一种用于离子传输的电极、柔性离子导向器的制作方法

本发明属于质谱分析技术中的离子传输及离子分离，具体涉及一种用于离子传输的电极、柔性离子导向器。

背景技术：

1、质谱仪一般由真空系统，离子源，离子导向器以及质量分析器组成。现代商用质谱的离子源一般工作在粗真空甚至常压下，其质量分析器则必须工作在高真空下。考虑到质谱仪不同部件的工作压力差异极大，其真空系统一般采用逐级减压结构，即：从离子源到质量分析器之间设置多个真空度逐级递增的减压室。此外，为保证各真空室压力稳定，腔室之间一般采用限流孔连接。同时，这些限流孔也是离子在不同腔室之间传输的唯一通道。入射粒子束与背景气体分子碰撞后出现动量发散，其截面随碰撞次数逐渐展宽。此外，由于入射离子束一般带同种电荷，其内部会产生空间电荷效应，导致离子束截面展宽。因此，为减少径向发散离子束穿越不同真空腔室时(通过限流孔)产生的损失，一般应采用离子导向器(其核心部件为具有特定形状的，通直流或射频电信号的电极)来约束离子径向运动从而对离子束聚焦。

2、常压解吸电离(ambient desorption ionization,adi)质谱技术是一种无需样品制备，可在常压下对待测物表面直接采样并电离的一种原位分析方法。作为一种迅速，实时，且具有高灵敏度的新兴质谱技术，该方法在临床诊断，食品安全，环境监测以及公共安全等领域具有极大的应用潜力。adi质谱技术的特点意味着：在实际情况下，样品与质谱仪质量分析器的空间位置可能相隔较远，adi无法在质谱仪附近完成特定状态如活体的组织器官成分的质谱分析。通过样品传输的方法间接将样本从原位传递到质谱仪adi附近，样本需要经过长距离的复杂路径传送，而这一过程伴随着样品损失、响应时间滞后、样本交叉污染等风险。由于缺乏可靠的远距离柔性离子传输手段，目前商用adi质谱仪一般直接通过不锈钢毛细管或开孔截取锥进样，无法实现远距离原位检测。鉴于以上讨论，有必要开发一种可实现远距离柔性传输的离子导向器。

3、由于该导向器的两端分别与常压以及粗真空环境连通，其内部势必存在强烈对流，进而导致离子束发散。在这种情况下，一般采用聚焦性能较好的射频离子导向器对离子进行约束。目前商用质谱仪中所使用的射频离子导向器从结构上大多可分为两种：1.多级杆型2.堆叠环型。其中，射频多级杆主要使用2n(n＝2,3,4,5)根接通射频电源的杆状电极形成的射频电场对离子进行约束，其中接相邻电极的激励信号相位相差180度，如图1(a)所示。射频堆叠环主要采用多个通射频电源的圆环状电极所形成的电场进行离子约束，其中相邻极板的激励信号相位差180度，如图1(b)所示。一般来说，由于堆叠环型离子导向器的电极之间距离更近，其相比于多级杆型导向器可产生更强的射频电场以及更好的离子约束效果。然而，堆叠环型导向器的电极轴向间断，随之产生的边缘效应会在导向器内部产生明显的轴向势阱，进而阻碍离子传输并造成离子质量歧视效应。而多级杆离子导向器的电极在轴向上无间断，故其无轴向势阱。

4、中国专利cn105719936 a提到了一种具有分段螺旋状电极的射频离子导向器。如图2(a)所示，该导向器由至少包含4组螺旋电极组成，且每组电极之间包含横向间断。据称，该导向器利用螺旋电极外形连续变化的特点，可以有效消除轴向势阱。cn 107564796 b提到了一种由射频四级杆和四极螺旋电极耦合而成的离子导向器。如图2(b)所示,该导向器利用螺旋电极的几何连续性减少了离子通过不同腔室时的损失。以上具有螺旋电极的离子导向器可视为一种介于多级杆和堆叠环型导向器之间的构型：其各匝线圈与堆叠环导向器的环形电极在几何上类似，同时由于其在轴向上连续，故不存在间断边缘所产生的轴向势阱。以上现有技术对所述的柔性离子导向器开发具有一定的借鉴意义。然而，上述离子导向器存在如下缺点：1.在结构上不具备柔性，无法用于柔性离子传输。2.均采用至少4根螺旋形电极沿轴向卷绕而成，结构复杂且对电极的制造以及安装工艺要求非常高。

技术实现思路

1、本发明立足于质谱技术的发展需求，旨在解决长距离柔性无损离子传输问题，进而提高质谱仪器的原位检测能力，提高质谱仪中样品离子的利用效率，提供一种用于离子传输的电极、柔性离子导向器。

2、为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种用于离子传输的电极，包括螺旋电极a和螺旋电极b，所述螺旋电极a、螺旋电极b对称交错排布，螺旋电极a的各匝圈间隔之间包含螺旋电极b的各匝圈；所述螺旋电极a和螺旋电极b可发生弯曲变形；所述螺旋电极a和螺旋电极b分别连接射频电源的两极。

4、进一步地，所述螺旋电极a和螺旋电极b的中心轴重合，且螺旋电极a和螺旋电极b之间的轴向间距均匀。

5、一种柔性离子导向器，包含上述用于离子传输的电极，还包括柔性管，所述螺旋电极a、螺旋电极b对称交错排布缠绕在柔性管内表面或外表面，所述柔性管可发生弹性变形，所述柔性管一端设有离子引入口，另一端设有离子导出口，所述离子引入口通过限流装置与常压区域连接，所述离子导出口与质谱仪功能区连接。

6、进一步地，所述螺旋电极a和螺旋电极b与所述射频电源的两极之间有多个触点，触电数目为1-n个，n为所述螺旋电极a或所述螺旋电极b的匝数。

7、进一步地，所述螺旋电极a和螺旋电极b截面呈圆形，且螺旋电极a和螺旋电极b截面大小相同，截面直径为0.2-200mm；所述螺旋电极a和螺旋电极b的螺旋升角为0.01-85度，节距为0.1-50mm，匝数为1-10000圈。

8、进一步地，所述螺旋电极a和螺旋电极b的螺旋直径为0.2-200mm；所述柔性管外直径为5-250mm，内直径为0.2-200mm，长度为10-10000mm。

9、进一步地，所述射频电源的输出电压波形为正弦或余弦，频率为100khz到10mhz，幅值为0.5-1200v，所述射频电源两极输出波形的相位差为180度。

10、进一步地，所述柔性管的离子导出口一侧设有真空抽气口，与真空泵连接。

11、进一步地，所述柔性管外周缠绕螺旋形电阻丝，电阻丝外层有绝缘层。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果有：

13、本发明的电极可提供能够稳定约束离子的射频电场，同时，由于该电极的几何形状在导向器轴向连续，不存在由电极边缘效应引起的轴向势阱。本发明所提出电极可有效减弱离子导向器整体的电感值，从而提升对射频激励的响应性能。

14、本发明的柔性离子导向器在弯曲处可实现离子束聚焦；柔性离子导向器利用气流实现离子轴向驱动。由于所述离子导向器两端分别连接常压和真空，且其长径比较大，故其中存在强烈的轴向气流。该气流可通过碰撞动量转移的方式驱动离子沿轴向运动。进一步地，本发明提出的柔性离子导向器利用直流电场实现离子轴向驱动。为常压电离质谱仪提供一种有效的长距离柔性无损离子传输手段，进而提高质谱仪器的原位检测能力，提高质谱仪中样品离子的利用效率，仪器的响应速度以及对各类离子源的兼容性。

15、本发明所提出的双螺旋电极结构简单，便于制造和安装。