[发明专利]质谱分析器

说明书

技术领域

本发明涉及质谱分析技术，进一步说，本发明涉及到利用镜像电流对高速运动的离子进行无损探测的质谱分析技术。

背景技术

质谱学发展至今，已有多种常用质谱仪产品。从对离子信号的检测技术来说，这些质谱仪又可以分为有损检测型和无损检测型两类。有损探测即为，离子经过分析器后用法拉第筒或打拿极接受，离子的电荷在法拉第筒上转化为电流，或者经打拿极倍增后，被电路放大检测到。经过一次检测，离子在法拉第筒或打拿极上被中和而消失掉。传统上大部分质谱仪都是利用这类检测方法。如，四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、磁偏转质谱仪和飞行时间质谱仪等。

当带电粒子移动到导体附近时，导体内会感应出极性相反的所谓“镜像电荷”，与该导体连接的电路中就会产生一个电流。用这种方法可以测出一个电极附近运动着的电荷，在测量的同时，该带电粒子并没有被中和消失掉。所以这类探测方法属于离子的无损探测方法。近来发展的回旋共振傅立叶变换(FTICR)质谱仪、轨道阱质谱仪(Orbitrap)用的就是这种方法。在这两种质谱仪的分析器中，离子在磁场或电场的束缚下来回震荡，在分析器一侧的电极上就感应出镜像电流，镜像电流的周期变化频率即是离子在磁场或电场中振动的频率，所以将镜像电流进行傅立叶变换得到的频谱即反映了阱中离子的质谱。

其实在带电粒子的束流管道中早已使用了无损探测粒子流的方法，比如曾被用于加速器中的粒子束流的检测器。Michel Sonck与Alex Hermanne在文章“The beam pick-up：A Transducer with a versatile set of applicationsin applied nuclear science”(<IEEE Transactions on Instrumentation andMeasurement>，Vol.46，No.4，Aug.1997)设计的同轴双圆桶束流检测器(beamcurrent Pick-up)可以检测到一束离子的脉冲信号。在束流管中使用镜像电流的探测原理也被引用于飞行管型的质谱仪器中，H.Benner在美国专利US5880466A中提出一种静电离子阱，它实际上是一种含有两个反射镜的静电飞行管。离子在两个反射镜之间来回反射，在两个反射镜之间的漂移区间，离子具有很高的运动速度。当它们穿过一个圆筒电极时，就会在该电极上感应出镜像电荷，与其连接的电路中就能探测到一个脉冲信号。但是单一的管形检测器灵敏度不高，只适合于检测如DNA这种超大分子的多电荷离子。Zajfman在他的专利离子捕获(WO02103747(A1))中，也描述了一种含有两个反射镜的静电飞行离子阱。并用一个管形检测器来获取镜像电流。但问题是镜像电流的强度很弱，即使离子源产生104个同种质荷比的离子，它们完全聚在一起运动，这时可产生的脉冲镜像电流信号才刚能被低噪声放大器检测出来，而经过多次往复运动以后，离子群中的离子因初始动能的差异逐步散开，镜像电流信号在时间上展宽，强度上减弱，直到最后就检测不出来了。镜像电流信号的记录时间越长，检测次数越多，转换获得的质谱精度就越高。所以通常人们希望离子在飞行管中往复几百次、上千次。为了避免离子信号的衰减，Zajfman提出了利用反射镜的非线性和离子间的库仑相互作用实现离子群的聚集(bunch)，使离子在飞行管中往复几百次不发散。但是，这种基于库仑相互作用的聚集(bunch)对于分析复杂离子组合的质谱仪来说，特别是有许多同位素伴峰时，大峰就会劫持小峰，会影响离子的分辨，破坏分析器的精度。

利用静电偏转透镜，也可以把飞行管设计成回旋跑道式的，同样也可以在跑道的一些漂移区间安置圆筒镜像电流检测器，来多次记录飞过离子的镜像电流。同样，这里也会有最低检测限的问题。综上所述，要想实现高分辨率和低检测限，还是要提高检测器的灵敏度，在较小的离子数量也能拾取足够的镜像电流信号。

发明内容

本发明目的之一是，提高质谱分析器中无损离子探测器对多圈飞行管中离子检测的效率。

本发明的另一个目的是，解决现有镜像电流检测器输出信号不良和离子往返两程信号极性不分的问题。