一种分析装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种分析装置，包括真空腔、电极组、离子传输单元、质量分析单元和控制单元，其特点是：所述真空腔内安装至少两个电离源；所述分析装置还包括隔断单元，所述隔断单元与每个电离源相对应设置在相应电离源和电极组之间，实现相应电离源产生的离子与真空之间的通断；所述控制单元控制对电极组施加电压和隔断单元的隔断方式，以实现在不同的电离源工作模式下相应电离源产生的离子通过隔断单元后依次通过电极组、离子传输单元进而进入质量分析单元进行检测。本发明还提供了一种分析方法。本发明具有检测范围宽、不同工作模式间切换便捷等优点。
【专利说明】一种分析装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分析装置及方法，尤其是色谱-质谱联用分析装置及方法。
【背景技术】
[0002]液相-色谱质谱联用仪器(LC-MS) —般配置大气压电离源，包括大气压电离源如电喷雾电离源(ESI)、大气压化学电离源(APCI)，有些仪器还配置有解吸附电喷雾电离源(DESI)、直接实时分析电离源(DART)等。ESI用于难挥发性有机物及大分子量有机物分析，APCI源用于极性小分子有机物分析，解吸附电喷雾电离源(DESI)、直接实时分析电离源(DART)可以简化样品前处理，直接对样品进行分析，这几种电离源均工作于大气压条件，主要得到分子离子峰。气相-色谱质谱联用仪器(GC-MS) —般配置电子电离源，有些仪器配置紫外电离源，电子电离源(EI)和紫外电离源为真空电离源，工作于真空条件，其可获得碎片离子峰，通过谱库检索，可以对未知物进行定性分析，一般用于GC-MS仪器。
[0003]质谱仪器如果能同时使用真空电离源和大气压电离源，将使质谱仪器与GC仪器、LC仪器同时联用成为可能，将提升质谱仪器的分析能力和应用领域，将提升质谱仪器的利用率，降低用户质谱设备购置成本。国外厂商已经在EI和ESI混合电离源开展了研究，Varian公司(现在被Agilent收购)推出300系列LC-MS仪器，该仪器质量分析器部分共用，EI源和ESI源为模块化设计，EI源和ESI源有自己独立的六极杆，可连同六极杆整体进行替换。该仪器虽然能支持模块化设计的EI源和ESI源，但无法同时安装EI源和ESI源模块，用户只能选择安装其中之一。更换模块时，安装时需要先卸掉真空，安装模块，然后再抽真空进行分析，操作较为复杂。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种检测范围宽、不同工作模式间切换便捷的分析装置及方法。
[0005]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种分析装置，包括真空腔、电极组、离子传输单元、质量分析单元和控制单元，其特点是:
[0007]所述真空腔内安装至少两个电离源；所述电离源用于产生待分析离子，对离子束进行聚焦和整形，并且控制离子通断；
[0008]所述分析装置还包括隔断单元，所述隔断单元与每个电离源相对应设置在相应电离源和电极组之间，实现相应电离源产生的离子与真空之间的通断；
[0009]所述控制单元控制对电极组施加电压和隔断单元的隔断方式，以实现在不同的电离源工作模式下相应电离源产生的离子通过隔断单元后依次通过电极组、离子传输单元进而进入质量分析单元进行检测；
[0010]电极组用于实现对不同方位入射离子的偏转；离子传输单元用于接收偏转透镜的偏转离子，并将离子传输给质量分析单元；质量分析单元用于分离和检测离子。
[0011]作为优选，所述隔断单元包括但不限于插板阀、球阀。
[0012]作为优选，所述至少两个电离源为真空电离源或大气压电离源。
[0013]作为优选，所述电极组为静电偏转透镜组或射频偏转透镜组。
[0014]作为优选，所述电极组的每块电极为内表面为双曲面的电极片或平面片状电极片。
[0015]作为优选，所述至少两个电离源的离子光学轴重合或垂直。
[0016]作为优选，所述离子传输单元为六级杆或离子漏斗。
[0017]作为优选，所述大气压电离源包括但不限于电喷雾电离源、大气压化学电离源、解吸附电喷雾电离源、直接实时分析电离源。
[0018]作为优选，所述真空电离源包括但不限于电子电离源、真空紫外电离源。
[0019]本发明还提供了一种分析方法，包括以下步骤:
[0020]A、真空腔内安装至少两个电离源；
[0021]选择工作电离源，工作电离源和其离子出口均处于开启状态；非工作电离源和其离子出口均处于关闭状态；
[0022]B、工作电离源产生的离子通过其离子出口进入真空腔，依次通过电极组、离子传输单元进而进入质量分析单元进行检测。
[0023]进一步，采用上述任一所述的分析装置进行分析，其中，所述隔断单元与每个电离源相对应设置在相应电离源和电极组之间，实现相应电离源的离子出口的开启与关闭，进而实现相应电离源产生的离子与真空之间的通断。
[0024]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0025]1、不同的电离源可同时安装于一台仪器，扩充了同一台质谱仪器的应用范围；
[0026]2、不同的电离源之间不需要卸真空仅通过控制隔断单元即可实现切换，更换速度快；
[0027]3、不同的电离源处于不同的工作区域，相互独立，不存在相互干扰；
[0028]4、离子传输路径为离轴设计，降低了中性粒子的干扰；
[0029]5、通过在真空腔内安装真空电离源和大气压电离源，选择不同的工作模式，控制真空电离源和大气压电离源的通断，实现了离子-离子反应和分子离子反应等功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为实施例2中分析装置结构示意图；
[0031]图2为实施例3中分析装置结构示意图；
[0032]图3为实施例4中分析装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]实施例1
[0034]一种分析装置，包括真空腔、隔断单元、电极组、离子传输单元、质量分析单元和控制人员单元；
[0035]所述真空腔内安装至少两个电离源；所述电离源用于产生待分析离子，对离子束进行聚焦和整形，并且通过电路控制离子通断；
[0036]作为优选，所述至少两个电离源为真空电离源或大气压电离源。
[0037]液相-色谱质谱联用仪器(LC-MS) —般配置大气压电离源，所述大气压电离源如电喷雾电离源(ESI)、大气压化学电离源(APCI)，有些仪器还配置有解吸附电喷雾电离源(DESI)、直接实时分析电离源(DART)等。ESI用于难挥发性有机物及大分子量有机物分析，APCI源用于极性小分子有机物分析，解吸附电喷雾电离源(DESI)、直接实时分析电离源(DART)可以简化样品前处理，直接对样品进行分析，这几种电离源均工作于大气压条件，主要得到分子离子峰。
[0038]气相-色谱质谱联用仪器(GC-MS) —般配置电子电离源，有些仪器配置紫外电离源，电子电离源(EI)和紫外电离源为真空电离源，工作于真空条件，其可获得碎片离子峰，通过谱库检索，可以对未知物进行定性分析，一般用于GC-MS仪器。
[0039]所述隔断单元与每个电离源相对应设置在相应电离源和电极组之间，实现相应电离源产生的离子与真空之间的通断；
[0040]所述控制单元控制对电极组施加电压和隔断单元的隔断方式，以实现在不同的电离源工作模式下相应电离源产生的离子通过隔断单元后依次通过电极组、离子传输单元进而进入质量分析单元进行检测；
[0041]电极组用于实现对不同方位入射离子的偏转；离子传输单元用于接收偏转透镜的偏转离子，并将离子传输给质量分析单元；质量分析单元用于分离和检测离子。
[0042]作为优选，所述隔断单元包括但不限于插板阀、球阀。
[0043]作为优选，所述电极组为静电偏转透镜组或射频偏转透镜组。
[0044]作为优选，所述电极组的每块电极为内表面为双曲面的电极片或平面片状电极片。
[0045]对所述至少两个电离源的离子光学轴不加限定，只要从相应电离源出射的离子能够通过电极组偏转进入离子传输单元进而进入质量分析单元进行分析即可。
[0046]作为优选，所述至少两个电离源的离子光学轴重合或垂直。
[0047]作为优选，所述离子传输单元为六级杆或离子漏斗。
[0048]本发明还提供了一种分析方法，包括以下步骤:
[0049]A、真空腔内安装至少两个电离源；
[0050]选择工作电离源，工作电离源和其离子出口均处于开启状态；非工作电离源和其离子出口均处于关闭状态；离子出口设定为离子从电离源至真空腔的连接口，本发明的离子出口可以理解为隔断单元设置在相应电离源与电极组之间的隔断模块；
[0051]B、工作电离源产生的离子通过其离子出口进入真空腔，依次通过电极组、离子传输单元进而进入质量分析单元进行检测。
[0052]进一步，采用上述任一所述的分析装置进行分析，其中，所述隔断单元与每个电离源相对应设置在相应电离源和电极组之间，实现相应电离源的离子出口的开启与关闭，进而实现相应电离源产生的离子与真空之间的通断。
[0053]不同的电离源可同时安装于一台仪器，扩充了同一台质谱仪器的应用范围；
[0054]不同的电离源之间不需要卸真空仅通过控制隔断单元即可实现切换，更换速度快；
[0055]不同的电离源处于不同的工作区域，相互独立，不存在相互干扰；
[0056]离子传输路径为离轴设计，降低了中性粒子的干扰；
[0057]通过在真空腔内安装真空电离源和大气压电离源，选择不同的工作模式，控制真空电离源和大气压电离源的通断，实现了离子-离子反应和分子离子反应等功能。
[0058]实施例2
[0059]本实施例是实施例1的应用例。
[0060]本应用例提供了一种分析装置，请参阅图1，所述分析装置包括大气压电离源1、真空电离源2、电极组3、隔断单元、离子传输单元5、质量分析单元6。
[0061]其中，所述大气压电离源I为ESI源，所述真空电离源2为EI源，ESI源模块I和EI源模块2垂直安装于真空腔体两侧且相对设置，与质量分析单元6的质量分析器61的主离子光学轴成90度；ESI源模块I和EI源模块2的离子光学轴重合。
[0062]ESI源包括喷雾毛细管11、雾化气12、雾化气管13、样品锥14、提取锥15和ESI源壳体等。EI源包括灯丝21、提取透镜22、聚焦透镜23、出口透镜24、推斥极25和电离源盒20，EI源模块整体处于真空中，真空度小于10-4Torr，真空由配套的真空系统实现。ESI源、EI源的相应结构为本领域的现有技术，在此不再赘述。
[0063]电极组3由D31、D32、D33、D34四组内表面为双曲面的电极组成，电极上加载直流电压。
[0064]隔断单元为隔断模块41和隔断模块42，所述隔断模块41和隔断模块42分别设置在ESI源与电极组3之间、EI源与电极组3之间。所述隔断模块41和隔断模块42均为插板阀。
[0065]离子传输单兀5包括六极传输杆51和透镜52,六级传输杆51用于传输和聚焦离子，通过选择合适的驱动电压，六级传输杆51能高效传输和聚焦ESI源产生的离子。透镜52用于聚焦离子并缓解质谱检测器的边缘场效应，提高离子的传输效率。
[0066]质量分析单元6包括质量分析器61和检测器62，其中质量分析器61为四级杆质量分析器。
[0067]工作过程如下:
[0068]A、需要选择工作电离源，工作电离源和其离子出口均处于开启状态；非工作电离源和其离子出口均处于关闭状态；
[0069]在不同的电离源工作模式下，隔断单元实现相应电离源的离子出口的开启与关闭，进而实现相应电离源产生的离子与真空之间的通断；
[0070]B、工作电离源产生的离子通过其离子出口进入真空腔，依次通过电极组、离子传输单元进而进入质量分析单元进行检测；
[0071]即:
[0072]控制单元选择ESI源为工作电离源，并控制ESI源工作，在ESI源工作模式下，喷雾毛细管11上加载3000V高压(VII)，液体样品从喷雾毛细管11流出后，大气压下的溶液在喷雾气12的作用下，形成带电小液滴，随着溶剂的蒸发，带电小液滴转变成带电粒子。样品锥14和提取锥15与配套的真空系统形成大气压-真空采样接口，样品锥14和提取锥15真空度为几Torr，带电粒子经过两锥采样后，部分离子穿过隔断模块41，经过提取透镜17，到达电极组3。提取透镜17用于压缩离子并控制离子的通断。此时，控制人员单元控制隔断模块42关闭，出口透镜24关闭，EI源处于关闭状态。ESI源的工作过程为本领域的现有技术，在此不再赘述。
[0073]通过选择合适的电极组D31、D32、D33、D34电极电压组合，从ESI源出射的离子被电极组3偏转90度，到达六级传输杆51。从六极传输杆51出射的离子，经过透镜52达到质量分析器61进行分析。质量分析器61上加载射频驱动电压，用于将目标离子按照质量顺序依次分离，分离后的离子到达检测器62被检测。
[0074]控制单元选择EI源为工作电离源，并控制EI源工作，在EI源工作模式下，给灯丝21加载驱动电流，灯丝发射大量电子，在电离源盒内，电子将样品电离后形成带电离子；推斥极25加载电压V21，提取透镜22加载电压V23，推斥极25用于将电离源盒产生的离子推到提取透镜22处，提取透镜22用于将离子从产生离子的电离源盒20提取出来，在提取透镜22和推斥极25的共同作用下，电离源盒产生的离子达到聚焦透镜23，聚焦透镜23加载电压V24，用来将离子在径向进行压缩和聚焦；聚焦后的离子穿过隔断模块42后，再经过出口透镜24，到达电极组3。此时，控制人员单元控制隔断模块41关闭，提取透镜17关闭，ESI源处于关闭状态。EI源的工作过程为本领域的现有技术，在此不再赘述。
[0075]通过选择合适的电极组D31、D32、D33、D34电极电压组合，从EI源出射的离子被电极组3偏转90度，到达六极传输杆51。从六极传输杆51出射的离子，经过透镜52达到质量分析器61进行分析。质量分析器61上加载射频驱动电压，用于将目标离子按照质量顺序依次分离，分离后的离子到达检测器62被检测。
[0076]本实施例，大气压电离源和真空电离源同时安装在真空腔体上，通过插板阀选择采用EI源还是ESI源。EI源和ESI源独立工作，相互之间不存在干扰。电极组3上所加载的直流电压根据所分析的样品进行优化，确保最高的传输效率。
[0077]实施例3
[0078]本实施例是实施例1的应用例。
[0079]本实施例与实施例2不同的是:请参阅图2，本实施例的大气压电离源101为APCI电离源，电极组30采用D301、D302、D303、D304平面片状电极；离子传输单元50包括离子漏斗501，离子漏斗501用于传输和聚焦离子，通过选择合适的驱动电压，离子漏斗5能高效传输和聚焦APCI源产生的离子。质量分析单元60包括飞行时间质量分析器601，飞行时间质量分析器601包括离子提取和加速模块602，离子飞行区603和离子反射器604等。离子经过离子提取和加速模块602选择和加速后，进入到离子飞行区603，在飞行区603内，离子按照质量数的大小依次分离达到检测器，离子反射器604的作用是增加离子飞行距离，提升质谱分辨率。
[0080]APCI源包括喷雾毛细管11、放电针102、样品锥14、提取锥15和APCI源壳体等。
[0081]控制人员单元选择APCI源为工作电离源，并控制APCI源工作，在APCI源工作模式下，放电针102加载1000V高压(Vll)，气体样品从喷雾毛细管11流出后，大气压下的气体分子样品，在放电针的作用下发生电离，转变成带电粒子。样品锥14和提取锥15与配套的真空系统形成大气压-真空采样接口，带电粒子经过两锥采样后，部分离子穿过隔断模块41，经过提取透镜17，到达电极组3。在APCI源工作模式下，控制人员单元控制隔断模块42关闭，出口透镜24关闭，EI源处于关闭状态。APCI源的工作过程为本领域的现有技术，在此不再赘述。
[0082]通过选择合适的偏转电极组0301、0302、0303、0304电极电压组合，从APCI源出射的离子被电极组偏转90度，到达离子漏斗501。从离子漏斗501出射的离子，经过透镜52达到飞行时间质量分析器601分离并被检测器检测分析。
[0083]控制单元选择EI源为工作电离源，并控制EI源工作，在EI源工作模式下，EI源产生的离子穿过隔断模块42后，再经过出口透镜24，到达电极组30。此时，控制单元控制隔断模块41关闭，提取透镜17关闭，APCI源处于关闭状态。
[0084]通过选择合适的电极组D301、D302、D303、D304电极电压组合，从EI源出射的离子被电极组3偏转90度，到达离子漏斗501。从离子漏斗501出射的离子，经过透镜52达到飞行时间质量分析器601分离并被检测器检测分析。
[0085]实施例4
[0086]本实施例是实施例1的应用例。
[0087]本实施例与实施例2所述的分析装置不同的是:请参阅图3，本实施例的真空电离源20为紫外电离源，ESI源和紫外电离源垂直安装于真空腔体10两侧，与质量分析单元6的质量分析器61的主离子光学轴成90度；紫外电离源包括紫外灯201、提取透镜202、聚焦透镜203、出口透镜204、推斥极205和电离源盒200，紫外电离源整体处于真空中，真空度小于KT4Torr，真空由配套的真空系统实现。
[0088]本实施例还包括APCI源9，所述APCI源9垂直安装于真空腔10，与质量分析器61的主离子光学轴重合；ESI源和紫外电离源的离子光学轴重合。
[0089]隔断单元还包括隔断模块43，实现APCI源的离子出口的开启与关闭，进而实现APCI电离源产生的离子与真空之间的通断，所述隔断模块43也是插板阀。
[0090]APCI源9包括喷雾毛细管91、放电针92、样品锥93、提取锥94和出口透镜95等。
[0091]紫外电离源、ESI源和APCI源同时安装时，可以选择任何一种源工作，另外两种源关闭；在一些特殊应用场合，比如需要开展离子-分子反应或者离子-离子反应的应用场合，可以优化偏转透镜工作参数，同时开启两个源或者三个源。
[0092]上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是:将多个电离源安装在同一套分析仪器上，通过隔断单元实现不同电离源出射的离子进入质量分析单元进行分析。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种分析装置，包括真空腔、电极组、离子传输单元、质量分析单元和控制单元，其特征在于: 所述真空腔内安装至少两个电离源； 所述分析装置还包括隔断单元，所述隔断单元与每个电离源相对应设置在相应电离源和电极组之间，实现相应电离源产生的离子与真空之间的通断； 所述控制人员单元控制对电极组施加电压和隔断单元的隔断方式，以实现在不同的电离源工作模式下相应电离源产生的离子通过隔断单元后依次通过电极组、离子传输单元进而进入质量分析单元进行检测。
2.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于:所述隔断单元包括但不限于插板阀、球阀。
3.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于:所述至少两个电离源为真空电离源或大气压电离源。
4.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于:所述电极组包括但不限于静电偏转透镜组或射频偏转透镜组。
5.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于:所述电极组包括但不限于每块电极为内表面为双曲面的电极片或平面片状电极片。
6.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于:所述离子传输单元包括但不限于六级杆或离子漏斗。
7.一种分析方法，包括以下步骤: A、真空腔内设置至少两个电离源； 选择工作电离源，工作电离源和其离子出口均处于开启状态；非工作电离源和其离子出口均处于关闭状态； B、工作电离源产生的离子通过其离子出口进入真空腔，依次通过电极组、离子传输单元进而进入质量分析单元进行检测。
8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于:采用权利要求1?6任一所述的分析装置进行分析，其中，所述隔断单元与每个电离源相对应设置在相应电离源和电极组之间，实现相应电离源的离子出口的开启与关闭，进而实现相应电离源产生的离子与真空之间的通断。
【文档编号】H01J49/02GK104347343SQ201410521304
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】刘立鹏, 胡建坤, 郑毅, 韩双来, 李纲, 邓丰涛 申请人:聚光科技(杭州)股份有限公司