一种具有屏蔽网电极的离子透镜和离子聚焦方法技术

本发明专利技术涉及一种具有屏蔽网电极的离子透镜和离子聚焦方法，包括离子入口电极、多片屏蔽网电极、离子出口电极、高压直流电源和过渡腔；所述的多片屏蔽网电极的左侧开孔被导电金属网覆盖，右侧敞开；所述的多片屏蔽网电极的左侧开口的口径从左到右逐渐缩小，右侧敞开口的口径从左到右也逐渐缩小，形成漏斗状；所述的离子入口电极、多片屏蔽网电极、离子出口电极之间采用绝缘垫片隔开，整体置于密封腔体内；本发明专利技术的离子聚焦方法是通过多片屏蔽网电极之间形成聚焦电场，离子出口电极前端也形成聚焦电场，将不同入射角离子逐步聚焦引导，高效通过离子出口电极，解决传统圆环电极离子透镜很难聚焦较大入射角离子的问题。镜很难聚焦较大入射角离子的问题。镜很难聚焦较大入射角离子的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具有屏蔽网电极的离子透镜和离子聚焦方法


[0001]本专利技术属于分析检测领域，具体涉及一种具有屏蔽网电极的离子透镜和离子聚焦方法。

技术介绍

[0002]质子转移反应质谱技术是一种化学电离质谱技术，反应离子通常是H3O
+
。如果待测挥发性有机物M的质子亲和势大于H2O的质子亲和势，则可与H3O
+
发生质子转移反应(H3O
+
+M—>MH
+
+H2O)，被离子化为质子化离子峰MH
+
。MH
+
最终可被质谱检测到，获得分子量信息和浓度信息。该技术具有直接进样、高灵敏、响应快、软电离、自定量测量等特点，近年来被广泛应用于挥发性有机物(VOCs)监测领域。
[0003]质子转移反应质谱主要包括：离子源、反应管、过渡腔和质量分析器，过渡腔内装配有离子透镜组，用于离子聚焦引导。质子转移反应质谱的发展主要集中在离子源和反应管，质量分析器并无多大变化。灵敏度提升是分析类仪器的一个重要研究方向，离子源、反应管和过渡腔都会影响质子转移反应质谱仪器的灵敏度，更高的反应离子浓度，更高的反应管和过渡腔内离子传输效率，都会提高质子转移反应质谱的灵敏度。为提升仪器灵敏度，目前的研究多集中在反应管和离子源上，比如将离子漏斗(Anal.Chem.2012,84:5387
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5391)、四极杆聚焦(Anal.Chem.2018,90:12011
–
12018)等结构引入反应管，以提高反应管的离子传输效率；将离子漏斗引入离子源(CN109307706A)，以提高反应离子浓度。而过渡腔内离子透镜的研究较少，目前多采用若干片圆环电极。当待测离子从反应管进入过渡腔后，在中性载气作用下，离子会以不同入射角进入后续离子透镜。从图3模拟结果看出，当入射角(初始离子方向与轴线夹角)大于5度后，传统透镜的离子透过率就会出现明显下降，入射角大于15度后，透过率甚至降为0，因此，传统圆环电极离子透镜的离子传输效率会受到入射角的较大影响，很难聚焦较大入射角离子，这会限制过渡腔的离子传输效率，进而限制质子转移反应质谱仪器的灵敏度提升。

技术实现思路

[0004]为解决传统圆环电极离子透镜很难聚焦较大入射角离子的问题，本专利技术提供一种具有屏蔽网电极的离子透镜和离子聚焦方法。所述离子透镜由若干片内径逐渐缩小的屏蔽网电极组成，屏蔽网电极左侧开孔，右侧敞开，左侧开孔处覆盖导电金属网，屏蔽网电极间形成聚焦电场，离子在聚焦电场作用下被逐步聚焦并引出，可实现不同入射角离子的高效聚焦引导，从而提升质谱仪器的检测灵敏度。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种具有屏蔽网电极的离子透镜，包括离子入口电极、多片屏蔽网电极、离子出口电极、高压直流电源和过渡腔；所述的离子入口电极、多片屏蔽网电极、离子出口电极从左到右同轴心装配；
[0007]所述的高压直流电源分别通过电线与离子入口电极、多片屏蔽网电极和离子出口
电极相连；
[0008]每片所述的屏蔽网电极左侧面和右侧面均具有开口从而形成中心开孔，左侧面开口处覆盖导电金属网；所述的多片屏蔽网电极的左侧面开口的口径从左到右逐渐缩小，右侧面开口的口径从左到右也逐渐缩小，形成漏斗状；
[0009]所述的离子出口电极是中心开孔的锥形孔电极；
[0010]所述的离子入口电极中心设有第一孔，所述的离子出口电极中心设有离子引出的第二孔；所述的离子入口电极、多片屏蔽网电极和离子出口电极之间用绝缘垫片隔开，整体放入密封腔体内形成过渡腔。
[0011]进一步的，所述的屏蔽网电极的左侧面开口和右侧面开口均为圆形，所述中心开孔形成圆台孔或球面孔，且左侧面开口的圆形比右侧面开口的圆形的直径小；所述的屏蔽网电极的数量为2～5片，优选3片。
[0012]进一步的，所述的离子入口电极中心第一孔直径为0.1mm～5mm。
[0013]进一步的，所述的离子出口电极中心的离子引出第二孔直径为0.5mm～5mm。
[0014]进一步的，所述的过渡腔内气压为10
‑4Pa～100Pa。
[0015]根据本专利技术的另一方面，还提出一种具有屏蔽网电极的离子透镜的离子聚焦方法，包括以下步骤：高压直流电源分别在离子入口电极、多片屏蔽网电极和离子出口电极上施加直流电压；当待测离子是正离子时，相邻电极的电压差从左到右均大于0；当待测离子是负离子时，相邻电极的电压差从左到右均小于0；离子入口电极与第一片屏蔽网电极间形成引导电场，多片屏蔽网电极之间形成聚焦电场；待测离子通过离子入口电极中心第一孔以不同入射角度进入过渡腔内部，离子束先被离子入口电极后的引导电场引入多片屏蔽网电极中，随后被多片屏蔽网电极之间的聚焦电场逐步聚焦引导，离子束逐渐缩小，离子出口电极也会在锥形孔前端形成聚焦场，对离子束进一步压缩，最终引导离子通过离子出口电极中心的第二孔，从而实现过渡腔内离子的高效聚焦引导。
[0016]本专利技术与现有技术相比的区别和优点在于：
[0017]质子转移反应质谱中，过渡腔内的传统离子透镜由若干片圆环电极构成，该透镜很难聚焦较大入射角离子，这会限制过渡腔的离子传输效率，进而限制质子转移反应质谱仪器的灵敏度提升。本专利技术采用若干片屏蔽网电极来替代圆环电极，实现较宽入射角度范围内离子的高效聚焦引导，提高过渡腔内离子传输效率，进而提高质子转移反应质谱仪器的灵敏度。所以，相比于传统离子透镜，本专利技术最大的优点在于：通过采用若干片屏蔽网电极组成漏斗状来替代圆环电极，仅仅通过电极结构的改进，实现较宽入射角度范围内离子的高效聚焦引导，进而提高质子转移反应质谱仪器的灵敏度。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的一种具有屏蔽网电极的离子透镜示意图；
[0019]图2为传统透镜和屏蔽网电极透镜在离子入射角分别为0度和20度时的模拟结果；
[0020]图3为不同离子入射角对传统透镜和屏蔽网电极透镜离子透过率影响的模拟结果。
[0021]图1中，1
‑
离子入口电极、2
‑
屏蔽网电极、3
‑
离子出口电极、4
‑
高压直流电源、5
‑
过渡腔。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0023]如图1所示，本专利技术实施例的一种具有屏蔽网电极的离子透镜包括离子入口电极1、多片屏蔽网电极2、离子出口电极3、高压直流电源4和过渡腔5；所述的离子入口电极1、多片屏蔽网电极2和离子出口电极3从左到右同轴心装配；所述的高压直流电源4分别通过电线与离子入口电极1、多片屏蔽网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有屏蔽网电极的离子透镜，其特征在于：包括离子入口电极(1)、多片屏蔽网电极(2)、离子出口电极(3)、高压直流电源(4)和过渡腔(5)；所述的离子入口电极(1)、多片屏蔽网电极(2)和离子出口电极(3)从左到右同轴心装配；所述的高压直流电源(4)分别通过电线与离子入口电极(1)、多片屏蔽网电极(2)和离子出口电极(3)相连；每片所述的屏蔽网电极(2)左侧面和右侧面均具有开口从而形成中心开孔，左侧面开口处覆盖导电金属网；所述的多片屏蔽网电极(2)的左侧面开口的口径从左到右逐渐缩小，右侧面开口的口径从左到右也逐渐缩小，形成漏斗状；所述的离子出口电极(3)是中心开孔的锥形孔电极；所述的离子入口电极(1)中心设有第一孔，所述的离子出口电极(3)中心设有离子引出的第二孔；所述的离子入口电极(1)、多片屏蔽网电极(2)和离子出口电极(3)之间用绝缘垫片隔开，整体放入密封腔体内；所述的离子入口电极(1)、多片屏蔽网电极(2)和离子出口电极(3)之间形成过渡腔(5)。2.根据权利要求1所述的一种具有屏蔽网电极的离子透镜，其特征在于：所述的屏蔽网电极(2)的左侧面开口和右侧面开口均为圆形，所述中心开孔形成圆台孔或球面孔，且左侧面开口的圆形比右侧面开口的圆形的直径小；所述屏蔽网电极(2)的数量为2～5片。3.根据权利要求1所述的一种具有屏蔽网电极的离子透镜，其特征在于：所述的离子入口电极(1)中心第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强领，鲍珣，梁渠，邹雪，沈成银，
申请(专利权)人：合肥中科智谱科技有限公司，
类型：发明
国别省市：