[发明专利]石墨烯电极用于质谱仪中离子信号的快速检测装置和方法

权利要求书

1.石墨烯电极用于质谱仪中离子信号的快速检测装置，其特征在于：包括质谱仪质量分析器、石墨烯电极、石墨烯电极组、以及电流或电压测量装置；石墨烯电极安装在质谱仪质量分析器离子引出端一侧，石墨烯电极上设置供离子穿过的多个小孔，用于从质谱仪质量分析器中分离出的离子的通过；其中：当石墨烯电极组为2个电极时，电流和电压检测装置直接和这2个电极相连接；当石墨烯电极组为3个或者3个电极以上时，可以分别测量离子通过每一个石墨烯电极上的电流信号，也可以测量离子通过相邻二个电极时所产生的电流信号。

2.根据权利要求1所述的石墨烯电极用于质谱仪中离子信号的快速检测装置，其特征在于：所述质谱仪质量分析器是飞行时间质量分析器、四极质量分析器、离子阱质量分析器、单聚焦扇形磁场质量分析器、双聚焦扇形磁场质量分析器、其它类磁质量分析器中的任一一种，或所述任意几种质量分析器的组合。

3.根据权利要求1所述的石墨烯电极用于质谱仪中离子信号的快速检测装置，其特征在于：所述石墨烯电极是单层的石墨烯或多层石墨烯，所述石墨烯电极上加工有若干可以让离子通过的小孔。

4.一种根据权利要求1所述的石墨烯电极用于质谱仪中离子信号的快速检测装置的检测方法，其特征在于：所述检测方法如下：

根据电磁学原理，当带电粒子通过空间一个平面时，所产生的电流I为：

上式中，ΔQ为ΔT时间内所通过的电荷量，对单电荷来说，其电荷为1.6*10^-19库伦；

一般来讲，单层石墨烯片的厚度约为0.334nm，或3.34*10^-10米，在飞行时间质谱中，离子离开飞行时间质量分析器离子引出端的运动速度约为105米/秒，因此，离子穿过单层石墨烯电极所用的时间为：

因此，一个单电荷的离子通过单层石墨烯电极所产生的电流为：

如果最终测量的是电压信号，且取样电阻为1000欧姆，则所测量得到的电压信号为：

V＝5E-5*1000＝50mV

如有10个单电荷离子同时通过单层石墨烯电极，则测量得到的电压信号为：

V₁₀＝50mV*10＝500mV

如果1个带10个电荷的离子，如电喷雾电离产生的生物大分子离子，它通过单层石墨烯电极所产生的电压同样可用所述原理计算得到。

5.根据权利要求4所述的石墨烯电极用于质谱仪中离子信号的快速检测装置的检测方法，其特征在于：当测量离子在相邻2个石墨烯电极之间运动所产生的电流时，所述的离子电流测量方法如下：

根据电磁学原理，当带电粒子通过2个相邻电极时，在这二个电极之间所产生的电流I为：

上式中，ΔQ为ΔT时间内所通过的电荷量，对单电荷来说，其电荷为1.6*10-19库伦，ΔT为离子通过二个电极之间的距离所用的时间；

如果在实验中将二个石墨烯电极安置在相聚1毫米，同样在飞行时间质谱中，离子离开飞行时间质量分析器离子引出端的运动速度约为105米/秒，因此，离子穿过单层石墨烯电极所用的时间为：

因此，一个单电荷的离子通过单层石墨烯电极所产生的电流为：

如果最终测量的是电压信号，且取样电阻为1000欧姆，则所测量得到的电压信号为：

V＝1.6E-11*1000＝1.6E-8V

如有10个单电荷离子同时通过单层石墨烯电极，则测量得到的电压信号为：

V₁₀＝1.6E-8V*10＝1.6E-7V

如果1个带10个电荷的离子，如电喷雾电离产生的生物大分子离子，它通过单层石墨烯电极所产生的电压同样可用所述原理计算得到。