CN115954258A - 一种电极结构射频相位可调的离子漏斗及电压加载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电极结构射频相位可调的离子漏斗及电压加载方法，涉及射频电压加载技术领域，离子漏斗包括叠加而成的第一类组电极和第二类组电极，所述第一类组电极由内径相等的多组环形电极进行叠加，所述第二类组电极由多组环形电极的内径呈线性递减进行叠加，所述环形电极由四片内径相同的电极片组成；在形成一个非闭合的所述环形电极的四片所述电极片中，相邻的所述电极片之间加载相同幅值、不同相位的射频电压。本装置通过该电极结构，并采用交叉式的射频电压加载方法，在传输离子过程中获得更好的离子聚焦和高效传输效率。同时还能提高对低质荷比离子的传输，有效改善离子漏斗中对低质荷比离子传输效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及射频电压加载技术领域，具体而言，涉及一种电极结构射频相位可调的离子漏斗及电压加载方法。
背景技术
在质谱仪器中，如何实现有效聚焦和传输在大气压电离源中产生的离子的能力，基本上决定了质谱仪可以实现的灵敏度。自电喷雾电离(ESI)发明以来，质谱应用在生命科学领域的蛋白质分析中扮演越来越重要的角色。虽然ESI在常压下具有很高的电离效率，但产生的离子中只有一小部分可以进入质谱仪并最终被检测器检测到。导致这一现象的主要原因之一是在第一差分泵送区域必须使用小直径加热毛细管或孔口作为接口，以维持适当的MS操作所需的真空压力。由于加热毛细管或孔口出口处的超音速自由射流膨胀，如果不使用有效的离子光学器件，大多数通过毛细管或孔口传输的离子将丢失而无法进入质谱下一阶段。
离子漏斗由一系列内径线性递减的环形电极组成，并且以同相邻电极施加幅度相等相位相反的射频电压和直流梯度电压，从而使离子可以有效地限制、聚焦并通过离子漏斗传输，实现了非常高的离子传输效率和离子聚焦效果。但是这也导致了离子在离子漏斗出口末端受到较强的势垒影响，使得离子漏斗对于低质荷比的离子传输效率低。
发明内容
本发明解决的问题是如何解决离子漏斗对于低质荷比的离子传输效率低的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种电极结构射频相位可调的离子漏斗，包括叠加而成的第一类组电极和第二类组电极，所述第一类组电极由内径相等的多组环形电极进行叠加，所述第二类组电极由多组环形电极的内径呈线性递减进行叠加，所述环形电极由四片内径相同的电极片组成；
在形成一个非闭合的所述环形电极的四片所述电极片中，相邻的所述电极片之间加载相同幅值、不同相位的射频电压；相邻的所述环形电极之间加载相同幅值、不同相位的射频电压，并加载直流梯度电压用于驱动离子向离子漏斗出口方向移动；
通过调节射频电压的频率、幅值和直流梯度电压使不同质荷比的离子在离子漏斗中进行传输。
进一步地，本装置通过该电极结构，并采用交叉式的射频电压加载方法，在传输离子过程中获得更好的离子聚焦和高效传输效率。同时还能提高对低质荷比离子的传输，有效改善离子漏斗中对低质荷比离子传输效率低的问题。
进一步地，所述环形电极为圆弧电极，由四片内径相同的圆弧电极片组成。
进一步地，所述环形电极为半圆柱电极，由四个内径相同的半圆柱电极片在同一径向位置相对放置组成，各个所述半圆柱电极片半径到半圆柱电极中心点的距离相等。
进一步地，所述环形电极为双曲面电极，由四个双曲面电极片在同一径向位置相对放置组成，双曲面电极片到双曲面电极中心点的距离和双曲面电极片顶点到边线距离相等。
一种电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法，包括步骤：
S1：将离子漏斗的环形电极分为四段，并在分段后的离子漏斗电极结构上分别按照第一预设加载流程、第二预设加载流程、第三预设加载流程和第四预设加载流程施加射频电压；其中，射频幅值和频率相同；
S2：经第一预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极施加相位相反的射频电压，并在同一径向方向上相邻电极施加相位相同的射频电压；
S3：经第二预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极施加相位相反的射频电压，并在同一径向方向上相邻电极也施加相位相反的射频电压；
S4：经第三预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极施加相位相反的射频电压，在同一径向方向上相邻电极之间的射频电压相位相差
S5：经第四预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极射频电压相位相差
在同一径向方向上相邻电极之间的射频电压相位相差
S6：在同一轴向位置的电极施加相同的直流电压，沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
在上述方法中，第一预设加载流程采用了轴向交叉、径向相同的射频电压加载方法，在这种方法下，可以在离子漏斗中环形电极分为四段，通过调节离子漏斗的各电参数，使离子漏斗具备选择性传输离子的能力。第二预设加载流程采用了轴向和径向都交叉式的射频电压加载方法，通过这种电压加载方法，调节离子漏斗的各电参数，可以在不改变离子漏斗传输离子质荷比传输范围下提高低质荷比离子的传输效率。第三预设加载流程采用了轴向交叉、径向相位可调的射频电压加载方法，通过调节径向电极上所施加射频波的相位，可以实现对离子束的聚焦，并且这种射频电压加载方法可以改善离子漏斗对低质荷比离子的传输效率。第四预设加载流程采用了轴向和径向都是相位可调的射频电压加载方法，通过对射频波的相位调整，减小离子漏斗末端势垒，在传输低质荷比的离子时，得到更高的离子传输效率和更好的聚焦效果。
进一步地，所述离子漏斗的电极结构包括圆弧电极、半圆柱电极和双曲面电极。
进一步地，所述第一预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，对第一圆弧电极片和第三圆弧电极片施加相同相位射频电压，在第二圆弧电极片和第四圆弧电极片施加与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与第二圆弧电极片和第四圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在半圆柱电极结构中，对第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片施加相同相位射频电压，在第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片施加与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在双曲面电极结构中，对第一双曲面电极片和第三双曲面电极片施加相同相位射频电压，在第二双曲面电极片和第四双曲面电极片施加与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与第二双曲面电极片和第四双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
进一步地，所述第二预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，对第一圆弧电极片和第三圆弧电极片施加相同相位的射频电压，在第二圆弧电极片和第四圆弧电极片施加与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与第二圆弧电极片和第四圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相反相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在半圆柱电极结构中，对第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片施加相同相位的射频电压，在第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片施加与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相反相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在双曲面电极结构中，对第一双曲面电极片和第三双曲面电极片施加相同相位的射频电压，在第二双曲面电极片和第四双曲面电极片施加与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与第二双曲面电极片和第四双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相反相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
进一步地，所述第三预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，对第一圆弧电极片和第三圆弧电极片施加相同相位的射频电压，在第二圆弧电极片和第四圆弧电极片施加与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，每相邻的圆弧电极的射频电压相位相差
并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在半圆柱电极结构中，对第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片施加相同相位的射频电压，在第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片施加与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，每相邻的半圆柱电极的射频电压相位相差
并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在双曲面电极结构中，对第一双曲面电极片和第三双曲面电极片施加相同相位的射频电压，在第二双曲面电极片和第四双曲面电极片施加与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，每相邻的双曲面电极的射频电压相位相差
并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
进一步地，所述第四预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，四个圆弧电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，每相邻的圆弧电极的射频电压相位也相差
并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在半圆柱电极结构中，四个半圆柱电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，每相邻的半圆柱电极的射频电压相位也相差
并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在双曲面电极结构中，四个双曲面电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，每相邻的双曲面电极的射频电压相位也相差
并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
本发明采用上述技术方案包括以下有益效果：
本发明通过新型的电极结构，并采用交叉式的射频电压加载方法，在传输离子过程中获得更好的离子聚焦和高效传输效率。同时还能提高对低质荷比离子的传输，有效改善离子漏斗中对低质荷比离子传输效率低的问题。基于离子漏斗对与低质荷比离子传输效率低的问题，将传统离子漏斗的环形电极分成四段，并在改变后的离子漏斗电极结构上按照第一预设加载流程、第二预设加载流程、第三预设加载流程和第四预设加载流程施加电压，形成离子漏斗的直流梯度电压，提高离子漏斗对于低质荷比离子的传输效率。通过将传统离子漏斗的一个圆环电极分成在同一径向方向上的四段电极，并在各电极下施加射频电压和直流电压，可以实现较好的离子传输和聚焦效果。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法流程图；
图2为本发明实施例一提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法中离子漏斗的电极结构为圆弧电极时分段示意图；
图3为本发明实施例一提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法中离子漏斗的电极结构为半圆柱电极时分段示意图；
图4为本发明实施例一提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法中离子漏斗的电极结构为双曲面电极时分段示意图；
图5为本发明实施例一提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法中第一预设加载流程阶段在径向方向的示意图；
图6为本发明实施例一提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法中第二预设加载流程阶段在径向方向的示意图；
图7为本发明实施例一提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法中第三预设加载流程和第四预设加载流程阶段在径向方向的示意图；
图8为本发明实施例一提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法中径向方向加载直流电压的示意图；
图9为本发明实施例一提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法中离子漏斗电极上的射频波相位调制时的相位延迟示意图；
图10为本发明实施例二提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电极为圆弧电极结构剖面示意图；
图11为本发明实施例二提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电极为半圆柱电极结构剖面示意图；
图12为本发明实施例二提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电极为双曲面电极结构剖面示意图；
图13为本发明实施例二提供的电极结构射频相位可调的离子漏斗的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
本实施例提供了一种电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法，如图1至图8所示，本方法包括步骤：
S1：将离子漏斗的环形电极分为四段，并在分段后的离子漏斗电极结构上分别按照第一预设加载流程、第二预设加载流程、第三预设加载流程和第四预设加载流程施加射频电压；其中，射频幅值和频率相同；
S2：经第一预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极施加相位相反的射频电压，并在同一径向方向上相邻电极施加相位相同的射频电压；
S3：经第二预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极施加相位相反的射频电压，并在同一径向方向上相邻电极也施加相位相反的射频电压；
S4：经第三预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极施加相位相反的射频电压，在同一径向方向上相邻电极之间的射频电压相位相差
S5：经第四预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极射频电压相位相差
在同一径向方向上相邻电极之间的射频电压相位相差
S6：在同一轴向位置的电极施加相同的直流电压，沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
具体的，第一预设加载流程采用了轴向交叉、径向相同的射频电压加载方法，在这种方法下，可以在离子漏斗中环形电极分为四段，通过调节离子漏斗的各电参数，使离子漏斗具备选择性传输离子的能力。
具体的，第二预设加载流程采用了轴向和径向都交叉式的射频电压加载方法，通过这种电压加载方法，调节离子漏斗的各电参数，可以在不改变离子漏斗传输离子质荷比传输范围下提高低质荷比离子的传输效率。
具体的，第三预设加载流程采用了轴向交叉、径向相位可调的射频电压加载方法，通过调节径向电极上所施加射频波的相位，可以实现对离子束的聚焦，并且这种射频电压加载方法可以改善离子漏斗对低质荷比离子的传输效率。
具体的，第四预设加载流程采用了轴向和径向都是相位可调的射频电压加载方法，通过对射频波的相位调整，减小离子漏斗末端势垒，在传输低质荷比的离子时，得到更高的离子传输效率和更好的聚焦效果。
其中，离子漏斗的电极结构包括圆弧电极、半圆柱电极和双曲面电极。
其中，第一预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，对第一圆弧电极片和第三圆弧电极片施加相同相位射频电压，在第二圆弧电极片和第四圆弧电极片施加与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与第二圆弧电极片和第四圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
参阅图2、图5和图8，在离子漏斗实施电压方法上，图2中的1、3圆弧电极施加相同相位射频电压，2、4圆弧电极施加和1、3相反相位的射频电压。如图2和图5所示，在径向方向上，与1、3圆弧电极同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与2、4圆弧电极同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压，如图8所示，同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在随着电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为60V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用。
在半圆柱电极结构中，对第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片施加相同相位射频电压，在第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片施加与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
参阅图3、图5和图8，在离子漏斗实施电压方法上，图3中的1、3半圆柱电极施加相同相位的射频电压，2、4半圆柱电极施加和1、3相反相位的射频电压。在径向方向上，如图3和图5所示，与1、3半圆柱电极同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与2、4半圆柱电极同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压。如图8所示，同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在随着电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为60V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用。
在双曲面电极结构中，对第一双曲面电极片和第三双曲面电极片施加相同相位射频电压，在第二双曲面电极片和第四双曲面电极片施加与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与第二双曲面电极片和第四双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
参阅图4、图5和图8，在离子漏斗实施电压方法上，图4中的1、3双曲面电极施加相同相位的射频电压，2、4双曲面电极施加和1、3相反相位的射频电压。在径向方向上，如图2和图5所示，与1、3双曲面电极同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与2、4双曲面电极同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压,。如图8所示，同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在随着电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为60V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用。
其中，第二预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，对第一圆弧电极片和第三圆弧电极片施加相同相位的射频电压，在第二圆弧电极片和第四圆弧电极片施加与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与第二圆弧电极片和第四圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相反相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
参阅图2和图6，在离子漏斗实施电压方法上，图2中的1、3圆弧电极施加相同相位的射频电压，2、4圆弧电极施加和1、3相反相位的射频电压。在径向方向上，如图2和图6所示，与1、3圆弧电极同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与2、4圆弧电极同一径向方向上的相邻电极也施加相反相位的射频电压，采用与上述相同的直流电压加载方法。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为100V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用。
在半圆柱电极结构中，对第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片施加相同相位的射频电压，在第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片施加与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相反相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
参阅图3和图6，在离子漏斗实施电压方法上，图3中的1、3半圆柱电极施加相同相位的射频电压，2、4半圆柱电极施加和1、3相反相位的射频电压。在径向方向上，如图3和图6所示，与1、3半圆柱电极同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与2、4半圆柱电极同一径向方向上的相邻电极也施加相反相位的射频电压，采用与上述相同的直流电压加载方法。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为100V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用。
在双曲面电极结构中，对第一双曲面电极片和第三双曲面电极片施加相同相位的射频电压，在第二双曲面电极片和第四双曲面电极片施加与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与第二双曲面电极片和第四双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相反相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
参阅图4和图6，在离子漏斗实施电压方法上，图4中的1、3双曲面电极施加相同相位的射频电压，2、4双曲面电极施加和1、3相反相位的射频电压。在径向方向上，如图4和图6所示，与1、3双曲面电极同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与2、4双曲面电极相同径向方向上的电极也施加相反相位的射频电压，采用与上述相同的直流电压加载方法。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为100V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用。
其中，第三预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，对第一圆弧电极片和第三圆弧电极片施加相同相位的射频电压，在第二圆弧电极片和第四圆弧电极片施加与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，每相邻的圆弧电极的射频电压相位相差
并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
参阅图2和图7，在离子漏斗实施电压方法上，图2中的1、3圆弧电极施加相同相位的射频电压，2、4圆弧电极施加和1、3相反相位的射频电压。在径向方向上，如图2和图7所示，每相邻的圆弧电极的射频电压相位相差
采用与上述相同的直流电压加载方法。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为80V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用。
在半圆柱电极结构中，对第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片施加相同相位的射频电压，在第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片施加与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，每相邻的半圆柱电极的射频电压相位相差
并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
参阅图3和图7，在离子漏斗实施电压方法上，图3中的1、3半圆柱电极施加相同相位的射频电压，2、4半圆柱电极施加和1、3相反相位的射频电压。在径向方向上，如图3和图7所示，每相邻的半圆柱电极的射频电压相位相差
采用与上述相同的直流电压加载方法。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为80V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用。
在双曲面电极结构中，对第一双曲面电极片和第三双曲面电极片施加相同相位的射频电压，在第二双曲面电极片和第四双曲面电极片施加与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，每相邻的双曲面电极的射频电压相位相差
并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
参阅图4和图7，在离子漏斗实施电压方法上，图4中的1、3双曲面电极施加相同相位的射频电压，2、4双曲面电极施加和1、3相反相位的射频电压。在径向方向上，如图4和图7所示，每相邻的双曲面电极的射频电压相位相差Π/2，并与实施例9采用相同的直流电压加载方法。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为80V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用
其中，第四预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，四个圆弧电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，每相邻的圆弧电极的射频电压相位也相差
并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
参阅图2和图7，在离子漏斗实施电压方法上，图2中的四个圆弧电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，如图2和图7所示，每相邻的圆弧电极的射频电压相位也相差
采用与上述相同的直流电压加载方法。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为80V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用。
在半圆柱电极结构中，四个半圆柱电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，每相邻的半圆柱电极的射频电压相位也相差
并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
参阅图3和图7，在离子漏斗实施电压方法上，图3中的四个半圆柱电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，如图3和图7所示，每相邻的双曲面电极的射频电压相位也相差
采用与上述相同的直流电压加载方法。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为80V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用。
在双曲面电极结构中，四个双曲面电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，每相邻的双曲面电极的射频电压相位也相差
并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
参阅图4和图7，在离子漏斗实施电压方法上，图4中的四个双曲面电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，如图2和图7所示，每相邻的双曲面电极的射频电压相位也相差
并与实施例9采用相同的直流电压加载方法。通过以上的离子漏斗电压加载方法并调节射频电压幅值为80V，频率为0.8MHz，直流梯度电压为15V/cm，实现离子漏斗传输和聚焦离子的作用。
参阅图9，为实施在离子漏斗电极上的射频波相位调制时的相位延迟示意图，不限波形。
提高离子漏斗对低质荷比离子的传输效率，关键在于减小离子漏斗出口末端势垒的影响，优选地，可以通过增大离子漏斗出口末端电极内径、调整电极厚度、电极间距及减小射频电压幅值的方法来提高对低质荷比离子的传输效率。
本方法基于离子漏斗对与低质荷比离子传输效率低的问题，将传统离子漏斗的环形电极分成四段，并在改变后的离子漏斗电极结构上按照第一预设加载流程、第二预设加载流程、第三预设加载流程和第四预设加载流程施加电压，形成离子漏斗的直流梯度电压，提高离子漏斗对于低质荷比离子的传输效率。
实施例二
本实施例提供了一种电极结构射频相位可调的离子漏斗，如图10、图11、图12和图13所示，包括叠加而成的第一类组电极和第二类组电极，第一类组电极由内径相等的多组环形电极进行叠加，第二类组电极由多组环形电极的内径呈线性递减进行叠加，环形电极由四片内径相同的电极片组成；
在形成一个非闭合的环形电极的四片电极片中，相邻的电极片之间加载相同幅值、不同相位的射频电压；相邻的环形电极之间加载相同幅值、不同相位的射频电压，并加载直流梯度电压用于驱动离子向离子漏斗出口方向移动；
通过调节射频电压的频率、幅值和直流梯度电压使不同质荷比的离子在离子漏斗中进行传输。
其中，环形电极为圆弧电极，由四片内径相同的圆弧电极片组成。
具体的，由四片内径相等的圆弧电极片形成一个非闭合环形电极，如图10和图13所示，一共包含多组环形电极。共分为第一类组电极和第二类组电极组成，其中第一类组电极为内径25.4mm的环形电极，第二类组电极为电极内径线性递减，第一类组电极的最后一组环形电极内径为2mm。整个离子漏斗装置处在一个低真空系统下。
具体的，离子漏斗位于质谱中第一级真空泵送区域。离子在在大气压下的离子源中产生，随后离子从大气压下通过加热毛细管或孔口进入第一级真空系统中的离子漏斗内。离子漏斗的一组环形电极，包含四个内径相等的圆弧电极片，一共有100组环形电极，圆弧电极片厚度为0.5mm，每组环形电极之间的距离为0.5mm。其中前55组为内径25.4mm的环形电极，后45组环形电极内径从25.4mm线性递减到2mm。在所有电极中，各电极施加所需的射频电压，并在随电极内径减小方向上的电极上施加线性递减的直流电压，使其在离子漏斗内部形成直流梯度电压，以此实现离子的传输和聚焦。
其中，环形电极为半圆柱电极，由四个内径相同的半圆柱电极片在同一径向位置相对放置组成，各个半圆柱电极片半径到半圆柱电极中心点的距离相等。
具体的，由四个内径相等的半圆柱电极片在同一径向位置相对放置，半圆柱电极片半径到中心点距离相等，如图11和图13所示，一共有多组电极，共分为第一类组电极和第二类组电极组成，第一类组电极半圆柱电极半径为25.4mm，各电极之间径向相对距离为25.4mm，第二类组电极半径及各电极之间径向相对距离由25.4mm线性递减到2mm。整个离子漏斗处在一个低真空系统下。
具体的，离子漏斗位于质谱中第一级真空泵送区域。离子在在大气压下的离子源中产生，随后离子从大气压下通过加热毛细管或孔口进入第一级真空离子漏斗中。离子漏斗的一组电极由四个内径相等的半圆柱电极片在同一径向位置相对放置构成，一共有100组电极，前55组电极组的半圆柱电极片半径和各半圆柱电极之间的径向相对距离为25.4mm，轴向相对距离为0.5mm，半圆柱电极片厚度为0.5mm，后45组半圆柱电极内径和径向相对距离由25.4mm线性递减到2mm。在所有电极中，各电极施加所需的射频电压，并在随电极内径减小方向上的电极上施加线性递减的直流电压，使其在离子漏斗内部形成直流梯度电压，以此实现离子的传输和聚焦。
其中，环形电极为双曲面电极，由四个双曲面电极片在同一径向位置相对放置组成，双曲面电极片到双曲面电极中心点的距离和双曲面电极片顶点到边线距离相等。
具体的，由四个双曲面电极片在同一径向位置相对放置，双曲面到中心点的距离和双曲面顶点到边线距离相等，如图12和图13所示，一共有多组电极，共分为第一类组电极和第二类组电极组成，第一类组电极双曲面电极片到中心点为25.4mm，各双曲面电极径向相对距离为25.4mm，第一类组电极的电极片到中心点距离及各双曲面电极径向相对距离由25.4mm线性递减到2mm。整个离子漏斗处在一个低真空系统下。
具体的，离子漏斗位于质谱中第一级真空泵送区域。离子在在大气压下的离子源中产生，随后离子从大气压下通过加热毛细管或孔口进入第一级真空离子漏斗中。离子漏斗的一组电极由四个相等的双曲面电极片在同一径向位置相对放置构成，一共有100组电极，前55组电极各双曲面电极径向相对距离为25.4mm，轴向相对距离为0.5mm，双曲面电极厚度为0.5mm，后45组双曲面电极到径向相对距离由25.4mm线性递减到2mm。在所有电极中，各电极施加所需的射频电压，并在随电极内径减小方向上的电极上施加线性递减的直流电压，使其在离子漏斗内部形成直流梯度电压，以此实现离子的传输和聚焦。
具体的，离子漏斗包含三种新型结构，其中一种结构为在同一径向上由四个圆弧电极片形成一个非闭合环形电极，一共有100组非闭合环形电极组成；另外两种结构为同一径向上由四个半圆柱电极结构或双曲面电极结构形成一个四片型电极装置，一共有100组电极。通过这种新型的电极结构，并采用交叉式的射频电压加载方法，在传输离子过程中获得更好的离子聚焦和高效传输效率。同时还能提高对低质荷比离子的传输，有效改善离子漏斗中对低质荷比离子传输效率低的问题。通过将传统离子漏斗的一个圆环电极分成在同一径向方向上的四段电极，并在各电极下施加射频电压和直流电压，同样可以实现较好的离子传输和聚焦效果。
本发明通过上述电极结构，并采用交叉式的射频电压加载方法，在传输离子过程中获得更好的离子聚焦和高效传输效率。同时还能提高对低质荷比离子的传输，有效改善离子漏斗中对低质荷比离子传输效率低的问题。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电极结构射频相位可调的离子漏斗，其特征在于，包括叠加而成的第一类组电极和第二类组电极，所述第一类组电极由内径相等的多组环形电极进行叠加，所述第二类组电极由多组环形电极的内径呈线性递减进行叠加，所述环形电极由四片内径相同的电极片组成；
在形成一个非闭合的所述环形电极的四片所述电极片中，相邻的所述电极片之间加载相同幅值、不同相位的射频电压；相邻的所述环形电极之间加载相同幅值、不同相位的射频电压，并加载直流梯度电压用于驱动离子向离子漏斗出口方向移动；
通过调节射频电压的频率、幅值和直流梯度电压使不同质荷比的离子在离子漏斗中进行传输。
2.根据权利要求1所述的电极结构射频相位可调的离子漏斗，其特征在于，所述环形电极为圆弧电极，由四片内径相同的圆弧电极片组成。
3.根据权利要求1所述的电极结构射频相位可调的离子漏斗，其特征在于，所述环形电极为半圆柱电极，由四个内径相同的半圆柱电极片在同一径向位置相对放置组成，各个所述半圆柱电极片半径到半圆柱电极中心点的距离相等。
4.根据权利要求1所述的电极结构射频相位可调的离子漏斗，其特征在于，所述环形电极为双曲面电极，由四个双曲面电极片在同一径向位置相对放置组成，双曲面电极片到双曲面电极中心点的距离和双曲面电极片顶点到边线距离相等。
5.一种电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法，其特征在于，包括步骤：
S1：将离子漏斗的环形电极分为四段，并在分段后的离子漏斗电极结构上分别按照第一预设加载流程、第二预设加载流程、第三预设加载流程和第四预设加载流程施加射频电压；其中，射频幅值和频率相同；
S2：经第一预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极施加相位相反的射频电压，并在同一径向方向上相邻电极施加相位相同的射频电压；
S3：经第二预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极施加相位相反的射频电压，并在同一径向方向上相邻电极也施加相位相反的射频电压；
S4：经第三预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极施加相位相反的射频电压，在同一径向方向上相邻电极之间的射频电压相位相差
S5：经第四预设加载流程在同一轴向方向上的相邻电极射频电压相位相差
在同一径向方向上相邻电极之间的射频电压相位相差
S6：在同一轴向位置的电极施加相同的直流电压，沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
6.根据权利要求5所述的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法，其特征在于，所述离子漏斗的电极结构包括圆弧电极、半圆柱电极和双曲面电极。
7.根据权利要求6所述的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法，其特征在于，所述第一预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，对第一圆弧电极片和第三圆弧电极片施加相同相位射频电压，在第二圆弧电极片和第四圆弧电极片施加与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与第二圆弧电极片和第四圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在半圆柱电极结构中，对第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片施加相同相位射频电压，在第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片施加与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在双曲面电极结构中，对第一双曲面电极片和第三双曲面电极片施加相同相位射频电压，在第二双曲面电极片和第四双曲面电极片施加与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极施加相同相位的射频电压，与第二双曲面电极片和第四双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相同相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
8.根据权利要求6所述的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法，其特征在于，所述第二预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，对第一圆弧电极片和第三圆弧电极片施加相同相位的射频电压，在第二圆弧电极片和第四圆弧电极片施加与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与第二圆弧电极片和第四圆弧电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相反相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在半圆柱电极结构中，对第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片施加相同相位的射频电压，在第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片施加与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相反相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在双曲面电极结构中，对第一双曲面电极片和第三双曲面电极片施加相同相位的射频电压，在第二双曲面电极片和第四双曲面电极片施加与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，对与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极施加相反相位的射频电压，与第二双曲面电极片和第四双曲面电极片同一径向方向上的相邻电极也施加相反相位的射频电压，并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
9.根据权利要求6所述的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法，其特征在于，所述第三预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，对第一圆弧电极片和第三圆弧电极片施加相同相位的射频电压，在第二圆弧电极片和第四圆弧电极片施加与第一圆弧电极片和第三圆弧电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，每相邻的圆弧电极的射频电压相位相差
并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在半圆柱电极结构中，对第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片施加相同相位的射频电压，在第二半圆柱电极片和第四半圆柱电极片施加与第一半圆柱电极片和第三半圆柱电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，每相邻的半圆柱电极的射频电压相位相差
并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在双曲面电极结构中，对第一双曲面电极片和第三双曲面电极片施加相同相位的射频电压，在第二双曲面电极片和第四双曲面电极片施加与第一双曲面电极片和第三双曲面电极片相反相位的射频电压；
在径向方向上，每相邻的双曲面电极的射频电压相位相差
并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
10.根据权利要求6所述的电极结构射频相位可调的离子漏斗的电压加载方法，其特征在于，所述第四预设加载流程为：
在圆弧电极结构中，四个圆弧电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，每相邻的圆弧电极的射频电压相位也相差
并同时在同一轴向位置的圆弧电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在半圆柱电极结构中，四个半圆柱电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，每相邻的半圆柱电极的射频电压相位也相差
并同时在同一轴向位置的半圆柱电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压；
在双曲面电极结构中，四个双曲面电极片施加相位相差
的射频电压，在径向方向上，每相邻的双曲面电极的射频电压相位也相差
并同时在同一轴向位置的双曲面电极施加相同的直流电压，在沿电极内径减小的径向方向上通过电阻施加线性递减的直流电压，形成离子漏斗的直流梯度电压。
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| CN202211553858.1A CN115954258A (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 一种电极结构射频相位可调的离子漏斗及电压加载方法 |
Publications (1)
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| CN115954258A true CN115954258A (zh) | 2023-04-11 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211553858.1A Pending CN115954258A (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 一种电极结构射频相位可调的离子漏斗及电压加载方法 |
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Also Published As
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