一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置的制作方法

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1.本实用新型涉及质谱分析技术领域，特别涉及一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置。

背景技术：

2.质谱分析法是将样品分子离子化后，利用不同质荷比的离子在电磁场中运动轨迹不同，实现彼此分离并进行检测的一种分析方法，目前广泛应用于药物、临床、环境监测、地质和生物技术等诸多领域。电喷雾电离技术(esi)近年来发展迅速，逐渐成为质谱领域的前沿方向。其在大气压环境下实现样品分子的离子化，离子经由质谱仪三级真空进入质量分析器，其中真空接口部分作为初级真空区(真空度在1-10torr)，离子由大气压进入此区域后，会出现射流膨胀，与环境中的气体分子不断发生碰撞，使得大量离子进行无规则扩散运动，无法进入质量分析器，形成传输损失，降低仪器的灵敏度。
3.离子漏斗作为近年来发展迅速的离子导引装置，其由一系列内径逐渐减小的环形电极组成，所有极片施加直流电场，相邻极片施加等值反相射频电场，可实现在1-10torr真空度下离子高效的聚焦与传输；但同时中性粒子也会掺杂在样品离子中，导致后级真空度升高，信号的噪声也会加大。目前已有结构中，可在漏斗中间添加射流挡板，使得中性粒子被阻挡，但部分掺杂在中性粒子流中的离子也会损失掉，降低离子传输效率。

技术实现要素：

4.为了实现根据本实用新型的上述目的和其他优点，本实用新型的目的是提供一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，包括：进样毛细管、离子漏斗腔室、离子漏斗、锥形挡块、离子引导杆、真空腔室，所述进样毛细管安装在所述离子漏斗腔室上，所述离子漏斗置于所述离子漏斗腔室内，所述离子漏斗腔室与所述真空腔室连通，所述离子引导杆置于所述真空腔室内，所述进样毛细管与所述离子漏斗的离子通道入口相对，所述离子引导杆与所述离子漏斗的离子通道出口相对，所述锥形挡块安装在所述离子漏斗内，所述锥形挡块朝向所述离子漏斗的离子通道入口。
5.进一步地，所述离子漏斗包括若干金属极片、若干绝缘片、绝缘隔片、底座、电路板，所述绝缘片置于相邻所述金属极片之间，所述金属极片上设有作为离子通道的孔，所述金属极片和所述绝缘片固定在所述底座上，所述绝缘隔片置于所述金属极片与所述底座之间，所述金属极片与所述电路板电连接，所述底座固定在所述离子漏斗腔室上。
6.进一步地，所述金属极片包括若干等径极片和若干内径等距缩小的极片，若干所述等径极片位于所述离子通道入口处，若干所述内径等距缩小的极片位于所述离子通道出口处。
7.进一步地，所述金属极片等间距放置。
8.进一步地，：所述锥形挡块安装在所述金属极片的固定架上。
9.进一步地，所述金属极片上设有馈电引脚，所述电路板上设有馈电孔，所述金属极
片上的馈电引脚与所述电路板上对应位置的馈电孔电连接。
10.进一步地，所述金属极片、所述绝缘片上设有安装孔，所述金属极片、所述绝缘片通过所述安装孔和支撑柱固定。
11.进一步地，相邻极片上的馈电引脚相对放置，极片上的馈电引脚与所述电路板上对应位置的馈电孔适配。
12.进一步地，所述电路板对相对放置的馈电引脚施加电压幅值相等、相位相反的射频电压。
13.进一步地，所述离子漏斗的入口极片上施加有第一直流电压，所述离子漏斗的出口极片上施加有第二直流电压，所述离子漏斗中与锥形挡块连接的金属极片上施加有第三直流电压，所述离子漏斗的中间金属极片根据所述第一直流电压和所述第二直流电压施加等差降低的直流电压，所述中间金属极片为位于所述入口极片与所述出口极片之间，并且不与锥形挡块连接的金属极片。
14.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
15.本实用新型提供一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，在漏斗内部固定一个锥形挡块，与传统的射流挡板相比，本实用新型在阻挡中性粒子进入质量分析器的同时，也能减少样品离子的损失，提高离子传输效率，进而提升质谱仪的灵敏度。
16.中性粒子被锥形挡块阻挡，在离子漏斗腔室内被抽出，未进入质量分析器，不会对后级区域的真空度造成影响，降低真空系统对分子泵抽速的要求。
17.本实用新型能根据实际应用场景确定极片数量、挡板形状，可自行装配为一个组件，对质谱仪的真空接口部分进行整体替换，安装方便，易于维护，对于质谱仪来说，成本略微增长，灵敏度能够获得大幅提高。
18.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
20.图1为实施例1的一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置示意图；
21.图2为离子漏斗装置部分结构示意图；
22.图3为金属极片结构示意图；
23.图4为锥形挡块极片结构示意图；
24.图5为离子漏斗装置电路示意图；
25.图6为锥形挡块形状示意图；
26.图7为离子漏斗装置仿真结果示意图。
27.图中：1、进样毛细管；2、离子漏斗腔室；3、离子漏斗；31、入口极片；311、孔；312、安装孔；313、馈电引脚；32、绝缘片；33、第n1+1极片；34、出口极片；35、支撑柱；36、绝缘隔片；37、底座；38、电路板；39、顶部固定螺钉；310、底部固定螺钉；314、锥形挡块极片；3141、极片
本体；3142、固定架；4、锥形挡块；5、离子引导杆；6、机械泵；7、分子泵；8、真空腔室。
具体实施方式
28.下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
29.在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
30.实施例1
31.一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗3装置，如图1所示，包括：进样毛细管1、离子漏斗腔室2、离子漏斗3、锥形挡块4、离子引导杆5、真空腔室8，进样毛细管1安装在离子漏斗腔室2上，离子漏斗3置于离子漏斗腔室2内，离子漏斗腔室2与真空腔室8连通，离子引导杆5置于真空腔室8内，进样毛细管1与离子漏斗3的离子通道入口相对，离子引导杆5与离子漏斗3的离子通道出口相对，锥形挡块4安装于离子漏斗3内，锥形挡块4朝向离子漏斗3的离子通道入口。
32.如图2、图3所示，离子漏斗3包括若干金属极片、若干绝缘片32、绝缘隔片36、底座37、电路板38。绝缘片32置于相邻金属极片之间，金属极片包括若干等径极片和若干内径等距缩小的极片，若干等径极片位于离子通道入口处，若干内径等距缩小的极片位于离子通道出口处。本实施例中，n片不锈钢极片等间距放置，从入口极片31开始的前n1片极片为等径极片，直径为d1，厚度为t1，从第n1+1片33至第n片极片(也就是出口极片34)内径等距缩小，第n片极片内径为d2，在等径极片组中，第ns片为锥形挡块极片314，ns＜n1+1。
33.极片形状如图3所示，左下角的引脚用于馈电，也就是馈电引脚313，四角留有用于固定的安装孔312，中心圆形的孔311作为离子通道，整体装配完成后如图2所示，n片极片通过四角安装孔312套在四根peek(聚醚醚酮)支撑柱35，每根支撑柱35的极片之间装配一片厚度为t2的peek绝缘片32，支撑柱35顶端装有顶部固定螺钉39固定，防止极片脱落，支撑柱35穿过绝缘隔片36底部通过底部固定螺钉310固定在离子漏斗3底座37上，离子漏斗3底座37通过螺钉固定在离子漏斗腔室2。
34.如图4所示，锥形挡块极片314包括极片本体3141和固定架3142，锥形挡块4通过固定架3142固定在极片本体3141上。本实施例中，极片本体3141与固定架3142为一体结构，固定架3142为十字固定架，即在中心离子通道的圆孔内部十字交叉，锥形挡块4固定于十字交叉中心区域，如图6所示，挡板底面直径为d，高为h，挡板形状不仅限于圆锥形，其相对于十字交叉中心也可偏心。
35.金属极片上设有馈电引脚313，电路板38上设有馈电孔，金属极片上的馈电引脚313与电路板38上对应位置的馈电孔电连接。相邻极片上的馈电引脚313相对放置，极片上的馈电引脚313与电路板38上对应位置的馈电孔适配。本实施例中，装配时，奇数极片的馈电引脚313朝左侧，偶数极片的馈电引脚313朝右侧，所有极片装配完成后，将引脚插到电路板38对应的馈电孔内用于馈电。
36.在一实施例中，设定离子漏斗3共有100片不锈钢极片，前面60片极片为等径d1＝
50mm，厚度t1＝1mm，从第61极片到第100极片内径等距缩小，第100极片内径为d2＝2mm，其中第34片为锥形挡块极片314，底面直径为d＝2mm，高h＝10mm，极片之间绝缘垫片厚度t2＝1mm。
37.如图5所示，离子漏斗3上共施加三路直流电压和两路射频电压。离子漏斗3极片装配时奇数极片的馈电引脚313朝左侧，偶数极片的馈电引脚313朝右侧，通过pcb板的电容阵列给所有奇数电极引脚上施加第一路射频电压rf1，给所有偶数电极引脚上施加第二路射频电压rf2，两路射频电压幅值相等，相位相反，射频峰峰值范围为0-400v，频率为1.7-1.8mhz；在漏斗入口极片31上施加两路直流电压dc1，在漏斗出口极片34上dc2，输出范围均是-200v～+200v，实际应用时，为保证离子能通过漏斗区域，要求dc1＞dc2，通过电阻分压的方式在剩余极片(除锥形挡块极片314)上施加等差降低的直流电压，比如对于第n个极片，其上施加的直流电压为v
dcn
＝dc
1-(n-1)*(dc1-dc2)/(n-1)，由此可得对于奇数极片，施加的电压为vn+rf1，偶数极片上施加的电压为vn+rf2；对于锥形挡块极片314，直流电压通过第三路直流dc3单独施加，输出范围是-200v～+200v，实际工作过程中设定的幅值要稍高于挡板极片所处位置计算得出的vn，有助于离子在逐渐接近挡板时能够绕开，减少损失。
38.实际工作过程中，待测样品进入离子源产生带电离子，离子经由进样毛细管11进入离子漏斗腔室22，此处由机械泵6提供初级真空，真空度大概为1-10torr，极片上施加的射频电场将离子束缚在漏斗内，随着极片内径逐渐减小，离子不断聚焦，直流电场给离子提供轴向前进的能量，挡板上的电压会高于周围极片的电压，离子在轴向前进过程中，随着与挡板的靠近，在电场作用下会发生偏转，绕过锥形挡块4，仿真结果如图7所示。而与离子一同进入腔室的中性粒子则会撞击到锥形挡块4上，向两侧分散，最终被机械泵6抽出，不会进入后面的质量分析器，不会对后级区域的真空度造成影响，降低真空系统对分子泵7抽速的要求。而带电离子在电场作用下绕过锥形挡块4后不断聚焦，最终从漏斗流出进入离子引导杆5，然后进入质量分析器。相比于传统挡板，本实用新型在阻挡中性粒子的同时，也能较少离子损失，提高离子传输效率，进而提升质谱仪的灵敏度。
39.以上仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的权利要求范围之内。本说明书一个或多个实施例本说明书一个或多个实施例本说明书一个或多个实施例本说明书一个或多个实施例。

技术特征：

1.一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，其特征在于，包括：进样毛细管、离子漏斗腔室、离子漏斗、锥形挡块、离子引导杆、真空腔室，所述进样毛细管安装在所述离子漏斗腔室上，所述离子漏斗置于所述离子漏斗腔室内，所述离子漏斗腔室与所述真空腔室连通，所述离子引导杆置于所述真空腔室内，所述进样毛细管与所述离子漏斗的离子通道入口相对，所述离子引导杆与所述离子漏斗的离子通道出口相对，所述锥形挡块安装在所述离子漏斗内，所述锥形挡块朝向所述离子漏斗的离子通道入口。2.根据权利要求1所述的一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，其特征在于：所述离子漏斗包括若干金属极片、若干绝缘片、绝缘隔片、底座、电路板，所述绝缘片置于相邻所述金属极片之间，所述金属极片上设有作为离子通道的孔，所述金属极片和所述绝缘片固定在所述底座上，所述绝缘隔片置于所述金属极片与所述底座之间，所述金属极片与所述电路板电连接，所述底座固定在所述离子漏斗腔室上。3.根据权利要求2所述的一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，其特征在于：所述金属极片包括若干等径极片和若干内径等距缩小的极片，若干所述等径极片位于所述离子通道入口处，若干所述内径等距缩小的极片位于所述离子通道出口处。4.根据权利要求2所述的一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，其特征在于：所述金属极片等间距放置。5.根据权利要求2所述的一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，其特征在于：所述锥形挡块安装在所述金属极片的固定架上。6.根据权利要求5所述的一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，其特征在于：所述金属极片上设有馈电引脚，所述电路板上设有馈电孔，所述金属极片上的馈电引脚与所述电路板上对应位置的馈电孔电连接。7.根据权利要求6所述的一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，其特征在于：所述金属极片、所述绝缘片上设有安装孔，所述金属极片、所述绝缘片通过所述安装孔和支撑柱固定。8.根据权利要求6所述的一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，其特征在于：相邻极片上的馈电引脚相对放置，极片上的馈电引脚与所述电路板上对应位置的馈电孔适配。9.根据权利要求8所述的一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，其特征在于：所述电路板对相对放置的馈电引脚施加电压幅值相等、相位相反的射频电压。10.根据权利要求2所述的一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，其特征在于：所述离子漏斗的入口极片上施加有第一直流电压，所述离子漏斗的出口极片上施加有第二直流电压，所述离子漏斗中与锥形挡块连接的金属极片上施加有第三直流电压，所述离子漏斗的中间金属极片根据所述第一直流电压和所述第二直流电压施加等差降低的直流电压，所述中间金属极片为位于所述入口极片与所述出口极片之间，并且不与锥形挡块连接的金属极片。

技术总结

本实用新型涉及一种用于质谱仪真空接口的离子漏斗装置，包括：进样毛细管、离子漏斗腔室、离子漏斗、锥形挡块、离子引导杆、真空腔室，进样毛细管安装在离子漏斗腔室上，离子漏斗置于离子漏斗腔室内，离子漏斗腔室与真空腔室连通，离子引导杆置于真空腔室内，进样毛细管与离子漏斗的离子通道入口相对，离子引导杆与离子漏斗的离子通道出口相对，锥形挡块安装在离子漏斗内，锥形挡块朝向离子漏斗的离子通道入口。本实用新型在漏斗内部固定一个锥形挡块，与传统的射流挡板相比，本实用新型在阻挡中性粒子进入质量分析器的同时，也能减少样品离子的损失，提高离子传输效率，进而提升质谱仪的灵敏度。灵敏度。灵敏度。