CN101632148A - 同轴混合射频离子阱大规模分析仪 - Google Patents

Abstract

同轴混合离子阱(20)，使用两个基本为平面的相对板(22，24)产生电力聚焦区，同时产生至少两种不同类型或形状的俘获区，其中初级俘获区是相对于所述相对板(22，24)同轴排列的四极俘获区(40)，其中次级俘获区是一个环形离子阱，具有围绕四极俘获区(40)同时产生的环形俘获区(43)。

Description

同轴混合射频离子阱大规模分析仪

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年2月23日提交的、序号为60/891,373的美国临时专利申请3927号BYU.PR的优先权，并通过引用其主要内容并入于此。

技术领域

根据带电粒子的质荷比和由原子、分子、粒子、亚原子粒子和离子产生的带电粒子，本发明通常涉及离子的储存、分离和分析。更具体地说，本发明是在同一装置中结合两个或两个以上的俘获区，使得使用者能够免受高空间电荷的影响，以获得更高的敏感度和分辨率，提高分析能力。

背景技术

用于多种样品化学元素及混合物的鉴定和定量，质谱仍然是一个重要的方法。质谱也是最广泛使用的分析技术。结合高敏感度、高化学特异性和快速使它成为许多应用中选择的方法。

质谱仪使用领域如蛋白质组学研究、临床分析、蛋白质测序、行星科学、地质学、有机分子的鉴定和结构测定、药物研发、表面特征分析、法医学、化学反应研究、元素分析、制造业、安全检查、空气监测等。高敏感度和高选择性的质谱特别应用于威胁检测系统(如化学和生物制剂、炸药)、法医调查、环境现场监测和非法药物检测/识别应用等等。

市场上许多质谱仪使用离子阱进行大规模分析。在离子阱中，包含离子并利用射频电场进行分析。主要使用四极区，但存在许多差异，其它区用以操纵离子。例如，小偶极区或八极区可用于提高性能。单极，偶极子或直流偏差可用于离子喷出。离子或带电粒子可被长时间捕捉并用于其它各种实验。众多的差异导致了许多不能通过任何其它方式完成的专门应用和试验。此外，主要基于离子阱大规模分析仪，努力生产小型和便携式质谱仪。

几种不同的离子阱质谱仪已经开发出来用于分析离子。这些装置包括四极配置，以及Paul、动力Penning和动力Kingdon阱。在所有这些装置中，通过振荡电场收集离子并保存在阱中。振荡电场属性的变化，如振幅、频率、AC或DC区的叠加和其它方法可用于根据离子质荷比使离子有选择地从阱中喷出至探测器。

特别和本发明相关的是建立一个“虚拟”离子阱，记载于USPN7227138。专利′138记载通常围绕俘获区使用电聚焦区，而非机械金属电极。在虚拟离子阱中电聚焦区通常由排列于平面的、平行的和相对的表面如相对板产生。从而术语“虚拟”适用于这样一个事实，即电极限制壁由电聚焦区产生的“虚拟”壁代替。利用照相平板印刷技术，电极排列于两个相对板上，比现有的加工技术允许具有更高的公差(tolerance)。

专利′138同时记载了在常规离子阱中用于产生俘获区的电极，由于自身也给离子、光子、电子、粒子、原子或分子气体的流入和从离子阱的排出带来实际上的障碍。

专利′138中描述了有关虚拟离子阱实施的几个重要特点。第一，采用虚拟电极，减少四极线性RF的某些固体物理电极表面和其它现有技术离子阱。虚拟电极的形成是通过在相对板上排列一个或多个电极，产生由电极代替的类似于固体物理表面的恒电位表面。

第二，相对板或表面正如它们有时被称作的互为镜像地排列。

第三，相对表面大体上互相平行。

第四，相对表面大体上是平面的。然而，需要指出的是，该相对表面可能被改造为含有一些弓形特征。然而，最佳的结果将得到维持，一般通过使相对表面相对于其所具有的任何弓形特征对称，使得更容易地创建一个理想的俘获区。

图1提供一个在专利′138中描述的虚拟离子阱10的一个实施图例。内部和相对表面12具有应用于此的振荡电场14。外表面16具有共同的施加电位，该例中为共同接地。

可以看出一些如上所述的系统，如虚拟离子阱能够产生多种俘获区。然而，上述系统没有被用于产生一个以上类型或形状的俘获区。因此，它将是优于现有技术的，提供能够产生至少两种不同类型俘获区的质谱仪，使得在同一装置中能够同时发挥各自优势。

发明内容

在一个优选实施例中，本发明提供一种同轴离子阱，利用两个相对板产生电聚焦区，同时产生至少两种不同类型或形状的俘获区，其中第一个俘获区是和相对板同轴排列的四极俘获区，其中第二个俘获区是环形俘获区，同时围绕环形俘获区产生。

本发明的第一个方面，多元环形俘获区可以围绕位于中心的四极俘获区同时产生。

本发明的第二个方面，俘获区的位置随着两个相对板中心轴动态改变。

本发明的第三个方面，各自俘获区的容量可以改变。

本发明的第四个方面，离子可以在俘获区之间移动。

本发明的第五个方面，离子可以注入相对板并可以放射状地从相对板喷出。

本发明的第六个方面，离子可以通过孔或相对板上的孔注入和喷出。

本发明的第七个方面，离子可以在可移动的俘获区中从一个俘获区运输至另一个俘获区。

本发明上述及其它目标、特征、优势和其它方面对本领域的技术人员是显而易见的，结合以下详细说明及附图加以考虑。

附图说明

图1是记载于现有技术中的虚拟离子阱两个相对板的外形图。

图2是根据本发明原理的同轴混合离子阱的透视图。

图3是一个板的透视图以及两种不同俘获区的三维立体图。

图4是在板之间产生两种不同俘获区的电场力线的剖视图。

图5是同轴混合离子阱和探测器的剖视图。

图6是显示俘获区和电子枪的同轴混合离子阱的俯视剖视图。

图7是显示电场力线和俘获区的同轴混合离子阱的剖视图。

图8是显示额外的环形俘获区的同轴混合离子阱的剖视图。

图9是显示板中用于注入或喷出离子的添加孔的同轴混合离子阱的剖视图。

图10是显示环形俘获区关闭的中心孔和另外开放孔的同轴混合离子阱的剖视图。

图11是显示在板之间插入金属隔离物以加强电场力线的同轴混合离子阱的剖视图。

图12显示同轴混合离子阱的结果。

图13显示同轴混合离子阱的结果。

图14显示同轴混合离子阱的结果。

图15显示同轴混合离子阱的结果。

图16显示同轴混合离子阱的结果。

具体实施方式

参考附图，其中给出本发明各种要素的数字标记，讨论本发明使得本领域技术人员能够得到并使用本发明。应该清楚的是，以下描述的仅为本发明的基础原则，不应视为对后面权利要求的限制。

本发明是一种同轴混合离子阱，包括同时存在的至少两种不同类型的俘获区，而且通常与质谱仪联合使用对各种粒子包括带电粒子和来自原子、分子、粒子、亚原子粒子和离子的带电粒子进行捕捉、分离和分析。简单起见，可认为本文提及的所有这些粒子为离子。

第一个实施方式如图2所示。同轴混合离子阱20是由两块陶瓷板22，24组成，其中基本为平面的两相对表面26，28以多元金属环、线或其它形状30光刻压印(lithographically imprinted)，并覆盖一层薄的半导体材料。在第一个实施例中，穿过板22，24的每一个设置孔32，34。本实施方式中的孔32，34用于从板22，24之间注入或喷出离子。

已知相对表面26，28是大体上平面的，但在没有偏离本发明宗旨和功能的情况下，可以引入突起或自表面向外喷出。因此，突起、喷出和其它偏离真正平面的表面都应认为是本发明范围。

所示环30的数量仅供说明的目的，不应被视为一种限制因素。选择环、线的形状和形状30以形成产生于板22，24之间的所期望的俘获区形状。在环30上不含半导体材料，本发明可以发挥作用，尽管初步结果表明使用这种材料有助于仪器的性能。

通过金属环、线或其它形状(下文中金属环30)，电势被施加于半导体材料上。金属环30上电势的产生使用本领域技术人员已知的分压器或其它控制电子装置。金属环30上的电势含有主要随时间变化(如，但不限于射频信号)的分量，并可以含有其它随时间变化的或静态的分量。然后利用这些电势产生的电场操纵离子移动。

同轴混合离子阱20包括至少两个甚至更多由公共轴36导向的射频带电粒子俘获区。该俘获区分为两种类型或形状。第一个俘获区是四极，Paul或四极区40排列如图3所示(用于下文中的术语“四极”)。

图3是移走其中一个板的同轴混合离子阱20的透视图，揭示了由该实施方式产生的两个俘获区的三维形状。显示出四极俘获区40由环形俘获区42围绕。已知有一种以上类型的捕捉能够产生环形俘获区，所有这些捕捉应视为本发明的范围。

图4是同轴混合离子阱20中等电位场线的剖视图。这样，在此剖视图中环形俘获区42显示出两圈。四极俘获区40也显示为环形区。显示出中心轴36穿过四极俘获区36的中心。

图5是同轴混合离子阱20的剖视图。在一个实施方式中，分子被离子化并捕捉至主要俘获区，即环形俘获区42。第一次由环形俘获区42选择性喷出离子至二级或四极俘获区40。第二次由四极俘获区40透过孔32通过管道50沿箭头52的方向选择性喷出离子至探测器(未显示)。

图6是同轴混合离子阱20的俯视图。在此图中，显示出带有光束路径56的电子枪54由环形俘获区42无关地导向。离子化的分子被捕捉至并仅捕捉至环形俘获区42。电场线的操纵有利于在俘获区40、42之间以及向外至探测器的移动。

尽管图6显示为电子枪54，该同轴混合离子阱20可以用许多现有的方法离子化，包括但不限于电喷射、声波喷射、激光解吸电离、基质辅助激光解吸电离、热分解、电子电离、电离辐射、辐射电离、粒子束电离、光电离、解吸电离以及这些方法的变化形式。本发明的同轴混合离子阱20在此处使用电子电离。在一个或多个俘获区40、42中注入电子至阱20中并电离气体分子或原子类。控制俘获区40、42中发生的电离是可行但非必要的。离子可以在此处产生或者可以从外部离子源注入。离子注入可以沿板22、24的方向放射状地产生，或者通过板上的裂口或其它孔产生。

板22、24的相对表面上具有一薄层锗。该锗层有几点益处。首先，锗消除环之间的电势，从而增加了板之间的电场。该锗涂覆还确保了板22、24表面上的每一个点是已知的和可控的。

其次，该锗涂覆降低或阻止电荷积累，否则其会出现在板22、24的绝缘陶瓷材料上。电荷积累是离子和/或电子撞击板22、24的结果。累积的电荷影响电场线，从而影响同轴混合离子阱20发挥作用。

再次，该锗层对沿着环30组合的分压起到微弱的作用。大部分的电流不通过锗，所以该锗层不会明显升温。

应当认识到，其它材料可以代替环30上的锗涂覆。对涂覆而言重要的属性包括在半导体范围内具有10^-5至10⁵欧姆的电阻率。该层厚度为50纳米，但可以使用任何厚度范围在1纳米至几十微米。如果电阻率大大高于此范围，该层不能阻止电荷累积。如果电阻率大大低于此范围，过多的电流将通过该层，造成升温，或破坏分压电路。

因此，以薄于或近似于环电极间距的合适厚度，任何半导电材料可用于这一层。材料可以包括但不限于硅、锗、碳、化合物半导体、以及防爆或改良的玻璃。

本发明同轴混合离子阱20能够单独地在环形俘获区42和四极俘获区40中进行捕捉和大规模分析，但它也可以从一个俘获区40、42移动离子至其它区。例如，离子可被捕捉至环形俘获区42，然后被喷出至四极俘获区40。这样，能够利用每个俘获区几何形状的优势。环形俘获区42更大的存储容量有助于增加敏感度而不受高空间电荷的影响。相比之下，高分辨率的四极俘获区40有助于分析能力的提高。

在一个单独的装置中不仅存在一个以上的俘获区，而且存在不同类型的俘获区，具有其它离子阱不可能有的功能，包括某些类型的串联大规模分析、大规模选择性预富集、某些类型的离子-离子或离子-分子反应以及提高的分析性能。离子能够在俘获区40、42之间移动，这样，一个以上离子操纵过程(例如，大规模的分析，激发)可同时进行。

同轴混合离子阱20比其它离子阱进一步改善了工作周期和生产量，因为不同的俘获区40、42可致力于独立的任务。例如，一个俘获区致力于捕捉和粗糙分析，而另一个俘获区致力于细致分析。

该同轴混合离子阱20的设计保留了前述虚拟离子阱以及仅有一个环形俘获区的离子阱的所有优势。具体来说，电场可以电子地(electronically)优化并改变，而不是通过改变物理电极结构。板22、24的排列提供了开放的结构，有利于阱20中的离子注入、气体流动和光学实验。此外，板22、24以高精密度形成和排列，消除了影响其它类型阱的直线排列和加工公差的问题。

同轴混合离子阱20也适用于微型化。不仅可以很容易地控制场和几何形状，而且诸如影响其它微型阱的表面粗糙度和电容的问题，不影响同轴阱20。最后，较大环形俘获区42和较小四极俘获区40的结合，消除了微型阱中与敏感度和离子容量相关的许多问题。

虽然离子可以从一个俘获区注入，移动至另一个俘获区，然后喷出，俘获区不仅限于这些活动。离子不必从一个俘获区移动到其它俘获区。因此，俘获区可以独立运作，或如希望的，发生相互反应。而且，俘获区不必用于捕捉或大规模分析。此外，俘获区40、42不只确定为平行的方式。

使用任何已建立的离子阱大规模分析的方法，可以在离子俘获区40、42中的任何一个或者两个对离子进行大规模分析。这包括但不限于电压或频率扫描，扫描板间距(这在现有技术中从未有过，但在本发明中使用)，振弹射，轴向调节，尖孤立，或任何其它操作使离子移动至Mathieu稳定空间的部分以达到大规模分析的目的。

在本发明同轴混合离子阱20中，离子从环形俘获区42谐振弹射至四极俘获区40，并从该四极俘获区至探测器。然而，离子也可以从四极俘获区40放射状地喷出至环形俘获区42。使用任何已建立的用于离子探测的方法，在同轴混合离子阱20中分析的离子将被探测到，包括但不限于电子倍增器、光学探测法、像电荷以及像电流探测、固态离子探测器、转换倍增极或低温探测器。

以上描述了同轴混合离子阱20的典型功能，本发明还具有一些独特的功能。例如，可以在板22、24之间的空间移动俘获区。通过使用运行在两个俘获区间的“移动”俘获区，从一个俘获区穿梭离子至另一个俘获区是可能的。

该移动离子阱的实际应用包括碰撞诱导的分离实验(其中离子从一个俘获区移动，接着由偶极场和片段激发，然后移动至其它俘获区)，或者其它分离实验。在大规模分析期间，俘获区移动也是可能的。因此本发明可以通过收缩含有离子的俘获区从较大的环形俘获区42聚集离子至较小俘获区。这将导致大规模选择性地预富集。

通过改变施加在板22、24上锗层的潜在功能，俘获区可以移动。换言之，频繁地变换每个金属环30的电压将改变俘获区的位置。

该装置的另一个应用是相反电荷物质的受控反应。例如，正离子可包含在一个俘获区中，而负电荷物质可包含在另一个俘获区中。然后以可控的方式引发离子聚集使它们发生反应，电荷反应的副产品仍被捕捉。

串联大规模分析涉及大规模分析的离子是片断的分析，一些或全部的片断也进行大规模分析。串联分析特别应用于分子的阳性鉴定，蛋白质测序等。

已知同轴混合离子阱20可采用几种方式进行串联大规模分析。首先，该装置可完成其它离子阱的全部类型的串联大规模分析。这些被共同称作时间串联实验，在这些分析中，断裂和片断分析在同一俘获区进行。这包括多重产生片断分析(MSⁿ)。

其次，空间串联实验包括但不限于常量中性丢失扫描和先驱离子扫描。这种空间串联实验可以采用三联四极质谱仪完成，其明显大于本发明的同轴混合离子阱20。同轴混合离子阱20可以代替较大的三联四极质谱仪并完成同样的空间串联测量。

离子可以从同轴混合离子阱20喷出至探测器。在进行分析或者其它的通过一个或以上的离子俘获区操作后，喷出离子。离子可以通过陶瓷板22、24上的孔或裂缝喷出。它们也可以向外放射状地喷出。在本发明构型中，离子是通过板22、24中心的孔32、34喷出的。然而，可选择的实施方式将讨论其它喷出离子的构型。

图7为本发明第一实施方式的剖视图，显示板22、24，锗层46，四极俘获区40，环形俘获区42，板之间的场线48以及两个孔32、34用于向同轴混合离子阱20注入和喷出离子。

图8是一种优选实施方式的剖视图，包括两个环形俘获区42和62。该实施方式包括板22、24，锗层46和两个孔32、34。显示新的环形俘获区62排列在原始俘获区42和四极俘获区40之间。然而，这种排列是任意的。必须指出的是任何希望的环形俘获区的数量可围绕四极俘获区40排列。一个重要的限制因素是用于产生不同俘获区的环30的几何形状。

图9是另一个优选实施方式的剖视图，其中该实施方式包括板22、24，锗层46，两个孔32、34，四极俘获区40和环形俘获区42。然而，在板22、24中添加了裂缝70、72。这些裂缝70、72使得离子能够直接注入环形俘获区42和非放射状地从环形俘获区42喷出。应该指出，也可以包括添加的环形俘获区，带有或不带有用于注入或喷出离子的裂缝。

图10是本发明另一个优选实施方式的剖视图。特别地，从该构型中移走中心孔32、34。唯一非放射状地向环形俘获区42中注入和喷出的孔为裂缝70、72。

图11是本发明另一个优选实施方式的剖视图。任意一个图7至图10中显示的实施方式包括排列于板22、24之间围绕其外侧边缘的金属隔离物74。该金属隔离物74有助于增加板22、24之间的电场，也可作为确保板直线排列的一种手段。该金属隔离物74将限定板22、24的全部外侧边缘。可以布置孔用于离子注入或喷出。

在某些捕捉方案中板22、24的外侧(外直径或外环)需接地。其它的，外侧需配置RF电势。空间、环或其它导体或半导体材料可置于外侧附近以辅助在该区建立电势。例如，金属片74用作在阱20外侧附近建立电势。在所有方案中，不带有金属片74，阱20可以运行，但是在许多方案中它能够提高性能。该金属片74也可以这样的方式设计，作为控制或限制气体从阱20流入或流出。

图12是第一张图显示萘的四极场共振喷出。从环形俘获区42喷出是在谐振扫描前宽带喷出至四极俘获区40。显示的峰在指数525时为m/z 128。

图13显示甲苯的四极场共振喷出。从环形俘获区42喷出是在谐振扫描前宽带喷出至四极俘获区40。显示的峰在指数173和178时分别为m/z 91和92。

图14显示二氯甲烷的四极扫描喷出。从环形俘获区42喷出是在谐振扫描前宽带喷出至四极俘获区40。放大的视图显示假定的氯同位素。

图15显示甲苯的四极场共振喷出。从环形俘获区42喷出是在谐振扫描前宽带喷出至四极俘获区40。四极俘获区42连续地暴露于1kHz喷出脉冲以使非选择性的喷出四极俘获区的全部内含物，同时调整信号。显示的峰在指数290时为m/z 92。

图16显示萘的四极场共振喷出。从环形俘获区42喷出是在谐振扫描前宽带喷出至四极俘获区40。环形俘获区42连续地暴露于1kHz喷射脉冲，以使非选择性的喷出四极俘获区的全部内含物，同时调整信号。显示的峰在指数470时为m/z 128。

如前面所述，本发明环形俘获区和四极离子阱的结合明显优于其它离子阱。值得提及的是其中之一的优势是同轴混合离子阱20可以作为简单的MS，IMS/MS，MS/IMS和/或MS/MS系统运行。

在IMS/MS，MS/IMS和MS/MS模式中，没有如传统离子阱系统的离子丢失。这是因为从大量离子中选择一个离子或可移动的选择是通过从一个离子阱喷出至另一个离子阱来完成，而未选择的离子仍被捕捉。传统系统选择离子是通过使全部其它离子失去稳定性，导致那些离子的丢失。宽带失去稳定性仍然可以完成，导致排空其中一个或两个离子阱。

在本发明中，因为俘获区和最终的MS喷射区不是同一个区，离子化可以100％的时间完成。这是由于虚拟离子阱没有直线到达探测器(离子没有被捕捉至俘获场的中心，从而迅速失去稳定性)将被破坏稳定性。这种离子流在离子化期间通常通过门控关断(gating off)探测器处理，并且当取消离子化时仅进行扫描。

大规模扫描也可以100％完成工作周期。为了冷却离子，在离子从四极俘获区40喷出至探测器之前，可以建立从环形俘获区42喷出至四极俘获区40以使特定的m/z从环形俘获区42喷出至四极俘获区40，并且留出时间冷却。例如，两个俘获区40、42持续扫描输出质量，该环形俘获区42至该四极俘获区40，和该四极俘获区40至探测器，但是该环形俘获区42喷出特定质量比该四极俘获区喷出相同质量早10ms。在喷出至探测器之前，给了离子10ms的冷却时间，并且减少了离子-离子的排斥，在阱中心仅有少部分的离子，提高了分辨率。

应该指出上述的技术方案仅作为本发明应用的说明。在不偏离本发明的精神和范围下，本领域的技术人员可以设计出许多修改方案和可选择的方案。附加的权利要求旨在覆盖这些修改和方案。

Claims (29)

1.一种通过提供至少两种类型的离子俘获区来提供同轴混合离子阱的方法，所述方法包括步骤：

(1)提供至少两个基本为平面的平行表面，对其进行定向以具有相对面，所述相对面具有从其穿过的中心轴，并在所述相对面上设置多个电极以生成产生俘获区的电场；

(2)在所述两个基本为平面的平行表面之间产生同轴设置的四极俘获区；以及

(3)围绕所述四极俘获区产生至少一个同轴设置的环形俘获区。

2.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：使用至少一个环形俘获区以提供增加的离子存储，从而由所述同轴混合离子阱获得高敏感度。

3.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：使用所述四极俘获区以由所述同轴混合离子阱获得高分辨率和改进的分析能力。

4.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：产生至少另一个相对于所述四极俘获区同轴设置的环形俘获区。

5.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：动态改变所述至少一个环形俘获区相对于所述中心轴的位置。

6.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：改变所述四极俘获区或者所述至少一个环形俘获区的总容量。

7.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：在所述四极俘获区和所述至少一个环形俘获区之间移动离子。

8.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：

(1)将一个俘获区中的离子围在移动俘获区内；

(2)将所述移动俘获区从起点俘获区移动到终点俘获区；以及

(3)将所述离子释放至所述终点俘获区中。

9.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：对所述至少两个基本为平面的平行表面光刻压印(lithographicallyimprinting)多个环或线，以产生用于所述电场的电极。

10.如权利要求9所述方法，其中该方法进一步包括步骤：用半导体材料涂覆所述至少两个相对面以由此便于产生所述电场。

11.如权利要求10所述方法，其中该方法进一步包括步骤：使用锗涂覆所述至少两个相对面。

12.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：提供用于通过所述至少两个基本为平面的平行表面向所述同轴混合离子阱中注入离子或从所述同轴混合离子阱喷出离子的装置。

13.如权利要求12所述方法，其中该方法进一步包括步骤：提供至少一个穿过所述相对面的孔，以使得能够向所述同轴混合离子阱中注入离子或从所述同轴混合离子阱喷出离子。

14.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：

(1)分配第一项任务由所述四极俘获区实施；

(2)分配另外的任务由所述至少一个环形俘获区实施；以及

(3)其中所述第一项任务和所述另外的任务同时实施。

15.如权利要求14所述方法，其中该方法进一步包括步骤：使所述第一项任务和所述另外的任务能够引起所述四极俘获区和所述至少一个环形俘获区发生相互作用。

16.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：使用所述至少两个俘获区进行相反电荷物质的受控反应。

17.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：进行空间串联实验。

18.如权利要求1所述方法，其中该方法进一步包括步骤：通过在所述相对面间围绕其外侧边缘插入金属隔离物来增强所述相对面间的所述电场。

19.一种提供至少两种类型的离子俘获区的同轴混合离子阱，所述离子阱包括：

至少两个基本为平面的平行表面，对其进行定向以具有相对于穿过所述相对面的共同中心轴被定向的相对面；

多个电极，设置在所述相对面上以生成产生俘获区的电场；

四极俘获区，与所述两个基本为平面的平行表面同轴设置、并位于所述两个基本为平面的平行表面之间；和

至少一个环形俘获区，围绕该四极俘获区同轴设置。

20.如权利要求19所述同轴混合离子阱，其中该同轴混合离子阱进一步包括至少另一个相对于所述四极俘获区同轴设置的环形俘获区。

21.如权利要求19所述同轴混合离子阱，其中该同轴混合离子阱进一步包括电势装置，用以动态改变所述至少一个环形俘获区相对于所述中心轴的位置。

22.如权利要求19所述同轴混合离子阱，其中该同轴混合离子阱进一步包括电势装置，用以改变所述四极俘获区或所述至少一个环形俘获区的总容量。

23.如权利要求19所述同轴混合离子阱，其中该同轴混合离子阱进一步包括电势装置，其能够在所述四极俘获区和所述环形俘获区之间移动离子。

24.如权利要求19所述同轴混合离子阱，其中该同轴混合离子阱进一步包括电势装置，其能够使得：

(1)将一个俘获区中的离子围在移动俘获区内；

(2)将所述移动俘获区从起点俘获区移动到终点俘获区；以及

(3)将离子释放至所述终点俘获区中。

25.如权利要求19所述同轴混合离子阱，其中该同轴混合离子阱进一步包括设置在以半导体材料光刻压印的(lithographicallyimprinted)所述相对面上的多个环或线以便于产生所述电场。

26.如权利要求25所述同轴混合离子阱，其中该半导体材料选自包含硅、锗、碳、化合物半导体和掺杂或改性玻璃的半导体材料组。

27.如权利要求19所述同轴混合离子阱，其中该同轴混合离子阱进一步包括用于通过所述至少两个基本为平面的平行表面向所述同轴混合离子阱中注入离子或从所述同轴混合离子阱喷出离子的装置。

28.如权利要求27所述同轴混合离子阱，其中该同轴混合离子阱进一步包括至少一个穿过所述相对面的孔，以使得能够向所述同轴混合离子阱中注入离子或从所述同轴混合离子阱喷出离子。

29.如权利要求19所述同轴混合离子阱，其中该同轴混合离子阱进一步包括围绕其外侧边缘设置在所述相对面之间的金属隔离物。

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