[发明专利]提高小型线性离子阱质谱计质量范围上限的方法和质谱计

说明书

技术领域

本发明属于真空测量技术领域，具体涉及一种提高小型化线性离子阱质谱计质量上限的方法以及一种具有大质量上限的小型化线性离子阱质谱计。

背景技术

为了满足现场检验和空间探测需求，质谱计的小型化研究取得了突飞猛进的进展。主流的质谱计，如磁偏转质谱计、飞行时间质谱计、四极杆质谱计、离子阱质谱计等，均有小型化产品出现。

与其它类型的质谱计相比，离子阱质谱计在小型化领域具有如下优点：1)运行真空度要求不高；2)具有串级质谱分析能力；3)结构控制简单；4)信噪比高。当前，以3D离子阱、圆柱形离子阱、线性离子阱和矩形离子阱作为质量分析器，均有小型化质谱计产品问世，并广泛应用于空间探测、食品安全、环境保护、国土安全等领域。其中，线性离子阱质谱计具有最优的分析性能。过去受制于加工难度等因素，线性离子阱质谱计的小型化研究进展缓慢；随着加工工艺的不断进步和加工成本的不断下降，线性离子阱日益成为离子阱质谱计小型化设计的优先选择。

对于小型化线性离子阱质谱计来说，降低能耗十分重要。但是要降低能耗，一种方案是降低施加在线性离子阱电极上的射频信号RF的幅值，然而射频信号RF幅值降低，会导致因质谱计功率下降带来的弹出参数q_eject增加。在线性离子阱中，能够有效弹出的离子最大质量由式(1)决定

其中e是电子电量，V是射频信号最大幅值，q_eject是弹出参数，r₀是电极内切圆半径，Ω是射频信号频率。可见，离子阱的质量上限与e、V呈正比，而与q_eject、r₀、Ω呈反比。对于小型化离子阱，V、r₀、Ω均为定值。因此，要增大m_max，只能尽可能地降低q_eject。

然而，降低质谱计功率导致的弹出参数q_eject增加，会进一步使得质谱计有效弹出的离子质量m_max降低。因此，单纯的通过降低射频信号幅值来降低小型化线性离子阱质谱计的功率，会导致质量上限的降低。目前，对于小型线性离子阱质谱计，其质量上限一般小于1000Da。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小型化线性离子阱质谱计质量上限的方法，能够在降低小型化线性离子阱质谱计功率的同时，质谱计的质量上限在较低射频信号幅值下得到保持。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

一种提高小型化线性离子阱质谱计质量上限的方法，降低施加在小型化线性离子阱质谱计中线性离子阱电极的射频信号幅值；在线性离子阱质谱计运行的弹出阶段，对施加在弹出电极上的辅助交流信号的频率进行扫描；频率扫描范围覆盖离子质量范围对应的久期频率。

优选地，所述射频信号幅值降低的下限为300V。

优选地，所述射频信号幅值为350V。

优选地，该小型化线性离子阱质谱计的运行分为四个阶段：电离阶段、进样阶段、冷却阶段和弹出阶段；

在电离阶段，射频信号、前端盖电极直流信号、后端盖电极直流信号、辅助交流信号均保持为0；

在进样阶段，射频信号幅值升至350V，频率保持在设定频率，并保持至弹出阶段结束；前端盖电极直流信号、后端盖电极直流信号、辅助交流信号保持为0；

在冷却阶段，前端盖电极直流信号、后端盖电极直流信号上升至150V，并保持至弹出阶段结束；辅助交流信号保持为0；

在弹出阶段，辅助交流信号上升至4.5V，且对其频率由10kHz～1000kHz进行对数扫描，直至弹出阶段结束；

在整个运行期间，电子倍增器电压保持为-1500V。

其中，所述辅助交流信号的频率扫描方式为对数扫描或线性扫描，根据质量范围的宽窄进行选择。

本发明还提供了一种具有大质量上限的小型化线性离子阱质谱计，能够在降低小型化线性离子阱质谱计功率的同时，质谱计的质量上限在较低射频信号幅值下得到保持。

该具有大质量上限的小型化线性离子阱质谱计，包括物理部分和电子控制系统；物理部分包括电离源、进样系统、真空腔、线性离子阱和离子检测器；电子控制系统用于对施加在线性离子阱电极上的射频信号、施加在前后端盖电极上的直流信号，以及施加在弹出电极上的辅助交流信号进行控制；其特点是，降低所述射频信号的幅值；在线性离子阱质谱计运行的弹出阶段，对施加在弹出电极上的辅助交流信号的频率进行扫描；频率扫描范围覆盖离子质量范围对应的久期频率。