CN103227095A

CN103227095A - 线性离子阱结构

Info

Publication number: CN103227095A
Application number: CN2012100220233A
Authority: CN
Inventors: 徐国宾; 杨芃原
Original assignee: SHANGHAI HUAZHI BIOTECHNIC CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI HUAZHI BIOTECHNIC CO Ltd
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: CN103227095B

Abstract

本发明提供一种线性离子阱结构，其至少包括：用于连接强射频电压的正极的第一电极；与所述第一电极围合形成离子运行空间且有开口的第二电极，用于连接强射频电压的负极或地；以及贴近所述第二电极外侧设置且有狭缝的第三电极，用于耦合辅助射频电压，其中，所述狭缝相对于所述开口设置。本发明的优点包括：有效增强离子的稳定性，能提高离子的激发分辨力等。

Description

线性离子阱结构

技术领域

本发明质谱分析领域，特别是涉及一种线性离子阱结构。

背景技术

传统的离子阱质量分析器属于旋转对称的双曲面三维离子阱。早期三维离子阱由德国科学家Wolfgang Paul和美国科学家Hans Georg Dehmelt等于1950年代研制并专利化(1989年诺贝尔化学奖)。此时的射频离子阱为三维离子阱，它由两片端盖电极和一个环电极组，可以由数控车床加工而成。由于它具有z轴的旋转对称性，所以称之为三维离子阱。三维离子阱的z轴剖面具有双曲线结构。

1990年代，美国Finnigan公司的Jae Schwartz和Michael Senko以及John Syka等人发展了二维线性离子阱，并取得了一系列的专利。这种离子阱与之前的三维离子阱的区别在于对称性不同，线型离子阱具有两个垂直的对称面，在形式上更接近于“四极杆”的对称性。在加工方面，线型离子阱采用了技术难度较高的曲面磨床，成本增加较多。线型离子阱的垂直于z轴剖面具有双曲线结构。线型离子阱的优势在于，理论完善(与双曲面三维离子阱数学上等同)，离子容量容量大、灵敏度高出三维离子阱10倍(理论上是200倍)。

同一时期(1995年)，加拿大Sciex公司(AB Sciex)的James Hager发展了基于四极杆的线型离子阱技术——QTrap系列线型离子阱。这一技术采用完全商业的四极杆分析器(API3200、API4000和API5000等)，利用输出透镜作为激发电极，施加激励电压。这一技术优点是保留了四极杆原有的强大定性能力，同时新增了多级串级能力，在法规检测领域(环境、食品安全等)具有较高的应用价值。此技术装置不需要具备双曲线结构。

离子阱的电极形状之所以存在简化的可能，是因为离子阱在工作的初始阶段，离子集中在3D离子阱的中心点或者是线型离子阱的中心轴附近，而在这些位置的电场并不完全由电极的形状来决定；更重要的决定因素是电极的对称性。例如，对于三维离子阱(3DIT)它的对称性是Dh，即旋转轴对称和垂直于旋转轴的面对称；圆柱型离子阱(CIT)也具有相同的对称性。那么在中心点的附近微小的距离内，3DIT和CIT具有非常类似的电场；只有远离了中心点后，电极的形状才渐渐显现出来。类似的情况还有双曲面四极杆和圆柱型四极杆、双曲面线型离子阱和平板型离子阱、平板离子阱和台阶离子阱。

如图1所示，现有线性离子阱一般由2组电极组成，包括y方向的2只RF电极、以及x方向的2只ac电极。通常RF电极连接射频发生器的正相位(+RF)，以接入数百kHz至数MHz的0～30kVpp射频电压，ac电极连接射频发生器的反相位(-RF)(或交流接地)，同时通过变压器具有较弱的数kHz至数百kHz的0～100Vpp的辅助射频+/-ac。辅助射频在两个ac电极上具有相反的相位，由此，在四极场中形成偶极激发电场(DIPOLE)，如图2所示。在该线性离子阱中，虽然离子仅能从狭缝射出，但由于不针对狭缝瞄准的激发方式，会导致离子的大量浪费。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种线性离子阱结构，有效减少离子的浪费问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种线性离子阱结构，其至少包括：第一电极，用于连接强射频电压的正极；与所述第一电极围合形成离子运行空间且有开口的第二电极，用于连接强射频电压的负极或地；以及贴近所述第二电极外侧设置且有狭缝的第三电极，用于耦合辅助射频电压，其中，所述狭缝相对于所述开口设置。

优选地，第三电极呈平板状或弯折状。

优选地，第三电极黏贴在第二电极外侧。

优选地，第二电极呈圆柱棒状、双曲面棒状或方形棒状。

优选地，第二电极包括4个分离的子电极。

优选地，第一电极呈圆柱棒状或双曲面棒状。

优选地，第一电极比第二电极粗。

如上所述，本发明的线性离子阱结构，具有以下有益效果：能增强离子的稳定性，提高离子的激发分辨力。

附图说明

图1显示为现有线性离子阱结构示意图。

图2显示为现有线性离子阱结构中形成的偶极激发电场示意图。

图3显示为本发明的一种优选线性离子阱结构示意图。

图4显示为本发明的另一种优选线性离子阱结构示意图。

图5显示为本发明的又一种优选线性离子阱结构示意图。

图6显示为本发明的再一种优选线性离子阱结构示意图。

元件标号说明

1a、1b、1c、1d 线性离子阱结构

11a、11b、11c、11d 第一电极包括的子电极

12a、12b、12c、12d 第二电极包括的子电极

13a、13b、13c、13d 第三电极包括的子电极

121a、121c 开口

131a、131c、131d 狭缝

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图3至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一：

如图3所示，本实施例的线性离子阱结构1a包括第一电极、第二电极及第三电极。

其中，第一电极包括上下2个子电极11a，子电极11a为直径10mm粗圆柱棒状电极，均连接射频电源电压的正极，即接入+RF；第二电极包括左右4个分离的子电极12a，与2个子电极11a围合形成离子运行空间，4个子电极12a均为较细的直径4mm圆柱棒状电极，均连接射频电源电压的负极，即接入-RF，且同侧的2个子电极12a之间有开121a；第三电极包括4个子电极13a，每一个子电极13a贴近一个子电极12a，每一个子电极13a为平板电极，采用0.2mm的不锈钢板，且连接射频电源电压的负极，即接入-RF，同时还通过变压器分别耦合辅助射频电压，即分别接入+ac和-ac。如图3所示，左侧的两个子电极13a耦合入+ac，右侧的两个子电极13a耦合入-ac，且每一侧的2个子电极13a之间的狭缝131a均临近一个开口121a，宽度为1mm。

实施例二：

如图4所示，本实施例的线性离子阱结构1b包括第一电极、第二电极及第三电极。

其中，第一电极包括2个子电极11b，第二电极包括4个分离的子电极12b，第三电极包括4个子电极13b，本实施例中的线性离子阱结构1b与实施例一中的线性离子阱结构1a不同仅在于；4个分离的子电极12b连接地(即GND)，4个子电极13b仅耦合辅助射频电压，即左侧的两个第三电极13b耦合入+ac，右侧的两个第三电极13b耦合入-ac。

实施例三：

如图5所示，本实施例的线性离子阱结构1c包括第一电极、第二电极及第三电极。

其中，第一电极包括上下2个呈双曲面棒状的子电极11c，均连接射频电源电压的正极，即接入+RF；第二电极包括2个有开口121c的双曲面棒状电极12c，与2个子电极11c围合形成离子运行空间，2个双曲面棒状电极12c均连接射频电源电压的负极，即接入-RF；第三电极包括4个子电极13c，每一个子电极13c通过陶瓷等绝缘材料绝缘并黏在双曲面棒状电极12c的一外侧面，每一个子电极13c均为0.5mm的不锈钢板形成的平板电极，均连接射频电源的-RF，同时通过变压器分别耦合辅助射频电压，如图5所示，左侧的两个子电极13c耦合入-ac，右侧的两个子电极13c耦合入+ac，且每一侧的2个子电极13c之间的狭缝131c均临近一个开口121c。

实施例四：

如图6所示，本实施例的线性离子阱结构1d包括第一电极、第二电极及第三电极。

其中，第一电极包括上下2个直径10mm粗圆柱棒状电极11d，均连接射频电源电压的正极，即接入+RF；第二电极包括4个较细的边长为4mm的矩形棒状电极12d，与2个子电极11d围合形成离子运行空间，4个矩形棒状电极12d均连接GND，同侧的矩形棒状电极12d间有开口；第三电极包括4个由弯折了90度的0.2mm的不锈钢板形成的平板电极13d，通过变压器分别耦合辅助射频电压；如图6所示，左侧的两个子电极13d耦合入-ac，右侧的两个子电极13c耦合入+ac，且每一侧的2个子电极13d之间有狭缝131d。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述所示仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，任何设置有分别连接强射频电压的正极的电极、连接强射频电压的负极或地的电极及耦合辅助射频电压的电极的结构，例如，设置4个以上的耦合辅助射频电压的电极，其中，靠近狭缝的电极耦合的辅助射频电压较强，远离狭缝的电极耦合的辅助射频电压较弱等，均包含在本发明的范围内，

上述各实施例中，左右设置有第二电极及第三电极，离子可以从第二电极之间的开口和第三电极的狭缝射出；而且，第三电极设置于第二电极的外侧，可以减小离子激发有效辐射的范围；再有，第二电极接入90％的-RF射频电压或者几乎没有射频(即交流接地)，还具有20％以下甚至不具备辅助射频电压，而第三电极接入50％以-RF射频电压或者几乎为没有射频(即交流接地)，但更重要的是第三电极具有90％以上耦合(变压器)过来的辅助射频电压。

本发明的线性离子阱结构的理论基础是：辅助射频在四极场中将不能形成较强的(线性的)偶极激发电场，其电场激发能力被削弱。离子在靠近中心位置的激发较弱，而越靠近平板电极激发效果越强烈，这将增强离子的稳定性，提高离子的激发分辨力。

综上所述，本发明的线性离子阱结构包括第三电极，由此可将囚禁离子的射频电压-RF与激发离子的辅助射频分开施加于不同的电极之上，并将辅助射频施加在第三电极上(左右相位相反)，而且，第三电极对线性离子阱的影响将局限在狭缝附近，由此可有效增强离子的稳定性，提高离子的激发分辨力。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种线性离子阱结构，其特征在于，所述线性离子阱结构至少包括：

第一电极，用于连接强射频电压的正极；

与所述第一电极围合形成离子运行空间且有开口的第二电极，用于连接强射频电压的负极或地；

贴近所述第二电极外侧设置且有狭缝的第三电极，用于耦合辅助射频电压，其中，所述狭缝相对于所述开口设置。

2.根据权利要求1所述的线性离子阱结构，其特征在于：第三电极呈平板状或弯折状。

3.根据权利要求1或2所述的线性离子阱结构，其特征在于：第三电极黏贴在第二电极外侧。

4.根据权利要求1所述的线性离子阱结构，其特征在于：第二电极呈圆柱棒状、双曲面棒状或方形棒状。

5.根据权利要求1或4所述的线性离子阱结构，其特征在于：第二电极包括4个分离的子电极。

6.根据权利要求1所述的线性离子阱结构，其特征在于：第一电极呈圆柱棒状或双曲面棒状。

7.根据权利要求1或5所述的线性离子阱结构，其特征在于：第一电极比第二电极粗。

8.根据权利要求1或5所述的线性离子阱结构，其特征在于：第一电极包括2子电极。