一种飞行时间质谱仪的激光能量控制方法技术

本发明专利技术涉及飞行时间质谱仪激光能量控制和结构设计领域，主要应用于基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI

【技术实现步骤摘要】
一种飞行时间质谱仪的激光能量控制方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及飞行时间质谱仪激光能量控制和结构设计领域，主要应用于基质辅助激光解析电离飞行时间质谱的离子源中，设计了一种可线性调控激光能量的方法。

技术介绍

[0003]飞行时间质谱(Time
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of
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Flight Mass Spectrometry，TOF
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MS)分析技术是利用动能相同而质荷比不同的离子在恒定电场中运动, 经过恒定距离所需时间不同的原理对物质成分或结构进行分析的一种质谱方法。
[0004]TOF
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MS以其分析速度快、质量检测范围宽、分辨率和离子传输率高等优点，在21 世纪的药物研发、分析化学、生物化学、环境化学、临床医学、食品科学、石油化学、法医学、兽医学、原子与分子物理学、聚合物物理和化学、材料科学和生态学等领域都将发挥重要的作用。TOF
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MS与液相色谱、气相色谱、毛细管电泳、四极杆、离子阱及其它质谱等的联用技术用于复杂体系的分离和分析将成为研究和应用的热点。
[0005]TOF
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MS一般由离子源、飞行时间质量分析器、离子探测器、高真空系统及信号记录与处理系统等部分组成。其中，离子源是飞行时间质谱仪数据的源头，其对特定分子量激发能力决定了仪器的检测使用范围，发射的离子直接影响到该高精度时间测量方法的测量精度。
[0006]基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI
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TOFr/>‑
MS)基本原理是将样品分散在基质分子中形成晶体。当用激光照射晶体时，基质从激光中吸收能量，样品解吸附，基质
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样品之间发生电荷转移使得样品分子电离，电离的样品在电场作用下飞过真空的飞行管，根据到达检测器的飞行时间不同而被检测。由于不同的基质和样品所需要的激发激光能量不同，恒定的激光强度会严重制约系统的使用范围和检测能力。
[0007]因此有必要设计一种基质辅助激光解析电离过程中激光能量可调可控的方法，以进一步提高飞行时间质谱仪的动态适用范围，更高效地分析鉴别化合物组成结构，对于生物科学、临床医学、食品科学等各领域的发展具有推动作用。
[0008]本专利技术主要提供一种激光能量控制方法，可用于飞行时间质谱离子源的激光能量调控。主要元件包括电机，光电开关，固定件和透射率线性渐变的中性密度滤光片，该元件具有透射率线性变化，体积小、厚度薄等优点。滤光片配合电机和光电开关的使用，能够很好的匹配飞行时间质谱中激光能量可调可控、时间精度高的具体需求，该方法有效的扩大了飞行时间质谱的使用范围，提升测量精度，具备良好的实际应用前景和加工生产潜力。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI
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TOF
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MS)离子源激光能量恒定导致仪器只能针对极少类别的基质和样品进行检测。在MALDI
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TOF
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MS系统中，不同基质和样品所需的激发激光能量不同，通常对应小分子检测使用的CHCA基质需要激光能量约13uJ/cm^2，大蛋白分子的SA基质需要18uJ/cm^2以上。
[0010]本专利技术提供一种可用于MALDI
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TOF
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MS离子源的动态调控激光能量方法。该方法能够保证光谱光能分布不变的同时，使离子源的激光能量可调可控，从而有效的扩大飞行时间质谱仪器的样品检测范围，具备良好的实际应用前景和加工生产潜力。通过可变透过率的滤光片进行激光能量调控，可使质谱仪器满足不同基质和样品的检测，适用范围更加广阔。并且激光器在使用时间较长后，输出能量会发生改变，检测精度下降甚至故障，本专利技术不需要更换激光器，通过调整滤光片透过率即可恢复系统的原有功能和检测精度。
[0011]本专利技术为解决上述技术问题实现理想效果采用以下技术方案：1.一种基于透过率渐变中性密度滤光片的激光能量调控方法，主要应用于基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI
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TOF
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MS)的离子源部分，其特征在于，在保持光谱分布的前提下，利用滤光片透过率渐变的特性，通过转动或移动滤光片，实现输出光能的可调、可控和精确调整。滤光片形状包括圆形，矩形等，圆形滤光片可通过中轴电机带动旋转控制透过率，矩形滤光片利用电机进行平移控制透过率。
[0012]2.所述MALDI
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TOF
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MS离子源部分包括激光器、透过率渐变中性密度滤光片、滤光片控制电机和控制器，光纤耦合透镜、传输光纤和固定件（或其他光能传输方式）、光束准直聚焦光路，基质和样品放置基板。通过光纤进行光能传输，使部分器件相对位置不必固定，便于系统结构调整和实验调节。
[0013]3.根据权利要求1所述透过率渐变的中性密度滤光片位于激光器输出孔和光纤耦合装置之间，在激光耦合进光纤前进行能量控制，理想情况下激光透过滤光片能量E1=E*T，E为激光器输出能量，T为滤光片上激光透过位置透过率。滤光片表面的反射光如果反射回激光器，会对激光器造成损伤，将滤光片进行倾斜，使反射光无法回到激光器内。所述滤光片厚度有一定限制，一般在1mm~3mm，倾斜放置的操作会导致激光光束相对于出射位置有一定偏移，厚度越大偏移量越大。滤光片外形需要针对整体结构进行设计考量，圆形滤光片一般外径在20mm~100mm，内径在5mm~10mm。
[0014]4.所述滤光片具有全透区域和渐变透射率区域，以圆形渐变透过率滤光片为例，该滤光片具有环向角度90
°
的全透区域，并在环向270
°
范围透过率从0~100% 渐变。滤光片的透射率变化区域能够使出射激光能量在初始能量的0~100% 范围变化，针对不同的样品和基质，需要的激发激光能量不同，转动滤光片使激光入射在滤光片的不同位置可以得到不同强度的输出激光能量。同时为找到激光强度与滤光片的对应位置，本专利技术利用光电开关监测滤光片透过率从0跳变至100% 或100%跳变至0的现象找到激光出射的准确节点。
[0015]5.在转动或移动滤光片时，透过率线性变化，理想情况下光纤输出能量也为线性变化，实际测试可发现最终输出端输出能量变化与透过率变化非线性。一般通过实际测试得到滤光片透过率与输出能量对应关系的拟合曲线，即激光入射滤光片位置与输出能量关系曲线，再利用电机和控制器控制滤光片以达到需求的输出能量。
[0016]6.激光在通过滤光片后存在通过光纤传输或空间光传输两种方案。光纤传输方案具有结构灵活，调试方便等优点。空间光传输方案需要激光器和透镜反光镜等器件全部固定，结构简单，没有光纤损耗效率更高。本专利技术所述系统中各个部件相对独立，两种传输方法都可使用，仅需替换对应器件，可针对系统空间结构进行针对设计和调整。
[0017]7.所述光纤传输方案中可使用芯径为200um、100um本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于透过率渐变中性密度滤光片的激光能量调控方法，主要应用于基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI
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TOF
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MS)的离子源部分，其特征在于，在保持光谱分布的前提下，利用滤光片透过率渐变的特性，通过转动或移动滤光片，实现输出光能的可调、可控和精确调整。2.根据权利要求1所述MALDI
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TOF
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MS离子源部分包括激光器、透过率渐变中性密度滤光片、滤光片控制电机和控制器，光纤耦合透镜、传输光纤和固定件（或其他光能传输方式）、光束准直聚焦光路，基质和样品放置基板。3.根据权利要求1所述，透过率渐变的中性密度滤光片位于激光器输出孔和光纤耦合装置之间，在激光耦合进光纤前进行能量控制；倾斜滤光片使反射光无法回到激光器内；所述滤光片厚度有一定限制，一般在1mm~3mm，倾斜放置的操作会导致激光光束相对于出射位置有一定偏移，厚度越大偏移量越大；滤光片外形需要针对整体结构进行设计考量，圆形滤光片一般外径在20mm~100mm，内径在5mm~10mm。4.根据权利要求1所述，通过可变透过率的滤光片进行激光能量动态调控，滤光片形状包括圆形，矩形等，圆形滤光片通过中轴电机带动旋转控制透过率，矩形滤光片利用电机进行平移控制透过率；在激光器输出能量发生改变，检测精度下降甚至故障，也能够通过调整滤光片透过率恢复系统的原有功能和检测精度。5.根据权利要求1所述滤光片具有全透区域和渐变透射率区域，以圆形渐变透过率滤光片为例，该滤光片具有环向角度90
°
的全透区域，并在环向270
°
范围透过率从0~100% 渐变；滤光片的透射率变化区域能够使出射激光能量在初始能量的0~100% 范围变化，针对不同的样品和基质，需要的激发激光能量不同，转动滤光片使激光入射在滤光片的不同位置得到不同强度的输出激光能量。6.根据权利要求5所述，为找到激光强度与滤光片的对应位置，本发明利用光电开关监测滤光片透过率从0跳变至...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨福全，夏波涌，丁翔，王祥胜，金亚运，吴沣原，刘飞，
申请(专利权)人：南京谱联生命科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：