[发明专利]离子传输装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于质谱仪的离子光学系统，尤其涉及在低真空区域中用于 限制和聚焦离子的装置。

背景技术

质谱仪设计者们面临的一个基本挑战是，离子从离子源至质谱分析器的有效 传输，特别是通过大气压或低真空区域，在该区域中离子的运动大幅度地受到背 景气体分子相互作用的影响。在商业可用的质谱仪器件的区域中，通常使用静电 光学元件来进行离子聚焦，众所周知，因为离子受到大量的碰撞，这种装置的有 效性受到了限制。因此，通过低真空区域的离子传输损失有变高的趋势，这在器 件的总体灵敏性上具有非常不利的影响。

为了在低真空区域中改善离子传输效率，在质谱仪技术中已经提出了各种不 同的方法。通过描述于Smith等的USPN6,107,628中的离子漏斗装置体现了一种 方法。大体上描述的，离子漏斗装置由大量紧密排列的纵向隔开的环形电极组成， 该电极具有从装置入口到其出口尺寸上减小的孔径。电极彼此之间电隔离，射频 (RF)电压以规定的相位关系施加在电极上，以将离子径向的限制在装置的内部。 在装置入口处相对大的孔径尺寸提供了大的离子接收面积，该逐渐减小的孔径尺 寸产生了“锥形”RF场，该RF场具有沿离子移动方向上直径减小的无场区域，从 而聚焦离子为窄束，该窄束可以随后穿过截取锥或其他静电透镜的孔径而不会带 来很大程度上的离子损失。(例如)Smith等的USPN6,583,408，Franzen的 USPN7,064,321，Bruker Daltonics和Julian等的EP申请号No.1,465,234，“为获得 质量的离子漏斗：对简化离子漏斗的实验和模拟”，J.Amer.Soc.Mass Spec.，vol.16， pp.1708-1712(2005)中描述了离子漏斗装置上的改进和变化。

当离子漏斗装置已经成功的用于研究环境中时，其在商业质谱仪器件中的实 施会受到成本和制造问题的阻碍。典型的离子漏斗使用大约100个环形电极，每 个电极具有唯一的孔径。这种设计导致元件数量变大以及制造成本和复杂性提 高。另外，大量环形电极的使用产生了很高的电容性负载，这需要高功率的放大 器以驱动电路。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种离子传输装置，该装置由沿装置的纵 轴方向隔开的多个孔径电极组成。电极孔径沿装置入口和出口之间的离子传输方 向限定了离子通道。耦合至电极的振荡(例如，RF)电压源，给电极提供合适相 位关系的振荡电压，以径向的限制离子。为了将离子聚焦至装置出口附近的离子 通道的中心线处，在离子移动的方向上增加相邻电极之间的间隔。装置出口附近 相对较大的电极间的间隔为成比例增加的振荡场提供穿透，从而产生将离子集中 至纵向中心线的锥形场。振荡电压的幅度可以扫描或步进的方法在时间上变化， 从而优化某些离子种类的传送或减少质量鉴别效应。沿离子通道助推离子的纵向 DC场，可以通过施加一组DC电压至电极而产生。

根据本发明的第二实施例，离子传输装置包括具有振荡电压施加至其上的多 个均匀间隔的孔径电极。用于将离子聚焦至离子通道中心线的锥形场，通过在离 子移动方向上增加振荡电压的振幅而产生。

在以上任一实施例中，光束流、中性粒子和脱溶液滴向下游，质谱仪的低压 区域的流动可以通过以下技术之一或组合来减少，该技术包括相对于离子传输装 置入口横向和/或有角度的偏移毛细管，以及相对于相邻电极的孔径横向偏移电极 孔径以阻挡可视的路径。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明第一实施例构造的包含离子传输装置的质谱仪的示意图， 其中在离子的移动方向上增加电极间隔以产生锥形聚焦场；

图2更详细地描绘了用于图1的质谱仪中的离子传输装置；

图3描绘了用于图2的离子传输装置中的孔径电极的一个示例；

图4描绘了具有外壳并能促进气体辅助离子传输的离子传输装置的一部分；

图5描绘了离子传输装置的第二实施例，其中通过在离子移动方向上增加施 加的振荡电压的振幅而产生锥形聚焦场；

图6描绘了离子传输装置的另一实施方式，其使用几何体来减少中性气体分 子束和其他不需要颗粒束流入质谱仪的下游区域；