[实用新型]热电离飞行时间质谱仪

说明书

技术领域

本实用新型属于质谱分析领域，具体涉及一种质谱分析仪器。

背景技术

质谱分析法是通过对样品中待测物质离子的质荷比的测定来进行组成分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质谱，通过样品中待测物质的质谱和相关信息，可以得到该物质在样品中的定性定量结果。目前质谱分析法已广泛地应用于化学、化工、材料、环境、地质、能源、药物、刑侦、生命科学、运动医学等各个领域。

质谱仪种类非常多，工作原理和应用范围也有很大的不同。从应用角度，质谱仪可以分为有机质谱仪、无机质谱仪、专用质谱仪（如同位素质谱仪）等。但是，不管是哪种类型的质谱仪，其基本构成是相同的，都包括离子源、质量分析器、检测器和真空系统。离子源通过电离装置把样品电离为离子，质量分析器把不同质荷比的离子分开，经检测器检测之后可以得到样品的质谱图。由于有机样品、无机样品和同位素样品等具有不同形态、性质和不同的分析要求，所以，所用的离子源、质量分析器和检测器有所不同。

飞行时间质谱仪（TOF-MS）是利用动能相同而质-荷比不同的离子在恒定电场中运动，经过恒定距离所需时间不同的原理对样品中物质成分或结构进行测定的一种质谱分析方法。TOF-MS具有灵敏度好、分辨率高、分析速度快、每一次离子化都可以得到完整的图谱、质量检测上限只受离子检测器限制等优点，成为当今最有发展前景的质谱仪。目前，TOF-MS技术被应用于生命科学、分析化学、表面科学、原子物理学及工艺过程监控等诸多领域，成为20世纪90年代以来应用最广的质谱分析技术之一。

由于存在初始能量分散的问题，提高TOF-MS分辨率一直是研究者和仪器制造商努力的目标。仪器技术的进展也主要围绕这一目标进行。许多用于TOF-MS的离子化技术得到了发展。

最初TOF-MS采用电子轰击的方法进行离子化。由电子枪产生的电子电离样品分子，使其离解为离子，经加速形成离子束进入飞行区。这种方法可用于气、固、液体样品的分析。其缺点是：1)离子化时间较长，和一般离子的飞行时间数量级相近，容易引起大的误差；2)电子的电离及其进样方式决定了这种电离源难以进行大分子物质的分析。其他与TOF-MS配合的离子源技术包括：电喷雾离子源(ESI)、大气压化学电离源(APCI)、脉冲激光离子源和电感耦合等离子体（ICP）等。其中脉冲激光技术应用最广，包括激光解吸(LD)、共振激光离子化(RI)、共振加强单/多光子离子化（RES/MPI）以及生化分析中常用的基质辅助激光解吸(MALDI))等，适用于不同种类样品的分析。其中，RES/MPI擅长复杂有机物的选择性离子化。MALDI的优点在于：1）可获得高的灵敏度，甚至能检测到离子化区的几个原子；2）对于热不稳定的生物大分子可实现无碎片离子化；3）可对固体、液体表面进行分析，通过调整激光束的聚焦位置来控制离子化的位置或深度，大大缩短分析时间；4）可以与不同的离子化方式相结合。但其不足是脉冲激光稳定性差，基体效应大。ICP也可作为一种TOF-MS的离子化方式，用于多元素分析，但运行成本较高。上述离子源与TOF-MS结合形成的质谱技术各有优缺点，并在各自的领域发挥着积极的作用。

还有一种热表面电离型离子源（热电离源，TI源）最早由Dempster于1918年研制成功。该离子源的基本工作原理是把样品涂敷在高熔点、高功函数金属表面的原子上面，然后加热金属，在金属表面灼热温度下，样品中部分中性粒子蒸发出来，并且在蒸发过程中失去（或得到）电子而电离。TI源与其它离子源相比具有三大优势：其一，电离效率好，通常大于百分之一或更好；其二，产生的主要是单电荷离子，能量发散小，谱线简单，因为待测物质在高温条件下电离，干扰离子相对较少，本底离子容易排除；第三，记忆效应低，对大多数金属元素，当使用微克级的样品进行分析时，可以不必考虑记忆影响，当样品量加大或对非金属元素进行测量时，即便出现记忆问题，通过清洗离子源组件也容易排除。因此，热电离源非常适应高精密度的同位素分析要求，但目前热电离源仅用于单聚焦磁质谱，形成热电离质谱（TIMS）技术，用于同位素分析。但TIMS技术运行成本高，样品分析速度慢，且对样品的分离纯度要求较高，样品测定前需要化学分离。

在同位素测量方面，对能够快速、准确测量同位素丰度，同时监测杂质元素信息的质谱技术具有一定的需求。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种能够快速、准确测量同位素丰度，同时监测杂质元素信息的质谱技术，因此本实用新型目的在于提供一种热电离飞行时间质谱仪。