專利名稱：線性離子阱結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明質(zhì)譜分析領(lǐng)域，特別是涉及一種線性離子阱結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的離子阱質(zhì)量分析器屬于旋轉(zhuǎn)對稱的雙曲面三維離子阱。早期三維離子阱由德國科學(xué)家Wolfgang Paul和美國科學(xué)家Hans Georg Dehmelt等于1950年代研制并專利化(1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))。此時(shí)的射頻離子阱為三維離子阱，它由兩片端蓋電極和一個(gè)環(huán)電極組，可以由數(shù)控車床加工而成。由于它具有z軸的旋轉(zhuǎn)對稱性，所以稱之為三維離子阱。三維離子阱的z軸剖面具有雙曲線結(jié)構(gòu)。1990 年代，美國 Finnigan 公司的 Jae Schwartz 和 Michael Senko 以及 John Syka等人發(fā)展了二維線性離子阱，并取得了一系列的專利。這種離子阱與之前的三維離子阱的區(qū)別在于對稱性不同，線型離子阱具有兩個(gè)垂直的對稱面，在形式上更接近于“四極桿”的對稱性。在加工方面，線型離子阱采用了技術(shù)難度較高的曲面磨床，成本增加較多。線型離子阱的垂直于z軸剖面具有雙曲線結(jié)構(gòu)。線型離子阱的優(yōu)勢在于，理論完善(與雙曲面三維離子阱數(shù)學(xué)上等同)，離子容量容量大、靈敏度高出三維離子阱10倍(理論上是200倍)。同一時(shí)期(1995年)，加拿大Sciex公司(AB Sciex)的James Hager發(fā)展了基于四極桿的線型離子阱技術(shù)一QTrap系列線型離子阱。這一技術(shù)采用完全商業(yè)的四極桿分析器(API3200、API4000和API5000等)，利用輸出透鏡作為激發(fā)電極，施加激勵(lì)電壓。這一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是保留了四極桿原有的強(qiáng)大定性能力，同時(shí)新增了多級串級能力，在法規(guī)檢測領(lǐng)域(環(huán)境、食品安全等)具有較高的應(yīng)用價(jià)值。此技術(shù)裝置不需要具備雙曲線結(jié)構(gòu)。離子阱的電極形狀之所以存在簡化的可能，是因?yàn)殡x子阱在工作的初始階段，離子集中在3D離子阱的中心點(diǎn)或 者是線型離子阱的中心軸附近，而在這些位置的電場并不完全由電極的形狀來決定；更重要的決定因素是電極的對稱性。例如，對于三維離子阱(3DIT)它的對稱性是Dh，即旋轉(zhuǎn)軸對稱和垂直于旋轉(zhuǎn)軸的面對稱；圓柱型離子阱(CIT)也具有相同的對稱性。那么在中心點(diǎn)的附近微小的距離內(nèi)，3DIT和CIT具有非常類似的電場；只有遠(yuǎn)離了中心點(diǎn)后，電極的形狀才漸漸顯現(xiàn)出來。類似的情況還有雙曲面四極桿和圓柱型四極桿、雙曲面線型離子阱和平板型離子阱、平板離子阱和臺階離子阱。如圖1所示，現(xiàn)有線性離子阱一般由2組電極組成，包括y方向的2只RF電極、以及X方向的2只ac電極。通常RF電極連接射頻發(fā)生器的正相位(+RF)，以接入數(shù)百kHz至數(shù)MHz的O 30kVpp射頻電壓,ac電極連接射頻發(fā)生器的反相位(-RF)(或交流接地),同時(shí)通過變壓器具有較弱的數(shù)kHz至數(shù)百kHz的O IOOVpp的輔助射頻+/_ac。輔助射頻在兩個(gè)ac電極上具有相反的相位，由此，在四極場中形成偶極激發(fā)電場(DIPOLE)，如圖2所示。在該線性離子阱中，雖然離子僅能從狹縫射出，但由于不針對狹縫瞄準(zhǔn)的激發(fā)方式，會導(dǎo)致離子的大量浪費(fèi)
發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種線性離子阱結(jié)構(gòu)，有效減少離子的浪費(fèi)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種線性離子阱結(jié)構(gòu)，其至少包括:第一電極，用于連接強(qiáng)射頻電壓的正極；與所述第一電極圍合形成離子運(yùn)行空間且有開口的第二電極，用于連接強(qiáng)射頻電壓的負(fù)極或地；以及貼近所述第二電極外側(cè)設(shè)置且有狹縫的第三電極，用于耦合輔助射頻電壓，其中，所述狹縫相對于所述開口設(shè)置。優(yōu)選地，第三電極呈平板狀或彎折狀。優(yōu)選地，第三電極黏貼在第二電極外側(cè)。優(yōu)選地，第二電極呈圓柱棒狀、雙曲面棒狀或方形棒狀。優(yōu)選地，第二電極包括4個(gè)分離的子電極。優(yōu)選地，第一電極呈圓柱棒狀或雙曲面棒狀。優(yōu)選地，第一電極比第二電極粗。如上所述，本發(fā)明的線性離子阱結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果:能增強(qiáng)離子的穩(wěn)定性，提高離子的激發(fā)分辨力。


圖1顯示為現(xiàn)有線性離子阱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示為現(xiàn)有線性離子阱結(jié)構(gòu)中形成的偶極激發(fā)電場示意圖。圖3顯示為本發(fā)明的一種優(yōu)選線性離子阱結(jié)構(gòu)示意圖。圖4顯示為本發(fā)明的另一種優(yōu)選線性離子阱結(jié)構(gòu)示意圖。圖5顯示為本發(fā)明的又一種優(yōu)選線性離子阱結(jié)構(gòu)示意圖。圖6顯示為本發(fā)明的再一種優(yōu)選線性離子阱結(jié)構(gòu)示意圖。元件標(biāo)號說明la、lb、lc、Id線性離子阱結(jié)構(gòu)I la、I lb、I lc、lld 第一電極包括的子電極12a、12b、12c、12d 第二電極包括的子電極13a、13b、13c、13d 第三電極包括的子電極121a、121c開口131a、131c、131d 狹縫
具體實(shí)施例方式以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。請參閱圖3至圖6。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。實(shí)施例一:如圖3所示，本實(shí)施例的線性離子阱結(jié)構(gòu)Ia包括第一電極、第二電極及第三電極。其中，第一電極包括上下2個(gè)子電極11a，子電極Ila為直徑IOmm粗圓柱棒狀電極，均連接射頻電源電壓的正極，即接入+RF ;第二電極包括左右4個(gè)分離的子電極12a，與2個(gè)子電極Ila圍合形成離子運(yùn)行空間，4個(gè)子電極12a均為較細(xì)的直徑4_圓柱棒狀電極，均連接射頻電源電壓的負(fù)極，即接入-RF，且同側(cè)的2個(gè)子電極12a之間有開121a ;第三電極包括4個(gè)子電極13a,每一個(gè)子電極13a貼近一個(gè)子電極12a,每一個(gè)子電極13a為平板電極，采用0.2mm的不銹鋼板，且連接射頻電源電壓的負(fù)極，即接入-RF，同時(shí)還通過變壓器分別耦合輔助射頻電壓，即分別接入+ac和-ac。如圖3所示，左側(cè)的兩個(gè)子電極13a耦合入+ac，右側(cè)的兩個(gè)子電極13a耦合入_ac，且每一側(cè)的2個(gè)子電極13a之間的狹縫131a均臨近一個(gè)開口 121a，寬度為1_。實(shí)施例二:如圖4所示，本實(shí)施例的線性離子阱結(jié)構(gòu)Ib包括第一電極、第二電極及第三電極。其中，第一電極包括2個(gè)子電極I Ib，第二電極包括4個(gè)分離的子電極12b，第三電極包括4個(gè)子電極13b，本實(shí)施例中的線性離子阱結(jié)構(gòu)Ib與實(shí)施例一中的線性離子阱結(jié)構(gòu)Ia不同僅在于；4個(gè)分離的子電極12b連接地(即GND)，4個(gè)子電極13b僅耦合輔助射頻電壓，即左側(cè)的兩個(gè)第三電極13b耦合入+ac，右側(cè)的兩個(gè)第三電極13b耦合入-ac。實(shí)施例三:如圖5所示，本實(shí)施例的線性離子阱結(jié)構(gòu)Ic包括第一電極、第二電極及第三電極。

其中，第一電極包括上下2個(gè)呈雙曲面棒狀的子電極11c，均連接射頻電源電壓的正極，即接入+RF;第二電極包括2個(gè)有開口 121c的雙曲面棒狀電極12c，與2個(gè)子電極Ilc圍合形成離子運(yùn)行空間，2個(gè)雙曲面棒狀電極12c均連接射頻電源電壓的負(fù)極，即接入-RF;第三電極包括4個(gè)子電極13c，每一個(gè)子電極13c通過陶瓷等絕緣材料絕緣并黏在雙曲面棒狀電極12c的一外側(cè)面,每一個(gè)子電極13c均為0.5mm的不銹鋼板形成的平板電極,均連接射頻電源的-RF，同時(shí)通過變壓器分別耦合輔助射頻電壓，如圖5所示，左側(cè)的兩個(gè)子電極13c耦合入_ac，右側(cè)的兩個(gè)子電極13c耦合入+ac，且每一側(cè)的2個(gè)子電極13c之間的狹縫131c均臨近一個(gè)開口 121c。實(shí)施例四:如圖6所示，本實(shí)施例的線性離子阱結(jié)構(gòu)Id包括第一電極、第二電極及第三電極。其中，第一電極包括上下2個(gè)直徑IOmm粗圓柱棒狀電極lld，均連接射頻電源電壓的正極，即接入+RF ;第二電極包括4個(gè)較細(xì)的邊長為4mm的矩形棒狀電極12d，與2個(gè)子電極Ild圍合形成離子運(yùn)行空間，4個(gè)矩形棒狀電極12d均連接GND，同側(cè)的矩形棒狀電極12d間有開口 ；第三電極包括4個(gè)由彎折了 90度的0.2mm的不銹鋼板形成的平板電極13d，通過變壓器分別耦合輔助射頻電壓；如圖6所示，左側(cè)的兩個(gè)子電極13d耦合入-ac，右側(cè)的兩個(gè)子電極13c耦合入+ac，且每一側(cè)的2個(gè)子電極13d之間有狹縫131d。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述所示僅僅只是列示，而非對本發(fā)明的限制，事實(shí)上，任何設(shè)置有分別連接強(qiáng)射頻電壓的正極的電極、連接強(qiáng)射頻電壓的負(fù)極或地的電極及耦合輔助射頻電壓的電極的結(jié)構(gòu)，例如，設(shè)置4個(gè)以上的耦合輔助射頻電壓的電極，其中，靠近狹縫的電極耦合的輔助射頻電壓較強(qiáng)，遠(yuǎn)離狹縫的電極耦合的輔助射頻電壓較弱等，均包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)，上述各實(shí)施例中，左右設(shè)置有第二電極及第三電極，離子可以從第二電極之間的開口和第三電極的狹縫射出；而且，第三電極設(shè)置于第二電極的外側(cè)，可以減小離子激發(fā)有效輻射的范圍；再有，第二電極接入90%的-RF射頻電壓或者幾乎沒有射頻(即交流接地)，還具有20 %以下甚至不具備輔助射頻電壓，而第三電極接入50 %以-RF射頻電壓或者幾乎為沒有射頻(即交流接地)，但更重要的是第三電極具有90%以上耦合(變壓器)過來的輔助射頻電壓。本發(fā)明的線性離子阱結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)是:輔助射頻在四極場中將不能形成較強(qiáng)的(線性的)偶極激發(fā)電場，其電場激發(fā)能力被削弱。離子在靠近中心位置的激發(fā)較弱，而越靠近平板電極激發(fā)效果越強(qiáng)烈，這將增強(qiáng)離子的穩(wěn)定性，提高離子的激發(fā)分辨力。綜上所述，本發(fā)明的線性離子阱結(jié)構(gòu)包括第三電極，由此可將囚禁離子的射頻電壓-RF與激發(fā)離子的輔助射頻分開施加于不同的電極之上，并將輔助射頻施加在第三電極上(左右相位相反)，而且，第三電極對線性離子阱的影響將局限在狹縫附近，由此可有效增強(qiáng)離子的穩(wěn)定性，提高離子的激發(fā)分辨力。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種線性離子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述線性離子阱結(jié)構(gòu)至少包括: 第一電極，用于連接強(qiáng)射頻電壓的正極； 與所述第一電極圍合形成離子運(yùn)行空間且有開口的第二電極，用于連接強(qiáng)射頻電壓的負(fù)極或地； 貼近所述第二電極外側(cè)設(shè)置且有狹縫的第三電極，用于耦合輔助射頻電壓，其中，所述狹縫相對于所述開口設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性離子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:第三電極呈平板狀或彎折狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性離子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:第三電極黏貼在第二電極外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性離子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:第二電極呈圓柱棒狀、雙曲面棒狀或方形棒狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的線性離子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:第二電極包括4個(gè)分離的子電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性離子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:第一電極呈圓柱棒狀或雙曲面棒狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 或5所述的線性離子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:第一電極比第二電極粗。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的線性離子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于:第一電極包括2子電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種線性離子阱結(jié)構(gòu)，其至少包括用于連接強(qiáng)射頻電壓的正極的第一電極；與所述第一電極圍合形成離子運(yùn)行空間且有開口的第二電極，用于連接強(qiáng)射頻電壓的負(fù)極或地；以及貼近所述第二電極外側(cè)設(shè)置且有狹縫的第三電極，用于耦合輔助射頻電壓，其中，所述狹縫相對于所述開口設(shè)置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括有效增強(qiáng)離子的穩(wěn)定性，能提高離子的激發(fā)分辨力等。
文檔編號H01J49/10GK103227095SQ20121002202
公開日2013年7月31日 申請日期2012年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者徐國賓, 楊芃原 申請人:上海華質(zhì)生物技術(shù)有限公司