[發明專利]離子光學裝置

有效

• 申請號: 201610260015.0
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN107305833B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 蔣公羽;孫文劍;程玉鵬;張小強
• 申請（專利權）人: 株式會社島津制作所
• 主分類號: H01J49/06
• 分類號: H01J49/06
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 高彥

本發明的離子光學裝置，包括：一或多對約束電極單元，在一空間內的第一方向的兩側相對設置且隨第一方向延伸；電源裝置，用于在成對的約束電極單元分別施加相反的射頻電壓且在約束電極單元上形成按基本正交于第一方向的一個第二方向分布的多個直流電位，以在第一方向的至少一部分長度上形成在第二方向上的勢壘；至少一個第一區域及第二區域，位于空間中且在第二方向上分別位于勢壘兩側；控制裝置，連接電源裝置，用于控制電源裝置的輸出以變化勢壘，以操縱在第一區域中傳輸或儲存的離子按其質荷比或遷移率的不同而以不同方式通過勢壘轉移到第二區域并沿第一方向繼續傳輸，提升位于其下游的其他同步工作裝置的離子利用效能。

技術領域

本發明涉及質譜分析技術領域，特別是涉及一種離子光學裝置。

背景技術

對于工作在掃描(如四極桿)或脈沖工作模式下(如飛行時間，靜電離子阱等)的質量分析器，對于分析含較寬質荷比范圍的離子流時，會由于質量分析器瞬時可分析的離子質荷比范圍與該離子流質荷比范圍的不一致，出現對除特定質荷比范圍外的離子的強度歧視或無法利用，這在很大程度上影響了利用這些質量分析器的質譜儀，如三重四極桿，四極桿串聯飛行時間，或靜電軌道阱質譜儀的靈敏度與質量歧視特性。為解決此問題，傳統的方式包括：

A.使用離子儲存裝置儲存離子，再按后級質量分析器需要同步放出，

B.在離子導引末端施加有質量選擇的贗勢壘或邊緣場結構，也可配合質量選擇共振對離子逐出進行調制。

C.使用額外的離子導引或儲存結構將前級離子暫存在飛行時間等分析器的結構內，配合其工作時序放出并分析。

D.使用額外的加減速透鏡使得離子按受控的時間依次同步于后級質量分析器時序。

但以上方法均存在一定限制：

對于A，以US7208728，US7323683的線形離子阱和US9184039的所謂Scanwave方式為代表，在這種模式下，離子直接受到軸向排列的多個電極所形成的直流電位或射頻贗勢位所約束，在這種模式下，離子的軸向傳輸控制和離子的質量選擇逐出受在軸向所形成的同一勢壘控制，且離子逐出與質量分離發生在同一方向，由于任何離子儲存裝置具有一定的離子儲存上限，當離子流強高于此上限時，此勢壘對質量選擇的響應非線性，同時儲存裝置本身由于氣壓或束縛射頻存在會對放出的離子造成拖尾，后加熱等問題，外加上對于高分辨的質量分析器所需的超高真空限制，使得分析器與離子儲存裝置間一般有一渡越距離，即使放出的離子與后級質量分析器時序同步，經過渡越距離由于不同質荷比離子的速度不同，又出現新的質量歧視。

B.以US8227151，US8487248等通過多分立電極結構在離子光學裝置長度方向建立二次四極DC勢阱，或US8299443，US9177776引入軸向周期電極結構，利用多個不同波長的空間射頻勢波形形成質量分離特性贗勢壘為代表，這些方法中，其質量分離勢壘位于離子傳輸軸向，其邊緣場結構本身會破壞離子在場軸的冷卻和質量特性，為快速逐出離子，所引入的軸向共振激發手段更是會使離子在逐出方向上獲得一個較大的能量分布，這對具有較高分辨的四極桿，飛行時間和靜電離子阱分析器來說，都會由于初始相空間分布劣化破壞分辨特性。

C.以美國專利US7582864為代表，其采用兩相幅度不對稱的射頻實現軸上的射頻電位，與末端DC引出電極的多極場組合實現離子軸向的質荷比由大至小逐出，然而這樣的導引或儲存結構因其在軸向具有非零的射頻電位，本身容易破壞分析器的場完美性，增加后續離子聚焦所需條件的復雜度，此外導引或儲存結構需要的非對稱射頻波形會使離子放出時的能量和空間分布劣化。