用于分子离子反应的线性离子阱复合质谱分析系统及方法与流程

本发明涉及质谱分析领域，具体地，涉及一种用于分子离子反应的线性离子阱复合质谱分析系统及方法。

背景技术

质谱分析法是一种快速有效的分析方法，具体来说，它是一种测量离子质荷比(质量/电荷比)的分析方法，可以用于同位素、化合物分析、气体成分分析以及金属和非金属固体样品的超纯痕量分析等。质谱分析中所使用的质谱仪是一种用于分析物质样品中各种化学成分、含量和分子结构的科学仪器。常用的质谱仪包括磁质谱仪，四极杆质谱仪，离子阱质谱仪，飞行时间质谱仪，傅利叶回旋共振质谱仪，轨道离子阱质谱仪等。

其中，离子阱质谱仪有其独特的优势。离子阱不仅能够对离子进行质量分析，检测出质荷比，而且能将离子储存在离子阱中。由于离子阱具有结构简单，可在较高气压下工作等特点，是质谱小型化的最理想选择，因此离子阱质谱仪在近年来得到了广泛的重视和发展。此外，离子阱按结构一般可分为三维离子阱和线性(直线型)离子阱，后者由美国工程师j.c.schwartz在美国专利us6797950提出。它提高了电子云在轴向上的存储体积，显著提高了离子存储量和存储效率，同时利用其共振激发的离子弹出方式，可以提高离子的弹出效率与分辨率。

质谱技术的应用已不单集中在分析化学领域，被证明是一种有效的不可替代的揭示有机反应机理的手段。离子阱质谱的基本工作原理总结起来是一个离子储存、激发、探测的过程。在这个过程中，某些分子有机物会发生规律性的分子离子反应。它可以提供分子量和分子结构信息，是一种确定分子离子峰，确定有机物结构，准确质量测定，质谱裂解研究的有效质谱技术。此外，在某些分子离子反应中，需要将母离子裂解成特定的碎片离子，与其它分子发生分子离子反应，以便更好地研究反应机理。

线性离子阱凭借其离子存储量大、存储效率高等特点，在上述分子离子反应中可以发挥重要的作用。已有的研究中，有过从线性离子阱的两端分别引入不同反应物，使其在适当条件下完成分子离子反应的报道。但是，该方法对用于捕获离子所需电信号的时序控制相当复杂，不利于区分实际发生反应的碎片种类并且反应效率不是很高。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于分子离子反应的线性离子阱复合质谱分析系统及方法。

根据本发明提供的一种用于分子离子反应的线性离子阱复合质谱分析系统，包括两个相同或不同的线性离子阱质量分析器，两个线性离子阱质量分析器相互垂直放置，且中心轴线位于同一平面；

所述线性离子阱质量分析器包括两组相同的射频电极和一组对称置于所述射频电极两侧的端盖电极，在其中一组射频电极的中心开设有用于离子出射的狭缝，所述端盖电极的中心位置开有用于离子通过的小孔，所述小孔位于两组射频电极构成的旋转体的旋转轴上。

较佳的，还包括离子传输装置，所述离子传输装置位于两个线性离子阱质量分析器之间，与第二个线性离子阱质量分析器同轴放置，并且所述离子传输装置的中心轴对准第一个线性离子阱质量分析器的所述狭缝并通过第一个线性离子阱质量分析器的体心。

较佳的，所述离子传输装置为一组离子透镜或者四极杆、六极杆、八极杆。

较佳的，所述射频电极的横截面为双曲面或者三角形、半圆形、平面矩形。

较佳的，所述端盖电极为圆形或者矩形。

较佳的，两个线性离子阱质量分析器分别由不同的射频工作电路控制。

一种用于分子离子反应的线性离子阱复合质谱分析方法，包括步骤：

s1、将一种反应物从第一个线性离子阱质量分析器的小孔引入，得到碎片离子及中间产物；

s2、将得到的碎片离子及中间产物从第一个线性离子阱质量分析器的狭缝弹出并通过第二个线性离子阱质量分析器的一个小孔引入第二个线性离子阱质量分析器，与从第二个线性离子阱质量分析器另一个小孔引入的另一种反应物发生反应得到最终产物；

s3、将得到的最终产物从第二个线性离子阱质量分析器的狭缝弹出，进而捕获并分析。

较佳的，步骤s2中通过离子传输装置将得到的碎片离子及中间产物从第一个线性离子阱质量分析器的狭缝引入第二个线性离子阱质量分析器的一个小孔。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、将两种反应物引入不同的线性离子阱质量分析器，首先变相提高了离子的存储容量，其次减少了相互之间的影响，避免对反应结果分析的影响；

2、可以更好地控制在某一时序段实际发生反应的碎片或中间产物，避免其它碎片或中间体残留对实验结果的影响，大大提升反应机理分析的准确性和可靠度；

3、两个线性离子阱质量分析器分别由不同的射频工作电路控制，大大降低了控制时序的复杂度，方便选择不同反应物时的软件移植。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明线性离子阱复合质谱分析系统的结构示意图；

图2为线性离子阱质量分析器的立体图；

图3至图5为线性离子阱质量分析器的不同横截面示意图；

图6为采用离子透镜的离子传输装置示意图；

图7为采用四极杆的离子传输装置示意图；

图8实施例一中本发明的工作电路示意图；

图9实施例二中本发明的工作电路示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供的一种用于分子离子反应的线性离子阱复合质谱分析系统，包括两个相同或不同的线性离子阱质量分析器，和一个离子传输装置402(可以不使用)。两个线性离子阱质量分析器相互垂直放置，且中心轴线位于同一平面；离子传输装置402位于两个线性离子阱质量分析器之间，与第二线性离子阱质量分析器403同轴放置，并且离子传输装置的中心轴对准第一线性离子阱质量分析器401的狭缝并通过第一线性离子阱质量分析器401的体心。

如图2所示，线性离子阱质量分析器包括两组相同的射频电极201和一组对称置于射频电极两侧的端盖电极202，在其中一组射频电极的中心开设有用于离子出射的狭缝203，端盖电极的中心位置开有用于离子通过的小孔204，小孔204位于两组射频电极构成的旋转体的旋转轴上。端盖电极202为圆形或者矩形。

如图3至图5所示，射频电极201横截面为传统的双曲面(图3)或者出于加工方便考虑而简化结构的三角形(图5)、半圆形(图4)、平面矩形等。

离子传输装置可以为如图6所示的一组离子透镜，或者图7所示的四极杆，或者六极杆、八极杆等，其作用为导引从第一线性离子阱质量分析器的狭缝中弹出的离子，使其更好地进入第二线性离子阱质量分析器，继而被捕获。

进行分子离子反应时，一种反应物从第一线性离子阱质量分析器的一个端盖电极的小孔引入，在其中发生碰撞诱导解离(cid)等过程后，可以得到多种碎片离子及其他中间产物；将这些碎片离子及其他中间产物有序地弹出并引入第二线性离子阱质量分析器一端的小孔，令其与从第二线性离子阱质量分析器另一端的小孔引入的另一种反应物发生反应，并将最终产物由狭缝弹出，被探测器捕获，得到实验结果，继而分析该分子离子反应的机理。两个线性离子阱质量分析器分别由不同的射频工作电路控制，大大降低了控制时序的复杂度，方便选择不同反应物时的软件移植。

基于上诉用于分子离子反应的线性离子阱复合质谱分析系统，本发明还提供一种用于分子离子反应的线性离子阱复合质谱分析方法，包括步骤：

s1、将一种反应物从第一个线性离子阱质量分析器的小孔引入，得到碎片离子及中间产物；

s2、将得到的碎片离子及中间产物从第一个线性离子阱质量分析器的狭缝弹出并通过第二个线性离子阱质量分析器的一个小孔引入第二个线性离子阱质量分析器，与从第二个线性离子阱质量分析器另一个小孔引入的另一种反应物发生反应得到最终产物；

s3、将得到的最终产物从第二个线性离子阱质量分析器的狭缝弹出，进而捕获并分析。

其中，步骤s2中通过离子传输装置将得到的碎片离子及中间产物从第一个线性离子阱质量分析器的狭缝引入第二个线性离子阱质量分析器的一个小孔。

以下通过两个具体实施例进行说明：

第一实施例：

如图8所示，包括两个相同的垂直连接的线性离子阱质量分析器。其中501、506、507、512为圆形的端盖电极，其上施加的电信号分别为直流电压dc1、dc2、dc3、dc4。502、503、504、505为第一个线性离子阱质量分析器的四个射频电极，横截面为三角形，均开有狭缝；502和504分别通过射频电源rf1施加射频信号rf1+和rf1-，这两者幅度相同而且可调，相位差180°；503和505分别通过共振激发模块ac1施加小幅度的正弦交流信号ac1-和ac1+，这两者幅值相等，相位差180°。508、509、510、511为第二个线性离子阱质量分析器的四个射频电极，横截面为三角形，均开有狭缝；508和510分别通过射频电源rf2施加射频信号r2f-和rf2+，这两者幅度相同而且可调，相位差180°；509和511分别通过共振激发模块ac2施加小幅度的正弦交流信号ac2+和ac2-，这两者幅值相等，相位差180°。

进行分子离子反应时，通过控制端盖电极501上的直流信号dc1，将反应物a从501的小孔引入第一个线性离子阱质量分析器，在其中发生碎裂等转化。碎片离子或其他中间产物由503上的狭缝弹出，通过507的小孔进入第二个线性离子阱质量分析器，与从端盖电极512的小孔进入第二个线性离子阱质量分析器的反应物b发生反应，最后从射频电极509的狭缝弹出，被探测器捕获。

第二实施例：

如图9所示，包括两个相同的垂直连接的线性离子阱质量分析器和位于两者之间的离子传输装置。其中601、606、607、612为圆形的端盖电极，其上施加的电信号分别为直流电压dc1、dc2、dc3、dc4。602、603、604、605为第一个线性离子阱质量分析器的四个射频电极，横截面为三角形，均开有狭缝；602和604通过射频电源rf1施加可调幅射频信号rf1+；603和605通过射频电源rf1施加可调幅射频信号rf1-，同时通过共振激发模块ac1分别在其上施加小幅度的正弦交流信号ac1-和ac1+。rf1+和rf1-与ac1+和ac1-均为幅值相等，相位差180°，并且ac1+和ac1-通过一个带中心抽头的双向变压器耦合到rf1-上。608、609、610、611为第二个线性离子阱质量分析器的四个射频电极，横截面为三角形，均开有狭缝；608和610通过射频电源rf2施加可调幅射频信号rf2+；609和611通过射频电源rf2施加可调幅射频信号rf2-，同时通过共振激发模块ac2分别在其上施加小幅度的正弦交流信号ac2-和ac2+。rf2+和rf2-与ac2+和ac2-均为幅值相等，相位差180°，并且ac2+和ac2-通过一个带中心抽头的双向变压器耦合到rf2-上。离子传输装置为四极杆，其四根电极613、614、615、616上施加的信号分别为射频信号，rf3+、rf3-、rf3+和rf3-。rf3+与rf3-幅值相同，相位差180°。

进行分子离子反应时，通过控制端盖电极601上的直流信号dc1，将反应物a从601的小孔引入第一个线性离子阱质量分析器，在其中发生碎裂等转化。碎片离子或其他中间产物由603上的狭缝弹出，进入离子传输装置四极杆，经过四极杆的导引，通过607的小孔进入第二个线性离子阱质量分析器，与从端盖电极612的小孔进入第二个线性离子阱质量分析器的反应物b发生反应，最后从射频电极609的狭缝弹出，被探测器捕获。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。