一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪及使用该质谱仪进行离子飞行时间测量的方法技术

本发明专利技术提供了一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪及使用该质谱仪进行离子飞行时间测量的方法。本发明专利技术提供的装置及方法通过直流辉光放电等离子体、线性分子离子反应管、射频多级杆离子传输装置、静电透镜组、飞行时间质量分析器的装置和使用方法上的配合，通过施加梯度电场使挥发性有机物离子进行迁移运动，送入射频多级杆离子传输装置；射频多级杆离子传输装置通过施加射频场，将离子进行高效率束缚聚焦，并分离中性气体分子，将聚焦后的离子送入静电透镜组；静电透镜组将离子进行进一步的加速、聚焦和准直，进一步分离中性气体分子以后将离子送入飞行时间质量分析器，具有快速、高灵敏度地检测挥发性有机物离子的能力，整体显著地提高挥发性有机物离子利用与检测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪及使用该质谱仪进行离子飞行时间测量的方法
本专利技术属于质谱分析领域，具体涉及一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪及使用该质谱仪进行离子飞行时间测量的方法。
技术介绍
挥发性有机物（VolatileOrganicCompounds，VOCs）是大气、水和土壤环境中的主要污染物，长时间摄入会有致癌、致畸、致突变的危险，空气中挥发性有机物还会参加光化学反应从而导致气候的恶劣变化，如光化学烟雾、有机气溶胶、温室效应的出现，通过分析此类挥发物对于监控环境污染、改善环境有重要作用；食品中也含有大量的挥发性有机物，通过分析食品的挥发物，可以监控食品的成分和质量，保证食品安全；挥发性有机物还是人体呼出气体中的重要成分，它们常常和某些疾病有着密切的关系，通过分析呼出气体中的挥发性有机物，可以了解人体的新陈代谢过程，实现对疾病的早期诊断。因此，对挥发性有机物进行监测对于人类的健康以及生活环境的维持和改善具有重要意义。目前，检测挥发性有机物的主要质谱手段是气相色谱质谱联用（GasChromatography-MassSpectrometry，GC-MS）方法，这种技术在测定痕量挥发性有机物方面一直发挥着重要作用，但是，GC-MS涉及到色谱分离技术以及样品的采集、浓缩提取，导致测量耗时又费力，且不适于现场、实时在线分析；此外，该联用技术所采用的电子轰击电离源是一种硬电离技术，不仅会形成多种离子碎片，使得质谱图复杂、分析难度大，而且还会将空气中的常规组分N2、O2、CO2和Ar等分子电离，干扰小分子量挥发性有机物的实时检测。质子转移反应质谱（ProtonTransferReactionMassSpectrometry，PTR-MS）技术是一种基于质子转移反应的化学电离源质谱技术，可对挥发性有机物实施更为快速的检测分析，具有气相色谱质谱联用不可比拟的优势。其基本原理是先用各种电离手段将水蒸气分子离子化，产生反应试剂离子H3O+，反应试剂离子再与样品分子碰撞发生反应并使样品离子化，从而进行质谱检测。然而，目前的质子转移反应质谱仪在灵敏度等方面还存在很多缺陷，无法满足实际应用中的各类需求。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术提供了一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪，还提出了使用该质谱仪进行离子飞行时间测量，从而实现对离子的荷质比、丰度的快速、高灵敏度测量。本专利技术提供的装置及方法通过直流辉光放电等离子体、线性分子离子反应管、射频多级杆离子传输装置、静电透镜组、飞行时间质量分析器的装置和使用方法上的配合，显著提高了质子转移飞行时间质谱仪和测量方法的速度、灵敏度，显著提高了离子飞行时间测量的效率。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪，包含依次连接的直流辉光放电等离子体、线性分子离子反应管、射频多级杆离子传输装置、静电透镜组、飞行时间质量分析器。进一步地，所述的直流辉光放电等离子体包含一个或多个中心开孔的直流辉光放电等离子体导电部件和直流辉光放电等离子体绝缘部件，所述的直流辉光放电等离子体的导电部件和绝缘部件间隔、同轴布置。进一步地，所述的线性分子离子反应管包含一个或者多个中心开孔的反应管导电部件和反应管绝缘部件，所述的线性分子离子反应管的反应管导电部件和反应管绝缘部件间隔、同轴布置。进一步地，所述的射频多级杆离子传输装置包含至少为的偶数根导电棒，所述的导电棒绕径向圆周均布。进一步地，所述的导电棒为圆柱形或长方体，数量为根或根或根，固定于绝缘架上。进一步地，所述的静电透镜组包含一个或多个中心开孔的透镜导电部件和透镜绝缘部件组成，所述的透镜导电部件和透镜绝缘部件间隔、同轴布置。进一步地，所述的直流辉光放电等离子体导电部件由任何导电或表面导电的材料制成，所述的直流辉光放电等离子体绝缘部件由绝缘材料制成；所述的反应管导电部件由任何导电或者表面导电材料制成，反应管绝缘部件由绝缘材料制成；所述的导电棒由导电或表面导电的材料制成，所述的绝缘架由绝缘材料制成；所述的透镜导电部件由任何导电或表面导电的材料制成，所述的透镜绝缘部件由绝缘材料制成。进一步地，所述的飞行时间质量分析器由加速器，无场飞行区，反射器以及检测器构成。采用所述的一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪进行离子飞行时间测量的方法，包括以下步骤：步骤：将低压纯水蒸气作为放电气送入直流辉光放电等离子体中，通过辉光放电将水蒸气电离，生成水合质子并送入线性分子离子反应管；步骤：线性分子离子反应管维持在一定的真空度下，在线性分子离子反应管的反应管导电部件间施加由一端至另一端逐级递减的直流电压，即每个反应管导电部件上均施加直流电压，从第一个到最后一个，电压逐级递减；通过施加梯度电场使挥发性有机物与水合离子在其中进行分子离子反应，反应后送入射频多级杆离子传输装置；步骤：在射频多级杆离子传输装置相邻的导电棒上施加反相交流/射频电压，即在任意相邻的两个导电棒之间都施加所述电压；通过施加射频场，将线性分子离子反应管传输来的离子进行高效率束缚聚焦，并分离中性气体分子，将聚焦后的离子送入下一级真空中的静电透镜组；步骤：在静电透镜组的透镜导电部件上分别施加直流电压，静电透镜组将射频多级杆离子传输装置送入的离子进行进一步的加速、聚焦和准直，进一步分离中性气体分子以后将离子送入飞行时间质量分析器；步骤：飞行时间质量分析器测量不同离子的飞行时间，并通过同动能的不同质荷比离子飞行速度的差异，对离子的质荷比及丰度进行测定。进一步地，所述步骤中的在导电棒上施加的反相交流/射频电压为频率K至MHz的反相交流/射频电压。本专利技术具有以下显著的、有益的技术效果：本专利技术所提供的高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪及离子飞行时间测量方法通过施加梯度电场使挥发性有机物离子进行迁移运动，送入射频多级杆离子传输装置；射频多级杆离子传输装置通过施加射频场，将传输来的离子进行高效率束缚聚焦，并分离中性气体分子，将聚焦后的离子送入下一级真空中的静电透镜组；静电透镜组将射频多级杆离子传输装置送入的离子进行进一步的加速、聚焦和准直，进一步分离中性气体分子以后将离子送入飞行时间质量分析器，具有快速、高灵敏度的挥发性有机物离子检测的能力，整体可实现显著地提高挥发性有机物离子利用与检测效率。附图说明图1为一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪结构示意图；图2为直流辉光放电等离子体结构示意图；图3为线性分子离子反应管结构示意图；图4为射频多级杆离子传输装置结构示意图；图5为静电透镜组结构示意图；图6为飞行时间质量分析器结构示意图；图7为高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪的一种实施例。图中：1-直流辉光放电等离子体，2-线性分子离子反应管，3-射频多级杆离子传输装置，4-静电透镜组，5-飞行时间质量分析器，21-直流辉光放电等离子体导电部件，22-直流辉光放电等离子体绝缘部件，23本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪，其特征在于：包含依次连接的直流辉光放电等离子体（1）、线性分子离子反应管（2）、射频多级杆离子传输装置（3）、静电透镜组（4）、飞行时间质量分析器（5）。/n

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪，其特征在于：包含依次连接的直流辉光放电等离子体（1）、线性分子离子反应管（2）、射频多级杆离子传输装置（3）、静电透镜组（4）、飞行时间质量分析器（5）。


2.如权利要求1所述的一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪，其特征在于：所述的直流辉光放电等离子体（1）包含一个或多个中心开孔的直流辉光放电等离子体导电部件（21）和直流辉光放电等离子体绝缘部件（22），所述的直流辉光放电等离子体（1）的导电部件（21）和绝缘部件（22）间隔、同轴布置。


3.如权利要求1或2所述的一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪，其特征在于：所述的线性分子离子反应管（2）包含一个或者多个中心开孔的反应管导电部件（31）和反应管绝缘部件（32），所述的线性分子离子反应管（2）的反应管导电部件（31）和反应管绝缘部件（32）间隔、同轴布置。


4.如权利要求3所述的一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪，其特征在于：所述的射频多级杆离子传输装置（3）包含至少为4的偶数根导电棒（41），所述的导电棒（41）绕径向圆周均布。


5.如权利要求4所述的一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪，其特征在于：所述的导电棒（41）为圆柱形或长方体，数量为4根或6根或8根，固定于绝缘架（42）上。


6.如权利要求4所述的一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪，其特征在于：所述的静电透镜组（4）包含一个或多个中心开孔的透镜导电部件（51）和透镜绝缘部件（52）组成，所述的透镜导电部件（51）和透镜绝缘部件（52）间隔、同轴布置。


7.如权利要求6所述的一种高灵敏度质子转移飞行时间质谱仪，其特征在于：所述的直流辉光放电等离子体导电部件（21）由任何导电或表面导电的材料制成，所述的直流辉光放电等离子体绝缘部件（22）由绝缘材料制成；所述的反应管导电部件（31）由任何导电或者表面导电材料制成，反应管绝缘部件（32）由绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：段忆翔，赵忠俊，杨燕婷，
申请(专利权)人：成都艾立本科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51