同尺寸規(guī)格的任一所述偏轉(zhuǎn)裝置可以依次串聯(lián)組合使用。
[0044]任一所述偏轉(zhuǎn)裝置或者兩個以上串聯(lián)組合的偏轉(zhuǎn)裝置適用于多次反射質(zhì)譜、飛行時間質(zhì)譜、四極桿質(zhì)譜或離子阱質(zhì)譜的離子引入、傳輸和整形；還適用于多級質(zhì)譜聯(lián)用前級離子引出或引入。
[0045]參照圖1，應(yīng)用時，離子束由方向4入射，入射方向4可以是準(zhǔn)直入射，也可以是偏角入射。偏角入射的條件下，在偏轉(zhuǎn)匯聚電極7的兩片扇形圓環(huán)電極15分別施加電壓(V0+Vp/2)和(Vid-VpA)A為兩塊電極的平均電壓，其中平均電壓V。與單透鏡端電極6、8上所施加電壓的幅值或極性不同，實現(xiàn)離子束的匯聚，Vp為兩塊電極的電位差，可以將偏角入射的離子束準(zhǔn)直；準(zhǔn)直入射的條件下，偏轉(zhuǎn)匯聚電極7的兩片扇形圓環(huán)電極可以實現(xiàn)微調(diào)，補償裝配造成的偏差；離子束準(zhǔn)直、匯聚后沿路徑14進入扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組2，在外扇形偏轉(zhuǎn)電極9和內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極10上施加幅值或極性不同的電壓，實現(xiàn)離子束的大角度偏轉(zhuǎn)；經(jīng)過偏轉(zhuǎn)后的離子束繼續(xù)沿路徑14進入偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組2，與偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組I類似，在在偏轉(zhuǎn)匯聚電極12的兩片扇形圓環(huán)電極15分別施加電壓(UfUp/2)和(lVUp/2)，U0實現(xiàn)離子束的匯聚，Up實現(xiàn)離子束一定角度范圍內(nèi)的出射。整個系統(tǒng)通過兩小(偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組1、3控制小角度偏轉(zhuǎn))一大(扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組2控制大角度偏轉(zhuǎn))的合理搭配，可以靈活控制離子束的任意維度和角度的傳輸路徑。
[0046]實施例均以90°扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡為例。
[0047]實施例1
[0048]參照圖2，使用SHOON軟件對離子在靜電匯聚偏折裝置中的飛行軌跡進行模擬。以飛行時間質(zhì)譜加速區(qū)為離子源，初始離子定義為360°能量發(fā)散的點源，初始電極施加2200v電壓，使離子獲得2000ev左右的能量。從模擬結(jié)果可見，在優(yōu)化好的電壓參數(shù)下，原本發(fā)散的離子進入第一個偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡區(qū)得到很好的匯聚并進入90°扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡區(qū)，實現(xiàn)90°偏轉(zhuǎn)；最終經(jīng)過第二個偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡區(qū)被整形成平行束。從xy平面和XZ平面圖可以看出離子束具有很好的平行性，并且從不同時間的離子形態(tài)可以看出，經(jīng)過這一系列偏轉(zhuǎn)，整個系統(tǒng)不會產(chǎn)生額外的像差。
[0049]實施例2
[0050]參照圖3，以組合式靜電匯聚偏折裝置為例，使用S頂1N軟件對離子在組合式靜電匯聚偏折裝置中的飛行軌跡進行模擬。初始離子定義為2000ev具有一定角度發(fā)散的點源。從模擬結(jié)果可見，在優(yōu)化好的電壓參數(shù)下，發(fā)散的離子束在組合式靜電匯聚偏折裝置中，經(jīng)過匯聚、偏折、二次匯聚、二次偏轉(zhuǎn)、三次匯聚后被整形成很好的平行束。證明了組合式靜電匯聚偏折裝置的可行性。
[0051]實施例3
[0052]參照圖4，以多次反射質(zhì)譜的實際應(yīng)用為例，使用SIM1N軟件對90°靜電匯聚偏折裝置用于多次反射質(zhì)譜中的飛行軌跡進行模擬。采用這種方案的優(yōu)勢是，能夠很好的避開圖4矩形框中的邊緣場效應(yīng)有效區(qū)域，去除邊緣場效應(yīng)帶來的像差，提高多次反射質(zhì)譜的分辨率。與實施例1 一樣，采用360°發(fā)散的點源，并被加速至2000ev左右；與實施例1一樣，發(fā)散的離子束經(jīng)過匯聚、偏轉(zhuǎn)、二次匯聚引出。與實施例1不同的是，第二組偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組中的兩片扇形圓環(huán)電極上施加一定壓差的電壓，使得離子束以一定角度出射，通過調(diào)節(jié)壓差匹配多次反射質(zhì)譜所需的入射調(diào)節(jié)。以上為離子的引入。外置的檢測器不會影響多次反射質(zhì)譜中的電場，因此在離子引出時，靜電匯聚偏折裝置的第一組偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組中兩片扇形圓環(huán)電極上施加一定壓差的電壓。此時，偏折的離子束會在靜電裝置中經(jīng)過反向偏折、匯聚、90°偏轉(zhuǎn)、二次匯聚后引出，可以實現(xiàn)檢測器置于外部時不損失離子的接受效率。
[0053]實施例4
[0054]參照圖5，以多次反射質(zhì)譜的實際應(yīng)用為例，與實施例2采用的組合式靜電裝置一樣。發(fā)散的離子束會經(jīng)過匯聚、偏折、二次匯聚、二次偏轉(zhuǎn)、三次匯聚后被整形成平行束。與實施例3 —樣，其用作多次反射引入方案也會避開邊緣場效應(yīng)有效區(qū)域。與實施例2不同的是，出射離子束在xy平面上實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)而并非在Xz平面式實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。而實現(xiàn)不同維度偏轉(zhuǎn)，只需改變偏轉(zhuǎn)匯聚電極沿軸線的旋轉(zhuǎn)角度即可。
【主權(quán)項】
1.一種用于質(zhì)譜的離子光路靜電匯聚偏折裝置，其特征在于: 包括兩組偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組(I)和位于它們之間的一組扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組(2); 偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組(I)由兩個中空的圓筒狀端電極(6)和偏轉(zhuǎn)匯聚電極(7)組成；兩個端電極(6)和偏轉(zhuǎn)匯聚電極(7)同軸設(shè)置，偏轉(zhuǎn)匯聚電極(7)處于兩個端電極(6)之間，偏轉(zhuǎn)匯聚電極(7)是由一個中空的圓筒被一平板沿軸線切割成兩個徑向截面為弧形的對稱體； 扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組(2)是由一個橫截面為扇形的柱體，即扇形的柱體是由扇形平面沿垂直于扇形平面的縱向方向拉伸而成，扇形的柱體被一個中空的圓筒沿縱向切割成兩部分(沿縱向方向觀察，保證切割圓筒的中心與扇形圓弧的圓心重合)，一部分橫截面為弧形的稱之為外扇形偏轉(zhuǎn)電極(9),另一部分橫截面為扇形的稱之為內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極(10)； 沿縱向方向觀察，以半徑為R。且與內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極(10)和外扇形偏轉(zhuǎn)電極(9)同心的圓弧稱之為中心弧線(3),中心弧線(3)位于內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極(10)和外扇形偏轉(zhuǎn)電極(9)之間，R。為外扇形偏轉(zhuǎn)電極(9)靠近圓心的內(nèi)圓弧半徑和內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極(10)半徑之和的一半; 兩個偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組(I)的軸線分別與扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組(2)的中心弧線(3)相切。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于: 兩個端電極(6)和偏轉(zhuǎn)匯聚電極(7)之間間隔相等并且相互之間絕緣。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于: 匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組(I)中偏轉(zhuǎn)匯聚電極(7)為兩片全等的扇形圓環(huán)電極(8)組成；兩片扇形圓環(huán)電極(8)軸對稱并相對放置，組成內(nèi)徑與端電極￠)內(nèi)徑相同的帶有兩個對稱缺口的圓環(huán)；兩片扇形圓環(huán)電極(8)之間相互絕緣設(shè)置。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于: 匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組⑴中兩個端電極(6)軸向長度為5?100mm,內(nèi)孔直徑為I?50mm ；偏轉(zhuǎn)匯聚電極⑵軸向長度為5?100mm,內(nèi)孔直徑為I?50mm,兩片扇形圓環(huán)電極(8)之間的間距為0.1mm?5mm ;兩個端電極(6)和偏轉(zhuǎn)匯聚電極(7)之間的間距為0.1mm?10mnin5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于: 扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組(2)中外扇形偏轉(zhuǎn)電極(9)和內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極(10)具有相同的弧度角并同心放置同時確保兩者所形成的弧度角重合；外扇形偏轉(zhuǎn)電極(9)靠近圓心的內(nèi)圓半徑為I?200mm,內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極(10)半徑為I?200mm且小于外扇形偏轉(zhuǎn)電極(9)靠近圓心的內(nèi)半圓半徑；扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組(2)具有matsuda板結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于: 匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組(I)中偏轉(zhuǎn)匯聚電極(7)的兩片扇形圓環(huán)電極(8)分別施加電壓(V0+Vp/2)和(Vid-VpA)A為兩片扇形圓環(huán)電極⑶的平均電壓，其中平均電壓V。與端電極(6)上所施加電壓的幅值或極性不同，實現(xiàn)離子束的準(zhǔn)直、匯聚，Vp為兩片扇形圓環(huán)電極(8)的電位差，用于控制離子束的偏轉(zhuǎn)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于: 離子束可以平行于端電極(6)軸線準(zhǔn)直入射進入一個匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組(I)，匯聚或偏轉(zhuǎn)匯聚出射；或與端電極(6)軸線呈銳角入射(角度范圍由端電極(6)尺寸規(guī)格決定)進入一個匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組(I)，匯聚或偏轉(zhuǎn)匯聚出射。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于: 通過以匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組(I)的軸線為旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)匯聚電極(7)，不但可以實現(xiàn)同一二維平面內(nèi)離子束的偏折，同時還可以實現(xiàn)三維度空間的離子束的偏折。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于: 其離子束路線為依次經(jīng)過一個匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組(I)、扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組(2)和另一個匯聚偏轉(zhuǎn)透鏡組(3)； 該靜電偏轉(zhuǎn)裝置工作在氣壓低于10 1Pa的高真空環(huán)境中； 兩個以上相同尺寸規(guī)格或者不同尺寸規(guī)格的權(quán)利要求1-9任一所述偏轉(zhuǎn)裝置可以依次串聯(lián)組合使用。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于: 權(quán)利要求1-9任一所述偏轉(zhuǎn)裝置或者兩個以上串聯(lián)組合的偏轉(zhuǎn)裝置適用于多次反射質(zhì)譜、飛行時間質(zhì)譜、四極桿質(zhì)譜或離子阱質(zhì)譜的離子引入、傳輸和整形；還適用于多級質(zhì)譜聯(lián)用前級離子引出或引入。
【專利摘要】本發(fā)明涉及質(zhì)譜分析儀器，具體的說是一種用于質(zhì)譜中離子束匯聚整形并能控制其路徑的靜電匯聚偏折裝置。本裝置包括兩組偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組和一組扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組。偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組由兩個中空的圓筒狀端電極和一個偏轉(zhuǎn)匯聚電極組成；扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組由外扇形偏轉(zhuǎn)電極和內(nèi)扇形偏轉(zhuǎn)電極組成；兩組偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組置于扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組兩側(cè)，并成一定角度。裝置可單獨使用，亦可組合使用。本裝置整個系統(tǒng)通過兩小(偏轉(zhuǎn)匯聚透鏡組控制小角度偏轉(zhuǎn))一大(扇形圓柱偏轉(zhuǎn)透鏡組控制大角度偏轉(zhuǎn))的合理搭配，可以靈活控制離子束的任意維度和角度的傳輸路徑。適用于各類質(zhì)譜的離子引入與引出，特別在多次反射質(zhì)譜中，具有很重要的應(yīng)用。
【IPC分類】H01J49/22, H01J49/26, H01J49/06
【公開號】CN105632873
【申請?zhí)枴緾N201410592900
【發(fā)明人】李海洋, 蔣吉春, 陳平, 花磊, 齊雅晨
【申請人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年10月28日