一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪制造技术

一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪，所述的质谱仪包括两级真空腔。第一级真空腔内包含持续进样大气压接口和射频离子导引装置，第二级真空腔内包括静电电极、离子阱和离子检测器，两级真空腔之间采用开孔电极相连。所述的静电电极可以将离子阱远离开孔电极一定距离或偏转一定角度，进而使离子阱免受来自第一级真空腔气流的直接冲击，保证离子阱具有足够的稳定性与分辨率；同时采用静电电极对控制电路要求简单。本发明专利技术所述的质谱仪结构紧凑，适合小型化，在现场分析检测领域具有广泛的应用前景。

A Continuous Sampling Atmospheric Pressure Interface Secondary Vacuum Ion Trap Mass Spectrometer

A two-stage vacuum ion trap mass spectrometer with continuous injection atmospheric pressure interface comprises a two-stage vacuum chamber. The first vacuum chamber consists of a continuous sampling atmospheric pressure interface and a radio frequency ion guiding device. The second vacuum chamber consists of electrostatic electrodes, ion traps and ion detectors. The two vacuum chambers are connected by open-hole electrodes. The electrostatic electrode can keep the ion trap away from the open-hole electrode at a certain distance or deflection angle, thereby protecting the ion trap from the direct impact of air flow from the first vacuum chamber, ensuring that the ion trap has sufficient stability and resolution, and adopting the electrostatic electrode requires simple control circuit. The mass spectrometer has compact structure and is suitable for miniaturization, and has wide application prospect in the field of field analysis and detection.

【技术实现步骤摘要】
一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪
本专利技术涉及利用质谱仪器进行生化物质的原位和现场检测领域，特别涉及适合小型化的一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪。
技术介绍
质谱法作为同时具备高特异性和高灵敏度的通用型化学分析方法，在各种分析检测领域都有着广泛的应用。随着现场检测与原位分析需求的不断增加，小型化的质谱仪发挥越来越重要的作用。但仪器的小型化是以性能的降低为代价的，小型质谱仪器还无法完全满足广泛的实际应用需求，所以提高小型质谱仪的性能是其推广应用的关键。在各种质谱分析器中，离子阱凭借其简单的结构、时间串级质谱能力以及高气压分析能力，被视为质谱小型化的首选。而在质谱仪进样方法方面，持续进样大气压接口的质谱仪凭借其优越的灵敏度与分析速度展现出了良好的性能潜力与优势。美国专利US6392225提出了利用持续进样大气压接口将大气压离子源电离的离子引入到离子阱中的质谱仪器配置方法，是目前实验室用离子阱质谱普遍采用的形式，因为其具有多级真空腔，离子阱在最后一级真空腔内，并且其之前有多个射频离子导引装置，所以离子阱可以工作在一个相对稳定的环境下，可以得到很好的性能。可如此复杂的仪器配置并不适用于现场应用。文献ZhaiY,ZhangX,XuH,etal.AMiniMassSpectrometerIntegratedwithaMiniatureIonFunnel[J].AnalyticalChemistry,2017,89(7):4177.将仪器进行了简化，提出了持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪，其第一级真空腔采用小型离子漏斗，第二级真空腔内为单一的线性离子阱，成功实现了ng/mL级别的检出限，在473Th/s的扫描速度下分辨率达到1746，是目前综合性能最好的单一离子阱小型质谱仪。但是其性能和很多实际应用的需求仍有一定差距，同时在使用中也表现出稳定性不高的问题。这是因为其所提出了持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪中离子阱是直接靠近取样锥孔处的。先前已有研究通过仿真证明了质谱仪内各个区域都存在气流的作用，特别在锥孔处尤为明显。放在锥孔附近的离子阱将受到来自第一级真空腔气流的直接冲击，这将影响离子阱的质量分析过程。最直观的影响是离子在气流的驱动下会持续的进入离子阱内，导致离子阱前端极板无法有效地控制离子的进样与否。此外，离子阱在进行质谱扫描时，不稳定气流的持续冲击对分辨率和质量精度都会造成干扰，影响了仪器的性能，限制其实际应用能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪，以期解决实验室用的大型质谱仪性能好但结构复杂，现场用的小型化质谱仪结构简单但性能不高的矛盾，从而达到使用简单的仪器结构克服气流对离子阱质量分析影响的目的。本专利技术的技术方案如下：一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪,所述的质谱仪包括两级真空腔，在第一级真空腔内包含持续进样大气压接口和射频离子导引装置，第二级真空腔内包括静电电极、离子阱和离子检测器，两级真空腔之间采用开孔电极相连；其特征在于：在离子运动路径上，所述开孔电极和离子阱之间设置静电电极，离子依次经过开孔电极和静电电极后进入离子阱内。上述技术方案中，所述的静电电极可采用中间带孔的透镜式静电电极，且开孔电极、透镜式静电电极与离子阱位于同一轴线上，所述离子阱远离开孔电极至少5mm的距离。所述的静电电极也可采用偏转式静电电极，且离子阱的轴线与开孔电极的轴线不在同一直线上；通过开口电极的离子在偏转式静电电极的直流电压作用下转弯进入离子阱内完成分析，而通过开口电极的中性气体分子进入第二级真空腔后则扩散掉，不直接冲击离子阱。本专利技术的另一技术特征是：所述的第一级真空腔气压高于第二级真空腔，且第一级真空腔内气压处于10-3-103Pa之间，第二级真空腔内气压处于10-4-102Pa之间。优选地，所述的持续进样大气压接口为取样锥、金属管或非金属毛细管，其持续进样大气压接口的孔径尺寸小于等于1mm。优选地，所述的射频离子导引装置为四极杆、八极杆或离子漏斗。优选地，所述的开孔电极为能独立供电的锥形开口电极或平板开口电极，其中开孔尺寸小于等于1mm。优选地，所述的离子阱为三维离子阱或二维线性离子阱。本专利技术具有以下优点及突出性效果：①所述的一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪，因静电电极的存在使得离子阱远离或者偏转二级真空腔入口处的开孔电极一定距离或角度，从而避免来自第一级真空腔气流对离子阱的直接冲击，提高了稳定性与分辨率。②所述的持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪，仅采用一个加直流电压的静电电极即可实现离子的传输，并减小离子阱受气流的影响，相比于用其它射频离子传输装置，结构简单，对外围电路要求低，适合于小型化。③所述的持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪，利用简单的真空泵配置即可满足持续大气压接口的进样与离子阱对工作环境的需求，结构简单，并且一个射频离子导引装置配合一个离子阱质量分析器，可实现多种不同的工作模式，适合于小型化应用。附图说明图1是本专利技术所涉及的一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪采用透镜式静电电极情况下的结构示意图。图2是本专利技术所涉及的一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪采用偏转式静电电极情况下的结构示意图。此图为摘要附图。图3a是本专利技术所涉及的开孔电极为锥形开口电极的示意图；图3b是本专利技术所涉及的开孔电极为平板开口电极的示意图。图4是本专利技术所涉及的一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪的一个实施案例示意图，其中射频离子导引装置采用离子漏斗，开孔电极采用锥形开口电极、静电电极采用透镜式静电电极，并利用SVF-E0-50机械泵和Hipace80分子泵作为真空泵来维持系统真空。图5a是本专利技术所涉及的一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪(如图4)信号强度稳定性和峰位稳定性的测试结果图；图5b是不加静电电极情况下的质谱仪信号强度稳定性和峰位稳定性的测试结果图。图6a是本专利技术所涉及的一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪(如图4)分辨率测试结果图；图6b是不加静电电极情况下的质谱仪分辨率的测试结果图。图中：1-大气压离子源；11-纳喷雾离子源；2-第一级真空腔；3-第二级真空腔；4-持续进样大气压接口；41-不锈钢毛细管；5-射频离子导引装置；51-离子漏斗；6-开孔电极；61-锥形开口电极；62-平板开口电极；7-静电电极；71-透镜式静电电极；72-偏转式静电电极；8-离子阱；81-线性离子阱；9-离子检测器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术提供的一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪做进一步说明。本专利技术提供的一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪，该质谱仪包括一个可在大气环境下进行电离的离子源和具有气压梯度差异的两级真空腔。第一级真空腔2内包括持续进样大气压接口4和射频离子导引装置5，两级真空腔之间采用开孔电极6相连；第二级真空腔3包括静电电极、离子阱8和离子检测器9。在离子运动路径上，开孔电极6和离子阱8之间存在静电电极7，离子依次经过开孔电极和静电电极后进入离子阱内完成分析，其中所述的静电电极可以为中间带孔的透镜式静电电极71或者偏转式静电电极72。对于采用中间带孔的透镜式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪,所述的质谱仪包括两级真空腔，在第一级真空腔(2)内包含持续进样大气压接口(4)和射频离子导引装置(5)，第二级真空腔(3)内包括静电电极(7)、离子阱(8)和离子检测器(9)，两级真空腔之间采用开孔电极(6)相连；其特征在于：在离子运动路径上，所述开孔电极(6)和离子阱(8)之间设置静电电极(7)，离子依次经过开孔电极(6)和静电电极(7)后进入离子阱(8)内。

【技术特征摘要】
1.一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪,所述的质谱仪包括两级真空腔，在第一级真空腔(2)内包含持续进样大气压接口(4)和射频离子导引装置(5)，第二级真空腔(3)内包括静电电极(7)、离子阱(8)和离子检测器(9)，两级真空腔之间采用开孔电极(6)相连；其特征在于：在离子运动路径上，所述开孔电极(6)和离子阱(8)之间设置静电电极(7)，离子依次经过开孔电极(6)和静电电极(7)后进入离子阱(8)内。2.按照权利要求1所述的一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪，其特征在于：所述的静电电极(7)为中间带孔的透镜式静电电极(71)，且开孔电极(6)、透镜式静电电极(71)与离子阱(8)位于同一轴线上，所述离子阱(8)远离开孔电极(6)至少5mm的距离。3.按照权利要求1所述的一种持续进样大气压接口二级真空离子阱质谱仪，其特征在于：所述的静电电极(7)为偏转式静电电极(72)，且离子阱(8)的轴线与开孔电极(6)的轴线不在同一直线上；通过开口电极(6)的离子在偏转式静电电极(72)的直流电压作用下转弯进入离子阱(8)内完成分析，而通过开口电极(6)的中性气体分子进入第二级真空腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐飞，霍新明，王晓浩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11