CN112713080A - 用于三重四极质谱仪中射频升压方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于三重四极质谱仪射频升压方法和装置，方法包括以下步骤：将射频激励源经过耦合电容加载到选频网络，通过选频网络的频率电压为最终加载到四级杆的射频电压频率，此时通过选频网络的电压为固定频率的射频激励小电压信号，选频网络与谐振线圈相连，谐振线圈对射频激励小电压信号放大，谐振放大倍数Q由电容C和谐振线圈的电感值L决定。本发明具有很高的可靠性，结构易于实现，可将区间为[0，30VP‑P]射频激励源放大到峰峰值为8000Vp‑p的射频电压，从而增大了仪器的动态扫描范围。
Description
技术领域
本发明涉及三重四极质谱仪射频电源，具体说是一种应用在三重四极质谱仪射频电压的升压方法。
背景技术
三重四极质谱仪由于具有高灵敏度、分析速度快、样品用量少等特点，因此作为常规的定量分析仪器，被广泛的应用在军事侦察、核工业、公安工作、及环境科学领域。使用三重四极杆质谱仪时,先将流动相样品放入进样系统,样品经过进样系统的预处理后,进入到离子源,本发明是基于大气压化学电离源(atmospheric pressue chemical ionization,APCI)的基础上进行的研究。APCI源利用电晕针高压放电的原理使流动相发生化学电离，具体过程如下：APCI先将溶液引入热雾化室，雾化室内具有很高的温度，将流动相雾化；在雾化室的尾部安装放电针，并施加高压产生电晕放电(一般正离子最高设置为6000V，负离子最高设置为4000V)，由此产生待检测的带电离子。
APCI源产生的带电离子，需要进入到四级杆质量分析器进行离子筛选及检测，在质量分析器中需要施加和带电离子匹配的射频电压，保证带电离子在分析器中做螺旋运动从而完成离子检测。质量分析器根据不同的U/V值来筛选不同质荷比的离子，其中U和V分别为加载到质量分析器的直流高压和射频电压。根据马绍方程，稳定离子质荷比的展开公式为：
其中，f为射频电压的固定频率，R为分析器中四级杆的直径,k1和k2为固定常数。对于单位电荷，Z＝1，质量展开式为：
由质量展开式可知，射频电压V的值越高，待检测离子的质量数越大；因此为提高三重四极杆的动态扫描范围，需要尽可能的提升射频电压V。为配合离子源产生的带电离子，需要将射频激励源产生的峰峰值电压30VP-P提升到峰峰值8000VP-P。
现今传统的升压方式为变压器升压，经过研究和相关实验，发现采用变压器升压的方案存在以下两点不足：第一，大的变压比引起变压器的严重非线性化；在三重四极杆射频电源系统中，所需最大射频电压峰峰值为8000VP-P。这需要很大的变压器提供很大的变压比，但是大变压比的变压器的漏感和分布电容都会大大增加，这样会引起变压器的非线性严重化。其次，高频会导致变压器的趋肤效应增强，能量以电磁波的形式损耗，变压难度增大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种用于三重四极质谱仪射频升压的方法，为四极杆质量分析器提供高压射频，尽可能的满足大质量数带电离子的动态扫描要求，提高仪器的扫描性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于三重四极质谱仪射频升压的方法，包括以下步骤：
将射频激励源经过耦合电容加载到选频网络，通过选频网络的频率电压为最终加载到四级杆的射频电压频率，此时通过选频网络的电压为固定频率的射频激励小电压信号，选频网络与谐振线圈相连，谐振线圈对射频激励小电压信号放大，谐振放大倍数Q由电容C和谐振线圈的电感值L决定，公式如下：
式中ω0为电路谐振时的角频率(ω0＝2πf)，其中谐振放大倍数Q同时也是谐振线圈的品质因数，因此提高谐振电感的品质因数同时提高了谐振放大倍数。
所述谐振线圈中的电容C为重四极杆的杆间电容C0和内部导线的寄生电容Cj的总和。
所述电容C上并联有小容值的可调电容Cj，方便对谐振频率补偿。
所述谐振线圈采用空心的聚四氟乙烯骨架。
所述谐振线圈的绕线采取漆包线材料，减小高频能量损耗，克服射频后级放大引起的趋肤效应。
所述谐振线圈由铁氧体屏蔽罩密封，减小漏感。
一种用于三重四极质谱仪射频升压装置，包括设置在射频激励源与正极杆、负极杆之间的串联谐振放大回路，串联谐振放大回路包括依次相连的耦合电容、选频网络、谐振线圈，谐振线圈中的电容为重四极杆的杆间电容和内部导线的寄生电容的总和。
本发明具有很高的可靠性，结构易于实现，可将区间为[0，30VP-P]射频激励源放大到峰峰值为8000Vp-p的射频电压，从而增大了仪器的动态扫描范围。
附图说明
图1为本发明实施提供的一种用于三重四极质谱仪射频升压装置的结构示意图。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
一种用于三重四极质谱仪射频升压的方法，包括以下步骤：
将射频激励源经过耦合电容加载到选频网络，通过选频网络的频率电压为最终加载到四级杆的射频电压频率，此时通过选频网络的电压为固定频率的射频激励小电压信号，选频网络与谐振线圈相连，谐振线圈对射频激励小电压信号放大，谐振放大倍数Q由电容C和谐振线圈的电感值L决定，公式如下：
式中ω0为电路谐振时的角频率(ω0＝2πf)，其中谐振放大倍数Q同时也是谐振线圈的品质因数，因此提高谐振电感的品质因数同时提高了谐振放大倍数。
所述谐振线圈中的电容C为重四极杆的杆间电容C0和内部导线的寄生电容Cj的总和。
所述电容C上并联有小容值的可调电容Cj，方便对谐振频率补偿。
所述谐振线圈采用空心的聚四氟乙烯骨架。
所述谐振线圈的绕线采取漆包线材料，减小高频能量损耗，克服射频后级放大引起的趋肤效应。
所述谐振线圈由铁氧体屏蔽罩密封，减小漏感。
一种用于三重四极质谱仪射频升压装置，如图1所示，包括设置在射频激励源与正极杆、负极杆之间的串联谐振放大回路，串联谐振放大回路包括依次相连的耦合电容、选频网络、谐振线圈，谐振线圈中的电容为重四极杆的杆间电容和内部导线的寄生电容的总和。
本发明具有很高的可靠性，结构易于实现，可将区间为[0，30VP-P]射频激励源放大到峰峰值为8000Vp-p的射频电压，从而增大了仪器的动态扫描范围。
上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种用于三重四极质谱仪射频升压方法，包括以下步骤：
将射频激励源经过耦合电容加载到选频网络，通过选频网络的频率电压为最终加载到四级杆的射频电压频率，此时通过选频网络的电压为固定频率的射频激励小电压信号，选频网络与谐振线圈相连，谐振线圈对射频激励小电压信号放大，谐振放大倍数Q由电容C和谐振线圈的电感值L决定，公式如下：
式中ω0为电路谐振时的角频率，其中谐振放大倍数Q同时也是谐振线圈的品质因数，因此提高谐振电感的品质因数同时提高了谐振放大倍数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐振线圈中的电容C为重四极杆的杆间电容和内部导线的寄生电容的总和。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电容C上并联有小容值的可调电容Cj，用于对谐振频率补偿。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐振线圈采用空心的聚四氟乙烯骨架。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐振线圈的绕线采取漆包线材料，减小高频能量损耗，用于克服射频后级放大引起的趋肤效应。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐振线圈由铁氧体屏蔽罩密封，用于减小漏感。
7.一种用于三重四极质谱仪射频升压装置，包括设置在射频激励源与正极杆、负极杆之间的串联谐振放大回路，串联谐振放大回路包括依次相连的耦合电容、选频网络、谐振线圈，谐振线圈中的电容为重四极杆的杆间电容和内部导线的寄生电容的总和。
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