专利摘要
本实用新型提供了一种质子转移反应质谱仪，离子源用于将通入其内部的初始反应气体电离成初始反应离子；初始反应离子在漂移管内部与待测样品分子碰撞发生质子转移反应生成待测样品离子；矩形离子阱用于捕获进入其内部的待测样品离子并使捕获的待测样品离子按照质荷比大小共振逐出；离子检测器用于对矩形离子阱逐出的待测样品离子进行检测，以获得待测样品离子的质谱图。由于矩形离子阱前端的电极可以与漂移管末端的电极共用，因此，矩形离子阱可以与漂移管直接相连，从而可以省去中间的离子传输环节，减少了传输过程中的离子损失，提高了仪器灵敏度，极大地简化质谱仪的结构。
权利要求
1.一种质子转移反应质谱仪，其特征在于，包括离子源、与所述离子源相连通的漂移管、与所述漂移管相连通的矩形离子阱和设置在所述矩形离子阱出口处的离子检测器；
所述离子源用于将通入其内部的初始反应气体电离成初始反应离子；
所述漂移管由被绝缘环间隔的金属环电极组成，所述初始反应离子在所述漂移管内部与待测样品分子碰撞发生质子转移反应生成待测样品离子；
所述矩形离子阱为由三对平板电极构成的中空长方体，所述矩形离子阱前端的电极与所述漂移管末端的电极共用，所述矩形离子阱用于捕获进入其内部的所述待测样品离子并使捕获的所述待测样品离子按照质荷比大小共振逐出；
所述离子检测器和所述矩形离子阱安装在同一个离子阱真空腔内，所述离子检测器用于对所述矩形离子阱逐出的待测样品离子进行检测，以获得所述待测样品离子的质谱图。
2.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述三对平板电极包括与Y轴和Z轴构成平面垂直的一对X电极、与X轴和Z轴构成平面垂直的一对Y电极以及与X轴和Y轴构成平面垂直的一对Z电极；
所述一对X电极上分别施加幅值相等、相位相差180°的一组共振频率信号，所述一对Y电极上施加高压射频信号，所述一对Z电极上施加直流电压信号。
3.根据权利要求2所述的质谱仪，其特征在于，所述矩形离子阱前端的Z电极与所述漂移管末端的电极共用，且所述Z电极上具有通孔，所述漂移管内的待测样品离子通过所述通孔进入所述矩形离子阱；
所述X电极上具有狭缝，用于所述待测样品离子的共振逐出；
所述离子检测器设置在所述狭缝的出口处。
4.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述离子阱真空腔内的气压为0.01Pa～0.1Pa。
5.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述离子源的前端具有第一进气口，所述离子源的末端具有第一出气口；
所述第一进气口用于向所述离子源内部通入初始反应气体；
所述第一出气口用于将未被电离的初始反应气体排出。
6.根据权利要求5所述的质谱仪，其特征在于，所述离子源为空心阴极离子源；
所述初始反应气体为水蒸汽；
所述初始反应离子为水合氢离子。
7.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述漂移管的前端具有第二进气口，所述漂移管的末端具有第二出气口；
所述第二进气口用于向所述漂移管内部通入待测样品分子；
所述第二出气口用于将未反应的待测样品分子排出；
相邻的所述金属环电极之间连接相同阻值的电阻；
当在所述漂移管两端的电极上施加电压时，所述漂移管还用于对其内部的离子进行加速。
8.根据权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述离子检测器为电子倍增管。
说明书
技术领域
本实用新型涉及质谱仪技术领域，更具体地说，涉及一种质子转移反应质谱仪。
背景技术
PTR-MS(Proton Transfer Reaction–Mass Spectrometry，质子转移反应质谱)由于具有测量响应时间短、灵敏度高、无需对样品气体进行预处理以及无需定标等优点，因此，已经被广泛应用在生命科学、国土安全、食品安全和大气痕量监测等重要领域。
现有的质子转移反应质谱仪一般通过电子电离的方式将初始反应气体(如水蒸汽)电离成初始反应离子(如H3O
虽然现有的质子转移反应质谱仪采用的四级杆质量分析器和飞行时间质量分析器等质量分析器都具有良好的质量分析能力，但是，由于漂移管与上述质量分析器不能直接相连，也就是说，待测样品离子从漂移管出来后，需经过中间环节的传输才能进入质量分析器，因此，使得质谱仪的结构较复杂。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种质子转移反应质谱仪，以减少中间的离子传输环节，简化质谱仪的结构。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种质子转移反应质谱仪，包括离子源、与所述离子源相连通的漂移管、与所述漂移管相连通的矩形离子阱和设置在所述矩形离子阱出口处的离子检测器；
所述离子源用于将通入其内部的初始反应气体电离成初始反应离子；
所述漂移管由被绝缘环间隔的金属环电极组成，所述初始反应离子在所述漂移管内部与待测样品分子碰撞发生质子转移反应生成待测样品离子；
所述矩形离子阱为由三对平板电极构成的中空长方体，所述矩形离子阱前端的电极与所述漂移管末端的电极共用，所述矩形离子阱用于捕获进入其内部的所述待测样品离子并使捕获的所述待测样品离子按照质荷比大小共振逐出；
所述离子检测器和所述矩形离子阱安装在同一个离子阱真空腔内，所述离子检测器用于对所述矩形离子阱逐出的待测样品离子进行检测，以获得所述待测样品离子的质谱图。
优选地，所述三对平板电极包括与Y轴和Z轴构成平面垂直的一对X电极、与X轴和Z轴构成平面垂直的一对Y电极以及与X轴和Y轴构成平面垂直的一对Z电极；
所述一对X电极上分别施加幅值相等、相位相差180°的一组共振频率信号，所述一对Y电极上施加高压射频信号，所述一对Z电极上施加直流电压信号。
优选地，所述矩形离子阱前端的Z电极与所述漂移管末端的电极共用，且所述Z电极上具有通孔，所述漂移管内的待测样品离子通过所述通孔进入所述矩形离子阱；
所述X电极上具有狭缝，用于所述待测样品离子的共振逐出；
所述离子检测器设置在所述狭缝的出口处。
优选地，所述离子阱真空腔内的气压为0.01Pa～0.1Pa。
优选地，所述离子源的前端具有第一进气口，所述离子源的末端具有第一出气口；
所述第一进气口用于向所述离子源内部通入初始反应气体；
所述第一出气口用于将未被电离的初始反应气体排出。
优选地，所述离子源为空心阴极离子源；
所述初始反应气体为水蒸汽；
所述初始反应离子为水合氢离子。
优选地，所述漂移管的前端具有第二进气口，所述漂移管的末端具有第二出气口；
所述第二进气口用于向所述漂移管内部通入待测样品分子；
所述第二出气口用于将未反应的待测样品分子排出；
相邻的所述金属环电极之间连接相同阻值的电阻；
当在所述漂移管两端的电极上施加电压时，所述漂移管还用于对其内部的离子进行加速。
优选地，所述离子检测器为电子倍增管。
与现有技术相比，本实用新型所提供的技术方案具有以下优点：
本实用新型所提供的质子转移反应质谱仪，通过离子源将初始反应气体电离成初始反应离子，初始反应离子在漂移管内部与待测样品分子碰撞发生质子转移反应生成待测样品离子，通过矩形离子阱捕获进入其内部的待测样品离子并使捕获的待测样品离子按照质荷比共振逐出，离子检测器对矩形离子阱逐出的待测样品离子进行检测，以获得待测样品离子的质谱图。
由于矩形离子阱前端的电极可以与漂移管末端的电极共用，因此，矩形离子阱可以与漂移管直接相连，从而可以省去中间的离子传输环节，减少了传输过程中的离子损失，提高了仪器灵敏度，极大地简化质谱仪的结构。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种质子转移反应质谱仪的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的矩形离子阱的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的矩形离子阱一种剖视图；
图4为本实用新型实施例提供的矩形离子阱另一种剖视图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有的漂移管与四级杆质量分析器和飞行时间质量分析器等质量分析器不能直接相连，因此，待测样品离子从漂移管出来后，需经过较多的中间环节的传输才能进入质量分析器，从而使得质谱仪的结构较复杂。
基于此，本实用新型提供了一种质子转移反应质谱仪，以克服现有技术存在的上述问题，包括离子源、与所述离子源相连的漂移管、与所述漂移管相连的矩形离子阱和设置在所述矩形离子阱出口处的离子检测器；
所述离子源用于将通入其内部的初始反应气体电离成初始反应离子；
所述漂移管由被绝缘环间隔的金属环电极组成，所述初始反应离子在所述漂移管内部与待测样品分子碰撞发生质子转移反应生成待测样品离子；
所述矩形离子阱为由三对平板电极构成的中空长方体，所述矩形离子阱前端的电极与所述漂移管末端的电极共用，所述矩形离子阱用于捕获进入其内部的所述待测样品离子并使捕获的所述待测样品离子按照质荷比大小共振逐出；
所述离子检测器和所述矩形离子阱安装在同一个离子阱真空腔内，所述离子检测器用于对所述矩形离子阱逐出的待测样品离子进行检测，以获得所述待测样品离子的质谱图。
本实用新型提供的质子转移反应质谱仪，由于矩形离子阱前端的电极可以与漂移管末端的电极共用，因此，矩形离子阱可以与漂移管直接连通，从而可以省去中间的离子传输环节，减少了传输过程中的离子损失，提高了仪器灵敏度，极大地简化质谱仪的结构。
以上是本实用新型的核心思想，为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供了一种质子转移反应质谱仪，可以应用于大气痕量挥发性有机物(VOCs)的实时在线检测，当然，本实用新型并不仅限于此，在其他实施例中，该质子转移反应质谱仪还可以应用于食品检测等领域。
如图1所示，本实施例中的质子转移反应质谱仪包括离子源1、与离子源1相连通的漂移管2、与漂移管2相连通的矩形离子阱3和设置在矩形离子阱3出口处的离子检测器4。
其中，离子源1用于将通入其内部的初始反应气体电离成初始反应离子；
漂移管2主要由被绝缘环间隔的金属环电极20组成，初始反应离子在漂移管2内部与待测样品分子碰撞发生质子转移反应生成待测样品离子；
矩形离子阱3为由三对平板电极构成的中空长方体，矩形离子阱3前端的电极与漂移管2末端的电极23共用，矩形离子阱3用于捕获进入其内部的待测样品离子并使捕获的待测样品离子按照质荷比大小共振逐出；
离子检测器4和矩形离子阱3安装在同一个离子阱真空腔5内，离子检测器4用于对矩形离子阱3逐出的待测样品离子进行检测，以获得待测样品离子的质谱图。
由于漂移管2的末端具有电极，矩形离子阱3的前端也具有电极，因此，本实施例中通过将漂移管2末端的电极与矩形离子阱3前端的电极共用，省去了中间的离子传输环节，减少了传输过程中的离子损失，提高了仪器灵敏度，极大地简化质谱仪的结构。
本实施例中，如图1所示，离子源1的前端具有第一进气口10，离子源1的末端具有第一出气口11；第一进气口10用于向离子源1内部通入初始反应气体；第一出气口11用于将未被电离的初始反应气体排出。
漂移管2的前端具有第二进气口21，漂移管2的末端具有第二出气口22；第二进气口21用于向漂移管2内部通入待测样品分子；第二出气口22用于将未反应的待测样品分子排出。其中，漂移管2相邻的金属环电极20之间连接相同阻值的电阻；当在漂移管2两端的电极上施加直流电压时，漂移管2还用于对其内部的离子进行加速。
本实施例中，如图2所示，矩形离子阱3中的三对平板电极包括与Y轴和Z轴构成平面垂直的一对X电极30、与X轴和Z轴构成平面垂直的一对Y电极31以及与X轴和Y轴构成平面垂直的一对Z电极32，一对X电极30、一对Y电极31以及一对Z电极32构成中空的长方体。
本实施例中，Z电极与漂移管2末端的电极23共用，并且，如图2和图3所示，Z电极上具有通孔320，漂移管2内的待测样品离子通过通孔320进入矩形离子阱3内部。该通孔320的直径可以根据需要设计，本实用新型并不对此进行限定。
如图2和图4所示，X电极上具有狭缝301，用于待测样品离子的共振逐出。该狭缝301的长度小于X电极的长度，宽度小于X电极的宽度，优选地，该狭缝301的长度为20mm，宽度为1mm，当然具体尺寸可以根据需要修改，在此不再进一步说明。并且，离子检测器4设置在X电极狭缝301的出口处。
可选地，本实施例中的离子源1为空心阴极离子源，当然，本实用新型并不仅限于此，在其他实施例中，还可以是其他形式的离子源，例如，还可以是电子轰击电离源、平面电极直流放电源、放射性电离源、光诱导离子源和微波等离子体源等。
可选地，本实施例中的初始反应气体为水蒸汽、初始反应离子为水合氢离子H3O
由于大多数的可挥发性有机物(VOCs)的质子亲和势大于水，空气中的主要成分N2、O2和CO2等的质子亲和势小于水，因此，H3O
下面以初始反应气体为水蒸汽、初始反应离子为水合氢离子H3O
如图1所示，水蒸汽从第一进气口10进入离子源1内部后，被电离成水合氢离子H3O
水合氢离子H3O
由于漂移管2由被绝缘环间隔的金属环电极20组成，因此，在漂移管2两端的电极上施加直流电压后，可以在漂移管2内部形成电场，该电场会对漂移管2内部的离子进行加速。也就是说，水合氢离子H3O
其中，加速后的H3O
由于漂移管2末端的电极23可以与矩形离子阱3前端的Z电极共用，且Z电极上具有通孔320，因此，漂移管2内生成的待测样品离子可以通过Z电极上的通孔320进入矩形离子阱3内部。
由于一对X电极30上施加了幅值相等、相位相差180°的一组共振频率信号，因此，可以辅助待测样品离子共振逐出以及碰撞诱导解离等。而一对Y电极31上施加的高压射频信号，可以在矩形离子阱XY平面上形成一个四极场，即形成一个四极场叠加了高阶场的混合场，通过改变矩形离子阱电极的结构就可以改变各个场的比例，从而获得更高的质量分辨。一对Z电极32上施加直流电压可以实现待测样品离子在轴向的捕获。
也就是说，在一对X电极30上分别施加幅值相等、相位相差180°的一组共振频率信号，一对Y电极31上施加高压射频信号，一对Z电极32上施加直流电压信号后，可以捕获进入矩形离子阱3内部的待测样品离子并使捕获的待测样品离子按照质荷比大小从X电极的狭缝301共振逐出，从而可以使待测样品离子按照质荷比的大小分离开，并按照质荷比的大小依次到达X电极的狭缝301出口处的离子检测器4。
离子检测器4和矩形离子阱3安装在同一个离子阱真空腔5内，矩形离子阱3逐出的待测样品离子按照质荷比的大小依次到达离子检测器4后，离子检测器4会对其进行检测，检测获得的信号经过采集放大，输入到计算机处理后得到质谱图，然后根据质谱图即可对待测样品进行定性和定量分析。
本实施例中的矩形离子阱3可以在相对较高(0.01Pa～0.1Pa)的内部压力下工作，因此，从漂移管2进入矩形离子阱3的气体可以作为缓冲气体，从而不需要额外向矩形离子阱3中通入缓冲气体，进而使得矩形离子阱3的结构更简单，更容易加工。该缓冲气体可以使得进入矩形离子阱3的离子丧失轴向动能，从而被矩形离子阱3捕获。其中，本实施例中的离子从Z轴方向进入矩形离子阱3，可以大大降低离子的质量歧视效应。
本实施例中的离子检测器4为电子倍增管，电子倍增管是质谱仪器常用的检测器，优选为Detech2069型电子倍增管等，其在最佳条件下增益可达10
需要说明的是，本实施例中的矩形离子阱3是从柱形离子阱和线性离子阱的基础上发展而来的，它具有柱形离子阱结构简单的特点，同时它又是一种线性离子阱，比起传统的三维离子阱，矩形离子阱3具有捕获离子效率高、容纳离子数量多、空间电荷效应弱和加工装配相对容易等优点。
本实用新型实施例提供的质子转移反应质谱仪，通过离子源将初始反应气体电离成初始反应离子，初始反应离子在漂移管内部与待测样品分子碰撞发生质子转移反应生成待测样品离子，通过矩形离子阱捕获进入其内部的待测样品离子并使捕获的待测样品离子按照质荷比共振逐出，离子检测器对矩形离子阱逐出的待测样品离子进行检测，以获得待测样品离子的质谱图。
由于矩形离子阱前端的电极可以与漂移管末端的电极共用，因此，矩形离子阱可以与漂移管直接相连，从而可以省去中间的离子传输环节，减少了传输过程中的离子损失，提高了仪器灵敏度，极大地简化质谱仪的结构。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
一种质子转移反应质谱仪专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
动态评分
0.0