具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种串联质谱设备，包括聚焦装置110、飞行时间质量分析器130、离子阱质量分析器140和控制装置150。聚焦装置110用于将待测离子聚焦，使待测离子到达后级的飞行时间质量分析器130；控制装置150用于根据测试要求，对飞行时间质量分析器130和离子阱质量分析器140中的电极进行电压时序控制，调整待测离子的运行轨迹，实现飞行时间质谱分析或离子阱质谱分析的工作模式切换。飞行时间质量分析器130用于当工作模式为飞行时间质谱分析时，对待测离子进行飞行时间质谱分析，还用于当工作模式为离子阱质谱分析时，将待测离子传输至后级的离子阱质量分析器140；离子阱质量分析器140用于当工作模式为离子阱质谱分析时，对穿过飞行时间质量分析器130的待测离子进行离子阱质谱分析。

其中，聚焦装置110可以是为透镜组或四极杆等，能使被测离子发生聚焦和偏转的硬件装置。在一个实施例中，聚焦装置110为珊网式静电四极杆、圆环透镜组、直流四极杆和偏转电极中一种或多种的组合。飞行时间质量分析器130是通过测定由相同电压加速后的离子，经过飞行通道到达检测装置所用的时间来计算离子质荷比的质量分析器。该飞行时间质量分析器130可以是单极性飞行时间质量分析器或双极性飞行时间质量分析器。离子阱质量分析器140是通过形成离子阱，再利用离子阱对待测离子的冷却、囚禁、隔离和碰撞诱导解离等过程实现待测离子的质谱分析。该离子阱质量分析器140可以是线性离子阱质量分析器或三维离子阱质量分析器。控制装置140可以是包含各类控制器或控制芯片及其外围电路的装置。

具体的，聚焦装置110设置于飞行时间质量分析器130的前级，用于对待测离子进行聚焦，确保待测离子到达飞行时间质量分析器130。控制装置150用于根据被测样品的具体测试要求，对飞行时间质量分析器130和离子阱质量分析器140中的电极进行电压时序控制，调整待测离子的运行轨迹，实现飞行时间质谱分析或离子阱质谱分析的工作模式切换。其中，控制装置140可以通过控制供电装置的输出，达到控制电极电压的目的。

进一步的，当工作模式为飞行时间质谱分析时，由飞行时间质量分析器130对待测离子进行飞行时间质谱分析。当工作模式为离子阱质谱分析时，待测离子穿过飞行时间质量分析器130，到达飞行时间质量分析器130后级的离子阱质量分析器140，由离子阱质量分析器140对待测离子进行离子阱质谱分析。

可以理解，针对同一待测离子，可以由控制装置150进行工作模式切换，实现飞行时间质谱分析或离子阱质谱分析。而针对同一被测样品，由控制装置150实时进行工作模式快速切换，可以实现在不同的时间节点对不同的待测离子，分别进行飞行时间质谱分析和离子阱质谱分析，同时兼顾高分辨率和高离子利用率的要求。

上述串联质谱设备，包括飞行时间质量分析器130和设置于该飞行时间质量分析器130后级的离子阱质量分析器140，可以在同一质谱设备上实现飞行时间质谱分析和离子阱质谱分析，兼顾高分辨率和高离子利用率的要求。此外，由控制装置150根据测试要求对飞行时间质量分析器130和离子阱质量分析器140中的电极进行电压时序控制，调整待测离子的运行轨迹，可以实现飞行时间质谱分析或离子阱质谱分析的工作模式切换，相当于可以根据不同的测试要求匹配不同的工作模式，有利于扩展串联质谱设备的应用场景。

在一个实施例中，如图3所示聚焦装置110包括聚焦单元111和偏转单元112。聚焦单元111用于将待测离子聚焦，以使待测离子到达偏转单元；偏转单元112用于对待测离子进行再聚焦，以使待测离子到达后级的飞行时间质量分析器130。

其中，聚焦单元111和偏转单元112依次设置于飞行时间质量分析器130的前级。聚焦单元111可以是圆环透镜组或直流四极杆。偏转单元112可以是偏转透镜组或偏转电极。在一个实施例中，偏转单元112为可上下调动的偏转透镜组，使待测离子对准飞行时间质量分析器130的入口，确保待测离子进入飞行时间质量分析器130。需要说明的是，上文中的离子运动方向为左右方向。

上述实施例中，分别设置聚焦单元111和偏转单元112实现被测离子的聚焦和偏转，有利于提高被测离子的聚焦质量，提升离子利用率。

在一个实施例中，如图2所示，飞行时间质量分析器130包括调制装置131、加速装置132、反射装置133和检测装置134。调制装置131设置于调制区，用于调制待测离子的运行轨迹，以使待测离子进入加速区或离子阱质量分析器140。加速装置132设置于加速区，用于对进入加速区的待测离子进行加速处理，使待测离子被加速后穿过无场区进入反射区。反射装置133设置于反射区，用于对进入反射区的待测离子进行反射处理，使待测离子被反射后穿过无场区到达检测区。检测装置134设置于检测区，用于对进入检测区的待测离子进行检测。

其中，调制装置131可以是包含偏转电极的装置，通过对待测离子施加偏转电场调制待测离子的运行轨迹。加速装置132可以是包含加速电极的装置，通过对待测离子施加加速电场使待测离子的运动速度增加，以便待测离子可以穿过无场区到达反射区。反射装置133可以是包含反射镜或反射板的装置，可以将飞行中的待测离子反推回无场区。检测装置134使包含检测器的装置，用于接收并检测到达检测区的待测离子。

具体的，控制装置150通过控制调制装置131中偏转电极的电压时序，改变待测离子的运行轨迹。当工作模式为离子阱质谱分析时，待测离子的运行轨迹是穿过调制区进入离子阱质量分析器140；当工作模式为飞行时间质谱分析时，待测离子的运行轨迹是依次经过调制区、加速区和无场区，到达反射区，再经过反射装置133反射后，穿过无场区到达检测区。

进一步的，调制装置131对待测离子的调制过程，可以是仅在离子阱质谱分析或飞行时间质谱分析这两个工作模式的其中之一时，施加偏转电场对待测离子进行运行轨迹调制，使待测离子的运动方向发生变化，到达后级的离子阱质量分析器或加速区；也可以是在离子阱质谱分析和飞行时间质谱分析这两个工作模式时，分别施加不同的偏转电场对待测离子进行运行轨迹调制，使待测离子的运动方向发生不同程度的变化，到达后级的离子阱质量分析器140或加速区。

上述实施例中，通过设置调制装置131对待测离子的运行轨迹进行调制，使待测离子到达离子阱质量分析器或加速区，实现离子阱质谱分析或飞行时间质谱分析，结构简单，有利于降低串联质谱设备的成本。

在一个实施例中，如图3所示，调制装置131包括第一狭缝电极1311、门电极1312和推斥板1313；第一狭缝电极1311设置于调制区入口；门电极1312设置于调制区出口，且门电极1312的离子通道对准离子阱质量分析器140的离子入口。推斥板1313设置于第一狭缝电极1311和门电极1312之间，用于在工作模式为飞行时间质谱分析时，调制待测离子的运行轨迹，使待测离子进入加速区。

具体的，第一狭缝电极1311设置于调制区入口，第一狭缝电极1311的离子通道即为调制区1的待测离子进入通道；门电极1312设置于调制区出口，门电极1312的离子通道对准离子阱质量分析器140的离子入口，以便在工作模式为离子阱质谱分析时，待测离子能通过该离子通道到达离子阱质量分析器140。推斥板1313设置于第一狭缝电极1311和门电极1312之间，控制装置150通过推斥板1313的电压时序，改变待测离子的运行轨迹。当推斥板1313上施加高电平电压时，工作模式为飞行时间质谱分析，待测离子被调制后发生偏转，进入加速区2。进一步的，推斥板1313可以为圆弧形电极、平面电极、栅网电极或长条形电极，推斥板1313可以位于调制区的上、下、前或后任意方位。即推斥板1313的形状和具体方位并不唯一，只需满足调制待测离子的运行轨迹，使待测离子进入加速区2的功能即可。

在一个实施例中，推斥板1313垂直于第一狭缝电极1311和门电极1312，且设置于调制区1的上方，加速区2位于调制区1的下方，在推斥板1313上施加高电平电压后，可以使进入调制区1的待测离子向下偏转到达加速区2。进一步的，在调制区1与加速区2之间，还设置有隔离栅网1314，进行电场隔离。

在一个实施例中，请继续参考图3，加速装置132包括第一加速栅网1321、第二加速栅网1322和加速区极片1323，加速区极片1323设置于第一加速栅网1321和第二加速栅网1322之间。反射装置133包括依次设置的一级反射栅网1331、二级反射栅网1332和反射板1333，以及设置于一级反射栅网1331和反射板1333之间的反射区极片1334。检测装置134包括检测区栅网1341和检测器1342。

具体的，如图3所示，待测离子进入调制区1后，被推斥板1313作用，发生偏转，进入加速区2，在加速电场的作用下，沿运行轨迹6穿过无场区3到达反射区4，在反射区4被反射后再穿过无场区3到达检测区5，最终到达检测区5中的检测器1342，由检测器1342进行离子检测，完成飞行时间质谱分析。进一步的，在一个实施例中，第一加速栅网1321还用于与推斥板1313协同作用，使待测离子发生偏转。具体的，可以在第一加速栅网1321上施加与推斥板1313上极性相反的脉冲信号，使位于推斥板1313和第一加速栅网1321之间的电场梯度增加，增大待测离子的偏转力，提升偏转电场的作用效果。

上述实施例中，即是给出了飞行时间质量分析器130中各组成部分的具体结构组成，结构简单，有利于降低串联质谱设备的成本。

在一个实施例中，请继续参考图3，离子阱质量分析器140包括第一端盖电极141、反应电极142、第二端盖电极143和离子检测装置144。第一端盖电极141和第二端盖电极143相对设置，反应电极142设置于第一端盖电极141和第二端盖电极143之间。第一端盖电极141设置于离子阱质量分析器140的离子入口，离子检测装置144设置于离子阱质量分析器140的离子出口。第一端盖电极141用于当工作模式为离子阱质谱分析时开启离子入口，使待测离子通过离子入口到达离子阱；反应电极142用于形成离子阱，还用于使离子阱作用于待测离子，最终使待测离子到达离子检测装置144；离子检测装置144用于检测待测离子。

其中，离子阱可以将离子通过电磁场限定在有限空间内，包括三维离子阱和线性离子阱。基于离子阱类型的不同，第一端盖电极141、反应电极142和第二端盖电极143也不相同。例如，当第一端盖电极141和第二端盖电极143为双曲面形的端盖电极，反应电极142为环形电极时，可以形成三维离子阱；当当第一端盖电极141和第二端盖电极143为平板形的端盖电极，反应电极142为两组双曲线形极杆时，可以形成线性离子阱。本实施例对离子阱的具体类型不作限定。进一步的，离子阱质量分析器140还设置有气体入口，便于气体提供装置从气体入口注入离子冷却和碰撞所需的辅助气体。气体入口的位置并不唯一，例如可以设置在反应电极142的上方或下方。在一个实施例中，第二端盖电极142设置于离子阱质量分析器140的气体入口。

具体的，当工作模式为离子阱质谱分析时，控制装置150控制第一端盖电极141为低电平，离子阱质量分析器140的离子入口被开启，待测离子通过离子入口到达离子阱。该离子阱通过在反应电极142上施加电压形成。通过在反应电极142上施加不同大小的射频电压和共振电压，可以实现离子阱对待测离子的囚禁、冷却、隔离和碰撞诱导解离等过程。待测离子累积到一定数目后，通过改变电场参数，可以使不同质量的待测离子依次进入不稳定状态，从离子出口射出达到离子检测装置144，完成离子阱质谱分析。

进一步的，请参考图3和图4，离子阱质量分析器140与飞行时间质量分析器130可以在同一腔室，也可以在不同腔室，不同腔室通过外接分子泵实现不同的真空度。各腔室之间预留由通道以便待测离子通过。

上述实施例中，即是提供了离子阱质量分析器140的具体结构，可以在工作模式为离子阱质谱分析时，对待测离子进行离子阱质谱分析，有利于扩展串联质谱设备的应用场景。

为便于理解，下面结合图5和图8对串联质谱设备的工作模式切换过程进行详细说明。如图5所示，给出了不同位置的轴向电场示意图，其中轴向是指第一狭缝电极1311中心轴方向。其中，U1和U2为施加推斥板1313上的电压，用于控制待测离子是否进入飞行时间质量分析器130的加速区2。U3和U4为施加在第一端盖电极141上的电压，用于控制待测离子是否进入离子阱质量分析器140。进一步的，在待测离子进入加速区2或离子阱质量分析器140后，可以由控制装置150分别控制加速装置132或离子阱质量分析器140工作，进行后续的质谱分析工作。在第一端盖电极141上施加低电平电压U4条件下，推斥板1313施加高电平电压U1时，待测离子进入加速区2；推斥板1313施加低电平电压U2时，待测离子穿过调制区1进入离子阱质量分析器140进行积聚和冷却。在第一端盖电极141上施加高电平电压U3条件下，待测离子均不再进入离子阱质量分析器130，离子阱质量分析器130对已累积的待测离子进行离子阱质谱分析。此时，若推斥板1313施加高电平电压U1，则待测离子进入加速区2；若推斥板1313施加低电平电压U2，则待测离子与门电极1312或第一端盖电极141发生碰撞后消散。

在一个实施例中，如图6所示，在推斥板1313上施加周期为T1的脉冲电压信号，在第一端盖电极141上施加周期为T2的方波电压信号。当推斥板1313上为高电平电压U1时，待测离子发生偏转进入加速区2，进行飞行时间质谱分析，持续时间为t1；当推斥板1313上为低电平电压U2时，待测离子沿轴向穿过调制区1到达离子阱质量分析器140的离子入口。当第一端盖电极141上施加低电平电压U4时，离子门开启，待测离子进入离子阱，开启持续时间为t3，当第一端盖电极141上施加高电平电压U3时，离子门关闭，待测离子不能进入离子阱，与门电极1312或第一端盖电极141发生碰撞后消散，关闭持续时间为t4。

在另一个实施例中，如图7所示，在推斥板1313上施加低电平电压U2，在第一端盖电极141上施加周期为T2的方波电压信号。待测离子不进入飞行时间质量分析器130的加速区2，而是穿过调制区1到达离子阱质量分析器140的离子入口。当第一端盖电极141上施加低电平电压U4时，离子门开启，待测离子进入离子阱，开启持续时间为t3，当第一端盖电极141上施加高电平电压U3时，离子门关闭，待测离子不能进入离子阱，撞击到腔体或门电极1312后损失掉，关闭持续时间为t4；囚禁在离子阱的离子被分析。

在又一个实施例中，如图8所示，在第一端盖电极141上施加高电平电压U3，在推斥板1313上施加周期为T1的脉冲电压信号。当推斥板1313上为高电平电压U1时，待测离子发生偏转进入加速区2，进行飞行时间质谱分析，持续时间为t1；当推斥板1313上为低电平电压U2时，待测离子沿轴向穿过调制区1后撞击到腔体或电极损失掉，持续时间为t2。

上述实施例中，分别给出了飞行时间+离子阱质谱分析模式、离子阱质谱分析模式和飞行时间质谱分析模式下的不同电极电压时序控制方式，可以实现多种质谱分析模式的切换，兼顾高分辨率和高灵敏度的要求，有利于进一步扩展串联质谱设备的应用场景。

在一个实施例中，如图9所示，提供了一种质谱检测系统，包括沿待测离子运行通道依次设置的毛细管200、聚焦结构300、传输四极杆400和上述实施例中的串联质谱设备100。

其中，关于串联质谱设备100的具体限定请参考上文，此处不在赘述。聚焦结构300可以为离子漏斗、射频四极杆或离子迁移谱结构。具体的，如图10所示，待测离子依次经过毛细管200、聚焦结构300和传输四极杆400，到达串联质谱设备100进行质谱分析。在一个实施例中，毛细管200和聚焦结构300设置于同一腔室，传输四极杆400设置于另一腔室；其中，不同腔室通过外接分子泵实现不同的真空度。进一步的，传输四极杆400与聚焦单元111可以设置于同一腔室，各腔室之间预留由通道以便待测离子通过。聚焦结构300和传输四极杆400之间，以及传输四极杆400和聚焦单元111之间均设置有狭缝电极7。

上述质谱检测系统，构成Q(Quadrupole，四极杆)-TOF(Time of Fight，飞行时间)+离子阱结构，可以实现飞行时间质谱分析或离子阱质谱分析的工作模式切换，相当于可以根据不同的测试要求匹配不同的工作模式，有利于扩展串联质谱设备的应用场景。

在一个实施例中，如图11所示，质谱检测系统还包括四极杆滤质器500和碰撞池600，四极杆滤质器500和碰撞池600依次设置于传输四极杆400和串联质谱设备100之间。

其中，四极杆滤质器500由直流和射频叠加的四极场构成，可以对待测离子进行过滤，得到特定质量的待测离子进入碰撞池600。碰撞池600可以是四极杆碰撞池、六级杆碰撞池或八级杆碰撞池，用于使待测离子发生碰撞后转变成碎片状态的待测离子，进入串联质谱设备100。

进一步的，如图12所示，碰撞池600包括第三端盖电极601、多级离子向导602和第四端盖电极603，其中，第三端盖电极601和第四端盖电极603相对设置，多级离子向导602设置于第三端盖电极601和第四端盖电极603之间。多级离子向导602用于提供电场，使待测离子与辅助气体发生碰撞，转变成碎片状态的待测离子。进一步的，碰撞池600还设置有气体入口，便于气体提供装置从气体入口注入离子碰撞所需的辅助气体。该气体入口的位置并不唯一，例如图12中，气体入口可以设置在多级离子向导602的上方。此外，四极杆滤质器500和碰撞池600与聚焦单元111设置于同一腔室，传输四极杆400设置于另一腔室，各腔室之间预留有通道以便待测离子通过。

上述实施例中，构成API(Atmospheric Pressure Ionization，大气压电离)-TOF(Time of Fight，飞行时间)+离子阱结构，可以在过滤后再进行质谱分析，有利于提高质谱分析的检测精度。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。