方波驱动的离子存储—多次反射飞行时间质谱系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及方波驱动的离子存储—多次反射飞行时间质谱系统及方法，包括以下步骤：对离子阱的入口电极和出口电极分别施加直流电压DC1和直流电压DC2；射频电极施加任意频率和幅值的方波射频电压；带有能量的离子束穿过入口电极进入射频电极的区域，实现离子的注入；随后在入口电极和出口电极形成的直流势阱和方波射频形成的四极势阱作用下，实现离子在离子阱中的存储和冷却；充分冷却后，在入口电极和出口电极施加双脉冲电压，将阱中离子沿轴向提取至飞行时间质谱检测器。本发明专利技术将数字方波取代正弦波应用至离子存储

【技术实现步骤摘要】
方波驱动的离子存储
—
多次反射飞行时间质谱系统及方法


[0001]本专利技术属于质谱分析仪器，具体涉及一种方波驱动的离子存储—多次反射飞行时间质谱系统及方法。

技术介绍

[0002]离子存储阱
‑
多次反射飞行时间联用装置(IS
‑
MRTOFMS)一方面采用多次反射飞行时间质谱作为质量分析器，增加离子飞行路径取得较高的质量分辨率，另一方面结合离子阱存储功能能够有效提高连续离子源的离子利用效率。所以IS
‑
MRTOFMS的性能与离子存储阱息息相关。总所周知，TOF的飞行路径越长，分辨率越高，灵敏度越低，通过离子存储阱实现离子富集功能，可以提高离子利用率，进而提升IS
‑
MRTOFMS的灵敏度。离子阱将四极杆区域的离子束缚在四极杆电极和直流电势阱的离子存储区域中。离子存储容量大小取决于离子阱势阱深度。所以提高势阱深度，一方面会提升离子容量，进而提高灵敏度，另一方面会降低离子云相空间发散，改善分辨率。现有设备采用数字电压驱动离子阱，离子从径向上通过开口弹出，进入飞行时间分析器。径向引出时，离子云径向上的空间分布和动能发散随射频周期性，间接导致回头时间的发散随射频周期性变化，基于稳定的轴向直流势阱，离子云轴向空间和动能发散较小。目前轴向离子引出的方波驱动离子阱
‑
多次反射飞行时间质谱联用装置还未见报道。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开了一种方波驱动的离子存储—多次反射飞行时间质谱系统及方法(IS
‑
MRTOFMS)。在具有离子存储阱前级存储装置的飞行时间质谱中，将离子阱驱动射频由正弦波改为方波，可以提升IS
‑
MRTOFMS的存储容量，并改善IS
‑
MRTOFMS的分辨率。
[0004]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种方波驱动的离子存储—多次反射飞行时间质谱方法，对离子阱的射频电极施加方波射频电压，通过时序控制，在离子阱中实现离子的注入、冷却和提取，包括以下步骤：
[0005]对离子阱的入口电极和出口电极分别施加直流电压DC1和直流电压DC2；射频电极施加任意频率和幅值的方波射频电压；
[0006]带有能量的离子束穿过入口电极进入射频电极的区域，实现离子的注入；
[0007]随后在入口电极和出口电极形成的直流势阱和方波射频形成的四极势阱作用下，实现离子在离子阱中的存储和冷却；
[0008]充分冷却后，在入口电极和出口电极施加双脉冲电压，将阱中离子沿轴向提取至飞行时间质谱检测器。
[0009]在离子注入期间内，通过直流电场实现离子注入，将入口电极电压DC1降至
‑
5V，与入口电极前端电压形成势能梯度，实现离子到离子阱的注入，同时将入口电极电压DC1升至+3V，防止离子流出，射频电极施加射频电压用以捕获注入离子。
[0010]离子在离子阱中的存储和冷却期间，将入口电极直流电压DC1和出口电极直流电
压DC2同时调制到+10V，实现对离子轴向上的约束，方波射频场在径向上束缚离子，经过一定时间的冷却后，形成的离子云在空间上汇聚到四极杆的中心轴线上。
[0011]在离子提取期间内，采用双脉冲提取，分别在入口电极直流电压DC1和出口电极直流电压DC2分别施加+300V和
‑
300V的脉冲高压，提取时间为10μs，将阱中离子提取至后端的飞行时间质谱检测器。
[0012]所述离子阱存储时间在0
‑‑
1000ms范围内。
[0013]一种方波驱动的离子存储—多次反射飞行时间质谱系统，包括：离子阱，由入口电极、出口电极和射频电极构成；
[0014]飞行时间质谱，设于离子阱后端，用于提取离子阱中的离子；
[0015]方波射频电源，与射频电极连接，用于施加任意频率和幅值的方波射频电压。
[0016]所述方波射频电源通过电容与射频电极连接。
[0017]所述离子阱包括2D离子阱或3D离子阱。
[0018]所述离子阱中背景气体为氦气、氩气、氪气、氮气、氧气或者干燥空气中的至少一种。
[0019]所述离子阱引出方式为轴向引出。
[0020]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0021]1.本专利技术将数字方波取代正弦波应用至离子存储
‑
多次反射飞行时间质谱。有望改善IS
‑
MRTOFMS的性能，更深的势阱会进一步提升IS
‑
MRTOFMS的分辨率，提高存储阱的存储容量，进而提升仪器的灵敏度。
[0022]2.本专利技术通过双极脉冲提取技术使离子阱轴向引出，进而稳定的轴向直流势阱，能够减小离子云的回头时间发散。
附图说明
[0023]图1方波射频驱动的二维离子阱
‑
多次反射飞行时间质谱结构示意图；
[0024]1、入口电极，2、出口电极，3、射频电极，4、方波电源，5、飞行时间质谱检测器；
[0025]图2正弦波驱动模式和方波驱动模式下的分辨率对比图；
[0026]图3正弦波驱动模式和方波驱动模式下的存储容量对比图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0028]如图1所示，一种方波驱动的离子存储—多次反射飞行时间质谱，包括由入口电极、出口电极和射频电极组成的离子阱，多次反射飞行时间质谱和方波射频电源。
[0029]入口电极和出口电极分别施加DC1和DC2的直流电压；射频电极通过电容耦合施加任意频率和幅值的方波射频电压；通过时序控制以上电极的电压参数，可以在离子阱中实现离子的注入、冷却和提取。一定能量的离子束穿过入口电极进入射频电极的区域；随后在入口电极和出口电极形成的直流势阱和方波射频形成的四极势阱作用下实现在离子阱中的存储和冷却；充分冷却后，在入口电极和出口电极施加双脉冲电压将阱中离子沿轴向提取至后端的飞行时间质谱检测器。
[0030]线性离子包括离子阱包括2D和3D离子阱。
[0031]根据测定需要方波电压和频率可以随意调节。
[0032]离子阱存储时间可以在0
‑‑
1000ms范围内调节。
[0033]离子阱中背景气体为氦气、氩气、氪气、氮气、氧气或者干燥空气中的一种或二种以上。
[0034]离子阱中气压可以在0.1～几千Pa范围内调控。
[0035]线性离子源包括阱内源和阱外离子源，阱外离子源包含常压和负压各类离子源。
[0036]实施例1
[0037]一种方波驱动的离子存储—多次反射飞行时间质谱。包括由入口电极、出口电极和射频电极组成的离子阱，多次反射飞行时间质谱，方波射频电源。
[0038]入口电极和出口电极分别施加DC1和DC2的直流电压；射频电极通过电容耦合施加任意频率和幅值的方波射频电压；通过时序控制以上电极的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.方波驱动的离子存储—多次反射飞行时间质谱方法，其特征在于，对离子阱的射频电极施加方波射频电压，通过时序控制，在离子阱中实现离子的注入、冷却和提取，包括以下步骤：对离子阱的入口电极和出口电极分别施加直流电压DC1和直流电压DC2；射频电极施加任意频率和幅值的方波射频电压；带有能量的离子束穿过入口电极进入射频电极的区域，实现离子的注入；随后在入口电极和出口电极形成的直流势阱和方波射频形成的四极势阱作用下，实现离子在离子阱中的存储和冷却；充分冷却后，在入口电极和出口电极施加双脉冲电压，将阱中离子沿轴向提取至飞行时间质谱检测器。2.根据权利要求1所述的方波驱动的离子存储—多次反射飞行时间质谱方法，其特征在于，在离子注入期间内，通过直流电场实现离子注入，将入口电极电压DC1降至
‑
5V，与入口电极前端电压形成势能梯度，实现离子到离子阱的注入，同时将入口电极电压DC1升至+3V，防止离子流出，射频电极施加射频电压用以捕获注入离子。3.根据权利要求1所述的方波驱动的离子存储—多次反射飞行时间质谱方法，其特征在于，离子在离子阱中的存储和冷却期间，将入口电极直流电压DC1和出口电极直流电压DC2同时调制到+10V，实现对离子轴向上的约束，方波射频场在径向上束缚离子，经过一定时间的冷却后，形成的离子云在空间上汇聚到四极杆的中心轴线上。4.根据权利要求1所述的方波驱动的离子存储—多次...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈平，曹艺雪，李海洋，文宇轩，陈懿，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：