專利名稱：質譜分析儀及其工作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及質譜分析儀，特別涉及能使離子阱的中心和電子源間的電勢差為恒定值的質譜分析儀及其工作方法。
背景技術：
離子阱是一種性能優(yōu)良的質量分析器，它進行質量分析的基本原理是首先將不同質荷比的離子束縛在離子阱中，然后通過電場作用將不同質荷比的離子區(qū)分開開，達到質量分析的目的。離子阱質量分析器具有體積小、容易加工、對真空度要求低、維護成本低、靈敏度高以及可進行多級質譜分析等眾多優(yōu)點，因此，基于離子阱質量分析器被廣泛地應用于各種質譜儀中，特別是小型化或便攜式質譜儀。圖1示出了現(xiàn)有技術中普遍采用的質譜儀的基本結構圖，如圖1所示，包括依次設置的電子源105、電子透鏡104、3D離子阱、檢測器108，以及射頻電源106和電子門控制單元107等。該離子阱工作時，離子阱的環(huán)電極101上施加交變的射頻電壓，左右兩個端蓋電極102和103接地。圖2示出了現(xiàn)有技術中電子門的工作圖，如圖2所示，在離子阱工作過程中的離子化階段，電子門都處于開啟狀態(tài)，在整個階段內(nèi)電子都可進入離子阱內(nèi)電離中性物質。中性物質離子化的基本過程是帶有一定動能的電子轟擊中性物質，造成中性物質丟失電子或化學鍵斷裂，從而形成分子離子或碎片離子。在電離過程中，形成的離子碎片與電子的動能有直接的聯(lián)系，因此，標準譜庫中的質譜圖都是使用恒定動能的電子(70eV) 去轟擊中性物質得到的。根據(jù)圖2的工作方式，由于離子阱環(huán)電極101上施加交變的射頻電壓，而左右兩個端蓋電極接地，此時離子阱的場中心電勢并不為0，而是V/2，其中V是射頻電壓的幅度(半峰值)。燈絲發(fā)射出的電子具有的動能應等于燈絲本身的電勢與被轟擊的中性物質所在位置的電勢之差，因此，在這種情況下，即使燈絲的電勢恒定，電子轟擊中性物質的動能也會隨著RF電壓變化，上述控制方式會帶來如下問題1、電子動能變化幅度非常大，產(chǎn)生的碎片離子峰與標準譜庫的匹配度很低，增大了物質定性的難度；2、電子動能交替變化，增加了電離過程中的不確定性，因此得到質譜圖重復性較差。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術方案中的不足，本發(fā)明提供一種測量準確度高的質譜分析儀，還提供了一種測量準確度高的質譜分析儀的工作方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的質譜分析儀，包括電子源、電子門以及離子阱；所述質譜分析儀還包括檢測單元，所述檢測單元用于檢測所述離子阱的工作電信號，并傳送到控制單兀；控制單元，所述控制單元用于根據(jù)接收到的所述工作電信號而控制所述電子門， 從而使得當所述離子阱的中心與所述電子源間的電勢差為定值時，所述電子門打開，否則關閉所述電子門。根據(jù)上述的質譜分析儀，作為優(yōu)選，所述檢測單元用于檢測所述工作電信號的相位或幅值，當檢測到相同相位或同方向的等幅值時，所述控制單元打開所述電子門，否則關閉電子門。根據(jù)上述的質譜分析儀，作為優(yōu)選，所述工作電信號為正弦波或矩形波電信號。根據(jù)上述的質譜分析儀，作為優(yōu)選，當所述檢測單元檢測到的所述工作電信號為零時，所述控制單元打開所述電子門，否則關閉所述電子門本發(fā)明的目的還通過以下技術方案得以實現(xiàn)質譜分析儀的工作方法，所述工作方法包括以下步驟(Al)檢測離子阱的工作電信號，并傳送到控制單元；(A2)控制單元根據(jù)接收到的所述工作電信號而控制所述電子門，以使當所述離子阱的中心與電子源間的電勢差為定值時，所述電子門打開，從而使得所述電子源發(fā)射的電子以恒定的動能進入所述離子阱；(A3)待測物質被進入所述離子阱的電子撞擊而離子化，產(chǎn)生的離子被彈出所述離子阱；(A4)檢測被彈出離子阱的離子，經(jīng)分析后獲知待測物質的信息。根據(jù)上述的工作方法，作為優(yōu)選，所述檢測單元檢測所述工作電信號的相位或幅值，當檢測到相同相位或同方向的等幅值時，所述控制單元打開所述電子門，否則關閉所述電子門。根據(jù)上述的工作方法，作為優(yōu)選，所述工作電信號為正弦波或矩形波電信號。根據(jù)上述的工作方法，作為優(yōu)選，當所述檢測單元檢測到的所述工作電信號為零時，所述控制單元打開所述電子門，否則關閉所述電子門。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的有益效果為1、僅在離子阱中心和電子源間電勢差為定值時才打開電子門，否則關閉所述電子門，使得進入離子阱的電子的動能基本保持恒定。因此，該方法可提高所得質譜圖與標準譜庫的匹配度，從而提高檢測準確度。2、避免了 RF交變電壓引起的進入離子阱的電子的動能變化，提高了所得質譜圖
的重復性。


參照附圖，本發(fā)明的公開內(nèi)容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是這些附圖僅僅用于舉例說明本發(fā)明的技術方案，而并非意在對本發(fā)明的保護范圍構成限制。 圖中圖1是現(xiàn)有技術中質譜儀的基本結構圖；圖2是現(xiàn)有技術中電子門的控制示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例1的質譜分析儀的基本結構圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例1的電子門的控制示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例1的電子門的控制示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例1的工作方法的流程圖。
具體實施例方式圖3-6和以下說明描述了本發(fā)明的可選實施方式以教導本領域技術人員如何實施和再現(xiàn)本發(fā)明。為了教導本發(fā)明技術方案，已簡化或省略了一些常規(guī)方面。本領域技術人員應該理解源自這些實施方式的變型或替換將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領域技術人員應該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本發(fā)明的多個變型。由此，本發(fā)明并不局限于下述可選實施方式，而僅由權利要求和它們的等同物限定。實施例1 圖3示意性地給出了本發(fā)明實施例的質譜分析儀的基本結構圖。如圖3所示，所述質譜分析儀包括電子源205，所述電子源用于發(fā)射電子。離子阱，所述離子阱用于離子化待測物質，束縛離子以及彈出離子。所述離子阱可采用3D離子阱，具體包括環(huán)電極201、端蓋電極202、203。當然還可以采用其他類型的，這些都是本領域的現(xiàn)有技術。電源206，所述電源用于驅動所述電子源和離子阱，其中為離子阱提供正弦波電壓。探測器208，所述探測器用于接收從所述離子阱彈出的離子。分析單元，所述分析單元用于分析接收到的所述探測器傳送來的信號，從而獲知待測物質的類別、含量等信息。電子門204，所述電子門用于控制所述電子源發(fā)射出的電子通過與否，具體設置在所述電子源和離子阱之間。檢測單元209，所述檢測單元用于檢測所述電源輸出的所述離子阱的工作電壓信號的相位，并傳送到控制單元；所述檢測單元可采用電路或軟件來實現(xiàn)?？刂茊卧?07，所述控制單元用于根據(jù)接收到的所述工作電壓信號而控制所述電子門。所述控制單元可采用電路或軟件來實現(xiàn)。圖4、5示意性地給出了所述電子門的控制圖，如圖4、5所示，具體方式為當檢測到相同相位或同方向等幅值的工作電信號時，如所述工作電信號為零時，此時離子阱的中心和電子源間的電勢差是定值，所述控制單元打開所述電子門，否則關閉電子門。圖6示意性地給出了本發(fā)明實施例的質譜分析儀的工作方法的流程圖。如圖6所示，所述工作方法包括以下步驟(Al)檢測離子阱的工作電信號的相位，所述工作電信號為正弦波電壓信號，并傳送到控制單元；(A2)當檢測到的相位相同或同方向等幅值的工作信號時，如所述工作電信號為零時，如圖4、5所示，所述離子阱的中心與電子源間的電勢差為定值，控制單元打開所述電子門，從而使得所述電子源發(fā)射的電子以恒定的動能進入所述離子阱；否則關閉所述電子門；
(A3)待測物質被進入所述離子阱的電子撞擊而離子化，產(chǎn)生的離子被彈出所述離子阱；(A4)檢測被彈出離子阱的離子，經(jīng)分析后獲知待測物質的類別、含量等信息。根據(jù)本發(fā)明實施例達到的益處在于僅在離子阱中心和電子源間電勢差為定值時才打開電子門，否則關閉所述電子門，使得進入離子阱的電子的動能保持恒定，提高了所得質譜圖與標準譜庫的匹配度，也提高了所得質譜圖的可重復性。實施例2 一種質譜分析儀，與實施例1不同的是電源為離子阱提供矩形波工作電壓。本實施例的上述的質譜分析儀的工作方法，與實施例1不同的是電源為離子阱提供矩形波工作電壓。
權利要求
1.質譜分析儀，包括電子源、電子門以及離子阱；其特征在于所述質譜分析儀還包括檢測單元，所述檢測單元用于檢測所述離子阱的工作電信號，并傳送到控制單元； 控制單元，所述控制單元用于根據(jù)接收到的所述工作電信號而控制所述電子門，從而使得當所述離子阱的中心與所述電子源間的電勢差為定值時，所述電子門打開，否則關閉所述電子門。
2.根據(jù)權利要求1所述的質譜分析儀，其特征在于所述檢測單元用于檢測所述工作電信號的相位或幅值，當檢測到相同相位或同方向的等幅值時，所述控制單元打開所述電子門，否則關閉電子門。
3.根據(jù)權利要求2所述的質譜分析儀，其特征在于所述工作電信號正弦波或矩形波電信號。
4.根據(jù)權利要求1所述的質譜分析儀，其特征在于當所述檢測單元檢測到的所述工作電信號為零時，所述控制單元打開所述電子門，否則關閉所述電子門。
5.質譜分析儀的工作方法，所述工作方法包括以下步驟 (Al)檢測離子阱的工作電信號，并傳送到控制單元；(A2)控制單元根據(jù)接收到的所述工作電信號而控制所述電子門，以使當所述離子阱的中心與電子源間的電勢差為定值時，所述電子門打開，從而使得所述電子源發(fā)射的電子以恒定的動能進入所述離子阱；(A3)待測物質被進入所述離子阱的電子撞擊而離子化，產(chǎn)生的離子被彈出所述離子阱；(A4)檢測被彈出離子阱的離子，經(jīng)分析后獲知待測物質的信息。
6.根據(jù)權利要求5所述的工作方法，其特征在于所述檢測單元檢測所述工作電信號的相位或幅值，當檢測到相同相位或同方向的等幅值時，所述控制單元打開所述電子門，否則關閉所述電子門。
7.根據(jù)權利要求6所述的工作方法，其特征在于所述工作電信號為正弦波或矩形波電信號。
8.根據(jù)權利要求5所述的工作方法，其特征在于當所述檢測單元檢測到的所述工作電信號為零時，所述控制單元打開所述電子門，否則關閉所述電子門。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種質譜分析儀，包括電子源、電子門以及離子阱；所述質譜分析儀還包括檢測單元，所述檢測單元用于檢測所述離子阱的工作電信號，并傳送到控制單元；控制單元，所述控制單元用于根據(jù)接收到的所述工作電信號而控制所述電子門，從而使得當所述離子阱的中心與所述電子源間的電勢差為定值時，所述電子門打開，否則關閉所述電子門。本發(fā)明具有測量準確度高、成本低等優(yōu)點。
文檔編號G01N27/62GK102339723SQ20111028461
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權日2011年9月23日
發(fā)明者劉立鵬, 梁炎, 鄧嘉輝, 鄭毅, 馬喬 申請人:聚光科技(杭州)股份有限公司