[发明专利]一种质谱分析仪及其分析方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及分析仪器中的质量分析技术领域，具体是一种质谱分析仪及其分析方法。 

[背景技术]

质谱仪又称质谱计，是用于分离和检测不同化学或生物成分的仪器，它根据带电粒子在电磁场中运动状态和结果的的不同，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。磁质谱仪是质谱仪器的一种，它经历了漫长的发展历史。从传统的磁偏转质谱仪、磁回旋质谱计到近代的傅里叶变换磁回旋共振质谱仪，即FTICR，都是利用带电离子在磁场中的运动来分析它们的种类的。质量分辨率是指质谱仪分辨出不同种类分子的能力。一般而言，质量分辨率越高越好。最新报道的FTICR质谱仪的质量分辨率已经达到了上千万，是任何其它形式的质谱仪无法比拟的。 

在FTICR质谱仪中，一般采用超导线圈来产生几到几十特斯拉的均匀磁场，线圈的中心孔径一般为50~100mm，被分析的离子由导引多级杆沿着磁场中心轴被引入ICR Cell，即回旋阱室，并由轴向的直流电势阱将其捕获。而在径向，离子受磁场的约束，从而被束缚在回旋阱室中。被捕获的离子先是聚积在回旋阱室的中心，随后在回旋阱室的电极上加激发高频电压，使各种离子依次被共振激发，运动轨道半径增加至一个较大半径。离子做大半径回旋运动时，在回旋阱室的检测电极上诱导出镜像电流，其频率对应于离子的回旋运动频率，它与离子质荷比成反比。检测、放大记录各种离子的镜像电流，并用傅里叶变换 转换成频谱，即为反映离子按质荷比分布的质谱。 

根据经典物理学理论，离子的回旋运动频率ωc =qB/m，而傅里叶变换质谱的质量分辨率可由下式得到： 

，其中，f =ω/2π，T_m为镜像电流的测量时间。 

为了得到高分辨率能力，就要提高离子回旋频率或者增加测量时间。通常质谱仪工作对效率和通量有很高要求，每秒希望能采到多幅质谱图，这时，只有通过增加磁场强度B进而实现提高回旋频率f来实现高分辨能力。所以使用超导磁体成为不可或缺的技术，而且为了避免离子激发过程中产生磁控管运动模式，在整个阱室范围内，磁场强度必须非常均匀，电场强度也必须精确的满足特定分布条件，所以FTICR质谱仪也是造价最昂贵的质谱仪。而且，用液He冷却的超导线圈维护和使用成本也很高，不利于大量推广。 

中国是稀土大国，近年来稀土永久磁铁研制已有很大发展，强度达1特斯拉的钕合金磁铁已经可以批量生产，且价格便宜。在L C Zeller 等人的Characterization of a small FTICR mass spectrometer based on a permanent magnet一文（Anal. Chem., 1993, 65 (15), pp 2116–2118）中提出用永磁铁产生磁场提供给回旋共振式质谱仪，但在直径50mm以上的截面上产生均匀的强磁场绝非容易，不仅总磁通量超过一般磁铁能提供的量，而且也不容易在整个截面上分布均匀，所以永磁回旋共振式质谱仪未能得到快速发展。 

[发明内容]

本发明的目的就是为了解决现有技术中的不足，提供一种结构新颖、安全 可靠，解决在较低磁通量下的磁回旋质谱仪的设计问题，可以提高傅里叶变换质谱仪镜像电流信号频率的一种质谱分析仪及其分析方法。 

为实现上述目的，提供一种质谱分析仪，包括一组旋转对称的永久磁体和离子加速装置及电极上的电压，其特征在于中心磁铁柱1的左右两侧分别设有半口字型的磁体2，两块半口字型磁体2长度高于中心磁铁柱1的长度，在其上部和下部的中央分别设有第一空腔和第二空腔结构，第一空腔结构内的下部为离子存储装置5，在离子存储装置5的上部分别设有离子加速装置3和真空室4，在真空室4的中间，设有上下等距离等间隔平行排列的电极81和电极82或若干个电极，在电极81和电极82的左右两侧设有电极阵列6和阵列7，所述的半口字型磁体2由端帽磁体以串联的方式组合在一起，使两个端帽之间环形空间产生磁场，所述的中心磁铁柱为永久磁铁柱，它在空间的磁力线被上述环形空间的磁力线所环绕，构成高强磁场，高强磁场的磁力线与环形空间的中轴线正交，所述的真空室4在上述环形空间构成超高真空，所述的离子加速装置3的离子沿着环形中轴线的离子环形运动轨道回旋运动，使离子加速装置中的被分析离子加速，所述环形中轴线周围的一系列电极上的电压，构成在环形空间的磁场方向控制离子的电场强弱。 

在一个环形空间形成的高强磁场强度不小于5000高斯，或至少不小于1000高斯。