CN110277302B - 一种离子阱以及提高离子束缚效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子阱以及提高离子束缚效率的方法，包括：在离子阱的金属电极板内沿离子入射的垂直方向开设气体通道，该气体通道与离子阱的离子入射狭缝具有相交之处，使得离子由所述离子入射狭缝入射的同时，横穿所述气体通道而入射到离子阱内；在离子入射阶段，从所述气体通道的一端通入背景气体，使所述气体通道内形成气体流通方向垂直于离子入射方向的气压带，且该气压带的气压高于电极板内外两侧的气压；当离子经所述离子入射狭缝入射时，横穿所述气压带而进入离子阱。离子入射时经过本发明构造的高气压带，与气体碰撞降低动能，可以提高电场对离子的束缚效率。

Description

一种离子阱以及提高离子束缚效率的方法
技术领域
本发明涉及离子阱质谱仪领域，具体涉及一种离子阱以及提高离子束缚效率的方法。
背景技术
离子阱分析器是离子阱质谱仪的核心部件之一。离子阱分析器的工作过程可以分为离子入射、离子冷却(离子束缚)、离子分析、离子清除四个阶段。若离子冷却的时候能够束缚住更多的离子，则在离子分析时可以得到更好的信号强度，从而使得质谱仪有更好的性能。对于使用极少或无样品预处理直接分析复杂样品，或者离子阱分析器，质谱仪的小型化，这都非常重要。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种离子阱以及提高离子束缚效率的方法，通过对离子阱本身的结构进行改进而在离子阱电极板内形成一个高气压带，使得离子经由该高气压带入射到离子阱内，从而减少离子入射动能，以利于电场将离子束缚到电场中心处，达到提高离子束缚效率的目的。
本发明为达上述目的提出以下技术方案：
一种离子阱，包括金属电极板，所述金属电极板上具有离子入射狭缝，在所述金属电极板内沿离子入射的垂直方向开设有气体通道，该气体通道与所述离子入射狭缝具有相交之处，使得离子经由所述离子入射狭缝入射的同时，横穿所述气体通道而入射到离子阱内；并且，当向所述气体通道通入背景气体时，所述气体通道内形成气体流通方向垂直于离子入射方向的气压带。
优选地，所述气体通道被所述离子入射狭缝分割为两段，根据背景气体的通入方向，定义背景气体先经过的一段为前段通道，后经过的一段为后段通道；则，所述后段通道两侧的金属电极板在离子入射狭缝处的端面为倾斜方向相对的斜面，所述斜面使得所述后段通道的气体入口形成开口朝向离子入射狭缝的漏斗状。
优选地，所述气体通道为沿离子入射的垂直方向开设的气体流通狭缝。
一种提高离子束缚效率的方法，包括：在离子阱的金属电极板内沿离子入射的垂直方向开设气体通道，该气体通道与离子阱的离子入射狭缝具有相交之处，使得离子由所述离子入射狭缝入射的同时，横穿所述气体通道而入射到离子阱内；在离子入射阶段，从所述气体通道的一端通入背景气体，使所述气体通道内形成气体流通方向垂直于离子入射方向的气压带；当离子经所述离子入射狭缝入射时，横穿所述气压带而进入离子阱。
本发明所提出的技术方案，在离子入射的垂直方向上构造了一个气压带，该气压带相对于离子阱的真空工作环境而言属于高气压带，因此在离子入射时经过该气压带，该气压带的气体会对离子造成一定程度的阻碍从而降低离子动能，使得离子阱可以更好地将离子束缚于电场中心，提高离子束缚效率，从而在离子分析时可以得到更好的信号强度，有利于质谱仪小型化。在优选的方案中漏斗状结构设计可作为气体收集装置，减少背景气体在经过离子入射狭缝时喷射的影响。
附图说明
图1是本发明一具体实施例提供的圆柱形离子阱结构示意图；
图2是图1所示离子阱的俯视图；
图3是图1所示离子阱提高离子束缚效率的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明。
本发明的具体实施方式提供一种离子阱，以及一种提高离子束缚效率的方法，主要思想是通过在离子阱的金属电极板内构建气体流通空间，并在离子入射时通入背景气体，使离子入射时受到垂直于入射方向的气流阻碍作用而降低自身动能，从而可以在离子冷却阶段将更多的离子束缚到电场中心，提高离子束缚效率。本发明的技术方案适用于目前已知的各种类型和形状的离子阱，比如三维离子阱、线性离子阱、矩形离子阱、环形离子阱或者圆柱离子阱等，其电极板的形状也不作限制，比如双曲线电极、平板电极、圆柱形电极、弧形电极、多边形电极或者其它不规则形状的电极等。只要是在电极板内通入背景气体而形成流通方向与离子入射方向垂直的气压带的方案，均属于本发明的保护范围。本发明不对背景气体是何种气体作出限制，由于离子阱工作时的环境为真空，因此只要通入背景气体，即可构造气压更高的高气压带，以降低离子运动的动能，从而使电场能够更好地束缚更多的离子，提高离子分析的信号强度。
以圆柱形离子阱为例，本发明所提供的可以提高离子束缚效率的离子阱的结构如图1所示，以3/4剖视图进行结构示意。该离子阱包括金属电极板10，金属电极板10上具有离子入射狭缝20；在金属电极板10内沿离子入射的垂直方向设有气体通道30，该气体通道30与所述离子入射狭缝20具有相交之处，使得离子由所述离子入射狭缝20入射的同时，横穿所述气体通道30而入射到离子阱内；并且，当向所述气体通道30通入背景气体时，所述气体通道30内形成气体流通方向D2垂直于离子入射方向D1的气压带。
继续参考图1，气体通道30被所述离子入射狭缝20分割为两段，根据背景气体的通入方向，比如图3中所示的由上至下的气体通入方向(虚线箭头所示)，定义背景气体先经过的一段为前段通道31，后经过的一段为后段通道32；则，所述后段通道32两侧的金属电极板在离子入射狭缝20处的端面为倾斜方向相对的斜面，所述斜面使得所述后段通道的气体入口321形成开口朝向离子入射狭缝的漏斗状，从而：当背景气体从前段通道31往下流动欲经过离子入射狭缝而流入后段通道32时，气体入口321处形成漏斗状的气体收集区，可以一定程度上防止背景气体向电极板的两侧喷射所造成的散射影响。
应当理解的是，假设图3中的背景气体是由下而上流通，则漏斗状的设计应当位于上半段通道两侧的金属电极板上，且漏斗开口朝下。
继续参考图3，离子沿方向D1入射到离子阱的过程中，先经过电极板10外侧的较低气压区，进入离子入射狭缝后，会经过本发明所构造的高气压带，由于气体流通方向垂直于离子入射方向，经过高气压带后离子的动能将减少，而后再进入离子阱内较低气压区，此时由于动能减少，离子阱内的电场可以有效地、高效地将离子束缚到电场中心。
参考图2，本发明中用于形成高气压带的气体通道30例如是开设在离子阱电极板内的狭缝，该狭缝不限于图中所示例的标准圆环形，可以是其它形状的镂空结构。
另外，构造高气压带的气体流通狭缝不限于开设在离子阱的哪个电极板上，只要能够构造出气体流通方向与离子入射方向垂直的高气压带，并让离子入射时经过该高气压带即可。比如，环形离子阱中，既可以是修改端盖电极结构形成气体流通狭缝，也可以是修改环形电极板的结构形成气体流通狭缝。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种离子阱，包括金属电极板(10)，所述金属电极板(10)上具有离子入射狭缝(20)，其特征在于：
在所述金属电极板(10)内沿离子入射的垂直方向设有气体通道(30)，该气体通道(30)与所述离子入射狭缝(20)具有相交之处，使得离子由所述离子入射狭缝(20)入射的同时，横穿所述气体通道(30)而入射到离子阱内；并且，当向所述气体通道(30)通入背景气体时，所述气体通道(30)内形成气体流通方向(D2)垂直于离子入射方向(D1)的气压带；
所述气体通道(30)被所述离子入射狭缝(20)分割为两段，根据背景气体的通入方向，定义背景气体先经过的一段为前段通道(31)，后经过的一段为后段通道(32)；则，所述后段通道(32)两侧的金属电极板在离子入射狭缝(20)处的端面为倾斜方向相对的斜面，所述斜面使得所述后段通道的气体入口(321)形成开口朝向离子入射狭缝的漏斗状。
2.如权利要求1所述的离子阱，其特征在于：所述气体通道(30)为沿离子入射的垂直方向开设的气体流通狭缝。
3.如权利要求1所述的离子阱，其特征在于：其类型包括三维离子阱、线性离子阱、矩形离子阱、环形离子阱或者圆柱离子阱。
4.如权利要求1所述的离子阱，其特征在于：金属电极板的形状包括双曲线电极、平板电极、圆柱形电极、弧形电极或多边形电极。
5.一种提高离子束缚效率的方法，其特征在于，包括：
在离子阱的金属电极板内沿离子入射的垂直方向开设气体通道，该气体通道与离子阱的离子入射狭缝具有相交之处，使得离子由所述离子入射狭缝入射的同时，横穿所述气体通道而入射到离子阱内；
在离子入射阶段，从所述气体通道的一端通入背景气体，使所述气体通道内形成气体流通方向垂直于离子入射方向的气压带；当离子经所述离子入射狭缝入射时，横穿所述气压带而进入离子阱；
将所述气体通道的后段通道两侧的金属电极板在离子入射狭缝处的端面设置为倾斜方向相对的斜面，以使得所述后段通道的气体入口形成开口朝向离子入射狭缝的漏斗状；
其中，所述后段通道的定义为：所述气体通道被所述离子入射狭缝分割为两段，根据背景气体的通入方向，定义背景气体先经过的一段为前段通道，后经过的一段为后段通道。
6.如权利要求5所述的提高离子束缚效率的方法，其特征在于：在金属电极板内沿离子入射的垂直方向开设气体流通狭缝而形成所述气体通道。
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