一种离子控制和质量分析装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种离子控制和质量分析装置，是用于离子产生、传输和质量分析的装置。本发明专利技术可以直接在离子阱中产生离子，并利用在空间布置的导线电极来捕获并囚禁产生的离子，在把这些离子以极低的损耗直接传输到质量分析器。通过导线电极上的不同电压所产生的电场来激发并出射出不同质量的离子，从而获得不同质量离子的质谱。本发明专利技术结构小巧，方便移动和携带，检测效率高，灵敏度高，所需样品数量少，适用范围广。

An ion control and quality analysis device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种离子控制和质量分析装置
本专利技术涉及一种离子控制装置。特别涉及一种将不同质量的离子进行储存，传输和分析的装置。
技术介绍
由于其快速，优异的识别能力，高灵敏度和高分辨率，质谱仪在现代分析化学中发挥着重要作用。然而，质谱仪的体积相对较大，其重量大、功耗高、制造和维护复杂等缺点妨碍了质谱仪得到更为广泛的应用。在公共安全，环境保护，生化分析和工业过程监测等应用领域，人们需要性能良好的小型便携式质谱分析仪。微型质谱仪是满足这些应用的最佳解决方案之一，因为它具有能够在现场部署的优势和卓越的识别未知化合物的能力。然而，目前的微型质谱技术尚不能满足上述这些应用中对探测灵敏度的要求。例如，目前用微型质谱仪检测爆炸性化合物的灵敏度为ppb级，而机场安全检查的要求需要达到ppt水平或更好。离子阱是实现小型化质谱仪的最佳方案之一，因为离子阱的尺寸紧凑，工作压力相对较高，并且具有实现多级串联质量分析(MSn)的独特能力。按照结构来分，离子阱包括三维离子阱和二维线性离子阱。三维离子阱由一对环形电极(ringelectrode)和两个呈双曲面形的端盖电极(endcapelectrode)组成。三维离子阱最初是由Paul和Steinwedel在美国专利号2,939,952中披露的。在环形电极上加射频电压RF或再加直流电压DC，上下两个端盖电极接地。逐渐增大射频电压的最高值，离子进入不稳定区，由端盖极上的小孔排出。因此，当射频电压的最高值逐渐增高时，质荷比从小到大的离子逐次弹射到离子检测器并被记录而获得质谱图。在三维离子阱中，由于使用的空间有限，空间电荷效应明显，离子的存储容量受到限制，从而限制了质谱仪的分辨率和离子检测的线性范围，从而影响样品分析性能。为了解决这些问题，美国专利No.6,797,950提出了二维离子阱，也称为线性离子阱，它非常类似于四极杆质谱仪，由两组双曲杆和两端的两个平板组成。在一组对角的双曲杆上施加交替的RF电压，而具有180度相位差的交流RF电压则施加到另一组对角的双曲杆电极上。同时，通过在一组对角的双曲杆电极上叠加另一个具有180°相位差的弱交变电压，就可以可以实现偶极共振辅助激励模式。该模式极大地提高了离子阱的离子出射效率和质量分辨率。线性离子阱形成的电场中，在离子激发或逐出方向X上，离子所受到的该方向束缚电位分量函数V(x)＝Ax2，即在该方向为二次场，或称简谐势阱函数，离子在该方向上运动的震荡频率与共振幅度无关。理想的二次电场通过双曲面电极系统来实现，但双曲面电极的精度加工与装配相当困难。此外，在实际制作过程中，由于双曲面电极上引出小孔或狭缝的存在导致电极无法产生完美的二次场。另外，双曲杆上的孔径不够大，因而会阻挡一部分离子的出射，限制了灵敏度的进一步增加。为克服电场的缺陷，多种离子阱设计方案被提出。较为直接方法是修改离子阱约束电极的边界结构，这些方法使逐出方向的约束电极在离子出口处相对突出，例如RiverRat在美国6087658号专利中所提出的方案，以及使逐出方向的约束电极间距相对其理想四极场边界条件向外间距拉伸的方法。为了克服上述缺点，人们做出许多的努力，用简化的电极来替代双曲杆电极，并追求可以令人接受的探测性能。美国专利6,838,666描述了线性离子阱质量分析器的系统和方法，离子阱由简单的长方形电极形成。束缚电场的改进也可以通过将原有约束电极用多个分立电极部分，并在这些电极部分上附加不同幅度的束缚电压来实现。对于线形离子阱，中国专利CN1585081中，丁传凡设计了一种用印刷电路板围成的线形离子阱，该结构包括多个分立可调的电极条带图案，采用分压电容-电阻网络调节这些电极图案间的束缚射频电压和束缚直流电压。用类似的方法，如李刚强等人美国专利US7755040中指出的那样，也可用于构建轴向二次场静电离子阱。吴庆浩等人利用不锈钢电极产生了二次场并获得了较好的分辨率(Anal.Chem.2016,88,7800-7806；J.Am.Soc.MassSpectrom.(2017))。导电线电极离子阱具有电容小，分辨率好，易加工等特点在微型离子阱中有重要价值。但仍存在很多问题。这些问题包括：1、导电线电极电极无法有效拉伸固定，导致金属线弯曲，影响电场。2、使用对称场，使离子出射时平均地从两个方向射出，如果只使用一个检测器，会造成一半的离子无法检测，从而降低了灵敏度。而使用两个检测器会造成成本上升，并且存在信号合并等一系列问题。3、使用静电场将离子从VUV灯离子源传输至离子阱，离子的损耗较大，影响了灵敏度。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是了上面提出的问题和需求，提高离子检测灵敏度，降低设备重量和体积，降低运行功率。本专利技术采用的技术方案是，一种离子控制和质量分析装置，包括至少两个支撑筒、穿孔绝缘板，导线电极，导线拉伸装置和离子检测器，支撑筒两端分别和一个穿孔绝缘板密封配合形成一个腔体，腔体内设有导线电极，穿孔绝缘板的中心设有中心孔，穿孔绝缘板上安装有端电极，端电极中心设有通孔，通孔和中心孔位置一致，导线电极的两端分别安装在前后两个穿孔绝缘板上，其中一个支撑筒上连接有离子检测器。中心孔位于穿孔绝缘板的中心区域，用于使离子通过，端电极上的通孔与中心孔位置一致或者轴心一致，也是为了使离子通过，端电极可以是一个固定在中心孔的金属环，金属环中并施加电压，以便控制离子沿中心对称轴方向上移动。端电极也可以是一个导电端板，导电端板上有一个和中心孔同轴的通孔。环绕孔孔径极小，用来穿过并固定施加交流电压的导线电极。穿孔绝缘板上设有至少四组环绕孔，导线穿过环绕孔进行固定，固定于同一组环绕孔的导线构成一个导线电极。每个腔体内有四个及以上导电线电极，每个导线电极由至少三根互相平行的导线构成，同一导线电极的导线上被施加同一电信号。电信号包括，直流电压,脉冲电压,射频电压，各导线电极上施加的交流电压各有不同，用来形成工作所需要的离子阱电场。支撑筒所围成的腔体可作为离子捕获室，离子捕获室的支撑筒上设有样品进气管、电离源和缓冲气体进气管。每一个导线电极由同一根金属导线往复折返穿过前后两个穿孔绝缘板上所对应环绕孔形成。相邻两个腔体之间的导线互相连通或者互相隔离。互相连通则各腔体的电压控制情况一致，互相隔离则可以实现每个腔体的电压控制情况不一致，离子阱状况也不一样。相邻两个腔体的导线电极分布情况保持一致或各自不同。相邻腔体之间导线电极之间互相隔离的情况下，导线电极可以根据需求采用不同的分布情况。穿孔绝缘板上设有与支撑筒相适配的凹槽。凹槽用来固定穿孔绝缘板，并可以增强密封效果。电离源为紫外线灯、尖端放电、或热阴极电子发射源。空间允许的情况下，也可以采用其它放射源。支撑筒上设有圆形或矩形通孔，通孔用于引入紫外光，或者引出离子。本专利技术的有益效果是，提高离子传输效率，能达到良好的分辨率，同时，降低分布电容，对机械和装配误差的高耐受性，还能降低重量，减小体积。电场的优化对于任何离子阱的设计是必不可少的，我们做出了大量的努力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子控制和质量分析装置，其特征在于：包括至少两个支撑筒、穿孔绝缘板，导线电极，导线拉伸装置和离子检测器，支撑筒两端分别和一个穿孔绝缘板密封配合形成一个腔体，腔体内设有导线电极，穿孔绝缘板的中心设有中心孔，穿孔绝缘板上安装有端电极，端电极中心设有通孔，通孔和中心孔位置一致，导线电极的两端分别安装在前后两个穿孔绝缘板上，其中一个支撑筒外侧设有离子检测器。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种离子控制和质量分析装置，其特征在于：包括至少两个支撑筒、穿孔绝缘板，导线电极，导线拉伸装置和离子检测器，支撑筒两端分别和一个穿孔绝缘板密封配合形成一个腔体，腔体内设有导线电极，穿孔绝缘板的中心设有中心孔，穿孔绝缘板上安装有端电极，端电极中心设有通孔，通孔和中心孔位置一致，导线电极的两端分别安装在前后两个穿孔绝缘板上，其中一个支撑筒外侧设有离子检测器。


2.如权利要求1所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：所述穿孔绝缘板上设有至少四组环绕孔，导线穿过环绕孔进行固定，固定于同一组环绕孔的导线构成一个导线电极。


3.如权利要求2所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：每个腔体内有四个及以上导电线电极，每个导线电极由至少两根互相平行的导线构成，同一导线电极的导线上被施加同一电信号。


4.如权利要求1所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：支撑筒所围成的腔体可作为离子捕获室，离子捕获室的支撑筒上设有样品进气管、电离源。


5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆浩，张融，
申请(专利权)人：瑞湾科技珠海有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44