[发明专利]一种质谱分析仪及其分析方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及分析仪器中的质量分析技术领域，具体是一种质谱分析仪及其分析方法。

[背景技术]

质谱仪又称质谱计，是用于分离和检测不同化学或生物成分的仪器，它根据带电粒子在电磁场中运动状态和结果的不同，按物质原子、分子或分子碎片的质量进行分离和检测物质的组成。磁质谱仪是质谱仪器的一种，它经历了漫长的发展历史。从传统的磁偏转质谱仪、磁回旋质谱计到近代的傅里叶变换磁回旋共振质谱仪，即FTICR，都是利用带电离子在磁场中的运动来分析它们的种类的。质量分辨率是指质谱仪分辨出不同种类分子的能力。近年来，质谱仪在生物和生命技术的运用中，人们对其分辨率的要求日益提高。最新报道的FTICR质谱仪的质量分辨率已经达到了上千万，是任何其它形式的质谱仪无法比拟的。

在FTICR质谱仪中，一般采用超导线圈来产生几到几十特斯拉的均匀磁场，线圈的中心孔径一般为50～100mm，被分析的离子由导引多级杆沿着磁场中心轴被引入ICR Cell，即回旋阱室，并由轴向的直流电势阱将其捕获。而在径向，离子受磁场的约束，从而被束缚在回旋阱室中。被捕获的离子先是聚积在回旋阱室的中心，随后在回旋阱室的电极上加激发高频电压，使各种离子依次被共振激发，运动轨道半径增加至一个较大半径。离子做大半径回旋运动时，在回旋阱室的检测电极上诱导出镜像电流，其频率对应于离子的回旋运动频率，它与离子质荷比成反比。检测、放大记录各种离子的镜像电流，并用傅里叶变换转换成频谱，即为反映离子按质荷比分布的质谱。

根据经典物理学理论，离子的回旋运动频率ωc=qB/m，而傅里叶变换质谱的质量分辨率可由下式得到：

R∝f2Δf=f·Tm2,]]>其中，f=ω/2π，T_m为镜像电流的测量时间。

为了得到高分辨率能力，就要提高离子回旋频率或者增加测量时间。通常质谱仪工作对效率和通量有很高要求，每秒希望能采到多幅质谱图，这时，只有通过增加磁场强度B进而实现提高回旋频率f来实现高分辨能力。所以使用超导磁体成为不可或缺的技术，而且为了避免离子激发过程中产生磁控管运动模式，在整个阱室范围内，磁场强度必须非常均匀，电场强度也必须精确的满足特定分布条件，所以FTICR质谱仪也是造价最昂贵的质谱仪。而且，用液氦冷却的超导线圈维护和使用成本也很高，不利于大量推广。

中国是稀土大国，近年来稀土永久磁铁研制已有很大发展，强度达1特斯拉的钕合金磁铁已经可以批量生产，且价格便宜。在L C Zeller等人的Characterization of a small FTICR mass spectrometer based on a permanent magnet一文（Anal.Chem.,1993,65(15),pp2116–2118）中提出用永磁铁产生磁场提供给回旋共振式质谱仪，但在直径50mm以上的截面上产生均匀的强磁场绝非容易，不仅总磁通量超过一般磁铁能提供的量，而且也不容易在整个截面上分布均匀，所以永磁回旋共振式质谱仪未能得到快速发展。

[发明内容]

本发明的目的就是为了解决现有FTICR质谱仪超导磁体造价昂贵，而永久磁体磁场强度不足，镜像电流频率较低的问题。本发明提供一种结构紧凑、成本较低设计方案，解决离子运行轨道所在空间的磁场强度不足的问题，并进一步利用多个镜像电流拾取电极来解决信号频率低的问题。