離子傳輸聚焦及篩選裝置的制作方法

本發明涉及離子質譜領域，特別涉及離子傳輸聚焦、篩選裝置。

背景技術：

復雜生物樣品中，諸多低豐度物質攜帶大量疾病生物標記物，因此也成為了近年來生物、化學等領域的關注熱點。質譜、色譜、離子遷移譜等分離分析技術聯用，也成為了目前復雜樣品中低豐度組分奮力分析的最有力手段，質譜技術的高靈敏度、高分辨率起到了至關重要的作用。然而，這三類技術間，存在一個根本問題就是，色譜技術主要在大氣壓或高于大氣壓的壓力區間工作，質譜技術主要應用于高真空條件下，而離子遷移譜技術主要應用于低真空條件下。三者存在著工作壓力區間差異的屏障，自然使得聯用中分析傳質過程受限，這也是目前這類聯用技術離子損失最為嚴重之處。除此之外，以液相色譜質譜聯用技術為例，目前應用最為廣泛的接口，大多繼承或是衍生自1984年John Fenn發明的電噴霧離子源技術(ESI)，所產生離子以96°角狀噴射向質譜真空接口，而質譜針孔接口為了質譜內部的真空，必須保持很小的入口面積，致使超過90％的離子損失于真空界面。

為解決離子傳輸過程中的傳質損失，大多數商品化儀器都使用了一系列離子導向，中性離子篩分技術，例如將離子源直接置于真空腔內。盡管這樣離子真空界面得意避免，但不可避免的引入了大量的中性離子，及時很多儀器在后端還連接了離子聚焦裝置，如“離子漏斗”，但同樣難以避免大量中性離子所產生的噪聲干擾。若將多極桿技術與“離子漏斗”技術聯用，雖然能一定程度上提高離子傳輸效率，但由于傳輸距離較長，又造成了更多的離子損失。

鑒于上述缺陷，本發明通過研究創新，意在設計開發一種能夠有效解決離子傳質及傳輸過程中，大量離子損失且中性離子干擾的問題。能夠起到高效離子傳輸聚焦，且篩分離子的作用，使其更具有產業上的利用價值。

技術實現要素：

為解決以上問題，本發明提供了一種傳輸效率高、聚焦性能好，同時能起到一定離子篩分作用的離子傳輸聚焦及篩選裝置。

本發明提供的一種離子傳輸聚焦及篩選裝置，所述離子傳輸聚焦及篩選裝置包括：

疊環電極陣列，垂直于離子傳輸方向上，所述疊環電極陣列由第一陣列單元和第二陣列單元構成，所述第一陣列單元包括一層極板或兩層以上內徑相同的極板，所述第二陣列單元包括內徑依次遞減的至少兩層極板；所述每層電極包括第一極片組和第二極片組，所述第一極片組和第二極片組間隔設置，所述第一極片組以及第二極片組包括至少兩個極片。

供電裝置，所述供電裝置為所述第一陣列單元和第二陣列單元供電，沿離子傳輸方向每層極板上施加依次遞減的直流電壓作為離子水平勢能，同時，提供施加于軸向相鄰極板間的軸向RF射頻電壓，且相鄰極板所帶電性相反；還提供施加于所述極板內的所述第一極片組和第二極片組的組間RF射頻電壓，且第一極片組和第二極片組的組間RF射頻電壓所帶電性相反；

連接裝置，包括底座以及設置在所述底座上用于固定所述極板的絕緣材料板。

本發明中，所述第一極片組以及第二極片組包括至少均勻分布的三個極片。

本發明中，所述第一極片組以及第二極片組對包括四個鏡面對稱放置且相同的極片。

本發明中，所述極片為印刷線路板或不銹鋼板。

本發明中，所述極板為圓環，其內徑尺寸范圍為0.1mm～5cm。

本發明中，所述第一極片組以及第二極片組分別由兩個相同的四分之一圓環構成。

本發明中，所述供電裝置采用印刷線路板焊接電阻組和電容組連接。

本發明中，所述軸向RF射頻電壓及組間RF射頻電壓為5V～3KV，頻率為100KHz～10MHz。

本發明中，所述直流電壓為30V～3KV。

本發明中，所述每層極板的第一極片組和第二極片組以層為單位固定于所述絕緣材料板上。

本發明中，所述第二陣列單元內徑減小規則遵循拋物線規律。

本發明所述的離子傳輸聚焦及離子篩選裝置的工作方法如下：

在所述疊環電極陣列，沿離子傳輸方向施加依次遞減的直流電壓，作為離子水平動能；同時，疊環極板內，極片間的RF射頻電壓，可以形成多極桿離子傳輸作用，還可通過電壓調節，將射頻場頻率調節在目標離子的Mathieu’s不穩定邊界值附近，起到離子篩選作用；極板間射頻電壓，利用非均勻射頻場把離子約束在軸線附近振蕩，進一步冷卻聚焦離子。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果為：

1、結合多極桿離子傳輸技術和非均勻射頻場技術，有效提高離子傳輸和聚焦效率；

2、利用射頻場調節可以篩選離子，有效降低噪聲干擾；

3、設計簡單，整合技術，節省空間，并且可根據具體需要調節尺寸及連接方法。

附圖說明

圖1是本發明實施例的離子傳輸聚焦及離子篩選裝置示意圖。

圖2是本發明實施例的疊環電極陣列內部示意圖。

圖3是本發明實施例的離子傳輸聚焦及離子篩選裝置剖面圖。

圖4是本發明第一極片組和第二極片組的一種結構示意圖。

圖5是本發明第一極片組和第二極片組的另一種結構示意圖。

圖6是本發明第一極片組和第二極片組的又一種結構示意圖。

圖7是本發明第一陣列單元和第二陣列單元結構示意圖。

元件標號說明

疊環電極陣列 1

極板 11

第一極片組 111

第二極片組 112

供電裝置 2

連接裝置 3

底座 31

絕緣板 32

具體實施方式

以下說明詳細描述了本發明的可實施方式以及指導本領域技術人員如何實現本發明的再現。為了指導本發明的技術方案，已簡化或省略的一些常規方面。本領域技術人員應該理解源自這些實施方式的變形或將在本發明的范圍內。本領域技術人員應該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本發明的多個變形。由此，本發明并不局限于下屬可選實施方式，而僅有權利要求和他們的等同物限定。

本發明提供的離子傳輸聚焦及篩選裝置包括：疊環電極陣列，垂直于離子傳輸方向上，所述疊環電極陣列由第一陣列單元和第二陣列單元構成，所述第一陣列單元包括一層極板或兩層以上內徑相同的極板，所述第二陣列單元包括內徑依次遞減的至少兩層極板；所述每層電極包括第一極片組和第二極片組，所述第一極片組和第二極片組間隔設置，所述第一極片組以及第二極片組包括至少兩個極片。

供電裝置，所述供電裝置為所述第一陣列單元和第二陣列單元供電，沿離子傳輸方向每層極板上施加依次遞減的直流電壓作為離子水平勢能，同時，提供施加于軸向相鄰極板間的軸向RF射頻電壓，且相鄰極板所帶電性相反；還提供施加于所述極板內的所述第一極片組和第二極片組的組間RF射頻電壓，且第一極片組和第二極片組的組間RF射頻電壓所帶電性相反；

連接裝置，包括底座以及設置在所述底座上用于固定所述極板的陶瓷板或其它耐高壓絕緣材料(如聚醚醚酮、聚四氟乙烯等)板上。

本發明中，所述第一極片組第二極片組為印刷線路板或不銹鋼板。所述極板為圓環，其內徑尺寸范圍為0.1mm～5cm。所述第一極片組組以及第二極片組分別由兩個相同的四分之一圓環構成。

本發明中，所述供電裝置采用印刷線路板焊接電阻組和電容組連接。所述軸向RF射頻電壓及組間RF射頻電壓為5V～3KV，頻率為100KHz～10MHz。所述直流電壓為30V～3KV。

本發明中，所述第一極片組以及第二極片組固定于所述陶瓷板上。所述第二陣列單元內徑減小規則遵循拋物線規律。

具體的，請參閱圖1至圖3所示，本發明離子傳輸聚焦及篩選裝置包括：

疊環電極陣列1，垂直于離子傳輸方向上，本實施例中，該疊環電極陣列由22塊極板11組成，每塊極板上包括第一極片組111和第二極片組112至由2對極片2組成，所述極片對對稱放置且完全相同。本發明中，如圖5和圖6所示，所述極片組也可以包括間隔設置的三個或四個極片。其中，帶斜杠的極片施加正RF，空白的極片施加負RF。

供電裝置2，為所述疊環電極陣列1供電，共提供三部分電壓，包括：軸向RF射頻電壓，施加于軸向相鄰極板間，且相鄰極板所帶電性相反；組間RF射頻電壓，施加于上述極板內的相鄰極片間，且相鄰極片所帶電性相反；即所述極板內的第一極片組111和第二極片組112的組間RF射頻電壓所帶電性相反；如圖4所示，其中，帶斜杠的極片施加正RF，空白的極片施加負RF。軸向直流電壓，施加于疊環電極陣列1間，沿離子傳輸方向極板間電壓依次遞減，極板內極片對電壓相同。

連接裝置3，包括底座31以及設置在所述底座上用于固定所述極板11的陶瓷板32。本實施例中所述陶瓷板和極片通過8根直桿支撐，螺紋連接前后器件。

如圖3所示，所述疊環電極陣列內徑尺寸由兩部分構成，第一部分為線性部分，即疊環極板內徑相同，此部分疊環極板數量為12片；第二部分為曲線部分，即疊環極板內徑沿離子傳輸方向依次減小，具體減小遵守拋物線規則，疊環極板間距離為1mm，疊環極板數量為10；

射頻電壓可根據具體需要自由調節，從而起到離子傳輸或離子篩選作用。

疊環電極陣列每塊極板內徑尺寸為0.5mm～10mm。疊環電極陣列每塊極板外徑為18mm。極片材料可選用任何導電材料為銹鋼板。每對極片形狀完全相同，且鏡面對稱放置。極片形狀為四分之一圓環。

具體的，請參照圖7和下表所示，本實施例中，選取20層結構的極板構成疊環電極陣列。(圖7僅為部分示意圖，未畫出全部極片)其中，第一層至第10層，開孔的半徑x滿足拋物線方程：y＝0.541x2-0.034。其中，y為軸向每一層到第一層的距離；系數0.541和-0.034，為計算所得。計算時，固定第一層開孔直徑為0.5mm，第10層開孔直徑為10mm，由第一層開始，層間距為1.5mm。計算得到拋物線方程后，即可算出第2層至第9層開孔尺寸，見表格。從第11層至第22層，開孔尺寸與第10層相同，均為10mm。

每一層之間的直流電位，由等值的串聯電阻分壓所得，第一層施加直流電位12V，第22層施加直流電位75V。由此亦可得知每一層直流電位情況，見表格。

供電部分為印刷線路板焊接電阻組及電容組后連接到疊環電極陣列，并連接電源從而實現供電效果。軸向RF射頻電壓及組間RF射頻電壓為1KV，頻率為10KHz。軸向直流電壓位1.5KV。

在疊環電極陣列上，沿離子傳輸方向施加依次遞減的直流電壓，作為離子水平動能；同時，疊環電極陣列內，極板間的RF射頻電壓，可以形成多極桿離子傳輸作用，還可通過電壓調節，將射頻場頻率調節在目標離子的Mathieu’s不穩定邊界值附近，起到離子篩選作用；極板間射頻電壓，利用非均勻射頻場把離子約束在軸線附近振蕩，進一步冷卻聚焦離子。

所述射頻RF電壓可結合多極桿離子傳輸效果及非均勻射頻場把離子約束在軸線附近振蕩，從而傳輸聚焦離子，也可調節射頻場頻率在目標離子的Mathieu’s不穩定邊界值，起到極桿濾質器的作用，有效篩選目標離子。

所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。