非对称场反射式飞行时间质谱仪制造技术

本发明专利技术非对称场反射式飞行时间质谱仪与化学成分分析和分析技术有关。一种非对称场反射式飞行时间质谱仪，具有离子加速区、离子无场飞行区和几个平行电极构成的离子反射区，所述的离子反射区为非对称离子反射镜的离子反射电极系统，所述的离子反射镜是由四组对立但相邻的电极所组成，四组电极在四个方向上相对独立，由它们围成离子反射镜区，分别在所述的四组电极上施加离子工作电压，即每组电极上施加的工作电压可独立调节，在离子反射区内产生的电场不再是均匀场，而是根据需要任意调节的电场，将不同能量的离子束聚焦。本发明专利技术可以对离子的能量进行适当的补偿，以实现高分辨率质谱分析；可以对离子的运动方向进行适当的调整，以实现高灵敏度质谱分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所述的非对称场反射式飞行时间质谱仪与化学成分分析和分析技术有关。 具体地说，涉及一种用包含非对称场离子反射电极的反射式飞行时间质谱仪进行离子质量 分析的质量分析器。
技术介绍
在所有用于化学成分分析的科学仪器中，质谱仪器具有很高的灵敏度和准确性， 这使得质谱仪成为目前应用最广泛的分析技术之一，被广泛应用在化学、生命科学、食品安 全，环境保护，医疗、制药业等诸多领域。根据工作原理等的不同，目前有很多种类的商业质 谱仪器，包括磁质谱仪，飞行时间质谱仪，四级杆质谱仪，离子阱质谱仪，傅立叶回旋共振质 谱仪，轨道离子阱质谱仪等。对新的质谱仪器的不断研发不仅极大地推动了质谱技术的发 展，也为其它科学领域作出了重大贡献。在众多的质谱仪器中，飞行时间质谱仪是目前应用较广泛的一种，它具有质量范 围大、质量分辨率高、分析速度快、检测灵敏度高、结构较为简单、对仪器加工和维护要求较 低、以及使用方便等特点。根据几何结构的差异，飞行时间质谱仪又分为直线式和反射式两种。在反射式飞 行时间质谱仪中，由于应用了离子反射场来校正具有相同质荷比离子的动能差异，因此它 具有更高的质量分辨能力，也是当前应用最广泛的飞行时间质谱仪。图1给出了一个传统 的反射式飞行时间质谱仪的结构和原理图。图1中，包括质谱仪的离子源区11、离子加速 区电压电极12、样品离子13构成离子加速区，样品离子13在此区域被加速到一定的动能， 样离子13经离子无场飞行区14 一直飞行直至进入离子反射区15。离子反射区是由一组离 子反射场电极16所组成。离子在反射区受到一个几乎与离子加速电场相反方向的电场作 用，并减速直至运动速度为零。然后，这些速度为零的离子又进一步被离子反射区的电场反 向加速，并飞出反射区重新进入离子无场飞行区14作反向飞行，直至被离子监测器17检测 至IJ。很显然，对于具有相同质荷比的离子束，其初始动能，或初始速度较大的离子18在离子 反射区经过减速，重新加速全过程时，将比初始动能小，或初始速度小的离子19在离子反 射区花更多的时间。当然，动能大，速度快的离子在离开离子反射区后所获得的速度也仍然 较大，其飞行时间也会较短。这样，动能大，也就速度大的离子在无场飞行区14将比速度慢 的离子花较短的时间，但在反射区又比速度慢的离子花较长的时间。对于一台设计良好的 反射式飞行时间质谱仪，其各部分几何结构的设置，和离子加速和反射电压的使用，应该确 保具有较快速度的离子，和较慢速度的离子在全部飞行过程中，即包括在离子加速区、无场 飞行区和离子反射区所用的总时间尽可能一样，即实现所谓的离子能量聚焦。这样最终将 可以获得反射式飞行时间质谱仪的最大质量分辨。 对于通常的反射式飞行时间质谱仪，其所使用的离子反射镜是由一组具有矩形结 构的电极21所构成，如图2所示。图2中组成离子反射镜的几个平行电极201、202、203、 204,205和206，当他们被加载工作电压时，将在离子反射区22产生近似均勻的电场，此电场可以对离子23进行能量聚焦，以实现高分辨率的目的。很显然，对于一台传统的反射式飞行时间质谱仪，由于其离子反射区反射电极，或 称之为离子反射镜的结构，如图2所示。其所产生的电场将近似于均勻电场，使它只能对粒 子能量进行聚焦，但无法对不同能量的离子进行“能量补偿”，更加不能对具有不同运动方 向的离子进行校正。此外，由于传统离子反射镜所要求的均勻场分布，使得对离子反射镜的 机械加工和组装也有很高的要求。最重要的是，有关反射式飞行时间质谱仪的先进关键技 术及其知识产权全都掌握在国外公司手里，我们国家基本无法规模化使用。因此，开发新的 具有自主知识产权的核心反射式飞行时间质谱技术具有重要的意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种非对称场反射式飞行时间质谱仪，它由四组在四个方 向上相对独立的离子反射电极所组成，这四组电极上所施加的离子工作电压可以独立调 节，使得离子在此离子反射镜中可以被减速、加速和改变运动方向，以实现离子能量聚焦、 能量调节和空间聚焦的目的，从而获得更好的质量分辨率和质谱仪检测效率。 本专利技术目的通过下述技术方案实现一种非对称场反射式飞行时间质谱仪，具有 离子加速区、离子无场飞行区和几个平行电极构成的离子反射区，所述的离子反射区为非 对称离子反射镜的离子反射电极系统，所述的离子反射镜是由四组对立但相邻的电极所组 成，每组电极均由更小结构的相互平行的电极组合而成，四组电极在四个方向上相对独立， 由它们围成离子反射镜区，分别在所述的四组电极上施加离子工作电压，即每组电极上施 加的工作电压可独立调节，在离子反射区内产生的电场不再是均勻场，而是根据需要任意 调节的电场，将不同能量的离子束聚焦。使用非对称的离子反射技术和装置取代传统的离子反射电极系统，实现离子在此 离子反射镜中可以被减速、加速和改变运动方向，以实现离子能量聚焦、能量调节和空间聚 焦。能量聚焦的目的为了提高质谱仪的质量分辨能力，能量调节是为了更精细地调节离子 能量，以获得更高的质量分辨率；空间聚焦的目的是减少离子在飞行过程中由于速度弥散 所造成的损失，实现离子高效传输，和质谱仪的高灵敏度检测。本专利技术给出的新型非对称反 射式飞行时间质谱仪，由上述四组电压所产生的电场不再是均勻场，而是可以根据需要任 意进行电场调节。与现有的反射式飞行时间质谱仪相比，具有以下优点第一，除了具有传 统离子反射镜的离子能量功能外，还可以对离子的能量进行适当的补偿，以实现高分辨率 质谱分析的目的。第二，除了具有传统离子反射镜的离子运动方向的线性反射功能外，还可 以对离子的运动方向进行适当的调整，以实现高灵敏度质谱分析的目的。在上述方案基础上，所述的离子反射镜由四组矩形电极、四组圆弧形、四组椭圆弧 形电极或双曲面形电极组所构成，其中，所述的四组电极相同，或者，四组电极中相邻电极 不同但相对电极相同。为降低生产和使用成本，在上述方案基础上，所述的反射镜的每一组电极由印刷 线路板加工出的矩形电极板构成，四块电极板围成离子反射区，每一块电极板又被加工成 多个具有矩形形状的更小电极，或称之为导电带，每一个导电带上可以加载不同的工作电 压，并可以任意独立调节，它们在离子反射区内产生的电场根据需要任意调节。由于采用新 的离子反射电极加工技术，简化反射式飞行时间质谱仪的制造工艺，降低制造成本，可以较大地降低仪器生产和使用成本。本专利技术提供一种所述非对称场反射式飞行时间质谱仪的操作方法保持垂直方向 相对立的二组电极的工作电压相同，通过调节水平方向的二组相对立电极的工作电压，完 成在水平方向离子束聚焦；保持水平方向相对立的二组电极的工作电压相同，通过调节垂 直方向二组相对立电极的工作电压，实现在垂直方向上的离子束聚焦；通过调节水平和垂 直方向电极的工作电压，实现离子束在三维空间的聚焦。本专利技术的优越性在于可以对离子的能量进行适当的补偿，以实现高分辨率质谱分析；可以对离子的运动方向进行适当的调整，以实现高灵敏度质谱分析。附图说明图1.传统的反射式飞行时间质谱仪的结构示意图。图2.传统的反射式飞行时间质谱仪离子反射镜的结构示意图。图3.本专利技术非对称场反射式飞行时间质谱仪的离子反射镜结构示意图。图4，离子在本专利技术中的离子反射区内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非对称场反射式飞行时间质谱仪，具有离子加速区、离子无场飞行区和几个平行电极构成的离子反射区，其特征在于：所述的离子反射区为非对称离子反射镜的离子反射电极系统，所述的离子反射镜是由四组对立但相邻的电极所组成，四组电极在四个方向上相对独立，由它们围成离子反射镜区，分别在所述的四组电极上施加离子工作电压，即每组电极上施加的工作电压可独立调节，在离子反射区内产生的电场不再是均匀场，而是根据需要任意调节的电场，将不同能量的离子束聚焦。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方向，
申请(专利权)人：方向，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]