离子光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术的离子光学装置，包括：一或多对约束电极单元，在一空间内的第一方向的两侧相对设置且随第一方向延伸；电源装置，用于在成对的约束电极单元分别施加相反的射频电压且在约束电极单元上形成按基本正交于第一方向的一个第二方向分布的多个直流电位，以在第一方向的至少一部分长度上形成在第二方向上的势垒；至少一个第一区域及第二区域，位于空间中且在第二方向上分别位于势垒两侧；控制装置，连接电源装置，用于控制电源装置的输出以变化势垒，以操纵在第一区域中传输或储存的离子按其质荷比或迁移率的不同而以不同方式通过势垒转移到第二区域并沿第一方向继续传输，提升位于其下游的其他同步工作装置的离子利用效能。

Ion optics device

Ion optical devices including the invention: one or more constraints on both sides of the first electrode unit in the direction of a space in the first direction and with the relative set; power supply device used in constraint electrode unit pairs respectively applied RF voltage instead of multiple DC potential distribution and the formation of a secondary direction according to the basic orthogonal to the first direction in constrained electrode unit, at least a portion of the length in the first direction is formed in the secondary direction of the barrier; at least one of the first and second areas, located in space and in two directions respectively located on both sides of the barrier; control device is connected with a power supply device for output control the power supply device to change the barrier, to manipulate the ion transport in the first area or storage according to the different mass or mobility and in different ways through the barrier transfer To the second region and continue to transport along the first direction, enhance the ion utilization efficiency of other synchronous working devices located downstream of it.

【技术实现步骤摘要】
离子光学装置
本专利技术涉及质谱分析
，特别是涉及一种离子光学装置。
技术介绍
对于工作在扫描(如四极杆)或脉冲工作模式下(如飞行时间，静电离子阱等)的质量分析器，对于分析含较宽质荷比范围的离子流时，会由于质量分析器瞬时可分析的离子质荷比范围与该离子流质荷比范围的不一致，出现对除特定质荷比范围外的离子的强度歧视或无法利用，这在很大程度上影响了利用这些质量分析器的质谱仪，如三重四极杆，四极杆串联飞行时间，或静电轨道阱质谱仪的灵敏度与质量歧视特性。为解决此问题，传统的方式包括：A.使用离子储存装置储存离子，再按后级质量分析器需要同步放出，B.在离子导引末端施加有质量选择的赝势垒或边缘场结构，也可配合质量选择共振对离子逐出进行调制。C.使用额外的离子导引或储存结构将前级离子暂存在飞行时间等分析器的结构内，配合其工作时序放出并分析。D.使用额外的加减速透镜使得离子按受控的时间依次同步于后级质量分析器时序。但以上方法均存在一定限制：对于A，以US7208728，US7323683的线形离子阱和US9184039的所谓Scanwave方式为代表，在这种模式下，离子直接受到轴向排列的多个电极所形成的直流电位或射频赝势位所约束，在这种模式下，离子的轴向传输控制和离子的质量选择逐出受在轴向所形成的同一势垒控制，且离子逐出与质量分离发生在同一方向，由于任何离子储存装置具有一定的离子储存上限，当离子流强高于此上限时，此势垒对质量选择的响应非线性，同时储存装置本身由于气压或束缚射频存在会对放出的离子造成拖尾，后加热等问题，外加上对于高分辨的质量分析器所需的超高真空限制，使得分析器与离子储存装置间一般有一渡越距离，即使放出的离子与后级质量分析器时序同步，经过渡越距离由于不同质荷比离子的速度不同，又出现新的质量歧视。B.以US8227151，US8487248等通过多分立电极结构在离子光学装置长度方向建立二次四极DC势阱，或US8299443，US9177776引入轴向周期电极结构，利用多个不同波长的空间射频势波形形成质量分离特性赝势垒为代表，这些方法中，其质量分离势垒位于离子传输轴向，其边缘场结构本身会破坏离子在场轴的冷却和质量特性，为快速逐出离子，所引入的轴向共振激发手段更是会使离子在逐出方向上获得一个较大的能量分布，这对具有较高分辨的四极杆，飞行时间和静电离子阱分析器来说，都会由于初始相空间分布劣化破坏分辨特性。C.以美国专利US7582864为代表，其采用两相幅度不对称的射频实现轴上的射频电位，与末端DC引出电极的多极场组合实现离子轴向的质荷比由大至小逐出，然而这样的导引或储存结构因其在轴向具有非零的射频电位，本身容易破坏分析器的场完美性，增加后续离子聚焦所需条件的复杂度，此外导引或储存结构需要的非对称射频波形会使离子放出时的能量和空间分布劣化。D.以美国专利US8754367为代表，利用时变电场先分离不同质荷比离子，然后利用其空间位置构建非线性电场加速，使得离子最后能于同一时间进入飞行时间加速区，然而虽然通过这样的手段，在轴向离子是能很好地聚焦了，然而根据电场分布的拉普拉斯方程，轴向的非线性电场必然在径向上伴随巨大的非线性发散电场，这样的方法根据刘维定理压缩了离子的时间分布，但必然要牺牲径向的空间和能量聚焦特性，这对高分辨的四极杆，飞行时间和静电离子阱分析器来说都是极其不利的。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的是发展一种轴向传输(即第一方向)离子光学装置，通过操纵径向(即第二方向)势垒位置，高度或其梯度方向，将离子引入并传输到该势垒一侧的第一区域，通过改变势垒位置，高度或其梯度方向方向，又可将传输或储存在第一区域中的离子根据其质荷比或迁移率转移到第二区域储存或传输，由此最终达到调制从该离子光学装置沿轴向逐出离子的质谱或离子迁移谱时序模式，从而提高位于其下游的其他同步工作的装置的离子利用效能，尤其是工作于脉冲模式的飞行时间或静电阱检测器。对于四极杆质量分析器，由于经调制后的离子供给时间与四极杆的质量分析通道也可同步，因此对此种质量分析器在扫描模式下工作时，总体的灵敏度分析效能也可提升。为实现上述目标及其他相关目标，本专利技术提供一种离子光学装置，包括：一或多对约束电极单元，在一空间内的第一方向的两侧相对设置且随所述第一方向延伸；位于第一方向上游的离子引入口，用于沿第一方向引入离子，电源装置，用于在成对的约束电极单元分别施加相反的射频电压且在约束电极单元上形成按基本正交于所述第一方向的一个第二方向上分布的多个直流电位，以在所述第一方向的至少一部分长度上形成在所述第二方向上的势垒；至少一个第一区域及第二区域，位于所述空间中且在第二方向上分别位于所述势垒两侧；控制装置，连接所述电源装置，用于控制所述电源装置的输出以变化所述势垒，以操纵在所述第一区域中传输或储存的离子按其质荷比或迁移率的不同而以不同方式通过所述势垒转移到所述第二区域。由于离子的控制传输发生在第一方向，而区别分离发生在第二方向，两者所需要的电场控制做到了正交化，因此避免了背景讨论中所述的轴向冷却传输与轴向质量分离的矛盾问题。于本专利技术的一实施例中，所述控制装置用于操纵所述电源装置的输出幅度，或频率来调整所述势垒的位置、高度或方向。于本专利技术的一实施例中，所述第二区域中的离子供沿所述第一方向逐出所述离子光学装置。于本专利技术的一实施例中，所述的离子光学装置，包括：引出电极单元，设于所述第二区域下游，并连接所述离子光学装置的出口，用于将所述第二区域中的离子沿所述第一方向逐出所述离子光学装置。于本专利技术的一实施例中，所述引出电极单元施加有用于实现所述逐出离子动作的周期性脉冲电压。于本专利技术的一实施例中，所述离子光学装置后级设有质量分析器，所述控制装置连接所述质量分析器；所述控制装置用于控制所述电源装置及质量分析器，使所述转移至第二区域以供逐出的离子的质荷比或迁移率同该控制装置为所述质量分析器所设置的需分析的离子质量相匹配。于本专利技术的一实施例中，每个约束电极单元包括沿一第二方向设置的多个电极，相邻的电极施加有相反相位的射频电压且分别施加有直流电压；并且成对的两个约束电极单元的电极间一一成对，成对的两个电极分别施加有相反相位的射频电压。于本专利技术的一实施例中，每个约束电极单元中的各所述电极平行间隔设置。于本专利技术的一实施例中，每个所述约束电极单元包括3个以上的电极。于本专利技术的一实施例中，所述空间中具有碰撞气体。于本专利技术的一实施例中，所述碰撞气体的气压范围为0.1～10Pa。于本专利技术的一实施例中，成对的约束电极单元之间具有一个大于0度且小于50度的张角，用以在所述第一方向引入直流渗入场并向所述第一方向下游压缩并传输离子。于本专利技术的一实施例中，成对的约束电极单元之间具有一个大于0度且小于或等于20度的张角。于本专利技术的一实施例中，成对的约束电极单元间在所述第一方向的两端开口距离比例为1至2.8。于本专利技术的一实施例中，成对的约束电极单元间在所述第一方向的两端开口距离比例为1.9至2.4。如上所述，本专利技术的离子光学装置，包括：一或多对约束电极单元，在一空间内的第一方向的两侧相对设置且随所述第一方向延伸；电源装置，用于在成对的约束电极单元分别施加相反的射频电压且在约束电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子光学装置，其特征在于，包括：一或多对约束电极单元，在一空间内的第一方向的两侧相对设置且随所述第一方向延伸；离子引入口，位于所述第一方向上游，用以沿所述第一方向引入离子；电源装置，用于在成对的约束电极单元分别施加相反的射频电压且在约束电极单元上形成按基本正交于所述第一方向的一个第二方向分布的多个直流电位，以在所述第一方向的至少一部分长度上形成在所述第二方向上的势垒；至少一个第一区域及第二区域，位于所述空间中且在第二方向上分别位于所述势垒两侧；控制装置，连接所述电源装置，用于控制所述电源装置的输出以变化所述势垒，以操纵在所述第一区域中传输或储存的离子按其质荷比或迁移率的不同而以不同方式通过所述势垒转移到所述第二区域并沿第一方向继续传输。

【技术特征摘要】
1.一种离子光学装置，其特征在于，包括：一或多对约束电极单元，在一空间内的第一方向的两侧相对设置且随所述第一方向延伸；离子引入口，位于所述第一方向上游，用以沿所述第一方向引入离子；电源装置，用于在成对的约束电极单元分别施加相反的射频电压且在约束电极单元上形成按基本正交于所述第一方向的一个第二方向分布的多个直流电位，以在所述第一方向的至少一部分长度上形成在所述第二方向上的势垒；至少一个第一区域及第二区域，位于所述空间中且在第二方向上分别位于所述势垒两侧；控制装置，连接所述电源装置，用于控制所述电源装置的输出以变化所述势垒，以操纵在所述第一区域中传输或储存的离子按其质荷比或迁移率的不同而以不同方式通过所述势垒转移到所述第二区域并沿第一方向继续传输。2.根据权利要求1所述的离子光学装置，其特征在于，所述控制装置用于操纵所述电源装置的输出幅度，或频率来调整所述势垒的位置、高度或梯度方向。3.根据权利要求1所述的离子光学装置，其特征在于，所述第二区域中的离子供沿所述第一方向逐出所述离子光学装置。4.根据权利要求3所述的离子光学装置，其特征在于，包括：引出电极单元，设于所述第二区域下游，并连接所述离子光学装置的出口，用于将所述第二区域中的离子逐出所述所述离子光学装置。5.根据权利要求4所述的离子光学装置，其特征在于，所述引出电极单元施加有用于实现所述逐出离子动作的周期性脉冲电压。6.根据权利要求3所述的离子光学装置，其特征在于，所述离子光学装置后级设有质量分析器，所述控制装置连接所述质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋公羽，孙文剑，程玉鹏，张小强，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP