一种用于四极质谱的四极杆电极系统

技术领域

本发明涉及质谱分析仪器技术领域，具体涉及一种用于四极质谱的四极杆电极系统。

背景技术

质谱分析技术是将样品通过不同的电离方式离子化后，变为带电荷的分子离子和碎片离子，通过质量分析器将带电粒子按照质量m和电荷z的比值大小依次排列，再经由检测器进行检测，从而获得目标质量数信息的一种手段。质谱仪具有应用范围广，灵敏度高，样品用量少，分析速度快质量分辨率高等优点，可实现待测物相对分子量与原子量的测定、有机化合物结构分析、无机元素分析、同位素分析等，被广泛应用于食品安全、环境保护、生命科学、航空航天、生物化学、医药科学等领域。

质谱仪的发展已经有一百多年的历史，质谱技术已经相当成熟，各种功能强大商业仪器在最近几十年间开始涌现，一台完整的质谱仪系统包括：离子源、离子光学系统、质量分析器、检测器以及真空系统，而质量分析器作为一台质谱的最关键的部分。通常情况下，质谱仪由质量分析器的种类命名，目前，较为常见的质谱仪有：扇形磁质谱，四极杆质谱，四极离子阱质谱，飞行时间质谱，傅里叶变换离子回旋共振质谱，轨道离子阱质谱等。不同种类的质谱仪有其各自的特点以及应用领域。

除了使用单一的质量分析器之外，现在越来越多的商用质谱采用多个质量分析器串联使用，能够有效地扩大质谱仪的使用范围，这就是所谓的串级质谱，较为常见的串级质谱有：三重四极质谱(QQQ)，基质辅助激光解析-飞行时间-飞行时间质谱(MALDI-TOF-TOF)，四极-线形离子阱质谱(Q-q-LIT)，四极飞行时间质谱(Q-TOF)，四极离子阱-飞行时间质谱(IT-TOF)，四极-傅里叶变换离子回旋共振质谱(Q-FTICR)，线形离子阱-傅里叶变换离子回旋共振质谱(LIT-FTICR)等。其中三重四极质谱的结构简单，价格便宜，能够对大分子物质进行碎片离子分析，使之成为最常见的串级质谱。

图1是一个常见的三重四极质谱示意图，待测样品经过离子源电离变成带电粒子，经过离子漏斗传输聚焦之后，首先到达三重四极质量分析器Q1(图1中的1处)，根据质荷比选择需要待测的母体离子，其次穿过平板薄片电极到达三重四极质量分析器Q2(图1中的3处)，即所谓的四极离子碰撞池，被加速的母体离子在离子碰撞池中通过与缓冲气体分子如氩气、氦气分子等发生碰撞而解离。解离得到的碎片离子从碰撞池中进入第三个四极杆质量系统Q3(图1中的5处)，所有的碎片离子被第三个四极杆质量器进行质量分析获得碎片离子的信息，随后可以根据碎片离子的信息推断出母体离子的组成和分子结构。

如图1所示，在常见的三重四级质谱中，两个相邻的四级杆电极1和3以及3和5，分别被被金属平板薄片电极2和4所隔开，离子束从一个四极杆电极系统进入下一个电极系统中，需要从平板薄电极上的小孔中通过。平板电极的用处有二个，一是将二个四极电极系统隔开，起到差分真空的作用；二是在必要的情况下，可以在上面加载电压，起到离子聚焦作用。图2是离子从前级四极杆经过平板薄片电极到后级四极杆的示意图，二个四极杆电极之间的平板电极也有二个弊端，一是平板薄片电极上的小孔会限制离子束的传输，带电离子束6穿过前级质谱后，其中部分带电离子会撞上平板薄片电极8导致离子损失；二是平板电极的存在会导致四极杆上的电源所产生的四极电场分布的变化，产生所谓的“边缘场效应”，由于离子的运动完全取决于电场的分布，“边缘场”的分布将破坏四极电场对离子的束缚，使得部分离子8在离开四极杆电极系统后的运动轨迹发散，导致大量离子的损失，最后影响质谱分析的灵敏度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种能够使离子在两级或多级质量分析时完全沿轴向通过，提高离子的传输效率的用于四极质谱的四极杆电极系统。

实现本发明目的的技术方案是：一种用于四极质谱的四极杆电极系统，具有至少两组相邻放置的四极杆电极和平板薄片电极；所述四极杆电极均由4根完全相同的电极构成，各组四极杆电极均同轴设置；所述平板薄片电极放置在两组相邻的四极杆电极之间，并与四极杆电极同轴放置。

上述技术方案所述平板薄片电极的截面形状呈双T形或双L形或带有斜角的双T形。

上述技术方案所述平板薄片电极的两轴向端部深入两相邻的四极杆电极的水平距离为5～20毫米，平板薄片电极的径向金属板放置在两相邻的四极杆电极对称中心处。

上述技术方案所述平板薄片电极的截面形状为带有一定斜角的双T形时，斜边和水平面的角度范围为0～30°。

上述技术方案各四极杆电极均由4根完全相同的电极构成。

上述技术方案每个电极的横截面的形状为双曲面形或圆形或矩形。

上述技术方案所述的两组四极杆电极分别为四极离子导引或四极质量分析器或四极离子碰撞池中的一种。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

(1)本发明通过在相邻两组电极杆之间设置特定形状的平板薄片电极，能够产生连续的四极电场分布，避免现有结构所导致的边缘场效应，防止离子跑出引起离子损失，从而能够使离子在两级或多级质量分析时完全沿轴向通过，提高离子的传输效率。

(2)本发明的平板薄片电极的两轴向端部深入两相邻的四极杆电极的水平距离为5～20毫米，平板薄片电极的径向金属板放置在两相邻的四极杆电极对称中心处，能够较好地防止离子跑出引起离子损失，同时又不影响相邻电极系统的性能。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为常见的三重四极质谱的结构示意图；

图2为常见的四极杆电极系统中带电粒子的运动示意图；

图3为平板薄片电极的三维模型图；

图4为本发明实施一中四极杆电极系统的双T形截面平板薄片电极示意图；

图5为本发明的双T形截面平板薄片电极三维模型图；

图6为本发明实施二中四极杆电极系统的带有一定斜角的双T形截面平板薄片电极示意图；

图7为本发明带有一定斜角的双T形截面平板薄片电极三维模型图；

图8为本发明实施三中四极杆电极系统的双L形截面平板薄片电极示意图；

图9为本发明的双L形截面平板薄片电极三维模型图。

具体实施方式

如图4所示，本发明包括至少两组相邻放置的第一四极杆电极7和第二四极杆电极10以及中间平板薄片电极11。两组相邻的第一四极杆电极7和第二四极杆电极10呈水平轴线重合放置，平板薄片电极11放置在两相邻的四极杆电极之间。

如图5所示，平板薄片电极11的截面形状为双T形，可以看作是由一个开有小孔的圆形金属薄片和一个金属圆筒组成，其中圆形金属薄片的小孔和金属圆筒的内径相等，并且两者相互垂直。圆形金属薄片竖直放置在两相邻四极杆电极组对称轴线上，金属圆筒和四极杆电极平行放置。双T形截面平板薄片电极11的水平金属圆筒深入到四极杆电极的距离为5毫米到20毫米之间，使得带电粒子在进入到两相邻的四极杆电极间隙之前，就被束缚在双T形截面平板薄片电极11之间，从而既起到提高离子传输效率的作用，又不影响四极杆电极组的正常工作，同时还能够起到差分真空的效果。

两组相邻的四极杆电极系统可以分别选自四极离子导引、四极质量分析器和四极离子碰撞池的一种。

两组相邻的四极杆电极系统横截面完全相同，横截面形状可以为双曲面形、圆形或矩形。

(实施例2)

如图6所示，一种用于提高串级质谱中离子传输效率的四极杆电极系统，其结构与实施例1基本相同，其不同之处在于：本实施例中，将处在中间的平板薄片电极11的水平电极截面改为带有一定的斜度，它和水平面的角度控制在0～30°之间，具体的形状如图7所示，靠近金属圆片薄板一侧的直径相对于靠近四极杆一侧的直径小，在金属圆片薄板呈两侧对称放置，深入两侧四极杆电极组的水平距离同样控制在5毫米到20毫米之间。

(实施例3)

如图8所示，一种用于提高串级质谱中离子传输效率的四极杆电极系统，其结构与实施例1基本相同，其不同之处在于：本实施例中，将处于中间的平板薄片电极11的截面形状由双T形变成双L形，水平电极深入到后一四极杆电极组的水平距离控制在5毫米到20毫米之间。图9是本实例的模型图，可以看到，竖直金属圆片电极的内径和水平管状电极的内径相等，平板薄板电极13的竖直金属圆片放在第一四极杆电极7和第二四极杆电极10竖直对称轴线处，平板薄板电极13的水平管状电极轴线和两组第一四极杆电极7和第二四极杆电极10的轴线重合。

(实施例4)

一种四极杆电极系统的串联方法，包括以下步骤：

在两组及以上四极杆电极系统中任意选择前后相邻放置的两组四极杆电极作为相邻的四极杆电极组，在它们中间放置本发明平板薄片电极11。

在三组及以上四极杆电极系统中，在一个或多个相邻四极杆电极组设置本发明平板薄片电极11，每两组相邻的四极杆点击组之间的平板薄片电极11的形状可以相同也可以不同。

本发明公开了一种四极杆电极系统及其串联方法，通过在相邻两组电极杆电极之间设置不同形状的平板薄片电极11，不仅能够差分真空，产生连续的四极电场分布，还能避免现有结构所导致的边缘场效应，防止离子跑出引起离子损失，从而能够使离子在两级或多级质量分析时完全沿轴向通过，提高离子的传输效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。