[發明專利]適用于高壓強環境的質量分析方法及質譜儀

有效

• 申請號: 201810332823.2
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108519427B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 趙占鋒;周志權;姜佩賀;趙宜楠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學(威海)
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳昕

適用于高壓強環境的質量分析方法及質譜儀，屬于質譜儀器分析技術領域，本發明為解決現有質譜儀存在高壓強下離子因運動動力不足而停留在質量分析器中心區域，無法進行質量分析的問題。本發明方法為：樣品在離子源被電離，生成的離子進入質量分析器，離子沿漂移管向離子檢測器方向運動，在漂移管中通入順向氣流作為離子出阱動力，離子在氣流場和四極電場的共同作用下最終到達離子檢測器，產生譜圖信息。

技術領域

本發明屬于質譜儀器分析技術領域，涉及一種質量分析方法。

背景技術

質譜儀包括離子源101、質量分析器103、離子檢測器104和真空系統(圖3中未示出)。離子源101用于將樣品分子電離為一系列離子，并且能使電離后的離子進入質量分析器103。其中質量分析器103的一類結構為圖1所示的基于四極桿的四極質濾器(QMF)，圖1所示的四極質濾器由兩組平行的雙曲形或圓柱形金屬桿電極組成，一般稱桿的截面方向為x-y方向，沿桿方向為z方向。如果稱相對兩個電極為一組，其間距為2r₀，則通過在兩兩相對的兩組電極上分別施加電勢+φ₀和-φ₀，就可以在四極桿內部形成四極場，其中φ₀＝U+Vcosωt，U為所加電勢的直流分量，V為交流分量的零峰值，ω為交流分量的角頻率，t為時間。

四根極桿內所包圍的空間存在四極電場。從離子源101入射的離子穿過四極電場，會受到電場作用，只有特定m/z的離子以限定的運動頻率穩定地通過四極濾質器，其它離子則碰到極桿上被吸濾掉，不能通過四極濾質器，即達到“濾質”的作用。離子檢測器104根據所接收的離子的撞擊信號以及這個瞬間加在四根電極桿上的交流、直流電壓等信息即可計算出這些離子的質量，從而分析出樣品的性質。

圖2是改進的四極質濾器，在幾何結構上進行簡化，電極為四塊矩形金屬極板，原理與圖1相同。

進行仿真實驗，質譜儀的環境壓強為0Pa時，幾乎全部離子均可以穩定運動，離子透射率為0.96；而當壓強的提高，離子透射率逐漸降低，當壓強為10Pa時，離子透射率為0.05；當壓強進一步提高，透射率降低到0。壓強升高，離子與背景氣體分子發生碰撞，在x-y方向上，部分離子運動軌跡越來越小，最終聚焦到質量分析器的中心區域，部分離子因受到撞擊而附著在質濾器內表面。在z方向上離子表現出運動能量不足，最終停留在四極質濾器的中心區域。即現有質譜儀存在高壓強下離子向離子檢測器的運動能量不足的問題。

發明內容

本發明目的是為了解決現有質譜儀存在高壓強下離子因運動動力不足而停留在質量分析器中心區域，無法進行質量分析的問題，提供了一種適用于高壓強環境的質量分析方法及質譜儀。

本發明所述適用于高壓強環境的質量分析方法，該方法為：樣品在離子源被電離，生成的離子進入質量分析器，離子沿漂移管向離子檢測器方向運動，在漂移管中通入順向氣流作為離子出阱動力，離子在氣流場和四極電場的共同作用下最終到達離子檢測器，產生譜圖信息。

優選地，所述順向氣流的方向與離子沿漂移管向離子檢測器運動的方向一致。

本發明提供一種質譜儀，包括質量分析單元1、背景氣體源2、真空腔3、氣體導流裝置4、真空泵5和氣閥6，背景氣體源2出氣口與真空腔3的進氣口連通，背景氣體源2和真空腔3的連接氣路上設置有氣閥6，真空腔3的出氣口連接真空泵5，質量分析單元1設置于真空腔3內，質量分析單元1前端開口面向真空腔3的進氣口，質量分析單元1的尾端設置有抽氣孔，且該抽氣孔通過氣體導流裝置4與真空腔3的出氣口連通，真空泵5工作時，背景氣體源2為質量分析單元1提供漂移氣。

優選地，質量分析單元1包括離子源101、漂移管102、四極質濾器103和離子檢測器104，四極質濾器103設置在漂移管102內部，離子源101設置在漂移管102的前端開口處，離子檢測器104設置在漂移管102的尾端，漂移管102尾端設置有抽氣孔，如圖4所示。

優選地，氣閥6采用針型閥。