CN111033685A - 一种离子控制和质量分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子控制和质量分析装置，是用于离子产生、传输和质量分析的装置。本发明可以直接在离子阱中产生离子，并利用在空间布置的导线电极来捕获并囚禁产生的离子，在把这些离子以极低的损耗直接传输到质量分析器。通过导线电极上的不同电压所产生的电场来激发并出射出不同质量的离子，从而获得不同质量离子的质谱。本发明结构小巧，方便移动和携带，检测效率高，灵敏度高，所需样品数量少，适用范围广。

Description

一种离子控制和质量分析装置

技术领域

本发明涉及一种离子控制装置。特别涉及一种将不同质量的离子进行储存，传输和分析的装置。

背景技术

由于其快速，优异的识别能力，高灵敏度和高分辨率，质谱仪在现代分析化学中发挥着重要作用。然而，质谱仪的体积相对较大，其重量大、功耗高、制造和维护复杂等缺点妨碍了质谱仪得到更为广泛的应用。在公共安全，环境保护，生化分析和工业过程监测等应用领域，人们需要性能良好的小型便携式质谱分析仪。微型质谱仪是满足这些应用的最佳解决方案之一，因为它具有能够在现场部署的优势和卓越的识别未知化合物的能力。然而，目前的微型质谱技术尚不能满足上述这些应用中对探测灵敏度的要求。例如，目前用微型质谱仪检测爆炸性化合物的灵敏度为ppb级，而机场安全检查的要求需要达到ppt水平或更好。离子阱是实现小型化质谱仪的最佳方案之一，因为离子阱的尺寸紧凑，工作压力相对较高，并且具有实现多级串联质量分析(MSn)的独特能力。

按照结构来分，离子阱包括三维离子阱和二维线性离子阱。三维离子阱由一对环形电极(ring electrode)和两个呈双曲面形的端盖电极(end cap electrode)组成。三维离子阱最初是由Paul和Steinwedel在美国专利号2,939,952中披露的。在环形电极上加射频电压RF或再加直流电压DC，上下两个端盖电极接地。逐渐增大射频电压的最高值，离子进入不稳定区，由端盖极上的小孔排出。因此，当射频电压的最高值逐渐增高时，质荷比从小到大的离子逐次弹射到离子检测器并被记录而获得质谱图。在三维离子阱中，由于使用的空间有限，空间电荷效应明显，离子的存储容量受到限制，从而限制了质谱仪的分辨率和离子检测的线性范围，从而影响样品分析性能。

为了解决这些问题，美国专利No.6,797,950提出了二维离子阱，也称为线性离子阱，它非常类似于四极杆质谱仪，由两组双曲杆和两端的两个平板组成。在一组对角的双曲杆上施加交替的RF电压，而具有180度相位差的交流RF电压则施加到另一组对角的双曲杆电极上。同时，通过在一组对角的双曲杆电极上叠加另一个具有180°相位差的弱交变电压，就可以可以实现偶极共振辅助激励模式。该模式极大地提高了离子阱的离子出射效率和质量分辨率。

线性离子阱形成的电场中，在离子激发或逐出方向X上，离子所受到的该方向束缚电位分量函数V(x)＝Ax2，即在该方向为二次场，或称简谐势阱函数，离子在该方向上运动的震荡频率与共振幅度无关。

理想的二次电场通过双曲面电极系统来实现，但双曲面电极的精度加工与装配相当困难。此外，在实际制作过程中，由于双曲面电极上引出小孔或狭缝的存在导致电极无法产生完美的二次场。另外，双曲杆上的孔径不够大，因而会阻挡一部分离子的出射，限制了灵敏度的进一步增加。为克服电场的缺陷，多种离子阱设计方案被提出。较为直接方法是修改离子阱约束电极的边界结构，这些方法使逐出方向的约束电极在离子出口处相对突出，例如River Rat在美国6087658号专利中所提出的方案，以及使逐出方向的约束电极间距相对其理想四极场边界条件向外间距拉伸的方法。

为了克服上述缺点，人们做出许多的努力，用简化的电极来替代双曲杆电极，并追求可以令人接受的探测性能。美国专利6,838,666描述了线性离子阱质量分析器的系统和方法，离子阱由简单的长方形电极形成。

束缚电场的改进也可以通过将原有约束电极用多个分立电极部分，并在这些电极部分上附加不同幅度的束缚电压来实现。对于线形离子阱，中国专利CN1585081中，丁传凡设计了一种用印刷电路板围成的线形离子阱，该结构包括多个分立可调的电极条带图案，采用分压电容-电阻网络调节这些电极图案间的束缚射频电压和束缚直流电压。用类似的方法，如李刚强等人美国专利US7755040中指出的那样，也可用于构建轴向二次场静电离子阱。

吴庆浩等人利用不锈钢电极产生了二次场并获得了较好的分辨率(Anal.Chem.2016,88,7800-7806；J.Am.Soc.Mass Spectrom.(2017))。导电线电极离子阱具有电容小，分辨率好，易加工等特点在微型离子阱中有重要价值。但仍存在很多问题。这些问题包括：1、导电线电极电极无法有效拉伸固定，导致金属线弯曲，影响电场。2、使用对称场，使离子出射时平均地从两个方向射出，如果只使用一个检测器，会造成一半的离子无法检测，从而降低了灵敏度。而使用两个检测器会造成成本上升，并且存在信号合并等一系列问题。3、使用静电场将离子从VUV灯离子源传输至离子阱，离子的损耗较大，影响了灵敏度。

发明内容

本发明所解决的技术问题是了上面提出的问题和需求，提高离子检测灵敏度，降低设备重量和体积，降低运行功率。

本发明采用的技术方案是，一种离子控制和质量分析装置，包括至少两个支撑筒、穿孔绝缘板，导线电极，导线拉伸装置和离子检测器，支撑筒两端分别和一个穿孔绝缘板密封配合形成一个腔体，腔体内设有导线电极，穿孔绝缘板的中心设有中心孔，穿孔绝缘板上安装有端电极，端电极中心设有通孔，通孔和中心孔位置一致，导线电极的两端分别安装在前后两个穿孔绝缘板上，其中一个支撑筒上连接有离子检测器。中心孔位于穿孔绝缘板的中心区域，用于使离子通过，端电极上的通孔与中心孔位置一致或者轴心一致，也是为了使离子通过，端电极可以是一个固定在中心孔的金属环，金属环中并施加电压，以便控制离子沿中心对称轴方向上移动。端电极也可以是一个导电端板，导电端板上有一个和中心孔同轴的通孔。环绕孔孔径极小，用来穿过并固定施加交流电压的导线电极。

穿孔绝缘板上设有至少四组环绕孔，导线穿过环绕孔进行固定，固定于同一组环绕孔的导线构成一个导线电极。

每个腔体内有四个及以上导电线电极，每个导线电极由至少三根互相平行的导线构成，同一导线电极的导线上被施加同一电信号。电信号包括，直流电压,脉冲电压,射频电压，各导线电极上施加的交流电压各有不同，用来形成工作所需要的离子阱电场。

支撑筒所围成的腔体可作为离子捕获室，离子捕获室的支撑筒上设有样品进气管、电离源和缓冲气体进气管。

每一个导线电极由同一根金属导线往复折返穿过前后两个穿孔绝缘板上所对应环绕孔形成。

相邻两个腔体之间的导线互相连通或者互相隔离。互相连通则各腔体的电压控制情况一致，互相隔离则可以实现每个腔体的电压控制情况不一致，离子阱状况也不一样。

相邻两个腔体的导线电极分布情况保持一致或各自不同。相邻腔体之间导线电极之间互相隔离的情况下，导线电极可以根据需求采用不同的分布情况。

穿孔绝缘板上设有与支撑筒相适配的凹槽。凹槽用来固定穿孔绝缘板，并可以增强密封效果。

电离源为紫外线灯、尖端放电、或热阴极电子发射源。空间允许的情况下，也可以采用其它放射源。

支撑筒上设有圆形或矩形通孔，通孔用于引入紫外光，或者引出离子。

本发明的有益效果是，提高离子传输效率，能达到良好的分辨率，同时，降低分布电容，对机械和装配误差的高耐受性，还能降低重量，减小体积。

电场的优化对于任何离子阱的设计是必不可少的，我们做出了大量的努力，通过改变各种几何参数来优化电场。计算机模拟提供了有效的方法来测试几何参数设计变更的影响，并能最大限度地减少人工和研发成本。通常我们使用下面两种方法来预测离子阱的性能：1)计算电场的高阶分量，同时与现有离子阱的参数值进行比较。然而，由于参数的任意性，例如电场的边界和多项式曲线拟合的程度，用这种方法来优化离子阱的几何形状并不理想。2)使用计算机模拟来估算离子阱的探测性能(例如，质量分辨率，离子的出射效率等)。该方法提供了评估离子阱几何结构性能的直接方法，因此它可以作为离子阱优化几何参数的有效方法。这种方法的缺点是计算量很大。然而，最近几年计算技术的巨大进步，使得这一障碍基本上得到了克服。在先前的工作[International Journal of MassSpectrometry 393：52-57。]中，本申请的发明人展示了使用单参数优化方法来研究双板线性离子阱(LIT)中的未对准的问题，每次只对一个几何参数进行优化。然而，离子阱电极的几何形状应该以多种方式变化，在这种情况下，需要进行多参数优化。

我们基于分辨率和峰高作为标准用计算机模拟进行优化，即在线性离子阱中同时优化六个参数。然后根据优化的几何结构构建测试系统，并通过实验结果来评估线性离子阱的稳定性图，分辨率和灵敏度。在下文中，我们将讨论本发明所提出的几何结构的优点，包括提高离子传输效率，并能达到良好的分辨率，同时，降低分布电容，对机械和装配误差的高耐受性，还能降低重量，减小体积。

附图说明

图1是本发明导线电极离子阱的实施方案。

图2是图1中绝缘板和导线电极的结构图。

图3是本发明穿孔绝缘板的透视图。

图4是本发明多孔绝缘板的另钻孔方法。

图5是本发明对称环绕孔结构中的离子出射效果。

图6是本发明不对称环绕孔结构中的离子出射效果。

图7是本发明导线电极拉伸装置的结构图。

图8是本发明中离子控制装置的另结构图。

图9是本发明穿孔绝缘板中环绕孔的另结构图。

图10是本发明另离子控制装置的结构视图。

图11是本发明另金属丝导线拉伸装置的结构图。

图12是本发明金属丝导线拉伸装置不同实施方案的构造视图。

图13是本发明实施例四的结构图。

具体实施方式

下面结合示意图和具体实施案例对本发明作进一步详细说明。

VUV灯为紫外线灯。

实施例1，如图1-7所示。

在所选的实施案例中，如图1所示，三个离子控制装置串联连接，整个装置包括四个穿孔绝缘板，其中，第一穿孔绝缘板101a、第二孔绝缘板101b和支撑筒一103a构成穿孔绝缘板，第三穿孔绝缘板101c、第四穿孔绝缘板101d和支撑筒三103c构成另一个类似的离子捕获室。第二穿孔绝缘板101b，第三穿孔绝缘板101c和支撑筒二103b构成离子分析室。还包括被各支撑圆筒围住的一组导线电极102，紫外灯光电离装置，即VUV灯，电子枪电离源106，缓冲气体进气管107，样品进气管一108a和样品进气管二108c。装置的两端还各设有导线电极拉伸装置118a。

在操作中，各离子捕获室和离子分析室内的导线电极由多根互相平行的金属丝导线构成，离子捕获室和离子分析室的导线电极上被施加不同的电信号形成不同的离子阱，VUV灯一105a，VUV灯二105c或电子枪电离源106在相应的离子捕获室中产生离子。产生的离子被囚禁在离子阱腔室中，交流电压被施加到导线电极。当改变穿孔绝缘板中心孔中的环形端电极上的电压时，囚禁的离子穿过中心孔，被转移到第二穿孔绝缘板和第三穿孔绝缘板之间的离子分析室，如图2中的211所示。

在离子阱的运行期间，由VUV灯一105a和VUV灯二105c或电子枪电离源106组成的电离源能够在离子捕获室中产生离子。电离源产生离子的机制有如下三种，电子电离，光电离和化学电离。电子枪电离源106包括产生电子的热电子发射灯丝，在灯丝上施加70V DC电压，使电子加速到70eV。这些电子与样品分子的碰撞将在离子捕获室中产生正离子。光电离源由VUV灯发射的高能光子可以直接导致样品分子的软电离，还可以通过光电效应在构成离子阱腔室的金属圆支撑筒表面上产生电子，经过电场加速之后也能将样品分子软电离。实施例一中，由VUV灯一105a所产生的光子能量可以与VUV灯二105c的光子能量相同或不同。如果来自两个灯的光子能量不同，则可以通过比较两个VUV灯所产生的离子之间的差异来区分具有不同电离能的化合物，对于样品的检测及对比效率更高。化学电离则借助离子阱内的辅助化学试剂分子，诸如丙酮、二甲苯等气态分子，经过光电离产生电子和正离子，因为离子阱腔室内的气压可以达到几十帕，因此有足够的时间发生理想的离子分子反应，从而产生相应的分析样品的正离子和负离子。可以采用的电离方式还有尖端放电，例如辉光放电或电晕放电，还有热阴极电子发射源。本发明优选VUV灯作为电离源，取其软电离效果好，同时由于导线电极由若干极细的金属丝构成，其对对紫外光的遮挡几乎可以忽略，对样品气体的电离效果非常好。

在离子阱腔内一旦产生离子，它们就被一组施加了交流电压的导线电极(102)产生的电场所捕获。导线电极的结构如图2所示。被捕获的离子在与缓冲气体多次碰撞之后被冷却。经过一小段时间后，离子通过在位于中心孔二211b、或中心孔三211c上的端电极二218b或端电极三218c上施加的脉冲电压作用下被转移到分析室。在交流电场的遏制下，离子在传输转移过程中的损耗量很小，显著提高了系统的探测灵敏度。由于损耗量降低了一个数量级，对样品需求量降低了很多，受限于样品量太小无法检测的场合就可以实现检测，大大提高了可检测应用范围。无需像现有设备一样为了产生大量离子而耗费很大功率，摆脱了体型巨大的离子产生及捕捉装置，离子传输也非常高效，离子产生、捕捉和传输的过程均在一体化的装置内、在真空环境中完成，整个装置功耗大大降低，体积上非常小巧，非常便于携带到现场检测，无需采集和移送样品，时间上更高效，空间上更灵活。

如图1所示，在每个绝缘板上都设有4个定位校准孔120a，120b，120c和120d，能够容易地确定穿孔绝缘板101a，101b，101c，101d的位置。组装时，用通过穿过校准孔的刚性杆进行位置校准，就能精确地确定并保持穿孔绝缘板的位置。

如图1所示，缓冲气体通过缓冲气体进气管107引入离子分析室，而样品气体则从样品进气管一108a和样品进气管二108c分别引入两个离子阱捕获腔室。这两种气体的分别引入，克服了原始设计中压力不平衡的问题Anal.Chem。2016,88,7800-7806；J.Am.Soc.Mass Spectrum。2017。这种方法能够增加样气流量，从而提高系统的灵敏度。离子分析室方形套筒侧壁上的狭缝121用于出射离子，出射的离子就能被离子检测器109检测到。

一组或多组VUV灯电离装置分别安装在支撑筒一103a，支撑筒三103c的两侧。VUV灯发射的光子穿过窗孔112辐射到支撑筒中，对样品分子进行电离。多组VUV灯电离装置提高了电离效率，从而提高了系统的灵敏度。在实施过程中，不同波长的VUV灯也可用来获得可区分的质谱。例如，较短波长的VUV灯能够电离大多数有机化合物。而使用波长略长的VUV灯只能有效地电离具有较低电离能的化合物。通过比较两组质谱，能够区分样品气体中化合物的电离能差异，从而获得化合物的种类信息。

图2展示出图1中的穿孔绝缘板和导线电极的结构，图中移除了支撑筒一103a，支撑筒二103b，支撑筒三103c以便更好地展示。四个穿孔绝缘板，穿孔绝缘板一201a，穿孔绝缘板二201b，穿孔绝缘板三201c和穿孔绝缘板四201d通过前后三组金属导线相连接，三组金属导线分别构成前导线电极202a，中导线电极202b，后导线电极202c，各组导线电极分布情况相同，并且前后可以互相连通。其中，穿孔绝缘板上分布有中心孔和中心孔周围的多组环绕孔212a，212b，212c，212d，每组环绕孔上固定有属于同一导线电极的金属导线。各各穿孔绝缘板的中心孔211a，211b，211c和211d上固定有金属圆环，构成端电极218a，218b，218c，218d，端电极上施加电压，用来控制离子沿对称轴221的传输。将交流电压信号施加到导线电极就能形成离子阱电场。离子被捕获在由导线电极一202a、导线电极二202b、导线电极三202c、端电极二218b和端电极三218c所形成的囚禁区域中。图中的各穿孔绝缘板前后的导线电极之间也可以不相互连接，在同一时间，前后各支撑筒腔体内的导线电极形成的离子阱电场可以不相同，可以用于多种检测、对比方式。穿孔绝缘板之间导线电极的连接方法如图3所示。一系列定位校准孔220a，220b，220c，220d用于确认穿孔绝缘板201a，201b，201c，201d的位置。

支撑筒插入穿孔绝缘板201a，201b，201c和201d上的凹槽214b，214c，214d，其中一个凹槽被挡住，在图2中看不见。凹槽的宽度略大于支撑筒的壁厚，从而可以紧紧地固定支撑筒，同时起到密封作用。由于整个装置都放置在真空环境中，这种支撑筒和穿孔绝缘板的密封与尺寸都很小的环绕孔、中心孔、离子出射孔等结合，可确保离子阱腔的内外之间有一个数量级的压差。为实现较好的分辨率，离子阱内的最佳气压约为0.1至0.5Pa，离子阱外部的气压约为0.01Pa。为保持这个压差，本发明的密封设计可以满足这一要求。此外，较好的密封还会降低缓冲气体的消耗，降低运行成本。装置两端的穿孔绝缘板一201a和穿孔绝缘板四201d上的凹槽在一侧制成，而装置中间的那些穿孔绝缘板二201b和穿孔绝缘板三201d上的凹槽需在两侧制成。

图3展示了穿孔绝缘板上的孔型结构，包括三种类型的孔。第一类孔为中心孔311，中心孔311上安装有金属环，金属环上施加电压，构成端电极。适当的DC电压施加到金属环上能够控制沿着与导线电极平行的中心轴上的离子传输。第二类孔为环绕孔，共16个，用于让金属丝导线电极穿过，考虑到电磁场的模拟以及导线电极上所施加电压的控制，可以将环绕孔分组，四个环绕孔形成一组，穿过同一组环绕孔的导线相互连接，施加相同交流电压，电压幅值为10V至10000V，成为一个导线电极。共四组环绕孔，第一环绕孔312a、第二环绕孔312b，第三环绕孔312c和第四环绕孔312d，分别对应于四个导线电极。环绕孔的位置相对于中心位置可以是对称的或不对称的。第三类孔为校准孔320用于校准这些穿孔绝缘板的位置，这些校准孔与板的中心对称。

环绕孔的位置可以通过仿真软件计算来确定，二维平面上，每个孔的位置有两个位置参数。对于对称结构，对称孔的位置可以通过对称性来确定。在模拟软件中，在装置中模拟上千个离子运行来获取质谱，根据所得的质谱分辨率和灵敏度来优化这些小孔的位置。基于这些标准，就能够完全确定这些小孔的位置。例如，在使用16个孔的对称实施案例中，如图3所示，四个孔的位置分别是(6.7,0.7)，(6.8,3)，(1.5,7)，(4.5,7)，中心孔的中心设为(0,0)，其余环绕孔按照中心对称原则确定其位置。而对于不对称结构，如图4所示，则需要单独计算所有这些环绕孔的位置。根据实际需要，可以非常容易地缩放离子阱的尺寸。金属丝导线通过环绕孔形成导线电极，对环绕孔的加工精度要求仅为0.1mm即可，而现有四级杆的加工精度则需要达到微米级别，加工难度大，加工成本极高，而且加工成型后无法改变，导线电极可以灵活的更换穿孔绝缘板，用不同的环绕孔分布，构成不同的离子阱，更具工业实用性。

定义：AV信号指的是，高压交替电信号，幅值在50V到10000V之间，AC信号指的是低电压交替信号，幅值为0-10V，频率约为AV幅值的三分之一并可以调节。

图3中，在相对两组的金属丝导线电极上，例如第二导线电极316b和第四导线电极316d，施加相同的高压交替电信号AV。在另一对相对的两组，例如第一导线电极316a和第三导线电极316c金属丝导线电极上则施加具有180°的相位差的高压交替电信号AV。这个交替的高压电信号AV即为捕获离子提供囚禁电场。高压交替电信号的幅度在50V到10000V之间。另外信号幅度小于10V的交替AV信号被叠加到孔316a中的导线电极。同时，在第三导线电极316c上施加与第一导线电极316a上相差180度的相同幅值电信号。类似地，这种具有180°相位差的低电压的交替AC信号也可以叠加到第二导线电极316b和第四导线电极316d上。另外，除了施加低压AC信号之外，还需要在第一导线电极316a和第三导线电极316c上施加电位小于10V的恒定电位差，这样可以帮助正离子和负离子沿相反方向从离子阱中出射。

图4示出了穿孔绝缘板的另一种孔分布结构。在这种结构中，中心孔411设在穿孔绝缘板中心区域。18个环绕孔，分6组，每组3个，各组环绕孔412a，412b，412c，412d，412e，412f围绕中心孔411分布。其中，高压交替电压信号AV施加到穿过第一环绕孔412a，第三环绕孔412c和第五环绕孔412e的导线电极上。将具有相同幅度和180度相位差的高压交替电压信号AV施加到穿过第二环绕孔412b，第四环绕孔412d和第六环绕孔412f的导线电极上。高压交替电压信号AV的幅度在50V至10000V之间。如此施加的AV信号可以在腔中形成用于捕获离子的限制电场。该设计的原理是用六组金属丝导线所形成的电场类似于六极离子传输器中的电场，作为离子传输装置。因此，基于同样的原理，八极离子传输器和其他多电极离子传输器中的电场也可以用类似的方法构造。导线电极的数量为大于4的偶数。

图5和6展示出对称结构的环绕孔分布和不对称结构环绕孔分布之间的差异。在图5的对称性环绕孔结构中，大多数离子从两个相对侧面等量出射。而在图6的非对称环绕孔结构中，由于环绕孔位置的移动，这些环绕孔位置相对于中心轴变得不对称，从而能够获得离子的单向出射效果。这种设计不对称环绕孔可以产生更多的参数以优化离子阱的性能。因为不对称，每个孔的位置就增加了两个参数，可以更好地优化性能，可以减少一个离子探测器，不仅降低了成本，还提高了质谱仪的探测灵敏度。图5中附图标记，定位孔-520，图6中附图标记，定位孔-620。

图7展示出了导线电极的拉伸装置。该设计包括电线固定框架718和一些空心螺栓719。其中，电线固定框架718上设有一组螺纹孔720。螺纹孔720的轴线相对于固定板701的平面成0°到90°的角度，空间不足的情况下，使用多角度可以有效利用空间。中空螺栓安装在螺纹孔720中。每个导线电极穿过一个空心螺栓719中心处的通孔，在那里导线电极被打结或焊接。施加在导线电极上的拉力可以通过调节空心螺栓719的旋转位置来确定。这种设计简单易用，可以针对每个导线电极单独调节拉力，从而解决了原始设计中导线电极的张力不均匀的问题。

实施案例2，如图8和9所示。

图8展示出了另离子控制装置的结构。该结构使用三个穿孔绝缘板，第一穿孔绝缘板801a，第二穿孔绝缘板801b，第三穿孔绝缘板801c，板上有定位校准孔820，若干组环绕孔812。其中第一穿孔绝缘板801a和第二穿孔绝缘板801b之间的导线电极形成离子捕获室803，第二穿孔绝缘板801b和第三穿孔绝缘板801c之间的导线电极构成离子质量分析室804。在离子捕获室中，第一绝缘板801a的环绕孔分布图案类似于图4中所示的图案。在该设计中，离子捕获室中的导线电极和离子阱质量分析室彼此独立，并且通过图9中所示的第二穿孔绝缘板801b相连接。该设计利用了图4中的环绕孔分布结构，具有比较大的离子质量范围，从而能够增加捕获离子的质量范围。

图9展示了一种连接两个离子控制装置的穿孔绝缘板的环绕孔的构型。中心孔位于中心区域，环绕的小孔由两套不同大小和位置的小孔组成，一套前环绕孔913a，913b，913c，913d，913e，913f用于安装前端离子捕获室的导线电极，分为六组，每组三个；另一套后环绕孔912a，912b，912c，912d用于安装后端离子分析室的导线电极，分为四组，每组3个。穿过同一组环绕孔的三根金属导线为一个导线电极，施加相同电压，属于同一离子控制室的相邻导线电极所施加的电压具有180°相位差。具体如下：具有180度相位差但幅值相同的两组AV信号，分别被施加到穿过前环绕孔913a，913c，913e的导线电极和穿过前环绕孔913b，913d，913f上的导线电极上。类似地，具有180度相位差但幅值相同的AV信号分别被施加到穿过后环绕孔912a，912c的导线电极和穿过环绕孔913b，913d的导线电极上。这些环绕孔的分布可以相对于穿孔绝缘板的中心对称或不对称，如图5和图6所示。

实施案例3，如图10和11所示。

图10展示出另离子控制装置的结构。在所选实施案例中，三个离子控制装置串联连接。第一穿孔绝缘板1033a和第二穿孔绝缘板1033b之间构成离子捕获室；第二穿孔绝缘板1033b和第三穿孔绝缘板1033c构成离子传输室；第三穿孔绝缘板1033c和第四穿孔绝缘板1033d构成离子分析室。在第一支撑筒1036a的侧壁上设置两个通孔，以使VUV灯1040a和1040b产生的紫外光通过。在第二支撑筒1036b的侧壁上设置通孔1038以限制腔体内的气压。在第三支撑筒1036c的侧壁上设置切口以使出射的离子通过。一端的拉伸装置包括金属导线固定框架1041a和其上的一组固定螺栓1037a。另一端的拉伸装置包括金属导线固定框架1041d和其上的一组固定螺栓1037d。

图11显示了另金属线拉伸装置的结构。在选定的实施案例中，拉伸装置包括导线固定框架1140，导线固定块1141和拉伸螺栓1142，拉伸螺栓1142的进退调整导线的张紧力。其中，由绝缘材料制成的电线固定框架设有三种螺纹孔：加固孔1145，导线孔1146和孔1147。导线孔1146用于使金属导线穿过，使得它们可以通过导线固定块1141固定。孔1147具有内螺纹，用于安装拉伸螺栓1142，通过旋转向导线固定块1141提供压力。加固孔1145用于安装螺栓来顶紧拉伸螺栓1142，以防止导线拉伸螺栓1142的移动。导线固定块1141具有通孔1142和螺纹孔1143，金属导线穿过通孔1142并通过螺栓1148固定，安装在螺纹孔1143中。凹槽1102用于保持导线固定块1141的位置。

图12显示了拉伸装置的另一个实施方案。拉伸装置包括导线固定框架1201，八个导线拉伸螺栓1202，八个导线固定块1203和八个导线固定螺栓1204。在导线固定框架1201中，在框架上设置八个大螺纹孔1205。导线拉伸螺栓1202安装在螺纹孔1205中，以通过旋转拉伸螺栓1202向导线提供拉拉力。导线固定块1203通过所安装的导线固定螺栓1204来固定导线。螺纹孔1206用于固定拉伸螺栓1202以防止在拉紧导线之后的移动。

实施例4，如图13所示。

在该实施案例中，三个离子控制室串联，分别为离子捕获室1310、离子分子反应室1311和离子分析室1312。离子捕获室1310上设有通孔1320，呈矩形或圆形，用来连接电离源、样品气体进气管和缓冲气体进气管。在导线电极上和穿孔绝缘板中心孔的端电极上施加合适的射频电压和直流电压，使离子捕获室产生的离子通过第二穿孔绝缘板中心的通孔进入到离子分子反应室1311，离子分子反应室连通缓冲气体进气管，在其中反应后的离子穿过第三穿孔绝缘板上的中心孔进入到离子分析室1312，离子分析室的支撑筒上设有矩形狭缝1340用以连接离子检测器，经离子检测器获得反应后离子的质谱图。

可以采用两个离子控制室串联的结构，其中提供样品离子的离子捕获室1310可以采用其它离子产生装置替代，离子由离子漏斗等方式输送到离子分子反应室。

其中离子分子反应室1311也可以用作离子碎片化的装置，使离子碎片化，然后再进入离子分析室，作为离子碎片化装置。

Claims (11)

1.一种离子控制和质量分析装置，其特征在于：包括至少两个支撑筒、穿孔绝缘板，导线电极，导线拉伸装置和离子检测器，支撑筒两端分别和一个穿孔绝缘板密封配合形成一个腔体，腔体内设有导线电极，穿孔绝缘板的中心设有中心孔，穿孔绝缘板上安装有端电极，端电极中心设有通孔，通孔和中心孔位置一致，导线电极的两端分别安装在前后两个穿孔绝缘板上，其中一个支撑筒外侧设有离子检测器。

2.如权利要求1所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：所述穿孔绝缘板上设有至少四组环绕孔，导线穿过环绕孔进行固定，固定于同一组环绕孔的导线构成一个导线电极。

3.如权利要求2所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：每个腔体内有四个及以上导电线电极，每个导线电极由至少两根互相平行的导线构成，同一导线电极的导线上被施加同一电信号。

4.如权利要求1所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：支撑筒所围成的腔体可作为离子捕获室，离子捕获室的支撑筒上设有样品进气管、电离源。

5.如权利要求3所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：所述每一个导线电极由同一根金属导线往复折返穿过前后两个穿孔绝缘板上所对应环绕孔形成。

6.如权利要求3所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：所述相邻两个腔体之间的导线互相连通或者互相隔离。

7.如权利要求6所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：所述相邻两个腔体的导线电极分布情况保持一致或各自不同。

8.如权利要求1所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：所述穿孔绝缘板上设有与支撑筒相适配的凹槽。

9.如权利要求4所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：所述电离源为紫外线灯、尖端放电、或热阴极电子发射源。

10.如权利要求9所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：支撑筒上设有圆形或矩形通孔，通孔用于引入紫外光，或者引出离子。

11.如权利要求1所述的离子控制和质量分析装置，其特征在于：支撑筒所围成的腔体可作为离子分子反应室或离子碎片化室。

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