CN101126738B - 阶梯电极四棱台形四级质量分析器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种阶梯电极四棱台形四级质量分析器。它包括四个电极，四个电极合围成一个空间区域，所述的电极的形状为梯形、梯形电极上带有阶梯状凸棱，四个电极两两以梯形的一个斜边相邻合围成一个四棱台型空间区域。本发明给出四棱台形四级质谱仪系统具有结构简单，制造难度低的特点，因而可以有效降低四极质谱仪的生产和使用成本，使四极质谱仪器获得更广泛的应用。
Description
(一)技术领域
本发明涉及的是一种检测仪器，具体地说是一种与按离子的质荷比等特性来分检或探测的分析仪器。
(二)背景技术
质谱仪是一种可以用于准确分析固体，液体和气体样品中各种化学成分及其含量的科学仪器。在质谱仪器中，四极质谱仪是目前最广泛应用的质谱仪之一。它具有结构简单，体积较小，使用和操作方便等特点。
传统的四极质谱仪是由四根双曲面形电极或圆柱形电极构成的，图1是传统的四极质谱仪的原理示意图，其中电极11、12、13和14按一定方式固定在一起所组成，组成四极杆电极系统。在实际使用中，将两根相对的电极，例如11和13；12和14连接在一起，形成两个端点15和16，然后在每一个端点上加上幅度相等、极性相反的射频电源。如式1所示：
Φ1(t)＝+(U+Vcosωt)
Φ2(t)＝-(U+Vcosωt)
上式中U代表直流电压值、V代表交流电压值、ω＝2πf为射频电源的角频率、f为射频电源的频率值。
上述四极杆系统在射频电源的作用下，在由四根电极所围成的区域内，产生以四极场为主，并含有一定直流电场成分的电场分布。
当不同质荷比的离子通过四根电极所围成的中心区域时，在上述电场的作用下，会有不同的运动轨迹。有的可以通过此区域并被后续的离子探测器检测到，有的将与电极杆发生碰撞而消失掉。在实际应用中，通过有规律地变化加在四极杆电极上的交流和直流电压值，让不同质荷比的离子依次通过四极杆电极系统而被逐一探测到，记录并打印出所得到的离子信号，即为所需要的质谱分析图。
传统的四极质谱理论认为，四根杆形电极所产生的电场应尽可能接近纯的四极场。否则会破坏四极质谱的质量分辨能力。从理论上讲，这就要求四个杆型电极的机械加工和组装都具有很高的精度。因此，四极质谱仪的生产加工难度大为增加，其造价也很昂贵。
(三)发明内容
本实用发明的目的在于提供一种容易制造、生产和使用成本低的阶梯电极四棱台形四级质量分析器。
本发明的目的是这样实现的：它包括四个电极，四个电极合围成一个空间区域，所述的电极的形状为梯形、梯形电极上带有阶梯状凸棱，四个电极两两以梯形的一个斜边相邻合围成一个四棱台型空间区域。
本发明还可以包括这样一些结构特征：
1、所述的电极上的每一层阶梯状凸棱的形状都是梯形；
2、所述的四个电极的几何形状完全相同，四个电极合围成一个空间区域的截面是长方形截面；
3、所述的四个电极的两个相对的电极的几何形状相同，相邻的两个电极的几何形状不相同，四个电极合围成一个空间区域的截面是长方形截面。
本发明由四个梯形、带有阶梯状凸棱的电极以两两以梯形的一个斜边相邻，最后形成阶梯电极四棱台形四级质量分析器。当此阶梯电极四棱台形四级质量分析器工作时，当台形当此四菱台型离子质量分析器工作时，其相对立的两个电极分别联接在一起，形成两个输出端。这两个输出端上分别加载一幅度相等、极性相反的射频电源。在此射频电源的作用下，在四菱台型的中心区域将形成以四极电场为主的电场分布，即产生四极质谱的工作电场。当用此四菱台型离子质量分析器作离子质量分析时，可以按事先设定好的方法扫描射频电源中的交流和直流电压成分，因此在中心区域内形成可变得电场分布，当离子通过此电场区域时，在某种电场分布情况下，有的离子可以稳定通过，而其他离子则由于不稳定而无法通过此区域。记录下通过的离子信号与射频电压的关系，即为所需要的质谱图。
图4为本发明的基本原理图。其中上下两个梯型电极21和23连接在一起形成一个输出端47，左右两个梯形电极22和24连接在一起形成另一个输出端46。两个输出端46和47上分别加载具有以下形似的射频电源：
Φ1(t)＝+(U+Vcosωt)
Φ2(t)＝-(U+Vcosωt)
在此电源的作用下，可以在四个梯形电极所围成的四菱台型中心区域产生可以作离子分析用的电场分布。即形成阶梯电极四棱台形四级质量分析器，或称之为阶梯电极四棱台形质谱仪。
本发明给出了一种用四个较为简单的梯形平面电极组成四极质谱的方法，它可以明显降低质谱仪器的制造难度，降低生产和使用成本，使四极质谱仪器获得更广泛的应用。
(四)附图说明
图1是由四根杆型电极所组成的四极杆质谱系统示意图；
图2是本发明的阶梯电极四棱台形四级质量分析器原理图；
图3是一个阶梯形电极的结构示意图；
图4是本发明的阶梯电极四棱台形四级质量分析器接线原理图；
图5是阶梯电极四棱台形四级质量分析器系统示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图2，阶梯电极四棱台形四级质量分析器的组成包括四个电极21、22、23和24，四个电极合围成一个空间区域25。同时结合图3，所述的电极的形状为梯形、梯形电极上带有阶梯状凸棱，即每一个电极由二层阶梯31和32所组成，阶梯的高度为33和34，当然凸棱的数量还可以增加。四个电极两两以梯形的一个斜边相邻合围成一个四棱台型空间区域。电极上的每一层阶梯状凸棱的形状都是梯形。四个电极的几何形状完全相同，四个电极合围成一个空间区域的截面是长方形截面；四个电极的几何形状也可以是不完全相同，即四个电极的两个相对的电极的几何形状相同，相邻的两个电极的几何形状不相同，四个电极合围成一个空间区域的截面是长方形截面。由于电极的几何形状可以根据需要加以设计加工。所以，在质谱电源的作用下，使得在四棱台型质量分析器中心区域内的电场分布也不相同，故具有不同几何形状的四棱台型质量分析器的性能也不尽相同。在实际应用中，可以通过改变阶梯形电极的几何形状来调节质量分析器的性能。
图4为本发明的基本原理图。其中上下两个梯型电极21和23连接在一起形成一个输出端46，左右两个梯形电极22和24连接在一起形成另一个输出端47。两个输出端46和47上分别加载具有以下形似的射频电源：
Φ1(t)＝+(U+Vcosωt)
Φ2(t)＝-(U+Vcosωt)
在此电源的作用下，可以在四个梯形电极所围成的四菱台型中心区域产生可以作离子分析用的电场分布。即形成四菱台型离子质量分析器，或称之为四菱台型质谱仪。
图5是本发明的一个应用实例。它是由离子源51、离子光学系统54、阶梯形电极四棱台型质量分析器56和离子探测器58等各部分组成。由离子源51所产生的离子流52经电极53进入到离子光学系统54中。离子光学系统的作用是对离子的运动方向，运动能量进行调节，对离子束进行聚焦等。以提高离子流的传输效率和为后续的四棱台型质量分析器提高合适运动状态的离子流。经离子光学系统作用后的离子通过电极55后进入四棱台型质量分析器56中进行质量分析。在四棱台型质量分析器中，离子由于受到以四极电场为主的电场作用，它们将会由于质荷比的不同而依次通过四棱台型质量分析器的中心区域，并最终通过后置的电极57到达离子探测器58而被检测到。离子探测器输出的离子电信号经记录，处理后即为所需要的质谱测量结果或质谱图。
一般情况下，离子光学系统、离子质量分析器和离子探测器都必须工作在真空条件下。离子源根据其种类的不同所要求的真空条件也不相同。有的离子源要求工作在真空条件下，如电子轰击电离离子源等。有的离子源也可以工作在大气压条件下，如电喷雾电离离子源等。
Claims (4)
1.一种阶梯电极四棱台形四级质量分析器，它包括四个电极，四个电极合围成一个空间区域，其特征是：所述的电极的形状为梯形、梯形电极上带有阶梯状凸棱，四个电极两两以梯形的一个斜边相邻合围成一个四棱台形空间区域。
2.根据权利要求1所述的阶梯电极四棱台形四级质量分析器，其特征是：所述的电极上的每一层阶梯状凸棱的形状都是梯形。
3.根据权利要求1或2所述的阶梯电极四棱台形四级质量分析器，其特征是：所述的四个电极的几何形状完全相同，四个电极合围成一个空间区域的截面是正方形截面。
4.根据权利要求1或2所述的阶梯电极四棱台形四级质量分析器，其特征是：所述的四个电极的两个相对的电极的几何形状相同，相邻的两个电极的几何形状不相同，四个电极合围成一个空间区域的截面是长方形截面。
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