一种离轴线性加速碰撞池

本发明涉及质谱分析仪，尤其涉及一种用于串级质谱的离轴线性加速碰撞池技术。

背景技术：

1、碰撞池是串级质谱仪的关键部件，目前碰撞池多采用四极杆、六极杆、八极杆等多极杆结构，在多极杆上施加射频电压和直流电压用于传输离子。目前碰撞池技术研究的重点在于如何减小离子在碰撞池中的驻留时间，从而降低分子离子直接的串扰影响，提高仪器通量。目前各个仪器厂商都有各自专利的碰撞池设计实现最小化的串扰影响。

2、通过在专利和论文的检索，检索到的涉及碰撞池的相关专利为：1.ionics质谱公司2011年1月11日公开了一种线性加速碰撞池(us7,868,289b2)，该技术通过调整四极杆圆柱与轴心的角度并在外壳施加电压，最终形成轴向电场，减少离子在碰撞池中的驻留时间；另外该专利还公布了一种矩形杆，通过线性改变矩形杆的宽度，结合外壳施加的电压在轴向形成加速电场，有效减少离子在碰撞池驻留时间。该专利的确可以有效减少碰撞池内离子驻留时间，但未进行离轴设计，无法进一步消除中性串扰影响。检索到的sci论文为：1.加拿大曼尼托巴大学的alexander loboda于2000年在eur.j.mass spectrom上发表了题为novel linac ii electrode geometry for creating an axial field in a multipoleion guide的文章，该文章介绍了一种线性加速碰撞池技术，其通过在四极杆外侧增加辅助杆，通过改变辅助杆与四极杆轴心之间的距离产生轴向电场，可以很好降低碰撞池内离子驻留时间，但未进行离轴设计，同样无法进一步消除中性串扰影响。综上，需要合理的设计将线性加速和离轴设计相结合，降低驻留时间的同时减少中性分子的串扰影响。

技术实现思路

1、本发明提出一种用于质谱分析仪的离轴线性加速碰撞池，以降低串级质谱碰撞池驻留时间，消除中性串扰。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种用于质谱的离轴线性加速碰撞池，包括碰撞池腔体、引入电极、引入分段四极、离轴弯曲四极、引出分段四极、补气管路、引出电极；其特征在于：

4、以向右为x方向、向上为y方向，垂直于xy所在平面的方向为z方向；

5、所述碰撞池腔体为二端开口的中空腔体，碰撞池腔体腔体内依次设置有引入分段四极、离轴弯曲四极、引出分段四极三部分；其中离轴弯曲四极由一对圆弧状中心轴线曲率半径为r1的、圆柱半径为r0的弯曲内圆柱杆电极和一对圆弧状中心轴线曲率半径为r2的、圆柱半径为r0的弯曲外圆柱杆电极组成；一对内圆柱杆和一对外圆柱杆的二端分别设置于二个相同边长k的正方形a的四个顶点，每对内圆柱杆和外圆柱杆均呈上下分布，即二个外圆柱杆处于二个内圆柱杆外侧或上方；内圆柱杆和外圆柱杆沿轴线径向截面为4个半径r0相同的圆形，且圆形圆心位于正方形a的四个顶点上；二个内圆柱杆和二个外圆柱杆左侧圆柱端面在垂直于z方向平面(xy所在平面)上的投影在一条直线b上；二个内圆柱杆和二个外圆柱杆右侧圆柱端面在垂直于z方向平面(xy所在平面)上的投影在一条直线c上；直线b、c相交于内圆柱杆和外圆柱杆在垂直于z方向平面(xy所在平面)上的投影圆弧状中心轴线共同的圆心，且直线b和直线c的夹角可以是锐角、直角、钝角或平角；

6、引入分段四极由4组及以上短四极杆组成，每组短四极杆由4个半径为r0且长度完全相同的圆柱电极组成，4个圆柱电极对称分布于与离轴弯曲四极相同边长k的正方形a的四个顶点上，即4个圆柱电极的二端分别设置于二个相同边长k的正方形a的四个顶点；每组短四极杆顺序等间隔、同对称轴放置，组成引入分段四极后在x方向上的投影为四个圆心位于正方形a顶点上且半径为r0的圆形；

7、引出分段四极与引入分段四极组成结构相同，同样由4组及以上短四极杆组成，且引出分段四极与引入分段四极组成组数相同或不相同；

8、引入分段四极与引出分段四极置于离轴弯曲四极两侧，即离轴弯曲四极的圆柱杆电极的二端；离轴弯曲四极左侧端面(靠近引入分段四极一侧)四个电极端部圆形平面与引入分段四极最后一组短四极杆的右侧端面四个电极端部圆形平面平行、间隔放置，且离轴弯曲四极左侧端面四个电极端部圆形平面与引入分段四极右侧端面四个电极端部圆形各自一一对应同轴放置；离轴弯曲四极右侧端面(靠近引出分段四极一侧)四个电极端部圆形平面与引出分段四极靠近离轴弯曲四极的第一组短四极杆的左侧端面四个电极端部圆形平面平行、间隔放置，且离轴弯曲四极左侧端面四个电极端部圆形平面与引出分段四极左侧端面四个电极端部圆形各自一一对应同轴放置；

9、每个内圆柱杆和外圆柱杆与各自两侧端面同轴的引入分段四极和引出分段四极的圆柱电极共形成4个“直-弯-直”形状的分段圆柱极杆；每个“直-弯-直”分段圆柱极杆上的所有圆柱电极和对应内圆柱杆或对应外圆柱杆的对应相邻电极之间通过等值电阻r相连，即引入分段四极、离轴弯曲四极、引出分段四极的对应相邻电极之间通过等值电阻r相连；每个“直-弯-直”分段圆柱极杆上的所有圆柱电极和对应内圆柱杆或对应外圆柱杆分别通过等值电容c与射频电源相连，相邻“直-弯-直”分段圆柱极杆施加的射频电源幅值相同，相位相差180°，即引入分段四极、离轴弯曲四极和引出分段四极中的4个圆柱极杆上，相邻极杆施加的射频电源幅值相同，相位相差180°；

10、所述补气管路由碰撞池腔体外部穿过碰撞池腔体进入碰撞池腔体内部；共设置有2个补气管路，分别置于靠近引入分段四极和引出分段四极处；所述引入电极和引出电极均为中部带有圆形通孔的平板结构；引入电极通过绝缘垫密封与碰撞池腔体左开口端密闭连接，与引入分段四极左端第一组短四极杆左端面平行、间隔放置，且引入电极中部通孔的轴线与引入分段四极轴线重合；引出电极通过绝缘垫密封与碰撞池腔体靠近引出分段四极的开口端密闭连接，其与引出分段四极远离离轴弯曲四极的最后一组短四极杆远离离轴弯曲四极的端面平行、间隔放置，且引出电极中部通孔的轴线与引出分段四极轴线重合。

11、进一步地，所述补气管路可以是金属材质或非金属材质中的一种或二种以上，如不锈钢、铝合金或铜、如peek、四氟、有机玻璃中的一种或二种以上，内径为0.1～6mm，样品气流速为1～100ml/min。

12、进一步地，引入电极和引出电极中部通孔直径大小为0.5～4mm；内圆柱杆和外圆柱杆以及圆柱电极半径r0大小为2～20mm。

13、进一步地，每个“直-弯-直”分段圆柱极杆各电极上按照电压从高到低的顺序，依次加载不同的电压(如：v1、v2、v3……)，形成大小为1～100v/cm的离子传输电场；每个“直-弯-直”分段圆柱极杆上施加的射频电压幅值为10～10000v，频率为0.5～5mhz。

14、进一步地，所述四极杆(包括引入分段四极中的短四极杆、离轴弯曲四极中的二个内圆柱杆和二个外圆柱杆构成的四极杆、引出分段四极中的短四极杆)均可以采用同种相应结构的六极杆或者八极杆替换。

15、进一步地，所述碰撞池工作气压为0.1～5pa；所述碰撞池可用于三重四极杆质谱、四极杆-飞行时间质谱或四极杆-轨道阱质谱等串级质谱仪器中。

16、本发明通过将分段四极与弯曲离轴四极巧妙结合，既可以实现线性加速，减少驻留时间，又可实现离轴偏转，减少中性分子干扰。本发明设计可有效提升串级质谱定性和定量能力，在三重四极、四极杆-飞行时间质谱、四极杆-轨道阱质谱等高端串级质谱分析仪器中具有良好的应用的前景。