專利名稱：靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子阱質(zhì)譜分析領(lǐng)域，尤其涉及一種傅立葉變換靜電離子阱質(zhì)量 分析器的接口裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
早在1923年，Kindon就提出了利用靜電場實現(xiàn)離子的束綽。它的結(jié)構(gòu)類似 于帶有端電極的圓柱型電容器，這種模型也被稱為Kingdon trap。 1981年，Knight 對Kingdon trap的電極形狀進(jìn)行了改進(jìn)，使其不再需要兩端的端電極就能實現(xiàn) 離子的束縛。這種利用靜電實現(xiàn)離子束縛的阱很快就在質(zhì)譜分析上得到了應(yīng)用。 它利用離子繞內(nèi)電極旋轉(zhuǎn)的頻率與質(zhì)荷比相關(guān)來實現(xiàn)樣品離子的質(zhì)量分析。但 是，由于離子的這種繞內(nèi)電極旋轉(zhuǎn)運動的頻率在很大程度上受到離子的速度和初 始位置影響，因此該質(zhì)量分析方法的分辨率4艮4氐。1995年，Alexander Makarov 等人提出了靜電傅立葉離子回旋共振質(zhì)譜。它也是利用靜電場使離子在質(zhì)量分析 器內(nèi)做周期性運動，從而實現(xiàn)對離子的束縛。與磁式傅里葉變換離子阱相比較， 這種裝置既能提供高分辨率和質(zhì)量精度的質(zhì)量分析，同時又能夠降低制造成本， 減輕重量，得以廣泛的應(yīng)用。
與利用射頻電場實現(xiàn)離子束縛的質(zhì)量分析器，例如離子阱以及四極桿濾質(zhì)器 不同的是，傅里葉變換靜電場離子阱是利用靜電場實現(xiàn)離子的束縛，4吏得它作為 質(zhì)量分析器時的結(jié)構(gòu)變得簡單。同時，如果利用離子在傅里葉變換靜電場離子阱 內(nèi)的軸向振動頻率作為檢測對象，就可以獲得足夠高質(zhì)量分辨率。傅里葉變換靜 電場離子阱的這些優(yōu)點為它實現(xiàn)小型化創(chuàng)造了條件。
但是，靜電離子阱也存在著應(yīng)用上的困難。由于靜電離子阱是一種封閉型的 質(zhì)量分析器，存在著離子源接口問題。如何才能使得靜電離子阱獲得足夠的分析 靈敏度是靜電離子阱應(yīng)用設(shè)計的關(guān)鍵所在。
鑒于此，為了解決以上問題，現(xiàn)提出一種新的靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口 裝置及方法以解決上述技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置， 以實現(xiàn)靜電離子阱與外部離子源的更高效連接，從而提高靜電離子阱的分析靈敏 度。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案靜電離子阱質(zhì)量分析器的接 口裝置，其包括
該接口裝置包括位于同 一平面內(nèi)的同心圓弧狀外部導(dǎo)電體和內(nèi)部導(dǎo)電體，所
述外部導(dǎo)電體和內(nèi)部導(dǎo)電體形成離子運動空間；
第一電源，與所述外部導(dǎo)電體相連接，用于提供直流電壓；
第二電源，與所述內(nèi)部導(dǎo)電體相連接，用于提供直流電壓；第二電源提供的
直流電壓低于第 一 電源提供的直流電壓；
第三電源，與所述外部導(dǎo)電體相連接，用于提供周期性正電壓脈沖； 所述內(nèi)部導(dǎo)電體上設(shè)有用于離子通過的通道。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述圓弧角度為區(qū)間[0, 2;r)內(nèi)的任意角度。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述內(nèi)部導(dǎo)電體上設(shè)有的通道為一條狹縫，所 述狹縫周長與內(nèi)部導(dǎo)電體周長相等。
本發(fā)明還提供一種靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置的使用方法，其包括步
驟
1) 第一電源提供的直流電壓施加在所述外部導(dǎo)電體上；
2) 第二電源提供的直流電壓施加在所述內(nèi)部導(dǎo)電體上，第二電源提供的直流 電壓低于第一電源提供的直流電壓；
3) 第三電源提供的周期性正電壓脈沖施加在所述外部導(dǎo)電體上，通過調(diào)節(jié)第 三電源所提供的周期性正電壓脈沖的幅度和周期，改變外部導(dǎo)電體上的電 勢，從而改變在所述兩個導(dǎo)電體形成的對數(shù)式靜電場內(nèi)運動的離子的運動 軌跡，將離子從所述通道引入靜電離子阱。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，當(dāng)所述第一電源提供直流正電壓施加在外部導(dǎo) 電體上時，所述第二電源提供直流負(fù)電壓施加在內(nèi)部導(dǎo)電體上。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，當(dāng)所述第一電源4是供直流正電壓施加在外部導(dǎo) 電體上時，所述內(nèi)部導(dǎo)電體電勢維持為零。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，當(dāng)所述第一電源提供直流正電壓施加在外部導(dǎo) 電體上時，所述第二電源提供直流正電壓施加在內(nèi)部導(dǎo)電體上，第二電源提供的 直流正電壓小于第 一電源提供的直流正電壓。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，當(dāng)所述外部導(dǎo)電體電勢維持為零時，所述第二 電源3是供直流負(fù)電壓施加在內(nèi)部導(dǎo)電體上。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，當(dāng)所述第一電源提供直流負(fù)電壓施加在外部導(dǎo) 電體上時，所述第二電源提供直流負(fù)電壓施加在內(nèi)部導(dǎo)電體上，第二電源提供的 直流負(fù)電壓小于第一電源^是供的直流負(fù)電壓。
綜上所述，本發(fā)明靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置及其使用方法，通過利 用環(huán)形的靜電場對離子進(jìn)行束縛，這樣使得在離子進(jìn)入靜電離子阱之前，所述靜 電離子阱接口裝置內(nèi)充滿環(huán)形排布的待分析離子。之后，利用施加于所述兩個導(dǎo) 電體中位于外部導(dǎo)電體上所述周期性的正電壓脈沖，將充滿所述靜電離子阱接口 裝置的離子通過所述兩個導(dǎo)電體中位于內(nèi)部導(dǎo)電體上的狹縫引入靜電離子阱。本 發(fā)明的靜電離子阱接口裝置及方法能夠?qū)崿F(xiàn)靜電離子阱與外部離子源的高效連 接，改善離子的利用率，進(jìn)而提高靜電離子阱的分析靈每文度。


圖1為本發(fā)明的靜電離子阱接口裝置在未施加所述周期性正電壓脈沖時的結(jié) 構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的靜電離子阱接口裝置在施加所述周期性正電壓脈沖時的結(jié)構(gòu) 示意圖。
圖3為圓弧角度取2;r的所述具有同心幾何關(guān)系兩個導(dǎo)電體的兩維結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圓弧角度取2;r的所述具有同心幾何關(guān)系兩個導(dǎo)電體的三維結(jié)構(gòu)示意
2圖。圖5為圓弧角度取;r的所述具有同心幾何關(guān)系兩個導(dǎo)電體的兩維結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為兩個導(dǎo)電體之間所形成的所述對數(shù)形式靜電場的等勢線示意圖。 圖7為所述周期性正電壓^^沖的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實施步驟
請參閱圖l和圖2,本發(fā)明的靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置至少包括 位于同 一平面內(nèi)的同心圓弧狀外部導(dǎo)電體3 (也稱為電極3 )和內(nèi)部導(dǎo)電體4 (也 稱為電極4)、所述外部導(dǎo)電體3和內(nèi)部導(dǎo)電體4形成離子運動空間1; 第一電源8，與所述外部導(dǎo)電體3相連接，用于提供直流電壓； 第二電源IO,與所述內(nèi)部導(dǎo)電體4相連接，用于提供直流電壓；第二電源IO 提供的直流電壓低于第一電源8提供的直流電壓；
第三電源9，與所述外部導(dǎo)電體3相連接，用于提供周期性正電壓脈沖； 所述內(nèi)部導(dǎo)電體4上設(shè)有用于離子通過的通道12。所述圓弧狀外部導(dǎo)電體3 和內(nèi)部導(dǎo)電體4的圓弧角度為區(qū)間[O, 2;r)內(nèi)的任意角度。 所述內(nèi)部導(dǎo)電體4上設(shè)有的通道12為一條狹縫，所述狹縫的周長與內(nèi)部導(dǎo) 電體4的周長相等。
具體的，在本實施方式中，所述電極3和4采用的是圓弧角度為;r的具有同 心關(guān)系的圓弧形導(dǎo)電體(如圖5所示)。
所述第 一電源8與所述呈圓弧狀具有同心幾何關(guān)系的兩個導(dǎo)電體中位于外部 導(dǎo)電體3相連接，用于提供直流電壓，所述第一電源8與電極3相連接，所述第 一電源8所提供的直流正電壓的大小為1000伏。
所述第二電源10與所述呈圓弧狀具有同心幾何關(guān)系的兩個導(dǎo)電體中位于內(nèi) 部導(dǎo)電體4相連接，用于提供直流電壓，所述第二電源10與電極4相連接，所 述第二電源IO所纟是供的直流正電壓的大小為-IOOO伏。
所述第三電源9與所述呈圓弧狀具有同心幾何關(guān)系的兩個導(dǎo)電體中位于外部導(dǎo)電體3相連接，用于提供周期性正電壓脈沖(請參見圖7),其幅度由所述呈
圓弧狀具有同心幾何關(guān)系的兩個導(dǎo)電體之間的電勢差決定，其周期由所述呈圓弧 狀具有同心幾何關(guān)系的兩個導(dǎo)電體間電勢差以及機(jī)械尺寸和靜電離子阱電極間
電勢差以及機(jī)械尺寸決定，所述第三電源9與電極3相連接，所述第三電源9 所提供的周期性正電壓脈沖的幅值為250伏，頻率為lHz。
本發(fā)明還提供一種靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置的使用方法，其包括步
驟
1) 第一電源8提供的直流電壓施加在所述外部導(dǎo)電體3上；
2) 第二電源10提供的直流電壓施加在所述內(nèi)部導(dǎo)電體4上，第二電源10提 供的直流電壓低于第一電源8提供的直流電壓；
3) 第三電源9提供的周期性正電壓脈沖施加在所述外部導(dǎo)電體3上，通過調(diào) 節(jié)第三電源9所提供的周期性正電壓脈沖的幅度和周期，改變外部導(dǎo)電體 上的電勢，從而改變在所述兩個導(dǎo)電體形成的對數(shù)式靜電場內(nèi)運動的離子 的運動軌跡，將離子從所述通道12引入靜電離子阱。
第二電源IO提供的直流電壓低于第一電源8提供的直流電壓包括以下情況； 當(dāng)所述第一電源提供直流正電壓施加在外部導(dǎo)電體上時，所迷第二電源提供
直流負(fù)電壓施加在內(nèi)部導(dǎo)電體上；
當(dāng)所述第一電源提供直流正電壓施加在外部導(dǎo)電體上時，所述內(nèi)部導(dǎo)電體電
勢維持為零；
當(dāng)所述第一電源^是供直流正電壓施加在外部導(dǎo)電體上時，所述第二電源4C供 直流正電壓施加在內(nèi)部導(dǎo)電體上，第二電源提供的直流正電壓小于第一電源提供 的直流正電壓；
當(dāng)所述外部導(dǎo)電體電勢維持為零時，所述第二電源提供直流負(fù)電壓施加在內(nèi) 部導(dǎo)電體上；
當(dāng)所述第一電源提供直流負(fù)電壓施加在外部導(dǎo)電體上時，所述第二電源提供 直流負(fù)電壓施加在內(nèi)部導(dǎo)電體上，第二電源提供的直流負(fù)電壓小于第一電源提供 的直流負(fù)電壓；使用時，第一電源8提供的直流正電壓施加在兩個導(dǎo)電體中位于外部導(dǎo)電體 3上，第二電源10的直流負(fù)電壓施加在兩個導(dǎo)電體中位于內(nèi)部導(dǎo)電體4上,此
時，電極3和電極4之間形成了對數(shù)形式的靜電場1。與電極3相連接的第三電 源9未輸出周期性正電壓脈沖時，離子通過入射透鏡2進(jìn)入由電極3和電極4 形成的對數(shù)式靜電場內(nèi)l做圓周運動，此時離子未被引入靜電離子阱，而是從出 射透鏡5離開由電極3和電極4形成的對數(shù)式靜電場(參見圖1 )。圖1中的11 為離子軌跡，6是靜電離子阱的外部電極，7是靜電離子阱的內(nèi)部電極。
第三電源9提供周期性正電壓脈沖施加在電極3上，當(dāng)所述周期性正電壓脈 沖處于低電壓狀態(tài)時，進(jìn)入由所述電極3和所述電極4形成的對數(shù)式靜電場內(nèi)的 離子做圓周運動，此時離子未被引入靜電離子阱；當(dāng)所述周期性正電壓脈沖處于 高電壓狀態(tài)且電壓值足夠大時，在所述電極3和所述電極4之間運動的離子的軌 跡會發(fā)生變化，只要周期性正電壓脈沖的電壓幅度足夠大，離子將從所述電極4 上的所述狹縫進(jìn)入靜電離子阱，于是充滿所述電極3及電極4之間的離子均被引 入靜電離子P井。
所述第三電源9提供周期性正電壓脈沖施加在所述兩個導(dǎo)電體中位于外部 導(dǎo)電體上，改變所述兩個導(dǎo)電體中位于外部導(dǎo)電體上的電勢，從而改變在在所述 兩個導(dǎo)電體之間運動的離子軌跡發(fā)生改變；第三電源沒有脈沖的時候，提供離子 圓周運動的向心力；脈沖時提供過度的向心力，離子向中心運動。調(diào)節(jié)所述第三 電源所提供的周期性正電壓脈沖的幅度和周期，將所述兩個導(dǎo)電體之間運動的離 子引入靜電離子阱。
綜上所述，本發(fā)明在離子進(jìn)入靜電離子阱之前利用靜電場對離子進(jìn)行束縛， 隨后利用所述周期性正電壓脈沖將充滿所述靜電離子阱接口裝置的離子周期性 地引入靜電離子阱，增加了每一次進(jìn)入靜電離子阱的離子數(shù)量。因此，本發(fā)明的 靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置及方法能夠?qū)崿F(xiàn)靜電離子阱與外部離子源的 高效連接，改善離子的利用率，進(jìn)而提高靜電離子阱的分析靈敏度。
上述實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā)明精神 和范圍的技術(shù)方案均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利申請范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置，其特征在于包括該接口裝置包括位于同一平面內(nèi)的同心圓弧狀外部導(dǎo)電體(3)和內(nèi)部導(dǎo)電體(4)，所述外部導(dǎo)電體(3)和內(nèi)部導(dǎo)電體(4)形成離子運動空間(1)；第一電源(8)，與所述外部導(dǎo)電體相連接，用于提供直流電壓；第二電源(10)，與所述內(nèi)部導(dǎo)電體相連接，用于提供直流電壓；第二電源提供的直流電壓低于第一電源提供的直流電壓；第三電源(9)，與所述外部導(dǎo)電體相連接，用于提供周期性正電壓脈沖；所述內(nèi)部導(dǎo)電體(4)上設(shè)有用于離子通過的通道(12)。
2、 如權(quán)利要求1所述的靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置，其特征在于所 述外部導(dǎo)電體(3)和內(nèi)部導(dǎo)電體(4)的圓弧角度為區(qū)間[0， 2;r)內(nèi)的任意角 度。
3、 如權(quán)利要求2所述的靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置，其特征在于所 述內(nèi)部導(dǎo)電體上設(shè)有的通道(12)為一條狹縫，所述狹縫周長與內(nèi)部導(dǎo)電體(4)周長相等。
4、 一種如權(quán)利要求1至3任意一項所述的靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置 的使用方法，其特征在于包括步驟1) 第一電源(8)提供的直流電壓施加在所述外部導(dǎo)電體(3)上；2) 第二電源(10)提供的直流電壓施加在所述內(nèi)部導(dǎo)電體(4)上，第二電 源提供的直流電壓#<于第一電源提供的直流電壓；3) 第三電源(9)提供的周期性正電壓脈沖施加在所述外部導(dǎo)電體(3)上， 通過調(diào)節(jié)第三電源所提供的周期性正電壓脈沖的幅度和周期，改變外部導(dǎo) 電體上的電勢，從而改變在所述兩個導(dǎo)電體形成的對數(shù)式靜電場內(nèi)運動的 離子的運動軌跡，將離子從所述通道(12)引入靜電離子阱。
5、 如權(quán)利要求4所述的靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置的使用方法，其特 征在于當(dāng)所述第一電源^是供直流正電壓施加在外部導(dǎo)電體上時，所述第二 電源4是供直流負(fù)電壓施加在內(nèi)部導(dǎo)電體上。
6、 如權(quán)利要求4所述的靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置的使用方法，其特 征在于當(dāng)所述第一電源提供直流正電壓施加在外部導(dǎo)電體上時，所述內(nèi)部導(dǎo)電體電勢維持為零。
7、 如權(quán)利要求4所述的靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置的使用方法，其特 征在于當(dāng)所述第一電源提供直流正電壓施加在外部導(dǎo)電體上時，所述第二 電源提供直流正電壓施加在內(nèi)部導(dǎo)電體上，第二電源提供的直流正電壓小于 第 一 電源提供的直流正電壓。
8、 如權(quán)利要求4所述的靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置的使用方法，其特 征在于當(dāng)所述外部導(dǎo)電體電勢維持為零時，所述第二電源提供直流負(fù)電壓 施加在內(nèi)部導(dǎo)電體上。
9、 如權(quán)利要求4所述的靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置的使用方法，其特 征在于當(dāng)所述第一電源提供直流負(fù)電壓施加在外部導(dǎo)電體上時，所述第二 電源提供直流負(fù)電壓施加在內(nèi)部導(dǎo)電體上，第二電源提供的直流負(fù)電壓小于 第一電源提供的直流負(fù)電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及靜電離子阱質(zhì)量分析器的接口裝置及方法。包括呈圓弧狀具有同心幾何關(guān)系的外部導(dǎo)電體和內(nèi)部導(dǎo)電體，所述外部導(dǎo)電體連接可提供直流電壓的第一電源，所述內(nèi)部導(dǎo)電體連接可提供直流電壓的第二電源，第二電源提供的直流電壓低于第一電源提供的直流電壓，外部導(dǎo)電體連接可提供周期性正電壓脈沖的第三電源，用于將在所述兩個導(dǎo)電體之間做圓周運動的離子引入靜電離子阱，可改善離子的利用率并提高靜電離子阱的分析靈敏度。
文檔編號H01J49/02GK101593660SQ20091005422
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者徐國賓, 楊芃原, 超 黃 申請人:上海華質(zhì)生物技術(shù)有限公司