CN110767526A - 一种倾斜多极杆导引系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种倾斜多极杆导引系统，其特征在于，包括N根杆状电极，其中，至少有一根杆状电极保持水平轴向位置，至少有一根杆状电极和水平轴向设置的杆状电极的轴线不平行，偏离角度为α，所述N根杆状电极的一端位于同一个小圆平面上，所述N根杆状电极的另一端位于同一个大圆平面上，所述小圆和大圆为同心圆，N取≥4的偶数。本发明的倾斜多极杆导引系统，对离子聚焦能力更强，传输效率更高；具备了中性噪音去除的能力；大口径位置对准离子源，具有更低的离子损耗和更强的抗污染能力。

Description

一种倾斜多极杆导引系统

技术领域

本发明涉及质谱导引技术领域，具体地，涉及一种倾斜多极杆导引系统。

背景技术

质谱分析方法是分析领域中的金标准，有赖于质谱仪的高灵敏度、高分辨能力和高特异性检测，质谱仪系统的关键物理结构部件一般包括离子源、离子导引、质量分析器、离子检测器等，而质谱仪的高灵敏度很大程度上依赖于位于离子源和质量分析器之间的离子导引。目前离子导引的研究集中在往高传输效率、无质量歧视、中性成分滤除等方向。

离子源位于整个质谱仪的最前端，其功能是将待测样品转化为质谱仪可以检测的气相离子，目前最常用的离子源包括电子电离源、大气压电离源。其中电子电离源广泛的用于气相色谱质谱联用仪中，其离子传输系统一般是集成于离子源中的离子透镜。大气压电离源则更多的用在液相色谱质谱联用仪中，其中最具代表性的是电喷雾电离源。不同于传统的真空离子源，大气压电离源可在大气环境下直接电离样品，再将样品送入带有微小锥孔的真空环境中。大气压电离源是在大气环境下直接电离样品，存在很多优点，但由于大气环境下背景气体非常复杂，会产生样品离子和背景气体的碰撞甚至于分子离子反应出现，造成了样品离子的大量损失。为了降低样品离子从离子源产生到质量分析器最终分析过程中的损失，除了必要的真空锥孔漏勺等辅助结构外，还需要在不同差分真空区域设置离子导引。离子导引主要是利用单一或复合电场(静电场、射频电场等)施加于不同电极构成，这些电压不但可以推动离子向前运动，还可以限制离子在轴向上的发散运动，转而往中心聚集。包括电喷雾电离源在内的各种大气压均具有很高的电离效率，但离子传输效率欠缺的问题，传统的四极杆传输仅可以实现少于1％的最终离子获得能力，这些大大限制了质谱仪整体的灵敏度和定量分析能力。

目前最常用的离子导引主要是施加了射频电压的四级杆，同时还有离子透镜、离子漏斗、六级杆、八极杆或多种导引复合使用的形式。由于四极杆、六极杆和八极杆等离子导引在中性干扰去除能力上的不足，容易引起后端质量分析器的背景噪音信号影响，因此开发出了弯曲四极导引技术，但四根杆子的平行同步弯曲给加工和组装带来了巨大的困难；另外还有通过两个中心位置偏移的差轴离子漏斗和T-Wave离子传输透镜用于去除中性背景干扰的方法，但基本结构均为一系列的镀金透镜板，因为要发挥高传输效率的特点，非常接近于离子源，容易污染，本身要求常清洗，而复杂的结构也带来了清洗上的巨大难度。

经过对现有技术的检索，公开号为CN 102820202 A的发明专利公开了是一种可调节四极场中离子分布的装置和方法，包括质谱仪、四极离子导引，所述的四极场由四极杆电极上下等间距平行组成上下左右四边形的四极杆电极系统，所述的四极杆电极为四根圆柱形电极，在四极杆电极中，设有场空间25，场空间25为电极21、22、23、24围成的内切圆空间，在四极杆电极系统中电极21和电极22之间设有一根电极，即场调节电极211，并在场调节电极上加载直流或交流电压，如此在四极场区产生额外的直流式交流电场，改变离子在四极场中的离子运动状态，从而达到改进四极杆系统性能的目的，但是该技术方案，中性噪音去除能力不强。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种倾斜多极杆导引系统。

根据本发明提供的一种倾斜多极杆导引系统，包括N根杆状电极，其中，至少有一根杆状电极保持水平轴向位置，至少有一根杆状电极和水平轴向设置的杆状电极的轴线不平行，偏离角度为α，所述N根杆状电极的一端位于同一个小圆平面上，所述N根杆状电极的另一端位于同一个大圆平面上，所述小圆和大圆为同心圆，N取≥4的偶数。

进一步地，所述偏离角度为0＜α≤45°。

在一个实施方案中，所述倾斜多极杆导引系统，包括4根杆状电极，分别为第一杆状电极、第二杆状电极、第三杆状电极和第四杆状电极，所述第二杆状电极和第三杆状电极相对平行设置，所述第一杆状电极和第四杆状电极相对设置，其中，所述第二杆状电极、第三杆状电极和第四杆状电极平行放置，所述第一杆状电极偏离轴线，第一杆状电极的长度大于其他三根杆状电极的长度，其投射到轴线的长度和其他三根杆状电极的长度一致。

在另一个实施方案中，所述倾斜多极杆导引系统，包括4根杆状电极，分别为第一杆状电极、第二杆状电极、第三杆状电极和第四杆状电极，所述第二杆状电极和第三杆状电极相对设置，所述第一杆状电极和第四杆状电极相对设置，其中，所述第二杆状电极平行放置，所述第一杆状电极、第三杆状电极和第四杆状电极偏离轴线，所述第一杆状电极、第三杆状电极和第四杆状电极的长度大于所述第二杆状电极的长度，偏离轴线的三根杆状电极投射到轴线的长度和第二杆状电极的长度一致。

进一步地，两组相对设置的杆状电极在同一时间保持大小相等、方向相反的射频电压施加。

进一步地，所述大圆平面上的杆状电极端为宽口端，所述小圆平面上的杆状电极端为小口端，所述宽口端为离子引入方向，所述离子引入方向不能对应小口端的轴线位置，需要靠近偏离轴线的电极位置。

优选的，偏离轴线的杆状电极的偏离角度α为15°。

进一步地，所述倾斜多极杆导引系统需要应用于真空环境下，环境真空度为P，其具体范围是a)2000Pa≥P≥200Pa；b)199Pa≥P≥100Pa；c)99Pa≥P。

优选的，N取4、6、8、10。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的倾斜多极杆导引系统，对离子聚焦能力更强，传输效率更高；

2、本发明的倾斜多极杆导引系统，具备了中性噪音去除的能力；

3、本发明的倾斜多极杆导引系统，大口径位置对准离子源，具有更低的离子损耗和更强的抗污染能力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例1的倾斜四极杆导引系统立体图；

图2为本发明实施例1的倾斜四极杆导引系统的z向视图；

图3为本发明实施例1的倾斜四极杆导引系统的离子源及离子接口位置示意图；

图4为本发明实施例1的倾斜四极杆导引系统的离子源及离子接口可选位置z向视图；

图5为本发明实施例1的倾斜四极杆导引系统的电压施加方式示意图；

图6为本发明实施例1的倾斜四极杆导引系统作为离子导引时的离子损失率和导引系统上所加射频电压的关系示意图；

图7为本发明实施例1的倾斜四极杆导引系统作为离子导引时的噪音信号和导引系统上所加射频电压的关系示意图；

图8为本发明实施例2的倾斜四极杆导引系统立体图；

图9为本发明实施例2的倾斜四极杆导引系统的z向视图；。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种倾斜多极杆导引系统，包括N根杆状电极，其中，至少有一根杆状电极保持水平轴向位置，至少有一根杆状电极和水平轴向设置的杆状电极的轴线不平行，偏离角度为α，N根杆状电极的一端位于同一个小圆平面上，N根杆状电极的另一端位于同一个大圆平面上，小圆和大圆为同心圆，N取≥4的偶数。进一步地，偏离角度为0＜α≤45°。

实施例1

如图1至图7所示，一种倾斜四极杆导引系统，包括4根杆状电极，分别为第一杆状电极101、第二杆状电极102、第三杆状电极103和第四杆状电极104，第二杆状电极102和第三杆状电极103在y方向上相对平行设置，第一杆状电极101和第四杆状电极104在x方向上相对设置。其中，第二杆状电极102、第三杆状电极103和第四杆状电极104平行放置，均和z方向中心轴保持平行，第一杆状电极101一端翘起，轴线偏离中心轴的角度为α，其中未偏离的一端的杆体中心和其他杆状电极为同心。第一杆状电极101的长度大于其他三根杆状电极的长度，其投射到中心轴的长度和其他三根杆状电极的长度一致。

大圆平面上的杆状电极端为宽口端，小圆平面上的杆状电极端为小口端，宽口端为离子引入方向，离子引入方向不能对应小口端的轴线位置，需要靠近偏离轴线的电极位置。如图2所示，离子引入为z方向，由大口方向入，小口方向出，如图1的下方箭头所示方向。实际应用中，如图3所示，105为信号产生位置(离子源)，106为信号(离子)传输接口，两者在一条直线上且在大口一侧，对应线的位置需要保持在倾斜杆状电极所在的一侧，即如图4所示的虚线三角形区域107，图4为沿离子传输方向z轴向的视图。

如图5所示，其中x方向上的第一杆状电极101和第四杆状电极104杆为一组，y方向的第二杆状电极102、第三杆状电极103为一组，两组相对设置的杆状电极在同一时间分别施加大小相同方向相反的射频电压信号。

图6和图7对应的为实施例1对应的倾斜四极杆导引系统，其中优选的偏离角度α为15°。图6为倾斜四极杆导引和传统四极杆导引在不同射频电压下的离子损失百分比的对比，相比传统四极杆导引系统，倾斜四极杆导引系统由于在传输方向上束缚的递进效果，可以有效的减少离子的损耗。图7对应的为倾斜四极杆导引和传统四极杆导引在不同射频电压下的噪音信号强度的对比，相比传统四极杆导引，由于倾斜四极杆存在一个差轴的通路，中心信号在不能沿斜线传播，能够有效的抑制噪音信号值，平均提升可达到80％以上。

倾斜四极杆导引系统需要应用于真空环境下，环境真空度为P，其具体范围是a)2000Pa≥P≥200Pa；b)199Pa≥P≥100Pa；c)99Pa≥P。

实施例2

如图8至图9所示，倾斜多极杆导引系统，包括4根杆状电极，分别为第一杆状电极201、第二杆状电极202、第三杆状电极203和第四杆状电极203，第二杆状电极202和第三杆状电极203相对设置，第一杆状电极201和第四杆状电极204相对设置，其中，第二杆状电极202保持和z方向中心轴线保持平行，第一杆状电极201、第三杆状电极203和第四杆状电极203均一端偏离，但杆状电极中心轴均保持在x和y两个方向上，杆状电极中心轴和整体中心轴偏离的角度为α。第一杆状电极201、第三杆状电极203和第四杆状电极204的长度大于第二杆状电极202的长度，偏离轴线的三根杆状电极投射到轴线的长度和第二杆状电极202的长度一致。两组相对设置的杆状电极在同一时间保持大小相等、方向相反的射频电压施加。其中离子引入方式同实施例1，为z方向，大口端引入。对应的信号引入位置如图9三角虚线区域所示，图9为沿离子传输方向z轴向的视图。

倾斜多极杆导引系统需要应用于真空环境下，环境真空度为P，其具体范围是a)2000Pa≥P≥200Pa；b)199Pa≥P≥100Pa；c)99Pa≥P。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种倾斜多极杆导引系统，其特征在于，包括N根杆状电极，其中，至少有一根杆状电极保持水平轴向位置，至少有一根杆状电极和水平轴向设置的杆状电极的轴线不平行，偏离角度为α，所述N根杆状电极的一端位于同一个小圆平面上，所述N根杆状电极的另一端位于同一个大圆平面上，所述小圆和大圆为同心圆，N取≥4的偶数。

2.根据权利要求1所述的一种倾斜多极杆导引系统，其特征在于，所述偏离角度为0＜α≤45°。

3.根据权利要求1所述的一种倾斜多极杆导引系统，其特征在于，包括4根杆状电极，分别为第一杆状电极、第二杆状电极、第三杆状电极和第四杆状电极，所述第二杆状电极和第三杆状电极相对平行设置，所述第一杆状电极和第四杆状电极相对设置，其中，所述第二杆状电极、第三杆状电极和第四杆状电极平行放置，所述第一杆状电极偏离轴线，第一杆状电极的长度大于其他三根杆状电极的长度，其投射到轴线的长度和其他三根杆状电极的长度一致。

4.根据权利要求1所述的一种倾斜多极杆导引系统，其特征在于，包括4根杆状电极，分别为第一杆状电极、第二杆状电极、第三杆状电极和第四杆状电极，所述第二杆状电极和第三杆状电极相对设置，所述第一杆状电极和第四杆状电极相对设置，其中，所述第二杆状电极平行放置，所述第一杆状电极、第三杆状电极和第四杆状电极偏离轴线，所述第一杆状电极、第三杆状电极和第四杆状电极的长度大于所述第二杆状电极的长度，偏离轴线的三根杆状电极投射到轴线的长度和第二杆状电极的长度一致。

5.根据权利要求3或4所述的一种倾斜多极杆导引系统，其特征在于，两组相对设置的杆状电极在同一时间保持大小相等、方向相反的射频电压施加。

6.根据权利要求3或4所述的一种倾斜多极杆导引系统，其特征在于，所述大圆平面上的杆状电极端为宽口端，所述小圆平面上的杆状电极端为小口端，所述宽口端为离子引入方向，所述离子引入方向不能对应小口端的轴线位置，需要靠近偏离轴线的电极位置。

7.根据权利要求3或4所述的一种倾斜多极杆导引系统，其特征在于，偏离轴线的杆状电极的偏离角度α为15°。

8.根据权利要求1至4任一项所述的一种倾斜多极杆导引系统，其特征在于，所述倾斜多极杆导引系统需要应用于真空环境下，环境真空度为P，其具体范围是a)2000Pa≥P≥200Pa；b)199Pa≥P≥100Pa；c)99Pa≥P。

9.根据权利要求1所述的一种倾斜多极杆导引系统，其特征在于，N取4、6、8、10。

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