质谱仪、质谱方法以及检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种质谱仪、质谱方法以及检测系统，其中，质谱仪包括：真空室，所述真空室的工作气压P的范围为0.1Pa≤P≤10Pa；线性离子阱，设置于所述真空室内，其中，所述线性离子阱的场半径r≤5mm；以及电源，配置为向所述线性离子阱提供射频电压，所述射频电压的频率f的范围为2MHz≤f≤10MHz。由于该真空度相对较低，因此，选用粗真空泵抽真空即可实现这一真空条件，粗真空泵相比较于传统应用线性离子阱的质谱仪通常选用的由涡轮分子泵和粗真空泵构成的组合泵机组，抽速更小，体积更小，且制造成本更低，因此，本发明专利技术所提供的质谱仪，可以减小与真空室相匹配的真空泵的整体体积，进而实现质谱仪的小型化和低成本化。现质谱仪的小型化和低成本化。现质谱仪的小型化和低成本化。

【技术实现步骤摘要】
质谱仪、质谱方法以及检测系统


[0001]本专利技术涉及质谱仪器
，具体地涉及一种质谱仪、质谱方法以及检测系统。

技术介绍

[0002]小型化是质谱仪发展的主要趋势之一，而质谱仪的小型化是一个系统工程，受到各部件性能要求、加工难度等因素的严重制约。
[0003]例如，因为泵系统在质谱仪中的重量和体积占比高，所以泵系统的小型化是小型化发展的重要方向之一，而泵系统的小型化又受到其他部件性能要求的制约。通常来讲，降低泵系统的体积或者重量，其所能提供的真空性能也将下降。而质谱仪系统内的很多部件对于真空性能有一定要求，若泵系统提供的真空性能无法满足这些部件(例如是质量分析器)的真空度要求，则会造成质谱仪分析性能的下降，甚至使得质谱仪难以满足要求(例如是质量分析器的分辨率无法满足半峰宽小于等于1Th的要求)。
[0004]现有技术中，为了满足在较宽质荷比范围，例如是20-600Th的质荷比范围内，达到半峰宽小于等于1Th的分辨率要求，质量分析器需要工作在小于0.1Pa的真空环境下，从而对泵系统的真空性能提出了较高要求。因此，泵系统通常需要由涡轮分子泵和粗真空泵组合构成，由于该泵系统的整体体积较大、重量较重，不仅造成设备小型化的困难，而且使得质谱仪的制造成本较高。
[0005]专利US8525111B1公开了一种质谱系统，包括离子源、离子阱和检测器，其中离子源、离子阱、检测器三者中的两者以上，被设置在13.3Pa-1atm的气压环境下。在该气压范围内，质谱仪难以使用依赖高电压的检测器如电子倍增器/打拿极等，而使用法拉第筒检测电荷时无法产生增益，需要高倍放大器，因此带宽受到限制，扫描速度难以提升。另一方面，谱图的质量较差，分辨率及信噪比较低，影响灵敏度及定性定量能力。
[0006]如Jiang等在《Low-vacuum cylindrical ion trap mass spectrometry》(Instrumentation Science&Technology,2018)中公开的，采用圆柱形离子阱(CIT)，使用2.4MHz射频电源频率，在气压为2Pa条件下可以实现半高峰宽FWHM≈2。若施加更高频率的射频电压，则会产生放电，阻碍了分辨率的进一步提升。
[0007]如Blakeman等在《High Pressure Mass Spectrometry:The Generation of Mass Spectra at Operating Pressures Exceeding 1Torr in a Microscale Cylindrical Ion Trap》(Analytical Chemistry，2016)中公开的，采用圆柱形离子阱，在更高的射频电源频率(6-9.5MHz)并且在很高的气压下(160Pa)可以达到FWHM≤1Th。然而，圆柱形离子阱存储能力较弱，会影响质谱的动态范围。而且其使用的CIT的场半径仅为0.5mm，进一步降低了动态范围。另外，在如此高的射频频率下，为了避免放电，质谱可测量的质量上限大大减小。
[0008]Xu等在《Towards High Pressure Miniature Protein Mass Spectrometer:Theory and Initial Results》(Journal of Mass Spectrometry,2019)中公开了，使用线性离子阱(LIT)，相对于圆柱形离子阱受空间电荷的影响较小，但分辨率较低。该线性离子
阱即使在较低的气压(1.3Pa)下，半高峰宽FWHM≥1.5Th。

技术实现思路

[0009]本专利技术为了解决上述技术问题而提出，目的在于提供一种质量分析器能够在低真空条件下稳定运行，且在较宽质荷比范围内，例如是20-600Th范围内，质量分析的分辨率仍能保持在较高水平，例如半峰宽小于等于1Th的分辨率水平的质谱仪。
[0010]该质谱仪包括：真空室，真空室的工作气压P的范围为0.1Pa≤P≤10Pa；线性离子阱，设置于真空室内，其中，线性离子阱的场半径r≤5mm；以及电源，配置为向线性离子阱提供射频电压，射频电压的频率f的范围为2MHz≤f≤10MHz。
[0011]在上述技术方案中，因为将作为质量分析器的线性离子阱设置在0.1Pa≤P≤10Pa中，且质量分析器基本是质谱仪中对真空性能要求最高的设备，所以，通常来说，质谱仪所需的最低气压处于0.1Pa≤P≤10Pa的范围内即可，进而可以利用较小体积、较低抽速的泵即可达到质谱仪的真空度要求，方便质谱仪的小型化。并且，工作在该气压范围内的线性离子阱，因为离子冷却性能提高，离子引入和逐出的效率也相应提升，所以灵敏度也可以相应提升。
[0012]另一方面，在创立本专利技术的过程中，专利技术人发现，通过将线性离子阱的场半径和电压频率限定在以上数值范围内，可以使线性离子阱即使在0.1Pa≤P≤10Pa的气压范围内工作，依旧可以获得较高的分辨率水平。例如，可以达到在20-600Th范围内，半峰宽小于等于1Th的分辨率水平。
[0013]其中，如果真空室的工作气压P过低，例如低于0.1Pa，将导致难以使用抽速较低的小型真空泵实现，不利于质谱仪的小型化；如果真空室的工作气压过高，例如高于10Pa，容易引起检测器以及离子阱的放电。
[0014]射频电压的频率f不宜过大也不宜过小。当频率f过小时，例如当频率f小于2MHz时，质谱仪的分辨率和灵敏度均严重下降。而当频率f过大时，例如当频率f大于10MHz时，不仅电源制作难度增大，而且容易导致放电以及样品的解离。
[0015]场半径r不宜过大。例如当场半径r大于5mm时，如果在该场半径过大的线性离子阱的电极上施加较高频率的电压时，则容易导致放电，并且不利于分辨率的提升。
[0016]通过以上方式，本专利技术提供的质谱仪能够兼顾小型化、加工难度、分辨率、灵敏度、稳定性等多方面因素，提供一种质量分析器能够在低真空条件(例如是0.1Pa≤P≤10Pa)下稳定运行，且在较宽质荷比范围内，例如是20-600Th范围内，质量分析的分辨率仍能保持在较高水平，例如半峰宽小于等于1Th的分辨率水平的质谱仪。
[0017]在本专利技术的较优技术方案中，还包括:真空泵，与真空室相连接，其中，真空泵为往复式真空泵、旋片式真空泵、活塞式真空泵、涡旋干泵、隔膜式真空泵或罗茨泵。
[0018]根据该较优技术方案，因为质量分析器能够在低真空条件(例如是0.1Pa≤P≤10Pa)下稳定运行，所以，使用上述类型的所能达到的极限真空处于0.1Pa≤P≤10Pa范围内的粗真空泵即可满足质谱仪的真空度要求，而上述类型的真空泵更加适于作小型化处理，从而便于实现质谱仪的小型化。
[0019]在本专利技术的较优技术方案中，真空泵的抽速S的范围为：S≤100L/min。
[0020]根据该较优技术方案，因为质量分析器能够在低真空条件(例如是0.1Pa≤P≤
10Pa)下稳定运行，所以，使用运行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质谱仪，其特征在于，包括：真空室，所述真空室的工作气压P的范围为0.1Pa≤P≤10Pa；线性离子阱，设置于所述真空室内，其中，所述线性离子阱的场半径r的范围为r≤5mm；以及电源，配置为向所述线性离子阱提供射频电压，所述射频电压的频率f的范围为2MHz≤f≤10MHz。2.如权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，还包括:真空泵，与所述真空室相连接，其中，所述真空泵为往复式真空泵、旋片式真空泵、活塞式真空泵、涡旋干泵、隔膜式真空泵或罗茨泵。3.如权利要求2所述的质谱仪，其特征在于，所述真空泵的抽速S的范围为：S≤100L/min。4.如权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，还包括：毛细管，用于将样品导入所述真空室。5.如权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，还包括与所述真空室连通的膜进样器。6.如权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，还包括：检测器，设置在所述线性离子阱的离子出口处。7.如权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，还包括：离子源，设置在所述真空室的样品入口与所述线性离子阱之间。8.如权利要求7所述的质谱仪，其特征在于，所述离子源为光电离离子源、介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：林一明，孙文剑，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：