本發明專利技術屬于質譜分析技術領域，具體為一種離子光學偏軸傳輸系統。該系統包括若干四極桿裝置及提供射頻電壓和直流電壓的電源。若干四極桿依次呈階梯形分布，在四極上施加正負射頻電壓和正負直流電壓，每組四極桿上的直流電壓根據四極桿一樣呈階梯形分布；調節每組四極桿的射頻電壓和直流電壓，形成有效的階梯電場，離子在四極電場的作用下，在離子傳輸方向做有限的振幅運動，從上一級四極桿通過階梯彎轉傳輸到下一級四極桿，最后傳輸到質量分析器；其中離子流中的光子和中性粒子不受電場的作用繼續做直線運動，在整個傳輸過程中撞擊到下一個四極桿而消失。四極桿對離子具有選擇性，可以選擇相應的離子而傳輸，提高離子傳輸效率和靈敏度。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于質譜分析
，具體涉及一種新型離子光學偏軸傳輸系統。該系統用于電感耦合等離子體質譜領域，可以有效的提高離子傳輸效率和靈敏度。
技術介紹
電感耦合等離子體質譜技術(ICP-MS)是20世紀70年代迅速發展起來的一種新的分析測試技術，其原理是利用電感耦合等離子體將分析樣品中所含的元素離子化為帶電離子，通過離子傳輸系統將這些帶電離子引入質量分析器中，按不同質荷比分開，經檢測器將離子電流放大后，由測控系統處理給出分析結果。與其它分析技術相比，ICP-MS具有檢出限低、線性范圍寬、可快速同時檢測各種元素等優點。隨著應用范圍的擴大，已發展成為一種常規的分析測試技術。 電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)主要由ICP離子進樣系統、接口系統、離子光學傳輸系統、質量分析檢測系統組成。其中離子光學傳輸系統是ICP-MS技術的關鍵部分，決定離子從儀器的接口部分到質量分析器之間的傳輸，是電感耦合等離子體離子源與質量分析器間的重要橋梁，其性能也直接決定了 ICP-MS的靈敏度和檢測限等最關鍵的性能指標。在ICP—MS儀器中，由炬管產生的ICP等離子體經過接口部分的采樣錐、截取錐進入離子傳輸系統到達質量分析器。ICP等離子體離子是由電子、離子、光子和中性粒子組成，離子傳輸系統中的離子透鏡的功能就是把離子流進行加速、聚焦成離子束。然后傳輸到達質量分析器，同時擋住光子和中性粒子。由于離子是帶電粒子，電場能使其偏轉，而光子和中性粒子不受電場作用以直線傳播，所以一般采用光子擋板或使離子離軸偏轉的方式，將離子與光子、中性粒子(非帶電粒子)分離。目前ICP— MS生產廠商生產的主流產品中使用的離子傳輸系統都有自己的設計，都具有各自的特色。基本上都能實現電場偏轉，讓帶電粒子與光子和中性粒子的分離。離子光學傳輸系統整體可以分為三種類型光子擋板型、離子軸類型、90度偏轉類型。光子擋板類型是指在截取錐和離子透鏡同軸中間放置一個金屬片，穿過截取錐的光子、中性粒子被金屬擋板阻擋，ICP等離子體中的帶電正離子受到離子透鏡的導引，繞過光子擋板后再匯合，而電子、受離子透鏡電場排斥而被阻擋，中性粒子在傳輸過程中遇到擋板而停止傳輸，帶電的正離子在離子透鏡電場的作用下，聚焦成散角盡量小的離子束繞過擋板而進入質量分析器。這種結構設計雖然避免了 ICP等離子體中的光子和中性粒子直接進入檢測器而引起信號響應，但同時也造成了將近80%的離子損失。從而造成離子傳輸的低效率和質量歧視。離子軸偏轉類型是離子流在截取錐后被提取透鏡提取，經過透鏡組聚焦及偏轉透鏡的電場作用，使離子束離開光軸穿過差分板上偏離光軸的小孔后進入質量分析器，利用了中性粒子和光子不受電場作用仍沿光軸前進的特性與離子分開，離子的傳輸效率有所提高，提高了靈敏度，但是在整個離子光學系統設計上極為復雜，使得離子透鏡等部件的清洗維護變得極為困難，同時樣品基體會直接打在帶高壓的離子透鏡上形成電容效應，使儀器容易發生漂移。90度偏轉類型通過拋物線的電場將離子束轉向90度，使得ICP離子源產生的光子和中子背景噪音被真空系統迅速抽掉，從而保證整個系統具有非常高的靈敏度。90度轉角的焦點并不是非常的穩定，速度和重現性不高，整個儀器的離子光學系統結構過于復雜，使得整體的維護和拆卸增加了困難。綜上所述，ICP-MS的離子光學傳輸系統對儀器的分析性能有著重大的影響，各儀器廠商及各個分析研究領域在離子光學系統結構上的設計各不相同，都是為了增加離子傳輸效率、消除光子和中性粒子對儀器的影響，提高儀器的靈敏度。但是在目前在使用的離子傳輸系統中，其結構較復雜，清洗難度高，且離子傳輸效率偏低等問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種新型離子光學偏軸傳輸系統，以便有效的實現離子的偏轉路徑，提高離子的傳輸效率，提高離子靈敏度；而且其結構簡單，容易組裝及拆洗。本專利技術提供的新型離子光學偏軸傳輸系統，該系統包括四極桿離子傳輸裝置、一組連接到四極桿離子傳輸裝置的電源，電源主要為四極桿離子傳輸裝置提供所需的射頻電壓及直流電壓，實現離子聚焦及偏軸傳輸；其中 所述的四極桿離子傳輸裝置由若干級(至少兩個)四極桿組成，各級四極桿布局依次呈階梯形分布。所述四極桿布局呈階梯形分布是指整個離子傳輸系統各級四極桿依次組成階梯形，其中，后一級四極桿Z軸中心與前一級四極桿Z軸中心在Y方向上有距離偏差，但該距離偏差不能太大，后一級四極桿Z軸中心不能與前一級四極桿中的電極桿在同一水平線上，否則，從前一級四極桿傳輸的離子根據離子初始動能的大小，離子基本上全部撞擊在后一級四極桿的電極桿表面上而失去，離子無法順利的傳輸到后一級四極桿裝置中。為了更有效的提高離子傳輸效率，其一級階梯高度一般可為1/4 3/4電極桿的最大桿徑。以便離子更好的傳輸。 本專利技術中，各級四極桿依次組成階梯形分布，其階梯的方向不受限制。在離子能夠到達下一級四極桿裝置的前提下，其階梯的寬度不受限制。上述的階梯形分布，主要是為了有效的改變帶電離子的傳輸路徑，讓其中帶電的離子根據施加在四極桿上的RF電壓和V電壓改變其離子傳輸方向，有效的改變離子傳輸路徑。利用中性粒子和光子不受電場作用仍沿光軸前進的特性與離子分開。經過層層的階梯分布，可以充分的消除中性粒子和光子，最后只剩下帶電的離子穿過離子傳輸系統，到達質量分析器。上述的四極桿裝置是由四根金屬桿或四根鍍金的絕緣材料桿固定在陶瓷環上組成。其加工及組裝精度要求比四極質量分析器的精度低，這樣更加便于加工和組裝，也便于拆卸、清洗。上述的四根金屬桿或四根絕緣材料桿，其橫截面可以為圓形、雙曲面形或橢圓形，其長度和大小不受限制。本專利技術中，所述的電源，主要為四極桿離子傳輸裝置在離子傳輸過程中提供所需的射頻電壓和直流電壓，也可提供其他波形信號，或多種信號的組合，以實現離子聚焦及傳輸等功能。本專利技術中，每個四極桿裝置中有四個電極桿，每兩個對稱電極桿組成一對，共組成兩對，射頻電壓分別加在兩對對稱的電極桿上，其射頻電壓幅度值相同，相位相差180°。其射頻電壓產生的波形不受限制。本專利技術中，所述的射頻電壓和直流電壓施加在四極桿的四根電極桿上，即四極桿兩對對稱的電極桿上分別施加+RF射頻電壓和-RF射頻電壓，其中，在加+RF射頻電壓的其中一個電極桿上加+V直流電壓，在加+RF射頻電壓的另外一個電極桿上加-V直流電壓，加-RF射頻電壓的兩根電極桿上不加任何直流電壓，從而四極桿內部形成四極電場，離子在四極桿縱向做規則的振幅傳輸運動；其中，加在各級四極桿上的直流電壓值也逐級呈階梯分布，其電壓級差的可調范圍為O. 5 10V。射頻電壓和直流電壓值形成有效的電勢差，可以改變離子的傳輸路徑方向。 例如，射頻電壓+RF和直流電壓+V施加在四極桿的Y方向上一根電極桿上,射頻電壓+RF和直流電壓-V施加在Y方向上另一根電極桿上；射頻電壓-RF施加在四極桿的X方向上兩個對稱電極桿上。改變射頻電壓RF值和直流電壓V值，離子進入四極桿Z方向前進時，離子在四極桿中的運動是X和Y方向振動的合運動。離子圍繞Z軸方向做有限的振幅運動，改變RF和V的值，通過調節四極桿的內部四極場，可以有效的提高離子通過四極桿的傳輸效率。離子通過第一級四極桿傳輸到達第二級四極桿。對于后面的四極桿，在電極桿上施加電壓值的方法同本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種離子光學偏軸傳輸系統，其特征在于系統包括：四極桿離子傳輸裝置、一組連接到四極桿離子傳輸裝置的電源，該電源為四極桿離子傳輸裝置提供所需的射頻電壓及直流電壓，實現離子聚焦及偏軸傳輸；其中：所述的四極桿離子傳輸裝置由若干級四極桿組成，各級四極桿布局依次呈階梯形分布；其中，后一級四極桿Z軸中心與前一級四極桿Z軸中心在Y方向上有距離偏差即一級階梯高度，一級階梯高度為1/4～3/4電極桿的最大桿徑。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐福興，王亮，王冠軍，汪源源，丁傳凡，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發明
國別省市：
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