本發(fā)明涉及離子質(zhì)譜領(lǐng)域，特別涉及離子傳輸聚焦、篩選裝置。

背景技術(shù)：

復(fù)雜生物樣品中，諸多低豐度物質(zhì)攜帶大量疾病生物標(biāo)記物，因此也成為了近年來生物、化學(xué)等領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)。質(zhì)譜、色譜、離子遷移譜等分離分析技術(shù)聯(lián)用，也成為了目前復(fù)雜樣品中低豐度組分奮力分析的最有力手段，質(zhì)譜技術(shù)的高靈敏度、高分辨率起到了至關(guān)重要的作用。然而，這三類技術(shù)間，存在一個根本問題就是，色譜技術(shù)主要在大氣壓或高于大氣壓的壓力區(qū)間工作，質(zhì)譜技術(shù)主要應(yīng)用于高真空條件下，而離子遷移譜技術(shù)主要應(yīng)用于低真空條件下。三者存在著工作壓力區(qū)間差異的屏障，自然使得聯(lián)用中分析傳質(zhì)過程受限，這也是目前這類聯(lián)用技術(shù)離子損失最為嚴(yán)重之處。除此之外，以液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)為例，目前應(yīng)用最為廣泛的接口，大多繼承或是衍生自1984年John Fenn發(fā)明的電噴霧離子源技術(shù)(ESI)，所產(chǎn)生離子以96°角狀噴射向質(zhì)譜真空接口，而質(zhì)譜針孔接口為了質(zhì)譜內(nèi)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(zhì)損失，大多數(shù)商品化儀器都使用了一系列離子導(dǎo)向，中性離子篩分技術(shù)，例如將離子源直接置于真空腔內(nèi)。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(chǎn)生的噪聲干擾。若將多極桿技術(shù)與“離子漏斗”技術(shù)聯(lián)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(fā)明通過研究創(chuàng)新，意在設(shè)計開發(fā)一種能夠有效解決離子傳質(zhì)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(chǎn)業(yè)上的利用價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決以上問題，本發(fā)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(fā)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(huán)電極陣列，垂直于離子傳輸方向上，所述疊環(huán)電極陣列由第一陣列單元和第二陣列單元構(gòu)成，所述第一陣列單元包括一層極板或兩層以上內(nèi)徑相同的極板，所述第二陣列單元包括內(nèi)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(shè)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(nèi)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(shè)置在所述底座上用于固定所述極板的絕緣材料板。

本發(fā)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(fā)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(fā)明中，所述極片為印刷線路板或不銹鋼板。

本發(fā)明中，所述極板為圓環(huán)，其內(nèi)徑尺寸范圍為0.1mm～5cm。

本發(fā)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(huán)構(gòu)成。

本發(fā)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(fā)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(fā)明中，所述直流電壓為30V～3KV。

本發(fā)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(fā)明中，所述第二陣列單元內(nèi)徑減小規(guī)則遵循拋物線規(guī)律。

本發(fā)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(huán)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(huán)極板內(nèi)，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(diào)節(jié)，將射頻場頻率調(diào)節(jié)在目標(biāo)離子的Mathieu’s不穩(wěn)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(jìn)一步冷卻聚焦離子。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為：

1、結(jié)合多極桿離子傳輸技術(shù)和非均勻射頻場技術(shù)，有效提高離子傳輸和聚焦效率；

2、利用射頻場調(diào)節(jié)可以篩選離子，有效降低噪聲干擾；

3、設(shè)計簡單，整合技術(shù)，節(jié)省空間，并且可根據(jù)具體需要調(diào)節(jié)尺寸及連接方法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的離子傳輸聚焦及離子篩選裝置示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的疊環(huán)電極陣列內(nèi)部示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的離子傳輸聚焦及離子篩選裝置剖面圖。

圖4是本發(fā)明第一極片組和第二極片組的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明第一極片組和第二極片組的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明第一極片組和第二極片組的又一種結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明第一陣列單元和第二陣列單元結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號說明

疊環(huán)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(shí)施方式

以下說明詳細(xì)描述了本發(fā)明的可實(shí)施方式以及指導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的再現(xiàn)。為了指導(dǎo)本發(fā)明的技術(shù)方案，已簡化或省略的一些常規(guī)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解源自這些實(shí)施方式的變形或?qū)⒃诒景l(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本發(fā)明的多個變形。由此，本發(fā)明并不局限于下屬可選實(shí)施方式，而僅有權(quán)利要求和他們的等同物限定。

本發(fā)明提供的離子傳輸聚焦及篩選裝置包括：疊環(huán)電極陣列，垂直于離子傳輸方向上，所述疊環(huán)電極陣列由第一陣列單元和第二陣列單元構(gòu)成，所述第一陣列單元包括一層極板或兩層以上內(nèi)徑相同的極板，所述第二陣列單元包括內(nèi)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(shè)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(nèi)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(shè)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(fā)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(huán)，其內(nèi)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(huán)構(gòu)成。

本發(fā)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(fā)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(nèi)徑減小規(guī)則遵循拋物線規(guī)律。

具體的，請參閱圖1至圖3所示，本發(fā)明離子傳輸聚焦及篩選裝置包括：

疊環(huán)電極陣列1，垂直于離子傳輸方向上，本實(shí)施例中，該疊環(huán)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(fā)明中，如圖5和圖6所示，所述極片組也可以包括間隔設(shè)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(fù)RF。

供電裝置2，為所述疊環(huán)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(nèi)的相鄰極片間，且相鄰極片所帶電性相反；即所述極板內(nèi)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(fù)RF。軸向直流電壓，施加于疊環(huán)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(nèi)極片對電壓相同。

連接裝置3，包括底座31以及設(shè)置在所述底座上用于固定所述極板11的陶瓷板32。本實(shí)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(huán)電極陣列內(nèi)徑尺寸由兩部分構(gòu)成，第一部分為線性部分，即疊環(huán)極板內(nèi)徑相同，此部分疊環(huán)極板數(shù)量為12片；第二部分為曲線部分，即疊環(huán)極板內(nèi)徑沿離子傳輸方向依次減小，具體減小遵守拋物線規(guī)則，疊環(huán)極板間距離為1mm，疊環(huán)極板數(shù)量為10；

射頻電壓可根據(jù)具體需要自由調(diào)節(jié)，從而起到離子傳輸或離子篩選作用。

疊環(huán)電極陣列每塊極板內(nèi)徑尺寸為0.5mm～10mm。疊環(huán)電極陣列每塊極板外徑為18mm。極片材料可選用任何導(dǎo)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(huán)。

具體的，請參照圖7和下表所示，本實(shí)施例中，選取20層結(jié)構(gòu)的極板構(gòu)成疊環(huán)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(shù)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(lián)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(huán)電極陣列，并連接電源從而實(shí)現(xiàn)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(huán)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(huán)電極陣列內(nèi)，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(diào)節(jié)，將射頻場頻率調(diào)節(jié)在目標(biāo)離子的Mathieu’s不穩(wěn)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(jìn)一步冷卻聚焦離子。

所述射頻RF電壓可結(jié)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(diào)節(jié)射頻場頻率在目標(biāo)離子的Mathieu’s不穩(wěn)定邊界值，起到極桿濾質(zhì)器的作用，有效篩選目標(biāo)離子。

所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

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