[发明专利]一种圆柱形离子阱质谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种质谱仪，特别是关于一种用于测量微米量级颗粒的圆柱形离子阱质谱仪。

背景技术

目前，微米及纳米颗粒由于具有特殊的电学、光学、热动力学、化学及生物学特性，越来越受到物理、化学及生物等相关领域的关注。常见的颗粒物质，例如灰尘、大气溶胶、病毒、细胞等在大自然中都发挥着重要的作用，因此对这些颗粒物质的大小、质量及化学成分的表征具有重要的意义。

质谱是一种对物质进行质量测定及定性的分析方法，这种方法具有灵敏、快速及准确等优点，在近代生命科学研究中扮演着关键的角色。现代质谱仪器能测量的物质尺寸在10nm以下，约等于1百万原子单位。而微米级颗粒远远超出现代质谱仪的测量范围，不能用传统的质谱仪对其进行质量测定。同时由于微米级颗粒物质广泛存在于环境中，并且其分布差异大，需要进行现场及实时的分析。因此，需要设计出具有新的电离及离子检测手段，并且小型、便携的质谱仪实现对颗粒物质的分析。

近年来，微米级颗粒质量的测定技术在不断的发展。2001年菲尔斯特诺(Fuerstenau)等人利用电喷雾-飞行时间-电荷感应管质谱系统首次成功地测定了一些已知质量的病毒(水稻黄斑病毒和烟草花蔫病毒)，这种方法快速便捷，上千颗病毒粒子质量的测定可以在半小时内完成。但是，由于感应电流的检测及离子穿过感应管时所需时间的限制，其所测得的质量误差比较大，约15％左右；而且飞行时间质谱的体积比较大，不利于实现小型化。2002年和2003年蔡等分别采用电喷雾-四极离子阱-光散射检测器以及基质辅助激光解吸-双四极离子阱-荧光检测器对0.91μm和1.10μm聚苯乙烯球的质量进行了测定，测得的质荷比超过了109，误差小于1％。但是实验过程中需要利用电子枪改变囚禁离子的电荷量，相应的操作和计算繁琐费时，也限制了该方法的应用。随后，彭等在2005年又发展了颗粒物质的激光诱导声波解析电离法，此方法只需要将颗粒物质的溶液滴在硅片上，让溶剂挥干，然后用激光去照射硅片的背面，激光诱导的声波使样品解析，虽然这种解析/离子化方法的效率比较低，但对于利用光学方法分析质量时只需要单颗粒子而言已经足够了。相比于基质辅助激光解吸，激光诱导声波解吸可以实现病毒、细胞等没有坚硬外壳的生物颗粒的电离，相比于电喷雾，激光诱导声波解吸使得细菌、病毒等在水溶液中具有传染性的生物颗粒的分析更加安全。聂等利用激光诱导声波解吸-圆柱离子阱-光散射的方法实现了对人类腺病毒、彩虹病毒和牛痘病毒的分析。在2007年，彭等又发展了激光诱导声波解析-电荷检测质谱法用于细胞及微颗粒质量的快速测定，通过频率扫描可以获得颗粒物质的质荷比，通过电荷检测器可以直接获得其所带的电荷量，这样颗粒物质的质量就能很方便地计算获得。在此基础上，聂等利用激光诱导声波解吸-四极离子阱-电荷检测的方法测定了一系列动物以及正常人和贫血病人的红细胞的质量。这些研究均着重于颗粒物质新的电离及快速检测方法的建立和改进，实现了颗粒质量的快速测定。为了进一步适应颗粒物质的现场及原位分析的需要，发展一种能够实现颗粒质量快速测定的小型化颗粒质谱仪是非常必要的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单、体积小，并能够实现快速测定颗粒质量的圆柱形离子阱质谱仪。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种圆柱体离子阱质谱仪，其特征在于：它包括一离子源、一圆柱形离子阱、一电荷检测器和一用于屏蔽射频电场对所述电荷检测器干扰的电磁屏蔽罩，所述电荷检测器设置在所述电磁屏蔽罩空腔内底部，所述电磁屏蔽罩顶部的中心位置处设置有一通孔；所述离子源将被测样品经过所述圆柱形离子阱的样品入口打入所述圆柱形离子阱内，通过设置在所述圆柱形离子阱下方的所述电磁屏蔽罩的通孔后，被抛入所述电荷检测器上进行检测。

所述圆柱形离子阱包括一上端电极、一环电极和一下端电极，所述上端电极、环电极和下端电极围成一圆柱体区域的电场；在所述环电极上施加用于囚禁被测样品离子的射频电压，所述上端电极和下端电极采用接地、接直流和反向交流其中之一的连接方式；所述上端电极和下端电极中心位置处分别开设有一圆孔，在所述上端电极与所述环电极，以及所述环电极与所述下端电极之间分别设置有一带有开口的绝缘陶瓷环，所述开口为所述样品入口。

所述离子源采用激光诱导声波解吸离子源，其包括一样品靶和一激光器。

所述电磁屏蔽罩顶部的通孔处，固定设置有一允许颗粒离子穿过的栅网。