本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析領(lǐng)域，具體是涉及在離子傳輸中的具有輔助電極的雙螺旋離子漏斗。

背景技術(shù)：

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(yīng)用中成為一種強大的技術(shù)。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(dá)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(fù)雜的超音速氣流影響，離子云會膨脹并發(fā)散，導(dǎo)致進(jìn)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(xué)器用于粗真空區(qū)域的離子傳輸，包取樣錐、射頻離子導(dǎo)向器等。取樣錐通常被設(shè)計成具有小孔徑的氣體電導(dǎo)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(jìn)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(dǎo)向裝置的研制及改進(jìn)上。多極桿離子導(dǎo)向器由四個或更多電極棒組成，是最常見的離子導(dǎo)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(dāng)背景壓力大于1torr時，離子與背景氣體的碰撞加劇導(dǎo)致離子運動變得復(fù)雜。此時，氣流對離子運動影響顯著，多極離子導(dǎo)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(dǎo)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(shè)計了一種場梯度聚焦離子導(dǎo)向器。實驗證明，這種從十二極場過渡到四極場的設(shè)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(dǎo)向裝置提供了新思路。

4、堆疊環(huán)離子導(dǎo)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(dāng)離子云通過電導(dǎo)限制孔板進(jìn)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(yīng)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(yīng)。在早期的研究中，質(zhì)量鑒別效應(yīng)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(shè)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(jìn)。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(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供的具有輔助電極的雙螺旋離子漏斗，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)明具有輔助電極的雙螺旋離子漏斗，包括具有正/負(fù)極的雙螺旋電極，所述雙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，在所述錐形內(nèi)徑段的出口處設(shè)有四個輔助電極，所述四個輔助電極與雙螺旋電極相配合，使正/負(fù)電極交替排布，在雙螺旋離子漏斗的出口形成六極桿結(jié)構(gòu)，用以改善邊緣場。

3、進(jìn)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(jìn)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(jìn)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)明的有益效果包括：

9、1、在輔助電極與雙螺旋電極的配合下，極大改善了雙螺旋電極結(jié)構(gòu)的邊緣場，降低了其對離子傳輸?shù)淖璧K作用。

10、2、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。

11、3、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。

12、4、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(yīng)，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(shù)特征：

1.具有輔助電極的雙螺旋離子漏斗，其特征為：包括具有正/負(fù)極的雙螺旋電極（1），所述雙螺旋電極（1）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，在所述錐形內(nèi)徑段的出口處設(shè)有四個輔助電極（3），所述四個輔助電極（3）與雙螺旋電極（1）相配合，使正/負(fù)電極交替排布，在雙螺旋離子漏斗的出口形成六極桿結(jié)構(gòu)（2），用以改善邊緣場。

2.如權(quán)利要求1所述具有輔助電極的雙螺旋離子漏斗，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所述具有輔助電極的雙螺旋離子漏斗，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所述具有輔助電極的雙螺旋離子漏斗，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所述具有輔助電極的雙螺旋離子漏斗，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所述具有輔助電極的雙螺旋離子漏斗，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。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析領(lǐng)域，特別是涉及在離子傳輸中的具有輔助電極的雙螺旋離子漏斗。具有輔助電極的雙螺旋離子漏斗，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，在所述錐形內(nèi)徑段的出口處設(shè)有四個輔助電極，所述四個輔助電極與雙螺旋電極相配合，使正/負(fù)電極交替排布，在雙螺旋離子漏斗的出口形成六極桿結(jié)構(gòu)，用以改善邊緣場。本發(fā)明在輔助電極與雙螺旋電極的配合下，極大改善了邊緣場對雙螺旋電極結(jié)構(gòu)的影響。并且增強了低、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。同時還增強了離子強度，有助于實現(xiàn)更低的檢出限和更高的靈敏度。

技術(shù)研發(fā)人員：趙忠俊,段憶翔,何星亮,吳斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都艾立本科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9