[发明专利]离子导引装置及离子导引方法

说明书

本发明提供了一种离轴传输离子的离子导引装置和离子导引方法，能够避免或者减缓由射频多极场造成的离子加热问题，提高离子的传输效率。该离子导引装置，包括平行放置的多个环形电极，每个环形电极包含至少4个彼此分离的电极单元，多个环形电极内部形成供离子传输的通道，多个环形电极的排列方向限定了离子传输的轴向方向；射频电压源，属于同一环形电极的相邻电极单元上施加的射频电压相位相异，在沿轴向方向相邻的电极单元上施加的射频电压相位相同，从而在离子导引装置内形成束缚离子的射频多极场；直流电压源，离子在射频电压和直流电压的共同作用下，偏离轴向方向传输并聚焦于环形电极的内表面。

技术领域

本发明涉及离子导引技术领域，特别涉及一种离子导引装置及离子导引方法。

背景技术

在质谱仪中，从较高气压的离子源区(1～10⁵Pa)到较低气压的离子分析器区域(1Pa)之间，除了必要的真空接口外，为了实现离子的低损失传输，通常需要离子导引装置。离子导引装置一般由一系列施加射频电压的电极组成。射频电压在装置的中心轴周围形成束缚离子的有效势垒，使得离子会聚。同时在由于差分抽气造成的气流流动作用，或者沿轴附加的直流电场作用下，会聚的离子定向移动到下一级真空，然后通过质谱分析装置被分析。

较早的射频导引装置比如D.J.Douglas发明的多极导引杆系(美国专利5179278)，以及J.Franzen提出的表面反射型多极场导引装置(美国专利5572035)，可以在0.1torr下聚焦离子。之后N.Inatsugu和H.Waki发明的Q-阵列导引器，以及Bateman等提出的(美国专利7095013)行波导引装置等，可以在5torr以下的气压下对离子进行较好的导引和聚焦。为了可以在更高的气压下聚焦离子，R.D.Smith提出了离子漏斗装置(美国专利6107628)，可以在接近30torr的气压下有效地传输和聚焦离子，极大地提高了装置的灵敏度。

但是，把离子漏斗应用于质谱仪时，一般它的前级是一段连通到大气压的毛细管结构或者带小孔的取样锥结构，后级是具有比离子漏斗内部更低气压的腔体，由于其漏斗状结构，在漏斗的整个轴线上会存在很强的气流，即使在漏斗的入口附近加上一个金属挡板(jet-disrupter)以减小气流，也会在出口处有不小的气流存在。这个气流不仅会加大真空泵的负担，而且这些中性的气体分子会对最后的离子检测带来噪音；特别地，当搭配电喷雾离子源时，气流会携带尚未完全脱溶剂的带电液滴进入下一级真空，从而带来更多的噪音，影响了仪器的灵敏度。

K.Giles在美国专利US2011/0049357中设计了一种偏轴传输装置。该装置由一大一小的类似离子漏斗的桶状电极阵列耦合而成，两个阵列之间有一定的势垒，离子从大桶电极阵列的一侧进入，然后在直流电场推动下克服阵列之间的势垒，进入小桶电极阵列传输并引出，而中性的分子沿大桶电极阵列的轴线被抽出，以此实现离子偏轴传输。这个装置有两个不足，一是不能实现非常有效的聚焦。离子束最后的聚焦半径是由小桶电极阵列的半径决定的，但小桶电极的半径太小时，在与大桶电极相接的边缘处的射频阻挡势垒会变强，使得离子很难进入。二是装置结构较复杂，因此制作难度较大。

Zhang等在专利CN103515183A中公开了一种离子传输装置，该离子传输装置采用偏轴传输，包括多个平行排列的环形电极，每个环形电极由多个分立的分段电极围成。电源装置在环形电极上施加有射频电压，同一环形电极相邻的分段电极上施加的射频电压相位相异，沿中心轴线的相邻的分段电极上施加射频电压也是相位相异的。其中，沿中心轴线的相邻的分段电极上施加的射频电压用于聚焦离子，具体而言，其与直流偏转电压之间的平衡，将离子聚焦在离子传输装置的内侧面处。这个装置结构简单，易于加工。但这种沿中心轴线的相邻的分段电极上施加的相位相异的射频电压，会造成离子在内侧面处的振荡，导致离子被加热而解离，造成该种离子的传输效率降低。

发明内容

本发明针对上述技术问题而提出，目的在于提供一种离轴传输离子的离子导引装置和离子导引方法，使得离子被限制在离子导引装置的内侧面时，能够避免或者减缓由射频多极场造成的离子加热问题，从而避免预期外的解离现象，提高离子的传输效率。