[发明专利]一种用于离子储存与质量分析的三角形圆环离子阱

说明书

技术领域

本发明属于质量分析器技术领域，具体涉及一种用于离子储存与质量分析的离子阱。 

背景技术

质谱仪是一种具有分析速度快、灵敏度高和具有分子特异性的科学分析仪器，广泛应用于化学、生物，环境检测，医疗卫生等众多领域。常用的质谱仪器包括磁质谱仪，四级杆质谱仪，离子阱质谱仪，飞行时间质谱仪，傅里叶回旋共振质谱仪，轨道离子阱质谱仪等。质谱仪技术的发展对于促进其他科学领域的进步起到了重大的贡献。 

其中，离子阱质谱仪有其独特的优势，离子阱不仅能够对离子进行质量分析，检测出质荷比，还能将离子储存在离子阱中。由于离子阱具有结构简单，可在较高气压下工作等特点，是质谱小型化的最理想选择，因此离子阱质谱仪在近年来得到了广泛的重视和发展。 

按照离子的几何结构，一般可以分为三维离子阱和直线型离子阱。传统的三维离子阱是由一个双曲面形的环形电极和两个双曲面形的端电极所组成的，如图1所示。其中环电极11上一般加载交流高频电压，两端电极12，13上加载直流电压。在上述条件下可在电极围成的区域中形成以四级场为主的电场分布，并可束缚、储存和分析进入此区域的离子。三维离子阱中存储的离子呈点状分布，因此其虽然具有很高的质量分辨，但是离子储存数量和离子存储效率不高。 

Halo ion trap(Anal.Chem.,2007,79,2927-2932)是由上下两个中央开孔的圆盘电极组成的离子阱。其在圆盘上镀有多圈环电极，并在不同的环电极上施加不同的射频电压，使得圆盘之间形成以四级场为主的圆环形电场分布，可以束缚住通过EI源形成的离子，通过扫描射频电压和加在最里和最外两个环电极上的激发电压，离子会向圆盘中心出射，并被检测。该离子阱结构虽然具有较为简单的结构和较大的离子储存能力，但是其质量分辨不高，约几百左右。 

在中国专利中，发明者提出了一种由平板圆环形电极形成的离子阱或离子阱阵列。具有良好的离子储存和质量分析功能。单由于圆环结构的特点，其形成的圆环形电场具有不对称性，影响其质量分辨性能。 

随着离子阱质谱技术的发展，近年来一直有新型的离子阱结构被开发出来，总之，具有研究具有结构简单，离子存储和质量分辨等性能更优的离子阱是科学家不断追求的目标。 

发明内容

针对以上现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种离子存储容量大、质量分辨性能好的三角形圆环离子阱。 

本发明提供三角形圆环离子阱，它是由两个完全等同的、横截面为三角形的圆环电极，和两个高度相等、直径大小不等的圆筒形电极所组成；其中，两个圆筒形电极同轴心，直径大的圆筒形电极套在直径小的圆筒形电极外，两者围成一筒形空间，两个三角形圆环电极对称地设置于两个圆筒形电极围成的筒形空间的上、下端，四个电极合围成一个圆筒形的离子阱空间。 

所述的三角形圆环电极的横截面为三角形, 其整个电极为空心圆环结构, 空心圆环的内直径为2R1，外直径为为2R2，如图2（a）；所述的两个圆筒形电极，其内直径分别为2r1（如图2（b））和2r2（如图2（c）），且 r1 < r2；两个圆筒形电极的高度完全相等。 

所述的三角形圆环电极，其横截面为等腰三角形，如图7（a）所示，其等腰三角形的顶角α范围在110度至160度之间。上下两块三角形圆环电极成对称分布，其顶角所对的面相互平行，如图2（a）。 

当用上述四个电极组成离子阱时，两个圆筒形电极与两个三角形圆环电极相互垂直，两个圆筒形电极构成离子阱的内外边界，两个三角形圆环电极与两个边界电极同轴心，直径为2r1的边界电极位于三角形圆环电极的内侧，直径为2r2的边界电极位于三角形圆环电极的外侧。用这些电极构成三角形电极圆环离子阱时，呈上下对称的结构。两个边界电极与两个三角形圆环电极之间形成一个圆筒形空间，即离子阱的离子存储空间。各个电极之间存在一个缝隙或者绝缘材料，以保证电极之间的电绝缘。 

图3显示了该三角形圆环离子阱的结构（已开狭缝），可以看出，其在径向上的任意截面都可以看成两个空间区域，每个空间区域由四个电极构成。在上下两个截面为三角形的圆环电极上施加高频交变电压信号，边界电极接地或者施加一个直流电压，则在这些电极所围成的区域之间形成一个以四级场为主的圆环形电场区域，构成离子储存区域。由于三角形圆环电极有别于传统的平板电极，其具有更多的可调节性，合适的三角形尺寸对于矫正圆环结构对于场形的影响具有极大的帮助。因此三角形圆环离子阱对于离子的质量分辨能力将有着极大的提升。