[發明專利]一種質譜儀用射頻電源及質譜儀

有效

• 申請號: 201610414749.X
• 申請日: 2016-06-12
• 公開（公告）號: CN105895491B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 王曉浩;魯信瓊;余泉;倪凱;錢翔
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H01J49/02
• 分類號: H01J49/02
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司44223
• 代理人: 王震宇

技術領域

本發明涉及一種質譜儀用射頻電源及質譜儀。

背景技術

射頻電源作為質譜儀的重要組成部件，加載在四極設備(包括離子阱、四極桿、多極桿或者離子漏斗等設備)上，用于在這些設備中構造不同形式的四極場，用于控制離子在四極設備中的運動。離子在四極場中的運動可以用馬修方程(Mathieu Equation)來描述。在馬修方程中關于射頻電源的參數有兩個：射頻電壓的頻率Ω₀和射頻電壓的幅度V。長期以來，由于高壓射頻電源難于制作和實現，質譜儀上用的射頻電源主要是使用諧振方案實現，由于諧振只發生在某個非常窄的頻率范圍，這使得在實際操作中只能改變馬修方程中射頻的幅值V這個參數來改變四極場，一定程度限制了四極設備應用的靈活性。

所以，設計制造出能夠大范圍快速改變頻率的高壓射頻電源非常有意義，特別是對離子阱和濾質器的操作。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的不足，提供一種可以實時改變頻率和幅度的質譜儀用射頻電源及具有該射頻電源的質譜儀。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種質譜儀用射頻電源，包括信號源、互補信號產生電路、信號耦合電路和驅動電路；

其中所述信號源產生兩路正弦信號RF和AC；

所述互補信號產生電路產生RF+、RF-、AC+和AC-四路信號，其中RF+和RF-互補，AC+和AC-互補；

所述信號耦合電路將AC+和AC-耦合到RF+信號上，得到RF+AC+耦合信號和RF+AC-耦合信號，所述驅動電路將RF+AC+耦合信號、RF+AC-耦合信號和RF-信號放大產生高壓射頻電壓，并輸出到負載上；或者，所述信號耦合電路將AC+和AC-耦合到RF-信號上，得到RF-AC+耦合信號和RF-AC-耦合信號，所述驅動電路將RF-AC+耦合信號、RF-AC-耦合信號和RF+信號放大產生高壓射頻電壓，并輸出到負載上。

進一步地：

所述互補信號產生電路使用同相放大器和反相放大器產生幅度相同相位差180°的RF+、RF-信號，幅度相同相位差180°的AC+、AC-信號。

所述互補信號產生電路也可以使用差分電壓反饋ADC驅動器實現，可以得到嚴格反相的互補信號。

所述信號耦合電路在低壓端使用線性運算電路將RF+或RF-和AC+、AC-信號耦合在一起。

所述驅動電路包括線性放大電路，由直流高壓電源為所述驅動電路提供電源，通過所述線性放大電路產生施加到負載上的高壓射頻電壓。

所述驅動電路使用高壓運算放大器或者分立元件搭建的比例放大電路產生高壓射頻電壓，產生的高壓射頻電壓的頻率在0Hz～1MHz范圍內可連續調節，輸出電壓0V～600V線性連續可調。

所述負載是通過施加射頻電壓構造四極場控制離子運動的設備。

所述負載為射頻離子阱、濾質器或離子漏斗。

所述驅動電路輸出的高壓射頻電壓對所述負載具有頻率Ω₀和幅度V可調節性。

一種質譜儀，具有所述的質譜儀用射頻電源。

本發明的有益效果：

本發明提供一種頻率和幅度均可調節的質譜儀用射頻電源，該射頻電源可以輸出頻率可變的高壓射頻電壓，直接驅動離子阱、濾質器、離子漏斗等四極設備，為這些四極設備的操作提供了一種新的模式，增加了質譜分析中的靈活性。該射頻電源控制信號在低壓端設置和耦合，減小了在高壓端耦合的難度，可控性好，驅動電壓精度高。本發明的射頻電源直接使用線性放大電路產生射頻高壓。與當前廣泛使用的線圈升壓的諧振電路方案相比，本發明的射頻電源不需要線圈升壓及諧振，具有在一定范圍內頻率、幅度可任意調節的特點。本發明的射頻電源，操作離子阱或濾質器等四極設備負載可以使用掃頻模式、掃幅模式、掃頻掃幅結合模式，豐富了質量掃描方法。

附圖說明

圖1為本發明一種實施例的射頻電源的結構框圖；

圖2為本發明一種實施例的射頻電源中互補信號產生電路部分圖；

圖3為本發明一種實施例的射頻電源中信號耦合電路和驅動電路部分圖。

圖4為本發明一種實施例的射頻電源直接驅動離子阱的連接模式圖。

具體實施方式

以下對本發明的實施方式作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。