离子传输设备制造技术

离子传输设备，包括：离子隧道，其包括堆叠的第一多个板电极，分别具有相同直径θ

【技术实现步骤摘要】
离子传输设备
[0001]本申请是申请日为2021年4月20日、申请号为202120810351.4、专利技术创造名称为“大气至真空离子传输系统”的中国技术专利申请的分案申请。


[0002]本公开涉及质谱法。更具体地，本公开涉及包含以堆叠配置布置的多个环形电极的离子导向器。

技术介绍

[0003]在过去的二十年中，离子漏斗已经成为有效的大气压离子源的既定组件。离子漏斗包含一堆RF电极，这些RF电极具有朝向气体电导限制孔直径逐渐减小的孔。图1A提供了此类离子漏斗设备1沿纵轴1的纵向截面图(左手侧)和端视图(右手侧)的示意性描绘。一般而言，离子漏斗装置由多个纵向间隔紧密的环形电极组成，例如四个所示的环形电极2a至2d，其具有从装置的入口到其在出口孔5处的出口尺寸减小的孔。电极间隔开恒定的电极间距离d，这里称为漏斗的“间距”。孔沿着漏斗长度的变化率限定了漏斗半角，α，如图所示。孔由环形内表面3限定，并且离子入口对应于最大孔(未示出)，以及离子出口对应于最小孔(即出口孔)5。应当记住，典型的离子漏斗使用大约一百个环形电极。为清楚起见，离子漏斗的附图仅描绘最接近出口孔的电极总数的一小部分。电极彼此电绝缘，并且射频(RF)电压以规定的相位关系施加到电极，以将离子径向限制到装置的内部。图1B是由第一环形电极2a例示的每个单独环形电极的可能配置的示意性绘示。每个环形电极形成为板，如图1B中的板11a所示，所述板包含中心孔，如具有相应的孔径θ的中心孔8a所示。通常，孔径在气流通过漏斗的方向上沿着漏斗的长度减小。每个环形电极可以包含一个或多个接片，例如接片9a，用于安装到支撑结构(未示出)并且可能提供到电源(未示出)的电连接。
[0004]尽管离子漏斗被认为是最先进的，但是在文献中已经记载了几种限制。具体地，已经发现(Tolmachev,Aleksey V.,Taeman Kim,Harold R.Udseth,Richard D.Smith,Thomas H.Bailey,Jean H.Futrell.《用于高灵敏度电喷雾电离质谱法的电动离子漏斗的基于模拟的优化》(Simulation
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based optimiza
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tion of the electrodynamic ion funnel for high sensitivity electrospray ioniza
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tion mass spectrometry.)《国际质谱学杂志(International Journal of Mass Spectrometry)》203，第1
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3期(2000)：31
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47)低质量离子的传送(例如，m/z<100)由于稳定性差而低效，特别是在孔径(θ)与间距(d)的比率为～2的区域中。相反，高质量离子的传送受到几个因素的限制，包括：(1)径向限制伪势和m/z之间的反比关系，(2)由气流赋予的曳力，以及(3)空间电荷效应，特别是在输出附近离子密度增加的区域中。当需要宽m/z范围的传送时，例如在所谓的“全扫描”MS
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1测量光谱中，这些结果强加了挑战。
[0005]在离子漏斗的输出处，通常采用直径为～2mm的仅DC的气体电导限制孔。在这个临界区域(其中θ/d≈2)中，离子密度增加并且空间电荷可以引起离子损失。此外，RF电压的轴上穿透导致产生轴向捕获阱，这可产生不稳定性、促进瞬时捕获，并导致不希望的离子碎片
化。此类行为是不期望的，因为此类条件也产生调谐曲线，其中对于特定m/z的最佳传送只能在窄的RF电压范围内实现。
[0006]Tolmachev等人描述一种离子漏斗设计，所述设计通过增加补偿电极降低输出附近的轴向RF电压。减小轴上RF电压的可替换的简单手段是简单地增加出口孔尺寸，尽管经常不采用这种修改，因为它也增加了质谱仪中下游真空室上的气体负载。此外，具有高通过量离子入口毛细管(具有大的内钻孔，例如开槽钻孔或可选地，多个钻孔)的离子漏斗的操作导致进一步促进瞬时捕获的升高的前级管线压力。通常，施加轴向“直流”(DC)电压梯度以促进离子传输通过输出附近的临界区域。

技术实现思路

[0007]根据本教导，提供了可替换的离子漏斗设计，其能够有效地传输离子而不需要施加DC梯度并且不需要额外的气体泵送能力。特别地，根据本教导的优化的大气至真空离子传输系统包括：(a)插入在大气压电离室和部分抽空的室之间的离子迁移管，所述离子迁移管；以及(b)部分抽空的室中的离子漏斗，所述离子漏斗包含第一漏斗部分，所述第一漏斗部分包含被配置成堆叠的多个板电极，每个电极包含具有相应孔径的孔，其中每个孔径大于或等于电极间间距的三倍，其中在出口电极和第一多个板电极中邻近的一个之间不施加DC电势梯度。
[0008]离子迁移管可以包含开槽钻孔，或者可选地可以包含多个开槽或圆形的钻孔。优选地，离子迁移管的纵轴相对于离子漏斗的中心纵轴以非零角度安置。根据各种实施例，离子漏斗可以包含第二漏斗部分，所述第二漏斗部分安置在第一漏斗部分和离子隧道之间，所述离子隧道被配置成用于从离子迁移管接收气体和带电粒子，其中第二漏斗部分包含被配置成堆叠的第二多个板电极，并且其中电极间间距、电极厚度和漏斗半轴中的一个或多个在第一漏斗部分和第二漏斗部分之间不同。已发现满足这些规格的若干实施例产生如本文所述的精细传送特性。根据本教导的大气至真空离子传输系统的一些实施例包括离子漏斗，所述离子漏斗进一步包含孔径为2mm或更小的出口电极。本文描述的离子漏斗的改进的实验性能归因于：(1)轴向RF电压穿透性的降低和(2)基本上在轴向尺寸上的亚音速气流，其从开槽钻孔毛细管和随后的各向异性超音速膨胀发出，这有利于漏斗输出附近的离子传输。
[0009]为了提供增加的气体和离子流，根据本教导的大气至真空离子传输系统的一些实施例可以包括包含多个槽的离子迁移管，如在专利技术人Wouters等人的共同转让的美国专利第8,309,916号和共同转让的美国专利第8,847,154号中所描述的。在一些实施例中，离子迁移管可以包含多个圆形或部分圆形的钻孔，如共同转让的美国专利第7,470,899号(专利技术人为Atherton等人)和共同转让的美国专利第8,847,154中所描述的。
附图说明
[0010]本技术的上述和各种其它方面将从以下描述中变得明显，以下描述仅以实例的方式给出并且参考附图，附图不必按比例绘制，其中：
[0011]图1A是常规离子漏斗的一部分的纵向截面图(左手侧)和端视图(右手侧)的一组示意性描绘；
[0012]图1B是离子漏斗的板电极的一种可能配置的示意性绘示；
[0013]图2A是常规离子漏斗的一部分的第二示意性纵向截面图；
[0014]图2B是根据本教导的第一离子漏斗的一部分的示意性纵向截面图；
[0015]图2C是根据本教导的第二离子漏斗的一部分的示意性纵向截面图；
[0016]图2D是根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子传输设备，其特征在于，包括：离子隧道，其包括配置为堆叠的第一多个板电极，所述第一多个电极中的每一电极中具有孔口，所述第一多个电极的所有孔口具有相同直径θ
T1
，其中所述第一多个电极中的每一电极与所述第一多个电极中的每一相邻的前或相邻的后电极相隔电极间间距d1；以及离子漏斗，其包括：第一离子漏斗部分，其包括：离子入口端，其邻近于离子隧道区段安置；离子出口端；以及第二多个板电极，其配置为堆叠，所述第二多个电极中的每一电极中包括孔口，每一孔口具有相应直径θ
F1
，其中θ1≤θ
F1
<θ
T1
，其中所述第二多个电极中的每一电极与所述第二多个电极中的每一相邻的前或相邻的后电极相隔电极间间距d1；以及第二离子漏斗部分，其包括：出口端；入口端，其邻近于所述第一离子漏斗部分的所述出口端安置；以及第三多个板电极，其配置为堆叠，所述第三多个电极中的每一电极中包括孔口，每一孔口具有相应直径θ
F2
，其中θ2≤θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：萨默费尼根有限公司，
类型：新型
国别省市：