一種離子阱質(zhì)量分析器及其信號(hào)的施加方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離子阱質(zhì)譜儀相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種離子阱質(zhì)量分析器及其信號(hào)的施加方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在如今的航空航天、環(huán)境衛(wèi)生、食品安全及科學(xué)研宄領(lǐng)域，質(zhì)譜儀發(fā)揮的作用正變得越來(lái)越大。作為一種現(xiàn)代分析儀器，質(zhì)譜儀具有較高的探測(cè)靈敏度，能夠?qū)哿课镔|(zhì)進(jìn)行有效地探測(cè)，是一種很好的定性、定量分析工具。
[0003]質(zhì)量分析器作為質(zhì)譜儀的核心部件，根據(jù)質(zhì)量分析器的不同，質(zhì)譜儀可以分為磁質(zhì)譜儀、傅里葉變換-離子回旋共振質(zhì)譜儀、離子阱質(zhì)譜儀、四級(jí)桿質(zhì)譜儀以及飛行時(shí)間質(zhì)譜儀。其中，離子阱質(zhì)譜儀以其良好的離子儲(chǔ)存能力可以更好地進(jìn)行多級(jí)質(zhì)譜分析，從而提高儀器的整體分析性能。而其核心離子阱質(zhì)量分析器(以下簡(jiǎn)稱離子阱)具有尺寸小巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工和對(duì)工作氣壓要求較寬松等特點(diǎn)。因此，離子阱成為質(zhì)譜儀小型化的首選。
[0004]傳統(tǒng)的3D離子阱的模型如圖1(軸截面)所示，它由兩個(gè)相同的雙曲端蓋電極101,103以及一個(gè)雙曲環(huán)形電極102構(gòu)成，在兩個(gè)端蓋電極的中央開(kāi)有直徑約Imm的小孔104和105，分別用于離子的引入與出射。在質(zhì)量分析過(guò)程中，離子被儲(chǔ)存在中央的球形區(qū)域內(nèi)。實(shí)際工作時(shí)的射頻施加方式分為兩種:一是僅在雙曲環(huán)形電極102上施加射頻電壓RF ; 二是在雙曲環(huán)形電極102上施加射頻電壓RF+，而雙曲端蓋電極101和103均施加與RF+幅度相同、相位差180°的射頻電壓RF-。同時(shí)為了促進(jìn)離子出射，提高質(zhì)量分辨率，采用軸向共振激發(fā)出射方式。方式一中，將幅度相同、相位差180°的兩個(gè)共振激發(fā)信號(hào)AC+和AC-分別施加到雙曲端蓋電極101和103上，如圖2所示。方式二中，將幅度相同、相位差180°的兩個(gè)共振激發(fā)信號(hào)AC+和AC-耦合到射頻電壓RF-上，再分別施加在雙曲端蓋電極101和103上，如圖3所示。
[0005]美國(guó)專利US3065640A中提出了一種圓柱式的離子阱結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。由兩個(gè)完全相同的圓盤端蓋電極201和203，以及一個(gè)圓柱筒狀的環(huán)電極302組成，圓盤端蓋電極201和203的中央分別開(kāi)有小孔204和205，用于離子的注入與出射。在當(dāng)時(shí)，更多的將這一設(shè)備作為離子的存儲(chǔ)裝置。十多年后，科學(xué)家開(kāi)始利用這一裝置作為四極離子阱來(lái)進(jìn)行質(zhì)量分析。其電壓施加方式與傳統(tǒng)的3D離子阱相似。
[0006]在這些裝置及工作方式中，共振激發(fā)信號(hào)AC被施加到整個(gè)端蓋電極上。然而，離子阱中的離子云的體積相當(dāng)小，即離子都在靠近中心的一個(gè)很小范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。引入共振激發(fā)信號(hào)AC，是驅(qū)使離子在軸向方向與之共振，急劇增大振幅，從而射出離子阱。但整個(gè)端蓋電極都施加AC信號(hào)，難免會(huì)對(duì)離子其他方向的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致離子撞擊離子阱煙滅或者多種離子同時(shí)出射，降低信號(hào)強(qiáng)度和分辨率，導(dǎo)致離子阱分析性能的犧牲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是提供一種離子阱質(zhì)量分析器及其信號(hào)的施加方法，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)及施加方式的改進(jìn)，提高離子出射的準(zhǔn)確性和強(qiáng)度，有效提升離子阱的質(zhì)量分辨率，改善整體性會(huì)K。
[0008]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種離子阱質(zhì)量分析器，包括一個(gè)中央環(huán)電極，和對(duì)稱置于該中央環(huán)電極兩側(cè)的端蓋電極，每一個(gè)所述端蓋電極中心上分別設(shè)有離子引入孔和離子射出孔，兩側(cè)所述端蓋電極分別由內(nèi)圈電極及外圈電極構(gòu)成，所述內(nèi)圈電極與外圈電極之間設(shè)有電氣隔離，所述離子引入孔及離子射出孔分別位于對(duì)應(yīng)的內(nèi)圈電極上，且兩側(cè)內(nèi)圈電極分別為共振激發(fā)信號(hào)連接端，所述外圈電極不施加共振激發(fā)信號(hào)。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述中央環(huán)電極為雙曲環(huán)電極，所述端蓋電極為離散式雙曲端蓋電極。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述中央環(huán)電極為雙曲環(huán)電極，所述端蓋電極為離散式圓盤端蓋電極。
[0011]上述技術(shù)方案中，所述中央環(huán)電極為圓柱環(huán)電極，所述端蓋電極為離散式雙曲端蓋電極。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述中央環(huán)電極為圓柱環(huán)電極，所述端蓋電極為離散式圓盤端蓋電極。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述離子引入孔及離子射出孔的直徑為0.8 mm?I mm。
[0014]上述技術(shù)方案中，所述電氣隔離為在所述內(nèi)圈電極與外圈電極之間嵌入聚醚醚酮PEEK構(gòu)成。
[0015]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的方法技術(shù)方案是:一種離子阱質(zhì)量分析器的信號(hào)施加方法，包括A或B兩種方式，如下:
[0016]方式A:在中央環(huán)電極上施加射頻電壓RF，在端蓋電極的內(nèi)圈電極上施加共振激發(fā)信號(hào)AC，端蓋電極的外圈電極接地；
[0017]或，
[0018]方式B:在中央環(huán)電極上施加射頻電壓RF+，在端蓋電極的外圈電極上施加與RF+幅值相等、相位差180°的射頻電壓RF-，端蓋電極的內(nèi)圈電極上施加耦合了共振激發(fā)信號(hào)AC的射頻電壓RF-。
[0019]上述技術(shù)方案中，所述中央環(huán)電極為雙曲環(huán)電極或圓柱環(huán)電極中的一種，所述端蓋電極為離散式雙曲端蓋電極或離散式圓盤端蓋電極中的一種。
[0020]上述技術(shù)方案中，所述方式B中，所述“耦合了共振激發(fā)信號(hào)AC的射頻電壓RF-”是通過(guò)帶有中心抽頭的雙向變壓器獲取，兩側(cè)所述端蓋電極的內(nèi)圈電極分別接于雙向變壓器的次級(jí)線圈兩端，所述雙向變壓器的初級(jí)線圈與共振激發(fā)信號(hào)AC連接，所述端蓋電極的外圈電極及射頻電壓RF-并接于所述雙向變壓器的中心抽頭上。
[0021]由于上述技術(shù)方案的采用，本發(fā)明相較于原有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn):將離子阱的端蓋電極設(shè)計(jì)成離散式端蓋，由內(nèi)圈電極和外圈電極構(gòu)成，兩者之間設(shè)有電氣隔離，在質(zhì)量分析過(guò)程中，僅將共振激發(fā)信號(hào)AC施加到內(nèi)圈電極上，外圈電極不施加共振激發(fā)信號(hào)AC，從而有利于減少AC信號(hào)對(duì)離子阱內(nèi)部離子運(yùn)動(dòng)的影響，提高離子出射的準(zhǔn)確性和強(qiáng)度，進(jìn)而提高離子阱的質(zhì)量分辨率，以改善離子阱的整體性能。
【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0023]圖1是傳統(tǒng)3D雙曲離子阱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是傳統(tǒng)3D雙曲離子阱的方式一工作電路示意圖。
[0025]圖3是傳統(tǒng)3D雙曲離子阱的方式二工作電路示意圖。
[0026]圖4是【背景技術(shù)】中圓柱形離子阱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖5是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖6是本發(fā)明實(shí)施例一的工作電路示意圖。
[0029]圖7是本發(fā)明實(shí)施例二的工作電路示意圖。
[0030]圖8是本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖9是本發(fā)明實(shí)施例三的工作電路示意圖。
[0032]圖10是本發(fā)明實(shí)施例四的工作電路示意圖。
[0033]圖11是本發(fā)明實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖12是本發(fā)明實(shí)施例六的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]實(shí)施例一:參照?qǐng)D5所不，一種離子講質(zhì)量分析器，包括一個(gè)中央雙曲環(huán)電極302，一對(duì)相同的離散式雙曲端蓋電極。其中一個(gè)端蓋電極分為內(nèi)圈電極311和外圈電極301，所述內(nèi)圈電極311與外圈電極301之間嵌入聚醚醚酮PEEK實(shí)現(xiàn)電氣隔離及限位，同心且中心位于環(huán)電極的對(duì)稱軸所在的直線上；與之對(duì)稱的放置的另一個(gè)端蓋電極類似地分為內(nèi)圈電極313和外圈電極303。在內(nèi)圈電極311和內(nèi)圈電極313的中央開(kāi)有直徑Imm的小孔，分別為離子引入孔304和離子射出孔305，離子通過(guò)離子引入孔304進(jìn)入離子阱內(nèi)。在質(zhì)量分析過(guò)程中，離子在四極電場(chǎng)的作用下，按照質(zhì)荷比的順序依次通過(guò)所述離子射出孔305，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分析。
[0036]參見(jiàn)圖6所示，7為雙路輸出的射頻電源，可以輸出兩路幅度相同，相位差180°的射頻信號(hào)，分別記為“RF+”和“RF-”，在工作過(guò)程中，射頻電源的幅度可以掃描。8為共振激發(fā)模塊AC，可以產(chǎn)生兩路幅度相同，相位差180°的正弦交流波信號(hào)，分別記為“AC+”和“AC-，，。
[0037]該離散式端蓋電極離子阱的電氣連接方式如圖6所示:將中央雙曲環(huán)形電極302與射頻電源7的任意一路輸出相連，離散式雙曲端蓋電極的外圈電極301和303分別接地，內(nèi)圈電極311和313分別與共振激發(fā)模塊的兩路AC+和AC-相連。
[0038]該離散式端蓋電極離子阱在進(jìn)行質(zhì)量分析時(shí)，射頻電壓的幅度將進(jìn)行掃描，存儲(chǔ)在離子阱中的離子將在電場(chǎng)的作用下，按照質(zhì)荷比的順序依次通過(guò)離子引入孔304和離子射出孔305射出離子阱，進(jìn)而被位于附近的離子探測(cè)器檢測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分析