CN101958218A - 一种简易离子门 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制离子运动的简易离子门，其设有一环形绝缘固定架，固定架上中心环的两侧分别设有若干个相对的圆孔，两根漆包线分别从奇偶数圆孔回旋穿过，固定在固定架中心环上，在中心环内形成一个平行的金属丝平面。本发明结构简单，加工容易，装配简单省时，制造成本低，金属导线间平行度高且均匀，平面度好，控制信号线引出方便，离子的通过效率高，适用于做离子迁移谱和飞行时间质谱中的离子门。

Description

一种简易离子门

技术领域

本发明涉及一种控制离子运动的装置，具体说是一种控制离子运动的简易离子门。

背景技术

离子迁移谱（Ion Mobility Spectrometry, IMS）技术是一门新兴的分析技术，是20世纪70年代首次提出的一种痕量探测技术，主要通过气相离子在电场和漂移气共同作用下发生迁移时的迁移率来表征各种不同的化学物质，以达到对各种物质分析检测的目的。离子迁移谱的工作原理，高压电源所供电压通过串联的电阻使得各个电极环具有一定的电压，通过绝缘环把各个电极环隔开，这样在仪器内部腔体中便形成一定程度上均匀电场。电离源产生的离子在电场力和漂移气的共同作用下进行漂移。而离子门的作用是控制离子以脉冲的方式从电离区域进入漂移电场，好似规定了离子漂移的时间起点，不同离子通过漂移电场到达法拉第盘(杯)的时间不同，实现对物质的分析。所以说离子门是离子迁移谱中一个非常关键的部件。

飞行时间质谱仪(Time Of Flight Mass Spectrometer, TOFMS)与其他质谱仪相比具有灵敏度好、分辨率高、分析速度快、质量检测上限只受离子检测器限制等优点，是当今最有发展前景的质谱仪。基本原理，离子源中产生的不同质荷比的离子经电场加速后，会以不同的速度进入无场漂移管，各种离子的飞行时间与质荷比的平方根成正比，质荷比越小的离子通过漂移管的时间越短，据此实现了离子的分离。其中离子是以离散包的形式引入质谱仪的，这样可以统一飞行的起点，依次测量飞行时间。通过一个脉冲控制的离子门可以使离子只在特定的时间引入漂移管。可见，离子门在飞行时间质谱仪中也发挥着重要的作用。虽然飞行时间质谱仪对离子门的调制频率的要求比离子迁移谱仪高，但便携式飞行时间质谱仪与离子迁移谱对离子门设计尺寸、加工精度等方面的要求可以一致。

离子门是控制离子有效进入漂移管的关键部件，现有的离子门主要有两种类型，Bradbury-Nielson（BN）型和Tyndall型，其中BN型较为常见。BN型离子门最早由Loeb提出，后由Bradbury和Nielson进一步发展，目前广泛的用在离子迁移谱和飞行时间质谱中。BN型离子门由两根相互绝缘的金属丝在同一平面交错排列组成。两根金属丝带有相同电势时，垂直穿过的离子可以不受影响的通过，即是离子门打开状态；当两根金属丝被施加不同的电压时，垂直穿过的离子受到径向电场的作用，运动轨迹发生偏转，如果偏转角度一定大时，离子将撞到仪器腔体上、湮灭，而无法到达仪器后端的接收检测器，即是离子门关闭状态。对高分辨率飞行时间质谱而言，对离子门的调制频率可达10 MHz，同时为了降低加在金属丝上的偏转电压，目前致力于降低金属丝间隔距离的离子门制作方法的研究较多。1998年，Brock等报道一个在显微镜下手工将镀金的钨丝缠绕在一块被蚀刻有细槽的硅基板上的方法，将相邻金属丝间隔做到了0.16 mm，但这个方法比较费时，需要数天才能完成组装。2001年，Kimmel等发明了一个半手工半机械的制作方法，将相邻金属丝的间隔缩到了0.075 mm，制作一个离子门至少需要三个小时。2007年，Zare教授等提出了离子门的微加工方法，将相邻金属丝间隔缩小到了0.015 mm，但制作条件苛刻，离子门须在净化间里采用深层离子蚀刻技术（Deep Reactive Ion Etching，DRIE）工艺经数天时间制作而成。对离子迁移谱和便携式飞行时间质谱而言，对离子门相邻金属丝间隔要求没那么高。国内，李海洋研究员等发明了一种采用印刷电路板工艺加工离子门的方法，相邻金属丝间隔为0.7～0.9mm。但为了避免相邻金属丝短路必须采用特殊的绕丝方式。可见现有的离子门加工复杂、成本高、装配耗时长、对装配人员和装配工具要求高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种构造简单，加工成本低、装配简单，装配效率高的简易离子门。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种简易离子门，其特征是：其设有一环形绝缘固定架，固定架上中心环的两侧分别设有若干个圆孔，两根漆包线分别从奇偶数圆孔回旋穿过，固定在固定架中心环上，在中心环内形成一个金属丝平面。

本发明所说的固定架上的圆孔在中心环两侧两两相对，圆孔的直径略大于使用的漆包线的直径。所说的固定架上的圆孔间距均匀，所有圆孔位于同一平面上，该平面与固定架平面平行。

本发明所说的中心环内漆包线之间相互平行且等距。所说的两根漆包线在中心环两侧交汇处通过绝缘漆相互绝缘，中心环内的漆包线通过脱漆剂溶解去除其上的绝缘漆，形成平行金属丝。

本发明所说的固定架上的圆孔两侧设有螺纹孔，其内通过螺丝安装固定漆包线和信号接入线。

本发明在环形绝缘固定架上采用两根漆包线分别从奇偶数圆孔回旋穿过，在中心环形成一个金属丝平面。对照现有技术，其结构简单、成本低、装配简单省时，制作的离子门金属导线间平行度高且均匀，平面度好，奇偶数线之间绝缘效果好，控制信号线引出方便，可用于离子迁移谱仪和飞行时间质谱仪。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步描述。

图1是本发明的组成结构示意图。

图2为图1的a局部放大图。

图3为图1的A-A剖视图。

图中的标号是1.固定架，2.圆孔，3.漆包线，4.漆包线，5.螺纹孔。

具体实施方式

从图1、图2、图3中可以看出，一种简易离子门，其设有一环形绝缘固定架1，固定架1选用聚醚醚酮（PEEK）作为固定架材料，PEEK具有良好的机械加工性能，适用温度高，而且可以在真空中使用。本发明固定架1上中心环的两侧分别设有若干个圆孔2，圆孔2直径为0.15毫米，间距为1.0毫米。所说的固定架1上的圆孔2在中心环两侧两两相对，圆孔2的直径略大于使用的漆包线的直径。圆孔2在固定架1的侧面线性均匀排列，圆孔间距均匀，所有圆孔2位于同一平面上，该平面与固定架1平面平行。

本发明两根0.1毫米直径的漆包线3、4分别从奇偶数圆孔回旋穿过，具体是漆包线3从中心环两侧的奇数圆孔蛇形回旋穿过，漆包线4从中心环两侧的偶数圆孔蛇形回旋穿过，这样，漆包线3、4固定在固定架1中心环上，在中心环内形成一个平面。中心环内漆包线之间相互平行且等距。

本发明所说的固定架1上的圆孔2两侧设有螺纹孔5，其内通过螺丝安装固定漆包线和信号接入线。漆包线3、4一端分别固定在中心环两侧的一螺纹孔5上，然后分别从奇偶数圆孔2来回穿过，最后分别用螺丝固定在圆孔另一端的螺纹孔5上，并且分别连接信号线。

本发明绕制好的离子门，两根漆包线3、4在中心环两侧交汇处通过绝缘漆相互绝缘，如图2所示。中心环内的平行漆包线通过脱漆剂溶解去除其上的绝缘漆，漆包线露出金属丝，形成平行金属丝，以保证表面为导体，防止电荷积累。

本发明的离子门属于Bradbury-Nielsen型，当离子门相邻金属丝电压相同时，离子可以毫无影响的穿过离子门进入迁移管；当离子门相邻金属丝电压不同时，离子会在纵向电场力作用下发生路径的偏转，撞到金属丝或电极环上而中和成中性分子。本发明当离子门关闭时，一根金属丝的电压保持在V₀+ΔV，另一根保持在V₀-ΔV，V₀是离子门所在平面在漂移场中的电压值，而ΔV是偏转电压，在离子门确定的情况下，电压值由所需的偏转角度和离子的动能决定。当离子门开启时，两根金属丝设有相同的电压值V₀。

本发明结构简单、成本低、装配简单省时，制作的离子门金属导线间平行度高且均匀，平面度好，奇偶数线之间绝缘效果好，控制信号线引出方便，可用于离子迁移谱仪和飞行时间质谱仪。

Claims (6)

1.一种简易离子门，其特征是：其设有一环形绝缘固定架，固定架上中心环的两侧分别设有若干个圆孔，两根漆包线分别从奇偶数圆孔回旋穿过，固定在固定架中心环上，在中心环内形成一个金属丝平面。

2.根据权利要求1所述的简易离子门，其特征是：所说的固定架上的圆孔在中心环两侧两两相对，圆孔的直径略大于使用的漆包线的直径。

3.根据权利要求1所述的简易离子门，其特征是：所说的固定架上的圆孔间距均匀，所有圆孔位于同一平面上，该平面与固定架平面平行。 

4.根据权利要求1所述的简易离子门，其特征是：所说的中心环内漆包线之间相互平行且等距。

5.根据权利要求1所述的简易离子门，其特征是：所说的两根漆包线在中心环两侧交汇处通过绝缘漆相互绝缘，中心环内的漆包线通过脱漆剂溶解去除其上的绝缘漆，形成平行金属丝。

6.根据权利要求1所述的简易离子门，其特征是：所说的固定架上的圆孔两侧设有螺纹孔，其内通过螺丝安装固定漆包线和信号接入线。

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