【技术实现步骤摘要】
本技术涉及质谱仪，具体地，涉及一种微分四极杆阵列和具有该微分四极杆阵列的质谱仪。
技术介绍
1、质谱仪广泛地用于对物质进行检测分析，例如测定其原子质量或相对丰度。在检测过程中，首先要使待分析的物质离子化以形成离子源，所形成的离子具有特定的质荷比；然后让离子进入质量分析器，该质量分析器能够形成特定的电场以将离子根据其质荷比进行分离；分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，形成质谱图。
2、质谱仪包括四极杆质谱仪、离子阱质谱仪等，其能够实现多种功能，包括离子会聚、离子导向、质量选择、离子碰撞、离子阱、离子淌度分离等等。各种质谱仪根据其所能实现的功能而具有不同的结构。针对不同的质谱分析应用，则要选择不同种类的质谱仪。因此，为了执行不同的质谱分析，需要准备不同的质谱仪，仪器成本较高。
3、四极杆质量选择器(简称四极杆)是四极杆质谱仪中的核心元件，其中，四根电极杆在相互垂直的两个平面上平行放置，处于同一平面上的两根电极杆被施加相同的射频交变电压，两个平面上的两组电极杆所施加的电压彼此反相。理想的四根电极杆的径向内侧轮廓为双曲线，由此形成的电场能够最大化离子传输和离子选择。然而，双曲线轮廓在加工上具有相当大的难度，导致具有双曲线轮廓的四极杆成品率低、成本高的问题。
4、四极杆可以构造成单四极杆，也可以构造成串联四极杆。通过施加合适的电压，四极杆可以在三种模式下工作，即离子全通过(true total ion，tti)、扫描以及选择离子监测(selected ion monitoring，sim)
5、串联四极杆由多组四极杆串联而成。典型的串联四极杆包括三组串联的四极杆(qqq)，位于两端的第一组和第三组四极杆与位于中间的第二组四极杆之间设置有间隔件，间隔件将三组四极杆分隔在三个不同的隔离腔室中，各个隔离腔室均设置有抽吸口，以保证隔离腔室内各自应有的真空度。间隔件在离子光轴通过的位置处设置有通孔供离子通过，该通孔足够小以至于不会影响到各个隔离腔室各自应有的真空度。第二组四极杆所在的隔离腔室内设置有进气口，该进气口能够向第二组四极杆所在的隔离腔室内释放惰性气体，从而在间隔件的隔离下形成碰撞池。通过在各组四极杆上施加合适的电压，可以实现各种应用，包括全扫描、选择离子监测、子离子扫描、母离子扫描、中性丢失扫描、中性获得扫描、多重反应监测(multiple reaction monitoring，mrm)，等等。例如，为了实现mrm的应用，可以使第一组四极杆在sim模式下工作以选择前体离子，使第二组四极杆在tti模式下工作以构成碰撞池，并且使第三组四极杆在sim模式下工作以选择碎片离子。由此，在第一组四极杆和第三组四极杆中实现质量选择或离子选择的功能，而在碰撞池中实现离子碰撞的功能。在离子碰撞过程中，经第一组四极杆选择的前体离子在碰撞池中与稀有气体分子产生碰撞而解离(该过程又称碰撞诱导解离，collision induced dissociation，cid)，而后产生的碎片离子经第三组四极杆的选择进入离子检测器形成质谱图，通过质谱图可以反推前体离子的结构。由此，则实现了二级质谱(ms2)。
6、然而，要实现更高级的质谱(msn，n＞2)，则需要串联更多的四极杆，这样会增加仪器占用的空间。因此，通常更高级的质谱会借助离子阱质谱仪来实现。
7、线性离子阱具有类似于四极杆的结构，区别在于，四极杆的两端设置有两个极板，极板上施加有与离子极性相反的电压，使离子能够在极板之间来回穿梭，由此实现线性离子阱的功能。同时，两两一组的四极杆中，至少一组四极杆上开有窄缝。初始状态下，不同组的四极杆上施加有反相射频交变电压，使得能够将全部离子保留在离子阱中；然后在开有窄缝的一组四极杆上施加另外一组交变电压，使离子进入不稳定状态继而从窄缝中射出。与此同时，离子阱中可以填充有一定浓度的惰性气体，使得离子在离子阱中与惰性气体发生多次碰撞而产生多次解离。通过调整电压，能够使解离得到的碎片离子依次从窄缝中射出，进入离子检测器形成质谱图，通过质谱图可以反推前体离子的结构。由此，则实现了多级质谱(msn)。
8、离子淌度质谱是依赖离子各自的离子淌度(ion mobility，im)来分离离子的质谱方式，即实现离子淌度分离的功能。该质谱仪与常规质谱仪的主要区别在于前者包括离子飘移管，该离子飘移管的两端施加驱动离子前进的电场，离子漂移管中填充有一定浓度的缓冲气体，例如氮气、氦气、二氧化碳、六氟化硫、氨气、四氟化碳等。
9、由于单四极杆质谱仪、串联四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、离子淌度质谱仪的结构各异，各自具有独特的元件，例如形成碰撞池的间隔件、形成线性离子阱的四极杆上的窄缝和两端的极板、离子漂移管等，使得这些质谱仪的功能无法在同一设备上实现。
技术实现思路
1、本技术的目的是提供一种易于制造且能实现多种功能的微分四极杆阵列以及一种具有该微分四极杆阵列的质谱仪，使得能够在同一质谱仪中的任意区段实现离子加速/减速、离子会聚/发散、离子选择、离子碰撞、线性离子阱、离子淌度分离等多种功能。
2、根据本技术的一个方面，提供了一种微分四极杆阵列，包括多组微分四极杆，每组微分四极杆包括在所述微分四极杆阵列的径向平面上延伸且具有相同轮廓线的四个金属板，所述四个金属板在径向平面内旋转对称布置，所述多组微分四极杆沿轴向方向以依次排列且对齐的方式排列并形成沿所述轴向方向延伸的离子传输通道，其中，每组微分四极杆均由数字化驱动电路单独地控制。
3、相对于通过车削或磨削形成的棒状四极杆，本技术的微分四极杆阵列的制作更为容易。例如，可以在大的金属板材或印刷电路板上批量地精密冲压或激光切割出具有理想轮廓、例如双曲线轮廓的金属板，然后通过精确定位和/或校准组合以形成本技术的微分四极杆阵列。这一制作方式精度高，成品率高，成本低。
4、每组微分四极杆能够通过其径向内侧边缘形成子电场，多组微分四极杆形成的多个子电场叠加能够形成组合电场，该组合电场与普通四极杆形成的电场相似。例如，在每组微分四极杆的一对相对的金属板上施加具有一定直流电压分量的第一射频交变电压，在每组微分四极杆的另一对相对的金属板上施加具有一定直流电压分量的第二射频交变电压，并且第一射频交变电压与第二射频交变电压的系数相同且相位相反，则这些微分四极杆能够形成与工作在sim模式下的四极杆近似的电场，使得这些微分四极杆同样工作在sim模式下，对通过这些微分四极杆的离子进行选择。
5、每组微分四极杆均由数字化驱动电路单独地控制，意味着各组微分四极杆上施加的电压可以彼此独立地控制。如此，各组微分四极本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微分四极杆阵列，所述微分四极杆阵列包括多组微分四极杆，每组微分四极杆包括在所述微分四极杆阵列的径向平面上延伸且具有相同轮廓线的四个金属板，所述四个金属板在径向平面内旋转对称布置，所述多组微分四极杆沿轴向方向以依次排列且对齐的方式排列并形成沿所述轴向方向延伸的离子传输通道，其特征在于，每组微分四极杆均由数字化驱动电路单独地控制。
2.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，通过控制所述数字化驱动电路将所述微分四极杆阵列配置成预四极杆、单四极杆、串联四极杆、线性离子阱、离子漂移管及其组合，以便实现离子会聚/发散、离子选择、离子碰撞、线性离子阱和/或离子淌度分离的功能，且上述功能的次序能够按需定义。
3.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，通过控制所述数字化驱动电路在所述微分四极杆阵列上形成沿所述轴向方向分布的至少一个可调制电场，所述可调制电场的方向和/或强度和/或轴向长度能够通过所述数字化驱动电路来改变。
4.根据权利要求3所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述可调制电场为方向和/或强度和/或轴向长度不同的多个电场。p>
5.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，通过控制所述数字化驱动电路将所述微分四极杆阵列的任意位置处的一组或多组微分四极杆配置成离子闸门。
6.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述金属板的径向内侧轮廓为双曲线。
7.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述金属板通过在金属板材或印刷电路板上进行精密冲压或激光切割成型。
8.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述金属板的厚度为0.1-2mm，所述金属板之间在所述轴向方向上的轴向间距为0.1-2mm。
9.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述金属板之间设置有绝缘结构，所述绝缘结构为所述金属板的轴向端面上涂覆的绝缘涂层或相邻的所述金属板之间设置的绝缘片。
10.根据权利要求9所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述金属板之间在所述轴向方向上的轴向间距小于2mm。
11.根据权利要求10所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述金属板之间在所述轴向方向上的轴向间距小于0.1mm。
12.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，通过加热装置和温度传感器使所述金属板在工作状态下保持恒温。
13.一种质谱仪，所述质谱仪包括壳体以及安装在所述壳体内的离子源和离子检测器，其特征在于，所述质谱仪在所述离子源与所述离子检测器之间设置有根据权利要求1-12中任一项所述的微分四极杆阵列。
14.根据权利要求13所述的质谱仪，其特征在于，在所述质谱仪的内壁上设置有一个或多个进气口，所述进气口被配置为向所述微分四极杆阵列中释放气体，以形成与所述进气口的位置对应的气体空间。
15.根据权利要求14所述的质谱仪，其特征在于，通过所述数字化驱动电路在所述气体空间内的微分四极杆上施加射频交变电压，以在所述气体空间内实现离子加速和离子碰撞的功能。
16.根据权利要求15所述的质谱仪，其特征在于，在所述气体空间内的微分四极杆上施加的射频交变电压是递增的。
17.根据权利要求14所述的质谱仪，其特征在于，通过所述数字化驱动电路在所述气体空间的两端的微分四极杆上施加直流电压和/或射频交变电压，以在所述气体空间内实现线性离子阱的功能。
18.根据权利要求17所述的质谱仪，其特征在于，当经过预定时间后，通过所述数字化驱动电路停止在所述气体空间的末端的微分四极杆上施加所述直流电压和/或射频交变电压。
19.根据权利要求14所述的质谱仪，其特征在于，通过所述数字化驱动电路在所述气体空间的两端的微分四极杆上施加直流电压或者在所述气体空间内的微分四极杆上施加直流递增电压，以在所述气体空间内实现离子加速和离子淌度分离的功能。
20.根据权利要求13所述的质谱仪，其特征在于，在所述多组微分四极杆之间不具有径向延伸的用以形成隔离腔室的间隔件。
...【技术特征摘要】
1.一种微分四极杆阵列，所述微分四极杆阵列包括多组微分四极杆，每组微分四极杆包括在所述微分四极杆阵列的径向平面上延伸且具有相同轮廓线的四个金属板，所述四个金属板在径向平面内旋转对称布置，所述多组微分四极杆沿轴向方向以依次排列且对齐的方式排列并形成沿所述轴向方向延伸的离子传输通道，其特征在于，每组微分四极杆均由数字化驱动电路单独地控制。
2.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，通过控制所述数字化驱动电路将所述微分四极杆阵列配置成预四极杆、单四极杆、串联四极杆、线性离子阱、离子漂移管及其组合，以便实现离子会聚/发散、离子选择、离子碰撞、线性离子阱和/或离子淌度分离的功能，且上述功能的次序能够按需定义。
3.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，通过控制所述数字化驱动电路在所述微分四极杆阵列上形成沿所述轴向方向分布的至少一个可调制电场，所述可调制电场的方向和/或强度和/或轴向长度能够通过所述数字化驱动电路来改变。
4.根据权利要求3所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述可调制电场为方向和/或强度和/或轴向长度不同的多个电场。
5.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，通过控制所述数字化驱动电路将所述微分四极杆阵列的任意位置处的一组或多组微分四极杆配置成离子闸门。
6.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述金属板的径向内侧轮廓为双曲线。
7.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述金属板通过在金属板材或印刷电路板上进行精密冲压或激光切割成型。
8.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述金属板的厚度为0.1-2mm，所述金属板之间在所述轴向方向上的轴向间距为0.1-2mm。
9.根据权利要求1所述的微分四极杆阵列，其特征在于，所述金属板之间设置有绝缘结构，所述绝缘结构为所述金属板的轴向端面上涂覆的绝缘涂层或相邻的所述金属板之间设置的绝缘片。
10.根据权利要求9所述...
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