用于固体药品质谱分析的激光软电离离子源及其控制方法

1.本发明属于质谱检测的技术领域，具体涉及一种用于固体药品质谱分析的激光软电离离子源及其控制方法。


背景技术：

2.药物分析作为药品研发的一项关键技术，一直以来深受社会的重视。近年来，质谱分析技术发展日趋成熟，其凭借着高特异性、高灵敏度、单次分析的快速性、检测信息的丰富性等优势逐渐成为了药物检测的重要分析方向。离子源是质谱仪器的“心脏”，按电离方式分成电子轰击源、化学电离源、场致电离源等，而电子轰击电离是在固体药品质谱检测中应用最普遍、发展最成熟的离子源。电子轰击电离是用一定能量的电子直接作用于样品分子，使其电离，检测效率高，有助于质谱仪获得高灵敏度和高分辨率。但是，此方法在69ev能量时，灵敏度接近最大，而固体药品检测的样品通常的电离能为10.5ev左右，所以此方法容易产生较多的碎片离子，导致分子离子峰的强度低，有的甚至没有分子离子峰，从而影响母体离子的识别；并且大量的碎片离子还会造成碎片峰重叠的现象，影响检测分析。远紫外光(光子的能量为7-11ev)可以通过单光子吸收对绝大多数的分子进行“软”电离，这样可避免分子裂解而产生大量的碎片离子峰，实现对残留农药的高效率分析。目前，部分商业化的准分子激光器具有较高的光子密度，但是其光子能量不能够达到让电离能更高的分子进行电离，增加了实验的局限性，而且商业化高强度真空紫外激光器成本昂贵，不适合广泛使用。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于固体药品质谱分析的激光软电离离子源及其控制方法。
4.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.本发明的一个方面，提供了一种用于固体药品质谱分析的激光软电离离子源，包括远紫外光系统、离子传输系统以及离子源腔体；
6.所述远紫外光系统用于产生远紫外光，所述远紫外光聚焦照射到离子源腔体内部中心的电离中心处；
7.所述离子源腔体腔壁上连接有进样装置；
8.所述离子源腔体腔壁上设置有解析光窗口法兰，用于通入解析激光；
9.所述离子源腔体腔壁上设置有腔体出气口；
10.离子传输系统包括排斥电极、加速电极以及聚焦电极，依次沿离子飞行方向平行设置于离子源腔体的电离中心同轴处，中心设置有通孔；所述聚焦电极的沿离子飞行方向同轴后部设置有质量分析器。
11.作为优选的技术方案，所述远紫外光系统包括依次同轴平行连接的入射窗口、四波混频气池、氟化镁透镜、cf直通法兰以及远紫外光窗口法兰，所述远紫外光窗口法兰与离子源腔体相连；所述四波混频气池装有xe/ar混合气体，用于发生非线性光学效应，产生远
紫外光；所述氟化镁透镜用于收集聚焦远紫外光并发散干扰光。
12.作为优选的技术方案，入射窗口前安装有光学透镜，激发远紫外光的激光通过光学透镜聚焦，并经过入射窗口入射到四波混频气池中。
13.作为优选的技术方案，所述激光波长为335nm，经四波混频出能够进行软电离的118nm远紫外光。
14.作为优选的技术方案，所述四波混频气池上设置有进气管、出气管以及真空压力表，所述进气管通过进气真空波纹管阀连接配气系统；所述出气管通过出气真空波纹管阀连接机械泵。
15.作为优选的技术方案，在所述离子传输系统中，所述的排斥电极包括若干块排斥极板，第1块与第2块之间为电离区域，间距为15-17mm，其余排斥极板之间距离为2-4mm；所述的加速电极沿离子传输方向在排斥电极后放置，包括若干块加速极板，板间距离均为2-4mm；所述的聚焦电极沿离子传输方向在加速电极后放置。
16.作为优选的技术方案，所述离子源腔体上还设置有电离真空计，用于测量离子源腔体内的真空度。
17.作为优选的技术方案，所述腔体出气口通过真空阀门与真空泵连接，真空泵采用分子泵，离子源腔体内的真空度维持在0.00001pa以下。
18.作为优选的技术方案，所述进样装置通过进样窗口法兰与离子源腔体连接，用于将检测样品移动至离子源腔体内部中心的电离中心处。
19.本发明的另一个方面，提供了一种用于固体药品质谱分析的激光软电离离子源的控制方法，可应用于上述的用于固体药品质谱分析的激光软电离离子源，包括以下步骤：
20.通过进样装置将固体样品移动至离子源腔体内部中心的电离中心处；
21.将红外解析激光通过解析光窗口法兰聚焦照射样品，形成样品分子气团；
22.将355nm脉冲激光经光学透镜聚焦至四波混频气池中，产生的远紫外光经氟化镁透镜聚焦，并经过cf直通法兰以及远紫外光窗口法兰入射至电离中心，对样品分子气团进行单光子软电离，产生离子；
23.调节离子传输系统中的排斥电极、加速电极以及聚焦电极的电压，使离子进入到质量分析器中被探测器检测，最终得到待检测的固体样品的质谱信号。
24.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
25.(1)本发明中使用光学参量震荡/放大器(opo/opa)输出的1.5～5.0μm波长的红外激光作为解吸光源，使用四波混频的方式产生光子能量在10.5ev的远紫外光作为后电离源，提高了对样品的离子化效率，降低了分子碎片率，最终能够产生的母体离子峰更强，离子碎片较少，提高了检测的灵敏度以及信号的分辨率，在质谱分析领域应用前景广阔。
26.(2)本发明离子源中的远紫外光系统设计能够产生高强度的远紫外光，具有结构简单，成本低，电离效率高的优势，在生物医学和药学等领域的应用前景十分广阔。
附图说明
27.图1是本发明实施例所述用于固体药品质谱分析的激光软电离离子源的结构示意图；
28.图2是本发明实施例所述乙胺嘧啶(c
12h13
cln4)的质谱图。
29.附图标号说明：
30.1、离子源腔体；2、cf直通法兰；3、四波混频气池；4、质量分析器；5-1、解析光窗口法兰；5-2、远紫外光窗口法兰；5-3、进样窗口法兰；6、腔体出气口；7、出气管；8、进气管；9、排斥电极；10、加速电极；11、聚焦电极；12、光学透镜；13、入射窗口；14、氟化镁透镜；15、真空泵；16、真空阀门；17-1、出气真空波纹管阀；17-2、进气真空波纹管阀；18、机械泵；19、真空压力表；20、电离真空计；21、进样装置。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
32.实施例
33.如图1所示，本实施例提供了一种用于固体药品质谱分析的激光软电离离子源，包括离子源腔体1、远紫外光系统以及离子传输系统；
34.所述的离子源腔体1为密闭腔体，腔壁上设有解析光窗口法兰5-1、远紫外光窗口法兰5-2、进样窗口法兰5-3、腔体出气口6、电离真空计20；腔体的内部中心设置有离子传输系统；
35.(1)所述解析光窗口法兰5-1外设有一透镜，用于将解析激光聚焦并通过解析光窗口法兰5-1入射至离子源腔体1内部中心的电离中心处；
36.(2)所述远紫外光窗口法兰5-2用于连接远紫外光系统，所述远紫外光系统包括依次同轴平行连接的光学透镜12、入射窗口13、四波混频气池3、氟化镁透镜14、cf直通法兰2以及远紫外光窗口法兰5-2；
37.所述光学透镜12为平凸透镜(在本实施例中，其焦距为250mm)，用于聚焦入射的激光，该激光波长为335nm，用于在四波混频气池3中发生非线性光学效应并产生118nm的远紫外光；
38.所述入射窗口13为紫外熔融石英窗口片(在本实施例中，其直径为50mm，厚度为4mm)，进行密封；
39.所述四波混频气池3作为非线性作用主体产生远紫外光，装有xe/ar(1:10)混合气体(在本实施例中，其压强约为160torr)。所述四波混频气池3上设置有进气管8、出气管7(在本实施例中进气管8、出气管7均采用φ6mm的不锈钢管)以及真空压力表19；所述的进气管8通过进气真空波纹管阀17-2连接配气系统；所述的出气管7通过出气真空波纹管阀17-1连接机械泵18，实现四波混频气池3的配气工作。
40.所述氟化镁透镜14(在本实施例中，其直径为25.4mm，焦距为150mm)将产生的118nm激光收集聚焦，并通过cf直通法兰2、远紫外光窗口法兰5-2进入离子源腔中的电离区域，同时发散剩余的355nm激光。
41.特别的，在本实施例中，所述氟化镁透镜14通过cf直通法兰2到离子源腔体1内的电离中心的水平距离为290mm，所述的光学透镜12与入射窗口13的水平距离为86mm。
42.(3)所述进样窗口法兰5-3与进样装置21连接，用于将检测样品移动至离子源腔体
1内部中心的电离中心处。
43.(4)所述腔体出气口6，该腔体出气口6通过真空阀门16与真空泵15连接，真空泵15采用分子泵，用于维持腔体的真空度；所述电离真空计20，用于测量离子源腔体1内的真空度，需维持在0.00001pa以下。
44.(5)所述离子传输系统包括排斥电极9、加速电极10以及聚焦电极11，依次沿离子飞行方向平行设置于离子源腔体1的电离中心同轴处，中心设置有通孔；所述聚焦电极11的沿离子飞行方向同轴后部设置有质量分析器4；
45.所述排斥电极9包括若干块排斥极板(在本实施例中，设置12块排斥极板)，第1块与第2块之间为电离区域，距离为15-17mm，其余排斥极板之间距离为2-4mm；
46.所述加速电极10沿离子传输方向在排斥电极9后放置，包括若干块加速极板(在本实施例中，设置11块排斥极板)，板间距离均为2-4mm；
47.所述聚焦电极11沿离子传输方向在加速电极10后放置。
48.在本技术的另一个实施例中，提供了一种用于固体药品质谱分析的激光软电离离子源的控制方法，该方法可应用于上述实施例的一种用于固体药品质谱分析的激光软电离离子源；在本实施例中将实现与飞行时间质量分析器4联用，检测乙胺嘧啶(c
12h13
cln4)固体粉末样品的工作过程说明如下：
49.s1、利用进样装置21将乙胺嘧啶(c
12h13
cln4)固体粉末样品放入到离子源腔体1内部中心电离区域；
50.s2、选用红外激光作为解析光，通过解析光窗口法兰5-1及其外部的透镜进行聚焦入射，对样品进行解析，形成样品分子气团；
51.s3、利用纳秒激光器产生波长为355nm的纳秒脉冲激光，经光学透镜12、入射窗口13聚焦入射至装有xe/ar(1:10)混合气体(在本实施例中，其压强约为160torr)的四波混频气池3中，发生非线性光学效应并产生波长为118nm的远紫外光；产生的远紫外光经氟化镁透镜14聚焦，并经过cf直通法兰2以及远紫外光窗口法兰5-2入射至离子源腔体1内部中心的电离区域，对样品分子气团进行单光子软电离，产生离子；
52.特别的，步骤s2、s3中的波长为118nm的远紫外光与红外解析激光需设置延迟时间。
53.s4、调节离子传输系统中的排斥电极9、加速电极10以及聚焦电极11的电压，使离子进入到质量分析器4中被探测器检测，最终得到如图2所示的乙胺嘧啶(c
12h13
cln4)的质谱信号，图中最高峰为乙胺嘧啶的离子峰，图中可以看出乙胺嘧啶(c
12h13
cln4)药物的质谱信号分辨率高，这是由于本发明的离子源能够对电离能低于真空紫外光自能量的物质很好地进行“软”电离，大幅度提高样品检测的分辨率。
54.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。