CN109904055B - 一种锥形多级杆离子聚焦传输部件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了锥形多级杆离子聚焦传输部件，包括多根围绕中轴线成中心对称分布且形成内部具有开放式腔室的锥形空间结构的锥形导电杆，支撑座，锥形空间结构的两端形成入口和出口，入口口径大于出口口径；支撑座包括固定件、第一导电极板和第二导电极板，锥形导电杆与第一导电极板和第二导电极板形成开放式腔室内部高频电场和轴向梯度电场的依次联结，第一导电极板和第二导电极板固定安装在所述固定件上，多根锥形导电杆固定联结在固定件的中空孔内侧，第一导电极板和第二导电极板联结外部电源；本发明可以简化结构，降低成本，更能提高离子聚焦能力，提升最终的检测灵敏度，能够进一步缩小该部件的体积，为设备的小型化提供了更充足的准备。
Description
技术领域
本发明涉及离子聚焦传输领域，尤其是一种基于锥形多级杆离子聚焦传输部件。
背景技术
质谱仪是一种用于检测物质化学成分的高灵敏度、高分辨率的仪器，它首先将样品转换成气态离子，然后通过电场将离子按照质荷比（m/z）的大小进行分离，再测量出离子的强度形成质谱图，根据质谱图可以定性或定量的得到物质的化学成分。
用于由质谱分析法分析的分析物离子可以由各种离子化系统中的任何系统来产生。例如，AP-MALDI、APPI、ESI、APCI和ICP系统可以被用在质谱分析系统中来产生离子。这些系统中的许多在大气压或接近大气压下（760Torr）产生离子。在产生离子之后，分析物离子必须被引入或采样到质谱中。通常，质谱仪的分析器部分被保持在从10-4Torr到10-8Torr的高真空水平。实践中，对离子进行采样包括将分析物离子以精细限定的离子束的形式从离子源经由一个或多个中间真空室传输到高真空质谱仪室。中间真空室的每个都保持在前后室之间的真空水平。因此，其中分析物离子以阶梯的方式从与离子形成相关联的压力水平过渡到质谱仪的压力水平。在大部分应用中，期望将离子在没有显著的离子损失的状态下传输通过质谱仪系统的各种室中的每一者。通常在MS系统中使用离子引导来使得离子沿着限定的方向移动。
目前市场上离子传输产品是均匀直径的六级杆，而且6根六级杆内切圆构成的入口直径和出口直径是一样的。六级杆施加射频电场和轴向梯度电场后，离子会聚焦在六级杆内部，然后从入口进入到出口，由于离子源是在真空外面的大气压中，离子和中性气体一起被真空和大气压的压力差驱动，通过一个很小的窄孔进入，孔径扩大，可以进入真空的离子量和中性气体的总量会增加，但是需要的更大抽速的真空泵，才能维持分离，检测离子必须的本底真空。而且相应地，六级杆的内切圆需要更大，才能使大部分离子，经过小孔急速膨胀后，进入六级杆内，受到交流电场的约束，然后聚焦。但是六级杆内切园圆直径大了以后，出口处的聚焦效果变差，会导致更多的离子出了六级杆后，发散，损失了，难以进入下级离子光路中，因此需要寻找一种既能在入口处获得更多的数量的待检测离子，又能在出口处获得更好的聚焦离子，同时也可以得到更好的检测背景以获得更高灵敏度的方式和方法。
发明内容
有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，本发明提供了一种锥形多级杆离子聚焦传输部件，包括多根锥形导电杆，支撑座，多根所述锥形导电杆围绕中轴线成中心对称分布且形成内部具有开放式腔室的锥形空间结构，所述锥形空间结构的两端形成入口和出口，所述入口口径大于所述出口口径；所述支撑座包括固定件、第一导电极板和第二导电极板，所述锥形导电杆与所述第一导电极板和所述第二导电极板形成所述开放式腔室内部高频电场和轴向梯度电场的依次联结，所述第一导电极板和所述第二导电极板固定安装在所述固定件上，多根所述锥形导电杆固定联结在所述固定件的中空孔内侧，所述第一导电极板和所述第二导电极板联结外部电源。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，由于离子束入口和离子束出口的口径相同，导致无法同时满足以较低的成本或简单的方法达到既能不去增加整体设备的成本和复杂度，同时又能提升聚焦能力的问题；而本发明公开的锥形多级杆离子聚焦传输部件，通过采用具有离子束入口口径大于离子束出口口径的锥形多级杆离子聚焦传输部件，可以使得机构制作简易方便，同时也可以降低一定的成本，更能提高离子聚焦能力，提升最终的检测灵敏度，同时由于采用的锥形杆件结构，也意味着锥形杆件的顶端可以在理论上做到无限小，这进一步可以缩小锥形空间结构的出口尺寸，解决了一般圆柱型杆件难以进一步缩小出口尺寸，此结构可以进一步提升离子聚焦能力，进一步提升最终的检测灵敏度，而锥形结构相比一般结构，如圆柱型杆件，提升内部场强，这又明显的提升的检测的灵敏度；锥形空间结构还能改善对离子束的提纯效果，清除了离子束中绝大部分的中性分子，提高了离子化效率，减少了离子源对质谱分析器的污染，降低检测背景，可以大大提升检测的灵敏度，采用此结构，可以形成成本低廉、结构简单、灵敏度更高的离子检测设备，此结构比起一般的锥形空间结构，能够进一步缩小该部件的体积，为设备的小型化提供了更充足的准备。
离子源是在真空外面的大气压中，离子和中性气体一起被真空和大气压的压力差驱动，通过一个很小的窄孔进入锥形空间结构，锥形杆本体施加射频电场和轴向梯度电场后，离子会聚焦在多级杆内部，从入口进入到出口，一方面多级杆入口口径大，可以使更多的离子，经过小孔急速膨胀后，进入多级杆内，受到交流电场的约束，然后聚焦；另一方面由于采用的锥形空间结构和锥形杆件，不仅能使锥形空间结构的场强进一步增加，而且可以使出口尺寸进一步减小，这又增强了离子聚焦性能，同时，由于出口尺寸的进一步减小，还可以进一步降低检测的背景，提升检测的整体灵敏度。
另外，根据本发明公开的一种锥形多级杆离子聚焦传输部件还具有如下附加技术特征：
进一步地，所述锥形导电杆为锥形金属杆件或外部具有导电涂层的锥形杆件或者内部具有导电部件的锥形杆件。
进一步地，其特征在于，所述导电杆件4或6或8根。
进一步地，所述锥形导电杆位于所述入口处的端面具有围绕所述中轴线中心对称分布的第一端面，所述第一端面与所述端面在靠近中轴线一侧形成相对斜面较小的第二端面。锥形导电杆下端的端面如果较大的话，则此端面电荷聚集较多，会对离子的进入产生一定的阻碍作用，因此将此处靠近中轴线的端面尽可能减小，可以大大减少端面电荷对进入离子的排斥作用，由此可以使更多的离子进入锥形空间结构内部，使得最终检测的结果更加精准，所述第一端面具体面积可根据具体经验数据进行调节，同时所述锥形导电杆为一体成型，即为保证足够的精密程度，需要同根材料制成。
进一步地，所述空间对称结构的锥度小于等于30度且大于0度。即便所述锥度为0，由于导电杆的结构为锥形结构，同样会对相应的技术效果产生一定的影响。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2 是图1中的锥形导电杆的示意图。
图3是图2中局部放大示意图。
其中，1锥形空间结构，2锥形导电杆，3支撑座（固定件），31第一导电极板，32第二导电极板，11入口，12出口，21第一端面，22第二端面。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“联接”、“连通”、“相连”、“连接”、“配合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；“配合”可以是面与面的配合，也可以是点与面或线与面的配合，也包括孔轴的配合，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的发明构思如下，提供一种锥形多级杆离子聚焦传输部件，通过采用具有离子束入口口径大于离子束出口口径的锥形多级杆离子聚焦传输部件，不仅能够进一步对进入离子束进行聚焦以及大大减小该部件的体积进而大大降低整体设备的体积，同时由于采用锥形结构件，也进一步增强内部场强，更加增强了腔内离子束的聚焦性能，同时可以进一步减小出口口径，更加便于离子束的传输；本发明还改善了对离子束的提纯效果，清除了离子束中绝大部分的中性分子，提高了离子化效率，减少了离子源对质谱分析器的污染，提升检测灵敏度。
如图所示，根据本发明的实施例，所述一种锥形多级杆离子聚焦传输部件，包括多根锥形导电杆，支撑座，多根所述锥形导电杆围绕中轴线成中心对称分布且形成内部具有开放式腔室的锥形空间结构，所述锥形空间结构的两端形成入口和出口，所述入口口径大于所述出口口径；所述支撑座包括固定件、第一导电极板和第二导电极板，所述锥形导电杆与所述第一导电极板和所述第二导电极板形成所述开放式腔室内部高频电场和轴向梯度电场的依次联结，所述第一导电极板和所述第二导电极板固定安装在所述固定件上，多根所述锥形导电杆固定联结在所述固定件的中空孔内侧，所述第一导电极板和所述第二导电极板联结外部电源。
另外，根据本发明公开的一种锥形多级杆离子聚焦传输部件的还具有如下附加技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述锥形导电杆为锥形金属杆件或外部具有导电涂层的锥形杆件或者内部具有导电部件的锥形杆件。
根据本发明的一些实施例，其特征在于，所述导电杆件4或6或8根。
根据本发明的一些实施例，如图1-3所示，所述锥形导电杆位于所述入口处的端面具有围绕所述中轴线中心对称分布的第一端面21，所述第一端面与所述端面在靠近中轴线一侧形成相对斜面较小的第二端面22。锥形导电杆下端的端面如果较大的话，则此端面电荷聚集较多，会对离子的进入产生一定的阻碍作用，因此将此处靠近中轴线的端面尽可能减小，可以大大减少端面电荷对进入离子的排斥作用，由此可以使更多的离子进入锥形空间结构内部，使得最终检测的结果更加精准，所述第一端面具体面积可根据具体经验数据进行调节，同时所述锥形导电杆为一体成型，即为保证足够的精密程度，需要同根材料制成。
根据本发明的一些实施例，所述空间对称结构的锥度小于等于30度且大于0度。即便所述锥度为0，由于导电杆的结构为锥形结构，同样会对相应的技术效果产生一定的影响。
任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中；在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例；而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内；具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神；除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种锥形多级杆离子聚焦传输部件，包括多根锥形导电杆，支撑座，多根所述锥形导电杆围绕中轴线成中心对称分布且形成内部具有开放式腔室的锥形空间结构，所述锥形空间结构的两端形成入口和出口，所述入口口径大于所述出口口径；所述支撑座包括固定件、第一导电极板和第二导电极板，所述锥形导电杆与所述第一导电极板和所述第二导电极板形成所述开放式腔室内部高频电场和轴向梯度电场的依次联结，所述第一导电极板和所述第二导电极板固定安装在所述固定件上，多根所述锥形导电杆固定联结在所述固定件的中空孔内侧，所述第一导电极板和所述第二导电极板联结外部电源；所述锥形导电杆位于所述入口处的端面具有围绕所述中轴线中心对称分布的第一端面，所述端面在靠近中轴线一侧形成与所述第一端面相接且面积小于所述第一端面的第二端面，该第二端面可降低端面电荷对进入离子的排斥作用；
其中，所述锥形导电杆为一体成型结构；所述锥形空间结构的锥度小于等于30度且大于0度。
2.根据权利要求1所述的一种锥形多级杆离子聚焦传输部件，其特征在于，所述锥形导电杆为锥形金属杆件或外部具有导电涂层的锥形杆件或者内部具有导电部件的锥形杆件。
3.根据权利要求1所述的一种锥形多级杆离子聚焦传输部件，其特征在于，所述导电杆件4或6或8根。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |