專利名稱：離子質(zhì)量過濾器及過濾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子質(zhì)量過濾器及過濾方法。
背景技術(shù)：
四極式質(zhì)譜儀的歷史可追溯到20世紀(jì)50年代。1952年末，加速器物理研究領(lǐng)域中，Brookhawen國立實驗室的Courant等人發(fā)現(xiàn)利用2個四極磁場交替壓縮質(zhì)子束的強聚焦，德國Bonn大學(xué)物理系教授Wolfgang Paul等人據(jù)此提出了利用射頻四極電場過濾離子的原理，并用實驗加以驗證，從而誕生了四極式質(zhì)譜儀。1953年，Paul等人申請了德國專利，并在五十年代完成了四極式質(zhì)譜儀的大部分奠基工作。
20世紀(jì)六七十年代是四極式質(zhì)譜儀發(fā)展的鼎盛時期，其中最引人注目的是Brubaker所進行的一系列創(chuàng)新研究和設(shè)計。60年代末，四極式質(zhì)譜儀由基礎(chǔ)研究階段逐漸過渡到商業(yè)生產(chǎn)階段，在產(chǎn)業(yè)化模式運作下，四極式質(zhì)譜儀技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展和推廣。1965年，聯(lián)邦德國的Varian MAT公司生產(chǎn)了第一臺商業(yè)四極式質(zhì)譜儀AMP-3。美國的惠普公司，聯(lián)邦德國的Varian MAT，日本的ULVAC等都是最早開始四極式質(zhì)譜儀商業(yè)化生產(chǎn)的公司。
四極式質(zhì)譜儀的原理是利用隨時間變化的電場對不同質(zhì)荷比的離子進行選擇。常規(guī)四極式質(zhì)譜儀所采用的驅(qū)動電壓波形如圖1所示，即x方向和y方向的電壓相位相差180度，通常在相對的一組電極桿上施加同樣的電壓，而相鄰的電極桿上的電壓極性相反，如圖2所示，x方向電極桿2和3的電壓與y方向電極桿1和4的電壓極性相反。
理想情況下，電極桿的形狀是雙曲面，請參見圖3，但由于圓桿電極的加工較之雙曲面來說要簡單很多，因此在實際應(yīng)用中更多的是用圓桿電極代替雙曲面電極。當(dāng)圓桿電極半徑r桿與場半徑r0滿足式公式[1]關(guān)系時，圓桿電極間的電場與理想四極電場最為近似。請參見圖4，其為圓桿電極半徑r桿與場半徑r0滿足式公式1關(guān)系時，圓桿電極間電場與雙曲面電極間電場吻合程度。從圖中可以看出，在四根極桿間的空間內(nèi)，兩種電極所形成的電場等勢線非常吻合，僅僅是在相鄰極桿之間空間內(nèi)的等勢線相差很大。幸運的是，離子的運動僅僅是在四根極桿桿間的空間內(nèi)。如此看來，圓桿電極間的電場完全可以替代雙曲面電極所形成的理想四極場。
r＝1.1487·r0[1]離子在進入四極桿后，由于受到射頻(RF) 電場和直流(DC)電場的作用會開始復(fù)雜的振蕩運動。假設(shè)某一時刻，DC和RF保持恒定，如果離子的質(zhì)量太低，這個離子被推離軸向，到達正極桿，而不會到達四極桿的出口。如果離子質(zhì)量太高，趨于負(fù)極桿的振蕩增加，直到離子撞擊到負(fù)極桿或從四極桿的邊緣被彈出去。只有特定質(zhì)量的離子在四極桿內(nèi)的振蕩才會穩(wěn)定，才能從四極桿的末端出射并被電子倍增器檢測。這是因為離子進入四極桿后受到電極桿所形成的四極電場的作用做復(fù)雜的周期性運動，其運動軌跡與離子的質(zhì)荷比有關(guān)系。
離子的受力可由公式[2]表示x··+(2emr02)(U+Vcosωt)x=0y··-(2emr02)(U+Vcosωt)y=0mz··=0---[2]]]>令k=8eω2r02(U+Vcosωt),]]>其中k(ξ+T)＝k(ξ)，則公式[2]變?yōu)镕x=-kxFy=kyFz=0---[3]]]>從公式[3]可以看到，若k為正值時，離子在x方向上所受到的力就是回復(fù)力，即離子在x方向上的運動就可以看做是簡諧振動，而在y方向上所受到的力卻是隨著位移的增加而增加，所以是振幅逐漸增加的振動。k為負(fù)值時，離子在x方向上的運動就是振幅逐漸增加的振動，而此時y方向上離子的運動則是簡諧振動。由于φ0是交流電勢，因此k值交替正負(fù)，這樣就將離子的軌跡束縛在“穩(wěn)定”狀態(tài)。
從上面的分析可知，通過不斷的改變k值，而使得離子在x方向和y方向上不斷的交替進行簡諧振動，使得離子能夠在xy平面內(nèi)具有穩(wěn)定的軌跡。常規(guī)正弦或余弦波周期電壓信號驅(qū)動的四極式質(zhì)譜儀是通過正弦或者余弦信號來改變k值。其對應(yīng)的運動方程可由公式[4]表示d2udξ2+(au-2qucos2ξ)u=0---[4]]]>其中，au和qu分別是
au=ax=-ay=8eUmω2r02qu=qx=-qy=4eVmω2r02---[5]]]>公式[4]被稱為馬紹方程(Mathieu)的余弦形式。它的通解形式如公式[6]所示u=α′eμξΣn=-∞∞C2ne2inξ+α′′e-μξΣn=-∞∞C2ne-2inξ---[6]]]>式中，α′和α″式積分常數(shù)，它們決定于離子的初始條件，即初始位置 、初始速度ü和初始相位ξ0。C2n和μ則決定于a和q而不是決定于初始條件。所以離子運動的特性，尤其是離子運動的穩(wěn)定性將取決于a值和q值而非初始條件。
根據(jù)離子運動的穩(wěn)定條件，可畫出常規(guī)四極式質(zhì)譜儀的穩(wěn)定曲線，如圖3所示。常規(guī)四極式質(zhì)譜儀的質(zhì)量掃描方式是電壓掃描，在保證直流分量U和交流分量V的比例不變的前提下，同時改變直流分量U和交流分量V，實現(xiàn)質(zhì)量掃描。理想情況下，對應(yīng)于每組U和V值，都有唯一質(zhì)量數(shù)的離子具有穩(wěn)定的軌跡通過四極場，然后被檢測器所檢測，其他質(zhì)量數(shù)的離子在四極場內(nèi)由于軌跡不穩(wěn)定而被損失掉。
現(xiàn)有常規(guī)四極式質(zhì)譜儀的驅(qū)動電路由變壓器/LC振蕩回路構(gòu)成，工作頻率固定。電容C由四極桿桿間電容和導(dǎo)線寄生電容決定，L由變壓器電感決定，工作點范圍600kHz～10MHz。由以下公式[7]可以看出，U=mω2r028e·ax=-mω2r028e·qyV=mω2r024e·qx=-mω2r024e·qy---[7]]]>在常規(guī)正弦或余弦波周期性電壓信號驅(qū)動四極式質(zhì)譜儀中，離子的質(zhì)量數(shù)與直流分量和交流分量的電壓值成正比，所以要使得具有更高質(zhì)量數(shù)的離子能夠被選擇就必須增加掃描電壓。由于掃描電壓與質(zhì)量數(shù)成正比關(guān)系制約了四極式質(zhì)譜在大質(zhì)量數(shù)物質(zhì)分析中的使用，因此通常最大可檢測的離子小于3000amu。而通過增加電壓來實現(xiàn)選擇離子存在有以下缺點1、過高的射頻電壓很難獲得，而且過高地射頻電壓須配合有較高的真空度以防止放電，因而會導(dǎo)致技術(shù)難度的提高，再有過高的射頻電壓也會引起輻射而傷害到人體。
2、無法實現(xiàn)掃頻過濾因為四極式質(zhì)譜儀高頻電壓是通過線圈LC諧振網(wǎng)絡(luò)耦合到極桿上，受到諧振網(wǎng)絡(luò)共振頻率的限制，因此其工作頻率只能是一個，這就使得想通過掃頻來避免使用高壓來實現(xiàn)大質(zhì)量數(shù)離子過濾的功能變得難以現(xiàn)實。
由上所述可見，常規(guī)正弦或余弦波電壓信號驅(qū)動的四極式質(zhì)譜儀很難應(yīng)用于大分子物質(zhì)分析，例如生物樣品的分析，因此如何解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點實已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種離子質(zhì)量過濾器及過濾方法，以實現(xiàn)對大質(zhì)量數(shù)離子的分析。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供的離子質(zhì)量過濾器包括呈四邊形排列以形成供離子運動的空間的4根導(dǎo)電桿體、與所述4根導(dǎo)電桿體中的組成所述四邊形一組對邊的2根導(dǎo)電桿體相連接，用于提供直流偏置電場的第一電源、用于提供極性相反的兩種高壓電場的第二電源、分別與所述第二電源及所述4根導(dǎo)電桿體中的組成所述四邊形另一組對邊的2根導(dǎo)電桿體相連接，用于產(chǎn)生周期性控制信號控制所述第二電源提供的兩種高壓電場以使所述高壓電場周期性交替施加在相應(yīng)2根導(dǎo)電桿體上，進而在所述4根導(dǎo)電桿體形成的空間中產(chǎn)生四極電場的控制模塊。
其中，所述離子質(zhì)量過濾器還包括用于控制所述控制模塊產(chǎn)生的控制信號的周期以間接控制被過濾的離子質(zhì)量的質(zhì)量調(diào)節(jié)控制模塊，所述4根導(dǎo)電桿體可呈雙曲面形、圓柱形或矩形，當(dāng)所述4根導(dǎo)電桿體呈圓柱形時，每一導(dǎo)電桿體的半徑是所述四極電場半徑的1.1487倍，所述控制模塊可包括分別與所述第二電源及相應(yīng)2根導(dǎo)電桿體相連接，用于控制所述第二電源提供至所述相應(yīng)2根導(dǎo)電桿體的電場的極性的受控開關(guān)、及與所述受控開關(guān)相連接，用于產(chǎn)生控制所述受控開關(guān)開閉的周期性控制信號的周期性波形發(fā)生器，所述受控開關(guān)可為場效應(yīng)管，所述周期性波形發(fā)生器產(chǎn)生的所述周期性控制信號為矩形波、鋸齒波、梯形波和三角波中的一種。
此外，本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾方法主要包括步驟1)第一電源提供的直流偏置電場施加在4根導(dǎo)電桿體的相對2根上；2)控制模塊提供周期性控制信號控制第二電源，使所述第二電源提供的極性相反的高壓電場周期性交替施加在所述4根導(dǎo)電桿體其它2根導(dǎo)電桿體上，進而在所述4根導(dǎo)電桿體形成的空間中產(chǎn)生四極電場；3)不同質(zhì)量的離子進入所述4根導(dǎo)電桿體形成的空間中，并受到所述四極電場的作用；4)調(diào)節(jié)所述控制模塊產(chǎn)生的周期性控制信號的頻率使預(yù)先設(shè)定的荷質(zhì)比的離子被選擇而其它荷質(zhì)比的離子被過濾掉。
其中，所述周期性控制信號為矩形波、鋸齒波、梯形波和三角波中的一種綜上所述，本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器及過濾方法通過利用非常規(guī)正弦或余弦波周期性電壓信號作為驅(qū)動電壓，克服了常規(guī)正弦或余弦波周期性電壓信號驅(qū)動四極式質(zhì)譜儀不能實現(xiàn)掃頻的問題，同時，通過采用頻率掃描的方式實對超高質(zhì)量數(shù)離子的過濾。因此，本發(fā)明離子質(zhì)量過濾器及過濾方法能夠使采用傳統(tǒng)電壓掃描方式難以實現(xiàn)的超高質(zhì)量數(shù)離子的掃描變?yōu)榭赡?，進而可使四極式質(zhì)譜儀能夠應(yīng)用于大分子物質(zhì)分析，例如生物樣品分析領(lǐng)域等。


圖1為現(xiàn)有的四極式質(zhì)譜儀所采用的驅(qū)動電壓波形示意圖。
圖2為現(xiàn)有電極呈圓桿形狀的四極式質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為現(xiàn)有電極為雙曲面的四極式質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為現(xiàn)有圓桿電極電勢線與雙曲面電極電勢線的對比圖。
圖5為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器的周期性波形發(fā)生器提供的鋸齒波控制信號示意圖。
圖7為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器的周期性波形發(fā)生器提供的矩形波控制信號示意圖。
圖8為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器的周期性波形發(fā)生器提供的梯形波控制信號示意圖。
圖9a~9e為離子在本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器形成的四極電場中運動所得到的x方向上的穩(wěn)定區(qū)域圖，其中，圖9a為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.2時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖9b為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.4時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖9c為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.5時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖9d為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.6時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖9e為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.8時的穩(wěn)定區(qū)域圖。
圖10a~10e為離子在本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器形成的四極電場中運動所得到的x方向和y方向上的穩(wěn)定區(qū)域圖，其中，圖10a為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.2時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖10b為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.4時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖10c為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.5時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖10d為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.6時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖10e為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.8時的穩(wěn)定區(qū)域圖。
圖11a~11c為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器在模擬軟件SIMION 3D 7.0中的離子軌跡模擬圖，其中，圖11a是離子在xy平面內(nèi)的軌跡圖、圖11a’為圖11a的局部放大圖，圖11b是離子在yz平面的軌跡圖、圖11c是離子在xz平面的軌跡圖。
圖12為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾方法提供的周期性控制信號為占空比q＝0.5的矩形波時離子在x方向和y方向上的穩(wěn)定區(qū)域圖。
圖13為圖12中標(biāo)記為A區(qū)域的局部放大圖。
圖14為采用本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾方法所獲得的離子質(zhì)量掃描圖。
具體實施例方式
請參閱圖5，本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器至少包括4根導(dǎo)電桿體、第一電源9、第二電源、控制模塊及質(zhì)量調(diào)節(jié)控制模塊2。
所述4根導(dǎo)電桿體呈四邊形排列以形成供離子運動的空間，如圖5所示，所述4根導(dǎo)電桿體形成電極10和11，通常，所述電極10和11既可以是雙曲面形也可以是圓柱形，甚至是矩形，當(dāng)所述電極10和11為圓柱形，各導(dǎo)電桿體的半徑是所述4根導(dǎo)電桿體內(nèi)部形成的四極電場半徑的1.1487倍(請容后陳述)，可以保證其所形成的四極電場達到最佳效果。在本實施方式中，所述電極10和11采用的是圓柱形。
所述第一電源9與所述4根導(dǎo)電桿體中的組成所述四邊形一組對邊的2根導(dǎo)電桿體相連接，用于提供直流偏置電場，在本實施方式中，所述第一電源9與電極10相連接，通常第一電源9所提供的直流偏置值局限于一定范圍之內(nèi)，其可根據(jù)所分析物質(zhì)質(zhì)量數(shù)的不同以及所要求分辨率不同進行選擇。在本實施方式中，所述第一電源9提供的直流電壓偏置電壓為100伏。
所述第二電源用于提供極性相反的兩種高壓電場，在本實施方式中，其包括正高壓電源7和負(fù)高壓電源8，兩者的幅值可根據(jù)實際需要予以設(shè)定，在本實施方式中分別設(shè)定為±500伏，此外，所述第二電源的實施方式并非以此為限，其也可采用單一電源然后通過反相器改變其極性，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉之技術(shù)，在此不再贅述。
所述控制模塊分別與所述第二電源及所述4根導(dǎo)電桿體中的組成所述四邊形另一組對邊的2根導(dǎo)電桿體相連接，用于產(chǎn)生周期性控制信號控制所述第二電源提供的兩種高壓電場以使所述高壓電場周期性交替施加在相應(yīng)2根導(dǎo)電桿體上，進而在所述4根導(dǎo)電桿體形成的空間中產(chǎn)生四極電場，在本實施方式中，所述控制模塊包括受控開關(guān)5及6和周期性波形發(fā)生器1，其中，所述受控開關(guān)5及6分別與所述正高壓電源7和所述負(fù)高壓電源8相連接，同時兩者還都與相應(yīng)2根導(dǎo)電桿體即電極11相連接，用于控制所述第二電源提供至所述電極11的電場的極性，所述受控開關(guān)可為場效應(yīng)管，但并非以此為限，其也可為晶體三極管等，所述周期性波形發(fā)生器1與所述受控開關(guān)5及6相連接，用于產(chǎn)生控制所述受控開關(guān)5及6開閉的周期性控制信號，所述周期性控制信號可為鋸齒波(請參見圖6)，也可為矩形波(請參見圖7)，還可為梯形波(請參見圖8)及三角波等，其頻率通常在100kHz和3MHz之間，以下將以矩形波為例進行詳細(xì)說明。
當(dāng)所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號處于高電平時，所述受控開關(guān)6閉合而受控開關(guān)5打開，因此負(fù)高壓電源8被施加至電極11上，而當(dāng)所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號由高電平變?yōu)榈碗娖胶螅鍪芸亻_關(guān)6打開而受控開關(guān)5閉合，因此正高壓電源7被施加至電極11上，由于電極11上交替施加有正負(fù)高壓電場，而電極10上施加有直流電場，如此可在4根導(dǎo)電桿體形成的空間中產(chǎn)生四極電場，請參見圖9a~9e，其為離子在所述四極電場中運動所得到的x方向上的穩(wěn)定區(qū)域圖，其中，圖9a為所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.2時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖9b為所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.4時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖9c為所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.5時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖9d為所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.6時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖9e為所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.8時的穩(wěn)定區(qū)域圖，再請參見圖10a~10e，其為離子在所述四極電場中運動所得到的x方向和y方向上的穩(wěn)定區(qū)域圖，其中，圖10a為所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.2時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖10b為所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.4時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖10c為所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.5時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖10d為所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.6時的穩(wěn)定區(qū)域圖，圖10e為所述周期性波形發(fā)生器1提供的矩形波控制信號的占空比q＝0.8時的穩(wěn)定區(qū)域圖。
所述質(zhì)量調(diào)節(jié)控制模塊2用于控制所述控制模塊產(chǎn)生的控制信號的周期以間接控制被過濾的離子質(zhì)量，在本實施方式中，其通過控制所述周期性波形發(fā)生器1所產(chǎn)生的波形頻率，即改變了所述周期性控制信號的占空比，進而使所述受控開關(guān)5和6的開關(guān)頻率不同，從而正負(fù)高壓電場7及8施加至電極11上的頻率亦不同，相應(yīng)可以穩(wěn)定在電極10及11產(chǎn)生的四極場中的離子的荷質(zhì)比也不同，一般所述質(zhì)量掃描控制模塊的頻率可調(diào)范圍為100kHz-3MHz。請參見圖11a～11c，其為本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾器在模擬軟件SIMION 3D 7.0中的離子軌跡模擬圖，其中，圖11a是xy平面內(nèi)的離子軌跡圖、圖11a’為圖11a的局部軌跡放大圖，圖11b是yz平面的離子軌跡圖、圖11c是xz平面的離子軌跡圖。
本發(fā)明的離子質(zhì)量過濾方法主要包括以下步驟第一步第一電源提供的直流偏置電場施加在4根導(dǎo)電桿體的相對2根上，即第一電源9施加100伏的直流偏置電壓至電極10上。
第二步控制模塊提供周期性控制信號控制第二電源，使所述第二電源提供的極性相反的高壓電場周期性交替施加在所述4根導(dǎo)電桿體其它2根導(dǎo)電桿體上，進而在所述4根導(dǎo)電桿體形成的空間中產(chǎn)生四極電場，即周期性波形發(fā)生器1控制所述受控開關(guān)5及6，使正負(fù)高壓電場7及8交替施加至電極11上，從而在所述電極10及電極11之間產(chǎn)生四極電場，其中，所述周期性控制信號為矩形波、鋸齒波、梯形波和三角波中的一種，分別可參見圖6~圖8。
第三步不同質(zhì)量的離子進入所述4根導(dǎo)電桿體形成的空間中，并受到所述四極電場的作用，例如當(dāng)周期性波形發(fā)生器1產(chǎn)生的周期性控制信號為不同占空比的矩形波(如圖7所示)時離子在所述四極電場中運動時x方向上的穩(wěn)定區(qū)域圖，如圖9a~9e所示，x方向和y方向上的穩(wěn)定區(qū)域圖如圖10a~10e所示，再請一并參見圖12，其為周期性控制信號為占空比q＝0.5的矩形波時離子在x方向和y方向上的穩(wěn)定區(qū)域圖，為進一步清楚顯示，再請參見圖13，其為圖12中標(biāo)記為A區(qū)域的放大圖。
第四步調(diào)節(jié)所述控制模塊產(chǎn)生的周期性控制信號的頻率使預(yù)先設(shè)定的荷質(zhì)比的離子被選擇而其它荷質(zhì)比的離子被過濾掉，由于掃描頻率與質(zhì)量數(shù)成反比，當(dāng)所述控制模塊產(chǎn)生的周期性控制信號的頻率被調(diào)節(jié)穩(wěn)定，則對應(yīng)于此時頻率的具有穩(wěn)定軌跡離子的質(zhì)量數(shù)即可確定，也即是說，只有某一質(zhì)量數(shù)范圍內(nèi)的離子具有穩(wěn)定軌跡，且能夠被后續(xù)的離子檢測器檢測，而且掃描頻率越高，具有穩(wěn)定軌跡離子的質(zhì)量數(shù)則越低，相反地，掃描頻率越低，具有穩(wěn)定軌跡離子的質(zhì)量數(shù)越高，請參見圖14，其為質(zhì)量掃描圖。
綜上所述，本發(fā)明的離子過濾器及過濾方法采用頻率掃描方式進行質(zhì)量掃描，使高壓驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)得以簡化，減小了質(zhì)譜儀的機械尺寸，有利于四極桿質(zhì)譜的小型化。同時，也便于采用數(shù)字頻率掃描代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電壓掃描，使得四極桿質(zhì)譜的質(zhì)量掃描只需改變一個物理量即頻率，從而使得掃描變得更為簡單和精確。而且，由于能夠采用頻率掃描，提高了常規(guī)正弦或余弦波周期性電壓信號驅(qū)動的四極式質(zhì)譜儀的分析質(zhì)量上限。
權(quán)利要求
1.一種離子質(zhì)量過濾器，其特征在于包括
4根導(dǎo)電桿體，呈四邊形排列以形成供離子運動的空間；第一電源，與所述4根導(dǎo)電桿體中的組成所述四邊形一組對邊的2根導(dǎo)電桿體相連接，用于提供直流偏置電場；第二電源，用于提供極性相反的兩種高壓電場；控制模塊，分別與所述第二電源及所述4根導(dǎo)電桿體中的組成所述四邊形另一組對邊的2根導(dǎo)電桿體相連接，用于產(chǎn)生周期性控制信號控制所述第二電源提供的兩種高壓電場以使所述高壓電場周期性交替施加在相應(yīng)2根導(dǎo)電桿體上，進而在所述4根導(dǎo)電桿體形成的空間中產(chǎn)生四極電場。
2.如權(quán)利要求1所述的離子質(zhì)量過濾器，其特征在于還包括質(zhì)量調(diào)節(jié)控制模塊，用于控制所述控制模塊產(chǎn)生的控制信號的周期以間接控制被過濾的離子質(zhì)量。
3.如權(quán)利要求1所述的離子質(zhì)量過濾器，其特征在于所述4根導(dǎo)電桿體呈雙曲面形、圓柱形及矩形中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的離子質(zhì)量過濾器，其特征在于所述4根導(dǎo)電桿體呈圓柱形時，每一導(dǎo)電桿體的半徑是所述四極電場半徑的1.1487倍。
5.如權(quán)利要求1所述的離子質(zhì)量過濾器，其特征在于所述控制模塊包括受控開關(guān)，分別與所述第二電源及相應(yīng)2根導(dǎo)電桿體相連接，用于控制所述第二電源提供至所述相應(yīng)2根導(dǎo)電桿體的電場的極性；周期性波形發(fā)生器，與所述受控開關(guān)相連接，用于產(chǎn)生控制所述受控開關(guān)開閉的周期性控制信號。
6.如權(quán)利要求5所述的離子質(zhì)量過濾器，其特征在于所述受控開關(guān)為場效應(yīng)管。
7.如權(quán)利要求5所述的離子質(zhì)量過濾器，其特征在于所述周期性波形發(fā)生器產(chǎn)生的所述周期性控制信號為矩形波、鋸齒波、梯形波和三角波中的一種。
8.一種離子質(zhì)量過濾方法，其特征在于包括步驟1)第一電源提供的直流偏置電場施加在4根導(dǎo)電桿體的相對2根上；2)控制模塊提供周期性控制信號控制第二電源，使所述第二電源提供的極性相反的高壓電場周期性交替施加在所述4根導(dǎo)電桿體其它2根導(dǎo)電桿體上，進而在所述4根導(dǎo)電桿體形成的空間中產(chǎn)生四極電場；3)不同質(zhì)量的離子進入所述4根導(dǎo)電桿體形成的空間中，并受到所述四極電場的作用；4)調(diào)節(jié)所述控制模塊產(chǎn)生的周期性控制信號的頻率使預(yù)先設(shè)定的荷質(zhì)比的離子被選擇而其它荷質(zhì)比的離子被過濾掉。
9.如權(quán)利要求8所述的離子質(zhì)量過濾方法，其特征在于包括所述周期性控制信號為矩形波、鋸齒波、梯形波和三角波中的一種。
全文摘要
一種離子質(zhì)量過濾器及過濾方法，其包括呈四邊形排列以形成供離子運動的空間的4根導(dǎo)電桿體，當(dāng)在所述4根導(dǎo)電桿體中的組成所述四邊形一組對邊的2根導(dǎo)電桿體連接可提供直流偏置電場的第一電源，在形成另一組對邊的2根導(dǎo)電桿體連接可提供極性相反的兩種高壓電場的第二電源，由控制模塊控制所述兩種高壓電場的交替施加在相應(yīng)2根導(dǎo)電桿體上的頻率即可在所述4根導(dǎo)電桿體形成的空間中產(chǎn)生四極電場，通過改變所述頻率可實現(xiàn)離子質(zhì)量掃描，由于離子質(zhì)量數(shù)與掃描頻率成反比，降低頻率掃描即可改善四極式質(zhì)譜儀對大質(zhì)量數(shù)離子的分析能力。
文檔編號H01J49/42GK101075546SQ20071004079
公開日2007年11月21日 申請日期2007年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者徐國賓, 黃超 申請人:上海華質(zhì)生物技術(shù)有限公司