用于有效传送出口处气体流动降低的低质荷比离子的离子漏斗制造技术

一种进样设备及使用所述进样设备的方法被描述包括离子漏斗，所述离子漏斗具有带有缝隙的多个电极，所述缝隙沿着从离子漏斗入口延伸至离子漏斗出口的轴线排列，所述离子漏斗包括与所述多个电极共轴放置的多个间隔元件，将每个所述间隔元件放置在一个或两个相邻电极之间，每个所述多个间隔元件带有直径大于每个相邻电极的直径的缝隙。所述离子漏斗配制用于传送离子样品经由所述电极和间隔元件的缝隙至附加的检测系统部分，比如传送至质量分析器系统及检测器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
大气压离子化(Atmospherepressureionization)涉及分析
，可以用于产生及识别离子化的材料，例如在大气压下或接近大气压下的分子和原子。离子化后，可以将检测技术，如质谱分析，用于离子化材料的光谱分析。例如，质谱仪(MS)根据质荷比在质量分析器中分离离子，通过能够检测带电颗粒的设备检测离子。然后将来自质谱仪中检测器的信号处理成离子相对丰度作为质荷比的函数的谱图。通过将被识别质量与已知质量相关联或者通过特征碎片图型识别原子或分子。通常，大气压离子化技术允许使用选择性化学以及直接表面分析用于样品的制备及检测。例如，大气压离子化和检测技术可以用于军事及安保应用等方面以检测毒品、爆炸物等。大气压离子化和检测技术还可以用于实验室分析应用，以及与比如质谱仪、液相色谱仪等补充检测技术一起联用。
技术实现思路
进样设备及使用所述进样设备的方法包括具有多个电极的离子漏斗，电极带有缝隙(aperture)，缝隙沿着从离子漏斗入口延伸至离子漏斗出口的轴线排列；离子漏斗包括与所述多个电极共轴配置的多个间隔元件(spacerelements)，放置所述多个间隔元件中的每一个都接近一个或两个邻近的电极。在具体实施中，所述多个间隔元件中的每一个都有限定直径的缝隙，该直径大于由各自相邻的电极所限定的缝隙的直径。配置所述离子漏斗用于传送离子样品经由所述电极和间隔元件的缝隙到检测系统的附加部分，例如质量分析器系统及检测器。此外，样品检测设备可以包括离子引导器(ionguide)、质量分析器、检测器和至少一个真空泵(比如低压真空泵、高压真空泵等)。在具体实施中，使用采用了本专利技术公开的技术的进样设备的方法包括，从离子源产生离子样品，在离子漏斗接收离子样品，离子漏斗具有与多个电极共轴放置的多个间隔元件，以及将离子样品从离子漏斗传送至检测单元。此处所提供的
技术实现思路
仅为引入简单形式的概念，该简单形式还将在下文的具体实施方式中进一步阐述。此处的
技术实现思路
并不限定权利要求的关键特征或必要特征，也不用于限定权利要求的范围。附图说明参考附图进行详细说明。在说明书和附图中的不同实例中使用同一附图标记指明相似或同一项。图1为根据本专利技术的实施方式，计算两个质荷比(m/z)离子在离子漏斗的中心轴线上的有效电势的曲线；图2为根据本专利技术的实施方式，在图1所示的离子漏斗的中心轴线上计算的对应于有效电势的有效电场的曲线；图3为根据本专利技术的实施方式，说明进样设备的截面示意图，进样设备包括具有多个间隔元件的离子漏斗，多个间隔元件与多个电极共轴配置；图4A为根据本专利技术的实施方式，间隔元件的平面示意图，该间隔元件被配置安排在相邻的电极板之间的离子漏斗内；图4B为根据本专利技术的实施方式，配置的电极板的平面示意图，用于安排在离子漏斗内；图5为根据本专利技术的实施方式，说明样品检测设备的截面示意图；图6为根据本专利技术的实施方式，说明包括样品离子源、进样设备、质量分析系统和检测器的样品检测设备的框图；图7为根据本专利技术的实施方式，显示不同离子在两个不同压力下传送穿过离子漏斗后所测量的相对丰度的两个曲线的图表；图8为说明利用图3至图6中所示的进样设备和样品检测设备的示例方法的流程图。具体实施方式质谱仪(MS)在真空下操作并根据质荷比分离离子。在一些使用质谱的实施方式中，可以离子化并分析固态、液态或气态的样品。离子在质量分析器中根据质荷比分离并且通过能够检测带电颗粒的检测器检测。然后将来自检测器的信号处理成离子相对丰度作为质荷比的函数的谱图。通过将被识别质量与已知质量相关联或者通过特征碎片图型识别原子或分子。大气压离子化技术允许使用选择性化学以及直接表面分析。为了分析通过大气压离子化技术产生的离子，应该将离子从大气压或接近大气压下传送至真空或接近真空压力下。提供低丰度分析离子从大气压至真空环境的高效转移，例如微型质量分析器环境，是重大的技术挑战。这个技术挑战可能与便携式检测系统的尺寸限制和重量限制有关，便携式检测器严格地限制了系统组件的选择，比如真空泵。可以使用差分抽气(differentialpumping)将压力从大气压(如760Torr)降低至质谱仪可以分析离子的压力(如10-3以下)，差分抽气可以应用于多级压降过程。大气压下的流体流速应该以至少0.15L/min通过孔口或毛细管，以此避免严重的离子损失和堵塞。带有上述进液流速的初级真空歧管(vacuummanifold)(如：包括小型隔膜泵)导致在此区域内压力在大约几个Torr。当压力在几个Torr时，可以使用离子漏斗限定来自样品的膨胀离子束(ionplum)穿过入口毛细管。离子漏斗(如U.SPatentNo.6,107,628所公开的)包括一堆带有逐渐减小的内直径的密集间隔环电极(closelyspacedringelectrode)以及应用于相邻电极的异相射频(out-of-phaseradiofrequency(RF))电势。应用于漏斗电极的RF场建立有效电势，该有效电势在缓冲气体存在下放射状限制离子，然而直流(DC)轴向电场梯度将离子从入口毛细管移向出口电极。通常将电阻器放置在相邻的电极之间从而能够产生线性DC电势梯度，并使用电容器将RF和DC电源分离。通过具有大入口且逐渐向出口减小的缝隙，离子漏斗增强离子的接收，这样在出口处有效地集中离子(如电导限制(conductancelimit)的位置)。然而，已经认识到，离子漏斗的环状电极(ringelectrodes)上的RF电势造成有效势垒(effectivepotentialbarrier)，防止低质荷比(m/z)离子传递至下一个真空阶段(R.DSmithetal.,“CharacterizationofanImprovedElectrodynamicsIonFunnelInterfaceforElectrosprayIonizationMassSpectrometry”,Analytical,vol.71,pp.2957-2964(1999))。在近似绝热下的有效电势值可以通过下列方程式(1)确定：其中，Erf(r，z)为RF电场的绝对值，ω＝2πf是角频率，m是质量，q是电荷。参考图1，提供了在离子漏斗的中心轴线上有效电势的计算结果。用于计算，施用于环状电极的RF电势为50V0-p以及频率为2MHz。如图所示，有效电势随着环直径的减小而增加，并且在最后的离子漏斗电极处对于m/z＝100和50时分别达到4.5V和9.0V，(对于所述计算直径1.4mm)。计算的离子漏斗中心轴线上的相应有效电场如图2所示。通过根据点间距离划分相邻点之间的有效电势差(effectivepotentialdifference)来进行计算电场。为了规避离子漏斗内的低m/z传送问题，建议最后的漏斗电极的直径为2.0mm以上(R.DSmithetal.,“TheoreticalandExperimentalEvaluationoftheLowm/zTransmissionofanElectrodynamicsIonFunnel”,JAmSoc.MassSpectrom,vol.17,pp.586-592；A.Mordehaietal.,“Optimization本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于传送在接近大气条件下产生的离子的质谱仪进样设备，包括：离子漏斗，所述离子漏斗配置用于接收来自样品离子化源的离子样品，所述离子漏斗包括：多个电极，所述电极带有配置为使样品离子通过的缝隙，该缝隙沿着从离子漏斗的入口延伸至离子漏斗的出口的公共轴线排列，所述多个电极中的每个电极连接到相应的RF电势，并且应用到所述多个电极中的每个电极的RF电势与应用于相邻电极的RF电势为异相；和多个间隔元件，所述多个间隔元件与所述多个电极共轴放置，所述多个间隔元件中的至少一个间隔元件放置在两个相邻电极之间，用于在离子漏斗的出口提供至少部分气密结构，配置所述气密结构用于在所述离子漏斗的出口形成轴向气体动力学流动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.29 US 14/445,5951.用于传送在接近大气条件下产生的离子的质谱仪进样设备，包括：离子漏斗，所述离子漏斗配置用于接收来自样品离子化源的离子样品，所述离子漏斗包括：多个电极，所述电极带有配置为使样品离子通过的缝隙，该缝隙沿着从离子漏斗的入口延伸至离子漏斗的出口的公共轴线排列，所述多个电极中的每个电极连接到相应的RF电势，并且应用到所述多个电极中的每个电极的RF电势与应用于相邻电极的RF电势为异相；和多个间隔元件，所述多个间隔元件与所述多个电极共轴放置，所述多个间隔元件中的至少一个间隔元件放置在两个相邻电极之间，用于在离子漏斗的出口提供至少部分气密结构，配置所述气密结构用于在所述离子漏斗的出口形成轴向气体动力学流动。2.根据权利要求1所述的质谱仪进样设备，其中，通过将DC电势应用到至少一个所述电极，所述离子漏斗还包括沿所述轴线的DC电势梯度。3.根据权利要求1所述的质谱仪进样设备，其中，所述多个间隔元件中的每个元件都有限定直径的缝隙，该直径大于相邻电极的缝隙的直径。4.根据权利要求1所述的质谱仪进样设备，其中，所述多个间隔元件中的至少一个含有聚四氟乙烯。5.根据权利要求1所述的质谱仪进样设备，其中，位于最靠近离子漏斗出口的所述电极限定具有直径约为1.0mm的内部缝隙。6.根据权利要求1所述的质谱仪进样设备，其中，所述多个电极中的至少一个含有印刷电路板材料。7.根据权利要求6所述的质谱仪进样设备，其中，所述多个电极中的至少一个包括安装在印刷电路板材料上的一个或多个电阻器以及一个或多个电容器。8.根据权利要求6所述的质谱仪进样设备，其中，还包括与所述多个电极相连的一个或多个弹性销。9.根据权利要求1所述的质谱仪进样设备，其中，所述多个电极中的至少一个包括与导电涂层接界的缝隙。10.根据权利要求1所述的质谱仪进样设备，其中，还包括毛细管，所述毛细管配置用于将离子样品引入至离子漏斗的入口。11.根据权利要求1所述的质谱仪进样设备，其中，将所述多个间隔元件按照交叉配置的方式相对于所述多个电极放置。12.一种样品检测系统，包括：样品离子化源；样品入口，所述样品入口配置用于接收来自样品离子化源的离子样品，所述样品入口包括：离子漏...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·贝尔库特，J·亨德里克瑟，
申请(专利权)人：史密斯探测公司，
类型：发明
国别省市：美国;US