双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪的制作方法

1.本发明属于等离子体质谱仪技术领域；具体是双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪。


背景技术：

2.icp-ms主要由进样系统、icp离子源、接口部分、离子传输系统、质量分析器和离子检测系统组成，样品经过进样系统进入icp离子源中除了产生待测正离子外，同时产生大量的电子、光子、中性粒子等。由于光子，中性粒子以直线传播,可将待测分析离子以离轴方式偏转或采用光子挡板或90度转弯，就可以将其与非带电粒子(光子和中性粒子)分离，然后经过聚焦并引导待分析离子从接口区域到达质谱分离系统。
3.早期市场上商品化的质谱仪器的离子传输检测系统的设计主要为光子挡板或者离轴传输的形式，离子传输前后方向不变，但是传输路径会有所偏移，由此容易因为基体和其他离子沉积引起透镜电压变化和仪器漂移，导致离子传输效率降低，同时离轴式离子光学系统结构的设计较为复杂，部件的清洗和维护极为复杂，同时传统的等离子体质谱仪皆为单四极杆结构，使得该质谱仪在进行工作的过程中时，由于待测电子束中可能存在除了选定的质量数之外的其他未知的多种离子，该些离子会在质谱仪工作时，对其结果进行干扰，进而导致检测结果出现误差，准确度不高，因此，一种双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪的出现迫在眉睫。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪，包括采样锥，所述采样锥后侧布置有截取锥，所述截取锥后侧依次设有第一提取透镜以及第二提取透镜，所述第二提取透镜后侧固定设有第一组90度正离子偏转组件，所述第一组90度正离子偏转组件上端固定有第一级四极杆，所述第一级四极杆上端设有碰撞反应池，所述碰撞反应池上端固定设有第二组90度正离子偏转组件，所述第二组90度正离子偏转组件后侧设有第二级四极杆，所述第二级四极杆后侧设有检测器。
6.进一步地，所述第一组90度正离子偏转组件包括90度离子偏转第一四极杆主体，所述90度离子偏转第一四极杆主体由四个圆柱金属呈正方形排布组合而成，所述90度离子偏转第一四极杆主体一侧固定设有进口第一双聚焦透镜，所述90度离子偏转第一四极杆主体另一侧面上固定设有出口第一双聚焦透镜，所述出口第一双聚焦透镜与进口第一双聚焦透镜呈90
°
布置，所述进口第一双聚焦透镜与第二提取透镜紧密接触，所述出口第一双聚焦透镜与第一级四极杆下端紧密接触。
7.进一步地，所述第二组90度正离子偏转组件包括90度离子偏转第二四极杆主体，所述90度离子偏转第二四极杆主体由四个圆柱金属呈正方形排布组合而成，所述90度离子偏转第二四极杆主体一侧固定设有进口第二双聚焦透镜，所述90度离子偏转第二四极杆主
体另一侧面上固定设有出口第二双聚焦透镜，所述出口第二双聚焦透镜与进口第二双聚焦透镜呈90
°
布置，所述出口第二双聚焦透镜与第二级四极杆紧密接触，所述进口第二双聚焦透镜与碰撞反应池紧密接触。
8.进一步地，所述第一组90度正离子偏转组件以及第二组90度正离子偏转组件的结构不唯一，即可以采用上述结构的四极杆机构的结构，也可以采用其他任何90度偏转的方式进行两次离子偏转。
9.进一步地，本发明的工作原理是离子通过一个偏转电场区域，受到电场力作用而偏离原来运动方向，并最终在出射时偏转90度,电子由于负电场的作用被排斥掉，而光子和中性粒子等不受电场力作用仍沿直线飞行，最终随真空被抽走，引入双90度离子偏转聚焦组件，使得正离子从截取锥后经过第一个90度偏转聚焦组件与大量icp中的电子和中性粒子分离，分离后的正离子进入第一级四极杆，正离子束经第一级四极杆的选择后，滤除了选定的质量数之外的全部离子，使得单一质量数的离子进入碰撞反应池，再经过碰撞反应池时，由于又加入了碰撞反应气体，使得通过碰撞反应池出来的产物中引入了新的气体和离子，通过第二个90度偏转聚焦组件将待测正离子与新引入的干扰组分予以分离，分离后的待测正离子再经过第二级四极杆筛选，将选定质量数的离子导入检测器中进行测量。
10.进一步地，所述双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪工作步骤具体如下：
11.1)等离子体产生的离子经过采样锥和截取锥后，经提取透镜到达第一组90度正离子偏转组件；
12.2)经过进口第一双聚焦透镜聚焦后，由90度离子偏转第一四极杆主体进行偏转，不受电场偏转的电子、光子等，继续直线运动，最后被真空泵抽离，正离子束经过90度离子偏转第一四极杆主体偏转后，到达出口第一双聚焦透镜，由出口第一双聚焦透镜聚焦后进入第一级四极杆内；
13.3)正离子束经第一级四极杆的选择后，滤除了正离子束中选定的质量数之外的全部离子，使得正离子束中单一质量数的离子进入碰撞反应池；
14.4)通过碰撞反应池的干扰去除作用后到达第二组90度正离子偏转组件；
15.5)经过进口第二双聚焦透镜聚焦后，由90度离子偏转第二四极杆主体进行偏转，使得待分析的正离子再次发生90度偏转，到达出口第二双聚焦透镜，而不受电场作用的电子、光子等继续作直线运动后被真空泵抽离；
16.6)离子经过出口第二双聚焦透镜后进入第二级四极杆，通过第二级四极杆的筛选分离后，待检测的离子进入检测器中，通过检测器对离子进行检测。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用双90度偏转透镜的设计使得分析离子在传输聚焦过程中，可以将其与非带电粒子进行非孔传输分离，避免了因孔而对电场分布产生影响，离子传输效率的增加，质谱系统组件减少污染，可大幅增加仪器的灵敏度和稳定性；
18.加入双聚焦透镜减少离子角度分散，提高离子传输效率：本发明加入聚焦透镜后能够有效改变电场分布，改善离子束发散角度，降低电荷空间效应，使离子入射后进入离子透镜系统的位置更靠近轴心，离子沿着轴向路线传输，提高离子的传输效率，从而提高灵敏度；
19.离子二次90度偏转聚焦，减少背景噪声和仪器漂移：由于本发明是直接去除了光
子和中性粒子，减少背景噪声，也大大降低对后面的质谱系统组件污染，这样不仅能够大幅度降低仪器的背景噪声，也能减少质谱仪器核心部件因基体和其他离子沉积引起电压参数变化和仪器漂移，而且该装置也不需要经常清洗和维护，给用户的使用和后期维护带来了极大的便捷；
20.实施例4作为本发明的一个实施方式，其双检测器模式的设计，可实现多种分析模式：对不受质谱干扰的元素，可在第一级四极杆质量分析器进行筛选后直接进行信号检测，可提高分析速度，对于复杂元素分析可自动切换到三重四极杆模式进行工作，使得整个质谱仪器系统的应用环境更加广泛和灵活；
21.本发明采用三重四极杆，三重四极杆的离子束在进入碰撞反应池前，已由第一级四极杆滤除了选定的质量数之外的全部离子，使得可能的未知的多种质谱干扰采用碰撞/反应池技术直接去除，杜绝副反应对分析结果的影响，使其具有卓越的去除干扰能力，因此对于基质复杂的样品进行分析时能获得卓越的检出限，从而得到更加准确的结果，同时三重四极杆质谱系统可在三重四极杆和单杆模式间多种分析模式灵活切换,保证最大的分析灵活性，为完整分析提供最佳结果，在三重四极杆模式下，配合第一级四极杆的母离子筛选功能保证超强干扰去除效果的同时有效提升整机灵敏度水平，无惧任何挑战性样品可有效解决合金，稀土，材料及半导体行业的质谱干扰问题；对于常规高通量检测实验室而言，其单四极杆模式在分析效率，测试精度以及检出限方面均能完美胜任包括环境，食品安全等大众行业样品的快速准确分析。因此串接模式质谱系统可以完全继承单四极杆本身的全部优势的同时，还可成功解决传统单四极杆未能解决的质谱干扰，在众多领域可替代昂贵的高分辨双聚焦等离子体质谱仪，甚至在某些特定领域可完成hr-icp-ms所无法完成的工作，应用领域更加全面。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪的总体结构示意图；
24.图2是本发明双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪的第一组90度正离子偏转组件的结构示意图；
25.图3是本发明双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪的第二组90度正离子偏转组件的结构示意图；
26.图4是本发明双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪的单圆杆机构的等离子体质谱仪的总体结构示意图；
27.图5是本发明双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪的第一单圆杆偏转机构的结构示意图；
28.图6是本发明双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪的t型偏转机构的等离子体质谱仪的总体结构示意图；
29.图7是本发明双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪的第一t型偏转机构的结构示
意图；
30.图8是本发明双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪的双检测器结构示意图。
31.图中：采样锥1，截取锥2，第一提取透镜3，第二提取透镜4，第一组90度正离子偏转组件5，第一级四极杆6，碰撞反应池7，第二组90度正离子偏转组件8，第二级四极杆9，检测器10，第一单圆杆偏转机构11，第二单圆杆偏转机构12，第一t型偏转机构13，第二t型偏转机构14，第二检测器15，出口第一双聚焦透镜51，90度离子偏转第一四极杆主体52，进口第一双聚焦透镜53，90度离子偏转第二四极杆主体81，进口第二双聚焦透镜82，出口第二双聚焦透镜83，90度离子偏转单圆杆主体111，单圆杆进口双聚焦透镜112，单圆杆出口双聚焦透镜113，斜45度离子偏转磁场131，t型偏转进口双聚焦透镜132以及t型偏转出口双聚焦透镜133。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
33.实施例1
34.请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪，包括采样锥1，采样锥1后侧布置有截取锥2，截取锥2后侧依次设有第一提取透镜3以及第二提取透镜4，第二提取透镜4后侧固定设有第一组90度正离子偏转组件5，第一组90度正离子偏转组件5上端固定有第一级四极杆6，第一级四极杆6上端设有碰撞反应池7，碰撞反应池7上端固定设有第二组90度正离子偏转组件8，第二组90度正离子偏转组件8后侧设有第二级四极杆9，第二级四极杆9后侧设有检测器10。
35.如图2所示，第一组90度正离子偏转组件5包括90度离子偏转第一四极杆主体52，90度离子偏转第一四极杆主体52由四个圆柱金属呈正方形排布组合而成，90度离子偏转第一四极杆主体52一侧固定设有进口第一双聚焦透镜53，90度离子偏转第一四极杆主体52另一侧面上固定设有出口第一双聚焦透镜51，出口第一双聚焦透镜51与进口第一双聚焦透镜53呈90
°
布置，进口第一双聚焦透镜53与第二提取透镜4紧密接触，出口第一双聚焦透镜51与第一级四极杆6下端紧密接触。
36.如图3所示，第二组90度正离子偏转组件8包括90度离子偏转第二四极杆主体81，90度离子偏转第二四极杆主体81由四个圆柱金属呈正方形排布组合而成，90度离子偏转第二四极杆主体81一侧固定设有进口第二双聚焦透镜82，90度离子偏转第二四极杆主体81另一侧面上固定设有出口第二双聚焦透镜83，出口第二双聚焦透镜83与进口第二双聚焦透镜82呈90
°
布置，出口第二双聚焦透镜83与第二级四极杆9紧密接触，进口第二双聚焦透镜82与碰撞反应池4紧密接触。
37.双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪工作步骤及原理具体如下：
38.1)等离子体产生的离子经过采样锥1和截取锥2后，经提取透镜到达第一组90度正离子偏转组件5；
39.2)经过进口第一双聚焦透镜53聚焦后，由90度离子偏转第一四极杆主体52进行偏
转，不受电场偏转的电子、光子等继续直线运动，最后被真空泵抽离，正离子束经过90度离子偏转第一四极杆主体52偏转后，到达出口第一双聚焦透镜51，由出口第一双聚焦透镜51聚焦后进入第一级四极杆6内；
40.3)正离子束经第一级四极杆6的选择后，滤除了正离子束中选定的质量数之外的全部离子，使得正离子束中单一质量数的离子进入碰撞反应池7；
41.4)通过碰撞反应池7的干扰去除作用后到达第二组90度正离子偏转组件8；
42.5)经过进口第二双聚焦透镜82聚焦后，由90度离子偏转第二四极杆主体81进行偏转，使得待分析的正离子再次发生90度偏转，到达出口第二双聚焦透镜83，而不受电场作用的电子、光子等继续作直线运动后被真空泵抽离；
43.6)离子经过出口第二双聚焦透镜83聚焦后进入第二级四极杆9，通过第二级四极杆9的筛选分离后，待检测的离子进入检测器10中，通过检测器10对离子进行检测。
44.实施例2
45.如图4-5所示，双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪，包括采样锥1，采样锥1后侧布置有截取锥2，截取锥2后侧依次设有第一提取透镜3以及第二提取透镜4，第二提取透镜4后侧固定设有第二单圆杆偏转机构12，第二单圆杆偏转机构12上端固定有第一级四极杆6，第一级四极杆6上端设有碰撞反应池7，碰撞反应池7上端固定设有第一单圆杆偏转机构11，第一单圆杆偏转机构11后侧设有第二级四极杆9，第二级四极杆9后侧设有检测器10。
46.如图5所示，第二单圆杆偏转机构12与第一单圆杆偏转机构11结构相同，所述第一单圆杆偏转机构11包括90度离子偏转单圆杆主体111，所述90度离子偏转单圆杆主体111由单个圆柱金属构成，所述90度离子偏转单圆杆主体111两侧分别设有单圆杆进口双聚焦透镜112以及单圆杆出口双聚焦透镜113，所述单圆杆进口双聚焦透镜112以及单圆杆出口双聚焦透镜113呈90
°
布置，且单圆杆进口双聚焦透镜112与碰撞反应池7紧密接触，单圆杆出口双聚焦透镜113与第二级四极杆9紧密接触，所述90度离子偏转单圆杆主体111具体位于单圆杆进口双聚焦透镜112和单圆杆出口双聚焦透镜113夹角位置。
47.实施例3
48.如图6-7所示，双90度偏转三重四极杆等离子质谱仪，包括采样锥1，采样锥1后侧布置有截取锥2，截取锥2后侧依次设有第一提取透镜3以及第二提取透镜4，第二提取透镜4后侧固定设有第二t型偏转机构14，第二t型偏转机构14上端固定有第一级四极杆6，第一级四极杆6上端设有碰撞反应池7，碰撞反应池7上端固定设有第一t型偏转机构13，第一t型偏转机构13后侧设有第二级四极杆9，第二级四极杆9后侧设有检测器10。
49.如图7所示，第一t型偏转机构13与第二t型偏转机构14结构相同，所述第一t型偏转机构13包括斜45度离子偏转磁场131，所述斜45度离子偏转磁场131由两个电磁体组成，所述斜45度离子偏转磁场131一侧设有t型偏转进口双聚焦透镜132以及t型偏转出口双聚焦透镜133，所述t型偏转进口双聚焦透镜132以及t型偏转出口双聚焦透镜133呈90
°
布置，且t型偏转进口双聚焦透镜132与碰撞反应池7紧密接触，t型偏转出口双聚焦透镜133与第二级四极杆9紧密接触，所述斜45度离子偏转磁场131具体位于t型偏转进口双聚焦透镜132和t型偏转出口双聚焦透镜133夹角相对的位置，且斜45度离子偏转磁场131与t型偏转进口双聚焦透镜132以及t型偏转出口双聚焦透镜133呈等边直角三角形结构。
50.实施例4
51.如图8所示，双90度偏转双检测器三重四极杆等离子质谱仪，包括采样锥1，采样锥1后侧布置有截取锥2，截取锥2后侧依次设有第一提取透镜3以及第二提取透镜4，第二提取透镜4后侧固定设有第一组90度正离子偏转组件5，第一组90度正离子偏转组件5上端固定有第一级四极杆6，所述第一级四极杆6上端固定设有第二组90度正离子偏转组件8，所述第二组90度正离子偏转组件8后侧设有碰撞反应池7，所述第二组90度正离子偏转组件8上端设有第二检测器15，所述碰撞反应池7后侧固定设有第二级四极杆9，所述第二级四极杆9后侧设有检测器10。
52.双90度偏转双检测器三重四极杆等离子质谱仪工作步骤及原理具体如下：
53.1)等离子体产生的离子经过采样锥1和截取锥2后，经提取透镜到达第一组90度正离子偏转组件5；
54.2)经过进口第一双聚焦透镜53聚焦后，由90度离子偏转第一四极杆主体52进行偏转，不受电场偏转的电子、光子等继续直线运动，最后被真空泵抽离，正离子束经过90度离子偏转第一四极杆主体52偏转后，到达出口第一双聚焦透镜51，由出口第一双聚焦透镜51聚焦后进入第一级四极杆6内；
55.3)正离子束经第一级四极杆6的选择后，滤除了正离子束中选定的质量数之外的全部离子，使得正离子束中单一质量数的离子进入第二组90度正离子偏转组件8；
56.4)模式一：
57.i.经过进口第二双聚焦透镜82聚焦后，由90度离子偏转第二四极杆主体81进行偏转，使得待分析的正离子再次发生90度偏转，到达出口第二双聚焦透镜83，而不受电场作用的电子、光子等继续作直线运动后被真空泵抽离；
58.ii.离子经过出口第二双聚焦透镜83聚焦后进入碰撞反应池7；
59.iii.通过碰撞反应池7的干扰去除作用后到达第二级四极杆9；
60.iv.通过第二级四极杆9的筛选分离后，待检测的离子进入检测器10中，通过检测器10对离子进行检测；
61.5)模式二：
62.i.经过进口第二双聚焦透镜82聚焦后，待分析的正离子直接穿过8进入到第二检测器15内；
63.ii.通过第二检测器15对离子进行检测。
64.以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
65.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
66.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明
的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。