[发明专利]一种具有低温电荷检测器的颗粒离子阱质谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种质谱仪，具体涉及一种具有低温电荷检测器的颗粒离子阱质谱仪。

背景技术

颗粒物质例如大气溶胶、生物颗粒（病毒、细胞）等广泛存在于自然界中。由于这些颗粒对于大气环境和人体健康有着重要的影响，因此对其测定和表征是分析测试中的一个重要课题。众所周知，分子的质量是分子固有的性质，同样，颗粒的质量也是表征颗粒物质的一个重要参数。离子阱颗粒质谱是最近发展起来的一种测定颗粒质量的新方法。在实验过程中，由激光诱导声波解吸源解吸出的颗粒物质进入离子阱质量分析器，其质荷比和带电量分别由离子阱质量分析器和电荷检测器测得，从而实现了颗粒质量的快速、准确测定。以颗粒离子阱质谱为工具，人们已成功测定了聚苯乙烯球及多种细胞的质量。但是，颗粒离子阱质谱还有诸多不足，其中亟待解决的问题之一即为如何降低电荷检测器的背景噪音，提高颗粒质谱的分辨率。目前，电荷检测器的平均噪音约为600e，根据颗粒的带电量与颗粒尺寸存在的一定线性关系，只有1μm以上带电量较高的颗粒才能被有效地检测，这就极大地限制了颗粒离子阱质谱仪对微米级以下较小颗粒的分析。

因此，需要提供一种能降低背景噪音的颗粒离子阱质谱仪，以提高质谱仪的检测性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有低温电荷检测器的颗粒离子阱质谱仪，本发明通过对电荷检测器的低温冷却实现其背景噪音的降低，从而为拓展颗粒离子阱质谱的质量范围，实现单个病毒、细菌的质量测定奠定基础。

本发明所提供的一种具有低温电荷检测器的颗粒离子阱质谱仪，包括离子阱质量分析器、激光诱导声波解吸电离源和电荷检测器；所述离子阱质量分析器包括上端电极、环电极和下端电极；所述上端电极和所述下端电极分别设于所述环电极的两端,且所述环电极与所述上端电极和所述下端电极之间均设有绝缘陶瓷环；所述上端电极和所述下端电极的轴向上均设有通孔a；所述环电极的中心位置处设有通孔b；

所述电荷检测器设于所述离子阱质量分析器的下部，且所述离子阱质量分析器与所述电荷检测器之间设有绝缘陶瓷环；所述电荷检测器表面设有一电磁屏蔽罩，所述电磁屏蔽罩与所述通孔a的位置相应处设有通孔c；所述激光诱导声波解吸电离源包括样品靶和激光器，所述样品靶设于近所述通孔b处；

所述颗粒离子阱质谱仪还包括液氮冷却装置，所述液氮冷却装置包括一密闭腔体，所述密闭腔体与液氮流入管和液氮流出管相连通；所述密闭腔体设于所述电荷检测器的下部，且为接触配合。

所述的颗粒离子阱质谱仪中，所述密闭腔体的形状和尺寸分别与所述电荷检测器的形状和尺寸相一致，以保证所述液氮冷却装置与所述电荷检测器能够紧密接触。

所述的颗粒离子阱质谱仪中，所述液氮流入管与所述密闭腔体的底部相连通；

所述液氮流出管与所述密闭腔体的底部相连通，且延伸至所述密闭腔体的顶部处。

所述的颗粒离子阱质谱仪中，所述密闭腔体的顶部设有一凹槽，所述液氮流出管延伸至所述凹槽内，这样设置后可使液氮流入后能充满整个封闭腔体，当液氮流速大的时候可以液氮的形式从所述液氮流出管流出，当液氮流速小的时候可以气化的氮气形式从所述液氮流出管流出，从而实现对冷却温度的控制。

所述的颗粒离子阱质谱仪中，所述密闭腔体的高度可为10～20mm;

所述凹槽的高度可为3～5mm，所述液氮流出管的液氮入口端与所述凹槽顶部之间的距离可为1～2mm。

所述的颗粒离子阱质谱仪中，所述颗粒离子阱质谱仪还包括液氮流速控制装置；所述液氮流速控制装置包括液氮罐、流量计和微流阀；所述液氮流入管与所述液氮罐相连通，所述液氮罐还与一氮气管路相连通，所述氮气管路上依次设有所述流量计和所述微流阀，且所述流量计设于近所述液氮罐的一端；通过所述氮气管路通入的氮气可使所述液氮罐中的压强增大，从而能将所述液氮罐中的液氮压入到所述密闭腔体中，并可通过通入氮气流速的大小控制液氮流入所述密闭腔体的速度，以实现对所述电荷检测器的温度控制，如需温度恒定时，则可将氮气流速控制为一恒定值；如需升温时，则可提高氮气流速；如需降温时，则可停止通氮气或者降低氮气流速。

所述的颗粒离子阱质谱仪中，所述电荷检测器底部设有一温度传感器，以实时监测所述电荷检测器的温度。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明由于采用液氮对电荷检测器进行降温，最低可使检测器的温度达到-190℃，有效地降低了电荷检测器的热噪音，为将离子阱颗粒质谱的应用范围拓展到细菌及病毒的质量测定奠定了基础。