[发明专利]一种分子离子反应池及质子转移反应质谱仪

说明书

本发明属于质子转移反应质谱技术领域，具体涉及一种分子离子反应池及质子转移反应质谱仪。本发明提供了一种电极，包括至少两个主径向约束电极，所述主径向约束电极的设置方式为平行排列在一个平面上；相邻的主径向约束电极之间设置有轴向推动电极组，所述轴向推动电极组包括至少两个轴向推动电极，所述轴向推动电极组内的轴向推动电极沿主径向约束电极的长度方向排列。本发明进一步提供包括该电极的反应池和质子转移反应质谱仪。通过本发明的技术方案，克服了现有质子转移反应质谱仪中电源电压对反应装置长度的限制，提高了检测的灵敏度。且能够灵活简便地调节入射离子形状及动能。具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于质子转移反应质谱技术领域，具体涉及一种分子离子反应池及质子转移反应质谱仪。

背景技术

发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是大气、水和土壤环境中的主要污染物，长时间摄入会有致癌、致畸、致突变的危险。此外，空气中挥发性有机物还会参加光化学反应从而导致气候的恶劣变化，如光化学烟雾、有机气溶胶、温室效应的出现。食品中也含有大量的挥发性有机物，通过分析食品的挥发物，可以监控食品的成分和质量，保证食品安全。挥发性有机物还是人体呼出气体中的重要成分，它们常常和某些疾病有着密切的关系。因此通过分析呼出气体中的挥发性有机物，可以了解人体的新陈代谢过程，实现对疾病的早期诊断。

目前，检测挥发性有机物的主要质谱手段是气相色谱质谱联用(GasChromatography-Mass Spectrometry，GC-MS)方法。这种技术在测定痕量挥发性有机物方面一直发挥着重要作用。但是，GC-MS涉及到色谱分离技术以及样品的采集、浓缩提取，导致测量耗时又费力，且不适于现场、实时在线分析。此外，该联用技术所采用的电子轰击电离源是一种硬电离技术，不仅会形成多种离子碎片，使得质谱图复杂、分析难度大，而且还会将空气中的常规组分N₂、O₂、CO₂和Ar等分子电离，干扰小分子量挥发性有机物的实时检测。

由于GC-MS方法的上述缺陷，可以考虑用质子转移反应质谱(Proton TransferReaction Mass Spectrometry，PTR-MS)技术对挥发性有机物的快速实时检测分析。PTR-MS是一种基于质子转移反应的化学电离源质谱技术，其基本原理是先用各种电离手段将水蒸气分子离子化，产生反应试剂离子H₃O⁺，反应试剂离子再与样品分子碰撞发生反应并使样品离子化，从而进行质谱检测。高浓度的H₃O⁺与被分析物发生质子转移反应，有助于提高样品分子的离子化效率，从使得仪器具有较高的检测灵敏度。软电离技术使得PTR-MS直接检测挥发性有机物可不受空气背景干扰。这使得PTR-MS具有的快速分析、绝对量测量的特点，这是气相色谱质谱联用不可比拟的优势。

质子转移反应质谱中，反应试剂离子会在传输的过程中与样品分子进行反应，生成样品离子。该过程的反应试剂离子与样品分子的反应效率和生成样品离子的传输效率直接影响到该检测方法的灵敏度。

针对该过程，中国专利“CN102290318B一种多极杆质子转移反应装置”对PTR-MS的反应器结构进行了改进，其提供了用于让质子供体和样品分子进行反应的漂移管，并且在漂移管中设置分段的多极杆电极，利用分段的多极杆电极施加可控的升压射频电源。通过升压射频电源提供的射频电压，能够将离子束进行约束和聚焦，同时利用升压射频电源提供的直流压降，能够推动离子束在轴向上运动。

但是，该装置中的离子束受驱动的运动距离依赖于直流场的压降大小，但是电源能够提供的直流电压大小是有限的，这导致了上述反应装置在离子束的运动方向上的长度受到限制。然而，为了增强反应试剂离子与样品分子反应率，提高检测的灵敏度，人们又希望能够延长离子束的输送距离。因此，具有该反应装置的质子转移反应质谱灵敏度受到反应装置电源电压的限制。此外，上述装置的直流电压和射频电压均加载在同一电极上，导致直流场不均匀和边缘场的生成，这也会影响离子的传输效率，进一步影响检测的灵敏度。