[实用新型]一种四极杆质量分析器

说明书

技术领域

本实用新型属于质量分析仪器技术领域，具体涉及一种用于离子选择和离子质量分析的四极杆质量分析器。

背景技术

质谱仪由于具有高灵敏度和高选择性等优点，已被广泛用于各种化学、生物物质的检测。它可以提供各种被分析物的母体离子和碎片离子的质量信息。这可让我们定性确定物质的种类和结构，或定量确定物质的含量。质谱分析一般有如下几步：样品的离子化、离子的传输与聚焦、离子的质量分析、离子的检测。其中离子检测是在质量分析器中实现的。

质量分析器有多种，如离子阱、飞行时间、轨道离子阱、四极杆。四极杆质量分析器，是目前市场上应用最广泛的质谱之一。它是通过在两两相对的极杆上分别施加相位相反的直流和射频电压，从而在四极杆围成的区域里形成四极电场。通过相关操作，使不同质荷比的离子按质荷比从小到大的顺序依次通过而被检测，实现质量分析。

理论上，四极杆的极杆应是双曲面极杆，这样会产生较理想的四极场。但是，由于双曲面加工难度较大和组装误差较大，普遍采用圆杆来代替。四根圆杆电极以方形阵列的形式放置，当圆杆半径r与场半径r₀满足一定关系时，电场较接近双曲面电场。尽管如此，实验和模拟对比双曲面电极四极杆与圆杆电极四极杆性能发现，后者较前者分辨率和离子传输效率降低。

关于圆杆电极的四极杆的性能下降，人们认为是由于十二阶场、二十阶场和一些更高阶场导致的。因为决定四极杆内部电场分布的是r与r₀的比例关系，前人做了一系列的优化工作。人们认为要使四极杆性能提高，必须使十二极场的含量为零，如Denison[Denison DR.J. Vac. Sci. Technol.1971,8:266]提出当r=1.148r₀时，十二阶场含量为零，该比例四极杆的性能也较先前四极杆的性能得到提高。后来，不断有人计算出新的r与r₀的比例，使十二极场含量为零。

Gibson和Taylor[Gibson JR, Taylor S. Rapid Commun. Mass Spectrom.2001,15: 1960.]研究认为除十二阶场外，含量较小，数量总多的其它高阶场对四极杆的性能总和影响不可忽视，并提出当r/r₀在1.12和1.13之间四极杆具有最好的性能。Douglas和Konenkov[Douglas DJ, Konenkov NV. Rapid Commun. Mass Spectrom.2002,16: 1425.]模拟研究发现当r/r₀=1.128-1.130，多级场系数A₆和A₁₀符号相反，大小接近，互相弥补，获得最佳的四极质谱性能。Ding [Ding C, Konenkov NV, Douglas DJ. Rapid Commun. Mass Spectrom.2003,17: 2495.]等发现加入2.6%的八极场四极杆的质量分辨率获得极大地提高，不过离子通过率下降明显。在分辨率达到3000时，离子通过率只有传统四极杆的十分之一。

总而言之，前人在提高四极杆性能主要有两个途径，设法降低高阶场的含量和利用某些高阶场。两者各有利弊。本申请的发明人在专利申请号为201410090932.X和中给出了一种新型离子阱，其电极形状的横截面为梯形圆弧组合图形，该形状与双曲面的等势能面更加接近。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种分析性能好、加工难度较低的四极杆质量分析器。

本实用新型提供的四极杆质量分析器，是由四个柱状电极以一个轴为中心对称排列构成，相邻的两个柱状电极之间夹角为90度；该柱状电极的横截面为等腰梯形和圆弧构成的组合形状，其中，连接圆弧两端点的弦与梯形上底边重合，且圆弧与梯形的两腰相切，也称之梯形圆弧柱状电极；柱状电极的圆弧端朝向中心对称轴；柱状电极的中心处开有凹槽，供离子弹出。

本实用新型中，所述柱状电极，其横截面的梯形的下底边的底角b等于圆弧圆心角a的一半；b取值为10°~80°，大小根据需要进行调节。

本实用新型中四根柱状电极可以完全相同，平行环绕着一中心对称轴合围成一空间，并且外切于一个圆。该情况下，高阶场成分只有A₆、A₁₀、A₁₄等。如图2所示。

本实用新型中，所述四个柱状电极，相对的两个为一组，两组形状可以不同，每组的柱状电极之间的距离可以不同。该情况下，可加入一定量的八阶场等。如图3所示。