环形离子阱阵列制造技术

本发明专利技术涉及环形离子阱阵列，用于超大容量的离子存储以及按离子的质荷比等特性进行分离和探测的多通道质量分析器。所述环形离子阱阵列有离子引入孔和离子引出孔，两块相互平行的电极采用环形电极阵列，每一个电极上被加工成多个具有特定几何形状的较小电极条，每二个较小电极条之间设有绝缘体或被加工成孔隙；两块环形电极被相互平行且呈镜像对称地组装在一起，其上的较小电极条一一对应，且几何形状、尺寸相同；在电极条上施加不同相位的高频电压信号，使得在两块环形电极阵列之间的空间区域里产生高频电场，构成多个离子束缚区域，这些离子束缚区域围成环形，被捕获离子聚集成一系列平行于电极条的条状离子，离子沿着平行于电极条的方向被选择性地排出，或者，沿着垂直于电极条的方向从电极条的狭缝里排出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及环形离子阱阵列，与离子存储与质量分析技术有关。用于超 大容量的离子存储以及按离子的质荷比等特性进行分离和探测的多通道质量 分析器。技术背景离子阱和离子阱质谱仪是一种多用途的科学分析仪器。被广泛应用于化 学，生物学，环境保护等诸多领域。离子阱的功能主要有二个方面， 一是将 样品离子束缚和存储在某一特定的区域内，如离子阱的离子存储区，以达到 富集离子和可以对存储区内的分子进行进一步的分析研究的目的。二是利用 离子阱对感兴趣的样品离子进行质量分析，以确定它们的成份，结构和含量 等。按构成离子阱的电极几何结构的不同，通常被分为三维离子阱和直线形 离子阱。传统的三维离子阱是由一个双曲面形的环形电极和两个双曲面形的 端电极所组成，如图1所示。其中，环形电极11上一般加载一交流高频电压，或称之为射频电压，两端电极12,13上加载直流电压。这样可以在上述电极 所围成的区域内形成以四极场为主的电场分布。使得进入此区域的离子被束 缚和存储下来。传统的线形离子阱是由四个双曲面形，或圆柱形的电极21， 22， 23和24， 如图2所示，加上两个端电极所组成。其中，电极21和23连接在一起，形 成一个电源接线端点25;电极22和24连接在一起，形成另一个电源接线端 点26; 25和26 —般分别连接在一交流高频电压的两个极性相反的两个端点。 两端电极分别加载直流电压。这样可以在上述电极之间围成一个离子存储区 域。在中国专利中，专利技术者提出了一种由两块平行板电极构成的离子阱阵列。 在离子阱阵列中，离子沿着平行的多轴被存储，因此，它可以成倍地提高离 子的储存量。G. COOK等人采取多个离子阱同时使用的方法来提高离子存储能力。总之， 研究和开发出结构简单，离子存储量更大等性能更佳的离子阱质谱仪是科学 家们不断追求的目标。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种环形离子阱阵列。以获得超大容量的离子存储 功能。本专利技术的再一目的是提供一种利用环形离子阱阵列的多通道质量分析 器，按离子的质荷比等特性进行分离和探测，进行高通量的质量分析，离子 都可以根据其质荷比等特征有选择性地被排出阱外被分析检测。本专利技术的目的通过下述方案实现 一种环形离子阱阵列，它是由两块相 互平行的电极，和几块与这两块相互平行的电极相互垂直的电极所组成，在 两块相互平行的电极上，每一个电极上被加工有具有特定几何形状的多个较小电极条，每二个较小电极条之间一般为绝缘体或被加工成孔隙，其目的是 保证二个较小电极条之间相互绝缘，较小电极条和绝缘体或孔隙围成环形， 环的外围边界构成外边界电极，环的内围边界构成内边界电极。在两块相互 平行的电极上所加工的较小电极条具有一一对应的关系，对应的电极条几何 形状完全相同。当这两块电极被相互平行地组装在一起时，其各个较小电极 条相互平行并成镜像对称。每一个较小电极条的形状可以是矩形，也可以是梯形，或者是扇形。相邻的电极条上施加不同相位的高频电压信号，使得在两片环形电极阵 列之间的空间区域里产生高频电场，从而在此空间构成多个离子束缚区域， 这些离子束缚区域构成多边形环。可通过实际需要调节加在相邻电极条上的 高频电压信号的相位差。每一个离子束缚区域都可以在电场的作用下存储离子，当离子被捕获在 这些电极束缚区域后，会聚集成为一系列平行于电极条的条状离子。被存储 的离子可以在外加电场的作用下被一次性地从束缚区域排出至电极阵列围成 的中央区域。该专利技术进一步提出使这些被存储的离子被有选择性地激发、排 出和被检测的方法，离子可以沿着平行于电极条的方向被选择性地排出，也 可以沿着垂直于电极条的方向从电极条的狭缝里排出。本专利技术中，两环形电极阵列可用两块印刷电路板制作，其中的电极条可 采用镀金属膜进行制作。所有的电极条表面都是平面状，每个电极条中央可 加工一条细长的狭缝用以排出离子。两块印刷线路板可通过边界电极固定， 在边界电极的某些部位设有开孔或狭缝用以注入或排出离子。本专利技术还包括一个离子探测器，以探测从离子存储区排出的离子。而离子探测器安放在与束缚离子轴平行的方向，并且在电极条围成的多边形环的 中央区域。本专利技术还进一步包括一个大面积离子探测器，该离子探测器安放在垂直 于束缚离子轴的方向，并且在电极条的狭缝旁侧，以探测从离子存储区沿狭 缝排出的离子。本专利技术还进一步包括一个环形探测器阵列，该环形探测器阵列安放在与 束缚离子轴平行的方向，并且在电极条围成的多边形环的外侧，该环形探测 器阵列中的每一个探测器对应一个离子存储区域。本专利技术还进一步包括一个环形探测器阵列，该环形探测器阵列安放在垂 直于束缚离子轴的方向，并且在电极条的狭缝旁侧，该环形探测器阵列中的 每一个探测器对应一个离子存储区域。本专利技术还涉及一种离子存储和分析的方法。在相邻电极条上施加相位相差180。的高频电压信号，则在相邻电极之间的平面上产生一个O电势面，相 当于一个O电位的电极。这样，上下两个电极条以及由反向高频电压形成的O 电位电极共同构成一个电场，该电场由四极场和其他高极场组合而成，但以 四极场为主。在这个电场中，离子可以被捕获、冷却，并根据它们的质荷比 不同而被选择性地排出阱外。在上述方案中，所述选择性排出离子的方法包括将一个共振激发信号耦 合到高频电压信号上之后一起施加到电极条上，从而使离子受到共振激发排 出阱外，这种方法可以提高对离子分析的分辨率。所述的共振激发信号是一 个低电压的信号，其电压范围一般在O—IOO以内，其频率是高频电压信号的 分频，通常取3分频、4分频、3/8分频，或者根据需要取其他分频。上述方案中，还可进一步包括控制这个共振激发信号，将不需要的离子 通过共振激发打在电极条上或者排出阱外，而使其他的离子留存在阱内。留 存的离子可以做进一步的分析。对留存离子的处理也包括通过在边界电极上施加电压使离子排出阱外。 具体的方法是提高外围边界电极的电压，使外围边界电极和内围边界电极 形成电位差，离子可以沿着电位差的方向排出阱外，从而进入环形电极阵列 围成的中央区域。多边形环每一个边上的离子阱阵列可以注入不同的样品，或者环形离子 阱阵列中的每一个离子束缚区域都可以注入不同的样品进行存储和分析。该专利技术进一步包括在环形电极围成的中央区域放置一个存储和分析装 置，该装置可以对环形离子阱阵列里排出的离子进行捕获、冷却。从环形离 子阱阵列中排出的不同离子还可以在此装置中做化学反应，然后对反应后生 成的离子或者其他产物做进一步的分析。上述方法方案中，从环形离子阱阵列中注入到中央区域的离子也可以作 飞行时间质谱分析。在中央区域放置冷却离子的装置，以及可施加电压的筛 网，这样，将从环形离子阱阵列中排出的离子动能降低到0附近，然后使离 子沿着平行于边界电极的方向飞行以做飞行时间质谱分析。本专利技术给出的环形阵列离子阱，它可以实现大容量的离子存储，其存储 的离子可以在外加电场的作用下一次性地被排出阱外的一个集中的区域做进 一步的分析；存储的离子也可以经过隔离后被排出到阱外的一个集中的区域做进一步的分析。 附图说明图1.传统三维离子阱的结构示意图。11为环形电极，12和13为二端电极。图2.传统线形离子阱的结构示意图。21, 22， 23和24分别为四根柱形 电极。21和23连接在一起，形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环形离子阱阵列，有离子引入孔和离子引出孔，环形离子阱阵列电极包括两块相互平行的电极，和二块及二块以上与这两块相互平行的电极相互垂直的电极所组成，其特征在于：　所述的两块相互平行的电极采用环形电极阵列，每一个电极上被加工成多个具有特定几何形状的较小电极条，每二个较小电极条之间设有绝缘体或被加工成孔隙，以保证二个相邻较小电极条之间相互绝缘；环的外围边界构成外边界电极，环的内围边界构成内边界电极；　当这两块环形电极被相互平行地组装在一起时，两块环形电极呈镜像对称，其上的较小电极条一一对应，且几何形状、尺寸相同；　在电极条上施加不同相位的高频电压信号，使得在两块环形电极阵列之间的空间区域里产生高频电场，在此空间构成多个离子束缚区域，这些离子束缚区域围成环形，当离子被捕获在这些离子束缚区域后，会聚集成为一系列平行于电极条的条状离子，离子沿着平行于电极条的方向被选择性地排出，或者，沿着垂直于电极条的方向从电极条的狭缝里排出。

【技术特征摘要】
1. 一种环形离子阱阵列，有离子引入孔和离子引出孔，环形离子阱阵列电极包括两块相互平行的电极，和二块及二块以上与这两块相互平行的电极相互垂直的电极所组成，其特征在于所述的两块相互平行的电极采用环形电极阵列，每一个电极上被加工成多个具有特定几何形状的较小电极条，每二个较小电极条之间设有绝缘体或被加工成孔隙，以保证二个相邻较小电极条之间相互绝缘；环的外围边界构成外边界电极，环的内围边界构成内边界电极；当这两块环形电极被相互平行地组装在一起时，两块环形电极呈镜像对称，其上的较小电极条一一对应，且几何形状、尺寸相同；在电极条上施加不同相位的高频电压信号，使得在两块环形电极阵列之间的空间区域里产生高频电场，在此空间构成多个离子束缚区域，这些离子束缚区域围成环形，当离子被捕获在这些离子束缚区域后，会聚集成为一系列平行于电极条的条状离子，离子沿着平行于电极条的方向被选择性地排出，或者，沿着垂直于电极条的方向从电极条的狭缝里排出。2，根据权利要求l所述的环形离子阱阵列，其特征在于环形电极采用 印刷线路板制作而成。3. 根据权利要求l所述的环形离子阱阵列，其特征在于所述的电极条 采用镀金属膜的方式进行制作，所有的电极条表面都是平面状，每个电极条 中央加工一条细长的狭缝用以排出离子。4. 根据权利要求1或2或3所述的环形离子阱阵列，其特征在于所述 的环形电极阵列由梯形、扇形、矩形形状中的一种或其任意组合构成。5. 根据权利要求4所述的环形离子阱阵列，其特征在于所述的环形离 子阱阵列为圆环形离子阱阵列，圆环形离子阱阵列电极由两块相互平行的圆 盘形电极和二个与之垂直的圆环形端电极组成，其中，每个圆盘形电极都被 均匀地加工成几何形状和结构完全相同的较小扇形电极，每二个相邻的扇形 电极之间，都被加工成一个矩形或者近似于矩形的长条形绝缘条带，二个环 形电极同轴，在二个圆环形端电极中的一个圆环形端电极设有离子引入孔， 另一个圆环形端电极设有离子引出孔，被存储的离子在外加电场的作用下被 一次性地从离子束缚区域排出至电极阵列围成的中央区域。6. 根据权利要求4所述的环形离子阱阵列，其特征在于所述的环形离子阱阵列为由三组及以上的线型离子阱阵列围合而成，所述的线型离子阱阵 列电极为矩形，每一组线型离子阱电极阵列由二个及以上较小的线型离子阱 电极组成，每个较小的线型离子阱电极之间设有绝缘条带。7. 根据权利要求6所述的环形离子阱阵列，其特征在于每组线型离子阱阵列电极可以完全相同，也可以不相同。8. 根据权利要求6所述的环形离子阱阵列，其特征在于每两个较小的线型离子阱电极之间的距离，等于最外边的较小的线型离子阱电极与端电极 之间的距离，其离子引入孔和离子引出孔设在某一个端电极上，或设在每一 个离子阱电极上。9. 针对权利要求1至8之一所述的环形离子阱阵列的用途，与一个离子探测器配合，探测从离子存储区排出的离子，其中，离子探测器安放在与束缚离子轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓旭，蒋公羽，汪源源，丁传凡，方向，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]