线性离子阱离子引入侧的端盖电极结构的制作方法

文档序号:19906935发布日期:2020-02-11 17:10
线性离子阱离子引入侧的端盖电极结构的制作方法

本发明涉及质量分析器技术领域,具体的,涉及一种线性离子阱离子引入侧的端盖电极结构。



背景技术:

线性离子阱由四极杆质谱发展而来,由两组双曲线形极杆和两端的端盖电极组成,在其中一组极杆上开有狭缝。两组极杆上施加以相位相反的射频电压,且在开有狭缝的一组电极上施加射频交流电压,以驱动离子发生共振弹射,从而被检出。极杆两端的端盖电极上施加直流电压形成轴向束缚场,离子在线性离子阱中被囚禁于极杆轴向的线段内,有效地降低了空间电荷效应,质谱的特异性和灵敏性得到了极大地提高。此外,相比于三维离子阱,线性离子阱的端盖电极上施加的直流信号使得离子在进样口处不会受到射频交变电场的干涉,从而具有更高的离子捕获效率。因此,线性离子阱为目前离子阱的主流产品。

完整的线性离子阱质谱分析过程主要包括离子化、离子冷却、质量扫描和离子清空这四个主要阶段。离子化阶段,前端盖电压拉低使得离子注入离子阱质量分析器,离子被阱内的射频交变场捕获。冷却阶段,前端盖电压拉高,离子在阱中与缓冲气体碰撞,消除多余的动能,使离子在阱中稳定运动,呈长条状分布于线性离子阱内。质量分析阶段,通过射频电压从低到高扫描,同时加入辅助共振激发信用于激发离子出射。离子清空阶段,射频电压幅度逐渐减小,将残余在离子阱内部的离子清空,准备进行下一个质量分析过程。

离子引入主要是指离子通过前端盖中央开设的小孔进入离子阱内部。因此,前端盖电极一般也可以被称为离子引入电极。目前,线性离子阱的引入电极基本都为平面结构的,安装在极杆的离子进样一侧。由于引入电极的安装位置与极杆之间存在一定距离,在引入电极与极杆之间的区域内会存在射频电场的一个轴向分量,阻碍通过进样小孔的离子进入极杆围成的中心质量分析区域,从而影响离子的捕获效率。此外,极杆上施加的射频信号在极杆的截断处会形成一个边缘场,离子在通过边缘场时,其不同方向上的运动会发生耦合,造成离子进入质量分析区域时的运动方向不一致,较为发散。这就容易造成离子损失,也会延长后续离子冷却所需的时间,造成线性离子阱离子引入效率低。

经现有技术检索发现,中国发明专利公开号为cn103779171b,具体公开了一种复合电极型离子阱质量分析器,包括一对相互平行的x电极、一对相互平行的y电极和一对端盖电极,所述x电极和y电极垂直放置,所述端盖电极与x电极和y电极的放置方向垂直,且分列与x电极和y电极轴向的两侧,所述x电极和y电极中至少有一对电极中央设有离子引出槽,所述一对x电极中至少有一个电极为平板离散电极,所述x电极和y电极中的其它电极为多边形柱面电极,且所述一对y电极为两个相同电极,所述端盖电极中央设有离子引入孔。该发明能够降低电极间电气连接难度,减小离散电极的数量,但无助于提高离子的捕获效率以及降低离子的发散效应。



技术实现要素:

针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种线性离子阱离子引入侧的端盖电极结构。

根据本发明提供的一种线性离子阱离子引入侧的端盖电极结构,包括端盖电极本体,所述端盖电极本体两端部分别为端盖电极离子引入端以及端盖电极离子出口端;

所述端盖电极本体为中空体,所述端盖电极离子引入端的横截面面积大于所述端盖电极离子出口端的横截面面积。

本发明中的端盖电极结构可对离子起到一定的聚焦和传输作用,使得离子在传输和进样过程中的运动状态稳定,易于被离子阱捕获,从而有效提升离子进样效率。

一些实施方式中,所述端盖电极本体为一体成型。

当所述端盖电极组件为单个立体结构时,工作时只需施加一个直流电压信号。

一些实施方式中,所述端盖电极本体包括多个圆环电极,至少有两个所述圆环电极的直径不同,所述圆环电极之间通过绝缘材料连接成所述端盖电极本体。

当所述端盖电极组件为多个圆环组成的离散型结构时,工作时所有圆环上可以施加多个幅值相同的直流电压信号,也可以施加多个幅值不同的直流电压信号。

一些实施方式中,每个所述圆环电极的轴向宽度相等或不等。

一些实施方式中,所述圆环电极通入的直流信号的幅值与其圆环半径大小成正比。

这有助于进一步提升离子聚焦效果,进入质量分析区域的离子具有更稳定的动能和统一的运动方向,可缩短后续的离子冷却时间。

一些实施方式中,所述端盖电极本体的外表面为平面、弧面或曲面中的任一一种或多种组合。

一些实施方式中,所述端盖电极本体的内表面为平面、弧面或曲面中的任一一种或多种组合

与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:

1、本发明中采用的端盖电极直接伸入离子阱内部,其上施加的直流电压可对离子阱内部电场进行优化,提升质量分析器的分析性能。

2、本发明中的端盖电极结构可对离子起到一定的聚焦和传输作用,使得离子在传输和进样过程中的运动状态稳定,易于被离子阱捕获,从而有效提升离子进样效率。

3、本发明中的所述端盖结构可以为离散结构,电压施加方式更加多样化,可实现的功能和达到的效果会更好。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:

图1为实施例1中所述端盖电极组件安装于线性离子阱离子引入侧的示意图;

图2为实施例1中所述端盖电极组件;

图3为实施例2中所述端盖电极组件安装于线性离子阱离子引入侧的示意图;

图4为实施例2中所述端盖电极组件;

图5为实施例3中所述端盖电极组件安装于线性离子阱离子引入侧的示意图;

图6为实施例3中所述端盖电极组件;

图7为实施例4中所述端盖电极组件安装于线性离子阱离子引入侧的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的目的是提供一种适用于线性离子阱的新型离子引入侧的端盖电极结构,以提高离子引入过程中的离子进样效率。

为达到上述目的,本发明提出了一种线性离子阱的离子引入侧的端盖电极结构,其可通过两种不同的途径形成:

其一,可为一个中心开孔的单个立体结构,如图1所示,其外表面可以为但不仅限于具有一定锥度的锥面或者具有一定弧度的曲面,内表面可以为但不仅限于具有一定锥度的锥面或者具有一定弧度的曲面。

其二,可以为由多个圆环按半径大小依次排列组成的离散型立体结构,如图2所示。

本发明的端盖电极结构仅安装于线性离子阱中心分析区域的离子引入侧。

进一步地,当线性离子阱的中心分析区域两侧都有离子引入时,需要在两侧同时安装所述离子引入端盖电极组件。

当所述端盖电极组件为单个立体结构时,工作时只需施加一个直流电压信号。

进一步的,所述端盖电极组件安装时,其圆锥面、圆弧面或其他形状的曲面部分伸入离子阱中心分析区域。

当所述端盖电极组件为多个圆环组成的离散型结构时,工作时所有圆环上可以施加多个幅值相同的直流电压信号,也可以施加多个幅值不同的直流电压信号。

进一步的,所述端盖电极组件安装时,不同圆环按半径从小到大依次排列,半径小的一侧朝向线性离子阱中心分析区域安装,部分小半径圆环伸入分析区域内部,优选的,每个圆环的径向宽度相等可更进一步的提升线性离子阱的离子捕获与存储效率。

下面结合附图和实例,对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种线性离子阱的离子引入端盖电极组件,其实施方式如图1所示。图中101为所述离子引入端盖电极,102为极杆,围成中心质量分析区域,103为后端盖电极,104为进样离子。本实施例中的所述离子引入端盖电极结构如图2所示,电极的内外表面特征均为具有一定锥度的圆锥面,整体形状呈漏斗型,其顶端开设离子引入孔并伸入质量分析区域。在离子引入阶段,拉低所述离子引入端盖电极上的电压,使得离子由圆锥形电极的顶端开孔中进入质量分析区域。线性离子阱的极杆上施加的射频信号在极杆的截断边缘形成边缘场,其主要组成部分为高阶场,产生的非线性效应会对离子运动造成影响,使得离子运动的长时频率会发生复杂的改变,很难预测和分析。本例中所述离子引入端盖电极对离子簇具有聚焦作用,且离子直接通过圆锥顶端的圆孔进入质量分析区域被捕获存储,避免离子经过极杆前端的边缘场部分,有效地提高了线性离子阱的离子捕获与存储效率。

实施例2

一种线性离子阱的离子引入端盖电极组件,其实施方式如图3所示。图中201为所述离子引入端盖电极,202为极杆,围成中心质量分析区域,203为后端盖电极,204为进样离子。本实施例中的所述离子引入端盖电极结构如图4所示,整体为半个纺锤形,其外表面为具有一定弧度的曲面,内表面为具有一定锥度的圆锥面。实施原理和过程与实施例1相同,不在赘述。

实施例3

一种线性离子阱的离子引入端盖电极组件,其实施方式如图3所示。图中301为所述离子引入端盖电极,302为极杆,围成中心质量分析区域,303为后端盖电极,304为进样离子。本实施例中,所述离子引入端盖电极结构由多个圆环电极构成如图6所示,圆环电极a~g按半径从小到大依次排列,各个圆环的宽度不限,其中圆环电极a、b处于中心分析区域内部,圆环之间由绝缘材料连接固定。不同的圆环上可以施加幅值相同的直流电压信号,也可以按圆环半径的大小施加不同幅值的直流信号形成电势梯度,这有助于进一步提升离子聚焦效果,进入质量分析区域的离子具有更稳定的动能和统一的运动方向,可缩短后续的离子冷却时间。

实施例4

一种线性离子阱的离子引入端盖电极组件,其实施方式如图7所示。图中401为所述离子引入端盖电极,402为极杆,围成中心质量分析区域,403为进样离子。本实施中,所述离子引入端盖电极结构与实施例1中所用的相同,本例与上述实施例1~3的区别在于运用了2个所述离子引入端盖结构,分别位于中心质量分析区域的两端。离子可由两端所述端盖结构进样,因此该装置可满足某些特殊的分析需求,即需要两路离子进样,如分子离子反应等。本实施例中所述离子引入端盖电极结构起到的作用与上述实施例相同,不再赘述。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

再多了解一些
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