[發明專利]一種基于單路射頻驅動的四極桿質量分析器

有效

• 申請號: 202110870019.1
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113628952B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 賈濱;程平;劉吉星;徐麗;謝春光
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01J49/42
• 分類號: H01J49/42;H01J49/02;G01N27/62
• 代理公司: 浙江永航聯科專利代理有限公司 33304
• 代理人: 劉靜

本發明公開一種基于單路射頻驅動的四極桿質量分析器，即提供了一種新的四極桿質量分析器的加電方式。該方法無需雙路射頻驅動，以規避雙路射頻需保持幅值一致、諧振頻率一致和相位同步等制作難題，簡化調試過程，降低四極桿射頻電源的制作難度和成本，提高四極桿質量分析器批次間的性能一致性。同時，采用該加電方式，可以完成掃描模式、選擇離子監控模式、全通傳輸模式等所有四極桿常用的離子操作模式，且對質量分析的精度等性能無負面影響。

技術領域

本發明涉及四極桿質譜分析領域，尤其涉及到采用一種單路射頻電壓驅動的四極桿質量分析器。

背景技術

四極桿質譜儀(Quadrupole Mass Spectrometer)的名字來源于其四極桿質量選擇器(Quadrupole Mass Analyzer,QMA)。在四極桿中，四根電極桿分為兩兩一組，分別在其上施加射頻(Radio Frequency,RF)反相交變電壓。電極桿上的電壓在桿子之間的區域內，形成四極射頻電場。設備運行時，離子源產生的離子沿四極桿的中央軸線進入四極場，而該四極場只允許某一質荷比(離子質量和攜帶電荷數的比值，m/z)的離子沿其軸向通過四極桿，其它離子則會被其射頻場甩出。沿軸向通過的離子就能到達桿后端的離子檢測器被記錄下來。通過控制四極桿上射頻電壓的交流幅值和直流分量，即可實現對通過四極桿的離子的質荷比進行選擇，所以也有人稱之為四極桿質量選擇器(Quadrupole Mass Filter,QMF)。

四極桿質譜儀的結構和電路都相對其他質譜儀要簡單。成本也相對低廉。四極桿質譜儀被廣泛的應用于色譜-質譜(Chromatography-Mass Sepctrometry)聯用中。通過多個四極桿的串聯使用(如三重四極桿質譜)，可以實現多重質譜分析(Tendem MassSpectrometry,Tendem MS)，從而獲得待測物的結構信息。

如上文所述，四極桿質量選擇器有四根電極桿，相對的兩根為一組。通常x軸上放置兩根施加電壓為Φ_x，y軸上放置兩根電壓為Φy，其上所施加電壓為：

此時，四根極桿圍成的區域內的電勢分布滿足：

在四極桿的質量選擇理論，均是基于這一勢能分布條件，進行離子動力學方程的推導。這一過程在教科書中已有描述，此處不再贅述。總之，對上述方程(1)中的射頻幅值V和直流分量U進行設置，即可實現根據質荷比對離子進行篩選。

然而，依據上述方程，+Φ₀和-Φ₀兩路射頻電壓中，其幅值V要嚴格一致，同時還要保證相位角相差180度嚴格同步，從而組成一正一反的兩路RF電壓。但是在四極桿的高壓射頻電源制作的過程中，射頻電源的模擬電路需要射頻升壓線圈(L)，而四極桿本身相當于一個負載電容器(C)，整個電源系統是一LC振蕩電路。而該類電路在制作過程中會牽扯到復雜的諧振頻率調諧問題和阻抗匹配問題。同時，當四極桿采用雙路射頻(一路+Φ₀，一路-Φ₀)時，兩路射頻回路里面所選用的器件間的微小差異都會對振蕩回路的諧振點和阻抗產生影響。而這兩路射頻的諧振點和阻抗的差異，會直接導致兩路射頻的幅值和相位等會有明顯不同。因此，該電路中還需要使用耐高壓的可調器件，如可調電容、可調電感等，對兩路射頻回路之間的差異進行調制和補償。從而使得兩路射頻幅值保持一致。而四極桿的射頻，既要保持諧振和阻抗匹配，以達到所需要的高電壓；又要微調兩路參數使兩路幅值一致，這使得四極桿射頻電路制作的難度明顯增大。同時又因為器件的差異使得每一個四極桿射頻電源都需要高級專業人員進行專門調制，這對四極桿量產過程中的制作成本(高端勞務成本)和性能的穩定性均產生影響。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種新的四極桿質量分析器加電方式，即設計了一種新的單路射頻驅動的四極桿質量分析器。該裝置無需雙路射頻驅動，以規避雙路射頻幅值一致性、諧振頻率一致性和相位同步性等調制難題，簡化調試過程，降低四極桿射頻電源的制作難度和成本，提高批次間的性能一致性。同時，該設計對四極桿的具體功能無負面影響。