离子回旋共振装置、控制方法以及质谱仪制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于质谱分析的离子回旋共振装置、控制方法及质谱仪，装置包括用于离子引入、激发和检测的圆柱状空间区域，在离子激发过程中，离子从圆柱状空间区域的中心沿径向向外激发；沿圆柱状空间区域轴向平行放置、用于在空间区域内产生磁场的一对磁体，磁体极性相反，磁体相对的表面垂直于轴向，且空间区域的中心区域的磁场强度大于沿径向的外周区域的磁场强度；电极阵列，电极阵列设置于该对磁体之间，电极阵列的电极上施加有交变电压以用于激发离子。该离子回旋共振装置能够兼顾解决设备小型化问题、分辨率问题、设备和制造成本问题中的多个问题。本问题中的多个问题。本问题中的多个问题。

【技术实现步骤摘要】
离子回旋共振装置、控制方法以及质谱仪


[0001]本专利技术涉及分析
，具体涉及一种离子回旋共振装置、离子回旋共振装置的控制方法以及具有离子回旋共振装置的质谱仪。

技术介绍

[0002]在目前已经商业化的质谱分析技术中，傅里叶变换离子回旋共振(Fourier transform ion cyclotron resonance,FT
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ICR)技术可以达到的质量分辨率是最高的。相应地，因为离子回旋共振装置的高分辨特点，其也主要被应用在对质量分辨率要求较高的测试场景中。
[0003]磁场强度以及磁场的均匀度普遍被认为是离子回旋共振装置的重要指标参数，其直接影响了作为质量分析器的离子回旋共振装置的分辨率。为了实现较高的分辨率，需要为离子回旋共振装置配备高真空环境(通常在10
‑7Pa量级的高真空环境中工作)和高强度磁场(可达10T以上)。而为了达到上述高真空环境和高强度磁场，离子回旋共振装置所需配备的真空泵系统和超导磁体系统都是体积巨大且成本昂贵的。这无疑限制了离子回旋共振技术在相对紧凑或者小型的质谱仪中的应用。
[0004]另一方面，由于离子回旋共振装置本身的装置特性，若降低对于真空度和磁场强度、均一性的要求，离子回旋共振装置的分辨率则会剧烈下降，使其无法满足日常测试的需要。例如，即使真空度仅略微下降(例如下降至10
‑4Pa量级)，因为分辨率的提升需要维持被激发的离子持续地周期性回转，真空度下降意味着向离子回旋共振装置内部引入了气体，即使少量的气体分子也容易在离子的长时间持续回转过程中与离子发生碰撞，而使离子迅速失谐(dephasing)，造成分辨率急剧下降。
[0005]此外，离子回旋共振装置的磁场仅能够在离子回旋的径向方向上形成对于离子的束缚，而在轴向方向上则无法形成对于离子的束缚力。目前对离子施加轴向方向束缚力的方式通常是，在离子回旋共振装置的两个端盖上施加直流静电场。轴向的直流静电场不仅使得离子轴向方向上周期性运动，也会在回旋共振的平面上产生所谓“磁控运动(magnetron motion)”，“磁控运动”是一种低频进动，该进动会影响回旋共振的频率，而这种影响在轴向方向上又是不均匀的，从而可能造成分辨率和质量精度的下降。另外，轴向的束缚电场也会影响径向的激发电场，具体而言，对于方形(cubic)离子阱，在两个端盖上施加直流静电场部会不可避免地造成对于原有的激发电场的扭曲。而激发电场的均匀性也会影响最终的分辨率。目前已有多种结构试图解决上述的问题，比如使用多个特殊曲面电极而形成所谓“和谐阱”(Harmony cell)”，从而使得轴向和径向的运动去耦合、以降低轴向束缚场的影响(Eugene N.Nikolaev,J.Am.Soc.Mass Spectrom.(2011)22:1125
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1133)；或者使用分立激发电极的所谓“无限阱”(Infinity trap)技术以获得均匀激发场(P.Caravatti,M.Allemann,Org.Mass Spectrom.26,1991,514
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518)。但是不可避免地，这些结构需要比较复杂、精细的电极设计，因此生产制造的难度也比较高。
[0006]综上所述，目前需要提供一种能够兼顾解决设备小型化问题、分辨率问题、设备和
制造成本问题中的多个问题的离子回旋共振装置或者质谱仪，例如提供一种使用离子回旋共振装置作为质量分析器的质谱仪，在保证分辨率满足日常测试要求的基础上，将质谱仪的体积小型化至台式尺寸(benchtopsize)或者便携尺寸(portablesize)。

技术实现思路

[0007]针对以上问题，本专利技术提供了一种离子回旋共振装置、离子回旋共振装置的控制方法以及具有离子回旋共振装置的质谱仪，能够兼顾解决设备小型化问题、分辨率问题、设备和制造成本问题中的多个问题。
[0008]本专利技术提供了一种用于质谱分析的离子回旋共振装置包括用于离子引入、激发和检测的圆柱状空间区域。在离子激发过程中，离子从圆柱状空间区域的中心沿径向向外激发；沿圆柱状空间区域轴向平行设置、用于在空间区域内产生磁场的一对磁体，磁体相对的表面垂直于轴向，且空间区域的中心区域的磁场强度大于沿径向的外周区域的磁场强度；电极阵列，电极阵列设置于一对磁体之间，电极阵列的电极上施加有交变电压以用于激发离子。
[0009]根据本专利技术提供的技术方案，因为空间区域的中心区域的磁场强度大于外周区域的磁场强度，中心强周围弱的磁场分布，将使离子受到沿轴向方向的束缚力。通过以上方式，本专利技术提供的离子回旋共振装置可以省略掉现有技术中用于产生轴向方向束缚力的直流静电场，避免额外施加电场而产生的对于激发电场的扭曲、以及对离子回旋频率的改变。
[0010]另外，本专利技术将离子束缚在一个平面区域内，激发电场的电极阵列可以平行排布，可以产生沿激发方向非常均匀的激发电场，有利于提高装置的分辨率。
[0011]因为不存在激发电场的扭曲、不存在由于轴向电场引起的共振频率展宽，即使检测时间、设备的真空度、磁场强度均有所降低，仪器的分辨率依然能够满足日常测试的需要。例如，仿真结果发现，应用本专利技术的一些技术方案，离子回旋共振装置可以在10
‑4Pa的真空度条件下正常工作，在1T的磁场条件下，设定50ms的检测时间，即可以达到4k的分辨率。在该磁场条件和真空度条件下工作的质谱仪，具有小型化至台式尺寸或者便携式尺寸的应用前景。
[0012]优选地，在本专利技术可选技术方案中，磁体为永磁体。
[0013]使用永磁体作为磁场的提供者，一方面，对于广泛使用的沿轴向均匀充磁的柱形永磁体、圆盘状永磁体等永磁体，其两端端面的中心区域的场强通常强于外周区域的场强，只要将两块形状、大小基本相同的永磁体的端面正对设置，即可构成满足磁场强度分布条件的磁极平面，磁极制作非常简便。另一方面，用永磁体来产生离子的回转磁场，可以无需为其单独配备电源等外加设备，有效降低设备成本以及维护成本。
[0014]优选地，在本专利技术的可选技术方案中，电极阵列包含与圆柱状空间区域的圆面平行设置的两组电极阵列，每组电极阵列包含多根相互平行、且间距相等的线状电极(wire electrode)。采用平行设置且间距相等的多根线状电极，可以产生均匀的激发电场，而且这种规则的线状电极也便于加工，进一步降低了加工成本。
[0015]优选地，在本专利技术的可选技术方案中，还包括设置在一对磁体之间的至少两个检测电极，用于进行离子的镜像电流检测。
[0016]优选地，在本专利技术的可选技术方案中，检测电极为条状电极，条状电极的延伸方向
垂直于线状电极，且延伸距离跨过多根线状电极。该布置方式结构紧凑，能够减少整体的空间占用，有利于离子回旋共振装置的小型化。
[0017]优选地，在本专利技术的可选技术方案中，检测电极包括2n个圆弧状电极，n≥1，圆弧状电极的弧长相等并围合成圆环，圆弧状电极所在的圆面平行于圆柱形空间区域的圆面。多块圆弧状电极板首本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于质谱分析的离子回旋共振装置，其特征在于，包括用于离子引入、激发和检测的圆柱状空间区域，在所述离子激发过程中，离子从所述圆柱状空间区域的中心沿径向向外激发；沿所述圆柱状空间区域轴向平行放置、用于在所述空间区域内产生磁场的一对磁体，所述磁体相对的表面垂直于所述轴向，且所述空间区域的中心区域的磁场强度大于沿径向的外周区域的磁场强度；电极阵列，所述电极阵列设置于该对磁体之间，所述电极阵列的电极上施加有交变电压以用于激发离子。2.如权利要求1所述的离子回旋共振装置，其特征在于，所述磁体为永磁体。3.如权利要求1所述的离子回旋共振装置，其特征在于，所述电极阵列包含与所述圆柱状空间区域的圆面平行设置的两组电极阵列，每组电极阵列包含多根相互平行、且间距相等的线状电极。4.如权利要求3所述的离子回旋共振装置，其特征在于，还包括设置在所述一对磁体之间的至少两个检测电极，用于进行离子的镜像电流检测。5.如权利要求4所述的离子回旋共振装置，其特征在于，所述检测电极为条状电极，所述条状电极的延伸方向垂直于所述线状电极，且延伸距离跨过多根所述线状电极。6.如权利要求4所述的离子回旋共振装置，其特征在于，所述检测电极包括2n个圆弧状电极，n≥1，所述圆弧状电极的弧长相等并围合成圆环，所述圆弧状电极所在的圆面平行于所述圆柱形空间区域的圆面。7.如权利要求6所述的离子回旋共振装置，其特征在于，n＝2。8.如权利要求1所述的离子回旋共振装置，其特征在于，所述一对磁体相对的表面的中心区域具有凸出部。9.如权利要求1或8...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯特，
申请(专利权)人：岛津分析技术研发上海有限公司，
类型：发明
国别省市：