[发明专利]一种静电离子阱

说明书

本发明涉及一种静电离子阱，静电离子阱存在一个中心轴和垂直于中心轴的中央对称面，静电离子阱包括内电极组和一对外电极组，每组外电极组包括若干个电极片，所述内电极组和外电极组上分别施加有电压以形成电位差，使所述内电极组和外电极组之间形成用于囚禁离子的空间。本发明采用电极片组成的外电极组与内电极组合成的静电离子阱，无需加工高精度异形旋转曲面的外电极，解决现有技术中外电极加工难的问题，通过在内电极组和外电极组上施加电压，使得内电极组和外电极组之间的空间形成用于捕获离子的电场，离子在电场内绕内电极旋转的同时在中心轴方向来回振动，且电极片形状决定空间的电场，使离子在轴向振动的周期对离子的动能满足等时性聚焦。

技术领域

本发明涉及离子阱技术领域，具体而言，涉及一种静电离子阱。

背景技术

Orbitrap轨道离子阱是在kingdon离子阱的基础上发展起来的，Orbitrap轨道离子阱包括一个纺锤型的中心电极和一对与中心电极同轴设置的外电极，中心电极置于外电极内，离子通过外电极上的入孔沿切向射入中心电极与外电极之间的空间，通过调节中心电极的电位，给离子足够的向心力，就能将离子束缚在一个运动轨道上。离子的运动轨道包括围绕中心电极的旋转运动和沿中心轴方向的往复振动；离子的往复运动可以在外电极上形成周期性的镜像电荷，外电极拾取的镜像电荷经过电荷放大器放大成为电荷信号输出。对电荷信号做傅里叶变换形成频谱，由于频率频谱即可转换为阱内的离子质谱。采用较长时间的镜像电荷信号采集(约等于1s)，就可以获得很高的频谱分辨率，但是这就要求离子阱处于很高的真空度中，避免离子在运动中和残余气体分子碰撞；还要求中心电极和外电极必须具有极高的加工精度，以及保证中心电极和外电极的电压的稳定，才能保证离子阱内的电场分布精准稳定地满足高度时间聚焦的条件，从而使得离子在运动了很长时间后在轴向保持集群一致(coherent)，不至于发散，保证镜像电荷的电荷信号可以持续整个测量时间而不会逐步消失。

为了实现几十万的分辨率，要保证离子在阱中往复运动几十万次都不会发散，电极加工精度要达到亚微米水平，这对于一个异形曲面，即使用最先进的数控机床加工也是非常困难的，成品率很低。并且一个轨道离子阱的外电极在完成加工以后是否合格也很难用常规的三坐标测量仪或光学测量仪进行鉴定，通常需要将内外电极和两端的支撑组装成离子阱后通过测试离子阱的工作性能来决定加工质量的好坏。如果质量达不到要求就只能按废弃处理，造成极大的浪费。而且目前的整体电极结构使离子囚禁空间比较封闭，不利于对内部抽气和实现超高真空。

发明(发明)内容

本发明解决的问题是如何在保证离子阱精度要求的前提下便于生产组装、提高离子阱的成品率，同时利于对离子阱内部抽气实现超高真空。

为解决上述问题，本发明提供一种静电离子阱，静电离子阱存在一个中心轴和垂直于中心轴的中央对称面，静电离子阱包括内电极组和一对沿中心轴设置在中央对称面两侧的外电极组，每组外电极组包括若干个电极片，所述电极片以中心轴为轴心周向分布在内电极组的外周，同一外电极组内至少两个电极片电连接，当在所述内电极组和外电极组上分别施加有电压时内电极组和外电极组之间形成电位差，使所述内电极组和外电极组之间形成用于囚禁离子的空间，所述内电极组包括一个或两个中心电极，所述中心电极以中心轴为轴心设置或两个所述中心电极以中心轴为对称轴中心对称设置。

本发明的有益效果是：本发明采用电极片组成的外电极组与内电极组合成的静电离子阱，无需加工高精度异形旋转曲面的外电极，解决现有技术中外电极加工难的问题，通过在内电极组和外电极组上施加电压，使得内电极组和外电极组之间的空间形成用于捕获离子的电场，离子在阱内绕内电极旋转的同时在中心轴方向来回振动，且电极片形状决定空间的电场，使离子在轴向振动的周期对离子的动能满足等时性聚焦，本发明结构通透，便于阱内实现超高真空。

作为优选，两个所述外电极组对称设置在中央对称面的两侧。

作为优选，每组所述外电极组中的电极片均匀周向设置在内电极组的外周，其中一个外电极组中的电极片与另一个外电极组中的电极片周向交错设置，保证离子阱内电场的完整性。