环形离子阱阵列的制作方法

专利名称：环形离子阱阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及环形离子阱阵列，与离子存储与质量分析技术有关。用于超 大容量的离子存储以及按离子的质荷比等特性进行分离和探测的多通道质量 分析器。技术背景离子阱和离子阱质谱仪是一种多用途的科学分析仪器。被广泛应用于化 学，生物学，环境保护等诸多领域。离子阱的功能主要有二个方面， 一是将 样品离子束缚和存储在某一特定的区域内，如离子阱的离子存储区，以达到 富集离子和可以对存储区内的分子进行进一步的分析研究的目的。二是利用 离子阱对感兴趣的样品离子进行质量分析，以确定它们的成份，结构和含量 等。按构成离子阱的电极几何结构的不同，通常被分为三维离子阱和直线形 离子阱。传统的三维离子阱是由一个双曲面形的环形电极和两个双曲面形的 端电极所组成，如图1所示。其中，环形电极11上一般加载一交流高频电压，或称之为射频电压，两端电极12,13上加载直流电压。这样可以在上述电极 所围成的区域内形成以四极场为主的电场分布。使得进入此区域的离子被束 缚和存储下来。
传统的线形离子阱是由四个双曲面形，或圆柱形的电极21， 22， 23和24， 如图2所示，加上两个端电极所组成。其中，电极21和23连接在一起，形 成一个电源接线端点25;电极22和24连接在一起，形成另一个电源接线端 点26; 25和26 —般分别连接在一交流高频电压的两个极性相反的两个端点。 两端电极分别加载直流电压。这样可以在上述电极之间围成一个离子存储区 域。在中国专利中，发明者提出了一种由两块平行板电极构成的离子阱阵列。 在离子阱阵列中，离子沿着平行的多轴被存储，因此，它可以成倍地提高离 子的储存量。G. COOK等人采取多个离子阱同时使用的方法来提高离子存储能力。总之， 研究和开发出结构简单，离子存储量更大等性能更佳的离子阱质谱仪是科学 家们不断追求的目标。发明内容本发明目的在于提出一种环形离子阱阵列。以获得超大容量的离子存储 功能。本发明的再一目的是提供一种利用环形离子阱阵列的多通道质量分析 器，按离子的质荷比等特性进行分离和探测，进行高通量的质量分析，离子 都可以根据其质荷比等特征有选择性地被排出阱外被分析检测。本发明的目的通过下述方案实现 一种环形离子阱阵列，它是由两块相 互平行的电极，和几块与这两块相互平行的电极相互垂直的电极所组成，在 两块相互平行的电极上，每一个电极上被加工有具有特定几何形状的多个较
小电极条，每二个较小电极条之间一般为绝缘体或被加工成孔隙，其目的是 保证二个较小电极条之间相互绝缘，较小电极条和绝缘体或孔隙围成环形， 环的外围边界构成外边界电极，环的内围边界构成内边界电极。在两块相互 平行的电极上所加工的较小电极条具有一一对应的关系，对应的电极条几何 形状完全相同。当这两块电极被相互平行地组装在一起时，其各个较小电极 条相互平行并成镜像对称。每一个较小电极条的形状可以是矩形，也可以是梯形，或者是扇形。相邻的电极条上施加不同相位的高频电压信号，使得在两片环形电极阵 列之间的空间区域里产生高频电场，从而在此空间构成多个离子束缚区域， 这些离子束缚区域构成多边形环。可通过实际需要调节加在相邻电极条上的 高频电压信号的相位差。每一个离子束缚区域都可以在电场的作用下存储离子，当离子被捕获在 这些电极束缚区域后，会聚集成为一系列平行于电极条的条状离子。被存储 的离子可以在外加电场的作用下被一次性地从束缚区域排出至电极阵列围成 的中央区域。该发明进一步提出使这些被存储的离子被有选择性地激发、排 出和被检测的方法，离子可以沿着平行于电极条的方向被选择性地排出，也 可以沿着垂直于电极条的方向从电极条的狭缝里排出。本发明中，两环形电极阵列可用两块印刷电路板制作，其中的电极条可 采用镀金属膜进行制作。所有的电极条表面都是平面状，每个电极条中央可 加工一条细长的狭缝用以排出离子。两块印刷线路板可通过边界电极固定， 在边界电极的某些部位设有开孔或狭缝用以注入或排出离子。本发明还包括一个离子探测器，以探测从离子存储区排出的离子。而离
子探测器安放在与束缚离子轴平行的方向，并且在电极条围成的多边形环的 中央区域。本发明还进一步包括一个大面积离子探测器，该离子探测器安放在垂直 于束缚离子轴的方向，并且在电极条的狭缝旁侧，以探测从离子存储区沿狭 缝排出的离子。本发明还进一步包括一个环形探测器阵列，该环形探测器阵列安放在与 束缚离子轴平行的方向，并且在电极条围成的多边形环的外侧，该环形探测 器阵列中的每一个探测器对应一个离子存储区域。本发明还进一步包括一个环形探测器阵列，该环形探测器阵列安放在垂 直于束缚离子轴的方向，并且在电极条的狭缝旁侧，该环形探测器阵列中的 每一个探测器对应一个离子存储区域。本发明还涉及一种离子存储和分析的方法。在相邻电极条上施加相位相差180。的高频电压信号，则在相邻电极之间的平面上产生一个O电势面，相 当于一个O电位的电极。这样，上下两个电极条以及由反向高频电压形成的O 电位电极共同构成一个电场，该电场由四极场和其他高极场组合而成，但以 四极场为主。在这个电场中，离子可以被捕获、冷却，并根据它们的质荷比 不同而被选择性地排出阱外。在上述方案中，所述选择性排出离子的方法包括将一个共振激发信号耦 合到高频电压信号上之后一起施加到电极条上，从而使离子受到共振激发排 出阱外，这种方法可以提高对离子分析的分辨率。所述的共振激发信号是一 个低电压的信号，其电压范围一般在O—IOO以内，其频率是高频电压信号的 分频，通常取3分频、4分频、3/8分频，或者根据需要取其他分频。
上述方案中，还可进一步包括控制这个共振激发信号，将不需要的离子 通过共振激发打在电极条上或者排出阱外，而使其他的离子留存在阱内。留 存的离子可以做进一步的分析。对留存离子的处理也包括通过在边界电极上施加电压使离子排出阱外。 具体的方法是提高外围边界电极的电压，使外围边界电极和内围边界电极 形成电位差，离子可以沿着电位差的方向排出阱外，从而进入环形电极阵列 围成的中央区域。多边形环每一个边上的离子阱阵列可以注入不同的样品，或者环形离子 阱阵列中的每一个离子束缚区域都可以注入不同的样品进行存储和分析。该发明进一步包括在环形电极围成的中央区域放置一个存储和分析装 置，该装置可以对环形离子阱阵列里排出的离子进行捕获、冷却。从环形离 子阱阵列中排出的不同离子还可以在此装置中做化学反应，然后对反应后生 成的离子或者其他产物做进一步的分析。上述方法方案中，从环形离子阱阵列中注入到中央区域的离子也可以作 飞行时间质谱分析。在中央区域放置冷却离子的装置，以及可施加电压的筛 网，这样，将从环形离子阱阵列中排出的离子动能降低到0附近，然后使离 子沿着平行于边界电极的方向飞行以做飞行时间质谱分析。本发明给出的环形阵列离子阱，它可以实现大容量的离子存储，其存储 的离子可以在外加电场的作用下一次性地被排出阱外的一个集中的区域做进 一步的分析；存储的离子也可以经过隔离后被排出到阱外的一个集中的区域做进一步的分析。


图1.传统三维离子阱的结构示意图。11为环形电极，12和13为二端电极。图2.传统线形离子阱的结构示意图。21, 22， 23和24分别为四根柱形 电极。21和23连接在一起，形成一个电源接线端点25; 22和24连接在一 起，形成另一个电源接线端点26; 27为离子逐出孔。图3.为本发明给出的圆环形阵列离子阱的结构示意图。图3 (a)为组 成此圆环形阵列离子阱的一个圆形电极的结构示意图。图3 (b)为此圆环形 阵列离子阱的一个侧面结构示意图。其中，301， 302， 303， 304， 305， 306， 307， 308， 309， 310， 311， 312， 313， 314， 315和316分别为阵列离子阱中 组成各单个离子阱的其中一个电极。317和318分别为阵列离子阱的内外两个 端电极。325, 326， 327， 328， 329， 330， 331和332分别为端电极317上对 应于单个离子阱的离子注入孔(每一个离子阱都有一个独立的离子注入孔)。图4.为本发明给出的正多边形阵列离子阱的结构示意图。图4 (a)为 组成此正多边形阵列离子阱的一个正多边形电极的结构示意图。图4 (b)为 此正多边形阵列离子阱的一个侧面结构示意图。其中，401， 402， 403， 404， 405， 406， 407， 408， 409， 410， 411， 412, 413， 414, 415和416分别为阵 列离子阱中组成各单个离子阱的其中一个梯形电极。417和418分别为阵列离 子阱的内外两个端电极。425， 426， 427， 428， 429， 430， 431和432分别为 端电极417上对应于单个离子阱的离子注入孔(每一个离子阱都有一个独立 的离子注入孔)。图5.为本发明给出的多边形阵列离子阱的结构示意图。图5 (a)为组 成此多边形阵列离子阱的一个多边形电极的结构示意图。图5 (b)为此多边 形阵列离子阱的一个侧面结构示意图。其中，501， 502， 503， 504， 505， 506， 507， 508， 509， 510， 511， 512， 513， 514， 515和516分别为阵列离子阱中 组成各单个离子阱的其中一个电极。501， 503， 505， 507， 509， 511， 513， 和515为矩形，502， 504， 506， 508， 510， 512， 514，和516为梯形(或三 角形)。517和518分别为阵列离子阱的内外两个端电极。525， 526， 527， 528， 529， 530，和531分别为端电极517上对应于单个离子阱的离子注入孔(每 一个离子阱都有一个独立的离子注入孔)。图6.为本发明给出的由三组离子阱阵列61， 62和63所组成的三角形 阵列离子阱的结构示意图。其中，610， 611， 612， 613和614为离子阱阵列 61中的五个离子阱电极，615， 616， 617, 618为离子阱阵列61中的四个端 电极；620， 621， 622， 623和624为离子阱阵列62的五个离子阱，625, 626， 627， 628为离子阱阵列62中的四个端电极;630， 631, 632， 633和634为 离子阱阵列63的五个离子阱，635， 636， 637, 638为离子阱阵列63中的四 个端电极；图7为本发明给出的由四组离子阱阵列71， 72， 73和74所组成的矩 形阵列离子阱的结构示意图。其中，711， 712， 713，和714为离子阱阵列71 中的四个离子阱电极，715， 716， 717， 718为离子阱阵列71中的四个端电极； 721， 722， 723，和724为离子阱阵列72中的四个离子阱电极，725， 726， 727， 728为离子阱阵列72中的四个端电极；731, 732, 733，和734为离子 阱阵列73中的四个离子阱电极，735， 736， 737， 738为离子阱阵列73中的 四个端电极；741， 742， 743，和744为离子阱阵列74中的四个离子阱电极，
745， 746， 747， 748为离子阱阵列74中的四个端电极;图8为本发明给出的圆环形阵列离子阱与飞行时间质谱仪所组合而成的 离子阱-飞行时间质谱仪结构示意图。其中，801， 802， 803， 804， 805， 806， 807和808为组成圆环形阵列离子阱的八个离子阱电极，809和810为组成圆 环形阵列离子阱的两个端电极。811为装置在阵列离子阱正中心的离子减速电 极。812， 813， 814为飞行时间质谱仪的离子加速电极。815为存储在圆环形 阵列离子阱中的离子云。816为被逐出至离子加速区的离子云。818为离子探 测器前的电极，819为离子探测器。 本发明的优越性在于第一，可以用多个离子阱同时累积和存储大量的离子，这样对于微量样品 的检测会更加有效。第二，可以使用常用的印刷线路板材料和制作工艺一次性制成多个离子 阱，其成本也会非常便宜。也可以用常用的机械加工方法制作本发明所述的 阵列离子阱。
具体实施方式
实施例l以图3所示的圆环形阵列离子阱加以说明。图3所表示的阵列离子阱由 二个圆盘形电极和二个圆环形电极317， 318所组成，其中，每个圆盘形电极 都被均匀地加工成16个几何形状和结构完全相同的较小扇形电极，即电极 301， 302， 303， 304, 305, 306， 307， 308， 309， 310， 311， 312， 313， 314， 315和316。每二个相邻的扇形电极之间，如301和302， 302和303，。。。 315
和316之间，都被加工成一个近似于矩形的长条形绝缘条带，它们的作用是 将二个相邻的扇形电极实施电绝缘，使得可以在二个相邻的扇形电极上加载 不同的电压。16个扇形电极之间共有16个形状完全相同的条形绝缘带。当用上述电极组成圆环形阵列离子阱时，上下两个圆盘形电极应相互平 行，且两个圆盘形电极上的较小扇形电极和条形绝缘带呈一一对应关系，且 以两个圆盘形电极的中间平面呈镜面对称。圆盘形电极可以用印刷线路板并采用制作印刷线路的方法和加工工艺制 作，这样可以节省材料费用和简化制作成本。可以在圆环形电极317上加工离子引入孔，离子引入孔的数目和位置应 该和离子阱呈一一对应的关系。也可以根据实验的需要，在每一个扇形电极 上加工离子引入孔。离子引出孔可以加工在圆环形电极318上，当然也可以 在每一个扇形电极上加工离子引出孔。当应用上述圆环形阵列离子阱作实验时,其电源的连接方式为首先将 上下两个圆盘形电极上的较小扇形电极连接在一起形成一个接线头。在实验 中，相邻的扇形电极上加载电压值相等，但电压极性相反的高频电源，如射 频电源。这样在两个相邻的扇形电极之间的长条形绝缘条带中间将产生一个 电势为零的等电位面。也就是说，在这种工作电压的加载方式下，相当于在 每两个相邻的扇形电极之间，安置了一个工作电压为零的平面形电极。所以， 上下二个扇形电极上加上左右二个电压为零的等电位面合围成一个空间，或 称之为离子阱。使得加载在扇形电极上的高频交流电压在此离子阱空间内产 生可以束缚离子的电场分布。进入此离子束缚和存储空间的离子将被存储下 来。
可以用物理或化学的方法对存储在上述离子阱中的离子进行进一步的分 析研究，如解离成碎片产物，化学或生物反应等。也可以将离子阱中的离子 逐出至另外的实验装置中，如飞行时间质谱仪中作质量分析等。很显然，用这种方法所制作的阵列离子阱有几个优点，第一，可以用多 个离子阱同时累积和存储大量的离子，这样对于微量样品的检测会更加有效。 第二，由于可以使用常用的印刷线路板材料和制作工艺一次性制成多个离子 阱，其成本也会非常便宜。虽然上面只例举了含有16个离子阱的阵列，在实际应用中，可以根据需 要在一个圆盘形电极上制作更少或更多个离子阱。也可以用常用的机械加工方法制作本发明所给出的阵列离子阱。 除了将组成阵列离子阱的各个离子阱电极加工成扇形电极外，还可以将这些电极加工成梯形，如图4所示；梯形和矩形的组合，如图5所示；或矩 形，如图6， 7所示；或其他可以使用的形状等。实施例2以图7为例加以说明。图7所表示的是环形阵列离子阱的一个电极的示 意图，它是由一个矩形平面电极加工而成，如一个印刷线路板加工而成。由 图7可以看出，每一个矩形电极被加工成四组线型离子阱阵列电极，每一个 线型离子阱阵列由四个较小的线型离子阱电极所组成，这样，每个矩形平面 电极最终被加工成十六个较小的线型离子阱电极。当这两个完全相同的矩形平面电极被平行地安置在一起，且使得它们以 它们中间的平面呈镜像对称。这两个矩形平面电极加上几个平面端电极，即
图7中的715, 716， 717， 718， 725， 726， 727， 728, 735， 736， 737， 738， 745， 746， 747， 748，可以合围成四个线形离子阱阵列71, 72, 73， 74。而 每个线形离子阱阵列又由四个线形离子阱所组成。最后组成16个线形离子阱。 也就是说，16个线形离子阱构成一个环形阵列离子阱。即离子阱阵列71中具 有线型离子阱711， 712， 713和714;离子阱阵列72中具有线型离子阱721， 722， 723和724;离子阱阵列73中具有线型离子阱731， 732， 733和734; 离子阱阵列74中具有线型离子阱741， 742， 743和744。上述线型离子阱电极还必须具有以下特点，第一，每一组线型离子阱阵 列电极，其几何结构为矩形。但四组线型离子阱阵列电极可以完全相同，也 可以不相同。第二，每一组线型离子阱阵列电极中的四个较小的线型离子阱 电极，其几何结构完全相同，且为矩形。第三，每两个较小的线型离子阱电 极之间被加工有一个矩形的电绝缘条带，它们的作用是将二个相邻的电极实 施电绝缘，使得可以在二个相邻的电极上加载不同的电压。第四，每两个较 小的线型离子阱电极之间的距离，如711与712之间的距离，等于最外边的 较小的线型离子阱电极与端电极之间的距离，如711与717之间的距离的二 倍。第五，每一个离子阱都有一个与之相对应的离子引入孔，和离子引出孔。 其离子引入孔和离子引出孔可以被加工在某一个端电极上，如715， 716， 725， 726， 735, 736， 745或746上，也可以被加工在每一个离子阱电极上。离子阱电极可以用印刷线路板并采用制作印刷线路的方法和工艺加工制 作，这样可以节省材料费用和简化制作成本。当应用上述环形阵列离子阱作实验时，其电源的连接方式为首先将上 下两个较小的线型离子阱电极连接在一起形成一个接线头。在实验中，相邻 的较小的线型离子阱电极上加载电压值相等，但电压极性相反的高频电源， 如射频电源。这样在两个相邻的电极之间的矩形绝缘条带中间将产生一个电 势为零的等电位面。也就是说，在这种工作电压的加载方式下，相当于在每 两个相邻的较小离子阱电极之间，安置了一个工作电压为零的平面形电极。 所以，上下二个矩形电极上加上左右二个电压为零的等电位面合围成一个空 间，或称之为离子阱。使得加载在较小离子阱电极上的高频交流电压在此离 子阱空间内产生可以束缚离子的电场分布。进入此离子束缚和存储空间的离 子将被存储下来。可以对存储在上述离子阱中的离子进行进一步的分析研究，如离子质量 分析，样品离子的串级质谱分析，化学或生物反应等。也可以将离子阱中的 离子逐出至另外的实验装置中，如飞行时间质谱仪中作质量分析等。同样地，用这种方法所制作的阵列离子阱有几个优点，第一，可以用多 个离子阱同时累积和存储大量的离子，这样对于微量样品的监测会更加有效。 第二，由于可以使用常用的印刷线路板材料和制作工艺一次性制成多个离子 阱，其成本也会非常便宜。虽然上面只例举了含有16个离子阱的阵列，在实际应用中，可以根据需 要在一个电极上制作更少或更多个离子阱电极。也可以用常用的机械加工方法制作本发明所给出的阵列离子阱。实施例3图8给出了一个由圆环形阵列离子阱和飞行时间质谱仪构成的串级质谱 仪系统示意图。它的结构和工作原理如下所述。
图8中所表示的圆环形阵列离子阱由二个圆盘形电极和二个圆环形电极 809， 810所组成。每个圆盘形电极都被均匀地加工成8个几何形状和结构完 全相同的较小扇形电极，即电极801， 802, 803， 804， 805， 806， 807和808。 每二个相邻的扇形电极之间，如801和802， 802和803， 。。。 808和801之间， 都被加工成一个近似于矩形的长条形绝缘条带，它们的作用是将二个相邻的 扇形电极实施电绝缘，使得可以在二个相邻的扇形电极上加载不同的电压。8 个扇形电极之间共有8个形状完全相同的条形绝缘带。同样地，当用上述电极组成圆环形阵列离子阱时，上下两个圆盘形电极 应相互平行，且两个圆盘形电极上的较小扇形电极和条形绝缘带呈现一一对 应关系，且以两个圆盘形电极的中间平面呈镜面对称。在圆环形电极809上加工8个与离子阱对应的离子引入孔，它们的作用 是将离子源产生的样品离子引入离子阱中。在圆环形电极810上加工8个与离子阱对应的离子引出孔，它们的作用 是将离子源产生的样品离子引出离子阱外。在圆盘形电极上的正中央位置，还安置一垂直于圆盘形电极的线形电极 811。在实验过程中，此线形电极811上将被加载直流电压，它的作用是，在 与圆环形电极810之间产生一个可以使由离子阱中逐出的离子减速的电场。 直流电压值将根据需要调节。在二个圆盘形电极的两侧，还平行地安置几个平行板电极，即812， 813， 814和815，这几个平行板电极构成飞行时间质谱仪的离子源电极。如图所示，圆环形阵列离子阱中有存储的离子云816和被逐出到圆环形 阵列离子阱中心区域，也即飞行时间质谱仪的离子推斥电极之间的离子云817，飞行时间质谱的离子探测器819，和安置在离子探测器前的电场屏蔽电 极亂当此实验系统工作时，其实验过程为由离子源系统产生的样品离子被 引入到圆环形阵列离子阱中的各离子阱被束缚和存储。当离子被存储适当时 间后，将同时在电极809和810'上加载脉冲电压，此脉冲电压将存储在各离子阱中的样品离子推斥至环形阵列离子阱的中心区域。在给电极809和810加载脉冲电压的同时，还在电极811上加载一脉冲 电压，其作用如上所述。在实际使用时，还可以将电极811与809连接在一 起，这样可以让他们共用一个电源。在样品离子推斥至环形阵列离子阱的中心区域后，在飞行时间质谱仪的 离子源电极812, 813， 814，和815上施加一脉冲高压，此脉冲高压电压的作用是将离子引入到飞行时间质谱仪中对离子进行质量分析。离子由离子探测 器819检测，并由后续的信号记录与处理系统进行处理，得到被分析样品的 质谱分析结果。
权利要求
1. 一种环形离子阱阵列，有离子引入孔和离子引出孔，环形离子阱阵列电极包括两块相互平行的电极，和二块及二块以上与这两块相互平行的电极相互垂直的电极所组成，其特征在于所述的两块相互平行的电极采用环形电极阵列，每一个电极上被加工成多个具有特定几何形状的较小电极条，每二个较小电极条之间设有绝缘体或被加工成孔隙，以保证二个相邻较小电极条之间相互绝缘；环的外围边界构成外边界电极，环的内围边界构成内边界电极；当这两块环形电极被相互平行地组装在一起时，两块环形电极呈镜像对称，其上的较小电极条一一对应，且几何形状、尺寸相同；在电极条上施加不同相位的高频电压信号，使得在两块环形电极阵列之间的空间区域里产生高频电场，在此空间构成多个离子束缚区域，这些离子束缚区域围成环形，当离子被捕获在这些离子束缚区域后，会聚集成为一系列平行于电极条的条状离子，离子沿着平行于电极条的方向被选择性地排出，或者，沿着垂直于电极条的方向从电极条的狭缝里排出。
2，根据权利要求l所述的环形离子阱阵列，其特征在于环形电极采用 印刷线路板制作而成。
3. 根据权利要求l所述的环形离子阱阵列，其特征在于所述的电极条 采用镀金属膜的方式进行制作，所有的电极条表面都是平面状，每个电极条 中央加工一条细长的狭缝用以排出离子。
4. 根据权利要求1或2或3所述的环形离子阱阵列，其特征在于所述 的环形电极阵列由梯形、扇形、矩形形状中的一种或其任意组合构成。
5. 根据权利要求4所述的环形离子阱阵列，其特征在于所述的环形离 子阱阵列为圆环形离子阱阵列，圆环形离子阱阵列电极由两块相互平行的圆 盘形电极和二个与之垂直的圆环形端电极组成，其中，每个圆盘形电极都被 均匀地加工成几何形状和结构完全相同的较小扇形电极，每二个相邻的扇形 电极之间，都被加工成一个矩形或者近似于矩形的长条形绝缘条带，二个环 形电极同轴，在二个圆环形端电极中的一个圆环形端电极设有离子引入孔， 另一个圆环形端电极设有离子引出孔，被存储的离子在外加电场的作用下被 一次性地从离子束缚区域排出至电极阵列围成的中央区域。
6. 根据权利要求4所述的环形离子阱阵列，其特征在于所述的环形离子阱阵列为由三组及以上的线型离子阱阵列围合而成，所述的线型离子阱阵 列电极为矩形，每一组线型离子阱电极阵列由二个及以上较小的线型离子阱 电极组成，每个较小的线型离子阱电极之间设有绝缘条带。
7. 根据权利要求6所述的环形离子阱阵列，其特征在于每组线型离子阱阵列电极可以完全相同，也可以不相同。
8. 根据权利要求6所述的环形离子阱阵列，其特征在于每两个较小的线型离子阱电极之间的距离，等于最外边的较小的线型离子阱电极与端电极 之间的距离，其离子引入孔和离子引出孔设在某一个端电极上，或设在每一 个离子阱电极上。
9. 针对权利要求1至8之一所述的环形离子阱阵列的用途，与一个离子探测器配合，探测从离子存储区排出的离子，其中，离子探测器安放在与束缚离子轴平行的方向，并且在电极条围成的形环的中央区域；或者，采用一 个大面积离子探测器，该离子探测器安放在垂直于束缚离子轴的方向，并且 在电极条的狭缝旁侧，以探测从离子存储区沿狭缝排出的离子。
10. 根据权利要求9所述的环形离子阱阵列的用途，其特征在于，采用 环形探测器阵列，该环形探测器阵列安放在与束缚离子轴平行的方向，并且 在电极条围成的多边形环的外侧，该环形探测器阵列中的每一个探测器对应 一个离子存储区域;或者，该环形探测器阵列安放在垂直于束缚离子轴的方 向，并且在电极条的狭缝旁侧，该环形探测器阵列中的每一个探测器对应一 个离子存储区域。
11. 针对权利要求1至8之一所述的环形离子阱阵列提供一种离子存储 和分析的方法，与离子存储与分析装置配合，采用上述环形离子阱阵列，在 相邻电极条上施加相位相差180。的高频电压信号，在相邻电极之间的平面上 产生一个O电势面，相当于一个O电位的电极，两个相邻电极条以及由反向 高频电压形成的0电位电极共同构成一个以四极场为主的电场组合；多边形 环每一个边上的离子阱阵列注入不同的样品，或者环形离子阱阵列中的每一 个离子束缚区域都注入不同的样品进行存储和分析；离子被捕获、冷却，并 根据它们的质荷比不同，离子被选择性排出阱外。
12. 根据权利要求ll所述的离子存储和分析的方法，其特征在于所述 离子被选择性排出的方法包括将一个共振激发信号耦合到高频电压信号上之 后一起施加到电极条上，使离子受到共振激发排出阱外，其中，所述的共振 激发信号是一个低电压的信号，其电压范围一般在0—100伏以内。
13. 根据权利要求11或12所述的离子存储和分析的方法，其特征在于 所述共振激发信号的频率任意可调，可以是高频电压信号的分频，取3分频、4分频、3/8分频或者其它的分频，通过控制共振激发信号，将不需要的离子 通过共振激发打在电极条上或者排出阱外，其他作为留存离子离在阱内，对 留存离子处理方法是在边界电极上施加电压使离子定向排出阱外。
14. 根据权利要求13所述的离子存储和分析的方法，其特征在于对边 界电极上施加电压时，采用提高外围边界电极的电压，使外围边界电极和内 围边界电极形成电位差，离子沿着电位差的方向排出阱外，进入环形电极阵 列围成的中央区域。
15. 根据权利要求n所述的离子存储和分析的方法，其特征在于在环形电极围成的中央区域放置一个存储和分析装置，该装置用于对环形离子阱 阵列里排出的离子进行捕获、冷却，从环形离子阱阵列中排出的不同离子在 此装置中做化学反应，然后对反应后生成的离子或者其他产物做进一步的分 析。
16. 根据权利要求14所述的离子存储和分析的方法，其特征在于对从环形离子阱阵列中注入到中央区域的离子作飞行时间质谱分析，在中央区域 放置冷却离子的装置，以及可施加电压的筛网，将从环形离子阱阵列中排出的离子动能降低到o附近，然后使离子沿着平行于内边界电极的方向飞行以做飞行时间质谱分析。
全文摘要
本发明涉及环形离子阱阵列，用于超大容量的离子存储以及按离子的质荷比等特性进行分离和探测的多通道质量分析器。所述环形离子阱阵列有离子引入孔和离子引出孔，两块相互平行的电极采用环形电极阵列，每一个电极上被加工成多个具有特定几何形状的较小电极条，每二个较小电极条之间设有绝缘体或被加工成孔隙；两块环形电极被相互平行且呈镜像对称地组装在一起，其上的较小电极条一一对应，且几何形状、尺寸相同；在电极条上施加不同相位的高频电压信号，使得在两块环形电极阵列之间的空间区域里产生高频电场，构成多个离子束缚区域，这些离子束缚区域围成环形，被捕获离子聚集成一系列平行于电极条的条状离子，离子沿着平行于电极条的方向被选择性地排出，或者，沿着垂直于电极条的方向从电极条的狭缝里排出。
文档编号H01J49/34GK101399148SQ20081020069
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月27日 优先权日2008年9月27日
发明者丁传凡, 向 方, 李晓旭, 汪源源, 蒋公羽 申请人:复旦大学