CN204088260U - 一种四极杆质量分析器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于质量分析仪器技术领域，具体为一种四极杆质量分析器。该四极杆电极系统是由横截面为梯形和圆弧组合形状的四个柱状电极,也称之梯形圆弧柱状电极,围绕一中心轴对称分布所构造而成.四个电极的圆弧面朝向中心轴,且合围成一同心圆.四个电极两两对称.所述梯形和圆弧组合形状中，梯形为等腰梯形，圆弧与梯形的两腰相切，切点为梯形的两个顶点，该顶点为梯形较短的底边与两腰的交点。该形状的电极所构成的四极电极系统,可以产生以四极场为主的电场分布,通过结构优化，可获得较高的质谱分析性能,且电极的制造相对简单。
Description
技术领域
本实用新型属于质量分析仪器技术领域，具体涉及一种用于离子选择和离子质量分析的四极杆质量分析器。
背景技术
质谱仪由于具有高灵敏度和高选择性等优点，已被广泛用于各种化学、生物物质的检测。它可以提供各种被分析物的母体离子和碎片离子的质量信息。这可让我们定性确定物质的种类和结构，或定量确定物质的含量。质谱分析一般有如下几步：样品的离子化、离子的传输与聚焦、离子的质量分析、离子的检测。其中离子检测是在质量分析器中实现的。
质量分析器有多种，如离子阱、飞行时间、轨道离子阱、四极杆。四极杆质量分析器，是目前市场上应用最广泛的质谱之一。它是通过在两两相对的极杆上分别施加相位相反的直流和射频电压，从而在四极杆围成的区域里形成四极电场。通过相关操作，使不同质荷比的离子按质荷比从小到大的顺序依次通过而被检测，实现质量分析。
理论上，四极杆的极杆应是双曲面极杆，这样会产生较理想的四极场。但是，由于双曲面加工难度较大和组装误差较大，普遍采用圆杆来代替。四根圆杆电极以方形阵列的形式放置，当圆杆半径r与场半径r0满足一定关系时，电场较接近双曲面电场。尽管如此，实验和模拟对比双曲面电极四极杆与圆杆电极四极杆性能发现，后者较前者分辨率和离子传输效率降低。
关于圆杆电极的四极杆的性能下降，人们认为是由于十二阶场、二十阶场和一些更高阶场导致的。因为决定四极杆内部电场分布的是r与r0的比例关系，前人做了一系列的优化工作。人们认为要使四极杆性能提高，必须使十二极场的含量为零，如Denison[Denison DR.J. Vac. Sci. Technol.1971,8:266]提出当r=1.148r0时，十二阶场含量为零，该比例四极杆的性能也较先前四极杆的性能得到提高。后来，不断有人计算出新的r与r0的比例，使十二极场含量为零。
Gibson和Taylor[Gibson JR, Taylor S. Rapid Commun. Mass Spectrom.2001,15: 1960.]研究认为除十二阶场外，含量较小，数量总多的其它高阶场对四极杆的性能总和影响不可忽视，并提出当r/r0在1.12和1.13之间四极杆具有最好的性能。Douglas和Konenkov[Douglas DJ, Konenkov NV. Rapid Commun. Mass Spectrom.2002,16: 1425.]模拟研究发现当r/r0=1.128-1.130，多级场系数A6和A10符号相反，大小接近，互相弥补，获得最佳的四极质谱性能。Ding [Ding C, Konenkov NV, Douglas DJ. Rapid Commun. Mass Spectrom.2003,17: 2495.]等发现加入2.6%的八极场四极杆的质量分辨率获得极大地提高，不过离子通过率下降明显。在分辨率达到3000时，离子通过率只有传统四极杆的十分之一。
总而言之，前人在提高四极杆性能主要有两个途径，设法降低高阶场的含量和利用某些高阶场。两者各有利弊。本申请的发明人在专利申请号为201410090932.X和中给出了一种新型离子阱，其电极形状的横截面为梯形圆弧组合图形，该形状与双曲面的等势能面更加接近。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种分析性能好、加工难度较低的四极杆质量分析器。
本实用新型提供的四极杆质量分析器，是由四个柱状电极以一个轴为中心对称排列构成，相邻的两个柱状电极之间夹角为90度；该柱状电极的横截面为等腰梯形和圆弧构成的组合形状，其中，连接圆弧两端点的弦与梯形上底边重合，且圆弧与梯形的两腰相切，也称之梯形圆弧柱状电极；柱状电极的圆弧端朝向中心对称轴；柱状电极的中心处开有凹槽，供离子弹出。
本实用新型中，所述柱状电极，其横截面的梯形的下底边的底角b等于圆弧圆心角a的一半；b取值为10°~80°，大小根据需要进行调节。
本实用新型中四根柱状电极可以完全相同，平行环绕着一中心对称轴合围成一空间，并且外切于一个圆。该情况下，高阶场成分只有A6、A10、A14等。如图2所示。
本实用新型中，所述四个柱状电极，相对的两个为一组，两组形状可以不同，每组的柱状电极之间的距离可以不同。该情况下，可加入一定量的八阶场等。如图3所示。
本实用新型中，所述柱状电极是采用任意导电材料加工而成。
本实用新型中，由于电极内的电场是有电极形状和电极位置决定的，因此，本实用新型可通过调节梯形圆弧柱状电极的梯形和圆弧形状以及电极间的相对距离，来调节电场分布，以获得最佳的四极杆质谱性能，从而获得更好的离子质量分析和离子传输性能。
本实用新型的四极杆优点在于，由于横截面为圆弧和梯形的组合形状的柱状电极较圆杆更加接近双曲面形状，可通过优化，降低高阶场成分的含量，获得较好的四极杆质量分析性能。同时，相比双曲面电极，加工难度明显降低。
本实用新型给出的四极杆质量分析器可以用于质量分析，或离子传输，也可作为线性离子阱。
本实用新型给出的四极杆质量分析器可以单独使用，也可以和其他实验系统，如其他类型的质谱仪，如离子阱质谱，飞行时间质谱等联合起来使用。
附图说明
图1：由梯形圆弧柱状电极所组成四极杆的轴测图。
图2：由四根完全相同的梯形圆弧柱状电极所组成的四极杆的横截面结构示意图。
图3：不同形状的梯形圆弧柱状电极所组成的四极杆的横截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本实用新型作进一步详细说明。
图1为一个由四根完全相同的梯形圆弧柱状电极所组成的四极杆结构示意图。四根完全相同的具有梯形圆弧截面的柱状电极，它们两两平行围绕着一中心对称轴分布，相邻的两个电极之间夹角为90度，并且四个电极的截面圆弧外切同一个圆，被相对固定。
图2为一个具有完全相同的梯形圆弧柱状电极组成的四极杆横截面图。图2中的参数r0为电极之间外切圆的半径，即场半径，r为圆弧半径，a为圆弧的圆心角，d为梯形的高，b为梯形的底角，由于圆弧与梯形相切与其顶点，故a=2b。影响四极杆的电场的主要参数是圆弧半径与场半径比例关系，圆弧的弧度。实际优化过程中，首先调节这些参数。
图3为一个具有不同形状的梯形圆弧柱状电极组成的四极杆横截面图。形状不同包括圆弧半径不同，即R2≠R1，圆弧弧度不同a1≠a2，以及梯形的高h1≠h2。这些形状不同存在于两对相对的电极，即相邻电极形状不同，相对的电极完全一样，这样可以引入八极场等。
图3中，两对相对的电极之间的距离的一半分别为x和y，x和y可以相等也可以不相等。这些参数同样显著影响四极杆内部的电场分布。
Claims (5)
1.一种四极杆质量分析器，其特征在于由四个柱状电极以一个轴为中心对称排列构成，相邻的两个柱状电极之间夹角为90度；该柱状电极的横截面为等腰梯形和圆弧构成的组合形状，其中，连接圆弧两端点的弦与梯形上底边重合，且圆弧与梯形的两腰相切，也称之梯形圆弧柱状电极；柱状电极的圆弧端朝向中心对称轴；柱状电极的中心处开有凹槽，供离子弹出。
2.根据权利要求1所述的四极杆质量分析器，其特征在于所述柱状电极，其横截面的梯形的下底边的底角b等于圆弧圆心角a的一半；b取值为10°~80°，大小根据需要进行调节。
3.根据权利要求1或2所述的四极杆质量分析器，其特征在于所述四根柱状电极完全相同，平行环绕着一中心对称轴合围成一空间，并且外切于一个圆。
4.根据权利要求1或2所述的四极杆质量分析器，其特征在于所述四个柱状电极，相对的两个为一组，两组形状不同，每组的柱状电极之间的距离不同。
5.根据权利要求1所述的四极杆质量分析器，其特征在于柱状电极采用任意导电材料。
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| CN201420376392.7U CN204088260U (zh) | 2014-07-09 | 2014-07-09 | 一种四极杆质量分析器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105632878A (zh) * | 2016-01-01 | 2016-06-01 | 杭州谱育科技发展有限公司 | 四极杆质量分析器的工作方法 |
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2014
- 2014-07-09 CN CN201420376392.7U patent/CN204088260U/zh not_active Expired - Fee Related
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