一种减小射频四极杆传输质量歧视的装置的制作方法

本发明涉及质谱领域，具体的说是提供一种减小射频四极杆传输质量歧视的装置。基于四极杆传输原理的基础，一定频率和幅值的射频电源有着固定的最大质量传输范围，质荷比过大和过小的离子都难以通过四极杆传输。

背景技术：

经典的射频四极杆运行在rf-only模式下时，射频电场约束离子与中性背景气体分子不断碰撞交换能量而逐步冷却，可以有效的将离子束聚焦通过下级的小孔，极大的提高离子传输效率。这在1991年douglas发表的“collisionalfocusingeffectsinradiofrequencyquadrupoles”中已做了全面的报道。但是这种传输方式存在的一个问题是：射频四极杆的四根杆上施加同一个直流电位，导致四极杆两端部分与端盖电极之间电场存在一定梯度，有利于离子向前传输；然而四极杆中间部分的电场变化及其弱，基本类似于无场区。这导致进入四极杆的离子需要很长的时间才能从通过。

针对以上问题，美国专利us006111250a提出了一种分段四极杆设计，在相邻电极上通过电阻分压的方式或者是在四极杆四周增加倾斜的电极杆的方式引入轴向电场，增大了离子飞行轴线方向的电场，改善了离子传输性能。

经典的射频四极杆与分段四极杆的方式都是采用单一射频电源参数的方式，确定了可能传输的质荷比范围区间。过大或者过小的质荷比离子都无法稳定的通过四极杆，限定了检测范围。

技术实现要素：

本发明提供一种减小射频四极杆传输质量歧视的装置。基于四极杆传输原理的基础上，不同频率和幅值的射频电源有不同的传输质量范围。为减小质量歧视作用，在分段四极杆电极阵列中相邻的两个电极上分别施加不同的射频电源，在整个传输轴线方向产生两种交替的射频电场，同时兼顾两段质量范围质荷比离子的传输，减小质量歧视效应。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种减小射频四极杆传输质量歧视的装置，其特征在于：包括由引入孔电极，引出孔电极，分段电极；引入孔电极和引出孔电极均为中部开设有通孔的平板状电极，引入孔电极和引出孔电极平行且中心通孔同轴设置；在引入孔电极和引出孔电极之间设置有分段电极；分段电极由四组电极阵列构成；每组电极阵列均由四个或五个以上同轴相等间隔设置的、相同形状尺寸的圆柱或者圆环电极组成一电极杆；四个电极杆的首尾二个端面分别处于相互平行的二个平面上，且四个电极杆的轴线于每个平面上的交点均布同一个圆的圆周上；且该圆的圆心位于引入孔电极和引出孔电极中心通孔的轴线上。

一种采用所述装置减小传输质量歧视的方法，其特征在于：

在引入孔电极和引出孔电极上分别施加dc1和dc2的直流电压；

在分段电极的四组电极阵列中的任何一组上的同心圆柱或者圆环电极的首尾二端施加直流电压，且任何一组上相邻的同心圆柱或者圆环电极之间都由分压电阻均匀分压串联；且从首端起，按从1-n的序号顺序的圆柱或圆环电极上各自通过电容耦合施加n个不同的射频电压，再次重新计算序号且按从1-n的序号顺序重复上述射频电压的施加过程直至尾端；n为大于等于2的整数，且在分段电极的四组电极阵列中的任何一组上的同心圆柱或者圆环电极个数为n的2个以上的整数倍；

四组电极阵列中一对间隔相对设置的电极阵列连接射频电压的正相输出，另一组压相对设置电极阵列施加连接射频电压的反相输出；

一定能量的离子束穿过引入孔电极进入分段电极的区域，离子在交替的射频电场作用下通过，最终从引出孔电极的中心小孔引出。

在引入孔电极和引出孔电极上分别施加dc1和dc2的直流电压；

在分段电极的四组电极阵列中的任何一组上的同心圆柱或者圆环电极的首尾二端施加直流电压，且任何一组上相邻的同心圆柱或者圆环电极之间都由分压电阻均匀分压串联；且从首端至尾端奇数序号的圆柱或圆环电极上各自通过电容耦合施加射频电压rf2(频率w2，幅值v2)，偶数序号的圆柱或者圆环电各自通过电容耦合极施加射频电压rf1(频率w1，幅值v1)；

四组电极阵列中一对间隔相对设置的电极阵列连接射频电压rf1或者rf2的正相输出，另一组压相对设置电极阵列施加连接射频电压rf1或者rf2的反相输出。

附图说明

图1为本发明的减小射频四极杆传输质量歧视的装置示意图。

图2是simion软件仿真离子传输效果。质荷比m/z30和m/z200分别在单一射频电源的常规传输模式与本发明所涉及的传输模式对比。(a)m/z40300v1500khz传输效率0％；(b)m/z200300v1500khz传输效率100％；(c)m/z40300v1500khz与50v4000khz传输效率98％；m/z200；(d)300v1500khz与50v4000khz传输效率99％。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明的结构示意图。本发明包括由引入孔电极1，引出孔电极2，分段电极3；引入孔电极1和引出孔电极2均为中部开设有通孔的平板状电极，引入孔电极1和引出孔电极2平行且中心通孔同轴设置；在引入孔电极1和引出孔电极2之间设置有分段电极3；分段电极3由四组电极阵列构成；每组电极阵列均由四个或五个以上同轴相等间隔设置的、相同形状尺寸的圆柱或者圆环电极组成一电极杆；四个电极杆的首尾二个端面分别处于相互平行的二个平面上，且四个电极杆的轴线于每个平面上的交点均布同一个圆的圆周上；且该圆的圆心位于引入孔电极1和引出孔电极2中心通孔的轴线上。

一种采用所述装置减小传输质量歧视的方法，其特征在于：

在引入孔电极1和引出孔电极2上分别施加dc1和dc2的直流电压；

在分段电极3的四组电极阵列中的任何一组上的同心圆柱或者圆环电极的首尾二端施加直流电压，且任何一组上相邻的同心圆柱或者圆环电极之间都由分压电阻均匀分压串联；且从首端起，按从1-n的序号顺序的圆柱或圆环电极上各自通过电容耦合施加n个不同的射频电压，再次重新计算序号且按从1-n的序号顺序重复上述射频电压的施加过程直至尾端；n为大于等于2的整数，且在分段电极3的四组电极阵列中的任何一组上的同心圆柱或者圆环电极个数为n的2个以上的整数倍；

四组电极阵列中一对间隔相对设置的电极阵列连接射频电压的正相输出，另一组压相对设置电极阵列施加连接射频电压的反相输出；

一定能量的离子束穿过引入孔电极1进入分段电极3的区域，离子在交替的射频电场作用下通过，最终从引出孔电极2的中心小孔引出。

在引入孔电极1和引出孔电极2上分别施加dc1和dc2的直流电压；

在分段电极3的四组电极阵列中的任何一组上的同心圆柱或者圆环电极的首尾二端施加直流电压，且任何一组上相邻的同心圆柱或者圆环电极之间都由分压电阻均匀分压串联；且从首端至尾端奇数序号的圆柱或圆环电极上各自通过电容耦合施加射频电压rf2(频率w2，幅值v2)，偶数序号的圆柱或者圆环电各自通过电容耦合极施加射频电压rf1(频率w1，幅值v1)；

四组电极阵列中一对间隔相对设置的电极阵列连接射频电压rf1或者rf2的正相输出，另一组压相对设置电极阵列施加连接射频电压rf1或者rf2的反相输出。

实施例

分段电极分别由平行的四组电极阵列构成；每组电极阵列均由26个同心的圆柱电极均匀间隔组成，圆柱直径为12mm；四组电极阵列的中心均匀设置在半径11.3mm的圆周上；圆柱电极的厚度3mm，间隔0.5mm。引入电极孔和引出孔电极都是内径2mm，外径40mm，厚度2mm的圆环电极。引入孔电极和引出孔电极分别施加35v和15v的直流电压；分段电极的四组电极阵列的任何一组上的同心圆柱电极之间都由分压电阻均匀分压，且符合奇数序号的圆柱电极各自通过电容耦合施加射频电源rf2(频率1500khz，幅值300v)，符合偶数序号的圆柱电各自通过电容耦合极施加射频电源rf1(频率4000khz，幅值50)；四组电极阵列中一对相对设置的电极阵列连接射频电源rf1或者rf2的正相输出，另一组正交相对设置电极阵列施加连接射频电源rf1或者rf2的反相输出。

在simion中仿真了离子传输效果。在气压0.8pa时，能量50ev的离子(m/z40和m/z200)穿过引入孔电极进入分段电极的区域，离子在交替的射频电场作用下通过，都可以有效的从引出孔电极的中心小孔引出。如图2所示，所有电极施加单一频率射频电源时，m/z40的离子传输效率为0，m/z200的效率为100％；当在相邻电极分别施加rf1和rf2时，m/z40离子传输效率为98％，m/z200的效率为99％。