专利名称：一种提高3d离子阱检测效率的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及3D离子阱，特别涉及一种提高3D离子阱检测效率的方法和装置。
背景技术：
质谱分析法是通过对样品离子质荷比的分析而实现对样品定性和定量分析的一种方法。质谱仪的基本组成都包括离子源、质量分析器、检测器和真空系统。离子源的作用是将待分析的样品电离，得到带有样品信息的离子。 如图1所示，一种普遍采用的内部电离的3D离子阱，包括依次设置的电子源209、
电子透镜208、3D离子阱、检测器204， Varian、 Thermo等公司都使用上述结构。 上述离子阱在分析过程中，离子会从两个端盖电极的方向出射，而只能检测一个
方向上的出射离子。可见，离子的检测效率在理论上最高只能到50%，这对离子储存能力本
来就不强的3D离子阱来说无疑是雪上加霜。 目前，大多数厂家都未能解决上述问题。只有Varian的产品中提出了"三重共振"的解决方案，具体为 通过在端盖电极上施加一捕获偶极场TFD (Trapping Field Dipole)，使离子阱的场中心偏离几何中心；同时在端盖电极上施加提供离子参量振荡辅助交变四极场，以及提供离子边频振荡的交变偶极场，结合六极场的非线性谐振，使得离子更倾向于从距离比较近的一块端盖电极上出射，从而提高了离子检测效率。但是，三重共振仍然存在以一些不足，如 1、三重共振激发中，仍然有部分离子朝相反的方向出射。 2、当共振激发信号的能量增强时，朝相反方向出射的离子数目会增多，从而降低离子检测效率。且激发信号的能量越大时，离子的检测效率越低。 3、为使捕获场的物理中心偏离几何中心，需要在端电极上施加RF来产生TFD，同时环电极上也需要施加RF，即使用双向RF方式(且RF和AC需要通过线圈耦合在一起)，大大增加了电路的复杂性和控制的复杂性。而且，由于端盖电极靠近检测器，RF的加载容易带来射频干扰，影响信号质量。 4、三重共振中需要加入额外的辅助偶极场和四级场，由于这些多极场的引入，增加了非线性效应，系统的可控性差，还可能带来质量数的偏移。
发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种提高3D离子阱检测效率的方法和装置，可以使现有3D离子阱的检测效率提高一倍，检测效率的理论值可达到100% ;同时也提高了样品的离子化效率。 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案
—种提高3D离子阱检测效率的方法，特点是
在离子化阶段
电子通过电子透镜，并进入所述3D离子阱； 在质量分析阶段 没有电子通过所述电子透镜； 3D离子阱出射离子其中一方向上出射的离子在电子透镜的作用下偏转，之后被 检测，另一方向上出射的离子也被检测。 作为优选，所述电子透镜包括相对设置的第一电极和第二电极，第二电极上设有 便于离子或电子穿过的孔。 进一步，在离子化阶段，加在第一 电极和第二电极上的电压相同，在质量分析阶 段，加在第一 电极上的电压高于第二电极。 进一步，在质量分析阶段，所述电子透镜阻挡了电子的穿过。
作为优选，所述第一电极和第二电极是半管状。
本发明还提出了这样一种提高3D离子阱检测效率的装置，具体包括 设置在3D离子阱的第一侧，用于检测3D离子阱从该侧出射的离子的第一检测
器； 设置在3D离子阱第二侧的电子透镜，便于电子穿过并进入所述3D离子阱；
设置在所述电子透镜侧部的第二检测器，用于检测从3D离子阱第二侧出射并经 电子透镜偏转后的离子。 作为优选，所述电子透镜包括相对设置的第一电极和第二电极，第二电极上设有 与所述第二检测器配合的孔。 进一步，所述第一电极上设有孔，还设有与该孔配合的打拿极。 进一步，所述孔上设有网状电极。 作为优选，所述第一电极和第二电极是半管状。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果 1、离子检测效率高。 设置了第一电子透镜，使得3D离子阱的出射离子都被检测到，理论上的离子检测 效率可达到100%。 不受共振激发信号的影响，无论在何种情况下，检测效率都是现有3D离子阱的两 倍。 2、样品离子化效率高。 设置的第一电子透镜，一方面用于聚焦电子，提高样品的离子化效率，另一方面用 于偏转从3D离子阱出射的离子，以便被检测到；再一方面用于控制电子的通过与否，起到 电子门的作用。
图1是现有技术中3D离子阱的结构示意图；
图2是实施例1中装置的结构示意图；
图3是本发明中第一电子透镜的结构示意图；
图4是实施例2中装置的结构示意图；
图5是实施例3中装置的结构示意 图6是实施例4中装置的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
实施例1 : 如图2所示， 一种提高3D离子阱检测效率的装置，应用在质谱仪中，所述质谱仪包括依次设置的电子源209、第二电子透镜208、第一电子透镜、3D离子阱和第一检测器204。
所述3D离子阱包括双曲面环电极201、双曲面端盖电极202、203。第一检测器204设置在端盖电极202的一侧。 如图3所示，所述第一电子透镜包括半管状的第一电极206和第二电极207，第一
电极206和第二电极207相对设置，且电隔离，以便加载不同的电压。所述第二电极207上
设有孔211，与该孔211相对的位置设置第二检测器205。孔211用网状电极覆盖，以补偿
开孔造成的电场误差，更好地聚焦通过的电子，同时网状电极允许离子通过。 所述第一 电子透镜在离子化阶段起到聚焦电子的作用，在质量分析阶段起到偏转
离子的作用，以便偏转后的离子穿过所述孔211被第二检测器205检测。 本实施例还揭示了一种提高3D离子阱检测效率的方法，应用在质谱分析中，特点
是 在离子化阶段 第一检测器204和第二检测器205上的高压关闭，检测器处于不工作状态；
在第二电子透镜208上施加正电压或合适的负电压，此时(第二电子透镜208作为)电子门打开；电子源209产生的电子可以通过第二电子透镜208。 在第一电极206和第二电极207上施加相同的电压，此时第一 电极206和第二电极207组合在一起，相当于一个电子聚焦透镜； 电子源209发射电子，电子经过第二电子透镜208和第一电子透镜聚焦后进入3D离子阱，电离3D离子阱内的中性样品；
在质量分析阶段 在第一检测器204和第二检测器205上施加高压，检测器进入检测状态； 第二电子透镜208上施加负电压(此电压应低于电子源209上的直流偏置)，此时
(第二电子透镜208作为)电子门关闭，电子不能通过第二电子透镜208 ; 在第一电极206上施加正电压，第二电极207上则施加负电压或接地，3D离子阱
从两个方向上出射离子一部分离子从端盖电极203出射，在第一电极206和第二电极207
形成的电场的作用下偏转，穿过第二电极207上的小孔211，从而被第二检测器205检测到；
另一部分离子从端盖电极202出射，被第一检测器204检测到。 由上可见，从3D离子阱两个方向上出射的离子都能被检测到，明显地提高了离子的检测效率，检测效率理论上可达到100%。第一电子透镜进一步聚焦了电子，提高了样品的离子化效率。
实施例2 : 如图3、图4所示，一种提高3D离子阱检测效率的装置，与实施例1不同的是在第一电子透镜和第二检测器之间设置离子聚焦透镜组301，用于减少离子的发散，进一步提高离子的检测效率。
本实施例还揭示了一种提高3D离子阱检测效率的方法，与实施例1不同的是离 子从第一电子透镜射出后，进入离子聚焦透镜组301，之后被第二检测器检测到。离子聚焦 透镜组可根据需要设计不同的透镜个数，其上的电压可根据实际情况优化，达到最好的离 子聚焦效果。
实施例3 : 如图5所示，一种提高3D离子阱检测效率的装置，与实施例1不同的是
1、在第一检测器的上方设置有第一高能打拿极401。 2、在第一电极206上设有孔212，与该孔212相对的位置设置有第二高能打拿极 402。孔212用网状电极覆盖，以补偿开孔造成的电场误差，更好地聚焦通过的电子，同时网 状电极允许离子通过。 本实施例还揭示了一种提高3D离子阱检测效率的方法，与实施例1不同的是
在质量分析阶段 第一电极206上施加负电压，而第二电极207上施加正电压。 3D离子阱从两个方向出射离子，从端盖电极202出射的离子进入第一高能打拿极 401，从该打拿极401出射的电子被第一检测器检测；从端盖电极203出射的离子经过第一 电极206和第二电极207形成的电场作用下，将经过孔212进入第二高能打拿极402，从该 打拿极402出射的电子穿过第一电子透镜后被第二检测器检测。
由于设置了两个高能打拿极，进一步提高了离子检测效率。
实施例4 : 如图3、图6所示，一种提高3D离子阱检测效率的装置，与实施例1不同的是
1 、不再设置第二电子透镜208。 2、第一电极206、第二电极207的长度大于实施例1，第二电极207上的孔211靠 近端盖电极203。 本实施例还揭示了一种提高3D离子阱检测效率的方法，应用在质谱分析中，特点 是 在离子化阶段 第一检测器204和第二检测器205上的高压关闭，检测器处于不工作状态；
在第一电极206和第二电极207上施加相同的正电压或合适的负电压，第一电子 透镜作为电子门而打开； 电子源209发射电子，电子经过第一电子透镜聚焦后进入3D离子阱，电离3D离子
阱内的中性样品； 在质量分析阶段 在第一检测器204和第二检测器205上施加高压，检测器进入检测状态；
在第一电极206上施加正电压，第二电极207上则施加负电压或接地，此时，第一 电子透镜作为电子门而关闭，阻挡了 (电子源209产生的)电子的穿过；同时，3D离子阱从 两个方向上出射离子一部分离子从端盖电极203出射，在第一电极206和第二电极207形 成的电场作用下偏转，穿过第二电极207上的小孔211，从而被第二检测器205检测到；另 一部分离子从端盖电极202出射，被第一检测器204检测到。
由上可见，从3D离子阱两个方向上出射的离子都能被检测到，明显地提高了离子的检测效率，检测效率理论上可达到100%。第一电子透镜聚焦了电子源出射的电子，提高了样品的离子化效率。 上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是在3D离子阱的第一侧设置第一检测器，第二侧设置第一电子透镜，第一电子透镜用于控制电子穿过、离子偏转，第二检测器设置在第一电子透镜的侧部，用于检测从3D离子阱第二侧出射的经第一电子透镜偏转后的离子。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。
权利要求
一种提高3D离子阱检测效率的方法，其特征在于在离子化阶段电子通过电子透镜，并进入所述3D离子阱；在质量分析阶段没有电子通过所述电子透镜；3D离子阱出射离子其中一方向上出射的离子在电子透镜的作用下偏转，之后被检测；另一方向上出射的离子也被检测。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述电子透镜包括相对设置的第一电极 和第二电极，第二电极上设有便于离子或电子穿过的孔。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于在离子化阶段，加在第一电极和第二电极 上的电压相同；在质量分析阶段，加在第一电极上的电压高于第二电极。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于在质量分析阶段，第一电子透镜阻挡了电 子的穿过。
5. 根据权利要求2或3或4所述的方法，其特征在于所述第一电极和第二电极是半 管状。
6. —种提高3D离子阱检测效率的装置，其特征在于所述装置包括设置在3D离子阱的第一侧，用于检测3D离子阱从该侧出射的离子的第一检测器； 设置在3D离子阱第二侧的电子透镜，便于电子穿过并进入所述3D离子阱； 设置在所述电子透镜侧部的第二检测器，用于检测从3D离子阱第二侧出射并经电子 透镜偏转后的离子。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述电子透镜包括相对设置的第一电极 和第二电极，第二电极上设有与所述第二检测器配合的孔。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述第一电极上设有孔，还设有与该孔配合的打拿极。
9. 根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于所述孔上设有网状电极。
10. 根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于所述第一电极和第二电极是半管状。
全文摘要
本发明涉及一种提高3D离子阱检测效率的方法，具体为在离子化阶段电子通过第一电子透镜，并进入所述3D离子阱；在质量分析阶段没有电子通过所述第一电子透镜；3D离子阱出射离子其中一方向上出射的离子在第一电子透镜的作用下偏转，之后被检测，另一方向上出射的离子也被检测。本发明还公开了一种实现上述方法的装置。本发明具有离子检测效率高、离子化效率高和结构简单等优点。
文档编号G01N27/62GK101777483SQ20091015663
公开日2010年7月14日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者刘立鹏, 吴文明, 李晓旭, 郑毅 申请人:聚光科技(杭州)股份有限公司