[发明专利]一种直线式飞行时间质谱仪

说明书

技术领域

本发明属于质谱仪技术领域，具体涉及一种直线式飞行时间质谱仪，尤其是一种可采用电子轰击离子源、具有纳秒脉冲离子开关的直线式飞行时间质谱仪。

背景技术

飞行时间质谱仪在化学分析、材料检测、食品药品安全检测、环境保护领域中有着广泛和重要的应用。从离子引出方式可分反射式飞行时间质谱仪和直线式飞行时间质谱仪。

反射式飞行时间质谱仪从离子出口垂直方向引出离子，并经过反射器后使离子达到检测器。其优点是通过加速、减速和反射器的设计，使仪器分辨率较高，又由于反射器的设计，使离子飞行距离延长，因此缩短了谱仪的体积。

1998年，郁昆云等人在“质谱学报”第19卷第一期发表了题为“高分辨飞行时间质谱仪的原理及设计”，提出了反射式飞行时间质谱仪的设计原理，总结了其优点。2008年7月，高伟等人在“质谱学报”第29卷第四期发表题为“电子轰击源垂直加速飞行时间质谱仪的研制”，从采用电子轰击源的角度，叙述了反射式飞行时间质谱仪的原理及设计特点。

反射式飞行时间质谱的缺点是：一方面，由于体积所限，能量可调范围很小，对引出电压大于5kV的离子，无法进行检测；另一方面，为了提高质量分辨率，需要引出的离子数很少，在离子检测系统中必须采用微通道板，微通道板对不同质量的离子响应差别很大，所以测量精度不能保证。

直线式飞行时间质谱仪从离子出口水平方向引出离子，离子以直线方式飞行到达检测器。直线式飞行时间质谱仪优点是结构简单、离子引出能量不受限制。但是随着离子能量的增加，飞行距离增加，因此，谱仪的体积就增加，这是其主要缺点。另外，谱仪对离子质量分辨率R与取样质谱峰半宽度有以下关系：

（1）

式中，R为谱仪质量分辨率；m为离子质量；Δm为相邻离子质量之差；t为离子质量飞行时间；Δt为相邻离子飞行时间之差，与质谱峰半宽度密切相关。

根据公式（1），谱仪质量分辨率R与Δt成反比，即与离子进入无场飞行区前的开门时间成反比。如果直线式飞行时间质谱仪取样时间宽度较宽，则其质量分辨率降低。

为此，美国LBNL的科学家发展了离子门方法，以便提高谱仪的质量分辨率：在离子进入无场飞行区前设置一个开关脉冲，有脉冲时，离子通过，无脉冲时，离子不通过。2005年，美国的A.Anders在“JOURNALOFPHYSICSD:APPLIEDPHYSICS”杂志第38卷第7期发表了题为“Ionchargestatefluctuationsinvacuumarcs”的文章，系统介绍了一种直线式飞行时间质谱仪，采用真空弧离子源。在谱仪中设计了离子门，离子门半宽度在100ns左右。离子门方法，提高了直线式飞行时间质谱仪的质量分辨率，同时也使离子源在放电过程中，不同时间离子的分布差异的检测成为现实。2006年，俄罗斯V.I.Gushenets等人在“REVIEWOFSCIENTIFICINSTRUMENTS”杂志的第77卷,第6期发表了题为“Simpleandinexpensivetime-of-flightcharge-to-massanalyzerforionbeamsourcecharacterization”文章中，介绍了一种直线式飞行时间质谱仪，采用真空弧离子源，其离子门为一组圆形栅板，栅板的内电极接地，外电极加半宽度为100ns、脉冲幅度达5kV的脉冲，加脉冲时离子通过,经无场飞行1m距离达到离子检测器，无脉冲时离子不能通过。俄罗斯V.I.Gushenets等人研制圆形栅板直径大于28cm,所以谱仪的体积很大。A.Anders等人和V.I.Gushenets等人的设计共同缺点是，加到离子门的脉冲幅度只有5kV，离子引出电压限制在30kV以内；加到离子门半宽度为100ns，其质量分辨率低于15。

发明内容

本发明提供了一种直线式飞行时间质谱仪，它采用电子轰击离子源，采用纳秒脉冲离子开关，离子开关所加脉冲幅度达到20kV,脉冲半宽度为30ns,离子引出电压可以达到80kV以上，谱仪的分辨率为1000。克服了其它飞行时间谱仪的局限性。