本發(fā)明涉及用于傳輸、聚焦和保留離子的射頻裝置，其用于質(zhì)譜和離子遷移譜應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、質(zhì)譜儀通常由離子源、真空室、質(zhì)譜分析儀和離子探測器組成。離子源中產(chǎn)生的離子被質(zhì)譜分析儀接收，在那里它們根據(jù)質(zhì)荷比(以下簡稱“質(zhì)量”)分離，然后被探測器記錄下來。如果離子源在高壓下運行，則需要一個系統(tǒng)，將離子輸送到典型壓力為1e-5-1e-6torr的真空室中。這種裝置被稱為差動泵接口，其中壓降被分為多個腔室/區(qū)域。每個后續(xù)腔室的壓力與相鄰腔室中的壓力不同，通常通過孔(隔膜，apertures)與相鄰腔室隔開，該孔限制氣體流入下一個腔室，其中為了實現(xiàn)最大的靈敏度，必須在各級之間以最小的損失傳輸離子。接口級之間的孔具有較小狹縫時，對泵的負載較??；然而，離子通過窄孔時可能會有顯著損失。在復(fù)雜的多組件質(zhì)譜儀中，儀器的組件或功能單元有時被稱為“級”。這些可能是接口級、離子碎裂單元、離子累積裝置、離子包形成裝置或質(zhì)譜儀(質(zhì)譜儀內(nèi)可能有多個)等。例如，質(zhì)譜儀中的一種離子操控方式涉及為將離子傳輸?shù)矫}沖正交加速器(oa)并獲得其飛行時間(tof)譜做好準備。正交加速tof質(zhì)譜儀的分辨率和透射率在很大程度上取決于接收到的離子包的相體積。因此，在將離子包引入oa之前，制備離子包的一個重要步驟是減少其相體積，這一過程可通過離子與中性氣體碰撞并因此冷卻來有效地實現(xiàn)。這個過程也可以稱為氣體中離子的熱化。
2、在分析化合物時，質(zhì)譜和離子遷移譜面臨的挑戰(zhàn)之一是，在通過差動泵接口將離子從高壓區(qū)域傳輸至高真空區(qū)域(在質(zhì)譜儀中按質(zhì)量分離離子)時的離子損失。離子的損失會對儀器的靈敏度產(chǎn)生不利影響。
3、質(zhì)譜儀，特別是質(zhì)量分析器，通常與基于某些參數(shù)對離子進行預(yù)分離的裝置串聯(lián)使用，例如，用于高速色譜或離子遷移譜(ims)，其以200-300μs(用于ims)和20-1000ms(用于色譜)的典型時間內(nèi)高速分離樣品組分。在這種情況下，除了效率之外，將這些裝置彼此連接的離子傳輸系統(tǒng)還需要確保聚焦和傳輸系統(tǒng)的速度。為了避免在進入質(zhì)譜儀之前損失先前分離階段獲得的分辨率，離子傳輸系統(tǒng)應(yīng)防止其輸入端接收到的時間分離的離子包發(fā)生混合和擴散。目前，串聯(lián)質(zhì)譜儀具有可以在氣體中聚焦和傳輸離子的系統(tǒng)。其中最常見的包括離子漏斗、射頻多極裝置(四極、六極、八極等)[douglas?d.j.,french?j.b.專利us4964746,1989年]([douglas?d.j.,french?j.b.patent?us4964746,1989г.])以及行波場裝置。
4、離子漏斗是實現(xiàn)離子傳輸和聚焦系統(tǒng)的傳統(tǒng)方式之一，其由一系列具有同軸排列孔的電極構(gòu)成，其中在從ms出口朝向分析器的方向上，每個后續(xù)電極的孔徑都小于前一個，從而形成離子運動的空間，即“漏斗”(us6107628a，2000年8月22日；us8299443b1，2012年10月30日)。
5、上述裝置的缺點包括：將離子傳輸?shù)骄哂胁煌瑝毫Φ南乱粋€腔室的效率低下、沿表面的離子傳輸緩慢、在短數(shù)據(jù)采集時間內(nèi)裝置的靈敏度低、對后續(xù)級泵的氣體負載高、離子包在通過裝置傳輸過程中發(fā)生擴散，以及無法為質(zhì)譜儀后續(xù)階段的后續(xù)級操作(如碎裂和/或熱化)準備離子包。
6、下文所述的發(fā)明旨在解決這些問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、技術(shù)任務(wù)在于創(chuàng)建一種高效的裝置以及離子傳輸方法，確保裝置在短數(shù)據(jù)采集時間內(nèi)具有高靈敏度，防止離子在通過裝置傳輸過程中發(fā)生擴散，并為質(zhì)譜儀下一級的后續(xù)操作(例如離子碎裂和/或熱化)準備離子包。
2、技術(shù)效果在于：實現(xiàn)了將離子高效率傳輸?shù)骄哂胁煌瑝毫Φ南乱粋€腔室、確保在短數(shù)據(jù)采集時間內(nèi)裝置的高靈敏度、減少后續(xù)級泵的氣體負載、防止離子包在通過裝置傳輸過程中發(fā)生擴散，以及為質(zhì)譜儀后續(xù)階段的后續(xù)級操作(如碎裂和/或熱化)準備離子包。
3、該技術(shù)效果是通過以下事實實現(xiàn)的，離子傳輸裝置包括：離子傳輸通道，該通道具有入口端和出口端，受射頻和/或直流電極所在表面的限制，這些電極產(chǎn)生行波場以引導(dǎo)離子向通道出口端傳輸，其中位于裝置出口部分的電極確保離子的碎裂或熱化，與位于裝置其余部分的其他電極不同的是它們的電源模式和/或幾何結(jié)構(gòu)。
4、此外，離子傳輸通道的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。
5、此外，離子傳輸通道朝向出口逐漸收縮。
6、此外，離子傳輸通道由兩個具有射頻電極的平坦相對表面和兩個具有直流電極的平坦相對表面構(gòu)成。
7、此外，離子傳輸通道由四個平坦表面形成，射頻電極或孔電極沿通道交替排列布置。
8、此外，電極制成兩個一組和/或更多個電極一組的形式，這些電極被提供有相應(yīng)的鎖相射頻電源。
9、此外，布置在裝置出口部分的電極作為單獨的組設(shè)置，并沿著離子傳輸通道的長度布置。
10、此外，布置在裝置剩余部分中的電極作為一電極組設(shè)置，并布置在離子傳輸通道的整個長度上。
11、此外，布置在裝置出口部分的電極的幾何形狀與布置在裝置其余部分的電極幾何形狀相同。
12、此外，在一個表面上布置在裝置的出口部分中的相鄰電極之間的距離小于布置有這些電極的相對表面之間的距離。
13、此外，電極具有矩形形狀或具有圓心位于表面軸上的圓弧形形狀，或具有另一種彎曲形狀。
14、此外，電極中曲率的直徑或大小朝向裝置的出口變化。
15、此外，電極沿著表面的長度具有重復(fù)樣式。
16、此外，電極具有沿表面長度變化的樣式和尺度。
17、此外，限定通道的表面包含洞(holes)或穴(pores)。
18、此外，限定離子傳輸通道和場電極邊界的表面是使用印刷電路板技術(shù)制造的。
19、此外，由具有電極的表面形成的通道為密封的，或具有有限的氣體滲透性，并且可以抵抗通過通道的氣體流動。
20、此外，離子傳輸裝置可以在通道的出口部分保留和累積離子。
21、此外，離子傳輸裝置可以通過自身將離子傳輸?shù)奖妊b置入口處壓力更高的區(qū)域。
1.一種離子傳輸裝置，其特征在于，包括離子傳輸通道，所述離子傳輸通道具有入口端和出口端，受射頻和/或直流電極所在表面的限制，所述電極產(chǎn)生引導(dǎo)離子朝向所述離子傳輸通道的所述出口端傳輸?shù)男胁▓觯渲?，所述電極布置在所述裝置的出口部分，以實現(xiàn)離子的碎裂或熱化功能，并且在供電模式和/或幾何結(jié)構(gòu)上不同于位于所述裝置其余部分的電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，所述離子傳輸通道的橫截面為矩形、圓形或橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，所述離子傳輸通道朝向出口逐漸變窄。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，所述離子傳輸通道由兩個具有射頻電極的平坦相對表面和兩個具有直流電極的平坦相對表面形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，所述離子傳輸通道由四個平坦表面形成，所述四個平坦表面上的射頻電極或孔形式的電極沿所述通道交替排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，所述電極制成兩個一組和/或更多個電極一組的形式，并向其提供適當(dāng)鎖相的rf電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，布置在所述裝置的出口部分中的電極作為獨立的組，并沿著所述離子傳輸通道的長度布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，所述裝置剩余部分中的電極作為一電極組，并橫跨所述離子傳輸通道的長度布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，布置在所述裝置出口部分的電極的幾何形狀與布置在所述裝置其余部分的電極的幾何形狀相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，所述電極具有矩形形狀或具有圓心位于表面軸上的扇形形狀，或具有其他彎曲形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，所述電極沿所述表面的長度具有重復(fù)樣式。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，所述電極具有沿所述表面的長度變化的樣式和尺度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，限定所述通道的所述表面包含洞或穴。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，限定所述離子傳輸通道和場電極的所述表面是采用印刷電路板技術(shù)制造的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，由具有電極的所述表面形成的所述通道是密封的或具有有限的氣體滲透性，并且可以抵抗通過所述通道的氣體流動。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，所述離子傳輸裝置可以在所述通道的出口部分中保留和累積離子。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子傳輸裝置，其特征在于，所述離子傳輸裝置可以通過自身將離子傳輸?shù)奖人鲅b置入口處壓力更高的區(qū)域。