一種用于質(zhì)譜的離子光路靜電匯聚偏折裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析儀器，具體的說(shuō)是一種用于質(zhì)譜中離子束匯聚整形并能控制其路徑的靜電匯聚偏折裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)譜是一種常用的分析儀器，一般要求質(zhì)量分析器工作在高真空下，而質(zhì)譜的電離源一般工作氣壓高于質(zhì)量分析器，所以一般電離源置于質(zhì)量分析器之外，從而也產(chǎn)生了多種多樣的離子引入方式。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)單透鏡離子光學(xué)系統(tǒng)，能夠?qū)l(fā)散的離子束進(jìn)行準(zhǔn)直、匯聚引入質(zhì)譜，但是由于其離子傳輸路徑過(guò)于單一，不能滿(mǎn)足一些需要偏折離子路徑的特殊需求。
[0003]多次反射質(zhì)譜是一種通過(guò)增加飛行時(shí)間提高分辨的高分辨質(zhì)譜。在多次反射質(zhì)譜中，離子的飛行距離一般都在幾十米到幾百米。在如此長(zhǎng)的飛行距離下，電極微小的邊緣電場(chǎng)效應(yīng)最終都會(huì)累加成巨大的像差，是影響多次反射質(zhì)譜分辨率的關(guān)鍵因素之一。如何將離子束通過(guò)合適的引入和引出方式避開(kāi)電極的邊緣場(chǎng)效應(yīng)區(qū)域，對(duì)多次反射質(zhì)譜的高分辨性能具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于質(zhì)譜的離子光路靜電匯聚偏折裝置，可以精確控制離子束進(jìn)行任意角度的偏折引入和引出，并且具有很好的匯聚效果。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種用于質(zhì)譜的離子光路靜電匯聚偏折裝置，包括兩組偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組和位于它們之間的一組扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組；
[0007]偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組由兩個(gè)中空的圓筒狀端電極和偏轉(zhuǎn)匯聚電極組成；兩個(gè)端電極和偏轉(zhuǎn)匯聚電極同軸設(shè)置，偏轉(zhuǎn)匯聚電極處于兩個(gè)端電極之間，偏轉(zhuǎn)匯聚電極是由一個(gè)中空的圓筒被一平板沿軸線(xiàn)切割成兩個(gè)徑向截面為弧形的對(duì)稱(chēng)體；
[0008]扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組是由一個(gè)橫截面為扇形的柱體，即扇形的柱體是由扇形平面沿垂直于扇形平面的縱向方向拉伸而成，扇形的柱體被一個(gè)中空的圓筒沿縱向切割成兩部分(沿縱向方向觀察，保證切割圓筒的中心與扇形圓弧的圓心重合)，一部分橫截面為弧形的稱(chēng)之為外扇形偏轉(zhuǎn)電極，另一部分橫截面為扇形的稱(chēng)之為內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極；
[0009]沿縱向方向觀察，以半徑為R。且與內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極和外扇形偏轉(zhuǎn)電極同心的圓弧稱(chēng)之為中心弧線(xiàn)，中心弧線(xiàn)位于內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極和外扇形偏轉(zhuǎn)電極之間，R0為外扇形偏轉(zhuǎn)電極靠近圓心的內(nèi)圓弧半徑和內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極半徑之和的一半；
[0010]兩個(gè)偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組的軸線(xiàn)分別與扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組的中心弧線(xiàn)相切。
[0011 ] 兩個(gè)端電極和偏轉(zhuǎn)匯聚電極之間間隔相等并且相互之間絕緣。
[0012]匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組中偏轉(zhuǎn)匯聚電極為兩片全等的扇形圓環(huán)電極組成；兩片扇形圓環(huán)電極軸對(duì)稱(chēng)并相對(duì)放置，組成內(nèi)徑與端電極內(nèi)徑相同的帶有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)缺口的圓環(huán)；兩片扇形圓環(huán)電極之間相互絕緣設(shè)置。
[0013]匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組中兩個(gè)端電極軸向長(zhǎng)度為5?100mm,內(nèi)孔直徑為I?50mm ;偏轉(zhuǎn)匯聚電極軸向長(zhǎng)度為5?100mm,內(nèi)孔直徑為I?50mm,兩片扇形圓環(huán)電極之間的間距為
0.1mm?5mm ;兩個(gè)端電極和偏轉(zhuǎn)匯聚電極之間的間距為0.1mm?10mm。
[0014]扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組中外扇形偏轉(zhuǎn)電極和內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極具有相同的弧度角并同心放置同時(shí)確保兩者所形成的弧度角重合；外扇形偏轉(zhuǎn)電極靠近圓心的內(nèi)圓半徑為I?200mm,內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極半徑為I?200mm且小于外扇形偏轉(zhuǎn)電極靠近圓心的內(nèi)半圓半徑；扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組具有matsuda板結(jié)構(gòu)。
[0015]匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組中偏轉(zhuǎn)匯聚電極的兩片扇形圓環(huán)電極分別施加電壓W+V/2)和(V0-Vp/2)，V0為兩片扇形圓環(huán)電極的平均電壓，其中平均電壓V。與端電極上所施加電壓的幅值或極性不同，實(shí)現(xiàn)離子束的準(zhǔn)直、匯聚，Vp為兩片扇形圓環(huán)電極的電位差，用于控制離子束的偏轉(zhuǎn)。
[0016]離子束可以平行于端電極軸線(xiàn)準(zhǔn)直入射進(jìn)入一個(gè)匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組，匯聚或偏轉(zhuǎn)匯聚出射；或與端電極軸線(xiàn)呈銳角入射(角度范圍由端電極尺寸規(guī)格決定)進(jìn)入一個(gè)匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組，匯聚或偏轉(zhuǎn)匯聚出射。
[0017]通過(guò)以匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組的軸線(xiàn)為旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)匯聚電極，不但可以實(shí)現(xiàn)同一二維平面內(nèi)離子束的偏折，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)三維度空間的離子束的偏折。
[0018]其離子束路線(xiàn)為依次經(jīng)過(guò)一個(gè)匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組、扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組和另一個(gè)匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組；
[0019]該靜電偏轉(zhuǎn)裝置工作在氣壓低于10 1Pa的高真空環(huán)境中；
[0020]兩個(gè)以上相同尺寸規(guī)格或者不同尺寸規(guī)格任一所述偏轉(zhuǎn)裝置可以依次串聯(lián)組合使用。
[0021]任一所述偏轉(zhuǎn)裝置或者兩個(gè)以上串聯(lián)組合的偏轉(zhuǎn)裝置適用于多次反射質(zhì)譜、飛行時(shí)間質(zhì)譜、四極桿質(zhì)譜或離子阱質(zhì)譜的離子引入、傳輸和整形；還適用于多級(jí)質(zhì)譜聯(lián)用前級(jí)尚子引出或引入。
[0022]本發(fā)明提供的離子光路靜電匯聚偏折裝置，利用兩組具有偏折匯聚功能的單透鏡組和扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組構(gòu)成組合離子傳輸系統(tǒng)，在高真空條件下，通過(guò)靜電場(chǎng)對(duì)離子的形態(tài)及偏折路徑進(jìn)行精確控制。其中一個(gè)偏轉(zhuǎn)匯聚單透鏡組負(fù)責(zé)可接受角度范圍內(nèi)的離子束引入，并在該透鏡組進(jìn)行精確偏轉(zhuǎn)、匯聚、準(zhǔn)直后入射到圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組，圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)任意大角度偏轉(zhuǎn)，并出射進(jìn)入另外一個(gè)偏轉(zhuǎn)匯聚單透鏡組進(jìn)行二次整形，并且可以進(jìn)行最終出射角度的精確控制。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明的一種用于質(zhì)譜的離子光路靜電匯聚偏折裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的其中一種具有90°匯聚偏折裝置的SHOON軟件模擬圖。
[0025]圖3為本發(fā)明的其中一種組合式90°匯聚偏折裝置的SHOON軟件模擬圖。
[0026]圖4為本發(fā)明的其中一種90°匯聚偏折裝置應(yīng)用于多次反射質(zhì)譜的SHOON軟件模擬圖。
[0027]圖5為本發(fā)明的其中一種不同維度的組合式90°匯聚偏折裝置應(yīng)用于多次反射質(zhì)譜的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]本發(fā)明的離子光路靜電匯聚偏折裝置，包括兩組偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組I和位于它們之間的一組扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組2 ；
[0030]偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組I由兩個(gè)中空的圓筒狀端電極6和偏轉(zhuǎn)匯聚電極7組成；兩個(gè)端電極6和偏轉(zhuǎn)匯聚電極7同軸設(shè)置，偏轉(zhuǎn)匯聚電極7處于兩個(gè)端電極6之間，偏轉(zhuǎn)匯聚電極7是由一個(gè)中空的圓筒被一平板沿軸線(xiàn)切割成兩個(gè)徑向截面為弧形的對(duì)稱(chēng)體；
[0031]扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組2是由一個(gè)橫截面為扇形的柱體，即扇形的柱體是由扇形平面沿垂直于扇形平面的縱向方向拉伸而成，扇形的柱體被一個(gè)中空的圓筒沿縱向切割成兩部分(沿縱向方向觀察，保證切割圓筒的中心與扇形圓弧的圓心重合)，一部分橫截面為弧形的稱(chēng)之為外扇形偏轉(zhuǎn)電極9,另一部分橫截面為扇形的稱(chēng)之為內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極10 ；
[0032]沿縱向方向觀察，以半徑為R。且與內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極10和外扇形偏轉(zhuǎn)電極9同心的圓弧稱(chēng)之為中心弧線(xiàn)3,中心弧線(xiàn)3位于內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極(10)和外扇形偏轉(zhuǎn)電極9之間,R。為外扇形偏轉(zhuǎn)電極9靠近圓心的內(nèi)圓弧半徑和內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極10半徑之和的一半；
[0033]兩個(gè)偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組I的軸線(xiàn)分別與扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組2的中心弧線(xiàn)3相切。
[0034]兩個(gè)端電極6和偏轉(zhuǎn)匯聚電極7之間間隔相等并且相互之間絕緣。
[0035]匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組I中偏轉(zhuǎn)匯聚電極7為兩片全等的扇形圓環(huán)電極8組成；兩片扇形圓環(huán)電極8軸對(duì)稱(chēng)并相對(duì)放置，組成內(nèi)徑與端電極6內(nèi)徑相同的帶有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)缺口的圓環(huán)；兩片扇形圓環(huán)電極8之間相互絕緣設(shè)置。
[0036]匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組I中兩個(gè)端電極6軸向長(zhǎng)度為5?100mm,內(nèi)孔直徑為I?50mm ；偏轉(zhuǎn)匯聚電極7軸向長(zhǎng)度為5?100mm,內(nèi)孔直徑為I?50mm,兩片扇形圓環(huán)電極8之間的間距為0.1mm?5mm ;兩個(gè)端電極6和偏轉(zhuǎn)匯聚電極7之間的間距為0.1mm?10mm。
[0037]扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組2中外扇形偏轉(zhuǎn)電極9和內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極10具有相同的弧度角并同心放置同時(shí)確保兩者所形成的弧度角重合；外扇形偏轉(zhuǎn)電極9靠近圓心的內(nèi)圓半徑為I?200mm,內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極10半徑為I?200mm且小于外扇形偏轉(zhuǎn)電極9靠近圓心的內(nèi)半圓半徑；扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組2具有matsuda板結(jié)構(gòu)。
[0038]匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組I中偏轉(zhuǎn)匯聚電極7的兩片扇形圓環(huán)電極8分別施加電壓(V0+Vp/2)和(Vid-VpA)A為兩片扇形圓環(huán)電極8的平均電壓，其中平均電壓V。與端電極6上所施加電壓的幅值或極性不同，實(shí)現(xiàn)離子束的準(zhǔn)直、匯聚，Vp為兩片扇形圓環(huán)電極8的電位差，用于控制離子束的偏轉(zhuǎn)。
[0039]離子束可以平行于端電極6軸線(xiàn)準(zhǔn)直入射進(jìn)入一個(gè)匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組I，匯聚或偏轉(zhuǎn)匯聚出射；或與端電極6軸線(xiàn)呈銳角入射(角度范圍由端電極6尺寸規(guī)格決定)進(jìn)入一個(gè)匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組I，匯聚或偏轉(zhuǎn)匯聚出射。
[0040]通過(guò)以匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組I的軸線(xiàn)為旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)匯聚電極(7)，不但可以實(shí)現(xiàn)同一二維平面內(nèi)離子束的偏折，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)三維度空間的離子束的偏折。
[0041]其離子束路線(xiàn)為依次經(jīng)過(guò)一個(gè)匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組1、扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組2和另一個(gè)匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組3 ；
[0042]該靜電偏轉(zhuǎn)裝置工作在氣壓低于10 1Pa的高真空環(huán)境中；
[0043]兩個(gè)以上相同尺寸規(guī)格或者不