[发明专利]一种气流驱动的大气压质谱分析装置及方法

说明书

一种气流驱动的大气压质谱分析装置，包括气体发生装置、离子传输管、离子源模块以及离子检测器，气体发生装置产生层流驱动气体，离子源模块产生的离子由层流驱动气体驱动在离子传输管内轴向传输，离子传输管内设置有沿360度圆周对称分布的四个射频电极，离子经过射频电极时，利用高频高压射频四极场实现离子径向振动，与低频低压辅助交流信号共振的离子打到射频电极上而湮灭，非共振离子通过离子传输管，离子检测器设置在离子传输管的出口处用于接收离子，产生离子流陷波，得到质谱图。本发明可以在非真空条件下实现离子质谱分析，摆脱质谱对真空泵的需求，实现质谱仪进一步小型化。

技术领域

本发明涉及质谱分析技术，特别是涉及一种气流驱动的大气压质谱分析装置及方法。

背景技术

质谱技术是通过在真空环境下利用电磁场对离子化后的物质离子进行操控分离而实现对物质定性定量分析的方法，其凭借着独特的广谱性、高特异性和高灵敏度的特点，被誉为现代化学分析检测领域的黄金标准，在诸多领域都有广泛的应用。最早关于质谱技术的研究可以追述到十九世纪九十年代，经过几代科学家的不懈努力，质谱技术不断发展，质谱仪器的性能也不断完善，截止目前在质谱领域已经诞生了十余位诺贝尔奖获得者，质谱领域的发展大大推动了人类在科学研究与应用方面的进步。

近年来随着食品安全、环境监测、公共安全、极端环境探测以及临床医学领域检测体量的不断增大以及对检测时效性需求的不断增加，原位分析与现场检测成为了质谱发展的一个重要需求，这也使得质谱仪的小型化成为当今研究热点。解决质谱仪小型化过程中的核心技术问题，有望将这一实验室专用的精密仪器推向原位检测应用当中，降低检测成本，提升现场分析能力，为化学成分检测提供技术保障，在诸多领域都具有重要的应用意义。

从离子操控的角度讲，质谱仪的主要核心部件包括产生离子的离子源、用于样品离子引入的传输部件、用于离子质荷比分析的质量分析器、用于离子检测的检测器以及用于提供真空环境的真空泵和外围测控系统几个部分。而其中限制质谱仪小型化的关键因素即为真空。最早期的质谱无论离子的产生、传输、分析还是检测都需要在很高真空度的环境下工作，传统的大型实验室质谱采用持续进样大气压接口，为了保证良好的质谱内真空气压状态，往往需要多个前级机械泵配合高转速的涡轮分子泵，其重量，体积以及成本是小型化质谱无法接受的,这极大限制仪器小型化的可能性。

通过先前科学家的努力，在上述离子操控的各个环节中，离子产生(Cooks R G,Zheng O,Takats Z,et al.Ambient Mass Spectrometry[J].Analyst,2006,311(5767):1566-1570.)，离子的传输(CN102232238AUS2009/059514WO2010/045049)，包括离子的分离和检测(Zane Baird,Pu Weia and R.Graham Cooks,“Ion creation,ion focusing,ion/molecule reactions,ion separation,and ion detection in the open air in asmall plastic device”,Analyst.,140(2015)696-700)已经都可以实现非真空条件下的工作。但是即使在最适合小型化的四极离子阱质量分析器，目前小质谱中的工作气压一般仍要至少低于0.1Pa，最高的气压也需要100Pa左右的量级(Blakeman K H,Wolfe D,Cavanaugh C,et al.High Pressure Mass Spectrometry:The Generation of MassSpectra at Operating Pressures Exceeding 1Torr in a Microscale CylindricalIon Trap[J].Analytical Chemistry,2016:5378-5384.)，严重限制的仪器的体积、重量和功耗。