一种平板线型离子阱
专利汇可以提供一种平板线型离子阱专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及平板线型 离子阱 ，其包括相对设置的两 块 PCB板，每块PCB板表面上设有与另外一块PCB板相对应的射频 电极 、位于射频电极两侧的第一端盖电极和第二端盖电极、以及同时位于射频电极、第一端盖电极以及第二端盖电极两端的前 门 电极和后门电极；所述射频电极、第一端盖电极、第二端盖电极、前门电极以及后门电极位于同一个平面内，射频电极与第一端盖电极和第二端盖电极之间设有绝缘空隙。本发明通过提供一种更为简化的平板线型离子阱，一方面，其具有比传统的三维离子阱更高的存储能 力 和离子捕获效率；另一方面其具有结构简单、加工容易和价格低廉等优点，非常适合制造成低成本的便携式质谱仪。，下面是一种平板线型离子阱专利的具体信息内容。
1.一种平板线型离子阱，其特征在于：所述平板线型离子阱包括相对设置的 两块PCB板(201)，每块PCB板表面上设有与另外一块PCB板相对应的射频电 极(206)、位于射频电极(206)两侧的第一端盖电极(204)和第二端盖电极(205)、 以及同时位于射频电极(206)、第一端盖电极(204)以及第二端盖电极(205) 两端的前门电极(202)和后门电极(203)；所述射频电极(206)、第一端盖电 极(204)、第二端盖电极(205)、前门电极(202)以及后门电极(203)位于同 一个平面内，射频电极(206)与第一端盖电极(204)和第二端盖电极(205) 之间设有绝缘空隙。
2.如权利要求1所述的一种平板线型离子阱，其特征在于：所述两片PCB 板之间设有两个定位孔(207、208)。
3.如权利要求1所述的一种平板线型离子阱，其特征在于：所述第一端盖电 极(204)、第二端盖电极(205)和射频电极(206)长度相等。
4.如权利要求1所述的一种平板线型离子阱，其特征在于：所述前门电极 (202)以及后门电极(203)的长度等于第一端盖电极(204)和第二端盖电极 (205)之间的距离。
5.如权利要求1所述的一种平板线型离子阱，其特征在于：所述两块相对的 PCB板或金属板(201)之间的距离为0.3-3cm。
技术领域
本发明涉及用于质谱仪器的离子阱质量分析器，尤其涉及一种平板线型离子 阱。
背景技术
传统的离子阱质量分析器一般分为三维离子阱和线性离子阱两种，早期三维 离子阱由德国科学家Wolfgang Paul和美国科学家Hans Georg Dehmelt等于1950 年代研制并专利化。此时的射频离子阱为三维离子阱，它由两片端盖电极和一个 环电极组陈，可以由数控车床加工而成。由于它具有z轴的旋转对称性，所以称 之为三维离子阱。三维离子阱的z轴剖面具有双曲线结构。
1990年代，美国Finnigan公司的Jae Schwartz和Michael Senko以及John Syka等人发展了二维线性离子阱。这种离子阱和之前的三维离子阱的区别在于 对称性不同，线型离子阱具有两个垂直的对称面，在形式上更接近于“四极杆” 的对称性。在加工方面，线型离子阱采用了技术难度较高的曲面磨床。线型离子 阱的垂直于z轴剖面具有双曲线结构。
同一时期，加拿大Sciex公司的James Hager发展了基于四极杆的线型离子 阱技术。这一技术采用完全商业的四极杆，只是利用四极杆两端的输出透镜作为 激发电极，施加激励电压。这一技术优点是保留了四极杆原有的定性能力，同时 新增了多级串级能力。此技术装置不需要具备双曲线结构。
此外在实验室技术中，美国Purdue大学R.Graham Cooks教授发展了简化型 离子阱。这种技术使用圆通和平面代替三维离子阱的环电极和端盖电极，使用四 个平面电极代替线型离子阱的双曲面电极。这一做法的优势在于加工变得很简 单，至于要平面加工；劣势在于引入了大量的高阶场效应，增加了控制难度，特 别是动态增益控制中的难度，性能不稳定。尽管如此，这种简化型的离子阱质谱 还是能够完成多种简单的分析工作。
还有一种利用普通印刷线路板(Printed Circuit Boards，PCB)加工构造的 离子阱。该PCB离子阱由四块PCB平板电极和两块不锈钢薄片电极构成。
基于以上所述，现提出一种更为简化的平板线型离子阱，具有结构简单、加 工容易和价格低廉等优点，非常适合制造成低成本的便携式质谱仪。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：所述平板线型离子阱包括 相对设置的两块PCB板，每块PCB板表面上设有与另外一块PCB板相对应的射频 电极、位于射频电极两侧的第一端盖电极和第二端盖电极、以及同时位于射频电 极、第一端盖电极以及第二端盖电极两端的前门电极和后门电极；所述射频电极、 第一端盖电极、第二端盖电极、前门电极以及后门电极位于同一个平面内，射频 电极与第一端盖电极和第二端盖电极之间设有绝缘空隙。
作为本发明的优选方案之一，所述两片PCB板之间设有两个定位孔。
作为本发明的优选方案之一，所述第一端盖电极、第二端盖电极和射频电极 长度相等。
作为本发明的优选方案之一，所述前门电极以及后门电极的长度等于第一端 盖电极和第二端盖电极之间的距离。
作为本发明的优选方案之一，所述两块相对的PCB板或金属板之间的距离为 0.3-3cm。
本发明通过提供一种更为简化的平板线型离子阱，一方面，其具有比传统的 三维离子阱更高的存储能力和离子捕获效率；另一方面其具有结构简单、加工容 易和价格低廉等优点，非常适合制造成低成本的便携式质谱仪。
附图说明
图1为本发明平板线型离子阱的局部剖面示意图；
图2为本发明平板线型离子阱中一个PCB板的结构示意图；
图3为本发明具体实施例中两片电极板之间的电场的等势线，在正中区域显 示出四极场的特性，而偏离中央的区域显示出大量高阶场的特性；
图4为本发明具体实施例中两片电极板之间的电场的等势线，描述的是离子 在两片电极之间的区域收到的作用力的绝对值大小；图中隐去了射频电极和端盖 电极之间收到极大作用力的区域；
图5为本发明具体实施例中多次拓展电极后实现在一维方向的线型离子阱阵 列。图5显示了A-D四只离子阱的垂直于z轴剖面图，离子能够储存的位置被标 记为*(星号)；
图6为本发明平板线型离子阱的结构示意图；
图7为本发明平板线型离子阱中离子运动轨迹示意图。
具体实施方式
请参照图1、图2和图6所示，一种平板线型离子阱，其两个相对设置的PCB 板或金属板。
每个PCB板上设有相对应的射频电极206、第一端盖电极204、第二端盖电 极205、前门电极202以及后门电极203；所述射频电极206、第一端盖电极204、 第二端盖电极205、前门电极202以及后门电极203位于同一个平面内，射频电 极206、第一端盖电极204、第二端盖电极205、前门电极202以及后门电极203 为长方体金属板，其中，射频电极206、第一端盖电极204、第二端盖电极205 的纵长方向一致，前门电极202以及后门电极203的纵长方向与射频电极206、 第一端盖电极204、第二端盖电极205的纵长方向垂直。其中，所述第一端盖电 极204和第二端盖电极205分别位于射频电极206两侧，所述前门电极202以及 后门电极203分别位于射频电极206、第一端盖电极204以及第二端盖电极205 的两端。射频电极与第一端盖电极和第二端盖电极之间设有绝缘空隙。该绝缘空 隙可以是PCB板上的铜被腐蚀掉后产生的。
所述第一端盖电极204、第二端盖电极205和射频电极206长度相等。射频 电极206、第一端盖电极204、第二端盖电极205、前门电极202以及后门电极 203的长度是指长方体中最长的边长。所述前门电极以及后门电极的长度等于第 一端盖电极和第二端盖电极之间的距离。
本发明最简化型的离子阱仅采用两片特殊设计的PCB板(平面金属板亦可) 即可完成。作为线型离子阱最重要的就是具备x和y平面的对称性，如图1剖视 图所示，本发明上电路板和下电路板具有完全相同的界面结构，并分别具有3 块电极，射频电极206、第一端盖电极204和第二端盖电极205。与Finnigan 的线型离子阱可以类比的是，射频电极206相当于其y方向施加射频电压的电极， 两片端盖电极204或者205组合在一起起到了其x方向电极的作用--离子可以 在第一端盖电极204或者第二端盖电极205电极之间进出。使用时，该离子阱整 个放置于真空中。
如果单独看两片PCB电极中的一片，如图2所示，我们所制作的电极分别是 PCB玻纤基板201、后门电极202、前门电极203、第一、第二端盖电极204、205、 射频电极206。前门电极和后门电极的作用如同Finnigan仪器中的Skimmer透 镜，用于控制离子从离子阱z轴前后进出。其中，z轴方向是指垂直于纸面方向。
在垂直于z轴的剖面上，射频电极206、第一端盖电极204和第二端盖电极 205组成了具有x、y对称性的四极电场。如图3所示，在射频电极206施加+V， 在端盖电极204和205施加-V，两片PCB板之间的电场的等势线在图3正中区域 显示出四极场的特性，而偏离中央的区域显示出大量高阶场的特性。其中，x、y 方向如图1所示。
如图4所示，等势线描述的是离子在两片PCB板之间的区域受到的作用力的 绝对值大小。图中隐去了射频电极206和第一端盖电极204、射频电极206和第 二端盖电极205之间收到极大作用力的区域。只有在图4正中的区域内离子受到 的作用力才最小，离子可以稳定存在，即四极场的鞍点。
与之前的线型离子阱相同的是，射频电极206上施加主射频，第一端盖电极 204和第二端盖电极205上施加反相的辅助射频，前门电极202和后门电极203 施加高于射频电极206的直流电压的电压(正离子模式、负离子模式反之)。
在固定上下两片电极板之间的距离为L时，请参照图2以及图6所示，射频 电极206的高度是2L～100L，宽度为0.5L～5L；第一端盖电极204和第二端盖 电极205长度与射频电极206的长度相同，第一端盖电极204和第二端盖电极 205的宽度为0.1L～5L；前门电极202和后门电极203的长度为第一端盖电极 204和第二端盖电极205的最大距离，前门电极202和后门电极203的宽度为 0.1L～5L。其中，207、208是上下两片PCB之间的定位孔，用于离子阱的组装。
此技术可以方便的实现阵列技术，如图5所示(与图1视角相同)，多次拓 展电极便可以实现在一维方向的线型离子阱阵列。图5显示了A-D四只离子阱的 垂直于z轴剖面图，离子能够储存的位置被标记为*(星号)。
具体的，取L＝1.00cm，第一端盖电极204、第二端盖电极205和射频电极206 长为5.00cm，第一端盖电极204和第二端盖电极205宽0.80cm，射频电极206 宽1.00cm，后门电极202和前门电极203宽为0.50cm。
后门电极202、前门电极203施加2.50V直流电压。射频电极206施加 1.000000MHz的射频电源，电压范围是0～3000Vpp，直流电压为0.0V。第一端 盖电极204和第二端盖电极205施加相位相反的辅助射频，其频率为250kHz， 强度为0.50Vpp。
请参照图7所示，当射频电极206的射频从0～3000Vpp逐渐变化时，离子从 第一端盖电极204和第二端盖电极205两片之间激发射出，由打拿极100将离子 转换为电子至微通道板300放大检测。此离子阱质量范围是5～200u。
上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神 和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。
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