CN114068285A - 串级质谱仪及其碰撞池、工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种串级质谱仪及其碰撞池、工作方法，串级质谱仪的碰撞池包括：腔室、前段高阶场N极杆与后段四极杆。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高阶场N极杆中，前段高阶场N极杆能捕获离子的质量范围较宽，此外，碰撞气经过通气口进入到腔室对应于前段高阶场N极杆的部位，碰撞气与进入到前段高阶场N极杆中的离子进行碰撞，使得离子发生裂解形成碎片，后段四极杆能实现碎裂后且较宽范围的碎片离子集中在中心轴线的附近，使得碎片离子的聚焦效果较好，高效通过引出电极的引出中心孔，也就是能实现离子质量范围更宽、传输效率更高，能有效减少离子在高气压碰撞池中的驻留时间。

Description

串级质谱仪及其碰撞池、工作方法

技术领域

本发明涉及质谱分析技术领域，特别是涉及一种串级质谱仪及其碰撞池、工作方法。

背景技术

随着质谱分析技术的发展，出现了串级质谱仪。串级质谱仪可以将高速分析、高灵敏度、高分辨、高准确度等多种优势结合起来，具有更高的灵敏度和定性、定量分析能力，是质谱仪发展趋势所在。碰撞池作为串联质谱仪的核心部件，用来进行离子的多级质量分析(MSn)：母离子通过解析碰撞反应后生成的碎片离子，经过质量分析后，可以得到母离子的结构信息，以及进行离子的定性及定量分析。

由于碰撞池中的气压一般比较高(mtorr级)，离子碰撞后，会改变运动方向，偏离离子传输效率最高的中心传输区域，导致离子传输效率降低，所以常采用工作于射频(RF-only)模式的多级杆结构，用于聚焦因碰撞而离散的离子，如Agilent的六极杆结构，AB公司的四极杆结构等。由多极场赝势计算公式可知，随着场阶数的增加势肼趋于平坦，能容纳较宽质量范围和高能量分布的离子；而低阶场(如四极)的近轴处势肼较窄，能聚焦离子在中轴线附近，从而实现有效传输，更易通过后端小孔径的出射孔。因此，多极杆的结构不同，离子的传输范围和传输效率不同，无法同时兼顾。

发明内容

基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种串级质谱仪及其碰撞池、工作方法，它能够实现离子质量范围更宽、传输效率更高。

其技术方案如下：一种串级质谱仪的碰撞池，所述串级质谱仪的碰撞池包括：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；前段高阶场N极杆与后段四极杆，所述前段高阶场N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，其中N为大于4的偶数，所述腔室的侧壁对应于前段高阶场N极杆的部位设有用于通入碰撞气的通气口；所述前段高阶场N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，所述前段高阶场N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，所述后段四极杆的首段节段与所述前段高阶场N极杆的首段节段通过第三电阻器相连。

上述的串级质谱仪的碰撞池，相比于传统的串级质谱仪的碰撞池，采用前段高阶场N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高阶场N极杆中，前段高阶场N极杆由于其相对平坦的势肼，可以捕获离子的质量范围较宽，此外，碰撞气经过通气口进入到腔室对应于前段高阶场N极杆的部位，碰撞气与进入到前段高阶场N极杆中的离子进行碰撞，使得离子发生裂解形成碎片，后段四极杆能实现碎裂后的碎片离子集中在中心轴线的附近，使得碎片离子的聚焦效果较好，高效通过引出电极的引出中心孔，也就是能实现离子质量范围更宽、传输效率更高。

在其中一个实施例中，所述串级质谱仪的碰撞池还包括电源模块，所述电源模块用于提供DC1直流电压、DC2直流电压、DC3直流电压及DC4直流电压；所述DC1直流电压施加在所述引入电极，所述DC2直流电压施加在所述前段高阶场N极杆的首段节段，所述DC3直流电压施加在所述前段高阶场N极杆的尾段节段，所述DC4直流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，所述电源模块还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高阶场N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高阶场N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C2与所述第二分压电容C3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C2与所述第二分压电容C3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。

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；所述射频电压的幅值大小可调，所述直流电压的幅值大小可调。

在其中一个实施例中，所述前段高阶场N极杆的首段节段相对于所述腔室的中心轴线倾斜设置，所述前段高阶场N极杆的首段节段靠近于所述引入电极的一端的场半径为R3，所述前段高阶场N极杆的尾段节段远离于所述引入电极的一端的场半径为R1，R3大于R1。

在其中一个实施例中，所述前段高阶场N极杆的第二段节段到尾段节段的各个节段均相对于所述腔室的中心轴线平行设置；所述前段高阶场N极杆的首段节段长度大于所述前段高阶场N极杆的其余节段长度。

在其中一个实施例中，所述前段高阶场N极杆的各个节段均相对于所述腔室的中心轴线倾斜设置，且所述前段高阶场N极杆的场半径沿着所述腔室的中心轴线逐渐减小。

在其中一个实施例中，所述前段高阶场N极杆的尾段节段远离于所述引入电极的一端的场半径为R1，所述后段四极杆的各个节段均相对于所述腔室的中心轴线平行设置，所述后段四极杆的场半径为R2，R1＝R2。

一种串级质谱仪，包括所述的串级质谱仪的碰撞池。

上述的串级质谱仪，相比于传统的串级质谱仪，采用前段高阶场N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高阶场N极杆中，前段高阶场N极杆由于其相对平坦的势肼，可以捕获离子的质量范围较宽，此外，碰撞气经过通气口进入到腔室对应于前段高阶场N极杆的部位，碰撞气与进入到前段高阶场N极杆中的离子进行碰撞，使得离子发生裂解形成碎片，后段四极杆能实现碎裂后的碎片离子集中在中心轴线的附近，使得碎片离子的聚焦效果较好，高效通过引出电极的引出中心孔，也就是能实现离子质量范围更宽、传输效率更高。

一种所述的串级质谱仪的工作方法，包括如下步骤：当需要调整进入到腔室中的离子的碰撞能量时，DC1直流电压施加在引入电极，DC2直流电压施加在前段高阶场N极杆的首段节段，通过调整DC1直流电压的大小来实现。

上述的串级质谱仪的工作方法，一方面由于采用了上述的串级质谱仪，因此具有上述的串级质谱仪所带来的技术效果；另一方面，由于通过调整DC1直流电压的大小即可改变DC1直流电压与DC2直流电压之间的压差，从而能相应调整进入到腔室中的离子的碰撞能量。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明一实施例所述的串级质谱仪的碰撞池的结构示意图；

图2为本发明另一实施例所述的串级质谱仪的碰撞池的结构示意图；

图3为本发明又一实施例所述的串级质谱仪的碰撞池的结构示意图；

图4为本发明一实施例所述的串级质谱仪的碰撞池中的前段高阶场N极杆与后段四极杆接入射频电源的结构示意图；

图5为本发明一实施例所述的串级质谱仪的碰撞池在无碰撞能时采集到的谱图；

图6为本发明一实施例所述的串级质谱仪的碰撞池在碰撞能为例如10eV时采集到的谱图；

图7为本发明一实施例所述的串级质谱仪的碰撞池在碰撞能为例如30eV时采集到的谱图；

图8为本发明一实施例所述的串级质谱仪的碰撞池在碰撞能为例如50eV时采集到的谱图；

图9为本发明一实施例所述的串级质谱仪的碰撞池在无碰撞能到50eV时采集到的全信息谱图。

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、前段高阶场N极杆；21、第一节段；30、后段四极杆；31、第二节段。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明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发明。但是本发明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发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

参阅图1，图1示意出了本发明一实施例的串级质谱仪的碰撞池的结构示意图，本发明一实施例提供的一种串级质谱仪的碰撞池，串级质谱仪的碰撞池包括：腔室10、前段高阶场N极杆20与后段四极杆30。

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。前段高阶场N极杆20与后段四极杆30沿着腔室10的中心轴线依次设置，其中N为大于4的偶数。腔室10的侧壁对应于前段高阶场N极杆20的部位设有用于通入碰撞气的通气口13。其中，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。

前段高阶场N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。前段高阶场N极杆20的相邻极杆间的极性相反。此外，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(图中未示意出)。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，后段四极杆30的首段节段与前段高阶场N极杆20的首段节段通过第三电阻器相连。

需要说明的是，前段高阶场N极杆20的N例如为6、8、10等等，在此不进行限定。此外，前段高阶场N极杆20的第一节段21数量例如可以是2、3、4、5、6等等，在此不进行限定。另外，后段四极杆30的第二节段31数量例如可以是2、3、4、5、6等等，在此不进行限定。

上述的串级质谱仪的碰撞池，相比于传统的串级质谱仪的碰撞池，采用前段高阶场N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高阶场N极杆20中，前段高阶场N极杆20由于其相对平坦的势肼，可以捕获离子的质量范围较宽，此外，碰撞气经过通气口13进入到腔室10对应于前段高阶场N极杆20的部位，碰撞气与进入到前段高阶场N极杆20中的离子进行碰撞，使得离子发生裂解形成碎片，后段四极杆30能实现碎裂后的碎片离子集中在中心轴线的附近，使得碎片离子的聚焦效果较好，高效通过引出电极12的引出中心孔121，也就是能实现离子质量范围更宽、传输效率更高。

请再参阅图1，进一步地，串级质谱仪的碰撞池还包括电源模块。电源模块用于提供DC1直流电压、DC2直流电压、DC3直流电压及DC4直流电压。DC1直流电压施加在引入电极11，DC2直流电压施加在前段高阶场N极杆20的首段节段。DC3直流电压施加在前段高阶场N极杆20的尾段节段，DC4直流电压施加在后段四极杆30的尾端节段。如此，DC1直流电压与DC2直流电压间形成的电场，通过调节DC1直流电压与DC2直流电压的压差，便可以相应调节入射离子的碰撞动能，碰撞动能可通过程序升压等方式实现动态调节，不仅可以使不同分析物在其最佳碰撞能下碎裂，还可以得到无碰撞能时母离子的信息，及低、中、高不同碰撞动能下离子的碎片信息。

具体而言，当串级质谱仪的扫描速度为50谱/s时，设置碰撞动能及在1S内各种碰撞动能的工作时间：前10谱为0eV(0eV对应无碰撞能，对应的图谱采集时间例如在0至200ms进行)，后10谱为50eV(50eV对应高碰撞能，对应的采集图谱时间例如在800ms至1000ms进行)，中间30谱分别为10eV(10eV对应低碰撞能，对应的图谱采集例如在200ms至400ms进行)与30eV(高碰撞能，对应的图谱采集例如在600ms至800ms进行)。

进一步地，参阅图5至图9，图5至图9的横坐标均表示为质荷比(m/z)，图5至图9的纵坐标(y)均表示为信号的强度。

请参阅图5，图5示意出了本发明一实施例的串级质谱仪的碰撞池在无碰撞能时采集到的谱图，此时，0至200ms在DC1直流电压与DC2直流电压间的电压差控制为0V，采集到的谱图为母离子峰。

请参阅图6，图6示意出了本发明一实施例的串级质谱仪的碰撞池在碰撞能为例如10eV时采集到的谱图，此时，200ms至400ms在DC1直流电压与DC2直流电压间的电压差控制为10V，采集到的谱图为低碰撞能量下的碎片离子的谱图，碎片丰富。

请参阅图7，图7示意出了本发明一实施例的串级质谱仪的碰撞池在碰撞能为例如30eV时采集到的谱图，此时，600ms至800ms在DC1直流电压与DC2直流电压间的电压差控制为30V，采集到的谱图为中碰撞能量下的碎片离子的谱图，碎片丰富。

请参阅图8，图8示意出了本发明一实施例的串级质谱仪的碰撞池在碰撞能为例如50eV时采集到的谱图，此时，800ms至1000ms在DC1直流电压与DC2直流电压间的电压差控制为50V，采集到的谱图为高碰撞能量下的碎片离子的谱图，碎片丰富。

请参阅图9，图9示意出了本发明一实施例的串级质谱仪的碰撞池在无碰撞能到50eV时采集到的全信息谱图，通过1s内采集到的谱图叠加，可以得到目标离子的全信息谱图。该结构及实现方式可以实现串级质谱分析的信息收集最优化及最大化。

注：V伏特是电势、电压的单位，eV电子伏特是能量的单位。由于电荷量乘以电压有能量的量纲E＝qU，所以1个电子电荷的单位在电场中改变1V所对应的电势能变化就定义为1eV。

具体地，当碰撞能量例如为0eV时，DC1＝DC2＝25V(25V只是举例，具体取值取决于碰撞池前后电极上施加的静电直流电压)，DC3＝20V～23V，DC4＝13V～18V，具体取决于离子质荷比的大小，碰撞池的尺寸等参数，如场半径R1和R2，极杆总长度等。当碰撞动能为10eV时，DC1＝35V、DC2＝25V、DC3＝20V～23V、DC4＝13V～18V；当碰撞动能为30eV时，DC1＝55V，DC2＝25V，DC3＝20V～23V，DC4＝13V～18V；当碰撞动能为50eV时，DC1＝75V，DC2＝25V，DC3＝20V～23V，DC4＝13V～18V；DC1可采用程序升压，步长1V，从DC2上升到设置的电压值，使碰撞能量为线性的动态变化，从而可以根据采集到的碎片峰判断目标离子的最佳碰撞能力。除此之外还可以设置特定的值，对应无碰撞动能和低、中、高三种碰撞能量，以得到不同碰撞能量下目标离子的母离子及碎片离子，并可将谱图叠加得到全信息谱图，可以得到更全面完整的结构信息，以实现串级质谱分析的信息收集最优化及最大化。

此外，DC2直流电压与DC3直流电压间的压差例如为2V至5V，相对小于DC1直流电压与DC2直流电压间的压差。DC2直流电压与DC3直流电压间的压差在前段高阶场N极杆20上所形成的轴向梯度电场，主要是用于剩余母离子及碎片离子的轴向加速，以实现离子的轴向传输。同样地，DC3直流电压和DC4直流电压间的压差，是在后段四极杆30上形成轴向梯度电场，用于后段四极杆30内碎片离子的轴向传输，缩短碎片离子飞出碰撞池的时间，能有效减少离子在高气压碰撞池中的驻留时间。

请参阅图4，图4示意出了本发明一实施例的串级质谱仪的碰撞池中的前段高阶场N极杆20与后段四极杆30接入射频电源的结构示意图。在一个实施例中，电源模块还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高阶场N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高阶场N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C2与第二分压电容C3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C2与第二分压电容C3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。如此，通过设置第一分压电容C1与第二分压电容C2的比例关系，能实现前段高阶场N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高阶场N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高阶场N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，前段高阶场N极杆20带正极极性的首段节段指的是前段高阶场N极杆20中靠近于引入电极11的带正极极性的第一节段21。前段高阶场N极杆20带负极极性的首段节段指的是前段高阶场N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、第二电阻器与第三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，各个相邻第二节段31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，各个相邻第二节段31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，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。

在一个实施例中，射频电压的幅值大小可调，直流电压的幅值大小可调。

请参阅图2或图3，图2示意出了本发明另一实施例的串级质谱仪的碰撞池的结构示意图，图3示意出了本发明又一实施例的串级质谱仪的碰撞池的结构示意图。在一个实施例中，前段高阶场N极杆20的首段节段相对于腔室10的中心轴线倾斜设置，前段高阶场N极杆20的首段节段靠近于引入电极11的一端的场半径为R3，场半径为R3指的是前段高阶场N极杆20的各个首段节段靠近于引入电极11的一端的内接圆的半径。前段高阶场N极杆20的尾段节段远离于引入电极11的一端的场半径为R1，场半径为R1指的是前段高阶场N极杆20的各个尾段节段远离于引入电极11的一端的内接圆的半径。其中，R3大于R1。如此，能够有利于捕获更多的入射离子，且入射离子的质量范围较宽。此外，加载在前段高阶场N极杆20的首段节段上的DC2直流电压除了能提供离子的轴向加速动能外，还会产生一个径向分量，将离子聚焦在腔室10的中心轴线附近，提高离子的传输效率。

请再参阅图2，在一个实施例中，前段高阶场N极杆20的第二段节段到尾段节段的各个节段均相对于腔室10的中心轴线平行设置。此外，前段高阶场N极杆20的首段节段长度大于前段高阶场N极杆20的其余节段长度。如此，当前段高阶场N极杆20的首段节段长度的越大时，越有利于捕获更多的入射离子，且入射离子的质量范围较宽。当然，前段高阶场N极杆20的首段节段长度也可以等于或略小于前段高阶场N极杆20的其余节段长度，在此不进行限定。

请再参阅图3，在一个实施例中，前段高阶场N极杆20的各个节段均相对于腔室10的中心轴线倾斜设置，且前段高阶场N极杆20的场半径沿着腔室10的中心轴线逐渐减小。此外，加载在前段高阶场N极杆20的各个节段上的直流电压除了能提供离子的轴向加速动能外，还会产生一个径向分量，将离子聚焦在腔室10的中心轴线附近，提高离子的传输效率。

需要说明的是，前段高阶场N极杆20不限于是上述实施例中的首段节段相对于腔室10的中心轴线倾斜设置，也不限于各个节段相对于腔室10的中心轴线倾斜设置，前段高阶场N极杆20还可以例如是前面的两个、三个、四个或其它数量的节段是相对于腔室10的中心轴线倾斜设置，其余的节段则是相对于腔室10的中心轴线平行设置。

还需要说明的是，请再参阅图1，前段高阶场N极杆20的各个节段也可以均是相对于腔室10的中心轴线平行设置。

在一个实施例中，前段高阶场N极杆20的尾段节段远离于引入电极11的一端的场半径为R1，后段四极杆30的各个节段均相对于腔室10的中心轴线平行设置，后段四极杆30的场半径为R2，场半径为R2指的是后段四极杆30的各个节段的内接圆的半径。其中，R1＝R2。如此，能实现前段高阶场N极杆20的尾段节段的离子顺利地过渡进入到后段四极杆30中。

在一个实施例中，一种串级质谱仪，包括上述任一实施例的串级质谱仪的碰撞池。

上述的串级质谱仪，相比于传统的串级质谱仪，采用前段高阶场N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高阶场N极杆20中，前段高阶场N极杆20由于其相对平坦的势肼，可以捕获离子的质量范围较宽，此外，碰撞气经过通气口13进入到腔室10对应于前段高阶场N极杆20的部位，碰撞气与进入到前段高阶场N极杆20中的离子进行碰撞，使得离子发生裂解形成碎片，后段四极杆30能实现碎裂后的碎片离子集中在中心轴线的附近，使得碎片离子的聚焦效果较好，高效通过引出电极12的引出中心孔121，也就是能实现离子质量范围更宽、传输效率更高。

在一个实施例中，一种上述实施例所述的串级质谱仪的工作方法，包括如下步骤：当需要调整进入到腔室中的离子的碰撞能量时，DC1直流电压施加在引入电极，DC2直流电压施加在前段高阶场N极杆的首段节段，通过调整DC1直流电压的大小来实现。

上述的串级质谱仪的工作方法，一方面由于采用了上述的串级质谱仪，因此具有上述的串级质谱仪所带来的技术效果；另一方面，由于通过调整DC1直流电压的大小即可改变DC1直流电压与DC2直流电压之间的压差，从而能相应调整进入到腔室中的离子的碰撞能量，也就是可以相应调节入射离子的碰撞动能。不仅可以使不同分析物在其最佳碰撞能下碎裂，还可以得到无碰撞能时母离子的信息，及低、中、高不同碰撞动能下离子的碎片信息(如图5至图9所示)。

具体而言，碰撞动能可通过程序升压等方式实现动态调节，也就是通过程序升压等方式来逐渐增大DC1直流电压的大小，可以实现线性改变DC1直流电压与DC2直流电压间的压差。

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发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。

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。在本发明的描述中，“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。

在本发明中，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发明中的具体含义。

在本发明中，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。

Claims (10)

1.一种串级质谱仪的碰撞池，其特征在于，所述串级质谱仪的碰撞池包括：

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；

前段高阶场N极杆与后段四极杆，所述前段高阶场N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，其中N为大于4的偶数，所述腔室的侧壁对应于前段高阶场N极杆的部位设有用于通入碰撞气的通气口；

所述前段高阶场N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，所述前段高阶场N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，所述后段四极杆的首段节段与所述前段高阶场N极杆的首段节段通过第三电阻器相连。

2.根据权利要求1所述的串级质谱仪的碰撞池，其特征在于，所述串级质谱仪的碰撞池还包括电源模块，所述电源模块用于提供DC1直流电压、DC2直流电压、DC3直流电压及DC4直流电压；所述DC1直流电压施加在所述引入电极，所述DC2直流电压施加在所述前段高阶场N极杆的首段节段，所述DC3直流电压施加在所述前段高阶场N极杆的尾段节段，所述DC4直流电压施加在所述后段四极杆的尾端节段。

3.根据权利要求2所述的串级质谱仪的碰撞池，其特征在于，所述电源模块还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高阶场N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高阶场N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C2与所述第二分压电容C3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C2与所述第二分压电容C3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。

4.根据权利要求3所述的串级质谱仪的碰撞池，其特征在于，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；所述射频电压的幅值大小可调，所述直流电压的幅值大小可调。

5.根据权利要求2所述的串级质谱仪的碰撞池，其特征在于，所述前段高阶场N极杆的首段节段相对于所述腔室的中心轴线倾斜设置，所述前段高阶场N极杆的首段节段靠近于所述引入电极的一端的场半径为R3，所述前段高阶场N极杆的尾段节段远离于所述引入电极的一端的场半径为R1，R3大于R1。

6.根据权利要求5所述的串级质谱仪的碰撞池，其特征在于，所述前段高阶场N极杆的第二段节段到尾段节段的各个节段均相对于所述腔室的中心轴线平行设置；所述前段高阶场N极杆的首段节段长度大于所述前段高阶场N极杆的其余节段长度。

7.根据权利要求5所述的串级质谱仪的碰撞池，其特征在于，所述前段高阶场N极杆的各个节段均相对于所述腔室的中心轴线倾斜设置，且所述前段高阶场N极杆的场半径沿着所述腔室的中心轴线逐渐减小。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的串级质谱仪的碰撞池，其特征在于，所述前段高阶场N极杆的尾段节段远离于所述引入电极的一端的场半径为R1，所述后段四极杆的各个节段均相对于所述腔室的中心轴线平行设置，所述后段四极杆的场半径为R2，R1＝R2。

9.一种串级质谱仪，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的串级质谱仪的碰撞池。

10.一种如权利要求9所述的串级质谱仪的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：当需要调整进入到腔室中的离子的碰撞能量时，DC1直流电压施加在引入电极，DC2直流电压施加在前段高阶场N极杆的首段节段，通过调整DC1直流电压的大小来实现。

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