[发明专利]一种用于离子存储的大容量静电离子阱

说明书

本发明提供一种大容量静电离子阱装置及方法。本发明利用反射镜多次反射折叠离子路径的原理，将注入的离子存储于两组镜像对称的静电反射镜之间。离子在一定时间后在离子门电极上施加脉冲将富集的全部离子引出。离子存储模式时，分布于静电离子阱的反射电极组内及无场区内，存储空间大，有效避免了空间电荷效应的影响，增大了离子存储的容量，可提高信噪比。

技术领域

本发明涉及离子光学领域，具体的说是提供一种高容量的静电离子阱及离子存储富集的方法。本发明原理基于反射镜多次反射折叠离子路径的方式，将注入的离子存储于两组镜像对称的静电反射镜之间，在一定时间后在离子门电极上施加脉冲将富集的全部离子引出。离子存储空间大，有效避免了空间电荷效应的影响，增大了离子存储的容量，可提高信噪比。

背景技术

常规的3D离子阱由一个双曲面的圆环电极和两端的端盖电极构成，通过射频电压将离子囚禁在阱内，既能够作为离子存储装置，又是质量分析器。由于离子囚禁于阱中心的一个小点附近，离子数量多时空间电荷效应严重限制了离子存储的容量，这对离子阱的灵敏度和分辨性能都有极大降低。

中国专利CN101038852公开一种可用于多种分析目的大容量线性离子阱和一种易于实现高准确度高精密度加工与装配的一体化电极加工方法。该离子阱采用在四极杆上施加RF射频信号径向方向约束离子与背景分子碰撞冷却，利用端盖DC直流信号的开关来控制离子存储与引出。工作于存储模式时，离子冷却后逐渐向轴线聚集，并沿轴线方向往复运动。这种方法的离子存储空间是沿轴线方向的一整条线附近，相比于仅仅将离子存储与中心点附近的3D离子阱，离子存储能力已经有极大提升。同样还有矩形离子阱具有类似提高离子存储容量的能力。这些线性离子阱和矩形离子阱无论是作为离子存储装置相比3D离子阱在离子存储能力方面的优势，已经是本领域人士显而易见的认识。

除了以上依赖射频电场的离子阱，也有仅仅依靠静电场实现离子存储的装置发明。中国专利CN 102412110A公布了一种由前电极、外筒、厚电极和中心电极构成的直流离子阱。在前、后、外筒电极上分别施加正电压，在中心电极上施加负电压，使离子阱内形成凹形的电势场。当具有一定动能范围和入射角的离子在凹形电势场中震荡，并存储起来。该装置无需射频电源，整体结构简单，离子的存储空间也是沿轴线线性分布，离子存储容量比常规3D离子阱容量也要大。这种静电离子阱或者说直流离子阱也在自国外进入国内的发明专利CN101578684A以及CN104779132A这些专利中也有公开。

本专利所涉及的高容量静电离子阱装置，依靠平板镜像对称的反射镜，约束离子在反射镜之间呈“Z”字型往复反射的运动。离子在具有减速场的反射镜中飞行慢，在无电场的漂移区中飞行快，这造成反射镜中离子分布高，漂移区中离子分布少。当离子门关闭时，工作于离子存储模式，离子大多数存储于减速场反射镜中。当离子门打开时，工作于离子引出模式，离子将快速从静电离子阱中弹出。由于平板镜像对称的反射镜在横向分布空间大，这说明离子可存储的反射区空间大，受到空间电荷效应影响小，这有利于离子容量的极大提升。

发明内容

本发明提供一种高容量的静电离子阱。本发明原理基于反射镜多次反射折叠离子路径的方式，将注入的离子存储于两组镜像对称的静电反射电极之间，在一定时间后在离子门电极上施加脉冲将富集的全部离子引出。离子存储模式时，分布于静电离子阱的反射电极组内及无场区内，存储空间大，有效避免了空间电荷效应的影响，增大了离子存储的容量，可提高信噪比。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

静电离子阱包括第一、第二反射底电极、，第一、第二地电极、，第一、第二聚焦电极，第一、第二、第三、第四反射电极，注入离子门，引出离子门，中心聚焦电极组、偏入电极、偏出电极；

以纵向方向为y轴，横向方向为x轴，以垂直于x y平面方向为z轴；