便携式质谱仪及其工作方法与流程

1.本发明涉及质谱分析，特别涉及便携式质谱仪及其工作方法。


背景技术：

2.质谱技术作为定性定量分析技术，用于获取待测样品分子质量和结构信息，成为实验室检测的优选手段，已被广泛应用于食品安全、公共安全、临床医疗等领域。但实验室质谱分析方法需要经过分离、提取、纯化、浓缩等复杂的前处理过程，部分物质还需要衍生化才能被检出，存在检测时间长、检测成本高，无法有效支撑现场快速准确检测的需要。
3.随着近年来直接电离、串联质谱、真空系统等先进技术的蓬勃发展，研制的直接电离质谱产品在小型化、现场检测等方面具有显著优势。与传统质谱技术相比，直接电离质谱仪具有更高的基体耐受能力、可对复杂基体样品进行直接质谱分析、无需或仅需简单的样品前处理即可实现样品原位分析等优势，已取得了一定的研究成果与应用价值，但重量与体积仍较大，便携性体验不佳。
4.现有的方法主要采用小型化后质谱性能较好的离子阱技术，可通过串级功能实现待测物质的准确检出。主要集中在离子化进样后直连离子阱，或是接离子光学系统后连离子阱，又或是采用非连续式进样下的真空平衡系统等，能一定程度上提升小型化，但对高真空系统的创新相对不足，对应的真空度及腔体空间要求没有实质性变化。


技术实现要素：

5.为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种便携式质谱仪。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
7.便携式质谱仪，离子传输管、离子阱、检测器和控制电路；所述便携式质谱仪还包括：
8.第一真空腔和第一机械泵，所述第一机械泵和所述离子传输管分别连通所述第一真空腔；
9.预处理单元，所述预处理单元设置在所述第一真空腔内，用于去除从所述离子传输管出射的中性粒子；
10.第二真空腔，所述第二真空腔连通所述第一真空腔，所述离子阱设置在所述第二真空腔内；所述第二真空腔分别与所述第一真空腔和第三真空腔密封连接；
11.离子门，所述离子门设置在所述第一真空腔和第二真空腔之间；
12.第三真空腔，所述第三真空腔设置在所述第二真空腔的径向外侧，所述检测器设置在所述第三真空腔内；离子依次进入第一真空腔、第二真空腔和第三真空腔；
13.分子泵和第二机械泵，第二真空腔和第三真空腔分别依次连通所述分子泵和第二机械泵。
14.本发明的另一目的在于提供了本发明便携式质谱仪的工作方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
15.如本发明便携式质谱仪的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：
16.(a1)离子和中性粒子穿过离子传输管，进入第一真空腔内；
17.(a2)预处理单元去除所述中性粒子，离子从第一真空腔内出射，穿过离子门进入第二真空腔内；
18.(a3)离子进入离子阱内，筛选出的离子从离子阱的径向出射，进入第三真空腔内；
19.筛选出的离子被检测器接收；
20.在上述步骤中，第一机械泵抽出所述第一真空腔内的气体，分子泵选择性地连通所述第二真空腔和第三真空腔，所述分子泵的出口连通第二机械泵。
21.与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
22.1.结构简单；
23.2.真空度控制效果好；
24.直接对离子传输通道的真空腔室进行管控，极大降低对分子泵的性能指标要求且间接减轻分子泵重量与体积，同时实现小空间的精准真空度调控；
25.3.电子控制系统外置在最外层腔体，便于维护及测试，及解决在真空环境散热不佳的控制干扰；
26.4.多级真空综合控制，设计不同多级真空控制系统，实现协同高效控制，同时降低能耗。
附图说明
27.参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
28.图1是根据本发明实施例的便携式质谱仪的结构示意图；
29.图2是根据本发明实施例的便携式质谱仪的工作方法的流程示意图。
具体实施方式
30.图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
31.实施例1：
32.图1示意性地给出了本发明实施例1的便携式质谱仪的结构图，如图1所示，所述便携式质谱仪包括：
33.离子传输管1、离子阱41、检测器92和控制电路；这些器件都是本领域的现有技术；
34.第一真空腔24和第一机械泵，所述第一机械泵和所述离子传输管1分别连通所述第一真空腔24；
35.预处理单元，所述预处理单元设置在所述第一真空腔24内，用于去除从所述离子传输管1出射的中性粒子；
36.第二真空腔43，所述第二真空腔43连通所述第一真空腔24，所述离子阱 41设置在所述第二真空腔43内；所述第二真空腔43分别与所述第一真空腔24 和第三真空腔91密封连接；
37.离子门31，所述离子门31设置在所述第一真空腔24和第二真空腔43之间的通道3内；
38.第三真空腔91，所述第三真空腔91设置在所述第二真空腔43的径向外侧，所述检测器92设置在所述第三真空腔91内；离子依次进入第一真空腔24、第二真空腔43和第三真空腔91；
39.分子泵7和第二机械泵8，第二真空腔43和第三真空腔91分别依次连通所述分子泵7和第二机械泵8。
40.为了分开控制各个真空腔内的真空度，进一步地，所述便携式质谱仪还包括：
41.切换模块5，所述切换模块5用于使所述分子泵7选择性连通所述第二真空腔43和第三真空腔91。
42.为了防止控制电路等电子设备，进一步地，所述便携式质谱仪还包括：
43.第四真空腔101，所述第二真空腔43和第三真空腔91设置在所述第四真空腔101内，所述控制电路设置在所述第四真空腔101内；
44.所述切换模块用于使所述分子泵选择性地连通所述第四真空腔。
45.为了实现去中性离子的功能，进一步地，所述预处理单元包括：
46.第一电极23，所述第一电极23产生的电场用于偏转离子；
47.第二电极22，所述第二电极22产生的电场用于聚焦偏转后的离子。
48.图2给出了本实施例的便携式质谱仪的工作方法，如图2所示，所述工作方法包括以下步骤：
49.(a1)离子和中性粒子穿过离子传输管1，进入第一真空腔24内；
50.(a2)预处理单元去除所述中性粒子，离子从第一真空腔24内出射，穿过离子门31进入第二真空腔43内；
51.(a3)离子进入离子阱41内，筛选出的离子从离子阱41的径向出射，进入第三真空腔91内；
52.筛选出的离子被检测器92接收；
53.在上述步骤中，第一机械泵抽出所述第一真空腔24内的气体，分子泵7选择性地连通所述第二真空腔43和第三真空腔91，所述分子泵7的出口连通第二机械泵8。
54.实施例2：
55.根据本发明实施例1的便携式质谱仪和方法的应用例。
56.在本应用例中，如图1所示，第一真空腔24具有气体出口21，第一机械泵连接所述气体出口21，从而抽出第一真空腔24内的气体，以提高真空度；第一电极23产生电磁场，使得离子发生偏转，从第一电极23的两侧通过；第二电极22对称设置，用于聚焦偏转后的离子，从而使得离子穿过离子通道3；
57.第二真空腔43与第一真空腔24密封连接，内部通过离子通道3连通；离子门设置在所述离子通道3内，控制第一真空腔24和第二真空腔43连通与否；离子阱41设置在第二真空腔43内；第二真空腔43的径向具有离子出口42；
58.第三真空腔91与第二真空腔43密封连接，设置在第二真空腔43的径向侧部，离子传输件93和检测器92依次设置在所述第三真空腔91内，所述离子传输件93包括缓冲室和和离子聚焦模块；
59.第四真空腔101与第一真空腔24密封连接，并容纳第二真空腔43和第三真空腔91；控制电路设置在所述第四真空腔101内；
60.切换模块5采用多通阀，入口分别连通第二真空腔43、第三真空腔91和第四真空腔101，出口依次连通分子泵7和第二机械泵8。
61.图2给出了本实施例的便携式质谱仪的工作方法，如图2所示，所述工作方法包括以下步骤：
62.(a1)离子和中性粒子穿过离子传输管1，进入第一真空腔24内；
63.(a2)预处理单元去除所述中性粒子，离子从第一真空腔24内出射，穿过离子门31进入第二真空腔43内；离子门31按周期关闭和开启，使得第一真空腔24内的离子脉冲式地进入第二真空腔43内；
64.(a3)离子进入离子阱41内，筛选出的离子从离子阱41的径向出射，进入第三真空腔91内；
65.筛选出的离子穿过离子传输件93后，被检测器92接收；
66.在上述步骤中，第一机械泵抽出所述第一真空腔24内的气体，分子泵7选择性地连通所述第二真空腔43和第三真空腔91，所述分子泵7的出口连通第二机械泵8，使得第一真空腔24、第二真空腔43和第三真空腔91的真空度逐渐提高。
67.实施例3：
68.根据本发明实施例1的便携式质谱仪和方法的应用例，与实施例2不同的是：
69.第一真空腔24设置在第五真空腔内，离子传输管1设置在第五真空腔11 上；第一真空腔24上具有允许离子通过的通道25，第五真空腔上设置有出口 112，第一机械泵连通所述出口112。