[發(fā)明專利]靜電離子阱

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410469113.6
• 申請(qǐng)日: 2007-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104362069A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾勒賽·維多羅維奇·艾瑪寇夫;芭芭拉·珍·辛區(qū)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: MKS儀器公司
• 主分類號(hào): H01J49/00
• 分類號(hào): H01J49/00;H01J49/02;H01J49/42
• 代理公司: 北京銀龍知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜;黃燦

相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)案主張美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案No.60/858,544的優(yōu)勢(shì)，其呈遞于公元2006年11月13日。將上述申請(qǐng)案的整體技術(shù)并入于此以作為參考。

背景技術(shù)

一些不同方法已被使用于該科學(xué)及技術(shù)文獻(xiàn)中以記載及比較所有目前可用的質(zhì)譜術(shù)儀器科技。在最基本層級(jí)，根據(jù)是否需要捕捉或儲(chǔ)存離子，質(zhì)譜儀可被區(qū)分為使質(zhì)量分離及分析。非捕捉型質(zhì)譜儀不會(huì)捕捉或儲(chǔ)存離子，且在質(zhì)量分離及分析前，離子密度不會(huì)累積或增長(zhǎng)于該裝置內(nèi)。本類型的一般范例為四極質(zhì)量過(guò)濾器及磁扇形質(zhì)譜儀，其中在高功率動(dòng)力電場(chǎng)或高功率磁場(chǎng)，分別用以選擇性穩(wěn)定單一質(zhì)量對(duì)電荷(mass-to-charge，M/q)比值的離子束軌道。捕捉型質(zhì)譜儀可被分成兩種子類型：動(dòng)力阱，例如Paul設(shè)計(jì)的四極離子阱(quadrupole?ion?trap，QIT)；及靜態(tài)阱，例如更新近所發(fā)展的靜電限制阱。目前可用并用作質(zhì)譜儀的靜電阱仰賴和諧電位捕捉井來(lái)確保離子能量與具有振蕩周期的離子阱內(nèi)的振蕩無(wú)關(guān)而只與該些離子的質(zhì)量對(duì)電荷比值有關(guān)。一些現(xiàn)代靜電阱中的質(zhì)量分析已透過(guò)(i)使用遠(yuǎn)程感應(yīng)式讀取頭及感測(cè)電子組件及快速傅立葉轉(zhuǎn)換(Fast?Fourier?Transform，F(xiàn)FT)頻譜解回旋來(lái)執(zhí)行。替代性地，已藉由快速切斷該些高壓捕捉電位的任一瞬間取出離子。接著所有離子逸出，而其質(zhì)量對(duì)電荷比值透過(guò)飛行時(shí)間分析(飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(Time?of?Flight?Mass?Spectrometer，TOFMS))來(lái)決定。某些最近的發(fā)展已結(jié)合圓柱阱設(shè)計(jì)內(nèi)的離子捕捉與動(dòng)力(虛擬)及靜電電位場(chǎng)兩者。四極徑向限制場(chǎng)被使用以限制徑向中的離子軌道，而靜電電位井被使用以限制軸向中具有真正和諧振蕩運(yùn)動(dòng)的離子。該軸向中該離子運(yùn)動(dòng)的共振激發(fā)接著被使用以達(dá)到質(zhì)量選擇性離子射出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明關(guān)于用以限制不和諧電位井內(nèi)不同質(zhì)量對(duì)電荷(M/g)比值及動(dòng)能的離子的靜電離子阱的設(shè)計(jì)及操作。該離子阱也配備有小振幅交流電(AC，alternating?current)驅(qū)動(dòng)器，其以激發(fā)受限離子。由于該AC驅(qū)動(dòng)頻率及該些離子的自然振蕩頻率之間的自動(dòng)共振，該隸屬于限制離子振蕩幅度的質(zhì)量隨著該增加的能量而增加，直到該些離子的振蕩幅度超過(guò)該離子阱的實(shí)體尺寸，或該些離子分裂或進(jìn)行任何其它物理或化學(xué)變化為止。該離子軌道能緊靠并沿著離子限制軸運(yùn)行。該離子阱能以圓柱對(duì)稱于一阱軸，并且該離子限制軸能與該阱軸實(shí)質(zhì)符合。

該離子阱可包含二相對(duì)的面鏡電極結(jié)構(gòu)及中間透鏡電極結(jié)構(gòu)。該鏡像電極結(jié)構(gòu)可由具有軸上或離軸孔徑或其結(jié)合的杯狀物或平板所構(gòu)成。該中間透鏡電極結(jié)構(gòu)可為具有軸向位置孔徑的平板或開(kāi)放式圓柱體。該二面鏡電極結(jié)構(gòu)可被不相等地偏壓。

該離子阱可配備有掃瞄控制系統(tǒng)，其藉由掃瞄該AC激發(fā)頻率，例如自高于該些離子的自然振蕩頻率的頻率掃瞄至低于感興趣離子的自然振蕩頻率的頻率，或藉由掃瞄施加至該離子阱的中間透鏡電極的偏壓，例如自足以限制感興趣離子的偏壓掃瞄至較大絕對(duì)值大小的偏壓，以降低該AC激發(fā)頻率及該些離子的自然振蕩頻率之間的頻率差。該AC激發(fā)頻率的振幅可小于施加至該中間透鏡電極的偏壓的絕對(duì)值至少三個(gè)數(shù)量級(jí)大小且大于臨界振幅。掃瞄該ACAC激發(fā)頻率的掃瞄率可隨著該驅(qū)動(dòng)頻率減少而減少。

限制于該離子阱內(nèi)該些最輕離子的自然振蕩頻率可例如介于約0.5MHz至約5MHz之間。該些受限離子可具有多個(gè)質(zhì)量對(duì)電荷比值及多能量。

該離子阱可配備有離子源以構(gòu)成離子束源。該離子阱也可配備有離子偵測(cè)器以構(gòu)成電漿離子質(zhì)譜儀，隨著離子源的加入，該離子阱可被架構(gòu)成質(zhì)譜儀。該離子源可為電子撞擊式游離化離子源。該離子偵測(cè)器可為電子倍增器裝置。該離子偵測(cè)器能相對(duì)于該離子阱線性軸作離軸置放。可于該驅(qū)動(dòng)頻率被掃瞄時(shí)不斷地操作該離子源，或可在該驅(qū)動(dòng)頻率掃瞄馬上要開(kāi)始前的一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生該些離子。

附圖說(shuō)明

上述者可藉由下列本發(fā)明實(shí)施例的更明確說(shuō)明中變得顯而易見(jiàn)，如該些附圖所示，在全部不同圖形中的相似參考符號(hào)指相同部分。該些圖式不須按比例，而是加強(qiáng)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例。

圖1為短靜電離子阱的離子軌道仿真的計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生代表圖。

圖2A為在顯示正不和諧、和諧及負(fù)不和諧電位的短靜電離子阱中該離子電位能對(duì)上該離子阱軸上位置的圖形。

圖2B為于不和諧電位中不同能量及不同自然振蕩頻率的離子的相對(duì)位置圖。

圖3為以具有離子自動(dòng)共振射出的不和諧靜電離子阱為基礎(chǔ)的質(zhì)譜儀示意圖。