[发明专利]一种离子阱质量分析器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种离子阱质量分析器及其制作方法，特点是：在一张多层印制电路板上制作的具有中心对称轴的三维结构，多层印制电路板的各层垂直于中心对称轴，多层印制电路板包含多个导电层，各个导电层作为电极，其中最外侧的导电层作为屏蔽电极，用于屏蔽外部电场，次外侧的导电层作为端盖电极，中间的导电层通过平行于中心对称轴的金属镀层相连作为环电极，沿中心对称轴从上到下依次为屏蔽电极、端盖电极、环电极、端盖电极、屏蔽电极，屏蔽电极和端盖电极均沿中心对称轴设有中心圆孔，各个电极之间绝缘，优点是：用多层印制电路板制得的质量分析器结构简单，降低加工难度，质量分辨率高，提高了质谱仪系统的性价比。

技术领域

本发明涉及离子质量分析领域，尤其涉及一种离子阱质量分析器及其制作方法。

背景技术

质量分析器是质谱中利用不同质荷比的离子在电场或磁场中的运动时间或运动轨迹不同分离不同离子的部件。其中离子阱质量分析器是先将离子捕获至阱内，再通过改变电极电压或者电极电压的频率等方式依次将离子进行弹出。离子阱质量分析器因其灵敏度高，体积小，可以单个离子阱质量分析器实现串联质谱等优点，广泛应用于生化分析用的质谱仪特别是便携式质谱仪。

三维离子阱质量分析器是离子阱质量分析器的一种。它的结构如图1所示，由一个环电极和一对上下对称的端盖电极构成，可以在离子阱内部形成一个捕获离子的三维电场。其离子束缚的基本工作原理是通过在电极上加载交流电压，在阱内产生交变电场，使阱内的离子往复运动，束缚在离子阱内。理想的电极形状为双曲面形，并需要极高的机械加工精度和组装精度。这使得离子阱质量分析器的生产成本较高，维护也非常困难。在工程化过程中人们认识到，电极形状相对双曲面有所偏离，并不会导致分析性能的大幅下降。由此提出了圆柱形离子阱，该结构如图2、3所示，它使用一个圆筒状的电极代替中间的环电极，用两块平板代替两侧的端盖电极。相比双曲面形的电极，圆筒形和平板的加工难度极大下降，加工成本有所下降，但仍然需要较高的加工精度和装配精度。

近年来，质谱仪不断向小型化和便携式方向发展，带动离子阱质量分析器也向小型化方向发展。离子阱结构件一般采用机械加工的方式加工，用分立的电极零件组装成离子阱。但是当离子阱尺寸较小时，离子阱的加工和装配误差引起的离子存储能力和质量分辨率等性能下降成为质量分析器小型化的主要矛盾。为了获取较好的性能，通常采用精度更高的微加工方式，这可以提高加工精度，但是大大增加了加工成本。

在线性离子阱中，专利号为ZL 200410024946.8的发明专利提出用印制电路板加工电极，可以极大的降低电极加工成本。这种电极加工方法也可以用于小型圆柱形离子阱的电极，但是得到的是分立的电极，仍然需要高精密的装配。

近年来，人们一直在寻找合适的离子阱结构和加工方法，以降低加工成本，提高性能。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种制造成本低、质量分辨率高的离子阱质量分析器及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种离子阱质量分析器，是在一张多层印制电路板上制作的具有中心对称轴的三维结构，所述的多层印制电路板的各层垂直于所述的中心对称轴，所述的多层印制电路板包含多个导电层，各个所述的导电层作为电极，其中最外侧的导电层作为屏蔽电极，用于屏蔽外部电场，次外侧的导电层作为端盖电极，中间的导电层通过平行于所述的中心对称轴的金属镀层相连，作为环电极，所述的屏蔽电极和所述的端盖电极均沿所述的中心对称轴设有中心圆孔，各个电极之间绝缘。

在一些实施方式中，两个所述的端盖电极的中心圆孔的直径相同，所述的环电极的直径大于所述的端盖电极的中心圆孔的直径。由此能够保证电场对称，环电极的直径大于端盖电极的中心孔以保证端盖电极的场不会被电极屏蔽掉，由此保证离子捕获和质量分析的效果。

在一些实施方式中，两个所述的端盖电极与所述的环电极之间的距离相同。由此能够保证电场对称。