[發明專利]一種具有低溫電荷檢測器的顆粒離子阱質譜儀

有效

• 申請號: 201410005139.5
• 申請日: 2014-01-06
• 公開（公告）號: CN103745905A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 聶宗秀;占鈴鵬;熊彩僑;張寧;劉保湘
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01J49/02
• 分類號: H01J49/02;H01J49/26
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

技術領域

本發明涉及一種質譜儀，具體涉及一種具有低溫電荷檢測器的顆粒離子阱質譜儀。

背景技術

顆粒物質例如大氣溶膠、生物顆粒（病毒、細胞）等廣泛存在于自然界中。由于這些顆粒對于大氣環境和人體健康有著重要的影響，因此對其測定和表征是分析測試中的一個重要課題。眾所周知，分子的質量是分子固有的性質，同樣，顆粒的質量也是表征顆粒物質的一個重要參數。離子阱顆粒質譜是最近發展起來的一種測定顆粒質量的新方法。在實驗過程中，由激光誘導聲波解吸源解吸出的顆粒物質進入離子阱質量分析器，其質荷比和帶電量分別由離子阱質量分析器和電荷檢測器測得，從而實現了顆粒質量的快速、準確測定。以顆粒離子阱質譜為工具，人們已成功測定了聚苯乙烯球及多種細胞的質量。但是，顆粒離子阱質譜還有諸多不足，其中亟待解決的問題之一即為如何降低電荷檢測器的背景噪音，提高顆粒質譜的分辨率。目前，電荷檢測器的平均噪音約為600e，根據顆粒的帶電量與顆粒尺寸存在的一定線性關系，只有1μm以上帶電量較高的顆粒才能被有效地檢測，這就極大地限制了顆粒離子阱質譜儀對微米級以下較小顆粒的分析。

因此，需要提供一種能降低背景噪音的顆粒離子阱質譜儀，以提高質譜儀的檢測性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有低溫電荷檢測器的顆粒離子阱質譜儀，本發明通過對電荷檢測器的低溫冷卻實現其背景噪音的降低，從而為拓展顆粒離子阱質譜的質量范圍，實現單個病毒、細菌的質量測定奠定基礎。

本發明所提供的一種具有低溫電荷檢測器的顆粒離子阱質譜儀，包括離子阱質量分析器、激光誘導聲波解吸電離源和電荷檢測器；所述離子阱質量分析器包括上端電極、環電極和下端電極；所述上端電極和所述下端電極分別設于所述環電極的兩端,且所述環電極與所述上端電極和所述下端電極之間均設有絕緣陶瓷環；所述上端電極和所述下端電極的軸向上均設有通孔a；所述環電極的中心位置處設有通孔b；

所述電荷檢測器設于所述離子阱質量分析器的下部，且所述離子阱質量分析器與所述電荷檢測器之間設有絕緣陶瓷環；所述電荷檢測器表面設有一電磁屏蔽罩，所述電磁屏蔽罩與所述通孔a的位置相應處設有通孔c；所述激光誘導聲波解吸電離源包括樣品靶和激光器，所述樣品靶設于近所述通孔b處；

所述顆粒離子阱質譜儀還包括液氮冷卻裝置，所述液氮冷卻裝置包括一密閉腔體，所述密閉腔體與液氮流入管和液氮流出管相連通；所述密閉腔體設于所述電荷檢測器的下部，且為接觸配合。

所述的顆粒離子阱質譜儀中，所述密閉腔體的形狀和尺寸分別與所述電荷檢測器的形狀和尺寸相一致，以保證所述液氮冷卻裝置與所述電荷檢測器能夠緊密接觸。

所述的顆粒離子阱質譜儀中，所述液氮流入管與所述密閉腔體的底部相連通；

所述液氮流出管與所述密閉腔體的底部相連通，且延伸至所述密閉腔體的頂部處。

所述的顆粒離子阱質譜儀中，所述密閉腔體的頂部設有一凹槽，所述液氮流出管延伸至所述凹槽內，這樣設置后可使液氮流入后能充滿整個封閉腔體，當液氮流速大的時候可以液氮的形式從所述液氮流出管流出，當液氮流速小的時候可以氣化的氮氣形式從所述液氮流出管流出，從而實現對冷卻溫度的控制。

所述的顆粒離子阱質譜儀中，所述密閉腔體的高度可為10～20mm;

所述凹槽的高度可為3～5mm，所述液氮流出管的液氮入口端與所述凹槽頂部之間的距離可為1～2mm。

所述的顆粒離子阱質譜儀中，所述顆粒離子阱質譜儀還包括液氮流速控制裝置；所述液氮流速控制裝置包括液氮罐、流量計和微流閥；所述液氮流入管與所述液氮罐相連通，所述液氮罐還與一氮氣管路相連通，所述氮氣管路上依次設有所述流量計和所述微流閥，且所述流量計設于近所述液氮罐的一端；通過所述氮氣管路通入的氮氣可使所述液氮罐中的壓強增大，從而能將所述液氮罐中的液氮壓入到所述密閉腔體中，并可通過通入氮氣流速的大小控制液氮流入所述密閉腔體的速度，以實現對所述電荷檢測器的溫度控制，如需溫度恒定時，則可將氮氣流速控制為一恒定值；如需升溫時，則可提高氮氣流速；如需降溫時，則可停止通氮氣或者降低氮氣流速。

所述的顆粒離子阱質譜儀中，所述電荷檢測器底部設有一溫度傳感器，以實時監測所述電荷檢測器的溫度。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：

1、本發明由于采用液氮對電荷檢測器進行降溫，最低可使檢測器的溫度達到-190℃，有效地降低了電荷檢測器的熱噪音，為將離子阱顆粒質譜的應用范圍拓展到細菌及病毒的質量測定奠定了基礎。