[发明专利]外置电磁场常压敞开式激光质谱仪

说明书

本发明公开了一种外置电磁场常压敞开式激光质谱仪，包括顺次设置的质量分析器、控制单元、激光器、光束传输单元和外加电磁装置，待检测样品放置于外加电磁装置与质量分析器之间，质量分析器的进样口朝向外加电磁装置以收集样品离子。该质谱仪以激光作为产生等离子体的激发源，可在非真空的大气环境下进行操作，应用范围更广，外加电磁装置用于产生电磁场来控制等离子体中离子的运动方向并抑制了离子的扩散，从而起到了延长等离子体寿命、富集离子浓度、提高离子运动速度和引导离子向质量分析器进样口运动的作用，有效提高了常压敞开式激光质谱分析的信噪比和灵敏度，从而提高了质谱仪的检测精度，是一种便携且检测结果精确的检测装置。

技术领域

本发明属于样品分析仪器技术领域，涉及一种常压敞开式激光质谱仪，具体地说涉及一种以激光作为离子源的外置电磁场增强常压敞开式质谱仪。

背景技术

质谱仪是一种根据离子的质荷比来分析离子质量数的仪器，其通过测定质荷比和气相离子的丰度鉴定样品中存在的化学成分的含量和类型，在元素和同位素的检测和分析上有着不可替代的作用，随着科学技术的不断发展，质谱为有关研究与实践工作提供的信息越来越多，利用质谱仪分析样品的方法已逐渐成为生命科学、食品安全、国土安全、临床医学检测和空间技术等热门领域的主要分析方法。传统的质谱仪通常属于典型的“大型仪器”，平均报价均在百万元以上。

近年来随着移动检测和筛检市场需求的增长，如环境、海关、机场、车站、矿业、农场等领域，便携的常压敞开式质谱仪得到了广泛关注，2016年《“重大科学仪器设备开发”重点专项2016年度项目申报指南(国科发资〔2016〕38号)》中明确指出研究敞开式离子化新技术，研制新型电喷雾、介质阻挡放电、激光/气体辅助喷雾和高度集成化敞开式的离子源，开展新离子化应用方法开发和数据库构建，实施新离子源的工程化和产业化开发，以满足原位实时快速分析、单细胞分析、质谱成像分析、超痕量样品分析需求，推动我国质谱离子化技术与装置的跨越式发展。

离子源是质谱仪的核心部件之一，其很大程度上决定了质谱的灵敏度，目前，常规的离子源制备方法包括电子轰击电离(EI)、化学电离(CI)、快原子轰击(FAB)、基质辅助激光解析电离(MALDI)、热电离(TIMS)等，上述方法都需要在真空环境中操作。近年来，随着电喷雾电离(ESI)、实时直接分析(DART)、电感耦合等离子体(ICP)、大气压化学电离(APCI)、大气压光电离(APPI)、大气压固体分析探头电离(ASAP)、激光烧蚀电喷雾(LAESI)等电离方法的发明，使得非真空质谱测量成为可能。但是目前的非真空质谱测量还存在以下几个问题：(1)无法在真正的大气环境下操作，需要合适的气氛和温度。例如ICP、APCI、APPI、ASAP；(2)受外界环境影响很大。例如ESI、DART、LAESI；(3)都是软电离方法，无法有效应对硬质、难溶、难熔、难电离样品；(4)需要辅助装置对样品进行粉碎、溶解甚至雾化处理。

目前的非真空质谱测量存在的缺陷都来自于电离方法自身的不足。无论是ESI还是DART等方法，采用的都是电子或者离子喷射方法来使样品带电。这样的软电离方法对易脱附、易挥发、可溶解的材料非常适用，但是对于硬质、不挥发、难溶、难熔、难电离的样品就束手无策。尤其是目前的便携式非真空质谱设备，通常需装备有一系列配套的制样、采样和进样设施。近几年来也出现了一些以激光作为离子源的质谱仪，其可在大气环境下粉碎并离子化材料，由于该方法中采集的是激光轰击后产生的等离子体，因此等离子体的寿命、分布和密度都会直接影响测量效果。而等离子体的寿命很短，通常在数个微妙以内，且具有高温高压特性，产生后即向周边自由空间告诉扩散，使得等离子体的分布和密度始终处于一个动态变化过程，同时敞开式大气环境使得高能等离子体暴露于空气环境，极易与空气中所含的氧分子、水分子等成分发生反应，从而直接影响等离子体寿命、稳定性和成分信息，导致检测结果准确性不佳。

发明内容

为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种提高了等离子体寿命、稳定性、抑制了等离子体扩散、提高了检测准确度的外置电磁场常压敞开式激光质谱仪。