[发明专利]离子光学装置

说明书

本发明的离子光学装置，包括：一或多对约束电极单元，在一空间内的第一方向的两侧相对设置且随第一方向延伸；电源装置，用于在成对的约束电极单元分别施加相反的射频电压且在约束电极单元上形成按基本正交于第一方向的一个第二方向分布的多个直流电位，以在第一方向的至少一部分长度上形成在第二方向上的势垒；至少一个第一区域及第二区域，位于空间中且在第二方向上分别位于势垒两侧；控制装置，连接电源装置，用于控制电源装置的输出以变化势垒，以操纵在第一区域中传输或储存的离子按其质荷比或迁移率的不同而以不同方式通过势垒转移到第二区域并沿第一方向继续传输，提升位于其下游的其他同步工作装置的离子利用效能。

技术领域

本发明涉及质谱分析技术领域，特别是涉及一种离子光学装置。

背景技术

对于工作在扫描(如四极杆)或脉冲工作模式下(如飞行时间，静电离子阱等)的质量分析器，对于分析含较宽质荷比范围的离子流时，会由于质量分析器瞬时可分析的离子质荷比范围与该离子流质荷比范围的不一致，出现对除特定质荷比范围外的离子的强度歧视或无法利用，这在很大程度上影响了利用这些质量分析器的质谱仪，如三重四极杆，四极杆串联飞行时间，或静电轨道阱质谱仪的灵敏度与质量歧视特性。为解决此问题，传统的方式包括：

A.使用离子储存装置储存离子，再按后级质量分析器需要同步放出，

B.在离子导引末端施加有质量选择的赝势垒或边缘场结构，也可配合质量选择共振对离子逐出进行调制。

C.使用额外的离子导引或储存结构将前级离子暂存在飞行时间等分析器的结构内，配合其工作时序放出并分析。

D.使用额外的加减速透镜使得离子按受控的时间依次同步于后级质量分析器时序。

但以上方法均存在一定限制：

对于A，以US7208728，US7323683的线形离子阱和US9184039的所谓Scanwave方式为代表，在这种模式下，离子直接受到轴向排列的多个电极所形成的直流电位或射频赝势位所约束，在这种模式下，离子的轴向传输控制和离子的质量选择逐出受在轴向所形成的同一势垒控制，且离子逐出与质量分离发生在同一方向，由于任何离子储存装置具有一定的离子储存上限，当离子流强高于此上限时，此势垒对质量选择的响应非线性，同时储存装置本身由于气压或束缚射频存在会对放出的离子造成拖尾，后加热等问题，外加上对于高分辨的质量分析器所需的超高真空限制，使得分析器与离子储存装置间一般有一渡越距离，即使放出的离子与后级质量分析器时序同步，经过渡越距离由于不同质荷比离子的速度不同，又出现新的质量歧视。

B.以US8227151，US8487248等通过多分立电极结构在离子光学装置长度方向建立二次四极DC势阱，或US8299443，US9177776引入轴向周期电极结构，利用多个不同波长的空间射频势波形形成质量分离特性赝势垒为代表，这些方法中，其质量分离势垒位于离子传输轴向，其边缘场结构本身会破坏离子在场轴的冷却和质量特性，为快速逐出离子，所引入的轴向共振激发手段更是会使离子在逐出方向上获得一个较大的能量分布，这对具有较高分辨的四极杆，飞行时间和静电离子阱分析器来说，都会由于初始相空间分布劣化破坏分辨特性。

C.以美国专利US7582864为代表，其采用两相幅度不对称的射频实现轴上的射频电位，与末端DC引出电极的多极场组合实现离子轴向的质荷比由大至小逐出，然而这样的导引或储存结构因其在轴向具有非零的射频电位，本身容易破坏分析器的场完美性，增加后续离子聚焦所需条件的复杂度，此外导引或储存结构需要的非对称射频波形会使离子放出时的能量和空间分布劣化。