本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析領域，具體是涉及在離子傳輸中的雙螺旋離子漏斗及其在離子傳輸性能中的應用。

背景技術：

1、電噴霧電離源（esi）與質(zhì)譜的耦合使得質(zhì)譜（ms）在越來越多的分析應用中成為一種強大的技術。然而，離子從常壓到真空的轉(zhuǎn)移效率限制了esi-ms（電噴霧電離源-質(zhì)譜）系統(tǒng)靈敏度的提高。以往的研究表明，電離源產(chǎn)生的分析物離子只有一小部分最終會到達到真空區(qū)并被質(zhì)譜分析儀檢測到，而絕大部分離子將沿著離子轉(zhuǎn)移路線丟失，特別是在粗真空區(qū)（通常在0.1torr-30torr）。受粗真空區(qū)域復雜的超音速氣流影響，離子云會膨脹并發(fā)散，導致進入下游真空的離子數(shù)量減少，分析靈敏度降。為了提高esi-ms系統(tǒng)對小分子有機化合物到大分子生物樣品的檢測靈敏度，開發(fā)具有更高離子傳遞效率和更寬質(zhì)量范圍的大氣壓接口（api）具有重要意義。

2、過去的研究已經(jīng)開發(fā)出各種各樣的離子光學器用于粗真空區(qū)域的離子傳輸，包取樣錐、射頻離子導向器等。取樣錐通常被設計成具有小孔徑的氣體電導限制孔板，其沒有離子聚焦功能，僅能對氣流中的部分離子進行采樣，因此傳輸效率低。

3、自從證明了離子可以被射頻電場有效約束以來，大量研究集中在了射頻離子導向裝置的研制及改進上。多極桿離子導向器由四個或更多電極棒組成，是最常見的離子導向裝置。通過對相鄰電極棒施加反相射頻電壓可以產(chǎn)生能夠在徑向約束離子的“偽勢”。然而，當背景壓力大于1torr時，離子與背景氣體的碰撞加劇導致離子運動變得復雜。此時，氣流對離子運動影響顯著，多極離子導向器的約束效果往往較差。在相同的射頻電壓下，質(zhì)荷比（m/z）較低的離子的mathieu方程中參數(shù)q越大，穩(wěn)定區(qū)越窄，受到這種變差的約束影響更大。為了提高粗真空中的離子傳效率，一種場半徑逐漸減小的十二極離子導向器被開發(fā)，其具有優(yōu)化的流場，離子傳遞效率比傳統(tǒng)四極桿提高5-6倍。最近，shiyu?du等人結(jié)合了十二極桿（離子捕獲）和四極g桿（離子聚焦）的優(yōu)點，設計了一種場梯度聚焦離子導向器。實驗證明，這種從十二極場過渡到四極場的設計能夠有效提高低質(zhì)量離子的傳輸效率，這為研究具有寬質(zhì)量傳輸范圍的離子導向裝置提供了新思路。

4、堆疊環(huán)離子導向器（srig）是多極桿的變體，其由一系列環(huán)形電組成，相鄰電極同樣施加相反相位的射頻信號。離子漏斗（if）由srig演變而來，其環(huán)形電極的內(nèi)徑逐漸縮小。這種漏斗形狀的電極有效減小了離子云的空間發(fā)散，當離子云通過電導限制孔板進入下游真空區(qū)時會聚焦到一個小半徑范圍內(nèi)。在許多生物分析應用中，通過使用離子漏斗或其改良裝置，質(zhì)譜儀器的靈敏度得到了顯著提高。然而，在堆疊環(huán)結(jié)構(gòu)的中心軸線上，有效電位存在波動或“陷阱”。“陷阱”的深度與m/z成反比，與rf振幅成正比，這意味著低質(zhì)量離子更容易受到軸向陷阱的影響，即質(zhì)量q歧視效應。在早期的研究中，質(zhì)量鑒別效應主要是通過優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)來改善。后來在環(huán)形電極上施加行波以幫助離子從陷阱中逃出。該方法已在多種設計中被證明是可行和有效的。最近，一種新型聚焦四極離子漏斗（fq-if）被提出，其每片電極上有4個四分之一環(huán)。其射頻施加方法與四極桿類似，大大改善了沿中心軸的有效電位分布。結(jié)果表明，fq-if具有更好的聚焦效果和更高的靈敏度，特別是對于低質(zhì)量離子的傳輸。很多類似的結(jié)構(gòu)也取得了性能上的改進。綜上所述，對離子漏斗的優(yōu)化是十分必要的，因為它在粗真空區(qū)域具有強大的離子捕獲和聚焦特性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供的雙螺旋離子漏斗及其在離子傳輸性能中的應用，用以增強低和中質(zhì)荷比離子在粗真空區(qū)域的傳輸效率，以及優(yōu)化離子傳輸性能的評價。

2、本發(fā)明雙螺旋離子漏斗，包括兩個螺旋電極，所述螺旋電極沿離子傳輸方向具有相連接的恒定內(nèi)徑段和錐形內(nèi)徑段。

3、進一步的，恒定內(nèi)徑段的內(nèi)徑與錐形內(nèi)徑段的內(nèi)徑的長度比為0.4~3。

4、優(yōu)選的，恒定內(nèi)徑段的內(nèi)徑與錐形內(nèi)徑段的內(nèi)徑的長度比為0.7~1.2。

5、進一步的，恒定內(nèi)徑段的內(nèi)徑為5~50mm。

6、優(yōu)選的，恒定內(nèi)徑段的內(nèi)徑為20~30mm。

7、進一步的，錐形內(nèi)徑段的最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑的比例為5~10。

8、本發(fā)明還提供了一種雙螺旋離子漏斗在離子傳輸性能中的應用，采用上述任意一種雙螺旋離子漏斗對離子傳輸性能進行評估。

9、進一步的，是對離子在粗真空區(qū)的傳輸性能進行評估。

10、進一步的，是對小質(zhì)量離子的傳輸性能進行評估。

11、進一步的，所述雙螺旋離子漏斗對離子傳輸性能進行評估時的工作氣壓范圍是100~3000?pa。

12、本發(fā)明的有益效果包括：

13、1、增強了低、中質(zhì)荷比（m/z）離子在粗真空區(qū)域的傳輸效率。

14、2、因為連續(xù)的漏斗狀電極結(jié)構(gòu)，因此能夠有效地限制離子的發(fā)散，與傳統(tǒng)離子漏斗相比，幾乎不受電勢陷阱的影響。因此也優(yōu)化了電極結(jié)構(gòu)和離子傳輸性能的評價。

15、3、通過與常規(guī)堆疊環(huán)離子漏斗（堆疊環(huán)離子漏斗）的質(zhì)譜數(shù)據(jù)的對比實驗得知，本發(fā)明改善了常規(guī)堆疊環(huán)離子漏斗的質(zhì)量歧視效應，并提高了低、中質(zhì)荷比離子同時轉(zhuǎn)移的效率。此外，還觀察到增強了離子強度，有助于實現(xiàn)更低的檢出限和更高的靈敏度。

技術特征：

1.雙螺旋離子漏斗，其特征為：包括兩個螺旋電極，所述螺旋電極沿離子傳輸方向具有相連接的恒定內(nèi)徑段和錐形內(nèi)徑段。

2.如權(quán)利要求1所述雙螺旋離子漏斗，其特征為：恒定內(nèi)徑段的內(nèi)徑與錐形內(nèi)徑段的內(nèi)徑的長度比為0.4~3。

3.如權(quán)利要求2所述雙螺旋離子漏斗，其特征為：恒定內(nèi)徑段的內(nèi)徑與錐形內(nèi)徑段的內(nèi)徑的長度比為0.7~1.2。

4.如權(quán)利要求1所述雙螺旋離子漏斗，其特征為：恒定內(nèi)徑段的內(nèi)徑為5~50mm。

5.如權(quán)利要求4所述雙螺旋離子漏斗，其特征為：恒定內(nèi)徑段的內(nèi)徑為20~30mm。

6.如權(quán)利要求1所述雙螺旋離子漏斗，其特征為：錐形內(nèi)徑段的最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑的比例為5~10。

7.雙螺旋離子漏斗在離子傳輸性能中的應用，其特征為：采用權(quán)利要求1至6之一所述雙螺旋離子漏斗對離子傳輸性能進行評估。

8.如權(quán)利要求7所述雙螺旋離子漏斗在離子傳輸性能中的應用，其特征為：對離子在粗真空區(qū)的傳輸性能進行評估。

9.如權(quán)利要求7所述雙螺旋離子漏斗在離子傳輸性能中的應用，其特征為：對小質(zhì)量離子的傳輸性能進行評估。

10.如權(quán)利要求7所述雙螺旋離子漏斗在離子傳輸性能中的應用，其特征為：所述雙螺旋離子漏斗對離子傳輸性能進行評估時的工作氣壓范圍是100~3000?pa。

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析領域，特別是涉及在離子傳輸中的雙螺旋離子漏斗及其在離子傳輸性能中的應用。其中雙螺旋離子漏斗包括兩個螺旋電極，所述螺旋電極沿離子傳輸方向具有相連接的恒定內(nèi)徑段和錐形內(nèi)徑段。本發(fā)明增強了低、中質(zhì)荷比離子在粗真空區(qū)域的傳輸效率，幾乎不受電勢陷阱的影響。并且還增強了離子強度，有助于實現(xiàn)更低的檢出限和更高的靈敏度。

技術研發(fā)人員：趙忠俊,段憶翔,何星亮,吳斌
受保護的技術使用者：成都艾立本科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6