CN111276387A - 双模式离子传输装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了双模式离子传输装置及方法，所述双模式离子传输装置包括多极传输杆和第一离子透镜，所述第一离子透镜设置在所述多极传输杆的离子出口处；第二离子透镜设置在所述多极传输杆的外侧部，所述第二离子透镜内的离子传输方向和多极传输杆内离子传输方向间的夹角为直角或锐角；从所述第二离子透镜射出的离子从相邻二个传输杆之间的缝隙进入多极传输杆内；第一电极为柱形，设置在第一离子透镜和第二离子透镜之间，且处于所述多极传输杆的外侧部；所述第一电极的中心轴线和多极传输杆的中心轴线件的夹角为直角或锐角；第一组电极包括至少二个电极，分别临着所述第一离子透镜和第二离子透镜设置；所述第一电极和所述至少二个电极间的电势差相等。本发明具有检测准确等优点。

Description

双模式离子传输装置及方法

技术领域

本发明涉及质谱，特别涉及双模式离子传输装置及方法。

背景技术

质谱仪是一种常用的高端精密分析仪器。在质谱中，常见的是通过电场(电位)来调节离子束偏转和聚焦来实现不同入射能量的离子束以合理的偏转角度飞行。

传统的单路离子光学系统，能够将发散的离子束进行引导、聚焦引入质谱，但是其离子传输路径过于单一，仅单入单出。

当前市面上没有出现多通道离子透镜，用于从不同离子源引入离子束，汇聚至共用的后端传输和质量分析器。鉴于离子光学传输系统对仪器的分析性能的重大的影响，为了增加离子传输效率、消除光子和中性粒子对仪器的影响，提高仪器的灵敏度和离子传输方式，提供一种新型的多路离子光学系统成为必须。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种的双模式离子传输装置，拓展了质谱仪应用的多样性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

双模式离子传输装置，所述双模式离子传输装置包括多极传输杆和第一离子透镜，所述第一离子透镜设置在所述多极传输杆的离子出口处；所述双模式离子传输装置还包括：

第二离子透镜，所述第二离子透镜设置在所述多极传输杆的外侧部，所述第二离子透镜内的离子传输方向和多极传输杆内离子传输方向间的夹角为直角或锐角；从所述第二离子透镜射出的离子从相邻二个传输杆之间的缝隙进入多极传输杆内；

第一电极，所述第一电极为柱形，设置在第一离子透镜和第二离子透镜之间，且处于所述多极传输杆的外侧部；所述第一电极的中心轴线和多极传输杆的中心轴线件的夹角为直角或锐角；

第一组电极，所述第一组电极包括至少二个电极，分别临着所述第一离子透镜和第二离子透镜设置；所述第一电极和所述至少二个电极间的电势差相等。

本发明的目的还在于提供了双模式离子传输方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

根据上述的双模式离子传输装置的双模式离子传输方法，所述双模式离子传输方法为：

直流静电场模式：电源为第一电极和多极传输杆施加直流电压，第一电极和第一组电极间的电势差相等；

射出第二离子透镜的离子偏转，偏转离子进入多极传输杆内传输，最后从第一离子透镜射出；

射频场模式：电源为多极传输杆施加射频电压，第一电极和第一组电极接地；

离子在多级传输杆内传输，最后从第一离子透镜射出。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

具有两种工作模式，在同一透镜组中实现了两个方向的离子导引至共用的第一离子透镜，拓展了质谱仪器应用的多样性。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本发明实施例的双模式离子传输装置的结构简图；

图2是根据本发明实施例的双模式离子传输装置的侧视图；

图3是根据本发明实施例的第一中工作模式的离子传输示意图；

图4是根据本发明实施例的第二种工作模式的离子传输示意图。

具体实施方式

图1-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换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型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1-2示意性地给出了本发明实施例的双模式离子传输装置的结构简图，如图1-2所示，所述双模式离子传输装置包括：

多极传输杆80和第一离子透镜11，所述第一离子透镜11设置在所述多极传输杆80的离子出口处；

第二离子透镜12，如筒形结构，所述第二离子透镜12设置在所述多极传输杆80的外侧部，所述第二离子透镜12内的离子传输方向和多极传输杆80内离子传输方向间的夹角为直角或锐角；从所述第二离子透镜12射出的离子从相邻二个传输杆81-82之间的缝隙进入多极传输杆80内；

第一电极21，所述第一电极21为柱形，如圆柱体，设置在第一离子透镜11和第二离子透镜12之间，且处于所述多极传输杆80的外侧部；所述第一电极21的中心轴线和多极传输杆80的中心轴线件的夹角为直角或锐角；

第一组电极，所述第一组电极包括至少二个电极23-24，分别临着所述第一离子透镜11和第二离子透镜12设置，使得第一电极21和至少二个电极23-24间的电势差相等，如至少二个电极施加的电压相等且不为零，或者至少二个电极接地。

为了保证离子从第二离子透镜射出后能偏转进入多极传输杆内传输，进一步地，所述双模式离子传输装置还包括：

第二电极22，所述第二电极22设置在所述第一离子透镜11和第二离子透镜12之间，且所述多极传输杆80、第一电极21和第二电极22依次设置。

为了保证离子从第二离子透镜射出后偏转进入多极传输杆内传输，进一步地，所述第一组电极包括：

第三电极23，所述第三电极23设置在所述第二离子透镜12的远离所述第一电极21的外侧部；

第四电极24，所述第四电极24设置在所述第一离子透镜11的远离所述第一电极21的外侧部。

为了降低结构复杂度，以及保证离子从第二离子透镜射出后偏转进入多极传输杆内传输，进一步地，所述第三电极23和第四电极24关于所述第一电极21的第一径向对称，第一离子透镜11和第二离子透镜12分别关于所述第一径向对称。

为了确保从第二离子透镜射出的离子偏转90度地进入多极传输杆内传输，进一步地，所述第一离子透镜11和/或第二离子透镜12的内径R满足：R＝2.871·r·a；位置相对的所述第一离子透镜11的端面和多极传输杆80的端面间的距离L₂＝e·r,所述第二离子透镜12的临着多极传输杆80的端面到所述多极传输杆的中心轴线间的距离L₇＝j·r，所述第二离子透镜12的中心轴线到所述多极传输杆80的离子出口的端面的距离L₈＝k·r，a∈(1，1.3)，e∈(0.1，0.5)，j∈(3，6)，k∈(4，6)，r为所述传输杆的直径。

所述第一电极21的直径D₁满足：D₁＝c·r，第一电极21的中心轴线到多极传输杆80的中心轴线的距离L₄＝d·r，所述第一电极21的中心轴线到所述多极传输杆80的离子出口的端面间的距离L₅＝h·r，r为所述传输杆81-84的直径，c∈(2.5，5)，d∈(3，5)，h∈(0.5，1.5)，r为所述传输杆的直径。

所述第三电极23的临着第二离子透镜12的端面到所述多极传输杆80的离子出口端面的距离L₆＝f·r，第三电极23的沿着平行于第二离子透镜12的中心轴线方向上的长度L₁＝b·r，第四电极24的沿着平行于多极传输杆80的中心轴线方向上的长度L₂＝b·r，第四电极24的沿着平行于多极传输杆80的中心轴线方向上的长度L₃＝g·r，f∈(3，5)，b∈(3，4)，g∈(2，3)，r为所述传输杆的直径。

本发明实施例的双模式离子传输方法，也即所述的双模式离子传输装置的工作方式，所述双模式离子传输方法为：

直流静电场模式：电源为第一电极和多极传输杆施加直流电压，第一电极和第一组电极间的电势差相等：第一组电极的至少二个电极施加的电压相等且不为零，或者至少二个电极均接地；

射出第二离子透镜的离子偏转，偏转离子进入多极传输杆内传输，最后从第一离子透镜射出，如图3所示；

射频场模式：电源为多极传输杆施加射频电压，第一电极和第一组电极接地；

离子在多级传输杆内传输，最后从第一离子透镜射出，如图4所示。

实施例2：

根据本发明实施例1的双模式离子传输装置及方法的应用例。

在该应用例中，如图1-2所示，多极传输杆80采用四级杆81-84，4个传输杆对称分布，传输杆81-82间连线、传输杆83-84间连线分别平行于多极传输杆的中心轴线，传输杆81-83间连线、传输杆82-84间连线分别垂直于多极传输杆的中心轴线；

第一离子透镜11的中心轴线和多极传输杆80的中心轴线共线，和多极传输杆80的离子出口的端面间的距离L₂＝e·r，内径R＝2.871·r·a；第二离子透镜12的中心轴线垂直于多极传输杆80的中心轴线，内径R＝2.871·r·a，第二离子透镜12的临着多极传输杆的端面到所述多极传输杆80的中心轴线间的距离L₇＝j·r，所述第二离子透镜12的中心轴线到所述多极传输杆80的离子出口的端面的距离L₈＝k·r，a∈(1，1.3)，e∈(0.1，0.5)，j∈(3，6)，k∈(4，6)，r为所述传输杆81-84的直径；

所述第一电极21为圆柱体，中心轴线和所述多极传输杆80的中心轴线间的夹角为直角，并平行于所述第二离子透镜12的中心轴线；第一电极21的直径D₁满足：D₁＝c·r，第一电极21的中心轴线到多极传输杆80的中心轴线的距离L₄＝d·r，所述第一电极21的中心轴线到所述多极传输杆80的离子出口的端面间的距离L₅＝h·r，r为所述传输杆的直径，c∈(2.5，5)，d∈(3，5)，h∈(0.5，1.5)，r为所述传输杆的直径；

第二电极22为长方体，中心轴线垂直于多极传输杆80的中心轴线，平行于第一电极21的中心轴线；第二电极22的纵截面为正方形；所述多极传输杆80、第一电极21和第二电极22依次设置，所述第二电极22的临着第一电极21处具有平行于第一电极21的中心轴线方向延伸的凹槽，第一电极21的部分处于凹槽内；所述凹槽的底壁为弧面，处于直径为D₂＝k·r的圆的圆周上，在具有所述多极传输杆80的中心轴线的纵截面上，第二电极22的截面的对角线72垂直于顶点和第一电极21的中心间连线71；k∈(3，6)，r为所述传输杆81-84的直径；

第一组电极包括第三电极23和第四电极24；平板状的第三电极23的临着第二离子透镜12的端面到所述多极传输杆80的离子出口端面的距离L₆＝f·r，第三电极23的沿着平行于第二离子透镜12的中心轴线方向上的长度L₁＝b·r；平板状的第四电极24的沿着平行于多极传输杆80的中心轴线方向上的长度L₂＝b·r，第四电极24的沿着平行于多极传输杆80的中心轴线方向上的长度L₃＝g·r，f∈(3，5)，b∈(3，4)，g∈(2，3)，r为所述传输杆的直径；第三电极23的上端面和第二离子透镜12的上端面齐平，在平行于第二离子透镜12的中心轴线的方向上，第三电极23的长度大于第二离子透镜12的长度；第二电极22的远离第二离子透镜12的端面和第一离子透镜11的远离多极传输杆80的端面、第四电极24的端面齐平，在平行于多极传输杆80的中心轴线的方向上，第四电极24的长度大于第一离子透镜11的长度。

在直流静电场工作模式下，其中第二离子透镜施加-100v直流电压，第三电极和第四电极接地，第二电极施加-10v直流电压，第一电极施加-495v电压，第一离子透镜施加-10v直流电压，第一传输杆施加-180v直流电压，第二传输杆施加-180v直流电压，第三传输杆施加-110v直流电压，第四传输杆施加-110v直流电压，在优化好的电压参数下，离子由第二离子透镜进入，偏转90度进入多极传输杆内，最后从第一离子透镜射出，如图3所示。

Claims (10)

1.双模式离子传输装置，所述双模式离子传输装置包括多极传输杆和第一离子透镜，所述第一离子透镜设置在所述多极传输杆的离子出口处；其特征在于：所述双模式离子传输装置还包括：

第二离子透镜，所述第二离子透镜设置在所述多极传输杆的外侧部，所述第二离子透镜内的离子传输方向和多极传输杆内离子传输方向间的夹角为直角或锐角；从所述第二离子透镜射出的离子从相邻二个传输杆之间的缝隙进入多极传输杆内；

第一电极，所述第一电极为柱形，设置在第一离子透镜和第二离子透镜之间，且处于所述多极传输杆的外侧部；所述第一电极的中心轴线和多极传输杆的中心轴线件的夹角为直角或锐角；

第一组电极，所述第一组电极包括至少二个电极，分别临着所述第一离子透镜和第二离子透镜设置。

2.根据权利要求1所述的双模式离子传输装置，其特征在于：所述双模式离子传输装置还包括：

第二电极，所述第二电极设置在所述第一离子透镜和第二离子透镜之间，且所述多极传输杆、第一电极和第二电极依次设置。

3.根据权利要求1或2所述的双模式离子传输装置，其特征在于：所述第一组电极包括：

第三电极，所述第三电极设置在所述第二离子透镜的远离所述第一电极的外侧部；

第四电极，所述第四电极设置在所述第一离子透镜的远离所述第一电极的外侧部。

4.根据权利要求3所述的双模式离子传输装置，其特征在于：所述第三电极和第四电极关于所述第一电极的第一径向对称，第一离子透镜和第二离子透镜分别关于所述第一径向对称。

5.根据权利要求1所述的双模式离子传输装置，其特征在于：所述第一组电极接地。

6.根据权利要求1所述的双模式离子传输装置，其特征在于：所述第一电极的中心轴线和所述多极传输杆的中心轴线间的夹角为直角，并平行于所述第二离子透镜的中心轴线。

7.根据权利要求6所述的双模式离子传输装置，其特征在于：所述第一离子透镜和/或第二离子透镜的内径R满足：R＝2.871·r·a；位置相对的所述第一离子透镜的端面和多极传输杆的端面间的距离L₂＝e·r,所述第二离子透镜的临着多极传输杆的端面到所述多极传输杆的中心轴线间的距离L₇＝j·r，所述第二离子透镜的中心轴线到所述多极传输杆的离子出口的端面的距离L₈＝k·r，a∈(1，1.3)，e∈(0.1，0.5)，j∈(3，6)，k∈(4，6)，r为所述传输杆的直径。

8.根据权利求6所述的双模式离子传输装置，其特征在于：所述第一电极的直径D₁满足：D₁＝c·r，第一电极的中心轴线到多极传输杆的中心轴线的距离L₄＝d·r，所述第一电极的中心轴线到所述多极传输杆的离子出口的端面间的距离L₅＝h·r，r为所述传输杆的直径，c∈(2.5，5)，d∈(3，5)，h∈(0.5，1.5)，r为所述传输杆的直径。

9.根据权利要求6所述的双模式离子传输装置，其特征在于：所述第三电极的临着第二离子透镜的端面到所述多极传输杆的离子出口端面的距离L₆＝f·r，第三电极的沿着平行于第二离子透镜的中心轴线方向上的长度L₁＝b·r，第四电极的沿着平行于多极传输杆的中心轴线方向上的长度L₁＝b·r，第四电极的沿着平行于多极传输杆的中心轴线方向上的长度L₃＝g·r，f∈(3，5)，b∈(3，4)，g∈(2，3)。

10.根据权利要求1-9任一所述的双模式离子传输装置的双模式离子传输方法，所述双模式离子传输方法为：

直流静电场模式：电源为第一电极和多极传输杆施加直流电压，第一电极和第一组电极间的电势差相等；

射出第二离子透镜的离子偏转，偏转离子进入多极传输杆内传输，最后从第一离子透镜射出；

射频场模式：电源为多极传输杆施加射频电压，第一电极和第一组电极接地；

离子在多级传输杆内传输，最后从第一离子透镜射出。

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