用于質(zhì)譜分析的防污染離子導(dǎo)向裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于質(zhì)譜分析的射頻(RF)離子導(dǎo)向裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]離子導(dǎo)向裝置通常用于質(zhì)譜儀(MS)中以在離子源與質(zhì)量分析器之間傳輸離子，并且通常由圍繞公共軸線放置的大量細(xì)長(zhǎng)平行導(dǎo)電桿組成。現(xiàn)有技術(shù)中已知各種離子導(dǎo)向裝置的實(shí)施例。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的多極桿離子導(dǎo)向裝置的一個(gè)示例。為了便于描述，圖1的離子導(dǎo)向裝置示例特指四極桿離子導(dǎo)向裝置。然而，本發(fā)明的實(shí)施例也可用于其他類型的多極桿，例如六極桿、八極桿等。在圖1的離子導(dǎo)向裝置中，在電壓發(fā)生器105和110的驅(qū)動(dòng)下，來(lái)自離子源(圖中未示出)的離子傳輸至離子導(dǎo)向裝置100。
[0003]如圖1所示，構(gòu)成四極桿離子導(dǎo)向裝置100的四個(gè)導(dǎo)電桿被布置為兩對(duì)，每一對(duì)接收被表示為Vcos (wt)的相同的RF信號(hào)，其中V和w分別是RF信號(hào)的幅度和頻率。一對(duì)桿接收零相位的信號(hào)(+Vcos(wt))，另一對(duì)桿接收180度相移的信號(hào)(-Vcos(wt))，從而使離子導(dǎo)向裝置100充當(dāng)對(duì)較寬范圍質(zhì)荷比(通常表示為m/z)的離子進(jìn)行傳輸?shù)碾x子管。m/z比的范圍具有下限和上限，超過(guò)上限和下限的離子無(wú)法再被可靠地傳輸。下限值比較明確(有時(shí)稱為低質(zhì)量截止)，而上限值略微更加模糊。
[0004]圖2示意性示出了在完整質(zhì)譜儀這一更廣的設(shè)備場(chǎng)景下用于在三重四極桿質(zhì)量分析器裝置Q1、Q2、Q3之前傳輸離子的四極桿離子導(dǎo)向裝置QO的示例。所述質(zhì)譜儀可安裝在外殼200中，其分為兩個(gè)單獨(dú)的真空級(jí)202A、202B，并且可包括EI或Cl離子源204、位于離子源204的出口處的透鏡管206(用于提取離子并將其發(fā)射至四極桿離子導(dǎo)向裝置Q0)、初級(jí)質(zhì)量過(guò)濾器Q1、提供U形轉(zhuǎn)彎離子路徑的曲線四極桿碰撞/碎裂室Q2，以及在離子源204和離子檢測(cè)器之間串行排列的次級(jí)質(zhì)量過(guò)濾器Q3。
[0005]如示出的那樣，離子源204和離子檢測(cè)器通常位于質(zhì)譜儀的離子路徑的相反的兩端。由于示例所示的特定路徑設(shè)置而導(dǎo)致離子源204和離子檢測(cè)器可設(shè)置為:非?？拷舜?，僅由形成兩個(gè)真空級(jí)202A、202B的邊界的間壁208(虛線)隔開。除了所示的示例，同樣可以利用直線等效物代替彎曲裝置QO和Q2，從而實(shí)現(xiàn)直線構(gòu)造。
[0006]超高(渦輪)真空栗(未示出)可布置在外殼200中以使兩個(gè)真空級(jí)202A、202B保持真空。排氣孔(圖2中未示出)可位于外殼200的不同位置。透鏡管206和離子源204位于外殼200的第一密封區(qū)域中，該區(qū)域通過(guò)壁208以及與蓋子接合的密封環(huán)設(shè)置(二者均未示出)以實(shí)現(xiàn)真空密封。
[0007]在沿著四極桿離子導(dǎo)向裝置QO的離子路徑的中心，可以提供用于將相互作用的氣體(例如氦氣、氮?dú)饣蚣淄?導(dǎo)入到四極桿離子導(dǎo)向裝置QO的進(jìn)氣口，離子導(dǎo)向裝置QO可配置為類似于美國(guó)專利第8，525，106B2號(hào)(發(fā)明人Muntean)中描述的離子導(dǎo)向裝置那樣。
[0008]在圖2所示的示例中，四極桿離子導(dǎo)向裝置QO呈90°彎曲。射頻電壓和(視情況而定的)直流(DC)偏置電壓可施加到相鄰的極桿電極。極桿電極的剖面可為多種不同形狀，例如方形、圓形、橢圓形(hyperbolically round)、圓形凹面、扁平、直線形等。
[0009]由于靠近源區(qū)域，離子導(dǎo)向裝置通常受到離子導(dǎo)向電極上沉積物形式的污染。沉積物可由在電極上凝聚的中性分子形成，或者通過(guò)受到離子導(dǎo)向裝置排斥的大量離子撞擊電極(作為受到排斥的結(jié)果)并失去電荷從而使得基本上中性的底物分子在電極上凝聚而形成。上述內(nèi)容的綜合效果還可以是:中性分子在電極上凝聚，然后與撞擊電極的被排斥的離子發(fā)生反應(yīng)，然后分解為“生長(zhǎng)”在電極表面上的穩(wěn)定的固態(tài)結(jié)構(gòu)(例如，已分解的碳?xì)浠衔锓治鑫锓肿又挟a(chǎn)生的碳沉積物)。
[0010]圖3以示例方式示出了在發(fā)明人實(shí)驗(yàn)室中的操作期間實(shí)際形成在兩個(gè)四極桿離子導(dǎo)向裝置電極的內(nèi)表面上的沉積物(虛線輪廓)的圖形表示。所示為一個(gè)入口端，在此處沿著兩個(gè)極桿電極中間的軌跡箭頭接收離子，所述極桿電極具有實(shí)質(zhì)上為方形的截面。為清楚起見，并未示出通常位于圖示電極的對(duì)面以實(shí)現(xiàn)徑向離子限制的另外兩個(gè)四極桿電極。偏離中間虛線箭頭的兩個(gè)虛線箭頭示意性示出了與會(huì)被發(fā)射的離子相比，被排斥的離子會(huì)選擇的路徑。如該圖明顯所示以及在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐中頻繁觀察到的那樣，沉積物主要形成在電極表面的中心部分。
[0011]文獻(xiàn)中已經(jīng)描述了質(zhì)譜儀中的這類沉積物，例如Girard等人的JournalofChromatography Science, 2010年 10 月，48(9) ,778-779 以及 KennethL.Busch 的 2010年9 月 I日的在線出版物“1n Burn and the Dirt of Mass Spectrometry”。
[0012]不期望在離子導(dǎo)向裝置電極上形成沉積物，這是因?yàn)槌练e層可能是電介質(zhì)，并在受到被排斥的離子撞擊時(shí)充電。在這種情況下，沉積物會(huì)造成不期望的電勢(shì)皇，這會(huì)使離子運(yùn)動(dòng)偏轉(zhuǎn)和彎曲，從而使MS性能惡化。
[0013]上述沉積問(wèn)題的補(bǔ)救方法可以是在操作期間加熱離子導(dǎo)向裝置電極，從而使所述電極更不易于接受污染沉積物。另一種補(bǔ)救方法是定期清潔離子導(dǎo)向裝置電極以在沉積物已生長(zhǎng)到過(guò)大程度時(shí)恢復(fù)MS性能。第一種解決方案(加熱)增加了質(zhì)譜儀設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，這既是因?yàn)槠湫枰~外的用于加熱的硬件，也是因?yàn)槠湫枰砑訜嵴弦苑乐篃犭x子導(dǎo)向裝置影響隨后的質(zhì)量分析器的性能。第二種解決方案(清潔)通常不能頻繁使用，這是因?yàn)闀?huì)減少儀器的正常運(yùn)行時(shí)間，從而不利于MS的生產(chǎn)率。此外，如果沒(méi)有正確地進(jìn)行拆卸、清潔和重新組裝(例如，由缺乏訓(xùn)練的員工執(zhí)行)，也會(huì)造成性能問(wèn)題。
[0014]D.L.Swingler在Internat1nal Journal of Mass Spectrometry and 1nProcesses ,54(1983)225-230中建議在四極桿質(zhì)量過(guò)濾器的極桿電極中設(shè)置縱向槽和橫向槽。雖然電極的這種結(jié)構(gòu)修改可減輕污染問(wèn)題，但是電極直接將材料保留在其前端，這里極易受離子撞擊，因此形成沉積物。從離子軌跡仿真中可以看出，位于離子導(dǎo)向裝置的入口區(qū)域處的電極表面將暴露于最高的離子電流，這是因?yàn)楸籖F限制電場(chǎng)排斥(S卩，不是穩(wěn)定發(fā)射)的大部分尚子將在這一點(diǎn)射出。
[0015]鑒于上述內(nèi)容，需要提供一種電極表面不易受到污染的離子導(dǎo)向裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本公開示出了一種離子導(dǎo)向裝置構(gòu)造，其通過(guò)基本允許被RF限制電場(chǎng)排斥的離子飛過(guò)并遠(yuǎn)離離子導(dǎo)向裝置電極、并且防止所述離子撞擊離子導(dǎo)向裝置電極的靈敏的電勢(shì)定義表面而在本質(zhì)上使污染最小化。
[0017]在第一方面，本發(fā)明涉及一種射頻離子導(dǎo)向裝置，其具有圍繞軸布置的多個(gè)電極以及將射頻電壓施加至所述多個(gè)電極以對(duì)離子進(jìn)行徑向限制的射頻電壓發(fā)生器，其中在所述離子導(dǎo)向裝置的入口端接收離子，并且其中所述多個(gè)電極中的每個(gè)電極具有位于所述離子導(dǎo)向裝置的入口端處的叉狀前端。
[0018]所述叉狀前端可包括至少兩個(gè)齒。
[0019]在多個(gè)不同的實(shí)施例中，導(dǎo)電網(wǎng)格可覆蓋齒間的中間縫隙，從而至少部分地恢復(fù)每個(gè)電極的電勢(shì)定義內(nèi)表面。
[0020]所述齒的厚度可以在遠(yuǎn)離軸的方向上減小，從而使所述縫隙獲得諸如實(shí)質(zhì)上為V型的剖面。
[0021]所述齒可以(從所述前端)沿軸延伸約I厘米。
[0022]在多個(gè)不同的實(shí)施例中，齒間縫隙的寬度可以總計(jì)達(dá)到電極總寬度的一半。此外，齒間縫隙的寬度可沿著所述軸的方向逐漸減小。
[0023]所述前端可以是兩個(gè)分叉(兩個(gè)齒)和多個(gè)分叉(四個(gè)或更多個(gè)齒)中的一種。
[0024]在多個(gè)不同的實(shí)施例中，所述多個(gè)電極可包括四個(gè)或更多個(gè)(例如六個(gè)、八個(gè)等)桿電極。
[0025]在多個(gè)不同的實(shí)施例中，所述多個(gè)電極可以包括直(或直線)電極和彎曲電極(例如，呈90°彎曲或呈180°彎曲)中的一種。
[0026]在多個(gè)不同的實(shí)施例中，所述裝置還可包括離子源(例如EI源或Cl源)，其位于所述離子導(dǎo)向裝置的上游，以使得來(lái)自所述離子源的離子傳輸至所述入口端，并且還可包括位于所述離子導(dǎo)向裝置下游的質(zhì)量分析器(例如三重四極桿質(zhì)量分析器、飛行時(shí)間分析器、傅里葉變換分析器等)，以使得已穿過(guò)所述離子導(dǎo)向裝置的離子被進(jìn)一步傳輸至質(zhì)量分析器。
[0027]所述每個(gè)電極的入口端的第一部分可以實(shí)質(zhì)上與所述每個(gè)電極的后面的第二部分分咼。
[0028]在多個(gè)不同的實(shí)施例中，所述分離的部分可以處于第一壓力狀態(tài)(例如在離子源中)，所述后面的第二部分可以處于第二低壓狀態(tài)(例如在真空級(jí)中)。
[0029]在多個(gè)不同的實(shí)施例中，施加至所述分離的部分的射頻電壓可以不同于施加至所述后面的第二部分的射頻電壓。
[0030]所