[發明專利]基于非對稱三角形電極的線性離子阱、質譜儀及方法

有效

• 申請號: 201710422898.5
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107104032B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 李曉旭;吳海燕;張禮朋;張曙光;錢潔;袁廣洲;張在越
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01J49/42
• 分類號: H01J49/42;H01J49/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 楊慧林

本發明公開了一種基于非對稱三角形電極的線性離子阱質量分析器、質譜儀及其工作方法。其中離子阱質量分析器包括一對非對稱三角形柱狀X電極、一對對稱Y電極和一對端蓋Z電極；每個所述X電極和每個所述Y電極互相平行且到所述離子阱質量分析器的中心軸的距離相等；每個所述Y電極的電極角度為α，一個所述X電極的電極角度為α+Δα且另一個所述X電極的電極角度為α?Δα，22.5°≥Δα≥10°；每個所述X電極的中央設置有離子引出槽。

技術領域

本發明屬于質譜儀技術領域，具體涉及一種基于非對稱三角形電極的線性離子阱質量分析器、質譜儀及質譜分析方法。

背景技術

質譜儀在現代分析領域發揮著舉足輕重的作用，已經被廣泛延伸至環境保護、食品安全、生命科學及太空探測等眾多領域。作為一種現代分析儀器，質譜儀具有較高的探測靈敏度，能夠對痕量物質進行有效地探測，是一種很好的定性、定量分析工具。

質量分析器作為質譜儀的核心部件，根據質量分析器的不同，質譜儀可以分為磁質譜儀、傅里葉變換-離子回旋共振質譜儀、離子阱質譜儀、四級桿質譜儀以及飛行時間質譜儀。其中，離子阱質譜儀以其良好的離子儲存能力可以更好地進行多級質譜分析，從而具有更強的物質結構分析能力和定性能力。而其核心分析部件離子阱質量分析器(以下簡稱離子阱)具有尺寸小巧、靈敏度高、結構簡單、易于加工和可工作在較高氣壓條件下等優點。因此，離子阱成為質譜儀小型化的首選。

目前，常用的離子阱為三維離子阱，它由兩個雙曲面端蓋電極和一個旋轉雙曲面環電極構成，在質量分析過程中，離子被存儲在三維離子阱中央的球形區域內。美國專利US6797950提出一種線性離子阱質量分析器，由對稱放置的兩對雙曲柱面電極和兩個端蓋電極構成，在質量分析過程中，離子被存儲在線性離子阱中央的圓柱形區域中。與三維離子阱相比，線性離子阱具有更大的離子存儲空間，因此可存儲更多的離子，在提高分析靈敏度的同時避免“空間電荷效應”的發生，保證質量分辨率達到分析需求。

但是，線性離子阱和三維離子阱都采用雙曲面結構，因此機械加工難度大，造價昂貴，增加了離子阱質譜儀的制造成本，不利于離子阱質譜儀的進一步推廣。近年來，簡化結構的離子阱質量分析器成為質譜領域的熱門研究方向。美國專利US 6838666中提出了使用平板電極構成的矩形離子阱，大大簡化了雙曲線性離子阱的結構降低了離子阱質量分析器的制造成本。但是，矩形離子阱由于電極形狀的改變，內部的電場畸變較嚴重，因此降低了矩形離子阱的分析性能，如質量分辨率和靈敏度等。于是，此后li等人提出了一種半圓柱狀電極線性離子阱，以及xiao等人開發了三角形柱狀電極線性離子阱，都是為了改善由于電極形狀的過度簡化所帶來的阱內電場的畸變，從而提高其分析性能。

現有的線性離子阱在工作過程中，在借助離子不穩定方式掃描射頻電壓下，離子將按照質荷比(m/z)的順序依次通過離子阱其中一對電極(X電極)上開設的離子引出槽。在現有的線性離子阱結構下，離子將沿著兩個相反的方向出射(即雙向出射)，且沿著每個方向出射的概率為50％。為解決這個問題，商業化的臺式線性離子阱質譜儀中在兩個帶有出射槽的電極附近各安裝了一個離子探測器，用于同時檢測兩個方向上出射的離子，如圖1。然而這種結構將大幅增加質譜儀的體積、功耗、檢測電路和制造成本且不利于質譜儀小型化開發。因此，現有的線性離子阱質譜儀中，通常只使用一個離子探測器進行離子檢測，該檢測方式的理論最高離子檢測效率僅50％，實際上的離子檢測效率要小于該數值。

發明內容

本發明旨在提供一種基于非對稱三角形電極的線性離子阱質量分析器質譜儀及方法，以提高質譜儀的離子檢測效率。

本發明一方面提供一種基于非對稱三角形電極的線性離子阱質量分析器，包括一對非對稱三角形柱狀X電極、一對對稱Y電極和一對端蓋Z電極；每個所述X電極和每個所述Y電極互相平行且到所述離子阱質量分析器的中心軸的距離相等；

每個所述Y電極的電極角度為α，一個所述X電極的電極角度為α+Δα且另一個所述X電極的電極角度為α-Δα，22.5°≥Δα≥10°；