非持续性亚真空进样接口：减小气流影响提高小型质谱仪性能

现场原位检测在现代分析测试中扮演着越来越重要的角色,而小型质谱仪被认为是理想的分析工具之一。相比于传统的实验室大型质谱仪器,小型质谱仪虽然轻巧便携,却是以性能的降低为代价的,这使得小型质谱仪的实际应用范围受到限制。因此,提高仪器性能是推广小型质谱仪应用的关键。

近日,清华大学唐飞副教授研究团队开发了一种新型的非持续性亚真空进样接口(DSPI), 使得小型质谱仪的灵敏度、分辨率、稳定性等综合性能得到进一步提升,该项研究成果作为最新一期的封面文章发表于Analytical Chemistry期刊。

实验中,作者利用气体阀门来控制两个腔体内的背景气压,并设计了三种不同孔径的取样锥。通过改变腔体间的气压差,以及改变位于两级腔体之间的取样锥的孔径,可以调节进入离子阱内的气流。作者详细研究了气流对持续进样大气压接口小型差压真空腔离子阱质谱仪性能的影响,结果表明,由于仪器小型化采用了更加简化的真空系统配置和更紧凑的仪器结构,导致离子阱受到明显的气流冲击,虽然该气流有利于离子的传输,但是却影响了仪器的稳定性和分辨率。

为了减少气流的影响,作者在一级真空腔内的取样锥前,设计了一个电磁铁控制的挡片结构,构建了一个亚真空状态下的非持续性进样接口;同时在取样锥和离子阱之间增加了一个静电透镜,使离子阱远离取样锥口。对于改进后的小型质谱仪,在分析时,首先开启挡片,较高的气流帮助离子导入离子阱中;随后关闭挡片,阻断气流的影响。稳定状态下的离子阱分辨率提高为原来的3.4倍,强度稳定性提高为原来的2倍,质量飘移降低为原来的1/3。由于开启挡片后离子阱腔体内的气压并没有升高太多,所以DSPI系统的使用并不会明显影响仪器的采样率。

本文的研究证明了气流是影响小型质谱仪性能的重要因素,相关实验还证明了降低离子阱的背景气压可以有效地提高离子阱对空间电荷效应的耐受能力。通过本文提出的非持续性亚真空进样接口,可以有效地减少气流对离子阱质量分析的影响,显著提高仪器的分辨率和稳定性,同时又不影响灵敏度。本研究有助于将小型质谱仪应用到更多更广的现场快速检测中。

Anal. Chem. 2020, 92, 5, 3707-3715

Publication Date: January 21, 2020

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.9b04824

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