CN106653555A - 离子传输聚焦及筛选装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子传输聚焦及筛选装置。该装置包括：垂直于离子传输方向上由第一阵列单元和第二阵列单元构成的叠环电极阵列，为所述第一阵列单元和第二阵列单元供电的供电装置，连接装置，包括底座以及设置在所述底座上用于固定所述叠环电极阵列的陶瓷板。本发明结合了叠环离子聚焦以及离子冷却传输的优势，能够十分有效提高离子传输过程中的离子聚焦及去溶效果，降低离子传输过程中的损失，同时还可以作为离子筛选装置使用。

Description

离子传输聚焦及筛选装置

技术领域

本发明涉及离子质谱领域，特别涉及离子传输聚焦、筛选装置。

背景技术

复杂生物样品中，诸多低丰度物质携带大量疾病生物标记物，因此也成为了近年来生物、化学等领域的关注热点。质谱、色谱、离子迁移谱等分离分析技术联用，也成为了目前复杂样品中低丰度组分奋力分析的最有力手段，质谱技术的高灵敏度、高分辨率起到了至关重要的作用。然而，这三类技术间，存在一个根本问题就是，色谱技术主要在大气压或高于大气压的压力区间工作，质谱技术主要应用于高真空条件下，而离子迁移谱技术主要应用于低真空条件下。三者存在着工作压力区间差异的屏障，自然使得联用中分析传质过程受限，这也是目前这类联用技术离子损失最为严重之处。除此之外，以液相色谱质谱联用技术为例，目前应用最为广泛的接口，大多继承或是衍生自1984年John Fenn发明的电喷雾离子源技术(ESI)，所产生离子以96°角状喷射向质谱真空接口，而质谱针孔接口为了质谱内部的真空，必须保持很小的入口面积，致使超过90％的离子损失于真空界面。

为解决离子传输过程中的传质损失，大多数商品化仪器都使用了一系列离子导向，中性离子筛分技术，例如将离子源直接置于真空腔内。尽管这样离子真空界面得意避免，但不可避免的引入了大量的中性离子，及时很多仪器在后端还连接了离子聚焦装置，如“离子漏斗”，但同样难以避免大量中性离子所产生的噪声干扰。若将多极杆技术与“离子漏斗”技术联用，虽然能一定程度上提高离子传输效率，但由于传输距离较长，又造成了更多的离子损失。

鉴于上述缺陷，本发明通过研究创新，意在设计开发一种能够有效解决离子传质及传输过程中，大量离子损失且中性离子干扰的问题。能够起到高效离子传输聚焦，且筛分离子的作用，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种传输效率高、聚焦性能好，同时能起到一定离子筛分作用的离子传输聚焦及筛选装置。

本发明提供的一种离子传输聚焦及筛选装置，所述离子传输聚焦及筛选装置包括：

叠环电极阵列，垂直于离子传输方向上，所述叠环电极阵列由第一阵列单元和第二阵列单元构成，所述第一阵列单元包括一层极板或两层以上内径相同的极板，所述第二阵列单元包括内径依次递减的至少两层极板；所述每层电极包括第一极片组和第二极片组，所述第一极片组和第二极片组间隔设置，所述第一极片组以及第二极片组包括至少两个极片。

供电装置，所述供电装置为所述第一阵列单元和第二阵列单元供电，沿离子传输方向每层极板上施加依次递减的直流电压作为离子水平势能，同时，提供施加于轴向相邻极板间的轴向RF射频电压，且相邻极板所带电性相反；还提供施加于所述极板内的所述第一极片组和第二极片组的组间RF射频电压，且第一极片组和第二极片组的组间RF射频电压所带电性相反；

连接装置，包括底座以及设置在所述底座上用于固定所述极板的绝缘材料板。

本发明中，所述第一极片组以及第二极片组包括至少均匀分布的三个极片。

本发明中，所述第一极片组以及第二极片组对包括四个镜面对称放置且相同的极片。

本发明中，所述极片为印刷线路板或不锈钢板。

本发明中，所述极板为圆环，其内径尺寸范围为0.1mm～5cm。

本发明中，所述第一极片组以及第二极片组分别由两个相同的四分之一圆环构成。

本发明中，所述供电装置采用印刷线路板焊接电阻组和电容组连接。

本发明中，所述轴向RF射频电压及组间RF射频电压为5V～3KV，频率为100KHz～10MHz。

本发明中，所述直流电压为30V～3KV。

本发明中，所述每层极板的第一极片组和第二极片组以层为单位固定于所述绝缘材料板上。

本发明中，所述第二阵列单元内径减小规则遵循抛物线规律。

本发明所述的离子传输聚焦及离子筛选装置的工作方法如下：

在所述叠环电极阵列，沿离子传输方向施加依次递减的直流电压，作为离子水平动能；同时，叠环极板内，极片间的RF射频电压，可以形成多极杆离子传输作用，还可通过电压调节，将射频场频率调节在目标离子的Mathieu’s不稳定边界值附近，起到离子筛选作用；极板间射频电压，利用非均匀射频场把离子约束在轴线附近振荡，进一步冷却聚焦离子。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1、结合多极杆离子传输技术和非均匀射频场技术，有效提高离子传输和聚焦效率；

2、利用射频场调节可以筛选离子，有效降低噪声干扰；

3、设计简单，整合技术，节省空间，并且可根据具体需要调节尺寸及连接方法。

附图说明

图1是本发明实施例的离子传输聚焦及离子筛选装置示意图。

图2是本发明实施例的叠环电极阵列内部示意图。

图3是本发明实施例的离子传输聚焦及离子筛选装置剖面图。

图4是本发明第一极片组和第二极片组的一种结构示意图。

图5是本发明第一极片组和第二极片组的另一种结构示意图。

图6是本发明第一极片组和第二极片组的又一种结构示意图。

图7是本发明第一阵列单元和第二阵列单元结构示意图。

元件标号说明

叠环电极阵列 1

极板 11

第一极片组 111

第二极片组 112

供电装置 2

连接装置 3

底座 31

绝缘板 32

具体实施方式

以下说明详细描述了本发明的可实施方式以及指导本领域技术人员如何实现本发明的再现。为了指导本发明的技术方案，已简化或省略的一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变形或将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变形。由此，本发明并不局限于下属可选实施方式，而仅有权利要求和他们的等同物限定。

本发明提供的离子传输聚焦及筛选装置包括：叠环电极阵列，垂直于离子传输方向上，所述叠环电极阵列由第一阵列单元和第二阵列单元构成，所述第一阵列单元包括一层极板或两层以上内径相同的极板，所述第二阵列单元包括内径依次递减的至少两层极板；所述每层电极包括第一极片组和第二极片组，所述第一极片组和第二极片组间隔设置，所述第一极片组以及第二极片组包括至少两个极片。

供电装置，所述供电装置为所述第一阵列单元和第二阵列单元供电，沿离子传输方向每层极板上施加依次递减的直流电压作为离子水平势能，同时，提供施加于轴向相邻极板间的轴向RF射频电压，且相邻极板所带电性相反；还提供施加于所述极板内的所述第一极片组和第二极片组的组间RF射频电压，且第一极片组和第二极片组的组间RF射频电压所带电性相反；

连接装置，包括底座以及设置在所述底座上用于固定所述极板的陶瓷板或其它耐高压绝缘材料(如聚醚醚酮、聚四氟乙烯等)板上。

本发明中，所述第一极片组第二极片组为印刷线路板或不锈钢板。所述极板为圆环，其内径尺寸范围为0.1mm～5cm。所述第一极片组组以及第二极片组分别由两个相同的四分之一圆环构成。

本发明中，所述供电装置采用印刷线路板焊接电阻组和电容组连接。所述轴向RF射频电压及组间RF射频电压为5V～3KV，频率为100KHz～10MHz。所述直流电压为30V～3KV。

本发明中，所述第一极片组以及第二极片组固定于所述陶瓷板上。所述第二阵列单元内径减小规则遵循抛物线规律。

具体的，请参阅图1至图3所示，本发明离子传输聚焦及筛选装置包括：

叠环电极阵列1，垂直于离子传输方向上，本实施例中，该叠环电极阵列由22块极板11组成，每块极板上包括第一极片组111和第二极片组112至由2对极片2组成，所述极片对对称放置且完全相同。本发明中，如图5和图6所示，所述极片组也可以包括间隔设置的三个或四个极片。其中，带斜杠的极片施加正RF，空白的极片施加负RF。

供电装置2，为所述叠环电极阵列1供电，共提供三部分电压，包括：轴向RF射频电压，施加于轴向相邻极板间，且相邻极板所带电性相反；组间RF射频电压，施加于上述极板内的相邻极片间，且相邻极片所带电性相反；即所述极板内的第一极片组111和第二极片组112的组间RF射频电压所带电性相反；如图4所示，其中，带斜杠的极片施加正RF，空白的极片施加负RF。轴向直流电压，施加于叠环电极阵列1间，沿离子传输方向极板间电压依次递减，极板内极片对电压相同。

连接装置3，包括底座31以及设置在所述底座上用于固定所述极板11的陶瓷板32。本实施例中所述陶瓷板和极片通过8根直杆支撑，螺纹连接前后器件。

如图3所示，所述叠环电极阵列内径尺寸由两部分构成，第一部分为线性部分，即叠环极板内径相同，此部分叠环极板数量为12片；第二部分为曲线部分，即叠环极板内径沿离子传输方向依次减小，具体减小遵守抛物线规则，叠环极板间距离为1mm，叠环极板数量为10；

射频电压可根据具体需要自由调节，从而起到离子传输或离子筛选作用。

叠环电极阵列每块极板内径尺寸为0.5mm～10mm。叠环电极阵列每块极板外径为18mm。极片材料可选用任何导电材料为锈钢板。每对极片形状完全相同，且镜面对称放置。极片形状为四分之一圆环。

具体的，请参照图7和下表所示，本实施例中，选取20层结构的极板构成叠环电极阵列。(图7仅为部分示意图，未画出全部极片)其中，第一层至第10层，开孔的半径x满足抛物线方程：y＝0.541x2-0.034。其中，y为轴向每一层到第一层的距离；系数0.541和-0.034，为计算所得。计算时，固定第一层开孔直径为0.5mm，第10层开孔直径为10mm，由第一层开始，层间距为1.5mm。计算得到抛物线方程后，即可算出第2层至第9层开孔尺寸，见表格。从第11层至第22层，开孔尺寸与第10层相同，均为10mm。

每一层之间的直流电位，由等值的串联电阻分压所得，第一层施加直流电位12V，第22层施加直流电位75V。由此亦可得知每一层直流电位情况，见表格。

供电部分为印刷线路板焊接电阻组及电容组后连接到叠环电极阵列，并连接电源从而实现供电效果。轴向RF射频电压及组间RF射频电压为1KV，频率为10KHz。轴向直流电压位1.5KV。

在叠环电极阵列上，沿离子传输方向施加依次递减的直流电压，作为离子水平动能；同时，叠环电极阵列内，极板间的RF射频电压，可以形成多极杆离子传输作用，还可通过电压调节，将射频场频率调节在目标离子的Mathieu’s不稳定边界值附近，起到离子筛选作用；极板间射频电压，利用非均匀射频场把离子约束在轴线附近振荡，进一步冷却聚焦离子。

所述射频RF电压可结合多极杆离子传输效果及非均匀射频场把离子约束在轴线附近振荡，从而传输聚焦离子，也可调节射频场频率在目标离子的Mathieu’s不稳定边界值，起到极杆滤质器的作用，有效筛选目标离子。

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 (11)

1.一种离子传输聚焦及筛选装置，其特征在于：所述离子传输聚焦及筛选装置包括：

叠环电极阵列，垂直于离子传输方向上，所述叠环电极阵列由第一阵列单元和第二阵列单元构成，所述第一阵列单元包括一层极板或两层以上内径相同的极板，所述第二阵列单元包括内径依次递减的至少两层极板；所述每层电极包括第一极片组和第二极片组，所述第一极片组和第二极片组间隔设置，所述第一极片组以及第二极片组包括至少两个极片。

供电装置，所述供电装置为所述第一阵列单元和第二阵列单元供电，沿离子传输方向每层极板上施加依次递减的直流电压作为离子水平势能，同时，提供施加于轴向相邻极板间的轴向RF射频电压，且相邻极板所带电性相反；还提供施加于所述极板内的所述第一极片组和第二极片组的组间RF射频电压，且第一极片组和第二极片组的组间RF射频电压所带电性相反；

连接装置，包括底座以及设置在所述底座上用于固定所述极板的绝缘材料板。

2.根据权利要求1所述的离子传输聚焦及筛选装置，其特征在于：所述第一极片组以及第二极片组包括至少均匀分布的三个极片。

3.根据权利要求1所述的离子传输聚焦及筛选装置，其特征在于：所述第一极片组以及第二极片组对包括四个镜面对称放置且相同的极片。

4.根据权利要求1所述的离子传输聚焦及筛选装置，其特征在于：所述极片为印刷线路板或不锈钢板。

5.根据权利要求1所述离子传输聚焦及筛选装置，其特征在于：所述极板为圆环，其内径尺寸范围为0.1mm～5cm。

6.根据权利要求1所述离子传输聚焦及筛选装置，其特征在于：所述第一极片组以及第二极片组分别由两个相同的四分之一圆环构成。

7.根据权利要求1所述的离子传输聚焦及筛选装置，其特征在于：所述供电装置采用印刷线路板焊接电阻组和电容组连接。

8.根据权利要求1所述的离子传输聚焦及筛选装置，其特征在于：所述轴向RF射频电压及组间RF射频电压为5V～3KV，频率为100KHz～10MHz。

9.根据权利要求1所述的离子传输聚焦及筛选装置，其特征在于：所述直流电压为30V～3KV。

10.根据权利要求1所述的离子传输聚焦及筛选装置，其特征在于：所述每层极板的第一极片组和第二极片组以层为单位固定于所述绝缘材料板上。

11.根据权利要求1所述的离子传输聚焦及筛选装置，其特征在于：所述第二阵列单元内径减小规则遵循抛物线规律。