一种离子出射方向可控的离子阱以及质谱仪制造技术

本发明专利技术公开离子出射方向可控的离子阱以及质谱仪，离子阱包括共同围成离子捕获区域的四个电极，所述四个电极为第一至第四电极，其中：第一和第三电极处于相对位置，构成第一电极对；第二和第四电极处于相对位置，构成第二电极对；至少其中一个电极对的两个电极不对称，使得离子捕获区域内可形成非对称电场，所述非对称电场限定出一主出射狭缝：所述主出射狭缝为施加共振激发电压的电极对中位于非对称电场等势线较稀疏一侧的电极上的狭缝；并且，所述非对称电场可诱导阱内离子在共振激发电压的作用下从所述主出射狭缝出射。从而达到控制离子出射方向的目的。小型的质谱仪可配置所述离子阱，并将仅有的一个离子检测器放置在所述主出射狭缝外侧。

【技术实现步骤摘要】
一种离子出射方向可控的离子阱以及质谱仪
本专利技术涉及离子阱质谱仪领域，具体涉及一种能够控制离子出射方向的离子阱，以及使用该种离子阱的质谱仪。
技术介绍
离子阱是离子阱质谱仪的核心部件之一。传统的离子阱结构如线性离子阱或者矩形离子阱，其横截面都是由四个电极组成的对称图形。上、下两个电极对称，左、右两个电极对称。对称的极板在离子阱中心小的区域内形成一个接近完美的线性四级场，该线性四级场内稳定的离子团在阱内受到激发后，沿着离子出射狭缝向两端出射的概率是相同的，即，离子激发时，离子从相对两端的狭缝出射效率相同。大型的质谱仪中会在离子出射的两端分别设有离子检测器，而小型化、集成化的离子阱为了满足其体积或者质量的要求，一般只在一端设置检测器，从而降低了质谱仪的检测灵敏度。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种非对称结构的离子阱，通过修改电极的形状或者位置，来构造阱内区域的非对称电场，使得离子从不同方向出射的概率不同，从而控制离子的出射方向，最高可以将质谱仪的灵敏度提高一倍，以解决现有的小型对称离子阱的离子向不同方向均匀出射但只在某一侧设置检测器而导致的离子检测灵敏度低的问题。本专利技术为解决其技术问题提出了以下技术方案：一种离子出射方向可控的离子阱，包括共同围成离子捕获区域的四个电极，所述四个电极为第一至第四电极，其中：第一和第三电极处于相对位置，构成第一电极对；第二和第四电极处于相对位置，构成第二电极对；至少其中一个电极对的两个电极形状或者位置不对称，使得所述离子捕获区域内可形成非对称电场，所述非对称电场限定出一主出射狭缝：所述主出射狭缝为施加共振激发电压的电极对中位于非对称电场的等势线较稀疏一侧的电极上的狭缝；并且，所述非对称电场可诱导阱内离子在共振激发电压的作用下从所述主出射狭缝出射。传统的对称型离子阱，从横截面来看，阱内的离子稳定区域(电场为0的区域，也可以称电场中心)处于离子捕获区域的几何中心，当向位置相对的两个电极施加大小相同、方向相反的共振激发电压时，位于离子稳定区域的离子向两个施加共振激发电压的电极的狭缝出射的概率是相同的，而小型的离子阱质谱仪通常只在某一侧设置一个离子检测器，这使得另一侧狭缝出射的离子无法被检测到，降低了质谱仪离子检测的灵敏度。而本专利技术提供的非对称结构的离子阱，其离子捕获区域是不对称的，这样一来，阱内可形成非对称电场，具体是指，阱内的电场区域中，等势线分布的疏密程度不均匀，在结构或者位置不对称的电极对的方向上，一侧较为稀疏，另一侧较为紧密。从而在此方向上，阱内的离子在共振激发电压的作用下，更容易被激发从等势线较为稀疏的一侧电极狭缝出射，这样就达到了通过结构的非对称性修改来控制离子出射方向的目的。基于这样的结构设计，对于只有一个离子检测器的小型质谱仪，只需要保证检测器位于设定的离子出射方向上，就能保证离子阱射出的离子尽量多的打在检测器上，通过修改离子阱的结构，最高可以将单侧出射效率增加一倍，改善小型质谱仪的检测效率和检测灵敏度。本专利技术另还提供了一种质谱仪，包括前述的离子阱和设于该离子阱外侧的离子检测器。优选地，所述离子检测器设于所述离子阱的所述主出射狭缝的直线延伸方向上。在这样的小型质谱仪中，离子阱内的离子可大部分从主出射狭缝射出，从而保证尽量多的离子打在离子检测器上，具有较高的离子检测灵敏度。附图说明图1是一种传统的对称型矩形离子阱的横截面示意图；图2是图1所示的离子阱在第二电极对施加了大小相等、方向相同的高频幅值扫描电压而第一电极对接地时的电势分布图；图3-1是本专利技术一实施例的非对称型离子阱的示意图；图3-2是图3-1所示的离子阱的横截面示意图；图4是一种非对称型离子阱在第二电极对施加了大小相等、方向相同的高频幅值扫描电压而第一电极对接地时的电势分布图；图5-1是本专利技术另一实施例的非对称型离子阱的示意图；图5-2是图5-1所示的离子阱的横截面示意图；图6-1是本专利技术另一实施例的非对称型离子阱的示意图；图6-2是图6-1所示的离子阱的横截面示意图；图7-1是本专利技术另一实施例的非对称型离子阱的示意图；图7-2是图7-1所示的离子阱的横截面示意图；图8-1是本专利技术另一实施例的非对称型离子阱的示意图；图8-2是图8-1所示的离子阱的横截面示意图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施方式对本专利技术作进一步说明。传统的对称型离子阱的横截面如图1所示，当给上下两个电极施加大小相等、方向相同的高频幅值扫描电压，而左右两个电极接地时，如图2所示，四个电极围成的离子捕获区域内的电势分布在X和Y两个方向(即从离子阱横截面上看的水平方向和垂直方向)均是对称的，使得离子捕获区域内形成了对称电场，此种情况下，若继续将左右两个电极接上大小相等、方向相反的共振激发电压，则阱内的离子朝左右两个方向狭缝出射的概率是相同的，呈现为均匀地从左右电极的狭缝射出。本专利技术的具体实施方式提供一种离子出射方向可控的离子阱，可根据预设的离子出射方向来设计相应的非对称型离子阱结构。这种非对称型离子阱为离子阱工作时形成非对称电场提供结构基础，而非对称电场为后续控制离子出射方向提供了基础。本专利技术的所述离子出射方向可控的离子阱，包括共同围成离子捕获区域的四个电极，即第一至第四电极，可参考图3-1和图3-2，处于相对位置的第一电极10和第三电极30构成第一电极对，另外也处于相对位置的第二电极20和第四电极40构成第二电极对。本专利技术的非对称型离子阱中，至少一个电极对内的两个电极是不对称的，这使得所述离子捕获区域内可形成非对称电场，所述非对称电场限定出一主出射狭缝；所述主出射狭缝为施加共振激发电压的电极对中位于非对称电场等势线较稀疏一侧的电极上的狭缝；并且，所述非对称电场可诱导阱内离子在共振激发电压的作用下从所述主出射狭缝出射。具体而言，当其中一个电极对施加大小相等、方向相同的高频幅值扫描电压，而另一电极对接地时，离子捕获区域内可形成非对称电场，该非对称电场从等势线的分布上表现为，在接地的电极对的狭缝方向上，一侧的等势线较为稀疏，另一侧的相对紧密，当将接地的电极对改为施加大小相等、方向相反的共振激发电压时，离子更容易从等势线较为稀疏的一侧狭缝激发出去，这一侧的狭缝即为所述主出射狭缝。例如，图4所示的非对称型离子阱(与图3-2属同种不对称类型)，其中第一电极对的两个电极不对称，使得所述离子捕获区域关于电场中心轴呈不对称状，所述电场中心轴定义为垂直于离子出射方向且经过电场中心的线；所述主出射狭缝为第一电极和第三电极中一者的狭缝；当该离子阱工作过程中，为第二电极对(上下两个电极构成)的两个电极分别施加大小相等、方向相同的高频幅值扫描电压，而第一电极对接地时，所形成的电势分布如图4所示，图中的疏密不等的曲线即为电势线。从图4可以看出，相对于图2而言，电势分布呈现出不对称，此时离子捕获区域内形成了非对称电场，并且电场中心相对于图2所示的离子阱而言，向左偏移，即向第一电极一侧偏移；另一方面，电场中心左侧的电势线较为稀疏，而右侧的电势本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子出射方向可控的离子阱，包括共同围成离子捕获区域的四个电极，所述四个电极为第一至第四电极，其中：第一和第三电极处于相对位置，构成第一电极对；第二和第四电极处于相对位置，构成第二电极对；其特征在于：至少其中一个电极对的两个电极不对称，使得所述离子捕获区域内可形成非对称电场，所述非对称电场限定出一主出射狭缝：所述主出射狭缝为施加共振激发电压的电极对中位于非对称电场等势线较稀疏一侧的电极上的狭缝；并且，所述非对称电场可诱导阱内离子在共振激发电压的作用下主要从所述主出射狭缝出射。

【技术特征摘要】
1.一种离子出射方向可控的离子阱，包括共同围成离子捕获区域的四个电极，所述四个电极为第一至第四电极，其中：第一和第三电极处于相对位置，构成第一电极对；第二和第四电极处于相对位置，构成第二电极对；其特征在于：至少其中一个电极对的两个电极不对称，使得所述离子捕获区域内可形成非对称电场，所述非对称电场限定出一主出射狭缝：所述主出射狭缝为施加共振激发电压的电极对中位于非对称电场等势线较稀疏一侧的电极上的狭缝；并且，所述非对称电场可诱导阱内离子在共振激发电压的作用下主要从所述主出射狭缝出射。2.如权利要求1所述的离子阱，其特征在于：所述第一电极对的两个电极不对称，使得所述离子捕获区域关于电场中心轴呈不对称状；所述主出射狭缝为第一电极和第三电极中一者的狭缝；所述电场中心轴定义为垂直于离子出射方向且经过电场中心的线；当第二电极对的两电极施加大小相等且方向相同的高频幅值扫描电压，同时第一电极对的两电极接地时，所述离子阱内形成非对称电场；所述非对称电场限定出所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓浩，余泉，李曼，倪凯，钱翔，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44