專利名稱：一種陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可以進(jìn)行多種樣品同步分析的陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
質(zhì)譜分析是一種測量離子荷質(zhì)比(電荷-質(zhì)量比)的分析方法，其基本原理是使待測樣品中的各組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶電荷的離子，經(jīng)加速電場或者離子導(dǎo)引的作用，形成離子束，進(jìn)入質(zhì)量分析器。在質(zhì)量分析器中，利用電場或磁場完成質(zhì)量分析過程，得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。質(zhì)譜分析目前是被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代分析方法的一種方法。質(zhì)譜分析所使用的質(zhì)譜儀是一種用于分析物質(zhì)樣品中各種化學(xué)成分，含量和分子結(jié)構(gòu)的科學(xué)儀器，其具有很高的靈敏度和在分析物鑒定上的特異性，因此被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、環(huán)境科學(xué)、食品安全、生物醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)一般包括有真空系統(tǒng)、進(jìn)樣裝置和分離裝置、離子源、離子光學(xué)系統(tǒng)、質(zhì)譜分析組件、離子檢測和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。目前常用質(zhì)譜儀包括很多種，根據(jù)所采用的質(zhì)量分析器的不同，主要有磁質(zhì)譜儀、四極桿質(zhì)譜儀、離子阱質(zhì)譜儀、離子回旋共振質(zhì)譜儀、飛行時間質(zhì)譜儀、軌道阱質(zhì)譜儀。在這些儀器中，離子阱質(zhì)量分析器擁有其獨(dú)特的優(yōu)勢:體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可以再較高的氣壓下工作以及一個分析器完成碰撞誘導(dǎo)解離和串級質(zhì)譜的能力。在現(xiàn)代的質(zhì)譜分析和質(zhì)譜儀器的發(fā)展過程中，質(zhì)譜儀器的小型化和高通量的質(zhì)譜分析方法都受到了廣泛的研究。最早的離子阱質(zhì)譜儀被稱為Paul三維阱，是在20世紀(jì)50年代Paul等人在德國波恩大學(xué)發(fā)明。這個裝置是由3個電極組成，包括2個端蓋電極和I個環(huán)電極，電極的工作面都是雙曲面。這種三維離子阱的束縛方式為三維方向上的射頻電場的作用，使離子被束縛在阱中的成為約Imm的離子團(tuán)簇，這些離子間的相互作用會導(dǎo)致很大的空間電荷效應(yīng)存在，這隨之帶來的缺點(diǎn)是離子存儲量小，存儲效率低，空間電荷效應(yīng)也會導(dǎo)致質(zhì)量分辨的下降；而且三維阱的3個電極都是雙曲面，在機(jī)械加工以及組裝精度上均存在難度，所以小型化也存在難度。隨后美國的普渡大學(xué)的R.Graham Cooks工作組提出了一種新的三維講稱為圓筒講(Cylindrical 1n Trap),使用了圓筒代替了雙曲環(huán)電極，雙曲端蓋電極也被平板電極取代。這種圓筒阱的離子存儲量和存儲效率均有提高，并且隨后圓筒阱的小型化和高通量分析的研究均獲得了良好的發(fā)展，但是依然存在三維阱的空間電荷效應(yīng)的問題，離子存儲量和存儲效率提高有限。隨后線性離子阱也獲得了良好的發(fā)展和研究，線性離子阱是一種二維離子阱，阱的徑向電極上施加射頻電壓，實(shí)現(xiàn)二維徑向的射頻束縛，軸向上施加直流電壓，形成直流束縛勢阱，這種軸向線性束縛的方式，使得離子在阱內(nèi)從中心的點(diǎn)排列變成了軸向的線排列，顯著的提高了離子存儲量和存儲效率，極大的減小了空間電荷效應(yīng)。在2004年時，R.Graham Cooks工作組又提出了一種二維線性離子阱矩形離子阱(Rectilinear 1n Trap)，這種阱是由6塊矩形平板電極圍成，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，非常適合小型化和高通量分析，很快矩形離子阱就被應(yīng)用于小型化質(zhì)譜儀的研究，制成手提式質(zhì)譜儀Mini 10和Mini 11，并成功應(yīng)用到多通道陣列矩形離子阱高通量質(zhì)譜分析中。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種高通量質(zhì)譜分析系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)一套質(zhì)譜分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種樣品同步分析，以此大大提高質(zhì)譜分析的效率。本實(shí)用新型提供的一種陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)，包括陣列離子源、陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)、陣列離子阱質(zhì)量分析器、離子檢測器、真空腔以及真空泵；所述陣列離子源產(chǎn)生的離子通過真空腔上設(shè)置的離子進(jìn)樣接口進(jìn)入真空腔內(nèi)的陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)，再依次進(jìn)入陣列離子阱質(zhì)量分析器和離子檢測器，所述真空腔上設(shè)置出口，其出口處和真空泵相連接；所述陣列離子源是由多個相同或不同種類的離子源組成；所述陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)有多個離子導(dǎo)引通道，離子導(dǎo)引的形式可以為陣列導(dǎo)引桿，也可以為離子透鏡，也可以為兩種的復(fù)合形式或多級導(dǎo)引桿的形式；所述陣列離子阱質(zhì)量分析器為由多個平行的質(zhì)量分析通道組成，其側(cè)面設(shè)置兩個端蓋電極，所述端蓋電極上面設(shè)置多個進(jìn)樣孔，所述質(zhì)量分析通道的數(shù)目和所述進(jìn)樣孔的數(shù)目相同，每個質(zhì)量分析通道上分別設(shè)置上下兩個電極，每個電極上設(shè)置一個離子引出槽，位于離子質(zhì)量分析器兩側(cè)的質(zhì)量分析通道的兩端還各平行設(shè)置一個地電極。本實(shí)用新型中提出的高通量質(zhì)譜分析系統(tǒng)采用了陣列離子源，用來產(chǎn)生待質(zhì)量分析的多種樣品的離子信號；陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)是用來聚焦和導(dǎo)引離子源產(chǎn)生的離子信號；經(jīng)過導(dǎo)引聚焦之后的信號離子進(jìn)入陣列離子阱中，被離子阱存儲并進(jìn)一步完成質(zhì)量分析后從阱內(nèi)彈出，被離子檢測器接收和檢測。整套高通量質(zhì)譜分析系統(tǒng)需要真空腔體作為載體安置，并需要為真空腔體提供維持真空條件的真空泵。本實(shí)用新型中所述的陣列離子源中的離子源的數(shù)量可以是兩個，也可以是三個，也可以是四個，甚至可以是更多；陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)的離子導(dǎo)引通道數(shù)量可以是二個，也可以是三個，也可以是四個，甚至可以是更多；同樣陣列離子阱的通道數(shù)量也可以是兩個、三個、四個，甚至可以是更多。本實(shí)用新型中所述的陣列離子源不受離子源種類的影響，可以是各種類型的離子源，如電噴霧電離源，電子轟擊電離源，化學(xué)電離源，基質(zhì)解吸附電離源等，也可以根據(jù)需要同時使用多種離子源。本實(shí)用新型中所述的陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)可以為導(dǎo)引桿陣列的形式，也可以為離子透鏡，或兩者的復(fù)合形式，或者多級導(dǎo)引桿的形式。在導(dǎo)引桿陣列中，不受導(dǎo)引桿的形狀的限制，可以為雙曲面桿、圓柱桿，方型桿或者其他形狀，只要能保證完成離子的導(dǎo)引，也不受尺寸長短和材料種類的限制。本實(shí)用新型中，所述真空腔為立方體、圓柱體等各種形狀。本實(shí)用新型中，所述陣列離子質(zhì)量分析器的端蓋電極上的進(jìn)樣孔為圓形，所述的陣列離子阱的電極不受形狀、尺寸和制造材料種類的限制，只要能保證離子的質(zhì)量存儲和質(zhì)量分析；所述質(zhì)量分析通道設(shè)置的上下電極為平板電極，雙曲面電極或圓柱面電極等。制造材料可以是各種導(dǎo)電金屬，半導(dǎo)體，以及印刷線路板、陶瓷、高分子材料等表面可鍍金屬膜的材料。[0014]本實(shí)用新型的有益效果在于:能夠?qū)崿F(xiàn)一套質(zhì)譜分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種樣品同步分析，從而大大提高質(zhì)譜分析的效率。
[0015]圖1為本實(shí)用新型的陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型中的圓柱形電極陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型中的雙曲面電極陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型中的方形電極陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型中陣列離子阱質(zhì)量分析器的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實(shí)用新型中的陣列離子阱質(zhì)量分析器獨(dú)立加工的單電極及裝配而成的整個電極結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本實(shí)用新型中的陣列離子阱質(zhì)量分析器中整體加工的電極結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本實(shí)用新型的陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)中陣列離子阱質(zhì)量分析器可用電極的截面示意圖。圖9為本實(shí)用新型的陣列離子阱質(zhì)量分析器的直流電壓分布示意圖。圖10為本實(shí)用新型的陣列離子阱質(zhì)量分析器的射頻電壓分布示意圖。圖11為通過陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所得的兩個通道分析不同的樣品質(zhì)譜圖，其中a圖為亮氨酸、谷氨酰胺和組氨酸混合樣品，b圖為纈氨酸、天冬酰胺和甲硫氨酸混合樣品。圖中標(biāo)號:101-陣列離子源；102-離子進(jìn)樣接口 ；103_陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)；104-陣列離子阱質(zhì)量分析器；105_離子檢測器；106_真空腔；107_真空泵；201、202、203、204、205、206、207、208、209、210_圓桿；301-進(jìn)樣孔；302_質(zhì)量分析通道;303_離子引出槽;304、305-端電極；306-地電極。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。圖1表示的是整套陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)的示意圖。其包括陣列離子源101、陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)103、陣列離子阱質(zhì)量分析器104、離子檢測器105、真空腔106以及真空泵107。本實(shí)用新型中，經(jīng)過陣列離子源101產(chǎn)生需要分析的樣品離子，經(jīng)離子進(jìn)樣接口 102進(jìn)入到陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)103，這些離子在陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)103的束縛以及導(dǎo)引作用下，變成運(yùn)動較規(guī)律的離子束進(jìn)入到陣列離子阱質(zhì)量分析器104中，經(jīng)過陣列離子阱質(zhì)量分析器104的離子存儲以及質(zhì)量分析之后從離子引出槽彈出，被離子檢測器105檢測得到信號。圖2所示為圓柱形電極陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，也即圖1中的103。在該系統(tǒng)中，包括多個桿組成，圖示為圓桿其中旁邊的四個圓桿201、205、206、210只屬于最旁邊的兩個通道，而其他的所有圓桿202、203、204、207、208、209均被相鄰的兩個通道共用。如圖2中所示的，其中奇數(shù)位置的圓桿201、203、205、207、209連在一起并引出連接射頻信號O1U) 211，偶數(shù)位置的圓桿202、204、206、208、210連在一起引出連接射頻信號Φ2( )212，Φ1(t)和Φ2α)極性相反，如下式所示:Φ l (t) =+ (U+Vcos ω t)[0031]Φ 2 (t) =- (U+Vcos ω t)式中，U代表直流電壓，V代表交流電壓，ω=2 3 代表射頻電源的角頻率，f為射頻電源的頻率。圖3所示為雙曲面電極陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為方形電極陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示為陣列離子阱質(zhì)量分析器結(jié)構(gòu)示意圖，也即圖1中的104。該質(zhì)量分析器中包括有多個用以離子存儲和質(zhì)量分析通道。陣列離子阱質(zhì)量分析器104為長方形，其側(cè)面設(shè)置兩個端蓋電極304、305，作為離子進(jìn)樣的離子門，結(jié)構(gòu)相同，用來施加直流電壓形成束縛離子的直流勢阱。陣列離子阱質(zhì)量分析器104里面設(shè)置多個平行的質(zhì)量分析通道302，質(zhì)量分析通道302，結(jié)構(gòu)相同且有多個，主要負(fù)責(zé)離子存儲和質(zhì)量分析；端蓋電極304上面設(shè)置多個圓形進(jìn)樣孔301，每個質(zhì)量分析通道302上分別設(shè)置上下兩個電極，每個電極旁邊設(shè)置一個離子引出槽303，用以使完成質(zhì)量分析的離子彈出阱外并被電子檢測器接收，位于陣列離子阱質(zhì)量分析器104兩側(cè)的質(zhì)量分析通道302的兩端還各平行設(shè)置一個地電極306。進(jìn)樣孔301和質(zhì)量分析通道302數(shù)目一致有多個，圖中所示為6個。圖6、圖7所示為陣列離子阱質(zhì)量分析器的電極部分的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖6為獨(dú)立加工電極裝配而成的整體電極圖以及單個電極的示意圖，圖中所示為6個單電極組合成一個整體電極，單個電極需要經(jīng)過表面處理鍍膜，形成導(dǎo)電層用以施加電壓。導(dǎo)電層內(nèi)外表面鍍層相同且導(dǎo)通，多個電極經(jīng)過裝配形成整體電極。圖7為一個整體加工的電極結(jié)構(gòu)，整個電極為一個整體結(jié)構(gòu)，表面處理鍍膜形成互相不導(dǎo)通的獨(dú)立工作區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)外膜相互導(dǎo)通。圖8所示為其他可用的陣列離子阱質(zhì)量分析器的電極部分的截面示意圖。該陣列離子阱質(zhì)量分析器的電極可以為各種形狀，圖中給出的為雙曲面電極結(jié)構(gòu)。圖9、圖10所示為陣列離子阱質(zhì)量分析器上施加的電壓分布示意圖。其中，圖9為直流電壓分布示意圖，在陣列離子阱的兩個端蓋電極304、305上施加較高直流電勢，在上下兩個電極上加上較低的直流電位，這樣可以在軸向形成一個直流的電位差用以對于阱內(nèi)離子的直流束縛，也就是軸向直流勢阱。圖10是射頻電壓(RF)分布示意圖，對于每個通道的上下兩個電極施加上大小極性均相同的射頻電壓，而在相鄰的兩個通道的電極上施加的則是大小相同，極性相反的射頻電壓。同時一個交流電場電壓(AC)通過與射頻電壓(RF)信號率禹合的方式施加到講電極上。射頻電壓(RF)和交流電場電壓(AC)信號輸出的兩個信號要求大小相同，極性相反，其正負(fù)向的施加并不要求指定電極，只要滿足上述條件。圖11為使用本實(shí)用新型提出的陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所得的兩個通道分析不同的樣品質(zhì)譜圖。其中的兩組樣品分別為亮氨酸、谷氨酰胺和組氨酸混合樣品以及纈氨酸、天冬酰胺和甲硫氨酸混合樣品。樣品溶液使用甲醇:水的體積比=50:50的溶劑配制，并加入了質(zhì)量百分比濃度0.05%的醋酸，樣品濃度為每種物質(zhì)2X 10_5M。實(shí)驗(yàn)中使用的是Sciex公式生產(chǎn)的RF電源，型號009701，頻率為768KHz。使用的為一個2通道的陣列ESI源，分別產(chǎn)生亮氨酸、谷氨酰胺和組氨酸混合樣品信 號和纈氨酸、天冬酰胺和甲硫氨酸混合樣品；陣列導(dǎo)引系統(tǒng)為4通道結(jié)構(gòu)，桿長200_ ;陣列離子阱質(zhì)量分析器為6通道結(jié)構(gòu)，使用的質(zhì)量分析通道為中間的兩個通道即第三和第四通道。a圖為亮氨酸、谷氨酰胺和組氨酸混合樣品信號質(zhì)譜圖，b圖為纈氨酸、天冬酰胺和甲硫氨酸混合樣品信號質(zhì)譜圖。
權(quán)利要求1.一種陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于:包括陣列離子源、陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)、陣列離子阱質(zhì)量分析器、離子檢測器、真空腔以及真空泵；所述陣列離子源產(chǎn)生的離子通過真空腔上設(shè)置的離子進(jìn)樣接口進(jìn)入真空腔內(nèi)的陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)，再依次進(jìn)入陣列離子阱質(zhì)量分析器和離子檢測器，所述真空腔上設(shè)置出口，其出口處和真空泵相連接； 所述陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)有多個離子導(dǎo)引通道，離子導(dǎo)引的形式為陣列導(dǎo)引桿、離子透鏡或者兩種的復(fù)合形式或者多級導(dǎo)引桿的形式；所述陣列離子阱質(zhì)量分析器由多個平行的質(zhì)量分析通道組成，其側(cè)面設(shè)置兩個端蓋電極，所述端蓋電極上面設(shè)置多個進(jìn)樣孔，所述質(zhì)量分析通道的數(shù)目和所述進(jìn)樣孔的數(shù)目相同，所述質(zhì)量分析通道上分別設(shè)置上下兩個電極，每個電極上設(shè)置一個離子引出槽，位于所述陣列離子阱質(zhì)量分析器兩側(cè)的質(zhì)量分析通道的兩端還各平行設(shè)置一個地電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于:所述陣列離子源選自電噴霧電離源，電子轟擊電離源，化學(xué)電離源，基質(zhì)解吸附電離源中的一種或幾種；所述陣列離子源中的離子源數(shù)目為兩個或兩個以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于:所述真空腔為立方體或者圓柱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于:所述離子導(dǎo)引通道為兩個以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于:所述端蓋電極上的進(jìn)樣孔為圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于:所述質(zhì)量分析通道為兩個以上；所述質(zhì)量分析通道設(shè)置的上下電極為平板電極，雙曲面電極或圓柱面電極。
專利摘要本實(shí)用新型屬于分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)。本實(shí)用新型的陣列離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)包括陣列離子源、陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)、陣列離子阱質(zhì)量分析器、離子檢測器、真空腔以及真空泵。所述陣列離子源產(chǎn)生的離子通過真空腔上設(shè)置的離子進(jìn)樣接口進(jìn)入真空腔內(nèi)的陣列離子導(dǎo)引系統(tǒng)，再依次進(jìn)入陣列離子阱質(zhì)量分析器和離子檢測器，所述真空腔上設(shè)置出口，其出口處和真空泵相連接。此系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)多種樣品的高通量質(zhì)譜分析。
文檔編號H01J49/26GK203055856SQ20132001020
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者肖育, 丁正知, 陳琛, 丁傳凡 申請人:復(fù)旦大學(xué)