一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，包括有依次连接的电喷雾装置、传输线、八极杆、六极杆、低温线型离子阱，低温线型离子阱外设有离子探测器和红外激光系统，所述传输线、八极杆、六极杆、低温线型离子阱设在一个四级差分抽气真空系统中；电喷雾装置作为电离源，把中性的物质电离成离子，再通过传输线、八极杆、六极杆传输至低温线型离子阱，低温线型离子阱作为质量分析器件，红外激光系统输出的红外光入射至低温线型离子阱，离子在低温线型离子阱内完成离子化、离子冷却、离子挑选、红外光解离、质量分析以及清空环节。本发明具有小型化、价格低、易维护、稳定性好、灵敏度和分辨率高的特点。
【专利说明】
一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪
技术领域
[0001]本发明设计一种红外光解离光谱仪，尤其涉及一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，属于分析仪器技术领域。
技术背景
[0002]红外光解离光谱具有非常高的灵敏度和质量选择特性，能够提供气相离子化合物的振动光谱。随着调谐红外激光的发展，红外光解离光谱已经成为一种研究气相离子和团簇红外振动光谱的有效方法。使用质谱技术对离子进行质量选择，所选择的离子与可调谐红外激光相互作用，发生光解离，根据解离碎片的信号随红外激光波长的变化得到红外光谱。红外光解离质谱的灵敏度非常高，使用的检测器能够对单个离子响应，能够用于一系列奇异的、浓度很低的气相带电物种的研究。使用质谱方式选择目标离子(或母离子)，发生红外吸收的物种单一，便于鉴定目标离子并可排除其他物种的存在。红外光解离质谱还能够根据碎片离子的大小分布，估计离子碎片的解离能。
[0003]传统红外光解离光谱仪通常由激光蒸发团簇源、高分辨的飞行时问质谱和串级红外光解离部分组成。利用直线式飞行时间质谱采集离子源产生的物种分布信息并对目标离子进行分离，扫描红外激光的波长，使用串级红外光解离质谱检测碎片离子信号随波长的变化，得到目标离子的红外光解离光谱。这种基于飞行时间质谱的红外光解离光谱仪，真空飞行管道长达两米，结构复杂体积庞大，对真空度要求极高，真空设计较为繁琐。此外，目前实验室中常用的脉冲红外激光光源主要有自由电子激光，不过它的装置比较复杂，激光器系统很庞大，目前只有少数大型的实验室才能配备。
[0004]随着我国航天科技的迅猛发展，“嫦娥工程”的逐步实施，太空探险活动逐渐增多，火星、金星等行星探测也将逐步提到日程上来。在航天科技方面，先进的科学探测仪器是太空探测活动的真正感官，在对未知天然产物进行鉴定时，一般要获得各种光谱和质谱等数据，然后才能够进行数据间的比较和相互验证，以便最终确定该物质的成分。在这些活动中，对这些搭载设备的体积、重量、功耗和可靠性都提出了苛刻的要求。而小型化的红外光解离光谱仪在这方面具有明显优势，因此如何设计易维护，稳定性好，灵敏度和分辨率高的小型化红外光解离光谱仪是本发明研究的重点。将小型化的红外光解离光谱仪应用于制药、生命科学、环境监测和保护、食品安全、兴奋剂检测、边防安检、航天和军事技术等诸多热点领域，这是国家重大战略需求。预计每年可以创造出数以千万的经济效率，以及深远影响的社会效益。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，该光谱仪体积小巧、造价便宜、功能强大。
[0006]本发明采用的技术方案是:
一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:包括有依次连接的电喷雾装置、传输线、八极杆、六极杆、低温线型离子阱，低温线型离子阱外设有离子探测器和红外激光系统，所述传输线、八极杆、六极杆、低温线型离子阱设在一个四级差分抽气真空系统中，红外激光系统包括有Nd:YAG激光器和OPO/A激光器;所述电喷雾装置作为电离源，把中性的物质电离成离子，再通过传输线、八极杆、六极杆传输至低温线型离子阱，低温线型离子阱作为质量分析器件，红外激光系统输出的红外光入射至低温线型离子阱，离子在低温线型离子阱内完成离子化、离子冷却、离子挑选、红外光解离、质量分析以及清空环节。
[0007]所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述四级差分抽气真空系统包括有四级真空腔，其中第一级真空腔与大气通过一个直径为0.25 mm的小孔连接，小孔作为离子进样小孔，第一级真空腔使用机械栗以11 L/s的抽速进行抽气，最高真空度为0.5 Pa;第二、三、四级真空腔使用普发真空三级涡轮分子栗进行抽气，抽速最高为260L/S;第二级真空腔与第一级真空腔通过直径为I mm的锥孔连接，最高真空度为5X 10—2 Pa;第三级真空腔与第二级真空腔通过直径为2 mm的小孔，最高真空度为5X10—3Pa;第四级真空腔与第三级真空腔通过直径为3mm的小孔，最高真空度为5X 10—4 Pa。
[0008]所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述电喷雾装置作为电离源，包括有两个部分，即大气压区域部分和真空接口部分;其中大气压区域部分负责产生离子，而真空接口部分负责将产生的离子传输到质谱仪内部的低温线型离子讲。
[0009]所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述电喷雾装置的大气压区域部分的常见组件包括带有高压的电喷雾毛细管、流动注射装置，在含有极性溶剂的毛细管末端加上1800 V - 4500 V的高电压，产生微小液滴的气溶胶喷雾，通过真空接口部分将小液滴引入四级差分抽气。
[0010]所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述传输线采用金属毛细管传输线，传输线主要在第一级真空腔体，传输线长150 mm，内孔0.508mm，传输线上配置温度测控系统，温度在0-200摄氏度之间进行调节。
[0011 ]所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:通过第一级和第二级真空腔体之间的锥孔，被电离的离子样品进入八极杆中；所述八极杆是由八根长50 mm、半径0.9 mm的不锈钢圆棒组成，八极杆位于第二级真空腔体中，八极杆构成的场半径为1.5 mm，两边的支架采用聚四氟乙烯为材料进行加工;八极杆上施加了频率为1M、峰峰值300v的射频信号，同时八极杆上还施加了 1.47v的直流偏置。
[0012]所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:离子经八极杆稳定传输后，通过小孔进入六极杆;所述六极杆是由六根长200 _、半径2.5 mm不锈钢圆棒组成，六极杆位于第三级真空腔中，六极杆构成的场半径4.5 mm;六极杆上施加了频率为1M、峰峰值300v的射频信号，六极杆上还施加了 7.2v的直流偏置。
[0013]所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述低温线型离子阱由两对x/y电极和一对端盖电极组成;x/y电极是由厚度5mm的平板和半径5_的半圆杆组成，每对电极长46mm;在中间的x/y电极与两个端盖电极之间分别加工有0.3mm宽的绝缘带，使得可以在中间电极和两端电极上分别加载不同的工作电压;低温线型离子阱工作时，在x/y电极上施加130V-2600V射频电压形成径向交流束缚电场，同时在两个端电极上施加0-80V直流电压形成轴向直流束缚;每块端盖电极中央都加工有一个直径为3mm的小孔，由外部离子源产生的离子可以通过端盖电极上的小孔进入到低温线型离子阱中。
[0014]所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述低温线型离子阱固定在第四级真空腔中，低温线型离子阱包括有离子阱、制冷机，所述制冷机包括有冷头、电机驱动装置、气缸和置于气缸内的活塞，来自压缩机的高压氦气经过供气接口进入制冷机，通过电机驱动装置驱动曲柄连杆装置并带动氦气阀，氦气在活塞-回热器中膨胀制冷，实现冷头的低温，冷头与长铜带连接，长铜带上的无氧铜块压合在离子阱的电极板上实现热传递；其中，无氧铜块和离子阱的电极板之间通过Imm的蓝宝石进行绝缘和热传递。
[0015]所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述低温线型离子阱的工作过程分为六个阶段:离子化、离子冷却、离子挑选、红外光解离、质量分析以及清空，其中离子化阶段:加载在低温线型离子阱上的射频束缚电压信号的幅度和频率均保持不变，进入低温线型离子阱中的离子被电场捕获;离子冷却阶段:被捕获的离子在缓冲气体的碰撞下动能逐渐减小到OeV附近，此时离子被存储在矩形离子阱中央，呈线状排列；离子挑选:不同质荷比的离子具有不同的久期频率，利用这一特性实现离子质量隔离，共振激发后，只有该久期频率的离子留存在离子阱中，而具有其它久期频率的离子则全部被排出离子阱外;红外光解离阶段:目标母体离子和红外激光作用，产生碎片离子;质量分析阶段:对射频束缚电压信号的幅度进行扫描，幅度从130-2600V，并在此阶段加入共振激发信号，在该阶段，通过获得碎片离子和母体离子强度比值随着红外波长变化的关系，得到相应的红外光解离谱;离子清空阶段:排空残存在离子阱内的离子，以避免对下一次分析造成干扰。
[0016]所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述红外激光系统使用Nd: YAG激光器产生1064nm的栗浦光，并利用分光镜产生两路激光；一路激光经过倍频晶体产生532nm的光，用于OPO的栗浦光;一路激光不经过倍频直接作为OPA的栗浦光；将532nm栗浦的OPO和1064栗浦的OPA相结合，使用一组非线性晶体，输出从710nm到880nm和2.218-5um的波长连续的红外光；同时，使用两组氟化钙透镜对输出的红外光进行聚焦，提高激光强度。
[0017]本发明的原理是:
在红外光解离光谱仪中，离子源扮演了非常重要的角色。在对物质进行质量分析之前，必须先把中性的物质电离成离子。本发明选择电喷雾电离(ESI)源，其具有分析大分子化合物，而且可完美的匹配液相色谱和质谱之间的接口的特点。在电喷雾电离源中，待分析溶液以一定的流速通过毛细管，在毛细管的末端施加上了高电压。在高压电场的作用下，毛细管内部会发生一个电泳的过程，使得溶液中的正离子和负离子会发生分离。在正离子模式下，电喷雾的电离喷针相对于真空取样小孔或毛细管保持了一个很高的正电位，负离子会由于电场的作用被吸引到针的另一端，而在针尖处的液滴表面聚集着大量的正离子。这些正电荷离子会由于相同电荷之间的相互排斥作用，从针尖处的液滴表面扩散出去通过差分真空腔体进入质量分析器件。
[0018]离子传输装置承担着将离子源产生的样品离子传输至质量分析器的重要作用，本发明主要采用离子透镜和多极杆的离子导向装置。静电离子透镜，是指由多个施加一定电位的中心开孔金属薄板或圆筒结构组成的电子和离子光学器件，利用旋转对称静电场聚焦以及传输带电离子。多极杆是由几对平行且对称组装而成的圆柱形或双曲面电极组成，相邻两个极杆添加上大小相等，极性相反的射频电压，所形成的交变电场使得离子在场半径限定的空间内进行“稳定”振荡。当带电粒子射入高频电场中，会在与圆柱形电极平行的轴上进行聚焦，并在电场的引导下进行传输。六极杆和八极杆常被用来当作多极杆离子导引使用。根据理论模拟和实践经验，可以发现，就离子传输效率而言，八极杆要优于六极杆;而六极杆对离子的聚焦效果要优于八极杆。因此，在本发明中，为了达到较好的实验效果，采用六极杆和八极杆串联的方式。
[0019]传统的三维离子阱存在离子储存能力差以及对外部离子源产生的离子束缚效率低等缺点，主要原因在于三维离子阱的结构上。三维离子阱的有效存储离子的空间为一个点，所有进入三维离子阱的都会向这个原点靠拢，从而造成离子之间的相互作用。本发明所设计的线型离子阱的出现则解决了这个问题，它对外部离子源产生的离子的束缚效率理论上可以达到100%，而且它可以储存离子的数量也大大提高。从离子源产生的离子进入离子阱内后，在一定的电压和频率条件下，一定质量范围的离子可化被离子阱束缚存储。当改变射频电压的幅值，可使被存储的离子按照质荷比由低到高的顺序，完成处于不稳定状态的过程一运动幅度增大继而被弹出阱外被检测。用离子阱作为质量分析器，不但可以分析离子源产生的的离子，而且具有多级质谱的功能，即做到MSn。比如可以把离子阱当成碰撞室，使阱内的离子完成碰撞诱导解离的过程，通过分析其碎片离子，得到子离子谱信息;或者把离子阱当成反应室，挑选目标离子进行相关处理，完成其化学反应及后续分析过程。
[0020]本发明的有益效果是:
在本发明中，充分发挥离子阱作为串联质谱分析的特点，被挑选的目标离子在射频电场的作用下，在阱内稳定振荡。在传统基于飞行时间质谱装置的红外光解离光谱仪中，目标离子从离子阱中引出通过多个质量门，进入飞行时间质谱装置并对其进行红外光解离;而本发明的基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，目标离子保留在离子阱中，红外激光直接引入离子阱完成对目标离子的红外光解离过程，这种方式避免目标离子在传输过程中的损失，提高仪器分析的灵敏度和分辨率，大大简化了仪器的结构和成本；同时，为了提高离子阱质量分析的分辨率，采用了低温离子阱技术，通过外部制冷系统对离子阱进行热传递，使得离子阱温度达到30K以下，这种方式也有效地提高了仪器的分辨率。
[0021]本发明的优点是:
本发明具有小型化、价格低、易维护、稳定性好、灵敏度和分辨率高的特点。
【附图说明】
[0022]图1:基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪结构图；
图2:红外光解离光谱仪的测控系统原理图；
图3:离子阱质量分析器结构图；
图4:离子阱质量分析器电源配置示意图；
图5:离子阱质量分析器工作时序控制示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明进一步说明: 如图1所示，一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，包括有依次连接的电喷雾装置1、传输线2、八极杆3、六极杆4、低温线型离子阱5，低温线型离子阱外设有离子探测器6和红外激光系统，传输线2、八极杆3、六极杆4、低温线型离子讲5设在一个四级差分抽气真空系统中，红外激光系统包括有Nd = YAG激光器7和OPO/A激光器8;电喷雾装置I作为电离源，把中性的物质电离成离子，再通过传输线2、八极杆3、六极杆4传输至低温线型离子阱5，低温线型离子阱5作为质量分析器件，红外激光系统输出的红外光入射至低温线型离子阱5，离子在低温线型离子阱5内完成离子化、离子冷却、离子挑选、红外光解离、质量分析以及清空环节。
[0024]由于红外光解离光谱仪使用的是大气压环境下的电离源，而离子阱质量分析器又需要在相对较低的气压环境下工作，前后气压的数量级相差很大。因此，需要设计数个差分抽气来维持系统的真空度，彼此之间通过小孔或狭缝的连接以供离子通过。在本发明中，该套系统使用的是一个四级差分抽气真空系统。其中第一级真空腔与大气通过一个直径为
0.25 mm的小孔连接，小孔作为离子进样小孔。第一级真空腔使用机械栗(抽速为11 L/s)进行抽气，最高真空度可达0.5 Pa。第二、三、四级真空腔使用普发真空三级涡轮分子栗进行抽气，抽速高达260L/s。第二级真空腔与第一级真空腔通过直径为I mm的锥孔连接，真空度可达5 X 10—2 Pa。第三级真空腔与第二级真空腔通过直径为2 mm的小孔，真空度可达5 X 103 Pa。同样地，第四级真空腔与第三级真空腔通过直径为3mm的小孔，真空度可达5X10—4
Pa。在工作过程中，由于需要向第四级腔体内离子阱通入缓冲气体氦气，用来辅助离子阱质量分析器对于进入阱内的离子的碰撞冷却以更好的完成离子的束缚，故第四级真空度可最终保持在I O—3 Pa。
[0025]利用电喷雾装置作为电离源，首先把中性的物质电离成离子。电喷雾装置实际包含两个部分，即大气压区域部分和真空接口部分。其中大气压区域部分包括喷雾毛细管和辅助硬件，负责产生离子，而真空接口部分负责将产生的离子传输到质谱仪内部的质量分析器。电喷雾装置的大气压区域部分的常见组件包括带有高压的电喷雾毛细管、流动注射装置等。在含有极性溶剂的毛细管末端加上高电压(根据需要在1800 V - 4500 V之间调节)，可以产生微小液滴的气溶胶喷雾，通过真空接口部件将小液滴引入差分真空系统。真空接口主要使用金属毛细管传输线进行采样时，通常对传输线进行加热来达到去溶剂化的目的。在本发明中，传输线主要在第一级真空腔体，传输线长150 mm、内孔0.508 _。传输线上配置温度测控系统，其温度可以根据实验需求，在0-200摄氏度之间进行调节。
[0026]通过第一级和第二级真空腔体之间的锥孔，被电离的样品进入八极导引杆中。八极杆是由八根长50 mm、半径0.9 mm不锈钢圆棒组成。八极杆构成的场半径为1.5 mm，两边的支架采用聚四氟乙烯为材料进行加工。离子经八极杆稳定传输后，通过小孔进入六极杆。六极杆是由六根长200 1111]1，半径2.5 mm不锈钢圆棒组成，其位于第三级真空腔中，场半径
4.5mm。在六极、八极导引杆上，施加了频率为1M，峰峰值300v的射频信号。同时，在六极、八极导引杆分别施加了7.2V和1.47V的直流偏置。
[0027]低温线型离子阱作为质量分析器，是红外光解离光谱仪的核心器件，图3为本发明中线型离子阱的结构图，主要由两对x/y电极5.1和一对端盖电极5.2组成。x/y电极是由厚度5mm的平板和半径5mm的半圆杆组成，每对电极长46mm。在中间的x/y电极与两个端电极之间加工有0.3_宽的绝缘带，使得可以在中间电极和两端电极上分别加载不同的工作电压。在装配过程中，x/y电极和端盖电极是通过焊接来进行固定的。装配精度直接影响离子阱的总体精度，从而影响其分析性能，因此，装配过程的精度控制非常重要。当离子阱质量分析器工作时，在x/y电极上施加130V-2600V射频电压形成径向交流束缚电场，同时在两个端电极上施加0-80V直流电压形成轴向直流束缚，离子阱质量分析器电源配置情况如图4所示。每块端盖电极5.2中央都加工有一个直径为3mm的小孔5.3，由外部离子源产生的离子可以通过端盖电极上的小孔进入到离子讲中。另外，一对x/y电极中间各有一条长28mm，宽0.6mm的狭缝，用于把存储在离子阱中的离子选择性地排出离子阱外，从而被检测和作质量分析。
[0028]为了提高光谱分辨率灵敏度，我们设计了低温离子阱质量分析器。为了保障离子阱与前面导引部分以及后续激光装置的同轴度，在低温离子阱的设计过程中，将离子阱固定在第四级真空腔中而不是直接安装在冷头上。本发明采用的南京柯德低温技术有限公司的KDE410型制冷机，该制冷机主要由三个部分组成:电机驱动装置、气缸和置于气缸内的活塞。来自压缩机的高压氦气经过供气接口进入制冷机，通过电机驱动曲柄连杆装置并带动氦气阀，氦气在活塞-回热器中膨胀制冷，实现冷头的低温。冷头与长铜带连接，长铜带上的无氧铜块压合在离子阱电极板上实现热传递。其中，无氧铜块和离子阱电极板之间通过1_的蓝宝石进行绝缘和热传递。在该制冷系统中，离子阱温度可将到30K以下，并通过温控仪实现300-30K范围内温度可调。
[0029]为了发挥离子阱串联质谱分析特性，以及实现在离子阱内进行红外光解离过程。在实际操作中，我们需要对离子阱工作时序进行控制。如图5所示，离子阱质量分析器的工作过程分为六个阶段:离子化、离子冷却、离子挑选、红外光解离、质量分析以及清空。在离子化阶段，加载在离子阱上的射频束缚电压信号的幅度和频率均保持不变，进入离子阱中的离子被电场捕获。在离子冷却阶段，被捕获的离子在缓冲气体的碰撞下动能逐渐减小到OeV附近。此时离子被存储在矩形离子阱中央，呈线状排列。不同质荷比的离子具有不同的久期频率，利用这一特性可以实现离子质量隔离。共振激发后，只有该久期频率的离子留存在离子阱中，而具有其它久期频率的离子则全部被排出离子阱外。在红外光解离阶段，目标母体离子和红外激光作用，产生碎片离子。在质量分析阶段，对射频束缚电压信号的幅度进行扫描，幅度从130-2600V，并在此阶段加入共振激发信号。在该阶段，通过获得碎片离子和母体离子强度比值随着红外波长变化的关系，得到相应的红外光解离谱。在离子清空阶段，排空残存在离子阱内的离子，以避免对下一次分析造成干扰。
[0030]在本发明的红外激光系统中，使用Nd:YAG激光器产生1064nm的栗浦光，并利用分光镜产生两路激光。一路激光经过倍频晶体产生532nm的光，用于OPO的栗浦光;一路激光不经过倍频直接作为OPA的栗浦光。将532nm栗浦的OPO和1064栗浦的OPA相结合，使用一组非线性晶体，能够输出从71Onm到880nm和2.218_5um的波长连续的红外光。通过0Ρ0/Α输出的光具有一定的发射角，降低了光密度进而影响实验效果。在本发明中，采用两级氟化钙聚焦透镜提高红外光密度。
[0031]此外，测控系统是红外光解离光谱仪的核心，也是仪器可以正常工作的必要保证。测控系统主要对仪器运行中各环节信号进行精确的控制以实现对质谱信号的采集、分析、处理和显示，主要由上位机、中央处理器和信号发生器构成。测控系统原理如图2所示。
【主权项】
1.一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:包括有依次连接的电喷雾装置、传输线、八极杆、六极杆、低温线型离子阱，低温线型离子阱外设有离子探测器和红外激光系统，所述传输线、八极杆、六极杆、低温线型离子阱设在一个四级差分抽气真空系统中，红外激光系统包括有Nd: YAG激光器和OPO/A激光器;所述电喷雾装置作为电离源，把中性的物质电离成离子，再通过传输线、八极杆、六极杆传输至低温线型离子阱，低温线型离子阱作为质量分析器件，红外激光系统输出的红外光入射至低温线型离子阱，离子在低温线型离子阱内完成离子化、离子冷却、离子挑选、红外光解离、质量分析以及清空环-K-T O2.根据权利要求1所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述四级差分抽气真空系统包括有四级真空腔，其中第一级真空腔与大气通过一个直径为0.25 mm的小孔连接，小孔作为离子进样小孔，第一级真空腔使用机械栗以11 L/s的抽速进行抽气，最高真空度为0.5 Pa;第二、三、四级真空腔使用普发真空三级涡轮分子栗进行抽气，抽速最高为260L/s ；第二级真空腔与第一级真空腔通过直径为I mm的锥孔连接，最高真空度为5 X 10—2 Pa;第三级真空腔与第二级真空腔通过直径为2 mm的小孔，最高真空度为5 X 10—3 Pa;第四级真空腔与第三级真空腔通过直径为3mm的小孔，最高真空度为5 X 10一4Pa03.根据权利要求1或2所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述电喷雾装置作为电离源，包括有两个部分，即大气压区域部分和真空接口部分；其中大气压区域部分负责产生离子，而真空接口部分负责将产生的离子传输到质谱仪内部的低温线型离子阱。4.根据权利要求3所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述电喷雾装置的大气压区域部分的常见组件包括带有高压的电喷雾毛细管、流动注射装置，在含有极性溶剂的毛细管末端加上1800 V - 4500 V的高电压，产生微小液滴的气溶胶喷雾，通过真空接口部分将小液滴引入四级差分抽气。5.根据权利要求2或4所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述传输线采用金属毛细管传输线，传输线主要在第一级真空腔体，传输线长150mm，内孔0.508 mm，传输线上配置温度测控系统，温度在0-200摄氏度之间进行调节。6.根据权利要求5所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:通过第一级和第二级真空腔体之间的锥孔，被电离的离子样品进入八极杆中；所述八极杆是由八根长50 mm、半径0.9 mm的不锈钢圆棒组成，八极杆位于第二级真空腔体中，八极杆构成的场半径为1.5 mm，两边的支架采用聚四氟乙烯为材料进行加工;八极杆上施加了频率为1M、峰峰值300v的射频信号，同时八极杆上还施加了1.47v的直流偏置。7.根据权利要求6所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:离子经八极杆稳定传输后，通过小孔进入六极杆;所述六极杆是由六根长200 mm、半径2.5mm不锈钢圆棒组成，六极杆位于第三级真空腔中，六极杆构成的场半径4.5 mm;六极杆上施加了频率为1M、峰峰值300v的射频信号，六极杆上还施加了 7.2v的直流偏置。8.根据权利要求1、2或7所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述低温线型离子阱由两对x/y电极和一对端盖电极组成;x/y电极是由厚度5_的平板和半径5mm的半圆杆组成，每对电极长46mm;在中间的x/y电极与两个端盖电极之间分别加工有0.3mm宽的绝缘带，使得可以在中间电极和两端电极上分别加载不同的工作电压；低温线型离子阱工作时，在x/y电极上施加130V-2600V射频电压形成径向交流束缚电场，同时在两个端电极上施加0-80V直流电压形成轴向直流束缚;每块端盖电极中央都加工有一个直径为3mm的小孔，由外部离子源产生的离子可以通过端盖电极上的小孔进入到低温线型离子阱中。9.根据权利要求8所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述低温线型离子阱固定在第四级真空腔中，低温线型离子阱包括有离子阱、制冷机，所述制冷机包括有冷头、电机驱动装置、气缸和置于气缸内的活塞，来自压缩机的高压氦气经过供气接口进入制冷机，通过电机驱动装置驱动曲柄连杆装置并带动氦气阀，氦气在活塞-回热器中膨胀制冷，实现冷头的低温，冷头与长铜带连接，长铜带上的无氧铜块压合在离子阱的电极板上实现热传递;其中，无氧铜块和离子阱的电极板之间通过Imm的蓝宝石进行绝缘和热传递。10.根据权利要求1所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述低温线型离子阱的工作过程分为六个阶段:离子化、离子冷却、离子挑选、红外光解离、质量分析以及清空，其中离子化阶段:加载在低温线型离子阱上的射频束缚电压信号的幅度和频率均保持不变，进入低温线型离子阱中的离子被电场捕获;离子冷却阶段:被捕获的离子在缓冲气体的碰撞下动能逐渐减小到OeV附近，此时离子被存储在矩形离子阱中央，呈线状排列；离子挑选:不同质荷比的离子具有不同的久期频率，利用这一特性实现离子质量隔离，共振激发后，只有该久期频率的离子留存在离子阱中，而具有其它久期频率的离子则全部被排出离子阱外；红外光解离阶段:目标母体离子和红外激光作用，产生碎片离子；质量分析阶段:对射频束缚电压信号的幅度进行扫描，幅度从130-2600V，并在此阶段加入共振激发信号，在该阶段，通过获得碎片离子和母体离子强度比值随着红外波长变化的关系，得到相应的红外光解离谱;离子清空阶段:排空残存在离子阱内的离子，以避免对下一次分析造成干扰。11.根据权利要求1所述的一种基于离子阱质量分析器的红外光解离光谱仪，其特征在于:所述红外激光系统使用Nd:YAG激光器产生1064nm的栗浦光，并利用分光镜产生两路激光;一路激光经过倍频晶体产生532nm的光，用于OPO的栗浦光;一路激光不经过倍频直接作为OPA的栗浦光;将532nm栗浦的OPO和1064栗浦的OPA相结合，使用一组非线性晶体，输出从710nm到880nm和2.218-5um的波长连续的红外光；同时，使用两组氟化钙透镜对输出的红外光进行聚焦，提高激光强度。
【文档编号】H01J49/42GK105957798SQ201610415467
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】黄伟, 苗守葵, 彭秀球, 黄腾, 洪雨
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院