CN112117173B

CN112117173B - 一种高效制冷的多极杆冷阱系统

Info

Publication number: CN112117173B
Application number: CN202010927012.4A
Authority: CN
Inventors: 刘博通; 杨岩; 王鹏昭; 唐鹏; 杨帆; 赵启旭; 蒋延荣; 孙海涛; 张诗按; 孙真荣
Original assignee: East China Normal University
Current assignee: East China Normal University
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2040-09-07
Also published as: CN112117173A

Abstract

本发明公开了一种高效制冷的多极杆冷阱系统，包括八极杆离子阱、离子聚焦透镜组及二十二极杆离子阱。本发明采用八极杆圆柱体空间内剧烈变化的射频电场驱使较热的离子在场内运动，进而迅速与缓冲气体发生碰撞过程，实现离子单次飞行八极杆从300K降温到40K的设计目标；采用二十二极杆构造的射频势阱对预冷的离子进行聚集与约束，加上轴向梯度电极的约束，使得预冷的离子与缓冲气体发生充分地碰撞直至温度冷却到达到设定的温度4.2K左右。两级制冷提高了离子的冷却效率，降低了离子的冷却时间，实现了高重复频率、高效制备低温离子的目的。

Description

一种高效制冷的多极杆冷阱系统

技术领域

本发明设计涉及光物理光化学及质谱技术领域，尤其是一种高效制冷的多极杆冷阱系统。

背景技术

离子及离子团簇的物态组成、光谱特性一直是光物理和光化学领域的研究热点。测量和分析不同离子、离子团簇的发光光谱、离子飞行时间谱、光电子能谱以及光电子二维动量谱是深入理解大尺寸分子离子与光场相互作用超快动力学过程的重要实验手段。为了减少离子源中离子本身无规则热运动对探测信号的影响，特别是降低与激光场作用过程中的多普勒展宽，人们发展了多种离子减速技术。目前，碰撞减速是制备低温离子源的主要技术手段，在实验过程中，室温离子在碰撞反应池中与低温缓冲气体（一般是氦气He）进行碰撞，交换动能，从而实现减速和降温。为了更好地富集和减速低温离子，上述碰撞过程通常都是在一个势阱内进行，通过电磁场将目标离子囚禁在一个区域内与缓冲气体进行热交换。

三维离子阱的工作原理是通过施加到两片环形电极上相位相反、幅度相同的射频电压，构造出径向振荡的射频电场，在射频电场驱动下的离子的运动规律符合马修运动方程。通过调节施加的射频电压和直流电压，实现对离子径向发散和束缚的控制。对于轴向约束，通过调整端盖电极被施加的交流低压，使交变电压与离子运动产生共振，这时离子振荡幅度会随着时间的延长而线性增加，当振幅足够大时，离子被推出阱外。三维离子阱的缺点：一是双曲面电极加工难度大，对机械加工和装配精度要求极高，加工难度和组装难度大，难以推广和普及；二是三维离子阱的离子稳定区域较小，注入阱中的很多离子尚未冷却进入稳定区就撞在电极上淬灭了，只有5% 动能较低的离子被有效捕获；三是工作操作繁杂，需要调整射频电压和交变电压参数；四是有效存储空间为离子阱中心的原点，存储离子能力弱，离子富集率低，仪器灵敏度低。

线性离子阱将三维离子阱的环电极拉长，用平面电极来代替端盖电极，依靠双曲面极杆的射频电压（径向囚禁）和两端的门电极电压（轴向囚禁）共同作用来束缚和囚禁离子。线性离子阱的多极杆在直流电压为零、仅有射频电压的状态下工作，通过改变射频电压的幅度或者频率，就可以改变离子运动状态，从而使得不同质荷比的离子依次从离子阱两边的狭缝出射。同时在多极杆上加一个偏置直流电压，实现更好的聚焦效果。线性离子阱相比三维离子阱具有以下优点：一是加工精度降低，便于推广和普及；二是线性离子阱内的稳定区域较大，注入阱中70%的离子可被有效捕获，缩短了离子注入时间，减小了线性离子阱的扫描循环时间，提高了离子富集效率。三是线性离子阱的工作模式简单易操作；四是线性离子阱的存储能力强，容量大。

随着技术的发展，线性离子阱的电极形状从双曲面结构发展到圆柱形、矩形结构，电极数目从四极杆发展到多极杆，如八极杆、二十二极杆（2N）等。多极杆的工作原理与三维离子阱以及线性离子阱类似，离子的径向运动是通过分别施加到2N根极杆上相位相反、幅度相同的射频电压，构造出反复振荡的射频电场来控制；而轴向的运动则通过施加到梯度电极的直流梯度电场来实现。多极杆的优点主要体现在以下方面:第一、离子传输效率高；第二、有效降低离子动能和空间发散度；第三、可以将电喷雾和脉冲模式质量分析器有效匹配。但是主流的线性离子阱采用单离子阱设计，这种单离子阱设计使得离子的富集、离子的碰撞冷却、离子选质均在一个多极杆离子阱中完成，离子的冷却时间长，富集的效率低，制约了离子脉冲束的频率，拉长了实验的周期，增加了实验的不稳定性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种高效制冷的多极杆冷阱系统，本发明采用八极杆离子阱、离子聚焦透镜组及二十二极杆离子阱的结构；本发明采用八极杆圆柱体空间内剧烈变化的射频电场驱使较热的离子在场内剧烈运动，进而迅速与缓冲气体发生碰撞过程，实现离子单次飞行八极杆从300K降温到40K的设计目标；采用二十二极杆围成的狭小的圆柱体空间以及射频场构造的矩形势阱对预冷的离子进行聚集与约束，加上轴向梯度电极的约束，使得预冷的离子与缓冲气体发生充分地碰撞直至温度冷却到达到设定的温度4.2K左右。两级制冷提高了离子的冷却效率，降低了离子的冷却时间，实现了高重复频率、高效制备低温离子的目的。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种高效制冷的多极杆冷阱系统，其特点包括八极杆离子阱、离子聚焦透镜组及二十二极杆离子阱：

所述八极杆离子阱由第一反应碰撞池、第一棱镜电极、第一陶瓷压块、第一蓝宝石板、第一电极及第一射频馈入电极构成；

所述第一反应碰撞池为轴向两端设有棱镜合件座的筒状件；

所述第一电极为八根圆杆；

所述第一陶瓷压块为环状片；

所述第一蓝宝石板为设有中心圆孔的环状片，其上围绕中心圆孔均布设有八个第一电极杆孔；

所述第一射频馈入电极为环状片，其环内侧绕圆心均布设有空心花瓣状的四个触点；

所述第一棱镜电极及第一陶瓷压块依次沿轴向叠加且构成第一棱镜合件，其中，第一棱镜合件为两组，并对称设于第一反应碰撞池两端的棱镜合件座内；

所述第一射频馈入电极沿轴向叠加在第一蓝宝石板上构成第一电极合件，且第一蓝宝石板与第一反应碰撞池的筒内壁触及；第一电极合件为两组，并对称间隔设于第一反应碰撞池的筒壁内，且分布于两组第一棱镜合件之间；

所述八根第一电极平行且分别串过两组第一电极合件的第一蓝宝石板的八个第一电极杆孔与两组第一棱镜合件的第一蓝宝石板的八个第一电极杆孔插接；

所述二十二极杆离子阱由第二反应碰撞池、第二陶瓷压块、第二棱镜电极、陶瓷板、第二蓝宝石板、第二射频馈入电极、第三蓝宝石板、第二电极、直流梯度电极及陶瓷杆构成；

所述第二反应碰撞池为轴向两端设有棱镜合件座的立方体状件；

所述第二电极为二十二根圆杆；

所述第二陶瓷压块及陶瓷板为环状片；

所述第二蓝宝石板为设有中心圆孔的环状片；

所述第二射频馈入电极为环状片，其环内侧绕圆心均布设有圆孔状的十一个触点；

所述第三蓝宝石板为设有中心圆孔的环状片，其上围绕中心圆孔均布设有二十二个第三电极杆孔及三个陶瓷杆孔；

所述直流梯度电极为环状片，环状片上绕圆心均布设有三个陶瓷杆孔；

所述第二陶瓷压块及两片第二棱镜电极依次沿轴向叠加且构成第二棱镜合件，其中，第二棱镜合件为两组，并对称设于第二反应碰撞池两端的棱镜合件座外，且第二陶瓷压块与第二反应碰撞池的棱镜合件座触及；

所述第二射频馈入电极及第三蓝宝石板依次沿轴向叠加构成第二电极合件，其中，第二电极合件为两组，并对称设于第二反应碰撞池内部两端，且第二蓝宝石板与第二反应碰撞池的筒内壁触及；

所述二十二根第二电极平行且串过两组第二电极合件的第三蓝宝石板的二十二个第三电极杆孔插接；

所述直流梯度电极为数片，环状片的直流梯度电极套在二十二根第二电极的外侧，且间隔设于第二反应碰撞池的筒壁内且位于两组第二电极合件之间；

所述陶瓷杆为三根，陶瓷杆平行且分别串过数片直流梯度电极的三个陶瓷杆孔与第三蓝宝石板的三个陶瓷杆孔插接；

所述离子聚焦透镜组由三片离子聚焦透镜沿轴线排列构成，离子聚焦透镜上设有电极片；

所述八极杆离子阱、离子聚焦透镜组及二十二极杆离子阱依次沿轴向排列在同一轴线上。

所述八根第一电极交替分为两组，其中，一组四根第一电极与一组第一电极合件上的第一射频馈入电极的四个触点触及，另一组四根第一电极与另一组第一电极合件上的第一射频馈入电极的四个触点触及。

所述二十二根第二电极交替分为两组，其中，一组十一根第二电极与一组第二电极合件上的第二射频馈入电极的十一个触点触及，另一组十一根第二电极与另一组第二电极合件上的第二射频馈入电极的十一个触点触及。

为了解决离子冷却时间较长且冷却效率较低的问题，我们设计了一种多极杆冷阱联用装置。多极杆的特点是随着杆子数目（2N）的增多，围成的圆柱体空间内的势阱越接近矩形势阱，离子聚集效果更加明显。对于前级传输进来的离子，由于离子的动能大，发散度高，我们采用前级八极杆离子阱设计，目的是利用八极杆圆柱体空间内剧烈变化的射频电场驱使较热的离子在场内剧烈运动，进而迅速与缓冲气体发生碰撞过程，实现离子单次飞行八极杆从300K降温到40K的设计目标；对于八极杆传输出来的离子，由于缺少了八极杆的径向束缚电场，离子会在传输过程中发散到真空腔体内，所以我们采用了离子透镜组对离子传输过程中进行约束，确保预冷后的离子可以进入到空间狭小的后级二十二极杆离子阱中；后级冷却装置采用二十二极离子阱，目的是利用二十二极杆围成的狭小的圆柱体空间以及射频场构造的矩形势阱对预冷的离子进行聚集与约束，加上轴向梯度电极的约束，使得预冷的离子与缓冲气体发生充分地碰撞直至温度冷却到达到设定的温度4.2K左右。两级制冷提高了离子的冷却效率，降低了离子的冷却时间，实现了高重复频率、高效制备低温离子的目的。为此，本发明提供一种高效制冷的多极杆冷阱系统，结合两级制冷和直流梯度电极设计，有效降低了离子低温冷却时间，实现了大容量、高重复频率的低温离子源制备。

本发明具有以下优点及突出性效果：

a)、通过两级离子阱设计，大大降低了线性离子阱离子冷却时间；b)、通过直流梯度电极的设计，保证了富集离子的高效出射；c)、采用直流电压控制离子入射、出射的方式，可以实现高重复频率（1kHz~10kHz）低温脉冲离子源的制备。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明图1的A— A截面的结构示意图；

图3为本发明图1的 B— B 截面的结构示意图；

图4为本发明图1的 C— C截面的结构示意图；

图5为本发明图1的 D— D截面的结构示意图；

图6为第二射频馈入电极的结构示意图；

图7为本发明的使用状态示意图。

具体实施方式

参阅图1，本发明包括八极杆离子阱1、离子聚焦透镜组2及二十二极杆离子阱3：

所述八极杆离子阱1由第一反应碰撞池100、第一棱镜电极101、第一陶瓷压块102、第一蓝宝石板103、第一电极104及第一射频馈入电极105构成；

所述第一反应碰撞池100为轴向两端设有棱镜合件座的筒状件；

所述第一电极104为八根圆杆；

所述第一陶瓷压块102为环状片。

参阅图1、图2，所述第一蓝宝石板103为设有中心圆孔的环状片，其上围绕中心圆孔均布设有八个第一电极杆触点圆孔1031和八个非触点圆孔1032。

参阅图1、图3，所述第一射频馈入电极105为环状片，其环内侧绕圆心均布设有空心花瓣状的四个触点1051。

参阅图1、图2，所述第一棱镜电极101、第一陶瓷压块102及第一蓝宝石板103依次沿轴向叠加且构成第一棱镜合件，其中，第一棱镜合件为两组，并对称设于第一反应碰撞池100两端的棱镜合件座内，且第一蓝宝石板103与第一反应碰撞池100的筒内壁触及。

参阅图1、图2、图3，所述第一射频馈入电极105沿轴向叠加在第一蓝宝石板103上构成第一电极合件，第一电极合件为两组，并对称间隔设于第一反应碰撞池100的筒壁内，且分布于两组第一棱镜合件之间；

所述八根第一电极104平行且分别串过两组第一电极合件的第一蓝宝石板103的八个第一电极杆孔1031与两组第一棱镜合件的第一蓝宝石板103的八个第一电极杆孔1031插接。

参阅图1，所述二十二极杆离子阱3由第二反应碰撞池200、第二陶瓷压块107、第二棱镜电极108、陶瓷板109、第二蓝宝石板110、第二射频馈入电极111、第三蓝宝石板112、第二电极113、直流梯度电极114及陶瓷杆115构成；

所述第二反应碰撞池200为轴向两端设有棱镜合件座的立方体状件；

所述第二电极113为二十二根圆杆；

所述第二陶瓷压块107及陶瓷板109为环状片；

所述第二蓝宝石板110为设有中心圆孔的环状片。

参阅图1、图6，所述第二射频馈入电极111为环状片，其环内侧绕圆心均布设有空心花瓣状的十一个触点1111。

参阅图1、图4，所述第三蓝宝石板112为设有中心圆孔的环状片，，其上围绕中心圆孔均布设有二十二个第二电极杆孔1121及三个陶瓷杆孔。

参阅图1、图5，所述直流梯度电极114为环状片，环状片上绕圆心均布设有三个陶瓷杆孔；

参阅图1、图4、图5、图6，所述两片第二棱镜电极108及陶瓷板109依次沿轴向叠加且构成第二棱镜合件，其中，第二棱镜合件为两组，并对称设于第二反应碰撞池200两端的棱镜合件座外，且第二陶瓷压块107和第二蓝宝石板110与第二反应碰撞池200的棱镜合件座触及；

所述第二射频馈入电极111及第三蓝宝石板112依次沿轴向叠加构成第二电极合件，其中，第二电极合件为两组，并对称设于第二反应碰撞池200两端的棱镜合件座内，且第二蓝宝石板110与第二反应碰撞池200的筒内壁触及；

所述二十二根第二电极113平行且分别串过两组第二电极合件的第三蓝宝石板112的二十二个第三电极杆孔1121插接；

所述直流梯度电极114为数片，环状片的直流梯度电极114套在二十二根第二电极113的外侧，且间隔设于第二反应碰撞池200的筒壁内且位于两组第二电极合件之间；

所述陶瓷杆115为三根，陶瓷杆115平行且分别串过数片直流梯度电极114的三个陶瓷杆孔与第三蓝宝石板112的三个陶瓷杆孔插接；

所述离子聚焦透镜组2由三片离子聚焦透镜106沿轴线排列构成，离子聚焦透镜106上设有电极片；

所述八极杆离子阱1、离子聚焦透镜组2及二十二极杆离子阱3依次沿轴向排列在同一轴线上。

参阅图1、图2、图3，所述八根第一电极104交替分为两组，其中，一组四根第一电极104与一组第一电极合件上的第一射频馈入电极105的四个触点1051触及，另一组四根第一电极104与另一组第一电极合件上的第一射频馈入电极105的四个触点1051触及。

参阅图1、图6，所述二十二根第二电极113交替分为两组，其中，一组十一根第二电极113与一组第二电极合件上的第二射频馈入电极111的十一个触点1111触及，另一组十一根第二电极113与另一组第二电极合件上的第二射频馈入电极111的十一个触点1111。

本发明的准备工作：

参阅图1、图7，本发明需设置在一个真空腔体3内，在真空腔体内设有第一冷头4、第二冷头5及分子泵6，通过波纹管将本发明八极杆离子阱1、离子聚焦透镜组2及二十二极杆离子阱3连接到真空腔体3上，且第一冷头4与八极杆离子阱1的第一反应碰撞池100通过螺丝固定触及，第二冷头5与二十二极杆离子阱3的第二反应碰撞池200通过螺丝固定触及，整体通过波纹管调节完成使八极杆离子阱1、离子聚焦透镜组2及二十二极杆离子阱3依次排列在同一轴线上；选用两个2000L/min的分子泵6维持真空腔体内超高真空环境。

给第一电极合件、第二电极合件连接电源均为美国EXTREL公司的高压射频电源，电源输出两路频率在2.9MHz，电压峰峰值0～4000V范围内的幅度相同、相位相反的射频电压。通过BELDEN 8261 RG-11A/U型电缆连接到真空腔体的接线柱上，真空腔体的接线柱内侧通过直径2mm的高纯紫铜柱分别连接到第一反应碰撞池100和第二反应碰撞池200侧壁的接线柱上，第一反应碰撞池100和第二反应碰撞池200侧壁的接线柱分别与内部的两片第一射频馈入电极105和两片第二射频馈入电极111相连，提供离子径向约束的射频电场。

经过本发明八极杆离子阱1、离子聚焦透镜组2及二十二极杆离子阱3的离子束由电喷雾ESI产生，通过施加-5KV电压到毛细管内液体上，通过吹入干燥氮气去除附着溶液，从而产生多种质荷比的负离子群。经由离子漏斗、四极杆选质、八极杆导引后进入本发明的八极杆离子阱1、离子聚焦透镜组2及二十二极杆离子阱3，从而产生4.2 K低温、高重复频率脉冲离子束源。

本发明是这样工作的：

参阅图1、图7，从电喷雾离子源产生的离子群，经由离子漏斗富集、四级杆选质以及八极杆导引后进入本发明八极杆离子阱1，离子在离子聚焦透镜的聚焦约束下进入第一电极104围成的圆柱空间内，在施加到两片第一射频馈入电极105的射频电场作用下，离子径向运动约束在射频电场空间内；低温缓冲气体通过第一反应碰撞池100的注气孔进入与离子束发生碰撞过程，交换动能减低离子束的热运动实现一级冷却；第一棱镜电极101施加一定范围的偏置电压，可以提高离子束的纵向聚焦效果；当离子离开八极杆离子阱1围成的区域时，确保出射离子束温度减低到设定值；由于出射后的离子束缺失了纵向约束的射频电场，离子束会发生扩散，为此，在离子聚焦透镜组2施加合适的电压，对离子束进行约束与聚焦，确保一级冷却后的离子束可以进入二十二极杆离子阱3中；当离子运动到二十二极杆离子阱3时，在施加到两片第二射频馈入电极111的射频电场作用下，离子径向运动约束在射频电场空间内；第二棱镜电极108施加一定范围的偏置电压，可以提高离子束的纵向聚焦效果；低温缓冲气体通过第二反应碰撞池200的注气孔进入与离子束再次发生碰撞，进行动能交换，进一步降低离子束的热运动实现二级冷却；同时通过施加到五片直流梯度电极114特定时序的脉冲直流电压，实现对进样离子束的富集和驱逐；当离子束温度冷却到设定值时，更改直流梯度电极114的电压时序，将冷却后的离子束从二十二极杆离子阱3中脉冲化输出，确保后续实验顺利进行。

参阅图1、图2、图3、图7，本发明八极杆离子阱1施加到第一棱镜电极101的电压范围为：-5～-1V；施加到两片第一射频馈入电极105的射频电压频率为：2.9MHz；电压峰值范围为：500～1000V；缓冲气体通入第一反应碰撞池100后，真空腔的真空度将从10^-6Pa变化到10^-3Pa；一级冷却设计可以实现离子束热运动温度分布从300K降低到40K左右；对离子束进行约束与聚焦而施加到离子聚焦透镜组2上离子聚焦透镜106的三片电极片的电压范围依次为：0V, 10～30V, 0V。

参阅图1、图4、图5、图6、图7，本发明二十二极杆离子阱3施加到第二棱镜电极108的电压范围为：-5～-1V；施加到二十二极杆离子阱3的两片第二射频馈入电极111上射频电压频率为：2.9MHz；电压峰峰值范围在500～1000V；缓冲气体通入第二反应碰撞池200后，真空腔的真空度将从10^-6Pa变化到10^-3Pa；进行动能交换，离子束的热运动温度将从40K降低到4.2K；施加到5片直流梯度电极114的脉冲直流电压幅值范围为：-100V～-10V；频率范围为：1K～10KHz；脉宽范围在为：10us～100us；可以实现频率1K～10KHz的脉冲离子束输出。

在上述实践过程中，入射离子的动能、发散度、施加在八极杆离子阱1和二十二极杆离子阱3上的射频电压频率、幅度、以及第二级冷却装置中直流梯度电极的时序控制均为关键参数。

本发明进一步地说明

参阅图1、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，八极杆离子阱1两端均安装出第一棱镜电极101，第一棱镜电极101为圆筒和圆盘组合结构，中心开孔用于离子引导，外侧留有凸出端设计。

参阅图1、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，八极杆离子阱1中第一陶瓷压块102为圆盘设计，中心开孔，一侧为内台阶设计且开有凹槽，对第一棱镜电极101进行限位。

参阅图1、图2、图3、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，八极杆离子阱1的第一蓝宝石板103，中心为对称花瓣状镂空设计，呈双层圆盘状，大圆盘外径与第一反应碰撞池100内径相等；小圆盘外侧设计有沉孔用于连接第一电极104和射频馈入电极105。

参阅图1、图2、图3、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，八极杆离子阱1的第一电极104横截面为D形，且纵向截面上设计有螺纹孔，用于连接第一蓝宝石板103、第一电极104和射频馈入电极105。

参阅图1、图2、图3、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，八极杆离子阱1的射频馈入电极105，中心花瓣状镂空设计，整体呈圆盘状，圆盘面设计有螺纹孔，第一蓝宝石板103通过螺丝连接到射频馈入电极105进行固定；射频馈入电极105侧边设计有螺孔用于连接第一电极104、射频馈入电极105和射频电源接线柱。

参阅图1、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，连接八极杆离子阱1和二十二极杆离子阱3为离子聚焦透镜组2，离子聚焦透镜组2由三片离子聚焦透镜电极106组成，电极为圆筒和圆盘组合设计，中心开孔，边缘有凸出端设计，凸出端中心开孔，用于连接直流电源；圆盘面有对称分布四个通孔，安装时将套有长螺杆的空心陶瓷柱穿过四个通孔进行连接，整体固定到第一反应碰撞池100出射端盖上。

参阅图1、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，二十二极杆离子阱3的陶瓷压块107整体呈圆盘状，圆盘面设计有3个通孔，螺丝穿过通孔连接到第二反应池200侧壁对第二棱镜电极108进行固定。

参阅图1、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，二十二极杆离子阱3两端安装有第二棱镜电极108，第二棱镜电极108为圆筒和圆盘组合设计，中心开孔，外侧为凸出端设计；两片电极构成一组出(入)射棱镜电极组，

参阅图1、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，二十二极杆离子阱3的陶瓷板109为扁平圆筒设计，两侧为内台阶设计且开有凹槽，通过凹槽对第二棱镜电极108进行限位。

参阅图1、图6、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，二十二极杆离子阱3的第二蓝宝石板110为圆盘设计，中心开孔，圆盘面设计有三个通孔，陶瓷柱115穿过通孔进行第二蓝宝石板110固定，用于第二棱镜电极108和射频馈入电极111之间的绝缘。

参阅图1、图6、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，二十二极杆离子阱3的两片射频馈入电极111呈圆盘状，中心开孔，圆盘面均匀设计有两种尺寸的二十二个通孔，其中十一个孔与十一根第二电极113焊接相连；圆盘面设计有三个均匀分布通孔，陶瓷柱115穿过通孔进行射频馈入电极111固定；圆盘面还设计两个螺纹孔，用于固定第三蓝宝石板112。

参阅图1、图4、图6、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，二十二极杆离子阱3的第三蓝宝石板112，整体呈圆盘状，中心开孔，圆盘面设计有二十二个同尺寸通孔，二十二根第二电极113穿过通孔进行绝缘；圆盘面设计有三个通孔，陶瓷柱115穿过通孔进行第三蓝宝石板112固定；圆盘面还设计两个通孔，用于连接到射频馈入电极111。

参阅图1、图4、图5、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，二十二极杆离子阱3的二十二根第二电极113为圆柱金属杆，沿轴向均匀排列围成圆柱体区域。

参阅图1、图4、图5、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，二十二极杆离子阱3的直流梯度电极114为圆盘设计，中心开孔，圆盘面设计有三个通孔，陶瓷柱115穿过通孔来固定直流梯度电极114；圆盘面留有通孔设计，用于连接直流电源；五片直流梯度电极114整体套在二十二根第二电极113围成的圆柱区域外。

参阅图1、图4、图5、图7，进一步地，在一种可选的实施方式中，二十二极杆离子阱3的陶瓷柱115为多级空心陶瓷柱设计，内部穿插长螺杆，对内部器件依次进行固定。

以上是对本发明的两级多极杆离子阱装置结构的较佳实施进行了具体说明。考虑到以上公开，本实例并不代表发明创造仅限于此，熟悉此领域的技术人员可以在此权利要求范围内，做出种种调整，来确定它们的应用以及所需要的材料、组件、组合方式以及设备来实施这种新型结构。

Claims

1.一种高效制冷的多极杆冷阱系统，其特征在于，它包括八极杆离子阱（1）、离子聚焦透镜组（2）及二十二极杆离子阱（3）：

所述八极杆离子阱（1）由第一反应碰撞池（100）、第一棱镜电极（101）、第一陶瓷压块（102）、第一蓝宝石板（103）、第一电极（104）及第一射频馈入电极（105）构成；

所述第一反应碰撞池（100）为轴向两端设有棱镜合件座的筒状件；

所述第一电极（104）为八根圆杆；

所述第一陶瓷压块（102）为环状片；

所述第一蓝宝石板（103）为设有中心圆孔的环状片，其上围绕中心圆孔均布设有八个第一电极杆触点圆孔（1031）和八个非触点圆孔（1032）；

所述第一射频馈入电极（105）为环状片，其环内侧绕圆心均布设有空心花瓣状的四个触点（1051）；

所述第一棱镜电极（101）、第一陶瓷压块（102）及第一蓝宝石板（103）依次沿轴向叠加且构成第一棱镜合件，其中，第一棱镜合件为两组，并对称设于第一反应碰撞池（100）两端的棱镜合件座内，且第一蓝宝石板（103）与第一反应碰撞池（100）的筒内壁触及；

所述第一射频馈入电极（105）沿轴向叠加在第一蓝宝石板（103）上构成第一电极合件，第一电极合件为两组，并对称间隔设于第一反应碰撞池（100）的筒壁内，且分布于两组第一棱镜合件之间；

所述八根第一电极（104）平行且分别穿过两组第一电极合件的第一蓝宝石板（103）的八个第一电极杆触点圆孔（1031）与两组第一棱镜合件的第一蓝宝石板（103）的八个第一电极杆触点圆孔（1031）插接；

所述二十二极杆离子阱（3）由第二反应碰撞池（200）、第二陶瓷压块（107）、第二棱镜电极（108）、陶瓷板（109）、第二蓝宝石板（110）、第二射频馈入电极（111）、第三蓝宝石板（112）、第二电极（113）、直流梯度电极（114）及陶瓷杆（115）构成；

所述第二反应碰撞池（200）为轴向两端设有棱镜合件座的立方体状件；

所述第二电极（113）为二十二根圆杆；

所述第二陶瓷压块（107）及陶瓷板（109）为环状片；

所述第二蓝宝石板（110）为设有中心圆孔的环状片；

所述第二射频馈入电极（111）为环状片，其环内侧绕圆心均布设有空心花瓣状的十一个触点（1111）；

所述第三蓝宝石板（112）为设有中心圆孔的环状片，其上围绕中心圆孔均布设有二十二个第三电极杆孔（1121）及三个陶瓷杆孔；

所述直流梯度电极（114）为环状片，环状片上绕圆心均布设有三个陶瓷杆孔；

两片第二棱镜电极（108）及陶瓷板（109）依次沿轴向叠加且构成第二棱镜合件，其中，第二棱镜合件为两组，并对称设于第二反应碰撞池（200）两端的棱镜合件座外，且第二陶瓷压块（107）和第二蓝宝石板（110）与第二反应碰撞池（200）的棱镜合件座触及；

所述第二射频馈入电极（111）及第三蓝宝石板（112）依次沿轴向叠加构成第二电极合件，其中，第二电极合件为两组，并对称设于第二反应碰撞池（200）两端的棱镜合件座内，且第二蓝宝石板（110）与第二反应碰撞池（200）的筒内壁触及；

所述二十二根第二电极（113）平行且分别穿过两组第二电极合件的第三蓝宝石板（112）的二十二个第三电极杆孔（1121）及第二射频馈入电极（111）的十一个触点（1111）连接；

所述直流梯度电极（114）为数片，环状片的直流梯度电极（114）套在二十二根第二电极（113）的外侧，且间隔设于第二反应碰撞池（200）的筒壁内且位于两组第二电极合件之间；

所述陶瓷杆（115）为三根，陶瓷杆（115）平行且分别穿过数片直流梯度电极（114）的三个陶瓷杆孔与第三蓝宝石板（112）的三个陶瓷杆孔插接；

所述离子聚焦透镜组（2）由三片离子聚焦透镜（106）沿轴线排列构成，离子聚焦透镜（106）上设有电极片；

所述八极杆离子阱（1）、离子聚焦透镜组（2）及二十二极杆离子阱（3）依次沿轴向排列在同一轴线上。

2.根据权利要求1所述的高效制冷的多极杆冷阱系统，其特征在于，所述八根第一电极（104）交替分为两组，其中，一组四根第一电极（104）与一组第一电极合件上的第一射频馈入电极（105）的四个触点（1051）触及，另一组四根第一电极（104）与另一组第一电极合件上的第一射频馈入电极（105）的四个触点（1051）触及。

3.根据权利要求1所述的高效制冷的多极杆冷阱系统，其特征在于，所述二十二根第二电极（113）交替分为两组，其中，一组十一根第二电极（113）与一组第二电极合件上的第二射频馈入电极（111）的十一个触点（1111）触及，另一组十一根第二电极（113）与另一组第二电极合件上的第二射频馈入电极（111）的十一个触点（1111）。