階梯電極四稜台形四級質量分析器的製作方法

2023-10-08 17:55:49 5

專利名稱：階梯電極四稜台形四級質量分析器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種檢測儀器，具體地說是一種與按離子的質荷比等特性 來分檢或探測的分析儀器。(二) 背景技術質譜儀是一種可以用於準確分析固體，液體和氣體樣品中各種化學成分及 其含量的科學儀器。在質譜儀器中，四極質譜儀是目前最廣泛應用的質譜儀之 一。它具有結構簡單，體積較小，使用和操作方便等特點。傳統的四極質譜儀是由四根雙曲面形電極或圓柱形電極構成的，圖1是傳 統的四極質譜儀的原理示意圖，其中電極ll、 12、 13和14按一定方式固定在 一起所組成，組成四極杆電極系統。在實際使用中，將兩根相對的電極，例如 11和13; 12和14連接在一起，形成兩個端點15和16，然後在每一個端點上 加上幅度相等、極性相反的射頻電源。如式1所示O1(t)=+(U+Vcos wt)02(t)=- (U+Vcos"t)上式中U代表直流電壓值、V代表交流電壓值、"=2nf為射頻電源的角頻 率、f為射頻電源的頻率值。上述四極杆系統在射頻電源的作用下，在由四根電極所圍成的區域內，產 生以四極場為主，並含有一定直流電場成分的電場分布。當不同質荷比的離子通過四根電極所圍成的中心區域時，在上述電場的作 用下，會有不同的運動軌跡。有的可以通過此區域並被後續的離子探測器檢測 到，有的將與電極杆發生碰撞而消失掉。在實際應用中，通過有規律地變化加 在四極杆電極上的交流和直流電壓值，讓不同質荷比的離子依次通過四極杆電 極系統而被逐一探測到，記錄並列印出所得到的離子信號，即為所需要的質譜 分析圖。傳統的四極質譜理論認為，四根杆形電極所產生的電場應儘可能接近純的 四極場。否則會破壞四極質譜的質量分辨能力。從理論上講，這就要求四個杆
型電極的機械加工和組裝都具有很高的精度。因此，四極質譜儀的生產加工難 度大為增加，其造價也很昂貴。
發明內容本實用發明的目的在於提供一種容易製造、生產和使用成本低的階梯電極 四稜台形四級質量分析器。本發明的目的是這樣實現的它包括四個電極，四個電極合圍成一個空間 區域，所述的電極的形狀為梯形、梯形電極上帶有階梯狀凸稜，四個電極兩兩 以梯形的一個斜邊相鄰合圍成一個四稜台型空間區域。本發明還可以包括這樣一些結構特徵1、 所述的電極上的每一層階梯狀凸稜的形狀都是梯形；2、 所述的四個電極的幾何形狀完全相同，四個電極合圍成一個空間區域的 截面是長方形截面；3、 所述的四個電極的兩個相對的電極的幾何形狀相同，相鄰的兩個電極的 幾何形狀不相同，四個電極合圍成一個空間區域的截面是長方形截面。本發明由四個梯形、帶有階梯狀凸稜的電極以兩兩以梯形的一個斜邊相 鄰，最後形成階梯電極四稜台形四級質量分析器。當此階梯電極四稜台形四級 質量分析器工作時，當臺形當此四菱臺型離子質量分析器工作時，其相對立的 兩個電極分別聯接在一起，形成兩個輸出端。這兩個輸出端上分別加載一幅度 相等、極性相反的射頻電源。在此射頻電源的作用下，在四菱臺型的中心區域 將形成以四極電場為主的電場分布，即產生四極質譜的工作電場。當用此四菱 臺型離子質量分析器作離子質量分析時，可以按事先設定好的方法掃描射頻電 源中的交流和直流電壓成分，因此在中心區域內形成可變得電場分布，當離子 通過此電場區域時，在某種電場分布情況下，有的離子可以穩定通過，而其他 離子則由於不穩定而無法通過此區域。記錄下通過的離子信號與射頻電壓的關 系，即為所需要的質譜圖。圖4為本發明的基本原理圖。其中上下兩個梯型電極21和23連接在一起 形成一個輸出端47,左右兩個梯形電極22和24連接在一起形成另一個輸出端 46。兩個輸出端46和47上分別加載具有以下形似的射頻電源C>l(t)=+(U+VcOSQ)t)O2(t)=-(U+Vcoscot)
在此電源的作用下，可以在四個梯形電極所圍成的四菱臺型中心區域產生 可以作離子分析用的電場分布。即形成階梯電極四稜台形四級質量分析器，或 稱之為階梯電極四稜台形質譜儀。本發明給出了一種用四個較為簡單的梯形平面電極組成四極質譜的方法， 它可以明顯降低質譜儀器的製造難度，降低生產和使用成本，使四極質譜儀器 獲得更廣泛的應用。(四)


圖1是由四根杆型電極所組成的四極杆質譜系統示意圖； 圖2是本發明的階梯電極四稜台形四級質量分析器原理圖； 圖3是一個階梯形電極的結構示意圖；圖4是本發明的階梯電極四稜台形四級質量分析器接線原理圖； 圖5是階梯電極四稜台形四級質量分析器系統示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述結合圖2，階梯電極四稜台形四級質量分析器的組成包括四個電極21、 22、 23和24，四個電極合圍成一個空間區域25。同時結合圖3，所述的電極的形狀 為梯形、梯形電極上帶有階梯狀凸稜，即每一個電極由二層階梯31和32所組 成，階梯的高度為33和34，當然凸稜的數量還可以增加。四個電極兩兩以梯 形的一個斜邊相鄰合圍成一個四稜台型空間區域。電極上的每一層階梯狀凸稜 的形狀都是梯形。四個電極的幾何形狀完全相同，四個電極合圍成一個空間區 域的截面是長方形截面；四個電極的幾何形狀也可以是不完全相同，即四個電 極的兩個相對的電極的幾何形狀相同，相鄰的兩個電極的幾何形狀不相同，四 個電極合圍成一個空間區域的截面是長方形截面。由於電極的幾何形狀可以根 據需要加以設計加工。所以，在質譜電源的作用下，使得在四稜台型質量分析 器中心區域內的電場分布也不相同，故具有不同幾何形狀的四稜台型質量分析 器的性能也不盡相同。在實際應用中，可以通過改變階梯形電極的幾何形狀來 調節質量分析器的性能。圖4為本發明的基本原理圖。其中上下兩個梯型電極21和23連接在一起 形成一個輸出端46，左右兩個梯形電極22和24連接在一起形成另一個輸出端47。兩個輸出端46和47上分別加載具有以下形似的射頻電源 (U+Vcos"t) 巾2(t):-(U+Vcoscot)在此電源的作用下，可以在四個梯形電極所圍成的四菱臺型中心區域產生 可以作離子分析用的電場分布。即形成四菱臺型離子質量分析器，或稱之為四 菱臺型質譜儀。圖5是本發明的一個應用實例。它是由離子源51、離子光學系統54、階 梯形電極四稜台型質量分析器56和離子探測器58等各部分組成。由離子源51 所產生的離子流52經電極53進入到離子光學系統54中。離子光學系統的作用 是對離子的運動方向，運動能量進行調節，對離子束進行聚焦等。以提高離子 流的傳輸效率和為後續的四稜台型質量分析器提高合適運動狀態的離子流。經 離子光學系統作用後的離子通過電極55後進入四稜台型質量分析器56中進行 質量分析。在四稜台型質量分析器中，離子由於受到以四極電場為主的電場作 用，它們將會由於質荷比的不同而依次通過四稜台型質量分析器的中心區域， 並最終通過後置的電極57到達離子探測器58而被檢測到。離子探測器輸出的 離子電信號經記錄，處理後即為所需要的質譜測量結果或質譜圖。一般情況下，離子光學系統、離子質量分析器和離子探測器都必須工作在 真空條件下。離子源根據其種類的不同所要求的真空條件也不相同。有的離子 源要求工作在真空條件下，如電子轟擊電離離子源等。有的離子源也可以工作 在大氣壓條件下，如電噴霧電離離子源等。
權利要求
1、一種階梯電極四稜台形四級質量分析器，它包括四個電極，四個電極合圍成一個空間區域，其特徵是所述的電極的形狀為梯形、梯形電極上帶有階梯狀凸稜，四個電極兩兩以梯形的一個斜邊相鄰合圍成一個四稜台型空間區域。
2、 根據權利要求l所述的階梯電極四稜台形四級質量分析器，其特徵是 所述的電極上的每一層階梯狀凸稜的形狀都是梯形。
3、 根據權利要求1或2所述的階梯電極四稜台形四級質量分析器，其特徵 是所述的四個電極的幾何形狀完全相同，四個電極合圍成一個空間區域的截 面是長方形截面。
4、 根據權利要求1或2所述的階梯電極四稜台形四級質量分析器，其特徵是所述的四個電極的兩個相對的電極的幾何形狀相同，相鄰的兩個電極的幾 何形狀不相同，四個電極合圍成一個空間區域的截面是長方形截面。
全文摘要
本發明提供的是一種階梯電極四稜台形四級質量分析器。它包括四個電極，四個電極合圍成一個空間區域，所述的電極的形狀為梯形、梯形電極上帶有階梯狀凸稜，四個電極兩兩以梯形的一個斜邊相鄰合圍成一個四稜台型空間區域。本發明給出四稜台形四級質譜儀系統具有結構簡單，製造難度低的特點，因而可以有效降低四極質譜儀的生產和使用成本，使四極質譜儀器獲得更廣泛的應用。
文檔編號H01J49/26GK101126738SQ200710144398
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月29日 優先權日2007年9月29日
發明者丁傳凡, 水新國, 王其冬 申請人:寧波大學;寧波杉杉源創科技研發有限公司;復旦大學