一种分段驱动离子漏斗的装置

1.本发明属于质谱分析技术领域，特别涉及一种分段驱动离子漏斗的装置。


背景技术：

2.离子漏斗是一种新型的离子导向装置，它通过射频电场对离子的径向束缚和匀强电场对离子的轴向推进，可以在较高的气压背景下(《10torr)高效地实现离子的捕获、传输与聚焦，大幅度提高离子的传输效率，有效提升质谱仪器的探测灵敏度。
3.然而，离子漏斗是由几十片甚至上百片电极同轴等间距堆叠而成，固有电容值高达几nf，所需驱动电源的开发极其困难，频率、幅值等关键电气参数很难满足离子的传输、聚焦需求，严重制约了离子漏斗在质谱仪器中的应用。过去十多年间，科研学者通过减小相邻电极片之间的正对面积，尝试降低离子漏斗的固有电容值。尽管离子漏斗的固有电容值从几nf降至几百pf，但相比于多极杆的几十pf仍然高出一个量级，以致于离子漏斗在质谱仪器中的应用一直没有太大的进步。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分段驱动离子漏斗的装置，以解决现有离子漏斗因固有电容值偏大而导致所需驱动电源开发极其困难的问题。
5.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种分段驱动离子漏斗的装置，包括交流电源、直流电源和离子漏斗装置；所述离子漏斗装置包括2n+3片同轴等间距堆叠的环形电极，前2n片环形电极被依次等分成x组电极组，x≥2且n是x的整数倍；所述交流电源包括x路输出，且所述交流电源的第1路输出至第x路输出分别一一对应的为所述离子漏斗装置的第1组电极组至第x组电极组供电；所述直流电源包括5路输出，所述直流电源的第1路输出和第2路输出分别对应施加在所述离子漏斗装置的第1片和第2n片环形电极上，第3路输出至第5路输出分别对应施加在所述离子漏斗的第2n+1片环形电极至第2n+3片环形电极上。
6.在上述的分段驱动离子漏斗的装置中，各环形电极的外径相同，各环形电极的内径从第i组电极起逐渐减少形成漏斗状，其中1≤i≤x-1。
7.在上述的分段驱动离子漏斗的装置中，所述交流电源的x路输出是由信号发生装置产生的一个交流信号同时经过x路放大电路放大后得到。
8.在上述的分段驱动离子漏斗的装置中，所述交流电源的x路输出中的每路输出均有两条引线，两条引线上电压的幅值相等、相位相差180度；第一条引线与对应电极组中的奇数项环形电极连接，第二条引线与对应电极组中的偶数项环形电极连接。
9.在上述的分段驱动离子漏斗的装置中，所述交流电源的x路输出中各条引线均各自通过一个电容并联至相应的环形电极上。
10.在上述的分段驱动离子漏斗的装置中，所述第1片至第2n片电极的每相邻两个电极片之间均连接有分压电阻。
11.与现有技术相比，本分段驱动离子漏斗的装置具有以下优点：
12.1、首次提出分段驱动离子漏斗的思路，拆解了离子漏斗固有电容值偏大的现实难题。
13.2、交流电源的每路输出驱动一组电极组，通过增设交流电源输出通道的个数可以增多对离子漏斗的分组，从而降低每组电极组的固有电容值，便于开发出频率更大、幅值更高的交流电源。
14.3、离子漏斗每片环形电极上施加电压的频率、幅值的可调范围广，方便优化离子漏斗的传输、聚焦性能，有助于推动离子漏斗在质谱仪器中的大规模应用
附图说明
15.图1示出了本发明分段驱动离子漏斗的结构示意图。
16.图中，1为交流电源；2为直流电源；3为离子漏斗装置。
具体实施方式
17.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
18.本发明实施例提供了一种分段驱动离子漏斗的装置，包括交流电源1、直流电源2和离子漏斗装置3；离子漏斗装置3包括2n+3片同轴等间距堆叠的环形电极，前2n片环形电极被依次等分成x组电极组，最后3片环形电极不参与分组，x≥2且n是x的整数倍；交流电源1包括x路输出，且交流电源1的第1路输出至第x路输出分别一一对应的为离子漏斗装置3的第1组电极组至第x组电极组供电，即交流电源1的第1路输出、第2路输出、
……
、第x路输出分别为所述离子漏斗装置3的第1组电极、第2组电极、
……
、第x组电极供电；直流电源2包括5路输出，直流电源2的第1路输出和第2路输出分别对应施加在离子漏斗装置3的第1片和第2n片环形电极上，第3路输出至第5路输出分别对应施加在离子漏斗装置3的第2n+1片环形电极至第2n+3片环形电极上。
19.在一种具体的实施方式中，如图1所示，离子漏斗装置3由第1片环形电极、第2片环形电极至第2n+3片环形电极由左至右依次排列堆叠而成。各片环形电极的外径相同，各环形电极的内径从第i组电极组起逐渐减少形成漏斗状，其中1≤i≤x-1，前i组的内径相同，第1片至第2n片电极的每相邻两个电极片之间均连接有分压电阻。如图所示，这2n+3片环形电极的前2n片环形电极被分为x组电极组后，每组电极组内均包括(2n/x)片环形电极，最后3片直接与直流电源2的第3路输出至第5路输出连接。
20.对应施加到上述x组电极组的交流电源1的x路输出中，每路输出均有两条引线，两条引线上电压的幅值相等、相位相差180度；第一条引线与对应电极组中的奇数项环形电极连接，第二条引线与对应电极组中的偶数项环形电极连接。交流电源1的x路输出中各条引线均各自通过一个电容并联至相应的环形电极上。
21.上述的交流电源1的x路输出是由信号发生装置产生的一个交流信号同时经过x路放大电路放大后得到。通过x路放大电路分别进行放大，可以将各路交流输出的射频信号控制为相同值，彼此之间不存在相位差，仅在每一路交流输出的内部两条引线的相位上设置相位差，使得相邻环形电极之间的相位差保持180度。
22.本发明实施例的分段驱动离子漏斗的装置将传统离子漏斗单射频电源驱动变为多路相同射频电源驱动，并且保证了相邻环形电极之间180度相位差，实现了将大容性负载分割为多个小容性负载，减少电源开发难度，使得离子漏斗装置3的频率、幅值等参数能够大幅提升，并且聚焦了其传输和聚焦性能，有助于推动离子漏斗装置3在质谱仪器中的大规模应用。
23.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。


技术特征：
1.一种分段驱动离子漏斗的装置，包括交流电源、直流电源和离子漏斗装置；所述离子漏斗装置包括2n+3片同轴等间距堆叠的环形电极，前2n片环形电极被依次等分成x组电极组，x≥2且n是x的整数倍；所述交流电源包括x路输出，且所述交流电源的第1路输出至第x路输出分别一一对应的为所述离子漏斗装置的第1组电极组至第x组电极组供电；所述直流电源包括5路输出，所述直流电源的第1路输出和第2路输出分别对应施加在所述离子漏斗装置的第1片和第2n片环形电极上，第3路输出至第5路输出分别对应施加在所述离子漏斗的第2n+1片环形电极至第2n+m片环形电极上。2.根据权利要求1所述的分段驱动离子漏斗的装置，其特征在于，各环形电极的外径相同，各环形电极的内径从第i组电极组起逐渐减少形成漏斗状，其中1≤i≤x-1。3.根据权利要求1或2所述的分段驱动离子漏斗的装置，其特征在于，所述交流电源的x路输出是由信号发生装置产生的一个交流信号同时经过x路放大电路放大后得到。4.根据权利要求3所述的分段驱动离子漏斗的装置，其特征在于，所述交流电源的x路输出中的每路输出均有两条引线，两条引线上电压的幅值相等、相位相差180度；第一条引线与对应电极组中的奇数项环形电极连接，第二条引线与对应电极组中的偶数项环形电极连接。5.根据权利要求4所述的分段驱动离子漏斗的装置，其特征在于，所述交流电源的x路输出中各条引线均各自通过一个电容并联至相应的环形电极上。6.根据权利要求1或2所述的分段驱动离子漏斗的装置，其特征在于，所述第1片至第2n片电极的每相邻两个电极片之间均连接有分压电阻。

技术总结
本发明提供了一种分段驱动离子漏斗的装置，该装置包括交流电源、直流电源和离子漏斗装置；离子漏斗装置包括2N+3片同轴等间距堆叠的环形电极，前2N片环形电极被依次等分成X组电极组，X≥2且N是X的整数倍；交流电源包括X路输出，且交流电源的第1路输出至第X路输出分别一一对应的为离子漏斗装置的第1组电极组至第X组电极组供电；直流电源包括5路输出，直流电源的第1路输出和第2路输出分别对应施加在离子漏斗装置的第1片和第2N片环形电极上，第3路输出至第5路输出分别对应施加在离子漏斗的第2N+1片环形电极至第2N+3片环形电极上。本装置能有效解决现有技术中固有电容值偏大的问题，利于离子漏斗在质谱仪器中的应用。利于离子漏斗在质谱仪器中的应用。利于离子漏斗在质谱仪器中的应用。


技术研发人员：郭腾 程平 严钱钱
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2022.03.04
技术公布日：2022/6/4