大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入裝置，包括離子依次通過的富集裝置和推斥裝置，所述富集裝置包括密閉空腔，所述密閉空腔內設有射頻四級桿，所述射頻四級桿的兩端為設有離子入口的第一電極和設有離子出口的第二電極，所述第一電極上接有直流電源，所述第二電極上接有高壓脈沖電源。本發(fā)明還涉及一種離子富集引入方法。通過在第二電極引入高壓脈沖電源，通過高壓脈沖電源高、低電平的切換控制離子的釋放，從而實現(xiàn)離子的富集，通過脈寬的調整調節(jié)離子的富集時間與引出時間，提高了儀器的檢測質量范圍，而離子富集越多，儀器的靈敏度越高。本發(fā)明可應用于大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入。
【專利說明】大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及飛行時間質譜儀，特別是涉及一種大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入裝置與方法。
【背景技術】
[0002]大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子傳輸與引入系統(tǒng)通常使用四極桿和多組靜電透鏡，詳見圖1。離子首先會進入分子離子反應器I (MIR)，經(jīng)過初步聚焦后進入射頻四極桿2 (RFQ)，在與背景空氣分子碰撞冷卻后離子動能接近于熱能值，接著冷卻后的離子加速進入直流靜電四極桿3 (DCQ)和一維單透鏡4。DCQ3和一維單透鏡4系統(tǒng)將離子束調制成扁平形狀，有效降低了離子能量分散，且可以控制離子束的入射方向，在一定程度上彌補離子調制傳輸區(qū)與分析器之間的裝配誤差。這種常規(guī)的離子傳輸與引入系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，技術日漸成熟，應用也越來越廣泛。
[0003]常規(guī)的大氣壓離子源飛行時間質譜儀通常采用連續(xù)的進樣方式，即樣品連續(xù)不斷的輸入到儀器，而采用脈沖推斥方式的飛行時間質量分析器在工作時會損失部分離子，因為當推斥脈沖為高電平時離子被推入分析器，當推斥脈沖為低電平時離子會穿過推斥區(qū)，直至下一個推斥高電平來臨。又加上常規(guī)的離子傳輸與引入系統(tǒng)僅僅起傳輸離子的作用，并不能富集離子，這樣當樣品濃度過低時儀器就會顯得靈敏度不夠。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠富集目標離子、提高飛行時間質譜儀靈敏度和分辨率的大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入裝置與方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入裝置，包括離子依次通過的富集裝置和推斥裝置，所述富集裝置包括密閉空腔，所述密閉空腔內設有射頻四級桿，所述射頻四級桿的兩端為設有離子入口的第一電極和設有離子出口的第二電極，所述第一電極上接有直流電源，所述第二電極上接有高壓脈沖電源。
[0006]作為上述技術方案的進一步改進，所述射頻四級桿包括相互平行的四根圓桿，相鄰的圓桿之間設有方桿，所述方桿相對圓桿的軸向成一夾角，且所述各方桿接有直流電源。
[0007]作為上述技術方案的進一步改進，所述富集裝置和推斥裝置之間依次設有靜電四極桿和一維單透鏡。
[0008]一種大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入方法，在第一電極施加直流電源，在第二電極上施加高壓脈沖電源，使第一電極和第二電極之間形成方向變換且電場方向周期可調的電場，同時借助射頻四極桿的冷卻聚焦原理將離子囚禁富集在射頻四極桿中，通過調節(jié)第二電極的脈寬來調節(jié)離子的富集時間與引出時間。
[0009]作為上述技術方案的進一步改進，離子進入富集裝置后，在射頻電壓的作用下聚焦在射頻四級桿中軸線附近，當?shù)诙姌O的電位為高電平時，離子在反向電場力的作用下被擋在富集裝置末端，離子在富集裝置末端富集的時間為第二電極高電平時間，當?shù)诙姌O的電位為低電平時，富集的離子被釋放后進入推斥裝置。
[0010]作為上述技術方案的進一步改進，對推斥裝置的推斥板施加脈沖信號，通過調整該脈沖信號相對于第二電極高壓脈沖電源脈沖信號的延時時間，來選擇不同的目標離子進入飛行時間質量分析器。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過在第二電極引入高壓脈沖電源，通過高壓脈沖電源高、低電平的切換控制離子的釋放，從而實現(xiàn)離子的富集，通過脈寬的調整調節(jié)離子的富集時間與引出時間，提高了儀器的檢測質量范圍，而離子富集越多，儀器的靈敏度越高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明進一步說明。
[0013]圖1是傳統(tǒng)技術中大氣壓離子源飛行時間質譜儀的示意圖；
圖2是本發(fā)明射頻四級桿示意圖；
圖3是本發(fā)明射頻四級桿加電方式示意圖；
圖4是本發(fā)明第一電極與第二電極加電方式示意圖；
圖5是本發(fā)明的時序不意圖。
【具體實施方式】
[0014]本實施例是基于傳統(tǒng)技術的改造，如圖1所示，包括離子依次經(jīng)過的離子反應器
1、射頻四極桿2、直流靜電四極桿3、一維單透鏡4和推斥區(qū)。直流靜電四極桿3和一維單透鏡4將離子束調制成扁平形狀，有效降低離子能量分散。
[0015]如圖2和圖3所示，射頻四極桿2由四根圓桿21和四根方桿22組成，四根圓桿21和四根方桿22固定在三個固定圓座上，射頻四極桿2整體放置在一圓柱形金屬材質的長圓筒內，兩邊分別是第一電極5和第二電極6，由此形成一封閉腔室，該封閉腔室的腔內氣壓在IOE3Torr左右。其中第一電極5的中心位置設有離子進口，第二電極6的中心位置設有離子出口。四根圓桿21軸向平行，且相對的圓桿21通過導線互相連接，通過施加射頻電壓將離子冷卻束縛在腔室內。四根方桿22均相對軸線成一定夾角，則當在方桿22上施加直流電壓時，由于桿間距不同，將在軸線上產(chǎn)生不同的電壓影響，從而可以形成軸向加速電場。四根圓桿21、四根方桿22、第一電極5、第二電極6與圓筒互相絕緣，通過耐高壓高溫的絕緣PEEK墊片連接固定。
[0016]為了取得富集的效果，如圖4所示，第一電極5接有固定的直流電源7，第二電極6接有高壓脈沖電源8，該高壓脈沖電源8形成第一路高壓脈沖信號，且第一電極5上施加的直流電幅值高于第二電極6上施加的高壓脈沖的低電平。第一路高壓脈沖信號頻率范圍為IHz?20kHz，脈寬為50ns?lOOus，脈沖上升沿小于100ns，幅值可調節(jié)范圍為(T200V。
[0017]本實施例的推斥區(qū)由飛行時間分析儀的推斥板9和與推斥板9相對的負脈沖電極10構成，其中推斥板9接有第二路高壓脈沖信號，其頻率范圍為IHf 20kHz，脈寬為Ius?lOOus，脈沖上升沿小于100ns，幅值可調節(jié)范圍為(T1000V，負脈沖電極10接有第三路高壓脈沖信號，與第二路脈沖信號反相。[0018]本實施例的大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入方法，方法如下:
(I)在射頻四極桿2的圓桿21上施加射頻電壓，相鄰的圓桿21上施加幅值相同、方向相反的電壓，相對的圓桿21上施加幅值相位均一樣的電壓。
[0019](2)在四根方桿22上施加相同的直流電壓。
[0020](3)在第一電極5上施加直流電源7，在第二電極6上施加第一路高壓脈沖信號，這樣第一電極5和第二電極6就在軸向形成電場。
[0021](4)離子從第一電極5進入封閉腔室,并與封閉腔室內的氣體分子進行碰撞，碰撞后的離子動能小于lev，且全部聚焦在軸線附近。當?shù)诙姌O6上的脈沖電壓為高電平時，第一電極5和第二電極6形成的電場反向，離子被聚集在第二電極6的出口處，在射頻信號及方桿電場的作用下在第二電極6出口處震蕩運動。當?shù)诙姌O6上的脈沖電壓為低電平時，富集的離子束在電場力的作用下從第二電極6出口飛出，進入直流靜電四極桿3和一維單透鏡4中，接著離子束進入推斥區(qū)，此時在推斥區(qū)上施加第二路和第三路高壓脈沖信號，離子束在脈沖的作用下全部進入飛行時間分析器。
[0022]綜上，本實施例的原理是:通過在第一電極5施加固定直流電源，在第二電極6上施加高壓脈沖電源，使第一電極5和第二電極6之間形成一方向變換的電場,且電場方向周期可調，同時借助射頻四極桿2的冷卻聚焦原理將離子囚禁富集在射頻四極桿2中，通過調節(jié)第二電極6的脈寬可以調節(jié)離子的富集時間與引出時間。計算好離子經(jīng)過直流靜電四極桿3和一維單透鏡4的時間,此時間即為第二路脈沖信號相對第一路脈沖信號的延時時間。延時結束后，加在推斥板9上的第二路高壓脈沖信號進入高電平，此時離子束全部被推斥到飛行時間分析器中。
[0023]如圖5所示，tl為第一路高壓脈沖信號的周期，t2為第一路高壓脈沖信號的脈寬，t3為第二路脈沖信號相對第一路脈沖信號的延時時間，t4為第二路脈沖信號和第三路脈沖信號的脈寬。
[0024]經(jīng)過直流靜電四極桿和一維單透鏡4的調制，富集的離子按照質量數(shù)從小到大依次進入推斥區(qū)，通過調節(jié)t3的大小，可以選擇不同的目標離子進入飛行時間分析器。延時t3結束后，施加在推斥板9上的第二路高壓脈沖信號進入高電平，施加在負脈沖電極10上的第三路脈沖信號進入負的高電平，這樣離子在推斥板9與負脈沖電極10形成的電場的作用下進入飛行時間分析器。
[0025]進一步，通過調節(jié)t2的大小，可以調節(jié)離子的富集時間，理論上在脈寬t2小于周期tl的前提下，t2越大，離子富集的越多，儀器的靈敏度就會越好。
[0026]進一步，控制t4改變推斥脈寬，即控制推斥脈沖的施加時間以提高離子的利用率，一般情況下，其范圍為50uiTlmS。
[0027]以上所述只是本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，其并不構成對本發(fā)明保護范圍的限制。
【權利要求】
1.一種大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入裝置，其特征在于:包括離子依次通過的富集裝置和推斥裝置，所述富集裝置包括密閉空腔，所述密閉空腔內設有射頻四級桿，所述射頻四級桿的兩端為設有離子入口的第一電極和設有離子出口的第二電極，所述第一電極上接有直流電源，所述第二電極上接有高壓脈沖電源。
2.根據(jù)權利要求1所述的大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入裝置，其特征在于:所述射頻四級桿包括相互平行的四根圓桿，相鄰的圓桿之間設有方桿，所述方桿相對圓桿的軸向成一夾角，且所述各方桿接有直流電源。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入裝置，其特征在于:所述富集裝置和推斥裝置之間依次設有直流靜電四極桿和一維單透鏡。
4.一種使用權利要求1至3中任一項所述的裝置進行的離子富集引入方法，其特征在于:在第一電極施加直流電源，在第二電極上施加高壓脈沖電源，使第一電極和第二電極之間形成方向變換且電場方向周期可調的電場，同時借助射頻四極桿的冷卻聚焦原理將離子囚禁富集在射頻四極桿中，通過調節(jié)第二電極的脈寬來調節(jié)離子的富集時間與引出時間。
5.根據(jù)權利要求4所述的大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入方法，其特征在于:離子進入富集裝置后，在射頻電壓的作用下聚焦在射頻四級桿中軸線附近，當?shù)诙姌O的電位為高電平時，離子在反向電場力的作用下被擋在富集裝置末端，離子在富集裝置末端富集的時間為第二電極高電平時間，當?shù)诙姌O的電位為低電平時，富集的離子被釋放后進入推斥裝置。
6.根據(jù)權利要求5所述的大氣壓離子源飛行時間質譜儀的離子富集引入方法，其特征在于:對推斥裝置的推斥板 施加脈沖信號，通過調整該脈沖信號相對于第二電極高壓脈沖電源脈沖信號的延時時間，來選擇不同的目標離子進入飛行時間質量分析器。
【文檔編號】H01J49/04GK103903955SQ201410108444
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權日:2014年3月21日
【發(fā)明者】朱輝, 莫婷, 孫寧, 黃正旭, 高偉, 周振 申請人:廣州禾信分析儀器有限公司, 昆山禾信質譜技術有限公司