[发明专利]一种飞行时间质谱仪的空间啁啾延时腔体

说明书

一种微型化飞行时间质谱仪的空间啁啾延时腔体，所述空间啁啾延时腔体内设有两个与地面垂直放置的离子反射器，所述离子反射器的反射面之间夹角为α，在每个所述离子反射器上设有共轭反射镜，离子在所述空间啁啾延时腔体的飞行轨迹为之字形，由于离子反射器之间为非平行，在每次反射后，入射角逐次递减，其入射角相对下一个离子反射器的入射角将减少一个所述的夹角α，小于零后，离子光束进行反向入射，离子光束入射角每次逆向逐次递增反射，入射角变化的步距为所述夹角α，在多重反射后，离子光束在两个离子反射器间飞行的时间和行程大大增加，提高离子质量数的分辨率，大大压缩飞行过程中的实际空间。

技术领域

本发明属于质谱仪技术领域，具体涉及一种微型化飞行时间质谱仪的空间啁啾延时腔体。

背景技术

近年来在各类便携式、快速检测仪器中，微型质谱仪开始普及应用于未知化学成分的检测。其中检测的对象有危险品、爆炸物、毒品类别，由于质谱仪具备高质荷比的分辨率和高灵敏度，在含有参杂物干扰的日常安保检查中具明显优势。另外，在食品安全和环境污染检查中，由于不定点的各种抽查，对农残、水质、空气的分析检测，便携式质谱仪同样具备优势。市面上的质谱仪各式各样，其主要的工作原理是通过对各种电离化学物质生成离子，通过生成离子的质量电荷比(质荷比)进行分析，实现对化学样品分子定性分析。

质谱仪中对质荷比的分析的部分为质量分析器(分离和分类分子碎片的仪器组件)，其形式和手段也是多样化。在便携式质谱仪中，由于对其仪器质量和体积的要求，现市场上较为推广的微型化质量分析器为离子阱类。离子阱质量分析器是通过射频电场对电离生成的离子进行捕获和冷却后，再通过额外的时序频率变化的射频电场激发共振，在时轴上实现离子质量的区分。离子阱的加工工艺复杂，其射频电场的电路设计和质量分析过程繁琐，导致调试过程中的人力成本上升，最终让离子阱质谱仪价格偏高而难以被推广。而相比于离子阱类质谱仪，飞行时间质谱仪(time-of-flight mass spectrometer,TOF-MS) 的质量分析器则相对简单，但其分辨率需要足够的空间距离来实现，这是一个瓶颈。因此，飞行时间质谱仪较难实现便携化、微型化。在已有的微型飞行时间质谱仪中，其质量分析器同样需要通过电场的开关，让离子在质量分析器内多重反射飞行，来实现飞行距离最大化。电场的开关同样让分析过程复杂化，并产生离子质量轴的折叠和含糊，这也是现有技术的不足。

目前已经出现了微型化的质谱仪，相对于标准商用化的飞行时间质谱仪一米以上的无电场区域，经微型化后的飞行时间质谱仪，其性能和规格需在分辨率和体积上进行折中。其折中后的分辨率，相对离子阱类质谱仪较为逊色。目前，国内外的微型飞行时间质谱仪的分辨率一般为几百左右，除针对固定检测物品，在其他多种化学品的检测应用大大受到了限制，这也是一种缺陷。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提出了一种微型化飞行时间质谱仪的空间啁啾延时腔体。所述延时腔体应用到微型化质谱仪的离子光学上，利用空间啁啾腔体的多重反射特性，倍增无电场区域的长度，以进一步提高对离子质量分析的分辨率，使飞行时间质谱仪在微型化的同时，能达到商用性能和规格；通过激光电离样品，以达到初始离子离散的最小化；经高压电场加速后，不同质量数的离子由于初速度的离散，在无电场区域(Field-FreeRegion，FFR)分离，再通过一次反射以达到双倍无电场区域的长度，以提高离子质量数的分辨率 (无电场区域的长度越长，分辨率越高)。