[實用新型]一種線性離子阱質量分析器

有效

• 申請號: 201320498994.5
• 申請日: 2013-08-16
• 公開（公告）號: CN203398088U
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 張眾垚;李翠萍;黃啟斌;夏恒新;丁傳凡;徐福興;李寶強;黃根益
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63975部隊
• 主分類號: H01J49/42
• 分類號: H01J49/42;H01J49/04
• 代理公司: 中國人民解放軍防化研究院專利服務中心 11046
• 代理人: 劉永盛;林英

技術領域

本實用新型涉及一種線性離子阱質量分析器，主要用于質譜儀器，可實現對各種氣體、液體和固體物質的定性定量檢測。

背景技術

質譜儀是一種可以用于準確分析氣體、液體和固體樣品中各種化學成分和含量的科學儀器，被廣泛地應用于科學和技術研究、航空航天、地質探測、醫藥衛生、食品安全和環境保護等各個領域。在常用的各種質譜儀器中，離子阱質譜儀是最前應用最為廣泛的質譜儀器之一。它具有結構簡單，體積較小，操作方便，價格較為低廉等特點。

早期的離子阱為三維離子阱，是由一個雙曲面環電極和兩個雙曲面端蓋電極組成，這種離子阱的電極加工難度大、離子存儲能力差。之后有人在此基礎上改進而成的圓柱形離子阱雖然解決了三維離子阱電極加工難度的問題，但在離子存儲能力上沒有改善。使用這種離子阱的典型商業儀器通常只能存儲500個以下的離子，而捕獲效率更是低于5％。

線性離子阱的出現很好的解決了上述問題，它由多個平行的電極組成，通過加載射頻和直流電壓在圍成的幾何區域內形成了二維四極場，實現了對離子的質量分析，而其離子儲存空間在其軸線上，大大提高了存儲離子數目和捕獲效率。美國專利5420425描述了一種由三組四極桿組成的線性離子阱，包括前級、分析級和后級；作為分析級的一組四極桿其中的一對電極上設計了狹縫，實現離子的注入和引出；而前級和后級既可實現在軸向限制離子阱捕獲離子的運動，又可以改善分析級的四極場型；當各桿均采用雙曲面形狀時，可以獲得近乎理想的四極場。

而線性離子阱需要的雙曲面電極加工難度大，后續的裝配精度要求也高，限制了其進一步的發展和應用。美國專利6838666B2提出了一種矩形線性離子阱，在該離子阱中，由四塊平板電極組成空間截面為矩形的結構，通過在對側平板電極上接入相同的射頻和直流電壓，在離子阱內產生了四極場，實現對離子質量的分析。矩形離子阱解決了線性離子阱電極加工難度高的問題，但是由于矩形離子阱的平板電極形狀和雙曲面差距較大，導致其內部除了四極場外，還有很多不可忽視的高階場，比如八極場、十極場、十二極場、二十極場等，這會導致離子阱運動的不確定性，影響離子阱的質量分辨。

早期的場理論研究認為高階場的引入會破壞四極質量分析器的分辨率，但根據最新的研究成果表明，適當的引入一些高級場的成分，讓其互相抵消或者比例平衡，可以有效改善四極質量分析器的分辨率。美國專利6897438B2中通過改變四極桿電極參數，如兩對極桿的半徑或者場半徑的比值，在四極場中引入八極場，改善質量分辨率。該專利之給出了四極場中引入八極場的一種方法，即改變桿半徑或場半徑，并為給出適用于引入其他高階場的實現方法。而且，現有的線性離子阱都是關于其x、y方向軸對稱的，所以在離子逐出的兩個方向上逐出離子的概率是相等的，即理論上單側逐出效率最大為50％，而實際使用中由于其他因素的影響，實際上能達到的單側逐出效率最大為30％～40％。

綜上所述，線性離子阱解決了三維離子阱離子儲存個數少、捕獲效率低的問題，但是現有的線性離子阱存在電極加工精度要求高或者高階場比例不合適等問題，這些會限制小型便攜離子阱質量分析器的進一步發展。已有的專利成果僅針對八極場引入，并為對其他高階場提供可行的解決方案，而且已有的均為對稱的線性離子阱，離子在逐出方向上理論的單側逐出概率最大為50％。因此，探索一種可有效地在四極場中引入適當比例的多極場、理論單側捕獲效率大于50％、實際單側捕獲效率大于40％、易于加工、成本較低的線性離子阱質量分析器，將有力推動小型便攜離子阱質量分析器的發展。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種易于加工、具有優化四極場場型、理論單側逐出效率大于50％、實際單側逐出效率大于40％的大容量線性離子阱質量分析器。