用于提高質(zhì)譜儀中的靈敏度的方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】在高壓區(qū)域中產(chǎn)生離子且將所述離子傳遞到真空室中，所述真空室具有入口孔隙及出口孔隙。所述入口孔隙的配置及所述高壓區(qū)域與所述真空室之間的壓力差提供具有預(yù)定直徑的桶形沖擊波的超音速自由射流擴(kuò)張。在所述入口孔隙與出口孔隙之間提供具有界定內(nèi)體積的預(yù)定橫截面的至少一個(gè)離子引導(dǎo)件，其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的所述橫截面經(jīng)定大小為所述超音速自由射流擴(kuò)張的所述桶形沖擊波的所述預(yù)定直徑的至少50％。向所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件提供RF電壓。在所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的第一區(qū)段中降低徑向氣體傳導(dǎo)性以阻尼由所述超音速自由射流擴(kuò)張引起的沖擊波。
【專利說(shuō)明】用于提高質(zhì)譜儀中的靈敏度的方法及設(shè)備
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)案
[0002] 本申請(qǐng)案主張2012年2月1日申請(qǐng)的第61/593,580號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)， 所述臨時(shí)申請(qǐng)案以全文引用的方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本 申請(qǐng)人:的教示涉及用于提高質(zhì)譜儀中的靈敏度的方法及設(shè)備，且更具體來(lái)說(shuō)涉 及用于運(yùn)送離子的離子引導(dǎo)件。
【背景技術(shù)】
[0004] 在質(zhì)譜分析中，在離子化步驟中使用離子源將樣本分子轉(zhuǎn)換成離子，且接著在質(zhì) 量分離及檢測(cè)步驟中通過(guò)質(zhì)量分析器檢測(cè)所述離子。對(duì)于大多數(shù)大氣壓離子源來(lái)說(shuō)，離子 在進(jìn)入真空室中的離子引導(dǎo)件之前穿過(guò)入口孔隙。離子引導(dǎo)件運(yùn)送來(lái)自離子源的離子且將 所述離子聚集到后續(xù)真空室中，且可向離子引導(dǎo)件施加射頻信號(hào)以提供離子在離子引導(dǎo)件 內(nèi)的徑向聚集。然而，在通過(guò)離子引導(dǎo)件運(yùn)送離子期間，可能發(fā)生離子損失。因此，希望提 高沿著離子引導(dǎo)件的離子運(yùn)送效率并在運(yùn)送期間防止離子損失以獲得高靈敏度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 鑒于上文，本 申請(qǐng)人:的教示提供一種用于執(zhí)行質(zhì)量分析的質(zhì)譜儀設(shè)備。所述設(shè)備 包括：離子源，其用于在高壓區(qū)域中（例如，在大氣壓下）從樣本產(chǎn)生離子；及真空室，其用 于接收所述離子。所述真空室具有入口孔隙，其用于將來(lái)自高壓區(qū)域的離子傳遞到真空室 中。所述真空室還具有出口孔隙，其用于傳遞來(lái)自真空室的離子，其中入口孔隙的配置及高 壓區(qū)域與真空室之間的壓力差提供入口孔隙下游的超音速自由射流擴(kuò)張。所述超音速自由 射流擴(kuò)張包括預(yù)定直徑的桶形沖擊波和馬赫盤（Mach disc)，所述自由射流擴(kuò)張夾帶離子 且將所述離子運(yùn)送到真空室中。在各種方面中，所述設(shè)備還包括具有界定內(nèi)體積的預(yù)定橫 截面的至少一個(gè)離子引導(dǎo)件，其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的橫截面經(jīng)定大小為超音速自 由射流擴(kuò)張的桶形沖擊波的預(yù)定直徑的至少50%。所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件可在真空室中 定位在入口孔隙與出口孔隙之間，使得當(dāng)向所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件施加 RF電壓（由RF 電力供應(yīng)器供應(yīng)）時(shí)，超音速自由射流中的離子可被徑向約束在所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件 的內(nèi)體積內(nèi)且被聚集并被引導(dǎo)到出口孔隙。在各種方面中，可在至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的第 一區(qū)段中降低徑向氣體傳導(dǎo)性以阻尼由超音速自由射流擴(kuò)張引起的沖擊波。在各種實(shí)施例 中，可圍繞所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的長(zhǎng)度的至少第一部分提供用于降低徑向氣體傳導(dǎo)性 的絕緣套管以阻尼由超音速自由射流擴(kuò)張引起的沖擊波。
[0006] 在各種方面中，提供一種質(zhì)譜儀，其包括：離子源，其用于在高壓區(qū)域中（例如，在 大氣壓下）從樣本產(chǎn)生離子；及真空室，其用于接收所述離子。所述真空室具有入口孔隙， 其用于將來(lái)自高壓區(qū)域的離子傳遞到真空室中。所述真空室還具有出口孔隙，其用于傳遞 來(lái)自真空室的離子，其中入口孔隙的配置及高壓區(qū)域與真空室之間的壓力差提供入口孔隙 下游的超音速自由射流擴(kuò)張。所述超音速自由射流擴(kuò)張包括預(yù)定直徑的桶形沖擊波及馬赫 盤，所述自由射流擴(kuò)張夾帶離子且將所述離子運(yùn)送到真空室中。在各種方面中，所述設(shè)備還 包括所述入口孔隙與所述出口孔隙之間的至少一個(gè)離子引導(dǎo)件，所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件 具有界定內(nèi)體積的預(yù)定橫截面，其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的橫截面經(jīng)定大小為超音速 自由射流擴(kuò)張的桶形沖擊波的預(yù)定直徑的至少50%。所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件包括具有多 個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件，其中所述細(xì)長(zhǎng)電極之間的間隔減小到小于0.2& 的距離，其中R〇為所述電極之間的內(nèi)切圓的半徑?？商峁╇娏?yīng)器以向所述至少一個(gè)離 子引導(dǎo)件提供RF電壓以用于將所述離子徑向約束在至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的內(nèi)體積內(nèi)。
[0007] 在各種實(shí)施例中，提供一種用于執(zhí)行質(zhì)量分析的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括離子源，其用 于在高壓區(qū)域中從樣本產(chǎn)生離子。在各種實(shí)施例中，所述離子可傳遞到真空室中，所述真 空室包括：入口孔隙，其用于將來(lái)自高壓區(qū)域的離子傳遞到真空室中；及出口孔隙，其用于 傳遞來(lái)自所述真空室的離子，其中入口孔隙的配置及高壓區(qū)域與真空室之間的壓力差提供 入口孔隙下游的超音速自由射流擴(kuò)張，所述超音速自由射流擴(kuò)張包括預(yù)定直徑的桶形沖擊 波。在各種方面中，至少一個(gè)較高階多極離子引導(dǎo)件可位于入口孔隙與出口孔隙之間，所述 至少一個(gè)離子引導(dǎo)件包括導(dǎo)線及電力供應(yīng)器以向所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件施加 RF電壓以 將離子徑向約束在至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的內(nèi)體積內(nèi)，其中在鄰近導(dǎo)線之間施加相反RF相 位。
[0008] 本 申請(qǐng)人:的教示還提供一種用于執(zhí)行質(zhì)量分析的方法。所述方法包括在高壓區(qū)域 (例如，在大氣壓下）從樣本產(chǎn)生離子及將離子傳遞到定位在離子源下游用于接收離子的 真空室中。所述真空室具備用于將來(lái)自高壓區(qū)域的離子傳遞到真空室中的入口孔隙及用于 傳遞來(lái)自所述真空室的離子的出口孔隙。入口孔隙的配置及高壓區(qū)域與真空室之間的壓力 差提供入口孔隙下游的超音速自由射流擴(kuò)張。所述超音速自由射流擴(kuò)張具有預(yù)定直徑的桶 形沖擊波和馬赫盤。穿過(guò)入口孔隙的離子由在真空室中產(chǎn)生的超音速自由射流擴(kuò)張夾帶。 所述方法進(jìn)一步包括在入口孔隙與出口孔隙之間提供至少一個(gè)離子引導(dǎo)件。在各種方面 中，所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件可具有界定內(nèi)體積的預(yù)定橫截面。在各種實(shí)施例中，所述至少 一個(gè)離子引導(dǎo)件可經(jīng)定大小以徑向約束超音速自由射流擴(kuò)張以便捕獲實(shí)質(zhì)上所有離子，且 所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件經(jīng)定大小為超音速自由射流擴(kuò)張的桶形沖擊波的預(yù)定直徑的至 少50%。所述方法進(jìn)一步包括向所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件施加 RF電壓以將所述離子徑向 約束在所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的內(nèi)體積內(nèi)。在各種方面中，所述方法還包括在所述至少 一個(gè)離子引導(dǎo)件的第一區(qū)段中降低徑向氣體傳導(dǎo)性以阻尼由超音速自由射流擴(kuò)張引起的 沖擊波。
[0009] 在各種方面中，提供一種方法，所述方法包括提供離子源以在高壓區(qū)域中（例如 在大氣壓下）從樣本產(chǎn)生離子及提供真空室以用于接收所述離子。所述真空室具有入口孔 隙，其用于將來(lái)自所述高壓區(qū)域的離子傳遞到所述真空室中。所述真空室還具有出口孔隙， 其用于傳遞來(lái)自所述真空室的離子，其中入口孔隙的配置及高壓區(qū)域與真空室之間的壓力 差提供入口孔隙下游的超音速自由射流擴(kuò)張。所述超音速自由射流擴(kuò)張包括預(yù)定直徑的桶 形沖擊波及馬赫盤，所述自由射流擴(kuò)張夾帶離子且將所述離子運(yùn)送到真空室中。在各種方 面中，所述方法還包括在入口孔隙與出口孔隙之間提供至少一個(gè)離子引導(dǎo)件，所述至少一 個(gè)離子引導(dǎo)件具有界定內(nèi)體積的預(yù)定橫截面，其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的橫截面經(jīng)定 大小為超音速自由射流擴(kuò)張的桶形沖擊波的預(yù)定直徑的至少50 %。所述至少一個(gè)離子引導(dǎo) 件包括具有多個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件，其中所述細(xì)長(zhǎng)電極之間的間隔減小 到小于0. 的距離，其中&為所述電極之間的內(nèi)切圓的半徑?？商峁╇娏?yīng)器以向所 述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件提供RF電壓以用于將所述離子徑向約束在至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的 內(nèi)體積內(nèi)。
[0010] 在各種實(shí)施例中，提供一種用于執(zhí)行質(zhì)量分析的方法，所述方法包括提供離子源 以在高壓區(qū)域中從樣本產(chǎn)生離子。在各種實(shí)施例中，所述離子可傳遞到真空室中，所述真空 室包括：入口孔隙，其用于將來(lái)自高壓區(qū)域的離子傳遞到真空室中；及出口孔隙，其用于傳 遞來(lái)自真空室的離子，其中入口孔隙的配置及高壓區(qū)域與真空室之間的壓力差提供入口孔 隙下游的超音速自由射流擴(kuò)張，所述超音速自由射流擴(kuò)張包括預(yù)定直徑的桶形沖擊波。在 各種方面中，在入口孔隙與出口孔隙之間提供至少一個(gè)較高階多極離子引導(dǎo)件，所述至少 一個(gè)離子引導(dǎo)件包括導(dǎo)線且提供電力供應(yīng)器以向所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件施加 RF電壓以 將所述離子徑向約束在所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的內(nèi)體積內(nèi)，其中在鄰近導(dǎo)線之間施加相 反RF相位。
[0011] 在本文中闡述本 申請(qǐng)人:的教示的這些及其它特征。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0012] 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解下文描述的圖式僅用于說(shuō)明目的。圖式不希望以任何 方式限制本 申請(qǐng)人:的教示的范圍。
[0013] 圖1A為根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的各種實(shí)施例的質(zhì)譜儀的示意圖；
[0014] 圖1B為根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的各種實(shí)施例的圖1A的實(shí)施例的離子引導(dǎo)件的橫截 面圖；
[0015] 圖2為根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的各種實(shí)施例的超音速自由射流擴(kuò)張的示意圖。
[0016] 圖3為根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的各種實(shí)施例的離子引導(dǎo)件的橫截面圖；
[0017] 圖4示意性地說(shuō)明根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的離子引導(dǎo)件且展示根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教 示的各種實(shí)施例的離子引導(dǎo)件的橫截面圖；
[0018] 圖5示意性地說(shuō)明根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的離子引導(dǎo)件且展示根據(jù)本 申請(qǐng)人:教示 的各種實(shí)施例的離子引導(dǎo)件的橫截面圖；
[0019] 圖6示意性地說(shuō)明根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的一系列離子引導(dǎo)件且展示根據(jù)本申請(qǐng) 人的教示的各種實(shí)施例的所述系列的離子引導(dǎo)件的橫截面圖；
[0020] 圖7示意性地說(shuō)明離子引導(dǎo)件且展示根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的各種實(shí)施例的所述 離子引導(dǎo)件的橫截面圖；
[0021] 圖8示意性地說(shuō)明根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的各種實(shí)施例的離子引導(dǎo)件；
[0022] 圖9示意性地說(shuō)明根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的各種實(shí)施例的離子引導(dǎo)件的端視圖及 側(cè)視圖；
[0023] 圖10示意性地說(shuō)明根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的各種實(shí)施例的離子引導(dǎo)件；
[0024] 圖11示意性地說(shuō)明根據(jù)本 申請(qǐng)人:的教示的各種實(shí)施例的離子引導(dǎo)件。
[0025] 在圖式中，相同參考數(shù)字指示相同部分。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 應(yīng)理解，除非上下文另外清楚指示，否則參考各種元件結(jié)合本 申請(qǐng)人:的教示使用 的短語(yǔ)"一（a)"或"一（an)"涵蓋"一或多個(gè)"或"至少一個(gè)"。提供一種用于執(zhí)行質(zhì)量分 析的方法及設(shè)備。首先參考圖1A，其示意性地展示由參考數(shù)字20大體上指示的質(zhì)譜儀。質(zhì) 譜儀20包括離子源22,其用于從所關(guān)注樣本（未展示）產(chǎn)生離子30。離子源22可定位在 含有背景氣體（未展示）的高壓P0區(qū)域（大體上在24處指示）中，而離子30在箭頭38 所指示的方向上朝向真空室26行進(jìn)。離子通過(guò)入口孔隙28進(jìn)入室26,其中離子由超音速 氣體流（通常稱為超音速自由射流擴(kuò)張34)夾帶，如（例如）以引用方式并入本文中的本 申請(qǐng)人:的美國(guó)專利7, 256, 395及7, 259, 371中所描述。真空室26進(jìn)一步包括定位在入口 孔隙28下游的出口孔隙32及定位在孔隙28、孔隙32之間的至少一個(gè)離子引導(dǎo)件36,離子 引導(dǎo)件36用于徑向約束、聚集及傳輸來(lái)自超音速自由氣體射流34的離子30。在各種方面 中，至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件36的桿可包括如圖1B中展示的圓形細(xì)長(zhǎng)電極39。圖1A中 的出口孔隙32展示為室間孔隙，所述室間孔隙使真空室26 (也稱為第一真空室26)與下一 個(gè)或第二個(gè)真空室45 (其可容納額外離子引導(dǎo)件或質(zhì)量分析器44)分離。本 申請(qǐng)人:的教示 中的典型質(zhì)量分析器44可包含四極質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器（包含線性離子阱質(zhì)量 分析器）及飛行時(shí)間質(zhì)量分析器。真空室26中的壓力P1可由泵42維持，且電力供應(yīng)器40 可連接到至少一個(gè)離子引導(dǎo)件36來(lái)以已知方式提供RF電壓。至少一個(gè)離子引導(dǎo)件36可 為具有預(yù)定橫截面的一組四極桿（如圖1B中展示），其特征為具有如參考字母D所指示的 直徑的內(nèi)切圓沿著至少一個(gè)離子引導(dǎo)件36的軸向長(zhǎng)度延伸以界定內(nèi)體積37。在各種方面 中，直徑D可沿著離子引導(dǎo)件的長(zhǎng)度變化。在各種實(shí)施例中，至少一個(gè)離子引導(dǎo)件可具有界 定內(nèi)體積的預(yù)定橫截面；其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的橫截面經(jīng)定大小為超音速自由射 流擴(kuò)張的桶形沖擊波的預(yù)定直徑的至少50%。離子30最初可穿過(guò)孔幕氣體區(qū)域，在此項(xiàng)技 術(shù)中已知所述孔幕氣體區(qū)域一般用于執(zhí)行去溶劑化及阻擋不需要的顆粒進(jìn)入真空室。
[0027] 如圖2中所展示，入口孔隙28下游的超音速自由射流擴(kuò)張可包括預(yù)定直徑的桶形 沖擊波。所述擴(kuò)張包括同心桶形沖擊波46且由稱為馬赫盤48的垂直沖擊波終止。當(dāng)離子 30通過(guò)入口孔隙28進(jìn)入真空室26時(shí)，其被夾帶在超音速自由射流34中且因?yàn)橥靶螞_擊波 46的結(jié)構(gòu)界定氣體及離子在其中擴(kuò)張的區(qū)域，所以穿過(guò)入口孔隙28的實(shí)質(zhì)上所有離子30 被約束到桶形沖擊波46的區(qū)域。大體上應(yīng)理解，馬赫盤48下游的氣體可再擴(kuò)張且形成與 初級(jí)桶形沖擊波46及初級(jí)馬赫盤48相比稍遜界定的一系列一或多個(gè)后續(xù)桶形沖擊波及馬 赫盤。
[0028] 超音速自由射流擴(kuò)張34可大體上由桶形沖擊波直徑Db (通常定位在最寬部分處， 如圖2中指示）及馬赫盤48的下游位置Xm(如從入口孔隙28測(cè)量，更精確地從入口孔隙 28的產(chǎn)生音波表面的喉部29測(cè)量）來(lái)描繪特征。如此項(xiàng)技術(shù)中所知，Db及Xm尺寸可從入 口孔隙的大小（即，直徑Do)、離子源P0處的壓力及從真空室中的壓力P1來(lái)計(jì)算。在各種 方面中，為實(shí)現(xiàn)高靈敏度，可增大入口孔隙。然而，在使用較大入口孔隙的情況下（例如使 用具有大于約〇. 6_的直徑的入口孔隙），氣體動(dòng)力學(xué)及沖擊波可能影響離子聚集，這可降 低靈敏度?？赏ㄟ^(guò)將第二真空室45中的壓力測(cè)量為第一室26中的壓力的函數(shù)及通過(guò)將質(zhì) 譜儀中的離子信號(hào)測(cè)量為所述第一室中的壓力的函數(shù)來(lái)觀察沖擊波在所述室中的存在。當(dāng) 壓力改變時(shí)，沖擊波可由壓力及離子信號(hào)強(qiáng)度的突然非線性變化指示。壓力的小幅上升可 引起離子信號(hào)急劇下降，這是存在影響離子聚集及傳輸?shù)臎_擊波的指示。此效應(yīng)是不合意 的，這是因?yàn)檎婵諌毫Φ男》兓梢痨`敏度的大幅下降。本 申請(qǐng)人:已發(fā)現(xiàn)沖擊波由超 音速自由射流與離子引導(dǎo)件電極之間的相互作用產(chǎn)生。本 申請(qǐng)人:已發(fā)現(xiàn)用于在至少一個(gè)離 子引導(dǎo)件的第一區(qū)段中提供徑向方向上的降低的氣體引導(dǎo)性的方法及設(shè)備可阻尼掉沖擊 波且可提供更可預(yù)測(cè)且受控的壓力場(chǎng)及離子流。本 申請(qǐng)人:還發(fā)現(xiàn)提高徑向氣體傳導(dǎo)性使得 電極不與自由射流擴(kuò)張相互作用或不干擾自由射流擴(kuò)張或不阻礙自由射流擴(kuò)張也可減少 或消除沖擊波。
[0029] 在各種實(shí)施例中，如圖1中展示的絕緣套管50可用于降低徑向氣體傳導(dǎo)性。在各 種方面中，所述套管可圍繞至少一個(gè)離子引導(dǎo)件36的至少第一部分以阻尼由超音速自由 射流擴(kuò)張引起的沖擊波。
[0030] 在各種方面中，所述套管可至少包括超音速自由射流擴(kuò)張的長(zhǎng)度。在各種實(shí)施例 中，套管的長(zhǎng)度可在約5_與約30_之間。在各種實(shí)施例中，套管的直徑可包括至少一個(gè) 離子引導(dǎo)件的大約外徑。在各種方面中，套管可包括絕緣材料。在各種方面中，套管可包括 特氟龍（teflon)套管。
[0031] 在各種實(shí)施例中，至少一個(gè)離子引導(dǎo)件包括具有多個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的至少一個(gè)多極。 在各種方面中，所述至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件可包括具有四個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的四極、具有六個(gè) 細(xì)長(zhǎng)電極的六極、具有八個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的八極或更高數(shù)目的極或其任何組合。在各種實(shí)施例 中，所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件可包括一系列多極離子引導(dǎo)件。在各種方面中，所述系列的多 極離子引導(dǎo)件可包含四極、六極、八極或更高數(shù)目的極。所述極可為帶有此項(xiàng)技術(shù)中大體上 已知的RF電壓的細(xì)長(zhǎng)電極。含有更大數(shù)目的極或不同形狀的電極的其它配置也是可行的。 舉例來(lái)說(shuō)，所述電極可包括導(dǎo)線或桿且可具有正方形或平坦的橫截面而非圓形橫截面，或 所述電極可具有沿著伸長(zhǎng)長(zhǎng)度變化的橫截面。在各種實(shí)施例中，所述極可為多個(gè)電極區(qū)段， 其連接到對(duì)應(yīng)電力供應(yīng)器以在鄰近區(qū)段之間提供差分場(chǎng)。在各種實(shí)施例中，所述至少一個(gè) 離子引導(dǎo)件可包括環(huán)形離子引導(dǎo)件或離子漏斗，在環(huán)之間具有降低的徑向氣體傳導(dǎo)性。
[0032] 在各種實(shí)施例中，入口孔隙可為圓形的且可包括約0. 1mm與約2mm之間的直徑。在 各種方面中，圓形入口孔隙可包括約〇. 7mm的直徑。
[0033] 在各種實(shí)施例中，所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的預(yù)定橫截面可形成內(nèi)切圓且可包括 約3mm與約15mm之間的直徑。
[0034] 在各種方面中，真空室可包括約1托與約20托之間的壓力。在各種實(shí)施例中，真 空室可包括約3托的壓力。
[0035] 在各種實(shí)施例中，用于在至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的第一區(qū)段中提供降低的徑向氣體 傳導(dǎo)性（此可阻尼掉擴(kuò)張沖擊波）的方法及設(shè)備可包括至少一個(gè)離子引導(dǎo)件，其包括具有 多個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件，其中細(xì)長(zhǎng)電極之間的間隔可減小到小于0.8&/ η的距離，其中R〇為電極之間的內(nèi)切圓的半徑且η為電極數(shù)目。在各種方面中，可提供用于 在高壓區(qū)域中從樣本產(chǎn)生離子的離子源。在各種實(shí)施例中，可存在方法及設(shè)備，其中提供真 空室，所述真空室包括：入口孔隙，其用于將來(lái)自高壓區(qū)域的離子傳遞到真空室中；及出口 孔隙，其用于傳遞來(lái)自所述真空室的離子；其中入口孔隙的配置及高壓區(qū)域與真空室之間 的壓力差提供入口孔隙下游的超音速自由射流擴(kuò)張，所述超音速自由射流擴(kuò)張包括預(yù)定直 徑的桶形沖擊波。在各種方面中，可在入口孔隙與出口孔隙之間提供至少一個(gè)離子引導(dǎo)件， 所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件具有界定內(nèi)體積的預(yù)定橫截面，其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的 橫截面經(jīng)定大小為超音速自由射流擴(kuò)張的桶形沖擊波的預(yù)定直徑的至少50%。所述至少一 個(gè)離子引導(dǎo)件可包括具有多個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件，其中所述細(xì)長(zhǎng)電極之 間的間隔減小到小于〇. 的距離，且其中&為所述電極之間的內(nèi)切圓的半徑。在各種實(shí) 施例中，可提供電力供應(yīng)器，所述電力供應(yīng)器可向至少一個(gè)離子引導(dǎo)件提供RF電壓以用于 將所述離子徑向約束在至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的內(nèi)體積內(nèi)。在各種方面中，所述至少一個(gè)多 極離子引導(dǎo)件可選自具有四個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的四極離子引導(dǎo)件、具有六個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的六極離子 引導(dǎo)件、具有八個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的八極離子引導(dǎo)件及其任何組合。在各種方面中，至少一個(gè)多極 離子引導(dǎo)件的桿選自八極細(xì)長(zhǎng)電極及圓形細(xì)長(zhǎng)電極中的一者。在各種方面中，細(xì)長(zhǎng)電極之 間的間隔在約0. 4mm與約1. 5mm之間。在各種實(shí)施例中，細(xì)長(zhǎng)電極之間的間隔可沿著至少 一個(gè)離子引導(dǎo)件的長(zhǎng)度維持至少約5cm的距離。在各種方面中，細(xì)長(zhǎng)電極包括突起。在各 種方面中，突起包括小于桿在垂直于縱軸的最長(zhǎng)維度上的寬度的大約一半的寬度且高度大 于約1_。在各種方面中，至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件包括一系列多極離子引導(dǎo)件。在各種 方面中，入口孔隙是圓形的且具有約0. 1mm與約2mm之間的直徑。在各種方面中，圓形入口 孔隙包括約0. 7mm的直徑。在各種方面中，預(yù)定橫截面形成內(nèi)切圓且具有約3mm與約15_ 之間的直徑。在各種方面中，真空室具有約1托與約20托之間的壓力。在各種方面中，真 空室具有約3托的壓力。在各種方面中，至少一個(gè)離子引導(dǎo)件包括第一離子引導(dǎo)件，所述第 一離子引導(dǎo)件之后是第二離子引導(dǎo)件，其中第二離子引導(dǎo)件包括小于第一離子引導(dǎo)件的直 徑。在各種方面中，第二離子引導(dǎo)件包括具有在離子流的方向上朝向軸傾斜的內(nèi)表面的電 極。在各種方面中，第二離子引導(dǎo)件內(nèi)的內(nèi)切圓的直徑在入口處為約4_且在出口處為約 2mm 〇
[0036] 在各種實(shí)施例中，多極可包括四極且細(xì)長(zhǎng)電極之間的間隔可在約0. 4mm與約 1.5_之間。在各種方面中，細(xì)長(zhǎng)電極之間的間隔可沿著至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的長(zhǎng)度維持至 少約5cm的距離。
[0037] 在各種實(shí)施例中，至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件的桿可包括如圖3中展示的圓形細(xì)長(zhǎng) 電極。在圖3中，R為細(xì)長(zhǎng)電極的半徑，&為電極之間的內(nèi)切圓62的半徑或四極的中心軸 與電極的內(nèi)表面之間的距離，且X為細(xì)長(zhǎng)電極之間的間隙或間隔。在各種實(shí)施例中，四極的 圓形細(xì)長(zhǎng)電極之間的間隔可減小到小于〇. 的距離。在各種方面中，至少一個(gè)多極離子 引導(dǎo)件36的桿可包括如圖4中展示的扁圓細(xì)長(zhǎng)電極52。
[0038] 在各種方面中，細(xì)長(zhǎng)電極包括突起54,如圖5中所展示。在各種實(shí)施例中，突起包 括小于桿在垂直于縱軸的最長(zhǎng)維度上的寬度的大約一半的寬度且高度大于約1mm。突起可 提供增加的電場(chǎng)強(qiáng)度以實(shí)現(xiàn)更好的離子聚集。
[0039] 在各種實(shí)施例中，至少一個(gè)離子引導(dǎo)件包括第一離子引導(dǎo)件36,第一離子引導(dǎo)件 36之后是第二離子引導(dǎo)件56,其中第二離子引導(dǎo)件包括小于第一離子引導(dǎo)件的直徑，如圖 6中所展示。舉例來(lái)說(shuō)，圖6展示包括扁圓四極電極52的第一離子引導(dǎo)件及包括圓形四極 電極58的第二離子引導(dǎo)件56,但極的數(shù)目及形狀的任何組合是可行的。
[0040] 在各種方面中，第二離子引導(dǎo)件可包括具有在離子流的方向上朝向軸傾斜的內(nèi)表 面的電極。在各種實(shí)施例中，第二離子引導(dǎo)件內(nèi)的內(nèi)切圓60的直徑在入口處為約4_且在 出口端為約2mm。
[0041] 在各種實(shí)施例中，入口孔隙可為圓形的且可包括約0. 1mm與約2mm之間的直徑。在 各種方面中，圓形入口孔隙可包括約〇. 7mm的直徑。
[0042] 在各種實(shí)施例中，至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的預(yù)定橫截面可形成內(nèi)切圓且可包括約 3mm與約15mm之間的直徑。在各種實(shí)施例中，至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的預(yù)定橫截面可形成內(nèi) 切圓且可包括約7mm的直徑。
[0043] 在各種方面中，真空室可包括約1托與約20托之間的壓力。在各種實(shí)施例中，真 空室可包括約3托的壓力。
[0044] 在各種實(shí)施例中，提供一種方法及設(shè)備，其包括離子引導(dǎo)件，所述離子引導(dǎo)件具有 由面向內(nèi)的針狀物或細(xì)長(zhǎng)電極組成的圓柱形表面，其中交變RF相位沿著徑向表面且沿著 圓柱體的軸向表面，從而呈現(xiàn)針插象差效應(yīng)及在表面附近較強(qiáng)且朝向中心減弱的RF場(chǎng)。來(lái) 自RF場(chǎng)的梯度（約▽五 2 )的偽力可較強(qiáng)，從而抵消向外的氣體阻力。在各種方面中，幾 何形狀可允許可避免需要在每一針狀物之間使用絕緣體的簡(jiǎn)化構(gòu)造。在各種實(shí)施例中，幾 何形狀可允許提供強(qiáng)RF的可能性且適度地使需要約束離子的入口附近的RF表面光滑，移 動(dòng)到出口附近的四極場(chǎng)幾何形狀，其可提供朝向軸的更好的聚集。幾何形狀可通過(guò)朝向軸 移位一組針狀物來(lái)提供軸向場(chǎng)。其還可允許所述場(chǎng)向內(nèi)漸細(xì)，這可提供漏斗效應(yīng)。
[0045] 參考圖7,其舉例說(shuō)明本 申請(qǐng)人:的教示的各種實(shí)施例。在圖7以縱向橫截面圖大體 上展示針狀物離子引導(dǎo)件64。離子進(jìn)入離子引導(dǎo)件的前部，如方向66展示。圖7的底部展 示引導(dǎo)件72的第一部分的橫向橫截面，其由圍繞圓形的圓周安置的十二個(gè)針狀物組成。連 接RF電力供應(yīng)器40以向如所展示的鄰近針狀物76及78提供相反相位的RF電壓（大體上 指示為正" + "及負(fù)其中指示為正" + "的所有針狀物連接在一起且指示為負(fù)的所 有針狀物連接在一起。具有RF電壓的十二個(gè)針狀物圍繞圓周產(chǎn)生徑向十二極場(chǎng)。在引導(dǎo) 件72的第一部分中，也在軸向鄰近針狀物之間施加相反極性或相反相位（即，180°異相） 的RF相位（如圖7的頂部中展示），并且在徑向鄰近針狀物之間施加相反極性或相反相位 (即，180°異相）的RF相位（如上文描述且在圖7的底部中展示），從而提供軸向及徑向 RF場(chǎng)。在引導(dǎo)件74的第二部分（其包括圍繞圓周的4個(gè)針狀物）中，可維持鄰近軸向針狀 物之間的相同極性以使得軸向?qū)?zhǔn)針狀物可具有相同極性，這可提供更純的四極場(chǎng)。在各 種配置中，可在軸向方向上的鄰近針狀物之間施加相反相位。
[0046] 在各種實(shí)施例中，可沿著整個(gè)長(zhǎng)度維持12針狀物配置。在各種方面中，可沿著長(zhǎng) 度的至少一部分維持具有圍繞圓周的8n+4個(gè)針狀物的配置，其中η = 1，2,3......，等等。 在各種配置中，如所展示，由離子引導(dǎo)件的針狀物形成的內(nèi)部形狀可為扁圓或矩形的而非 圓形的，以便適應(yīng)非圓形的離子束形狀或形成非圓形的出口束。
[0047] 在各種方面中，可將漸細(xì)幾何形狀應(yīng)用到任何配置，使徑向間隔朝向出口降低以 提供聚集。
[0048] 為提供軸向場(chǎng)，可向其施加一個(gè)RF相位的一組針狀物可略微進(jìn)一步突出到空間 中。結(jié)合所述組針狀物上的不同DC電壓，可產(chǎn)生軸向場(chǎng)，如圖8中展示。一個(gè)相位的針狀 物可朝向軸進(jìn)一步突出，其中突出量沿著軸增加，如由虛線80大體上展示。如所述實(shí)例中 在圖8的底部處所展示，可向兩組針狀物中的每一者提供不同的DC電壓[正⑴及負(fù)（-) RF相位]，其中+20V施加到正的針狀物組且+15V施加到負(fù)的針狀物組。這可提供軸向電 場(chǎng)?？赏ㄟ^(guò)控制針狀物的突出的角度（虛線80的角度）及兩組針狀物之間的DC電位差異 來(lái)調(diào)整軸向場(chǎng)強(qiáng)度。
[0049] 在各種方面中，對(duì)每一相位的兩組針狀物的支撐可通過(guò)具有適當(dāng)定位的孔的兩個(gè) 同軸圓柱體來(lái)提供，如圖9中展示。圖9在左側(cè)展示用于針狀物的圓柱形支撐物的端視圖 且在右側(cè)展示用于針狀物的圓柱形支撐的側(cè)視圖。內(nèi)圓柱體82可具有供針狀物穿過(guò)的穿 通孔86。外圓柱體84可具有允許安裝內(nèi)針狀物的穿通孔88?？赏ㄟ^(guò)圓柱體中的孔圖案及 通過(guò)針狀物的長(zhǎng)度界定針狀物的位置及配置。
[0050] 在各種實(shí)施例中，兩個(gè)圓柱形支撐物可使用遠(yuǎn)離離子路徑的絕緣體來(lái)間隔。如果 電阻分壓器沿著軸所產(chǎn)生的明確DC梯度對(duì)于產(chǎn)生軸向場(chǎng)是必需的，那么可并入個(gè)別電阻 器及電容器。然而，軸向場(chǎng)的幾何產(chǎn)生可為足夠的。
[0051] 在各種方面中，離子引導(dǎo)件在內(nèi)側(cè)上可看起來(lái)像針墊?？梢詫?shí)驗(yàn)方式或通過(guò)仿真 來(lái)優(yōu)化針狀物的間隔及定位。在各種方面中，離子引導(dǎo)件的前區(qū)段中的小針狀物的直徑可 為0.5mm。在各種方面中，大針狀物的直徑可為2mm。
[0052] 當(dāng)通過(guò)進(jìn)入真空的孔隙從大氣壓離子源取樣離子時(shí)，所述離子在高速發(fā)散氣體射 流中擴(kuò)張，必須從所述氣體射流提取并聚集離子。更大的孔口直徑提供更高的離子通量，但 也引起更高的氣體壓力且因此引起對(duì)離子的更多阻力，為聚集離子，必須克服所述阻力。此 夕卜，更大的孔口直徑使得避免將污染物、簇、顆粒及微滴引入真空室更加困難。這些雜質(zhì)可 沉淀在RF離子引導(dǎo)件元件及透鏡上，從而引起可充電的絕緣層，導(dǎo)致靈敏度損失。希望提 供較強(qiáng)的密閉及聚集來(lái)從發(fā)散氣體流提取離子，從而允許氣體被徑向泵離，同時(shí)軸向約束 及聚集離子。還希望產(chǎn)生較強(qiáng)密閉電場(chǎng)而不引入可限制氣體流且可被雜質(zhì)污染的電極表 面。
[0053] 本 申請(qǐng)人:的教示提供一種由具有小直徑電極的RF離子引導(dǎo)件組成的方法及設(shè) 備。在各種方面中，所述電極可為細(xì)導(dǎo)線。在各種實(shí)施例中，所述細(xì)導(dǎo)線的直徑可為約 0. 01mm到約0. 5mm。此類小直徑橫穿流的較小部分，且較少被夾帶的物質(zhì)（例如微滴及顆 粒）將沉淀在電極上。另外，因?yàn)楸砻骐姾筛袘?yīng)場(chǎng)相比于所施加電壓的相對(duì)值，沉淀且變?yōu)?充電的任何材料可對(duì)離子運(yùn)動(dòng)具有較小影響。電極的表面積越小，表面電荷的影響就越小。 此提高可從電極之間的面積相比于電極表面積的比率的增加來(lái)導(dǎo)出。
[0054] 由4根導(dǎo)線形成的四極可能不足以提供有效密閉場(chǎng)，這是因?yàn)殡妶?chǎng)（對(duì)于導(dǎo)線上 的相同電壓）過(guò)弱。在某種程度上，可通過(guò)增大導(dǎo)線上的電壓來(lái)緩解此現(xiàn)象，但在更遠(yuǎn)離軸 的區(qū)域中所述場(chǎng)可能過(guò)弱。所施加電壓不應(yīng)過(guò)高而引起放電或形成電弧，其可在1托的壓 力下在高于300V或400V的電壓下發(fā)生。增加圍繞內(nèi)切圓的相同直徑的導(dǎo)線的數(shù)目可增大 密閉場(chǎng)。更大數(shù)目的導(dǎo)線（其中在鄰近導(dǎo)線之間具有相反RF相位）可產(chǎn)生更高階的多極 場(chǎng)。舉例來(lái)說(shuō)，其可含有但不限于12根定位在同一內(nèi)切圓上的導(dǎo)線。具有足夠數(shù)目的導(dǎo)線 或小直徑的導(dǎo)線多極可提供允許氣體及顆粒逸出的小表面積但仍可提供足夠強(qiáng)的電場(chǎng)來(lái) 將離子密閉在離子引導(dǎo)件內(nèi)。因此，包括12根或多達(dá)100根導(dǎo)線的高階多極可為離子提供 強(qiáng)密閉場(chǎng)，同時(shí)呈現(xiàn)不阻礙氣體流且不會(huì)被污染的小表面積。
[0055] 高階多極通常不能提供到小束直徑的強(qiáng)聚集。為實(shí)現(xiàn)此聚集，理想的幾何形狀為 四極場(chǎng)。因此，可使多極平穩(wěn)過(guò)渡到較小直徑的四極。在離子引導(dǎo)件的前部附近（此處氣壓 及速度較高）可能需要由高階多極提供的強(qiáng)密閉。隨著離子熱化且氣體密度及速度下降， 對(duì)強(qiáng)徑向密閉的需要下降且四極場(chǎng)可提供離子聚集。
[0056] 在各種實(shí)施例中，提供一種用于執(zhí)行質(zhì)量分析的方法及系統(tǒng)，其包括提供用于在 高壓區(qū)域中從樣本產(chǎn)生離子的離子源。在各種實(shí)施例中，所述離子可傳遞到真空室中，所 述真空室包括：入口孔隙，其用于將來(lái)自高壓區(qū)域的離子傳遞到真空室中；及出口孔隙，其 用于傳遞來(lái)自所述真空室的離子，其中入口孔隙的配置及高壓區(qū)域與真空室之間的壓力差 提供入口孔隙下游的超音速自由射流擴(kuò)張，所述超音速自由射流擴(kuò)張包括預(yù)定直徑的桶形 沖擊波。在各種實(shí)施例中，在入口孔隙與出口孔隙之間提供至少一個(gè)較高階多極離子引導(dǎo) 件，所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件包括導(dǎo)線，且提供電力供應(yīng)器，所述電力供應(yīng)器用于向所述至 少一個(gè)離子引導(dǎo)件施加 RF電壓以將所述離子徑向約束在所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的內(nèi)體 積內(nèi)，其中在鄰近導(dǎo)線之間施加相反RF相位。在各種方面中，導(dǎo)線多極離子引導(dǎo)件從真空 室朝向出口匯聚，以形成比在真空室的入口附近形成的多極離子引導(dǎo)件更低階的多極離子 引導(dǎo)件。在各種實(shí)施例中，所述更低階多極離子引導(dǎo)件包括四極。在各種方面中，可以與導(dǎo) 線多極離子引導(dǎo)件的軸所成的某個(gè)角度引導(dǎo)超音速自由射流擴(kuò)張。在各種實(shí)施例中，超音 速自由射流擴(kuò)張與導(dǎo)線多極離子引導(dǎo)件的軸之間的角度可在約1度與約10度之間。在各 種方面中，可使孔隙的平面傾斜以便以與多極離子引導(dǎo)件的軸所成的某個(gè)角度引導(dǎo)自由射 流。在各種實(shí)施例中，導(dǎo)線多極離子引導(dǎo)件中的導(dǎo)線的直徑可為約0. 〇1_到約0. 5_。
[0057] 在各種方面中，本 申請(qǐng)人:的教示包括一種導(dǎo)線離子引導(dǎo)件，其以較高階多極開(kāi)始 且平穩(wěn)過(guò)渡到四極。本 申請(qǐng)人:的教示可在離子引導(dǎo)件的前部處為取樣離子提供更強(qiáng)的密閉 且在出口處提供到四極的平穩(wěn)過(guò)渡，此可更強(qiáng)力的聚集離子。如圖1〇(其展示離子引導(dǎo)件 90)中舉例說(shuō)明，十二根導(dǎo)線92在入口附近形成十二極，其在圖10的左側(cè)部分中以橫向于 軸的橫截面展示。實(shí)心圓形組表示連接到RF電力供應(yīng)器（未展示）的正（+)相的六根導(dǎo) 線組，且灰色陰影圓形組表示連接到RF電力供應(yīng)器的負(fù)（-)相的六根導(dǎo)線組。在一些配置 中，所述導(dǎo)線中的四根可朝向出口平穩(wěn)匯聚（如表示導(dǎo)線中的兩根（另兩根導(dǎo)線未在此視 圖中展示）的兩根虛線展示），從而在出口附近形成四極場(chǎng)。其它八根導(dǎo)線可與軸平行。僅 在圖10中展示十二根導(dǎo)線中的兩根，應(yīng)理解導(dǎo)線連接入口及出口處的導(dǎo)線的位置的入口 及出口表示。圖10中展示的配置在入口附近導(dǎo)致十二極場(chǎng)且在出口附近導(dǎo)致四極場(chǎng)。離 子束可通過(guò)此配置朝向出口聚集。
[0058] 在各種實(shí)施例中，可在入口附近使用多根導(dǎo)線。舉例來(lái)說(shuō)，在各種方面中，12、20、 28等等最多100根導(dǎo)線或更多根導(dǎo)線可位于入口附近。在各種實(shí)施例中，本 申請(qǐng)人:的教示 還可包括匯聚多極，其中所有導(dǎo)線朝向出口匯聚。在各種實(shí)施例中，所述導(dǎo)線中的一些可朝 向出口匯聚以形成比出口附近形成的多極更低階的多極，而其它導(dǎo)線保持與軸平行，或在 到達(dá)多極的末端之前終止。在各種方面中，橫截面可為橢圓或矩形的或具有不同于圓形的 另一形狀以適應(yīng)入口或出口處的不同束形狀。
[0059] 在各種方面中，本 申請(qǐng)人:的教示可在自由射流擴(kuò)張中包括導(dǎo)線多極。在各種實(shí)施 例中，導(dǎo)線直徑可為小于約〇. 5_到約0. 01_。在各種實(shí)施例中，本 申請(qǐng)人:的教示可包括朝 四極場(chǎng)平穩(wěn)匯聚的較高階多極。在各種方面中，本 申請(qǐng)人:的教示可包括導(dǎo)線多極，其安置成 與氣流射流成某個(gè)角度以從氣流射流捕獲及引導(dǎo)離子而不中斷氣體流。
[0060] 在各種實(shí)施例中，導(dǎo)線多極可形成有彎曲形狀或歪曲形狀使得離子束以約10度 與約90度之間的角度被從軸引導(dǎo)離開(kāi)。導(dǎo)線結(jié)構(gòu)可使中性束在沒(méi)有限制的情況下前進(jìn)，而 離子從氣體流轉(zhuǎn)向。在各種方面中，此配置可有助于保護(hù)定位在來(lái)自離子引導(dǎo)件的出口處 的離子透鏡不被污染。在各種實(shí)施例中，本 申請(qǐng)人:的教示可包括在自由射流中使用彎曲導(dǎo) 線多極。在各種方面中，本 申請(qǐng)人:的教示可包括朝四極匯聚的多極的組合。
[0061] 在各種實(shí)施例中，本 申請(qǐng)人:的教示可通過(guò)在離子透鏡的前方提供網(wǎng)格來(lái)減少污染 對(duì)所述離子透鏡的影響。大多數(shù)污染可通過(guò)網(wǎng)格而到達(dá)所述透鏡。網(wǎng)格上的電壓可在相對(duì) 于離子引導(dǎo)件的上游側(cè)上提供最佳場(chǎng)。在網(wǎng)格與透鏡之間可提供小電壓來(lái)a)拉動(dòng)離子通 過(guò)網(wǎng)格及b)克服污染對(duì)透鏡的影響?？稍陔x子引導(dǎo)件從大氣壓取樣離子的端部處提供網(wǎng) 格/透鏡兀件。
[0062] 與將來(lái)自自由射流擴(kuò)張的離子聚集到真空中相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題中的一者為可在馬赫 盤的下游形成強(qiáng)氣體射流，所述氣體射流的速度為每秒數(shù)百米。這減少了離子通過(guò)離子引 導(dǎo)件的渡越時(shí)間且可抑制離子的聚集。氣體射流還可沖擊出口孔隙而引起更多氣體進(jìn)入后 面的真空室，從而在接下來(lái)的室中需要更多或更大的真空泵。為減少?gòu)目琢鞒龅臍怏w射流 的沖擊并從所述射流移除離子使其進(jìn)入靜態(tài)氣體的更靜止區(qū)域（其中氣體速度更低且氣 體密度更低，使得可更好地聚集離子）中，可以與離子引導(dǎo)件的主軸所成的某個(gè)角度引導(dǎo) 來(lái)自孔隙的射流，如圖11中所展示。從高壓離子源開(kāi)始的通過(guò)板106中的孔隙94擴(kuò)張的 氣體（例如到真空中的電射流或APCI)形成如此項(xiàng)技術(shù)中已知的自由射流96且還形成延 伸超過(guò)自由射流很遠(yuǎn)的氣體流或氣體引導(dǎo)射流98。更長(zhǎng)且更密集的氣體射流大體上由較 大孔口形成。氣體射流的大小及延伸度還受到真空室中的壓力影響。接著，由自由射流94 形成的氣體射流96可被引導(dǎo)遠(yuǎn)離通往下一個(gè)真空室的孔隙100。接著，離子可被更有效地 密閉及聚集在RF離子引導(dǎo)件內(nèi)。在各種方面中，本 申請(qǐng)人:的教示可包括對(duì)于氣體流來(lái)說(shuō)幾 乎是透明的導(dǎo)線多極，所述導(dǎo)線多極由大體上由虛線102指示的微細(xì)導(dǎo)線或小直徑電極組 成，其中應(yīng)理解僅所述導(dǎo)線中的兩根由虛線展示，其中相反RF相位施加在鄰近導(dǎo)線之間。 在各種實(shí)施例中，導(dǎo)線多極在入口處的內(nèi)切直徑可至少等于自由射流及氣體射流的直徑的 50%，且在各種方面中大于自由射流的直徑。在各種實(shí)施例中，導(dǎo)線之間的空間（X)與導(dǎo)線 直徑（D)的比率可大于3倍；在各種方面中，其可大于5倍；且在各種方面中，其可大于10 倍以提供對(duì)氣體射流的最小干擾。應(yīng)注意，常規(guī)多極離子引導(dǎo)件取決于極的數(shù)目可具有〇. 5 或更小的X/D。通過(guò)使用微細(xì)導(dǎo)線或小直徑電極來(lái)減小電極的表面積還可減少可引起對(duì)所 述流的干擾的沖擊波的形成。沖擊波可降低離子引導(dǎo)件內(nèi)的離子聚集及密閉的效率。
[0063] 如圖11中所展示，可通過(guò)使孔口孔隙的平面傾斜角度104來(lái)控制氣體射流相對(duì)于 離子引導(dǎo)件的軸的角度，使得孔隙的平面相對(duì)于垂直平面成某個(gè)角度，其中垂直平面相對(duì) 于由所述孔口與來(lái)自真空室的出口孔隙之間的線形成的軸（其也為離子引導(dǎo)件的中心軸） 呈90度。在各種方面中，替代地，可提供相對(duì)于離子引導(dǎo)件的中心軸傾斜的管狀入口孔隙。 可控制自由射流擴(kuò)張的角度且因此控制氣體射流的角度的關(guān)鍵參數(shù)為由出口孔隙的邊緣 的圓周形成的孔隙的平面的角度，不管所述孔隙是定位在管的末端中還是定位在板或薄盤 中。擴(kuò)張及氣體射流的方向可由直接圍繞出口孔隙的壁控制。在各種方面中，即使出口孔 隙的圓周不是平面的也可通過(guò)調(diào)整出口孔隙的形狀來(lái)控制擴(kuò)張及氣體射流的方向。通過(guò)對(duì) 出口孔隙的平面或出口的圓周的形狀的任何合適調(diào)整，可引導(dǎo)擴(kuò)張及氣體射流使得射流相 對(duì)于離子引導(dǎo)件成角度，且使得所述射流對(duì)來(lái)自所述室的出口處的壁的沖擊遠(yuǎn)離出口孔隙 而定位，以避免或減小沖擊壓力。所述角度可使得氣體射流的主核心在來(lái)自離子引導(dǎo)件的 出口處在離子引導(dǎo)件的邊界外。實(shí)際角度將取決于離子引導(dǎo)件的長(zhǎng)度及氣體射流的直徑。 通常，室可為約10cm到約20cm長(zhǎng)，且氣體射流可具有約3mm直到約10mm到15mm的直徑， 使得所述角度將從約1度一直變化到約8. 5度。更大的角度可為可行的以引導(dǎo)氣體射流進(jìn) 一步遠(yuǎn)離離子引導(dǎo)件。
[0064] 離子可通過(guò)導(dǎo)線RF多極捕獲且密閉在離子引導(dǎo)件內(nèi)。在各種實(shí)施例中，多極可由 具有某個(gè)大小的以圓形或非圓形形狀圍繞入口的直徑定位以捕獲離子和氣體射流的導(dǎo)線 組成。鄰近導(dǎo)線可施加有RF電壓的交替相位。在各種方面中，導(dǎo)線的數(shù)目可為2n，其中η 為多極的階數(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，如果η = 2,那么多極為四極。如果η = 4,那么多極為八極。 [0065] 導(dǎo)線之間的間隔可較大以使氣體射流幾乎無(wú)阻礙地逸出，但導(dǎo)線可足夠緊密地間 隔使離子束可由桿之間的RF場(chǎng)密閉。在各種方面中，對(duì)于約5_的典型束直徑，導(dǎo)線多極 可具有約〇. 1_的導(dǎo)線直徑及約〇. 5_的導(dǎo)線間隔，且多極的入口處的內(nèi)切圓的直徑可為 約10_。在各種方面中，接著，入口處的導(dǎo)線數(shù)目可為52。在各種方面中，導(dǎo)線多極可通過(guò) 使較小數(shù)目的導(dǎo)線朝向出口匯聚而朝向出口漸細(xì)。舉例來(lái)說(shuō)，圍繞入口相等間隔的52根導(dǎo) 線中的8根可朝來(lái)自多極的出口處的約4mm的較小直徑匯聚以形成鄰近導(dǎo)線上具有相反RF 相位的八極，其中其它導(dǎo)線繼續(xù)平行于多極的軸或在離子引導(dǎo)件的末端之前終止。在各種 實(shí)施例中，8根導(dǎo)線可朝出口處的約6mm的直徑匯聚且4根導(dǎo)線可朝出口處的約4mm的直徑 匯聚，從而提供從入口處的較高階多極場(chǎng)到八極場(chǎng)且接著到出口處由鄰近導(dǎo)線上具有相反 相位的4根導(dǎo)線支配的四極場(chǎng)的過(guò)渡。四極場(chǎng)可提供較強(qiáng)聚集場(chǎng)以將離子束擠壓到較小直 徑。在各種方面中，所有導(dǎo)線可從入口處的較大直徑向出口處的較小直徑平穩(wěn)匯聚。在各 種方面中，當(dāng)出口孔隙相對(duì)大使得離子需要被密閉而非聚集到小直徑時(shí)，導(dǎo)線或電極可為 平行的使得離子引導(dǎo)件不朝向出口匯聚。
[0066] 趨向于引起離子逸出的離子的徑向速度可歸因于氣體射流。通常，射流的軸向速 度可為200m/s到400m/s，使得如果多極處于10度的角度，那么徑向速度分量可為大約5m/ s到lOm/s。離子引導(dǎo)件經(jīng)配置以將離子密閉在離子引導(dǎo)件內(nèi)，而成角度氣體射流將大部分 氣流引導(dǎo)到離子引導(dǎo)件外的區(qū)域或至少引導(dǎo)到不與出口孔隙的區(qū)域相交的區(qū)域，在所述區(qū) 域處氣體可被泵離。RF電壓及導(dǎo)線之間的間隔經(jīng)配置以相對(duì)氣體的流出而將離子密閉在離 子引導(dǎo)件內(nèi)。對(duì)于密閉場(chǎng)的強(qiáng)度要求在此項(xiàng)技術(shù)中是已知的。如此項(xiàng)技術(shù)中所知，所需的 RF電壓可取決于離子的m/z值且可以實(shí)驗(yàn)方式確定。RF電壓通常為用戶可調(diào)整參數(shù)，當(dāng)質(zhì) 譜儀在一質(zhì)量范圍上掃描時(shí)所述用戶可調(diào)整參數(shù)可調(diào)諧或掃描或以m/z斜升。
[0067] 取決于待傳輸?shù)馁|(zhì)量，施加到導(dǎo)線元件的電壓可具有從約50V峰間值直到至少約 500V峰間值的數(shù)量級(jí)。
[0068] 本說(shuō)明書中引述的所有文獻(xiàn)及類似材料（包含但不限于，專利、專利申請(qǐng)案、文 章、書籍、條約及網(wǎng)頁(yè)）明確以全文引用的方式并入，而與此類文獻(xiàn)及類似材料的格式無(wú) 關(guān)。在所并入的文獻(xiàn)及類似材料中的一或多者（包含但不限于所定義的術(shù)語(yǔ)、術(shù)語(yǔ)使用、所 描述的技術(shù)或類似物）背離本申請(qǐng)案或與本申請(qǐng)案抵觸的情況下，以本申請(qǐng)案為準(zhǔn)。
[0069] 雖然已參考具體說(shuō)明性實(shí)施例特定展示及描述本 申請(qǐng)人:的教示，但應(yīng)理解可在不 背離本教示的精神及范圍的情況下做出形式及細(xì)節(jié)方面的各種改變。因此，主張落在本教 示的范圍及精神內(nèi)的所有實(shí)施例及其等效物。本 申請(qǐng)人:的教示的方法的描述及圖式不應(yīng)理 解為限于所描述的元件順序，除非如此陳述。
[0070] 雖然已結(jié)合各種實(shí)施例及實(shí)例描述本 申請(qǐng)人:的教示，但不希望本 申請(qǐng)人:的教示限 于此類實(shí)施例或?qū)嵗Ｏ喾?，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，本 申請(qǐng)人:的教示涵蓋各種替代 物、修改及等效物，且認(rèn)為所有此類修改或變化在本發(fā)明的領(lǐng)域及范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于執(zhí)行質(zhì)量分析的方法，其包括： 在高壓區(qū)域中從樣本產(chǎn)生離子； 將所述離子傳遞到真空室中，所述真空室包括：入口孔隙，其用于將來(lái)自所述高壓區(qū)域 的所述離子傳遞到所述真空室中；及出口孔隙，其用于傳遞來(lái)自所述真空室的離子；其中 所述入口孔隙的配置及所述高壓區(qū)域與所述真空室之間的壓力差提供所述入口孔隙下游 的超音速自由射流擴(kuò)張，所述超音速自由射流擴(kuò)張包括預(yù)定直徑的桶形沖擊波； 在所述入口孔隙與所述出口孔隙之間提供至少一個(gè)離子引導(dǎo)件，所述至少一個(gè)離子引 導(dǎo)件具有界定內(nèi)體積的預(yù)定橫截面；其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的所述橫截面經(jīng)定大小 為所述超音速自由射流擴(kuò)張的所述桶形沖擊波的所述預(yù)定直徑的至少50% ; 將RF電壓施加到所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件以將所述離子徑向約束在所述至少一個(gè)離 子引導(dǎo)件的所述內(nèi)體積內(nèi)；以及 在所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的第一區(qū)段中降低徑向氣體傳導(dǎo)性以阻尼由所述超音速 自由射流擴(kuò)張引起的沖擊波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述降低氣體傳導(dǎo)性的步驟包括使用絕緣套管圍 繞所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的長(zhǎng)度的至少第一部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述套管至少包括所述超音速自由射流擴(kuò)張的長(zhǎng) 度，任選地 其中所述套管的長(zhǎng)度在約5mm與約30mm之間，任選地 其中所述套管的直徑包括所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的大約外徑，且任選地 其中所述套管由絕緣材料組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件包括具有多個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極 的至少一個(gè)多極，且任選地 其中所述至少一個(gè)多極包括一系列多極離子引導(dǎo)件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件選自具有四個(gè)細(xì)長(zhǎng) 電極的四極離子引導(dǎo)件、具有六個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的六極離子引導(dǎo)件及具有八個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的八極 離子引導(dǎo)件及其任何組合，任選地 其中所述降低氣體傳導(dǎo)性的步驟包括將所述細(xì)長(zhǎng)電極之間的間隔減小到小于〇. 的 距離，其中R〇為所述離子引導(dǎo)件內(nèi)的內(nèi)切圓的半徑，任選地 其中所述至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件的桿選自扁圓細(xì)長(zhǎng)電極及圓形細(xì)長(zhǎng)電極中的一者， 任選地 其中所述細(xì)長(zhǎng)電極之間的所述間距在約〇. 4mm與約1. 5mm之間，且任選地。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述細(xì)長(zhǎng)電極之間的所述間距沿著所述至少一個(gè) 離子引導(dǎo)件的所述長(zhǎng)度維持至少約5cm的距離。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述細(xì)長(zhǎng)電極包括突起，且任選地 其中所述突起包括小于所述桿在垂直于所述縱軸的最長(zhǎng)維度上的寬度的大約一半的 覽度，且聞度大于約1_。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述入口孔隙是圓形的且具有約0. 1mm到約2mm 之間的直徑，且任選地 其中所述圓形入口孔隙包括約〇. 7_的直徑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定橫截面形成內(nèi)切圓且具有在約3mm與約 15mm之間的直徑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述真空室具有在約1托與約20托之間的壓力， 且任選地 其中所述真空室具有約3托的壓力。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件包括第一離子引導(dǎo)件， 所述第一離子引導(dǎo)件之后是第二離子引導(dǎo)件，其中所述第二離子引導(dǎo)件包括小于所述第一 離子引導(dǎo)件的直徑，任選地 其中所述第二離子引導(dǎo)件包括具有在離子流的方向上朝向所述軸傾斜的內(nèi)表面的電 極，且任選地 其中所述第二離子引導(dǎo)件內(nèi)的所述內(nèi)切圓的所述直徑在入口端處為約4_且在出口 端處為約2mm。
12. -種質(zhì)譜儀，其包括： 離子源，其用于在高壓區(qū)域中從樣本產(chǎn)生離子； 真空室，其包括：入口孔隙，其用于將來(lái)自所述高壓區(qū)域的所述離子傳遞到所述真空室 中；及出口孔隙，其用于傳遞來(lái)自所述真空室的離子；其中所述入口孔隙的配置及所述高 壓區(qū)域與所述真空室之間的壓力差提供所述入口孔隙下游的超音速自由射流擴(kuò)張，所述超 音速自由射流擴(kuò)張包括預(yù)定直徑的桶形沖擊波； 至少一個(gè)離子引導(dǎo)件，其在所述入口孔隙與所述出口孔隙之間，所述至少一個(gè)離子引 導(dǎo)件具有界定內(nèi)體積的預(yù)定橫截面；其中所述離子引導(dǎo)件的所述橫截面經(jīng)定大小為所述超 音速自由射流擴(kuò)張的所述桶形沖擊波的所述預(yù)定直徑的至少50% ; 電力供應(yīng)器，其用于向所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件提供RF電壓以將所述離子徑向約束 在所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的所述內(nèi)體積內(nèi)；及 絕緣套管，其用于降低徑向氣體傳導(dǎo)性，所述套管圍繞所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的至 少第一部分以阻尼由所述超音速自由射流擴(kuò)張引起的沖擊波。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的質(zhì)譜儀，其中所述套管至少包括所述超音速自由射流擴(kuò)張 的長(zhǎng)度，任選地 其中所述套管的長(zhǎng)度在約5mm與約30mm之間，任選地 其中所述套管的直徑包括所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的大約外徑，任選地 其中所述套管由絕緣材料組成，且任選地 其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件包括一系列多極離子引導(dǎo)件。
14. 一種質(zhì)譜儀，其包括： 離子源，其用于在高壓區(qū)域中從樣本產(chǎn)生離子； 真空室，其用于包括：入口孔隙，其用于將來(lái)自所述高壓區(qū)域的所述離子傳遞到所述真 空室中；及出口孔隙，其用于傳遞來(lái)自所述真空室的離子；其中所述入口孔隙的配置及所 述高壓區(qū)域與所述真空室之間的壓力差提供所述入口孔隙下游的超音速自由射流擴(kuò)張，所 述超音速自由射流擴(kuò)張包括預(yù)定直徑的桶形沖擊波； 至少一個(gè)離子引導(dǎo)件，其在所述入口孔隙與所述出口孔隙之間，所述至少一個(gè)離子引 導(dǎo)件具有界定內(nèi)體積的預(yù)定橫截面；其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的所述橫截面經(jīng)定大小 為所述超音速自由射流擴(kuò)張的所述桶形沖擊波的所述預(yù)定直徑的至少50% ;所述至少一個(gè) 離子引導(dǎo)件包括具有多個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件，其中所述細(xì)長(zhǎng)電極之間的 間隔減小到小于〇. 的距離，且其中&為所述電極之間的內(nèi)切圓的半徑；以及 電力供應(yīng)器，其用于向所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件提供RF電壓以將所述離子徑向約束 在所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的所述內(nèi)體積內(nèi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的質(zhì)譜儀，其中所述至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件選自具有四個(gè) 細(xì)長(zhǎng)電極的四極離子引導(dǎo)件、具有六個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的六極離子引導(dǎo)件及具有八個(gè)細(xì)長(zhǎng)電極的 八極離子引導(dǎo)件及其任何組合，任選地 其中所述至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件的桿選自扁圓細(xì)長(zhǎng)電極及圓形細(xì)長(zhǎng)電極中的一者， 任選地 其中所述預(yù)定橫截面形成內(nèi)切圓且具有在約3mm與約15mm之間的直徑，且任選地 其中所述至少一個(gè)多極離子引導(dǎo)件包括一系列多極離子引導(dǎo)件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述細(xì)長(zhǎng)電極之間的所述間隔在約0. 4mm與約 1. 5mm之間，且任選地 其中所述細(xì)長(zhǎng)電極之間的所述間距沿著所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件的所述長(zhǎng)度維持至 少約5cm的距離。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的質(zhì)譜儀，其中所述細(xì)長(zhǎng)電極包括突起，且任選地 其中所述突起包括小于所述桿在垂直于所述縱軸的最長(zhǎng)維度上的寬度的大約一半的 覽度，且聞度大于約1_。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的質(zhì)譜儀，其中所述入口孔隙是圓形的且具有在約0. 1mm與 約2mm之間的直徑，且任選地 其中所述圓形入口孔隙包括約〇. 7_的直徑。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的質(zhì)譜儀，其中所述真空室具有在約1托與約20托之間的壓 力，且任選地 其中所述真空室具有約3托的壓力。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的質(zhì)譜儀，其中所述至少一個(gè)離子引導(dǎo)件包括 第一離子引導(dǎo)件，所述第一離子引導(dǎo)件之后是第二離子引導(dǎo)件，其中所述第二離子引 導(dǎo)件包括小于所述第一離子引導(dǎo)件的直徑，任選地 其中所述第二離子引導(dǎo)件包括具有在離子流的方向上朝向所述軸傾斜的內(nèi)表面的電 極，且任選地 其中所述第二離子引導(dǎo)件內(nèi)的所述內(nèi)切圓的所述直徑在入口處為約4_且在出口處 為約2mm。
【文檔編號(hào)】H01J49/26GK104160474SQ201380012752
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月1日
【發(fā)明者】哈桑·賈瓦希里, 布魯斯·A·湯姆森 申請(qǐng)人:Dh科技發(fā)展私人貿(mào)易有限公司