阅读说明：本技术 一种飞行时间质谱仪信号聚焦的方法 (method for focusing time-of-flight mass spectrometer signal ) 是由 敖小强 郜武 魏文 于 2018-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种飞行时间质谱仪信号聚焦的方法。所述方法包括：离子源产生待测离子传输到推斥模块；所述推斥模块在一次预设的分析周期内以不同的推斥能量多次发射离子,使待测离子在飞行腔内飞行后通过离子阀于同一时刻到达检测系统；所述检测系统获取所述待测离子,形成质谱图；所述检测系统通过分析不带离子聚焦的常规模式下各所述待测离子的位置及分布情况,验证所述推斥模块的发射能量参数,以确认聚焦效果。本发明在一个周期内多次而非一次反射离子,信号聚焦的方法简单；使用离子阀降低了无关离子对检测系统寿命的影响；具有较低的空间电荷互斥效应,仪器容易获得更高的质量分辨率。(The invention provides a method for focusing signals of a time-of-flight mass spectrometer, which comprises the steps that ions to be detected are generated by an ion source and transmitted to a repulsion module, the repulsion module emits ions for multiple times with different repulsion energies in preset analysis periods, the ions to be detected are made to reach a detection system through an ion valve at the same moment after flying in a flight cavity, the detection system obtains the ions to be detected to form a mass spectrogram, the detection system verifies emission energy parameters of the repulsion module by analyzing the position and distribution condition of each ion to be detected in a conventional mode without ion focusing to confirm the focusing effect.)

一种飞行时间质谱仪信号聚焦的方法

技术领域

本发明涉及飞行时间质谱仪的应用领域，具体涉及一种飞行时间质谱仪信号聚焦的方法。

背景技术

质谱仪，又称质谱计，是分离和检测不同同位素的仪器。根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的仪器。

飞行时间质谱仪：飞行时间质谱仪Time of Flight Mass Spectrometer(TOF)是一种常见的质谱仪。这种质谱仪的检测系统是一个离子漂移管，由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器，离子质量越大，到达接收器所用时间越长，离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按质荷数m/z值大小进行分离。

为了实现离子到达时间的检测，离子必须尽量同时加速并同时开始飞行。在离子飞行的过程中，仪器会处于等待状态，不提取新的离子，一直等到离子全部飞行完成后，再开始新一轮的提取和飞行。

为了提高仪器性能，通常会让待测离子形成束流，再从中进行垂直提取。正交提取技术是在离子束传输的正交方向施加脉冲电压，将离子推送至加速区，从而减少离子束沿轴向传播所具有的动能分散造成的质谱分辨率降低影响，其技术特点是离子束流中的大部分都没有被提取，因此飞行时间质谱仪的离子利用效率较低。

离子提取：用脉冲电场加速待测离子，使之开始向飞行腔体运动的动作。飞行时间质谱仪对待检测离子的提取采用的是垂直提取方式，从一束稳定的离子束中提取一段离子，并令该段离子沿着离子束轴线垂直的方向飞出，进入飞行管内。由于提取的离子只占总离子数量的3％～20％，所以大部分的离子都没有被检测，导致飞行时间质谱仪的灵敏度有限。

检测限是分析仪器的核心性能指标，分析仪器的检测限与其信噪比密切相关，信噪比是分析仪器测定到的有用信号和噪声的比值。仪器的灵敏度越高，信噪比就越大，此时仪器的检测限就越低，提高仪器的信噪比可以通过提高仪器的灵敏度和降低噪声来实现，在飞行时间质谱中，噪声不随着灵敏度的增加而增加，因此可以通过提高灵敏度的方式来优化检测限。

飞行时间质谱的灵敏度从原理上取决于到达检测系统的离子的数量，离子数量越多，仪器就越灵敏。因此提高灵敏度主要通过设法增加到达检测系统的离子的数量来实现。

在实践中，有使用离子阀技术提高实际参与检测的离子数量的方法。离子阀技术将原本连续进入推斥区的离子流调制为与推斥脉冲同步的离子团，提高推斥占空比，进而提高离子利用率。离子阀技术使大量离子聚焦在较小的空间内，因为离子密度大、电荷之间互斥作用强，所以更难聚焦和得到高质量分辨率的谱峰；离子阀产生的电场会对离子飞行控制产生额外的影响，使得仪器调试难度增加；最后离子阀技术系统结构复杂，离子阀控制部分增加了仪器的制造成本、降低了可靠性。

发明内容

为了加大每个提取周期内被提取的离子的数量，提高飞行时间质谱仪的灵敏度，本发明拟提供一种飞行时间质谱仪信号聚焦的方法。

本发明实施例提供一种飞行时间质谱仪信号聚焦的方法，包括：离子源产生待测离子传输到推斥模块；所述推斥模块在一次预设的分析周期内以不同的推斥能量多次发射离子，使待测离子在飞行腔内飞行后通过离子阀于同一时刻到达检测系统；所述检测系统获取所述待测离子，形成质谱图；所述检测系统通过分析不带离子聚焦的常规模式下各所述待测离子的位置及分布情况，验证所述推斥模块的发射能量参数，以确认聚焦效果。

进一步地，所述预设的分析周期由所述检测系统预先设定。

进一步地，所述预设的分析周期应大于第一次发射的待测离子到达所述检测系统的时间。

进一步地，所述检测系统获取所述待测离子，包括所述检测系统在一个预设的分析周期内多次获取所述待测离子。

进一步地，所述分析周期可以微调以防止折叠干扰。

进一步地，所述推斥模块在一次预设的分析周期内以不同的推斥能量多次发射离子，使待测离子在飞行腔内飞行后通过离子阀于同一时刻到达检测系统中，所述待测离子在到达所述检测系统之前都必须经过离子阀。

进一步地，所述推斥模块在一次预设的分析周期内以不同的推斥能量多次发射离子，使待测离子在飞行腔内飞行后通过离子阀于同一时刻到达检测系统，包括：推斥模块在一次预设的分析周期内以不同的推斥能量多次发射离子，通过设计计算控制各次发射的时刻和离子初速度，使发射离子的初速度依次增大，使得各次发射的待测离子恰好同时到达检测系统。

进一步地，所述离子阀只在所述待测离子可能通过的时间开启，其它时间关闭，阻止无关离子到达所述检测系统。

进一步地，所述离子阀的开启时间是一个时间段，是预计所述待测离子到达的时间。

进一步地，所述推斥模块的发射能量参数包括推斥电压和持续时间。

本发明取得的有益效果：

本发明在一个周期内多次而非一次反射离子，信号聚焦的方法简单；

使用离子阀降低了无关离子对检测系统寿命的影响；

具有较低的空间电荷互斥效应，仪器容易获得更高的质量分辨率。

附图说明

图1是本发明实施例方法流程示意图；

图2是本发明实施例飞行时间质谱仪系统组成示意图；

图3是传统方法的离子发射示意图；

图4是本发明实施例方法的离子发射示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图和实施例，对本发明技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。其只是包含了本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本发明的各种变化获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2是本发明实施例飞行时间质谱仪系统组成示意图。如图2所示，在仪器总控30的时序控制下，离子源10产生待测物离子，经过传输到达飞行腔体20内的推斥模块21，推斥模块21将离子垂直地发射出去。被发射的离子在飞行腔体20内飞行，再以恒定速度穿过离子阀22并最终到达检测系统23。离子质量越大，到达检测系统所用时间越长，离子质量越小，到达检测系统所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按质荷数m/z值大小进行分离。

图1是本发明实施例方法流程示意图，包括如下步骤。

步骤S110，离子源产生待测离子传输到推斥模块。

如图3、图4所示，图3是传统方法的离子发射示意图；图4是本发明实施例方法的离子发射示意图。

可见，与传统单次发射飞行时间质谱仪相比，本方法多次发射离子，并使得待测离子于同一时刻到达终点。时序关系如图4所示，如果控制使得每次发射的离子都比前一次发射的离子速度快，则在某一个确定位置上，可以同时接收到多次发射的待测离子。

步骤S120，推斥模块在一次预设的分析周期内以不同的推斥能量多次发射离子，使待测离子在飞行腔内飞行后通过离子阀于同一时刻到达检测系统。

预设的分析周期由检测系统设定。分析周期应大于第一次发射的待测离子到达检测系统的时间，使得循环次数尽量多以提高灵敏度。分析周期小于待测离子的飞行周期，这样单位时间内参与检测的离子的频率增加，聚焦效果好。

为了降低无关离子对检测系统的消耗，在检测系统前部安装离子阀，待测离子在到达所述检测系统之前都必须经过离子阀。飞行时间质谱仪的离子阀只在待测离子可能通过的时间开启，其它时间关闭，阻止无关离子到达检测系统。离子阀的开启时间是预计待测离子到达的时间，实际开启时间为一个时间段，以防止开启和关闭期间离子阀的电场变化影响待测离子。

为了使得待测离子于同一时刻到达终点，推斥模块逐渐增大离子启动飞行的推斥能量，以增大离子的初速度。通过设计计算控制各次发射的时刻和离子初速度，发射离子的初速度依次增大，使得各次发射的待测离子恰好同时到达检测系统。推斥模块每次发射离子时使用的推斥能量都不同，呈逐渐增加的趋势，使得较晚发射的离子具有更高的飞行速度，从而实现不同时刻发射的待测离子能于同一时刻到达检测系统的效果。

传统方式提取的离子，其飞行初速度完全一致，而本方法在提取发射的过程中逐渐增大离子启动飞行的推斥能量，使得后面被提取的离子总比前面的飞行速度快，产生了一个“追击”的效果。最后的目标是让不同序号提取的待测离子最终都同时到达检测系统。

步骤S130，检测系统获取待测离子，形成质谱图。

待测离子的目标峰为不被干扰的、质量数对应的离子数大于设定阈值的峰。测试时用户选择要跟踪的目标物质，首先进行样品试测，并根据试测结果预测所有峰在发生折叠的情况下的分布，根据分布选择不容易被干扰的目标物质的峰作为特征峰。

检测系统在一个分析周期内多次获取待测离子。目标峰分析时，分析周期可以微调，以防止折叠干扰。

对于某特定仪器而言，目标峰的半峰宽通常不超过一个数值，当实测发现半峰宽明显变大，则说明存在干扰或聚焦效果差，需要调整分析周期长度或者修正推斥能量。

由于分析周期短，所以有可能发生折叠现象，在不同分析周期之间微调分析周期长度，使得干扰不是总存在于同一个位置上，对可能出现的高次折叠干扰的出现位置进行预判，以便发现和排除干扰。对于确认有干扰的分析周期长度，在后续的分析中尽量避开。

步骤S140，检测系统通过分析不带离子聚焦的常规模式下各待测离子的位置及分布情况，验证推斥模块的发射能量参数，以确认聚焦效果。

推斥模块的发射能量参数包括推斥电压和持续时间。

验证方法为：使用常规分析模式进行质谱分析，即如图3所示，周期性的发射离子，等待所有离子飞行完毕后再开始下一周期的发射和分析。最后将所有周期的检测数据叠加在一起形成质谱图。选用不同的3～5种发射能量分析得到3～5张不同能量下的质谱图。如果实际的发射能量参数和分析时设定的能量参数不同，则会在谱图上有所反应，例如按照设定发射能量，苯峰应该出现在63.000微秒处，但实际苯峰出现在了63.100微秒处，这就说明发射能量参数控制不理想，需要调整仪器。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。