CN102254780B - 改进的离子导向器和碰撞室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及改进的离子导向器和碰撞室。在实施例中，离子导向器(102)包括：棒(201，202，203，301，302，303)，所述棒各个具有第一端(204，205，206)以及远离所述第一端(204，205，206)的第二端(207，208，209)；感应器(402)，所述感应器连接在邻近的棒的对(201，202，203，301，302，303)之间；用于在邻近的棒的对(201，202，203，301，302，303)之间施加射频(RF)电压(502)的装置，其中所述RF电压在所述棒(201，202，203，301，302，303)之间的区域产生多极场；以及用于沿所述棒(201，202，203，301，302，303)的各个的长度施加直流(DC)电压(505)降的装置。

Description

改进的离子导向器和碰撞室
关联申请的交叉引用
本申请要求HarveyLoucks等人依据美国专利法119(e)款于2010年5月11日递交的美国临时专利申请号61/333,592，发明名称为“IMPROVEDIONGUIDESANDCOLLISIONCELLS”的优先权。通过引用，将美国临时专利申请号61/333,592的全部内容包含在本说明书中。
技术领域
本发明涉及改进的离子导向器和碰撞室。
背景技术
质谱分析法(MS)是一种用于样本的定量分析和定性分析的分析方法。样本中的分子基于它们各自的质量由质谱仪电离并且分离。分离的分析物离子然后被检测并且产生样本的质谱。质谱提供关于组成样本的各种分析物化合物的质量和数量的信息。具体而言，质谱可用于确定分子的分子量以及分析物内的分子碎片。此外，质谱可以基于碎裂过程图识别分析物内的成分。
用于通过质谱分析的分析物离子可利用任何一种离子化系统产生。在质谱系统中可采用例如大气压基质辅助激光解吸电离(AP-MALDI)、大气压光电电离(APPI)、电喷雾电离(ESI)、大气压化学电离(APCI)以及电感耦合等离子体系统(ICP)等来产生离子。这些系统中的很多系统在大气压(760Torr)或者其附近处产生离子。一旦产生，分析物离子必须注入或抽样到质谱仪中。通常，质谱仪的分析部分保持从10-4Torr到10-8Torr的高真空水平。实际上，抽取离子的样本包括将分析物离子以精细限制的离子束的形式经由一个或多个中间真空室从离子源输送到高真空质谱仪室。中间真空室的各个均保持在前一个真空室的真空水平和后一个真空室的真空水平之间的真空水平。因此，离子束通过逐步跃迁将分析物离子从与离子形成相关联的压力水平输送到质谱仪的压力水平。在大多数应用中，理想地是在没有显著的离子损失的情况下将离子输送过质谱仪系统中的各种室中的各个室。通常在MS系统中使用离子导向器以在限定方向上移动离子。
离子导向器通常在允许或促使离子轴向传输的同时，利用电磁场径向地限制离子。离子导向器的一种类型通过应用随时间变化的电压来产生多极场，其通常在射频(RF)频谱中。所谓RF多极离子导向器已经广泛应用于在MS系统的部件之间传输离子的各种应用领域，以及离子陷井的部件。当在存在缓冲气体的情况下工作时，RF导向器能够沿轴向及径向两个方向减小离子的离子能(速度)。因为离子与缓冲气体的低能中性分子的多次碰撞，离子能沿轴向及径向的减小公知为“热化”或“冷却”离子集合。通常，将用于“冷却”离子集合的离子导向器称为碰撞室。沿径向压缩的热化束可用于改进通过MS系统的孔口的离子传输并减小在飞行时间仪器中的辐射速度扩散。RF多极离子导向器生成伪电位阱，其将离子局限在离子导向器内。在其他应用中，特别是在triplequadLC-MS中，碰撞室被用于分离高能离子以提供涉及其分子结构的额外信息。
在恒定截面积多极中，上述伪电位沿长度恒定，因此在入口与出口之外的位置不会产生轴向力。可利用透镜或通过其他技术来克服在多极离子导向器的入口及出口处的上述端部效果。透镜可相对于离子屏蔽极上的RF场，并可向离子传递足以进入或离开多极的能量。公知的多极离子导向器通常包括相对较大的直径入口，其用于接收离子。但是，为了从出口传输小直径束，具有相同较大直径的出口并非优选。但是，公知的不具有恒定截面积的离子导向器会沿传输轴线生成可产生轴向力的可变伪电位屏障，这会阻碍离子甚至反射离子。最终，可在离子冷却中使用的缓冲气体也可在离子导向器中形成离子迟延。可通过在多极组件中沿阻抗棒增加DC坡度来克服或反转上述延迟及离子阻碍力。通常为约2V至约10V大小的该DC坡度会生成加速电压场，其迫使离子沿碰撞室的轴线移动。
包含碰撞室的已知的质谱仪系统的一个缺陷是尺寸。随着对提供更小更紧凑的仪器的需求的增加，有必要减小质谱仪中的组件的尺寸(“占地面积”)。
因此需要这样的装置，其中导向器通过质谱仪系统，并且至少克服上述已知装置的缺陷。
发明内容
根据本发明的离子导向器包括：电阻棒，所述电阻棒各个具有第一端以及远离所述第一端的第二端；感应器，所述感应器连接在邻近的棒的对之间；以及用于在邻近的棒的对之间施加射频电压的装置。所述RF电压在所述棒之间的区域产生多极场；用于沿所述棒的各个的长度施加直流电压降的装置。
附图说明
当利用附图阅读时，从下面的详细说明更好的理解本教导。特征不一定按尺寸绘制。不论实际如何，相似的标号表示相似的特征。
图1示出了根据代表实施例的MS系统100的简化框图。
图2示出了根据代表实施例的碰撞室的离子导向器的顶视图。
图3A示出了沿图2的线3A-3A的离子导向器的棒的截面图。
图3B示出了沿图2的线3B-3B的离子导向器的棒的截面图。
图4示出了根据代表实施例的碰撞室的离子导线器的顶视图。
图5A示出了根据代表实施例的离子导向器的等效电路。
图5B示出了根据代表实施例的离子导向器的等效电路。
图5C示出了根据代表实施例的离子导向器的等效电路。
具体实施方式
术语定义
应该理解，这里使用的术语仅仅是为了描述具体的实施例，并且不意图限制。所界定的术语是除了在本教导的技术领域中一般理解和接收的技术和科学含义以外的。
如在说明书和所附权利要求中所使用的，术语‘一’、‘一’以及‘该’包括单个和多个所指物，除非上下文另外明确指示。因此，例如，‘装置’包括一个装置和多个装置。
如这里所使用的，术语‘碰撞室’是用于离子与气体(“碰撞气体”)碰撞的装置。碰撞室通常包括腔室以及在腔室中的离子导向器，其中该腔室包括接收碰撞气体的入口。本教导的碰撞室中的离子导向器配置为建立四极、或六极、或八极、或十极或者更高阶极的电场以包含并指引离子束。
如在说明书和所附权利要求中所使用的，并且除了它们的一般含义之外，术语‘基本的’或‘基本上地’意味着在可接受的限度或程度之内。例如，‘基本上被消除’意味着本领域的技术人员会认为该消除是可接受的。
如在说明书和所附权利要求中所使用的，并且除了它们的一般含义之外，术语‘近似地’意味着对本领域的普通技术人员来说在可接受的限度或者量之内。例如，‘近似相同’意味着本领域的普通技术人员会认为被比较的项目相同。
详细说明
在下面的详细描述中，为了说明而非限制的目的，描述公开了具体细节的代表实施例，以提供对本教导的彻底理解。省略了已知系统、设备、材料、操作方法以及制造方法的描述，以避免模糊示例实施例的说明。但是，可根据代表实施例使用在本领域的普通技术人员见识之内的系统、设备、材料和方法。
图1示出了根据代表实施例的串联MS系统100。MS系统100包括离子源101、多极离子导向器102、室103(例如，真空室)、质量分析仪104以及离子检测器105。离子源101可以是很多已知类型的离子源中的一种。质量分析仪102、104各个可以是多种已知质量分析仪中的一种，其中已知质量分析仪包括但不限于飞行时间(TOF)仪器、傅里叶变换MS分析仪(FTMS)、离子阱、四级质量分析仪、或者磁式扇形质量分析仪、适合于串联质谱仪的组合。类似地，离子检测器105是许多已知离子探测器中的一个。
以下结合代表实施例来更详细地描述多级离子导向器102。多级离子导向器102可以设置在室103中，其用于提供位于离子源101与质量分析仪104之间的一个或更多压力转换阶。因为离子源101通常被维持为大气压或大气压附近，并且质量分析仪104通常被保持为相对较高的真空状态。根据代表实施例，多极离子导向器102可用于从相对较高压力转变为相对较低压力。离子源101可以是一种公知的离子源，并可包括额外的离子控制装置及真空隔离部分，包括但不限于分离器、多极、孔径、小直径导管以及离子光学器件。在一个代表性实施例中，离子源101包括其自身的质量过滤器，并且室103包括碰撞室。以下将描述代表实施例的碰撞室。
在包括具有多极离子导向器102的碰撞室的质量分析仪系统器，中性气体(通常被称为“缓冲气体”)可被引入室103以便于“冷却”离子，并促进移动通过多极离子导向器102的离子的分离。在多个质量/电荷分析系统中使用的上述碰撞室在业界被公知为“triplequad”或简称为“QQQ”系统。
在替代实施例中，碰撞室被包含在离子源101中并且多极离子导向器102处于其自身的室内(例如，室103)。在优选实施例中，碰撞室及多极离子导向器102是位于室103中的分离装置。
在使用中，离子源101中产生的离子(其概念上的路径由图1中的箭头示出)由多极离子导向器102过滤或分析。然后离子在室103中碎裂以产生子离子，子离子由质量分析仪104分析。离子从质量分析仪104传递到离子检测器105，在离子检测器105中被检测。
图2示出了根据代表实施例的碰撞室200中的离子导向器的一部分的顶视图。在现在描述的实施例中，碰撞室200包括6个棒，因此提供六极射频场。特别地，在图2中示出了第一棒201、第二棒202和第三棒203，剩余的三个棒从图2所选的透视看不见。需要强调的是，选择六极离子导向器仅仅是说明性的，并且本教导适用于包括四级离子导向器的其他碰撞室。作为说明，碰撞室200可包括4个或8个棒，从而可分别产生四极或八极电场。在代表实施例中，棒201～203在形状上是弓形的(即，弯曲的)。棒201～203的曲率半径沿它们各自的长度变化。在某些实施例中，棒201～203具有沿其长度(即，棒201～203各自的远端之间)基本上是圆的曲率半径。然而，这仅仅是说明性的，并且其他形状是可预期的。棒201～203沿其长度的弓形允许离子的导向路径的变化。例如，根据代表实施例，遍历碰撞室200的离子在导向路径中的变化约为90°。如下所述，与具有“直”棒的碰撞室比较，代表实施例的碰撞室200可以在占用更小的总面积的同时沿相同的路径长度导向离子。因此，通过使用曲形棒实现了减小的占地面积。
棒201～203设置在壳体(在图2中未示出)中，该壳体说明性地具有与棒201～203基本上相同的弓形。或者，该壳体可具有诸如正方形或矩形之类的其他形状。该壳体通常由导电材料制成并且可用于提供电接地。作为说明，壳体包括金属或金属合金、导电复合材料、导电陶瓷材料或导电聚合物。此外，棒固定器(未示出)可设置在壳体内部以保持棒201～203的位置。棒固定器可用来设置与棒201～203的选择性电连接。
棒201～203分别具有第一端204、205和206，以及第二端207、208和209。通常，并且如下所更充分地描述的，棒201～203以具有输入端210和在输入端210的远端的输出端211的汇聚布局布置。在下面更加充分描述的代表实施例中，棒201～203是在输入端210和输出端211以基本上是圆形的布局布置的棒。如上所述，由于棒201～203的曲率，输入端210在方向上不平行于输出端211，而是相对于输出端211定向为非零的角度。作为说明，输入端210可相对于输出端211定向为约90°的角度。需要强调的是，选择棒201～203的曲率以将输入端210设置成基本上与输出端211正交仅仅是说明性的，并且通过选择输入端210的曲率半径可预期输入端210的其他定向。例如，在图2中所示的输入端210与输出端211不平行或反平行也不垂直。这样，(曲形)棒201～203促进了200的减小的占地面积。
第一端204～206远离各个第二端207～209，连接在输入端210处的棒201～203的第一端204～206的内切圆(第一圆)的半径，大于在输出端211处棒201～203的第二端207～209、连接棒201～203的内切圆(第二圆)的半径。在另一实施例中，取代以大致圆形方式在输入端210及输出端211处布置棒201-203，可以椭圆形来布置棒201-203。这种椭圆形对称布置可形成以类似方式局限离子的RF伪保持场。最终，棒201-203以圆形方式被布置在输入端210，并且在输出端211大致“平坦”，使得离开的离子形成相对较长较窄的束。可在J.L.Bertsch等人递交的发明名称为“ConvergingMultipoleIonGuideForIonBeamShaping”的美国专利申请公开号2010/0301210中了解到以上述方式设置棒201-203的其他细节。通过引用，将于2009年5月28日递交的上述专利申请的全部内容结合在本说明书中。
在代表实施例中，棒201～203包括陶瓷或者其他的电绝缘材料。在某些实施例中，棒201～203也包括电阻外层(未示出)。电阻外层允许棒201～203的各个第一端204～206和各个第二端207～209之间应用DC电压差。电阻外层还设置来传播产生在碰撞室200中保持离子所需要的场的RF信号。在另一个实施例中，棒201～203可以是如与Crawford等共同拥有的并且题目为“质谱仪多极装置”的美国专利7,064,322所描述的，其中该专利的公开通过引用具体地结合于此并且用于所有目的。在这种情况下，棒201～203可具有导电内层(未示出)以及电阻外层(未示出)，其将棒201～203配置为用于将RF电压递送到棒201～203的电阻外层的分布电容。内导电层将RF电压通过薄绝缘层(未示出)传递到电阻外层。
棒201～203是多个截面形状中的一个或多个。在某些实施例中，棒201～203在它们各自的第一端204～206具有比在它们各自的第二端207～209具有更大的直径。在其他的实施例中，棒201～203沿其长度逐渐变细，也是在各个第一端204～206具有比在各个第二端207～209更大的直径。逐渐变细的程度是可选的并且棒201～203可具有圆锥形。在棒201～203在第一端204～206和第二端207～209处包括不同的直径的实施例中，在各个第一端204～206处的直径选取为相对较大，以为离子接收提供更好的场配置，并且在各个第二端207～209处的直径选取为相对较大，以改善限制。棒201～203的某些方面可在与J.L.Bertsch等共同转让的题目为“用于离子束成形的汇聚多极离子导向器”的美国专利申请No.12/474,160中发现。2009年5月28日提交的该专利申请的全部公开通过引用具体地结合于此。
棒201～203的弓形允许遍历碰撞室200的离子的导向路径方向的变化。碰撞室200的导线路径的方向的该变化允许离子导向器202被包含于在MS系统100中具有实质上更小面积的总仪器封装中。略有不同地描述，通过设置弓形的棒201～203，使离子在更小的总面积中导向特定的距离。通过比较，具有“直的”或线性导向元件的已知碰撞室需要物理上更长的线性离子光学路径，其反过来需要好更大的面积以包含整个仪器。有利地，通过设置选定的曲率半径的弓形棒201～203，沿选定长度限制离子，将产生具有较小“占地面积”的总仪器。
除提供了实现与“直的”碰撞室相比，减小了占地面积的仪器的碰撞室200的好处之外，还可实现归因于弓形几何形状的噪音的减小。值得注意的是，RF赝势离子保持场沿棒201～203的轨道或路径导向离子，从而强迫离子遵循离子导向器200的弓形路径。如应该明白的，只有离子在碰撞室200的棒201～203的输入端210和输出端211之间被电场(未示出)导向。结果，离子遍历与棒201～203的路径平行的路径。相比直下，在图1中的离子源101中作为离子化过程中的一部分所产生的微滴、颗粒和中性分子(统称为“中性微粒”)的一些，进入多极离子导向器102，然后进入室103。这些中性微粒将不会被电场导向。这些中性微粒的大部分与棒201～203中的一个、或者碰撞室200的壳体、或两者碰撞，消散它们的能量并且减小为不能行进到离子检测器105的较小、较低能量的中性微粒。这样，这些中性微粒由碰撞室200的输入端210和输出端211之间的压差驱动，而不是入射到离子检测器105成为背景噪声。结果，这些中性微粒的大部分遍历与弓形棒201～203相切的路径，并且不会被导向碰撞室200的输出端211。在输出端211处的缓冲气体和溶剂气体的至少一部分的缺失，导致中性微粒到离子检测器105上的入射的减少以及随着而来的噪声的减小。如应该明白的，该噪声的减小提供由于信噪比(SNR)的增加而导致的最小可检测分析物离子峰值的有利的增大。
碰撞室200促进了相对较高能量的分析物离子的碎裂。如应该明白的，碎裂允许更好的确定被分析分子的分子结构。碎裂在入射分析物离子的离子能量增加到分子间键开始断裂时发生，产生原始离子碎片。然后，这些离子碎片被分析了质谱，产生告知用户分子结构的信息。
图3A示出了沿线3A-3A的碰撞室200的棒的截面图。值得注意的是，图3A的截面图描述了碰撞室200的棒201～203的输入端210。如上所述，碰撞室200的棒说明性地以六极的配置布局，因此布置了6个棒。这样，除了棒201～203，在输入端210处布置了基本上围绕具有半径r1的内切圆的棒301、302和303。棒301～303与上述棒201～203基本相同。为此，棒301～303与棒201～203形状、截面、曲率半径、长度、成分和材料相同。
图3B示出了沿线3B-3B的碰撞室200的棒的截面图。值得注意的是，图3B的截面图描述了碰撞室200的棒201～303的输出端211。如图所示，棒201～303在输出端211处布置为基本上围绕具有半径r2的内切圆。如上所述，由于棒在输入端210和输出端211之间布置为会聚的形式，因此半径r1大于半径r2。半径r1选取为足够大以使得进入碰撞室200的离子束通过。在代表实施例中，图3A、3B中所示的半径r1到半径r2的比(r1∶r2)在约1∶1和约4∶1之间。通常避免大于4∶1的比率，因为这样的高比例可导致离子在输出端211处拖延。
选取半径r1以捕获较大数目的离子进入到碰撞室200中。这样，最优化输入端210的面尺寸以确保从离子源101中适合的取样离子。相反，选择半径r2以局限转播至离子检测器105的“冷却”离子。输入端210的较大面尺寸通过使离子的更大部分被捕获，促进信噪比(SNR)的改善。
代表实施例的包括棒201～303的碰撞室200提供了很多优势和益处。然而，电阻棒的使用可产生焦耳效应热。电阻(焦耳)热是由沿棒201～303长度的AC电压和DC电压两者产生的。如应该明白的，由于其任何组件的碰撞室200中的过热可能会适得其反。具体而言，碰撞室200的功能在于在撞击在质量分析仪104及离子检测器105上之前减小离子的动能。在碰撞室200中产生的热量会增大离子的动能，由此不利于碰撞室200的功能的实现。而且，由棒201～303产生的过热最终能导致碰撞室的结构的机械失效，并且最终能有害地影响碰撞室的可靠性。这样，最好基本上防止碰撞室200内的发热或者将其减轻到可能的程度。
减轻由沿棒201～303的电流传导导致的发热的影响的一种方式是驱散热量。然而，在碰撞室200的相对较低的压力(例如，真空和接近真空)环境中从棒201～203去除热量并不理想。而且，热量的驱散通常受到最优化棒201～203之间的热传导以及支撑结构(未详细示出)的影响。棒201～303之间的热传导以及它们的支撑结构，受到棒201～303物理尺寸以及所产生的最小热传导面积、以及减小碰撞室200的尺寸(“占地面积”)的利益冲突的限制。
图4示出了根据代表实施例的碰撞室400的离子导向器的顶示图。碰撞室400包括与关于图2-3B的上述碰撞室200共同的很多特征。为避免模糊本实施例的说明，不再重复这些共同特征中的很多特征。
碰撞室400包括如图4中所示的棒201～203，以及图4中未示出的棒301～303。棒201～203布置在具有与棒的弓形基本相同的弓形的壳体(未示出)中。如上所述，外壳不一定在形状上与棒201～203基本上相似。而且，需要强调的是，碰撞室400的弓形仅仅是说明性的并且碰撞室400的其他形状是可预期的。注意，碰撞室400可包括大致“直的”棒，其以聚合形式布置，例如如J.L.Bertsch等人递交的参考专利申请中所述。
感应器402连接在棒201～203(以及棒301～303，但在图4中未示出)的基本上中间长度处。如上所述，棒201～303以相间的方式电连接以产生六极场。感应器402连接在没有另外电连接的两个棒之间。举例来说，假设棒201、301和303电连接；并且棒202、302和203电连接以产生六极场。在该示例中，感应器402可连接在棒201和棒203之间，以产生在各组连接的棒201、301、303和棒202、302、303之间的电感耦合。如下面所更充分地描述的，感应器402与棒201～303的杂散电容建立并联L-C电路。电损耗的影响是由各个棒201～303的串联电阻和由杂散电容导致的无功电流导致的。假设电抗(Xc)远大于棒的电阻(Xc＞＞R)，没有电感器的情况下的无功电流近似I＝Vpp/Xc。棒201～303可由一系列集总元件电阻器和电容器近似。
根据代表实施例，在棒201～303的最中心点产生谐振状态，提高在功耗、能量损失和过度焦耳热的改善。然而，当在操作期间导通电流时，棒201～303由于杂散电容的分散特性在它们各自的端部和中心之间消散额外的能量。在另一个实施例中，在棒201～303的各个端部和棒201～303的最中间点之间(即，棒长度的1/4、棒长度的1/2以及棒长度的3/4间隔处)布置额外的感应器(未示出)。这些额外的电容器的布置将进一步减小无功电流，并且提供相比于仅包括在棒201～303的最中间点(棒长度的1/4)的感应器402的结构，进一步减小功耗约50％的改善。由于额外的感应器被布置在现有感应器和/或棒端部之间的中间点，因此功耗将趋向于渐近于0。
根据代表实施例，感应器402基本上是圆柱形，并且包括其周围布置了导电线圈的导电圆柱芯。例如，感应器402可包括压粉铁芯，该压粉铁芯带有绕压粉铁、芯圆柱形布置的导电线线圈。或者，感应器402可包括带有导电线圈的空心电感，或者带有导电线圈的铁氧体芯或者非铁氧体芯。此外，感应器402可包括环状配置、棒状配置和电子芯配置。铁氧体芯是有益的，其提供相对高的品质因数(Q)、合理的Q以及用于热量传导/消散到周围导体(例如，金属)的适合的路径。
品质因数(Q)以及感应器402的电感的大小针对碰撞室400的RF频率最优化。通常，感应器402的品质因数(Q)应该至少在102或者更大的数量级上。获得尽可能最高的品质因数(Q)的感应器是有利的。如应该明白的，代表实施例的碰撞室中的电功耗是由从线圈的有效并联电阻(Rp)和杂散电容谐振电路产生的电流I＝Vpp/Rp导致的。将Q增大到尽可能的程度将减小电功耗。当然，电感大小的选择是以棒201～303的杂散电容的值以及谐振频率为基础的。
图5A示出了代表实施例中的碰撞室(例如，碰撞室200)的等效电路501。棒201～303通常是如上所述带有电阻涂层的非金属物质，并且绕轴线以对称形式布置(即，绕内切圆布置的六个棒)。棒201～303近似为501中的等同的分布式电阻506、507、508和509。棒201～303利用ACRF电压(例如，从AC源502和变压器503～504)驱动。ACRF电压通常以相同的幅度和相位施加在棒的两端。理想地，DC电压(例如，505)也同时施加在棒201～203的第一端204～206和第二端207～209之间，以使得棒的各个端保持在不同的DC势。在某些实施例中，沿棒201～303长度的DC偏置(差分)电压受到在棒201～303中提供相对高的电阻(等同于通过电阻506～509)的影响。除棒201～303的分布式电阻以外，建立了棒之间的分布式杂散电容(Cstray)510。如图所示，分布式电阻506、507、508和509与杂散电容(Cstray)510电串联。分布式杂散电容(Cstray)510可产生相对高的无功电流以流经电阻506～509，产生沿棒201～303的AC电压降。该AC电压降不仅导致棒发热和期望的AC场的扭曲，而且需要更高的电流需求以驱动电路。
图5B示出了根据代表实施例的碰撞室400的等效电路511。碰撞室400包括与从棒201～303产生的杂散电容(Cstray)510并联电连接的感应器402。感应器402被选取为在RF频率与杂散电容(Cstray)510谐振，并且被添加到位于棒中心处的连接点。因此，感应器402的大小由1/ωo 2Cstray计算，其中并且ωo＝2πfo是fo谐振频率。在谐振时，由杂散电容(Cstray)510引起的无功电流被与其并联的感应器402基本上抵消。结果，由此产生的驱动电流主要取决于感应器402、杂散电容(Cstray)510的L-C组合的并联电阻，以及棒201～303的串联电阻(由电阻506～509组成)。
在谐振时，同相电阻元件(Rp)由Rp＝QωL给出。L由1/ω2Cstray计算，其中ω＝2πf。假设Xc＞＞棒的R，在没有感应器的情况下无功电流大略是Vpp/Xc(其中电抗由Xc＝1/ωCstray给出)。有感应器的情况下的电流是Vpp/Rp；Rp远大于Xc。
虽然分布式电容不能用中间点感应器抵消，但是供电电流以及随后的总功率需求减小了约50％。功率节省的程度将取决于驱动电路的阻抗和感应器402与杂散电容510的并联阻抗的比率。
图5C示出了根据代表实施例的碰撞室400的等效电路512。等效电路512包括包括变压器513，其具有如图所示连接至被示为均匀分布电阻514，515的棒201-203的绕组516，517及518。绕组517及518示意性地为双股缠绕以为棒201-203的各端提供具有大致相同相位及幅度的RF电压。绕组516(感应器)被用于将RF电压耦合进入绕组517及518。通过将浮动电压源Vbias519连接至绕组517及518的中心抽头来向棒201-203施加DC电压。还将DC连接520供应至绕组518的中心抽头以提供碰撞室400相对于地的电压偏压。可利用公知的通过晶体管或集成电路实现的电路来生成供应至绕组517的时变幅度RF电压。通过变压器513或通过其他公知的电压隔离技术，将通过浮动电压源Vbias供应的变化电压与其他电路接地电隔离。
鉴于本公开，注意，可与本教导一致来实施方法和装置。此外，以说明和示例并且无任何限制意义的方式包括了各种元件、材料、结构和参数。鉴于本公开，只要包含在所附权利要求的范围之内，可在其他应用和元件、材料、结构以及可确定的需要实施这些应用的设备中实施本教导。

Claims (14)

1.一种离子导向器(102)，包括：
棒(201，202，203，301，302，303)，所述棒各个具有第一端(204，205，206)以及远离所述第一端(204，205，206)的第二端(207，208，209)；
单个感应器(402)，所述感应器连接在邻近的成对的棒(201，202，203，301，302，303)之间；
用于在邻近的棒的对(201，202，203，301，302，303)之间施加射频(RF)电压(502)的装置，其中所述RF电压在所述棒(201，202，203，301，302，303)之间的区域产生多极场；以及
用于沿所述棒(201，202，203，301，302，303)的各个的长度施加直流(DC)电压(505)降的装置。
2.如权利要求1所述的离子导向器(102)，其中所述感应器(402)连接至各个所述成对的棒的各自的中间点。
3.如权利要求1或2所述的离子导向器(102)，其中所述棒(201，202，203，301，302，303)的各个具有沿各自的第一端(204，205，206)和第二端(207，208，209)之间的长度的曲形部分。
4.如权利要求1或2所述的离子导向器(102)，其中所述棒(201，202，203，301，302，303)的各个沿各自的第一端和第二端之间的长度基本上是直的。
5.如权利要求3所述的离子导向器(102)，其中所述棒(201，202，203，301，302，303)的所述第一端(204，205，206)一起环绕大到足以使离子束通过的区域。
6.如权利要求1或2所述的离子导向器(102)，其中所述棒(201，202，203，301，302，303)的各个近似于圆的弧。
7.如权利要求1或2所述的离子导向器(102)，其中所述第一端(204，205，206)布置成围绕具有第一半径(r1)的第一圆并且所述第二端(207，208，209)布置成围绕具有第二半径(r2)的第二圆，并且所述第一半径大于所述第二半径。
8.如权利要求1或2所述的离子导向器(102)，其中所述棒(201，202，203，301，302，303)具有电阻。
9.如权利要求1或2所述的离子导向器(102)，其中所述棒(201，202，203，301，302，303)不导电。
10.如权利要求1或2所述的离子导向器(102)，其中所述感应器具有被选择以在RF频率与杂散电容形成谐振电路的感应性。
11.如权利要求1或2所述的离子导向器(102)，其中所述RF电压具有时变幅度。
12.一种碰撞室(200，400)，包括权利要求1至11中任一项所述的离子导向器(102)。
13.一种质谱仪系统(100)，包括权利要求1至11中任一项所述的离子导向器。
14.一种质谱仪系统(100)，包括权利要求12所述的碰撞室(200，400)。
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