一种质谱仪离子偏转聚焦系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种质谱仪离子偏转聚焦系统及其工作方法，用于传输聚焦离子并实现90

【技术实现步骤摘要】
一种质谱仪离子偏转聚焦系统及其工作方法


[0001]本专利技术属于质谱
，具体涉及一种质谱仪离子偏转聚焦系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]质谱主要由离子源、真空接口、离子传输系统以及质量分析器等组成，其中，离子传输系统起到了连接离子源与质量分析器的作用，其性能往往直接决定了质谱的灵敏度和检测限等核心指标。
[0003]在质谱中，离子源产生的粒子包括：带负电的电子、不带电的光子、中性的粒子以及带正电的离子等。离子传输系统一方面起传输待测离子的作用，同时能够去除电子、光子以及其他中性粒子的干扰，提高质谱的信噪比，同时保护质谱检测器等核心器件。
[0004]目前，针对这种需求，主要有两种解决方案，离子偏转透镜和光子挡板。
[0005]例如，光子挡板与离子透镜组合的离子光学通道设计，这种设计大概可以提升10
‑
15%的离子效率。通过安装一个接地的金属挡板，即光子挡板（也有叫影子挡板），该挡板允许离子束在其周围通过，以物理作用阻止光子以及中性粒子通过。光子挡板最大的缺点就是容易脏和离子损失（离子损失达到50%
‑
80%），一旦污染后会造成电荷积累，从而产生空间电荷效应，影响离子质量；离子容易撞击在光子挡板上，造成离子损失；离子的偏转，需要跨过光子挡板，使得高低动能离子聚焦不一致，造成灵敏度下降。
[0006]另一个方法是将离子透镜或分析器略微偏置，正电荷离子由带电的透镜系统牵引，引导到质谱分析器，而光子和中性粒子被排除。采用偏转离子光学通道，有更多离子可以得到有效传输，可以提升20%的离子传输效率。与光子挡板相比，将离子透镜或分析器略微偏置的方法去除中性粒子，采用该方式的离子光学系统设计上比较复杂，使得后期维护变得较困难。另外，该方法往往使用较高负电压来强制提取离子，提高了灵敏度，但同时也使得仪器成本急剧升高。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题，本专利技术涉及的目的在于提供一种质谱仪离子偏转聚焦系统及其工作方法，该系统能够将离子90
°
偏转，从而消除光子和中性分子的干扰，同时对离子偏转前后进行聚焦，提高信噪比。
[0008]本专利技术通过以下技术方案加以实现：所述的一种质谱仪离子偏转聚焦系统，其特征在于该系统包括依次设置的前聚焦透镜组、偏转透镜组和后聚焦透镜组，所述前聚焦透镜组由同轴安装的提取电极、地电极及聚焦电极组成，所述后聚焦透镜组由第一透镜电极、第二透镜电极和第三透镜电极组成；所述偏转透镜组由入口电极、出口电极及设置在入口电极和出口电极之间的偏转电极组成，所述前聚焦透镜组与入口电极同轴安装，所述后聚焦透镜组与出口电极同轴安装。
[0009]进一步地，提取电极为锥孔电极，与质谱的进样接口同轴配合，去除中性气体的同
时最大程度提取离子，提取电极与地电极之间形成提取电场，以使空间分散的离子最大程度进入聚焦电极，聚焦电极进一步聚焦离子束，以正离子传输为例，提取电极为正直流电压，地电极电压值小于提取电极，一般设置为0V，聚焦电极为负直流电压；所述地电极为平板电极，与提取电极之间形成提取直流电场，所述聚焦电极为圆柱状中空电极。
[0010]进一步地，偏转电极为90
°
弯管，其长度为弯管所在圆的1/4，所述偏转电极横截面为中心有矩形狭缝的圆环，且偏转电极前后截面夹角为90
°
，该矩形狭缝将偏转电极分为上偏转电极和下偏转电极，上偏转电极和下偏转电极独立设置直流电压控制离子的偏转方向。其中，偏转电极至少设置有一组，进行一次扫描，也可以根据需要设置N组，进行N次扫描，得到相应的2N个偏转电极。
[0011]进一步地，入口电极和出口电极均为带有内孔的平板电极，具有一定孔径的内孔，与偏转电极的截面中心同轴，提供离子传输通道，同时用于控制离子束的入口方向和出口方向。
[0012]进一步地，矩形狭缝的宽度为1
‑
5mm，该矩形狭缝可以围绕圆周任意放置，因此不仅限于上下偏转电极上下放置，矩形狭缝一方面可形成两片偏转电极，另一方面便于中性气体分子扩散。
[0013]进一步地，入口电极与聚焦电极及偏转电极端面等距离设置，优选为1
‑
3mm，均间隔一定的距离。
[0014]进一步地，出口电极与偏转电极的端面及与第一透镜电极等距离设置，优选为1
‑
3mm。
[0015]入口电极和出口电极用于控制离子束的入口方向和出口方向，使离子垂直进入和垂直引出偏转透镜组，电压值为负值。
[0016]离子在偏转透镜组中的运动轨迹与初始动能密切相关，即偏转透镜组的电压参数与离子的初始动能相关，因此，离子初始动能改变，偏转电极参数同步需要改变，这里主要通过前聚焦透镜组对离子初始动能进行调节。
[0017]离子在偏转透镜组内，离子束径会增大，因此在离子离开偏转系统后设置聚焦系统对束径进行约束。后聚焦透镜组采用一组静电透镜进行聚焦，调节聚焦焦点，使离子束最大效率进入后一级系统。
[0018]本专利技术通过将偏转电极设定为一定壁厚的90
°
弯管，横截面为圆环，按照90
°
的路径进行扫描得到，然后90
°
弯管沿中间直径扫描切除掉一定宽度的矩形，得到偏转系统的两片电极，两片电极独立设置直流电压控制离子的偏转方向；通过设置的入口电极和出口电极，控制离子的入口方向和出口方向；离子进入偏转系统前连接离子聚焦系统，使进入偏转系统的离子束束径降低，同时离子聚焦系统可以对离子初始动能进行调节，调整偏转系统中的离子运动轨迹。离子在偏转系统内，离子束径会增大，因此在离子离开偏转系统后设置聚焦系统对束径进行约束。
附图说明
[0019]图1
‑
图2为本专利技术整体结构示意图；图3为偏转电极端面的截面图；图4为偏转电场的电场线分布图；
图5为本专利技术的其中一组电压条件下的离子传输SIMION软件模拟图；图6为离子束在不同初始离子动能下，在偏转透镜组中出射的方位角与初始动能的关系；图7为本专利技术的离子束偏转聚焦系统与QMS的联用实例简图；图8为本专利技术的离子束偏转聚焦系统与TOFMS的联用实例简图；图中，1
‑
前聚焦透镜组，101
‑
提取电极，102
‑
地电极，103
‑
聚焦电极，2
‑
偏转透镜组，201
‑
入口电极，202
‑
出口电极，203
‑
上偏转电极，204
‑
下偏转电极，3
‑
后聚焦透镜组，301
‑
第一透镜电极，302
‑
第二透镜电极，303
‑
第三透镜电极，4
‑
矩形狭缝。
具体实施方式
[0020]以下结合说明书附图对本专利技术做进一步详细说明，以更好地理解本技术方案。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质谱仪离子偏转聚焦系统，其特征在于该系统包括偏转透镜组（2）及设置在偏转透镜组（2）两端的前聚焦透镜组（1）和后聚焦透镜组（3），所述偏转透镜组（2）由入口电极（201）、出口电极（202）及设置在入口电极（201）和出口电极（202）之间的偏转电极组成，所述偏转电极为90
°
弯管，其横截面为中心有矩形狭缝（4）的圆环，且偏转电极前后截面夹角为90
°
，该矩形狭缝（4）将偏转电极分为上偏转电极（203）和下偏转电极（204）。2.如权利要求1所述的一种质谱仪离子偏转聚焦系统，其特征在于所述偏转电极的长度为弯管所在圆的1/4，所述矩形狭缝（4）的宽度为1
‑
5mm。3.如权利要求1所述的一种质谱仪离子偏转聚焦系统，其特征在于所述入口电极（201）和出口电极（202）均为带内孔的平板电极，与偏转电极的截面中心同轴，用于控制离子束的入口方向和出口方向。4.如权利要求1所述的一种质谱仪离子偏转聚焦系统，其特征在于所述前聚焦透镜组（1）由同轴安装的提取电极（101）、地电极（102）及聚焦电极（103）组成，所述前聚焦透镜组（1）与入口电极（201）同轴安装。5.如权利要求1所述的一种质谱仪离子偏转聚焦系统，其特征在于所述后聚焦透镜组（3）由平行设置的第一透镜电极（301）、第二透镜电极（302）和第三透镜电...

【专利技术属性】
技术研发人员：华道柱，王涛，吉海泉，方奕彪，张立琛，
申请(专利权)人：谱视科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：