CN111223753B - 一种离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及联用仪器，具体的说是一种离子迁移谱‑飞行时间质谱联用仪及其控制方法。该发明中，基于电离源实现对待测样品分子的高效电离，特征离子通过离子通孔进入离子迁移谱，按照迁移率大小的不同依次得到分离，并依次进入飞行时间质谱质量分析器得到检测，最终信号于数据采集系统完成采集与分析。通过上述结构所研制的在线离子迁移谱‑质谱二维联用仪能够实现复杂混合物样品的快速、在线二维分析，尤其适用于同分异构体混合物的定性和定量分析，具有广阔的应用空间。

Description

一种离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪的控制方法

技术领域

本发明涉及一种联用二维分析仪器，具体的说是一种离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪及其控制方法。

背景技术

目前，对于同分异构体产物的检测与分析，通常的方法是采用气相色谱-火焰离子化检测(GC-FID)，以及气相色谱-质谱联用(GC-MS)的方法进行定性和定量分析。但是这些基于色谱的方法分析时间通常需要几十分钟，耗时长，难以用于快速变化的过程分析。此外，红外(IR)、拉曼(Raman)和紫外可见(UV-Vis)等光谱技术虽然能够测量多种碳氢化合物，获得有机物的官能团信息，但分析复杂混合物时谱峰易重叠，且定量分析能力不足；核磁共振(NMR)可检测反应体系中的气态和吸附态分子，并进行精确的定量分析，但对于复杂混合物体系谱图不易解析，实际应用受到一定限制。

飞行时间质谱(TOFMS)是根据待测物的质荷比进行分离和分析的技术，其分析速度快，分辨率和灵敏度高，且对复杂混合物的定性分析能力强，在快速、在线检测和过程分析中具有独特的优势，特别是近年来快速发展的以“软电离源”为核心的在线质谱技术，已在在线检测中取得大量应用。然而，由于TOFMS基于物质质量数实现待测样品的分离，对于同分异构体检测而言，在软电离质谱图中同分异构体往往仅表现为质荷比相同的单一质谱峰，特征碎片离子峰的缺失使其无法获得分子结构相关信息，因此难以实现定性分析。

针对同分异构体混合物的分析，将软电离质谱与适当的预分离方法相结合可有效提升在线质谱的分析能力，利用超快的气相分离技术与质谱联用构成在线二维质谱联用技术，是在线质谱分析未来的一个重要发展方向。离子迁移谱(IMS)是一种快速的气相分离技术，它具有毫秒级的响应速度，同时IMS的分离原理是根据不同离子具有不同迁移率而得以分离。因为离子的迁移率不仅依赖于离子的质量，更依赖于离子的结构等信息，所以IMS能够快速分离同分异构体，将其用于质谱前级分离，可以有效弥补质谱的不足，形成强有力的分析手段。

发明内容

本发明的目的在于基于离子迁移谱和飞行时间质谱分析方法，开发在线离子迁移谱-飞行时间质谱二维联用关键技术，并建立在线二维质谱研究平台，用于同分异构体混合物的定性和定量分析方法。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪及其控制方法，包括电离源、离子迁移谱、飞行时间质谱以及控制系统，其特征在于：

所述电离源置于离子迁移谱前端，与离子迁移谱密闭相连，接口处电极设置有离子通孔；

所述离子迁移谱置于飞行时间质谱前端，与飞行时间质谱密闭相连，于接口中心位置处设置有含离子通孔的Skimmer电极作为离子迁移谱离子出口，于接口中心位置处设置有狭缝作为飞行时间质谱离子入口；

于离子迁移谱离子门系统、飞行时间质谱推斥电极、数据采集系统分别施加离子迁移谱离子门触发脉冲、飞行时间质谱推斥脉冲、采集卡触发脉冲；

所述控制系统为控制方法的核心，用于设置离子迁移谱离子门触发脉冲、飞行时间质谱推斥脉冲、采集卡触发脉冲之间的脉冲频率和时序关系，使离子迁移谱-飞行时间质谱数据采集实现精确同步，得到二维联用工作谱图；

所述控制系统为一延时脉冲发生器系统，输出1～4路脉冲信号，脉冲宽度范围为0.1μs～20ms；

所述Skimmer电极可以作为离子通道，或者同时作为离子通道及离子迁移谱离子接收极板；

所述离子迁移谱离子门系统是离子迁移谱工作方式控制核心，可以设计为BN型离子门或者TP型离子门，可以控制离子迁移谱工作于正向模式或者反向模式；

所述电离源设置为光电离源、⁶³Ni放射性电离源或者放电电离源；

所述离子通孔、Skimmer电极、狭缝各接口中心通孔的内径尺寸范围设置为0.5～3mm；

所述飞行时间质谱设置为直线式、单次反射式或者多次反射式；

所述数据采集系统(23)设置为TDC采集卡或者ADC采集卡；

在该离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪及其控制方法中，电离源实现对待测样品分子的高效电离，特征离子进入离子迁移谱，按照迁移率大小的不同依次得到分离，依次进入飞行时间质谱质量分析器得到检测。通过上述结构所研制的在线离子迁移谱-质谱二维联用仪器能够实现复杂混合物样品的快速、在线二维分析。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为实施例1，离子迁移谱-飞行时间质谱联用工作脉冲控制图，通过延时脉冲发生器控制所需脉冲输出实现精确同步。

图3为实施例1，1ppm苯、甲苯、二甲苯测试得到离子迁移谱-飞行时间质谱联用的二维信号谱图。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明的结构示意图。

本发明的离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪及其控制方法，由电离源1、离子迁移谱2、飞行时间质谱4以及控制系统9构成，其特征在于：

所述电离源1置于离子迁移谱2前端，与离子迁移谱2密闭相连，接口处电极设置有离子通孔10；

所述离子迁移谱2置于飞行时间质谱4前端，与飞行时间质谱4密闭相连，于接口中心位置处设置有含离子通孔的Skimmer电极11作为离子迁移谱2离子出口，于接口中心位置处设置有狭缝12作为飞行时间质谱4离子入口；

于离子迁移谱离子门系统3、飞行时间质谱推斥电极13、数据采集系统23分别施加离子迁移谱离子门触发脉冲6、飞行时间质谱推斥脉冲7、采集卡触发脉冲8；

所述控制系统9为控制方法的核心，用于设置离子迁移谱离子门触发脉冲6、飞行时间质谱推斥脉冲7、采集卡触发脉冲8之间的脉冲频率和时序关系，使离子迁移谱-飞行时间质谱数据采集实现精确同步，得到二维联用工作谱图；

所述控制系统9为一延时脉冲发生器系统，输出1～4路脉冲信号，脉冲宽度范围为0.1μs～20ms；

所述Skimmer电极11可以作为离子通道，或者同时作为离子通道及离子迁移谱2离子接收极板；

所述离子迁移谱离子门系统3是离子迁移谱2工作方式控制核心，可以设计为BN型离子门或者TP型离子门，可以控制离子迁移谱2工作于正向模式或者反向模式；

所述电离源1设置为光电离源、⁶³Ni放射性电离源或者放电电离源；

所述离子通孔10、Skimmer电极11、狭缝12各接口中心通孔的内径尺寸范围设置为0.5～3mm；

所述飞行时间质谱4设置为直线式、单次反射式或者多次反射式；

所述数据采集系统23设置为TDC采集卡或者ADC采集卡；

在该离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪及其控制方法中，电离源实现对待测样品分子的高效电离，特征离子进入离子迁移谱，按照迁移率大小的不同依次得到分离，依次进入飞行时间质谱质量分析器得到检测。通过上述结构所研制的在线离子迁移谱-质谱二维联用仪器能够实现复杂混合物样品的快速、在线二维分析。

实施例1

以1ppm苯、甲苯、二甲苯混合标准气为测试样品，所调试出离子迁移谱-飞行时间质谱联用的二维信号，其中离子迁移谱谱图信号通过扫描飞行时间质谱总离子流强度得到，离子迁移谱离子门脉宽设置为100μs。为了显示效果更加直观，编写了Matlab程序对联用信号进行了降噪等处理，实现了如图所示的二维谱图显示。

Claims (7)

1.一种离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪的控制方法，包括电离源（1）、离子迁移谱（2）、飞行时间质谱（4）以及控制系统（9），其特征在于：

所述电离源（1）设置于离子迁移谱（2）前端，与离子迁移谱（2）密闭相连，接口处电极设置有离子通孔（10）；离子迁移谱（2）置于飞行时间质谱（4）前端，与飞行时间质谱（4）密闭相连，于接口中心位置处设置有含离子通孔的Skimmer电极（11）作为离子迁移谱（2）离子出口，于接口中心位置处设置有狭缝（12）作为飞行时间质谱（4）离子入口；

离子迁移谱离子门系统（3）设置于离子迁移谱（2）内部靠近离子通孔（10）的一侧10~30mm处，离子迁移谱离子门系统（3）由两个或三个相互平行、间隔0.5~5 mm设置的栅格网状离子门组成，栅格网状离子门与离子入射方向垂直设置；

所述控制系统（9）为控制方法的核心，于离子迁移谱离子门系统（3）施加离子迁移谱离子门触发脉冲（6）；同时于飞行时间质谱推斥电极（13）施加飞行时间质谱推斥脉冲（7）；同时于数据采集系统（23）施加采集卡触发脉冲（8）；通过同时设置离子迁移谱离子门触发脉冲（6）、飞行时间质谱推斥脉冲（7）、采集卡触发脉冲（8），并设置三者之间的脉冲频率和时序关系，使离子迁移谱-飞行时间质谱数据采集实现精确同步，实现离子迁移谱-飞行时间质谱联用模式（IMS-TOFMS）控制工作；

所述控制方法设置如下：采集卡触发脉冲（8）设置为工作周期T0；于飞行时间质谱推斥脉冲（7）在一个离子迁移谱工作周期T1内设置飞行时间质谱（4）正常工作状态连续触发；

设置离子迁移谱离子门触发脉冲（6）打开后，于一个T0周期时间内，所有离子均根据离子迁移率的大小，按照时间先后顺序依次经过离子迁移谱（2）到达飞行时间质谱推斥电极（13）处，在飞行时间质谱推斥脉冲（7）的作用下，使不同时刻到达的离子实现分离，并由数据采集系统（23）进行检测；

所述控制系统（9）为一延时脉冲发生器系统，输出1~4路脉冲信号，脉冲宽度范围为0.1μs ~ 20 ms。

2.根据权利要求1所述离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪的控制方法，特征在于：

所述Skimmer电极（11）作为离子通道，或者同时作为离子通道及离子迁移谱（2）离子接收极板。

3.根据权利要求1所述离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪的控制方法，特征在于：

所述离子迁移谱离子门系统（3）是离子迁移谱（2）工作方式控制核心，可以设计为BN型离子门或者TP型离子门，可以控制离子迁移谱（2）工作于正向模式或者反向模式。

4.根据权利要求1所述离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪的控制方法，特征在于：

所述电离源（1）设置为光电离源、⁶³Ni放射性电离源或者放电电离源。

5.根据权利要求1所述离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪的控制方法，特征在于：

所述离子通孔（10）、Skimmer电极（11）、狭缝（12）各接口中心通孔的内径尺寸范围设置为0.5 ~ 3 mm。

6.根据权利要求1所述的一种离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪的控制方法，其特征在于：

所述飞行时间质谱（4）设置为直线式、单次反射式或者多次反射式。

7.根据权利要求1所述的一种离子迁移谱-飞行时间质谱联用仪的控制方法，其特征在于：

所述数据采集系统（23）设置为TDC采集卡或者ADC采集卡。

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