离子阱的端盖电压控制制造技术

一种用于质谱仪的离子阱具有导电的中央电极，该中央电极具有从第一开放端延伸到第二开放端的孔径。导电的第一电极端盖布置为与第一开放端相邻，从而在第一端盖和中央电极之间形成第一固有电容。导电的第二电极端盖布置为与第二开放端相邻，从而在第二端盖和中央电极之间形成第二固有电容。第一电路将第二端盖耦接到参考电势。产生ＡＣ俘获信号的信号源被耦接到中央电极。响应于通过第一固有电容和第一电路对俘获信号的分压，将激励信号加压于第二端盖上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及离子阱、离子阱质谱仪，且更具体地，涉及针对在质谱化学分析中使用 的离子阱的控制信号生成。
技术介绍
使用离子阱是执行质谱化学分析的一种方法。离子阱使用由一个或多个驱动信号 产生的动态电场从测量样本中动态地俘获离子。通过改变俘获离子的电场的特性(例如， 幅度、频率等)，对应于它们的质量-电荷比率(质量(m)/电荷(ζ))将离子选择性地弹出。 关于离子阱质谱测定法的更多背景信息可以在Raymond Ε. March等人所著的“Practical Aspects of Ion Trap MassSpectrometry”中找到，这里通过引用将其并入。Ramsey等人在美国专利编号6，469，298和6，933，498 (以下称为“Ramsey专利”) 中公开了一种用于离子的质谱化学分析的亚毫米离子阱和离子阱阵列。在美国专利编号 6，469，298中描述的离子阱包括具有孔径的中央电极；一对绝缘体，均具有孔径；一对端 盖(end cap)电极，均具有孔径；耦接到中央电极的第一电子信号源；以及耦接到端盖电极 的第二电子信号源。中央电极、绝缘体、和端盖电极按照三明治构造结合成一体，其中它们 各自的孔径被共轴对准并且关于轴对称以形成部分封闭的空腔，该空腔具有有效半径R0和 有效长度2Z0，其中R0和/或Z0小于1. 0毫米(mm)，而比率Z0/R0大于0. 83。George Safford在美国专利编号 4，δ40,沏4 中提出"Method of MassAnalyzing a Sample by use of a Quadrupole Ion Trap”，其描述了完整的基于离子阱的质谱仪系统。在由施加到中央电极的电信号相对于端盖电压(或信号)创建的动态四极场中离 子阱在内部俘获离子。简单地，将恒定频率的信号施加到中央电极并将两个端盖电极维持 在静态零伏特。中央电极信号的幅度线性地斜线上升以便选择形地扰动离子阱中持有的离 子的不同群体(mass)。此幅度弹出配置不会导致最佳的性能或解析度(resolution)，而且 会实际上导致输出谱中的双波峰。可以通过施加第二信号到离子阱的一个端盖来改进该幅 度弹出方法。该第二信号引起轴向激励，其导致当离子在阱中振荡的长期(secular)频率 与端盖激励频率匹配时，离子从离子阱共振弹出。共振弹出导致离子在与小于1的稳定性 图beta值对应的长期共振点处从离子阱中弹出。传统上通过施加作为中央电极频率的1/n 的因子的端盖(轴向)频率来获得小于1的beta值，其中η—般是大于或等于2的整数。Moxom^Ai Rapid Communication Mass Spectrometry 2002,16 || 755-760 M 的"Double Resonance Ejection in a Micro Ion Trap Mass Spectrometer，，中描述了通 过在端盖上使用不同电压的Ramsey专利设备中的改进的质谱解析度。测试展示出在端盖 之间施加不同电压促进在比较早的Ramsey专利更低的电压处的共振弹出，并且消除了在较早的Ramsey专利中固有的“波峰成双”效应。该设备需要最少两个单独的电压供应一 个必须控制施加到中央电极的射频(RF)电压信号，以及至少一个必须控制端盖电极(相对 于系统的其余部分，第一端盖电极接地，或者处于零伏特)。虽然通过对离子阱的端盖之一施加附加的信号的应用可以增强离子阱的性能，但 是这样做增加了系统的复杂度。第二信号需要电子装置用于产生和驱动信号到离子阱的端 盖中。该信号优化地需要与中央电极信号同步。这些额外的电子装置增加了质谱仪系统的 尺寸、重量、和功耗。这在便携质谱仪应用中是十分重要的
技术实现思路
一种离子阱，包括导电的环形中央电极，该中央电极具有从第一开放端延伸到第 二开放端的第一孔径。信号源在第一和第二端子之间产生具有至少一个交流(Ac)分量的 俘获信号。第一端子耦接到中央电极，而第二端子耦接到参考电压电势。导电的第一电极 端盖布置为与中央电极的第一开放端相邻并且耦接到参考电压电势。在第一电极端盖的表 面与中央电极的第一开放端的表面之间形成第一固有电容。导电的第二电极端盖布置为与中央电极的第二开放端相邻并且利用第一电路耦 接到参考电压电势。在第二电极端盖的表面与中央电极的第二开放端的表面之间形成第二 固有电容。响应于通过第二固有电容和第一电路的阻抗对俘获信号的分压，将作为俘获信 号的一部分的激励电压加压于第二端盖上。在一个实施例中，该电路是电容器和电容器的并联电路。设置该电阻器的大小以 防止第二端盖充电从而防止可能的电荷累积或不受控的电压漂移。而且设置电阻器的大小 以具有比在俘获信号的操作频率处电容器的阻抗大很多的阻抗。以此方式，激励电压分压 随着改变的激励电压频率基本上保持不变，而且激励电压基本上与在中央电极上加压的信 号同相。这里的实施例关注于俘获信号的产生以及将该俘获信号的一部分加压于用于质 谱化学分析的离子阱的第二端盖上以便增强性能而无需显著增加的复杂度、成本、或功耗。实施例用于改进光谱解析度并且消除可能存在的输出光谱的双波峰。其他实施例使用开关电路，其可以用来在不同的时候将端盖电极连接到不同的无 源组件的电路和/或电压。在一些实施例中，电路可以使用无源组件，其包括电感器、变压 器、或用于改变第二端盖信号的特征(诸如相位)的其他无源电路元件。实施例关注于通过施加另外的激励电压到离子阱的端盖来改进离子阱的性能。不 同于典型的共振弹出技术，该激励电压具有等于中央电极激励频率的频率。该激励电压的 产生能够仅使用无源组件来完成而无需另外的信号产生器或信号驱动器。在附图和以下说明中阐述一个或多个实施例的详情。本专利技术的其他特征、目的和 优点将从说明和附图、以及从权利要求中明了。附图说明图1是现有技术的示出两个信号源的离子阱信号驱动方法的电路框图；图2是使用单个信号源的一个实施例的电路框图；图3A是说明在激励源的一个极性期间四极离子阱的截面图3B是说明在激励源的另一个极性期间四极离子阱的截面图；图4是使用单个信号源和开关电路以耦接无源组件的另一个实施例的电路框图。在各个图中的相似参考符号可以指示相似部件。具体实施方式 这里的实施例提供用于离子阱的端盖的电激励以改进离子阱操作。实施例提供简 单的电路，其从存在于离子阱的中央电极上的信号导出电激励信号。在一个实施例中，无源电组件被用来施加信号到离子阱的第二端盖以便增强性 能。添加的组件用来施加中央电极激励信号的一部分到第二端盖。这导致离子阱内的轴 向激励，其以可忽略的功率损失、最小的复杂度改进了性能，同时具有对系统尺寸的最小影 响。在一些实施例中，添加的组件可以导致因添加的组件的电路配置造成在中央电极处看 到的阻抗的增加，这导致整个系统功耗的实际减少。在实施例中，施加到第二端盖的信号的频率和中央电极的频率相同。实现性能增 加无需执行传统的共振弹出，因为施加的信号的频率等于中央电极的频率。注意，该方法可 以与传统的共振弹出方法前后协力执行以便优化离子阱性能。这可以通过经过(多个)无 源元件利用传统的共振弹出信号源来另外驱动一个或两个端盖以使得传统的共振弹出信 号和先前所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子阱，包括：导电的环形中央电极，具有从第一开放端延伸到第二开放端的第一孔径；信号源，在第一和第二端子之间产生具有至少一个交流（ＡＣ）分量的俘获信号，其中第一端子耦接到中央电极，而第二端子耦接到参考电压电势；导电的第一电极端盖，布置为与中央电极的第一开放端相邻并且耦接到参考电压电势，其中在第一电极端盖的表面与中央电极的第一开放端的表面之间形成第一固有电容；以及导电的第二电极端盖，布置为与中央电极的第二开放端相邻并且利用第一电路耦接到参考电压电势，其中在第二电极端盖的表面与中央电极的第二开放端的表面之间形成第二固有电容，其中响应于通过第二固有电容和第一电路的阻抗对俘获信号的分压，将俘获信号的一部分加压于第二电极端盖上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维拉弗蒂，
申请(专利权)人：航天技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]