非完善四极场质量分析器装置和工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术给出了一种制造非完善四极场质量分析器装置和工作方法，属于质量分析技术领域，具体涉及一种用一组电极阵列板围合而成的具有矩形截面的长形管道状离子质量分析器。本发明专利技术一种产生非完善四极场装置，是由一组电极阵列板围绕中心轴构成，用于制造质量分析装置。本发明专利技术提出了一种制造方法简单和低成本的方法和装置，使用这种方法和装置，可以产生并不十分完善的四极电场，通过对其中较高阶电场和边缘场的合理调配，实现对离子的高分辨率质量分析；另外，本发明专利技术提供了集成的低成本的离子光学和质量分析系统，它可以使目前一些商用的质谱仪系统得以简化和变得更廉价。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术給出了一种制造，属于质量分析
，具体涉及一种用一组电极阵列板围合而成的具有矩形截面的长形管道状离子质量分析器。
技术介绍
使用四个电极可以在一定的空间区域内产生四极电场分布，因此可以用它们来构建质量分析器，即所谓的四极质量分析器。如在专利号为2,939,952的美国专利中，专利技术人给出了如何用四个电极来构建质量分析器的方法。根据此项专利技术，可以将四个杆形电极平行地围绕一个中心轴固定，然后将两两相对的电极连接在一起形成两个端点，供连接外加工作电源用，如图1所示。通常情况下，将输出电压为V(t)＝+(U-VcosΩt)连接到一个端点；同时将输出电压为V(t)＝-(U-VcosΩt)连接到另外一个端点。在这些电压表达式中，U代表直流电压值，V代表所谓的射频电压值(值相对于零的电压值)，Ω为射频电源的角频率。在此电源的作用下，四个杆形电极将在所围成的中心区域内产生以四极电场为主要成分的电场分布。用四个表面为理想双曲面的四个杆状电极所组成的四极杆电极系统可以产生理想的四极电场分布。在实际应用中，出于机械加工和生产成本的考虑，常常用圆柱形的杆形电极代替表面为双曲面的电极来构建四极质谱系统等。在此情况下，所产生的电场分布除了主要为四极电场外，还含有少量的十二极场，二十极场等高阶场成分。除了四个杆状电极所组成的四极杆电极系统外，还有其他多种离子光学方法可以产生高频多极电场。而这些不同的离子光学系统又可以有不同的用处。比如说，用作传输离子用的离子导引装置；用作质量分析或质量选择用的四极离子滤质器；以及用作储存和分析离子用的离子阱等。将四极离子滤质器和离子源，离子探测器等结合起来即可组成一台四极离子质量分析仪，或称之为四极质谱仪。也可以将离子导引和离子质量分析器结合起来，组成一台较为复杂的四极离子质量分析仪。但它们的用途可以各不相同。此外，还可以将多个四极质量分析器和离子阱等按一定的次序串联起来组成一个较为复杂的四极质谱仪系统，即所谓的串级质量分析仪。它是目前可以和多种离子源结合起来使用的一种主要串级质量分析仪。这种具有串级质谱分析功能的仪器还可以用于分析复杂分子体系的结构，已被广泛用于生物和化学体系的成份和结构分析。四极离子滤质器不仅可以构建精密质谱分析仪器，还可用来对复杂试样进行分离，挑选，以获得有用的样品。Graham Cooks等科学家专利技术的离子“软着陆”技术已经证明了生物分子通过滤质器后仍然能保留其生物活性，因此四极离子滤质器甚至有可能成为制备生物芯片的有效工具。通常，四极离子光学系统需要有很高的机械加工精度。部分零件有时还需要被加工成双曲面。这种要求高精度的机械加工和组装工艺，使得生产出的产品很昂贵，因此产量和用途都受到限制。特别是四极离子滤质器用作样品筛选处理工具时，流量大、负荷重，极易受到污染和损害，维护成本也很高。所以更寄希望于出现一种廉价、可替换的装置，以降低成本。近年来，人们一直在继续寻找构成质谱仪新方法和新材料的研究工作，在美国专利4704,532中，华中一专利技术了所谓连续边界完善四极场的产生方法，理论上，这种装置可以在电极内部产生理想的四极电场。但实际上真正完美边界的制作工艺却不简单，由于很难得到具有高热稳定性的电阻涂料，所以当高压射频电场加在此电阻材料上时，功率的损耗将导致温度的上升，进而导致装置匹配的失调，最终导致射频电源的失调。M.Margulies在美国专利4,985,626中，用直线导体阵列产生四极电场来构成离子滤质器，其目标也是追求产生理想的四极电场。同样，实际上的导体阵列有一定的宽度和误差，无法实现完美电场。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是为了提出一种产生非完善四极场的方法和装置，用于制造质量分析仪器。使用这种方法和装置，可以产生并不十分完善的四极电场，通过对其中较高阶电场和边缘场的合理调配，实现对离子的高分辨率质量分析。本专利技术目的之二是提供集成的低成本的离子光学和质量分析系统，它可以使目前一些商用的质谱仪系统得以简化和变得更廉价。本专利技术提出由一组电极阵列板围绕中心轴构成产生非完善四极场装置，用于制造质量分析装置。在上述方案基础上，利用产生非完善四极场装置制造一种利用交变电场的离子质量分析器，它是由一组电极阵列板围合而成的具有矩形截面的长形管道；此管道具有一条轴，四边的电极阵列板平行于这条中心轴；电极阵列在此管道中形成特定的不完善的四极场；被分析的离子从此管道的一端进入，在电极阵列形成的电场作用下，离子按照其质荷比有选择性地从另一端射出。在上述方案基础上，本专利技术进一步提出运用印刷电路板作电极阵列板的离子质量分析器，包括在多层板面上将导电纹路加工成特别设计的形状，以便可以在分析器管道中形成特定的电场分布。本专利技术还提出两种离子质量分析器的工作模式。其一是加入适量的六极，八极，十六极等高阶场成分；其二是利用管道末端的边缘场进行选择性离子排出。本专利技术的优越性在于提出了一种制造方法简单和低成本的方法和装置，使用这种方法和装置，可以产生并不十分完善的四极电场，通过对其中较高阶电场和边缘场的合理调配，实现对离子的高分辨率质量分析；另外，本专利技术提供了集成的低成本的离子光学和质量分析系统，它可以使目前一些商用的质谱仪系统得以简化和变得更廉价。附图说明图1、用四根圆柱型电极构建的传统四极杆质量分析器图2、采用多电极阵列构造的质量分析器图3、用印刷线路板制成的多电极阵列质量分析器图4、采用多电极阵列质量分析器和离子导引器的质谱分析仪图5、用印刷线路板制成的离子导引/质量分析器二合一质谱分析仪图6、质量分析器中的离子运动稳定7、多电极阵列产生四极场并迭加六极，八极，十六极场的方法图8、质量分辨率的模拟计算结果图9、离子按质荷比的次序选择性出射示意图，其中，A电极结构；B轴向电位分布。图10、加共振激发电场的方法具体实施方式本专利技术一种非完善四极场，是由一组电极阵列板围绕中心对称轴构成非完善四极场，用于制造分析装置。如图1所示，用四根圆柱型电极11、12、13、14构建的传统四极杆质量分析器1。分析管道如图2采用多电极阵列构造的质量分析器所示，由Y阵列21，X、Y阵列22构成，有时还要在管道末端安置一个有小孔的金属片23。图3是用印刷线路板方法制成的多电极阵列。印刷电路板包含绝缘体或半导体的基底31，其内侧面上有与中心轴相平行的直条导电纹路32，构成了所谓电极阵列，在管腔内产生所需电场；印刷线路板的外侧面上的导电纹路33用于联接引线或安装电压分配元件。它们和内侧面上的导电纹路32由过孔34相连。四块印刷线路板构成的电极阵列组装成分析管道。图中显示了一种X、Y阵列尺寸完全相同的正方形管道截面。每边的电极阵列均有5条，其间有较小的间隙。当X边上5条电极，所加电压的比例为0∶CV(t)∶V(t)∶CV(t)∶0，Y边上5条电极所加电压的比例为0∶-CV(t)∶-V(t)∶-CV(t)∶0时，分析管道内形成的基本上是四极场以及少量4(2k+1)极场(是整数)。如果系数C和电极宽度比例选取合理，高阶多极场中十二、二十极场成分都能消去。比如5条电极宽度比例为1∶1∶2∶1∶1，系数C＝0.78，分析管道中部形成的电场就非常接近理想四极场。但是，在远离中心轴的边缘处，电场分布中高阶多极场非常强，影响了分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生非完善四极场装置，是由一组电极阵列板围绕中心轴构成，用于制造质量分析装置。

【技术特征摘要】
1.一种产生非完善四极场装置，是由一组电极阵列板围绕中心轴构成，用于制造质量分析装置。2.利用权利要求1所述的产生非完善四极场装置制造的一种交变电场离子质量分析装置，其特征在于由一组电极阵列板围绕中心对称轴构成的，具有矩形截面的且沿轴延伸的长形管道；电极阵列在此管道中形成特定的不完善四极场；被分析的离子从此管道的一端进入，在电极阵列形成的电场作用下，离子按照其质荷比有选择性地从另一端射出。3.根据权利要求2所述的一种交变电场离子质量分析装置，其特征在于，电极阵列板采用印刷线路板制成，所述的印刷电路板包含绝缘体或半导体的基底与内外侧面上的导电纹路，其中，内侧面上有与所述中心轴相平行的直条导电纹路，以产生非完善四极场。外侧面上的导电纹路和内侧面上的导电纹路由过孔相连，用于联接引线或安装电压分配元件。4.根据权利要求3所述的一种交变电场离子质量分析装置，其特征在于，所述印刷电路板共有四片，在电路板中进一步包含通孔，用于安装小孔金属片，四片印刷电路板通过小孔金属片固定起来，形成分析器管道。5.根据权利要求4所述的一种交变电场离子质量分析装置，其特征在于，管道的矩形截面为正方形，每边的电极阵列共有5条与轴向平行的电极，5条电极宽度比例为1∶1∶2∶1∶1，所加电压的比例为0∶K∶1∶K∶0，其中K＝0.7至0.85，是用以调节有效高阶多极场的参数。6.根据权利要求4所述的一种交变电场离子质量分析装置，其特征在于，在电路板中包含通槽，并使槽内壁金属化或导电化。7.根据权利要求6所述的一种交变电场离子质量分析装置，其特征在于，包括在向内一侧的印刷电路板面或其基板材质内添加高电阻半导体材料。8.根据权利要求7所述的一种交变电场离子质量分析装置，其特征在于，印刷线路板向外一侧板面上安装包括表面安装型电阻和电容的电压分配元件。9.利用权利要求1所述的产生非完善四极场装置制造的一种交变电场质谱仪，其特征在于，包括安置于大气中或低真空室内的离子源，由一组用印刷线路电极阵列板围合构成的具有矩形截面，且沿轴延伸的长形管道，位于长形管道末端连接离子探测器，电极阵列在此管道中形成特定的不完善二维四极场；所述电极阵列板围合构成的长形管道由小孔金属片分隔成离子传输部和离子分析部，离子源产生的离子从此管道的一端进入，通过离子传输部进入离子分析部，在电极阵列形成的电场作用下，离子按照其质荷比的不同，有选择性地被射出电极阵列板围合构成的长形管道，被离子探测器检测。10.根据权利要求9所述的一种交变电场质谱仪，其特征在于所述电极阵列板围合构成的长形管道由小孔金属片分隔成离子传输部、母离子分析部、离子-气体碰撞部和产物离子分析部，电极阵列在管道中形成特定的不完善二维四极场，离子源产生的离子从此管道的一端进入，顺序通过离子传输部，母离子分析部，离子-气体碰撞部和产物离子分析部，射出的离子被离子探测器所检测，完成串列质谱分析。11.利用权利要求1所述的产生非完善四极场装置制造的一种交变电场带电粒子分拣仪，其特征在于，包括离子源，用印刷线路电极阵列板围合成的具有矩形截面的长形管道，位于长形管道末端的粒子收集器，电极阵列在管道中形成特定的不完善二维四极场，电极阵列板围合构成的长形管道由小孔金属片分隔成离子传输部和离子分析部，离子源产生的带电粒子从此管道的一端进入，在电极阵列形成的电场作用下，某一质荷比的带电粒子...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁传凡，
申请(专利权)人：丁传凡，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]