离子传输聚焦装置的制作方法

本发明涉及质谱领域，特别涉及离子传输聚焦装置。

背景技术：

质谱技术已被广泛用于带电离子的高灵敏度高选择性定量定性分析。随着对高灵敏度检测需求的日益迫切，国际社会对质谱技术的重视也随之提高，截止目前，已有6位质谱领域做出卓越贡献的科学家获得诺贝尔奖。质谱主要由离子源、质量分析器、检测器和真空系统构成。针对不同的实际应用，可自由选择不通的离子源及质量分析器等。离子从离子源中产生，到被检测器检测到的所有传输过程中，都不可避免离子损失，降低检测灵敏度。因此离子传输效率对于整个质谱系统至关重要。对于离子源部分，产生离子飞行方向多为无规则方向，进入真空电场后随电场方向运动，然后离子源与低真空部分接口尺寸远小于离子无规则运动扩散程度。因此在这一连接过程中，离子聚焦显得至关重要。而对于特定的离子分离技术，例如离子淌度技术，分离过程中，离子与缓冲器碰撞过程中，飞行方向为随机方向，因此存在扩散问题，导致离子损失严重，这一过程中同样十分需要离子聚焦技术。

对于质谱仪器中离子传输，尤其在低真空传输过程中的，离子传输聚焦装置起到了消除中性离子干扰，增强离子聚焦，减少离子损失，提高离子传输效率以达到更高的检测灵敏度和检测效率的作用，可见离子传输聚焦系统对于质谱仪器系统的分析检测性能有着至关重要的影响。近年来应用最为广泛的离子传输装置为多极杆离子传输导向系统，该系统主要操作在低真空条件下，对于类似于离子淌度技术等操作于略高真空下的离子光学系统，多极杆导向技术不能够有效起到离子聚焦效果。

因此，鉴于以上问题，本发明通过研究创新，设计并制造了一种离子传输聚焦装置，能够有效提高离子传输聚焦效率，协助质谱提高检测灵敏度和检测效率，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决至少一项上述现有缺陷(不足)，本发明提供了一种离子传输聚焦装置，用于质谱仪器离子光学系统中的离子传输聚焦，以及中性离子筛分，消除中性离子干扰，增强离子聚焦，减少离子损失，提高离子传输效率以达到更高的检测灵敏度和检测效率。

本发明提供的离子传输聚焦装置，具体包括：

叠环极片组，在垂直于离子传输方向上，所述叠环极片组由第一极片单元和第二极片单元构成，所述第一极片单元包括一块极片或两块以上内径相同的极片，所述第二极片单元包括内径依次递减的至少两块极片；

供电装置，所述供电装置为所述第一极片单元和第二极片单元供电，沿离子传输方向每块极片上施加依次递减的直流电压作为离子水平动能，同时，每块极片上还施加RF射频电压，相邻极片间射频正反相相反；

连接装置，包括底座以及设置在所述底座上用于固定所述极片的陶瓷组件。

本发明中，所述极片优选为印刷线路板或不锈钢板。

本发明中，所述极片形状为圆环以及均匀分散在圆环周边的四个手臂转弯结构。

本发明中，所述极片直径为3mm～10cm。

本发明中，所述供电装置采用印刷线路板焊接电阻组和电容组连接。

本发明中，所述RF射频电压为50V～1KV，频率为1KHz～100MHz。

本发明中，所述直流电压根据具体需要受控变化，优选电压为0V～1500V。

本发明中，所述陶瓷组件为四组，每组陶瓷组件中的相邻陶瓷片夹持一个手臂转弯结构。

本发明中，所述第二极片单元内径减小规则遵循抛物线规律。

本发明另一个方面涉及离子传输聚焦方法，具体工作方法为在所述离子沿离子传输方向每块极片上施加依次递减的直流电压，作为离子水平动能，同时，每块极片上还施加RF射频电压，相邻极片间射频相反；离子在所述RF射频电压和直流偏置电位的协同作用下，实现高效离子传输聚焦，并起到中性离子筛分作用。

附图说明

图1是根据本发明实施例的离子传输聚焦装置。

图2是根据本发明实施例的离子传输聚焦装置叠环极片组正视图。

图3是本发明每个极片的结构示意图。

图4是本发明中极片加电方式示意图。

元件标号说明

叠环极片组 1

极片 11

圆环 111

手臂转弯结构 112

供电装置 2

连接装置 3

底座 31

陶瓷组件 32

陶瓷片 321

具体实施方式

以下说明详细描述了本发明的可实施方式以及指导本领域技术人员如何实现本发明的再现。为了指导本发明的技术方案，已简化或省略的一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变形或将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变形。由此，本发明并不局限于下属可选实施方式，而仅有权利要求和他们的等同物限定。

请参阅图1和图2所示，本发明提供的离子传输聚焦装置，具体包括：

叠环极片组1，在垂直于离子传输方向上，所述叠环极片组1由第一极片单元和第二极片单元构成，所述第一极片单元包括一块极片或两块以上内径相同的极片，所述第二极片单元包括内径依次递减的至少两块极片；所述极片为圆环111以及均匀分散在圆环111周边的四个手臂转弯结构112。如图3所示。

本发明中手臂转弯结构112的设计目的：因前后相邻的两片之间是施加射频电压，彼此相邻的极片之间，又电极相对放置产生的电容C，则会成为该射频电压的负载电容。负载电容过大，会使得射频电压供电电源的功率显著上升，并会造成施加在极板上的射频电压的品质降低、Vpp值不再线性受控等后果。使用手臂型的转弯造型的设计，相邻的电极是采用对称放置的方式，可以有效地减少相邻电极的正对面积，从而降低电容值，有利于射频电压的施加和控制。

供电装置2，所述供电装置2为所述第一极片单元和第二极片单元供电，沿离子传输方向每块极片11上施加依次递减的直流电压作为离子水平动能，同时，每块极片11上还施加RF射频电压，相邻极片间射频正反相相反。请参照图4所示。

连接装置3，包括底座31以及设置在所述底座31上用于固定所述极片11的陶瓷组件32。本发明中，所述陶瓷组件32为四组，每组陶瓷组件32中的相邻陶瓷片321夹持一个手臂转弯结构112。

所述极片材料可选用任何导电材料，优选为印刷线路板或不锈钢板。所述极片形状可根据实际需要受控变化，优选为圆环。所述极片尺寸根据实际需要受控变化，优选直径为3mm～10cm。

所述供电部分可以通过各种形式实现所述供电效果，优选为印刷线路板焊接电阻组及电容组。所述供电部分提供RF射频电压根据具体需要受控变化，优选电压为50V～1KV，频率为1KHz～100MHz。所述供电部分提供直流电压根据具体需要受控变化，优选电压为0V～1500V。

本发明中，所述叠环极片组沿离子传输方向，内径尺寸由两部分构成，第一部分为线性部分，即由内径相同的极片组成，此部分极片数量无特殊要求；第二部分为曲线部分，即由内径依次减小，减小规则遵循抛物线规律的极片组成，抛物线参数、各极片间距离、极片数量可根据实际需要受控变化，此部分至少由三块极片组成。所述连接装置根据具体需要设计结构选择材料，所有参数根据情况受控调节。

具体的，请参照图4和下表所示，本实施例中，选取20层结构的极片构成叠环极片组。(图4仅为部分示意图，未画出全部极片)其中，第一层至第10层，开孔的半径x满足抛物线方程：y＝0.541x2-0.034。其中，y为轴向每一层到第一层的距离；系数0.541和-0.034，为计算所得。计算时，固定第一层开孔直径为0.5mm，第10层开孔直径为10mm，由第一层开始，层间距为1.5mm。计算得到抛物线方程后，即可算出第2层至第9层开孔尺寸，见表格。从第11层至第22层，开孔尺寸与第10层相同，均为10mm。

每一层之间的直流电位，由等值的串联电阻分压所得，第一层施加直流电位12V，第22层施加直流电位75V。由此亦可得知每一层直流电位情况，见表格。

本发明的一种离子传输聚焦装置，用于质谱仪器离子光学系统中的离子传输聚焦，以及中性离子筛分，消除中性离子干扰，增强离子聚焦，减少离子损失，提高离子传输效率以达到更高的检测灵敏度和检测效率。

采用本装置的具体工作方法为在所述离子沿离子传输方向每块极片上施加依次递减的直流电压，作为离子水平动能，同时，每块极片上还施加RF射频电压，相邻极片间射频相反；离子在所述RF射频电压和直流偏置电位的协同作用下，实现高效离子传输聚焦，去溶剂化，并起到中性离子筛分作用。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。