电感耦合等离子体质谱离子传输系统技术方案

本发明专利技术属于质谱分析技术领域，涉及电感耦合等离子体质谱离子传输系统，本传输系统其装置由离子采样锥、截取锥、提取透镜、离子偏转电极、离子聚焦透镜组组成，各部分中心在同轴水平线上，在施加的直流电压工作下产生空间电场分布，离子在此电场作用下发生偏转，聚焦、和传输；其中，样品中光子和中性粒子不受电场作用直线传输，遇离子偏转电极被阻挡；带电离子受电场作用导引，绕过离子偏转电极在聚焦透镜组的电场作用下聚焦成离子束，传输到质量分析器。本发明专利技术结构简单，使用方便，能有效地去除光子和中性粒子进入产生的干扰信号，提高离子传输效率和质谱仪器的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于质谱分析
，涉及电感耦合等离子体质谱离子传输系统，本传输系统其装置由离子采样锥、截取锥、提取透镜、离子偏转电极、离子聚焦透镜组组成，各部分中心在同轴水平线上，在施加的直流电压工作下产生空间电场分布，离子在此电场作用下发生偏转，聚焦、和传输；其中，样品中光子和中性粒子不受电场作用直线传输，遇离子偏转电极被阻挡；带电离子受电场作用导引，绕过离子偏转电极在聚焦透镜组的电场作用下聚焦成离子束，传输到质量分析器。本专利技术结构简单，使用方便，能有效地去除光子和中性粒子进入产生的干扰信号，提高离子传输效率和质谱仪器的灵敏度。【专利说明】电感耦合等离子体质谱离子传输系统
本专利技术属于质谱分析
，涉及电感耦合等离子体质谱离子传输系统，具体涉及一种电感耦合等离子体质谱的新型离子传输装置和方法。
技术介绍
电感耦合等离子体质谱技术(ICP-MS)是20世纪70年代迅速发展起来的分析测试技术，其原理是利用电感耦合等离子体将分析样品中所含的元素离子化为带电离子，通过离子传输系统将带电离子引入质量分析器中，按不同质荷比分开，经检测器将离子电流放大后，由测控系统处理给出分析结果。与其它分析技术相比，所述的ICP-MS具有检出限低、线性范围宽、可快速同时检测各种元素等优点。随着应用范围的扩大，ICP-MS已发展成为本领域的一种常规的分析测试技术。通常，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)主要由ICP离子进样系统、接口系统、离子光学传输系统、质量分析检测系统组成。其中离子光学传输系统是ICP-MS技术的关键部分，决定离子从仪器的接口部分到质量分析器之间的传输，是电感耦合等离子体离子源与质量分析器间的重要桥梁，其性能也直接决定了 ICP-MS的灵敏度和检测限等最关键的性能指标。在ICPMS仪器中，由炬管产生的ICP等离子体经过接口部分的采样锥、截取锥进入离子传输系统到达质量分析器。ICP等离子体离子是由电子、离子、光子和中性粒子组成，离子传输系统中的离子透镜的功能就是把离子流进行加速、聚焦成离子束，然后传输到达质量分析器，同时挡住光子和中性粒子。由于离子是带电粒子，电场能使其偏转，而光子和中性粒子不受电场作用以直线传播，所以一般采用光子挡板或使离子离轴偏转的方式，将离子与光子、中性粒子(非带电粒子)分离。目前ICPMS生产厂商的主流产品中使用的离子传输系统都有其特定的设计，具有各自的特色，基本上能实现电场偏转，让带电粒子与光子和中性粒子的分离。离子光学传输系统整体可以分为三种类型:光子挡板型、离子轴类型、90度偏转类型。所述的光子挡板类型是指在截取锥和离子透镜同轴中间放置一个金属片，穿过截取锥的光子、中性粒子被金属挡板阻挡，ICP等离子体中的带电正离子受到离子透镜的导弓丨，绕过光子挡板后再汇合，而电子、受离子透镜电场排斥而被阻挡，中性粒子在传输过程中遇到挡板而停止传输，带电的正离子在离子透镜电场的作用下，聚焦成散角尽量小的离子束绕过挡板而进入质量分析器。这种结构设计虽然避免了 ICP等离子体中的光子和中性粒子直接进入检测器而引起信号响应，但同时也造成了将近80%的离子损失，从而造成离子传输的低效率和质量歧视。所述的离子轴偏转类型是离子流在截取锥后被提取透镜提取，经过透镜组聚焦及偏转透镜的电场作用，使离子束离开光轴穿过差分板上偏离光轴的小孔后进入质量分析器，利用了中性粒子和光子不受电场作用仍沿光轴前进的特性与离子分开，离子的传输效率有所提高，提高了灵敏度，但是在整个离子光学系统设计上极为复杂，使得离子透镜等部件的清洗维护变得极为困难，同时样品基体会直接打在带高压的离子透镜上形成电容效应，使仪器容易发生漂移。所述的90度偏转类型通过抛物线的电场将离子束转向90度，使得ICP离子源产生的光子和中子背景噪音被真空系统迅速抽掉，从而保证整个系统具有非常高的灵敏度。90度转角的焦点并不是非常的稳定，速度和重现性不高，整个仪器的离子光学系统结构过于复杂，使得整体的维护和拆卸增加了困难。综上所述，离子传输系统处于样品离子源与质量分析器的中间枢纽，其重要性是将离子源产生的样品离子高效的传输给质量分析器，其中ICP样品离子中有大量的中性粒子和光子，离子传输系统在传输的过程中有效的去除样品离子中的中性粒子和光子。鉴于ICP-MS的离子光学传输系统对仪器的分析性能的重大的影响，本领域各仪器厂商为了增加离子传输效率、消除光子和中性粒子对仪器的影响，提高仪器的灵敏度，拟提供各不相同的离子光学系统结构。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术的缺陷，提供一种电感耦合等离子体质谱新型离子传输系统。该传输系统可以有效的实现离子的偏转路径，去除中性粒子和光子，同时将进入质量分析器的样品离子收集和聚焦，以合适的动能和角度进入质量分析器。本传输系统装置能提高离子的传输效率，有效提高离子灵敏度，其结构简单，且容易组装及拆洗。具体而言，本专利技术提供了一种电感耦合等离子体质谱离子传输系统，其特征在于，其主要包括采样锥101、截取锥102、提取透镜103、离子偏转电极104、离子聚焦透镜组105?109 ;由ICP炬管内形成的样品离子分别通过采样锥101、截取锥102、提取透镜103、离子偏转电极104、离子聚焦透镜组105?109的作用传输到质谱检测系统(质量分析器)。更具体的，其中各个部件上分别施加不同工作电压，形成一个有效的电场分布，离子在此电场作用下发生偏转，聚焦、和传输；其中，光子和中性粒子不受电场作用而直线传输，遇到离子偏转电极被阻挡；带电离子受电场作用导引，绕过离子偏转电极在聚焦透镜组的电场作用下聚焦成离子束，传输到质量分析器。本专利技术所述的系统装置中每个部件施加的直流电压呈梯形分布，方便离子传输，能有效提高离子传输效率。本专利技术中，所述采样锥、截取锥、提取透镜、离子偏转电极、离子聚焦透镜组中心位于同轴水平线上。本专利技术中，所述采样锥、截取锥、提取透镜、离子偏转电极、离子聚焦透镜组上分别施加不同工作电压，形成一个有效的电场分布；离子在此电场作用下发生偏转，聚焦、和传输，其中，所述离子偏转电极上施加的直流电压的电压值低于提取透镜直流电压值，与提取透镜电压形成一个电势差，便于离子的传输。本专利技术中，所述离子偏转电极安置于离子提取透镜之后，介于离子聚焦透镜组前半部；其形状可以为锥形、椭圆形或菱形等结构。本专利技术所述的离子偏转电极为锥形、椭圆形状或菱形结构；所述的锥的形状包括三角锥形、四角锥形、五角锥形和任意个角的锥形，以及圆锥形。本专利技术中，所述的采样锥、截取锥使仪器由大气压过渡到真空系统，同时从ICP等离子体中提取样品离子进入质谱仪中，其采样锥的锥度比截取锥的锥度要大，采样锥的孔径在2_以内，截取锥的孔径在Imm以内，形成一个有效的差分真空系统，便于离子的传输。本专利技术所述的提取透镜紧贴在截取锥的后面，在提取透镜上施加相应的直流电压，形成一定的电场可提取样品离子，对通过截取锥后的样品离子起到散焦和聚焦的作用，形成有效的离子束到达后面的离子偏转电极。本专利技术中，所述的离子聚焦透镜组其形状为平板形或圆筒形，由两个或两个以上透镜筒组成，各个透镜之间互不相连，以保持电绝缘，本专利技术的一个实施例中，离子聚焦透镜组中的各个透镜筒均以陶瓷隔离；本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电感耦合等离子体质谱离子传输系统，其特征在于，由采样锥（101）、截取锥（102）、提取透镜（103）、离子偏转电极（104）、离子聚焦透镜组（105）～（109）组成；所述采样锥、截取锥、提取透镜、离子偏转电极、离子聚焦透镜组中心位于同轴水平线上，离子偏转电极置于离子提取透镜之后，介于离子聚焦透镜组前半部，提取透镜紧贴在截取锥的后面；所述的各个部件上分别施加不同工作电压，形成一个有效的电场分布，离子在此电场作用下发生偏转，聚焦、和传输；其中，光子和中性粒子不受电场作用而直线传输，遇到离子偏转电极被阻挡；带电离子受电场作用导引，绕过离子偏转电极在聚焦透镜组的电场作用下聚焦成离子束，传输到质量分析器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐福兴，丁正知，王亮，汪源源，丁传凡，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31