可提高离子探测效率的质谱系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可提高离子探测效率的质谱系统。本发明专利技术可提高离子探测效率的质谱系统，包括线性离子阱和离子探测器，所述线性离子阱由两对相对平行放置的柱状电极，即一对X电极和一对Y电极，一对端盖薄片电极即一对Z电极构成，至少其中一对柱状电极的中央设置有离子引出槽；在线性离子阱的离子出射方向的一对电极即X电极上配置不同比例射频电压。本发明专利技术的有益效果：仅通过改变线性离子阱射频电压的配置方式成倍的提高其离子探测效率，无需改变线性离子阱的结构；该系统能够在保证80％以上离子探测效率的同时，保持与原对称射频电压配置下相当的质量分辨率。

【技术实现步骤摘要】
可提高离子探测效率的质谱系统
本专利技术涉及质谱仪
，具体涉及一种可提高离子探测效率的质谱系统。
技术介绍
质谱仪在现代分析领域发挥着举足轻重的作用，已经被广泛延伸至环境保护、食品安全、生命科学及太空探测等众多领域。作为一种现代分析仪器，质谱仪具有较高的探测灵敏度，能够对痕量物质进行有效地探测，是一种很好的定性、定量分析工具。质量分析器作为质谱仪的核心部件，根据质量分析器的不同，质谱仪可以分为磁质谱仪、傅里叶变换-离子回旋共振质谱仪、离子阱质谱仪、四级杆质谱仪以及飞行时间质谱仪。其中，离子阱质谱仪以其良好的离子储存能力可以更好地进行多级质谱分析，从而具有更强的物质结构分析能力和定性能力。而其核心分析部件离子阱质量分析器(以下简称离子阱)具有尺寸小巧、灵敏度高、结构简单、易于加工和可工作在较高气压条件下等优点。因此，离子阱成为质谱仪小型化的首选。目前，常用的离子阱为三维离子阱，它由两个双曲面端盖电极和一个旋转双曲面环电极构成，在质量分析过程中，离子被存储在三维离子阱中央的球形区域内。美国专利US6797950提出一种线性离子阱质量分析器，由对称放置的两对双曲柱面电极和两个端盖电极构成，在质量分析过程中，离子被存储在线性离子阱中央的圆柱形区域中。与三维离子阱相比，线性离子阱具有更大的离子存储空间，因此可存储更多的离子，在提高分析灵敏度的同时避免“空间电荷效应”的发生，保证质量分辨率达到分析需求。但是，线性离子阱和三维离子阱都采用双曲面结构，因此机械加工难度大，造价昂贵，增加了离子阱质谱仪的制造成本，不利于离子阱质谱仪的进一步推广。近年来，简化结构的离子阱质量分析器成为质谱领域的热门研究方向。美国专利US6838666中提出了使用平板电极构成的矩形离子阱，大大简化了双曲线性离子阱的结构降低了离子阱质量分析器的制造成本。但是，矩形离子阱由于电极形状的改变，内部的电场畸变较严重，因此降低了矩形离子阱的分析性能，如质量分辨率和灵敏度等。传统技术存在以下技术问题：传统的线性离子阱(包括简化结构的线性离子阱)在工作过程中，在借助离子不稳定方式扫描射频电压下，离子将按照质荷比(m/z)的顺序依次通过离子阱其中一对电极(X电极)上开设的离子引出槽。在现有的线性离子阱结构下，离子将沿着两个相反的方向出射(即双向出射)，且沿着每个方向出射的概率为50％。为解决这个问题，商业化的台式线性离子阱质谱仪中在两个带有出射槽的电极附近各安装了一个电子倍增器，用于同时检测两个方向上出射的离子，如图1。然而这种结构将大幅增加质谱仪的体积、功耗、检测电路和制造成本且不利于质谱仪小型化开发。因此，现有已报道的所有简化结构的线性离子阱质谱仪中，均只使用了一个电子倍增器进行离子检测，该检测方式的理论最高离子检测效率仅50％，实际上的离子检测效率要小于该数值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可提高离子探测效率的质谱系统为了解决上述技术问题，一种可提高离子探测效率的质谱系统，包括线性离子阱和离子探测器，所述线性离子阱由两对相对平行放置的柱状电极，即一对X电极和一对Y电极，一对端盖薄片电极即一对Z电极构成，至少其中一对柱状电极的中央设置有离子引出槽；在线性离子阱的离子出射方向的一对电极即X电极上配置不同比例射频电压；所述配置方式为：在Y上下电极和X左电极都配置幅值为VRF、频率为f的RF电压，而X右电极上配置(1-β)倍RF电压,X和Y电极上所加的RF电压的初相位刚好相差180度，且β在0.01至0.15之间则非对称射频电压比率ρ1(即β％)在1％至15％之间；电子倍增器放置在带有离子出射槽的电极旁侧。在另外的一个实施例中，所述柱状电极是半圆柱柱状电极、三角形柱状电极、双曲线柱状电极或者矩形柱状电极。在另外的一个实施例中，在X电极施加共振激发信号(AC)，所述配置不同比例射频电压的一对电极为X电极，另一对电极即为Y电极，使得被电场束缚在离子阱中央的大于80％的离子按照质荷比的顺序依次从配置幅值较小射频电压所相对的电极上的离子引出槽弹出，并被所述旁侧的电子倍增器所检测，进而完成质谱分析。一种可提高离子探测效率的质谱系统，包括线性离子阱和离子探测器，所述线性离子阱由两对相对平行放置的柱状电极，即一对X电极和一对Y电极，一对端盖薄片电极即一对Z电极构成，至少其中一对柱状电极的中央设置有离子引出槽；在线性离子阱的离子出射方向的一对电极即X电极上配置不同比例射频电压；所述配置方式为：在Y上下电极配置幅值为VRF、频率为f的RF电压，在X左电极配置(1+α)倍的RF电压，而X右电极上配置幅值为(1-α)倍RF电压，X和Y电极上所加的RF电压的初相位刚好相差180°，且α在0.01至0.07之间则非对称射频电压比率ρ2(即α％)在1％至7％之间；电子倍增器放置在带有离子出射槽的电极旁侧。在另外的一个实施例中，所述柱状电极是半圆柱柱状电极、三角形柱状电极、双曲线柱状电极或者矩形柱状电极。在另外的一个实施例中，在X电极施加共振激发信号(AC)，所述配置不同比例射频电压的一对电极为X电极，另一对电极即为Y电极，使得被电场束缚在离子阱中央的大于80％的离子按照质荷比的顺序依次从配置幅值较小射频电压所相对的电极上的离子引出槽弹出，并被所述旁侧的电子倍增器所检测，进而完成质谱分析。本专利技术的有益效果：1.仅通过改变线性离子阱射频电压的配置方式成倍的提高其离子探测效率，无需改变线性离子阱的结构。2.该系统能够在保证80％以上离子探测效率的同时，保持与原对称射频电压配置下相当的质量分辨率。3.使用时可减少一个电子倍增器同时不降低探测效率(灵敏度)，不但更加经济而且也为今后的小型化、便携化提供了一种实现途径。附图说明图1是线性离子阱离子弹出后被电子倍增器检测的方式示意图。图2是一种配置对称射频电压半圆柱柱状电极线性离子阱的结构示意图。图3是一种配置非对称射频电压半圆柱柱状电极线性离子阱的质谱分析系统的结构示意图，同时也是实施例1的示意图。图4是一种配置非对称射频电压三角形柱状电极线性离子阱的质谱分析系统的结构示意图。图5是一种配置非对称射频电压双曲线柱状电极线性离子阱的质谱分析系统的结构示意图。图6是一种配置非对称射频电压半圆柱柱状电极线性离子阱的质谱分析系统的结构及其工作方式的示意图，同时也是实施例2的示意图。图7是实施例1中所得的非对称射频电压比率ρ1(定义ρ1＝β％)与最优离子探测效率的函数关系图。图8是实施例1中所得的非对称射频电压比率ρ1与最优质量分辨率的函数关系图，并标示有与实施例1中实验对象对应的配置对称射频电压线性离子阱的最优质量分辨率。图9是实施例2中所得的非对称射频电压比率ρ2(定义ρ2＝α％)与最优离子探测效率的函数关系图。图10是实施例2中所得的非对称射频电压比率ρ2与最优质量分辨率的函数关系图，并标示有与实施例2中实验对象对应的配置对称射频电压线性离子阱的最优质量分辨率。图11是一种配置非对称射频电压半圆柱柱状电极线性离子阱中离子在出射过程中径向位置图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。为使得离子探测效率，也就是检测灵敏度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可提高离子探测效率的质谱系统，其特征在于，包括线性离子阱和离子探测器，所述线性离子阱由两对相对平行放置的柱状电极，即一对X电极和一对Y电极，一对端盖薄片电极即一对Z电极构成，至少其中一对柱状电极的中央设置有离子引出槽；在线性离子阱的离子出射方向的一对电极即X电极上配置不同比例射频电压；所述配置方式为：在Y上下电极和X左电极都配置幅值为VRF、频率为f的RF电压，而X右电极上配置(1‑β)倍RF电压,X和Y电极上所加的RF电压的初相位刚好相差180度，且β在0.01至0.15之间则非对称射频电压比率ρ1(即β％)在1％至15％之间；电子倍增器放置在带有离子出射槽的电极旁侧。

【技术特征摘要】
1.一种可提高离子探测效率的质谱系统，其特征在于，包括线性离子阱和离子探测器，所述线性离子阱由两对相对平行放置的柱状电极，即一对X电极和一对Y电极，一对端盖薄片电极即一对Z电极构成，至少其中一对柱状电极的中央设置有离子引出槽；在线性离子阱的离子出射方向的一对电极即X电极上配置不同比例射频电压；所述配置方式为：在Y上下电极和X左电极都配置幅值为VRF、频率为f的RF电压，而X右电极上配置(1-β)倍RF电压,X和Y电极上所加的RF电压的初相位刚好相差180度，且β在0.01至0.15之间则非对称射频电压比率ρ1(即β％)在1％至15％之间；电子倍增器放置在带有离子出射槽的电极旁侧。2.如权利要求1所述的可提高离子探测效率的质谱系统，其特征在于，所述柱状电极是半圆柱柱状电极、三角形柱状电极、双曲线柱状电极或者矩形柱状电极。3.如权利要求1所述的可提高离子探测效率的质谱系统，其特征在于，在X电极施加共振激发信号(AC)，所述配置不同比例射频电压的一对电极为X电极，另一对电极即为Y电极，使得被电场束缚在离子阱中央的大于80％的离子按照质荷比的顺序依次从配置幅值较小射频电压所相对的电极上的离子引出槽弹出，并被所述旁侧的电子倍增器所检测，进而完成质谱分析。4.一种可提高...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓旭，吴海燕，张礼朋，钱洁，张曙光，张英军，葛赛金，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32