控制电极和所述离子引出电极均设置于所述腔体的内部，所述离子引入电极设置于所述离子控制装置的离子引入口，所述离子引出电极设置于所述离子控制装置的第二离子引出口，所述离子控制电极设置于所述离子引入电极与所述离子引出电极之间。

在一个实施例中，所述离子控制电极包括第一方向控制组件、第二方向控制组件和切换电极组件，所述第一方向控制组件、所述第二方向控制组件和所述切换电极组件分别连接所述控制装置，所述离子引入电极设置于所述第一方向控制组件的第一端，所述离子引出电极设置于所述第一方向控制组件的第二端，所述第一端与所述第二端相对设置，所述第二方向控制组件的第一端通过所述切换电极组件连接至所述第一方向控制组件，所述第二方向控制组件的第二端设置于所述离子控制装置的第一离子引出口。

在一个实施例中，所述第二方向控制组件垂直设置于所述第一方向控制组件。

一种质谱设备，包括上述的串级质谱系统。

上述串级质谱系统及质谱设备，依次串级设置有四极滤质装置、离子控制装置、离子阱质量分析装置和飞行时间质量分析装置，控制装置能够根据所选取的质谱分析模式不同，分别对四极滤质装置、离子控制装置、离子阱质量分析装置和飞行时间质量分析装置进行启动控制。当选择四极杆-飞行时间质谱模式(Q-TOF)时，控制装置控制四极滤质装置、离子控制装置和飞行时间质量分析装置同时开启运行，此时四极滤质装置对输入的离子进行离子选择得到选择离子后，传输至离子控制装置，离子控制装置工作在碰撞模式，对选择离子进行离子碰撞后，将碰撞后的离子输送至飞行时间质量分析装置，从而在飞行时间质量分析装置进行飞行时间质谱分析。当选择四极杆-离子阱质谱模式(Q-LIT)时，控制装置控制四极滤质装置、离子控制装置和离子阱质量分析装置同时开启运行，此时四极滤质装置对输入的离子进行离子选择得到选择离子后，传输至离子阱质量分析装置，直接在离子阱质量分析装置中实现离子阱质谱分析。而当选择四极杆-离子阱-飞行时间质谱模式(Q-LIT-TOF)时，控制装置控制四极滤质装置、离子控制装置、离子阱质量分析装置以及飞行时间质量分析装置同时开启运行，此时四极滤质装置对输入的离子进行离子选择得到选择离子后，传输至离子阱质量分析装置，首先在离子阱质量分析装置中实现离子阱质谱分析，之后再输送回离子控制装置，经由离子控制装置再传输到飞行时间质量分析装置实现飞行时间质谱分析。通过上述方案，可根据不同的质谱分析需求，选择Q-LIT、Q-TOF以及Q-LIT-TOF三种不同的质谱分析模式，该质谱分析方案既能实现多级质谱分析，还能在拥有高灵敏度、高分辨率的同时，具有良好的定性能力。通过将四极杆、离子阱质量分析与飞行时间质量分析的优势相结合，实现不同工作模式的快速切换，有效扩展质谱分析的应用场景，具有较强的使用可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中串级质谱系统结构示意图；

图2为另一实施例中串级质谱系统结构示意图；

图3为又一实施例中串级质谱系统结构示意图；

图4为再一实施例中串级质谱系统结构示意图；

图5为另一实施例中串级质谱系统结构示意图；

图6为一实施例中离子阱质量分析装置结构示意图；

图7为一实施例中离子控制装置结构示意图；

图8为一实施例中第一方向控制组件电压施加示意图；

图9为一实施例中第二方向控制组件电压施加示意图；

图10为一实施例中Q-LIT工作模式质谱系统结构示意图；

图11为一实施例中Q-TOF工作模式质谱系统结构示意图；

图12为一实施例中Q-LIT-TOF工作模式质谱系统结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1，一种串级质谱系统，包括：四极滤质装置200，用于对输入的离子进行传输以及离子选择得到选择离子；离子控制装置300，设置于四极滤质装置200的离子引出口，用于将选择离子输送至离子阱质量分析装置400；或对选择离子进行离子碰撞后，将碰撞后的离子输送至飞行时间质量分析装置500；离子阱质量分析装置400，设置于离子控制装置300的第一离子引出口，用于对选择离子进行离子阱质谱分析；或对选择离子进行离子阱质谱分析后，输送回离子控制装置300，以使离子控制装置300将输送回的离子输送至飞行时间质量分析装置500；飞行时间质量分析装置500，设置于离子控制装置300的第二离子引出口，用于对输入的离子进行飞行时间质谱分析；控制装置600，四极滤质装置200、离子控制装置300、离子阱质量分析装置400和飞行时间质量分析装置500分别连接控制装置600，控制装置600用于根据所选质谱分析模式，分别控制四极滤质装置200、离子控制装置300、离子阱质量分析装置400和飞行时间质量分析装置500启动运行。

具体地，四极滤质装置200即为采用四极杆对输入的离子进行传输和离子选择的装置，四极滤质装置200通过高频和直流电场，使特定质荷比的离子以稳定轨道穿过四极场。通过对输入四极滤质装置200的射频电压或者直流电压进行调节，可使得四极滤质装置200选择不同质荷比的离子通过。

而离子控制装置300则具备离子传输以及离子碰撞两种不同的功能，根据串级质谱系统所选取的工作模式不同，控制装置600向离子控制装置300输入的电压将会有所区别，最终使得离子控制装置300处于不同的运行状态。

离子阱质量分析装置400在控制装置600的作用下，施加适当的电压可形成离子阱，根据施加射频电压的大小离子阱就可捕捉某一质量范围的离子，囚禁在阱内实现离子存储。离子阱内的离子经过碰撞诱导解离(CID)之后，可形成不同的碎片离子，并可对不同碎片离子进行质量检测，得到二级图谱。而碎片离子再次经过选择后，可选取特定的碎片离子继续碎裂，产生更小的碎片离子并实现质量检测，得到三级图谱。若后续进行继续碎裂分析，即可得到更多级的质量分析图谱，故通过离子阱质量分析装置400可实现三级以上的质谱分析。

而飞行时间质量分析装置500的原理则为：用一个脉冲将调制区的离子瞬间引出，经加速电压加速，它们具有相同的动能而进入漂移管，质荷比最小的离子具有最快的速度因而首先到达检测器，质荷比最大的离子则最后到达检测器，从而实现质量分析操作。

根据工作模式不同，串级质谱系统中接入工作的装置不同，且各个装置的运行模式也会有所区别。当工作在Q-LIT分析模式时，四极滤质装置200、离子控制装置300、离子阱质量分析装置400以及控制装置600同时运行。由于离子阱质量分析装置400本身可将离子囚禁在阱内，之后通过CID(Collision Induced Dissociation，碰撞诱导解离)打碎后进行检测，故在该模式下离子控制装置300处于传输模式，将选择离子传输至离子阱质量分析装置400进行质量分析即可。

当工作在Q-TOF模式时，四极滤质装置200、离子控制装置300、飞行时间质量分析装置500以及控制装置600同时运行。此时采用飞行时间质量分析装置500作为质量分析器，此时离子控制装置300在控制装置600的输出控制下，进入碰撞+传输工作模式，将输入的选择离子进行碰撞后，得到碰撞后的离子输送到飞行时间质量分析装置500进行质量分析，且传输路径与Q-LIT工作模式下的传输路径有所不同，以保证离子传输到对应的器件。

而当工作在Q-LIT-TOF工作模式时，四极滤质装置200、离子控制装置300、离子阱质量分析装置400、飞行时间质量分析装置500以及控制装置600同时运行。此时需要对选择离子进行两种方式的质量分析，在控制装置600的控制下，离子控制装置300进行传输工作模式，首先将选择离子传输到离子阱质量分析装置400进行质量分析，之后需要进行传输路径的切换，将离子阱质量分析装置400分析后的离子传输到飞行时间质量分析装置500再次进行质量分析。

控制装置300的具体类型并不是唯一的，具体为一电控系统，只要能够根据所选择质谱分析模式的不同，向四极滤质装置200、离子控制装置300、离子阱质量分析装置400或者飞行时间质量分析装置600输出不同的电压大小，以实现各个装置接入系统的控制，并在接入系统时以所选质谱分析模式对应的工作状态运行均可。

上述串级质谱系统，依次串级设置有四极滤质装置200、离子控制装置300、离子阱质量分析装置400和飞行时间质量分析装置500，控制装置600能够根据所选取的质谱分析模式不同，分别对四极滤质装置200、离子控制装置300、离子阱质量分析装置400和飞行时间质量分析装置500进行启动控制。当选择四极杆-飞行时间质谱模式(Q-TOF)时，控制装置600控制四极滤质装置200、离子控制装置300和飞行时间质量分析装置500同时开启运行，此时四极滤质装置200对输入的离子进行离子选择得到选择离子后，传输至离子控制装置300，离子控制装置300工作在碰撞模式，对选择离子进行离子碰撞后，将碰撞后的离子输送至飞行时间质量分析装置500，从而在飞行时间质量分析装置500进行飞行时间质谱分析。当选择四极杆-离子阱质谱模式(Q-LIT)时，控制装置600控制四极滤质装置200、离子控制装置300和离子阱质量分析装置400同时开启运行，此时四极滤质装置200对输入的离子进行离子选择得到选择离子后，传输至离子阱质量分析装置400，直接在离子阱质量分析装置400中实现离子阱质谱分析。而当选择四极杆-离子阱-飞行时间质谱模式(Q-LIT-TOF)时，控制装置600控制四极滤质装置200、离子控制装置300、离子阱质量分析装置400以及飞行时间质量分析装置500同时开启运行，此时四极滤质装置200对输入的离子进行离子选择得到选择离子后，传输至离子阱质量分析装置400，首先在离子阱质量分析装置400中实现离子阱质谱分析，之后再输送回离子控制装置300，经由离子控制装置300再传输到飞行时间质量分析装置500实现飞行时间质谱分析。通过上述方案，可根据不同的质谱分析需求，选择Q-LIT、Q-TOF以及Q-LIT-TOF三种不同的质谱分析模式，该质谱分析方案既能实现多级质谱分析，还能在拥有高灵敏度、高分辨率的同时，具有良好的定性能力。通过将四极杆、离子阱质量分析与飞行时间质量分析的优势相结合，实现不同工作模式的快速切换，有效扩展质谱分析的应用场景，具有较强的使用可靠性。

请参阅图2，在一个实施例中，串级质谱系统还包括离子输入装置100，离子输入装置100设置于四极滤质装置200的离子引入口。

具体地，本实施例的技术方案，在串级质谱系统在四极滤质装置200的前端还设置有离子输入装置100，通过离子输入装置100将外部电离源产生的离子首先传输至四极滤质装置200，实现离子选择操作。

应当指出的是，离子输入装置100的具体类型并不是唯一的，只要能够保证将外部电离源产生的需要进行质量分析的离子准确传输到四极滤质装置200即可。例如，在一个实施例中，请继续参阅图2，离子输入装置100包括质谱接口器件110和聚焦器件120，聚焦器件120设置于四极滤质装置200的离子引入口，质谱接口器件110设置于聚焦器件120的离子引入口。

具体地，质谱接口器件110用于连接外部电离源，将外部电离源产生的离子传输到聚焦器件120，通过在聚焦器件120上输入一定大小的射频电压，使得离子在聚焦器件120上进行冷却聚焦，以保证离子稳定、准确的传输至四极滤质装置200，从而保证质谱系统的检测可靠性。

应当指出的是，聚焦器件120的具体类型并不是唯一的，例如，在一个较为详细的实施例中，聚焦器件120可以是四极杆、六极杆及八极杆，只要能够实现输入离子的冷却聚焦均可。

同样的，质谱接口器件110的具体结构也并不是唯一的，在一个较为详细实施例中，请结合参阅图3，质谱接口器件110包括毛细管111、分子离子反应器112和聚焦电极113，毛细管111用于输入外部电离源产生的离子，聚焦电极113设置于聚焦器件120的离子引入口，分子离子反应器112设置于毛细管111和聚焦电极113之间。在另一个实施例中，请结合参阅图4，质谱接口器件110包括毛细管111、离子漏斗114和聚焦电极113，毛细管111用于输入外部电离源产生的离子，聚焦电极113设置于聚焦器件120的离子引入口，离子漏斗114设置于毛细管111和聚焦电极113之间。

具体地，本申请的技术方案中，以两种典型的质谱接口器件110结构进行解释说明，其一是包括毛细管111、分子离子反应器112和聚焦电极113的质谱接口器件110，通过毛细管111连接至外部电离源，外部电离源产生的离子通过毛细管111进入串级质谱系统中进行分析，经过分子离子反应器112以及聚焦电极113后，进一步传输至聚焦器件120进行聚焦。其二是包括毛细管111、离子漏斗114和聚焦电极113的质谱接口器件110，通过毛细管111连接至外部电离源，外部电离源产生的离子通过毛细管111进入串级质谱系统中进行分析，经过离子漏斗114以及聚焦电极113后，进一步传输至聚焦器件120进行聚焦。

请结合参阅图3-图5，在一个实施例中，飞行时间质量分析装置500包括离子聚焦调制器510和飞行时间质量分析器520，离子聚焦调制器510设置于离子控制装置300的第二离子引出口，飞行时间质量分析器520设置于离子聚焦调制器510的离子引出口，飞行时间质量分析器520连接控制装置600。

具体地，为了提高飞行时间质谱分析的分析可靠性，在飞行时间质谱分析装置中，不仅设置有飞行时间质量分析器520以实现飞行时间质谱分析，在飞行时间质量分析器520的前端，还设置有一离子聚焦调制器510，用以将离子控制装置300输出的离子进行聚焦以及方向调制，以保证其能准确传输到飞行时间质量分析器520。

可以理解，离子聚焦调制器的具体类型并不是唯一的，只要能够实现对输入的离子进行聚焦和方向调制均可，例如，在一个较为详细的实施例中，离子聚焦调制器为圆环透镜组或直流四极杆结合偏转透镜组。

而飞行时间质量分析器520的具体结构则并不是唯一的，只要能够实现对输入离子的飞行时间质谱分析均可。在一个较为详细的实施例中，请结合参阅图3或图4，飞行时间质量分析器520包括加速器件、反射器件和检测器件，其中加速器件设置于离子聚焦调制器的离子引出口，用于为离子聚焦调制器输出的离子施加加速电场，使其顺着飞行管进行传输，最终传输到反射器件。在反射器件施加的反射电场的作用下，离子改变传输方向，沿飞行管朝着检测器件传输，最终被检测器件检测得到。

同样的，请结合参阅图3图4以及图6，在一个实施例中，离子阱质量分析装置400包括第一端盖电极410、第二端盖电极420、中间电极430和检测器件440，第一端盖电极410、第二端盖电极420、中间电极430和检测器件440分别连接控制装置600，第一端盖电极410和第二端盖电极420相对设置，第一端盖电极410设置于离子控制装置300的第一离子引出口，中间电极430设置于第一端盖电极410和第二端盖电极420之间，检测器件440设置于中间电极430。

具体地，本实施例的方案中，离子阱质量分析装置400具体采用线性离子阱(LIT，Linear Ion Trap)结构，通过向第一端盖电极410、第二端盖电极420和中间电极430输入不同电压大小，可实现将离子控制装置300输送过来的离子进行存储分析操作，还能将存储分析后的离子，再次反推回到离子控制装置300，进而实现下一步的飞行时间质量分析。可以理解，检测器件440的数量并不是唯一的，具体可根据实际检测需求，在中间电极430处设置一个或者更多数量的检测器件440。

离子控制装置300的具体结构并不是唯一的，只要能够实现上述离子的不同方向传输控制以及离子碰撞的器件均可，例如，在一个较为详细的实施例中。请结合参阅图3、图4以及图7，在一个实施例中，离子控制装置300包括腔体310、离子引入电极320、离子控制电极340和离子引出电极330，离子引入电极320、离子控制电极340和离子引出电极330分别连接控制装置600，腔体310靠近四极滤质装置200的一侧开设有离子引入口311，腔体310靠近离子阱质量分析装置400的一侧开设有第一离子引出口314，腔体310靠近飞行时间质量分析装置500的一侧开设有第二离子引出口312，腔体310与开设第一离子引出口314的侧面相对的一侧，还开设有缓冲气体引入口313；离子引入电极320、离子控制电极340和离子引出电极330均设置于腔体310的内部，离子引入电极320设置于离子控制装置300的离子引入口311，离子引出电极330设置于离子控制装置300的第二离子引出口312，离子控制电极340设置于离子引入电极320与离子引出电极330之间。

具体地，离子控制装置300设置有一腔体310，在该腔体310上分别开设有离子引入口311、第一离子引出口312、第二离子引出口314和缓冲气体引入口313，从离子引入口311可将离子传输到腔体310中，在腔体310内进行离子传输以及离子碰撞等操作。而为了实现离子碰撞，则需要通过腔体310上开设的缓冲气体引入口313输入碰撞所需的缓冲气体，为离子碰撞以及离子冷却提供合适的环境。可以理解，缓冲气体的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，缓冲气体具体可以采用惰性气体。进一步地，惰性气体可以是氮气、氦气、氩气中的至少一种。

离子引入电极320、离子控制电极340和离子引出电极330分别连接至控制装置600在控制装置600输入的电压作用下，各个电极处于不同的工作状态，可对离子进行不同的传输路径输送，以使得离子能够进入后端飞行时间质量分析装置500或者是离子阱质量分析装置400中，以实现不同的质谱分析操作。

而离子控制电极340的具体结构同样并不是唯一的，只要能够实现离子的不同传输路径控制均可。例如，在一个较为详细的实施例中，请参阅图7，离子控制电极340包括第一方向控制组件341、第二方向控制组件342和切换电极组件343，第一方向控制组件341、第二方向控制组件342和切换电极组件343分别连接控制装置600，离子引入电极320设置于第一方向控制组件341的第一端，离子引出电极330设置于第一方向控制组件341的第二端，第一端与第二端相对设置，第二方向控制组件342的第一端通过切换电极组件343连接至第一方向控制组件341，第二方向控制组件342的第二端设置于离子控制装置300的第一离子引出口314。

具体地，第一方向控制组件341用于离子的第一方向传输控制，第二方向控制组件342则用于离子的第二方向传输控制，而切换电极组件343则用于离子在第一方向传输与第二方向传输之间进行转换。可以理解，第一方向以及第二方向具体并不是唯一的，在一个实施例中，为了便于理解，将离子控制装置300到飞行时间质量分析装置500的方向作为第一方向，也即图示Z方向，将离子控制装置300到离子阱质量分析装置400的方向作为第二方向，也即图示Y方向。相应的，在该实施例的方案中，第二方向控制组件342垂直设置于第一方向控制组件341。

此时可将第一方向控制电极与第一方向控制电极设置为T型，离子控制电极340由2组平行放置的T型印制电路板构成，每块印制电路板上的电极分为3个组件，包括Z方向控制组件(第一方向控制组件341)、切换电极组件343及Y方向控制组件(第二方向控制组件342)。

在一个较为详细的实施例中，Z方向控制组件包括第一引导电极3412和第一保护电极3411。第一引导电极3412包括多个(n1)电极组成的序列，相邻电极上施加有交替相位的射频电压及梯度改变的直流电压，射频电场用于控制选择离子在与电路板正交方向上(X方向)的运行轨迹，防止离子损失；直流电场用于给选择离子提供Z方向的传输动能。第一保护电极3411包括多个(m1)个电极组成的序列，此时电极上施加直流电压，用于给选择离子在Y方向提供聚焦电场。通过Z方向控制组件，可使离子在Z方向进行传输。

Y方向控制组件则包括第二保护电极3421和第二引导电极3422。同样的，第二引导电极3422包括多个(n1)电极组成的序列，相邻电极上施加有交替相位的射频电压及梯度改变的直流电压，射频电场用于控制选择离子在与电路板正交方向上(X方向)的运行轨迹，防止离子损失；直流电场用于给选择离子提供Y方向的传输动能。第二保护电极3421包括多个(m2)电极组成的序列，电极上施加直流电压，用于给选择离子在Z方向提供聚焦电场；而切换电极组件343则具体包括切换保护电极3431和切换引导电极3432，通过设置合适的电压值，可以实现离子的运动轨迹切换及碰撞诱导解离。

为了便于理解离子控制装置300的具体运行原理，下面结合具体实施例进行详细的解释说明。Z方向控制组件电压施加如图8所示，第一引导电极3412的相邻电极上施加有交替相位的射频电压及梯度改变的直流电压，第i个电极上施加的电压为U₂-(i-1)dU+(-1)ⁱV_RF，其中i是电极编号，0≤i≤n1。U₂是施加到第一个电极上的直流电压，dU是两个相邻电极上的直流电压降，V_RF是施加的射频电压的幅值。所产生的射频电场用于控制选择离子在与电路板正交方向上(X方向)的运行轨迹，防止离子损失；直流电场用于给选择离子提供Z方向的传输动能。第一保护电极3411上施加电压为U₂+U；其中，U₂是施加到第一引导电极3412的第一个电极上的直流电压，U是第一保护电极3411相对于第一引导电极3412的第一个电极的直流偏压，该电压用于给选择离子提供Y方向的聚焦电场。

而对于第二方向控制组件342(Y方向控制组件)，其电压施加如图9所示，其中第二引导电极3422的相邻电极上施加有交替相位的射频电压及梯度改变的直流电压，第j个电极上施加的电压为U₃-(j-1)dU+(-1)^jV_RF，其中j是电极编号，0≤j≤n2。U₃是施加到第二引导电极3422的第一个电极的直流电压，dU是两个相邻电极上的直流电压降，V_RF是施加的射频电压的幅值。所产生的射频电场用于控制选择离子在与电路板正交方向上(X方向)的运行轨迹，防止离子损失；直流电场用于给选择离子提供Y方向的传输动能。第二保护电极3421施加的电压为U₃+U；其中，U₃是施加到第二引导电极3422的第一个电极上的直流电压，U是第二保护电极3421相对于第二引导电极3422的第一个电极的直流偏压，该电压用于给选择离子提供Z方向的聚焦电场。

可以理解，切换电极组件343的设置方式并不是唯一的，切换电极可以是独立于第一方向控制组件341和第二方向控制组件342进行设置，也可以是基于上述实施例中所描述的第一方向控制组件341以及第二方向控制组件342，在两者中选取部分电极作为切换电极组件343。例如，在一个较为详细的实施例中，请结合参阅图7，选取Z方向控制组件与Y方向控制组件正交处的第一保护电极3411作为切换保护电极3431，选取第二引导电极3422组件中最接近第一引导电极3412的电极作为切换引导电极3432。

切换保护电极3431施加的电压为U₄，切换引导电极3432上施加的电压为U₃+V_RF,切换保护电极3431上的电压为单独控制。当离子控制装置300处于直线传输模式(第一方向或者Z方向传输模式)，也即直接将离子引入口引入的离子传输到与其相对的第二离子引出口时，切换保护电极3431施加的电压为U₄＝U₂+U，切换引导电极3432上施加的直流电压U₃＝U₂+U。而当离子控制装置300处于非直线传输(与T型离子控制电极340相对应，此时则为90°传输模式)时，切换保护电极3431施加的电压为U₄＝U₂+U+U_switch1，其中，30V≤U_switch1≤150V，切换引导电极3432上施加的直流电压U₃＝U₂+U-U_switch2，其中，5V≤U_switch2≤20V。

而当离子控制装置300作为碰撞池时，切换保护电极3431施加的电压为U₄＝U₂+U-U_CID，其中，U_CID≥10V，切换引导电极3432上施加的直流电压U₃＝U₄。U_CID使轴向的离子加速，并与离子传输装置中的碰撞气体碰撞产生碎片离子。适用于CID的较高电场可在两个区域施加：Z方向控制组件的前段与切换电极组件343区域之间，切换电极组件343与Z方向控制组件的后段区域之间。当不施加U_CID时，碎片被最小化，离子控制装置300工作在直线传输模式。

因此，在实际运行过程中，只需要通过控制装置600进行各个电极的电压时序控制，即可使串级质谱系统分别工作在Q-LIT、Q-TOF及Q-LIT-TOF三种不同的分析模式。

请结合参阅图10，工作在Q-LIT模式时，离子从质谱接口器件110引入后，由聚焦器件120冷却，进入四极滤质装置200进行离子选择，然后进入离子控制装置300，该装置工作在90°转弯传输模式，离子将会被转弯传输进入离子阱质量分析装置400进行多级质谱分析。

请结合参阅图11，当工作在Q-TOF模式时，离子从质谱接口器件110引入后，由聚焦器件120冷却，进入四极滤质装置200进行离子选择，然后进入离子控制装置300，该装置工作在碰撞池模式，对进入的离子进行碰撞诱导解离产生碎片离子。之后离子控制装置300进入直线传输模式，将碎片离子传输到离子聚焦调制器进行聚焦和方向调制，最终传输到飞行时间质量分析器520进行高分辨分析。

请结合参阅图12，当工作在Q-LIT-TOF模式时，离子从质谱接口器件110引入后，由聚焦器件120冷却，进入四极滤质装置200进行离子选择，然后进入离子控制装置300，该装置工作在90°传输模式，通过设置合适的切换电极电压及离子阱的第一端盖电极410电压和第二端盖电极420电压，先将离子90°传输送入到离子阱进行存储分析，然后再将离子推出后进行90°传输，送入飞行时间质量分析器520进行高灵敏高分辨串级质谱分析。

Q-LIT-TOF模式工作模式时，首先设置切换电极电压>第一端盖电极410电压U6<第二端盖电极420电压U7，此时离子会进入到离子阱内。下一阶段，抬高U6，离子会囚禁在离子阱内，之后可以进行CID并释放一部分离子进行LIT检测分析(分析时，U7<U6，离子被推出)。然后下一阶段通过抬高U7，降低U6，最终U7>U6>切换电极电压，离子被推回到离子控制装置300，只有在离子控制装置300的作下再输送到飞行时间质量分析装置500。

一种质谱设备，包括上述的串级质谱系统。

具体地，串级质谱系统的结构以及运行原理如上述各个实施例以及附图所示，在此不再赘述。质谱设备还设置有分子泵、机械泵等其它器件，与上述串级质谱系统配合为质谱检测提供真空稳定的环境，以实现不同的质谱检测需求。上述质谱设备，其质谱系统通过电极上的射频和直流电场的联合作用以及特定的缓冲气体，可以实现离子的直线传输、90°转弯传输、离子选择及离子解离等功能。结合控制装置600的电压时序控制，可实现Q-LIT分析模式、Q-TOF分析模式及Q-LIT-TOF分析模式三种不同串级工作模式的切换，有利于扩展质谱设备的应用场景。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种串级质谱系统，其特征在于，包括：

四极滤质装置，用于对输入的离子进行传输以及离子选择得到选择离子；

离子控制装置，设置于所述四极滤质装置的离子引出口，用于将所述选择离子输送至离子阱质量分析装置；或对所述选择离子进行离子碰撞后，将碰撞后的离子输送至飞行时间质量分析装置；

离子阱质量分析装置，设置于所述离子控制装置的第一离子引出口，用于对所述选择离子进行离子阱质谱分析；或对所述选择离子进行离子阱质谱分析后，输送回所述离子控制装置，以使所述离子控制装置将输送回的离子输送至所述飞行时间质量分析装置；

飞行时间质量分析装置，设置于所述离子控制装置的第二离子引出口，用于对输入的离子进行飞行时间质谱分析；

控制装置，所述四极滤质装置、所述离子控制装置、所述离子阱质量分析装置和所述飞行时间质量分析装置分别连接所述控制装置，所述控制装置用于根据所选质谱分析模式，分别控制所述四极滤质装置、所述离子控制装置、所述离子阱质量分析装置和所述飞行时间质量分析装置启动运行。

2.根据权利要求1所述的串级质谱系统，其特征在于，还包括离子输入装置，所述离子输入装置设置于所述四极滤质装置的离子引入口。

3.根据权利要求2所述的串级质谱系统，其特征在于，所述离子输入装置包括质谱接口器件和聚焦器件，所述聚焦器件设置于所述四极滤质装置的离子引入口，所述质谱接口器件设置于所述聚焦器件的离子引入口。

4.根据权利要求3所述的串级质谱系统，其特征在于，所述质谱接口器件包括毛细管、分子离子反应器和聚焦电极，所述毛细管用于输入外部电离源产生的离子，所述聚焦电极设置于所述聚焦器件的离子引入口，所述分子离子反应器设置于所述毛细管和所述聚焦电极之间；

或，所述质谱接口器件包括毛细管、离子漏斗和聚焦电极，所述毛细管用于输入外部电离源产生的离子，所述聚焦电极设置于所述聚焦器件的离子引入口，所述离子漏斗设置于所述毛细管和所述聚焦电极之间。

5.根据权利要求1所述的串级质谱系统，其特征在于，所述飞行时间质量分析装置包括离子聚焦调制器和飞行时间质量分析器，所述离子聚焦调制器设置于所述离子控制装置的第二离子引出口，所述飞行时间质量分析器设置于所述离子聚焦调制器的离子引出口，所述飞行时间质量分析器连接所述控制装置。

6.根据权利要求1所述的串级质谱系统，其特征在于，所述离子阱质量分析装置包括第一端盖电极、第二端盖电极、中间电极和检测器件，所述第一端盖电极、所述第二端盖电极、所述中间电极和所述检测器件分别连接所述控制装置，所述第一端盖电极和所述第二端盖电极相对设置，所述第一端盖电极设置于所述离子控制装置的第一离子引出口，所述中间电极设置于所述第一端盖电极和所述第二端盖电极之间，所述检测器件设置于所述中间电极。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的串级质谱系统，其特征在于，所述离子控制装置包括腔体、离子引入电极、离子控制电极和离子引出电极，所述离子引入电极、所述离子控制电极和所述离子引出电极分别连接所述控制装置，所述腔体靠近所述四极滤质装置的一侧开设有离子引入口，所述腔体靠近所述离子阱质量分析装置的一侧开设有第一离子引出口，所述腔体靠近所述飞行时间质量分析装置的一侧开设有第二离子引出口，所述腔体与开设所述第一离子引出口的侧面相对的一侧，还开设有缓冲气体引入口；

所述离子引入电极、所述离子控制电极和所述离子引出电极均设置于所述腔体的内部，所述离子引入电极设置于所述离子控制装置的离子引入口，所述离子引出电极设置于所述离子控制装置的第二离子引出口，所述离子控制电极设置于所述离子引入电极与所述离子引出电极之间。

8.根据权利要求7所述的串级质谱系统，其特征在于，所述离子控制电极包括第一方向控制组件、第二方向控制组件和切换电极组件，所述第一方向控制组件、所述第二方向控制组件和所述切换电极组件分别连接所述控制装置，所述离子引入电极设置于所述第一方向控制组件的第一端，所述离子引出电极设置于所述第一方向控制组件的第二端，所述第一端与所述第二端相对设置，所述第二方向控制组件的第一端通过所述切换电极组件连接至所述第一方向控制组件，所述第二方向控制组件的第二端设置于所述离子控制装置的第一离子引出口。

9.根据权利要求8所述的串级质谱系统，其特征在于，所述第二方向控制组件垂直设置于所述第一方向控制组件。

10.一种质谱设备，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的串级质谱系统。

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