基於外離子源的離子進樣方法及質譜分析方法
2023-12-03 20:04:51
專利名稱：基於外離子源的離子進樣方法及質譜分析方法
技術領域：
本發明涉及質譜分析，特別涉及一種基於外離子源的離子進樣方法及應用 該進樣方法的質譜分析方法。
背景技術：
質譜分析法是一種通過測定被測樣品離子的質荷比來分析被測樣品的方 法，廣泛應用在氣體、液體、固體的精確分析中。
質譜儀通常包括離子源、進樣系統、質量分析器、檢測器和真空系統，真 空系統由真空室和泵組成，而質量分析器、檢測器設置在真空室內。質譜分析 的基本原理為在離子源內被測樣品首先要離子化，得到帶有樣品信息的離子; 在真空系統內，不同離子在電場或磁場的運動行為的不同，按質荷比(m/z)的 不同把離子分開，從而得到質譜；分析被測樣品的質譜和相關信息，可得到被 測樣品的定性或定量分析結果。
離子源分為內離子源和外離子源。與內離子源相比較，外離子源具有諸多 優勢，如
1、 可測試樣品種類多，可以分析氣體、液體和固體物質。
2、 離子化方式種類多樣，可靈活選擇。
3、 對質量分析器的汙染小。
因此，目前大部分質譜儀都採用外離子源，只有少部分小質譜儀因為重量、 體積等原因選用了內離子源。
但是，對於一些在大氣環境下電離的外離子源，如電噴霧源(ESI)、大氣 壓化學電離源(APCI)、電噴霧源(AP-MALDI)、解吸附電噴霧源(DESI)、大 氣壓電介質阻礙放電離子源(DBDI)、電噴霧輔助雷射解析離子源(ELDI)、大 氣壓固體分析探頭(ASAP)等，這些離子源在大氣條件下離子化，而質量分析 器和檢測器需要在高真空條件下工作，目前多採用多級真空室的設計來傳輸離 子，各級真空室之間通過小孔傳輸離子。比如，熱電Finnigan公司的LTQ離子阱質譜儀，該質譜儀通過四級真空室來達到質量分析器和檢測器對真空度的要
求，其中，用兩個650 L/min的旋葉泵抽第一級真空，然後用一個400 L/s的分 子泵抽第二級、第三級、第四級真空，經過四級真空室，離子阱和質量分析器 所處的真空室壓強達到<10-5"廳。
但採用上述多級真空室設計的外離子源質譜儀具有諸多不足，如
1、 離子傳輸效率大約有0.1%，可見離子在傳輸過程中損失非常嚴重。
2、 質譜儀結構複雜、體積龐大、能耗高。
因此，外離子源通常應用在實驗室臺式質譜儀中，無法在小型化或可攜式 質譜儀中使用。
小型化或者可攜式質譜儀具有能耗低、體積小、重量輕、使用方便、維護 簡單、測量速度快等突出優勢，在現場快速檢測、環境監測、突發事件處理中 具有很好的應用前景。而為了減輕重量、降低能耗和縮小體積，小型化或者便 攜式質譜儀的分子泵抽速一般低於10L/s，為確保真空度滿足分析要求，離子化 過程在真空室內完成，即採用內離子源。
但是，採用內離子源的小型化或可攜式質譜儀也有諸多不足，如
1、 離子化過程在真空室內完成，所以質量分析器容易受到汙染，長時間使 用後背景噪聲大。
2、 採用內離子源，分子離子反應劇烈，影響分析結果。
3、 內離子源方式只能分析氣體和部分易揮發的液體，應用範圍小。 質譜儀目前廣泛應用在食品安全檢測、公共安全檢測(毒品，毒物和危險
化學品)、生物醫藥檢測和土壤檢測等領域，這些應用領域中的樣品多為固體粉 末或非揮發性液體，通常需要採用外離子源才能實現檢測，內離子源方式的質 譜儀較難應用於這些領域。應用領域從而受到較大限制。
發明內容
為了解決現有技術中的不足，本發明提供了一種功耗低、測量靈敏度高、 應用範圍廣的基於外離子源的離子進樣方法及應用該方法的質譜分析方法。
為實現上述發明目的，本發明採用以下技術方案 一種基於外離子源的離子進樣方法，包括以下步驟a、 降低真空系統內的壓強，開啟連接在外離子源和離子捕獲模塊之間的閥 門，外離子源產生的樣品離子通過所述閥門進入真空系統內的離子捕獲模塊， 並被收集；
b、 真空系統內的壓強上升，關閉所述閥門，不再有樣品離子通過闊門進入 離子捕獲模塊；
c、 所述閥門按照步驟a、 b中的工作方式開啟、關閉若干次，使外離子源產 生的樣品離子間斷地進入離子捕獲模塊內，並累積。
作為優選，所述閥門的工作模式為重複以下過程真空系統壓強逐漸下降， 當達到最低壓強P^時，觸發閥門開啟；真空系統壓強逐漸上升，當達到最高 壓強屍_時，觸發閥門關閉。
所述最高壓強P^由真空系統中泵的工作特性決定，最高壓強/^接近但不
超過泵的截止工作氣壓。
作為優選，所述最低壓強P皿可通過如下步驟確定
(1) 保持最高壓強i^和泵的抽速不變，以一真空系統壓強i^,作為最低 壓強 皿，閥門按照其工作模式開啟、關閉m次，外離子源產生的樣品離子通過 所述閥門進入真空系統內離子捕獲模塊的次數為m次，記錄m次進樣所需要的總 時間f,，測量m次進樣後真空系統內檢測器的強度信號&;其中，/n次進樣後檢
測器的強度信號不飽和；
(2) 將真空系統壓強P^改變為^^P^;…P^"，重複上述步驟(1),分別
記錄在不同壓強42，iU3…iUn下進行m次進樣所需要的總時間^V.A，以及 對應的檢測器強度信號&…S ;
(3) 分別計算lL,，，,…,，其中最大值對應的壓強就是真空系統允許的
最低壓強屍，。
作為優選，所述外離子源是脈衝式工作，外離子源的工作步調和所述閥門一致。
離子捕獲模塊是質量分析器或中間級離子存儲設備。
作為優選，所述質量分析器是RF裝置或傅立葉變換迴旋共振質量分析器， RF裝置包括是四極離子阱、矩形離子阱、圓柱形離子阱、環型離子阱中的任一種。
所述中間級離子存儲設備與質量分析器相耦合。
作為優選，與中間級離子存儲設備相耦合的質量分析器是質量過濾器、RF 裝置、傅立葉變換迴旋共振質量分析器、飛行時間質量分析器、磁掃描質量分
析器中的任一種，RF裝置包括是四極離子阱、矩形離子阱、圓柱形離子阱、環 型離子阱中的任一種。
作為優選，採用自動增益控制、選擇離子存儲、選擇離子彈出、選擇離子 監測、分子離子反應、全掃描、多級質譜中的任意組合來實現操控和分析離子 捕獲模塊內的樣品離子。
本發明還提出了一種基於外離子源的質譜分析方法，包括以下步驟
a、 降低真空系統內的壓強，開啟連接在外離子源和離子捕獲模塊之間的閥
門，外離子源產生的樣品離子通過所述閥門進入真空系統內的離子捕獲模塊，
並被收集；
b、 真空系統內的壓強上升，關閉所述閥門，不再有樣品離子通過閥門進入 離子捕獲模塊；
c、 所述閥門按照步驟a、 b中的工作方式開啟、關閉若干次，使外離子源產 生的樣品離子間斷地進入離子捕獲模塊內，並累積；
d、 操控和分析離子捕獲模塊內的樣品離子，得到樣品的離子強度信號。 作為優選，所述閥門的工作模式為重複以下過程真空系統壓強逐漸下降，
當達到最低壓強7L時，觸發閥門開啟；真空系統壓強逐漸上升，當達到最高 壓強P^時，觸發閥門關閉。
所述最高壓強P^由真空系統中泵的工作特性決定，最高壓強P^接近但不
超過泵的截止工作氣壓。
作為優選，所述最低壓強P^可通過如下步驟確定 (1)保持最高壓強 _和泵的抽速不變，以一真空系統壓強iL^作為最低 壓強4 ，閥門按照其工作模式開啟、關閉m次，外離子源產生的樣品離子通過
所述閥門進入真空系統內離子捕獲模塊的次數為附次，記錄附次進樣所需要的總 時間。測量m次進樣後真空系統內檢測器的強度信號&;其中，附次進樣後檢測器的強度信號不飽和；
(2) 將真空系統壓強il^改變為i^2，P^3 .. /> _，重複上述步驟(1),分別
記錄在不同壓強P^,P^…P"下進行W次進樣所需要的總時間m以及
對應的檢測器強度信號&,&…&;
(3) 分別計算&,^i，^i…&，其中最大值對應的壓強就是真空系統允許的
f
G G f"
最低壓強p目。
作為優選，所述外離子源是脈衝式工作，外離子源的工作步調和所述閥門一致。
離子捕獲模塊是質量分析器或中間級離子存儲設備。
作為優選，所述質量分析器是RF裝置或傅立葉變換迴旋共振質量分析器， RF裝置包括是四極離子阱、矩形離子阱、圓柱形離子阱、環型離子阱中的任一 種。
所述中間級離子存儲設備與質量分析器相耦合。
作為優選，與中間級離子存儲設備相耦合的質量分析器是質量過濾器、RF 裝置、傅立葉變換迴旋共振質量分析器、飛行時間質量分析器、磁掃描質量分 析器中的任一種，RF裝置包括是四極離子阱、矩形離子阱、圓柱形離子阱、環 型離子阱中的任一種。
作為優選，採用自動增益控制、選擇離子存儲、選擇離子彈出、選擇離子 監測、分子離子反應、全掃描、多級質譜中的任意組合來實現操控和分析離子 捕獲模塊內的樣品離子。
本發明的基本原理為當離子傳輸通道開啟(通過閥門控制)用於最大程 度地進樣時，真空室內的壓強瞬時大幅度升高，在這段時間內，所有的高壓電 源關閉，只有用於捕獲離子的低壓射頻電壓開啟；離子傳輸進入真空室之後， 傳輸通道關閉(通過閥門控制)，在泵的抽運下，真空室內的壓強逐漸降低；傳 輸通道反覆開啟和關閉若干次，使離子捕獲模塊內的樣品離子累積；關閉傳輸 通道，當真空室內達到用於離子控制和離子分析的最佳壓強時，開啟高壓電源， 同時掃描RF電壓到高壓進行質量分析。
本發明創造性地提高了小型化或可攜式外離子源質譜儀的檢測靈敏度，並解決了應用當中的技術問題。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果-
1、 創造性地提高了小型化或可攜式外離子源質譜儀的檢測靈敏度，大大拓 展了小型化或可攜式質譜儀的應用領域，具有很好的應用前景。
2、 真空泵抽速要求降低，用一級真空室代替傳統的多級真空室，簡化了質 譜儀的結構、減小了體積、降低了能耗。
3、 樣品進樣方式靈活。
4、 離子傳輸效率明顯提高。
5、 採用外離子源，減小了樣品對質量分析器的汙染。
6、 採用了多種外離子源進樣，可測試樣品種類多，可以分析氣體、液體和
固體物質。
7、 可靈活選擇自動增益控制(AGC)、多級質譜(MSn)分析、選擇離子控 制等工作模式，提高了質譜儀的靈敏度和適應性，擴大了儀器的應用範圍。
圖1為實施例1中基於外離子源的質譜分析系統的結構示意圖； 圖2為實施例1中離子進樣裝置的結構示意圖； 圖3為實施例1、 2中真空室壓強變化示意圖； 圖4為實施例1中基於外離子源的離子進樣方法的工作時序圖； 圖5為實施例2中基於外離子源的離子進樣方法的工作時序圖； 圖6為實施例3、 4中真空室內壓強變化示意圖； 圖7為實施例3、 4中自動增益控制的工作時序圖； 圖8為實施例4中多級質譜過程的譜圖； 圖9為實施例4中多級質譜過程的工作時序圖； 圖10為實施例5中選擇離子存儲的工作時序圖； 圖11為實施例5、 6中真空室內壓強變化示意圖； 圖12為實施例6中帶中間級離子存儲設備的質譜分析系統。
具體實施例方式
以下實施例對本發明的結構、功能和應用等情況做了進一步的說明，是本發明幾種比較好的應用形式，但是本發明的範圍並不局限在以下的實施例。 實施例h
如圖1所示， 一種基於外離子源的質譜分析系統，包括外離子源1、離子進
樣裝置2、真空系統、離子捕獲模塊4和檢測器5。 所述外離子源1是連續工作的電噴霧源。
所述離子捕獲模塊4採用質量分析器，具體為矩形離子阱，設置在真空系 統中。
所述檢測器5是電子倍增管。
所述真空系統包括真空室31、分子泵32和隔膜泵33。
如圖2所示，離子進樣裝置2由夾管閥21、矽膠管22和兩根不鏽鋼毛細管
23、 24構成。夾管閥21用來控制流路的導通與關閉，流路則由一個矽膠管22 和兩根不鏽鋼毛細管23、 24構成。矽膠管22用於連接兩根不鏽鋼毛細管23、
24。 連接外離子源1的毛細管23控制流導；毛細管24連接矩形離子阱。 本實施例揭示了一種基於外離子源的離子進樣方法，如圖3、 4所示，包括
以下步驟-
a、 在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當 下降到最低壓強P^時，觸發開啟夾管閥21;所述最低壓強i^可人為設定，如 屍幽=10-
夾管閥21打開後，電噴霧源產生的離子通過夾管閥21及流路進入矩形離
子阱中，並被收集；
b、 真空室31內的壓強逐漸上升；當真空室31內壓強上升到最高壓強戶_時，
觸發關閉夾管閥21，不再有離子通過夾管閥21進入矩形離子阱內；所述最高壓 強i^由泵32、 33的工作特性決定，接近但不超過泵的截止工作氣壓；
c、 按照上述工作方式重複開啟、關閉夾管閥21為10次。 電噴霧源產生的離子共有11次進入矩形離子阱內，從而使矩形離子阱內收
集了足夠多的離子。
實施例2:一種基於外離子源的質譜分析系統，與實施例1不同的是
1、 電噴霧源是脈衝工作，具體的工作步調與夾管閥相同。
2、 採用圓柱形離子阱代替矩形離子阱。
本實施例揭示了一種基於外離子源的離子進樣方法，如圖3、 5所示，包括
以下步驟
a、 在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當 下降到最低壓強^J寸，觸發開啟夾管閥21和電噴霧源；所述最低壓強i乙可人
為設定，如屍mm =10-3r0 T;
夾管閥21打開後，電噴霧源產生的離子通過夾管閥21及流路進入圓柱形
離子阱中，並被收集；
b、 真空室31內的壓強逐漸上升;當真空室31內壓強上升到最高壓強 _時，
觸發關閉夾管閥21和電噴霧源，不再有離子通過夾管閥21進入圓柱形離子阱 內；所述最高壓強屍_由泵32、 33的工作特性決定，接近但不超過泵的截止工
作氣壓；
c、 按照上述工作方式重複開啟、關閉夾管閥21為20次。 電噴霧源產生的離子共有21次進入圓柱形離子阱內，從而使圓柱形離子阱
內收集了足夠多的離子。
實施例3:
一種基於外離子源的質譜分析系統，和實施例1不同的是-
1、 採用大氣壓化學電離源代替電噴霧源。
2、 採用環形離子阱代替矩形離子阱。
3、 實驗樣品為甲基水楊酸(methyl salicylate)。
本實施例揭示了一種基於外離子源的質譜分析方法，分析過程中，實現了 自動增益控制(AGC)，保證測量的線性範圍和靈敏度，如圖6、 7所示，所述 分析方法包括以下步驟-
al、該步驟實現自動增益控制(AGC)功能
在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當下降 到最低壓強i^時，也即在時間7;時，觸發開啟夾管閥21;所述最低壓強P^可通過如下步驟確定
(1) 保持泵的抽速不變，以一壓強i^,作為最低壓強P,; 在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當真空
室31內壓強下降到所述壓強/^,時，觸發開啟夾管閥21;
夾管閥21開啟後，大氣壓化學電離源產生的離子通過夾管閥21進入真空
室31內的環形離子阱，並被收集；同時，真空室31內壓強逐漸上升；
當真空室31內壓強達到最高壓強/>_時，觸髮夾管閥21關閉，不再有離子 通過夾管閥21進入環形離子阱內；所述最高壓強/^由泵32、 33的工作特性決
定，接近但不超過泵的截止工作氣壓；
保持最高壓強/>_和泵的抽速不變，夾管閥21按照上述工作模式開啟、關 閉m次，記錄w次進樣所需要的總時間^，測量m次進樣後真空室31內內檢測 器5的強度信號&;其中，m次進樣後檢測器5的強度信號不飽和；
(2) 將所述壓強P—分別改變為P咖2,i^3…i^n，重複上述步驟(1)，分 別記錄在不同壓強P咖2,43…iU"下進行m次進樣所需要的總時間G,H以 及對應的檢測器強度信號S2,S3…S。；
(3) 分別計算Hi.A，其中在總時間為。.時為最大值，因此，與。.對
應的壓強P^,就是確定選用的最低壓強/U;該方法確定的最低工作壓強可在最
短時間內獲得需要的信號強度，從而提高儀器響應速度，也減少了分子離子反 應的可能性；
夾管閥21打開後，大氣壓化學電離源產生的離子通過夾管閥21及流路進 入環形離子阱中，並被收集；同時，真空室31內的壓強逐漸上升；
當真空室31內壓強上升到最高壓強P^時，觸發關閉夾管閥21，不再有離
子通過夾管閥21進入圓柱形離子阱內；
同時，在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降， 當下降到屍時(屍<屍，，在該壓強下電子倍增管可良好工作)時，也即在時間T^
時，開啟檢測器5高壓電源，瞬間將RF電壓拉高，環形離子阱中的離子全部彈 出，被檢測器5檢測，得到離子強度信號為0.22mA;而該環形離子阱在存儲最 多離子的情形下，以不發生分子-離子反應和不存在空間電荷效應為標準，檢測器5測出的最大電流為1mA;故可計算得出，最佳進樣次數為4次(見圖7)， 使總離子強度信號維持在檢測器飽和信號的80%以上，保證了測量的線性範圍 和靈敏度；
a、 在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當 下降到低於最低壓強/^時，觸發開啟夾管閥21;
夾管閥21打開後，電噴霧源產生的離子通過夾管閥21及流路進入矩形離
子阱中，並被收集；
b、 真空室31內的壓強逐漸上升；當真空室31內壓強上升到最高壓強戶_時，
觸發關閉夾管閥21，不再有離子通過夾管閥21進入矩形離子阱內；所述最高壓 強P^由泵32、 33的工作特性決定，接近但不超過泵的截止工作氣壓；
c、 重複開啟、關閉夾管閥21共3次(當真空室31的壓強下降到最低壓強 P皿時，觸發開啟夾管閥21)，環形離子阱內收集了足夠多的樣品離子；
d、 在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當 下降到P時，也即在時間7;時，開啟檢測器5高壓電源，掃描RF電壓，使環形 離子阱中的離子按質荷比大小順序彈出，被檢測器5檢測，得到樣品的全掃描 質譜圖。
實施例4:
一種基於外離子源的質譜分析系統，和實施例1不同的是-
1、 電噴霧源是脈衝方式工作，工作步調和夾管閥相同。
2、 採用四極離子阱代替矩形離子阱。
3、 實驗樣品為甲基水楊酸(methyl salicylate)。
本實施例揭示了一種基於外離子源的質譜分析方法，實現了自動增益控制 (AGC)和多級質譜分析(MSn)，該方法不但提高了檢測的動態範圍和靈敏度， 還提高了定性分析能力，拓展了應用範圍，如圖6所示，所述方法包括以下步
驟
al、該步驟實現自動增益控制(AGC)功能
在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當下降 到最低壓強^m時，也即在位於時間z;時，觸發開啟夾管閥21和電噴霧源；所述最低壓強P^可通過如下步驟確定
(1) 保持泵的抽速不變，以一壓強P^,作為最低壓強/^;
在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當真空 室31內壓強下降到所述壓強/^,時，觸髮夾管閥21和電噴霧源開啟；
夾管閥21開啟後，電噴霧源產生的離子通過夾管閥21進入真空室31內的 四極離子阱，並被收集；同時，真空室31內壓強逐漸上升；
當真空室31內壓強達到最高壓強P^時，觸髮夾管閥21關閉，不再有離子 通過夾管閥21進入四極離子阱內；所述最高壓強i^由泵32、 33的工作特性決
定，接近但不超過泵的截止工作氣壓；
保持最高壓強i^和泵的抽速不變，夾管閥21按照上述工作模式開啟、關
閉m次，記錄m次進樣所需要的總時間f，，測量m次進樣後真空室31內內檢測 器5的強度信號&;其中，附次進樣後檢測器5的強度信號不飽和；
(2) 將所述壓強i^分別改變為i^，i^…P^，重複上述步驟(1)，分
別記錄在不同壓強i^2，/U3…i^下進行w次進樣所需要的總時間/2，H以 及對應的檢測器強度信號S,，&…S";
G)分別計算，H + ，其中在總時間為。.時為最大值，因此，與/,對
應的壓強Pn唚就是確定選用的最低壓強/U ;該方法確定的最低工作壓強可在最
短時間內獲得需要的信號強度，從而提高儀器響應速度，也減少了分子離子反 應的可能性；
夾管閥21打開後，電噴霧源產生的離子通過夾管閥21及流路進入四極離 子阱中，並被收集；同時，真空室31內的壓強逐漸上升；
當真空室31內壓強上升到最高壓強戶_時，觸發關閉夾管閥21和電噴霧源，
不再有離子通過夾管閥21進入四極離子阱內；
同時，在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降， 當下降到P時(P<iU)時，也即在時間7^時，開啟檢測器5高壓電源，瞬間將
RF電壓拉高，四極離子阱中的離子全部彈出，被檢測器5檢測，得到離子強度 信號為0.22mA;而四極離子阱在存儲最多離子的情形下，以不發生分子-離子反 應和不存在空間電荷效應為標準，檢測器5測出的最大電流為lmA;故可計算得出，最佳進樣次數為4次(見圖7或圖9)，使總離子強度信號維持在檢測器 飽和信號的80%以上，保證了測量的線性範圍和靈敏度；
a、 在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當 下降到低於最低壓強P,時，觸發開啟夾管閥21;
夾管閥21打開後，電噴霧源產生的離子通過夾管閥21及流路進入矩形離
子阱中，並被收集；
b、 真空室31內的壓強逐漸上升；當真空室31內壓強上升到最高壓強i^時，
觸發關閉夾管閥21，不再有離子通過夾管閥21進入矩形離子阱內；所述最高壓 強P^由泵32、 33的工作特性決定，接近但不超過泵的截止工作氣壓；
c、 按照步驟a、 b中的方式重複開啟、關閉夾管閥21為3次(當真空室31 的壓強下降到最低壓強i，皿時，觸髮夾管閥21的開啟)，四極離子阱內收集了足 夠多的樣品離子；
d、 在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當
下降到p (在該壓強下電子倍增管可良好工作)時，也即處於時間z;時，開啟檢
測器5高壓電源，掃描RF電壓，得到樣品的全掃描質譜圖，得到m/z為152, 137， 120和92的主要離子峰(MS1，附圖8a所示)；
按照步驟a、 b中的方式重複開啟、關閉夾管閥21為4次(當真空室31的 壓強下降到最低壓強/乙時，觸髮夾管閥21的開啟)，四極離子阱內收集了足夠 多的樣品離子；
在時間7;時對母離子進行隔離，隔離可採用SWIFT (stored waveform inverse Fourier transform，傅立葉逆變換存儲波形法)，採用一個SWIFT波形作為AC信 號施加於四極離子阱電極，將質量數m/z不為152外的離子全部彈出四極離子 阱，對質量數m/z為152的離子進行隔離(附圖8b所示)，工作時序請見附圖9 (在圖7全掃描工作時序後增加MSS工作時序)；
通過碰撞誘發離子化(CID)將母離子解離成碎片離子在時間i;，在電極 上施加AC信號，對質量數m/z為152的母離子進行裂解，由於真空室氣體壓強 比較高，因此無需再通入緩衝氣即可進行CID，在時間 ;，對離子阱進行全掃描， 發現質量數為152的母離子解離成質量數為137， 120和92的碎片離子，這是 二級質譜(MS2,附圖8c所示)；類似地選擇質量數m/z為120的離子進行隔離，隨後對其進行裂解，得到 質量數為92的碎片離子，對應於三級質譜(MS3,附圖8d所示)。
實施例5:
一種基於外離子源的質譜分析系統，和實施例1不同的是
1、 採用大氣壓化學電離源代替電噴霧源，並且該大氣壓化學電離源是連續 工作。
2、 實驗樣品為檢測複雜樣品中的甲基水楊酸(methyl salicylate),並且甲基 水楊酸的濃度比較低。
本實施例揭示了一種基於外離子源的質譜分析方法，分析過程中，實現了 選擇性離子存儲(SIS)，大大提高了檢測靈敏度，如圖IO、 ll所示，包括以下
步驟
a、在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當 下降到最低壓強7:時，觸發開啟夾管閥21;所述最低壓強i:可通過如下步驟
確定
(1) 保持泵的抽速不變，以一壓強/^,作為最低壓強P,; 在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當真空
室31內壓強下降到所述壓強P^t時，觸髮夾管閥21;
夾管閥21開啟後，大氣壓化學電離源產生的離子通過夾管閥21進入真空 室31內的矩形離子阱，並被收集；同時，真空室31內壓強逐漸上升；
當真空室31內壓強達到最高壓強戶_時，觸髮夾管閥21關閉，不再有離子 通過夾管閥21進入矩形離子阱內；所述最高壓強P,由泵32、 33的工作特性決
定，接近但不超過泵的截止工作氣壓；
保持最高壓強屍_和泵的抽速不變，夾管閥21按照上述工作模式開啟、關
閉附次，記錄m次進樣所需要的總時間一 測量w次進樣後真空室31內內檢測 器5的強度信號51;其中，附次進樣後檢測器5的強度信號不飽和；
(2) 將所述壓強P^分別改變為/^,P^…/^，重複上述步驟(1)，分
別記錄在不同壓強/^2,戶齒3…屍n^下進行m次進樣所需要的總時間/2,V."，以 及對應的檢測器強度信號&，&…S。；(3)分別計算^,^,&…^,其中在總時間為^時為最大值，因此，與^對
〖1 ,3
應的壓強屍^.就是確定選用的最低壓強/^ ;該方法確定的最低工作壓強可在最
短時間內獲得需要的信號強度，從而提高儀器響應速度，也減少了分子離子反 應的可能性；
夾管閥21打開後，大氣壓化學電離源產生的離子通過夾管閥21及流路進
入矩形離子阱中，並被收集；
b、 真空室31內的壓強逐漸上升；當真空室31內壓強上升到最高壓強P，時，
觸發關閉夾管閥21，不再有離子通過夾管閥21進入矩形離子阱內；
同時，在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降， 當下降到最低壓強L前10ms時，對質量數m/z為152的離子採用10ms SWIFT 進行選擇性隔離和存儲，如圖10所示；
c、 重複步驟a、 b為30次，矩形離子阱內收集了足夠多的m/z為152的樣 品離子，大大提高了矩形離子阱分析的靈敏度；
d、 在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當 下降到戶時為離子控制和離子分析的最佳壓強)時，開啟檢測器5
高壓電源，掃描RF電壓，矩形離子阱內的樣品離子被彈出，被檢測器5檢測， 得到樣品的掃描質譜圖。
上例中只選擇了一個質量數的離子，實際上所述樣品離子可以是一個質量 數的離子，可以是一段質量數範圍的離子，也可以是多個或多段非連續質量數 的離子，這些都是現有技術，在此不再贅述。
實施例6:
如圖12所示， 一種基於外離子源的質譜分析系統，與實施例l不同的是
1、 外離子源1是大氣壓化學電離源。
2、 質量分析器是飛行時間質量分析器6。
3、 在真空室31內還設置了與所述飛行時間質量分析器6耦合的中間級存 儲設備7，所述離子進樣裝置2的一端連接中間級存儲設備7。所述中間級存儲 設備7是為一個具有離子捕獲和存儲能力的裝置，它可以通過調整相關參數將 離子捕獲在腔體內，也可以通過調整相關參數將離子釋放出來。4、實驗樣品為甲基水楊酸(methyl salicylate)。
本實施例揭示了一種基於外離子源的質譜分析方法，如圖11所示，包括以 下步驟
a、 在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當 下降到最低壓強P,時，觸發開啟夾管閥21;所述最低壓強P^可通過如下步驟
確定
(1) 保持泵的抽速不變，以一壓強i^,作為最低壓強戶皿； 在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降，當真空
室31內壓強下降到所述壓強/U,時，觸髮夾管閥21開啟；
夾管閥21開啟後，大氣壓化學電離源產生的離子通過夾管閥21進入真空 室31內的中間級存儲設備7，並被收集；同時，真空室31內壓強逐漸上升；
當真空室31內壓強達到最高壓強戶_時，觸髮夾管閥21關閉，不再有離子 通過夾管閥21進入中間級存儲設備7內；所述最高壓強戶_由泵32、 33的工作
特性決定，接近但不超過泵的截止工作氣壓；
保持最高壓強P^和泵的抽速不變，夾管閥21按照上述工作模式開啟、關
閉m次，記錄附次進樣所需要的總時間G，測量附次進樣後真空室31內內檢測 器5的強度信號S,;其中，m次進樣後檢測器5的強度信號不飽和；
(2) 將所述壓強iU分別改變為42,P咖3…4"，重複上述步驟(1)，分
別記錄在不同壓強P^2，P^;…iUn下進行w次進樣所需要的總時間^V..^，以 及對應的檢測器強度信號&,&…&;
(3) 分別計算^ ...^，其中在總時間為。時為最大值，因此，與~對
〖2 ,3 、
應的壓強/Uj.就是確定選用的最低壓強/^ ;該方法確定的最低工作壓強可在最
短時間內獲得需要的信號強度，從而提高儀器響應速度，也減少了分子離子反 應的可能性；
夾管閥21打開後，大氣壓化學電離源產生的離子通過夾管閥21及流路進 入中間級存儲設備7中，並被收集；
b、 真空室31內的壓強逐漸上升；當真空室31內壓強上升到最高壓強/乙時，
觸發關閉夾管閥21，不再有離子通過夾管閥21進入中間級存儲設備7內；同時，在分子泵32和隔膜泵33的抽運下，真空室31內的壓強逐漸下降， 當下降到最低壓強i乙時，觸髮夾管閥21的開啟；
c、 按照上述工作方式重複開啟、關閉夾管閥21為12次，直到中間級存儲 設備7內存滿離子，大大提高飛行時間質量分析器6分析的靈敏度；
d、 控制中間級存儲設備7，使其釋放出捕獲的離子； 飛行時間質量分析器6得到樣品的掃描質譜圖。
關於上述實施例的附加說明實施例3舉例說明了自動增益控制應用在質 譜分析中，實施例4舉例說明了自動增益控制和多級質譜的結合應用在質譜分 析中，實施例5舉例說明了選擇離子存儲應用在質譜分析中。當然還可以是自 動增益控制、選擇離子存儲、選擇離子彈出、選擇離子監測、分子離子反應、 全掃描、多級質譜中的其他組合方式，其他組合方式類似於實施例中的方式， 在此不再贅述。
上述實施方式不應理解為對本發明保護範圍的限制。比如在實施例4中使 用SWIFT進行粒子隔離，當然還可以是其他方法，如APEX ISOLATION。在不 脫離本發明精神的情況下，對本發明做出的任何形式的改變均應落入本發明的 保護範圍之內。
權利要求
1、一種基於外離子源的離子進樣方法，包括以下步驟a、降低真空系統內的壓強，開啟連接在外離子源和離子捕獲模塊之間的閥門，外離子源產生的樣品離子通過所述閥門進入真空系統內的離子捕獲模塊，並被收集；b、真空系統內的壓強上升，關閉所述閥門，不再有樣品離子通過閥門進入離子捕獲模塊；c、所述閥門按照步驟a、b中的工作方式開啟、關閉若干次，使外離子源產生的樣品離子間斷地進入離子捕獲模塊內，並累積。
2、 根據權利要求1所述的離子進樣方法，其特徵在於所述閥門的工作模 式為重複以下過程真空系統壓強逐漸下降，當達到最低壓強P皿時，觸發閥門 開啟；真空系統壓強逐漸上升，當達到最高壓強戶_時，觸發閥門關閉。
3、 根據權利要求2所述的離子進樣方法，其特徵在於所述最高壓強i^由 真空系統中泵的工作特性決定，最高壓強 _接近但不超過泵的截止工作氣壓。
4、 根據權利要求2或3所述的離子進樣方法，其特徵在於所述最低壓強 P皿n可通過如下步驟確定(1) 保持最高壓強P,和泵的抽速不變，以一真空系統壓強i^,作為最低 壓強i^，閥門按照其工作模式開啟、關閉附次，外離子源產生的樣品離子通過 所述閥門進入真空系統內離子捕獲模塊的次數為w次，記錄m次進樣所需要的總 時間/,，測量m次進樣後真空系統內檢測器的強度信號S，；其中，m次進樣後檢測器的強度信號不飽和；(2) 將真空系統壓強P^改變為/U2,P^3…iU"，重複上述步驟(1)，分別記錄在不同壓強42，^3...4 下進行附次進樣所需要的總時間^3..."，以及 對應的檢測器強度信號&,S3…S ;(3) 分別計算&,^i,&…&，其中最大值對應的壓強就是真空系統允許的最低壓強iU。
5、 根據權利要求1或2所述的離子進樣方法，其特徵在於所述外離子源是脈衝式工作，外離子源的工作步調和所述閥門一致。
6、 根據權利要求1所述的離子進樣方法，其特徵在於離子捕獲模塊是質 量分析器或中間級離子存儲設備。
7、 根據權利要求6所述的離子進樣方法，其特徵在於所述質量分析器是RF裝置或傅立葉變換迴旋共振質量分析器，RF裝置是四極離子阱、矩形離子 阱、圓柱形離子阱、環型離子阱中的任一種。
8、 根據權利要求6所述的離子進樣方法，其特徵在於所述中間級離子存儲設備與質量分析器相耦合。
9、 根據權利要求8所述的離子進樣方法，其特徵在於與中間級離子存儲設備相耦合的質量分析器是質量過濾器、RF裝置、傅立葉變換迴旋共振質量分 析器、飛行時間質量分析器、磁掃描質量分析器中的任一種，RF裝置是四極離 子阱、矩形離子阱、圓柱形離子阱、環型離子阱中的任一種。
10、 根據權利要求1所述的離子進樣方法，其特徵在於採用自動增益控制、選擇離子存儲、選擇離子彈出、選擇離子監測、分子離子反應、全掃描、 多級質譜中的任意組合來實現操控和分析離子捕獲模塊內的樣品離子。
11、 一種基於外離子源的質譜分析方法，包括以下步驟a、 降低真空系統內的壓強，開啟連接在外離子源和離子捕獲模塊之間的閥門，外離子源產生的樣品離子通過所述閥門進入真空系統內的離子捕獲模塊，並被收集；b、 真空系統內的壓強上升，關閉所述閥門，不再有樣品離子通過閥門進入 離子捕獲模塊；c、 所述閥門按照步驟a、 b中的工作方式開啟、關閉若干次，使外離子源產 生的樣品離子間斷地進入離子捕獲模塊內，並累積；d、 操控和分析離子捕獲模塊內的樣品離子，得到樣品的離子強度信號。
12、 根據權利要求11所述的質譜分析方法，其特徵在於所述閥門的工作 模式為重複以下過程真空系統壓強逐漸下降，當達到最低壓強P^時，觸發 閥門開啟；真空系統壓強逐漸上升，當達到最高壓強P^時，觸發閥門關閉。
13、 根據權利要求12所述的質譜分析方法，其特徵在於所述最高壓強P^ 由真空系統中泵的工作特性決定，最高壓強/^接近但不超過泵的截止工作氣壓。
14、 根據權利要求12或13所述的質譜分析方法，其特徵在於所述最低 壓強4m可通過如下步驟確定(1) 保持最高壓強/>_和泵的抽速不變，以一真空系統壓強Pmm,作為最低壓強p^，閥門按照其工作模式開啟、關閉附次，外離子源產生的樣品離子通過所述閥門進入真空系統內離子捕獲模塊的次數為M次，記錄附次進樣所需要的總 時間—測量附次進樣後真空系統內檢測器的強度信號51;其中，m次進樣後檢測器的強度信號不飽和；(2) 將真空系統壓強i^,改變為i^2,/乙3…P^"，重複上述步驟(1)，分別 記錄在不同壓強i^2,/^3…i^下進行m次進樣所需要的總時間/2，V.A,以及 對應的檢測器強度信號& ,S3…S ;(3) 分別計算^,^，^…&,其中最大值對應的壓強就是真空系統允許的 最低壓強P^。
15、 根據權利要求ll所述的質譜分析方法，其特徵在於所述外離子源是 脈衝式工作，外離子源的工作步調和所述閥門一致。
16、 根據權利要求ll所述的質譜分析方法，其特徵在於離子捕獲模塊是 質量分析器或中間級離子存儲設備。
17、 根據權利要求16所述的質譜分析方法，其特徵在於所述質量分析器是RF裝置或傅立葉變換迴旋共振質量分析器，RF裝置是四極離子阱、矩形離子阱、圓柱形離子阱、環型離子阱中的任一種。
18、 根據權利要求16所述的質譜分析方法，其特徵在於所述中間級離子存儲設備與質量分析器相耦合。
19、 根據權利要求18所述的質譜分析方法，其特徵在於與中間級離子存儲設備相耦合的質量分析器是質量過濾器、RF裝置、傅立葉變換迴旋共振質量 分析器、飛行時間質量分析器、磁掃描質量分析器中的任一種，RF裝置是四極 離子阱、矩形離子阱、圓柱形離子阱、環型離子阱中的任一種。
20、 根據權利要求ll所述的質譜分析方法，其特徵在於採用自動增益控制、選擇離子存儲、選擇離子彈出、選擇離子監測、分子離子反應、全掃描、多級質譜中的任意組合來實現操控和分析離子捕獲模塊內的樣品離子。
全文摘要
本發明公開了一種基於外離子源的離子進樣方法，該方法包括以下步驟a.降低真空系統內的壓強，開啟連接在外離子源和離子捕獲模塊之間的閥門，外離子源產生的樣品離子通過所述閥門進入真空系統內的離子捕獲模塊，並被收集；b.真空系統內的壓強上升，關閉所述閥門，不再有樣品離子通過閥門進入離子捕獲模塊；c.所述閥門按照步驟a、b中的工作方式開啟、關閉若干次，使外離子源產生的樣品離子間斷地進入離子捕獲模塊內，並累積。本發明還公開了一種應用上述進樣方法的質譜分析方法。本發明具有測量靈敏度高、功耗低、應用範圍廣等優點，可廣泛應用小型化或可攜式質譜儀中，拓展了上述小型化或可攜式質譜儀的應用領域，具有很好的應用前景。
文檔編號G01N27/64GK101419190SQ20081016250
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月19日 優先權日2008年11月19日
發明者聞路紅 申請人:聞路紅