[发明专利]一种宽动态范围的飞行时间质谱仪器及其实现方法与应用

权利要求书

1.一种宽动态范围的飞行时间质谱仪器，其特征在于：包括离子源、离 子引出脉冲电极、离子引出透镜、垂直引入式飞行时间质谱分析器、离子选 择推斥电极、MCP离子检测器、高速数据采集卡及相应的软件，所述离子源 设置于离子引出脉冲电极的前端，所述离子引出脉冲电极设置于离子引出透 镜的前端，离子引出透镜的后端与垂直引入式飞行时间质谱分析器相对设置， 在垂直引入式飞行时间质谱分析器中设置离子选择推斥电极及MCP离子检测 器，高速数据采集卡用于采集离子检测信号，设置于与垂直引入式飞行时间 质谱分析器中离子通道的出口相对的位置。

2.根据权利要求1所述的宽动态范围的飞行时间质谱仪器，其特征在于： 所述离子源包括能连续产生离子的电子轰击源、化学电离源、辉光放电离子 源、大气压下的电喷雾源，或是脉冲式的离子源。

3.根据权利要求1所述的宽动态范围的飞行时间质谱仪器，其特征在于： 所述离子引出脉冲电极，使离子源产生的离子在该对电极作用下获得动能， 该对电极所加电压幅值决定离子的动能大小；所述离子引出脉冲电极对不同 的离子源形式不同。

4.根据权利要求1所述的宽动态范围的飞行时间质谱仪器，其特征在于： 所述离子引出透镜为常规的静电透镜；所述MCP离子检测器为常规的双片 MCP组成的离子检测器。

5.根据权利要求1所述的宽动态范围的飞行时间质谱仪器，其特征在于： 所述垂直引入式飞行时间质谱分析器为常规的垂直引入式飞行时间质谱分析 器；离子选择推斥电极及MCP离子检测器设置于其中。

6.根据权利要求1所述的宽动态范围的飞行时间质谱仪器，其特征在于： 所述的高速数据采集卡为TDC或是高速模拟-数字转换器。

7.一种利用权利要求1所述的宽动态范围的飞行时间质谱仪器实现的提 高检测浓度动态范围的方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)在离子引出脉冲电极上施加脉冲幅值、占空比及频率可调的脉冲电 压，即离子引出脉冲；脉冲电压幅值的大小决定了离子水平动能，也就决定 了最后被MCP离子检测器检测的离子与离子源中产生离子的比例；脉冲占空 比决定两种不同引出动能模式所施加的时间比例，即不同浓度组分离子的检 测时间，用于调节仪器的动态范围宽度；

(2)在垂直引入式飞行时间质谱分析器中的离子选择推斥电极上施加延 迟、脉宽及幅值可调的脉冲电压，即离子选择推斥脉冲；该脉冲施加时与分 析器调制脉冲具有一定延迟，该脉冲的延迟多少及脉宽和幅值大小取决于所 需要推斥去除的离子的质荷比及飞行速度；

(3)步骤(1)所述的离子引出脉冲与步骤(2)所述的离子选择推斥脉 冲为异步施加；

所述步骤(3)具体为：

(3-1)当同时电离生成的离子浓度范围差别大时，仪器根据离子引出脉 冲占空比来交替进行高、低浓度组分离子的检测；当处于检测低浓度组分离 子模式时，在离子引出脉冲上施加低电平，离子获得较低的动能，使得离子 在飞行时间质谱分析器中飞行轨迹恰好全部落在MCP离子检测器上，此时， 在飞行时间质谱分析器中的离子选择推斥电极上将施加脉冲电压，将高浓度 组分离子选择性推斥出MCP离子检测器；

(3-2)当处于检测高浓度组分离子模式时，在离子引出脉冲电极上施加 高电平，离子获得较高的动能，而飞行时间质谱分析器中的离子选择推斥电 极上不施加脉冲电压，使得离子在飞行时间质谱分析器中的飞行轨迹偏离 MCP离子检测器，只有一定比例的离子到达MCP离子检测器得以检测，防 止MCP饱和；该离子引出脉冲电压幅值越大，检测到的离子百分比越小，脉 冲占空比越小，检测高浓度组分离子所花的时间越少。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述的离子引 出脉冲的频率从0.1Hz～1KHz连续可调。

9.根据权利要求1所述的宽动态范围的飞行时间质谱仪器的应用，其特 征在于：应用于待测样品中浓度差别较大的各组分需要同时检测的场合。