离子收集聚焦装置及质谱设备的制作方法

1.本技术涉及质谱技术领域，特别是涉及一种离子收集聚焦装置及质谱设备。


背景技术：

2.质谱设备是一种电离样品并测定产生离子的质荷比及其丰度的一类仪器，在生物、化学、医疗等领域得到广泛的应用。离子收集与聚焦是质谱设备的重要组成部分，通过对一定时间内离散离子的收集，以及对收集离子位置、能量等的聚焦，产生通量更高、状态更集中的离子，并将其集中抛入质谱设备的质量分析器进行质量分析，能够有效提高质谱设备的性能与分析效果。
3.保罗阱(paul阱)由于工作原理简单、质量范围较大、结构与形式多样等优点，被广泛作为质谱设备中离子收集与聚焦的装置，与飞行时间质量分析器等耦合。日本高能加速研究机构(high energy accelerator research organization，kek)开发的平面保罗阱脉冲电形式单一，仅能形成周期性变化的“单”轴向势阱，由于离子的收集、约束聚焦、抛出所需的轴向势阱各不相同，“单”轴向势阱的保罗阱无法同时实现各项过程，需要在时间上完成分配并依次进行。离子收集与约束聚焦仅占保罗阱工作周期的一部分，一方面，离子利用不充分，离子通量少，质谱灵敏度低；另一方面，离子聚焦不充分，离子空间、能量发散大，质谱性能差(例如分辨率低)。
4.基于此，通常采用在平面保罗阱前耦合另外一个线型保罗阱，用于离子进入平面保罗阱前的收集，而平面保罗阱仅用于离子的约束聚焦与抛出，进而可同时实现了离子的收集、约束聚焦与抛出，提高了离子利用率与离子状态。然而，该种离子收集与聚焦装置由于平面保罗阱与线型保罗阱的耦合增加了结构与控制的复杂性，对机械设计、电子设计、操作控制提出了更高的要求。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对传统离子收集与聚焦装置结构与控制复杂的问题，提供一种离子收集聚焦装置及质谱设备。
6.一种离子收集聚焦装置，包括：第一条状电极；第二条状电极，与所述第一条状电极长度方向平行且相对设置；五个以上的第一块状电极，沿所述第一条状电极的长度方向排列，设置于所述第一条状电极和所述第二条状电极之间；第三条状电极；第四条状电极，与所述第三条状电极长度方向平行且相对设置；第二块状电极，与所述第一块状电极数量相同，沿所述第三条状电极的长度方向排列，设置于所述第三条状电极和所述第四条状电极之间；所述第三条状电极、所述第四条状电极和所述第二块状电极，均间隔设置于所述第一条状电极、所述第二条状电极和所述第一块状电极所在平面的同一侧，所述第三条状电极与所述第一条状电极相对设置，所述第四条状电极与所述第二条状电极相对设置，所述第一块状电极与所述第二块状电极一一对应设置；其中，至少一所述第一块状电极开设有离子引出口，和/或至少一所述第二块状电极开设有离子引出口；电控装置，所述第一条状
电极、所述第二条状电极、所述第三条状电极、所述第四条状电极、所述第一块状电极和所述第二块状电极分别连接所述电控装置，所述电控装置用于向所述第一条状电极、所述第二条状电极、所述第三条状电极和所述第四条状电极输入射频，向所述第一块状电极和所述第二块状电极输出周期脉冲电平，以形成周期变化的至少两个势阱，同时实现离子的收集、约束聚焦以及抛出。
7.在一个实施例中，所述第一条状电极、所述第二条状电极、所述第三条状电极和所述第四条状电极的形状不完全相同；或所述第一条状电极、所述第二条状电极、所述第三条状电极和所述第四条状电极为形状完全相同的长方体电极；或所述第一条状电极、所述第二条状电极、所述第三条状电极和所述第四条状电极为形状完全相同的柱体电极。
8.在一个实施例中，每一所述第一块状电极及其对应的一所述第二块状电极组成一个电极对，所述电控装置通过向相邻的电极对输入脉冲电平搭建形成至少两个势阱，其中，用于搭建各所述势阱的电极对的数量不完全相同。
9.在一个实施例中，每一所述第一块状电极及其对应的一所述第二块状电极组成一个电极对，所述电控装置通过向相邻的电极对输入脉冲电平搭建形成至少两个势阱，其中，用于搭建各所述势阱的电极对的数量均相同。
10.在一个实施例中，所述第一块状电极的数量为13个，所述势阱的数量为两个，每一所述势阱均包括七个电极对，其中，位于两个势阱交界处的电极对共用。
11.在一个实施例中，所述势阱的数量为两个，所述电控装置向所述第一块状电极和所述第二块状电极输出周期脉冲电平，同时实现离子的收集、约束聚焦以及抛出，包括：分别向各所述第一块状电极及其对应的所述第二块状电极输入初始脉冲电平，形成相邻的第一势阱和第二势阱；当前离子进入所述第一势阱并收集后，调整所述第一块状电极及其对应的所述第二块状电极的脉冲电平，将所述第一势阱和所述第二势阱联通为一个势阱，以使当前离子向所述第二势阱对应的区域运动；当前离子运动至所述第二势阱对应的区域时，恢复向所述第一块状电极及其对应的所述第二块状电极输入初始脉冲电平；调整所述第二势阱中峰底位置对应的第一块状电极的脉冲电平，和/或所述第二势阱中峰底位置对应的第二块状电极的脉冲电平，以使当前离子抛出所述第二势阱。
12.在一个实施例中，所述第一块状电极的数量为13个，依次为第一个第一块状电极至第十三个第一块状电极，形成第一势阱和第二势阱时，所述电控装置向第一个第一块状电极至第四个第一块状电极输入电势依次降低的脉冲电平，向第四个第一块状电极至第七个第一块状电极输入电势依次升高的脉冲电平，向第七个第一块状电极至第十个第一块状电极输入电势依次降低的脉冲电平，向第十个第一块状电极至第十三个第一块状电极输入电势依次升高的脉冲电平，其中，形成同一电极对的第二块状电极与第一块状电极的脉冲电平相同；或，形成第一势阱和第二势阱时，所述电控装置向第一个第一块状电极至第四个第一块状电极输入电势依次升高的脉冲电平，向第四个第一块状电极至第七个第一块状电极输入电势依次降低的脉冲电平，向第七个第一块状电极至第十个第一块状电极输入电势依次升高的脉冲电平，向第十个第一块状电极至第十三个第一块状电极输入电势依次降低的脉冲电平，其中，形成同一电极对的第二块状电极与第一块状电极的脉冲电平相同。
13.在一个实施例中，将所述第一势阱和所述第二势阱联通为一个势阱，包括：若第一个第一块状电极至第四个第一块状电极输入电势依次降低的脉冲电平，则所述电控装置向
第四个第一块状电极至第十个第一块状电极输入电势依次降低的脉冲电平；若第一个第一块状电极至第四个第一块状电极输入电势依次升高的脉冲电平，则所述电控装置向第四个第一块状电极至第十个第一块状电极输入电势依次升高的脉冲电平，其中，形成同一电极对的第二块状电极与第一块状电极的脉冲电平相同。
14.在一个实施例中，调整所述第二势阱中峰底位置对应的第一块状电极的脉冲电平，和/或所述第二势阱中峰底位置对应的第二块状电极的脉冲电平，以使当前离子抛出所述第二势阱，包括：调整所述第二势阱中峰底位置对应的第一块状电极的脉冲电平，和/或所述第二势阱中峰底位置对应的第二块状电极的脉冲电平，以使峰底位置对应的第一块状电极和第二块状电极产生电势差，当前离子从峰底位置对应的第一块状电极或第二块状电极抛出第二势阱。
15.一种质谱设备，包括上述的离子收集聚焦装置。
16.上述离子收集聚焦装置及质谱设备，第一条状电极、第二条状电极以及第一块状电极共同构成一电极平面，与第三条状电极、第四条状电极、第二块状电极构成的另一电极平面间隔相对设置，两电极平面之间与第一条状电极和第二块状电极对应的区域形成一工作区。当离子进入工作区之后，在电控装置输出的周期脉冲电平的作用下，各第一块状电极、各第二块状电极搭建形成至少两个势阱，在部分势阱进行离子约束聚焦或者抛出的同时，可在另外的势阱中进行离子收集操作，从而通过一个离子收集聚焦装置，在同一时间实现离子的收集、约束聚焦以及抛出。通过上述方案，利用单个装置即可实现离子的收集、约束冷却与抛出功能，以简单结构与控制提高了离子利用与约束聚焦的效果。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为一实施例中离子收集聚焦装置结构示意图；
19.图2为一实施例中双轴向势阱示意图；
20.图3为另一实施例中双轴向势阱示意图；
21.图4为又一实施例中双轴向势阱示意图；
22.图5为一实施例中双轴向势阱工作时序示意图；
23.图6为另一实施例中离子收集聚焦装置结构示意图；
24.图7为一实施例中离子引入示意图；
25.图8为一实施例中离子转移示意图；
26.图9为一实施例中离子冷却聚焦示意图；
27.图10为一实施例中离子抛出示意图。
具体实施方式
28.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文
所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。
29.请参阅图1，一种离子收集聚焦装置，包括：第一条状电极10；第二条状电极20，与第一条状电极10长度方向平行且相对设置；五个以上的第一块状电极30，沿第一条状电极10的长度方向排列，设置于第一条状电极10和第二条状电极20之间；第三条状电极40；第四条状电极50，与第三条状电极40长度方向平行且相对设置；第二块状电极60，与第一块状电极30数量相同，沿第三条状电极40的长度方向排列，设置于第三条状电极40和第四条状电极50之间；第三条状电极40、第四条状电极50和第二块状电极60，均间隔设置于第一条状电极10、第二条状电极20和第一块状电极30所在平面的同一侧，第三条状电极40与第一条状电极10相对设置，第四条状电极50与第二条状电极20相对设置，第一块状电极30与第二块状电极60一一对应设置；其中，至少一第一块状电极30开设有离子引出口，和/或至少一第二块状电极60开设有离子引出口；电控装置(图未示)，第一条状电极10、第二条状电极20、第三条状电极40、第四条状电极50、第一块状电极30和第二块状电极60分别连接电控装置，电控装置用于向第一条状电极10、第二条状电极20、第三条状电极40和第四条状电极50输入射频，向第一块状电极30和第二块状电极60输出周期脉冲电平，以形成周期变化的至少两个势阱，同时实现离子的收集、约束聚焦以及抛出。
30.具体地，本技术的技术方案中，第一条状电极10、第二条状电极20以及第一块状电极30共同构成一个电极平面，第三条状电极40、第四条状电极50和第二块状电极60共同构成另一个电极平面，两个电极平面之间间隔设置，以在第一块状电极30、第二块状电极60对应的间隔区域形成一工作区，共同构成一平面保罗阱结构。在实际运行过程中，向工作区通入气体，维持一定气压，用于和离子碰撞冷却，离子从各个条状电极长度方向的两端输入(具体哪一端可结合实际势阱的数量以及实际场景进行不同选择，也即图示左右方向)，进入工作区之后在工作区实现相应的收集、约束聚焦以及抛出等操作。
31.在一个实施例中，所搭建的势阱均为轴向势阱，轴向势阱即为沿各个条状电极的长度方向搭建的势阱，根据所设置的第一块状电极30以及第二块状电极60的数量不同，所能形成的轴向势阱的数量也会有所区别。为了便于理解本技术的各个实施例，下面均已势阱为轴向势阱进行解释说明。轴向势阱包括两个高电势端口和一个低电势谷底，因此，搭建一个轴向势阱需要至少三个第一块状电极30和第二块状电极60，通过将中间块状电极的电势设置低于两端块状电极的电势，即可形成一个简单的势阱，具体可结合参阅图2。两个相邻轴向势阱将会共用一个电极，因此，本技术的技术方案中，为了搭建形成至少两个轴向势阱，第一块状电极30和第二块状电极60的数量至少需要五个。
32.而为了最终将约束聚焦之后的离子抛出，需要在至少一个第一块状电极30和/或至少一个第二块状电极60上开设离子引出口，以保证离子从条状电极的长度方向引入后，能够从与长度方向相交的方向引出，实现离子抛出操作。可以理解，开设有离子引出口的第一块状电极30或者第二块状电极60，在搭建轴向势阱时应当处于谷底(峰底)位置。进一步地，在一个较为详细的实施例中，为了保证搭建不同数量和种类的轴向势阱时，离子均能被引出，可在除了设置在两端的第一块状电极30和第二块状电极60之外，其余的块状电极均开设离子引出口。
33.第一条状电极10、第二条状电极20、第三条状电极40以及第四条状电极50相互平
行设置，并均连接至电控装置，当电控装置向各个条状电极输入同一正弦射频时，能够形成四极电场，用以对输入离子收集聚焦装置的离子进行径向约束。而电控装置则向第一块状电极30和第二块状电极60输出周期脉冲电平，以形成周期变化的至少两个轴向势阱，通过控制至少两个轴向势阱的变化，可同时实现离子的收集、约束聚焦以及抛出。
34.应当指出的是，在一个实施例中，为了避免各个条状电极以及块状电极的输入电压信号相互影响，各块状电极、条状电极之间，均间隔设置，也即各个第一块状电极30之间间隔设置，第一块状电极30与第一条状电极10之间、第一块状电极30与第二条状电极20之间间隔设置，各个第二块状电极60之间间隔设置，第二块状电极60与第三条状电极40之间、第二块状电极60与第四条状电极50之间间隔设置。
35.可以理解，各个条状电极的具体形状并不是唯一的，只要能够在电控装置输入相同正弦射频的情况下，形成四极电场以对离子进行约束均可。例如，在一个实施例中，第一条状电极10、第二条状电极20、第三条状电极40和第四条状电极50为形状完全相同的长方体电极。在另一个实施例中，第一条状电极10、第二条状电极20、第三条状电极40和第四条状电极50为形状完全相同的柱体电极。在其它实施例中，还可将第一条状电极10、第二条状电极20、第三条状电极40和第四条状电极50的形状设置不完全相同，例如部分采用圆柱体结构，另一部分采用长方体结构等。
36.具体地，在一个实施例中，可将第一条状电极10、第二条状电极20、第三条状电极40和第四条状电极50均设置为长方体电极，例如印刷电路板电极，以实现四极电场的构建。在另一个实施例中，则将第一条状电极10、第二条状电极20、第三条状电极40和第四条状电极50均设置为柱体，例如圆柱体等，以实现四极电场的构建。进一步地，在其它实施例中，各个条状电极的形状还可以设置不完全相同，只要能够形成稳定的四极电场对离子进行径向约束均可。
37.在一个实施例中，每一第一块状电极30及其对应的一个第二块状电极60组成一个电极对，电控装置通过向相邻的电极对输入脉冲电平搭建形成至少两个势阱，其中，用于搭建各势阱的电极对的数量不完全相同。
38.具体地，如上所示，以轴向势阱进行解释说明，搭建一个轴向势阱需要至少三个第一块状电极30和第二块状电极60，也即需要至少三个电极对。在实际运行过程中，每个轴向势阱中所包含的电极对数量越多，所形成的电场均匀程度越好，但是相应的电控装置中电路的复杂程度也会增加。因此，轴向势阱所包括的电极对数量可结合实际场景进行不同的选择，只要保证每一个轴向势阱均包括至少三个电极对均可。例如，请结合参阅图3，在一个较为详细的实施例中，以两个轴向势阱为例，可采用三个电极对构成其中一个轴向势阱，而另一个轴向势阱则采用五个电极对。
39.在另一个实施例中，每一第一块状电极30及其对应的一个第二块状电极60组成一个电极对，电控装置通过向相邻的电极对输入脉冲电平搭建形成至少两个势阱，其中，用于搭建各势阱的电极对的数量均相同。
40.具体地，在该实施例的方案中，为了保证离子在各个轴向势阱中进行传输的均匀性，采用相同数量的电极对进行轴向势阱的搭建。而用于搭建轴向势阱的电极对的数量也并不是唯一的，在一个较为详细的实施例中，具体可结合参阅图4，以两个轴向势阱为例，兼顾电场均匀程度以及电路复杂度，可采用七个电极对进行一个轴向势阱的搭建。相应的，第
一块状电极30的数量为13个，轴向势阱的数量为两个，每一轴向势阱均包括七个电极对，其中，位于两个轴向势阱交界处的电极对共用。可以理解，在其它实施例中，每一轴向势阱中的电极对数量还可以是其它，例如三个、五个、九个等，而轴向势阱的数量也不仅限于上述实施例中的两个，还可以是三个甚至更多，具体可结合实际使用场景进行不同选择。
41.在一个实施例中，势阱的数量为两个，电控装置向第一块状电极30和第二块状电极60输出周期脉冲电平，同时实现离子的收集、约束聚焦以及抛出，包括：分别向各第一块状电极30及其对应的第二块状电极60输入初始脉冲电平，形成相邻的第一势阱和第二势阱；当前离子进入第一势阱并收集后，调整第一块状电极30及其对应的第二块状电极60的脉冲电平，将第一势阱和第二势阱联通为一个势阱，以使当前离子向第二势阱对应的区域运动；当前离子运动至第二势阱对应的区域时，恢复向第一块状电极30及其对应的第二块状电极60输入初始脉冲电平；调整第二势阱中峰底位置对应的第一块状电极30的脉冲电平，和/或第二势阱中峰底位置对应的第二块状电极60的脉冲电平，以使当前离子抛出第二势阱。
42.具体地，结合参阅图5，同样以轴向势阱进行解释说明，可将轴向势阱对输入离子的处理过程分为收集、转移、冷却聚焦和抛出几个不同的阶段。离子收集聚焦装置启动运行时，第一轴向势阱运行在第一个周期，当其对输入的离子进行收集的阶段，第二轴向势阱并未开始运行。当离子收集完成之后，电控装置将会控制第一轴向势阱与第二轴向势阱相互联通，通过各个电极对上的电势差异设置，使得第一轴向势阱中收集的离子向第二轴向势阱对应的区域进行转移。当离子转移完成之后，第一轴向势阱进入第二个工作周期，第二轴向势阱开始对转移的离子进行冷却聚焦，并在冷却聚焦完成之后，通过控制设置有离子引出口的峰底位置对应的电极对进行脉冲调节，使得该位置的第一块状电极30与第二块状电极60之间有电压差，离子从电势较低的块状电极出引出，完成离子抛出操作。在第一轴向势阱进行第二个周期以及以后周期的离子收集操作时，第二轴向势阱中同时完成离子冷却聚焦以及抛出操作，从达到单个装置同时实现离子的收集、约束冷却聚焦与抛出功能。
43.应当指出的是，根据实际场景中各个轴向势阱的电极对数量不同，电控装置输出的周期脉冲也会有所区别，只要能实现上述离子收集的同时，进行离子冷却聚焦以及抛出均可。
44.例如，在一个较为实施例中，请结合参阅图6，第一块状电极30的数量为13个，依次为第一个第一块状电极201至第十三个个第一块状电极213，对应的，第二块状电极60分别为201'-213'。形成相邻的第一轴向势阱和第二轴向势阱时，电控装置向第一个第一块状电极210至第四个第一块状电极204输入电势依次降低的脉冲电平，向第四个第一块状电极204至第七个第一块状电极207输入电势依次升高的脉冲电平，向第七个第一块状电极207至第十个第一块状电极210输入电势依次降低的脉冲电平，向第十个第一块状电极210至第十三个第一块状电极213输入电势依次升高的脉冲电平，其中，形成同一电极对的第二块状电极与第一块状电极的脉冲电平相同。
45.或在另一个实施例中，形成第一势阱和第二势阱时，电控装置向第一个第一块状电极201至第四个第一块状电极204输入电势依次升高的脉冲电平，向第四个第一块状电极204至第七个第一块状电极207输入电势依次降低的脉冲电平，向第七个第一块状电极207至第十个第一块状电极210输入电势依次升高的脉冲电平，向第十个第一块状电极210至第
十三个第一块状电极213输入电势依次降低的脉冲电平，其中，形成同一电极对的第二块状电极与第一块状电极的脉冲电平相同。
46.在一个实施例中，将第一势阱和第二势阱联通为一个势阱，包括：若第一个第一块状电极201至第四个第一块状电极204输入电势依次降低的脉冲电平，则电控装置向第四个第一块状电极201至第十个第一块状电极210输入电势依次降低的脉冲电平；若第一个第一块状电极201至第四个第一块状电极204输入电势依次升高的脉冲电平，则电控装置向第四个第一块状电极204至第十个第一块状电极210输入电势依次升高的脉冲电平，其中，形成同一电极对的第二块状电极与第一块状电极的脉冲电平相同。
47.在一个实施例中，调整第二势阱中峰底位置对应的第一块状电极的脉冲电平，和/或第二势阱中峰底位置对应的第二块状电极的脉冲电平，以使当前离子抛出第二势阱，包括：调整第二势阱中峰底位置对应的第一块状电极的脉冲电平，和/或第二势阱中峰底位置对应的第二块状电极的脉冲电平，以使峰底位置对应的第一块状电极和第二块状电极产生电势差，当前离子从峰底位置对应的第一块状电极或第二块状电极抛出第二势阱。
48.具体地，在该实施例的方案中，处于双轴向势阱搭建状态以及离子转移、冷却聚焦时，同一电极对输入的脉冲电平的电势相同，只有在离子抛出阶段，需要将离子抛出的电极对对应的脉冲电平电势才会有所差异。根据所需收集、冷却聚焦以及抛出的离子类型不同，两个轴向势阱的搭建方式也会有所区别，以适应阴、阳离子的收集、冷却聚焦以及抛出。
49.在一个较为详细的实施例中，请结合参阅图7-图10，图7所示为搭建完成第一轴向势阱以及第二轴向势阱之后，第一轴向势阱进行离子收集时，各个电极对对应的电势大小。此时，将204/204'(第四个第一块状电极和第四个第二块状电极)与210/210'(第十个第一块状电极和第十个第二块状电极)的作为双势阱的谷底，脉冲电平的电势最低，其中210/210'的电势低于204/204'的电势。而207/207'(第七个第一块状电极和第七个第二块状电极)作为双势阱的峰顶，与201/201'(第一个第一块状电极和第一个第二块状电极)与213/213'(第十三个第一块状电极和第十三个第二块状电极)一同电势最高，具体可设置相同，也可差异化设置，只要满足201-204电势降低，204-207电势升高，207-210电势降低，210-213电势升高即可。
50.图8为两个轴向势阱联通为一个轴向势阱时，各个电极对的电势分布，此时在图7双轴向势阱的基础上，将205/205'(第五个第一块状电极和第五个第二块状电极)、206/206'(第六个第一块状电极和第六个第二块状电极)、207/207'(第七个第一块状电极和第七个第二块状电极)、208/208'(第八个第一块状电极和第八个第二块状电极)与209/209'(第九个第一块状电极和第九个第二块状电极)的电势降低，双势阱联通为单势阱，205/205'-210/210'电势逐渐降低，以210/210'的作为谷底。此时第一轴向势阱收集的离子将会转移到第二轴向势阱对应的区域，也即210/210'对应的电场区域。
51.请参阅图9，下一步将205/205'、206/206'、207/207'、208/208'与209/209'的电势恢复，复原为以204/204'与210/210'为谷底的双势阱。此时第一轴向势阱将会进入第二个工作周期。
52.请参阅图10，此时离子冷却聚焦在第二轴向势阱的峰谷位置，也即第十个第一块状电极和第十个第二块状电极对应的电场区域。为了实现将离子抛出，需要该位置的第一块状电极30与第二块状电极60之间有电压差，而根据离子引出口的设置位置不同，电控装
置的调控方式也会有所区别，只要保证需要将离子引出的块状电极的电势低于另一个块状电极的电势。例如图9所示的将210的电势降低(或维持不变)，210'的电势升高，使得离子最终从210处抛出，也即210开设有离子引出口。离子抛出之后电控装置将210与210'的电势恢复，复原为最初状态，之后进入下一个工作周期。
53.可以理解，另外的实施例中，所形成的势阱的数量并不仅限于上述实施例中的两个，还可以是三个甚至更多。在一个实施例中，以轴向势阱的数量为三个为例，电控装置向第一块状电极30和第二块状电极60输出周期脉冲电平，同时实现离子的收集、约束聚焦以及抛出，包括：分别向各第一块状电极30及其对应的第二块状电极60输入初始脉冲电平，形成相邻的第一轴向势阱、第二轴向势阱和第三轴向势阱；第三轴向势阱位于第一轴向势阱和第二轴向势阱之间；当前离子进入第一轴向势阱和第二轴向势阱并收集后，调整第一块状电极30及其对应的第二块状电极60的脉冲电平，将第一轴向势阱、第二轴向势阱和第三轴向势阱联通为一个轴向势阱，以使当前离子向第三轴向势阱对应的区域运动；当前离子运动至第三轴向势阱对应的区域时，恢复向第一块状电极30及其对应的第二块状电极60输入初始脉冲电平；调整第三轴向势阱中峰底位置对应的第一块状电极30的脉冲电平，和/或第三轴向势阱中峰底位置对应的第二块状电极60的脉冲电平，以使当前离子抛出第三轴向势。
54.具体地，上述三个轴向势阱同时进行离子收集、约束聚焦以及抛出的方案中，第一轴向势阱与第二轴向势阱同时进行离子采集，采集到的离子同时传输到第三中轴向势阱进行冷却聚焦以及抛出，电控装置的控制方式与两个轴向势阱时类似，在此不再赘述。
55.可以理解，在其它实施例中，三个轴向势阱方案中，还可以分割两个轴向直径进行离子收集、约束聚焦以及抛出，此时第一轴向势阱与第二轴向势阱均进行离子采集，但采集得到的离子分别传输到第三个轴向势阱进行冷却聚焦和抛出。也即在同一时间，仅将第一轴向势阱与第三个轴向时间联通为一个轴向势阱，或者是仅将第二轴向势阱与第三个轴向势阱联通为一个轴向势阱。两批离子分别由第一轴向势阱(由左至右引入)、第二轴向势阱(由右至左引入)进行收集，交替转移至第三个轴向势阱冷却抛出，可实现两套离子源产生离子的收集与交替冷却。
56.上述离子收集聚焦装置，第一条状电极10、第二条状电极20以及第一块状电极30共同构成一电极平面，与第三条状电极40、第四条状电极50、第二块状电极60构成的另一电极平面间隔相对设置，两电极平面之间与第一条状电极10和第二块状电极60对应的区域形成一工作区。当离子进入工作区之后，在电控装置输出的周期脉冲电平的作用下，各第一块状电极30、各第二块状电极60搭建形成至少两个势阱，在部分势阱进行离子约束聚焦或者抛出的同时，可在另外的势阱中进行离子收集操作，从而通过一个离子收集聚焦装置，在同一时间实现离子的收集、约束聚焦以及抛出。通过上述方案，利用单个装置即可实现离子的收集、约束冷却与抛出功能，以简单结构与控制提高了离子利用与约束聚焦的效果。
57.一种质谱设备，包括上述的离子收集聚焦装置。
58.具体地，离子收集聚焦装置如上述各个实施例以及附图所示，第一条状电极10、第二条状电极20以及第一块状电极30共同构成一个电极平面，第三条状电极40、第四条状电极50和第二块状电极60共同构成另一个电极平面，两个电极平面之间间隔设置，以在第一块状电极30、第二块状电极60对应的间隔区域形成一工作区，构成一平面保罗阱结构。在实
际运行过程中，离子从各个条状电极长度方向的两端输入(具体哪一端可结合实际轴向离子阱的数量以及实际场景进行不同选择)，进入工作区之后在工作区实现相应的收集、约束聚焦以及抛出等操作。
59.轴向势阱即为沿各个条状电极的长度方向搭建的势阱，根据所设置的第一块状电极30以及第二块状电极60的数量不同，所能形成的轴向势阱的数量也会有所区别。轴向势阱包括两个端口和一个谷底，因此，搭建一个轴向势阱需要至少三个第一块状电极30和第二块状电极60，通过将中间块状电极的电势设置低于两端块状电极的电势，即可形成一个简单的势阱。两个相邻轴向势阱将会共用一个电极，因此，本技术的技术方案中，为了搭建形成至少两个轴向势阱，第一块状电极30和第二块状电极60的数量至少需要五个。
60.而为了最终将约束聚焦之后的离子抛出，需要在至少一个第一块状电极30和或至少一个第二块状电极60上开设离子引出口，以保证离子从条状电极的长度方向引入后，能够从与长度方向相交的方向引出，实现离子抛出操作。进一步地，在一个较为详细的实施例中，为了保证搭建不同数量和种类的轴向势阱时，离子均能被引出，可在除了设置在两端的第一块状电极30和第二块状电极60之外，其余的块状电极均开设离子引出口。
61.第一条状电极10、第二条状电极20、第三条状电极40以及第四条状电极50相互平行设置，并均连接至电控装置，当电控装置向各个条状电极输入同一正弦射频时，能够形成四极电场，用以对输入离子收集聚焦装置的离子进行径向约束。而电控装置则向第一块状电极30和第二块状电极60输出周期脉冲电平，以形成周期变化的至少两个轴向势阱。
62.上述质谱设备，离子收集聚焦装置中第一条状电极10、第二条状电极20以及第一块状电极30共同构成一电极平面，与第三条状电极40、第四条状电极50、第二块状电极60构成的另一电极平面间隔相对设置，两电极平面之间与第一条状电极10和第二块状电极60对应的区域形成一工作区。当离子进入工作区之后，在电控装置输出的周期脉冲电平的作用下，各第一块状电极30、各第二块状电极60搭建形成至少两个轴向势阱，在部分轴向势阱进行离子约束聚焦或者抛出的同时，可在另外的轴向势阱中进行离子收集操作，从而通过一个离子收集聚焦装置，在同一时间实现离子的收集、约束聚焦以及抛出。通过上述方案，质谱设备中只需利用单个装置即可实现离子的收集、约束冷却与抛出功能，以简单结构与控制提高了离子利用与约束聚焦的效果，使得质谱设备具有结构和控制简单的优点。
63.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
64.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。