[发明专利]一种用于质谱中的光学成像质量分析方法

说明书

本发明涉及一种用于质谱中的光学成像质量分析方法，所述方法采用飞行时间空间分类的手段，结合二次电子和光子的转化，并对光子进行光学成像分析处理，实现简单可靠的质量分析方法；对于一个已知离子质谱谱图N＝S(m，e)，纵轴为不同质荷比离子对应的离子量，横轴为离子的质荷比，所述质量分析方法通过四个步骤，实现光学对质荷比的分析。本发明相比传统的飞行时间，本发明的离子的初始飞行距离(100mm)远远小于传统飞行时间(1000mm)所需的空间。其对离子的空间解析是通过光学成像实现。在1mm级别内，光学的空间分辨率，远远大于各种电子信号探测器的时域分辨率(皮秒级别)；通过改变光路的设计，直接调整透镜焦距的比例，实现调整光子空间位置的的分辨率和视野宽度，从而简单有效提高质荷比的分辨率。

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种用于质谱中的光学成像质量分析方法。

背景技术

质谱作为最为广泛应用、最具特异性的化学检测的手段，是通过对各种电离化学物质并根据其质量电荷比(质荷比)对其进行排序，实现对化学样品分子定性。质谱被用于许多不同领域，并被用于纯样品和复杂混合物。通过对质谱图中质荷比的函数的曲线图解读，以确定样品的元素或同位素签名，颗粒和分子的质量，并阐明分子的化学结构，如高聚物和其他化合物。在典型的质谱中，分为样品电离、质量分析和离子探测三个步骤。样品电离阶段，固体，液体或气体的样品经过离子源被电离，例如用电子轰击、光电离、电喷雾等手段，将样品的分子破碎成带电荷的离子或离子团。质量分析阶段，离子和离子团根据其质荷比，通常电场或磁场进行加速或偏转，在时空上产生分离。探测阶段，在不同的时空上分离开来的离子和离子团，通过电荷粒子探测器(例如法拉第盘，电子倍增管，阵列感应器，前两者为单点时序探测，后者为空间探测)探测离子和离子团的总电荷并将其转化成电信号强度，不同时间或空间上电信号强度直接对应不同质荷比离子的数目。质谱的本质为离子质荷比到时空的映射，最终探测到的电子信号为质荷比的函数。样品中的原子或分子可以通过将已知质量与鉴定的质量相关联或通过特征分解模式来鉴定。

现阶段质谱中较为普遍的质量分析方法有扇形磁场、飞行时间、四极杆、离子阱、离子回旋共振。扇形磁场、飞行时间中驱动离子的磁场和电场为静磁场和静电场，其对电磁场设计要求较低。然而为到达足够的分辨率(不同质荷比离子的空间离散)，这两种质量分析所需的空间过大，在目前流行微型化质谱的年代，市场逐渐流失。四极杆、离子阱、离子回旋共振为微型化质谱仪广泛使用，其主要通过高频的射频电场，对不同质荷比离子场驱动和共振，并在时域下串行筛选，以实现对离子的区分。因而这些类型的质谱仪容易被微型化，目前也有较大的市场占有率。尽管这里质谱仪的质量分辨率也相对较高，但同时其主要的驱动电场的电路设计复杂和成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提出了一种用于质谱中的光学成像质量分析方法，所述方法针对如何压缩质量分析器的空间体积(优于扇形磁场、飞行时间)和简化电路设计(优于四极杆、离子阱、离子回旋共振)，以降低其生产和维护成本。

本发明的技术方案为：用于质谱中的光学成像质量分析方法，采用飞行时间空间分类的手段，结合二次电子和光子的转化，并对光子进行光学成像分析处理，实现简单可靠的质量分析方法；对于一个已知离子质谱谱图N＝S(m，e)，纵轴为不同质荷比离子对应的离子量，横轴为离子的质荷比，所述质量分析方法通过以下的步骤，实现光学对质荷比的分析：

第一步，等势离子加速

电离后的离子和离子团经等势电极加速后，带相同动能，离子和离子团带正电荷，由于质荷比的不同，离子的初速度不同，初速度方向相同，离子初速度的电势与质荷比函数为

其中，U为电极电势差，e为离子电荷，m为离子质量数，v为离子速度；

第二步，短距离飞行分类