專利名稱：線形離子阱分析器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到用離子阱來對離子進行質譜分析的技術，尤其涉及一種電場經優(yōu)化的線形離子阱分析器。
背景技術：
傳統的四極場離子阱技術自五十年代以來，已有了很大發(fā)展，被廣泛地運用在質譜分析儀器中。這方面的文獻和專利有很多被收錄在R. E.March and J. F. J. Todd編寫的"Practical Aspects of Ion Trap Mass Spectrometry" 一書中。三維旋轉離子阱包含一個環(huán)電極和一對端蓋電極，其間形成一個分析空間，在環(huán)電極上施加射頻電壓產生四極場禁錮離子，并在兩個端蓋之間施加一個二極交變電壓激發(fā)離子，有選擇地排出離子，達到質量掃描的目的。二維線形離子阱自其商業(yè)化以來，因其大容量、高靈敏度的優(yōu)點，已被廣大用戶接受。二維線形離子阱有較多構型，以圖1為例，它有X與Y方向兩對主電極1，2，其上要施加互為反相的驅動高頻電壓，形成徑向囚禁電場。通過將X與Y電極分段形成前、中、后段4， 5，6，或者加前后端蓋電極的方法，在軸向產生一個直流或交流囚禁電場。離子通常沿Z軸從一端引入，并被囚禁在X與Y軸兩對電極之間的線條區(qū)域中。如果在離子阱的X方向再疊加一個偶極激發(fā)電壓，就可以使離子按其質量有選擇地被共振激發(fā)，進而從X電極中的狹縫中3中出射，被安裝在X電極一側的離子探測器檢測到，實現質量掃描。多年來，人們通過不斷完善場形來改進離子阱的工作性能。比如為了克服3D離子阱引出小孔附近的邊緣場對離子共振出射的影響，河藤在美國6087658號專利中，采用了一種在3D離子阱引出孔邊緣形成突起的辦法。在美國6911651號專利中，Senko等針對同樣問題采用了電極間距拉伸和在小孔外圍形成同心凹陷的方法。以上電極改進方法都要借助于很高的加工精度來實現離子阱場形的優(yōu)化，一旦機械加工成形，也最多對某一分析條件實現了優(yōu)化。如果在分析周期中需要依次滿足不同的優(yōu)化條件，上述方法就無能為力了。在美國M68958號專利中發(fā)明人設計了一種含有多個環(huán)電極的3D離子阱，多個環(huán)電極上施加不同比例的RF電壓，通過調節(jié)RF電壓比例，人們可以在實驗過程中，根據需要來優(yōu)化場形。李剛強等人在美國7279681號專利中將一個修正電極鑲嵌在端蓋電極上，產生能用電調節(jié)的修正電場分量，在小范圍里優(yōu)化場形。而在美國6608303號專利中，Amy等人則采用一個金屬薄層電極鑲嵌在引出孔之內，其上外加特定相位的RF電壓，主要用來優(yōu)化引出孔附近的電場缺陷。這一系列的工作導致了離子阱設計和加工精度的簡化以及事后可以在外界調節(jié)其內部的電場分布，而且這些技術也逐漸轉用到了線形離子阱中，在中國專利CN1585081 中，丁傳凡設計了一種用印刷電路板圍成的線形離子講，由于采用了很多分立可調的電極， 給場形調節(jié)帶來了很大的靈活性，而且其結構更為簡單，離子容量更大，造價也更低。但是以上所有技術中引用的用以修正電場形狀的電極，都要依賴電壓能夠被精確控制的高頻電源。這種高頻電源可以是一般所指的RF諧振電源，也可以是數字離子阱所采用的高頻開關電源。無論如何，附加的高頻電源增加了儀器的復雜性。在美國7觀5773號專利中丁力提出一種在3D離子阱端蓋的引入孔后面放置場調節(jié)電極，并在其上加直流電壓，以分別影響入射和共振出射的離子，這種局部有針對性地修正，雖然未能全面改善高頻場形，但對被激發(fā)的離子來說，運動特性改進十分有效。因為場調節(jié)電極只需要施加直流電壓而不需要施加高頻電源，設備要求也簡單，調節(jié)起來方便。但是這一專利并沒有給出用于如圖1所示的線形離子阱的情況。線形形離子阱一般在一對電極(比如X方向)上開設離子引出槽，為保證場軸電位為零，這對電極也要施加與另外一對電極(Y方向)極性相反的RF電壓或高頻開關電壓。由于不存在如3D離子阱端蓋那樣的交流電位為零的位置，這就給場調節(jié)電極的設置和電壓的施加造成了困難。另外，由于線形離子阱離子共振激發(fā)后有可能從兩個X電極的引出槽中出射，這在結構上需要在兩個X電極后面設置離子探測器，以最大程度地接收離子信號，這就增加了儀器的成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是要針對線形離子阱，設計合理的場調節(jié)電極及其電源，優(yōu)化線形離子阱的電場及其中的離子運動特性，并讓離子盡量多地朝一個引出槽方向出射。提出一種線形離子阱分析器，包括由多個柱面電極圍成的離子囚禁空間，這些柱面電極的柱面的母線平行于囚禁空間的中心軸，至少一部分柱面電極上施加有高頻電壓， 以在該囚禁空間中產生以二維四極場為主的徑向囚禁電場。至少在離子阱的一個垂直于該中心軸的方向上設有離子引出槽，并在這一方向上疊加用于偶極激發(fā)的交變電場。在本發(fā)明中，在與該離子引出槽正對的一柱面電極內之狹縫中或者兩個柱面電極的間隔中設置條形的場調節(jié)電極，該場調節(jié)電極上的電壓設置為該鄰近柱面電極上的高頻電壓之全部或一部分與一直流電壓之和，且該直流電壓的大小可根據需要調節(jié)。通過場調節(jié)電極的設置和直流電壓調節(jié)，可實現包括優(yōu)化線形離子阱內的場形、影響共振激發(fā)出射時離子運動特性的一個或多個目標。在一個實施例中，上述的線形離子阱分析器還可包括用于施加電壓到場調節(jié)電極上的電路，該電路包括用于耦合獲得鄰近柱面電極上的高頻電壓的電容，以及用于將一直流電壓疊加到該高頻電壓的電阻和/或電感，其中該直流電壓由一個可控制的直流電壓源提供。在一個實施例中，上述的線形離子阱分析器還可包括用于施加電壓到場調節(jié)電極上的電路，該電路包括用于耦合獲得鄰近柱面電極上的高頻電壓的電容，以及用于在高頻電壓上疊加一直流電壓分量的二極管，其中直流電壓分量由一直流電壓源控制，且直流電壓源提供的直流電壓值為直流電壓分量與高頻電壓的最低值之和。在一個實施例中，上述多個柱面電極中至少一部分的柱面為雙曲柱面。在一個實施例中，上述多個柱面電極中至少一部分的柱面為平面型柱面。在一個實施例中，上述多個柱面電極中至少一部分柱面為臺階型柱面。在一個實施例中，上述多個柱面電極中至少一部分的柱面含有平面條形印刷電路。
在一個實施例中，上述的場調節(jié)電極由一段或多段電極構成。在一個實施例中，上述高頻電壓為數字電壓。在一個實施例中，在垂直于中心軸的方向上疊加用于偶極激發(fā)的交變電場的同時，進一步掃描囚禁電場的強度或頻率，其結果導致離子按其質荷比的順序共振出射；并且在改變掃描方向或速度時，改變場調節(jié)電極上的直流電壓的大小。在一個實施例中，在掃描中離子按其質荷比的順序共振出射時，上述場調節(jié)電極上的直流電壓經調節(jié)以使得離子傾向于從場調節(jié)電極對面的離子引出槽出射。在一個實施例中，在垂直于中心軸的方向上疊加用于偶極激發(fā)的交變電場使至少某一種離子被激發(fā)，而此時調節(jié)場調節(jié)電極上的直流電壓經調節(jié)以使得在該離子振幅接近離子阱半徑時，離子受到直流高階場作用而改變其振動頻率至與交變電場的激發(fā)頻率失諧而避免被進一步激發(fā)。在線形離子阱分析器中，借助于場調節(jié)電極，就可以根據實際工作模式的需要來調整線形離子阱內的場形，這對于共振激發(fā)出射時離子運動特性的影響非常明顯。并且，只要保持場調節(jié)電極的直流電壓較高，部分有可能從左側出射(撞壁)的正離子有可能被場調節(jié)電極反射回來，這樣有更多的離子向右側X電極方向的引出槽出射，增加離子單向引出效率。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作詳細說明，其中圖1示出可以徑向引出離子的線形離子阱的基本結構。圖2示出根據本發(fā)明第一實施例的線形離子阱的部分結構，其中在X方向柱面電極中設置場調節(jié)電極。圖3示出根據本發(fā)明第二實施例的平面電極型線形離子阱的部分結構。圖4示出根據本發(fā)明第三實施例的平面印刷電路(PCB)型線形離子阱的截面結構。圖5示出根據本發(fā)明一實施例的疊加高頻電壓分量和場調節(jié)直流分量的原理性電路。圖6示出根據本發(fā)明另一實施例的利用電容和二極管疊加高頻電壓分量和場調節(jié)直流分量的原理性電路。圖7示出根據本發(fā)明另一實施例的在數字離子阱的矩形開關電壓上疊加場調節(jié)直流分量的原理性電路。圖8場調節(jié)電極直流分量為0V，40V，80V，120V時，離子久期(Secular)頻率與振幅的關系。
具體實施例方式在進一步闡述本發(fā)明之前，對本發(fā)明涉及的線形離子阱的描述作一說明。以往通常用一套桿系定義一個合圍成的空間來描述線形離子阱，也有的用設置數個沿軸向延長的電極定義其間的囚禁空間來描述線形離子阱。為了涵蓋線形離子阱的實質，我們在此用“柱面電極”代替“桿系”或軸向延長的電極，所謂“柱面”即以平行于定直線 (這里定義為Z軸線)，并沿一條準線移動的直線所形成的曲面，這些動直線也稱為柱面的母線。構成線形離子阱的數個柱面電極不一定都是柱體，但都包含一個柱面，并具有互相平行的母線，且都平行于一個中心軸——Z軸，所以這與沿軸向延長的電極的說法吻合且更明確。同時柱面并不一定很長，所以線形離子阱不一定是細長的，而且平面作為柱面的一個特例(即準線為一直線或折線)，也涵蓋在內。也就是說對于幾個平面電極面，只要它們都平行于Z軸，并且電極面合圍出的空間，只要能在其中形成符合囚禁條件的電場，也屬于本發(fā)明討論的線形離子阱電極幾何結構。第一實施例現仍參考圖1說明本發(fā)明的一實施例。二維線形離子阱結構上分為前段4、中段5 和后6，前、后段4、6加以比較高的電勢，以對離子產生軸向束縛(針對正離子而言，對負離子則為較低電勢，后同)。每段都有X與Y方向兩對主電極1，2，其上要施加互為反相的驅動高頻電壓，形成徑向囚禁電場。在替換性實施例中，前段4和后段6也可以由前后端蓋電極代替，而在軸向產生一個直流或交流囚禁電場。離子通常沿Z軸從一端引入，并被囚禁在 X與Y軸兩對電極之間的線形區(qū)域中。如果在離子阱的X方向再疊加一個偶極激發(fā)電壓，就可以使離子在X方向按其質量大小有選擇地被共振激發(fā)，進而從X電極中的狹縫中3中出射，并被安裝在X電極外側的離子探測器檢測到，實現質量掃描。也可以在離子阱內部先進行質量選擇，去除不需要的離子，再把剩下的離子一次性射出到探測器或下一個分析空間 (例如第二個離子阱或飛行時間分析器等)?，F在將二維線形離子阱的中段4單獨示于圖2。為了形成共振出射所需的良好的四極場形，避免離子頻率失諧造成延時出射，Χ、γ兩對柱面電極一般都做成雙曲柱面或接近于雙曲柱面的其他柱面。有時為了去除引出槽3造成的負高階場的不良影響，還對標準雙曲面在X方向加以一定的拉伸。本實施例針對X方向的引出槽3，在正對引出槽的X電極Ia中間設置一長條形場調節(jié)電極5。設置該場調節(jié)電極上的電壓為其鄰近X電極Ia上的高頻電壓Vla的至少一部分和一個直流電壓Vdc之疊加，即Vfae = cVla+VDC 0 < c 彡 1其中，高頻電壓Vla包含原加在X電極上的高頻四極場驅動電壓以及偶極激發(fā)交變電壓。離子共振出射前振幅逐步增大，接近引出槽時負高階場將使久期(secular)頻率降低。以正離子為例，它會在X電極la、lb的高頻四極場驅動電壓為正相時，擺動至場調節(jié)電極5附近。如果令VD。為正電壓，正離子就會獲得額外的回復力，因而避免secular頻率降低，幫助離子迅速出射。另外，只要Vdc調節(jié)得當，這個正電壓還能促使正離子更多地向柱面電極Ib方向出射，增加離子單向共振引出效率。與雙向引出相比，這節(jié)省了一個探測器。第二實施例如前所述，平面電極作為柱面電極的一個特例，也可以用來構成線形離子阱。圖3 給出根據本發(fā)明第二實施例的用4個平面電極搭建的矩形線形離子阱示意圖。為清楚和簡要起見，圖3只示出中間段，省略了前、后段或者前后端蓋。參照圖3所示，X與Y方向兩對主電極11和12分別施加互為反相的驅動高頻電壓，形成徑向囚禁電場。在引出槽13對面的X電極Ila中間，設置了一條場調節(jié)電極15。與第一實施例類似地，設置該場調節(jié)電極上的電壓為其鄰近X電極Ila上的高頻電壓Vla的至少一部分和一個直流電壓Vdc之疊加， 即Vfae = cVla+VDC 0 < c 彡 1需要指出的是，場調節(jié)電極15的背部(遠離囚禁離子一側)形狀只是為了便于安裝，本實施例并不限定其具體形狀。本例中每一個柱面電極只含有一個與軸線平行的平面，產生的電場與2維四極場差別較大，單憑場調節(jié)電極影響離子運動還不夠理想。如果用多個平面構成臺階型柱面，或母線為折線的柱面，便可以產生與雙曲柱面產生的電場更為近似的電場。這種設計已在中國專利CN1925102A中有所公開，此不贅述。同樣在這種離子阱的一個引出槽對面的電極中間可以設置一條場調節(jié)電極，并在其上施加鄰近臺階柱面電極上的高頻電壓的至少一部分和一個直流電壓之疊加。第三實施例在本實施例中，為了使平面形電極搭建的矩形線形離子阱獲得較好的四極場形， 每個電極平面又可以用幾個分電極構成，各個分電極上加有一定比例的高頻電壓，形成與雙曲柱面產生的電場近似的場形。這類離子阱的具體細節(jié)可參照在中國專利CN1585081。圖4示出根據本實施例的平面印刷電路(PCB)型線形離子阱截面結構。在本實施例中，在至少一部分電極板上設有平面條形印刷電路沈，并且在與引出槽23相對的X電極板21的中間設置場調節(jié)電極25。其中，梯形截面的場調節(jié)電極25可縮進鄰近的X電極板 21a的內部。與第一實施例類似地，設置該場調節(jié)電極上的電壓為其鄰近X電極21a上的高頻電壓Vla的至少一部分和一個直流電壓Vdc之疊加，即Vfae = cVla+VDC 0 < c 彡 1通過該場調節(jié)電極25，可進一步克服引出槽對離子運動的不良影響，提高離子的單向出射率。實現在前述的各種形式的場調節(jié)電極上疊加高頻電壓和直流電壓的方法/裝置/ 電路有多種，以下給出兩個示例性的方案。圖5示出根據本發(fā)明一實施例的疊加高頻電壓分量和場調節(jié)直流分量的原理性電路。參照圖5，通過電容33連接到供給鄰近各柱面電極la、lla的高頻電源輸出端，再通過電阻(和/或電感)34連接到向各場調節(jié)電極5、15、25提供Vdc的直流電源32上，而此直流電壓源32應能根據需要，選取其電壓值。如果采用掃描RF電壓，該電壓Vdc值也應該隨著RF電壓上升而上升。一般地，如場調節(jié)電極與鄰近柱面電極在囚禁空間一側基本平齊(如圖2、圖3所示)，VDe與Vla峰值的比例應在0到5%。如場調節(jié)電極退縮至鄰近柱面電極的槽內(如圖 4所示)或甚至槽后，Vdc與Vla峰值的比例應有所提高。這一方案的缺點是電阻的阻值必須足夠大，一般為幾兆到幾十兆歐姆，否則將會影響RF電源工作，也會導致場調節(jié)電極5、15、25上的RF電壓分量達不到要求的大小。但是，過大的耦合電阻又會造成場調節(jié)電極的直流電壓分量不能快速建立或調節(jié)。為了避免這一矛盾，本發(fā)明的另一實施例提出利用電容耦合獲得鄰近柱面電極上的高頻電壓分量和通過二極管將直流電壓分量疊加上來的方案。參照圖6所示，電路由RF電源31提供柱面電極的高頻電壓，并通過電容33提供場調節(jié)電極上的高頻電壓分量。直流負電源32B通過電阻34B、二極管35B連接到場調節(jié)電極上。直流負電源32B的輸出電壓值V1若高于高頻電壓Vla負向峰值-Vla (0-p)，則在負半周時，二極管35B能有一段時間導通。負電源32B經過電阻34B、二極管35B對電容33充電， 若干周期以后，輸出電壓Vfae的最低值被抬高至V1的電平。這等效于在高頻電壓分量上疊加了一個直流電平VVla(O-P)。例如，Vla為幅值為1000V的射頻電壓，Vla(O-P) = 1000V, 直流負電源32B的輸出電壓值V1 = -800V,則Vdc = -800+1000 = 200V。換句話說，直流電壓源32B提供的直流電壓值(-800V)為所需直流電壓分量(+200V)與高頻電壓的負向峰值 (-1000V)之和。通過上述方法實現在高頻電壓上疊加一直流電壓，調節(jié)V1大小即可實現所疊加直流電壓的幅度的調節(jié)。電阻34B起到一個限流作用，一般只要幾K歐到幾百k歐，不會影響場調節(jié)電極的直流電壓分量快速建立的要求。在提供場調節(jié)電極正直流時，直流正電源32A的輸出電壓值Via要高于 Vla (0-p)+Vdc (即VJZVla(O-P))，這樣二極管35A始終截止，不起作用。當需要提供負的場調節(jié)電極直流分量時，正電源32A通過電阻34A、二極管35A連接到場調節(jié)電極上。直流電源 32A的輸出電壓值Via低于高頻電壓Vla正向峰值Vla(O-P)，二極管35A能有一段時間導通。 電源32A經過電阻34A、二極管35A對電容33放充電，若干周期以后，輸出電壓Vfae的最大值被降低高至V1的電平。這等效于在高頻電壓分量上疊加了一個直流電平Vdc = V1-Vla(O-P)。 只要負電源32B的輸出電壓值V1低于Vlic-Vla (0-p)(即Vr2Vla (0-p))，二極管35B就始終截止，負電源一路不起作用。總之，不論是疊加正或負直流分量，所用的直流電壓源提供的直流電壓值為所需直流電壓分量與高頻電壓的(正向或負向)峰值之和。當離子阱的驅動電壓為數字化方波時，二極管耦合的方案可以用圖7來描述。電路由直流電源32、電阻34、二極管35、電容33、高壓直流電源41與42、開關44與45經電路連接組成。其中高壓直流電源42的輸出電壓為+V，高壓直流電源41的輸出電壓為-V。開關44 與45共同組成高頻方波電壓產生電路。開關44、45在外部電路的控制下輪流斷開/閉合即產生一峰值為V的方波電壓。當開關44打開且開關45閉合時，二極管35導通，直流電源32經過電阻34、二極管35對電容33充電，電路輸出一幅度等于Vl的電平；當開關44閉合且開關45打開時，二極管35截止，電路輸出幅度等于((+V)+Vl-(-V))的電平。通過上述方法實現在高頻方波電壓上疊加一直流電壓，所疊加直流電壓的幅度等于νι-(-ν)，調節(jié)Vl大小即可實現所疊加直流電壓的幅度的調節(jié)。上述電路中所采用的二極管35或35A、35B應具有高的反向擊穿電壓、低的結電容、較大的正向峰值電流以及快速反向恢復能力。示例中的二極管也可以使用多個二極管串聯方式組成。借助于場調節(jié)電極，我們就可以根據實際工作模式的需要來調整線形離子阱內的場形，這對于共振激發(fā)出射時離子運動特性的影響非常明顯。
圖8給出圖4所示的PCB離子阱中離子久期振動頻率隨離子振幅增大而變化的關系，該關系是由計算機仿真計算得到的。其中實線a表示在場調節(jié)電極電壓的直流分量為零時，離子久期振動頻率隨離子振幅增大而減小的關系。如果是正向掃描，偶極激發(fā)頻率領先于離子振動頻率，離子振動達到幅度3mm左右，久期振動頻率下降，振動將與偶極激發(fā)頻率失諧，出射過程被延長，得到的質譜峰分辨率很差。如果設置場調節(jié)電極的直流電壓分量較高，比如圖中80V (虛線c)的情形，離子振幅達到3mm后，振動頻率不減反增。在正向掃描時，離子振動頻率在3. 5mm左右就可能與偶極電場實現完全諧振，離子迅速地被偶極電場激發(fā)，很快到達引出槽出射，質譜峰分辨率得以提尚。因為將場調節(jié)電極的直流電壓調節(jié)得較高(例如一個高于OV的合適值)，部分有可能從左側出射(撞壁)的正離子有可能被場調節(jié)電極反射回來，這樣有更多的離子向右側X電極方向的引出槽出射，也就是說，離子更傾向于從引出槽出射，這增加了離子單向引出效率。這一直流電壓的合適值可經實際測試確定，盡管在不同的具體應用中，該直流電壓的大小會有所不同。反過來說，如果進行的是反向掃描，因為偶極激發(fā)頻率低于離子振動頻率，場調節(jié)電極電壓的直流分量較低(如40V，圖中虛線b)反而有助于離子出射，獲得較高分辨率。所以有了場調節(jié)電極，就可以根據不同的掃描方向和速度，選取場調節(jié)電極上的直流電壓值， 適時進行優(yōu)化。由于正掃描與反掃描的結合可實現母離子選擇，通過場調節(jié)電極的直流電壓適時優(yōu)化，又能夠用于實現高分辨的母離子選擇。利用場調節(jié)電極不僅有利于優(yōu)化離子掃描引出過程，優(yōu)化質量選擇性離子隔離過程，還可以提高母離子激發(fā)碰撞解離的效果。比如選用圖8中OV或120V的直流電壓，而且利用一個較低的偶極激發(fā)電壓，在頻率92kHz附近激發(fā)離子的運動。當母離子振幅上升到3mm以后，因為其振動頻率變小(當直流電壓為OV時，圖中實線a)或變大(當直流電壓為120V時，圖中虛線d)，更加偏離了 92kHz的偶極激發(fā)電壓頻率，振動因頻率失調而不再加劇，這樣避免了母離子出射或打上電極而造成的損失。母離子如因與中性粒子碰撞損失了動能，振幅下降，其振動頻率又會再次接近92kHz的偶極激發(fā)頻率，母離子振幅再次上升。這樣母離子就會長期處于高動能狀態(tài)，卻又不會被激發(fā)出射，使其碰撞解離的概率大大提尚。以上只是給出利用場調節(jié)電極影響離子運動的功能之一部分。其實，只要熟悉離子阱工作機理的人都可以利用它進一步加以發(fā)揮。另外，在實施例中是沿場軸方向只用了一條場調節(jié)電極，其實也可以采用若干條場調節(jié)電極，分段地調節(jié)邊緣場形。場調節(jié)電極的位置只需位于引出槽或孔正對著的那個電極內之狹縫中或那一對電極之間隔中即可，它的頂部既可以與包圍它的X電極平齊，甚至把X電極的狹縫或間隔完全填沒，也可以隱藏于狹縫的深部，只要其產生的電場能滲透出來，影響阱內電場即可。場調節(jié)電極也不一定是完全直條狀，也可以有一定的起伏、彎曲或弧度以修正離子阱在軸向的電場不均勻性，這些變異是業(yè)內人士能憑借本發(fā)明輕易做到的，屬于本發(fā)明涵蓋范圍之內。
權利要求
1.一種線形離子阱分析器，包括由多個柱面電極圍成的離子囚禁空間，所述柱面電極的柱面的母線平行于囚禁空間的中心軸，至少一部分柱面電極上施加有高頻電壓，以在該囚禁空間中產生以二維四極場為主的徑向囚禁電場；至少在離子阱的一個垂直于該中心軸的方向上設有離子引出槽，并在所述方向上疊加用于偶極激發(fā)的交變電場；其中，在與該離子引出槽正對的一柱面電極內之狹縫中或者兩個柱面電極的間隔中設有條形的場調節(jié)電極，該場調節(jié)電極上的電壓為鄰近柱面電極上的高頻電壓之至少一部分與一直流電壓之和，且該直流電壓的大小可調節(jié)。
2.根據權利要求1所述的線形離子阱分析器，其特征在于，還包括用于施加電壓到所述場調節(jié)電極上的電路，所述電路包括用于耦合獲得所述鄰近柱面電極上的高頻電壓的電容，以及用于將一直流電壓疊加到所述高頻電壓的電阻和/或電感，其中所述直流電壓由一個可控制的直流電壓源提供。
3.根據權利要求1所述的線形離子阱分析器，其特征在于，還包括用于施加電壓到所述場調節(jié)電極上的電路，所述電路包括用于耦合獲得所述鄰近柱面電極上的高頻電壓的電容，以及用于在所述高頻電壓上疊加一直流電壓分量的二極管，其中所述直流電壓分量由一直流電壓源控制，且所述的直流電壓源提供的直流電壓值為所需直流電壓分量與高頻電壓的正向或負向峰值之和。。
4.根據權利要求1所述的線形離子阱分析器，其特征在于，所述多個柱面電極中至少一部分的柱面為雙曲柱面。
5.根據權利要求1所述的線形離子阱分析器，其特征在于，所述多個柱面電極中至少一部分的柱面為平面型柱面。
6.根據權利要求1所述的線形離子阱分析器，其特征在于，所述多個柱面電極中至少一部分柱面為臺階型柱面。
7.根據權利要求1所述的線形離子阱分析器，其特征在于，所述多個柱面電極中至少一部分的柱面含有平面條形印刷電路。
8.根據權利要求1所述的線形離子阱分析器，其特征在于，所述的場調節(jié)電極由一段或多段電極構成。
9.根據權利要求1所述的線形離子阱分析器，其特征在于，所述高頻電壓為數字電壓。
10.根據權利要求1-3任一項所述的線形離子阱分析器，其特征在于，在垂直于所述中心軸的方向上疊加用于偶極激發(fā)的交變電場的同時，進一步掃描所述囚禁電場的強度或頻率，其結果導致離子按其質荷比的順序共振出射；并且在改變掃描方向或速度時，改變所述場調節(jié)電極上的直流電壓的大小。
11.根據權利要求1-3任一項所述的線形離子阱分析器，其特征在于，在掃描中離子按其質荷比的順序共振出射時，所述場調節(jié)電極上的直流電壓經調節(jié)以使得離子傾向于從場調節(jié)電極對面的離子引出槽出射。
12.根據權利要求1-3任一項所述的線形離子阱分析器，其特征在于，在垂直于所述中心軸的方向上疊加用于偶極激發(fā)的所述交變電場使至少某一種離子被激發(fā)，而此時所述調節(jié)場調節(jié)電極上的直流電壓經調節(jié)以使得在該離子振幅接近離子阱半徑時，離子受到直流高階場作用而改變其振動頻率至與所述交變電場的激發(fā)頻率失諧而避免被進一步激發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線形離子阱分析器，包括由多個柱面電極圍成的離子囚禁空間，至少一部分柱面電極上施加有高頻電壓，以在該囚禁空間中產生以二維四極場為主的徑向囚禁電場。并且，至少在離子阱的一個垂直于該中心軸的方向上設有離子引出槽，并在這一方向上疊加用于偶極激發(fā)的交變電場。在與該離子引出槽正對的一柱面電極內之狹縫中，或者兩個柱面電極的間隔中設置條形的場調節(jié)電極。該場調節(jié)電極上的電壓設置為該鄰近柱面電極上的高頻電壓之全部或一部分與一直流電壓之和，且該直流電壓的大小可根據需要調節(jié)。通過場調節(jié)電極的設置和直流電壓調節(jié)，可實現包括優(yōu)化線形離子阱內的場形、影響共振激發(fā)出射時離子運動特性的一個或多個目標。
文檔編號H01J49/26GK102231356SQ20091025311
公開日2011年11月2日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權日2009年12月1日
發(fā)明者丁力, 吝濤, 穆輝, 蔣公羽 申請人:株式會社島津制作所