用于從氣體流中分離離子的射頻裝置以及其方法
【專利摘要】一種用于在質(zhì)譜儀內(nèi)傳輸離子的方法，該方法包括：將這些離子和中性分子輸入到一個離子傳輸裝置的一個第一末端，該離子傳輸裝置包括多個非共平面的環(huán)形電極部分，這些環(huán)形電極部分具有對應的中心孔口，這些中心孔口具有的中心沿著一條公共軸線并且限定一個離子通道，這些中心孔口的半徑在從該離子傳輸裝置的第一末端至一個第二末端的方向上減少；施加一組射頻電壓到該多個電極部分上，使得這些離子從該第一末端傳遞至該第二末端的同時保持被基本上限制在該離子通道內(nèi)；將這些中性分子從該離子傳輸裝置中通過與限定該離子通道的孔口不同的多個通道或孔口排出，該排出在不與該軸線垂直的一個或多個方向上進行。
【專利說明】用于從氣體流中分離離子的射頻裝置以及其方法發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明總體上涉及用于質(zhì)譜儀的離子光學器件，并且更具體地涉及用于將離子從一個或多個大氣壓或接近大氣壓的離子源轉(zhuǎn)移至一個抽空區(qū)域的一種裝置。
發(fā)明背景
[0002]質(zhì)譜分析技術通常在高真空條件下進行。然而，用于產(chǎn)生用于MS分析的離子的各種類型的離子源在或接近大氣壓力下操作。因此，本領域的普通技術人員持續(xù)面臨與以下相關聯(lián)的挑戰(zhàn):傳輸在大氣壓或接近大氣壓下產(chǎn)生的離子和其他帶電粒子，并且在許多情況下被包含在一個大的氣流內(nèi)，傳輸?shù)骄S持在高真空下的區(qū)域內(nèi)。
[0003]在質(zhì)譜分析領域中已經(jīng)提出各種方法用于改進離子到低真空區(qū)域內(nèi)的傳輸效率。例如，圖1A-1B是質(zhì)譜儀系統(tǒng)1-2的兩個示意性描繪，這些質(zhì)譜儀系統(tǒng)利用一個離子傳輸裝置以便將在接近大氣壓下產(chǎn)生的離子遞送到在高真空條件下運行的一個質(zhì)量分析器。作為一個實例，分析物離子可以由電噴射技術通過將包括一個羽流9的樣品帶電離子和液滴經(jīng)由一個電噴射探針10引入到一個電離室7內(nèi)來形成。對于一個利用該電噴射技術的離子源，電離室7將通常保持在或接近大氣壓。盡管展示了一個電噴射離子源，該離子源可以包括任何其他常規(guī)連續(xù)或脈沖的大氣壓離子源，如一個熱噴射源、一個APCI源或一個MALDI源。
[0004]在圖1A-1B中示出的系統(tǒng)1-2中，這些分析物離子，與背景氣體和部分去溶劑化的液滴一起，流入一個常規(guī)離子遷移管15 (例如，一個窄孔的毛細管)的入口端并且在一個壓力梯度的影響下橫穿該管的長度。分析物離子遷移管15優(yōu)選被保持為與一個加熱模塊12良好熱接觸。這些分析物離子從離子遷移管15的出口端出來，該出口端向位于一個第一低真空室13內(nèi)的一個離子傳輸裝置5的入口 27打開。如由箭頭指示的，室13通過例如一個機械泵或等效通過真空端口 31被抽空至一個低真空壓力。在典型的工作條件下，在低真空室13內(nèi)的壓力將在1-10托(大致1-10毫巴)的范圍內(nèi)，但據(jù)信該離子傳輸裝置5可以在低真空和接近大氣壓的一個寬范圍內(nèi)(例如在0.1毫巴與I巴之間)成功操作。
[0005]在通過離子傳輸裝置5收縮為一個窄束之后，將這些離子引導通過提取透鏡14的孔口 22以便離開第一低壓室13并且進入一個離子累積器36，該離子累積器也通過一個第二真空端口 35同樣被抽空，但至比在第一低壓室13中的壓力更低的壓力。離子累積器36作用以累積從由離子源10產(chǎn)生的離子衍生的離子。離子累積器36可以例如處于一個多極離子導向器的形式，如一個RF四極離子阱或一個RF線性多極離子阱。在離子累積器36是一個RF四極離子阱時，在該RF四極離子阱中捕獲的離子質(zhì)荷比的范圍和效率可以通過例如選擇用于產(chǎn)生該四極場的RF和DC電壓，或施加輔助場，例如寬帶波形來進行控制?？梢詫⒁环N碰撞或阻尼氣體如氦氣、氮氣、或氬氣例如經(jīng)由入口 23引入到離子累積器36內(nèi)。該中性氣體提供累積在該離子累積器內(nèi)的離子的穩(wěn)定化并且，當希望時，可以提供與離子碰撞的目標分子以便導致離子的碰撞誘導破裂。
[0006]離子累積器36可以配置為朝向一個離子檢測器37徑向噴射這些累積離子，該離子檢測器被電子聯(lián)接到一個相關聯(lián)的電子器件/處理單元24上。離子累積器36可替代地配置為軸向噴射離子以便由離子檢測器34檢測到。檢測器37(或檢測器34)檢測這些被噴射的離子。樣品檢測器37 (或檢測器34)可以是可用于檢測從離子累積器36噴射的離子的任何常規(guī)檢測器。
[0007]離子累積器36還可以配置為，如圖1B中示出的，通過孔口 28朝向一個隨后的質(zhì)量分析器45軸向噴射離子(任選地穿過未示出的離子傳輸光學器件)，在該質(zhì)量分析器處可以分析這些離子。這些離子由離子檢測器47和其相關聯(lián)的電子器件/處理單元44檢測。質(zhì)量分析器45可以包括一個RF四極離子阱質(zhì)量分析器、一個傅里葉變換離子回旋共振(FT-1CR)質(zhì)量分析器、一個軌道阱(Orbitrap)?靜電阱類型質(zhì)量分析器或其他類型的靜電阱分析器或一個飛行時間(TOF)質(zhì)量分析器。該分析器被容納在一個高真空室46內(nèi)，該高真空室通過真空端口 43被抽空。在可替代的配置中，從離子累積器36被軸向噴射的離子可以由在高真空室46內(nèi)的一個離子檢測器(47)直接檢測到。作為一個非限制性實例，質(zhì)量分析器45可以包括一個四極濾質(zhì)器，操作該四極濾質(zhì)器以便將從離子累積器36被軸向噴射的離子傳輸至檢測器47。
[0008]圖1A-1B展示了質(zhì)譜儀系統(tǒng)的兩個具體實例，其中離子傳輸裝置可以用于將來自一個大氣壓或接近大氣壓的離子源的離子遞送到一個真空室。此類離子傳輸裝置可以具有各種類型，包括例如圖2A中示出的離子傳輸裝置，熟知的離子漏斗裝置、在此披露的改進的離子傳輸裝置(以下討論的)，以及其他類型。所有這些離子傳輸裝置通常除了圖1A-1B中示出的系統(tǒng)之外還可以用于其他類型的質(zhì)譜儀系統(tǒng)中。例如，圖1A-1B的系統(tǒng)包括一個離子累積器或離子阱(36)，而其他質(zhì)譜儀系統(tǒng)，如三重四極質(zhì)譜儀系統(tǒng)，可以類似有利地使用此類離子傳輸裝置(如本領域中已知的或如本傳授內(nèi)容中所述的)。代替使用一個離子累積器或離子阱質(zhì)量分析器，三重四極系統(tǒng)(未在附圖中具體示出)相反通常使用一系列的四極裝置，這些四極裝置包括:一個四極濾質(zhì)器(Ql)、一個僅RF四極碰撞室(Q2)和一個第二四極濾質(zhì)器(Q3)。與圖1A-1B中示出的系統(tǒng)一樣，這些質(zhì)量分析器部件駐留在一個或多個真空室內(nèi)，并且因此，如果離子在一個大氣壓或接近大氣壓的離子源中產(chǎn)生，可以有利地使用如在此披露的離子傳輸裝置。
[0009]圖2A描繪了(以粗略的橫截面視圖)如美國專利號7，781，728中傳授的離子傳輸裝置5的一個實例的細節(jié)，該專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且通過引用以其全部內(nèi)容結合在此。離子傳輸裝置5由以縱向地間隔開的關系被安排的多個總體上平面的電極38形成，包括一組第一電極16和一組第二電極20 (如在此使用的，“縱向地”是指由離子沿離子通道32的整體運動限定的軸線)。具有這種一般構造的裝置在質(zhì)譜分析領域中有時被稱為“堆疊環(huán)形”離子導向器。在圖2B中示出了一個單獨的電極38。圖2B展示了每個電極38被適配有一個孔口 33，離子可以穿過該孔口。這些孔口共同限定了一個離子通道32(參見圖2A)，該離子通道可以是直的或彎曲的，取決于這些孔口的橫向?qū)R。為了提高可制造性并且降低成本，所有這些電極38可以具有同等大小的孔口 33。一個振蕩(例如射頻)電壓源42施加振蕩電壓到多個電極38上，由此生成將離子徑向地限制在離子通道32內(nèi)的一個場。根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，每個電極38接收一個振蕩電壓,該振蕩電壓與施加到相鄰電極上的振蕩電壓在幅值和頻率上相等但是反相的。如所描繪的，電極38可以被分成與多個第二電極20交錯的多個第一電極16，其中這些第一電極16接收相對于施加到這些第二電極20上的振蕩電壓反相的一個振蕩電壓。在此方面，注意這些第一電極16和這些第二電極20被分別電連接到振蕩電壓源42的相對端子。在一個典型的實現(xiàn)方式中，所施加的振蕩電壓的頻率和幅值是0.5-3MHz和50-400Vp_p(峰到峰)，所要求的幅值強烈依賴于頻率。
[0010]為了產(chǎn)生在接近離子傳輸裝置5的出口 39處將離子聚焦成一個窄束的一個錐形電場，電極38的縱向間距可以在離子行進方向上增加。在本領域中已知(參見例如Franzen的美國專利號5，572，035)在一個堆疊環(huán)形離子導向器中的一個振蕩場的徑向穿透與電極間間距成比例。靠近入口 27處，電極38是相對緊密間隔的，這提供了有限的徑向場穿透，從而產(chǎn)生圍繞該縱向軸線的一個寬的無場區(qū)域。這個條件促進了從離子遷移管15流入到離子通道32中的離子的高效率接收。此外，靠近入口 27處的電極的緊密間距產(chǎn)生了一個強反射性表面和不捕獲擴散離子云的離子的淺偽勢阱。相比之下，定位靠近出口 39的電極38是相對寬間隔的，這提供了離子(由于更大的徑向振蕩場穿透和該無場區(qū)域變窄)至該中央縱向軸線的有效聚焦。一個縱向DC場可以通過提供一個DC電壓源41在離子通道32內(nèi)產(chǎn)生，該DC電壓源施加一組DC電壓到電極38上。
[0011]在一個離子傳輸裝置的替代性實施例中，這些電極可以沿該縱向軸線規(guī)則間隔。為了在此種替代性實施例中產(chǎn)生促進在該離子傳輸裝置的入口處的高離子接收效率以及在該裝置出口處離子束的緊密聚焦的錐形徑向場，施加到電極上的振蕩電壓的幅值在離子行進方向上增加。
[0012]第二種已知的離子傳輸裝置披露于Smith等人的美國專利號6，107，628中并且常規(guī)地被稱為一個“離子漏斗”。圖3以如沿軸線51觀察到的縱向截面視圖和端視圖提供了此類離子漏斗裝置50的示意性描繪。粗略而言，該離子漏斗裝置由多個緊密地縱向間隔的環(huán)形電極組成，如四個所示的環(huán)形電極52a-52d，這些環(huán)形電極具有從該裝置的入口至其出口在尺寸上減少的孔口。在圖3以及隨后的附圖中，提供在各種不同電極的不同表示上的不同圖案僅用于幫助在這些各種電極表示之間的視覺區(qū)別并且并非旨在暗示這些電極必定由不同材料形成的。這些孔口由這些環(huán)內(nèi)表面53限定并且該離子入口對應于最大的孔口 54，并且該離子出口對應于最小的孔口 55。這些電極彼此電隔離，并且以一個規(guī)定的相位關系施加射頻(RF)電壓到這些電極上以將這些離子徑向地限制于該裝置的內(nèi)部。
[0013]在該離子漏斗裝置的入口處的相對大的孔口尺寸(圖3)提供了一個大的離子接收面積，并且該逐漸減少的孔口尺寸產(chǎn)生了具有在沿著離子行進的方向在直徑上減少的一個無場區(qū)域的一個“錐形” RF場，從而將離子聚焦為一個窄束，然后該窄束穿過一個截取錐的孔口或其他靜電透鏡而不導致大程度的離子損失。通常，施加一個RF電壓到這些相繼環(huán)形元件中的每一個上使得每個相繼元件的RF電壓是與這個或這些相鄰元件是180度異相的。一個DC電場可以通過以下方法產(chǎn)生:使用一個電源和一個電阻器鏈(未示出)將希望的且足夠的電壓供應到每個元件上以產(chǎn)生希望的離子向該漏斗下部的凈運動。圖3中本領域中已知的離子漏斗的描繪是非常示意性的。這種裝置的實際實現(xiàn)方式經(jīng)常包括該裝置的一個第一部分和該裝置的一個第二部分以便將這些離子朝向該中央軸線和在出口端55處的最小孔聚焦，其中該第一部分具有都具有相同的大內(nèi)徑的多個間隔開的環(huán)形電極52a，該第二部分具有其內(nèi)徑向下逐漸變窄的環(huán)形電極52a-52d等。該第一部分位于這些離子進入該裝置的一側(cè)。在操作中，從大氣壓出來的載有離子的氣體通過一個或多個離子遷移管或孔進入到該裝置的第一部分，在該第一部分處它以高速度出現(xiàn)并且經(jīng)歷快速的氣體膨脹。該裝置的第一部分的長度提供在這些離子遷移管(或其他一個或多個入口孔)與該直徑逐漸變窄的第二部分之間的一個最小橫向距離，在該最小橫向距離內(nèi)該載有離子的氣體的前進速度通過與背景氣體碰撞而降低。當該載有離子的氣體的前進速度已經(jīng)被充分減低時，變得有可能的是用具有足夠低的幅值(低于帕邢(Paschen)擊穿極限)的射頻電場操縱這些離子，并且優(yōu)選將這些離子引導朝向出口端55。對該離子漏斗裝置的改進和變化描述于(例如)Smith等人的美國專利號6，583, 408, Franzen等人的美國專利號7，064, 321, BrukerDaltonics的歐洲申請?zhí)?，465，234,以及Julian等人的“用于物質(zhì)的離子漏斗:一個簡化離子漏斗的實驗和模擬(1n Funnels for the Masses:Experiments and Simulat1nswith a Simplified 1n Funnel) ” 美國質(zhì)譜學會期刊(J.Amer.Soc.Mass Spec.), 2005 年，16 卷，第 1708-1712 頁中。
[0014]如上述討論指出的，各種常規(guī)質(zhì)譜儀系統(tǒng)設計使用一個離子遷移管將載有溶劑的團簇離子和氣體傳輸?shù)劫|(zhì)譜儀的一個第一真空室，在該第一真空室處一個離子漏斗或一個可替代類型的堆疊環(huán)形離子導向器用于捕獲來自自由噴射膨脹的離子云。當該高速度氣體進入該離子漏斗或堆疊環(huán)形離子導向器時，離子在前進方向上主要由共膨脹氣體推進并且由該RF場控制且引導朝向在該離子漏斗或堆疊環(huán)形離子導向器的出口端處的一個中心孔。諸位發(fā)明人已經(jīng)觀察到，當該高速度氣體撞擊此類離子傳輸裝置的固體部件時，它留下一個區(qū)別標記，該區(qū)別標記包括在這些電極的某些部分上積累的污染物殘余物。隨著時間的推移，這些沉積污染物的繼續(xù)積累可能導致跨過這些緊密間隔的電極的電弧放電。其結果是，使用此類離子傳輸裝置的質(zhì)譜儀要求這些裝置的偶爾的費時的拆卸和清潔。
[0015]傳統(tǒng)地離子漏斗或堆疊環(huán)形離子導向器由一個平行板堆疊(金屬或圍繞一個FR-4印刷電路板的孔金屬化的)構成，每個板具有一個孔。在離子漏斗的情況下，這些孔具有在從該裝置入口到該裝置出口的方向上遞減的直徑。這些板的外部邊緣通常具有準恒定尺寸，形狀為，例如圓形、正方形、或其某一組合。在一些設計中，還在這些板之間插入固體間隔件以將它們保持分開。
[0016]這種多平行板構造的結果是，來自膨脹出該離子遷移管的高速度氣體不能容易地逸出該離子傳輸裝置使得它可以被泵出。因此，氣體壓力在包含該離子傳輸裝置的室中可能增加至一個不希望的水平。這個問題在離子漏斗類型的離子傳輸裝置的情況下可能是特別嚴重的，因為沿該漏斗的對稱軸的漏斗投影示出或顯示僅在末端的孔作為用于逸出氣體的一個開口。在相繼漏斗電極之間的傳導被定向為接近垂直于膨脹方向，這在該漏斗中產(chǎn)生了一個相對高壓區(qū)域。因為遷移管的通過量通過使用“多孔毛細管”、更大直徑孔、或“信箱”類型遷移管已經(jīng)逐漸增加，近年來這個問題已經(jīng)加劇。這已經(jīng)負面地影響了該離子漏斗或堆疊環(huán)形離子導向器的傳輸效率，盡管在更高RF頻率下的操作可以幫助減輕這個問題，如果想要保持增加來自大氣壓電離源的通過量，減少在該裝置自身內(nèi)的壓力是一個更好的方案。此外，該裝置的穩(wěn)健性(如以清潔之前需要的等離子體發(fā)射(shot)數(shù)目定義的)受到撞擊到與該遷移管相對的這些電極上的束的限制。
發(fā)明概述
[0017]提出的裝置由一個開放幾何結構漏斗組成，該漏斗將允許將由RF場保留的離子與氣體流分離，該氣體流將流動通過這些堆疊環(huán)并且通過連接至容納該裝置的真空室的真空泵被泵出。這將允許更好控制該裝置內(nèi)的壓力并且在限制泵抽要求的同時改進整體離子傳輸效率。
[0018]根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個第一方面，披露了一種用于在質(zhì)譜儀內(nèi)傳輸離子的裝置，該裝置包括:多個電極，這些電極的多個表面包括多個非共平面的環(huán)，這些環(huán)限定了一組對應的離子孔口，這些離子孔口的直徑沿著平行于該裝置的一條軸線的一個第一方向從一個第一末端至一個第二末端減少，該組離子孔口限定了一個離子通道，通過該離子通道傳輸離子；以及一個射頻(RF)電源，用于提供RF電壓到該多個電極上使得施加到每個電極上的RF相位不同于施加到任何直接相鄰的電極上的RF相位，其中這些電極被這樣安置使得間隙被限定在每對相繼電極之間，這些間隙被定向為使得輸入到該裝置的第一末端的一個氣體流動在不與該軸線垂直的一個或多個方向上通過這些間隙被排出。
[0019]在不同的實施例中，該多個電極可以包括一個第一組電極和與該第一組電極交替的一個第二組電極，每個組中的電極互相電連接，其中，在工作中，該RF電源供應一個第一RF相位到該第一組電極上以及一個第二 RF相位到該第二組電極上。在不同的實施例中，該多個表面可以包括多個同軸中空管的多個末端表面，該多個同軸中空管包括多個對應的管長度，這些管的管長度從這些管中的最外部的管至這些管中的最內(nèi)部的管按順序減少。在一些實施例中，該多個電極中的每一個是一個環(huán)形電極。該多個環(huán)形電極中的每一個可以被支撐在多個同軸中空管中的一個對應的中空管上，每個管由一種非導電材料形成。該多個中空管可以包括多個對應的管長度，這些管的管長度從這些管中的最外部的管至這些管中的最內(nèi)部的管按順序減少。可替代地，該多個環(huán)形電極中的每一個可以被支撐在多個支撐結構中的一個對應的結構上，這些支撐結構具有截錐形的內(nèi)表面和外表面，其中每個支撐結構包括與該裝置軸線重合的一條對應的旋轉(zhuǎn)對稱軸線。在一些實施例中，該多個環(huán)形電極中的每一個可以由一個或多個輻條支撐，這些輻條被安置為不平行于該裝置軸線，這些輻條中的每一個具有一個末端，該末端被物理聯(lián)接至一個外部殼體或支撐裝置上。
[0020]根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個第二方面，披露了一種用于在質(zhì)譜儀內(nèi)傳輸離子的裝置，該裝置包括:多個平行的間隔開的板，該多個板中的每一個具有一個中心孔口和多個其他孔口，每個板的在該中心孔口與其他孔口之間的一部分包括一個電極，該電極處于圍繞該對應的中心孔口的一個環(huán)的形式，該組中心孔口具有的直徑沿著平行于該裝置的軸線的一個第一方向從一個第一末端至一個第二末端減少，該組中心孔口限定了一個離子通道，通過該離子通道傳輸離子；以及一個射頻(RF)電源，用于提供RF電壓到該多個電極上使得施加到每個電極上的RF相位不同于施加到任何直接相鄰的電極上的RF相位，其中這些其他孔口被這樣安置使得輸入到該裝置的第一末端的一個氣體流動在不與該軸線垂直的一個或多個方向上通過這些其他孔口被排出。
[0021]在不同的實施例中，這些平行板可以被安置為基本垂直于該裝置軸線。在不同的實施例中，處于一個環(huán)的形式的電極的面積可以沿該第一方向在兩個或更多個相繼平行板之間增加。在不同的實施例中，兩個或更多個相繼板中的其他孔口可以沿該第一方向在尺寸上增加。在不同的實施例中，至少一個板的其他孔口關于該中心孔口不對稱安置。在不同的實施例中，每個板由一個單一整體件形成，該單一整體件包括一種導電材料。在不同的實施例中，每個板的除了在該中心孔口與其他孔口之間以外的一部分由一種非導電材料形成。
[0022]根據(jù)本傳授內(nèi)容的另一個方面，披露了一種用于在質(zhì)譜儀內(nèi)傳輸來自一個發(fā)射器的離子的方法，該發(fā)射器發(fā)射離子和中性氣體分子至一個真空室的一個入口孔口，該方法包括:將這些離子和中性氣體分子輸入到一個離子傳輸裝置的一個第一末端，該離子傳輸裝置包括多個非共平面的環(huán)形電極部分，這些環(huán)形電極部分具有對應的中心孔口，這些中心孔口具有的中心孔口中心都沿著一條公共軸線并且限定一個離子通道，其中這些中心孔口的半徑在從該離子傳輸裝置的第一末端至一個第二末端的方向上減少；施加一組射頻(RF)電壓到該多個環(huán)形電極部分上，使得這些離子在從該離子傳輸裝置的第一末端傳遞至在該第二末端處的一個離子出口的同時保持被基本上限制在該離子通道內(nèi)；并且將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過與限定該離子通道的孔口不同的多個氣體通道或孔口排出，該排出在不與該軸線垂直的一個或多個方向上進行。
[0023]將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過圍繞該離子通道的多個氣體通道或孔口排出的步驟包括將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過多個氣體通道排出，這些氣體通道包括在多個嵌套的共軸中空管之間的間隙?？商娲?，這個步驟可以包括將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過在多個電極板中的多個孔口排出，該多個電極板具有多個環(huán)形電極部分?？商娲?，這個步驟可以包括將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過多個氣體通道排出，這些氣體通道包括在多個嵌套的電極部分之間的間隙，這些電極部分具有通過約束性截錐形表面限定的形狀。
附圖簡要說明
[0024]從下面僅以舉例方式并且參照未按比例繪制的附圖所給出的說明中，本發(fā)明的以上指出的和各種其他方面將變得清楚，在附圖中:
[0025]圖1A是一個第一質(zhì)譜儀系統(tǒng)的示意性描繪，根據(jù)本傳授內(nèi)容的各種實施例可以與其組合進行實踐；
[0026]圖1B是一個第二質(zhì)譜儀系統(tǒng)的示意性描繪，根據(jù)本傳授內(nèi)容的各種實施例可以與其組合進行實踐；
[0027]圖2A是用于圖1的質(zhì)譜儀系統(tǒng)中的一個堆疊環(huán)形離子導向器(SRIG)離子傳輸裝置的截面繪圖；
[0028]圖2B是圖2A的SRIG離子傳輸裝置的一個單一環(huán)形電極的圖；
[0029]圖3是一個現(xiàn)有技術離子漏斗裝置的一對示意性截面圖；
[0030]圖4A-4B是根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個第一離子傳輸裝置的多對示意性截面圖；
[0031]圖4C是根據(jù)本傳授內(nèi)容的另一個離子傳輸裝置的示意性截面圖，該離子傳輸裝置是圖4A-4B中表示的裝置的一個變體；
[0032]圖5是根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個第二離子傳輸裝置的一對示意性截面圖；
[0033]圖6是根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個廣義的離子傳輸裝置的一對示意性截面圖；
[0034]圖7A是根據(jù)本傳授內(nèi)容的另一個離子傳輸裝置的一對示意性截面圖；
[0035]圖7B-7E是包括在圖7A的離子傳輸裝置中的四個分開的電極結構或電極承載結構的對應描繪；
[0036]圖8A-8B是兩個分開的電極結構或電極承載結構的對應繪圖，這些結構可能被包括作為在圖7A的離子傳輸裝置中的一組替代性此類結構的一部分；
[0037]圖8C-8D是兩個分開的電極結構或電極承載結構的對應繪圖，這些結構可能被包括作為在圖7A的離子傳輸裝置中的又另一組替代性此類結構的一部分；并且
[0038]圖8E-8F是兩個分開的電極結構或電極承載結構的對應描繪，這些結構可能被包括作為在圖7A的離子傳輸裝置中的又再另一組替代性組此類結構的一部分。
詳細說明
[0039]以下說明的提出是為了使本領域的任何普通技術人員能夠進行和使用本發(fā)明，并且是在特定的應用和其要求的背景下提供的。對于本領域技術人員來說，對所描述的實施例的各種修改將是顯而易見的，并且在此的一般原則可以應用到其他實施例。因此，本發(fā)明并非旨在局限于所示出的實施例和實例，而是要根據(jù)所示出和所描述的特征和原則而給予可能的最寬范圍。結合以下描述參考附圖，本發(fā)明的具體特征和優(yōu)點將變得更加清楚。
[0040]圖4A-4B提供了根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個第一離子傳輸裝置的示意性圖解。圖4A中示出的離子傳輸裝置60包括多個嵌套的同軸安置的管狀的環(huán)狀圓柱形電極。在圖4A-4B中示出的實例中，示出四個此類管狀電極，這些管狀電極包括一個外管狀電極62a、關于外管狀電極62a同軸地并且在內(nèi)部安置的一個第二管狀圓柱形電極62b、關于第二管狀電極62b同軸地并且在內(nèi)部安置的一個第三管狀圓柱形電極62c、以及關于第三管狀電極62c同軸地并且在內(nèi)部安置的一個內(nèi)管狀電極62d。圖4A-4B中的每一個的最左邊圖是穿過該裝置的縱向截面視圖。圖4A-4B中的每一個的最右邊圖是該裝置的沿軸線61并且在該軸線上指示的箭頭的方向上的投影視圖。盡管四個電極在圖4A-4B中并且在附圖的其他例子中示出，電極的數(shù)量在任何例子中并非旨在局限于或受限于任何具體數(shù)量的電極。
[0041]軸線61是該多個管狀電極62a_62d的公共軸線。裝置60具有沿軸線61的一個入口 63以及一個離子出口 69，在該入口處氣體和帶電粒子(主要是離子)進入該裝置，在該離子出口處帶電粒子(主要是離子)在軸線61上指示的箭頭的方向上離開該裝置。入口 63由外電極62a的在該電極的面向一個離子源(未示出)的一端的孔限定，該離子源的位置是在圖4A-4B的最左邊圖的左邊。電源101施加RF電壓到這些電極上并且，任選地，在相鄰的電極之間施加DC電壓偏移以便致使這些帶電離子的跡線朝向在一個內(nèi)部離子傳輸和會聚區(qū)域67內(nèi)的中心軸線61會聚。離子會聚區(qū)域67是由這些管狀電極面向該離子源的一組末端64a-64d限定的。每個此類末端，除了外管狀電極62a的末端外，凹陷在如圖4A-4B中所示的相鄰封閉電極的內(nèi)部。因此，關于這些管狀電極的面向該離子源的該組末端，每個逐漸向內(nèi)的電極的每個此類末端關于該直接封閉電極的-可比較的末端-也就是說，面向該離子源的末端，凹陷。這種配置產(chǎn)生一個漏斗形狀的離子傳輸和會聚區(qū)域67，其中該漏斗的直徑在從入口 63至出口 69的方向上變窄。裝置60的出口 69與提取透鏡14的孔口 22(參見圖1A-1B)相鄰并且對齊使得這些帶電粒子(主要地離子)穿過該孔口進入一個更低壓力室。
[0042]這些同軸管狀電極62a_62d以這樣的方式嵌套使得一系列的管狀間隙68存在于相鄰電極對之間。盡管通過施加到這些電極上的電壓的施加致使離子和可能地其他帶電粒子朝向該中心軸線會聚，但包括從該離子源(未示出)出來的中性氣體分子的氣體射流在其進入并且穿過裝置60的過程中經(jīng)歷快速膨脹。該射流膨脹導致大部分中性氣體分子遠離中心軸線60發(fā)散以致被該裝置攔截并且通過這些管狀間隙68之一離開該裝置。這些管狀間隙68不與提取透鏡14的孔口 22 (參見圖1A-1B)對齊并且因而從這些間隙68離開的氣體主要通過真空端口 31被排出并且因此與這些離子分離。
[0043]裝置60的電極的配置是這樣，使得大部分氣體可以通過這些管狀間隙68逃逸而不以一個高角度撞擊在一個電極表面上。電絕緣間隔件(未不出)可以放置在這些管狀間隙內(nèi)以便維持這些管狀電極的相對位置。此類間隔件的尺寸和定位可以進行選擇以便最小化氣體流動通過這些管狀間隙的阻塞。盡管少量的氣體可能與離子一起通過最內(nèi)管狀電極62d的腔管68a離開，但以這種方式離開的氣體量可以通過維持腔管68a的小直徑而被最小化。因此離子傳輸裝置60的電極配置抑制了在該裝置內(nèi)的氣體壓力的積累。
[0044]如圖4A-4B中所示，這些電極62a_62d中的每一個是一個管。然而,每個管不必要完全由導電電極材料組成。例如，在一些實施例中，這些電極部分可以包括在由電絕緣材料形成的管上的導電涂層。例如，在圖4C中示出的離子傳輸裝置65中，電絕緣管162a-162d與圖4A-4B中所示的管狀電極62a-62d的布置類似地進行安置。因此，管狀間隙68以與此類間隙在管狀電極62a-62d(圖4A-4B)之間形成的相同方式被限定在管162a_162d(圖4C)之間，從而允許氣體以與上述相同的方式通過這些管狀間隙逃逸。注意圖4C的最左邊圖是穿過該裝置的縱向截面視圖并且最右邊圖是該裝置的沿軸線61在箭頭方向上的投影視圖。然而，離子傳輸裝置65的多個電極包括附加或附接至這些管162a-162d上的多個電極構件66a-66d，如板、環(huán)或涂層。因此，這些電極構件66a-66d被支撐在這些管的面向該離子源(未示出)的末端，該離子源的位置是在圖4C的最左邊圖的左邊。這些管可以支撐電聯(lián)接至這些電極構件的電引線(未示出)使得可以施加適當?shù)腞F和DC電壓到這些電極構件上。如在裝置60(圖4A-4B)中，這些施加的電壓致使帶電粒子(主要地離子)遷移至中心軸線61并且通過最內(nèi)部的管162d的腔管68a離開。圖4C中示出的設計產(chǎn)生相對于常規(guī)離子漏斗裝置減少電容的裝置，從而減少該裝置被電聯(lián)接至的一個RF電源的性能要求和成本。
[0045]圖5提供了根據(jù)本傳授內(nèi)容的-另一個傳輸裝置-離子傳輸裝置70的示意性圖解。類似于圖4A-4C，圖5的最左邊圖是穿過裝置70的縱向截面視圖，并且最右邊圖是裝置70的沿該裝置的中心軸線71在箭頭方向上看到的投影視圖。與之前所述的離子傳輸裝置60(圖4A-4B)相比，離子傳輸裝置70的電極72a_72d未處于圓柱形管的形式，而是采取了嵌套的截頭直圓錐體的形式，這些錐體的截斷的窄部分面向該離子源(未示出)，該離子源在圖5的最左邊圖的左側(cè)。更確切地說，這些電極72a-72d中的每一個由一個對應的外表面(例如，外表面77b和77c以及在這些電極的其他例子上的相應表面)和一個對應的內(nèi)表面(例如，內(nèi)表面79c和79d以及在這些電極的其他例子上的相應表面)，這些外表面和內(nèi)表面中的每一個包括一個截頭圓錐形表面。中心軸線71是這些截頭錐形電極中的每一個的徑向?qū)ΨQ軸線。電源101施加RF電壓到這些電極上并且，任選地，在相鄰的電極之間施加DC電壓偏移以便致使這些帶電離子的跡線朝向中心軸線71和孔78a會聚。
[0046]仍參見圖5，裝置70的最內(nèi)部的電極72d在其截斷端具有孔78a，該孔位于軸線71的中心并且充當該裝置的一個離子出口。該最內(nèi)部的截頭錐形電極被嵌套在截頭錐形電極72c內(nèi)，截頭錐形電極72c處于一個類似的截頭直圓錐體的形式:被截斷以便在其截斷端具有比截頭錐形電極72d的孔78a更寬的一個開口。同樣地，截頭錐形電極72c被嵌套在截頭錐形電極72b內(nèi)，該截頭錐形電極72b自身被嵌套在截頭錐形電極72a內(nèi)。這種截頭錐形電極的配置限定了與圖4B中示出的區(qū)域67類似的、在該裝置的內(nèi)部之內(nèi)的一個漏斗形狀的會聚區(qū)域。此外，因為這些錐體具有類似的有角錐形孔口，一系類間隙78被限定在這些錐體之間。因此，從一個離子源(為示出)出來的膨脹氣體可以容易地被這些間隙攔截并且從該裝置被排出。
[0047]如在裝置60(圖4A-4B)中，施加到這些電極上的RF和DC電壓致使帶電粒子(主要地離子)遷移至中心軸線71并且通過最內(nèi)部的管72d的孔78a離開，從而提供這些帶電粒子與該氣體的有效分離。類似于裝置65 (圖4C)的構造，這些電極可替代地作為在這些截頭錐體上的截斷端上的導電涂層來提供，其中在這種替代性情況下這些截頭錐體由電絕緣材料形成。在此類情況下，每個電極被支撐在這些截頭錐體結構的一個對應的結構上，該支撐結構由截頭錐形內(nèi)表面和外表面約束。這些截頭錐體結構可以通過累加式制造技術(通常被稱為“3D打印”)來形成，其中連續(xù)的材料層以關于不同層的不同形狀被鋪設。
[0048]如由以上討論暗示的，許多不同配置與本發(fā)明傳授內(nèi)容一致。例如，圖6提供了與許多各種不同物理支撐結構配置一致的并且不具體局限于任何具體此類配置的根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個廣義的裝置的示意性圖解。如前面所述附圖中，圖6的最左邊圖是穿過裝置80的縱向截面視圖，并且最右邊圖是裝置80的沿該裝置的中心軸線81在該軸線上的箭頭方向上看到的投影視圖。圖6還展示了一個離子遷移管15 (或可能地，一個離子源)以及離子通過該裝置的一個廣義的示意性路徑85和氣體通過該裝置的一個廣義的示意性路徑83。
[0049]圖6的裝置80作為包括四個電極-電極82a、82b、82c和82d示出-盡管，在更一般的意義上，裝置80包括并非旨在局限于或受限于任何具體數(shù)量的電極的多個電極。在圖6中，這些電極作為具有一個圓形面或作為在橫向截面中具有一個圓形投影(例如，如環(huán)形電極或圓柱形電極)示出，但本傳授內(nèi)容并非旨在受限于此類實施例。例如，這些電極可以在橫向截面中呈現(xiàn)一個多邊形面或可以包括多個區(qū)段。電源101施加RF電壓到這些電極上并且，任選地，在相鄰的電極之間施加DC電壓偏移以便致使這些帶電離子的跡線朝向如由離子跡線85示意性示出的中心軸線81會聚。該多個電極可以被分成與多個第二電極(例如，圖6的電極82b和82d)交替的多個第一電極(例如，圖6的電極82a和82c)，其中這些第一電極接收相對于施加到這些第二電極上的振蕩電壓反相的一個振蕩電壓。
[0050]裝置80的電極82a_82d的一組面配置為以便限定一個漏斗形狀的離子傳輸和會聚區(qū)域67(參見圖4B)使得該漏斗的直徑在從該裝置的離子入口至離子出口的大致方向上(即在軸線81上指示的箭頭的方向上)變得更窄。該離子出口與最靠近該軸線的電極(在所示出的實例中電極82d)中的一個腔室或孔口 88a重合。應理解腔室或孔口 88a安置為與在這些離子穿過腔室或孔88a之后將這些離子引導到一個更低壓力室的一個孔口(例如，圖1中示出的孔口 22)對齊或相鄰。這些電極進一步這樣配置使得多個開放間隙88被限定在相鄰電極對之間。相比之下，這些間隙88不與通向該更低壓力室的孔口相鄰或?qū)R。
[0051]在離子傳輸裝置80的工作過程中，包括中性分子的氣體從離子遷移管15的出口端或其他入口孔出現(xiàn)。在許多情況下，該載有離子的氣體可以作為一個膨脹射流從該離子遷移管或孔出現(xiàn)，該膨脹射流通常在橫跨一定范圍的角度的許多方向上向外膨脹。該膨脹可以是關于該離子遷移管的軸線的延長線軸對稱的，如果該管包括在截面上為圓形的一個簡單孔。然而，如果該管孔包括一個不同形狀-如一個“信箱”或弓形形狀-或包括多個此類孔，那么該氣體膨脹將通常是各向異性的。兩條代表性氣體跡線在圖6中表示為氣體流動路徑83。這種膨脹和這些電極配置的結果是，這種氣體的大部分遭遇這些間隙88中的一個或多個并且從該裝置中通過這些間隙被排出。優(yōu)選地，離子遷移管15輕微有角度地不與裝置軸線81對齊，使得不存在從離子遷移管15至腔室或孔口 88a的一條直接視線(注意該有角度的不對齊在圖6中被夸大)。這種輕微不對齊的結果是，不存在從離子遷移管15至通向該更低壓力室的孔口(未示出)的無阻礙的氣體分子跡線。從間隙88排出的氣體也不直接遭遇這個孔口。結果，該氣體的一個非常高的比例被禁止傳輸?shù)皆摳蛪毫κ覂?nèi)并且因此從包含該離子傳輸裝置的室(例如，圖1中的室13)中通過與那個室相關聯(lián)的一個抽空端口(例如，真空端口 31)被移除。
[0052]如以上關于常規(guī)離子漏斗裝置類似指出的，如果來自一個離子源的載有離子的氣體作為一個高速度且快速膨脹的射流進入一個離子傳輸裝置，那么希望的是提供在離子遷移管的末端或孔15與根據(jù)本傳授內(nèi)容的這些電極(例如，如圖6中示出的電極82a-82d、如圖4A-4B中示出的電極62a-62d、如圖5中示出的電極72a_72d等等)之間的一個最小橫向距離，以便該出現(xiàn)的氣體的初始高速度可以通過與背景氣體碰撞而被充分減弱使得這些離子的跡線可以獨立于該氣體流動來進行操縱。在具有沉孔出口端的離子遷移管的情況下(參見例如Splendore等人的美國專利號8，242，440)，其中該束速度大于否則使用常規(guī)離子遷移管時將是的束速度，要求的最小距離將是相應地更大的。
[0053]根據(jù)以上考慮，離子遷移管15對如圖6中示出的電極82a_82d接近程度應被認為僅是示意性的。在實踐中，可能必需延長在該離子遷移管或孔口與根據(jù)本傳授內(nèi)容形成的這些電極之間的距離-超出附圖中所描繪的-以便滿足一個最小橫向距離的要求。在這些裝置的在0.5-10托范圍內(nèi)的實際工作壓力下，這個最小橫向距離已經(jīng)由諸位發(fā)明人通過實驗發(fā)現(xiàn)為在55-80mm的范圍內(nèi)。額外的距離可以通過以下方式來提供:在本傳授內(nèi)容的新穎的離子傳輸裝置內(nèi)提供在該離子遷移管或孔與所示出的電極之間的額外的電極構件或電極板。這些額外的電極構件或電極板可以形成以便為這些離子提供一個通路，在該通路中這些離子可以通過與背景氣體碰撞失去動能。這些額外的電極構件或電極板可以按一個常規(guī)離子傳輸裝置的形式來形成，如例如互相類似的、有孔的電極板(例如，環(huán)形電極)的一個堆疊，其中施加具有不同相位的RF電壓到這些電極構件或電極板上。此類配置在例如常規(guī)的堆疊環(huán)形離子導向器中是已知的，或可能地是如圖1中示出的離子傳輸裝置5中配置的。注意這個任選的常規(guī)的非錐形電極組未在附圖中進行描繪。
[0054]與以上討論的廣義的或平均氣體分子跡線相比，致使這些離子跡線85通過施加到這些電極上82a-82d上RF和可能地DC電壓的作用通常朝向該中心軸線會聚。這些施加的DC電壓還可以輔助離子在中心軸線81上指示的箭頭的大致方向上的傳輸。結果，致使這些離子的一大部分穿過最內(nèi)部的電極82d的腔管或孔口 88a。因此，這些離子與中性氣體分子有效分離并且被傳輸?shù)皆摰蛪毫κ覂?nèi)。
[0055]圖7展示了根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個離子傳輸裝置的另一個實施例并且示出了上述一般考慮的一個具體實例。圖7A提供了離子傳輸裝置90的廣義描繪，其中圖7A的最左邊圖是穿過裝置90的一個縱向橫截面視圖并且圖7A的最右邊圖是裝置90的沿該裝置的中心軸線91在該軸線上的箭頭方向上看到的投影視圖。該裝置包括多個環(huán)形電極，不受限于或局限于任何具體數(shù)量的電極，這些環(huán)形電極由四個示例性環(huán)形電極92a-92d示出。電源101施加RF電壓到這些環(huán)形電極上并且，任選地，在相鄰的環(huán)形電極之間施加DC電壓偏移以便致使這些帶電離子的跡線朝向中心軸線91會聚。與常規(guī)離子漏斗裝置的環(huán)形電極52a-52d (例如，參見圖3)的一般性質(zhì)類似，裝置90的環(huán)形電極各自具有基本上平行于中心軸線91定向的一個短尺寸(S卩，厚度)。換句話說，這些不同環(huán)92a-92d的一個或多個長尺寸被定向為基本上垂直于中心軸線91。
[0056]與常規(guī)離子漏斗裝置中的環(huán)形電極的性質(zhì)類似，每個環(huán)形電極具有一個優(yōu)選形狀為圓形的中心開口，使得這些不同環(huán)形電極的至少一個子集在從該裝置的離子入口至離子出口的大致方向上逐漸減少。圖7B、7C、7D和7E分別示出了單獨的環(huán)形電極92a、92b、92c、92d。這些對應的中心開口作為開口 96a、96b、96c和96d示出。這些不同的中心開口的內(nèi)面93(參見圖7A)限定了在裝置90內(nèi)的一個漏斗形狀的離子傳輸和會聚區(qū)域67。第一個環(huán)92a的中心開口(最大直徑的開口)限定了裝置90的離子入口并且最后一個環(huán)92d的中心開口 96d(最小直徑的開口)限定了該裝置的離子出口。
[0057]新穎的裝置90的環(huán)形電極92a_92d中的每一個包括與這些對應的中心開口分開的另外的孔口，以便限定在該中心開口與這些另外的孔口之間的一個內(nèi)環(huán)。這種配置在圖7B、7C、7D和7E中示出，其中這些另外的孔口分別被表示為孔口 98a、98b、98c和98d并且其中這些中心環(huán)分別被表示為中心環(huán)95a、95b、95c和95d?？卓?98a_98d的存在進一步限定了在圖7B、7C、7D和7E中分別被表示為外環(huán)99a、99b、99c和99d的外環(huán)。這些中心環(huán)可以由輻條部分97a、97b、97c和97d物理支撐并且連接至這些外環(huán)。這些不同環(huán)形電極的至少一個子集的另外的孔口 98a-98d的尺寸在遠離該裝置的離子入口的大致方向上逐漸增加。這些孔口 98a-98d的漸進的尺寸增加在考慮到逐漸更靠近該離子出口的環(huán)形電極時通過這些孔口進一步朝向中心軸線91逐漸延伸而發(fā)生并且通過這些中心開口在相同方向上的同時尺寸減少來適應。這些孔口 98a-98d的逐漸的尺寸增加使得這些孔口能夠截斷在該裝置內(nèi)的發(fā)散氣體分子跡線的一大部分。
[0058]每個環(huán)形電極可以作為由一種導電材料(例如，金屬)形成的一個單一整體件，通過從(通過非限制性實例的方式)預先存在的硬幣形狀的圓形金屬坯件進行鉆孔、切割或沖孔出這些中心開口和另外的孔口而進行制造?？商娲?，這些環(huán)形電極中的每一個可以從一種電絕緣材料制造，該電絕緣材料的僅某些部分具有在其上的一個導電涂層(例如，一個金屬涂層)。在不同的實施例中，該導電涂層可以占據(jù)僅這些中心環(huán)部分95a_95d，另外的導電涂層在輻條97a-97d以及外環(huán)99a-99d的部分上；這些另外的導電涂層充當至這些不同涂覆的中心環(huán)的電引線?？商娲?，該中心環(huán)部分、外環(huán)部分或輻條部分中的一個或多個可以由不同于其他部分的一種材料形成。
[0059]在離子傳輸裝置90的操作中，將RF和可能地DC電壓按已知方式施加到環(huán)電極92a-92d的中心環(huán)部分95a-95d以便致使從一個離子源或離子遷移管(未示出)提供的帶電粒子(主要地離子)朝向該中心軸線會聚，同時還朝向該裝置的離子出口 96d移動。然后將穿過離子出口 96d的離子聚焦到通向一個更低壓力室的一個孔口中，這個孔口與離子出口 96d相鄰并且對齊。相比之下，包括中性氣體分子的氣體被這些孔口 98a-98d中的一個或多個攔截。這種氣體基本上不受阻礙地穿過這些孔口 98a-98d以便從該裝置中被排出到其中包括該離子傳輸裝置的室內(nèi)。然后通過與其中包括離子傳輸裝置90的室相關聯(lián)的一個抽空端口(例如,真空端口 31)將這種氣體基本去除。以此方式，離子有效地與中性氣體分子分離而不在該離子傳輸裝置內(nèi)積累氣體壓力。
[0060]圖8A-8B是一組替代性的此類結構中的兩個分開的電極結構或電極承載結構的對應繪圖。圖8A-8B中示出的電極板結構192a、192b可以被視為在根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個離子傳輸裝置內(nèi)的電極板的兩個實例，這些電極板可以是堆疊的，類似于圖7a中示出的堆疊安排。此種離子傳輸裝置將通常包括多個電極板結構，其中兩個示出的電極板結構192a、192b是代表性的。在此種裝置內(nèi)，電極板結構192a定位為相對更靠近一個離子入口并且電極板結構192b定位為相對更靠近一個離子出口。如前面關于圖7所述的，這些中心孔口(中心孔口 196a、196b以及在相關聯(lián)的多個電極板結構的其他中的相應的孔口)一起形成一個離子通道，通過該離子通道傳輸離子，該通道的直徑從該離子入口到該離子出口減少。而且，如前面關于圖7所述的，在工作中使用其他孔口(在圖8A中的孔口 198a、在圖8B中的孔口 198b以及在相關聯(lián)的多個電極板結構的其他中的相應的孔口)來引導中性氣體分子通過該裝置使得該氣體可以從空間上與這些離子分開的離子傳輸裝置中排出。
[0061]每個電極板結構(例如，電極板結構192a、192b)可以作為一種導電材料(如一種金屬)的一個單一整體件形成。在此種情況下，這些中心孔口 196a、196b和其他外孔口(分別通過對應的輻條部分197a和197b分開的并且被外環(huán)199a_199b圍繞的圖8A中的其他孔口 198a和圖SB中的其他孔口 198b)可以通過任何合適的機械、化學、電學、光學或電化學機加工技術，例如，通過非限制性實例的方式，通過機械切割、機械沖壓、激光切割、化學蝕刻等等切出一個預成型金屬板。如圖8中所示，這些板可以包括可用于將多個電極板中的每一個安裝在該離子傳輸裝置的一個殼體構件(未示出)的一個對應的槽內(nèi)的整體接片結構(或其他結構)。這些接片還可以另外地或可替代地用作電連接器。例如，假定這些板192a、192b中的每一個包括一個單一整體金屬件，這些接片194a、194b可以圍繞該殼體構件的一個對應的電觸點折疊并且被焊接至其上。
[0062]與根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個離子傳輸裝置的離子出口相鄰的多個電極板的一個子集可以包括一組環(huán)形電極(例如，圖8B中的環(huán)形電極195b)，其中與該離子出口相鄰的這些環(huán)形電極具有在該多個板的子集中的一個恒定外徑。在這個子集內(nèi)，隨著在這些環(huán)形電極外徑(由其他孔口如孔口 198b的內(nèi)邊界限定的)保持恒定的同時這些中心孔口的直徑變得更小，這些環(huán)形電極的寬度在朝向該裝置的離子出口的方向上增加。例如，這些環(huán)形電極的寬度上的增加可以通過將環(huán)形電極195b的寬度與環(huán)形電極195a的寬度進行比較而注意至IJ。此種配置有利于最優(yōu)化離子流動(通過中心孔口 196a、196b等等)與氣體流動(通過其他孔口 198a、198b等等)的分離并且從而最小化氣體到該更低壓力室內(nèi)的傳輸，這些離子在穿過該裝置的出口之后被引導到該更低壓力室內(nèi)。
[0063]在替代性實施例(例如，如圖8C-8D中示出的一個實施例和圖8E-8F中示出的另一個實施例)中，這些外孔口可以占據(jù)這些電極板中的一個或多個的表面面積的更小部分。這些電極板被這些開放的外孔口區(qū)域占據(jù)的面積范圍可以進行設計以便微調(diào)(例如，調(diào)整)垂直于該軸線的氣體的傳導(或甚至該傳導的方向性)。例如，在圖8C-8D中，示出一組板中的兩個電極板292a、292b，并且在圖8E-8F中，示出一組替代性的板中的兩個電極板392a、392b。圖8C-8D中示出的兩個電極板292a、292b分別包括中心孔口 296a、296b，分別包括外孔口 298a、298b，分別包括輻條部分297a、297b并且分別包括接片部分294a、294b。類似地，圖8E-8F中示出的兩個電極板392a、392b分別包括中心孔口 396a、396b，分別包括外孔口 398a、398b，分別包括輻條部分297a、297b并且分別包括接片部分394a、394b。
[0064]一種用于減少這些外孔口的面積范圍的方法-氣體流動通過這些外孔口 -將在使得每個孔口變小的同時僅僅保留相同的數(shù)量的孔口。另一種用于減少這些外孔口的面積范圍的方法如圖8C-8D的實例中所示，其中相對于圖8A-8B中所示的外孔口 198a、198b，相等地間隔開的外孔口的數(shù)量減少(每個板從六個孔口至五個孔口)，但這些孔口的尺寸保持不變。又一個用于減少這些外孔口的面積范圍的第三方法如圖8E-8F中所示，其中孔口的數(shù)量減少但這些孔口不是相等間隔的。后一種配置將有益于其中離子到具有這些電極板392a、392b (以及其他)的遞送相對于該裝置的軸線不是軸對稱的或不是對齊的情況。例如，如果輸入這些離子的一個離子遷移管相對于該裝置的軸線有一個小角度(如圖6中)或如果該離子遷移管的孔在橫截面中不是圓形的或如果該離子遷移管包括多個孔，將是這種情況。在這些情況下，這些電極板的有孔和無孔區(qū)域的相對位置將根據(jù)輸入到該裝置的這個或這些氣體噴流的方向或不對稱性進行選擇。
[0065]本申請中所包括的論述是旨在用作基本的說明。盡管已經(jīng)根據(jù)所顯示和描述的不同實施例對本發(fā)明進行了說明，但本領域普通技術人員將容易認識到，可以存在對這些實施例的變更，并且這些變更將是在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的。讀者應意識到，該具體的論述可能沒有明確地描述所有可能的實施例；許多替代方案是隱含的。因此，在不脫離本發(fā)明的范圍和本質(zhì)的情況下，本領域普通技術人員可以做出許多改變。描述和術語均不旨在限制本發(fā)明的范圍。在此所提及的任何專利、專利申請、專利申請公開或其他文獻通過引用將以其各自的全部內(nèi)容結合在此，就如同在此完全闡述一般。
【權利要求】
1.一種用于在質(zhì)譜儀內(nèi)傳輸離子的裝置，該裝置包括: 多個電極，該多個電極的多個表面包括多個非共平面的環(huán)，該多個環(huán)限定了一組對應的離子孔口，這些離子孔口的直徑沿著平行于該裝置的一條軸線的一個第一方向從一個第一末端至一個第二末端減少，該組離子孔口限定了一個離子通道，通過該離子通道傳輸離子；以及 一個射頻(RF)電源，用于提供RF電壓到該多個電極上使得施加到每個電極上的RF相位不同于施加到任何直接相鄰的電極上的RF相位， 其中這些電極被這樣安置，使得在每對連續(xù)電極之間限定間隙，這些間隙被定向為使得輸入到該裝置的第一末端的一個氣體流動在不與該軸線垂直的一個或多個方向上通過這些間隙被排出。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，該多個電極包括一個第一組電極和與該第一組電極交替的一個第二組電極，每個組中的電極互相電連接，其中，在工作中，該RF電源供應一個第一 RF相位到該第一組電極上以及一個第二 RF相位到該第二組電極上。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，該多個表面包括多個同軸中空管的多個末端表面，該多個同軸中空管包括多個對應的管長度，這些管的管長度從這些管中的最外部的管至這些管中的最內(nèi)部的管按順序減少。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，該多個電極中的每一個是一個環(huán)形電極。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，該多個環(huán)形電極中的每一個被支撐在多個同軸中空管中的一個對應的中空管上，每個管由一種非導電材料形成。
6.如權利要求5所述的裝置，其中，該多個中空管包括多個對應的管長度，這些管的管長度從這些管中的最外部的管至這些管中的最內(nèi)部的管按順序減少。
7.如權利要求1所述的裝置，其中，每個電極的一個外表面和一個內(nèi)表面是對應的截錐形表面并且其中每個電極包括與該裝置軸線重合的一條對應的旋轉(zhuǎn)對稱軸線。
8.如權利要求4所述的裝置，其中，該多個環(huán)形電極中的每一個被支撐在多個支撐結構中的一個對應的支撐結構上，這些支撐結構具有截錐形的內(nèi)表面和外表面，其中每個支撐結構包括與該裝置軸線重合的一條對應的旋轉(zhuǎn)對稱軸線。
9.如權利要求4所述的裝置，其中，該多個環(huán)形電極中的每一個由一個或多個輻條支撐，這些輻條被安置為不平行于該裝置軸線，這些輻條中的每一個具有一個被物理聯(lián)接至一個外部殼體或支撐裝置上的末端。
10.如權利要求1所述的裝置，進一步包括: 安置在該多個電極與一個離子源之間的一個第二多個電極，該第二多個電極中的電極被電聯(lián)接至該射頻(RF)電源用于供應RF電壓到該第二多個電極上，使得施加到該第二多個電極中的每個電極上的RF相位不同于施加到任何直接相鄰的電極上的RF相位， 其中該第二多個電極為這些離子提供一個通路，該通路包括一個長度，在該長度內(nèi)這些離子可以與一種背景氣體碰撞。
11.如權利要求10所述的裝置，其中，該長度大于或等于55毫米。
12.如權利要求10所述的裝置，其中，該第二多個電極包括一個堆疊環(huán)形離子導向器。
13.一種用于在質(zhì)譜儀內(nèi)傳輸離子的裝置，該裝置包括: 多個平行的間隔開的板，該多個板中的每一個具有一個中心孔口和多個其他孔口，每個板的在該中心孔口與其他孔口之間的一部分包括一個電極，該電極處于圍繞該對應的中心孔口的一個環(huán)的形式，該組中心孔口具有的直徑沿著平行于該裝置的軸線的一個第一方向從一個第一末端至一個第二末端減少，該組中心孔口限定了一個離子通道，通過該離子通道傳輸離子；以及 一個射頻(RF)電源，用于提供RF電壓到該多個電極上使得施加到每個電極上的RF相位不同于施加到任何直接相鄰的電極上的RF相位， 其中這些其他孔口被這樣安置，使得輸入到該裝置的第一末端的一個氣體流動在不與該軸線垂直的一個或多個方向上通過這些其他孔口被排出。
14.如權利要求13所述的離子傳輸裝置，其中，這些平行板被安置為基本垂直于該裝置軸線。
15.如權利要求13所述的離子傳輸裝置，其中，兩個或更多個相繼的板中的這些其他孔口沿該第一方向在尺寸上增加。
16.如權利要求13所述的離子傳輸裝置，其中，至少一個板的這些其他孔口關于該中心孔口不對稱地安置。
17.如權利要求13所述的離子傳輸裝置，其中，處于一個環(huán)的形式的電極的面積沿該第一方向在兩個或更多個相繼的板之間增加。
18.如權利要求13所述的離子傳輸裝置，其中，每個板的除了在該中心孔口與其他孔口之間以外的一部分由一種非導電材料形成。
19.如權利要求13所述的離子傳輸裝置，其中，每個板由一個單一整體件形成，該單一整體件包括一種導電材料。
20.如權利要求13所述的離子傳輸裝置，進一步包括: 安置在這些平行的間隔開的板與一個離子源之間的多個電極板，這些電極板中的每一個被電聯(lián)接至該射頻(RF)電源用于供應RF電壓到該多個電極板上使得施加到每個電極板上的RF相位不同于施加到任何直接相鄰的電極板上的RF相位， 其中該多個電極板為這些離子提供一個通路，該通路包括一個長度，在該長度內(nèi)這些離子可以與一種背景氣體碰撞。
21.如權利要求20所述的裝置，其中，該長度大于或等于55毫米。
22.如權利要求20所述的裝置，其中，該多個電極板包括一個堆疊環(huán)形離子導向器。
23.一種用于在質(zhì)譜儀內(nèi)傳輸來自一個發(fā)射器的離子的方法，該發(fā)射器發(fā)射離子和中性氣體分子至一個真空室的一個入口孔口，該方法包括: 將這些離子和中性氣體分子輸入到一個離子傳輸裝置的一個第一末端，該離子傳輸裝置包括多個非共平面的環(huán)形電極部分，這些環(huán)形電極部分具有對應的中心孔口，這些中心孔口具有的中心孔口中心均沿著一條公共軸線并且限定一個離子通道，其中這些中心孔口的半徑在從該離子傳輸裝置的第一末端至一個第二末端的方向上減少； 施加一組射頻(RF)電壓到該多個環(huán)形電極部分上，使得這些離子在從該離子傳輸裝置的第一末端傳遞至在該第二末端處的一個離子出口的同時保持被基本上限制在該離子通道內(nèi)；并且 將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過與限定該離子通道的孔口不同的多個氣體通道或孔口排出，該排出在不與該軸線垂直的一個或多個方向上進行。
24.如權利要求23所述的用于在質(zhì)譜儀內(nèi)傳輸離子的方法，其中，將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過圍繞該離子通道的多個氣體通道或孔口排出的步驟包括將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過多個氣體通道排出，這些氣體通道包括在多個嵌套的共軸中空管之間的間隙。
25.如權利要求23所述的用于在質(zhì)譜儀內(nèi)傳輸離子的方法，其中，將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過圍繞該離子通道的多個氣體通道或孔口排出的步驟包括將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過在多個電極板中的多個孔口排出，該多個電極板具有該多個環(huán)形電極部分。
26.如權利要求23所述的用于在質(zhì)譜儀內(nèi)傳輸離子的方法，其中，將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過圍繞該離子通道的多個氣體通道或孔口排出的步驟包括將這些中性氣體分子從該離子傳輸裝置中通過多個氣體通道排出，該多個氣體通道包括在多個嵌套的電極部分之間的間隙，這些電極部分具有通過約束性截錐形表面限定的形狀。
【文檔編號】C23C16/455GK104517796SQ201410513522
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權日:2013年10月4日
【發(fā)明者】E·R·武泰斯, R·P·阿瑟頓, S·帕拉薩德, J·J·鄧亞克 申請人:薩默費尼根有限公司