[发明专利]一种消除飞行时间质谱仪离子初始位置分散的方法

说明书

技术领域

本发明属于质量分析器设计领域，具体涉及一种消除飞行时间质谱仪离子初始位置分散的方法，主要用于提高质量分析器的质量分辨能力。

背景技术

在飞行时间质谱发展历史上，飞行时间质量分析器出现过许多不同的形式。然而从其离子加速方式上进行划分，基本可以将飞行时间质量分析器分为两类：常动量加速飞行时间质量分析器(CMA-TOF)、常动能加速飞行时间质量分析器(CEA-TOF)。顾名思义，常动量加速飞行时间质谱仪所有离子在加速场中加速时间相同，所以均获得相同的动量；常动能加速飞行时间质谱仪所有离子经过相同电场的加速获得相同的动能。早期的飞行时间质谱仪主要以常动量加速飞行时间质谱仪为主。1953年由Wolff和Stephens构造了一台动量加速的飞行时间质谱仪器。而目前商业化的飞行时间质谱(TOF)中，都是以常动能加速飞行时间质谱仪为主。这主要得益于聚焦平面技术和反射器技术的发展，使常动能加速飞行时间质谱仪成功解决了离子的初始位置分散于初始能量分散。位置分散与初始动能分散是影响飞行时间质谱质量分辨率的关键因素，只有有效降低或消除位置分散和动能分散才能提高飞行时间质谱仪的质量分辨能力。

但相比于常动量加速飞行时间质谱仪，常动能加速飞行时间质谱仪存在着如下几点局限：1.时间和质核比之间关系的非线性，因此质量分辨率与质量之间关系为：质量分辨正比例于质量数的平方根，而常动量加速飞行时间质谱，时间与质核比之间为线性关系，质量分辨与质量之间的关系为：质量分辨正比例于质量数。因此在高质量数端，常动量加速器在原理上拥有更高的质量分辨能力的潜力；2.常动能加速飞行时间质谱使用的反射器分为有网反射，有网反射器离子传输率低，大部分离子会被反射网损失，造成仪器灵敏度的降低。

因此近些年来，常动量加速飞行时间质谱仪又重新得到了学者的重视。但常动量加速飞行时间质谱仪的位置分散一直未得到有效的解决，一般采用延长无场飞行的路径来降低位置分散对质量分辨的影响，但这种方法无疑增加了仪器的尺寸，无法实现仪器的小型化与便携化。为此本发明着重解决常动量飞行时间质谱仪位置分散的问题，以提高质量分析器的质量分辨能力，并为飞行时间质谱仪的小型化与便携化提供可能。

发明内容

本发明为克服常动量加速飞行时间质谱仪离子初始位置分散的问题，首次提出了一种采用非均匀场对离子进行常动量加速的方法，用于提高飞行时间质谱仪的质量分辨，并为实现仪器小型化提供可能性。

本发明所采用的技术方案是：一种消除飞行时间质谱仪离子初始位置分散的方法，所述方法采用非均匀加速场对离子进行常动量加速。

进一步地，所述非均匀加速场的电势与所述离子在离子引出方向上的位移呈二次函数关系。

进一步地，所述二次函数为V＝a(x-L)²，其中V为电势强度，x为离子引出方向的坐标，a为常系数，L为电势分布二次函数的顶点位置。

进一步地，所述V的取值范围为1000V-5000V；所述x的取值范围为10-20cm；所述a的取值范围为10-50V/cm²。

进一步地，所述非均匀加速场包括多个平行极片，所述平行极片所施加的电压与极片位置符合公式：

U_i＝aS_i²

其中U_i为i个电极的电压值，S_i为第i个电极与最后一个电极之间的距离，a为常系数，取值范围为：10-50V/cm²；

a所表示的常系数为控制电势梯度(电场强度)与坐标x之间的斜率关系，其变化范围为：10-50V/cm²。

进一步地，所述平行极片的数量为10-30个，所述平行极片形状为空心圆柱体，所述平行极片厚度为0.5-2mm，任意两个相邻的平行极片之间的距离为5-20mm。

进一步地，所述平行极片材料为不锈钢；所述平行极片之间绝缘材料为陶瓷垫片。

进一步地，两端部的所述平行极片通过陶瓷柱与螺丝进行紧固。

进一步地，在电势强度分布的二次函数顶点位置L处设置有离子反射系统或离子接收器；

所述离子反射系统用于消除离子的初始动能，所述离子接收器用于记录离子飞行时间及离子强度。

一种飞行时间质量分析器，所述飞行时间质量分析器应用上述的非均匀加速场，所述飞行时间质量分析器可连接电子轰击式离子源，化学离子源，电喷雾离子源或者激光电离源。