一种分段式多极杆碰撞反应池及质谱仪的制作方法

1.本发明涉及质谱仪技术领域，尤其涉及一种分段式多极杆碰撞反应池及质谱仪。


背景技术：

2.在质谱仪器分析样品的过程中，待测的目标离子可能与具有相同质核比的干扰物离子共存于离子流中。这些干扰离子会对待测正离子存在严重的质谱干扰，使得被干扰的目标离子的测量准确度受到严重影响。因此当今质谱仪器都会配备多极杆碰撞反应池作为去除多原子离子干扰最有效的手段。
3.多极杆碰撞反应池技术的理论基础是在池中引入的气体，气体分子与进入池中的离子之间相互碰撞后产生反应，去除影响待测离子的多原子离子后，目标离子被传输至质量分析器中，完成目标离子的质量筛选和检测。
4.现有的质谱仪器中配备的碰撞反应池中多极杆通常只安装多极杆(四极杆、六极杆或八极杆)，通过射频电源给多极杆施加rf电压已在其内部形成多极场以用于将从池体入口端到出口端进入的离子流进行径向约束。当质谱仪碰撞或反应模式操作时，碰撞反应池中有大量的碰撞或反应气体分子，离子进入碰撞反应池后，由于跟这些气体分子进行多次碰撞，部分离子，尤其是轻质量元素的离子的动能大大降低，无法从碰撞反应池的出口飞出，从而造成离子通过效率降低，也就是仪器的灵敏度降低。
5.对此，现有技术中为了保证离子的通过率，加入了辅助电极，也就是在多极杆之间加上一组辅助电极，这些辅助电极沿径向朝多极杆装置的纵轴向内延伸的顶部和主干部。主干叶片部分的径向深度沿着纵轴改变以便提供沿着辅助电极的长度成锥形剖面。也就是从碰撞反应池的入口端到出口端辅助电极的主干部向内径方向展开到出口端逐渐变大。通过向这组辅助电极施加直流电压产生轴向场，该轴向场会有效地将因与气体分子发生碰撞而降低能量的带正电离子推向池的出口端，提高离子的通过效率，提升仪器的灵敏度。但由于增加了辅助电极会导致质谱仪器的成本增加，并且结构变的复杂。
6.基于以上问题，亟需一种分段式多极杆碰撞反应池及质谱仪以解决上述技术问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于：提供一种分段式多极杆碰撞反应池及质谱仪，在保证离子的传输效率的前提下降低成本、简化结构。
8.一方面，本发明提供一种分段式多极杆碰撞反应池，该分段式多极杆碰撞反应池包括沿直线方向间隔设置的多个多极杆结构；
9.每个所述多极杆结构包括至少两个极杆组，每个所述极杆组包括间隔设置的两个极杆节，且各个所述极杆组的两个所述极杆节关于同一中心线中心对称设置；
10.相邻的所述多极杆结构中的极杆节数量相同且一一对应同轴设置；
11.所述多极杆结构中的其中一个所述极杆组中的各所述极杆节均施加有第一射频，
其中另一个所述极杆组中的各所述极杆节均施加有第二射频，所述第一射频和所述第二射频的频率相同且相位相反；
12.每个所述多极杆结构均施加有直流电压，且相邻的两个多极杆结构之间具有压差。
13.作为分段式多极杆碰撞反应池的优选技术方案，相邻的所述多极杆结构中，同轴且相邻的两个所述极杆节之间均设置耐高压绝缘体或具有电阻的导电材料。
14.作为分段式多极杆碰撞反应池的优选技术方案，同轴且相邻的两个所述极杆节之间均设置分压电阻。
15.作为分段式多极杆碰撞反应池的优选技术方案，分段式多极杆碰撞反应池具有入口端和出口端；所述分段式多极杆碰撞反应池还包括设置于所述入口端的入口电极和设置于所述出口端的出口电极；
16.位于入口端的所述多极杆结构的各个所述极杆节均和所述入口电极连接，位于出口端的所述多极杆结构的各个所述极杆节均和所述出口电极连接。
17.作为分段式多极杆碰撞反应池的优选技术方案，所述分段式多极杆碰撞反应池还包括反应池主体和多个绝缘底座，同轴的各个所述极杆节均安装于所述绝缘底座，各个所述绝缘底座均安装于所述反应池主体。
18.作为分段式多极杆碰撞反应池的优选技术方案，所述分段式多极杆碰撞反应池还包括设置于所述反应池主体两端的入口离子镜和出口离子镜；
19.所述分段式多极杆碰撞反应池还包括设置于所述反应池主体的入口聚焦离子镜，所述入口聚焦离子镜和所述入口离子镜沿离子的运动路径依次设置。
20.作为分段式多极杆碰撞反应池的优选技术方案，所述分段式多极杆碰撞反应池还包括安装于所述反应池主体的第一射频电极和第二射频电极；
21.所述第一射频电极用于提供第一射频，所述第二射频电极用于提供第二射频。
22.作为分段式多极杆碰撞反应池的优选技术方案，所述极杆节为圆杆，方杆，双曲面杆或凹面杆。
23.作为分段式多极杆碰撞反应池的优选技术方案，所述多极杆结构包含四个、六个或八个所述极杆节。
24.另一方面，本发明提供一种质谱仪，包括上述任一方案中的分段式多极杆碰撞反应池。
25.本发明的有益效果为：
26.本发明提供一种分段式多极杆碰撞反应池及质谱仪，该分段式多极杆碰撞反应池包括沿直线方向间隔设置的多个多极杆结构；每个多极杆结构包括至少两个极杆组，每个极杆组包括间隔设置的两个极杆节，且各个极杆组的两个极杆节关于同一中心线中心对称设置；相邻的多极杆结构中的极杆节数量相同且一一对应同轴设置；多极杆结构中的其中一个极杆组中的各极杆节均施加有第一射频，其中另一个极杆组中的各极杆节均施加有第二射频，第一射频和第二射频的频率相同且相位相反，可对样品离子进行径向约束。每个多极杆结构均施加有直流电压，且相邻的两个多极杆结构之间具有压差。相邻的两个极杆结构均可给样品离子施加轴向加速场，提升样品离子的动能和传输效率，增加检测灵敏度，并且成本更低，结构更加精简。
附图说明
27.图1为本发明实施例中分段式多极杆碰撞反应池的结构示意图一；
28.图2为本发明实施例中分段式多极杆碰撞反应池的结构示意图二；
29.图3为本发明实施例中分段式多极杆碰撞反应池的结构示意图三；
30.图4为本发明实施例中分段式多极杆碰撞反应池的结构示意图四；
31.图5为本发明实施例中分段式多极杆碰撞反应池的结构示意图五；
32.图6为本发明实施例中分段式多极杆碰撞反应池的结构示意图六。
33.图中：
34.1、多极杆结构；101、极杆组；1001、极杆节；
35.2、分压电阻；3、谐振电容；4、入口电极；5、出口电极；6、反应池主体；7、绝缘底座；8、入口离子镜；9、出口离子镜；10、聚焦离子镜；11、第一射频电极；12、第二射频电极。
具体实施方式
36.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
40.本实施例提供一种分段式多极杆碰撞反应池，如图1至图6所示，该分段式多极杆碰撞反应池包括沿直线方向间隔设置的多个多极杆结构1。每个多极杆结构1包括至少两个极杆组101，每个极杆组101包括间隔设置的两个极杆节1001，且各个极杆组101的两个极杆节1001关于同一中心线中心对称设置。
41.具体地，多极杆结构1可以包括四个、六个或八个极杆节1001。也就是说，多极杆结构1可以包括两个、三个或多个极杆组101。其中，如图1、图2、图5和图6所示，本实施中示例
性地给出了多极杆结构1包括四个极杆节1001的方案。极杆节1001可以采用圆杆，方杆，双曲面杆或凹面杆。其中，如图4至图6所示，本实施中示例性地给出了极杆节1001采用方杆的方案。
42.本实施中，相邻的多极杆结构1中的极杆节1001数量相同且一一对应同轴设置，如此设置，多极杆结构1的多个极杆节1001之间形成供离子通过的通道，各个多级杆结构的通道依次连通并形成反应池，在反应池中通入反应气体，样品离子从反应池的入口端输入后，通过反应气体去除干扰离子并保留目标离子，目标离子可从反应池的出口端输出。需要注意的是，多极杆结构1的多个极杆节1001位于同一圆周上，且均匀分布。
43.如图2所示，本实施中，多极杆结构1中的其中一个极杆组101中的各极杆节1001均施加有第一射频，其中另一个极杆组101中的各极杆节1001均施加有第二射频，第一射频和第二射频的频率相同且相位相反。其中，多个多极杆结构1中施加有第一射频的极杆组101共轴，施加有第二射频的极杆组101共轴，可通过射频源给对应的极杆施加射频以形成径向电场，进而可对进入反应池的样品离子进行径向约束，以使样品离子能够进行径向振动，增大其在反应池内的移动路径，从而样品离子和反应池中的反应气体可充分接触，以保证干扰离子被消除干净。
44.如图3所示，本实施中，每个多极杆结构1均施加有直流电压，且相邻的两个多极杆结构1之间具有压差。具体地，多极杆结构1的多个极杆节1001均施加有大小相同的直流电压，但分段式多极杆碰撞反应池中共轴的多个极杆节1001的直流电压各不相同，并且从入口端至出口端逐渐减小。如此设置，当样品离子从反应池的入口端输入后，轴向相邻的两个极杆节1001均可给样品离子施加轴向加速场，提升样品离子的动能和传输效率，增加检测灵敏度。并且，相比现有技术中采用辅助电极的方案，成本更低，结构更加精简。
45.本实施中同轴且相邻的两个极杆节1001之间均设置分压电阻2，从而对于同轴的多个极杆节1001而言，只需要在反应池的入口端和出口端的两个极杆节1001接入直流电即可使同轴的各个极杆节1001均被施加直流电压，结构简单。其中，入口端的直流电的电压大于出口端的直流电的电压，如图3所示，同轴的多个极杆节1001的直流电压从入口端至出口端逐渐降低，如此设置可使轴向加速场的方向与样品离子的输入及输出方向保持一致，以使反应池中的样品离子在传输的过程中获得持续的动能提升。并且，通过调整分压电阻2的电阻值，入口端的直流电的电压大小以及出口端的直流电的电压大小都可实现对极杆节1001携带的直流电压进行调节，如此可满足不同的使用需求。
46.可选地，相邻的多极杆结构1中，同轴且相邻的两个极杆节1001之间均设置耐高压绝缘体或具有一定阻值的导电材料，以避免轴向相邻的两个极杆节1001直接接触，保证轴向加速场的稳定性。在其他的实施例中，亦可使轴向相邻的两个极杆节1001保持一定的安全距离即可。
47.如图5所示，分段式多极杆碰撞反应池还包括反应池主体6和多个绝缘底座7，同轴的各个极杆节1001均安装于绝缘底座7，各个绝缘底座7均安装于反应池主体6。如此可实现多个多极杆结构1的整体组装。
48.可选地，请继续参照如图5，分段式多极杆碰撞反应池还包括设置于入口端的入口电极4和设置于出口端的出口电极5；位于入口端的多极杆结构1的各个极杆节1001均和入口电极4连接，位于出口端的多极杆结构1的各个极杆节1001均和出口电极5连接。从而，可
通过入口电极4给位于入口端的多极杆结构1的各个极杆节1001提供直流电，通过出口电极5给位于出口端的多极杆结构1的各个极杆节1001提供直流电。
49.可选地，请继续参照如图5，分段式多极杆碰撞反应池还包括设置于反应池主体6两端的入口离子镜8和出口离子镜9；分段式多极杆碰撞反应池还包括设置于反应池主体6的入口聚焦离子镜10，入口聚焦离子镜10和入口离子镜8沿离子的运动路径依次设置。
50.可选地，请继续参照如图5，分段式多极杆碰撞反应池还包括安装于反应池主体6的第一射频电极11和第二射频电极12；第一射频电极11用于提供第一射频，第二射频电极12用于提供第二射频，第一射频和第二射频的相位相反。
51.具体地，如图4至图6所示，以多极杆结构1包括两个极杆组101为例，一个极杆组101的两个极杆节1001沿第一方向间隔设置，另一个极杆组101的两个极杆节1001沿第二方向间隔设置，第一方向和第二方向的夹角为90
°
。
52.多个多极杆结构1共组成四个极杆，每个极杆均由同轴的多个极杆节1001组成。在每个极杆中，任意相邻的两个极杆节1001之间均设置分压电阻2。在四个极杆中，位于入口端的四个极杆节1001均和入口电极4连接，位于出口端的四个极杆节1001均和出口电极5连接，从而，极杆中的各个极杆节1001均将携带直流电压，以形成轴向加速场。
53.沿第一方向相对的两个极杆中的各个极杆节1001均通过谐振电容3连接第一射频电极11。沿第二方向相对的两个极杆中的各个极杆节1001均通过谐振电容3连接第二射频电极12，其中，第一射频电极11用于加载rf-射频，第二射频电极12用于加载rf 射频，rf-射频与rf 射频的频率相同，但相位相差180
°
。如此可形成径向电场，进而可对进入反应池的样品离子进行径向约束。
54.在轴向加速场和径向电场的作用下，进入反应池中的样品离子能够和反应气体充分反应，并且能够被加速向出口端推动，保证样品离子的传输效率，增加仪器的灵敏度。
55.本实施例还提供一种质谱仪，包括上述分段式多极杆碰撞反应池。
56.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。