CN111161998B - 一种激光同轴离子激发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光同轴离子激发装置，包括光路中心和离子传输通道，光路中心为空，光路中心与离子传输通道同轴，离子传输通道垂直于基质载体,激光聚焦光斑为非均匀性聚焦，光路包含但不限于激光传输光路、视觉监视光路、视觉照明光路、光强监视光路。该激光同轴离子激发装置结构设置合理，离子质量范围广，分辨率高，能有效提高离子激发丰度。

Description

一种激光同轴离子激发装置

技术领域：

本发明涉及基质辅助激光解析电离飞行时间质谱分析领域，具体讲是一种激光同轴离子激发装置。

背景技术：

现有的基质辅助激光解析电离飞行时间质谱设备结构复杂激光激发调整难度较大，离子激发时一般为偏置激发，激发的离子云空间分布不对称且分布较广，不利于离子激发后离子飞行，离子化效率不理想，分辨率不理想，制备成本高。现有的偏置激发光路产生的空间非均匀分布，离子电荷非均匀分布，离子产生时间非均匀分布是影响质谱检测结果的关键因素。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构设置合理、正向激发，焦点可调整的对称非均匀光斑的激光同轴离子激发装置。

本发明的技术解决方案是，提供一种激光同轴离子激发装置，包括光路中心和离子传输通道，光路中心为空，光路中心与离子传输通道同轴，离子传输通道垂直于基质载体,激光聚焦光斑为非均匀性聚焦，光路包含但不限于激光传输光路、视觉监视光路、视觉照明光路、光强监视光路；其中,激光传输光路包含但不限于物镜、全反镜、折返镜、扩束镜、激光器；视觉监视光路包含但不限于激光透射镜、光源分光镜、透镜组,视觉监视光路与激光器形成共轭；视觉照明光路包含但不限于视觉光源、激光透射镜、光源分光镜,视觉照明光路与激光器形成共轭；光强监视光路包含但不限于光敏传感器；离子传输通道包含但不限于变曲面离子透镜、离子滤网、离子检测装置。其中，激光器作为激光光源，离子检测装置为现有结构。

采用以上结构后与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明结构设置合理，激发光路沿离子生成及离子飞行的路径同轴进行激发，激发产生的空间状态在激发点程对称性分布，激光解析电离产生的离子云在激发点空间约10～200μm的空间分布均匀，通过聚焦后，离子空间差异较小，经过离子飞行后，能有效的提高质谱分辨率。

作为优选，物镜为中空结构，中空部分作为离子传输通道，物镜垂直于离子基质载体设置。

作为优选，全反镜为中空结构，中空部分为离子传输通道，其余部分为反射镜。

作为优选，折返镜为全反镜，其具有中心反射面和环形反射面，中心反射面将中心光源反射至环形反射面，环形反射面将激光沿入射光同轴反射，形成中心为空的环形激光传输通道。

作为优选，折返镜为中心有孔或全透区域，激光通过孔未经反射可直接到达光敏传感器，从而监视或测量激光强度。

作为优选，视觉光源与激光器波长相异，同步监视基质载体的状态，亦可用于观测激光激发聚焦调整状态。视觉光源为平行光或准平行光光源。

作为优选，全反镜为用于定焦点离子激发的单个中空全反镜或用于线扫描或面扫描离子激发的中空扫描镜组，其中，中空扫描镜组包含一个中空扫描镜或两个中空扫描镜。

作为优选，扩束镜与折返镜之间可以但非必须增加调焦透镜组，调焦透镜组可以与视觉监视装置联动来调整激光光束聚焦位置。

作为优选，离子检测装置的检测面与离子传输通道同轴，光敏传感器与激光器同轴。

进一步的，变曲面离子透镜与离子传出通道同轴，变曲面离子透镜为可控变曲面透镜。可控变曲面透镜可选电控变曲面透镜、液压变曲面透镜、气压变曲面透镜，优选电控变曲面透镜。

附图说明：

图1为本发明的示意图。

图2为本发明聚焦能量示意图。

图3为本发明离子强度示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

如图1-3所示，一种激光同轴离子激发装置，包括光路中心和离子传输通道，光路中心为空，光路中心与离子传输通道同轴，离子传输通道垂直于基质载体,激光聚焦光斑为非均匀性聚焦，光路包含但不限于激光传输光路、视觉监视光路、视觉照明光路、光强监视光路；其中,激光传输光路包含但不限于物镜10、全反镜9、折返镜8、扩束镜4、激光器3；视觉监视光路包含但不限于激光透射镜5、光源分光镜6、透镜组7,激光透射镜5、光源分光镜6、透镜组7依次设置，视觉监视光路与激光器3形成共轭，并且通过摄像头1进行监视；视觉照明光路包含但不限于视觉光源2、激光透射镜5、光源分光镜6,视觉照明光路与激光器3形成共轭；光强监视光路包含但不限于光敏传感器12；离子传输通道包含但不限于离子滤网、离子检测装置。其中，激光器作为激光光源，进入激光传输光路,依次通过扩束镜4、激光透射镜5、折返镜8、全反镜9并进入物镜10、光敏传感器12，离子检测装置为现有结构，不做赘述。其中，激光聚焦激光光斑能量由中心向四周非均匀聚焦，聚焦光斑大小为10μm至500μm。

作为优选，物镜为中空结构，中空部分作为离子传输通道，物镜垂直于基质载体设置。同样的，全反镜为中空结构，中空部分为离子传输通道，其余部分为反射镜。进一步的，折返镜为全反镜，其具有中心反射面和环形反射面，中心反射面将中心光源反射至环形反射面，环形反射面将激光沿入射光同轴反射，形成中心为空的环形激光传输通道。并且，折返镜为中心有孔或全透区域，激光通过孔未经反射可直接到达光敏传感器，从而监视或测量激光强度。

作为优选，视觉光源与激光器波长相异，同步监视基质载体的状态，亦可用于激光激发聚焦调整监视。视觉光源为平行光或准平行光光源，如卤素灯光源，LED灯光源。

另外，全反镜为用于定焦点离子激发的单个中空全反镜或用于线扫描或面扫描离子激发的中空扫描镜组，其中，中空扫描镜组包含一个中空扫描镜或两个中空扫描镜。并且，扩束镜与折返镜之间可以但非必须增加调焦透镜组13，调焦透镜组可以与视觉监视装置联动来调整激光光束聚焦位置。而且，离子检测装置的检测面与离子传输通道同轴，光敏传感器与激光器同轴。

进一步的，激光聚焦激光光斑能量由中心向四周非均匀聚焦，聚焦光斑大小为10μm至500μm。

通过上述设置，同轴激发聚焦离子空间分布：激发光路沿离子生成及离子飞行的路径同轴进行激发，激发产生的空间状态在激发点程对称性分布，激光解析电离产生的离子云在激发点空间约10～200μm的空间分布均匀，通过聚焦后，离子空间差异较小，经过离子飞行后，能有效的提高质谱分辨率。

均匀分布非均匀能量聚焦模式提高大范围质荷比激发效率：质谱检测时质量范围较小时，基质载体激光电离解析时需要的激光能量大致相同，在激发点需要均匀性的激发能量获得产生均匀激发离子，当质谱检测时质量范围较广时，激发不同分子量的离子就需要不同的激光能量，激发需要差异化，以便在质量范围内大分子量和小分子量激发的离子数量基本平衡，能有较大范围扩展质量范围。中空光路设计在激发点形成非均匀的激光能量分布，当激光强度恒定时，通过调整激发点能量分布，可以适应100-1000000分子量大小质量范围；当分子量范围较窄，例如1000-3000，或4000-8000时可选用图2中2的聚焦模式，激发效率和分子量分布达到均衡；当质量范围较大且质荷比较高时，例如10000-500000，可选择图2中3的聚焦模式，激光能量较为集中，小分子量离子数量较少，大分子量激发数量较多；当质量范围较大且质荷比较低时100-100000，可选择图2中1的聚焦模式，使得较低分子量激发效率较低，高分子量激发较高；激发点上非均匀分布的激光能量能有效平衡分子量所需的激发能量与质量范围内高低分子量激发数量的差异，有益的效果见图3虚线，当激发点上激光分布均匀时，随着分子量的增加，离子的激发效率程下降趋势，通过激发点激光能量调整，可以将离子强度在质量范围内做到基本平直，见图3实线。离子丰度曲线基本均匀时，可以通过提到激光强度或离子检测器的放大倍数，满足灵敏度的要求。同时兼顾分辨率和灵敏度的要求。

同轴高速动态扫描；当选用单个中空全反镜时，可以固定焦点激发基质载体，当选用中空扫描镜组时，激光可以按照预定轨迹进行扫描激发，形成线性、面、曲线的扫描方式，扫描数据合成后，可以形成基质载体的点、线、面的扫描图像。

激发或调焦过程实时监控；通过同轴监视光源和监视器，可以观察激发和调焦过程的实时图像，进而确认激发和调焦所需要的达到的状态。

激发能量的闭环监控；目前激光器输出后，激光能量得不到有效的监测，对于激发是否成功或激发能量和激发延迟是否能够满足预期的要求不能确认。本发明的益处还有通过光敏传感器可以监测激光在激发时，每个激光脉冲的能量是否已经按照预期输出，激发延迟是否满足预期用途；监测激光能量时，光敏传感器根据激光波长可以但不限于相应波长的光敏电阻，光电二极管等，监测激光激发延迟时间时根据激光波长可以但不限于相应波长的光敏三极管、光纤光电传感器等。

从而使得整个结构设置合理而简单，使用效果好，离子质量范围广，分辨率高，能有效提高离子激发丰度。

Claims (8)

1.一种激光同轴离子激发装置，包括光路中心和离子传输通道，其特征在于：光路中心为空，光路中心与离子传输通道同轴，离子传输通道垂直于基质载体, 激光聚焦光斑为非均匀性聚焦，光路包含激光传输光路、视觉监视光路、视觉照明光路和光强监视光路；

所述激光传输光路包含物镜、全反镜、折返镜、扩束镜和激光器，所述折返镜为全反镜，其具有中心反射面和环形反射面，所述中心反射面将中心光源反射至所述环形反射面，所述环形反射面将激光沿入射光同轴反射，形成中心为空的环形激光传输通道，并且，所述折返镜为中心有孔或全透区域，激光通过孔未经反射直接到达光敏传感器，监视或测量激光强度；

所述视觉监视光路包含激光透射镜、光源分光镜和透镜组,所述激光透射镜、所述光源分光镜和所述透镜组依次设置，所述视觉监视光路与激光器形成共轭，并且通过摄像头进行监视，所述视觉照明光路包含视觉光源、激光透射镜和所述光源分光镜,所述视觉照明光路与激光器形成共轭。

2.根据权利要求1所述的激光同轴离子激发装置，其特征在于：光强监视光路包含光敏传感器；离子传输通道包含变曲面离子透镜、离子滤网或者离子检测装置。

3.根据权利要求2所述的激光同轴离子激发装置，其特征在于：物镜为中空结构，中空部分作为离子传输通道，物镜垂直于基质载体设置。

4.根据权利要求2所述的激光同轴离子激发装置，其特征在于：全反镜为中空结构，中空部分为离子传输通道，其余部分为反射镜。

5.根据权利要求2所述的激光同轴离子激发装置，其特征在于：视觉光源与激光器波长相异，同步监视基质载体的状态，亦可用于激光激发聚焦调整。

6.根据权利要求2所述的激光同轴离子激发装置，其特征在于：全反镜为用于定焦点离子激发的单个中空全反镜或用于线扫描或面扫描离子激发的中空扫描镜组，其中，中空扫描镜组包含一个中空扫描镜或两个中空扫描镜。

7.根据权利要求2所述的激光同轴离子激发装置，其特征在于：扩束镜与折返镜之间增加调焦透镜组，调焦透镜组与视觉监视装置联动来调整激光光束聚焦位置。

8.根据权利要求1所述的激光同轴离子激发装置，其特征在于：激光聚焦激光光斑能量由中心向四周非均匀聚焦，聚焦光斑大小为10μm至500μm。