CN106229251B - 一种非对称四极杆质量分析器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于质量分析仪器技术领域，具体为一种非对称四极杆质量分析器。该非对称四极杆质量分析器由直径不等的四根圆柱形电极组成，其中的一对电极直径较大，另外一对电极直径较小，且这四个圆柱状电极的圆柱面合围成一同心圆。当电极的直径，和所围成的同心圆的直径成一定比例时，此四极电极系统在射频电压的作用下将产生以四极电场为主，其它高阶电场成分为辅的电场分布。此电场分布可以对进入四极电极系统的离子进行束缚和质量分析。与传统的采用四根完全相同的四极杆电极系统相比，本发明采用的四根电极的直径不同，故可以加入一定量的有利于质量分辨能力和离子束缚能力的八极场成分，获得更好的质谱分辨能力和检测灵敏度。

Description

一种非对称四极杆质量分析器
技术领域
本发明属于质量分析仪器技术领域，具体涉及一种离子质量分析的非对称四极杆质量分析器。
背景技术
质谱仪器是一种可以对离子大小和含量进行准确分析的科学仪器，因此它可以获得被分析样品中各种分子的组成。质谱仪器具有高灵敏度，快速检测和高选择性等优点，广泛用于各种化学、生物物质成分的检测。
四极质谱是质谱仪器中的一种，它一般是由四根杆状电极所组成。传统的四极质谱理论是上世纪中叶由Paul 等人提出。在美国专利U.S. Pat. No. 2,939,952 中，发明人给出了使用平行于一个中心轴固定的四根双曲面电极杆，即这四根电极的内表面截面在二维坐标中的分布满足：
其中，r0 为电极所围成的同心圆的半径，即所谓的场半径。
在使用过程中，需要将其中相对称的二个电极杆分别连接在一起，将输出为：
的射频（RF）电压连接到其中的一对电极上，而将输出为：
的射频（RF）电压连接到其中的另外一对电极上，此处U代表直流电压，V代表交流电压，Ω为RF电源的角频率。
根据这个四极质谱理论和方法，此四极杆电极系统的中心区域可以产生接近于纯的四极电场分布，如下式所示：
(1)
此四极杆电极系统的结构及其电源连接方式示意图如图1所示。
由于加工和组装具有高机械精度的四根双曲面电极组成的四极杆质量分析器往往比较复杂，后来人们又发明了由四根完全相同的圆柱形电极所组成的四极杆质量分析器，如图2所示。人们的研究发现 ( 徐福兴，杨凯，王强，赵欣，陈斌，丁传凡, 四极杆电极系统的应用与研究进展, 质谱学报, 2015年36卷6期, 481-492 )，当电极半径与它们所围成的同心圆半径满足一定的关系时，其所产生的电场主要为四极场成分，因此可以具备很好的质量分辨能力。
在美国专利 US6,879,438B2 中，发明人发现，可以应用二组直径不等的圆柱形电极组成四极质量分析系统。他们的发明给出了用二组直径不同的圆柱形电极杆组成的四极质量分析系统，如一组电极杆半径为R1， 另外一组半径为R2， 它们所围成的同心圆的半径为R0。根据它们的发明，当R1=R0时，可以通过改变R2/R1的比例，使得在产生四极电场的同时，还产生一定量的八极电场。它们的理论计算也表明：在产生八极场的同时，还不可避免地产生少量的12极场等高价场成分。
前人的理论研究表明，12阶场成分是导致四极杆质量分析器质量分辨能力下降的主要原因之一，因此应该设法减小。但到目前为止，前人所给出的四极杆质量分析器系统都无法避免十二极场等高阶场的产生。
发明内容
本发明的目的在于给出一种既能提高离子传输效率，又能保证四极杆质量分析器质量分辨能力的四极杆质量分析器的。
本发明提出的四极杆质量分析器，由直径不等的四根圆柱形电极组成，且这四个圆柱状电极的圆柱面合围成一同心圆（即这四个圆柱形电极的圆柱面外切于这个圆，参见图2）。其中，相对的二个电极的直径完全相等，即X方向上的二个电极完全相同，Y方向上的二个电极完全相同。X和Y方向上的二个电极两两相连并分别连接射频电源的正、负输出端。该四极电极系统在射频工作电源的作用下，可以产生以四极场为主的电场分布。
本发明提出的四极杆质量分析器，假定X方向上的一对电极的半径为Rx，Y方向上的一对电极的半径为 Ry，四根电极所围成的同心圆半径为R0。如图3所示。当Rx，Ry，R0满足以下关系时，即Rx/R0=1.200，Ry/R0=1.096时，此四极杆电极系统在射频电源作用下，可以产生如表1所列出的电场分布。进一步的理论计算模拟结果显示，此时四极杆质量分析器可以获得高于2600的质量分辨能力，如图4所示。
表1 Rx/R0=1.200，Ry/R0=1.096时，四极杆电极系统内的电场分布情况
A2 A4 A6 A8 A10
Rx/R0=1.200; Ry/R0=1.096 1.0027 8.865*10-3 2.8700*10-6 3.0647*10-4 -2.4408*10-3
本发明还可以有另外一种四极杆质量分析器的方案，使得四极杆电极系统所产生的电场分布满足高质量分辨能力的条件。其具体条件为：即Rx/R0=1.265，Ry/R0=1.050时，此四极杆电极系统在射频电源作用下，可以产生如表2所列出的电场分布。进一步的理论计算模拟结果显示，此时四极杆质量分析器可以获得高于2000的质量分辨能力，如图5所示。
表2 Rx/R0=1.265，Ry/R0=1.050时，四极杆电极系统内的电场分布情况
A2 A4 A6 A8 A10
Rx/R0=1.265; Ry/R0=1.050 1.0027 1.8180*10-2 2.1900*10-6 6.1855*10-4 -2.4136*10-3
本发明设计的上述非对称四极杆质量分析器，既可以作为质量分析器使用，也可以作为四极离子导引使用。
附图说明
图1为双曲面电极组成的四极杆电极系统的结构及其电源连接方式示意图。
图2为圆柱形电极组成的四极杆电极系统的结构示意图。
图3为本发明给出的由二组直径不等的电极组成的四极杆电极系统的结构示意图。
图4为本发明给出的由二组直径不等的电极组成的四极杆电极系统所得到的质谱图之一。
图5为本发明给出的由二组直径不等的电极组成的四极杆电极系统所得到的质谱图之二。
图6为用本发明所给出次四极杆电极系统所建造的一台简单的四极质谱仪示意图。
具体实施方式
下面通过附图6，进一步说明本发明方法。
图6为用本发明所给出次四极杆电极系统所建造的一台简单的四极质谱仪示意图。由电喷雾电离离子源61、四极杆离子导引62、四极杆离子质量分析器63构成。其中，四极杆离子质量分析器是根据本发明所给出的由二组直径不等的电极所组成，这两组四极杆的相对位置由本发明给出的表1或表2所列参数决定。
在实验过程中，由电喷雾电离产生的样品离子经过四极离子导引的聚集和传输后，进入到四极杆离子质量分析器中。离子在四极杆离子质量分析器中由于受到其中的包含各种成分的电场作用而分离，最终被安置在四极杆离子质量分析器后面的离子探测器64所探测到，最终得到样品的质谱图。

Claims (1)

1.一种非对称四极杆质量分析器，其特征在于，由直径不等的四根圆柱形电极组成，且这四个圆柱状电极的圆柱面合围成一同心圆；其中，相对的二个电极的直径完全相等，即X方向上的二个电极完全相同，Y方向上的二个电极完全相同；X和Y方向上的二个电极两两相连并分别连接射频电源的正、负输出端；
假定X方向上的一对电极的半径为Rx，Y方向上的一对电极的半径为 Ry，四根电极所围成的同心圆半径为R0；Rx，Ry，R0满足以下关系：Rx/R0=1.200，Ry/R0=1.096，此四极杆电极系统在射频电源作用下，产生高阶电场分布分别是四极场A2含量为1.0027；八极场A4含量为8.865×10-3；十二极场A6含量为2.87×10-6；十六极场A8含量为3.0647×10-4；二十极场A10含量为-2.4408×10-3；
或者：
假定X方向上的一对电极的半径为Rx，Y方向上的一对电极的半径为 Ry，四根电极所围成的同心圆半径为R0；Rx，Ry，R0满足以下关系：Rx/R0=1.265，Ry/R0=1.050，此四极杆电极系统在射频电源作用下，产生高阶电场分布分别是四极场A2含量为1.0027；八极场A4含量为1.818×10-2；十二极场A6含量为2.19×10-6；十六极场A8含量为6.1855×10-4；二十极场A10含量为-2.4136×10-3。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103021787A (zh) * 2012-12-04 2013-04-03 复旦大学 一种产生高阶场成份的四极杆电极系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Quadrupole mass filters with octopole fields;Chuanfan Ding, et al;《RAPID COMMUNICATIONS IN MASS SPECTROMETRY》;20031231;第2495-2502页 *
四极杆电极系统的应用与研究进展;徐福兴等;《质谱学报》;20151130;第36卷(第6期);第481-491页 *

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