一種串聯質譜分析系統及分析方法與流程

本發明屬于質譜，具體涉及一種串聯質譜分析系統及分析方法。

背景技術：

1、質譜儀作為現代分析儀器的重要代表之一，是一種用于測量物質成分量的高靈敏度、高分辨率儀器。其基本工作原理是：首先把被檢測的物質以離子的形式導入，通過電場或磁場將離子按質荷比(m/z)的不同進行空間、時間或頻譜上的分離，然后通過離子檢測器檢測這些被分離的離子，從而得到質譜圖。通過對質譜圖的分析，即可獲得被檢測物質的化學成分、結構以及含量等信息。

2、四極桿質量分析器的結構是在相互垂直的兩個平面上由四根嚴格平行并與中心軸等間隔的柱狀金屬電極構成的正負兩組電極。在兩組相對電極上施加幅值相等、方向相反的直流電壓udc和幅值相等、相位相反的射頻交流電壓vrf，從而在四根極桿之間形成二維的交變四極電場。當一組質荷比不同的離子進入四極場區域受到電場作用時，通過設定特定的udc與vrf值的大小可以選擇只有特定質荷比的離子才能穩定地通過四極桿濾質器，而其他質荷比的離子將不能通過四極桿濾質器；可以設置udc為0v，四極桿不篩選而只作為離子傳輸的功能，即不實施質量分析。四極桿四根電極可以設置相同的直流電壓，成為直流偏置電壓，此時相對電極的udc可以為0，也可以處于篩選對應的電壓；直流偏置電壓起到軸向引導離子的作用，可以軸向加速或減速離子，但不能實現質荷比的篩選。

3、四極桿兩端可以布置預四極，可以很好的聚焦離子進入或離開四極桿，提升靈敏度。預四極的電極尺寸和四極桿電極形狀類似，由四個電極組成，軸線分別和四極桿的四個電極同軸安裝，長度較短(10mm～30mm)，且無需udc設計，只有直流偏置電壓，不具有質荷比篩選作用，只能引導離子。

4、離子存儲裝置一般使用射頻電壓驅動的多電極部件，例如四極桿、六極桿、八極桿、離子漏斗等，射頻電壓在多電極部件內部形成交變電場來控制離子，既可以傳輸通過離子，也可以將離子囚禁于其中，傳輸和囚禁離子的區別在于射頻電極的直流偏置電壓與其兩端布置的直流透鏡的電壓之間的關系。如果直流偏置電壓小于兩端直流透鏡的電壓，正離子將囚禁于多極桿中，形成離子存儲；如果射頻電極、直流透鏡的直流電壓按照它們擺放順序是單向遞增或遞減的，且形成的軸向電場不能抵消離子的初始能量，則離子將傳輸通過多極桿和直流透鏡。由于不實施離子的質量分析，這些多電極部件的機械精度相比四極桿質量分析器要低很多，造價也要低很多。通常，在離子存儲部件中的氣壓(>1e-2pa)相比質量分析器所處區域的氣壓高(<1e-2pa)，背景氣體為純凈的氮氣、氦氣、氬氣、空氣等，有利于進入的離子和背景氣體碰撞迅速降低能量而提高離子存儲效率。四極桿質量分析器、離子檢測器通常工作的真空度較高(<1e-2pa)，如果真空度較低(即氣壓高)，則質量分辨率、靈敏度等質量分析性能會顯著下降，電子倍增器類型的離子檢測器壽命也會大大減小，但特殊情況下，例如對質量分析性能要求不高，使用特殊高氣壓離子檢測器或法拉第杯檢測器，也可以提高氣壓達到100pa量級。

5、串聯質譜儀主要功能是按照質荷比篩選離子源傳來的離子，通過解離技術產生其碎片離子，然后對碎片離子進行質量分析。解離一次得到的碎片離子質譜的方法被稱為二級串聯質譜分析方法，從碎片離子中篩選出一種質荷比離子，再實施解離并分析產生的碎片離子，稱為三級串聯質譜分析。由于離子源產生的離子通常包含與待測離子質荷比相近或相同的雜質離子，直接進行質譜分析準確性較低，而碎片離子通常具有特異性，即待測離子與雜質離子具有不同質荷比的碎片離子，因此通過串聯質譜方法能得到更可靠的物質成分量信息，定性和定量更加精準。例如三重四極桿質譜儀、離子阱質譜儀等。

6、解離技術包括了碰撞誘導解離、電子轉移解離、激光解離等，通常需要施加射頻電壓的多電極部件來實施。通過離子進入多電極部件時軸向能量的提升，讓離子與多電極部件中的背景氣體分子碰撞能量加大，可以實現碰撞誘導解離，提高氣壓能提高解離的速度和效率；通過直流偏置電壓的設置，可以讓碎片離子直接通過多電極部件，或者讓碎片離子存儲在多電極部件中。在多電極部件中存儲離子的同時，將電子、反極性離子、光子引入到多電極部件中，可以實現電子捕獲解離、電子轉移解離、激光解離等。多電極部件內部氣壓高于5e-2pa時，能有效提升解離效率，更快速的獲得更多的碎片離子。

7、離子門用于阻斷或傳輸通過離子，原理上在離子傳輸路徑中所有離子透鏡部件均可以作為離子門，一般是控制其電壓的大小來實現阻斷或傳輸通過。離子透鏡的形式可以是片狀、管狀或者是分割形狀(即透鏡從徑向切割成兩個部分，傳輸通過時電壓相等或接近，阻斷通過時電壓差較大)。

8、三重四極桿質譜主要用于已知物質的高通量定量分析，其質量分析和解離功能由三只四極桿軸向組合而成，第一個四極桿實現離子源產生離子(母離子)的篩選，進入具有較高氣壓的第二個四極桿中，在提升軸向電壓獲得加速能量的作用下，母離子與其中的氣體(氮氣或氬氣等)碰撞解離形成碎片離子并傳輸進入第三個四極桿，第三個四極桿對碎片離子進行質量分析。第一和第三個四極桿實施質量分析，機械精度較高，第二個四極桿不需要實時質量分析，機械精度可以較低，也可以用其它類型的多電極部件替代。三重四極桿定量性能較好，但其體積較大、成本較高，且只能實現二級串聯。離子阱質譜儀的串聯質譜方法的實現方式是將離子存儲在離子阱中，通過激發信號實現雜質離子排除、目標離子的共振激發解離、碎片離子的共振激發掃描逐出等基本操作時序。

9、離子阱質譜在單個質量分析器上可以實現多級串聯功能，定性能力較強，體積小，但存在空間電荷效應問題，需要具有較為復雜的電荷控制技術，操控難度大。

技術實現思路

1、為了克服現有技術存在的上述問題，本發明提供串聯質譜分析系統及分析方法，用于解決現有技術中存在的上述問題。

2、一種串聯質譜分析系統，所述系統包括四極桿質量分析器、兩個離子存儲裝置、離子發射裝置和離子檢測裝置，

3、其中，所述離子發射裝置用于產生離子，并將所述離子發射給第一離子存儲裝置；

4、所述第一離子存儲裝置將接收的離子發送給與其連接的所述四極桿質量分析器；

5、所述四極桿質量分析器對接收的離子進行篩選，將所述篩選后的離子發送給第二離子存儲裝置；

6、所述第二離子存儲裝置對篩選的離子進行逐出并返回至所述四極桿質量分析器和第一離子存儲裝置，得到碎片離子；

7、所述碎片離子達到與所述第二離子存儲裝置連接的離子檢測裝置，進行檢測。

8、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述第一離子存儲裝置包括第一直流透鏡、第二直流透鏡及多電極部件，所述第一直流透鏡與第二直流透鏡分別設置在所述第一離子存儲裝置的兩側，第一直流透鏡用于接收從離子源發射的所述離子，所述第二直流透鏡用于將接收的所述離子發送給所述四極桿質量分析器，所述多電極部件設置在所述第一離子存儲裝置的中間。

9、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述多電極部件上施加有射頻電壓及直流偏置電壓。

10、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述第一直流透鏡為skim鏡，第二直流透鏡為l0透鏡。

11、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述多電極為四極桿、六極桿、八極桿或離子漏斗。

12、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述所述第二離子存儲裝置包括第三直流透鏡、第四直流透鏡及多電極部件，所述第三直流透鏡與第四直流透鏡分別設置在所述第二離子存儲裝置的兩側，第三直流透鏡用于接收從四極桿質量分析器發出的離子，所述第四直流透鏡用于將碎片離子發送給離子檢測裝置，所述多電極部件設置在所述第二離子存儲裝置的中間。

13、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述第三直流透鏡為前端蓋透鏡，所述第四直流透鏡為后端蓋透鏡。

14、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述所述四極桿質量分析器包括依次串聯的主四極，一個前預四極和一個后預四極。

15、本發明還提供了一種串聯質譜分析系統的分析方法，所述方法采用所述的串聯質譜分析系統實現，所述方法包括步驟：s1：離子發射裝置將樣品進行離子化后得到離子；

16、s2：所述離子穿過第一離子存儲裝置，進入四極桿質量分析器，從中篩選出第一設定質荷比的離子進入第二離子存儲裝置中存儲，此時離子發射裝置上的離子門關閉；

17、s3：存儲的離子從第二離子存儲裝置中逐出返回傳輸通過四極桿質量分析器進入第一離子存儲裝置，在第一離子存儲裝置1中解離得到碎片離子；

18、s4：碎片離子從第一離子存儲裝置中逐出返回進入四極桿質量分析器，四極桿質量分析器從中篩選出第二設定質荷比的離子，這些離子穿過第二離子存儲裝置到達離子檢測裝置獲得離子流信號；

19、s5：打開離子門，讓離子發射裝置再次發射的離子進入串聯質譜分析系統，重復s2-s4的操作。

20、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，離子解離包括碰撞誘導解離、電子轉移解離或光解離。

21、本發明的有益效果

22、與現有技術相比，本發明有如下有益效果：

23、使用單只具備質量分析功能的高精度四極桿組合兩個非高精度機械機構、低成本的離子存儲裝置實現串聯質譜分析，不僅具有體積小、成本低的優勢，而且具有三重四極桿、離子阱兩種質譜的優點。