飞行时间质谱装置的参数设计方法与流程

1.本说明书的一个或多个实施例涉及质谱装置检测技术领域，特别的涉及飞行时间质谱装置的参数设计方法。


背景技术：

2.飞行时间质谱装置(tof)是速度最快的质谱仪，其分辨能力高，有助于定性和m/z（质荷比）近似离子的区别。
3.现有的飞行时间质谱装置，通常只有一套固定的飞行结构模型。在对质谱装置进行参数设计时，由于飞行结构模型固定，无需考虑结构中电极的相对位置，而只需要考虑电压参数（例如，发明专利申请cn202011291559.6，“质谱电压参数实时修正方法、装置、终端及存储介质”）。这样，设计出来的飞行时间质谱装置只能实现一种离子飞行路径，无法满足多种场合下的分辨率需求。
4.当需要满足多种分辨率时，需要设计多个飞行时间质谱装置。在设计期间，需要对每个飞行时间质谱装置中的飞行结构模型进行特定参数设计。由于参数涉及多维变量，计算量庞大。即使两个飞行时间质谱装置中飞行结构模型的结构排布类似，差别在于电极的相对位置、电压参数，考虑到装置间存在差异且确保每个飞行时间质谱装置具有准确的分辨率，则每一个飞行时间质谱装置在设计时仍需要进行完整的参数计算。
5.发明专利申请cn 202211191250 .9针对此种多维变量的计算，提出了一种飞行时间质谱仪的参数设计方法。虽然，该方法利用数学模型能计算获得高分辨率下的参数，但此方法每次计算，针对一个分辨率下的飞行结构模型的参数进行设计，这就意味着当需要获得另一分辨率下的飞行结构模型的参数时，仍需要重复上述计算过程，计算繁琐且低效。


技术实现要素：

6.本说明书一个或多个实施例描述了飞行时间质谱装置的参数设计方法，旨在解决上述问题以及其他潜在的问题中的一个或多个。
7.第一方面，本说明书实施例提供了飞行时间质谱装置的参数设计方法，方法应用于反射区中电极、反射基座位置可调，且检测器与加速区的相对距离可调的飞行时间质谱装置；方法包括：对飞行时间质谱装置设定初始参数，所述初始参数包括检测器相对于加速区的距离、无场区圆筒与相邻反射区电极的相对位置、反射区相邻两个电极的相对位置、反射基座与相邻反射区电极的相对位置、施加于无场区的电压、施加于反射区的电压；基于初始参数、加速区的结构和电压参数、以及离子的质荷比，计算该离子的有效飞行路径长度；并将初始参数加载于飞行时间质谱装置，获得一离子飞行后的初始分辨率；基于初始分辨率、初始分辨率下的有效飞行路径长度之间的比例关系，计算同一离子在目标分辨率下的有效飞行路径长度；以目标分辨率下的有效飞行路径长度为基准，对飞行时间质谱装置进行参数调
整；在获得与目标分辨率下的有效飞行路径长度等效的有效飞行路径长度后，确定目标分辨率下的最终参数，所述最终参数包括检测器相对于加速区的距离、无场区圆筒与相邻反射区电极的相对位置、反射区相邻两个电极的相对位置、反射基座与相邻反射区电极的相对位置、施加于无场区的电压、施加于反射区的电压。
8.在一些实施例中，当所述电极为圆筒结构时，所述反射区由多个间隔套叠的圆筒构成；每个圆筒的内表面设有电阻层，在每个具有电阻层的圆筒内形成反射区；所述无场区形成于一个套设于反射区最外侧圆筒外的圆筒内；所述反射基座置于所述反射区最内侧圆筒内；所有圆筒的内侧圆筒的顶端通过导电片与外侧圆筒的内壁接触连接，所述反射基座的顶端通过导电片与所述反射区最内侧的圆筒内壁接触连接；所述飞行时间质谱装置具有调节反射区圆筒和反射基座移动距离的纵向位移调节机构，以改变无场区圆筒与反射区圆筒、反射区圆筒间、反射区圆筒与反射基座的相对位置。
9.在一些实施例中，内表面设有电阻层的圆筒至少有两个。
10.在一些实施例中，当所述电极为堆叠结构时，所述反射区由大极片组、小极片组构成，所述大极片组包含多个纵向等间距堆叠的大极片，所述小极片组包括多个纵向等间距堆叠的小极片，每个极片组中相邻极片之间通过电阻连接；每个极片中心开口，所述小极片组套设于所述大极片组内；所述无场区形成于圆筒内，所述圆筒套设于所述大极片组外，所述大极片组最上层极片通过导电片与所述圆筒的内壁接触连接，所述小极片组最上层极片通过导电片与所述大极片组中的某一极片接触连接，所述反射基座的顶端通过导电片与小极片组中的某一极片接触连接；所述飞行时间质谱装置具有调节大极片组、小极片组、反射基座移动距离的纵向位移调节机构，以改变无场区圆筒与大极片组、大极片组与小极片组、小极片组与反射基座的相对位置。
11.在一些实施例中，所述大极片组至少包括三个大极片，所述小极片组至少包括三个小极片。在一些实施例中，所述检测器与加速区的相对距离通过横向位移调节机构实现。
12.在一些实施例中，所述基于初始参数、加速区的结构和电压参数、以及离子的质荷比，计算该离子的有效飞行路径长度，包括：基于加速区的结构和电压参数、离子的质荷比，计算加速区的飞行时间，并基于初始参数、离子的质荷比，计算无场区的飞行时间和反射区的飞行时间；将所述加速区的飞行时间、所述无场区的飞行时间、所述反射区的飞行时间求和，计算得到该离子飞行的总飞行时间；利用总飞行时间乘以该离子在无场区中的垂直方向速度，计算得到该离子的有效飞行路径长度；其中，无场区中的垂直方向速度基于离子的质荷比、无场区对地电压、加速区对地电压确定。
13.在一些实施例中，所述以目标分辨率为目标，对飞行时间质谱装置进行参数调整，包括：在无场区对地电压保持不变下，将等效的有效飞行路径长度除以无场区中的垂直方向速度，计算得到等效的总飞行时间；以调整无场区中圆筒与相邻反射区中电极的相对位置为主，调整反射区中相邻两个电极、电极与反射基座的相对位置为辅，在保持初次参数设置时施加于无场区和反射区的电压不变的情况下，重新设定无场区中圆筒与相邻反射区中电极、相邻两个电极、电极与
反射基座的相对位置，计算得到调整后的总飞行时间；多次调整，以使调整后的总飞行时间与等效的总飞行时间相接近；在确定无场区中圆筒与相邻反射区中电极的相对位置、相邻两个电极、电极与反射基座的相对位置后，调整施加于反射区中电极上的电压；基于该离子的水平方向动能和调整后的总飞行时间，计算得到检测器相对于加速区的等效距离 ；并基于该等效距离，调整检测器相对于加速区的距离。
14.在一些实施例中，在获得与目标分辨率下的有效飞行路径长度等效的有效飞行路径长度后，确定目标分辨率下的最终参数后，方法还包括：将大于等效的总飞行时间的时间确定为脉冲推斥周期，并基于脉冲推斥周期确定脉冲推斥频率。
15.在一些实施例中，所述方法利用仿真平台模拟时间质谱装置功能，并结合计算平台计算完成，或者所述方法通过运行飞行时间质谱装置，并结合计算平台计算完成。
16.第二方面，本说明书实施例提供了飞行时间质谱装置，包括多种分辨率模式；每一种分辨率模式下，所述飞行时间质谱装置，根据上述一个或多个实施例中的方法确定的目标分辨率下的参数，进行参数配置。
17.本说明书一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：在本说明书一个或多个实施例中，能够基于一台其内反射区电极和反射基座位置可调且检测器与加速区相对距离可调的飞行时间质谱装置，设计符合多种分辨率需求的飞行结构模型的参数，且参数设计计算量小，计算效率高。
附图说明
18.为了更清楚地说明本说明书实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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说明书的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本说明书实施例提供的一种飞行时间质谱装置的参数设计方法的流程图；图2a为图1所示方法所应用的一示例下的飞行时间质谱装置的结构示意图，图中箭头为飞行路径，且为较短飞行路径；图2b为图1所示方法所应用的一示例下的飞行时间质谱装置的结构示意图，图中箭头为飞行路径，且为较长飞行路径；图3a为图1所示方法所应用的另一示例下的飞行时间质谱装置的结构示意图，图中箭头为飞行路径，且为较短飞行路径；图3b为图1所示方法所应用的另一示例下的飞行时间质谱装置的结构示意图，图中箭头为飞行路径，且为较长飞行路径。
具体实施方式
20.下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
21.本说明书中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任
何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
22.现有飞行时间质谱装置通常只有一套固定的tof结构模型，只能实现一种离子飞行路径，这就决定了在对应的场合就可能会需要不同尺寸的多台装置来进行应对。比如某些场合下，不需要太高的分辨率，那么离子路径就需要缩短，使得离子总飞行时间缩短，同时提高脉冲推斥的频率，来最大化离子利用效率，使得装置有更高的检出限。在另一种情况下，若需要一定的分辨率，则增大离子路径，拉长飞行时间，降低推斥频率，虽然损失了一定的离子利用效率，但保证了一定的高分辨率。
23.针对此，现有技术以一台装置配置一种分辨率的方式进行参数设计，在参数设计时，针对该装置内的特定结构确定距离参数，同时还需要确定电压参数。一方面，每台装置在参数设计时，需要基于多维变量来进行大量运算；另一方面，为了追求多种分辨率需求，需求对多台装置进行前述多维变量计算流程，显然此过程中耗费时间、耗费财力，设计效率低。
24.基于此，本说明书实施例提出了一种飞行时间质谱装置的参数设计方法，应用于一台可配置多种分辨率的飞行时间质谱装置。
25.请参阅图1，图1示出了本说明书实施例提供的一种飞行时间质谱装置的参数设计方法的流程图。
26.如图1，该飞行时间质谱装置的参数设计方法，包括：步骤102，对飞行时间质谱装置设定初始参数，所述初始参数包括检测器相对于加速区的距离、无场区圆筒与相邻反射区电极的相对位置、反射区相邻两个电极的相对位置、反射基座于相邻反射区电极的相对位置、施加于无场区的电压、施加于反射区的电压；步骤104，基于初始参数、加速区的结构和电压参数、以及离子的质荷比，计算该离子的有效飞行路径长度；并将初始参数加载于飞行时间质谱装置，获得一离子飞行后的初始分辨率；步骤106，基于初始分辨率、初始分辨率下的有效飞行路径长度之间的比例关系，计算同一离子在目标分辨率下的有效飞行路径长度；步骤108，以目标分辨率下的有效飞行路径长度为基准，对飞行时间质谱装置进行参数调整；在获得与目标分辨率下的有效飞行路径长度等效的有效飞行路径长度后，确定目标分辨率下的最终参数，所述最终参数包括检测器相对于加速区的距离、无场区圆筒与相邻反射区电极的相对位置、反射区相邻两个电极的相对位置、反射基座与相邻反射区电极的相对位置、施加于无场区的电压、施加于反射区的电压。
27.一般，飞行时间质谱装置包括离子源、真空接口、多极杆质谱分析模块、离子引导模块、tof质量分析模块。所述离子源产生离子束。所述离子束由多极杆质谱分析模块，如四极杆碰撞聚焦冷却（离子束会达到一个较低能量状态0~1ev）。所述离子引导模块用于提高离子的聚焦效果，以提高灵敏度，以及对离子束形，使得离子在推斥区的速度分散和空间分散变小，以提高分辨率。所述tof质量分析模块包括推斥区、加速区、无场区、反射区、检测器、电源。所述电源为各个区施加电压。
28.离子进入tof质量分析模块后，从加速区的第一、二两个极片正中间射入所述无场
区、之后经过反射区，反射后离子打到检测器。若加速区未被施加垂直方向的电压，离子保持均速直线运动，此阶段为离子积累阶段；当离子填充满第一、二两个极片中间的区域时，加速区会被施加垂直方向的电压，离子开始在垂直方向加速运动。离子运动一段路径后，打到检测器上。所述检测器可以为微通道板检测器、电子倍增器、戴利（daly）检测器等。
29.本说明书实施例方法，应用于反射区中电极、反射基座的位置可调，且检测器与加速区的相对距离可调的飞行时间质谱装置。也就是说，该方法针对具有非固定的tof结构模型（主要指距离参数不固定），根据场景分辨率需要，基于一台装置能设计多种分辨率下的参数。
30.在步骤102中，进行初始参数设定。所述初始参数的设定可根据以往经验进行初步设定。检测器与加速区的相对距离，主要指加速区中心到检测器中心的距离，可以根据加速区和检测器总宽度的一半进行初步距离值设定。无场区圆筒与相邻反射区电极的相对位置、反射区相邻两个电极的相对位置、反射基座与相邻反射区电极的相对位置可在可调范围内进行取值。例如，可根据以往对于高分辨率或低分辨率的需求，进行初步选值确定初始参数。同样，电压参数基于经验初步确定。
31.在一示例下，当采用实物飞行时间质谱装置时，在装置上根据初始参数进行调参，如利用横向位移调节机构来调节检测器的位置，使得其相对于加速区的距离到达初始参数所对应位置，如利用纵向位移调节机构来调节电极、反射基座的位置，使得上述相对位置关系满足初始参数所对应位置，如控制电源来控制施加于反射区、无场区的电压值。同时，在计算平台的界面输入初始参数，以供步骤104进行计算。
32.在另一示例下，当采用仿真平台模拟飞行时间质谱装置的功能时，在仿真平台的界面处输入初始参数，即实现初始参数设定。该仿真平台在方法执行前预先配置好与实物飞行时间质谱装置相对应的虚拟架构和功能。同时，在计算平台的界面输入初始参数，以供步骤104进行计算。
33.在步骤104中，离子的有效飞行路径长度为离子依次经加速区、无场区、反射区到检测器的飞行路径长度。
34.具体地，所述基于初始参数、加速区的结构和电压参数、以及离子的质荷比，计算该离子的有效飞行路径长度，包括：步骤1042，基于加速区的结构和电压参数、离子的质荷比，计算加速区的飞行时间，并基于初始参数、离子的质荷比，计算无场区和反射区的飞行时间；由于本说明书实施例方法针对同一台飞行时间质谱装置进行参数设计，加速区的结构和电压参数是不变的。首次计算后，将加速区的飞行时间确定为已知常量。加速区的飞行时间利用现有计算方式，基于加速区的结构和电压参数计算，本说明书不再赘述。
35.所述反射区的飞行时间依据反射区数量进行独立计算，具体以后续装置为示例，进行详细说明。每个反射区的飞行时间叠加后得到反射区总的飞行时间。
36.步骤1044，将所述加速区的飞行时间、所述无场区的飞行时间和所述反射区总的飞行时间求和，计算得到该离子飞行的总飞行时间；步骤1046，利用总飞行时间乘以该离子在无场区中的垂直方向速度，计算得到该离子的有效飞行路径长度；其中，无场区中的垂直方向速度基于离子的质荷比、无场区对地电压、加速区的对地电压确定。
37.具体地，，其中为无场区对地电压，为加速区第一极片对地电压，由于离子通常在第一、二片极片中飞入，第二极片一般是一个接近与零电势的电压值，因此得到简化后的离子在无场区中的垂直方向速度大小如上式所述。在确定无场区中的垂直方向速度后，利用，计算得到该离子的有效飞行路径长度。其中， 为离子飞行的总飞行时间。
38.上述过程利用计算机平台计算获得。所述计算机平台预先配置有相应算法，在获得相关参数数据后，进行运算。当利用实物装置时，涉及装置测量得到的参数，在测量结果获得后输入计算机平台。此过程可以通过人工输入，或者在装置和计算机平台之间建立信号链路，将测量结果发送给计算机平台。当利用仿真平台时，则可将仿真平台模拟测试后得到的测试结果发送给计算机平台。
39.在步骤104中，将初始参数加载于飞行时间质谱装置，获得一离子飞行后的初始分辨率。可利用实物装置或仿真平台上的虚拟装置进行参数加载运行。
40.在步骤106中，一般离子有效飞行长度与分辨率大致呈现出一个正比的关系，为此可基于此比例关系，确定目标分辨率下的离子有效飞行长度。
41.例如，初始参数下获得的初始分辨率为，目标分辨率为，同一离子在目标分辨率下的有效飞行路径长度。
42.在步骤108中，以目标分辨率为目标，对飞行时间质谱装置进行参数调整。此种方式，无需进行大量计算，在目标基准下的范畴内进行参数调整，配合适量计算，可快速获得准确的设计参数。
43.具体地，上述过程包括：步骤1082，在无场区对地电压保持不变下，将等效的有效飞行路径长度除以无场区中的垂直方向速度，计算得到等效的总飞行时间；无场区对地电压保持不变，指在初步参数设定时，无场区对地电压确定后，不再改变。在利用步骤106获得目标分辨率下的等效的有效飞行路径长度后，通过计算获得等效的总飞行时间。
44.步骤1084，以调整无场区圆筒与相邻反射区中电极的相对位置为主，调整反射区中相邻两个电极的相对位置和反射基座与相邻反射区电极的相对位置为辅，在保持初次参数设置时施加于无场区和反射区的电压不变的情况下，重新设定无场区中圆筒与相邻反射区中电极的相对位置、相邻两个电极的相对位置、电极与反射基座的相对位置，计算得到调整后的总飞行时间；多次调整，以使调整后的总飞行时间与等效的总飞行时间相接近。
45.先进行距离参数调整，主要是对反射区电极，反射基座的位置进行调整。对于同一m/z的离子而言，飞行时间越长，装置所得到的分辨率一般就会越高，通常来说，增加飞行距离是一种重要的提升分辨率手段，主要会提升在无场区的长度。为此，无场区圆筒与相邻反射区中电极的相对位置需要重点调整，当需要获得更高分辨率下的参数时，则在初次参数的基础下，将无场区圆筒与相邻反射区中电极的相对位置拉长，当需要获得较低分辨率下的参数时，则在初次参数的基础下，将无场区圆筒与相邻反射区中电极的相对位置缩短。基于上述原则，重新选取距离参数，并利用前述公式重新计算调整后的总飞行时间。以等效的
总飞行时间为目标，使得调参后计算结果尽可能与等效的总飞行时间像接近（包含两者相等的情况）。
46.此过程默认不调施加于电极上的电压，仍采用初次参数设置时的电压值。判断调整后的总飞行时间与等效的总飞行时间差值，若差值不大于第一阈值，第一阈值可以为1或其他数值，则确定调整后的总飞行时间与等效的总飞行时间相接近。之后，确定反射区距离参数后，进入步骤1086，进行电压参数调整。
47.步骤1086，在确定无场区中圆筒与相邻反射区中电极的相对位置、相邻两个电极、电极与反射基座的相对位置后，调整施加于反射区中电极上的电压；此过程可用现有的电压调参方法进行，例如二阶聚焦算法来计算出分辨率最优的电压值，之后以该计算值为基准进行微调；或者，直接根据经验进行电压值调整。
48.步骤1088，基于该离子的水平方向动能和调整后的总飞行时间，计算获得检测器相对于加速区的等效距离；并基于该等效距离，调整检测器相对于加速区的距离。
49.离子束的初始状态在进入tof质量分析模块之前就已经基本确定了，包括离子的横向动能v
∥ 、纵向位置分散和能量分散。离子横向动能会关系到不同飞行路径下检测器与加速区的相对距离x
0 。具体可通过公式x
0=t*v∥
，计算获得x0。计算值为基准值，之后在实物上或在仿真平台上的虚拟装置上微调距离参数。调整期间需要确保离子能打到检测器外。
50.上述过程中涉及的相关计算可通过计算平台完成，涉及的相关参数调整和加载测试可通过对实物装置或者仿真平台上的虚拟装置实现。
51.在步骤108中，在获得与目标分辨率下的有效飞行路径长度等效的有效飞行路径长度后，确定目标分辨率下的最终参数，包括：在调整获得具体参数后，可将参数作为最终参数。
52.例如，在实物装置上调整时，确定最终参数后，进行样品的相关检测。又例如，在仿真平台上模拟确定后，可根据最终参数配置于实物装置上。之后，配置该参数的装置进行样品的相关检测。
53.本说明书实施例方法，在获得与目标分辨率下的有效飞行路径长度等效的有效飞行路径长度后，确定目标分辨率下的最终参数后，方法还包括：将大于等效的总飞行时间的时间确定为脉冲推斥周期，并基于脉冲推斥周期确定脉冲推斥频率。
54.离子入射之后，若没有垂直方向的电压，则会保持匀速直线运动，一直从左往右进行运动，这一阶段称为离子积累阶段；当离子填充满了加速区第一、二两个极片中间的区域时，加速区会施加一个垂直方向的电压，让离子开始在垂直方向加速运动。之后会循环积累和加速这两个过程，其频率即为施加电压的脉冲推斥频率。
55.该脉冲推斥频率决定了单次离子飞行的最大飞行时间，因为每次施加垂直方向电压的时刻，就是该周期内的离子飞行时间起始计时点起，直到最大离子即有着最大飞行时间的离子被检测器检测到时，下一个周期才可以开始。若这个周期太短，则会出现前一个周期离子还没飞到检测器，被下一次周期的速度快的离子追上，导致谱图叠加了不同周期的离子，难以解析。因此推斥的频率不宜过快。但同时该频率又决定着离子的利用效率，离子源源不断地从前端做匀速直线运动经过积累区域，若频率太低，则意味着只有在少数
几次脉冲电压施加时，离子才被利用起来，因此该频率又不宜过低。
56.由于离子m/z不同，其运动的时间是不一样的，因此最大总飞行时间应该是由测量中可能存在的最大m/z离子决定。为此，基于单次离子飞行的最大飞行时间来计算脉冲推斥周期，继而计算脉冲推斥频率。将大于等效的总飞行时间的时间确定为脉冲推斥周期，可避免谱图叠加难以解析的问题发生。
57.上述过程中，若利用仿真平台和计算平台共同完成时，仿真平台和计算平台可在同一终端设备处运行，以高效实现参数设计。
58.接下来，为了便于理解整个设计流程，以具体的飞行时间质谱装置的结构为例，进行详细说明。
59.图2a、图2b示出了一示例下的质谱装置的结构示意图。所述装置包括加速区1、无场区2、反射区7、8、检测器3。所述反射区内的电极采用圆筒结构。所述装置的反射区由多个间隔套叠的圆筒和一个反射基座构成。每个圆筒的内表面设有电阻层，在每个具有电阻层的圆筒内形成反射区，即一个具有电阻层的圆筒形成一个反射区，当有多个具有电阻层的圆筒时，则有多个以圆筒为单位的反射区。所述无场区形成于一个套设于反射区最外侧圆筒外的圆筒内。所述反射基座置于所述反射区最内侧圆筒内。图中从外至内依次为无场区、反射区、反射基座。所有圆筒的内侧圆筒的顶端通过导电片与外侧圆筒的内壁接触连接，所述反射基座的顶端通过导电片与所述反射区最内侧的圆筒内壁接触连接。优选地，所述导电片为金属弹片。所述飞行时间质谱装置具有调节反射区圆筒和反射基座移动距离的纵向位移调节机构，以改变无场区圆筒与反射区圆筒、反射区圆筒间、反射区圆筒与反射基座的相对位置。
60.内表面设有电阻层的圆筒至少有两个。当有两个圆筒时，形成有两个反射区（参见图2a、图2b）。当有多个圆筒时，可按上述方式形成多个反射区。根据反射区筒的数量n和一个反射基座配置相同n+1个纵向位移调节机构。n+1个纵向位移调节机构可利用导杆、电机实现，导杆一端连接电机输出轴，另一端连接圆筒或反射基座的底座。所述电机16、17、18分别驱动导杆13、14、15动作，继而带动反射基座9或圆筒纵向移动，继而实现无场区圆筒与反射区圆筒、反射区两个相邻圆筒、反射区圆筒与反射基座之间的位移变化。
61.具体地，图2a中具有3个圆筒和1个反射基座9，最外层圆筒内形成无场区2，其他圆筒内形成第一反射区7、第二反射区8。最外侧圆筒位置固定不变，其他圆筒均有纵向位移调节机构控制，控制圆筒在纵向移动。其中，电机可采用步进电机，通过步数和距离的转换关系，可基于移动距离确定电机步数，或基于电机步数确定移动距离。同时，检测器配置有横向位移调节机构，用于控制检测器相对于加速区的距离。所述横向位移调节机构可采用同纵向位移调节机构相同的器件，包括导杆5和电机6，导杆一端连接电机，另一端连接检测器3的底座。上述电机均置于真空腔体19外，导杆自腔体外伸入腔体19内，导杆在腔体交界处密封处理。
62.在进行方法运用说明前，定义如下距离参数：加速区1中心到检测器3中心的横向距离为，无场区中圆筒顶端与一级反射区圆筒顶端金属弹片之间的距离为，一级反射区圆筒顶端金属弹片与二级反射区圆筒顶端金属弹片之间的距离为，二级反射区圆筒顶端金属弹片与反射基座顶端金属弹片之间的距离为。一级反射区圆筒上下端的电压为，其中，为第一反射区圆筒上端的对地电压，为第二反射区圆筒上端的
对地电压二级反射区圆筒上下端的电压为，其中，为第二反射区圆筒上端的对地电压，为反射基座上端的对地电压。
63.离子束从前端入射tof质量分析模块时，各项参数包括水平方向动能、离子束宽度、离子垂直方向散角等都相对固定。假定，，为加速区第一极片对地电压，。考虑到在同一飞行时间质谱装置中进行不同飞行路径参数设计，加速区的结构和电压参数不变，则离子在加速区的飞行时间是一个固定值，假定。
64.先进行初始参数设定。取值范围在0～300mm；取值在0～1000mm；取值在0～100mm；取值在0～100mm。则在此范围内选值确定，例如确定=2000mm，=10mm，=40mm。假定，无场区电压。之后，基于结构参数，在其可调范围内确定反射区的电压值，，。
65.以m/z=100 的离子为例，按如下公式计算得到飞行时间t：
66.在某次实际测量需求中，我们需求的目标分辨率是，则等效的有效飞行路径长度。
67.这里我们保持不变，因此也不变，计算出等效的总飞行时间。
68.一般来说，离子在tof中飞行的大部分时间都是由贡献的，即离子在无场区中的飞行时间，这也可从前面初始状态的各段飞行时间的计算结果中看出。
69.因此，我们想要拉长总飞行时间的长度，主要依靠的是拉长无场区的长度，同时，由于反射电压是一般是需要调节得到的，且离子在反射区内的时间对总飞行时间贡献较小，这里为了方便估算，也将反射电压固定不变。
70.当我们取时，可以计算出调整后的总飞行时间：。
71.该值接近前面所需要的值，两者差值为0.01。因此可固定结构参数为这些值，然后实机或虚拟机进行电压微调。
72.最后还需确定检测器的位置，由可以计算出，，实机或虚拟机测试时，在该值附近左右微调。
73.在确定了tof结构和电压参数后，还需要设置合适的脉冲频率，将推斥脉冲周期设置成略大于最大离子的飞行时间，这样飞行时间质谱装置就可以投入使用了。
74.基于上述流程，可在同一装置上实现不同分辨率需求的参数设计。
75.图3a、图3b示出了另一示例下的质谱装置的结构示意图。
76.所述装置包括加速区1、无场区2、反射区7、8、检测器3。所述反射区内的电极采用堆叠结构。该装置的所述无场区2形成于圆筒内。所述反射区由大极片组7、小极片组8、反射基座9构成。大极片组包含多个纵向等间距堆叠的大极片，小极片组包括多个纵向等间距堆叠的小极片，每个极片组中相邻极片之间通过电阻连接。每个极片中心开口，所述小极片组套设于所述大极片组内。所述圆筒套设于所述大极片组外，所述大极片组最上层极片通过导电片与所述圆筒的内壁接触连接，所述小极片组最上层极片通过导电片与所述大极片组中的某一极片接触连接，所述反射基座的顶端通过导电片与小极片组中的某一极片接触连接。优选地，所述导电片为金属弹片。所述飞行时间质谱装置具有调节大极片组、小极片组、反射基座移动距离的纵向位移调节机构，以改变无场区圆筒与大极片组、大极片组与小极片组、小极片组与反射基座的相对位置。根据极片组的数量n和1个反射基座配置相同n+1个纵向位移调节机构。n+1个纵向位移调节机构可利用导杆、电机实现，导杆一端连接电机输出轴，另一端连接圆筒或反射基座的底座。所述电机16、17、18分别驱动导杆13、14、15动作，继而带动反射基座9、极片组纵向移动，继而实现无场区圆筒与极片组、两个相邻极片组、极片组与反射基座之间的位移变化。
77.检测器配置有横向位移调节机构，用于控制检测器相对于加速区的距离。所述横向位移调节机构可采用导杆和电机实现，导杆5一端连接电机6，另一端连接检测器3的底座。所述电机驱动导杆动作，继而带动检测器横向移动，继而实现检测器与加速区之间的相对距离发生变化。
78.假设大极片组堆叠有x个大极片，小极片组堆叠有y个小极片，每个极片采用厚度d的极片，相邻极片之间的距离为d。堆叠后大极片组形成一个（x-1）*d+x*d长的堆叠结构，在大极片组的首尾极片上加载电压，整体平均电场强度可以计算/（（x-1）*d+x*d），堆叠后小极片组形成一个（y-1）*d+y*d长的堆叠结构，在小极片组的首尾极片上加载电压，整体平均电场强度可以计算/（（x-1）*d+x*d）。x和y的数值可根据实际反射区长度需求设定。
79.图3a、图3b示例中所述反射区至少包括两个极片组，还可包括更多极片组，以套叠的方式依次设置。一般应用下选择两个极片组即可。在采用两个极片组时，所述大极片组至少包括三个大极片，所述小极片组至少包括三个小极片，所述大极片组中极片数量与所述小极片组中极片数量可相等，也可不相等。
80.当大极片组移动一定距离后，大极片组最上层极片的金属弹片到圆筒顶端的距离为，施加在圆筒上的电压为无场电压。当小极片组移动一定距离后，小极片组最上层极片的金属弹片到大极片组最上层极片的金属弹片的距离为，施加在大极片组上的电压为第一反射区电压。第一反射区电压，其中，为大极片组上端对地电压，
为小极片组上端对地电压。当反射基座移动一定距离后，反射基座的金属弹片到小极片组最上层极片的金属弹片的距离为，施加在小极片组的电压为第二反射区电压。第二反射区电压。其中，为小极片组上端对地电压，为反射基座上端对地电压。参照图2a所示示例中的计算流程，可确定设计参数。
81.图3a、图3b所示示例与图2a、图2b所示示例的差别在于，采用堆叠结构时，当需要调整极片相对位置时，则以固定间隔距离进行一层层位置调整；而采用套筒结构时，则需要通过移动套筒位置来改变极片相对位置。图2a、图2b示例能实现连续范围的距离调整，而图3a、图3b示例只能实现离散距离变化。
82.根据上述一个或多个实施例中的设计方法得到设计参数后，飞行时间质谱装置可根据不同参数进行配置，以满足不同分辨率场景需求。之后利用该飞行时间质谱装置进行检测。例如，利用同一装置内不同离子飞行路径的结果，求得离子相对准确的飞行时间，进而求得相对准确的质量数。
83.基于入射离子不变的条件下，调整结构、电压参数，使得同一样品的离子束进行两次不同飞行路径的飞行，对应着两张飞行时间关于响应强度的质谱图；分别利用已知标准物质对两张谱图进行质量轴校准，得到m/z关于响应强度的质谱图，比如基于两个已知物质和进行校准，假定电荷数都为1，分别确定他们的飞行时间为和，然后可以得到下列关系式：；另一飞行路径下的谱图，得到的换算关系式为；这样一来就得到了两张质量数关于响应强度的谱图，先找到最终要求准确质量数的峰，读出它在两张图中的时间和 ；接着利用两张谱图标定物质飞行时间的差值，求出飞行时间差值与质量数之间的关系式：，最后将和代入，即可求得最终的相对准确质量数。
84.以上所述的实施例仅仅是本说明书的优选实施例方式进行描述，并非对本说明书的范围进行限定，在不脱离本说明书的设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本说明书的技术方案作出的各种变形及改进，均应落入本说明书的权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.飞行时间质谱装置的参数设计方法，其特征在于，应用于反射区中电极、反射基座位置可调，且检测器与加速区的相对距离可调的飞行时间质谱装置；方法包括：对飞行时间质谱装置设定初始参数，所述初始参数包括检测器相对于加速区的距离、无场区圆筒与相邻反射区电极的相对位置、反射区相邻两个电极的相对位置、反射基座与相邻反射区电极的相对位置、施加于无场区的电压、施加于反射区的电压；基于初始参数、加速区的结构和电压参数、以及离子的质荷比，计算该离子的有效飞行路径长度；并将初始参数加载于飞行时间质谱装置，获得一离子飞行后的初始分辨率；基于初始分辨率、初始分辨率下的有效飞行路径长度之间的比例关系，计算同一离子在目标分辨率下的有效飞行路径长度；以目标分辨率下的有效飞行路径长度为基准，对飞行时间质谱装置进行参数调整；在获得与目标分辨率下的有效飞行路径长度等效的有效飞行路径长度后，确定目标分辨率下的最终参数，所述最终参数包括检测器相对于加速区的距离、无场区圆筒与相邻反射区电极的相对位置、反射区相邻两个电极的相对位置、反射基座与相邻反射区电极的相对位置、施加于无场区的电压、施加于反射区的电压。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述电极为圆筒结构时，所述反射区由多个间隔套叠的圆筒构成；每个圆筒的内表面设有电阻层，在每个具有电阻层的圆筒内形成反射区；所述无场区形成于一个套设于反射区最外侧圆筒外的圆筒内；所述反射基座置于所述反射区最内侧圆筒内；所有圆筒的内侧圆筒的顶端通过导电片与外侧圆筒的内壁接触连接，所述反射基座的顶端通过导电片与所述反射区最内侧的圆筒内壁接触连接；所述飞行时间质谱装置具有调节反射区圆筒和反射基座移动距离的纵向位移调节机构，以改变无场区圆筒与反射区圆筒、反射区圆筒间、反射区圆筒与反射基座的相对位置。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，内表面设有电阻层的圆筒至少有两个。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述电极为堆叠结构时，所述反射区由大极片组、小极片组构成，所述大极片组包含多个纵向等间距堆叠的大极片，所述小极片组包括多个纵向等间距堆叠的小极片，每个极片组中相邻极片之间通过电阻连接；每个极片中心开口，所述小极片组套设于所述大极片组内；所述无场区形成于圆筒内，所述圆筒套设于所述大极片组外，所述大极片组最上层极片通过导电片与所述圆筒的内壁接触连接，所述小极片组最上层极片通过导电片与所述大极片组中的某一极片接触连接，所述反射基座的顶端通过导电片与小极片组中的某一极片接触连接；所述飞行时间质谱装置具有调节大极片组、小极片组、反射基座移动距离的纵向位移调节机构，以改变无场区圆筒与大极片组、大极片组与小极片组、小极片组与反射基座的相对位置。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述大极片组至少包括三个大极片，所述小极片组至少包括三个小极片。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测器与加速区的相对距离通过横向位移调节机构实现。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于初始参数、加速区的结构和电压参数、以及离子的质荷比，计算该离子的有效飞行路径长度，包括：基于加速区的结构和电压参数、离子的质荷比，计算加速区的飞行时间，并基于初始参数、离子的质荷比，计算无场区的飞行时间和反射区的飞行时间；
将所述加速区的飞行时间、所述无场区的飞行时间、所述反射区的飞行时间求和，计算得到该离子飞行的总飞行时间；利用总飞行时间乘以该离子在无场区中的垂直方向速度，计算得到该离子的有效飞行路径长度；其中，无场区中的垂直方向速度基于离子的质荷比、无场区对地电压、加速区对地电压确定。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以目标分辨率下的有效飞行路径长度为基准，对飞行时间质谱装置进行参数调整，包括：在无场区对地电压保持不变下，将等效的有效飞行路径长度除以无场区中的垂直方向速度，计算得到等效的总飞行时间；以调整无场区中圆筒与相邻反射区中电极的相对位置为主，调整反射区中相邻两个电极、电极与反射基座的相对位置为辅，在保持初次参数设置时施加于无场区和反射区的电压不变的情况下，重新设定无场区中圆筒与相邻反射区中电极、相邻两个电极、电极与反射基座的相对位置，计算得到调整后的总飞行时间；多次调整，以使调整后的总飞行时间与等效的总飞行时间相接近；在确定无场区中圆筒与相邻反射区中电极的相对位置、相邻两个电极、电极与反射基座的相对位置后，调整施加于反射区中电极上的电压；基于该离子的水平方向动能和调整后的总飞行时间，计算得到检测器相对于加速区的等效距离；并基于该等效距离，调整检测器相对于加速区的距离。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在获得与目标分辨率下的有效飞行路径长度等效的有效飞行路径长度后，确定目标分辨率下的最终参数后，方法还包括：将大于等效的总飞行时间的时间确定为脉冲推斥周期，并基于脉冲推斥周期确定脉冲推斥频率。10.根据权利要求1或7或8或9所述的方法，其特征在于，所述方法利用仿真平台模拟时间质谱装置功能，并结合计算平台计算完成，或者所述方法通过运行飞行时间质谱装置，并结合计算平台计算完成。

技术总结
本说明书实施例公开了飞行时间质谱装置的参数设计方法。该方法应用于反射区中电极、反射基座位置可调，且检测器与加速区相对距离可调的飞行时间质谱装置，方法包括：将初始参数加载于飞行时间质谱装置，获得一离子的有效飞行路径长度，并基于初始参数、加速区的结构和电压参数、以及离子的质荷比，计算该离子的有效飞行路径长度；基于初始分辨率及其有效飞行路径长度的比例关系，计算同一离子在目标分辨率下的有效飞行路径长度；参数调整，获得与目标分辨率下的有效飞行路径长度等效的有效飞行路径长度；参数包括检测器相对于加速区的距离、无场区与反射区、相邻反射区、反射基座与反射区的相对位置、施加于无场区和反射区的电压。压。压。


技术研发人员：王堉伦 李嫣然 赵庆会 马乔 孙运 娄建秋 张永锋 李刚 刘立鹏
受保护的技术使用者：杭州谱育科技发展有限公司
技术研发日：2023.08.23
技术公布日：2023/10/5