[发明专利]一种阶梯形三维离子阱质量分析器

说明书

本发明涉及一种阶梯电极三维离子阱质量分析器，它包括包括两个端电极和一个环电极。三个电极合围成一个立方体空间区域，三个电极的横截面中至少有一个电极的横截面为阶梯形。端电极和环电极接相应的射频电压信号。通过改变阶梯电极的层数量、横截面的高度和宽度，得到需要的高阶场比例。

技术领域

本发明涉及一种阶梯形电极三维离子阱质量分析器，属于质谱分析仪器领域，用于对各种气体、液体和固体物质的定性定量检测。

背景技术

质谱仪是一种可以用于准确分析气体、液体和固体样品中各种化学成分和含量的科学仪器，被广泛地应用于科学和技术研究、航空航天、地质探测、医药卫生、食品安全和环境保护等各个领域。在常用的各种质谱仪器中，离子阱质谱仪是最前应用最为广泛的质谱仪器之一。它具有结构简单，体积较小，操作方便，价格较为低廉等特点，特别适合微小型质谱分析仪器。

最初的离子阱质量分析器称为三维离子阱，是由一个双曲面环电极和两个双曲面端盖电极组成，内部电场为理想四极场，这种离子阱的电极加工难度大、离子存储能力差。之后有人在此基础上改进形成了的圆柱形离子阱，环电极为圆柱形，端盖电极为平板形，简化了电极形状，降低了加工难度，一定程度上增加了离子存储空间，但是平板电极形状和双曲面差距较大，导致其内部除了四极场外，还有很多不可忽视的高阶场，比如八极场、十极场、十二极场、二十极场等，这会导致离子阱运动的不确定性，影响离子阱的质量分辨。

早期的场理论研究认为高阶场的引入会破坏四极质量分析器的分辨率，但根据最新的研究成果表明，适当的引入一些高级场的成分，让其互相抵消或者比例平衡，可以有效改善四极质量分析器的分辨率。美国专利6897438 B2中通过改变四极杆电极参数，如两对极杆的半径或者场半径的比值，在四极场中引入八极场，改善质量分辨率。该专利之给出了四极场中引入八极场的一种方法，即改变杆半径或场半径，并为给出适用于引入其他高阶场的实现方法。中国发明专利z1201310355808.7，利用不对称结构引入了奇数多极场提高了单侧逐出效率。

综上所述，三维离子阱离子储存个数少、电极加工难度大的问题，现有的线性离子阱存在电极加工精度要求高或者高阶场比例不合适等问题，圆柱形离子阱虽然解决了三维离子阱离子储存个数少、电极加工难度大的问题，但场型调节能力差，这些都会限制微小型离子阱质量分析器的进一步发展。已有的专利成果未在电极形状和多极场引入方面做更多的权衡。因此，探索一种可有效地在四极场中引入适当比例的多极场、易于加工、易于实验测试、成本较低的离子阱质量分析器，将有力推动微小型离子阱质量分析器的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易于加工、具有调节优化四极场场型能力的大容量阶梯形电极三维离子阱质量分析器。

本发明此采用的技术方案是：分析器包括端电极a 1、端电极c 3和环电极b 2，端电极 a 1、端电极c 3和环电极b 2中有一个或一个以上的电极横截面为阶梯形，端电极a 1和端电极c 3的外形轮廓为圆型、矩形或多边形，环电极b 2外形轮廓为圆柱形，端电极a 1和端电极c 3平行分列在环电极b 2的两端，三个电极合围成一个圆柱体空间区域，环电极c3 内表面和端电极a 1、端电极c 3的一面朝向合围成的圆柱体空间区域中心。

本发明所述的阶梯形电极三维离子阱质量分析器，端电极a 1横截面为阶梯形或矩形，当端电极a 1横截面为阶梯形时，阶梯的层数为三层或三层以上。

本发明所述的阶梯形电极三维离子阱质量分析器，其特征是：环电极b 2横截面为阶梯形或矩形，当环电极b 2横截面为阶梯形时，阶梯的层数为三层或三层以上。

本发明所述的阶梯形电极三维离子阱质量分析器，其特征是：端电极c 3横截面为阶梯形或矩形，当端电极c 3横截面为阶梯形时，阶梯的层数为三层或三层以上。

本发明所述的阶梯形电极三维离子阱质量分析器，其特征是：端电极a 1、端电极c3和环电极b 2中设有一个或一个以上供离子进出的孔。