一种梯形体电极线形离子阱的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于质谱仪器分析技术领域，具体涉及一种用于离子存储和离子质量分析的电极线形离子阱。
【背景技术】
[0002]质谱仪是一种用于分析和检测物质化学成分的科学仪器，它可以快速地给出样品中各种化学成分的含量、分布和分子结构的信息。
[0003]离子阱是一种可以将气相中的离子进行富集和存储的科学装置，它可以将离子在一定空间内束缚一定的时间，也可以对离子进行质量分析，或者进一步使离子碎裂。
[0004]现有的传统离子阱可分为三维离子阱和线形离子阱两种:
三维离子阱由一个具有双曲面截面的环电极和两个具有双曲面表面结构的端盖电极所组成。两个具有双曲面表面结构的端盖电极对称地分布在一个具有双曲面截面的环电极两边，三个电极合围而成的空间在离子阱工作电压的作用下产生束缚离子的四极电场分布:当离子进入此空间时，即被电场束缚和存储在此空间内。
[0005]线形离子阱是由四个柱状电极平行地围绕着一个中心对称轴而组成。四个柱状电极可以是四个完全相同的具有双曲面表面的电极，也可以是四个完全相同的具有圆柱形表面的电极。四个电极在一定的电压作用下，将在其合围而成的空间内产生束缚离子的电场分布(对于双曲面表面，为四极电场;对于圆柱形表面，为四极电场为主的电场分布):当离子进入此空间时，即被电场束缚和存储在此空间内。
[0006]综上，不论是三维离子阱还是线形离子阱，或是由双曲面型电极线形离子阱和圆柱型电极线形离子阱，它们都将在工作电压的作用下产生四极电场分布，使得离子在四极电场作用下被束缚于离子阱的中间区域内。
[0007]本发明给出了一种用梯形体电极所建造的离子阱，它是四根梯形体电极围绕一中心轴而形成的结构，其上凿有狭缝。可以通过改变四根梯形体电极的上下底长度与角度、狭缝的几何结构、相对位置和工作电压来调节电场分布，产生包括四极电场、六极电场、八极电场、十二极电场在内的多重电场分布，以获得更好的离子质量分析或离子存储性能。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种电极结构简单、加工难度低、性能好的梯形体电极线形离子阱。
[0009]本发明所提供的梯形体电极线形离子阱，由四根梯形体电极围绕一中心轴环绕排列组成，相邻梯形体电极的梯形横截面中位线互相垂直;梯形体电极的上底面朝内；如图1所示。
[0010]本发明中，所述的梯形体电极沿中心轴轴线方向，设有贯穿上、下底面的狭缝;如图1所示。
[0011]通过改变梯形体电极的上、下底面边长以及上、下底面间距(即侧面与底面夹角)，或者通过调整狭缝的长方体狭缝的长与宽，施加在四根电极上的工作电压，来调整四根梯形体电极合围而成的长方体空间内的电场分布，以获得良好的离子存储和质量分析性能。
[0012]狭缝均为长方体，其高与梯形体相等，其长与宽可变(但均不能超过梯形体上底面大小)；狭缝均位于梯形体的中心；工作电压是指施加在梯形体电极上的工作电压，四根电极上可以独立地施加任意值的工作电压。
[0013]本发明中，所述的梯形体电极设有立体的狭缝，该狭缝贯通梯形体的上底面与下底面。当用于质量分析时，至少有一对相对的梯形体电极具有用于离子引出的狭缝，所述狭缝关于中心轴对称;当用于离子存储时，电极上不开凿离子引出狭缝。
[0014]本发明中，所述的四根梯形体电极在中心轴垂直方向的截面均为等腰梯形。所述等腰梯形的边长为:0<上底边长<下底边长，角度为:90°<上底角<180°，0°<下底角<90°。该参数是由于离子阱的性能由其中的电场分布所决定，通过这些组参数范围得到最佳的质量分辨能力。
[0015]本发明中，所述的梯形体电极的上底面都平行于一根中心轴，上底面与中心轴间的距离都相同或者不相同；四根梯形体电极的底面长棱都互相平行；四根梯形体电极的上底面合围成一个长方体空间，此长方体空间的长度与梯形体电极长度一致。
[0016]本发明中，所述的梯形体电极的几何结构，以及所述狭缝的几何结构都可以改变；四个梯形体电极可以完全相同，亦可以完全不同。
[0017]本发明中，所述的梯形体电极由导电材料加工而成。
[0018]本发明所提出的离子阱通过改变四根梯形体电极的上、下底面边长(即侧面与底面夹角)，或者通过调整狭缝的几何结构、相对位置和工作电压，长方体空间内能产生四极电场、六极电场、八极电场、十二极电场在内的多重电场分布。各种电场成分的比例可以通过使用不同几何参数的梯形体电极，和改变电极之间的相对距离实现。
[0019]本发明的梯形体电极线形离子阱，用梯形体电极建造，改善离子阱质量分辨的同时简化电极结构，降低加工和组装难度，由于电极为梯形体结构，相比较于双曲面结构更易加工。可以单独使用、也可以和其他实验系统一一如四极质谱、飞行时间质谱等联合起来使用。
【附图说明】
[0020]图1:由四个梯形体电极所组成的离子阱结构示意图。
[0021 ]图2:由四个大小不等的梯形体电极所组成的离子阱的截面结构示意图。
[0022]图3:由四个大小不等的梯形体电极所组成的离子阱的截面结构示意图。
[0023]图4:由四个大小完全相同的梯形体电极所组成的离子阱的截面结构示意图。
[0024]图5:由四个大小完全相同、梯形截面下底角更小的梯形体电极所组成的离子阱的截面结构示意图。
[0025]图6:四个梯形体电极所组成的离子阱的质谱仪工作原理示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0027]图1:由两个较大的梯形体电极和两个较小的梯形体电极所组成的线形离子阱结构示意图。
[0028]在图1中，11、12、13和14为四根具有等腰梯形截面的杆状电极。它们两两平行地围绕着一中心轴分布并被固定在一起，在每一对电极中，电极位于相对的位置上，电极对的对称面是彼此相互垂直的。11和13完全相同，12和14完全相同。15、16和17是加工在电极11、12和13中心的一个狭缝，14上也有狭缝。它们的作用是让存储在离子阱中的离子可以被逐出。
[0029]在实际应用中，可以只在电极11和电极12上加工供离子通过的狭缝，也可以在电极11、12、13和14上都加工供离子通过的狭缝。狭缝可以是任何形状。
[0030]图2:由四个横截面不同的梯形体电极所组成的离子阱截面结构示意图。
[0031]在图2中，电极21和23的截面完全相同，且梯形截面的四个底角角度分别为:a2=30。，b2=60° , c2=120° , d2=150°，电极22和24的截面完全相同。这四根电极的内表面合围成一个边长为L2和W2的矩形。25、26、27和28分别为四根电极上的狭缝，它们是供离子引出用的。狭缝可以是任何形状。
[0032]图3:另一种由四个横截面不同的梯形体电极所组成的离子阱截面结构示意图。
[0033]在图3中，电极31和33的截面完全相同，且梯形截面的四个底角角度分别为:a3=45°，b3=135°，电极32和34的截面完全相同，梯形截面的四个底角角度也分别为:a3=45°，b3=135°。这四根电极的内表面合围成一个边长为L3和W3的矩形。35、36、37和38分别为四根上的狭缝，它们是供离子引出用的。狭缝可以是任何形状。
[0034]图4:由四个横截面相同的梯形体电极所组成的离子阱截面结构示意图。
[0035]在图4中，电极41、42、43和44的截面完全相同，且梯形截面的四个底角角度分别为:a4=60°，b4=120°。这四根电极的内表面合围成一个边长为L4和W4的矩形。45、46、47和48分别为四根上的狭缝，它们是供离子引出用的。狭缝可以是任何形状。
[0036]图5:由四个大小完全相同、梯形截面下底角更小的梯形体电极所组成的离子阱的截面结构示意图。
[0037]在图5中，电极51、52、53和54的截面完全相同，且梯形截面的底角角度分别为:a5=30°;这个角度较之前的实例更小，使梯形体电极上底面更小，整体结构更尖锐。这四根电极的内表面合围成一个边长为L5和W5的矩形。55、56、57和58分别为四根上的狭缝，它们是供离子引出用的。狭缝可以是任何形状。
[0038]图6:四个梯形体电极所组成的离子阱的质谱仪工作原理示意图。
[0039]在图6中，61是一个可以产生样品离子62的离子源。离子束62经过多极离导引杆65聚焦和传输后从离子阱入口电极63上的离子引入孔进入到由梯形电极建造的离子阱68中。离子在离子阱中被富集、存储，以及可能的碰撞解离后，离子阱中的离子66被质量选择性地从一个梯形电极上的狭缝被逐出离子阱，并被离子探测器67所检测。64为离子阱另一个端电极。
【主权项】
1.一种梯形体电极线形离子阱，其特征在于由四根梯形体电极围绕一中心轴环绕排列组成，相邻梯形体电极的梯形横截面中位线互相垂直;梯形体电极的上底面朝内。2.如权利要求1所述的梯形体电极线形离子阱，其特征在于所述梯形体电极沿中心轴轴线方向，设有贯穿上、下底面的狭缝。3.如权利要求2所述的梯形体电极线形离子阱，其特征在于通过改变梯形体电极的上、下底面边长以及上、下底面间距，或者通过调整长方体狭缝的长与宽，施加在四根电极上的工作电压，来调整四根梯形体电极合围而成的长方体空间内的电场分布。4.如权利要求2所述的梯形体电极线形离子阱，其特征在于:当用于质量分析时，至少有一对相对的梯形体电极具有用于离子引出的狭缝，所述狭缝关于中心轴对称。5.如权利要求1所述的梯形体电极线形离子阱，其特征在于所述的四根梯形体电极截面均为等腰梯形。6.如权利要求4所述的梯形体电极线形离子阱，其特征在于等腰梯形的边长为:0<上底边长<下底边长，角度为:90° <上底角<180°，0° <下底角<90°。
【专利摘要】本发明属于质谱仪器分析技术领域，具体为一种梯形体电极线形离子阱；可用于离子存储或质量分析。本发明的线形离子阱是由四根等腰梯形体电极，围绕一中心轴而形成的结构；电极上凿有大小适当的狭缝。四根电极可以完全相同、也可以完全不同。可以通过改变四根梯形体电极的上下底面边长、侧面与底面夹角，狭缝的几何结构、相对位置和工作电压，来调整四根电极合围而成的长方体空间内的电场分布，形成四极电场、六极电场、八极电场、十二极电场在内的多重电场分布，以获得良好的离子存储和质量分析性能。
【IPC分类】H01J49/42
【公开号】CN105513938
【申请号】CN201610013525
【发明人】黄彦东, 许崇晟, 杨海洋, 肖育, 吴若菲, 丁正知, 丁传凡
【申请人】复旦大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月11日