[發明專利]一種具有柵網電極結構的陣列離子阱質量分析器

無效

• 申請號: 201310080541.5
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN103177929A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 肖育;丁正知;丁傳凡
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01J49/42
• 分類號: H01J49/42;H01J49/02;H01J49/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于分析儀器技術領域，具體涉及一種質譜儀器中的離子阱質量分析器。

技術背景

質譜分析是使試樣中各組分在離子源中發生電離，生成不同荷質比的帶正電荷的離子,然后在磁場中按質荷比(m/z)大小進行收集和記錄,及得到質譜圖。根據質譜峰的位置進行物質的定性和結構分析,根據峰的強度進行定量分析。試樣從進樣器進入離子源,在離子源中產生正離子。正離子加速進入質量分析器,質量分析器將離子按質荷比大小不同進行分離。分離后的離子先后進入檢測器，檢測器得到離子信號，放大器將信號放大并記錄在讀出裝置上。

質譜儀器通常由六個部分組成：真空系統，進樣系統，離子源，質量分析器，離子檢測器，記錄顯示和數據處理系統。目前常用質譜儀包括很多種，根據所采用的質量分析器的不同，主要有磁質譜儀、四極桿質譜儀、離子阱質譜儀、離子回旋共振質譜儀、飛行時間質譜儀、軌道阱質譜儀。在現在的質譜分析和質譜儀器的發展中，質譜儀器的小型化、高通量和高靈敏度的質譜分析方法都受到了廣泛的研究。一些諸如公共場所的安檢、環境監測等現場的實地分析需要方便攜帶的小型化質譜儀器；在另外一些領域諸如蛋白質組學、新藥研發以及蛋白質組學等領域，需要分析和檢測的樣品的數目很大，這對質譜儀的分析效率以及靈敏度都提出了很高的要求。在眾多種類的質量分析器中，離子阱質量分析器具有其獨有的優勢。首先離子阱質量分析器的結構相對簡單，易于加工和裝配，因此，就離子阱質量分析器本身，可以完成體積的縮小以及結構的簡化。其次離子阱質量分析器可以在較高的工作氣壓下（高于10^-1pa），因此其真空系統的體積也可以大幅度的減小；再者，離子阱質量分析器可以實現對離子的存儲和積累，這對于提高質譜儀器的靈敏度有著重要的作用。最早的離子阱被稱為Paul三維離子阱，這種三維離子阱在20世紀50年代被Paul等人在德國波恩大學發明出來，然而Paul三維離子阱是由3個電極組成，包括2個端蓋電極和1個環電極，電極的工作面都是雙曲面，這種三維離子阱的束縛方式為三維方向上的射頻電場的作用，使離子被束縛在阱中的稱為約1mm的離子團簇，因此存在很大的空間電荷效應，這隨之帶來的缺點是離子存儲量小，存儲效率低，空間電荷效應也會導致質量分辨的下降，而且三維阱的3個電極都是雙曲面，在機械加工以及組裝精度上均存在難度，所以小型化也存在難度。隨后美國的普渡大學的R.?Graham?Cooks工作組提出了一種新的三維阱稱為圓筒阱（Cylindrical?Ion?Trap），這種圓筒阱的離子存儲量和存儲效率均有提高，并且隨后圓筒阱的小型化和高通量分析的研究均獲得了良好的發展，但是依然存在三維阱的空間電荷效應的問題，離子存儲量和存儲效率提高有限。線性離子阱的出現很好的解決了三維離子阱的這些問題，它對于外部離子源產生的離子的束縛效率理論上可以達到100%，使得它的離子存儲的數量大大的提高。這種線性離子阱是一種二維離子阱，阱的徑向電極上施加射頻電壓，實現二維徑向的射頻束縛，軸向上施加直流電壓，形成直流束縛勢阱，這種軸向線性束縛的方式，使得離子在阱內從中心的點排列變成了軸向的線排列，顯著的提高了離子存儲量和存儲效率，極大的減小了空間電荷效應。在2004年時，R.?Graham?Cooks工作組又提出了新的二維線性離子阱矩形離子阱（Rectilinear?Ion?Trap），這種阱結構簡單，加工方便，非常適合小型化和高通量分析。隨后矩形離子阱被應用于小型化質譜儀的研究，制成手提式質譜儀Mini10和Mini11，并成功應用到多通道陣列矩形離子阱高通量質譜分析中。這些對于離子阱的小型化、高通量和高靈敏度的質譜分析方法都做出了巨大的貢獻。

發明內容

本發明的目的在于提出一種具有高離子引出效率、高靈敏度，同時能夠完成高通量分析的線性離子阱質量分析器，實現一個離子阱實現多種樣品同步分析，以此大大提高離子阱的性能及分析效率。

本發明提出的具有柵網電極結構的多通道線形離子阱質量分析器，采用了一種新的離子阱結構。該離子阱具有多個能夠完成離子存儲和質量分析的通道，且至少有一個電極具有導電柵網結構。離子阱中的束縛存儲離子可以通過柵網電極從離子阱中彈出，從而被離子檢測器接收并檢測。該離子阱質量分析的每個通道均可以當做一個獨立的離子阱使用，可以實現同時存儲多種離子并完成它們的同步分析；另外以柵網電極作為離子引出的結構可以大大減少離子引出時于電極碰撞的損耗，從而大大提高質譜儀器的檢測靈敏度。