一種大氣壓下的離子聚焦傳輸透鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析儀，具體地說(shuō)是一種大氣壓下的離子聚焦傳輸透鏡。包括不銹鋼電極環(huán)、絕緣介質(zhì)環(huán)以及不銹鋼外筒；不銹鋼外筒為密閉的筒狀結(jié)構(gòu)，左右兩端分別設(shè)置有離子入口和離子出口；不銹鋼電極環(huán)和絕緣介質(zhì)環(huán)均為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，分別為2個(gè)或3個(gè)以上，且相互間隔、同軸、平行設(shè)置于靠近離子入口一端的不銹鋼外筒內(nèi)部；不銹鋼電極環(huán)與不銹鋼外筒之間設(shè)置有絕緣介質(zhì)層；離子入口、不銹鋼電極環(huán)和離子出口相互平行、同軸設(shè)置；本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，能夠有效的將離子在大氣壓下聚焦，增強(qiáng)質(zhì)譜分析儀的靈敏度和測(cè)量精確度。
【專利說(shuō)明】一種大氣壓下的離子聚焦傳輸透鏡

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析儀器，具體地說(shuō)是一種大氣壓下的離子聚焦傳輸透鏡，本離子聚焦傳輸透鏡結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，能夠有效的將離子在大氣壓下聚焦傳輸，增強(qiáng)質(zhì)譜儀的靈敏度和測(cè)量精確度。

【背景技術(shù)】
[0002]原位、無(wú)損、現(xiàn)場(chǎng)、快速的分析是在線監(jiān)測(cè)質(zhì)譜分析技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，在無(wú)需樣品前處理的條件下對(duì)復(fù)雜樣品直接離子化，可以大大提高質(zhì)譜分析的效率，加快在線分析的速度。常壓離子化技術(shù)泛指無(wú)需樣品預(yù)處理，在大氣壓下對(duì)樣品進(jìn)行直接電離，進(jìn)而快速分析檢測(cè)的新興質(zhì)譜技術(shù)。2004年Cooks等提出的電噴霧解析電離(DESI)技術(shù)和2005年Cody等提出的實(shí)時(shí)直接分析(DART)電離技術(shù)，大大促進(jìn)了常壓離子化技術(shù)的發(fā)展。在接下來(lái)的幾年內(nèi)，由于分析速度快，檢驗(yàn)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，這一技術(shù)得到蓬勃發(fā)展，先后又涌現(xiàn)出近30種常壓離子化源。
[0003]但是，無(wú)論是DESI還是DART，幾乎所有現(xiàn)存的常壓離子化技術(shù)，都存在離子收集效率低，難以精確定量分析等缺點(diǎn)。常壓離子化源之所以有這些弊端，很大一部分原因要?dú)w結(jié)于大氣壓下環(huán)境氣體較為復(fù)雜，由常壓離子化源產(chǎn)生的離子，與背景氣體發(fā)生強(qiáng)烈的碰撞，難以實(shí)現(xiàn)有效聚焦。這使得產(chǎn)生的待測(cè)物離子，只有很少一部分能夠進(jìn)入到質(zhì)譜儀當(dāng)中。不僅如此，進(jìn)入到質(zhì)譜儀中的離子不僅復(fù)雜，而且較為分散。這給接下來(lái)的分析檢測(cè)過(guò)程帶來(lái)了較大的困難。這也是困擾常壓離子化源更加廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要因素。如果僅僅依靠電場(chǎng)作用，離子聚焦的效果并不理想。
[0004]據(jù)此，本發(fā)明中利用氣流的輔助傳輸，通過(guò)增加抽氣泵，在整個(gè)離子聚焦傳輸透鏡中形成層流，從而將由解析產(chǎn)生的待測(cè)物的氣相離子載帶進(jìn)離子聚焦傳輸透鏡中，并與傳輸透鏡中軸向匯聚的電場(chǎng)相結(jié)合，使氣相離子產(chǎn)生聚焦效果，更為有效的傳輸至質(zhì)量分析器，減少離子在傳輸過(guò)程中的損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于質(zhì)譜分析的大氣壓下的離子聚焦傳輸透鏡，使得由常壓離子化源電離產(chǎn)生的離子，在通過(guò)此離子聚焦傳輸透鏡后得到有效的匯聚，從而在之后的質(zhì)譜分析檢測(cè)中，增強(qiáng)質(zhì)量分析器的靈敏度和測(cè)量精確度。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種大氣壓下的離子聚焦傳輸透鏡，包括不銹鋼電極環(huán)，絕緣介質(zhì)環(huán)和不銹鋼外筒，其特征在于:
[0008]不銹鋼外筒為密閉的筒狀結(jié)構(gòu)，于不銹鋼外筒左右兩個(gè)端面上分別設(shè)置有離子入口和離子出口；
[0009]不銹鋼電極環(huán)和絕緣介質(zhì)環(huán)均為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，分別為2個(gè)或3個(gè)以上；
[0010]不銹鋼電極環(huán)和絕緣介質(zhì)環(huán)相互間隔、同軸、平行設(shè)置于靠近離子入口一端的不銹鋼外筒內(nèi)部；
[0011]離子入口、不銹鋼電極環(huán)和離子出口相互平行、同軸設(shè)置；
[0012]于靠近離子出口處的不銹鋼外筒的側(cè)壁上設(shè)置有氣體出口 ；
[0013]氣體出口通過(guò)管路與抽氣泵連接。
[0014]氣體出口通過(guò)真空管路與一側(cè)抽閥門相連，于側(cè)抽閥門的另一端通過(guò)真空管路連接有抽氣泵。
[0015]所述的側(cè)抽閥門為可調(diào)節(jié)流量的真空閥門，為真空擋板閥、真空蝶閥或者真空針閥。
[0016]一質(zhì)譜進(jìn)樣管穿過(guò)離子出口伸入到不銹鋼外筒內(nèi)部，質(zhì)譜進(jìn)樣管的入口設(shè)置于不銹鋼電極環(huán)的中心軸線處；
[0017]于不銹鋼外筒外部、離子入口前端設(shè)置有樣品承載平臺(tái)和大氣壓電離源，產(chǎn)生的氣相離子經(jīng)不銹鋼電極環(huán)和絕緣介質(zhì)環(huán)的中心區(qū)域傳輸至質(zhì)譜進(jìn)樣管的入口，進(jìn)入質(zhì)量分析器中檢測(cè)。
[0018]所述的質(zhì)量分析器為飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、四級(jí)桿質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器或者離子回旋共振質(zhì)量分析器；
[0019]絕緣介質(zhì)環(huán)的內(nèi)徑大于不銹鋼電極環(huán)的內(nèi)徑。
[0020]于各片不銹鋼電極環(huán)上依次加載不同幅值的電壓，在沿離子入口至離子出口的軸線方向上，相鄰不銹鋼電極環(huán)間的電壓逐漸遞增，且相鄰不銹鋼電極環(huán)之間電壓差的遞增比例為1:1?1:100，形成場(chǎng)強(qiáng)逐漸增強(qiáng)的電場(chǎng)。
[0021]不銹鋼電極環(huán)與不銹鋼外筒之間設(shè)置有絕緣介質(zhì)層。
[0022]本發(fā)明提供的離子聚焦傳輸透鏡，通過(guò)調(diào)節(jié)電極環(huán)形成的電場(chǎng)和抽氣泵形成的層流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于氣相離子的聚焦。具體地說(shuō)，層流氣體將解析產(chǎn)生的待測(cè)物的氣相離子載帶進(jìn)離子聚焦傳輸透鏡中，并引導(dǎo)氣相離子向質(zhì)量分析器的方向運(yùn)動(dòng)。而加載在電極環(huán)上的電壓，作用于通過(guò)離子聚焦透鏡的氣相離子，使其向軸線匯聚，從而最大限度的減少了氣相離子由于發(fā)散帶來(lái)的損失，使更多的氣相離子可以進(jìn)入到質(zhì)量分析器中，從而提高了質(zhì)量分析器的靈敏度和測(cè)量精確度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明的離子聚焦傳輸透鏡裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為相鄰不銹鋼電極環(huán)電壓差比例為1:1時(shí)的電場(chǎng)和離子傳輸軌跡模擬圖。
[0025]圖3為相鄰不銹鋼電極環(huán)電壓差比例為1:3時(shí)的電場(chǎng)和離子傳輸軌跡模擬圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中3為質(zhì)量分析器，6為氣相離子，10為樣品承載平臺(tái)，11為大氣壓電離源，12為待測(cè)樣品。本發(fā)明的離子聚焦傳輸透鏡，由絕緣介質(zhì)環(huán)1、不銹鋼金屬外筒2、不銹鋼電極環(huán)9構(gòu)成。
[0027]不銹鋼外筒2為密閉的筒狀結(jié)構(gòu)，于不銹鋼外筒2左右兩個(gè)端面上分別設(shè)置有離子入口 13和離子出口 4 ；
[0028]不銹鋼電極環(huán)9和絕緣介質(zhì)環(huán)1均為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，分別為2個(gè)或3個(gè)以上；
[0029]不銹鋼電極環(huán)9和絕緣介質(zhì)環(huán)1相互間隔、同軸、平行設(shè)置于靠近離子入口 13 —端的不銹鋼外筒2內(nèi)部；
[0030]離子入口 13、不銹鋼電極環(huán)9和離子出口 4相互平行、同軸設(shè)置，且不銹鋼電極環(huán)9與不銹鋼外筒2之間設(shè)置有絕緣介質(zhì)；
[0031]于靠近離子出口 4處的不銹鋼外筒2的側(cè)壁上設(shè)置有氣體出口 ；
[0032]氣體出口通過(guò)真空管路與一側(cè)抽閥門8相連，于側(cè)抽閥門8的另一端通過(guò)真空管路連接有抽氣泵7。通過(guò)調(diào)節(jié)側(cè)抽閥門8，控制抽氣泵7的抽速，從而在整個(gè)離子聚焦傳輸透鏡系統(tǒng)內(nèi)形成適當(dāng)?shù)膶恿?，將由解析產(chǎn)生的待測(cè)物的氣相離子6載帶進(jìn)離子聚焦系統(tǒng)中，輔助氣相離子6的傳輸,引導(dǎo)氣相離子6到達(dá)質(zhì)量分析器3,從而減少氣相離子6在傳輸過(guò)程中的損失。
[0033]一質(zhì)譜進(jìn)樣管5穿過(guò)離子出口 4伸入到不銹鋼外筒2內(nèi)部，質(zhì)譜進(jìn)樣管5的入口設(shè)置于不銹鋼電極環(huán)9的中心軸線處；
[0034]于不銹鋼外筒2外部、離子入口 13前端設(shè)置有樣品承載平臺(tái)10和大氣壓電離源11，電離源11產(chǎn)生的大量負(fù)載有能量和電荷的微小液滴，噴射到樣品承載平臺(tái)10表面的樣品12上，快速運(yùn)動(dòng)的微小液滴對(duì)樣品12表面的待測(cè)物產(chǎn)生解析作用，并伴隨電荷的轉(zhuǎn)移生成待測(cè)物的氣相離子6。產(chǎn)生的氣相離子6經(jīng)不銹鋼電極環(huán)9和絕緣介質(zhì)環(huán)1的中心區(qū)域傳輸至質(zhì)譜進(jìn)樣管5的入口，進(jìn)入質(zhì)量分析器3中檢測(cè)。
[0035]絕緣介質(zhì)環(huán)1的厚度為2-5mm,不銹鋼電極環(huán)9的厚度為10_15mm,且絕緣介質(zhì)環(huán)1的內(nèi)徑大于不銹鋼電極環(huán)9的內(nèi)徑。
[0036]于各片不銹鋼電極環(huán)9上依次加載不同幅值的電壓，在沿離子入口 13至離子出口4的軸線方向上，相鄰不銹鋼電極環(huán)9間的電壓逐漸遞增，且相鄰不銹鋼電極環(huán)9之間電壓差的遞增比例為1:1?1:100，形成場(chǎng)強(qiáng)逐漸增強(qiáng)的電場(chǎng)。生成的電場(chǎng)使氣相離子6隨層流進(jìn)入離子聚焦傳輸透鏡后，沿其軸線方向匯聚，從而減少了由于發(fā)散造成的氣相離子的損失。
[0037]圖2和圖3為質(zhì)核比m/z=100的離子，在本發(fā)明所述的離子聚焦傳輸透鏡中運(yùn)動(dòng)的SM10N軟件模擬圖。如圖所示，9為不銹鋼電極環(huán)，本模擬實(shí)驗(yàn)中，共設(shè)置了 9塊不銹鋼電極環(huán)；5為質(zhì)譜的進(jìn)樣管。圖中，沿X軸方向的曲線為離子在傳輸透鏡中的運(yùn)動(dòng)軌跡，沿Y軸方向的曲線為不銹鋼電極環(huán)加載電壓后形成的電場(chǎng)線。
[0038]在圖2中，相鄰不銹鋼電極環(huán)間的電壓差，按照1:1的比例遞增，從而在整個(gè)離子聚焦傳輸透鏡系統(tǒng)內(nèi)，形成了比較均勻的電場(chǎng)，在這種電場(chǎng)的作用下，離子隨層流氣體一起，沿X軸方向運(yùn)動(dòng)，匯聚效果較差；而在圖3中，相鄰不銹鋼電極環(huán)間的電壓差，按照1:3的比例遞增，在整個(gè)離子聚焦傳輸透鏡系統(tǒng)內(nèi)，形成了場(chǎng)強(qiáng)逐漸增強(qiáng)的電場(chǎng)，使匯聚效果得到大大改善。
【權(quán)利要求】
1.一種大氣壓下的離子聚焦傳輸透鏡，其特征在于:包括不銹鋼電極環(huán)(9),絕緣介質(zhì)環(huán)(1)和不銹鋼外筒(2), 不銹鋼外筒(2)為密閉的筒狀結(jié)構(gòu)，于不銹鋼外筒(2)左右兩個(gè)端面上分別設(shè)置有離子入口(13)和離子出口(4)； 不銹鋼電極環(huán)(9)和絕緣介質(zhì)環(huán)(1)均為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，分別為2個(gè)或3個(gè)以上； 不銹鋼電極環(huán)(9)和絕緣介質(zhì)環(huán)(1)相互間隔、同軸、平行設(shè)置于靠近離子入口(13) —端的不銹鋼外筒(2)內(nèi)部； 離子入口(口)、不銹鋼電極環(huán)(9)和離子出口(4)相互平行、同軸設(shè)置； 于靠近離子出口(4)處的不銹鋼外筒(2)的側(cè)壁上設(shè)置有氣體出口 ； 氣體出口通過(guò)管路與抽氣泵(7)連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的離子聚焦傳輸透鏡，其特征在于: 氣體出口通過(guò)真空管路與一側(cè)抽閥門(8)相連，于側(cè)抽閥門(8)的另一端通過(guò)真空管路連接有抽氣泵(了)。
3.按照權(quán)利要求1所述的離子聚焦傳輸透鏡，其特征在于: 所述的側(cè)抽閥門(8)為可調(diào)節(jié)流量的真空閥門，為真空擋板閥、真空蝶閥或者真空針閥。
4.按照權(quán)利要求1所述的離子聚焦傳輸透鏡，其特征在于: 一質(zhì)譜進(jìn)樣管(5)穿過(guò)離子出口(4)伸入到不銹鋼外筒(2)內(nèi)部，質(zhì)譜進(jìn)樣管(5)的入口設(shè)置于不銹鋼電極環(huán)(9)的中心軸線處； 于不銹鋼外筒(2)外部、離子入口(13)前端設(shè)置有樣品承載平臺(tái)(10)和大氣壓電離源(11),產(chǎn)生的氣相離子(6)經(jīng)不銹鋼電極環(huán)(9)和絕緣介質(zhì)環(huán)(1)的中心區(qū)域傳輸至質(zhì)譜進(jìn)樣管(5)的入口，進(jìn)入質(zhì)量分析器(3)中檢測(cè)。
5.按照權(quán)利要求4所述的離子聚焦傳輸透鏡，其特征在于: 所述的質(zhì)量分析器(3)為飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、四級(jí)桿質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器或者離子回旋共振質(zhì)量分析器。
6.按照權(quán)利要求1所述的離子聚焦傳輸透鏡，其特征在于: 絕緣介質(zhì)環(huán)(1)的內(nèi)徑大于不銹鋼電極環(huán)(9)的內(nèi)徑。
7.按照權(quán)利要求1所述的離子聚焦傳輸透鏡，其特征在于: 于各片不銹鋼電極環(huán)(9)上依次加載不同幅值的電壓，在沿離子入口(13)至離子出口(4)的軸線方向上，相鄰不銹鋼電極環(huán)(9)間的電壓逐漸遞增，且相鄰不銹鋼電極環(huán)(9)之間電壓差的遞增比例為1:1?1:100，形成場(chǎng)強(qiáng)逐漸增強(qiáng)的電場(chǎng)。
8.按照權(quán)利要求1所述的離子聚焦傳輸透鏡，其特征在于: 不銹鋼電極環(huán)(9)與不銹鋼外筒(2)之間設(shè)置有絕緣介質(zhì)層。
【文檔編號(hào)】H01J49/06GK104282525SQ201310272797
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月1日
【發(fā)明者】李海洋, 竇健, 花磊, 蔣蕾, 蔣吉春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所