本实用新型涉及质谱仪技术领域，特别是涉及一种大气压电离质谱仪及离子导引传输装置。
背景技术：
大气压电离质谱仪(atmosphericpressureionizationmassspectrometry,api-ms)是一种在敞开的大气压环境中可直接对物体表面物质进行离子化的质谱分析仪器。大气压离子源产生的离子进入真空系统后会发生膨胀，导致离子具有很大的空间分散和能量分散，从而影响大气压电离质谱仪的质量分析器的灵敏度。
为了实现离子的低损失传输，除了必要的真空接口外，需要在不同气压区域之间设置离子导引装置用于传输离子，可以有效降低离子的空间分散和能量分散，使离子最大限度到达质量分析器。
传统常用的离子导引装置有毛细管、静电透镜、离子漏斗、多极杆或多种导引复合使用的形式等。其中，多极杆包括四极杆、六级杆及八极杆等等，多极杆内部形成多极场，使离子沿着装置中轴线运动，同时与背景气体分子不断碰撞，动能减弱，振幅减小，使得离子会聚。在差分抽气造成的气流流动作用下，或者沿轴附加的直流电场作用下，会聚的离子定向移动到下一级真空，然后通过质谱分析装置被分析。
对于不同质荷比的离子，只加射频的多极杆都具有良好的聚焦效果，但不同的极杆数聚焦效果不同，可用下面公式(1)给出的赝势uef来描述：
其中，n为多极杆的级数，urf是射频电压的峰峰值，e及m分别表示离子所带的电荷及离子质量，r为离子与多极杆装置轴中心的距离，r0为多极杆内切圆半径，即轴心与极杆的最短距离；ω为射频电压的角频率。由公式(1)可以得到如图1所示的四极杆、六级杆及八极杆的赝势随中心轴径向距离的变化趋势。从图1中可以看出：四极杆内部的赝势较为陡峭，离子束会被集中在中心附近，因此其离子束聚焦效果最好，更容易通过离子导引装置出口处的引出电极；八极杆内部的势肼较为平坦，能够传输更宽能量范围的离子束，因此其可传输的质量范围最宽；六级杆由于势肼的形态介于四极杆及八极杆之间，聚焦能力及传输质量范围也介于两者之间。
也就是说，单独使用某种多极杆作为离子导引传输装置时存在一定局限性：使用射频四极杆作为离子导引传输装置时，一定频率和幅值的射频电源有着固定的质量传输范围，质荷比过大和过小的离子都难以通过四极杆传输；单独使用八极杆作为离子导引传输装置时，可捕获离子的质量范围最宽，且其有效半径也大，杆可以做到比较小的尺寸，便于加工和安装，但是八极杆对离子的聚焦压缩效果相对较差，离子不易通过引出孔电极，损失较大。
技术实现要素：
基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种大气压电离质谱仪及离子导引传输装置，它不仅能实现增大引导的离子质量范围，还能提高引导效率。
其技术方案如下：一种离子导引传输装置，所述离子导引传输装置包括：腔室，所述腔室的前端设有引入电极，所述引入电极设有引入中心孔，所述腔室的后端设有引出电极，所述引出电极设有引出中心孔；前段八极杆与后段四极杆，所述前段八极杆与所述后段四极杆沿着所述腔室的中心轴线依次设置；
所述前段八极杆的极杆包括依次同轴间隔设置的两个以上第一节段，以及连接在相邻两个所述第一节段之间的第一绝缘件，相邻两个所述第一节段之间串入并联的第一电阻器与第一电容器，所述前段八极杆的相邻极杆间的极性相反；
所述后段四极杆的极杆包括依次同轴间隔设置的两个以上第二节段，以及连接在相邻两个所述第二节段之间的第二绝缘件，相邻两个所述第二节段之间串入并联的第二电阻器与第二电容器；
射频电源，所述射频电源用于提供幅值相同相位相反的两路射频电压，分别为rf 射频电压与rf-射频电压，两路所述射频电压与地之间均接入有依次串联的第一分压电容c1、第二分压电容c2及第三分压电容c3，rf 射频电压所在支路的所述第一分压电容c1与所述第二分压电容c2之间的导线分别与所述前段八极杆带正极极性的首段节段电性连接，rf-射频电压所在支路的所述第一分压电容c1与所述第二分压电容c2之间的导线分别与所述前段八极杆带负极极性的首段节段电性连接，rf 射频电压所在支路的所述第一分压电容c1与所述第二分压电容c2之间的导线分别与所述后段四极杆带正极极性的首段节段电性连接，rf-射频电压所在支路的所述第一分压电容c1与所述第二分压电容c2之间的导线分别与所述后段四极杆带负极极性的首段节段电性连接。
上述的离子导引传输装置，一方面，相比于传统的单级离子导引装置，采用前段八极杆与后段四极杆相组合并沿着腔室的中心轴线依次设置于腔室中的形式，这样较宽质量范围的离子通过引入电极的引入中心孔进入腔室中后，可以顺利地进入到前段八极杆中，前段八极杆能捕获离子的质量范围较宽，经前段八极杆对较宽质量范围的离子进行初步聚焦，被初步聚焦后的较宽范围的离子接着进入到后段四极杆中，后段四极杆能实现初步聚焦后较宽范围的离子束集中在中心轴线的附近，使得离子束的聚焦效果较好，容易通过引出电极的引出中心孔，也就是能实现增大引导的离子质量范围，还能提高引导效率。另一方面，通过设置第一分压电容c1与第二分压电容c2的比例关系，能实现前段八极杆与后段四极杆为预设比例关系，用一个射频电源即可同时实现为前段八极杆与后段四极杆同步提供射频电压即可，使得离子导引传输装置的结构较为简单，整体体积较小，成本较低，且采用一个射频电源能同时实现前段八极杆与后段四极杆满足最佳传输条件(q＝0.2～0.7，q为射频交流强度的参数)。
在其中一个实施例中，所述射频电源还用于提供两路直流偏置电压，两路直流偏置电压分别为dc1直流偏置电压与dc2直流偏置电压，所述dc1直流偏置电压施加在所述前段八极杆的首段节段，所述dc2直流偏置电压施加在所述后段四极杆的尾端节段。
在其中一个实施例中，所述射频电压的幅值大小可调，所述直流偏置电压的幅值大小可调。
在其中一个实施例中，所述腔室的侧壁对应于前段八极杆的部位设有通气口，所述通气口用于通入碰撞气。
在其中一个实施例中，所述前段八极杆的第一节段的长度为10mm～30mm，所述前段八极杆的极杆长度为100mm～300mm，所述前段八极杆的场半径r1为2mm～16mm。
在其中一个实施例中，所述前段八极杆的极杆杆径r1与场半径r1的比值为0.35～0.36。
在其中一个实施例中，所述后段四极杆的第二节段的长度为10mm～30mm，所述后段四极杆的极杆长度为100mm～300mm，所述后段四极杆的场半径r2为2mm～16mm。
在其中一个实施例中，所述后段四极杆的极杆杆径r2与场半径r2的比值为1.12～1.15。
在其中一个实施例中，所述第一分压电容c1、所述第二分压电容c2为大小可调的可调电容器。
一种大气压电离质谱仪，包括所述的离子导引传输装置。
上述的大气压电离质谱仪，一方面，相比于传统的单级离子导引装置，采用前段八极杆与后段四极杆相组合并沿着腔室的中心轴线依次设置于腔室中的形式，这样较宽质量范围的离子通过引入电极的引入中心孔进入腔室中后，可以顺利地进入到前段八极杆中，前段八极杆能捕获离子的质量范围较宽，经前段八极杆对较宽质量范围的离子进行初步聚焦，被初步聚焦后的较宽范围的离子接着进入到后段四极杆中，后段四极杆能实现初步聚焦后较宽范围的离子束集中在中心轴线的附近，使得离子束的聚焦效果较好，容易通过引出电极的引出中心孔，也就是能实现增大引导的离子质量范围，还能提高引导效率。另一方面，通过设置第一分压电容c1与第二分压电容c2的比例关系，能实现前段八极杆与后段四极杆为预设比例关系，用一个射频电源即可同时实现为前段八极杆与后段四极杆同步提供射频电压即可，使得离子导引传输装置的结构较为简单，整体体积较小，成本较低，且采用一个射频电源能同时实现前段八极杆与后段四极杆满足最佳传输条件(q＝0.2～0.7，q为射频交流强度的参数)。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统的四极杆、六级杆及八极杆的赝势随离子到中心轴径向距离的变化趋势；
图2为本实用新型一实施例所述的离子导引传输装置的侧视结构图；
图3为本实用新型一实施例所述的离子导引传输装置中的前段八极杆与后段四极杆接入射频电源的结构示意图；
图4为本实用新型一实施例所述的离子导引传输装置的场半径r1与场半径r2相等时的结构示意图；
图5为本实用新型一实施例所述的离子导引传输装置的场半径r1大于场半径r2时的结构示意图。
10、腔室；11、引入电极；111、引入中心孔；12、引出电极；121、引出中心孔；13、通气口；20、前段八极杆；21、第一节段；30、后段四极杆；31、第二节段。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
参阅图2与图3，图2示意出了本实用新型一实施例离子导引传输装置的侧视结构图，图3示意出了本实用新型一实施例离子导引传输装置中的前段八极杆20与后段四极杆30接入射频电源的结构示意图。本实用新型一实施例提供的一种离子导引传输装置，离子导引传输装置包括：腔室10、前段八极杆20、后段四极杆30及射频电源。
腔室10的前端设有引入电极11，引入电极11设有引入中心孔111，腔室10的后端设有引出电极12，引出电极12设有引出中心孔121。前段八极杆20与后段四极杆30沿着腔室10的中心轴线依次设置。
前段八极杆20的极杆包括依次同轴间隔设置的两个以上第一节段21，以及连接在相邻两个第一节段21之间的第一绝缘件(图中未示意出)。相邻两个第一节段21之间串入并联的第一电阻器与第一电容器，前段八极杆20的相邻极杆间的极性相反。
后段四极杆30的极杆包括依次同轴间隔设置的两个以上第二节段31，以及连接在相邻两个第二节段31之间的第二绝缘件。相邻两个第二节段31之间串入并联的第二电阻器与第二电容器。
射频电源用于提供幅值相同相位相反的两路射频电压，分别为rf 射频电压与rf-射频电压，两路射频电压与地之间均接入有依次串联的第一分压电容c1、第二分压电容c2及第三分压电容c3。rf 射频电压所在支路的第一分压电容c1与第二分压电容c2之间的导线分别与前段八极杆20带正极极性的首段节段电性连接。rf-射频电压所在支路的第一分压电容c1与第二分压电容c2之间的导线分别与前段八极杆20带负极极性的首段节段电性连接。rf 射频电压所在支路的第一分压电容c1与第二分压电容c2之间的导线分别与后段四极杆30带正极极性的首段节段电性连接，rf-射频电压所在支路的第一分压电容c1与第二分压电容c2之间的导线分别与后段四极杆30带负极极性的首段节段电性连接。
上述的离子导引传输装置，一方面，相比于传统的单级离子导引装置，采用前段八极杆20与后段四极杆30相组合并沿着腔室10的中心轴线依次设置于腔室10中的形式，这样较宽质量范围的离子通过引入电极11的引入中心孔111进入腔室10中后，可以顺利地进入到前段八极杆20中，前段八极杆20能捕获离子的质量范围较宽，经前段八极杆20对较宽质量范围的离子进行初步聚焦，被初步聚焦后的较宽范围的离子接着进入到后段四极杆30中，后段四极杆30能实现初步聚焦后较宽范围的离子束集中在中心轴线的附近，使得离子束的聚焦效果较好，容易通过引出电极12的引出中心孔121，也就是能实现增大引导的离子质量范围，还能提高引导效率。另一方面，通过设置第一分压电容c1与第二分压电容c2的比例关系，能实现前段八极杆20与后段四极杆30为预设比例关系，用一个射频电源即可同时实现为前段八极杆20与后段四极杆30同步提供射频电压即可，使得离子导引传输装置的结构较为简单，整体体积较小，成本较低，且采用一个射频电源能同时实现前段八极杆20与后段四极杆30满足最佳传输条件(q＝0.2～0.7，q为射频交流强度的参数)。
需要说明的是，中心轴线为引入中心孔111的中心点与引出中心孔121的中心点的连线，分别垂直于引入电极11与引出电极12。
需要说明的是，前段八极杆20带正极极性的首段节段指的是前段八极杆20中靠近于引入电极11的带正极极性的第一节段21。前段八极杆20带负极极性的首段节段指的是前段八极杆20中靠近于引入电极11的带负极极性的第一节段21。同样地，后段四极杆30带正极极性的首段节段指的是后段四极杆30中靠近于引入电极11的带正极极性的第二节段31。后段四极杆30带负极极性的首段节段指的是后段四极杆30中靠近于引入电极11的带负极极性的第二节段31。
需要说明的是，第一电阻器与第二电阻器的大小可以相同，也可以不同，在此不进行限定。此外，各个相邻第一节段21的第一电阻器的大小可以相同，也可以不同，在此不进行限定。另外，各个相邻第一节段21的第二电阻器的大小可以相同，也可以不同，在此不进行限定。
需要说明的是，第一电容器与第二电容器的大小可以相同，也可以不同，在此不进行限定。此外，各个相邻第一节段21的第一电容器的大小可以相同，也可以不同，在此不进行限定。另外，各个相邻第一节段21的第二电容器的大小可以相同，也可以不同，在此不进行限定。
在一个实施例中，射频电源还用于提供两路直流偏置电压。两路直流偏置电压分别为dc1直流偏置电压与dc2直流偏置电压，dc1直流偏置电压施加在前段八极杆20的首段节段，dc2直流偏置电压施加在后段四极杆30的尾端节段。如此，直流偏置电压给前段八极杆20与后段四极杆30施加的电压通过第一电阻器与第二电阻器进行分压，使得在离子导引传输装置的中心轴线方向上形成电压差。
在一个实施例中，射频电压的幅值大小可调，直流偏置电压的幅值大小可调。
在一个实施例中，腔室10的侧壁对应于前段八极杆20的部位设有通气口13，通气口13用于通入碰撞气。碰撞气为不与离子反应的惰性气体，具体例如氦气、氮气、氩气等，在此不进行限定。通过在腔室10内对应于前段八极杆20的位置通入碰撞气时，碰撞气能起到碰撞和冷却离子的作用，降低动能较大的大质量离子的轴向动能和径向发散度，从而能提高捕获效率。
在一个实施例中，前段八极杆20的第一节段21的长度为10mm～30mm，前段八极杆20的极杆长度为100mm～300mm，前段八极杆20的场半径r1为2mm～16mm。
其中，前段八极杆20的极杆的第一节段21数量取决于极杆长度、第一节杆的长度以及第一绝缘件的长度。此外，前段八极杆20的场半径r1取决于引入离子膨胀时的激波(interceptingshock)直径。前段八极杆20的场半径r1指的是前段八极杆20的各个极杆的内接圆的半径。
进一步地，前段八极杆20的极杆杆径r1与场半径r1的比值为0.35～0.36。如此，能实现较好的冷却效果，有利于宽质量范围离子的传输。
在一个实施例中，后段四极杆30的第二节段31的长度为10mm～30mm，后段四极杆30的极杆长度为100mm～300mm，后段四极杆30的场半径r2为2mm～16mm。
需要说明的是，后段四极杆30的极杆的第二节段31数量取决于极杆长度、第二节杆的长度以及第二绝缘件的长度。此外，后段四极杆30的场半径r2取决于引出中心孔121的直径(引出中心孔121为圆孔时)或宽度及长度(引出中心孔121为方形时)。另外，需要说明的是，后段四极杆30的场半径r2指的是后段四极杆30的各个极杆的内接圆的半径。
进一步地，后段四极杆30的极杆杆径r2与场半径r2的比值为1.12～1.15。如此，能实现较好的传输效果，聚焦效果较好。
请比较参阅图4及图5，图4示意出了本实用新型一实施例离子导引传输装置的场半径r1与场半径r2相等时的结构示意图，图5示意出了本实用新型一实施例离子导引传输装置的场半径r1大于场半径r2时的结构示意图。图5示意出的离子导引传输装置相对于图4示意出的离子导引传输装置而言，场半径r2相对变小，且场半径r2＝(0.5～1)*r1，得到的离子束的束宽较小，使得引出中心孔121的孔径更小，聚焦效果更好。
在一个实施例中，第一分压电容c1、第二分压电容c2为大小可调的可调电容器。如此，可以调整第一分压电容c1及第二分压电容c2的大小，来相应调整第一分压电容c1与第二分压电容c2的比例关系，能实现前段八极杆20与后段四极杆30满足最佳传输条件(q＝0.2～0.7，q为射频交流强度的参数)，并保证前段八极杆20中的离子与后段八极杆中的离子的物理状态一致。
本实施例的离子导引装置至少具有如下优点：相比于传统的单级离子导引装置，装置的离子质量范围更宽、传输效率更高、真空耐受度更好。整个装置灵活可变，既可以放在离子源后面，单独做一个传输装置，也可以再离子源后面的聚焦透镜之类的传输装置后面，做进一步的聚焦。电压施加方式简单，既可以单独作为离子导引装置使用，也可以与离子漏斗及离子透镜等离子导引装置联用。
在一个实施例中，一种大气压电离质谱仪，包括上述任一实施例离子导引传输装置。
上述的大气压电离质谱仪，一方面，相比于传统的单级离子导引装置，采用前段八极杆20与后段四极杆30相组合并沿着腔室10的中心轴线依次设置于腔室10中的形式，这样较宽质量范围的离子通过引入电极11的引入中心孔111进入腔室10中后，可以顺利地进入到前段八极杆20中，前段八极杆20能捕获离子的质量范围较宽，经前段八极杆20对较宽质量范围的离子进行初步聚焦，被初步聚焦后的较宽范围的离子接着进入到后段四极杆30中，后段四极杆30能实现初步聚焦后较宽范围的离子束集中在中心轴线的附近，使得离子束的聚焦效果较好，容易通过引出电极12的引出中心孔121，也就是能实现增大引导的离子质量范围，还能提高引导效率。另一方面，通过设置第一分压电容c1与第二分压电容c2的比例关系，能实现前段八极杆20与后段四极杆30为预设比例关系，用一个射频电源即可同时实现为前段八极杆20与后段四极杆30同步提供射频电压即可，使得离子导引传输装置的结构较为简单，整体体积较小，成本较低，且采用一个射频电源能同时实现前段八极杆20与后段四极杆30满足最佳传输条件(q＝0.2～0.7，q为射频交流强度的参数)。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
