激光解析离子源激光光路

摘要

本发明公开了一种激光解析离子源激光光路，包括倾斜设置在离子源腔体左上方的激光光纤头调节器，激光光纤头调节器下方设置有透镜组支架，透镜组支架上依次设置有与激光光纤头调节器主光轴同轴的准直用平凸透镜、聚焦用双凸透镜、聚焦用负弯月透镜和聚焦用正弯月透镜，使入射光纤直径为0.2mm，入射发散角为24.5度时，聚焦焦点直径达到50～120um，当入射光为1W时，聚焦焦点处平均功率密度能够达到160～252W/mm2。本发明结构简单、造价低廉，优化了激光光路焦点面积和焦点能量密度等参数，避免了激光光路焦点过大引起的激发误操作或者激发后得不到理想波形等情况的发生，同时提高了激光发射器的使用寿命。

权利要求

1.一种激光解析离子源激光光路，包括倾斜设置在离子源腔体（1）左上方的激光光纤头调节器（2），所述激光光纤头调节器（2）下方设置有透镜组支架，其特征在于：所述透镜组支架上依次设置有与激光光纤头调节器（2）主光轴同轴的准直用平凸透镜（3）、聚焦用双凸透镜（4）、聚焦用负弯月透镜（5）和聚焦用正弯月透镜（6），使入射光纤（7）直径为0.2mm，入射发散角为24.5度时，聚焦焦点（8）直径达到50～120um，当入射光为1W时，所述聚焦焦点（8）处平均功率密度能够达到160～252W/mm2；

所述准直用平凸透镜（3）的直径为15～35mm，焦距为40～100mm；所述聚焦用双凸透镜（4）的外径为15～35mm，焦距为20～100mm；所述聚焦用负弯月透镜（5）的外径为8～20mm，焦距为-30～-100mm；所述聚焦用正弯月透镜（6）的外径为8～20mm，焦距为20～100mm；聚焦用负弯月透镜（5）和聚焦用正弯月透镜（6）的镜面相贴合，所述入射光纤（7）头部与准直用平凸透镜（3）的间距H1在25～35mm之间，聚焦用正弯月透镜（6）与聚焦焦点（8）的间距H2在25～35mm之间，准直用平凸透镜（3）与聚焦用双凸透镜（4）的间距H3在75～85mm之间，聚焦用双凸透镜（4）与聚焦用正弯月透镜（6）的间距H4在15～25mm之间；

位于所述聚焦用双凸透镜（4）和聚焦用负弯月透镜（5）之间、所述聚焦用负弯月透镜（5）和聚焦用正弯月透镜（6）之间的所述离子源腔体（1）壁面上均开设有排气孔（9）。

说明书

激光解析离子源激光光路

技术领域

[0001] 本发明涉及基质辅助激光解析离子源型MALDI-TOF技术领域，尤其是涉及一种激光解析离子源激光光路。

背景技术

[0002] 基质辅助激光解析离子源型MALDI-TOF是近年来发展起来的一种新型软电离生物质谱，简单、高效，因此获得了广泛应用。其工作原理如下：激光系统发射一定波长（常用337nm或355nm）的紫外光，通过光学透镜组传导聚焦在靶样上，靶样上的样品在短时间内获得能量，不同样品被分解成各种相应片段的离子；由于各离子的质荷比不同，其在飞行管中的运动速度不同，到达飞行管终端检测设备的时间也不同，因此可根据检测到的离子信号形成相应的图谱。具体地，如中国专利“基质辅助激光解析离子源激光及成像集成系统”（申请号为201510913071.5）所述，激光发射部分的激光光纤头调节器倾斜设置在离子源腔体的左上方，进行光传导的激光光路光学透镜组设置在激光光纤头调节器下方的透镜组支架上，上述激光光路光学透镜组由沿激光光纤头调节器的主光轴同轴设置的凸透镜、进光凸透镜和出光凸透镜组成。

[0003] 在基因学方面，随着技术的发展，对基因分析物的鉴定要求更加精准化。由于基因鉴定物普遍具有鉴定量小的特点，激光光路的焦点相对过大，尤其当使用1536个靶位的基质靶板时，单个靶点达到直径小于0.8mm的程度，采用现有基质辅助激光解析离子源型MALDI-TOF针对目标靶位进行激光激发操作时，很容易出现激发误操作或者激发后得不到理想波形的情况。

[0004] 研究表明，质子解析为离子所需能量是固定的，当激光通过透镜在焦点处的平均能量密度较小时，质子不能分解成相应的离子或者分解量较小，会造成不能生成波峰图谱或生成的图谱质量较差，影响仪器的检测分辨率。此时，需要相应加大激光器的发射功率来增加焦点处的能量，使其达到质子分解成离子过程所需要的能量级别。但激光器发射能量的大小与其寿命成反比，即激光器发射的功率能量越大，其使用寿命越短。由于在焦点光总能量一定的情况下，平均能量密度与焦点面积成反比，因此，可以通过优化光学透镜组合的方式，缩小焦点面积，提高焦点能量密度，从而提高操作准确性、获得高质量图谱，并在一定程度上延长激光发射器的使用寿命。

发明内容

[0005] 为解决以上问题，本发明提供一种激光解析离子源激光光路。

[0006] 为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

[0007] 本发明所述的激光解析离子源激光光路，包括倾斜设置在离子源腔体左上方的激光光纤头调节器，所述激光光纤头调节器下方设置有透镜组支架，所述透镜组支架上依次设置有与激光光纤头调节器主光轴同轴的准直用平凸透镜、聚焦用双凸透镜、聚焦用负弯月透镜和聚焦用正弯月透镜，使入射光纤直径为0.2mm，入射发散角为24.5度时，聚焦焦点直径达到50～120um，当入射光为1W时，所述聚焦焦点处平均功率密度能够达到160～252W/mm2。

[0008] 所述准直用平凸透镜的直径为15～35mm，焦距为40～100mm；所述聚焦用双凸透镜的外径为15～35mm，焦距为20～100mm；所述聚焦用负弯月透镜的外径为8～20mm，焦距为-30～-100mm；所述聚焦用正弯月透镜的外径为8～20mm，焦距为20～100mm；聚焦用负弯月透镜和聚焦用正弯月透镜的镜面相贴合，所述入射光纤头部与准直用平凸透镜的间距H1在25～35mm之间，聚焦用正弯月透镜与聚焦焦点的间距H2在25～35mm之间，准直用平凸透镜与聚焦用双凸透镜的间距H3在75～85mm之间，聚焦用双凸透镜与聚焦用正弯月透镜的间距H4在15～25mm之间。

[0009] 位于所述聚焦用双凸透镜和聚焦用负弯月透镜之间、所述聚焦用负弯月透镜和聚焦用正弯月透镜之间的所述离子源腔体壁面上均开设有排气孔。

[0010] 本发明提供的激光解析离子源激光光路，采用由一个准直用平凸透镜、一个聚焦用双凸透镜、一个聚焦用负弯月透镜和一个聚焦用正弯月透镜组成的透镜组，结构简单、造价低廉，优化了激光光路焦点面积和焦点能量密度等参数，实现了基质辅助激光解析离子源型MALDI-TOF针对基因鉴定物进行基质解析的要求，避免了激光光路焦点过大引起的激发误操作或者激发后得不到理想波形等情况的发生，同时在一定程度上提高了激光发射器的使用寿命。

附图说明

[0011] 图1是本发明的结构示意图。

[0012] 图2是本发明的光路结构示意图。

具体实施方式

[0013] 如图1所示，本发明所述的激光解析离子源激光光路，包括倾斜设置在离子源腔体1左上方的激光光纤头调节器2，激光光纤头调节器2下方设置有透镜组支架，透镜组支架上依次设置有与激光光纤头调节器2主光轴同轴的准直用平凸透镜3、聚焦用双凸透镜4、聚焦用负弯月透镜5和聚焦用正弯月透镜6，使入射光纤7直径为0.2mm，入射发散角为24.5度时，聚焦焦点8直径达到50～120um，当入射光为1W时，聚焦焦点8处平均功率密度能够达到160～252W/mm2。其中，准直用平凸透镜3上侧设置带有螺纹的压紧块，以旋入方式将准直用平凸透镜3及其下侧的O型密封圈压紧密封。

[0014] 实际光学成像相对近轴光学的理论值会存在一定的偏离，这种偏差称为像差。上述激光光路中的像差主要来自于球差。

[0015] 根据球差原理，轴上点发出的同心光束，经过光学系统各镜片的折射面折射后，不同孔径角的光线交光轴于不同点，相对于理想像点具有不同的位置偏差，简称球差δL′，其公式为：

[0016]

[0017] 公式（1）中，L′为实际光线与光轴交点位置， 为理想像点与光轴交点位置。

[0018] δL′是沿光轴方向量度，又称为轴上球差；球差也可以沿垂直于光轴方向量度，即在高斯像平面上形成的弥散斑半径，被称为垂轴球差，以△y′表示：

[0019]

[0020] 公式（2）中，U′为像方孔径角；

[0021] 从公式可以看出，焦面聚焦光斑半径即为垂轴球差；同时，光线像方孔径角越大，球差值越大。

[0022] 因此，在本发明中，聚焦用双凸透镜4用来会聚光束；聚焦用负弯月透镜5和聚焦用正弯月透镜6主要用来校正凸透镜所产生球差。根据球差理论，聚焦用负弯月透镜5产生负球差，聚焦用正弯月透镜6产生正球差，两者联用时，可以在不改变光焦度的同时，减小聚焦用双凸透镜4产生的球差。使聚焦光斑面积减小，从而在不提高发射激光总能量的条件下，提高焦点能量密度，提高操作准确性、获得高质量图谱，并在一定程度上延长激光器的使用寿命。

[0023] 进一步地，如图2所示，准直用平凸透镜3的直径为15～35mm，焦距为40～100mm；聚焦用双凸透镜4的外径为15～35mm，焦距为20～100mm；聚焦用负弯月透镜5的外径为8～20mm，焦距为-30～-100mm；聚焦用正弯月透镜6的外径为8～20mm，焦距为20～100mm；聚焦用负弯月透镜5和聚焦用正弯月透镜6的镜面相贴合，入射光纤7头部与准直用平凸透镜3的间距H1在25～35mm之间，聚焦用正弯月透镜6与聚焦焦点8的间距H2在25～35mm之间，准直用平凸透镜3与聚焦用双凸透镜4的间距H3在75～85mm之间，聚焦用双凸透镜4与聚焦用正弯月透镜6的间距H4在15～25mm之间。采用上述参数后，激光器发射一定波长（常用337nm或
355nm）的紫外光光波时，光路输出焦点直径为50～120um，可以针对直径小于0.8mm的样靶准确操作，有效避免打错样靶的现象。

[0024] 如图1所示，位于聚焦用双凸透镜4和聚焦用负弯月透镜5之间、以及聚焦用负弯月透镜5和聚焦用正弯月透镜6之间的离子源腔体壁面上开设有排气孔9。由于上述镜片均在常压下装配，使用时，离子源腔体1为真空系统，设置排气孔9后，可以将上述两两镜片之间的空气抽出，有效避免由于内外压差造成的镜片崩裂。

[0025] 本发明结构简单、造价低廉，优化了激光光路焦点尺寸和焦点能量密度等参数，实现了基质辅助激光解析离子源型MALDI-TOF针对基因鉴定物进行基质解析的要求，避免了激光光路焦点过大引起的激发误操作或者激发后得不到理想波形等情况，能够有效提高激光解析离子源质谱仪器的图谱分辨率，并在一定程度上提高激光发射器的使用寿命。