[发明专利]一种离子导引装置及导引方法

说明书

本发明提供一种离子导引装置及导引方法，包括第一电极组件，包括沿一空间轴放置的两个平行电极单元；第二电极组件，包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴放置的至少两个不平行的电极单元；所述第一电极组件和所述第二电极组件包围的空间形成沿所述空间轴向的离子传输通道；电源装置，用于在第一电极组件和第二电极组件上施加极性不同的射频电压，以在垂直于所述空间轴的方向上产生射频电场来束缚离子，以及在所述第一电极组件和所述第二电极组件上分别施加直流电压并产生一定直流电压差，以在沿所述空间轴的方向产生直流电场来控制离子运动。本发明的离子导引装置及导引方法实现了弯曲的离子导引结构并提供了轴向和径向的电场。

技术领域

本发明涉及离子导引的技术领域，特别是涉及一种离子导引装置及导引方法。

背景技术

现有技术中，已经有各种各样的离子导引装置被研发出来，广泛应用于各种质谱仪器中，来实现离子在各种气压条件下的传输与聚焦等操作。四极杆因其结构简单，离子聚焦效果好等优点而成为最常使用的离子导引装置。类似地，六极杆以及八极杆等多极杆离子导引装置也经常作为四极杆的替代装置用作质谱仪的前级离子导引装置，来实现高通量的离子传输。

然而，此类装置普遍存在的一个缺点是缺少轴向的驱动电场，仅靠离子的初始动能或者轴向气流的驱动来实现离子的轴向传输。对于气压非常低(通常要小于1帕以下)的情况，离子的平均自由程比较长，靠其初始的动能离子仍然可以在较短的时间内完成较长距离的传输。另外，在比较高的气压下(至少10帕以上)，往往伴有明显的气流，离子在气流的带动下也可以实现定向地传输。然而，通常在介于1帕到10帕之间的气压条件下，离子往往需要很长的传输时间才能通过离子导引装置。另外，离子在离子导引装置中驻留的时间过长不仅会影响仪器的分析速度，还会带来一定的离子损失，导致仪器的灵敏度下降。而且，由于缺少轴向电场的驱动，此类离子导引装置往往只能限于使用线性的结构，因此仪器的整体长度会比较长。

Bruce A.Thomson等人在美国专利US5847386A中公开了一种基于四极杆的离子导引技术，通过逐渐改变四极杆电极的杆半径、倾斜放置电极、将电极分成多段以及在相邻的电极之间添加辅助电极等多种方法在离子导引装置内部产生轴向电场，以加速驱动离子沿轴向传输。

Michael Konicek等人在美国专利US7675031B2中也公开了一种可以提供轴向电场用于实现离子快速传输的离子导引装置，其典型的结构是在四极杆的两个相邻电极之间添加了四组辅助电极，每组辅助电极由多个指状电极组成，通过在指状电极上施加直流电势梯度，便可以在装置内部产生轴向的驱动电场，从而既可以快速地传输离子，又可以方便地控制离子在装置内的运动方向。

另外，由于四极杆等装置的离子接收面积和离子聚焦能力都与装置的射频场半径有关，而且相互制约。通常都需要进行折衷考虑以平衡两者的实际性能。Harvey D.Loucks等人在美国专利US8455814B2中公开了一种截面积逐渐收缩的六极杆装置，该装置入口场半径较大而出口场半径较小，因而很好地解决了离子接收面积和离子聚焦相互制约的问题。同时，该装置还在电极上涂覆高阻层，通过在电极两端施加直流电压差，就能在装置内部建立轴向的电场驱动离子，因此可以实现弯曲的离子导引结构。众所周知，弯曲的离子导引装置不仅可以降低中性分子的干扰，提高仪器的信噪比，还可以让整个仪器的结构设计变得更加灵活，有利于缩短仪器的整体长度。