CN113471054B - 一种无栅网离子漏斗阱装置及其方法和用途 - Google Patents

一种无栅网离子漏斗阱装置及其方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无栅网离子漏斗阱装置及其方法和用途。本发明的无栅网离子漏斗阱装置，可以实现在高达103Pa的气压下发生气相离子分子反应，并且结构简单，制作方便，成本更低。利用本发明离子漏斗阱装置，通过调控加电方式和电压参数，不仅可实现气相离子的高效收集、约束与排出，提高离子的传输效率，还可使气相离子与高压反应气发生反应，同时增加反应气与离子的反应时间，提高反应气与离子之间发生碰撞反应的几率，从而提高离子漏斗阱的检测灵敏度。本发明的无栅网离子漏斗阱装置可广泛应用在各种质谱仪器中。

Description

一种无栅网离子漏斗阱装置及其方法和用途
技术领域
本发明属于化学反应装置技术领域，具体涉及一种无栅网离子漏斗阱装置及其方法和用途。
背景技术
离子分子反应是物理化学领域研究的热点之一，在认识分子活化转化的机理和规律、建立分子离子化的方法实现中性物种的检测、验证和改进相关理论计算以及为宏量分子转化提供新思路等方面具有重要研究价值。基于此，研制离子分子反应装置受到广泛关注。
在离子分子反应的研究中，提高反应气压可以增加气相离子与小分子的碰撞几率，有助于捕获离子分子反应中间体、发现新的反应通道，进一步深入研究离子分子反应。
目前常用的离子分子反应装置如离子回旋共振池(反应气压-10-7-10-6Pa,Bondybey V.E.,et al.,J.Chem.Phys.,1995,102,4870)、碰撞反应池(反应气压 -10-2-10-1Pa,Castleman A.W.Jr.,et al.,J.Chem.Phys.,2001,114,798)、离子阱 (反应气压-10-2-101Pa,Bernhardt T.M.,et al.,Chem.Phys.Lett.,2001,340,282) 等反应气压较低。这是由于气相离子在跨气压传输时损失较大。
1997年，Smith等人发明了离子漏斗装置(Shaffer S.A.,et al.,Anal.Chem.,1997,71,2957.)，并用其实现了气相离子的高效跨气压传输。这一优点使其可以作为潜在的高气压离子分子反应装置。
现有技术中用于高气压下约束离子的离子漏斗阱装置采用栅网电极，且结构复杂，目前尚未发现适用于高气压(例如反应气压高达103Pa)和/或长时间(例如反应时间长达103ms)的结构简单的离子分子反应的装置。
发明内容
为改善上述技术问题，本发明旨在提供一种无栅网离子漏斗阱装置及离子分子反应方法和该装置的用途，实现了高反应气压、长反应时间下的离子分子反应。
本发明提供了一种离子漏斗阱装置，所述装置包括N片环形电极片，所述环形电极片均为无栅网电极片；
N≥3且为整数，例如N≥30，优选40≤N≤70，示例性N＝57。
根据本发明的实施方案，所述环形电极片的材质为金属。根据本发明的实施方案，相邻环形电极片之间的间距L相同，所有环形电极片的厚度d均相同；进一步地，间距L与环形电极片的厚度d相等。
根据本发明的实施方案，相邻的所述环形电极片间通过绝缘方式连接。例如，在相邻环形电极片之间设置绝缘片，利用绝缘片实现绝缘方式连接。进一步地，所述绝缘片的厚度与环形电极片的厚度d相等。
根据本发明的实施方案，每片环形电极片上均设置有圆形通孔。
根据本发明的实施方案，所述装置还包括反应漏斗和电压控制单元；所述反应漏斗由所述环形电极片沿圆形通孔的轴线方向设置形成；所述电压控制单元与环形电极片连通，以约束进入所述反应漏斗内的气相离子。
根据本发明的实施方案，所述反应漏斗包括中空反应区，所述中空反应区由所述圆形通孔形成。
根据本发明的实施方案，所述气相离子进入中空反应区后被约束，并在中空反应区进行离子分子反应后，排出。
优选地，沿气相离子飞行方向上，环形电极片上圆形通孔的内径D逐渐缩小形成漏斗状的中空反应区。
优选地，沿气相离子飞行方向上，环形电极片上圆形通孔的内径D可先不变，后逐渐缩小。根据本发明的实施方案，所述环形电极片沿气相离子飞行方向上依次包括：入口电极片、中间电极片和出口电极片。
优选地，所述入口电极片为第1片环形电极片，所述出口电极片为第N片环形电极片，所述中间电极片为第2片至第N-1片环形电极片。
根据本发明的实施方案，所述入口电极片的圆形通孔内径为D1，出口电极片的圆形通孔内径为D2，其中，D1大于D2。
优选地，所述入口电极片的圆形通孔内径D1为10-20mm，优选为15mm。
优选地，所述出口电极片的圆形通孔内径D2为1-5mm，优选为4mm。
根据本发明的实施方案，所述中间电极片的圆形通孔内径D3小于或等于D1，且大于D2。
优选地，沿气相离子飞行方向上，中间电极片的圆形通孔内径D3整体上呈现逐渐变小的趋势。
示例性地，沿气相离子飞行方向上，靠近入口电极片的中间电极片的圆形通孔内径D3＝D1，其余部分的中间电极片的圆形通孔内径沿气相离子飞行方向以ΔD等差递减，第N-1片环形电极片的圆形通孔内径D3＝D2+ΔD。优选地，ΔD为0.1-1 mm，优选为0.5mm。
根据本发明的实施方案，所述反应漏斗沿轴线方向的长度为40-70mm，例如为57mm。
优选地，所述环形电极片的厚度d为0.5-2.0mm，优选地，d＝0.5mm。
优选地，所述绝缘片的尺寸与所述环形电极片适配。
根据本发明的实施方案，所述环形电极片和绝缘片通过绝缘圆柱杆固定。
优选地，所述环形电极片和绝缘片的边缘处均设有通孔，所述绝缘圆柱杆穿过通孔将所述环形电极片和绝缘片固定。
优选地，所述绝缘片和绝缘圆柱杆的材质均可以选自聚醚醚酮、聚四氟乙烯或陶瓷等绝缘材料。
根据本发明的实施方案，所述装置可通过所述绝缘圆柱杆固定在外部连接机构上，例如，通过所述绝缘圆柱杆的两端固定在外部真空腔体上。
根据本发明的实施方案，所述电压控制单元包括直流电单元、射频电单元和脉冲电单元。
其中，所述直流电单元包括第1直流电单元和第2直流电单元。优选地，第1 直流电单元和第2直流电单元的直流电压可以彼此独立地选自1-20V，例如为 1-15V或2-20V；示例性地，所述第1直流电单元的直流电压为6V；示例性地，所述第2直流电单元的直流电压为4V。
其中，所述射频电单元包括第1射频电单元和第2射频电单元。优选地，第1 射频电单元和第2射频电单元的射频电压的射频频率为1.0-1.2MHz，电压幅度值为150-300V，例如，射频频率优选为1.1MHz，电压幅度值优选为200V。优选地，第1射频电单元和第2射频电单元的射频电压幅度相同、极性相反。优选地，射频电压的波形为正弦波、方形波或三角形波。
其中，所述脉冲电单元包括至少1个脉冲电单元。
一种实施方式中，第1片环形电极片与第1直流电单元电连接(例如通过导线连接)，第N-1片环形电极片与第2直流电单元电连接(例如通过导线连接)。两者之间的电极片通过电阻连通，形成梯度电势，用于在轴向上约束气相离子。
一种实施方式中，第1片环形电极片与第1射频电单元电连接(例如通过导线连接)，第2片环形电极片与第2射频电单元电连接(例如通过导线连接)。第1片环形电极片到第N-1片环形电极片之间的相间环形电极片通过电容连通，通过射频电单元向相邻电极片上施加幅度相同、极性相反的射频电，用于在径向上约束气相离子。
一种实施方式中，所述脉冲电单元的电压幅值选自10-30V，优选为20V。优选地，所述脉冲电单元与第N片环形电极片电连接。
另一种实施方式中，所述脉冲电单元可以包括第1脉冲电单元和第2脉冲电单元。优选地，第1脉冲电单元的电压幅值选自2-20V，优选为5V。优选地，第2 脉冲电单元的电压幅值选自10-30V，优选为20V。优选地，所述脉冲电单元的电压波形选自矩形波或方波。优选地，所述第1脉冲电单元与第1片环形电极片电连接，所述第2脉冲电单元与第N片环形电极片电连接，用于在轴向上约束气相离子。
根据本发明示例性的一种实施方式，所述第1直流电单元与第1片环形电极片电连接，所述第2直流电单元与第N-1片环形电极片电连接；所述第1射频电单元与第1片环形电极片电连接，所述第2射频电单元与第2片环形电极片电连接；所述脉冲电单元与第N片环形电极片电连接。
根据本发明示例性的另一种实施方式，所述第1直流电单元与第1片环形电极片电连接，所述第2直流电单元与第N-1片环形电极片电连接；所述第1射频电单元与第1片环形电极片电连接，所述第2射频电单元与第2片环形电极片电连接；所述第1脉冲电单元与第1片环形电极片电连接，所述第2脉冲电单元与第N 片环形电极片电连接。
本发明中，第1环形电极片到第N-1环形电极片上每一片都同时施加直流电与射频电，直流电梯度变小，用于在轴向上约束气相离子；射频电幅度相同，相邻电极片极性相反，相间电极片极性相同，用于径向上约束气相离子。
本发明中，所述“梯度”指从第1片环形电极片上施加的直流电压至第N-1 片环形电极片上施加的直流电压呈等差趋势变化，例如差值为-2V，则电压分布为20V(第1片环形电极片电压)，18V(第2片环形电极片电压)，16V(第3 片环形电极片电压)，…，2V(第N-1环形电极片电压)。
根据本发明的实施方案，所述装置还包括气体引入单元。优选地，所述气体引入单元包括冷却气引入管和反应气引入管。
根据本发明的实施方案，所述气体引入单元包括冷却气引入管和反应气引入管，所述冷却气引入管和反应气引入管的引气口设置于所述反应漏斗的外壁。通过所述气体引入单元在所述反应漏斗内引入以约束气相离子的冷却气和以发生离子分子反应的反应气。由于气相离子进入中空反应区内时往往携带了较大的动能，为了避免气相离子在进入时直接与反应漏斗的内壁碰撞，通过冷却气引入管以引入冷却气与气相离子碰撞并带走气相离子的额外动能，从而便于在中空反应区内约束气相离子。
根据本发明的实施方案，气体引入单元通过脉冲阀或流量计控制进气，根据反应漏斗内的离子分子反应需求控制进气量。
优选地，所述冷却气引入管的气压为100-101Pa，所述反应气引入管的气压为101-103Pa。
本发明还提供了上述离子漏斗阱装置在气相离子分子反应中的应用，优选用于高气压、长时间气相离子分子反应中。
优选地，所述高气压为101-103Pa，优选为103Pa。
优选地，所述长时间为102-103ms，优选为103ms。
根据本发明示例性的实施方案，气相离子可在上述无栅网离子漏斗阱装置中于1000Pa条件下发生气相离子分子反应1000ms。
本发明还提供了一种气相离子分子反应的方法，所述反应在上述离子漏斗阱装置中发生。
根据本发明的实施方案，所述方法中的加电方式可以选自下述方法：
所述直流电单元包括第1直流电单元和第2直流电单元，分别施加于第1片环形电极片上和第N-1片环形电极片上；所述射频电发生单元包括第1射频电单元和第2射频电单元，分别施加于第1片环形电极片和第2片环形电极片上；所述脉冲电单元施加于第N片环形电极片上；
在另一种实施方式中，所述脉冲电单元包括第1脉冲电单元和第2脉冲电单元，分别额外施加于第1片环形电极片和第N片环形电极片上。
根据本发明的实施方案，所述气相离子分子反应的方法包括以下步骤：
S1、控制气体引入单元引入冷却气，引入气相离子，约束气相离子；
优选地，通过第1直流电单元(或第1脉冲电单元)、第2直流电单元和第1、 2射频电单元在第1到第N-1片环形电极片上施加梯度直流电和射频电，通过冷却气引入管引入冷却气(例如，冷却气的压力为100-101Pa)；引入气相离子后，通过第2脉冲电单元在第N片环形电极片上施加高压电，与施加在第1到第N-1片环形电极片上的电场共同作用，约束气相离子；
S2、控制气体引入单元引入反应气，与气相离子发生离子分子反应；
优选地，通过反应气引入管引入反应气(例如，反应气的压力为101-103Pa)，与气相离子发生离子分子反应，若气压较高，需要通过额外施加第1脉冲电单元增大第1片环形电极片上的电压，以在气流流出过程中约束气相离子；
S3、经充分反应后，撤去第1片环形电极片上的第1脉冲电和第N片环形电极片上施加的第2脉冲电，排出反应后的气相离子；
其中，所述第1脉冲电由第1脉冲电单元提供，第2脉冲电由第2脉冲电单元提供。
根据本发明的实施方案，在步骤S1中，所述第1射频电单元和第2射频电单元施加的射频电幅度相同、极性相反。优选地，射频电的射频频率为1.0-1.2MHz，电压幅度值为150-300V，例如，射频频率优选为1.1MHz，电压幅度值优选为200 V。优选地，射频电的波形为方形波、三角形波或正弦波。
根据本发明的实施方案，在步骤S2中，第1脉冲电单元的电压幅值选自 2-20V，优选为5V。第2脉冲电的幅值为10-30V，优选为20V。优选地，脉冲电单元的电压波形选自矩形波或方波。
根据本发明的实施方案，在步骤S1中，由于经离子源产生的气相离子进入中空反应区内时的动能过大，需要通过冷却气引入管引入冷却气与气相离子碰撞带走气相离子的额外动能，从而便于在中空反应区内约束气相离子。
优选地，所述冷却气选自惰性气体，例如氦气。
在步骤S2中，当中空反应区内的气压高于约600Pa时，通过第1脉冲电单元增大第1片环形电极片上的电压，增加气相离子在中空反应区内受到的约束力，避免气相离子随中空反应区内的高压气流从入口电极片或出口电极片排出。
优选地，所述第1脉冲电单元的脉冲时间根据离子漏斗中的气压确定，当气压高于600Pa时，入口电极片上额外施加脉冲电压，当气压低于600Pa时，撤去脉冲电压。优选地，所述脉冲电单元的电压波形选自矩形波或方波。
根据本发明的实施方案，在步骤S1和步骤S2中，气体引入单元通过脉冲阀或流量计控制进气，根据反应漏斗内的离子分子反应需求控制进气量。
根据本发明的实施方案，在步骤S2中，反应后的气相离子经第N片环形电极片排出。
本发明还提供上述离子漏斗阱装置或上述气相离子分子反应的方法在质谱仪器中的用途。
优选地，所述质谱仪器包括傅立叶变换质谱仪、飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪、四极杆质谱仪等。
本发明的有益效果：
本发明提供的无栅网离子漏斗阱装置，可以实现在高达103Pa的气压下发生气相离子分子反应，并且结构简单，制作方便，成本更低。利用本发明离子漏斗阱装置，可实现气相离子的高效收集、约束与排出，提高离子的传输效率(离子通量高于104个/秒)。
本发明提供的离子漏斗阱装置用于气相离子分子反应，通过调控加电方式和电压参数，可使气相离子与高压反应气发生反应，同时增加反应气与离子的反应时间(反应时间可高达1000ms)，提高反应气与气相离子之间发生碰撞反应的几率，从而提高离子漏斗阱的检测灵敏度，本发明的离子漏斗阱装置可广泛应用在各种质谱仪器中。
附图说明
图1是本发明的无栅网离子漏斗阱装置的剖面示意图；其中，环形电极片11-13、冷却气引入管21，反应气引入管22。
图2是本发明示例性的环形电极片的结构示意图；其中，圆形通孔111、通孔112。
图3是无栅网离子漏斗阱装置工作时各环形电极片上的电压分布示意图。
图4是实施例2中的气相离子Au+与n-C7H16/He反应气发生离子分子反应后的质谱检测图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和部件均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1
一种无栅网离子漏斗阱装置，包括N片环形金属电极片、绝缘片与绝缘圆柱杆、电压控制单元和气体引入单元，电压控制单元包括直流电压单元、射频电压单元、脉冲电压单元。其中，N≥3且为整数，例如N≥30，优选40≤N≤70，示例性N＝57。
图1为本实施例的离子漏斗阱装置的剖面示意图，如图1所示，N片环形金属电极片从左到右依次包括第1片电极片、第2片电极片、…、第N-1片电极片和第 N片电极片。气相离子从第1片电极片进入该装置内，并经第N片电极片离开改装置，第1片电极片到第N片电极片的方向即为气相离子的飞行方向。
环形电极片11-13均为无栅网结构，环形电极片11-13的中心有一圆形通孔 111，直径为D；在每个环形电极片的四角上各有一小圆孔112；环形电极片11-13 的厚度d＝0.5mm。
环形电极片11-13以厚度d为间隔共轴排列，每相邻两片环形电极片之间通过厚度为d的绝缘片分隔，四根绝缘圆柱杆穿过环形电极片四角的小圆孔112，将环形电极片组装起来，以达到绝缘连接。绝缘片和绝缘圆柱杆的材质可以选用本技术领域常用的绝缘材质，例如为聚醚醚酮、聚四氟乙烯或氧化铝陶瓷。
N片电极片沿圆形通孔的轴线方向设置形成反应漏斗，而圆形通孔形成中空反应区。反应漏斗沿轴线方向的长度为60mm。沿着离子飞行的方向，环形电极片11-13的圆形通孔内径D先保持不变，再逐渐减小。具体来说，入口和靠近入口的电极片的圆形通孔的内径D保持一致，然后靠近出口的电极片和出口电极片的圆形通孔的内径D呈等差减ΔD减小。
沿着离子飞行的方向，第1片环形电极片记为入口电极片，第N片环形电极片记为出口电极片，第2片环形电极片至第N-1片环形电极片记为中间电极片。第1片环形电极片的圆形通孔内径记为D1和第N片环形电极片的圆形通孔内径记为D2，靠近出口的电极片12的圆形通孔的内径记为D3，其中，D1大于D2。
入口和靠近入口的电极片11的圆形通孔的内径均为D1，靠近出口的电极片 12的圆形通孔的内径D3呈等差减小至D2。入口电极片的圆形通孔的内径D1为 15mm。出口电极片的圆形通孔的内径D2为4mm。ΔD为0.5mm。第N-1片环形电极的直径＝D2+ΔD。
通过电压控制单元在电极片上施加电压，从而实现控制气相离子的运动：控制气相离子进入或排出反应漏斗、控制气相离子被约束在反应漏斗的中空反应区内。
第1片环形电极片通过导线与第1直流电压单元连通，第N-1片环形电极片通过导线与第2直流电压单元连接，两者与其之间的环形电极片通过电阻连通，在第1直流电压单元和第2直流电压单元施加的电压下形成梯度电势。第1直流电压单元和第2直流电压单元可随时间发生变化，从而产生变化的梯度电势，控制气相离子沿反应漏斗的轴向运动。具体地，第1片环形电极片上施加的高直流电压为5-10V；第N-1片环形电极片上施加的低直流电压为2-4V。
同时，第1片电极片和第2片环形电极片分别通过导线与第1射频电压单元和第2射频电压单元连通，相间的环形电极片间通过电容连通，在第1和第2射频电单元施加的电压下，相邻电极片上可得到幅度相同、极性相反的射频电压，用于在径向上约束离子；相间电极片上射频电均相同。具体地，射频电压的频率为1.1MHz，电压幅度值为200V。
第N片环形电极片13通过导线与脉冲电压单元相连，在离子引入、约束和排出过程中分别在第N片环形电极片上施加不同的电压，例如在离子引入和排出时，在第N片环形电极片上施加的电压为0，当离子被约束在中空反应区时，第N 片环形电极片上施加的电压为10-30V，优选为20V。
气体引入单元包括冷却气引入管21和反应气引入管22，分别引入冷却气以约束离子和反应气与离子碰撞发生离子分子反应。气体引入单元通过脉冲阀或流量计控制气体流量。
实施例2
在实施例1离子漏斗阱装置中进行气相离子分子反应的方法，包括以下步骤：
S1、分别在第1片环形电极片和第N-1片环形电极片上施加第1直流电压、第 2直流电压形成梯度电势，并分别在第1片环形电极片和第2片环形电极片上施加第1射频电压、2射频电压，在反应漏斗中形成梯度电势和射频电压的电场，通过冷却气引入管21引入冷却气(引入管内气压为100-101Pa)，引入气相离子(即引入模式)。
S2、引入离子后，在第N片环形电极片上施加第2脉冲电压，与S1步骤中形成的电场共同作用，约束气相离子(即约束模式)；
S3、通过反应气引入管22引入反应气(引入管内气压为101–103Pa)，反应气与反应漏斗内的气相离子发生离子分子反应，若气压高于600Pa，需要通过第 1脉冲电单元在第1片环形电极片上额外施加第1脉冲电压，约束离子(即约束模式)，避免离子随高压气流从入口电极片或出口电极片流出反应漏斗；
S4、气相离子与反应气充分反应后，撤去第N片环形电极片上的第2脉冲电压，排出离子(即排出模式)，并进一步检测与表征。
上述步骤S1-S4中离子漏斗阱装置不同工作模式下，各环形电极片上的电压分布如图3所示。
引入与排出模式时第1直流电压、第2直流电压分别为：6.1V和3.6V；电压差值为2.5V；第1射频电压、2射频电压的射频电压为幅度相同、极性相反，其中，射频频率为：1.09MHz，电压幅值为150V；第2脉冲电压为0V；第1脉冲电压为0V。
当该装置工作在约束模式时，直流电压与射频电压不变，第2脉冲电压变为23.1V；若反应气压高于600Pa，电压为4.5V的第一脉冲电提高了第1到第N-1 片环形电极片间的梯度电势。
选用气相离子Au+与浓度为1ppbv的n-C7H16/He反应气发生离子分子反应，其中冷却气为He气(控制冷却气引入管内气压为10Pa、反应气引入管内气压为 1090Pa，反应时间500ms)。反应结束后，反应物离子和产物离子从出口排出，并通过反射式飞行时间质谱仪检测。如图4所示，强度较高(约800mV)的氢负离子转移产物C7H15 +被检测到。
选用气相离子Au-与反应气He气测试高气压下的离子通量，其中冷却气为 He气(控制冷却气引入管内气压为10Pa、反应气引入管内气压为500Pa)，在高气压下约束800ms。离子排出后，通过质谱表征得到离子通量高于104个/秒，与离子源产生离子直接进入质谱检测的强度相当，表明离子通过该装置时无损失。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种离子漏斗阱装置在气相离子分子反应中的应用，其特征在于，所述气相离子分子反应在离子漏斗阱装置中发生；所述气相离子分子反应为高气压、长时间气相离子分子反应；所述高气压为101-103Pa；所述长时间为102-103ms；
所述离子漏斗阱装置包括N片环形电极片，所述环形电极片均为无栅网电极片，N≥3且为整数；相邻的所述环形电极片间通过绝缘方式连接；每片环形电极片上均设置有圆形通孔；
所述离子漏斗阱装置还包括反应漏斗和电压控制单元；所述反应漏斗由所述环形电极片沿圆形通孔的轴线方向设置形成；所述电压控制单元与环形电极片连通，以约束进入所述反应漏斗内的气相离子；所述反应漏斗包括中空反应区，所述中空反应区由所述圆形通孔形成；所述气相离子进入中空反应区后被约束，并在中空反应区进行离子分子反应后，排出；
所述环形电极片沿气相离子飞行方向上依次包括：入口电极片、中间电极片和出口电极片；所述入口电极片为第1片环形电极片，所述出口电极片为第N片环形电极片，所述中间电极片为第2片至第N-1片环形电极片；
所述电压控制单元包括直流电单元、射频电单元和脉冲电单元；所述直流电单元包括第1直流电单元和第2直流电单元；所述射频电单元包括第1射频电单元和第2射频电单元；所述脉冲电单元包括第1脉冲电单元和第2脉冲电单元；
所述气相离子分子反应的方法中的加电方式选自下述方法：
所述第1直流电单元和第2直流电单元，分别施加于第1片环形电极片上和第N-1片环形电极片上，用于在轴向上约束气相离子；所述第1射频电单元和第2射频电单元，分别施加于第1片环形电极片和第2片环形电极片上，用于在径向上约束气相离子；所述第1脉冲电单元和第2脉冲电单元，分别额外施加于第1片环形电极片和第N片环形电极片上，用于在轴向上约束气相离子。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述入口电极片的圆形通孔内径为D1，出口电极片的圆形通孔内径为D2，其中，D1大于D2；所述中间电极片的圆形通孔内径D3小于或等于D1，且大于D2；沿气相离子飞行方向上，中间电极片的圆形通孔内径D3整体上呈现逐渐变小的趋势；
和/或，所述环形电极片的材质为金属。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，相邻环形电极片之间的间距L相同，所有环形电极片的厚度d均相同。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，间距L与环形电极片的厚度d相等；
和/或，所述相邻环形电极片之间设置绝缘片。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述绝缘片的厚度与环形电极片的厚度d相等；
和/或，所述绝缘片的尺寸与所述环形电极片适配；
和/或，所述环形电极片和绝缘片通过绝缘圆柱杆固定。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，第1射频电单元和第2射频电单元的射频电压幅度相同、极性相反。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述装置还包括气体引入单元；所述气体引入单元包括冷却气引入管和反应气引入管。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述冷却气引入管和反应气引入管的引气口设置于所述反应漏斗的外壁。
9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述气相离子在所述离子漏斗阱装置中，在1000Pa条件下发生气相离子分子反应1000ms。
10.根据权利要求7或8所述的应用，其特征在于，所述气相离子分子反应的方法包括以下步骤：
S1、控制气体引入单元引入冷却气，引入气相离子，约束气相离子；
通过第1直流电单元或第1脉冲电单元、第2直流电单元和第1、2射频电单元在第1到第N-1片环形电极片上施加梯度直流电和射频电，通过冷却气引入管引入冷却气；引入气相离子后，通过第2脉冲电单元在第N片环形电极片上施加高压电，与施加在第1到第N-1片环形电极片上的电场共同作用，约束气相离子；
S2、控制气体引入单元引入反应气，与气相离子发生离子分子反应；
通过反应气引入管引入反应气，与气相离子发生离子分子反应，若气压较高，需要通过额外施加第1脉冲电单元增大第1片环形电极片上的电压，以在气流流出过程中约束气相离子；
S3、经充分反应后，撤去第1片环形电极片上的第1脉冲电和第N片环形电极片上施加的第2脉冲电，排出反应后的气相离子；
其中，所述第1脉冲电由第1脉冲电单元提供，第2脉冲电由第2脉冲电单元提供。
11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，在步骤S1中，所述第1射频电单元和第2射频电单元施加的射频电幅度相同、极性相反；
和/或，所述冷却气选自惰性气体；
和/或，所述第1脉冲电单元的脉冲时间根据离子漏斗中的气压确定，当气压高于600Pa时，入口电极片上额外施加脉冲电压，当气压低于600Pa时，撤去脉冲电压；
和/或，所述脉冲电单元的电压波形选自矩形波或方波。
12.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，所述冷却气的压力为100-101 Pa；
和/或，所述反应气的压力为101-103Pa。
13.权利要求1-12任一项中的所述的应用在质谱仪器中的用途。
14.根据权利要求13所述的用途，其特征在于，所述质谱仪器包括傅立叶变换质谱仪、飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪、四极杆质谱仪。
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