CN114613660A

CN114613660A - 一种用于质谱仪的正弦波形射频电源

Info

Publication number: CN114613660A
Application number: CN202011449860.5A
Authority: CN
Inventors: 李海洋; 文宇轩; 陈平; 王祯鑫; 曹艺雪; 陈懿
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-06-10

Abstract

本发明提供一种用于质谱仪的正弦波形射频电源，包括：第一射频发生器、第一射频功率放大器、第二射频发生器、第二射频功率放大器以及耦合电路；所述第一射频发生器连接至所述第一射频功率放大器，所述第一射频发生器输出RF信号RF1，所述第一射频功率放大器将所述信号RF1放大并输出至所述耦合电路；所述第二射频发生器连接至所述第二射频功率放大器，所述第二射频发生器输出RF信号RF2，所述第二射频功率放大器将所述信号RF2放大并输出至所述耦合电路。本发明提供一种为质谱仪中的传输四杆极两对极杆施加反向的任意的波形的射频源。设计了简洁的结构，安装简便，可靠性高等特点，适合为质谱仪传输四极杆提供准确射频电压。

Description

一种用于质谱仪的正弦波形射频电源

技术领域

本发明涉及质谱分析技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于质谱仪的正弦波形射频电源。

背景技术

经典的射频四极杆运行在rf-only模式下时，射频电场约束离子与中性背景气体分子不断碰撞交换能量而逐步冷却，可以有效的将离子束聚焦通过下级的小孔，极大的提高离子传输效率。这在1991年Douglas发表的“collisional focusing effects in radiofrequency quadrupoles”中已做了全面的报道。由于对离子传输的要求，传输四极杆上的电压为直流电压和相对电极上的反向射频电压相耦合产生。

目前，申请号为CN201010164178.1的中国专利公开了一种用于质谱仪的射频电源，它包括用于产生占空比可调射频信号的射频信号产生装置、放大射频信号功率的功率放大器和为驱动对象提供射频电压的谐振电路，射频电源体积小巧，成本低廉。但这种功率放大器无法满足传输四极杆的相对电极施加任意波形射频电压的条件。

申请号为CN 201910947887.8的中国专利公开了一种用于多极杆离子阱和离子导向装置的射频电源，其特征在于，该电源包括信号源、功率放大器、射频共振电路、监测电路、偏置电路和负载，射频信号直接输入到谐振回路中，只有一条主回路，能量传输效率高，品质因数高，结构简单；但是只能同步调节传输射频电压，无法满足传输四极杆的相对电极施加任意波形射频电压的条件。

申请号为CN 201610414749.X的中国专利公开了一种质谱仪使用的射频电源，该质谱仪用射频电源包括信号源、互补信号产生电路、信号耦合电路和驱动电路；能够产生RF+、RF-和AC+、AC-四路信号的互补组合，并输出到负载上；但是其中AC、RF有固定的相位差，无法满足四极杆相对电极施加任意波形射频的条件。

发明内容

根据上述提出施加射频电压灵活性不高的问题的技术问题，而提供一种用于质谱仪的正弦波形射频电源。本发明主要利用一种用于质谱仪的正弦波形射频电源，其特征在于，包括：第一射频发生器、第一射频功率放大器、第二射频发生器、第二射频功率放大器以及耦合电路；

所述第一射频发生器连接至所述第一射频功率放大器，所述第一射频发生器输出RF信号RF1，所述第一射频功率放大器将所述信号RF1放大并输出至所述耦合电路；

所述第二射频发生器连接至所述第二射频功率放大器，所述第二射频发生器输出RF信号RF2，所述第二射频功率放大器将所述信号RF2放大并输出至所述耦合电路；

所述耦合电路接收第一、第二放大器的放大信号并耦合直流电压，耦合射频电压和直流电压并施加于质谱仪内传输四极杆的极杆上，所述第一射频发生器的将调控所述极杆的射频电压，所述第二射频发生器将调控所述极杆的射频电压。

更进一步地，所述第一功率放大器及所述第二功率放大器分别接收第一射频发生器与第二射频发生器的射频信号；

通过放大功率为100mV-500mV的射频信号至40V-200V，经过所述耦合电路通过直流源V1施加直流电平，最终施加在所述极杆上；RF电压信号均可以通过计算机调控：达到相位范围为0～2π，射频频率在射频发生器范围为0.1～5MHz，幅值在功率放大器范围为0～1000V，时序范围为100ms～1000ms；所述耦合电路采用统一的直流电压进行控制，使传输四极杆的直流电平统一。

进一步地，所述耦合电路为了减少电路交错和导线带来的阻抗干扰，所述耦合电路采用完全的镜像对称设置。

更进一步地，所述极杆为质谱仪中传输四极杆；所述极杆的长度为10-15cm，并在1-10Pa的气压下进行工作。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供一种为质谱仪中的传输四杆极两对极杆施加反向的任意的波形的射频源。设计了简洁的结构，安装简便，可靠性高等特点，适合为质谱仪传输四极杆提供准确射频电压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的组成框图。

图2为本发明连接电路电路原理图。

图3为本发明实施例1的结构示意图。

图4为本发明实施例1对应波形产生的正弦波组合示意图。

图5为本发明实施例2对应波形产生的正弦波组合示意图。

图中：1、第一射频发生器；2、第一射频放大器；3、第二射频信号发生器；4、第二射频信号放大器；5、叠加电路；6、四极杆负载部分；7、四极杆对应极杆负载1；8、四极杆的对应极杆2；9、四极杆的对应极杆3；10、四极杆的对应极杆4；C1、第一电容；C2、第二电容；R1、第一电阻；R2、第二电阻；V1、直流电源。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，包括第一射频发生器1、第一射频功率放大器2、第二射频发生器3、第二射频功率放大器4、耦合电路5，所述射频电源包括：

第一射频发生器1连接至第一射频功率放大器2，射频发生器输出RF信号RF1,第一射频功率放大器放大RF1并输出放大信号，传递至耦合电路5；四极杆负载7、8连接到R1与C1的连接点处；

第二射频发生器3连接至第一射频功率放大器4，射频发生器输出RF信号RF2,第而且射频功率放大器放大RF2并输出放大信号，传递至耦合电路5；四极杆负载9、10连接到R2与C2的连接点处；作为本申请一种优选的实施方式，优选地，C1、C2可取1000pF，R1、R2可取2.5MΩ。

耦合电路5接收第一、第二放大器的放大信号并耦合直流电压，耦合射频电压和直流电压并施加于质谱仪内传输四极杆6上，第一射频发生器的将调控对应极杆7、8的射频电压，第二射频发生器将调控对应极杆9、10射频电压。具体地，对应极杆上的射频的频率、相位差、时序可由信号发生器进行调节，幅值可由功率放大器调节。

第一功率放大器2、第二功率放大器4分别接收第一射频发生器1与第二射频发生器3的正弦信号，采用较大的放大功率放大射频信号(100mV-500mV)至约40V-200V，经由耦合电路结构，统一由直流源V1施加直流电平，最终施加在对应极杆7、8和9、10上；两路RF电压信号均可用计算机调控：相位可自由组合(0～2π)，射频频率在射频发生器要求下组合(0.1～5MHz)，幅值在功率放大器要求下组合(0～1000V)，时序自由组合(100ms～1000ms)，直流电平(0-500V)由直流电源施加。耦合电路对称镜像安装，减少电路交错带来的干扰；耦合电路中采用统一的直流电源V1控制四极杆上的直流电压。四极杆为质谱仪中的传输四极杆；长度约为10-15cm，在1-10Pa的气压下进行工作，其两对对应极杆上可施加上相位、频率、幅值、时序多样自由组合的电压。施加上所需电压后，可通过波形检测或者传输电子探测评估离子传输受波形组合影响的变化。

实施例1

如图3所示：本发明所述射频电源可用于紫外灯光电离四极杆飞行时间质谱仪中传输四极杆的调节，紫外灯光电离四极杆飞行时间质谱包括进样器、紫外灯离子电离装置、本实例的射频电源样品锥、截取锥、传输四级杆、离子透镜、离子检测器、第一真空室、第二真空室、第三真空室、机械泵、涡轮分子泵。检测的样品从真空紫外灯的进口端进入，产生离子，样品锥和截取锥收集输出的离子。

如图3所示，第一真空室，位于样品锥和截取锥之间，第二真空室，位于截取锥和离子透镜之间，截取板置于第二真空室内，第三真空室，四级杆分析器和离子检测器置于第三真空室内，机械泵抽取第一真空室内的空气形成低真空状态，涡轮分子泵抽取第二真空室和第三真空室内的空气形成低真空状态。样品锥和截取锥在低真空约100帕压力下形成离子束,再进入传输四极杆，四极杆的各极杆电压由外界射频电源通过真空接头施加，可通过计算机调节任意波形，离子经过传输四极杆的离子冷却和约束后，通过狭缝到达飞行时间质谱检测区域，根据探测器的计数与浓度的比例关系,可测出样品中元素进行定性和定量分析。

如图4所示：对应电极所自由施加的电压：A(1)、A(2)所示的四极杆将施加A相，B(1)、B(2)所示的四极杆将施加B相；A相上电压为：100V*sin(2π*1000000*t+0.3π)+30V射频直流复合信号；B相上电压为：200V*sin(2π*3000000*t-0.9π)+30V射频直流复合信号。

实施例2

如图5所示：与实例1所用仪器相同，电源也支持对功能示波器施加的正弦-正弦复合波形进行放大输出：A(1)、A(2)所示的四极杆将施加A相，B(1)、B(2)所示的四极杆将施加B相；A相上电压为：40V*sin(2π*1000000*t)+20V*sin(2π*2000000*t)-30V的正弦-正弦射频直流复合信号；B相上电压为：-40V*sin(2π*1000000*t)-20V*sin(2π*2000000*t)-30V正弦-正弦射频直流复合信号。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种用于质谱仪的正弦波形射频电源，其特征在于，包括：

第一射频发生器(1)、第一射频功率放大器(2)、第二射频发生器(3)、第二射频功率放大器(4)以及耦合电路(5)；

所述第一射频发生器(1)连接至所述第一射频功率放大器(2)，所述第一射频发生器(1)输出RF信号RF1，所述第一射频功率放大器(2)将所述信号RF1放大并输出至所述耦合电路(5)；

所述第二射频发生器(3)连接至所述第二射频功率放大器(4)，所述第二射频发生器(3)输出RF信号RF2，所述第二射频功率放大器(4)将所述信号RF2放大并输出至所述耦合电路(5)；

所述耦合电路(5)接收第一、第二放大器的放大信号并耦合直流电压，耦合射频电压和直流电压并施加于质谱仪内传输四极杆(6)的极杆上，所述第一射频发生器的将调控所述极杆的射频电压，所述第二射频发生器(3)将调控所述极杆的射频电压。

2.根据权利要求1所述的一种用于质谱仪的正弦波形射频电源，其特征在于，所述第一功率放大器(2)及所述第二功率放大器(4)分别接收第一射频发生器(1)与第二射频发生器(3)的射频信号；

通过放大功率为100mV-500mV的射频信号至40V-200V，经过所述耦合电路(5)通过直流源V1施加直流电平，最终施加在所述极杆上；RF电压信号均可以通过计算机调控：达到相位范围为0～2π，射频频率在射频发生器范围为0.1～5MHz，幅值在功率放大器范围为0～1000V，时序范围为100ms～1000ms；

所述耦合电路(5)采用同一直流电压进行控制，使两传输四极杆负载上的直流电平相同。

3.根据权利要求1所述的一种用于质谱仪的正弦波形射频电源，其特征在于，所述耦合电路(5)为了减少电路交错和导线带来的阻抗干扰，所述耦合电路(5)采用完全的镜像对称设置。

4.根据权利要求1所述的根据权利要求1所述的一种用于质谱仪的正弦波形射频电源，其特征在于，所述极杆为质谱仪中传输四极杆；所述极杆的长度为10-15cm，并在1-10Pa的气压下进行工作。