一种离子阱质量分析器及其信号的施加方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种离子阱质谱仪相关技术领域，具体涉及一种离子阱质量分析器及其信号的施加方法。
【背景技术】
[0002]在如今的航空航天、环境卫生、食品安全及科学研宄领域，质谱仪发挥的作用正变得越来越大。作为一种现代分析仪器，质谱仪具有较高的探测灵敏度，能够对痕量物质进行有效地探测，是一种很好的定性、定量分析工具。
[0003]质量分析器作为质谱仪的核心部件，根据质量分析器的不同，质谱仪可以分为磁质谱仪、傅里叶变换-离子回旋共振质谱仪、离子阱质谱仪、四级杆质谱仪以及飞行时间质谱仪。其中，离子阱质谱仪以其良好的离子储存能力可以更好地进行多级质谱分析，从而提高仪器的整体分析性能。而其核心离子阱质量分析器(以下简称离子阱)具有尺寸小巧、结构简单、易于加工和对工作气压要求较宽松等特点。因此，离子阱成为质谱仪小型化的首选。
[0004]传统的3D离子阱的模型如图1(轴截面)所示，它由两个相同的双曲端盖电极101,103以及一个双曲环形电极102构成，在两个端盖电极的中央开有直径约Imm的小孔104和105，分别用于离子的引入与出射。在质量分析过程中，离子被储存在中央的球形区域内。实际工作时的射频施加方式分为两种:一是仅在双曲环形电极102上施加射频电压RF ; 二是在双曲环形电极102上施加射频电压RF+，而双曲端盖电极101和103均施加与RF+幅度相同、相位差180°的射频电压RF-。同时为了促进离子出射，提高质量分辨率，采用轴向共振激发出射方式。方式一中，将幅度相同、相位差180°的两个共振激发信号AC+和AC-分别施加到双曲端盖电极101和103上，如图2所示。方式二中，将幅度相同、相位差180°的两个共振激发信号AC+和AC-耦合到射频电压RF-上，再分别施加在双曲端盖电极101和103上，如图3所示。
[0005]美国专利US3065640A中提出了一种圆柱式的离子阱结构，其结构如图4所示。由两个完全相同的圆盘端盖电极201和203，以及一个圆柱筒状的环电极302组成，圆盘端盖电极201和203的中央分别开有小孔204和205，用于离子的注入与出射。在当时，更多的将这一设备作为离子的存储装置。十多年后，科学家开始利用这一装置作为四极离子阱来进行质量分析。其电压施加方式与传统的3D离子阱相似。
[0006]在这些装置及工作方式中，共振激发信号AC被施加到整个端盖电极上。然而，离子阱中的离子云的体积相当小，即离子都在靠近中心的一个很小范围内运动。引入共振激发信号AC，是驱使离子在轴向方向与之共振，急剧增大振幅，从而射出离子阱。但整个端盖电极都施加AC信号，难免会对离子其他方向的运动产生影响，导致离子撞击离子阱煙灭或者多种离子同时出射，降低信号强度和分辨率，导致离子阱分析性能的牺牲。
【发明内容】
[0007]本发明目的是提供一种离子阱质量分析器及其信号的施加方法，通过对结构及施加方式的改进，提高离子出射的准确性和强度，有效提升离子阱的质量分辨率，改善整体性會K。
[0008]为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是:一种离子阱质量分析器，包括一个中央环电极，和对称置于该中央环电极两侧的端盖电极，每一个所述端盖电极中心上分别设有离子引入孔和离子射出孔，两侧所述端盖电极分别由内圈电极及外圈电极构成，所述内圈电极与外圈电极之间设有电气隔离，所述离子引入孔及离子射出孔分别位于对应的内圈电极上，且两侧内圈电极分别为共振激发信号连接端，所述外圈电极不施加共振激发信号。
[0009]上述技术方案中，所述中央环电极为双曲环电极，所述端盖电极为离散式双曲端盖电极。
[0010]上述技术方案中，所述中央环电极为双曲环电极，所述端盖电极为离散式圆盘端盖电极。
[0011]上述技术方案中，所述中央环电极为圆柱环电极，所述端盖电极为离散式双曲端盖电极。
[0012]上述技术方案中，所述中央环电极为圆柱环电极，所述端盖电极为离散式圆盘端盖电极。
[0013]上述技术方案中，所述离子引入孔及离子射出孔的直径为0.8 mm?I mm。
[0014]上述技术方案中，所述电气隔离为在所述内圈电极与外圈电极之间嵌入聚醚醚酮PEEK构成。
[0015]为达到上述发明目的，本发明采用的方法技术方案是:一种离子阱质量分析器的信号施加方法，包括A或B两种方式，如下:
[0016]方式A:在中央环电极上施加射频电压RF，在端盖电极的内圈电极上施加共振激发信号AC，端盖电极的外圈电极接地；
[0017]或，
[0018]方式B:在中央环电极上施加射频电压RF+，在端盖电极的外圈电极上施加与RF+幅值相等、相位差180°的射频电压RF-，端盖电极的内圈电极上施加耦合了共振激发信号AC的射频电压RF-。
[0019]上述技术方案中，所述中央环电极为双曲环电极或圆柱环电极中的一种，所述端盖电极为离散式双曲端盖电极或离散式圆盘端盖电极中的一种。
[0020]上述技术方案中，所述方式B中，所述“耦合了共振激发信号AC的射频电压RF-”是通过带有中心抽头的双向变压器获取，两侧所述端盖电极的内圈电极分别接于双向变压器的次级线圈两端，所述双向变压器的初级线圈与共振激发信号AC连接，所述端盖电极的外圈电极及射频电压RF-并接于所述双向变压器的中心抽头上。
[0021]由于上述技术方案的采用，本发明相较于原有技术有如下优点:将离子阱的端盖电极设计成离散式端盖，由内圈电极和外圈电极构成，两者之间设有电气隔离，在质量分析过程中，仅将共振激发信号AC施加到内圈电极上，外圈电极不施加共振激发信号AC，从而有利于减少AC信号对离子阱内部离子运动的影响，提高离子出射的准确性和强度，进而提高离子阱的质量分辨率，以改善离子阱的整体性能。
【附图说明】
[0022]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
[0023]图1是传统3D双曲离子阱的结构示意图。
[0024]图2是传统3D双曲离子阱的方式一工作电路示意图。
[0025]图3是传统3D双曲离子阱的方式二工作电路示意图。
[0026]图4是【背景技术】中圆柱形离子阱的结构示意图。
[0027]图5是本发明实施例一的结构示意图。
[0028]图6是本发明实施例一的工作电路示意图。
[0029]图7是本发明实施例二的工作电路示意图。
[0030]图8是本发明实施例三的结构示意图。
[0031]图9是本发明实施例三的工作电路示意图。
[0032]图10是本发明实施例四的工作电路示意图。
[0033]图11是本发明实施例五的结构示意图。
[0034]图12是本发明实施例六的结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]实施例一:参照图5所不，一种离子讲质量分析器，包括一个中央双曲环电极302，一对相同的离散式双曲端盖电极。其中一个端盖电极分为内圈电极311和外圈电极301，所述内圈电极311与外圈电极301之间嵌入聚醚醚酮PEEK实现电气隔离及限位，同心且中心位于环电极的对称轴所在的直线上；与之对称的放置的另一个端盖电极类似地分为内圈电极313和外圈电极303。在内圈电极311和内圈电极313的中央开有直径Imm的小孔，分别为离子引入孔304和离子射出孔305，离子通过离子引入孔304进入离子阱内。在质量分析过程中，离子在四极电场的作用下，按照质荷比的顺序依次通过所述离子射出孔305，从而实现质量分析。
[0036]参见图6所示，7为双路输出的射频电源，可以输出两路幅度相同，相位差180°的射频信号，分别记为“RF+”和“RF-”，在工作过程中，射频电源的幅度可以扫描。8为共振激发模块AC，可以产生两路幅度相同，相位差180°的正弦交流波信号，分别记为“AC+”和“AC-，，。
[0037]该离散式端盖电极离子阱的电气连接方式如图6所示:将中央双曲环形电极302与射频电源7的任意一路输出相连，离散式双曲端盖电极的外圈电极301和303分别接地，内圈电极311和313分别与共振激发模块的两路AC+和AC-相连。
[0038]该离散式端盖电极离子阱在进行质量分析时，射频电压的幅度将进行扫描，存储在离子阱中的离子将在电场的作用下，按照质荷比的顺序依次通过离子引入孔304和离子射出孔305射出离子阱，进而被位于附近的离子探测器检测，最终实现质量分析