一种基于动量分析器的飞行时间质谱计制造技术

本发明专利技术提出一种基于动量分析器的飞行时间质谱计（MTOF-MS），使得离子质量数与其飞行时间呈线性关系，从而大大扩展仪器的质量数上限，明显提升仪器的分辨本领。本发明专利技术所依据的物理原理是，将传统的“等做功”离子加速方式改变为“等冲量”离子加速方式，也即，先把所有离子压缩到一个薄层内等待起飞，然后用高压窄脉冲加速离子，所有等电荷离子将获得同样的动量，再进入无场漂移区，最后按照离子质量数不同陆续到达探测器。也可以让离子通过无场漂移区后再进入离子反射器，折返后再次通过无场漂移区最后陆续到达探测器。按照到达离子的时间序列记录信号，即可识别离子种类。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出一种基于动量分析器的飞行时间质谱计（MTOF-MS），使得离子质量数与其飞行时间呈线性关系，从而大大扩展仪器的质量数上限，明显提升仪器的分辨本领。本专利技术所依据的物理原理是，将传统的“等做功”离子加速方式改变为“等冲量”离子加速方式，也即，先把所有离子压缩到一个薄层内等待起飞，然后用高压窄脉冲加速离子，所有等电荷离子将获得同样的动量，再进入无场漂移区，最后按照离子质量数不同陆续到达探测器。也可以让离子通过无场漂移区后再进入离子反射器，折返后再次通过无场漂移区最后陆续到达探测器。按照到达离子的时间序列记录信号，即可识别离子种类。【专利说明】一种基于动量分析器的飞行时间质谱计
本专利技术涉及一种分析仪器，主要涉及采用新的工作原理来解决传统飞行时间质谱计所固有的质量数与时间关系的非线性问题。采用新原理将大大扩展仪器的质量数上限，明显提升仪器的分辨本领。所专利技术的仪器可以用于气体成分分析、同位素分析、有机物识另|J、工业分压强测量、容器检漏，也可用于大气污染监测、食品安全监测、体育兴奋剂监测以及公众安全监测等领域。
技术介绍
质谱分析技术是现代人类社会最重要的物质识别技术之一，无论在基础科学研究、航空航天等高科技领域，还是在与民生息息相关的食品安全、大气污染监测、公众安全监测等
，都有十分广泛的用途。与磁质谱、四极质谱和离子阱质谱等质谱分析技术相比，飞行时间质谱(time-of-f light mass spectrometry, TOF-MS)不需要质量扫描，具有即时响应的特点，特别适合对于瞬态独立事件和动态变化事件的探测；同时，TOF-MS原则上可以有很宽的质量数范围，可以探测小质量数物质(如1Ii2D)和大质量数的物质(如蛋白质，质量数成千上万)；此外，大型TOF-MS的分辨本领已经达到IO4 -1O5,远远超过其它类型的质谱仪器。因此，目前高端TOF-MS仪器在生命科学的蛋白质组学研究领域发挥着不可替代的关键作用。从上世纪80年代开始，由于水星、火星等深空探测任务的需要，国际上开始研究小型化甚至微型化的TOF-MS仪器，其IO2 -1O3的分辨本领足以识别基本物质和元素及其同位素，到目前已经成功应用于多种类型的空间飞行器。由此引领了另外一个重要的发展方向，也即开发小型化的便携式TOF-MS仪器，以便大量应用于中低端民生领域。从世界上第一台TOF-MS仪器于1948年专利技术至今，无论是大型高端仪器，还是小型化便携式仪器，其物理基础一直是基于能量分析器原理的。也就是说，所有的离子被稳态电场加速获得相等的动能，通过同样的飞行区后，质量数不同的离子按照先后顺序陆续到达探测极板而被记录下来。其离子加速过程依据的是动能定理，即:【权利要求】1.一种基于动量分析器的飞行时间质谱计，其特征在于:使所有离子在加速区获得同样的动量，然后通过同样的飞行区后按照质量数差别陆续到达离子探测器被记录下来。2.根据权利要求1所述的一种基于动量分析器的飞行时间质谱计，其特征在于:该质谱计既可以做成直线式的，也可以做成反射式的。3.根据权利要求1或2所述的一种基于动量分析器的飞行时间质谱计，其特征在于:所述的直线式质谱计主要由三个分系统组成:主体结构分系统、电控分系统和真空分系统； 所述的主体结构分系统包括灯丝、电离盒、栅网电极和离子探测器； 所述的电控分系统包括电离电压电路、离子垂直引入与抑制电压电路、离子延迟引出与短脉冲加速电路和数据采集系统； 所述的真空分系统主要是一个真空室，在真空室上有一个微流量进样接口和一个抽真空接口 ；所述的主体结构分系统均密封于真空室之中。4.根据权利要求3所述的一种基于动量分析器的飞行时间质谱计，其特征在于:电离电压电路在灯丝和电离盒之间施加电离电压；离子垂直引入与抑制电压电路在电离盒与栅网电极之间施加离子垂直引入与抑制电压；离子延迟引出与短脉冲加速电路通过其中的隔直电容给电离盒施加正高压窄脉冲；离子被瞬间加速，部分离子会穿过栅网电极，最后陆续到达离子探测器；离子探测器的数据被数据采集系统所记录。5.根据权利要求1或2所述的一种基于动量分析器的飞行时间质谱计，其特征在于:所述的反射式质谱计主要由三个分系统组成:主体结构分系统、电控分系统和真空分系统； 所述的主体结构分系统包括灯丝、电离盒、栅网电极、离子反射镜和离子探测器； 所述的电控分系统包括电离电压电路、离子垂直引入与抑制电压电路、离子延迟引出与短脉冲加速电路和数据采集系统； 所述的真空分系统主要是一个真空室，在真空室上有一个微流量进样接口和一个抽真空接口 ；所述的主体结构分系统均密封于真空室之中。6.根据权利要求5所述的一种基于动量分析器的飞行时间质谱计，其特征在于:电离电压电路在灯丝和电离盒之间施加电离电压；离子垂直引入与抑制电压电路在电离盒与栅网电极之间施加离子垂直引入与抑制电压；离子延迟引出与短脉冲加速电路通过其中的隔直电容给电离盒施加正高压窄脉冲；离子被瞬间加速，部分离子会穿过栅网电极进入离子反射镜，被反射回来最后陆续到达离子探测器；离子探测器的数据被数据采集系统所记录。7.根据权利要求4或6所述的一种基于动量分析器的飞行时间质谱计，其特征在于:采用高压窄脉冲来加速离子，脉冲幅度300-5000V，脉冲宽度10ns-3l.! S，脉冲频率500Hz-10KHz。8.根据权利要求3或5所述的一种基于动量分析器的飞行时间质谱计，其特征在于带绝缘层的栅网电极接地，电离盒与该栅网电极之间的距离为2-10mm ;给电离盒施加10-100V的离子垂直引入与抑制电压，将正离子压缩到该栅网电极表面附近的一个薄层内；该栅网电极表面沉积一层IO-1OOnm厚度的高K绝缘层，以避免离子电荷直接被接地电极中和。9.根据权利要求1或2所述的一种基于动量分析器的飞行时间质谱计，其特征在于:离子的产生方式为电子碰撞电离或者光电离；其中电子碰撞电离所需的电子束，可以来源于热灯丝发射，也可以来源于场发射，采用磁场来聚焦电子束。10.根据权利要求3或5所述的一种基于动量分析器的飞行时间质谱计，其特征在于:真空室的工作压力 低于lX10_2Pa。【文档编号】H01J49/40GK103972021SQ201410126379【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日 【专利技术者】郭等柱, 张耿民, 薛增泉 申请人:北京大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动量分析器的飞行时间质谱计，其特征在于：使所有离子在加速区获得同样的动量，然后通过同样的飞行区后按照质量数差别陆续到达离子探测器被记录下来。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭等柱，张耿民，薛增泉，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11