用于质谱分析的防污染离子导向装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于质谱分析的射频(RF)离子导向装置。
【背景技术】
[0002]离子导向装置通常用于质谱仪(MS)中以在离子源与质量分析器之间传输离子，并且通常由围绕公共轴线放置的大量细长平行导电杆组成。现有技术中已知各种离子导向装置的实施例。图1示出了现有技术的多极杆离子导向装置的一个示例。为了便于描述，图1的离子导向装置示例特指四极杆离子导向装置。然而，本发明的实施例也可用于其他类型的多极杆，例如六极杆、八极杆等。在图1的离子导向装置中，在电压发生器105和110的驱动下，来自离子源(图中未示出)的离子传输至离子导向装置100。
[0003]如图1所示，构成四极杆离子导向装置100的四个导电杆被布置为两对，每一对接收被表示为Vcos (wt)的相同的RF信号，其中V和w分别是RF信号的幅度和频率。一对杆接收零相位的信号(+Vcos(wt))，另一对杆接收180度相移的信号(-Vcos(wt))，从而使离子导向装置100充当对较宽范围质荷比(通常表示为m/z)的离子进行传输的离子管。m/z比的范围具有下限和上限，超过上限和下限的离子无法再被可靠地传输。下限值比较明确(有时称为低质量截止)，而上限值略微更加模糊。
[0004]图2示意性示出了在完整质谱仪这一更广的设备场景下用于在三重四极杆质量分析器装置Q1、Q2、Q3之前传输离子的四极杆离子导向装置QO的示例。所述质谱仪可安装在外壳200中，其分为两个单独的真空级202A、202B，并且可包括EI或Cl离子源204、位于离子源204的出口处的透镜管206(用于提取离子并将其发射至四极杆离子导向装置Q0)、初级质量过滤器Q1、提供U形转弯离子路径的曲线四极杆碰撞/碎裂室Q2，以及在离子源204和离子检测器之间串行排列的次级质量过滤器Q3。
[0005]如示出的那样，离子源204和离子检测器通常位于质谱仪的离子路径的相反的两端。由于示例所示的特定路径设置而导致离子源204和离子检测器可设置为:非常靠近彼此，仅由形成两个真空级202A、202B的边界的间壁208(虚线)隔开。除了所示的示例，同样可以利用直线等效物代替弯曲装置QO和Q2，从而实现直线构造。
[0006]超高(涡轮)真空栗(未示出)可布置在外壳200中以使两个真空级202A、202B保持真空。排气孔(图2中未示出)可位于外壳200的不同位置。透镜管206和离子源204位于外壳200的第一密封区域中，该区域通过壁208以及与盖子接合的密封环设置(二者均未示出)以实现真空密封。
[0007]在沿着四极杆离子导向装置QO的离子路径的中心，可以提供用于将相互作用的气体(例如氦气、氮气或甲烷)导入到四极杆离子导向装置QO的进气口，离子导向装置QO可配置为类似于美国专利第8，525，106B2号(发明人Muntean)中描述的离子导向装置那样。
[0008]在图2所示的示例中，四极杆离子导向装置QO呈90°弯曲。射频电压和(视情况而定的)直流(DC)偏置电压可施加到相邻的极杆电极。极杆电极的剖面可为多种不同形状，例如方形、圆形、椭圆形(hyperbolically round)、圆形凹面、扁平、直线形等。
[0009]由于靠近源区域，离子导向装置通常受到离子导向电极上沉积物形式的污染。沉积物可由在电极上凝聚的中性分子形成，或者通过受到离子导向装置排斥的大量离子撞击电极(作为受到排斥的结果)并失去电荷从而使得基本上中性的底物分子在电极上凝聚而形成。上述内容的综合效果还可以是:中性分子在电极上凝聚，然后与撞击电极的被排斥的离子发生反应，然后分解为“生长”在电极表面上的稳定的固态结构(例如，已分解的碳氢化合物分析物分子中产生的碳沉积物)。
[0010]图3以示例方式示出了在发明人实验室中的操作期间实际形成在两个四极杆离子导向装置电极的内表面上的沉积物(虚线轮廓)的图形表示。所示为一个入口端，在此处沿着两个极杆电极中间的轨迹箭头接收离子，所述极杆电极具有实质上为方形的截面。为清楚起见，并未示出通常位于图示电极的对面以实现径向离子限制的另外两个四极杆电极。偏离中间虚线箭头的两个虚线箭头示意性示出了与会被发射的离子相比，被排斥的离子会选择的路径。如该图明显所示以及在实验室的实践中频繁观察到的那样，沉积物主要形成在电极表面的中心部分。
[0011]文献中已经描述了质谱仪中的这类沉积物，例如Girard等人的JournalofChromatography Science, 2010年 10 月，48(9) ,778-779 以及 KennethL.Busch 的 2010年9 月 I日的在线出版物“1n Burn and the Dirt of Mass Spectrometry”。
[0012]不期望在离子导向装置电极上形成沉积物，这是因为沉积层可能是电介质，并在受到被排斥的离子撞击时充电。在这种情况下，沉积物会造成不期望的电势皇，这会使离子运动偏转和弯曲，从而使MS性能恶化。
[0013]上述沉积问题的补救方法可以是在操作期间加热离子导向装置电极，从而使所述电极更不易于接受污染沉积物。另一种补救方法是定期清洁离子导向装置电极以在沉积物已生长到过大程度时恢复MS性能。第一种解决方案(加热)增加了质谱仪设计的复杂度，这既是因为其需要额外的用于加热的硬件，也是因为其需要添加热障以防止热离子导向装置影响随后的质量分析器的性能。第二种解决方案(清洁)通常不能频繁使用，这是因为会减少仪器的正常运行时间，从而不利于MS的生产率。此外，如果没有正确地进行拆卸、清洁和重新组装(例如，由缺乏训练的员工执行)，也会造成性能问题。
[0014]D.L.Swingler在Internat1nal Journal of Mass Spectrometry and 1nProcesses ,54(1983)225-230中建议在四极杆质量过滤器的极杆电极中设置纵向槽和横向槽。虽然电极的这种结构修改可减轻污染问题，但是电极直接将材料保留在其前端，这里极易受离子撞击，因此形成沉积物。从离子轨迹仿真中可以看出，位于离子导向装置的入口区域处的电极表面将暴露于最高的离子电流，这是因为被RF限制电场排斥(S卩，不是稳定发射)的大部分尚子将在这一点射出。
[0015]鉴于上述内容，需要提供一种电极表面不易受到污染的离子导向装置。
【发明内容】
[0016]本公开示出了一种离子导向装置构造，其通过基本允许被RF限制电场排斥的离子飞过并远离离子导向装置电极、并且防止所述离子撞击离子导向装置电极的灵敏的电势定义表面而在本质上使污染最小化。
[0017]在第一方面，本发明涉及一种射频离子导向装置，其具有围绕轴布置的多个电极以及将射频电压施加至所述多个电极以对离子进行径向限制的射频电压发生器，其中在所述离子导向装置的入口端接收离子，并且其中所述多个电极中的每个电极具有位于所述离子导向装置的入口端处的叉状前端。
[0018]所述叉状前端可包括至少两个齿。
[0019]在多个不同的实施例中，导电网格可覆盖齿间的中间缝隙，从而至少部分地恢复每个电极的电势定义内表面。
[0020]所述齿的厚度可以在远离轴的方向上减小，从而使所述缝隙获得诸如实质上为V型的剖面。
[0021]所述齿可以(从所述前端)沿轴延伸约I厘米。
[0022]在多个不同的实施例中，齿间缝隙的宽度可以总计达到电极总宽度的一半。此外，齿间缝隙的宽度可沿着所述轴的方向逐渐减小。
[0023]所述前端可以是两个分叉(两个齿)和多个分叉(四个或更多个齿)中的一种。
[0024]在多个不同的实施例中，所述多个电极可包括四个或更多个(例如六个、八个等)杆电极。
[0025]在多个不同的实施例中，所述多个电极可以包括直(或直线)电极和弯曲电极(例如，呈90°弯曲或呈180°弯曲)中的一种。
[0026]在多个不同的实施例中，所述装置还可包括离子源(例如EI源或Cl源)，其位于所述离子导向装置的上游，以使得来自所述离子源的离子传输至所述入口端，并且还可包括位于所述离子导向装置下游的质量分析器(例如三重四极杆质量分析器、飞行时间分析器、傅里叶变换分析器等)，以使得已穿过所述离子导向装置的离子被进一步传输至质量分析器。
[0027]所述每个电极的入口端的第一部分可以实质上与所述每个电极的后面的第二部分分呙。
[0028]在多个不同的实施例中，所述分离的部分可以处于第一压力状态(例如在离子源中)，所述后面的第二部分可以处于第二低压状态(例如在真空级中)。
[0029]在多个不同的实施例中，施加至所述分离的部分的射频电压可以不同于施加至所述后面的第二部分的射频电压。
[0030]所