一种大气压下的离子聚焦传输透镜的制作方法
【专利摘要】本发明涉及质谱分析仪，具体地说是一种大气压下的离子聚焦传输透镜。包括不锈钢电极环、绝缘介质环以及不锈钢外筒；不锈钢外筒为密闭的筒状结构，左右两端分别设置有离子入口和离子出口；不锈钢电极环和绝缘介质环均为环状结构，分别为2个或3个以上，且相互间隔、同轴、平行设置于靠近离子入口一端的不锈钢外筒内部；不锈钢电极环与不锈钢外筒之间设置有绝缘介质层；离子入口、不锈钢电极环和离子出口相互平行、同轴设置；本发明结构紧凑，使用方便，能够有效的将离子在大气压下聚焦，增强质谱分析仪的灵敏度和测量精确度。
【专利说明】一种大气压下的离子聚焦传输透镜
【技术领域】
[0001]本发明涉及质谱分析仪器，具体地说是一种大气压下的离子聚焦传输透镜，本离子聚焦传输透镜结构紧凑，使用方便，能够有效的将离子在大气压下聚焦传输，增强质谱仪的灵敏度和测量精确度。
【背景技术】
[0002]原位、无损、现场、快速的分析是在线监测质谱分析技术的发展趋势，在无需样品前处理的条件下对复杂样品直接离子化，可以大大提高质谱分析的效率，加快在线分析的速度。常压离子化技术泛指无需样品预处理，在大气压下对样品进行直接电离，进而快速分析检测的新兴质谱技术。2004年Cooks等提出的电喷雾解析电离(DESI)技术和2005年Cody等提出的实时直接分析(DART)电离技术，大大促进了常压离子化技术的发展。在接下来的几年内，由于分析速度快，检验灵敏度高等优点，这一技术得到蓬勃发展，先后又涌现出近30种常压离子化源。
[0003]但是，无论是DESI还是DART，几乎所有现存的常压离子化技术，都存在离子收集效率低，难以精确定量分析等缺点。常压离子化源之所以有这些弊端，很大一部分原因要归结于大气压下环境气体较为复杂，由常压离子化源产生的离子，与背景气体发生强烈的碰撞，难以实现有效聚焦。这使得产生的待测物离子，只有很少一部分能够进入到质谱仪当中。不仅如此，进入到质谱仪中的离子不仅复杂，而且较为分散。这给接下来的分析检测过程带来了较大的困难。这也是困扰常压离子化源更加广泛应用的一个重要因素。如果仅仅依靠电场作用，离子聚焦的效果并不理想。
[0004]据此，本发明中利用气流的辅助传输，通过增加抽气泵，在整个离子聚焦传输透镜中形成层流，从而将由解析产生的待测物的气相离子载带进离子聚焦传输透镜中，并与传输透镜中轴向汇聚的电场相结合，使气相离子产生聚焦效果，更为有效的传输至质量分析器，减少离子在传输过程中的损失。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种用于质谱分析的大气压下的离子聚焦传输透镜，使得由常压离子化源电离产生的离子，在通过此离子聚焦传输透镜后得到有效的汇聚，从而在之后的质谱分析检测中，增强质量分析器的灵敏度和测量精确度。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]—种大气压下的离子聚焦传输透镜，包括不锈钢电极环，绝缘介质环和不锈钢外筒，其特征在于:
[0008]不锈钢外筒为密闭的筒状结构，于不锈钢外筒左右两个端面上分别设置有离子入口和离子出口；
[0009]不锈钢电极环和绝缘介质环均为环状结构，分别为2个或3个以上；
[0010]不锈钢电极环和绝缘介质环相互间隔、同轴、平行设置于靠近离子入口一端的不锈钢外筒内部；
[0011]离子入口、不锈钢电极环和离子出口相互平行、同轴设置；
[0012]于靠近离子出口处的不锈钢外筒的侧壁上设置有气体出口 ；
[0013]气体出口通过管路与抽气泵连接。
[0014]气体出口通过真空管路与一侧抽阀门相连，于侧抽阀门的另一端通过真空管路连接有抽气泵。
[0015]所述的侧抽阀门为可调节流量的真空阀门，为真空挡板阀、真空蝶阀或者真空针阀。
[0016]一质谱进样管穿过离子出口伸入到不锈钢外筒内部，质谱进样管的入口设置于不锈钢电极环的中心轴线处；
[0017]于不锈钢外筒外部、离子入口前端设置有样品承载平台和大气压电离源，产生的气相离子经不锈钢电极环和绝缘介质环的中心区域传输至质谱进样管的入口，进入质量分析器中检测。
[0018]所述的质量分析器为飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器、离子阱质量分析器或者离子回旋共振质量分析器；
[0019]绝缘介质环的内径大于不锈钢电极环的内径。
[0020]于各片不锈钢电极环上依次加载不同幅值的电压，在沿离子入口至离子出口的轴线方向上，相邻不锈钢电极环间的电压逐渐递增，且相邻不锈钢电极环之间电压差的递增比例为1:1?1:100，形成场强逐渐增强的电场。
[0021]不锈钢电极环与不锈钢外筒之间设置有绝缘介质层。
[0022]本发明提供的离子聚焦传输透镜，通过调节电极环形成的电场和抽气泵形成的层流，进而实现对于气相离子的聚焦。具体地说，层流气体将解析产生的待测物的气相离子载带进离子聚焦传输透镜中，并引导气相离子向质量分析器的方向运动。而加载在电极环上的电压，作用于通过离子聚焦透镜的气相离子，使其向轴线汇聚，从而最大限度的减少了气相离子由于发散带来的损失，使更多的气相离子可以进入到质量分析器中，从而提高了质量分析器的灵敏度和测量精确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的离子聚焦传输透镜装置的结构示意图。
[0024]图2为相邻不锈钢电极环电压差比例为1:1时的电场和离子传输轨迹模拟图。
[0025]图3为相邻不锈钢电极环电压差比例为1:3时的电场和离子传输轨迹模拟图。
【具体实施方式】
[0026]请参阅图1，为本发明的结构示意图，图中3为质量分析器，6为气相离子，10为样品承载平台，11为大气压电离源，12为待测样品。本发明的离子聚焦传输透镜，由绝缘介质环1、不锈钢金属外筒2、不锈钢电极环9构成。
[0027]不锈钢外筒2为密闭的筒状结构，于不锈钢外筒2左右两个端面上分别设置有离子入口 13和离子出口 4 ；
[0028]不锈钢电极环9和绝缘介质环1均为环状结构，分别为2个或3个以上；
[0029]不锈钢电极环9和绝缘介质环1相互间隔、同轴、平行设置于靠近离子入口 13 —端的不锈钢外筒2内部；
[0030]离子入口 13、不锈钢电极环9和离子出口 4相互平行、同轴设置，且不锈钢电极环9与不锈钢外筒2之间设置有绝缘介质；
[0031]于靠近离子出口 4处的不锈钢外筒2的侧壁上设置有气体出口 ；
[0032]气体出口通过真空管路与一侧抽阀门8相连，于侧抽阀门8的另一端通过真空管路连接有抽气泵7。通过调节侧抽阀门8，控制抽气泵7的抽速，从而在整个离子聚焦传输透镜系统内形成适当的层流，将由解析产生的待测物的气相离子6载带进离子聚焦系统中，辅助气相离子6的传输,引导气相离子6到达质量分析器3,从而减少气相离子6在传输过程中的损失。
[0033]一质谱进样管5穿过离子出口 4伸入到不锈钢外筒2内部，质谱进样管5的入口设置于不锈钢电极环9的中心轴线处；
[0034]于不锈钢外筒2外部、离子入口 13前端设置有样品承载平台10和大气压电离源11，电离源11产生的大量负载有能量和电荷的微小液滴，喷射到样品承载平台10表面的样品12上，快速运动的微小液滴对样品12表面的待测物产生解析作用，并伴随电荷的转移生成待测物的气相离子6。产生的气相离子6经不锈钢电极环9和绝缘介质环1的中心区域传输至质谱进样管5的入口，进入质量分析器3中检测。
[0035]绝缘介质环1的厚度为2-5mm,不锈钢电极环9的厚度为10_15mm,且绝缘介质环1的内径大于不锈钢电极环9的内径。
[0036]于各片不锈钢电极环9上依次加载不同幅值的电压，在沿离子入口 13至离子出口4的轴线方向上，相邻不锈钢电极环9间的电压逐渐递增，且相邻不锈钢电极环9之间电压差的递增比例为1:1?1:100，形成场强逐渐增强的电场。生成的电场使气相离子6随层流进入离子聚焦传输透镜后，沿其轴线方向汇聚，从而减少了由于发散造成的气相离子的损失。
[0037]图2和图3为质核比m/z=100的离子，在本发明所述的离子聚焦传输透镜中运动的SM10N软件模拟图。如图所示，9为不锈钢电极环，本模拟实验中，共设置了 9块不锈钢电极环；5为质谱的进样管。图中，沿X轴方向的曲线为离子在传输透镜中的运动轨迹，沿Y轴方向的曲线为不锈钢电极环加载电压后形成的电场线。
[0038]在图2中，相邻不锈钢电极环间的电压差，按照1:1的比例递增，从而在整个离子聚焦传输透镜系统内，形成了比较均匀的电场，在这种电场的作用下，离子随层流气体一起，沿X轴方向运动，汇聚效果较差；而在图3中，相邻不锈钢电极环间的电压差，按照1:3的比例递增，在整个离子聚焦传输透镜系统内，形成了场强逐渐增强的电场，使汇聚效果得到大大改善。
【权利要求】
1.一种大气压下的离子聚焦传输透镜，其特征在于:包括不锈钢电极环(9),绝缘介质环(1)和不锈钢外筒(2), 不锈钢外筒(2)为密闭的筒状结构，于不锈钢外筒(2)左右两个端面上分别设置有离子入口(13)和离子出口(4)； 不锈钢电极环(9)和绝缘介质环(1)均为环状结构，分别为2个或3个以上； 不锈钢电极环(9)和绝缘介质环(1)相互间隔、同轴、平行设置于靠近离子入口(13) —端的不锈钢外筒(2)内部； 离子入口(口)、不锈钢电极环(9)和离子出口(4)相互平行、同轴设置； 于靠近离子出口(4)处的不锈钢外筒(2)的侧壁上设置有气体出口 ； 气体出口通过管路与抽气泵(7)连接。
2.按照权利要求1所述的离子聚焦传输透镜，其特征在于: 气体出口通过真空管路与一侧抽阀门(8)相连，于侧抽阀门(8)的另一端通过真空管路连接有抽气泵(了)。
3.按照权利要求1所述的离子聚焦传输透镜，其特征在于: 所述的侧抽阀门(8)为可调节流量的真空阀门，为真空挡板阀、真空蝶阀或者真空针阀。
4.按照权利要求1所述的离子聚焦传输透镜，其特征在于: 一质谱进样管(5)穿过离子出口(4)伸入到不锈钢外筒(2)内部，质谱进样管(5)的入口设置于不锈钢电极环(9)的中心轴线处； 于不锈钢外筒(2)外部、离子入口(13)前端设置有样品承载平台(10)和大气压电离源(11),产生的气相离子(6)经不锈钢电极环(9)和绝缘介质环(1)的中心区域传输至质谱进样管(5)的入口，进入质量分析器(3)中检测。
5.按照权利要求4所述的离子聚焦传输透镜，其特征在于: 所述的质量分析器(3)为飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器、离子阱质量分析器或者离子回旋共振质量分析器。
6.按照权利要求1所述的离子聚焦传输透镜，其特征在于: 绝缘介质环(1)的内径大于不锈钢电极环(9)的内径。
7.按照权利要求1所述的离子聚焦传输透镜，其特征在于: 于各片不锈钢电极环(9)上依次加载不同幅值的电压，在沿离子入口(13)至离子出口(4)的轴线方向上，相邻不锈钢电极环(9)间的电压逐渐递增，且相邻不锈钢电极环(9)之间电压差的递增比例为1:1?1:100，形成场强逐渐增强的电场。
8.按照权利要求1所述的离子聚焦传输透镜，其特征在于: 不锈钢电极环(9)与不锈钢外筒(2)之间设置有绝缘介质层。
【文档编号】H01J49/06GK104282525SQ201310272797
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月1日 优先权日:2013年7月1日
【发明者】李海洋, 窦健, 花磊, 蒋蕾, 蒋吉春 申请人:中国科学院大连化学物理研究所