[发明专利]一种离子偏转传输系统

说明书

技术领域

本发明属于分析仪器技术领域，具体涉及一种离子偏转传输系统。

背景技术

电感耦合等离子体质谱技术（ICP-MS）是20世纪70年代发展起来的一种新的分析检测技术，其原理是利用电感耦合等离子体将样品中的元素气化成为带电离子，通过离子传输系统将由电感耦合等离子体产生的离子传输到质量分析器中，再按不同质荷比分开，可根据分析结果得知样品中含有的元素。与其他分析技术相比，ICP-MS具有检出限低，线性范围宽，快速检测和同时检测出多种元素等优点。其应用范围也越来越广。

电感耦合等离子体质谱技术（ICP-MS）主要有电感耦合等离子体离子源、离子传输系统、质量分析器等构成。离子传输系统起到了连接离子源和质量分析器的作用，它的性能直接决定了ICP-MS的灵敏度和检测限等重要指标。

在ICP-MS中，电感耦合等离子体离子源产生的粒子包括：带负电的电子，不带电的光子和中性粒子以及带正电的离子。离子传输系统不仅承担传输离子的功能，同时也担负排除电子、光子和其它中性分子干扰的作用。在离子传输系统各电极形成的电场中，带正电的离子在电场的作用下会发生偏转；电子是带负电的，在传播过程中将与带正电的离子分离而不会被检测到；光子和中性分子不带电，只能延直线传播，会碰撞到真空腔体内壁上，被真空泵抽走。所以最终能被传输到质量分析器的只有带正电的离子。

目前ICP-MS的主流产品中使用的离子传输系统都有自己的设计，虽然各不相同，但都能实现利用电场偏转离子的目的。离子光学系统整体主要有光子挡板型和90度偏转类型。

光子挡板型是在离子透镜同轴中间放置一个带正电压的金属片，带正电的离子可以绕过光子挡板重新汇聚，而电子、光子和中性分子都被挡板阻挡下来，之后被真空泵抽走。这种结构避免了ICP等离子体中的电子、光子和中性分子进入检测器引起干扰，但带正电的离子损失也很大，最终影响信号强度。

90度偏转型是通过电场将离子束偏转90度，光子和中性分子则继续沿直线传播，碰撞到真空腔体内壁，最后被真空泵抽走。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够将离子偏转90度进行传输，从而消除光子和中性分子的干扰，提高检测信号信噪比的离子偏转传输系统，

本发明提供的离子偏转传输系统，包括聚焦透镜组和偏转透镜组。所述的聚焦透镜组用于聚焦和传输离子，它由多个（例如两个、三个、四个，或更多个）中心开孔的平面或者筒状电极所组成。当在平面电极或筒状电极上施加适当的梯度电压时（例如在附图中聚焦透镜组101的三片电极上分别施加70v、80v、70v的直流电压），以产生能将离子聚焦的电场分布，实现离子的聚焦，并传输进入离子偏转透镜组。

所述偏转透镜组由多片（例如两片、三片、四片，或更多片）偏转电极构成，偏转电极采用导电材料，或者是在半导体或绝缘材料表面镀金的材料；聚焦透镜组和偏转透镜组在水平方向上保持在同一中心线上。在偏转透镜组的各片电极上施加一组直流电压（例如在附图中三片电极上分别施加65v、81v和81v一组直流电压），以形成的特定电场，使离子在该电场中发生90度左右的偏转。 

本发明中，所述的偏转透镜组的偏转电极不受形状、尺寸和制造材料种类的限制，只要是通过施加直流电压保证离子能够偏转。形状可以是平面的，圆柱面的，圆环面的以及其他曲面的。制造材料可以是各种导电的材料、半导体材料以及陶瓷、印刷线路板、高分子材料等表面可镀金属膜的材料。

本发明的离子偏转传输系统，可以与电喷雾离子源结合使用，也可以和电轰击离子源、大气压化学电离、介质阻挡放电、快原子轰击源等各种离子源结合使用。

本发明的离子偏转传输系统，可以和多种质量分析器结合使用，质量分析器可以是离子阱质量分析器，也可以是四极杆质量分析器、飞行时间质量分析器、磁质谱分析器、傅里叶变换分析器、轨道离子阱质量分析器等。

本发明的有益效果在于：能够有效的消除光子和中性分子的干扰，使离子经过偏转进入下一级的质量分析器中；也可以与四极杆质量分析器结合，筛选出需要研究的目标离子传输到下一级的质量分析器中，便于进行进一步研究。

附图说明

图1为离子偏转传输系统的结构示意图。

图2为偏转透镜组断面结构的剖面示意图。

图3为离子偏转传输系统作偏转时的理论模拟结果图。

图4为一种具体结构尺寸下的离子偏转传输系统结构图。

图5为离子偏转传输系统应用的一个实例示意图。