本發(fā)明涉及元素分析技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于電感耦合等離子體四極桿質(zhì)譜技術(shù)的碰撞反應(yīng)池。

背景技術(shù)：

在元素分析領(lǐng)域中，近年來icp-ms(inductivelycoupledplasmamassspectrometry，電感耦合等離子體質(zhì)譜)技術(shù)發(fā)展較為迅速，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、高純材料、核工業(yè)、生物、醫(yī)藥、冶金、石油、農(nóng)業(yè)、食品、化學(xué)計量學(xué)等領(lǐng)域，是目前業(yè)內(nèi)公認(rèn)的最強(qiáng)有力的元素分析技術(shù)。

采用icp-ms測定痕量元素或同位素比值時，進(jìn)入質(zhì)譜的多原子離子、中性分子和光子會影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。自從icp-ms問世以來，一直有各種各樣的研究致力于克服這個問題。除了常用的數(shù)學(xué)校正方法外，在樣品引入等離子體之前采用流動注射、色譜、電熱蒸發(fā)等技術(shù)分離干擾離子以及一些試圖通過改變等離子體源部分的電離條件，比如冷等離子體、屏蔽炬技術(shù)、改變等離子氣或改變等離子體工作參數(shù)等以達(dá)到減少多原子形成的目的。每種技術(shù)和方法都有一定的特效性，也有一定的局限性。目前比較常用的方法是在離子光路中加入碰撞池來消除多原子離子的干擾。目前碰撞反應(yīng)池中常用的部件是用四極桿、六極桿、八極桿等多極桿。

采用icp-ms技術(shù)測定元素時，多原子離子會影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。為消除這種干擾，目前常用的技術(shù)手段是引入碰撞池。碰撞池是設(shè)置在離子通路中的一種桶形裝置，碰撞池內(nèi)部充入一種惰性或反應(yīng)性氣體，維持碰撞池比周圍真空腔壓力稍高的增壓狀態(tài)。當(dāng)離子束穿過碰撞池時，多原子干擾離子與氣體發(fā)生碰撞或反應(yīng)，動能降低或質(zhì)量數(shù)發(fā)生變化，通過動能區(qū)分(ked)或質(zhì)量區(qū)分(md)與分析離子分開。

為束縛離子在碰撞室內(nèi)的運(yùn)動軌跡，碰撞室內(nèi)需有一連接離子出入口的離子導(dǎo)引裝置。對離子導(dǎo)引內(nèi)的電場分布做多極展開，其中起質(zhì)量分辨作用 的是四極場，其余統(tǒng)稱為高階場。相應(yīng)地，現(xiàn)有的離子導(dǎo)引裝置通常為產(chǎn)生四極場的四極桿裝置、產(chǎn)生高階場的六極桿或八極桿裝置。四極桿裝置使用四根電極桿，質(zhì)量區(qū)分效果優(yōu)于六級桿或八級桿裝置，但其離子傳輸效率弱于六極桿或八極桿裝置。因此導(dǎo)致采用多級桿裝置的碰撞室或碰撞池，無法兼具優(yōu)質(zhì)的質(zhì)量區(qū)分效果與較強(qiáng)的離子傳輸效率，且這種碰撞室或碰撞池不具備對離子的聚焦功能，影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的至少一種缺陷，提供一種兼具較佳的質(zhì)量區(qū)分效果與較強(qiáng)的離子傳輸效率且具有聚焦功能的碰撞反應(yīng)池。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種碰撞反應(yīng)池，其中，包括腔體以及離子漏斗；所述腔體具有第一端和第二端，所述第一端和第二端上分別開設(shè)有離子入口和離子出口，所述腔體上開設(shè)有氣體入口，以向所述腔體內(nèi)充入反應(yīng)性氣體；所述離子漏斗設(shè)于所述腔體內(nèi)部，包括間隔平行設(shè)置的多片透鏡，每片所述透鏡上均開設(shè)有一開孔，多個所述開孔、離子入口和離子出口共線，以供離子通過，每片所述透鏡的開孔的孔徑，小于等于靠近所述離子入口一側(cè)的相鄰?fù)哥R的開孔的孔徑；其中，每片所述透鏡均施加有直流電壓，每片所述透鏡上施加的直流電壓，小于靠近所述離子入口一側(cè)的相鄰?fù)哥R上施加的直流電壓。

根據(jù)本發(fā)明的其中一個實施方式，多個所述開孔、離子入口和離子出口均位于所述腔體的中軸線。

根據(jù)本發(fā)明的其中一個實施方式，每個所述開孔均位于其所在透鏡的中心位置。

根據(jù)本發(fā)明的其中一個實施方式，所述多片透鏡的形狀及尺寸相同。

根據(jù)本發(fā)明的其中一個實施方式，所述透鏡的形狀為方形或者圓形。

根據(jù)本發(fā)明的其中一個實施方式，所述開孔為圓形。

根據(jù)本發(fā)明的其中一個實施方式，所述多片透鏡的間隔相等。

根據(jù)本發(fā)明的其中一個實施方式，每片所述透鏡均施加有射頻電壓，相 鄰兩片所述透鏡上施加的射頻電壓的相位相反。

根據(jù)本發(fā)明的其中一個實施方式，每片所述透鏡上施加的射頻電壓的幅值均相等。

根據(jù)本發(fā)明的其中一個實施方式，所述碰撞反應(yīng)池還包括至少一個固定件，每個所述固定件分別固定連接所述多片透鏡，且所述固定件的兩端部分別固定于所述腔體的第一端和第二端。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池的優(yōu)點和積極效果在于：

本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池，利用多片透鏡構(gòu)成離子漏斗，并將離子漏斗設(shè)置于碰撞反應(yīng)池的腔體內(nèi)，代替現(xiàn)有的多級桿裝置而實現(xiàn)了離子傳輸?shù)墓δ?。本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其質(zhì)量區(qū)分效果優(yōu)于六級桿或八級桿裝置，且其離子傳輸效率高于四極桿裝置，使該碰撞反應(yīng)池兼具較佳的質(zhì)量區(qū)分效果與較強(qiáng)的離子傳輸效率。同時，通過多片透鏡的設(shè)置，進(jìn)一步使碰撞反應(yīng)池具備對離子聚焦的功能。

附圖說明

通過結(jié)合附圖考慮以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的詳細(xì)說明，本發(fā)明的各種目標(biāo)、特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見。附圖僅為本發(fā)明的示范性圖解，并非一定是按比例繪制。在附圖中，同樣的附圖標(biāo)記始終表示相同或類似的部件。其中：

圖1是根據(jù)一示例性實施方式示出的一種碰撞反應(yīng)池的離子漏斗的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，附圖標(biāo)記說明如下：

1.透鏡；2.開孔。

具體實施方式

體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及附圖在本質(zhì)上是作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。

在對本發(fā)明的不同示例性實施方式的下面描述中，參照附圖進(jìn)行，所述附圖形成本發(fā)明的一部分，并且其中以示例方式顯示了可實現(xiàn)本發(fā)明的多個 方面的不同示例性結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和步驟。應(yīng)理解，可以使用部件、結(jié)構(gòu)、示例性裝置、系統(tǒng)和步驟的其他特定方案，并且可在不偏離本發(fā)明范圍的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能性修改。而且，雖然本說明書中可使用術(shù)語“上”、“端部”、“內(nèi)部”等來描述本發(fā)明的不同示例性特征和元件，但是這些術(shù)語用于本文中僅出于方便，例如根據(jù)附圖中所述的示例的方向。本說明書中的任何內(nèi)容都不應(yīng)理解為需要結(jié)構(gòu)的特定三維方向才落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。

參閱圖1，圖1中代表性地示出了能夠體現(xiàn)本發(fā)明的原理的一種碰撞反應(yīng)池的離子漏斗的結(jié)構(gòu)示意圖，具體示出了該離子漏斗的多片透鏡1的布置示意圖。在該示例性實施方式中，本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池，是以icp-ms技術(shù)為基礎(chǔ)的元素測定設(shè)備為例進(jìn)行說明的。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，為將本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池應(yīng)用于其他各種icp-ms元素測定設(shè)備中，而對下述的具體實施方式做出多種改型、添加、替代、刪除或其他變化，這些變化仍在本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池的原理的范圍內(nèi)。

在本實施方式中，該碰撞反應(yīng)池主要包括腔體以及設(shè)置在該腔體內(nèi)的離子漏斗。其中，腔體可以呈桶形，例如圓筒形或其他形狀，且該腔體具有第一端和第二端。該第一端和第二端上分別開設(shè)有離子入口和離子出口，以下以腔體的第一端開設(shè)有離子入口，且第二端開設(shè)有離子出口為例進(jìn)行說明，但并不以此為限。另外，該腔體上還開設(shè)有氣體入口，以通過該氣體入口向腔體內(nèi)充入反應(yīng)性氣體或惰性氣體，用以消除多原子離子的干擾。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，為使該腔體能夠容納離子漏斗，而對上述的腔體結(jié)構(gòu)做出多種改型、添加、替代、刪除或其他變化，這些變化仍在本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池的原理的范圍內(nèi)。

如圖1所示，在本實施方式中，離子漏斗設(shè)于腔體的內(nèi)部，該離子漏斗主要包括等間距平行設(shè)置的多片透鏡1，以提供聚焦的效果。其中，每片透鏡1上均開設(shè)有一個孔形優(yōu)選為圓形的開孔2，且每片透鏡1上的開孔2均位于該透鏡1的中心位置。多個開孔2、離子入口和離子出口共線，且離子入口開設(shè)于第一端的中心位置，離子出口開設(shè)于第二端的中心位置，即多個開孔2、離子入口和離子出口均位于腔體的中軸線。上述多個開口、離子入口和離子出口共同構(gòu)成一個供離子通過的通道。需要說明的是，每片透鏡1的開孔2的孔徑可以表示為φ，則可將由離子入口一端向離子出口一端延伸 的方向上，各片透鏡1上的開孔2的孔徑依次表示為φ1，φ2，φ3，……，φn-1，φn，n即為透鏡1的片數(shù)，即開孔2的數(shù)量。其中，φ1為多片透鏡1中最靠近離子入口的一片透鏡1的開孔2孔徑，φn為多片透鏡1中最靠近離子出口的一片透鏡1的開孔2孔徑。優(yōu)選地，在本實施方式中，φ1≥φ2≥φ3≥……≥φn-1≥φn，且φ1＞φn，其中n為大于等于2的正整數(shù)，即，每塊透鏡1的開孔2孔徑，小于或等于其靠近離子入口一側(cè)的相鄰?fù)哥R1的開孔2孔徑，且最靠近離子入口的一片透鏡1的開孔2孔徑，大于最靠近離子出口的一片透鏡1的開孔2孔徑。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，為使各開孔2相互對齊以與離子入口和離子出口共同形成供離子通過的通道，并對進(jìn)入腔體的離子產(chǎn)生聚焦的效果，而對上述的離子漏斗的結(jié)構(gòu)或布置方式，特別是多片透鏡1的數(shù)量、布置方式或開孔2位置等做出多種改型、添加、替代、刪除或其他變化，這些變化仍在本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池的原理的范圍內(nèi)。例如多片透鏡1的間隔亦可不等，僅需保證各片透鏡1為間隔平行設(shè)置。又如，在領(lǐng)一實施方式中，最靠近離子入口的一片透鏡的開孔孔徑，等于最靠近離子出口的一片透鏡的開孔孔徑

在本實施方式中，透鏡1為金屬材質(zhì)，且各片透鏡1上均施加有直流電壓。需要說明的是，每片透鏡1上施加的直流電壓可以表示為v，則可將由離子入口一端向離子出口一端延伸的方向上，各片透鏡1上施加的直流電壓依次表示為v1，v2，v3，……，vn-1，vn，n即為透鏡1的片數(shù)。其中，v1為多片透鏡1中最靠近離子入口的一片透鏡1上施加的直流電壓，vn為多片透鏡1中最靠近離子出口的一片透鏡1上施加的直流電壓。優(yōu)選地，在本實施方式中，v1＞v2＞v3＞……＞vn-1＞vn，其中n為大于等于2的正整數(shù)，即，每塊透鏡1上施加的直流電壓，小于其靠近離子入口一側(cè)的相鄰?fù)哥R1上施加的直流電壓。通過各片透鏡1上施加的依次遞減的直流電壓，使得在各開孔2共同形成的供離子通過的通道中，產(chǎn)生前向(即由離子入口到離子出口的方向)的電場力，可以有效補(bǔ)償金屬離子因碰撞損失的動能。

另外，在本實施方式中，多片透鏡1是通過多根固定桿固定于腔體內(nèi)的。具體而言，每根固定桿均穿過各片透鏡1，這些透鏡1與固定桿相對固定以形成多片透鏡1間隔平行的布置，且對于每一片透鏡1，多根固定桿環(huán)繞穿設(shè)于其外周。對于最靠近第一端(即離子入口)的一片透鏡1，與最靠近第 二端(即離子出口)的一片透鏡1，每根固定桿均具有分別穿過這兩片透鏡1，并分穿設(shè)于腔體的第一端和第二端的兩個自由端，這兩個自由端可以設(shè)置螺紋，并分別通過螺母固定于第一端和第二端上，以使具有多片透鏡1的離子漏斗可拆卸地固定安裝于腔體內(nèi)，并使各開孔2構(gòu)成的供離子通過的通道，與離子入口和離子出口對齊。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，為使該離子漏斗能夠固定于腔體內(nèi)，而對上述的例如固定桿結(jié)構(gòu)做出多種改型、添加、替代、刪除或其他變化，這些變化仍在本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池的原理的范圍內(nèi)。例如，在本發(fā)明的其他示例性實施方式中，為了將離子漏斗的多片透鏡1設(shè)置于腔體內(nèi)，可以至少設(shè)置一個固定件，且每個固定件分別固定連接多片透鏡1，固定件的兩端部分別固定于腔體的第一端和第二端，并不以此為限。

在此應(yīng)注意，附圖中示出而且在本說明書中描述的碰撞反應(yīng)池僅僅是能夠采用本發(fā)明原理的許多種碰撞反應(yīng)池中的一個示例。應(yīng)當(dāng)清楚地理解，本發(fā)明的原理絕非僅限于附圖中示出或本說明書中描述的碰撞反應(yīng)池的任何細(xì)節(jié)或碰撞反應(yīng)池的任何部件。

舉例來說，并非為了符合本發(fā)明的原理，在本實施方式中，各片透鏡1的形狀及尺寸相同，且優(yōu)選地可以為與圓筒形腔體對應(yīng)的圓形。

然而，并非在本發(fā)明的每一個實施方式中，都必須將各片透鏡1設(shè)計為相同的形狀或尺寸，且透鏡1的形狀以不限于圓形。例如透鏡1的形狀還可以為方形等其他幾何形狀，并不以此為限。

又如，并非為了符合本發(fā)明的原理，在本實施方式中，每片透鏡1上均施加有射頻電壓。需要說明的是，每片透鏡1上施加的射頻電壓可以表示為e，則可將各片透鏡1上施加的射頻電壓依序表示為e1，e2，e3，……，en-1，en，n即為透鏡1的片數(shù)。其中，e1和en為多片透鏡1中位于兩端的透鏡1上施加的射頻電壓。優(yōu)選地，在本實施方式中，e1＝-e2＝e3＝……＝-en-1＝en，其中n為大于等于3的奇數(shù)，或者，e1＝-e2＝e3＝……＝en-1＝-en，其中n為大于等于2的偶數(shù)，即，相鄰兩片透鏡1上施加的射頻電壓的相位相反，且每片透鏡1上施加的射頻電壓的幅值均相等。上述相位交錯的射頻電壓在徑向(供離子通過的方向上)形成了一種贗勢場(pseudo-potential)，該贗勢場能夠?qū)l(fā)散的離子束縛在離子漏斗中，使進(jìn)入離子漏斗的待測金屬離子能夠 和反應(yīng)性氣體充分解離，提高離子信號的靈敏度。

通過上述對本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池，其中一各示例性實施方式的詳細(xì)描述可知，本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池的優(yōu)點和積極效果在于：

本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池，利用多片透鏡1構(gòu)成離子漏斗，并將離子漏斗設(shè)置于碰撞反應(yīng)池的腔體內(nèi)，代替現(xiàn)有的多級桿裝置而實現(xiàn)了離子傳輸?shù)墓δ?。本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其質(zhì)量區(qū)分效果優(yōu)于六級桿或八級桿裝置，且其離子傳輸效率高于四極桿裝置，使該碰撞反應(yīng)池兼具較佳的質(zhì)量區(qū)分效果與較強(qiáng)的離子傳輸效率。同時，通過多片透鏡1的設(shè)置，進(jìn)一步使碰撞反應(yīng)池具備對離子聚焦的功能。將本發(fā)明提出的碰撞反應(yīng)池應(yīng)用于基于icp-ms的元素分析時，進(jìn)入其離子漏斗的離子在離子中和反應(yīng)性氣體分子發(fā)生碰撞，進(jìn)而使待測金屬元素與不同陰離子或者水分子組成的金屬離子結(jié)合物發(fā)生解離，形成單一的金屬離子，使最后得到的譜圖較為簡單，同時提高了金屬離子信號的靈敏度。

以上詳細(xì)地描述和/或圖示了本發(fā)明提出的反映碰撞池的示例性實施方式。但本發(fā)明的實施方式不限于這里所描述的特定實施方式，相反，每個實施方式的組成部分和/或步驟可與這里所描述的其它組成部分和/或步驟獨立和分開使用。一個實施方式的每個組成部分和/或每個步驟也可與其它實施方式的其它組成部分和/或步驟結(jié)合使用。在介紹這里所描述和/或圖示的要素/組成部分/等時，用語“一片”、“一”和“上述”等用以表示存在一個或多個要素/組成部分/等。術(shù)語“包含”、“包括”和“具有”用以表示開放式的包括在內(nèi)的意思并且是指除了列出的要素/組成部分/等之外還可存在另外的要素/組成部分/等。此外，權(quán)利要求書及說明書中的術(shù)語“第一”和“第二”等僅作為標(biāo)記使用，不是對其對象的數(shù)字限制。

雖然已根據(jù)不同的特定實施例對本發(fā)明提出的反映碰撞池進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到可在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)對本發(fā)明的實施進(jìn)行改動。