CN101681786A

CN101681786A - 离子传输装置及其操作方法

Info

Publication number: CN101681786A
Application number: CN200880020445A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·W·赛恩科; 维亚切斯拉夫·V·科夫敦; 保罗·R·阿瑟顿; 吉恩·雅克·迪尼亚什; 埃洛伊·R·沃特斯; 毛里齐奥·斯普朗德; 威廉·希伯特
Original assignee: Thermo Finnigan LLC
Current assignee: Thermo Finnigan LLC
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2028-06-02
Also published as: CN101681786B; JP5334334B2; JP2010530120A; CA2687222C; CA2687222A1; WO2008157019A2; US7781728B2; EP2160751B1; WO2008157019A3; EP2160751A2; US20090045062A1

Abstract

一种用于在质谱仪的低真空或大气压区域中传输和聚焦离子的装置，由多个纵向空间隔开的电极构成，该电极被施加振荡(例如，射频)电压，为了在装置出口附近产生将离子聚焦为窄束的锥形场，在离子移动的方向上增加电极间的间隔或振荡电压的振幅。

Description

离子传输装置及其操作方法

技术领域

本发明一般涉及用于质谱仪的离子光学系统，尤其涉及在低真空区域中用于限制和聚焦离子的装置。

背景技术

质谱仪设计者们面临的一个基本挑战是，离子从离子源至质谱分析器的有效传输，特别是通过大气压或低真空区域，在该区域中离子的运动大幅度地受到背景气体分子相互作用的影响。在商业可用的质谱仪器件的区域中，通常使用静电光学元件来进行离子聚焦，众所周知，因为离子受到大量的碰撞，这种装置的有效性受到了限制。因此，通过低真空区域的离子传输损失有变高的趋势，这在器件的总体灵敏性上具有非常不利的影响。

为了在低真空区域中改善离子传输效率，在质谱仪技术中已经提出了各种不同的方法。通过描述于Smith等的USPN6,107,628中的离子漏斗装置体现了一种方法。大体上描述的，离子漏斗装置由大量紧密排列的纵向隔开的环形电极组成，该电极具有从装置入口到其出口尺寸上减小的孔径。电极彼此之间电隔离，射频(RF)电压以规定的相位关系施加在电极上，以将离子径向的限制在装置的内部。在装置入口处相对大的孔径尺寸提供了大的离子接收面积，该逐渐减小的孔径尺寸产生了“锥形”RF场，该RF场具有沿离子移动方向上直径减小的无场区域，从而聚焦离子为窄束，该窄束可以随后穿过截取锥或其他静电透镜的孔径而不会带来很大程度上的离子损失。(例如)Smith等的USPN6,583,408，Franzen的USPN7,064,321，Bruker Daltonics和Julian等的EP申请号No.1,465,234，“为获得质量的离子漏斗：对简化离子漏斗的实验和模拟”，J.Amer.Soc.Mass Spec.，vol.16，pp.1708-1712(2005)中描述了离子漏斗装置上的改进和变化。

当离子漏斗装置已经成功的用于研究环境中时，其在商业质谱仪器件中的实施会受到成本和制造问题的阻碍。典型的离子漏斗使用大约100个环形电极，每个电极具有唯一的孔径。这种设计导致元件数量变大以及制造成本和复杂性提高。另外，大量环形电极的使用产生了很高的电容性负载，这需要高功率的放大器以驱动电路。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种离子传输装置，该装置由沿装置的纵轴方向隔开的多个孔径电极组成。电极孔径沿装置入口和出口之间的离子传输方向限定了离子通道。耦合至电极的振荡(例如，RF)电压源，给电极提供合适相位关系的振荡电压，以径向的限制离子。为了将离子聚焦至装置出口附近的离子通道的中心线处，在离子移动的方向上增加相邻电极之间的间隔。装置出口附近相对较大的电极间的间隔为成比例增加的振荡场提供穿透，从而产生将离子集中至纵向中心线的锥形场。振荡电压的幅度可以扫描或步进的方法在时间上变化，从而优化某些离子种类的传送或减少质量鉴别效应。沿离子通道助推离子的纵向DC场，可以通过施加一组DC电压至电极而产生。

根据本发明的第二实施例，离子传输装置包括具有振荡电压施加至其上的多个均匀间隔的孔径电极。用于将离子聚焦至离子通道中心线的锥形场，通过在离子移动方向上增加振荡电压的振幅而产生。

在以上任一实施例中，光束流、中性粒子和脱溶液滴向下游，质谱仪的低压区域的流动可以通过以下技术之一或组合来减少，该技术包括相对于离子传输装置入口横向和/或有角度的偏移毛细管，以及相对于相邻电极的孔径横向偏移电极孔径以阻挡可视的路径。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明第一实施例构造的包含离子传输装置的质谱仪的示意图，其中在离子的移动方向上增加电极间隔以产生锥形聚焦场；

图2更详细地描绘了用于图1的质谱仪中的离子传输装置；

图3描绘了用于图2的离子传输装置中的孔径电极的一个示例；

图4描绘了具有外壳并能促进气体辅助离子传输的离子传输装置的一部分；

图5描绘了离子传输装置的第二实施例，其中通过在离子移动方向上增加施加的振荡电压的振幅而产生锥形聚焦场；

图6描绘了离子传输装置的另一实施方式，其使用几何体来减少中性气体分子束和其他不需要颗粒束流入质谱仪的下游区域；

图7描绘了根据操作方法在离子传输装置上施加振幅斜线上升式RF电压，从而最大化传送由四极质量过滤器或类似质量分析器分析的离子；

图8描绘了根据操作方法在离子传输装置上施加振幅阶跃式RF电压，从而减少注入周期的m/z鉴别比；

图9还描绘了离子传输装置的另一实施方式，其使用倾斜环形电极几何体从而在邻近喷射扩散的区域减少RF场强；以及

图10描绘了离子传输装置的又一实施方式，其使用不对称DC场使离子远离高RF场强区域。

具体实施方式

图1是根据本发明第一实施例构造的包含离子传输装置105的质谱仪100描绘的示意图。待分析离子可以通过电探针110向电离室107内电喷雾样品溶液而形成。对于使用电喷雾技术的离子源，电离室107通常保持在大气压处或附近。同背景气体以及部分脱溶液滴一起的待分析离子，流入传统离子传输管115(例如，窄孔毛细管)的进口端，并在压力梯度的影响下贯穿管的长度。为了增加离子从电离室107的产生量，可以通过多路毛细管或可分割流动路径的离子传输管代替此处描绘的单通道离子传输管以提供多路离子流动通道。待分析离子传输管115优选保持与块120良好热接触，该块120被筒式加热器125加热。如在该技术中公知的，加热穿过离子传输管115的离子/气体流，可促进残留溶剂的蒸发并增加可用于测量的待分析离子的数量。待分析离子从离子传输管115的出口端排出，该出口端通向位于低真空室130内的离子传输装置105的入口127处。如箭头所指示的，室130通过机械泵或同等物抽空至低真空气压。在传统操作条件下，低真空室内的气压将在1-10Torr(大约1-10毫巴)的范围内，但是可以肯定的是，根据本发明实施例的离子传输装置在低真空和近大气压的较宽范围内可以成功的操作，例如，在0.1毫巴至1巴之间。

需要理解的是，此处描绘和说明的电喷雾电离源是通过说明例的方式呈现的，并且本发明的离子传输装置不应当被理解为限制至使用电喷雾或者其他具体类型的电离源。其他可以替代电喷雾源(或者除此之外被使用)的电离技术包括化学电离，光电离，以及激光解吸或基质辅助激光解吸/电离(MALDI)。

待分析离子作为自由喷射扩散从离子传输管115的出口端射出，移动穿过离子传输装置105内部限定的离子通道132。如下面将会更详细论述的，在离子通道132内径向限制和聚焦离子，可通过向离子传输装置105的孔径电极135施加振荡电压来实现。如以下更进一步论述的，可以通过产生纵向DC场和/或通过制作在其中夹杂离子的背景气体流来促进沿离子通道132向装置出口137离子的传输。离子作为窄聚焦束离开离子传输装置105，直接穿过引出透镜145的孔140进入室150中。离子随后穿过离子导向155和160，被传送至位于室170中的质量分析器165(如所描绘的，其可以采取传统的双向四极离子阱的形式)。室150和170可以通过如箭头指示的，连接至涡轮泵的端口的方式来抽空至相对的低压。当离子传输装置105描绘为占据单个室时，可选的实施方式可使用桥接两个或多个压力依次减小的室或区域的离子传输装置。

图2描绘了(大致截面图)离子传输装置105的详情。离子传输装置105由纵向间隔排列的多个大致平板电极135形成(如此处使用的，术语“纵向”表示由离子沿离子通道132的总体移动限定的轴)。这种通常构造的装置在质谱仪技术中有时指的是“堆叠环形”离子导向。每个电极135与孔205相适应，使离子可以穿过孔205。这些孔共同限定了离子通道132，该通道可以是直的或者(如以下关于图4论述的)弯的，这取决于孔的横向对准。为了改进制造和减少成本，所有电极135可以具有相同尺寸的孔205(与前述Smith等的USPN6,107,628中公开的装置不同，其每个电极具有各自尺寸的孔)。振荡(例如，射频)电压源210施加振荡电压至电极135，从而产生在离子通道132内径向限制离子的场。根据优选实施例，每个电极135接收与施加到相邻电极上的振荡电压振幅与频率相同，但相位相反的振荡电压。如描绘的，电极135可以被划分为，与多个第二电极220相交错的多个第一电极215，第一电极215接收与施加到第二电极220上的振荡电压相比相位相反的振荡电压。在典型的实施方式中，施加的振荡电压的频率是0.5-1MHz、振幅是50-400Vp-p(峰到峰)，所要求的振幅很大程度上取决于频率。需要指出的是，描绘在图中的电极135的数量是任意选取的，并不需要理解为将本发明限制至任何特定数量的电极。长度50mm的离子传输装置的典型实施方式具有12至24个电极。由于在装置出口附近增加的电极间间隔，根据本发明该实施例构造的离子传输装置，相对于Smith等的USPN6,107,628和以上引用的相关公开中描述的传统离子漏斗装置，通常将使用更少的电极。

为了产生邻近装置出口137聚焦离子为窄束的锥形电场，在离子移动方向上增加电极135的纵向间隔。在本领域中众所周知(注意，例如，Franzen的USPN5,572,035以及前面提到的Julian等的文章)，堆叠环形离子导向中振荡场的径向穿透与电极间间隔成比例。在入口127附近，电极135相对紧密的间隔，这提供了受限的径向场穿透，从而在纵轴周围产生大范围的无场区域。这种情况促进了高效率地接受从离子传输管115流入离子通道132的离子。更进一步，入口127附近电极的紧密间隔产生了不会捕获离子为扩散离子云的强的反射表面和浅的赝势壁。相反的，出口137附近的电极135相对宽间隔地放置，这提供了向中心纵轴有效的聚焦离子(因为较大的纵向振荡场穿透和无场区域变窄)。值得相信的是，装置出口137附近相对宽的电极间间隔将不会导致显著的离子损失，因为当离子沿离子通道132移动时，离子朝向中心轴被冷却。在离子传输装置105的一个实施方式中，纵向电极间间隔(中心到中心)从装置入口127处的1mm变化到装置出口137处的5mm。

在图2的实施例中，沿离子传输装置105的整个长度，电极间隔被描绘为在离子的移动方向上逐渐并连续的增加。在其他的实施方式中，电极间隔沿离子传输装置长度的一段或多段(例如，接近装置入口)是均匀的，然后沿其他段(例如，接近装置出口)增加。更进一步，某些实施方式可以使用其中电极间隔以阶跃而非渐变的方式增加的设计。

在某些情况下(例如，操作气压相对高)，如果离子不具有足够的动能以克服赝势障壁，离子穿过离子传输装置105的移动将会变得失速(即陷入电极间的壁内)。为了避免这个问题，可以通过提供在电极135上施加一组DC电压的DC电压源225，在离子通道132内产生纵向DC场。施加的电压在离子移动方向上增加或减小，取决于传输离子的极性。纵向DC场朝着装置出口137助推离子并确保不发生不需要的捕获。在典型的操作情况下，纵向DC场梯度1-2V/mm足够消除离子在离子传输装置105内的失速。在可选实施例中，纵向DC场可以通过在辅助电极(例如，位于环形电极外面的一组电阻涂层棒形电极)上而不在环形电极135上施加一定的DC电压而产生。

对于某些应用，具有在捕获模式下能够选择性操作的离子传输装置105是有利的，这通过在可控制周期的捕获段将穿过入口127(或其一部分)接收的离子保持在离子通道132内来实现。捕获可通过使DC电压源225施加合适的DC障壁电压至某些环形电极135来完成，从而产生轴向限制离子的DC势阱。当需要从离子传输装置105释放离子时，障壁DC电压被移除，离子在压强梯度和可选纵向DC场的影响下穿过离子通道132至出口137的一段。在这种技术的变形中，一组移动DC脉冲，在Giles等U.S.专利No.6,914241中描述的类型(其公开在此处被参考结合)被施加至电极135，以产生沿离子传输装置105的长度方向增加的一个或多个捕获量。也可以要求在离子传输装置105内影响离子迁移基础的离子分离，例如隔开潜在的干扰等压离子。如果要求通过离子迁移产生分离，离子传输装置105将优选轴向拉伸和/或保持在相对高的压强，以产生操作上有意义的具有不同迁移率的离子分离。

如图3所示，每个电极135可以由具有位于中心的圆形孔205的方形板310组成。如以上指出的，通过使用相同尺寸和孔径尺寸的可互换电极，可以减少元件数量和降低制造成本。板310可以由导电材料，例如不锈钢或铜，被整体地制造。在可选构造中，电极可以通过在例如用于印刷电路板的，绝缘基板的中心区域(即与孔径向相邻的区域)沉积导电材料(至合适的厚度和覆盖合适的区域)来形成。也可以在板的中心区域和边缘之间沉积一组导电线，以建立至振荡和/或DC电压源的电连接。在离子传输装置105的典型实施方式中，每个电极135具有横向尺寸25mm×25mm，厚度0.5mm，圆形孔205具有直径2-15mm。

离子传输装置105可以以开放的配置被构造，如图2所示的，其电极135之间的间隙是开放的并与室130相接通。这种设计允许来自离子/气体流的气体穿过电极间的间隙被移除。在Smith等的USPN6,107,628描述的方式中，电极135可以被聚集并彼此对齐，以及使用一组绝缘支撑棒和间隔物以预定的电极间间隔被固定。在可选实施方式中，全部或一部分电极135可以位于外壳内，这会阻碍气体从电极间间隙至室130的方向流出，从而沿离子通道的封闭部分维持相对高的气流。这种气流促进了沿离子通道的离子传输，并可以避免提供以上所述类型的纵向DC场的需要。对于图4，外壳405可以由板410直线布置形成。电极135可以使用边缘连接器415被安装在外壳405内，其以要求的值固定电极间间隔，并提供至振荡和可选DC电压的连接。

图5描绘了根据本发明第二实施例构造的离子传输装置500。与图2的实施例相比，电极505，其每个具有相同尺寸的孔507，沿纵轴被均匀隔开。电极505共同限定了离子通道510。为了产生在装置入口512处促进高离子接收效率以及在装置出口515处紧紧的聚焦离子束的锥形径向场，在电极505上施加的振荡电压的振幅在离子移动方向上增加，使得每个电极505接收的振荡电压振幅相对于上游方向的电极变大。图5中描绘了这种振荡电压振幅的增加。可以通过耦合至振荡电压源525的一组衰减电路520传送要求的振荡电压。在离子传输装置500的一个实施方式中，电极505以中心点1-1.5mm被隔开，振荡电压具有0.5-1MHz的频率，振幅从装置入口510处的50-100Vp-p变化至装置出口515处的400-600Vp-p。施加的振荡电压所需要的最大振幅取决于电极间间隔，并可以通过使用更宽的间隔被减小(例如，中心点4mm的间隔可以减小最大施加电压至100Vp-p)。DC电压源(未示出)，耦合至电极505，可以以上面描述的与图2实施例相关的方式施加一组DC电压，来产生沿离子通道510助推离子的纵向DC场梯度。可选或附加的，可以通过在外壳内安置电极505来促进穿过装置的纵向离子传输，使得在离子通道510内保持相对高的气体流动率。

在图2和5的离子传输装置105和500中，在装置入口和出口之间建立基本上直的，无障碍离子通道。但是，将离子传输装置配置为阻碍中性气体分子流、束和脱溶液滴流入质谱仪的低压区域，这可能是有利的，从而改善信噪比并减少泵浦需求。对于图6，离子传输装置605被描绘为包含多重特征以阻碍中性粒子和其他不需要颗粒流流向下游区域。离子传输装置605由多个孔径电极610构造，该多个孔径电极610分组为位于邻近装置入口620处的第一电极组615，和位于邻近装置出口630处的第二电极组625。第一电极组615可以具有与第二电极组625的孔640相比更大尺寸的孔635。离子通过离子传输管645引入入口620中，该离子传输管645具有相对于第一电极组615的首个电极的孔635的中心横向偏移的出口。离子传输管645，或其终端段，具有相对于孔635的中心限定的中心流动轴成角度偏移(通常大约5°)的中心流动轴。除此之外，第二电极组625的孔640的中心相对于彼此以及孔635的中心横向偏移，使得在离子传输管645的出口和出口透镜655的中心孔650之间不存在可视的路径。在这种方式中，待分析离子必须沿弓形路径贯穿离子传输装置的长度并穿过透镜孔650。与待分析离子不同，中性粒子(与高质荷比颗粒一起，例如脱溶液滴和溶剂离子加合物)进入离子通道605的轨道不会受到因此而产生的横向移动的电场影响或者影响的程度较小，从而中性粒子和高质量颗粒趋于与电极的固体表面相碰撞，并不会穿过透镜孔。需要指出的是，设计为减少中性粒子流的离子传输装置的其他实施方式可以排列电极以限定S形的离子通道。抑制中性气体流穿过离子通道也可以使用USPN6,583,408中公开的喷射干扰结构来完成，该喷射干扰结构基本上由位于离子/气体流动轴中的固体板组成。中性粒子流至质量分析器的更进一步减少可以通过使用位于离子传输装置下游的离子导向来实现，该离子传输装置具有相对于离子传输装置的纵轴弯曲和/或横向或成角度偏移的中心轴。

为了简化和清楚，图6省略了RF和可选DC源和连接，需要认识到的是，可以以上面描述的与图2相关的方式在电极610上施加RF和(可选)DC电压，即，可以以依次交替的模式施加相同振幅和相反相位的RF电压以产生径向限制场，以及可以施加在离子移动方向上振幅增加或减少的DC电压以产生纵向DC场。在某些情况下，在第二电极组625的电极上施加具有较低振幅的RF电压(相对于在第一电极组615的电极上施加的RF电压的振幅)，这是有利的，从而减少离子在离子通道的最后部分中移动经受的RF场的强度，并因此减少非计划性分裂。

如以上描述的，相对于离子传输装置的中心纵轴成角度的偏移离子传输管(例如，毛细管)的轴的一个结果是，考虑到接近电极处的场强度的增加，离子将更紧密的靠近电极并从而暴露于相对高的RF场强度区域。这会导致不稳定待分析分子的非计划性分裂。图9和10中描绘的设计展示了由离轴离子引入而引起的非计划性分裂问题的两个可能解决方法。首先对于图9，离子传输装置905由多个电极910形成，该多个电极910在离子移动方向上具有平均增加的电极间间隔。电极组915相对于彼此以及非倾斜电极920是倾斜的，使得倾斜组915的每个电极限定了相对于相邻电极为不平行的平面。根据这种布置，离子传输装置905的一段在位于有角度的毛细管925出口相对端的离子传输装置905的一侧具有明显变小的电极间间隔(即，该侧与从毛细管出口发射的喷射扩散相匹配)，相对于离子传输装置905另一侧相应的电极间间隔。如以上指出的，伴随电极间间隔增加，RF场径向穿透将增加。在毛细管出口相对侧的减小的电极间间隔导致径向场穿透变小，因此，相对于具有对称电极间间隔的平行电极的相同的实施例，喷射扩散930中的离子被暴露于较低的RF场强度。较低的RF场强度导致离子传输装置中待分析离子的非计划性分裂变少。

图10示出了减少非计划性分裂问题的可选方法。离子传输装置1005包括多个电极1010，该多个电极1010以离子移动方向上增加电极间间隔的方式布置。离子通过有角度的毛细管1020以喷射扩散1015引入离子传输装置1005的内部。与图9的实施例相对比，离子传输装置1005不包括倾斜电极组。取而代之，DC电极1025位于邻近电极1010的一侧，该侧位于毛细管1020出口的相对侧。在DC电极1025上施加合适的电压，以产生促使离子远离电极1010并朝向离子传输装置1005的中心线的径向不对称DC场。该结果减少了离子暴露在存在于电极附近的高强度RF场中，并因此阻止或减少了待分析离子的非计划性分裂。

需要指出的是，尽管图9和10省略了RF和可选DC源及其连接以避免不必要的复杂性，但可以上述的与图2相关的方式在电极上施加RF和(可选)DC电压，即，可以以依次交替的模式施加相同振幅和相反相位的RF电压以产生径向限制场，以及可以施加在离子移动方向上振幅增加或减少的DC电压以产生纵向DC场。

需要认识到的是，通过图2和5的实施例的实施产生锥形径向场的技术可以单独或结合使用，即，离子传输装置可以包括纵向增加的电极间隔或纵向增加的振荡电压振幅中的一个或两个以产生锥形场。更进一步，这些技术的一个或两个可以与Smith等的USPN6,107,628中公开的装置所实施的物理锥形技术(即，纵向减少的孔尺寸)相结合。可选的，如图6的实施例描绘的和以上描述的，电极的孔尺寸可以以阶跃的方式变化，使得离子传输装置被划分为多段，每段具有相同孔尺寸的多个电极，其中在一段中的孔尺寸与其他段中的孔尺寸不同(以另一方式表述，每个电极可以与至少一个相邻电极具有相同的孔尺寸)。

已经注意到的是，对于在离子移动方向上具有逐渐增加的电极间间隔的离子传输装置，例如图2中描绘的和以上描述的装置，在离子传输效率最大化处施加的RF电压的振幅将随传输离子的质荷比(m/z)而增加。换句话说，对于给定的施加RF电压值，装置的离子传输效率取决于m/z，使得具有一定m/z值的离子相对于具有不同m/z值的离子可以更有效或无效的传输。在一些情况下，在时间上变化施加的RF电压的振幅，从而改善器件的整体灵敏性，这会是有利的。需要考虑的是，至少有两种使RF电压可以改变的方法，取决于质谱仪要求使用的质量分析器的类型。在使用连续束分析器的质谱仪器件中，例如四极质量滤波器，其中离子被滤波，使得在任何给定时刻，仅仅m/z值在窄范围内的离子被传输至探测器(或者至质谱仪的其他下游元件)，变化施加至离子传输装置的RF电压，以使在这个时间点通过质量分析器传输/探测的m/z值范围内的离子传输效率最大化，这会是有用的。由于使施加至四极质量滤波器的RF和/或DC电压变化(或施加至其他类型连续束分析器的相应电压)，以逐渐改变被传输/探测离子的m/z值(并从而产生质谱仪)，在离子传输装置的电极上施加的RF电压的振幅被同时改变，以使具有通过质量分析器传输/探测的范围内的m/z值的离子传输最大化(在任何给定时刻)。RF电压振幅可以随时间线性变化(对应被测离子物的m/z值)，或者可以代替以更复杂的时间(m/z)-依赖关系来变化。图7描绘了随时间施加至离子传输装置的RF振幅的变化，借此在与四极滤波质量分析器的扫描周期相对应的周期内，RF振幅在预定的振幅值之间重复变化。在这种方式中，被传输/探测离子至质量分析器的传输被优化，其在灵敏性上具有有益的效果。如果四极质量滤波器或类似质量分析器以“停驻”的模式操作(在时间上固定的m/z值范围内的传输)而不是以扫描的模式，那么施加至离子传输装置电极的RF电压振幅可以保持在静态值，从而使被监控的离子种类质量分析器的传输最大化。

对于使用“脉冲”质量分析器的质谱仪器件，例如四极离子阱(或者使用质量分析器的中间离子储存上游的器件)，在离子在质量分析器或中间存储内累积的注入周期，改变施加至离子传输装置的电极上的RF电压振幅，这会是有用的。在说明示例中，在开始注入周期时可以施加RF振幅值，使具有相对低m/z值的离子传输最大化。然后在注入周期改变RF电压振幅(通常以阶跃或连续的方式，但是也可以使用更复杂的电压调制)，使得具有逐渐变高m/z值的离子传输效率增加。在相关实施方式中，注入时间被划分为多个组成子周期，其可以是相等或不等的时间，在每个子周期离子传输装置上施加不同振幅的RF电压，该RF电压在连续注入子周期的间隙被移除。通过在m/z值的范围内改变最大离子传输效率，由此产生的在质量分析器内累积的离子数量可以更接近源产生的离子数量，而不会发生如果施加至离子传输装置电极的RF电压振幅在整个注入周期保持在固定值时，相对于高或低m/z值的不需要的鉴别。由于将可探测m/z值范围之外(以上或以下)的离子引入质量分析器不会产生好处，施加电压的选择会考虑到通过质量分析器探测的离子m/z值范围。

图8描绘了在注入周期RF振幅变化的例子，例如对应于离子阱质量分析器的累积周期。在该例子中，注入周期被划分为三个组成子周期，RF电压以三个连续增加的阶梯振幅被施加。在一个具体实施方式中，三个阶梯施加的振幅可以如下计算：

V_{1} = K * \sqrt{{(m / z)}_{low}}

(V_{2}) = K * \sqrt{{(m / z)}_{low} + f * ({(m / z)}_{high} - {(m / z)}_{low})}

V_{3} = K * \sqrt{{(m / z)}_{high}}

其中V₁，V₂，V₃分别是在第一、第二和第三阶梯上的施加振荡电压的振幅，(m/z)_low和(m/z)_high分别是相关离子的m/z的最低和最高值，f是＜1的常数，例如可以取0.3，以及K是可调整常数(例如，具有0到100之间的值)。(m/z)_low、(m/z)_high和K值可以通过图表用户界面由器件操作者提供，或者可以根据存储标准由器件控制者选择。

尽管图8和相应的正文描绘并描述了以逐渐增加的方式施加的RF电压，需要认识到的是，在不背离本发明的情况下可以以任意顺序施加该电压阶梯。更进一步，如此处使用的，对于施加RF电压，该第一、第二和第三周期不应当理解为要求具体的时间顺序，而是取而代之仅仅用来表示和区分RF振幅的不同值。

可以理解的是，当描述本发明连同其详细说明时，上述的描述用于说明而不限于本发明的范围。

Claims

1、一种离子传输装置，包括：

多个纵向隔开的电极，沿离子传输方向限定离子通道，多个电极中的每个电极具有能使离子移动穿过的孔；以及

配置为在多个电极的至少一部分上施加振荡电压的振荡电压源；

其中相邻电极间的间隔(i)和施加的振荡电压的振幅(ii)中的至少一个在离子移动方向上增加。

2、如权利要求1所述的离子传输装置，其中仅相邻电极间的间隔在离子移动方向上增加。

3、如权利要求1所述的离子传输装置，其中仅施加的振荡电压的振幅在离子移动方向上增加。

4、如权利要求1所述的离子传输装置，进一步包括用于在离子通道内产生纵向DC场的装置，以促进离子在离子通道的入口和出口之间的传输。

5、如权利要求4所述的离子传输装置，其中用于产生纵向DC场的装置包括，配置为在多个电极的至少一部分上施加一组DC电压的DC电压源。

6、如权利要求1所述的离子传输装置，其中对齐多个电极的孔以限定基本上直的离子通道。

7、如权利要求1所述的离子传输装置，其中多个电极的至少一些孔相对于相邻电极的孔横向偏移。

8、如权利要求7所述的离子传输装置，其中离子通道呈S形。

9、如权利要求7所述的离子传输装置，其中离子通道呈弓形。

10、如权利要求1所述的离子传输装置，进一步包括插在两个相邻电极之间的喷射干扰物。

11、如权利要求2所述的离子传输装置，其中相邻电极之间的间隔沿离子移动方向逐渐增加。

12、如权利要求3所述的离子传输装置，其中施加的振荡电压的振幅沿离子移动方向逐渐增加。

13、如权利要求1所述的离子传输装置，其中振荡电压源是射频电压源。

14、如权利要求1所述的离子传输装置，其中多个电极包括多个第一电极，多个第一电极与多个第二电极交错排列，施加在第一电极上的振荡电压与施加在第二电极上的振荡电压相位相反。

15、如权利要求1所述的离子传输装置，其中多个电极的孔尺寸相同。

16、如权利要求1所述的离子传输装置，其中多个电极包括位于邻近装置入口处的第一组电极和位于邻近装置出口处的第二组电极，第一电极组的电极具有第一固定尺寸的孔，第二电极组的电极具有第二固定尺寸的孔，第二固定尺寸小于第一固定尺寸。

17、如权利要求1所述的离子传输装置，其中多个电极的至少一部分置于能抑制气体向外流动穿过电极间间隙的外壳内。

18、一种质谱仪，包括：

离子源；

质量分析器；以及

位于离子源和质量分析器之间的离子路径中间的离子传输装置，离子传输装置包括：

19、如权利要求18所述的质谱仪，其中仅相邻电极间的间隔在离子移动方向上增加。

20、如权利要求18所述的质谱仪，其中仅施加的振荡电压的振幅在离子移动方向上增加。

21、如权利要求18所述的质谱仪，进一步包括用于在离子通道内产生纵向DC场的装置，以促进离子在离子通道的入口和出口之间的传输。

22、如权利要求21所述的质谱仪，其中用于产生纵向DC场的装置包括，配置为在多个电极的至少一部分上施加一组DC电压的DC电压源。

23、如权利要求18所述的质谱仪，其中多个电极的至少一些孔相对于相邻电极的孔横向偏移。

24、如权利要求18所述的质谱仪，其中离子传输装置位于室内，进一步包括与室连通的泵，用来将室内的气压保持在0.1到10Torr之间。

25、如权利要求18所述的质谱仪，进一步包括将离子从离子源输送至离子传输装置入口的至少一个细长毛细管。

26、如权利要求25所述的质谱仪，其中至少一个细长毛细管包括多路离子流动通道。

27、如权利要求25所述的质谱仪，其中至少一个毛细管在其出口部分限定了毛细管流动轴，毛细管流动轴与离子传输装置的中心纵轴形成夹角。

28、如权利要求18所述的质谱仪，进一步包括位于离子传输装置和质量分析器之间的离子路径中间的多极离子导向，多极离子导向限定了相对于离子传输装置的中心纵轴偏移的中心纵轴。

29、如权利要求18所述的质谱仪，其中质量分析器包括用于传输具有可选范围质荷比的离子的四极质量滤波器，其中振荡电压源配置为能调整施加电压的幅度，以使具有可选范围质荷比的离子穿过离子传输装置的传输最大化。

30、如权利要求29所述的质谱仪，其中四极质量滤波器用于在时间上扫描所述可选范围，振荡电压源配置为能动态调整施加电压的幅度，以使在这个时间点由四极质量滤波器传输的离子的传输最大化。

31、如权利要求18所述的质谱仪，其中质谱仪包括离子阱，位于来自离子传输装置的离子路径的下游，在注入周期内将离子注入所述离子阱中，其中振荡电压源配置为在注入周期内改变施加电压的振幅。

32、如权利要求31所述的质谱仪，其中质量分析器包括离子阱。

33、如权利要求31所述的质谱仪，其中施加电压的振幅离散阶梯地变化。

34、如权利要求33所述的质谱仪，其中离散阶梯由第一、第二和第三阶梯组成。

35、如权利要求34所述的质谱仪，其中第一、第二和第三阶梯的振幅如下计算：

V_{1} = K * \sqrt{{(m / z)}_{low}}

V_{2} = K * \sqrt{{(m / z)}_{low} + f * ({(m / z)}_{high} - {(m / z)}_{low})}

V_{3} = K * \sqrt{{(m / z)}_{high}}

其中V₁，V₂，V₃分别是在第一、第二和第三阶梯上施加的振荡电压的振幅，(m/z)_low和(m/z)_high分别是相关离子的m/z的最低和最高值，f是＜1的常数，K是用户可调整的常数。

36、一种在质谱仪的低真空或大气压区域内传输和聚焦离子的方法，包括：

提供多个纵向隔开的电极，每个电极临近于至少一个具有相同尺寸的孔的其他电极，多个电极沿离子移动方向限定出离子通道；以及

在多个电极上施加振荡电压，以产生将离子径向地限制在离子通道内的电场；以及

在离子移动方向上增加径向电场穿透力。

37、如权利要求36所述的方法，其中增加径向电场穿透力的步骤包括在离子移动方向上增加相邻电极间的纵向间隔。

38、如权利要求36所述的方法，其中增加径向电场穿透力的步骤包括在离子移动方向上增加施加振荡电压的振幅。

39、如权利要求36所述的方法，进一步包括产生纵向DC场的步骤，以促进离子沿离子通道的传输。

40、如权利要求36所述的方法，其中多个电极中的至少两个电极具有不同尺寸的孔。

41、如权利要求36所述的方法，进一步包括动态调整施加振荡电压的振幅。

42、如权利要求41所述的方法，其中振幅被调整为使在这个时间点由下游四极质量滤波器传输的离子的传输最大化。

43、如权利要求41所述的方法，其中在向下游离子阱注入离子的周期内，离散阶梯状调整振幅。

44、如权利要求27所述的质谱仪，其中多个电极包括一组倾斜电极，倾斜电极中的每个电极限定的平面相对于邻近电极限定的平面是非平行的，使得与毛细管相对的离子传输装置一端的相邻电极间的间隔小于另一端的相应间隔。

45、如权利要求27所述的质谱仪，进一步包括临近于与毛细管相对的离子传输装置一端的DC电极。