[发明专利]一种小型化的二级真空矩型离子阱质谱仪及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用质谱仪器进行生化物质的原位和现场检测领域，特别涉及一种具有二级 真空系统的小型矩型离子阱质谱仪以及提高其分析性能的检测方法。

背景技术

质谱分析法是一种高特异性、高灵敏度，并且应用广泛的普适性化学分析方法。近年来， 原位分析与现场检测需求的不断增加，使小型化质谱仪器得到了快速的发展与应用。在各种 质谱仪中，离子阱质谱仪凭借其相对简单的结构和强大的时间串级质谱能力，在生命科学、 医药卫生、环境监测、食品安全等领域发挥着巨大的作用。但传统的线性离子阱由于双曲面 形状的电极结构，不便于小型化。

在2004年由PURDUERESEARCHFOUNDATION发表的国际专利(PCT/US2003/041687)，将 传统线性离子阱的双曲面电极替换为平板电极，提出了矩形离子阱质量分析器。其在拥有与 双曲面的线性离子阱一样强大的离子储存能力的同时有更加简单的结构，降低了质量分析器 的加工难度和制作成本，成为小型质谱仪一个良好的质量分析器的选择。他们团队也在此基 础上发展了多款基于矩型离子阱的具有一级腔体的小型质谱仪。然而对于只有一级腔体的小 型矩形离子阱质谱仪，离子收集，动能冷却，质量分析等过程均有矩形离子阱来完成，其进 样效率低，空间电荷效应明显，导致分析效率、检测灵敏度、质量精度以及分辨率等性能都 大大降低。所以提高矩形离子阱质谱的分析效率和性能对质谱小型化非常重要。

在传统的商用质谱中，有人提出将多个质量分析器联合使用，结合不同分析器的特点来 提高质谱性能。如MDSSciex公司发表的美国专利US7049580，提出来一种串联四极杆复合 线性离子阱质谱，将三重四极杆质谱仪的最后一级四极杆(Q3)改为线性离子阱(LIT)，并结合 轴向质量选择出射功能，提高了灵敏度和分辨率的同时兼有定量分析的功能。ThermoFinnigan 公司提出的美国专利US20080142705，发明了一种双压线性离子阱质谱，结合高压离子阱与 低压离子阱的优点，提高了分析效率。然而这种双气压阱的模式在原来LTQ质谱上多了一个 线性离子阱与缓冲气单元，增加了系统的复杂性，并且高气压单元的离子阱是无质量选择的 进行离子收集与传递，浪费了其质量选择能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有两级真空系统的小型矩形离子阱质谱仪以及提高其分析性 能的检测方法，以克服一级腔体的小型质谱仪结构简单但性能不高的问题，同时克服现有商 用质谱仪虽性能较高但系统复杂的缺陷，使质谱仪不仅结构简单，对加工精度要求不高，便 于小型化，而且具有良好的分析性能。

本发明的技术方案如下：

一种小型化的二级真空矩型离子阱质谱仪，其特征在于：该质谱仪包括具有气压梯度的 两级真空腔，第一级真空腔内包括大气压接口取样锥、四极杆和离子门电极；第二级真空腔 内包括矩形离子阱和离子检测器；两级真空腔之间设有离子光学元件；所述的大气压接口取 样锥、四极杆、离子门电极、离子光学元件和矩形离子阱的中心轴位于同一直线上，构成离 子传输的路径。

上述技术方案中，所述的离子光学元件由带孔的平板电极、八极杆、四极杆或它们的组 合构成。所述的孔的直径在0.02mm-2mm范围内。

本发明的技术特征还在于：第二级真空腔内含有引入缓冲气体的毛细管，来调节真空度； 所述的缓冲气体为氦气、氮气或空气。

基于所述的一种具有二级真空系统的小型矩形离子阱质谱仪的检测方法，其特征在于： 第一级真空腔内的四极离子阱和第二级真空腔内的矩形离子阱配合工作为两种模式：储存离 子阱-矩形阱模式和同步分析离子阱-矩形阱模式。

第一种模式：

1)离子进入气压为1-0.001Pa的第一级真空腔后，对大气压接口取样锥施加直流电压， 四极杆施加射频电压或带有直流偏置的射频电压，离子门电极施加直流电压，三者组成四极 离子阱进行快速的离子收集；在进行串级质谱分析时，收集到的母离子在四级离子阱内完成 隔离与碎裂过程；

2)降低离子门电极的电压，并利用直流、射频和辅助AC电压控制离子光学元件和矩形离 子阱，将目标离子传递到位于具有气压为0.01Pa-0.0001Pa的第二级真空腔内的矩形离子阱中；

3)提高矩形离子阱中前Z平板电极的电压，目标离子被束缚在矩形离子阱中并完成动能 冷却；

4)扫描矩形离子阱的射频电压，完成目标离子的质量分析；