專利名稱：新型的串級四極質(zhì)量分析器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出 一種新型的串級四極質(zhì)量分析器及其工作方法。該串 級四極質(zhì)量分析器由兩組四極桿電極系統(tǒng)所組成。本發(fā)明還包括了這 兩組四極桿電極系統(tǒng)，即前級四極濾質(zhì)器和后級濾質(zhì)器上的電壓加載 方式，以及前后級四極濾質(zhì)器之間的關(guān)系。
背景技術(shù)：
四極質(zhì)量分析器，或稱之為四極濾質(zhì)器，是由四根柱形電極所組 成。通常情況下，加載在四極濾質(zhì)器上的工作電壓同時(shí)包含有直流電
壓(DC)和射頻電壓(RF)成份。當(dāng)使用四極濾質(zhì)器作質(zhì)量分析時(shí)， 調(diào)節(jié)它的工作電壓，使得在它的最大振幅DC/RF恒定的情況下，所 產(chǎn)生的掃描線a-2Xq通過第一穩(wěn)定區(qū)的頂點(diǎn)附近，從而讓質(zhì)荷比符合 穩(wěn)定條件的小部分離子通過，即達(dá)到濾質(zhì)的效果。
然而，實(shí)驗(yàn)過程中為了達(dá)到高質(zhì)量分辨的目的，需要保持直流和 交流電壓的比值，即DC/RF恒定。由于目前電源制造技術(shù)上的問題， 實(shí)際應(yīng)用過程中難以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分析的快速掃描。但如果所使用的工作 電源只輸出交流，即RF，也就是說，只有RF加載于四極濾質(zhì)器上， 則快速掃描就能得以實(shí)現(xiàn)。例如在專利US 2004238734中提到的軸向
4彈出四極濾質(zhì)器。然而，當(dāng)大量高質(zhì)荷比的離子都通過只有射頻RF 的四極濾質(zhì)器時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生較高的背景噪聲信號(hào)，干擾質(zhì)譜的分析 測量結(jié)果。這是目前該類四極濾質(zhì)器存在的主要問題。
本發(fā)明所給出的新型四極質(zhì)量分析器及其工作方法，不僅可以解 決傳統(tǒng)四極濾質(zhì)器的質(zhì)量快速掃描問題，還可以消除背景噪聲信號(hào)對 質(zhì)譜的分析測量結(jié)果的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種新型的串級四極質(zhì)量分析器。 本發(fā)明的又一目的在于提供所述新型的串級四極質(zhì)量分析器的離 子分析方法。
本發(fā)明提供一種新型的串級四極質(zhì)量分析器，由二對雙曲面形電 極，或者，四根柱桿形電極或者四根圓桿組成四極桿電極系統(tǒng)，在電
極桿系統(tǒng)上加載工作電壓包含直流電壓和射頻電壓，特點(diǎn)是由兩組
四極桿電極系統(tǒng)分別構(gòu)成前級四極濾質(zhì)器Ql和后級四極濾質(zhì)器Q2，
在濾質(zhì)器上加載的射頻電壓為正弦、余弦波、方波或者有周期性變化 的波中的一種。
在上述方案基礎(chǔ)上，所述的前級四極濾質(zhì)器Q1和后級四極濾質(zhì) 器Q2在垂直于軸向的截面上電極結(jié)構(gòu)完全相同，呈串級結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還提供了上述新型的串級四極質(zhì)量分析器的工作方法， 在前級四極濾質(zhì)器Q1和后級四極濾質(zhì)器Q2上的電壓加載方式不同， 具有不同的效果和作用。第一種工作方法，見圖l， Ql是前級四極濾質(zhì)器，V,cosQt是加 載在Ql上的主射頻電壓，Vrcoscot是加在Ql上的次級射頻電壓， 設(shè)Vr/V, =q'， a)/Q=v，則可以得到在四極場中，離子的通過率對 Mathieu方程參數(shù)q的變化，如圖3所示。
從圖3可見，在v^/10， q'增至0.02時(shí)，在9=0~0.2之間形成了 一條不穩(wěn)定帶，這樣質(zhì)荷比落在其中的離子，也就是大量的重離子， 都會(huì)由于不穩(wěn)定而被排除出四極桿中心區(qū)而無法穿過Q1到達(dá)下一個(gè) 區(qū)域。以這樣的方式，前級四極濾質(zhì)器Q1去除了大量高質(zhì)荷比的離 子，降低了背景噪音。
圖1中，Q2是后級四極濾質(zhì)器，V2CosQt是后級四極濾質(zhì)器的 主射頻電壓，V2'cOScot是后級四極濾質(zhì)器的從射頻電壓。設(shè)V27V2 =q，， co/Q=v，則可以得到在完美四極場中，離子的通過率對Mathieu 方程參數(shù)q的變化如圖5。
由圖5可見，在v-l/10， q，-0.06時(shí)，在q-0.87 0.88之間產(chǎn)生了 一個(gè)狹窄的穩(wěn)定區(qū)。利用該穩(wěn)定區(qū)可分離不同質(zhì)荷比的離子。
第二種工作方法，如圖2所示，前級四極濾質(zhì)器Q1的電壓加載 方式也可以為對主射頻電壓進(jìn)行調(diào)幅，設(shè)主射頻ViCosQt，調(diào)幅信號(hào) 頻率為①，調(diào)幅參數(shù)為m，則可以得到在四極場中，離子的通過率對 Mathieu方程參數(shù)q的變化，如圖4所示。
從圖4可見，在丫=9/10， m=0.1時(shí)，在q=0.1~0.2之間形成了一 條不穩(wěn)定帶。利用這條不穩(wěn)定帶，同樣可以排除高質(zhì)荷比離子。
第三種方法，如圖8所示，后級四極濾質(zhì)器Q2的電壓加載方式也可以為對主射頻電壓進(jìn)行調(diào)幅，設(shè)主射頻V2COsQt，調(diào)幅信號(hào)頻率
為co，調(diào)幅參數(shù)為m,則可以得到在完美四極場中，離子的通過率對 Mathieu方程參數(shù)q的變化如圖6。
從圖6中可得，在v-9/10, m=0.10 0.20時(shí)，在q=0.88~0.93之間 形成相對應(yīng)的不同穩(wěn)定帶。利用這些穩(wěn)定帶，同樣可以可分離不同質(zhì) 荷比的離子。
前級四極濾質(zhì)器Ql和后級四極濾質(zhì)器Q2同時(shí)掃描的關(guān)系如下 例。設(shè)所選前級四極濾質(zhì)器的不穩(wěn)定帶右邊界q值為ql (如圖3所 示，q，=0.02， ql=0.19)，而所選后級四極濾質(zhì)器的穩(wěn)定帶左邊界q值 為q2 (如圖5所示，q，=0.02， q2=0.865),那么在掃描過程中，V2= q1/ q2。在上述例子中Vi/ V2=0.19/0.865=0.220。 Ql和Q2的從射頻 電壓幅度由對應(yīng)的q'計(jì)算得到。
上述前后級四極濾質(zhì)器可為雙曲面形電極四極濾質(zhì)器，也可以是 圓桿形電極四極濾質(zhì)器，以及其它各種主要利用四極場性質(zhì)對離子進(jìn) 行分離的濾質(zhì)器。上述射頻電壓可為正弦或余弦波，方波，以及一切 周期性變化的波。Ql， Q2在垂直于軸向的截面上電極結(jié)構(gòu)完全相同。


圖1: RF-only串級四極濾質(zhì)器的工作方式之一。1為產(chǎn)生樣品離子的 離子源，4為前級四極濾質(zhì)器，其上加射頻電壓IO，包括主射頻電壓 VjCosQt和從射頻電壓Vi，cosQt。 6為后級四極濾質(zhì)器，其上加射頻 電壓ll，包括主射頻電壓V2CosQt和從射頻電壓V2'cosQt。 8為離子偏轉(zhuǎn)板，9為離子檢測器。3， 5為離子聚焦狹縫，7為離子聚焦柵網(wǎng)， 2為樣品離子。
圖2: RF-only串級四極濾質(zhì)器的工作方式之二。 1為產(chǎn)生樣品離子的
離子源，4為前級四極濾質(zhì)器，其上加射頻電壓IO，包括主射頻電壓
V^osQt和調(diào)幅信號(hào)(l+mcoscot)。 Q2為后級四極濾質(zhì)器，其上加主
射頻電壓ll， V2cosQt。 8為離子偏轉(zhuǎn)板，9為離子檢測器。3， 5為
離子聚焦狹縫，7為能量選擇柵網(wǎng)組，2為樣品離子。
圖3: Ql的從射頻電壓對離子通過率的影響。橫坐標(biāo)為Mathieu方程
的q值，縱坐標(biāo)為離子的通過率。v為從射頻電壓和主射頻電壓頻率
之比，q，為從射頻電壓和主射頻電壓幅度之比。
圖4: Ql的調(diào)幅電壓對離子通過率的影響。橫坐標(biāo)為Mathieu方程的
q值，縱坐標(biāo)為離子的通過率。v為調(diào)幅信號(hào)和主射頻電壓頻率之比，
m為調(diào)幅參數(shù)。
圖5: Q2的從射頻電壓對離子通過率的影響。橫坐標(biāo)為Mathieu方程 的q值，縱坐標(biāo)為離子的通過率。v為從射頻電壓和主射頻電壓頻率 之比，q，為從射頻電壓和主射頻電壓幅度之比。 圖6: Q2的調(diào)幅電壓對離子通過率的影響。橫坐標(biāo)為Mathieu方程的 q值，縱坐標(biāo)為離子的通過率。v為調(diào)幅信號(hào)和主射頻電壓頻率之比， m為調(diào)幅參數(shù)
圖7: RF-only串級四極濾質(zhì)器的工作方式之三。1為產(chǎn)生樣品離子的 離子源，4為前級四極濾質(zhì)器，其上加射頻電壓IO，包括主射頻電壓 VtCosQt和從射頻電壓VrcosQt。 6為后級四極濾質(zhì)器，其上加主射頻電壓ll, V2cosQt。 8為離子偏轉(zhuǎn)板，9為離子檢測器。3， 5為離 子聚焦狹縫，7為能量選擇柵網(wǎng)組，2為樣品離子。 圖8: RF-only串級四極濾質(zhì)器的工作方式之四。1為產(chǎn)生樣品離子的 離子源，4為前級四極濾質(zhì)器，其上加射頻電壓IO，包括主射頻電壓 VjCos^t和從射頻電壓VfcosQt。 6為后級四極濾質(zhì)器，其上加射頻 電壓ll，包括主射頻電壓V2CosQt和調(diào)幅信號(hào)(l+mcoscot)。 8為離 子偏轉(zhuǎn)板，9為離子檢測器。3， 5為離子聚焦狹縫，7為離子聚焦柵 網(wǎng)，2為樣品離子。
具體實(shí)施例方式
一種新型的串級四極質(zhì)量分析器，由二對雙曲面形電極，或者， 四根柱桿形電極或者四根圓桿組成四極桿電極系統(tǒng)，在電極桿系統(tǒng)上 加載工作電壓包含直流電壓和射頻電壓，由兩組四極桿電極系統(tǒng)分別 構(gòu)成前級四極濾質(zhì)器Ql和后級四極濾質(zhì)器Q2。其中，射頻電壓為 正弦、余弦波、方波或者有周期性變化的波中的一種。
本實(shí)施例中，前級四極濾質(zhì)器Ql和后級四極濾質(zhì)器Q2在垂直 于軸向的截面上電極結(jié)構(gòu)完全相同。以下通過四種使用方法詳述本發(fā) 明。
實(shí)施例1:
圖1為RF-only串級四極濾質(zhì)器的工作方式之一。樣品離子4經(jīng) 離子源IS電離，經(jīng)離子聚焦狹縫1進(jìn)入前級四極濾質(zhì)器Ql。 Ql在 主射頻電壓V,cosQt和從射頻電壓VrcosQt的共同作用下去除樣品離子中的高質(zhì)荷比的離子。去除了高質(zhì)荷比離子的樣品離子經(jīng)聚焦狹縫
2進(jìn)入后級四極濾質(zhì)器Q2。 Q2在主射頻電壓V2cosQt和次級射頻電 壓V cosQt的共同作用下，使樣品離子質(zhì)量選擇地通過。質(zhì)量選擇 通過的離子經(jīng)聚焦柵網(wǎng)3，再經(jīng)離子偏轉(zhuǎn)板D偏轉(zhuǎn)，被離子檢測器 Det檢測。檢測到的離子信號(hào)經(jīng)紀(jì)錄處理后形成質(zhì)譜測量結(jié)果。 實(shí)施例2:
圖2為RF-only串級四極濾質(zhì)器的工作方式之二。樣品離子4經(jīng) 離子源IS電離，經(jīng)離子聚焦狹縫1進(jìn)入前級四極濾質(zhì)器Ql。 Ql在 主射頻電壓V!cosQt和調(diào)幅信號(hào)(l+mcoscDt)的共同作用下去除樣品 離子中的高質(zhì)荷比離子。去除了高質(zhì)荷比離子的樣品離子經(jīng)聚焦狹縫 2進(jìn)入后級四極濾質(zhì)器Q2。 Q2在主射頻電壓V2cosQt作用通過軸向 彈出工作模式，使樣品離子根據(jù)其質(zhì)荷比不同，以相應(yīng)的動(dòng)能出射。 軸向出射的離子經(jīng)過能量選擇柵網(wǎng)組3被質(zhì)量選擇地分離。再經(jīng)離子 偏轉(zhuǎn)板D偏轉(zhuǎn)，被離子檢測器Det檢測。檢測到的離子信號(hào)經(jīng)紀(jì)錄 處理后形成質(zhì)譜測量結(jié)果。 實(shí)施例3:
圖7為RF-only串級四極濾質(zhì)器的工作方式之三。樣品離子4經(jīng) 離子源IS電離，經(jīng)離子聚焦狹縫1進(jìn)入前級四極濾質(zhì)器Ql。 Ql在 主射頻電壓ViCosQt和從射頻電壓VrcosQt的共同作用下去除樣品離 子中的高質(zhì)荷比離子。去除了高質(zhì)荷比離子的樣品離子經(jīng)聚焦狹縫2 進(jìn)入后級四極濾質(zhì)器Q2。 Q2在主射頻電壓V2cosQt作用通過軸向彈 出工作模式，使樣品離子根據(jù)其質(zhì)荷比不同，以相應(yīng)的動(dòng)能出射。軸向出射的離子經(jīng)過能量選擇柵網(wǎng)組3被質(zhì)量選擇地分離。再經(jīng)離子偏 轉(zhuǎn)板D偏轉(zhuǎn)，被離子檢測器Det檢測。檢測到的離子信號(hào)經(jīng)紀(jì)錄處 理后形成質(zhì)譜測量結(jié)果。 實(shí)施例4:
圖8為RF-only串級四極濾質(zhì)器的工作方式之四。樣品離子4經(jīng) 離子源IS電離，經(jīng)離子聚焦狹縫1進(jìn)入前級四極濾質(zhì)器Ql。 Ql在 主射頻電壓V^osQt和從射頻電壓VrcosQt的共同作用下去除樣品離 子中的高質(zhì)荷比離子。去除了高質(zhì)荷比離子的樣品離子經(jīng)聚焦狹縫2 進(jìn)入后級四極濾質(zhì)器Q2。 Q2在主射頻電壓V2cosQt和調(diào)幅信號(hào) (l+mcoscot)的共同作用下使樣品離子質(zhì)量選擇地通過。質(zhì)量選擇通 過的離子經(jīng)聚焦柵網(wǎng)3，在經(jīng)離子偏轉(zhuǎn)板D偏轉(zhuǎn)，被離子檢測器Det 檢測。檢測到的離子信號(hào)經(jīng)紀(jì)錄處理后形成質(zhì)譜測量結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種新型的串級四極質(zhì)量分析器，由二對雙曲面形電極，或者，四根柱桿形電極或者四根圓桿組成四極桿電極系統(tǒng)，在電極桿系統(tǒng)上加載工作電壓包含直流電壓和射頻電壓，其特征在于由兩組四極桿電極系統(tǒng)分別構(gòu)成前級四極濾質(zhì)器Q1和后級四極濾質(zhì)器Q2。其中，射頻電壓為正弦、余弦波、方波或者有周期性變化的波中的一種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的串級四極質(zhì)量分析器，其特征 在于所述的前級四極濾質(zhì)器Ql和后級四極濾質(zhì)器Q2呈串級結(jié)構(gòu)， 在垂直于軸向的截面上電極結(jié)構(gòu)完全相同。
3. 針對權(quán)利要求1或2所述的一種新型的串級四極質(zhì)量分析器的工 作方法，其特征在于加載在Ql上的主射頻電壓為VlC0SQt，加載 在Q1上的次級射頻電壓是Vrcoscot，設(shè)V!Wi =q，， co/Q= v 。在主 從射頻電壓的共同作用下，高質(zhì)荷比離子，都會(huì)由于不穩(wěn)定而被排除 出四極桿而無法穿過Q1到達(dá)下一個(gè)區(qū)域。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的一種新型的串級四極質(zhì)量分析器的工作方法， 其特征在于前級四極濾質(zhì)器Q1的電壓加載方式為對主射頻電壓進(jìn) 行調(diào)幅，設(shè)主射頻V^osQt，調(diào)幅信號(hào)頻率為co，調(diào)幅參數(shù)為m。在 調(diào)幅電壓的作用下，高質(zhì)荷比離子都會(huì)由于不穩(wěn)定而被排除出四極桿 而無法穿過Q1到達(dá)下一個(gè)區(qū)域。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4的一種新型的串級四極質(zhì)量分析器的工作方 法，其特征在于Q2是后級四極濾質(zhì)器，V2COsQt是后級四極濾質(zhì)器的主射頻電壓，V2'COS(Ot是后級四極濾質(zhì)器的從射頻電壓，設(shè)V2'/V2=q，， o)/Q=V。則在主從射頻電壓的共同作用下，可以對不同質(zhì)荷比的離子進(jìn)行質(zhì)量分析。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3或4的一種新型的串級四極質(zhì)量分析器的工作方 法，其特征在于后級四極濾質(zhì)器Q2的電壓加載方式為對主射頻電 壓進(jìn)行調(diào)幅，設(shè)主射頻V2CosQt，調(diào)幅信號(hào)頻率為①，調(diào)幅參數(shù)為m。 則在調(diào)幅電壓的作用下，可以分離不同質(zhì)荷比的離子。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6之一所述的一種新型的串級四極質(zhì)量分析器 的工作方法，其特征在于前級四極濾質(zhì)器Ql和后級四極濾質(zhì)器 Q2同時(shí)掃描。
全文摘要
本發(fā)明提出一種新型的串級四極質(zhì)量分析器及其工作方法。一種新型的串級四極質(zhì)量分析器，由二對雙曲面形電極，或者，四根柱桿形電極或者四根圓桿組成四極桿電極系統(tǒng)，在電極桿系統(tǒng)上加載工作電壓包含直流電壓和射頻電壓，其中，由兩組四極桿電極系統(tǒng)分別構(gòu)成前級四極濾質(zhì)器Q1和后級四極濾質(zhì)器Q2，所述的射頻電壓為正弦、余弦波、方波或者有周期性變化的波中的一種。本發(fā)明還提供了上述串級四極質(zhì)量分析器的工作方法，在前級四極濾質(zhì)器Q1和后級四極濾質(zhì)器Q2上的電壓加載方式不同，具有不同的效果和作用。
文檔編號(hào)H01J49/42GK101527246SQ20091004763
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者丁傳凡, 尼古拉·科倫考夫, 嬋 羅, 蔣公羽 申請人:復(fù)旦大學(xué)