CN102231356A - 线形离子阱分析器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线形离子阱分析器，包括由多个柱面电极围成的离子囚禁空间，至少一部分柱面电极上施加有高频电压，以在该囚禁空间中产生以二维四极场为主的径向囚禁电场。并且，至少在离子阱的一个垂直于该中心轴的方向上设有离子引出槽，并在这一方向上叠加用于偶极激发的交变电场。在与该离子引出槽正对的一柱面电极内之狭缝中，或者两个柱面电极的间隔中设置条形的场调节电极。该场调节电极上的电压设置为该邻近柱面电极上的高频电压之全部或一部分与一直流电压之和，且该直流电压的大小可根据需要调节。通过场调节电极的设置和直流电压调节，可实现包括优化线形离子阱内的场形、影响共振激发出射时离子运动特性的一个或多个目标。

Description

线形离子阱分析器

技术领域

本发明涉及到用离子阱来对离子进行质谱分析的技术，尤其涉及一种电场经优化的线形离子阱分析器。

背景技术

传统的四极场离子阱技术自五十年代以来，已有了很大发展，被广泛地运用在质谱分析仪器中。这方面的文献和专利有很多被收录在R.E.March and J.F.J.Todd编写的″Practical Aspects of Ion Trap Mass Spectrometry″一书中。三维旋转离子阱包含一个环电极和一对端盖电极，其间形成一个分析空间，在环电极上施加射频电压产生四极场禁锢离子，并在两个端盖之间施加一个二极交变电压激发离子，有选择地排出离子，达到质量扫描的目的。

二维线形离子阱自其商业化以来，因其大容量、高灵敏度的优点，已被广大用户接受。二维线形离子阱有较多构型，以图1为例，它有X与Y方向两对主电极1，2，其上要施加互为反相的驱动高频电压，形成径向囚禁电场。通过将X与Y电极分段形成前、中、后段4，5，6，或者加前后端盖电极的方法，在轴向产生一个直流或交流囚禁电场。离子通常沿Z轴从一端引入，并被囚禁在X与Y轴两对电极之间的线条区域中。如果在离子阱的X方向再叠加一个偶极激发电压，就可以使离子按其质量有选择地被共振激发，进而从X电极中的狭缝中3中出射，被安装在X电极一侧的离子探测器检测到，实现质量扫描。

多年来，人们通过不断完善场形来改进离子阱的工作性能。比如为了克服3D离子阱引出小孔附近的边缘场对离子共振出射的影响，河藤在美国6087658号专利中，采用了一种在3D离子阱引出孔边缘形成突起的办法。在美国6911651号专利中，Senko等针对同样问题采用了电极间距拉伸和在小孔外围形成同心凹陷的方法。

以上电极改进方法都要借助于很高的加工精度来实现离子阱场形的优化，一旦机械加工成形，也最多对某一分析条件实现了优化。如果在分析周期中需要依次满足不同的优化条件，上述方法就无能为力了。

在美国5468958号专利中发明人设计了一种含有多个环电极的3D离子阱，多个环电极上施加不同比例的RF电压，通过调节RF电压比例，人们可以在实验过程中，根据需要来优化场形。李刚强等人在美国7279681号专利中将一个修正电极镶嵌在端盖电极上，产生能用电调节的修正电场分量，在小范围里优化场形。而在美国6608303号专利中，Amy等人则采用一个金属薄层电极镶嵌在引出孔之内，其上外加特定相位的RF电压，主要用来优化引出孔附近的电场缺陷。

这一系列的工作导致了离子阱设计和加工精度的简化以及事后可以在外界调节其内部的电场分布，而且这些技术也逐渐转用到了线形离子阱中，在中国专利CN1585081中，丁传凡设计了一种用印刷电路板围成的线形离子阱，由于采用了很多分立可调的电极，给场形调节带来了很大的灵活性，而且其结构更为简单，离子容量更大，造价也更低。

但是以上所有技术中引用的用以修正电场形状的电极，都要依赖电压能够被精确控制的高频电源。这种高频电源可以是一般所指的RF谐振电源，也可以是数字离子阱所采用的高频开关电源。无论如何，附加的高频电源增加了仪器的复杂性。

在美国7285773号专利中丁力提出一种在3D离子阱端盖的引入孔后面放置场调节电极，并在其上加直流电压，以分别影响入射和共振出射的离子，这种局部有针对性地修正，虽然未能全面改善高频场形，但对被激发的离子来说，运动特性改进十分有效。因为场调节电极只需要施加直流电压而不需要施加高频电源，设备要求也简单，调节起来方便。但是这一专利并没有给出用于如图1所示的线形离子阱的情况。线形形离子阱一般在一对电极(比如X方向)上开设离子引出槽，为保证场轴电位为零，这对电极也要施加与另外一对电极(Y方向)极性相反的RF电压或高频开关电压。由于不存在如3D离子阱端盖那样的交流电位为零的位置，这就给场调节电极的设置和电压的施加造成了困难。

另外，由于线形离子阱离子共振激发后有可能从两个X电极的引出槽中出射，这在结构上需要在两个X电极后面设置离子探测器，以最大程度地接收离子信号，这就增加了仪器的成本。

发明内容

本发明的目的是要针对线形离子阱，设计合理的场调节电极及其电源，优化线形离子阱的电场及其中的离子运动特性，并让离子尽量多地朝一个引出槽方向出射。

提出一种线形离子阱分析器，包括由多个柱面电极围成的离子囚禁空间，这些柱面电极的柱面的母线平行于囚禁空间的中心轴，至少一部分柱面电极上施加有高频电压，以在该囚禁空间中产生以二维四极场为主的径向囚禁电场。至少在离子阱的一个垂直于该中心轴的方向上设有离子引出槽，并在这一方向上叠加用于偶极激发的交变电场。在本发明中，在与该离子引出槽正对的一柱面电极内之狭缝中或者两个柱面电极的间隔中设置条形的场调节电极，该场调节电极上的电压设置为该邻近柱面电极上的高频电压之全部或一部分与一直流电压之和，且该直流电压的大小可根据需要调节。通过场调节电极的设置和直流电压调节，可实现包括优化线形离子阱内的场形、影响共振激发出射时离子运动特性的一个或多个目标。

在一个实施例中，上述的线形离子阱分析器还可包括用于施加电压到场调节电极上的电路，该电路包括用于耦合获得邻近柱面电极上的高频电压的电容，以及用于将一直流电压叠加到该高频电压的电阻和/或电感，其中该直流电压由一个可控制的直流电压源提供。

在一个实施例中，上述的线形离子阱分析器还可包括用于施加电压到场调节电极上的电路，该电路包括用于耦合获得邻近柱面电极上的高频电压的电容，以及用于在高频电压上叠加一直流电压分量的二极管，其中直流电压分量由一直流电压源控制，且直流电压源提供的直流电压值为直流电压分量与高频电压的最低值之和。

在一个实施例中，上述多个柱面电极中至少一部分的柱面为双曲柱面。

在一个实施例中，上述多个柱面电极中至少一部分的柱面为平面型柱面。

在一个实施例中，上述多个柱面电极中至少一部分柱面为台阶型柱面。

在一个实施例中，上述多个柱面电极中至少一部分的柱面含有平面条形印刷电路。

在一个实施例中，上述的场调节电极由一段或多段电极构成。

在一个实施例中，上述高频电压为数字电压。

在一个实施例中，在垂直于中心轴的方向上叠加用于偶极激发的交变电场的同时，进一步扫描囚禁电场的强度或频率，其结果导致离子按其质荷比的顺序共振出射；并且在改变扫描方向或速度时，改变场调节电极上的直流电压的大小。

在一个实施例中，在扫描中离子按其质荷比的顺序共振出射时，上述场调节电极上的直流电压经调节以使得离子倾向于从场调节电极对面的离子引出槽出射。

在一个实施例中，在垂直于中心轴的方向上叠加用于偶极激发的交变电场使至少某一种离子被激发，而此时调节场调节电极上的直流电压经调节以使得在该离子振幅接近离子阱半径时，离子受到直流高阶场作用而改变其振动频率至与交变电场的激发频率失谐而避免被进一步激发。

在线形离子阱分析器中，借助于场调节电极，就可以根据实际工作模式的需要来调整线形离子阱内的场形，这对于共振激发出射时离子运动特性的影响非常明显。并且，只要保持场调节电极的直流电压较高，部分有可能从左侧出射(撞壁)的正离子有可能被场调节电极反射回来，这样有更多的离子向右侧X电极方向的引出槽出射，增加离子单向引出效率。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出可以径向引出离子的线形离子阱的基本结构。

图2示出根据本发明第一实施例的线形离子阱的部分结构，其中在X方向柱面电极中设置场调节电极。

图3示出根据本发明第二实施例的平面电极型线形离子阱的部分结构。

图4示出根据本发明第三实施例的平面印刷电路(PCB)型线形离子阱的截面结构。

图5示出根据本发明一实施例的叠加高频电压分量和场调节直流分量的原理性电路。

图6示出根据本发明另一实施例的利用电容和二极管叠加高频电压分量和场调节直流分量的原理性电路。

图7示出根据本发明另一实施例的在数字离子阱的矩形开关电压上叠加场调节直流分量的原理性电路。

图8场调节电极直流分量为0V，40V，80V，120V时，离子久期(Secular)频率与振幅的关系。

具体实施方式

在进一步阐述本发明之前，对本发明涉及的线形离子阱的描述作一说明。

以往通常用一套杆系定义一个合围成的空间来描述线形离子阱，也有的用设置数个沿轴向延长的电极定义其间的囚禁空间来描述线形离子阱。为了涵盖线形离子阱的实质，我们在此用“柱面电极”代替“杆系”或轴向延长的电极，所谓“柱面”即以平行于定直线(这里定义为Z轴线)，并沿一条准线移动的直线所形成的曲面，这些动直线也称为柱面的母线。构成线形离子阱的数个柱面电极不一定都是柱体，但都包含一个柱面，并具有互相平行的母线，且都平行于一个中心轴——Z轴，所以这与沿轴向延长的电极的说法吻合且更明确。同时柱面并不一定很长，所以线形离子阱不一定是细长的，而且平面作为柱面的一个特例(即准线为一直线或折线)，也涵盖在内。也就是说对于几个平面电极面，只要它们都平行于Z轴，并且电极面合围出的空间，只要能在其中形成符合囚禁条件的电场，也属于本发明讨论的线形离子阱电极几何结构。

第一实施例

现仍参考图1说明本发明的一实施例。二维线形离子阱结构上分为前段4、中段5和后6，前、后段4、6加以比较高的电势，以对离子产生轴向束缚(针对正离子而言，对负离子则为较低电势，后同)。每段都有X与Y方向两对主电极1，2，其上要施加互为反相的驱动高频电压，形成径向囚禁电场。在替换性实施例中，前段4和后段6也可以由前后端盖电极代替，而在轴向产生一个直流或交流囚禁电场。离子通常沿Z轴从一端引入，并被囚禁在X与Y轴两对电极之间的线形区域中。如果在离子阱的X方向再叠加一个偶极激发电压，就可以使离子在X方向按其质量大小有选择地被共振激发，进而从X电极中的狭缝中3中出射，并被安装在X电极外侧的离子探测器检测到，实现质量扫描。也可以在离子阱内部先进行质量选择，去除不需要的离子，再把剩下的离子一次性射出到探测器或下一个分析空间(例如第二个离子阱或飞行时间分析器等)。

现在将二维线形离子阱的中段4单独示于图2。为了形成共振出射所需的良好的四极场形，避免离子频率失谐造成延时出射，X、Y两对柱面电极一般都做成双曲柱面或接近于双曲柱面的其他柱面。有时为了去除引出槽3造成的负高阶场的不良影响，还对标准双曲面在X方向加以一定的拉伸。

本实施例针对X方向的引出槽3，在正对引出槽的X电极1a中间设置一长条形场调节电极5。设置该场调节电极上的电压为其邻近X电极1a上的高频电压V_1a的至少一部分和一个直流电压V_DC之叠加，即：

V_fae＝cV_1a+V_DC    0＜c≤1

其中，高频电压V_1a包含原加在X电极上的高频四极场驱动电压以及偶极激发交变电压。离子共振出射前振幅逐步增大，接近引出槽时负高阶场将使久期(secular)频率降低。以正离子为例，它会在X电极1a、1b的高频四极场驱动电压为正相时，摆动至场调节电极5附近。如果令V_DC为正电压，正离子就会获得额外的回复力，因而避免secular频率降低，帮助离子迅速出射。

另外，只要V_DC调节得当，这个正电压还能促使正离子更多地向柱面电极1b方向出射，增加离子单向共振引出效率。与双向引出相比，这节省了一个探测器。

第二实施例

如前所述，平面电极作为柱面电极的一个特例，也可以用来构成线形离子阱。图3给出根据本发明第二实施例的用4个平面电极搭建的矩形线形离子阱示意图。为清楚和简要起见，图3只示出中间段，省略了前、后段或者前后端盖。参照图3所示，X与Y方向两对主电极11和12分别施加互为反相的驱动高频电压，形成径向囚禁电场。在引出槽13对面的X电极11a中间，设置了一条场调节电极15。与第一实施例类似地，设置该场调节电极上的电压为其邻近X电极11a上的高频电压V_1a的至少一部分和一个直流电压V_DC之叠加，即：

V_fae＝cV_1a+V_DC    0＜c≤1

需要指出的是，场调节电极15的背部(远离囚禁离子一侧)形状只是为了便于安装，本实施例并不限定其具体形状。

本例中每一个柱面电极只含有一个与轴线平行的平面，产生的电场与2维四极场差别较大，单凭场调节电极影响离子运动还不够理想。如果用多个平面构成台阶型柱面，或母线为折线的柱面，便可以产生与双曲柱面产生的电场更为近似的电场。这种设计已在中国专利CN1925102A中有所公开，此不赘述。同样在这种离子阱的一个引出槽对面的电极中间可以设置一条场调节电极，并在其上施加邻近台阶柱面电极上的高频电压的至少一部分和一个直流电压之叠加。

第三实施例

在本实施例中，为了使平面形电极搭建的矩形线形离子阱获得较好的四极场形，每个电极平面又可以用几个分电极构成，各个分电极上加有一定比例的高频电压，形成与双曲柱面产生的电场近似的场形。这类离子阱的具体细节可参照在中国专利CN1585081。

图4示出根据本实施例的平面印刷电路(PCB)型线形离子阱截面结构。在本实施例中，在至少一部分电极板上设有平面条形印刷电路26，并且在与引出槽23相对的X电极板21的中间设置场调节电极25。其中，梯形截面的场调节电极25可缩进邻近的X电极板21a的内部。

与第一实施例类似地，设置该场调节电极上的电压为其邻近X电极21a上的高频电压V_1a的至少一部分和一个直流电压V_DC之叠加，即：

V_fae＝cV_1a+V_DC    0＜c≤1

通过该场调节电极25，可进一步克服引出槽对离子运动的不良影响，提高离子的单向出射率。

实现在前述的各种形式的场调节电极上叠加高频电压和直流电压的方法/装置/电路有多种，以下给出两个示例性的方案。

图5示出根据本发明一实施例的叠加高频电压分量和场调节直流分量的原理性电路。参照图5，通过电容33连接到供给邻近各柱面电极1a、11a的高频电源输出端，再通过电阻(和/或电感)34连接到向各场调节电极5、15、25提供V_DC的直流电源32上，而此直流电压源32应能根据需要，选取其电压值。如果采用扫描RF电压，该电压V_DC值也应该随着RF电压上升而上升。

一般地，如场调节电极与邻近柱面电极在囚禁空间一侧基本平齐(如图2、图3所示)，V_DC与V_1a峰值的比例应在0到5％。如场调节电极退缩至邻近柱面电极的槽内(如图4所示)或甚至槽后，V_DC与V_1a峰值的比例应有所提高。

这一方案的缺点是电阻的阻值必须足够大，一般为几兆到几十兆欧姆，否则将会影响RF电源工作，也会导致场调节电极5、15、25上的RF电压分量达不到要求的大小。但是，过大的耦合电阻又会造成场调节电极的直流电压分量不能快速建立或调节。

为了避免这一矛盾，本发明的另一实施例提出利用电容耦合获得邻近柱面电极上的高频电压分量和通过二极管将直流电压分量叠加上来的方案。

参照图6所示，电路由RF电源31提供柱面电极的高频电压，并通过电容33提供场调节电极上的高频电压分量。直流负电源32B通过电阻34B、二极管35B连接到场调节电极上。直流负电源32B的输出电压值V₁若高于高频电压V_1a负向峰值-V_1a(0-p)，则在负半周时，二极管35B能有一段时间导通。负电源32B经过电阻34B、二极管35B对电容33充电，若干周期以后，输出电压V_fae的最低值被抬高至V₁的电平。这等效于在高频电压分量上叠加了一个直流电平V₁+V_1a(0-p)。例如，V_1a为幅值为1000V的射频电压，V_1a(0-p)＝1000V，直流负电源32B的输出电压值V₁＝-800V，则V_DC＝-800+1000＝200V。换句话说，直流电压源32B提供的直流电压值(-800V)为所需直流电压分量(+200V)与高频电压的负向峰值(-1000V)之和。

通过上述方法实现在高频电压上叠加一直流电压，调节V₁大小即可实现所叠加直流电压的幅度的调节。电阻34B起到一个限流作用，一般只要几K欧到几百k欧，不会影响场调节电极的直流电压分量快速建立的要求。

在提供场调节电极正直流时，直流正电源32A的输出电压值V_1A要高于V_1a(0-p)+V_DC(即V₁+2V_1a(0-p))，这样二极管35A始终截止，不起作用。当需要提供负的场调节电极直流分量时，正电源32A通过电阻34A、二极管35A连接到场调节电极上。直流电源32A的输出电压值V_1A低于高频电压V_1a正向峰值V_1a(0-p)，二极管35A能有一段时间导通。电源32A经过电阻34A、二极管35A对电容33放充电，若干周期以后，输出电压V_fae的最大值被降低高至V₁的电平。这等效于在高频电压分量上叠加了一个直流电平V_DC＝V₁-V_1a(0-p)。只要负电源32B的输出电压值V₁低于V_DC-V_1a(0-p)(即V₁-2V_1a(0-p))，二极管35B就始终截止，负电源一路不起作用。

总之，不论是叠加正或负直流分量，所用的直流电压源提供的直流电压值为所需直流电压分量与高频电压的(正向或负向)峰值之和。

当离子阱的驱动电压为数字化方波时，二极管耦合的方案可以用图7来描述。电路由直流电源32、电阻34、二极管35、电容33、高压直流电源41与42、开关44与45经电路连接组成。其中：

高压直流电源42的输出电压为+V，高压直流电源41的输出电压为-V。开关44与45共同组成高频方波电压产生电路。开关44、45在外部电路的控制下轮流断开/闭合即产生一峰值为V的方波电压。

当开关44打开且开关45闭合时，二极管35导通，直流电源32经过电阻34、二极管35对电容33充电，电路输出一幅度等于V1的电平；当开关44闭合且开关45打开时，二极管35截止，电路输出幅度等于((+V)+V1-(-V))的电平。

通过上述方法实现在高频方波电压上叠加一直流电压，所叠加直流电压的幅度等于V1-(-V)，调节V1大小即可实现所叠加直流电压的幅度的调节。

上述电路中所采用的二极管35或35A、35B应具有高的反向击穿电压、低的结电容、较大的正向峰值电流以及快速反向恢复能力。示例中的二极管也可以使用多个二极管串联方式组成。

借助于场调节电极，我们就可以根据实际工作模式的需要来调整线形离子阱内的场形，这对于共振激发出射时离子运动特性的影响非常明显。

图8给出图4所示的PCB离子阱中离子久期振动频率随离子振幅增大而变化的关系，该关系是由计算机仿真计算得到的。其中实线a表示在场调节电极电压的直流分量为零时，离子久期振动频率随离子振幅增大而减小的关系。如果是正向扫描，偶极激发频率领先于离子振动频率，离子振动达到幅度3mm左右，久期振动频率下降，振动将与偶极激发频率失谐，出射过程被延长，得到的质谱峰分辨率很差。

如果设置场调节电极的直流电压分量较高，比如图中80V(虚线c)的情形，离子振幅达到3mm后，振动频率不减反增。在正向扫描时，离子振动频率在3.5mm左右就可能与偶极电场实现完全谐振，离子迅速地被偶极电场激发，很快到达引出槽出射，质谱峰分辨率得以提高。

因为将场调节电极的直流电压调节得较高(例如一个高于0V的合适值)，部分有可能从左侧出射(撞壁)的正离子有可能被场调节电极反射回来，这样有更多的离子向右侧X电极方向的引出槽出射，也就是说，离子更倾向于从引出槽出射，这增加了离子单向引出效率。这一直流电压的合适值可经实际测试确定，尽管在不同的具体应用中，该直流电压的大小会有所不同。

反过来说，如果进行的是反向扫描，因为偶极激发频率低于离子振动频率，场调节电极电压的直流分量较低(如40V，图中虚线b)反而有助于离子出射，获得较高分辨率。所以有了场调节电极，就可以根据不同的扫描方向和速度，选取场调节电极上的直流电压值，适时进行优化。由于正扫描与反扫描的结合可实现母离子选择，通过场调节电极的直流电压适时优化，又能够用于实现高分辨的母离子选择。

利用场调节电极不仅有利于优化离子扫描引出过程，优化质量选择性离子隔离过程，还可以提高母离子激发碰撞解离的效果。比如选用图8中0V或120V的直流电压，而且利用一个较低的偶极激发电压，在频率92kHz附近激发离子的运动。当母离子振幅上升到3mm以后，因为其振动频率变小(当直流电压为0V时，图中实线a)或变大(当直流电压为120V时，图中虚线d)，更加偏离了92kHz的偶极激发电压频率，振动因频率失调而不再加剧，这样避免了母离子出射或打上电极而造成的损失。母离子如因与中性粒子碰撞损失了动能，振幅下降，其振动频率又会再次接近92kHz的偶极激发频率，母离子振幅再次上升。这样母离子就会长期处于高动能状态，却又不会被激发出射，使其碰撞解离的概率大大提高。

以上只是给出利用场调节电极影响离子运动的功能之一部分。其实，只要熟悉离子阱工作机理的人都可以利用它进一步加以发挥。另外，在实施例中是沿场轴方向只用了一条场调节电极，其实也可以采用若干条场调节电极，分段地调节边缘场形。场调节电极的位置只需位于引出槽或孔正对着的那个电极内之狭缝中或那一对电极之间隔中即可，它的顶部既可以与包围它的X电极平齐，甚至把X电极的狭缝或间隔完全填没，也可以隐藏于狭缝的深部，只要其产生的电场能渗透出来，影响阱内电场即可。场调节电极也不一定是完全直条状，也可以有一定的起伏、弯曲或弧度以修正离子阱在轴向的电场不均匀性，这些变异是业内人士能凭借本发明轻易做到的，属于本发明涵盖范围之内。

Claims (12)

1.一种线形离子阱分析器，包括由多个柱面电极围成的离子囚禁空间，所述柱面电极的柱面的母线平行于囚禁空间的中心轴，至少一部分柱面电极上施加有高频电压，以在该囚禁空间中产生以二维四极场为主的径向囚禁电场；至少在离子阱的一个垂直于该中心轴的方向上设有离子引出槽，并在所述方向上叠加用于偶极激发的交变电场；其中，

在与该离子引出槽正对的一柱面电极内之狭缝中或者两个柱面电极的间隔中设有条形的场调节电极，该场调节电极上的电压为邻近柱面电极上的高频电压之至少一部分与一直流电压之和，且该直流电压的大小可调节。

2.根据权利要求1所述的线形离子阱分析器，其特征在于，还包括用于施加电压到所述场调节电极上的电路，所述电路包括用于耦合获得所述邻近柱面电极上的高频电压的电容，以及用于将一直流电压叠加到所述高频电压的电阻和/或电感，其中所述直流电压由一个可控制的直流电压源提供。

3.根据权利要求1所述的线形离子阱分析器，其特征在于，还包括用于施加电压到所述场调节电极上的电路，所述电路包括用于耦合获得所述邻近柱面电极上的高频电压的电容，以及用于在所述高频电压上叠加一直流电压分量的二极管，其中所述直流电压分量由一直流电压源控制，且所述的直流电压源提供的直流电压值为所需直流电压分量与高频电压的正向或负向峰值之和。。

4.根据权利要求1所述的线形离子阱分析器，其特征在于，所述多个柱面电极中至少一部分的柱面为双曲柱面。

5.根据权利要求1所述的线形离子阱分析器，其特征在于，所述多个柱面电极中至少一部分的柱面为平面型柱面。

6.根据权利要求1所述的线形离子阱分析器，其特征在于，所述多个柱面电极中至少一部分柱面为台阶型柱面。

7.根据权利要求1所述的线形离子阱分析器，其特征在于，所述多个柱面电极中至少一部分的柱面含有平面条形印刷电路。

8.根据权利要求1所述的线形离子阱分析器，其特征在于，所述的场调节电极由一段或多段电极构成。

9.根据权利要求1所述的线形离子阱分析器，其特征在于，所述高频电压为数字电压。

10.根据权利要求1-3任一项所述的线形离子阱分析器，其特征在于，在垂直于所述中心轴的方向上叠加用于偶极激发的交变电场的同时，进一步扫描所述囚禁电场的强度或频率，其结果导致离子按其质荷比的顺序共振出射；并且在改变扫描方向或速度时，改变所述场调节电极上的直流电压的大小。

11.根据权利要求1-3任一项所述的线形离子阱分析器，其特征在于，在扫描中离子按其质荷比的顺序共振出射时，所述场调节电极上的直流电压经调节以使得离子倾向于从场调节电极对面的离子引出槽出射。

12.根据权利要求1-3任一项所述的线形离子阱分析器，其特征在于，在垂直于所述中心轴的方向上叠加用于偶极激发的所述交变电场使至少某一种离子被激发，而此时所述调节场调节电极上的直流电压经调节以使得在该离子振幅接近离子阱半径时，离子受到直流高阶场作用而改变其振动频率至与所述交变电场的激发频率失谐而避免被进一步激发。

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