[發(fā)明專利]一種線性離子阱組件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711159400.7
• 申請(qǐng)日: 2017-11-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108155084B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁正知;姚如嬌;姜林;朱勇勇;何洋;郭錫巖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海裕達(dá)實(shí)業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): H01J49/16
• 分類號(hào): H01J49/16
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發(fā)明提供了一種線性離子阱組件，其包括線性離子阱本體和一個(gè)或多個(gè)端蓋電極，所述線性離子阱本體包括質(zhì)量分析器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：1、本發(fā)明中采用的端蓋電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低，安裝方便靈活，易于實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用；2、本發(fā)明中的端蓋電極結(jié)構(gòu)可以在一定程度上彌補(bǔ)由離子引出槽造成的內(nèi)部電場(chǎng)畸變，優(yōu)化阱內(nèi)電場(chǎng)分布比例，提升線性離子阱質(zhì)量分析器的性能；3、本發(fā)明中的端蓋電極結(jié)構(gòu)可以減弱線性離子阱電極末端的邊緣場(chǎng)效應(yīng)，提高離子進(jìn)樣效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種線性離子阱組件，屬于質(zhì)量分析器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

質(zhì)譜儀是一種化學(xué)分析儀器，具有定性能力強(qiáng)、定量準(zhǔn)確性高、靈敏度高和檢測(cè)限低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品安全、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)制藥和刑偵科學(xué)等領(lǐng)域。

質(zhì)譜儀主要由質(zhì)量分析器、離子源、離子檢測(cè)器、真空腔、真空泵和電路系統(tǒng)等組成。其中質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀系統(tǒng)的核心部件，也是決定質(zhì)譜儀分析性能的關(guān)鍵因素。常用的質(zhì)量分析器有扇形磁質(zhì)量分析器(magnetic sector)、飛行時(shí)間質(zhì)量分析器(TOF)、四極桿質(zhì)量分析器(QMF)、離子阱質(zhì)量分析器(Ion Tap)等，其中離子阱質(zhì)量分析器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低廉、對(duì)真空度要求低，可以進(jìn)行多級(jí)串聯(lián)質(zhì)譜分析。離子阱質(zhì)量分析器相較于其他類型的質(zhì)量分析器具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。

最早出現(xiàn)的三維離子阱(Paul Trap)由一個(gè)環(huán)電極和兩個(gè)曲面端蓋電極組成，具有較高的質(zhì)量分辨率，最多可進(jìn)行12級(jí)質(zhì)譜分析。然而，其結(jié)構(gòu)限制了自身的離子進(jìn)樣效率與離子存儲(chǔ)容量，導(dǎo)致分析效率較低。因此，Schwartz等發(fā)明了線性離子阱(Linear iontrap)，如圖1所示，由四個(gè)柱狀電極和兩個(gè)平面端蓋電極組成，其中端蓋電極一般位于柱狀電極的兩端，該結(jié)構(gòu)對(duì)外部離子源產(chǎn)生的離子捕獲和存儲(chǔ)效率幾乎可達(dá)到 100％，提高了質(zhì)量分析器的離子存儲(chǔ)能力。在掃描速率較低的情況下，質(zhì)量分辨率可與三維離子阱媲美。質(zhì)量分析過(guò)程中，在4個(gè)柱狀電極上施加射頻RF交流信號(hào)，形成徑向四極場(chǎng)；在端蓋電極上施加直流信號(hào)DC，形成軸向直流束縛場(chǎng)，離子阱中的離子在電場(chǎng)的作用下，沿著軸向呈長(zhǎng)條狀分布，穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。當(dāng)離子受到激發(fā)時(shí)，振幅加大，從柱狀電極上的狹縫出射，從而被檢測(cè)。

離子阱的端蓋電極對(duì)離子阱的進(jìn)樣效率起著較為關(guān)鍵的作用，直接控制離子進(jìn)樣通道的開(kāi)通與關(guān)斷。離子阱進(jìn)行質(zhì)量分析的過(guò)程分為離子引入、離子冷卻、質(zhì)量分析和離子清空等幾個(gè)階段：在離子阱引入階段，需要拉低前端蓋的電壓，使得由離子源產(chǎn)生的離子可從離子阱外部進(jìn)入離子阱并被離子阱束縛；在其他階段，離子阱的前端蓋電壓保持拉高狀態(tài)，防止離子逸出。傳統(tǒng)的線性離子阱的端蓋電極為平面結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3 所示，可為圓形、方形或者其他形狀，中間設(shè)小圓孔供離子阱通過(guò)，其上施加的直流電壓的大小可以控制離子進(jìn)樣的量。

理想情況下，離子進(jìn)樣時(shí)在軸向只受到軸向直流場(chǎng)的作用，不會(huì)受到射頻場(chǎng)的干擾，進(jìn)樣效率較高。但是實(shí)際情況下，由于在電極上施加RF信號(hào)，電極末端會(huì)存在一定比例的RF信號(hào)，與端蓋電極上的DC信號(hào)發(fā)生耦合，形成邊緣場(chǎng)效應(yīng)。離子進(jìn)樣時(shí)由軸向方向進(jìn)入離子阱，在其前進(jìn)方向會(huì)受到邊緣場(chǎng)效應(yīng)的影響，阻礙離子進(jìn)入離子阱中，這將會(huì)影響離子的進(jìn)樣效率。同時(shí)，離子出射槽的存在，會(huì)在四極場(chǎng)中引入高階電場(chǎng)成分，導(dǎo)致離子阱內(nèi)部電場(chǎng)畸變，從而影響離子阱的分析性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種線性離子阱組件，以提高離子在引入過(guò)程中的進(jìn)樣效率，同時(shí)能夠適當(dāng)彌補(bǔ)離子出射槽的存所導(dǎo)致的四極場(chǎng)畸變，最終提升線性離子阱的性能。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種線性離子阱組件，其包括線性離子阱本體和一個(gè)或多個(gè)端蓋電極，所述線性離子阱本體包括質(zhì)量分析器。

所述端蓋電極的數(shù)量為一個(gè)時(shí)，端蓋電極設(shè)置于質(zhì)量分析器的前端。

所述端蓋電極的數(shù)量為兩個(gè)時(shí)，兩個(gè)所述端蓋電極分別設(shè)置于質(zhì)量分析器的兩端。