CN217158111U - 串级质谱系统及设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种串级质谱系统及设备，同时串接有四极杆、离子阱以及飞行时间质量分析装置，并且分别连接至控制装置，在控制装置的作用下，四极杆、离子阱以及飞行时间质量分析装置以所选取的质谱分析模式对应的状态运行，实现不同的质谱分析操作。同时，在控制装置的作用下，还能在不同的质谱分析模式之间进行切换，将不同的质谱分析模式进行组合，有效扩展质谱分析的应用场景。通过上述方案，四极杆与离子阱的引入对特定目标离子的灵敏度提升具有较高的效益，经过四极杆的质量过滤后，可以进一步减少离子阱中空间电荷作用，利用离子阱实现多级质谱分析，在保证高分辨的同时，还具有较高的灵敏度，有效提高质谱仪的工作可靠性。

Description

串级质谱系统及设备

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高灵敏度的检测需求。

为了综合离子利用率、分辨率、灵敏度、定性分析，满足离子的监测需求，通常将四极杆与飞行时间质量分析器进行串联，也即实现一种四极杆-飞行时间质谱分析(Q-TOF)方案。然而，Q-TOF在进行分析时，仍会存在较多的离子损失，灵敏度较差，虽然可以在Q-TOF质谱仪的离子传输通道上增加离子存储区域提高离子利用率，但由于其工作模式的限制，使灵敏度难以提高。因此，传统的质谱仪存在工作可靠性差的缺点。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的质谱仪工作可靠性差的问题，提供一种串级质谱系统及设备。

一种串级质谱系统，包括：四极杆，用于将输入的离子传输至离子阱，或对输入的离子进行质量过滤后输送至所述离子阱；离子阱，设置于所述四极杆的离子输出口，用于对输入的离子进行冷却、传输、离子阱质谱分析或者碰撞诱导解离；飞行时间质量分析装置，设置于所述离子阱的离子引出口，用于对输入的离子进行飞行时间质谱分析；控制装置，所述四极杆、所述离子阱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择的质谱分析模式，控制所述四极杆、所述离子阱和所述飞行时间质量分析装置以对应状态运行。

在一个实施例中，所述四极杆包括：四极电极、第一门电极和第二门电极，所述四极电极、所述第一门电极和所述第二门电极分别连接所述控制装置，所述第一门电极和所述第二门电极相对设置，所述四极电极设置于所述第一门电极和所述第二门电极之间，所述第一门电极设置有离子输入口，所述第二门电极设置有离子输出口；和/或，所述离子阱包括：离子阱电极、第三门电极和检测器件，所述离子阱电极和所述第三门电极分别连接所述控制装置，所述第三门电极与所述第二门电极相对设置，所述离子阱电极设置于所述第三门电极和所述第二门电极之间，所述离子阱电极的设置有离子喷射狭缝，所述检测器件设置于所述离子喷射狭缝。

在一个实施例中，所述飞行时间质量分析装置包括：聚焦调制器和飞行时间质量分析器，所述聚焦调制器和所述飞行时间质量分析器分别连接所述控制装置，所述聚焦调制器设置于所述离子阱的离子引出口，所述飞行时间质量分析器设置于所述聚焦调制器的离子输出口。

在一个实施例中，所述串级质谱系统还包括质谱接口装置和聚焦装置，所述质谱接口装置用于连接外部电离源，所述聚焦装置设置于所述质谱接口装置的离子输出口，所述四极杆设置于所述聚焦装置的离子输出口。

在一个实施例中，所述质谱接口装置包括毛细管、分子离子反应器和聚焦电极，所述毛细管用于连接外部电离源，所述聚焦电极设置有离子输出口作为所述质谱接口装置的离子输出口，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；或所述质谱接口装置包括毛细管、离子漏斗和聚焦电极，所述毛细管用于连接外部电离源，所述聚焦电极设置有离子输出口作为所述质谱接口装置的离子输出口，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，所述四极杆的调制区、所述离子阱的调制区和所述飞行时间质量分析装置的调制区的中心轴位于同一直线上。

在一个实施例中，所述质谱分析模式包括飞行时间质谱模式、离子阱质谱模式、离子阱-飞行时间质谱模式、四极杆-离子阱质谱模式和四极杆-飞行时间质谱模式中的至少一种。

在一个实施例中，当质谱分析模式为飞行时间质谱模式，所述控制装置控制所述四极杆将输入的离子传输至所述离子阱，以及控制所述离子阱对输入的离子进行冷却、碰撞诱导解离后，传输至所述飞行时间质量分析装置进行飞行时间质谱分析；当质谱分析模式为离子阱质谱模式时，所述控制装置控制所述四极杆将输入的离子传输至所述离子阱，以及控制所述离子阱对输入的离子进行冷却后，实现离子阱质谱分析；当质谱分析模式为离子阱-飞行时间质谱模式时，所述控制装置控制所述四极杆将输入的离子传输至所述离子阱，以及控制所述离子阱对输入的离子进行冷却、离子阱质谱分析和碰撞诱导解离后，传输至所述飞行时间质量分析装置进行飞行时间质谱分析；当质谱分析模式为四极杆-离子阱质谱模式时，所述控制装置控制所述四极杆将输入的离子进行质量过滤后输送至所述离子阱，以及控制所述离子阱对输入的离子进行冷却后，实现离子阱质谱分析；当质谱分析模式为四极杆-飞行时间质谱模式时，所述控制装置控制所述四极杆将输入的离子进行质量过滤后输送至所述离子阱，以及控制所述离子阱对输入的离子进行冷却、碰撞诱导解离后，传输至所述飞行时间质量分析装置进行飞行时间质谱分析。

在一个实施例中，所述质谱分析模式包括：定量分析下，所述四极杆-飞行时间质谱模式与所述四极杆-离子阱质谱模式的组合；以及定性分析下，所述飞行时间质谱模式和所述四极杆-飞行时间质谱模式的组合。

一种串级质谱设备，包括上述的串级质谱系统。

上述串级质谱系统及设备，同时串接有四极杆、离子阱以及飞行时间质量分析装置，并且分别连接至控制装置，在控制装置的作用下，四极杆、离子阱以及飞行时间质量分析装置以所选取的质谱分析模式对应的状态运行，实现不同的质谱分析操作。同时，在控制装置的作用下，还能在不同的质谱分析模式之间进行切换，将不同的质谱分析模式进行组合，有效扩展质谱分析的应用场景。通过上述方案，四极杆与离子阱的引入对特定目标离子的灵敏度提升具有较高的效益，经过四极杆的质量过滤后，可以进一步减少离子阱中空间电荷作用，利用离子阱实现多级质谱分析，在保证高分辨的同时，还具有较高的灵敏度，有效提高质谱仪的工作可靠性。

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为一实施例中四极电极传输模式电压施加示意图；

图4为一实施例中四极电极质量过滤模式电压施加示意图；

图5为一实施例中离子阱电极冷却、传输电压施加示意图；

图6为一实施例中离子阱电极质量分析、碰撞诱导解离电压施加示意图；

图7为又一实施例中串级质谱系统结构示意图；

图8为再一实施例中串级质谱系统结构示意图；

图9为又一实施例中串级质谱系统结构示意图；

图10为再一实施例中串级质谱系统结构示意图；

图11为一实施例中TOF模式主要参数施加时序示意图；

图12为一实施例中100ppb利血平在TOF模式下的检测结果示意图；

图13为一实施例中Q-TOF模式主要参数施加时序示意图；

图14为一实施例中100ppb利血平在Q-TOF模式下的检测结果示意图；

图15为一实施例中Trap模式主要参数施加时序示意图；

图16为一实施例中100ppb利血平在Trap模式下的检测结果示意图；

图17为一实施例中Q-LIT模式主要参数施加时序示意图；

图18为一实施例中100ppb利血平在Q-LIT模式下的检测结果示意图。

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：四极杆100，用于将输入的离子传输至离子阱200，或对输入的离子进行质量过滤后输送至离子阱200；离子阱200，设置于四极杆100的离子输出口，用于对输入的离子进行冷却、传输、离子阱质谱分析或者碰撞诱导解离；飞行时间质量分析装置300，设置于离子阱200的离子引出口，用于对输入的离子进行飞行时间质谱分析；控制装置400，四极杆100、离子阱200和飞行时间质量分析装置300分别连接控制装置400，控制装置400用于根据所选择的质谱分析模式，控制四极杆100、离子阱200和飞行时间质量分析装置300以对应状态运行。

具体地，四极杆100具有两种不同的工作状态，其一为传输状态，此时四极杆100直接将输入的离子传输到后端装置进行质量分析，其自身只进行传输操作，并不会对输入的离子进行分析处理。其二为质量过滤状态，在该状态下，四极杆100会对输入的离子进行离子选择，控制装置400通过向四极杆100输入相应大小的射频电压以及直流电压，使特定质荷比的离子以稳定轨道穿过四极场，而质量较大或较小的离子由于轨道不稳定打到四极杆100上，从而达到质量分析的目的。

同样的，离子阱200具备多种不同的工作状态，当需要离子阱200进行质量分析时，将离子阱200作为质量分析的器件，此时离子阱200将会工作在离子阱质谱分析，输入其内部的离子首先进行冷却，冷却完成后在其内部进行多级质谱分析。而当离子阱200不需要进行质量分析时，离子阱200作为一个传输器件，将输入的离子进行冷却后，进行碰撞诱导解离，最终传输到后端的飞行时间质量分析装置300进行飞行时间质谱分析。

因此，结合上述四极杆100和离子阱200的不同工作模式，可控制串级质谱系统进行飞行时间质谱分析(TOF)、离子阱质谱分析(LIT)、离子阱-飞行时间质谱分析(Trap-TOF)、四极杆-离子阱质谱分析(Q-LIT)以及四极杆-飞行时间质谱分析(Q-TOF)中的至少一种。

其中，当质谱分析模式为飞行时间质谱模式，控制装置400控制四极杆100将输入的离子传输至离子阱200，以及控制离子阱200对输入的离子进行冷却、碰撞诱导解离后，传输至飞行时间质量分析装置300进行飞行时间质谱分析，以得到高分辨的质谱。

当质谱分析模式为离子阱质谱模式时，控制装置400控制四极杆100将输入的离子传输至离子阱200，以及控制离子阱200对输入的离子进行冷却后，实现离子阱质谱分析，以得到高灵敏度的质谱，同时还能实现多级质谱分析。

当质谱分析模式为离子阱-飞行时间质谱模式时，控制装置400控制四极杆100将输入的离子传输至离子阱200，以及控制离子阱200对输入的离子进行冷却、离子阱质谱分析和碰撞诱导解离后，传输至飞行时间质量分析装置300进行飞行时间质谱分析，以得到高灵敏度的质谱。

当质谱分析模式为四极杆-离子阱质谱模式时，控制装置400控制四极杆100将输入的离子进行质量过滤后输送至离子阱200，以及控制离子阱200对输入的离子进行冷却后，实现离子阱质谱分析，以得到高灵敏度的串级质谱图。

当质谱分析模式为四极杆-飞行时间质谱模式时，控制装置400控制四极杆100将输入的离子进行质量过滤后输送至离子阱200，以及控制离子阱200对输入的离子进行冷却、碰撞诱导解离后，传输至飞行时间质量分析装置300进行飞行时间质谱分析，以得到高分辨的串级谱图。

控制装置400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，向四极杆100、离子阱200以及飞行时间质量分析装置300输出不同的电压大小，以实现四极杆100、离子阱200以及飞行时间质量分析装置300不同工作状态的调整均可。

进一步地，在一个实施例中，上述串级质谱系统所实现的质谱分析模式还包括上述两种或者两种以上的质谱模式的组合。例如，定量分析下，四极杆-飞行时间质谱模式与所述四极杆-离子阱质谱模式的组合；或者是定性分析下，所述飞行时间质谱模式和所述四极杆-飞行时间质谱模式的组合。通过该方案，串级质谱系统采用Q-LIT模式和Q-TOF模式结合，根据Q-TOF模式得到高分辨串级谱图，Q-LIT得到高灵敏度串级谱图，并对Q-TOF模式和Q-LIT模式的数据进行联合处理，实现物质的精确定性分析。采用TOF模式和Q-TOF模式，可以得到样品全谱和目标离子碎片信息，实现物质的定性分析。

上述串级质谱系统，同时串接有四极杆100、离子阱200以及飞行时间质量分析装置300，并且分别连接至控制装置400，在控制装置400的作用下，四极杆100、离子阱200以及飞行时间质量分析装置300以所选取的质谱分析模式对应的状态运行，实现不同的质谱分析操作。同时，在控制装置400的作用下，还能在不同的质谱分析模式之间进行切换，将不同的质谱分析模式进行组合，有效扩展质谱分析的应用场景。上述方案中，四极杆100与离子阱200的引入对特定目标离子的灵敏度提升具有较高的效益，经过四极杆100的质量过滤后，可以进一步减少离子阱200中空间电荷作用，利用离子阱200实现多级质谱分析，在保证高分辨的同时，还具有较高的灵敏度，有效提高质谱仪的工作可靠性。

请参阅图2，在一个实施例中，四极杆100包括：四极电极130、第一门电极110和第二门电极120，四极电极130、第一门电极110和第二门电极120分别连接控制装置400，第一门电极110和第二门电极120相对设置，四极电极130设置于第一门电极110和第二门电极120之间，第一门电极110设置有离子输入口，第二门电极120设置有离子输出口。

具体地，四极电极130包括四根平行杆电极，其截面具体可结合参阅图3-图4，四根平行杆电极中，相对的两个平行杆电极组成一个电极对，各个平行杆电极到对称轴的距离均相等，同一电极对上的两个平行杆电极输入相等的电位，而另外一个电极对则输入相反的电位。图3所示为四极杆100工作在传输状态时四极电极130的电压施加方式，图4为四极杆100工作在质量过滤状态时的电压施加方式。

四极电极130的两端(也即平行杆电极的两端)分别设置有第一门电极110和第二门电极120，且第一门电极110上设置有离子输入口，第二门电极120上设置于离子输出口，四极电极130、第一门电极110和第二门电极120均连接至控制装置400，通过控制装置400进行输入电压的控制，以使得离子能够从离子输入口输入，并沿着四极电极130进行传输，最终从离子输出口输出，最终到达离子阱200。

请结合参阅图2，在一个实施例中，离子阱200包括：离子阱电极210、第三门电极220和检测器件230，离子阱电极210和第三门电极220分别连接控制装置400，第三门电极220与第二门电极120相对设置，离子阱电极210设置于第三门电极220和第二门电极120之间，离子阱电极210的设置有离子喷射狭缝，检测器件230设置于离子喷射狭缝。

具体地，本实施例地方案中，离子阱200设置有离子阱电极210，在向离子阱电极210输入相应的电压信号之后，会形成阱将输送至离子阱200地离子存储，之后结合检测器件230，可对激发出的离子实现对应的离子阱质谱分析，得到高灵敏度的质谱。而第三门电极220则与第二门电极120一起，实现离子的传输控制，通过向第二门电极120和第三门电极220施加合适大小的电压，将会使得离子再离子阱200中实现传输。应当指出的是，检测器件230的具体数量并不是唯一的，可以是一个或者两个以上，具体结合质谱检测需求可进行不同的设置。

应当指出的是，离子阱电极210的具体结构并不是唯一的，只要能够结合第二门电极120与第三门电极220，实现离子的冷却、传输、离子阱质谱分析或者碰撞诱导解离功能均可。例如，在一个较为详细的实施例中，离子阱电极210采用与四极电极130相类似的结构，通过两对电极组构成，且两对电极组的设置方式与四极电极130的设置方式相同，离子阱电极210的截面具体可结合参阅图5与图6。离子阱电极210中的每个电极的具体形式并不是唯一的，可以是双曲面、圆柱或平板结构的电极。图5所示为以圆柱电极为例时，离子阱200工作在冷却、传输模式下的电压施加方式，图6所示为为以圆柱电极为例时，离子阱200工作在离子阱200质量分析或者碰撞诱导解离模式下的电压施加方式。

进一步地，在一个实施例中，为了实现对离子阱200内部的离子进行冷却、碰撞诱导解离，离子阱200还设置有气体引入管路，通过气体引入管路将离子阱200的内部调制空间与外部气体输入装置连接，从而为离子阱200输入用于冷却、碰撞诱导解离的中性气体。通过该实施例的方案，离子阱200可实现离子引入、冷却、一级质量分析、多级分析等功能；离子可以在离子阱200内进行质量分析，也可以通过调节第三门电极220使离子进入到飞行时间质量分析装置300；也可同时在离子阱200和飞行时间质量分析装置300中进行分析。

请继续参阅图2，在一个实施例中，飞行时间质量分析装置300包括：聚焦调制器310和飞行时间质量分析器320，聚焦调制器310和飞行时间质量分析器320分别连接控制装置400，聚焦调制器310设置于离子阱200的离子引出口，飞行时间质量分析器320设置于聚焦调制器310的离子输出口。

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320以实现飞行时间质谱分析，在飞行时间质量分析器320的前端，还设置有一离子聚焦调制器310，用以将离子阱200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320进行分析，得到高分辨的质谱。

可以理解，离子聚焦调制器310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310为圆环透镜组或直流四极杆100结合偏转透镜组。

飞行时间质量分析器320的具体类型也并不是唯一的，只要能够实现对输入离子的飞行时间质谱分析均可。在一个实施例中，飞行时间质量分析器320为直线型飞行时间质量分析器320或反射型飞行时间质量分析器320。

具体地，飞行时间质量分析器320的原理是通过测定由相同电压加速后的离子，经过飞行管到达检测器所用的时间来计算离子的质荷比。直线型飞行时间质量分析器320中，飞行管呈直线设置，经过电压加速后的离子直接传输到检测器实现质量分析。而反射型时间质量分析器的飞行管则弯曲设置，具体结合参阅图2，在其内部除了加速器与检测器之外，还设置有一反射器，通过加速器对聚焦调制器310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。在反射器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传输，最终被检测器检测得到。

请参阅图7，在一个实施例中，串级质谱系统还包括质谱接口装置500和聚焦装置600，质谱接口装置500用于连接外部电离源，聚焦装置600设置于质谱接口装置500的离子输出口，四极杆100设置于聚焦装置600的离子输出口。

具体地，本实施例的技术方案，在串级质谱系统在四极杆100的前端还设置有用于离子输入质谱接口装置500和聚焦装置600，质谱接口装置500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装置600，通过在聚焦装置600上输入一定大小的射频电压，使得离子在聚焦装置600上进行冷却聚焦，以保证离子稳定、准确的传输至四极杆100，从而保证质谱系统的检测可靠性。

应当指出的是，聚焦装置600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，聚焦装置600可以是四极传输器件、六极四极传输器件或者八极四极传输器件，只要能够实现输入离子的冷却聚焦均可。

同样地，质谱接口装置500的具体类型并不是唯一的，请结合参阅图8，在一个实施例中，质谱接口装置500包括毛细管510、分子离子反应器520和聚焦电极530，毛细管510用于连接外部电离源，聚焦电极530设置有离子输出口作为质谱接口装置500的离子输出口，分子离子反应器520设置于毛细管510和聚焦电极530之间。本实施例的方案中，通过毛细管510连接至外部电离源，外部电离源产生的离子通过毛细管510进入串级质谱系统中进行分析，经过分子离子反应器520以及聚焦电极530后，进一步传输至聚焦装置600进行聚焦。

在另一个实施例中，请结合参阅图9，质谱接口装置500包括毛细管510、离子漏斗540和聚焦电极530，毛细管510用于输入外部电离源产生的离子，聚焦电极530设置于聚焦器件120的离子引入口，离子漏斗540设置于毛细管510和聚焦电极530之间。该实施例的方案中，通过毛细管510连接至外部电离源，外部电离源产生的离子通过毛细管510进入串级质谱系统中进行分析，经过离子漏斗540以及聚焦电极530后，进一步传输至聚焦装置600进行聚焦。

进一步地，请结合参阅图10，在一个实施例中，聚焦装置600除了采用上述实施例中所示的四极传输器件、六极四极传输器件或者八极四极传输器件之外，聚焦装置600还可以采用离子漏斗实现，同样能够实现离子的冷却聚焦功能，将离子准确传输到后端四极杆100。

在一个实施例中，四极杆100的调制区、离子阱200的调制区和飞行时间质量分析装置300的调制区的中心轴位于同一直线上。

具体地，四极杆100的调制区即为四极杆100中四极电极130所构成的电场区域，离子阱200的调制区也即离子阱电极210所构成的电场区域，飞行时间质量分析装置300的调制区即为飞行时间质量分析器320的加速器的电场区域。具体可结合参阅图2，通过该种设置方式，保证离子在各个装置之间进行传输过程中，能够使得上一级装置中尽可能多的离子能够传输到下一级装置，保证离子传输的可靠性，进而提高质谱分析可靠性。

在一个实施例中，质谱分析模式包括飞行时间质谱模式、离子阱质谱模式、离子阱200-飞行时间质谱模式、四极杆100-离子阱质谱模式和四极杆100-飞行时间质谱模式中的至少一种。

具体地，上述串级质谱系统在实际运行过程中，可单独实现飞行时间质谱模式、离子阱质谱模式、离子阱200-飞行时间质谱模式、四极杆100-离子阱质谱模式和四极杆100-飞行时间质谱模式中的任意一种，也可以将其中两种或者更多中质谱模式进行组合，实现更为准确的质谱分析操作。

为了便于理解本申请的技术方案，下面以几个质谱模式详细工作方式进行解释说明，各个实施例的方案中，四极杆100均包括四极电极130、第一门电极110和第二门电极120，离子阱200包括离子阱电极210、检测器件230和第三门电极220，离子阱200还设置有气体引入管路。离子阱200的工作周期可分为离子引入、离子冷却、碰撞诱导解离、质量分析、离子清空过程，飞行时间质量分析装置300包括聚焦调制器310和飞行时间质量分析器320，且具体为反射型飞行时间质量分析器320。

飞行时间质谱分析(TOF)模式下，离子阱200中输入的气体为氦气，流速为0.4mL/min，此时可实现对样品中的全谱进行质量分析，该模式下控制装置400的输出电压时序可结合参阅图11。在该模式下四极杆100处于传输状态，控制装置400向第一门电极110施加电压20V，四极电极130施加轴向电压DC1为16V，第二门电极120施加电压14V，离子阱电极210施加轴向电压DC2为12V，第三门电极220施加电压为8V，聚焦调制器310(具体为透镜)从离子行走方向施加电压0V、-40V、0V、0V、-40V、0V；四极电极130施加射频RF1的幅值为200V、离子阱电极210施加射频RF2的幅值为300V，离子依次经过第一门电极110、四极电极130、第二门电极120、离子阱电极210、第三门电极220、聚焦调制器310后，进入到飞行时间质量分析器320的加速区(也即加速器所形成的加速电场区域)，加速器的推斥电极施加推斥脉冲，脉冲幅值为1000V、脉冲宽度为5us，离子在飞行管中进行传输。到达反射器形成的发射电场区域之后，被反射到检测器，最终被检测器检测到。最终检测结果如图12所示，该图展示100ppb利血平在TOF模式下的检测结果。

四极杆100-飞行时间质量分析模式(Q-TOF)下，对样品中的串级谱进行质量分析，此时四极杆100工作在质量过滤模式，离子阱200依次对离子进行冷却、碰撞诱导解离何传输，该模式下控制装置400的输出电压时序可结合参阅图13。在离子引入阶段，第一门电极110施加电压20V，四极电极130施加轴向电压DC1为16V，第二门电极120施加电压10V，离子阱电极210施加轴向电压DC2为-12V，根据目标离子质荷比m/z，设置四极电极130的施加射频RF1的幅值与直流DC的幅值、离子阱电极210施加射频RF1的幅值为300V，频率为1MHz，引入时间为0.04s。之后第二门电极120的电压升高到60V，离子门关闭。之后完成冷却阶段，时间长度为0.05s。在离子阱200内进行碰撞诱导解离，加入AC信号频率为400kHz，幅值为0.5V，碰撞时间为0.05s。完成碎裂后进入冷却阶段，持续时间0.05s，之后进入引入飞行时间质量分析阶段，第三门电极220的电压降到-3V，聚焦调制器310从离子行走方向施加电压0V、-40V、0V、0V、-40V、0V。进入到飞行时间质量分析器320的加速区(也即加速器所形成的加速电场区域)，加速器的推斥电极施加推斥脉冲，脉冲幅值为1000V、脉冲宽度为5us，离子在飞行管中进行传输。到达反射器形成的发射电场区域之后，被反射到检测器，最终被检测器检测到，得到高分辨串级谱图。最终检测结果如图14所示，该图展示100ppb利血平在Q-TOF模式下的检测结果。

离子阱200模式(Trap模式)下，对样品中的全谱进行质量分析，控制装置400的输出电压时序如图15所示。在离子引入阶段，第一门电极110施加电压20V，四极电极130施加轴向电压DC1为16V，第二门电极120施加电压10V，离子阱电极210施加轴向电压DC2为-12V，四极电极130施加射频RF1的幅值为200V，离子阱电极210施加射频RF2的幅值为300V，频率为1MHz，引入时间为0.04s。之后第二门电极120电压升高到60V，离子门关闭。之后完成冷却阶段，时间长度为0.05s，在离子阱200内进行质量分析，设置扫描速度为10000amu/s，质量范围为300amu-1000amu，得到一级高灵敏度谱图。如图16所示，该图为100ppb利血平在Trap模式下的检出的一级谱图。

四极杆100-离子阱200模式(Q-LIT)下，对样品中的串级谱进行质量分析，控制装置400的输出电压时序如图17所示。在离子引入阶段，第一门电极110施加电压20V，四极电极130施加轴向电压DC1为16V，第二门电极120施加电压10V，离子阱电极210施加轴向电压DC2为-12V。根据目标离子质荷比m/z，设置四极电极130的施加射频RF1的幅值与直流DC的幅值、离子阱电极210施加射频RF2的幅值为300V，频率为1MHz，引入时间为0.04s，之后第二门电极120的电压升高到60V，离子门关闭。之后完成冷却阶段，时间长度为0.05s；在离子阱200内进行碰撞诱导解离，加入AC信号频率为400kHz，幅值为0.5V，碰撞时间为0.05s，碎裂后在离子阱200内进行质量分析，设置扫描速度为10000amu/s，质量范围为300amu-1000amu,得到串级高灵敏度谱图。如图18所示，该图为100ppb利血平在Q-LIT模式下的检出效果。

进一步地，在一个较为详细的实施例中，所选择的质谱分析模式还可以是两种质谱模式的结合。

其一为TOF模式与Q-TOF模式的结合，以100ug/L浓度的利血平进行测试。首先进入TOF模式，控制装置400向第一门电极110施加电压20V，四极电极130施加轴向电压DC1为16V，第二门电极120施加电压14V，离子阱电极210施加轴向电压DC2为12V，第三门电极220施加电压为8V，聚焦调制器310(具体为透镜)从离子行走方向施加电压0V、-40V、0V、0V、-40V、0V；四极电极130施加射频RF1的幅值为200V、离子阱电极210施加射频RF2的幅值为300V，离子依次经过第一门电极110、四极电极130、第二门电极120、离子阱电极210、第三门电极220、聚焦调制器310后，进入到飞行时间质量分析器320的加速区(也即加速器所形成的加速电场区域)，加速器的推斥电极施加推斥脉冲，脉冲幅值为1000V、脉冲宽度为5us，离子在飞行管中进行传输。到达反射器形成的发射电场区域之后，被反射到检测器，最终被检测器检测到，累加1s的数据进行分析，得到高分辨一级质谱图。

然后进入Q-TOF模式，该过程中，在离子引入阶段，第一门电极110施加电压20V，四极电极130施加轴向电压DC1为16V，第二门电极120施加电压10V，离子阱电极210施加轴向电压DC2为-12V，根据目标离子质荷比m/z，设置四极电极130的施加射频RF1的幅值与直流DC的幅值、离子阱电极210施加射频RF1的幅值为300V，频率为1MHz，引入时间为0.04s。之后第二门电极120的电压升高到60V，离子门关闭。之后完成冷却阶段，时间长度为0.05s。在离子阱200内进行碰撞诱导解离，加入AC信号频率为400kHz，幅值为0.5V，碰撞时间为0.05s。完成碎裂后进入冷却阶段，持续时间0.05s，之后进入引入飞行时间质量分析阶段，第三门电极220的电压降到-3V，聚焦调制器310从离子行走方向施加电压0V、-40V、0V、0V、-40V、0V。进入到飞行时间质量分析器320的加速区，加速器的推斥电极施加推斥脉冲，脉冲幅值为1000V、脉冲宽度为5us，离子在飞行管中进行传输。到达反射器形成的发射电场区域之后，被反射到检测器，最终被检测器检测到，累加1秒的数据进行分析，得到高分辨串级谱图。该实施例中，采用TOF模式和Q-TOF模式，可以得到样品全谱和目标离子碎片信息，实现物质的定性分析。

其二为Q-LIT模式与Q-TOF模式的结合。以100ug/L浓度的利血平进行测试，实现方式和上述Q-LIT与Q-TOF分别执行相类似，当完成Q-LIT模式测试的，累加一秒的数据进行分析，得到Q-LIT检测结果，之后执行Q-TOF检测，同样最终累加一秒的数据，得到Q-TOF。最终，结合Q-TOF模式得到高质量精度、高分辨的质谱信息，以及Q-LIT模式得到的高灵敏度串级质谱信息进行处理，可得到精确地定性数据。

本申请还提供一种串级质谱设备，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。串级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。

上述串级质谱设备，同时串接有四极杆100、离子阱200以及飞行时间质量分析装置300，并且分别连接至控制装置400，在控制装置400的作用下，四极杆100、离子阱200以及飞行时间质量分析装置300以所选取的质谱分析模式对应的状态运行，实现不同的质谱分析操作。同时，在控制装置400的作用下，还能在不同的质谱分析模式之间进行切换，将不同的质谱分析模式进行组合，有效扩展质谱分析的应用场景。通过上述方案，四极杆100与离子阱200的引入对特定目标离子的灵敏度提升具有较高的效益，经过四极杆100的质量过滤后，可以进一步减少离子阱200中空间电荷作用，利用离子阱200实现多级质谱分析，在保证高分辨的同时，还具有较高的灵敏度，有效提高质谱仪的工作可靠性。

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：

四极杆，用于将输入的离子传输至离子阱，或对输入的离子进行质量过滤后输送至所述离子阱；

离子阱，设置于所述四极杆的离子输出口，用于对输入的离子进行冷却、传输、离子阱质谱分析或者碰撞诱导解离；

飞行时间质量分析装置，设置于所述离子阱的离子引出口，用于对输入的离子进行飞行时间质谱分析；

控制装置，所述四极杆、所述离子阱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择的质谱分析模式，控制所述四极杆、所述离子阱和所述飞行时间质量分析装置以对应状态运行。

2.根据权利要求1所述的串级质谱系统，其特征在于，所述四极杆包括：四极电极、第一门电极和第二门电极，所述四极电极、所述第一门电极和所述第二门电极分别连接所述控制装置，所述第一门电极和所述第二门电极相对设置，所述四极电极设置于所述第一门电极和所述第二门电极之间，所述第一门电极设置有离子输入口，所述第二门电极设置有离子输出口；

和/或，所述离子阱包括：离子阱电极、第三门电极和检测器件，所述离子阱电极和所述第三门电极分别连接所述控制装置，所述第三门电极与所述第二门电极相对设置，所述离子阱电极设置于所述第三门电极和所述第二门电极之间，所述离子阱电极的设置有离子喷射狭缝，所述检测器件设置于所述离子喷射狭缝。

3.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：聚焦调制器和飞行时间质量分析器，所述聚焦调制器和所述飞行时间质量分析器分别连接所述控制装置，所述聚焦调制器设置于所述离子阱的离子引出口，所述飞行时间质量分析器设置于所述聚焦调制器的离子输出口。

4.根据权利要求1所述的串级质谱系统，其特征在于，还包括质谱接口装置和聚焦装置，所述质谱接口装置用于连接外部电离源，所述聚焦装置设置于所述质谱接口装置的离子输出口，所述四极杆设置于所述聚焦装置的离子输出口。

5.根据权利要求4所述的串级质谱系统，其特征在于，所述质谱接口装置包括毛细管、分子离子反应器和聚焦电极，所述毛细管用于连接外部电离源，所述聚焦电极设置有离子输出口作为所述质谱接口装置的离子输出口，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。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的串级质谱系统，其特征在于，所述四极杆的调制区、所述离子阱的调制区和所述飞行时间质量分析装置的调制区的中心轴位于同一直线上。

7.根据权利要求1-5任一项所述的串级质谱系统，其特征在于，所述质谱分析模式包括飞行时间质谱模式、离子阱质谱模式、离子阱-飞行时间质谱模式、四极杆-离子阱质谱模式和四极杆-飞行时间质谱模式中的至少一种。

8.根据权利要求4所述的串级质谱系统，其特征在于，所述质谱接口装置包括毛细管、离子漏斗和聚焦电极，所述毛细管用于连接外部电离源，所述聚焦电极设置有离子输出口作为所述质谱接口装置的离子输出口，所述离子漏斗设置于所述毛细管和所述聚焦电极之间。

9.根据权利要求7所述的串级质谱系统，其特征在于，所述质谱分析模式包括：定量分析下，所述四极杆-飞行时间质谱模式与所述四极杆-离子阱质谱模式的组合；以及定性分析下，所述飞行时间质谱模式和所述四极杆-飞行时间质谱模式的组合。

10.一种串级质谱设备，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。

Images