CN102473580A - 具有改善的机械隔离和组装性的线性离子处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有改善的机械隔离和组装性的线性离子处理设备，一种离子处理设备包括多个电极、第一和第二绝缘体、壳体和多个柔性第一支撑体和第二支撑体。每个主电极具有沿所述中心轴的轴向长度，并包括第一端区域和轴向相对的第二端区域。第一和第二绝缘体分别围绕第一和第二端区域同轴布置。壳体围绕电极、第一绝缘体和第二绝缘体同轴布置。第一支撑体在第一绝缘体和壳体之间延伸并与之接触。第二支撑体在第二绝缘体和壳体之间延伸并与之接触。支撑体将电极与外力隔离。

Description

具有改善的机械隔离和组装性的线性离子处理设备

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2009年7月24递交的美国专利申请No.12/509,332的权益。

技术领域

本发明一般地涉及离子处理装置和具有二维(线性)几何形状的相关电极结构。本发明还涉及用于制造所述电极结构以及组装离子处理装置的方法。这些离子处理装置例如可以用于与质谱相关的操作。

背景技术

诸如离子阱的二维(或线性)离子处理装置由一组电极来形成，这组电极围绕装置的中心(z)轴共轴地布置，并且具有沿中心轴方向的主要长度。每个电极以距离中心轴一定的径向距离被放置在与中心轴垂直的(x-y)平面中。所得的电极布置限定出装置的处于电极的相对内表面之间的轴向狭长内部空间。在操作中，离子可以被引入该内部空间、陷留在该内部空间中、存储在该内部空间中、在该内部空间中被分离以及在该内部空间中经受各种反应，并且可被从该内部空间射出，以用于检测。这样的操作需要精确控制在内部空间中存在的离子的运动。离子沿x-y平面的径向漂移可以通过在相对的电极对之间施加二维RF陷留场来控制。离子的轴向漂移或离子沿中心轴的运动可以通过在电极的轴向端之间施加轴向DC陷留场来控制。此外，可以在相对的电极对之间施加辅助或补充RF场，以增大电极对的轴的、选定质荷比的离子的振荡振幅，由此增大离子的动能以用于各种目的(包括离子喷射和碰撞诱导解离)。

存在于电极组的内部空间中的离子响应于在内部空间内起作用的电场，并且其运动受到所述电场的影响。这些场包括通过电装置有意施加的场(如上述的DC和RF场)以及由于电极组的物理/几何特性而内在地(机械地)产生的场。施加的场不仅受制其所施加的操作参数(振幅、频率、相位等)，而且受制于电极结构的物理构件的制造和组装及所得的几何形状和稳定性。内在产生的场通常不是有意的，并且对于离子处理装置的优化操作常常是不期望的。内在产生的场也受制于电极的制造、组装、几何形状和稳定性。具体地，施加场和内在产生的场都受制于电极的暴露于内部空间的内表面的构造(外形、几何形状、特征等等)。在先进离子处理装置中，电极的内表面通常是双曲型的，顶点向内朝向中心轴。理想地，这些内表面被以超紧公差进行精密加工，以精确地提供预想的外形(例如，双曲薄板或其他期望的曲面表面)。而且，即使当内表面被精密加工时，电极的彼此相对位置仍然需要在径向平面上精密定向，并且其定向需要在操作期间被维持，从而给定的内表面不会旋转、歪斜或以其他方式脱离相对于其他内表面的定向。电极的位置也需要相对于z轴被精确控制和位置，使得电极彼此精密地平行。对于典型尺寸的电极组，为了获得可接受的质量单位分辨率，相对的电极对之间的平行的机械公差应该不大于±20μm。

电场的相对于沿电极组的中心轴的轴向位置的任何差异可能不利地影响离子的期望响应，因此不利地影响作为离子处理装置的电极组的性能。例如，当电极组被用作离子阱质量分析仪时，场的沿中心轴的不均一性可能导致具有相同质荷比的离子以不同的时间被射出，导致质量分辨率的损失。电极的较劣的制造、组装、几何形状和稳定性可能导致有缺陷的曲率、不正确定向的电极表面以及不平行的电极。这些问题可以反过来导致施加的场的不均一性和不期望的内在产生的场。而且，电极组和其支撑构件可能受到来自各种来源的外力，诸如安装应力和应变、外部热应变、搬运或运输载荷或外部构件的蠕变(即使在操作场所若干年之后)。这样的外力可能使得电极变形、改变其表面形状并导致电极失去平行。

鉴于上述问题，需要将离子处理装置的电极组以及相关构件与外力隔离。还需要提供用于制造和组装这样的电极组和离子处理装置的改进方法。

发明内容

为了解决上述问题的全部或一部分，和/或熟悉本领域的技术人员已经观察到的其它问题，如在下面阐述的实施方式中作为实施例所描述的，本公开提供了方法、工艺、系统、设备、仪器和/或设备。

根据一个实施方式，离子处理设备包括多个主电极、第一和第二绝缘体、壳体以及多个柔性第一支撑体和第二支撑体。主电极围绕中心轴同轴布置。每个主电极具有大致沿所述中心轴线的方向延伸的轴向长度，并且包括第一端区域和在轴向上相对的第二端区域。第一绝缘体围绕所述第一端区域同轴布置。第二绝缘体围绕所述第二端区域同轴布置。壳体围绕所述多个主电极、所述第一绝缘体和所述第二绝缘体同轴布置。第一支撑体在所述第一绝缘体和所述壳体之间延伸并与所述第一绝缘体和所述壳体接触。第二支撑体在所述第二绝缘体和所述壳体之间延伸并与所述第二绝缘体和所述壳体接触。

根据另一实施方式，离子处理设备还包括多个第一销钉和第二销钉。第一销钉分别接触各第一支撑体和主电极，其中，所述第一销钉分别固定所述第一支撑体和所述第一绝缘体相对于所述主电极的位置。第二销钉分别接触各第二支撑体和主电极，其中，所述多个第二销钉分别固定所述第二支撑体和所述第二绝缘体相对于所述主电极的位置。

根据另一实施方式，提供了用于构建离子处理设备的方法。电极坯被插入第一绝缘体和第二绝缘体之间。所述电极坯具有沿中心轴线的轴向长度，并且包括第一端区域和在轴向上相对的第二端区域。第一绝缘体被围绕所述第一端区域同轴布置，第二绝缘体被围绕所述第二端区域同轴布置。所述电极坯、所述第一绝缘体和所述第二绝缘体被插入壳体。多个柔性第一支撑体被布置在所述第一绝缘体和所述壳体之间，并与所述第一绝缘体和所述壳体接触。多个柔性第二支撑体被布置在所述第二绝缘体和所述壳体之间，并与所述第二绝缘体和所述壳体接触。将所述电极坯形成为多个电极，其中，每个电极由第一支撑体在所述第一绝缘体处支撑，以及由第二支撑体在所述第二绝缘体处支撑。

根据另一实施方式，该方法还包括通过使得多个第一销钉分别接触各第一支撑体和所述电极坯，固定所述第一支撑体和所述第一绝缘体相对于所述电极坯的位置，以及通过使得多个第二销钉分别接触各第二支撑体和所述电极坯，固定所述第二支撑体和所述第二绝缘体相对于所述电极坯的位置。

在审查了下面的附图和详细描述之后，本领域技术人员将清楚本发明的其他装置、设备、系统、方法、特征和优点。所有这些附加的系统、方法、特征和优点都旨在被包括在本说明书中、落入本发明的范围内并受到所附权利要求保护。

附图说明

图1是可以用于操控或处理离子的具有线性(二维)几何形状的电极组的实施例的透视图。

图2是图1中所示的电极结构的在垂直于电极组的中心轴的径向(x-y)平面中所取的横截面图。

图3是可以在图1和2所示的电极组中设置的电极的实施例的透视图。

图4是从相对一侧观察时图3所示的电极的透视图。

图5是根据本公开中所描述的一些实施方式所提供的离子处理设备的透视图。

图6是在电极的组装和最终成型之前，图5中所示的离子处理设备的分解透视图。

图7是在电极的最终成型之前，图5中所示的经组装的离子处理设备的在纵向(y-z)平面中所取的横截面透射图。

图8是图5中所示的经组装的离子处理设备的在x-y平面中所取的横截面图。

图9是与图8类似的图像，由离子处理设备的有限元分析(FEA)模拟得到。

图10是在电极的成型之前，部分组装的离子处理设备的透视图。

图11是图10中所示的部分组装的离子处理设备的端视图。

图12是图11的端视图的局部视图，示出了用胶粘剂填充的径向间隙。

图13是在电极的成型之前，部分组装的离子处理设备的另一透视图。

图14是在电极的成型之前，经组装的离子处理设备的端视图。

图15是在电极的成型之后，经组装的离子处理设备的端视图。

具体实施方式

图1和2示出了可以用于操控或处理离子的具有线性(二维)几何形状的电极组100的实施例，图1和2还包括用于参考目的的笛卡尔(x，y，z)坐标轴。为了描述的目的，沿z轴的方向或定向将被称为轴向，沿正交的x轴和y轴的方向或定向将被称为径向或横向。具体地，图1是电极组100的透视图。图2是电极组100的在沿z轴的任何轴向位置处、在x-y平面中所取的横截面图。图3和4示出了可以在电极组100中设置的电极的其他实施例。

参考图1，电极组100包括多个电极102，104，106和108，每个具有沿大致平行于z轴的方向延伸的主要或伸长尺寸(例如，长度)。在许多实施方式中，电极102，104，106和108严格地与z轴平行，或者在可实现的前提下尽可能地与z轴平行。这样的平行可以使得在将RF场施加到电极结构100的操作期间对于离子行为的控制能具有更好的可预见性。利用平行的电极102，104，106和108，假设没有场缺陷的情况下，离子受到的RF场的强度(幅值)不会随离子在电极结构100中的轴向位置而变化，并且离子可以完全基于质量依赖性而被射出电极结构100，使得离子的轴向位置不会引起质谱峰的加宽或输出数据的质量分辨率的伴随劣化。而且，以端到端方式施加到电极结构100上的DC电势的大小不会随轴向位置变化。

图1中所示的实施例提供了四个电极102，104，106和108。第一电极102和第二电极104大致布置为沿y轴的相对的一对，第三电极106和第四电极108大致布置为沿x轴的相对的一对。该实施例是用于线性离子阱以及其他四极离子处理装置的典型四极电极布置。在其他实施方式中，电极102，104，106和108的数量可以不是4。每个电极102，104，106和108可以根据需要与电极102，104，106和108中的另一个或多个在电学上相互连接，以在电极结构100内产生期望的电场。典型地，径向相对的电极对102，104，106和108是相互连接的。如图1中还示出的，电极102，104，106和108分别包括大致面向电极结构100的中心的内表面112，114，116和118。

图2示出了电极结构100的在x-y平面中的横截面。电极结构100具有被电极102，104，106和108大致围绕的内部空间或腔202。由于电极102，104，106和108沿z轴延伸伸长，所以内部空间202沿同一轴延伸伸长。电极102，104，106和108的内表面112，114，116和118基本面向内部空间202，因此实际上暴露于内部空间202中存在的离子。电极102，104，106和108还包括各自的外表面212，214，216和218，所述外表面212，214，216和218基本面向远离内部空间202的方向。如图2中还示出的，电极102，104，106和108围绕穿过内部空间202的主轴或中心纵轴226(z轴)同轴布置，所述主轴或中心纵轴226通常与电极结构100的几何中心一致。每个电极102，104，106和108被布置在x-y平面中离中心轴226一定径向距离r_o处。在一些实施方式中，电极102，104，106和108相对于中心轴226的各自径向位置是相等的。在其他实施方式中，为了诸如引入某些类型的电场效应或补偿不期望的场效应，电极102，104，106和108中的一个或多个的径向位置可以有意地与电极102，104，106和108中的其他电极的径向位置不同。例如，一径向相对的电极对之间的距离可以相对于另一径向相对的电极对被伸长。

各个电极102，104，106和108的内表面112，114，116和118可以在x-y平面中是弯曲的。在图2具体示出的实施例中，内表面112，114，116和118基本是双曲型的，以有利于利用精确的四极离子陷留场。双曲型外形可以符合完美的双曲线，或可以稍微偏离完美的双曲线，从而以期望方式修改场效应。在任一情形中，每个内表面112，114，116和118是曲线的，并且具有单拐点以及因此具有作为直线沿z轴延伸的相应顶点或最高点232，234，236和238。每个顶点232，234，236和238通常是相应内表面112，114，116和118上的最接近内部空间202的中心轴的点。在本实施例中，以中心轴226作为z轴，第一电极102和第二电极104的各自顶点232和234与y轴基本重合，第三电极106和第四电极108的各自顶点236和238与x轴基本重合。在这样的实施方式中，径向距离r_o处被定义在中心轴226和相应的电极102，104，106和108的顶点232，234，236和238之间。

在其他实施方式中，内表面112，114，116和118可以具有非理想的双曲型形状，诸如圆形或其他类型的曲线。在其他实施方式中，内表面112，114，116和118可以是平面的或多边形的。

如图1中作为示例示出的，在一些实施方式中，电极组100相对于z轴在轴向上被分成多个(例如3个)部分或″段″122，124和126。相邻的段122，124和124，126分别在物理上分离相应的轴向间距。电极组100的分段的电极102，104，106和108可以被认为是分别包含相应的第一端电极132，134，136和138，中心(或主)电极142，144，146和148以及第二端电极152，154，156和158。第一端电极132，134，136和138定义第一端段122，中心电极142，144，146和148定义中心或内段124，第二端电极152，154，156和158定义第二端段126。根据本四极、分段实施例的电极组100可以由此被认为包含十二个轴向电极132，134，136，138，142，144，146，148，152，154，156和158。在其他实施方式中，电极组100可以包括多于三个的轴向段122，124和126和/或更高阶的平行电极排布(例如，六极、八极等)。

在其他实施方式中，电极102，104，106和108是整体的或一段式结构，没有轴向间距或没有物理上分开的区域122，124和126。但是，轴向分段提供如在美国专利No.7,501,623(被转让给本发明的受让人)中所更详细讨论的优点。

当在本文使用时，术语“主电极”是指一段式电极组的未分段的电极102，104，106和108。在分段的实施方式中，术语“主电极”也可用于表示中心电极142，144，146和148。

在一些实施方式中，诸如通过双极共振激励或其他技术，可将离子从内部空间202沿与中心轴226(图2)正交的方向，即沿x-y平面中的径向射出。例如，如图1所示，离子可被沿箭头164所示的y轴射出。为了有助于径向射出，在电极102，104，106和108中的一个或多个中可以形成一个或多个孔隙(或狭槽)。在图1和2中所示的具体实施例中，孔隙172被形成在y-电极102中的一个中。孔隙172可沿z轴被伸长，以考虑在电极结构100的伸长内部空间202中产生的伸长的离子占据体积。实际中，合适的离子检测器(没有示出)可被与孔隙172对齐地布置，以测量射出离子的通量。为了使得完全通过孔隙172而不碰撞在定义孔隙172的周壁上并因此到达离子检测器的射出离子的数量最大化，孔隙172可以沿电极102的顶点232(图2)居中。凹部174可被形成在电极102中，所述凹部174从外表面212(图2)延伸到孔隙172并围绕孔隙172，以使得孔隙172的、射出离子必须行进穿过的径向通道或深度最小化。如下所述的，这样的凹部174(如果设置的话)也可有助于形成孔隙172。

为了保持在内部空间202中产生的电场的期望的对称程度，另一孔隙176可被形成在与电极102相对的电极104中，即使不设置另一相应的离子检测器。类似地，可以在电极102，104，106和108中都形成孔隙。而且，包含孔隙172的相对的电极对102和104之间的距离可以被伸长，以补偿由于孔隙172的存在而造成的不期望的场效应。

图3是可被用作图1和2中所示的电极组100的电极102，104，106和108中的一个或多个的电极300的实施例的透视图。图3示出了从其内表面312透视的电极300，所述内表面312实际面向电极组100的内部。如上所述，电极300可以具有一段式或单件式结构。在其他实施方式中，如图3所示，电极300可被在轴向上被分段成第一端电极322、中心或主电极324和第二端电极326，其中，轴向间距302和304分别被定义在相邻的电极322，324和324，326之间。第一端电极322包括第一轴向端或端面332以及轴向相对的第二轴向端或端面334，中心电极324包括第一轴向端或端面336以及轴向相对的第二轴向端或端面338，第二端电极326包括第一轴向端或端面342以及轴向相对的第二轴向端或端面344。电极322，324和326的内部面限定间距302和304。具体地，第一端电极322的第二端面334和中心电极324的第一端面336定义第一间距302，中心电极324的第二端面338和第二端电极326的第一端面342定义第二间距304。

在图3所示的实施例中，电极300的内表面312具有如上所述的基本弯曲的或双曲型外形。外形的顶点372可以大致对应于电极300的宽度的中心线。在此，电极300的宽度被基本定义为电极300的外边缘之间的横向尺寸(图3中的x方向)。电极300可以具有孔隙或狭槽376，所述孔隙或狭槽376与电极300的顶点372或中心线是基本共线的。在所示的实施例中，孔隙376的径向长度是中心电极部分324在顶点372处的径向长度的100％。就是说，在电极300的面向电极结构100的内部空间202的一侧，孔隙376沿中心电极部分324的整个长度从第一端面336完全延伸到第二端面338。

在一些实施方式中，如图3所示，中心电极段324的端面336和338沿相对于z轴并且相对于x-y平面以一定角度定向，或具有弯曲外形。端面336和338的各自定向使得中心电极段324的内表面的轴向长度在顶点372处短于外缘处。该构造有利于提供其长度为中心电极段324的内表面312的长度的100％的孔隙376。第一电极段322的第二端面334和第二电极段326的第一端面342以互补形式成角度或弯曲，以保持间距302和304的几何一致性和最小化。间距302和304因此也具有成角度或弯曲的定向。如下进一步描述的，第二电极段326和第一电极段322的一部分还可被套装在中心电极段324内。

在图4中进一步示出了带角度或弯曲的电极300的分段，其从不暴露于电极结构100(图2)的内部空间202的外表面402的透射角度示出了电极300。如图4中所示，从外侧来看，孔隙376在电极300的外侧的轴向长度可以短于中心电极段324的总长度。但是，孔隙376在电极300的外侧上的边界不像在其中离子的运动受到所施加的电场影响的内侧那么关键。如图3所示，从内侧来看，孔隙376的轴向长度仍然是中心电极段324的长度的100％。

回来参考图3，在其他实施方式中，电极300的内表面312包括轴向凹槽382，所述轴向凹槽382从一个端面332到另一端面344穿过每个电极部分322、324和326，沿电极300的整个长度形成。或者，凹槽382可以沿电极300的仅仅一部分延伸。凹槽382可以位于内表面312的顶点372处。相应地，凹槽382的跨中心电极324的轴向长度的部分或该部分的更短的子部分可以充当用于从电极结构100的内部空间202射出离子的孔隙376或孔隙376的开端。从轴向凹槽382开始，孔隙376的深度持续径向地穿过电极300的厚度到达外表面402或，如果设置有的话，外表面402的凹部406(图4)。但是，凹槽382持续轴向地穿过第一电极段322和第二电极段326，即使这些端电极322和326没有孔隙376。凹槽382的跨第一电极部分322和第二电极部分326的部分以一定深度延伸到这些电极部分322和326的厚度中，但是不会深到足以构成像孔隙376一样与电极300的外表面402连通的通孔或通道。在某种意义上，至少从电极结构100的内部空间202和在内部空间202中存在的任何离子来看，凹槽382的跨端电极部分322和326的部分可以被描述是仿效中心电极部分324的孔隙376。通过这样的构造，内表面312的表面外形在电极300的沿z轴的至少一定的一致部分长度上是一致的。所述一致部分长度对应于伸长表面特征的轴向延伸范围，例如，100％-长度的孔隙376或凹槽382。如在美国专利No.7,501,623中更详细讨论的，100％-长度的孔隙376、轴向凹槽382或有效地延伸内表面312上的孔隙376的轴向长度的轴向凹槽382改善了沿z轴的场均一性。

在本公开中所描述的电极可以由任何合适的技术来制造。在一些实施方式中，电极的各种特征可以通过线切放电加工(EDM)来精确加工。例如，利用EDM可以使得电极表面、孔隙和凹槽能够在同一次加工运行期间被切割。而且，此方法可以保证孔隙和凹槽的几何形状以及电极的面向内侧的外形被准确和精确地相对于彼此定位，这对于高分辨率是至关重要的。

图5是可以根据本公开所述的实施方式来提供的用于操控或处理离子的离子处理设备500(诸如离子阱、离子存储设备等)的透视图。离子处理设备500可以被设置作为例如适当的与质谱相关的仪器或系统的一部分。离子处理设备500包括多个电极502，504，506和508，所述多个电极502，504，506和508形成安装在合适的外壳体522中的电极组510。壳体522可以被成型为圆筒或管，以使得制造和与其他构件的对齐变得容易。壳体522或其衬里或层可以由合适的导电材料构成，诸如铝。仅仅作为实例，图5中所示的电极结构510具有四极结构，其中四个轴向伸长并且轴向分段的电极502，504，506和508被如图1中所示的电极结构100的情形一样设置。电极502，504，506和508中的一个或多个可以像上面所述的并在图1-4中示出的任何一个一样来构造，或者可以具有不同的构造。

图6是在电极502，504，506和508的组装和最终成型之前，离子处理设备500的分解透视图。图7是在电极502，504，506和508的最终成型之前，经组装的离子处理设备500的在纵向(y-z)平面中所取的横截面透射图。组装包括由其形成一组中心或主电极的中心电极坯640、由其形成一组第一端电极的第一端电极坯630以及由其形成一组第二端电极的第二端电极坯650。电极坯630、640和650可以由任何适用于离子处理的导电材料构成，一个非限制性实施例是不锈钢。在本实施例中，电极坯630、640和650首先与离子处理设备500组装(图7)，并随后被形成为电极。在本实施例中，电极通过EDM来形成。为此目的，如本领域技术人员所理解的，电极坯630、640和650可以初始设有轴向钻孔702(图7)，以容纳EDM线的插入。但应理解的是，EDM技术可以以不同方式实施，并且更一般地，可以实施EDM之外的其他电极形成技术。电极坯630、640和650可以被大致形成为圆筒形，使得其基本形式可以利用经济的机床转动操作来制造，根据需要进行特征的次级研磨。在此，术语“大致”考虑了电极坯630、640和650主要是圆筒形的，但是可以包含偏离完美圆筒几何形状的结构或几何特征。中心电极坯640(以及随后形成的主电极组)包括第一端区域642以及轴向相对的第二端区域644。在组装(图7)之后，第一端电极坯630与第一端区域642相邻但分开一定间距。第二端电极坯650与第二端区域644相邻但同样分开一定间距。电极坯630、640和650可以被成型为使得第一端电极坯630的至少一部分被套装在中心电极坯640内、第一端区域642处，并且第二端电极坯650的至少一部分被套装在中心电极坯640内、第二端区域644处。例如，端电极坯630，650可以在圆筒形表面之外还包括圆锥的、渐缩的或带圆齿的表面，并且中心电极坯640的轴向端可以包括互补特征。在电极的形成之后，在本实施例中可以保留间距和套装特征。

为了容纳离子的径向喷射，如上所述，主电极的一个或多个可以具有穿过电极的厚度的相关通道深度的孔隙(没有示出)。在示出的实施例中，电极502(图5)的内段具有开口到凹槽574中的孔隙。在此实施例中，凹槽574最初形成在中心电极坯640(图7)中。壳体522可以包括与孔隙中的一个或多个对齐的喷嘴582，以提供用于使得射出的离子到达相对于电极结构510外部安装的一个或多个离子检测器(没有示出)的一个或多个通路。如上面结合图3和4所述的，电极中的一个或多个可以具有100％-长度或较短的孔隙、伸长的表面特征诸如轴向凹槽586或孔隙和轴向凹槽586两者。如图7中所示，中心电极坯640可以被成型为在如下所述形成中心电极之后提供100％-长度的孔隙。

离子处理设备500还包括围绕电极组510同轴布置在第一端区域642处的第一绝缘体532和围绕电极组510同轴布置在第二端区域644处的第二绝缘体634。当如本实施例中将电极组510轴向分段时，第一绝缘体532还被围绕第一端电极的至少一部分同轴布置，第二绝缘体634还被围绕第二端电极的至少一部分同轴布置(图7)。绝缘体532，634可以由合适的电绝缘材料构成，诸如氧化铝或其他陶瓷。如壳体522和电极坯630，640，650一样，绝缘体532，634可以是大致圆筒形的，以便于制造和组装。

离子处理设备500还包括一组第一支撑体542、一组第二支撑体544、一组第三支撑体546和一组第四支撑体548。支撑体542，544，546，548可以由既柔软又电绝缘的材料构成，一个非限制性实施例是聚四氟乙烯(PTFE或Teflon

)或者其他合适的聚合物。支撑体542，544，546，548可以是大致圆筒形的，以便于制造和组装。如下面进一步描述的，支撑体542，544，546，548提供用于固定电极组510相对于绝缘体532，634的位置以及用于将电极组510和绝缘体532，634与外力机械隔离的装置。根据被支撑的电极的轴向长度，支撑体542，544，546，548中的一个或多个可以与该电极相关。在所示出的四极布置中，四个第一支撑体542被设置来在第一端区域642处支撑由中心电极坯640形成的相应主电极，并且四个第二支撑体544被设置来在第二端区域644处支撑相应主电极。在其中电极组510没有分段的实施方式中，可以只提供第一支撑体542和第二支撑体544。在图5-7中具体所示的分段的实施方式中，四个第三支撑体546被设置来分别支撑由第一端电极坯630形成的第一端电极，并且四个第四支撑体548被设置来分别支撑由第二端电极坯650形成的第二端电极。每个支撑体542，544，546，548被插入壳体522和第一绝缘体532或第二绝缘体634之间并且与壳体522和第一绝缘体532或第二绝缘体634接触。每个支撑体542，544，546，548可以被布置在壳体522的相应钻孔670中并与其接触。

虽然支撑体542，544，546，548可以被描述为是柔软或可变形的，但是该柔性或可变形性被限制为不超过为了响应于外力或震动维持电极502，504，506和508的各自位置(例如，定向、平行性等)所需要的程度。换句话说，支撑体542，544，546，548将只要弹性屈服到足以吸收外力并防止随之发生的电极502，504，506和508的平移、失配或损伤。

离子处理设备500还可包括一组第一销钉552、一组第二销钉554、一组第三销钉556和一组第四销钉558。像支撑体542，544，546，548一样，销钉552，554，556，558也可以提供用于固定电极组510相对于绝缘体532，634的位置的装置。术语″销钉″在此用于包括适用于此目的的任何结构(例如，杆、臂、梁、管、圆柱体等等)。销钉552，554，556，558也可以也用作电极和各种RF和/或DC电压源之间的电互连，所述RF和/或DC电压源可以在用于操作离子处理设备500的典型电压和频率下操作离子处理设备500时使用。作为非限制性实施例，销钉552，554，556，558可以由黄铜或适用于该目的的其他导电材料构成。这样的销钉552，554，556，558可被称为高电压(HV)销钉。通常，每个销钉552，554，556，558接触相同的支撑体542，544，546，548和电极。在一些实施方式中，第一销钉552被插入穿过相应的第一支撑体542、穿过第一绝缘体532，并与中心电极坯640配合。第二销钉554被插入穿过相应的第二支撑体544、穿过第二绝缘体634，并与中心电极坯640配合。第三销钉556插入穿过相应的第三支撑体546、穿过第一绝缘体532，并与第一端电极坯630配合。第四销钉558插入穿过相应的第四支撑体548、穿过第二绝缘体634，并与第二端电极坯650配合。因此，在电极的形成之后，第一销钉552在第一端区域642与相应的主电极配合，第二销钉554在第二端区域644与相应的主电极配合，第三销钉556与相应的第一端电极配合，第四销钉558与相应的第二端电极配合。销钉-电极对之间的配合可以是紧配合并且可以是可调节的，诸如通过干涉配合或匹配螺纹。

在图6和7具体示出的实施例中，中心电极坯640可以多个处于第一端区域642的第一主电极孔672和多个处于第二端区域644的第二主电极孔674。至少一个第一主电极孔672和至少一个第二主电极孔674可被设置用于由中心电极坯640形成的各主电极。类似地，第一端电极坯630可以包括多个第一端电极孔676，第二端电极坯650可以包括多个第二端电极孔678。至少一个第一端电极孔676可被设置用于由第一端电极坯630形成的各第一端电极，并且至少一个第二端电极孔678可被设置用于由第二端电极坯650形成的各第二端电极。绝缘体532，634可以包括钻孔682，钻孔682的数量可取决于电极的数量以及电极是否被轴向分段。支撑体542，544，546，548可类似地包括钻孔684(图7)，并且壳体522可类似地包括钻孔670。在其中支撑体542，544，546，548和销钉552，554，556，558是圆柱形的实施方式中，电极钻孔672，674、绝缘体钻孔682、支撑体钻孔684以及壳体钻孔670可类似地是圆柱形的，以便于组装和对准。在本实施例中，绝缘体532，634被相对于中心轴以共中心方式插入壳体522内，并且中心电极坯640、第一端电极坯630和第二端电极坯650以对准的布置被共中心地组装在绝缘体532，634内。就是说，各个第一主电极孔672与相应的第一绝缘体钻孔682、第一支撑体钻孔684和壳体钻孔670沿各自径向方向(在垂直于中心z轴的x-y平面内)对准。各个第二主电极孔674与相应的第二绝缘体钻孔682、第二支撑体钻孔684和壳体钻孔670沿各自径向方向对准。各个第一端电极孔676与相应的第一绝缘体钻孔682、第三支撑体钻孔684和壳体钻孔670沿各自径向方向对准。各个第二端电极孔678与相应的第二绝缘体钻孔682、第四支撑体钻孔684和壳体钻孔670沿各自径向方向对准。一旦已将各个构件以径向对准的方式组装，销钉552，554，556，558可被沿各径向插入。

图8是图5中所示的经组装的离子处理设备500的在x-y平面中所取的横截面图。该横截面是通过第一端电极所取的，但是这可能看起来与通过主电极或第二端电极所取的相同或相似。在所示的实施例中，每个绝缘体钻孔包括具有不同直径的第一部分832和第二部分834，由此绝缘体钻孔具有台阶式减小的外形。第一部分832的直径小于第二部分834的直径。第一部分832在台肩836处过渡到第二部分。第一部分832的直径足够大，以接纳销钉556，并且可以等于或大致等于相应的电极孔676的直径。但是，第一部分832的直径对于接纳支撑体546来说太小。支撑体546的外径可以稍小于第二部分834的直径。通过这样的构造，支撑体546可以被安放在绝缘体钻孔的第二部分834中，从而支撑体546的端部接触台肩836，并且支撑体546的外壁可以或可以不接触第二部分834的内壁。上述构造有助于以与绝缘体532适当对准的方式组装支撑体546，并且有助于使得支撑体546能够机械隔离绝缘体532和电极组510。

而且在所述的实施例中，每个销钉556可以包括轴环686或其他类型的直径增大特征，其直径大于销钉556的朝向电极插入的部分的直径。每个支撑体546包括具有不同直径的第一部分842和第二部分844，由此支撑体546具有台阶式减小的外形。第一部分842的直径小于第二部分844的直径。第一部分842在台肩846处过渡到第二部分844。第一部分842的直径足够大，以接纳销钉556，并且可以等于或大致等于绝缘体钻孔的相应的第一部分832和电极孔676的直径。但是，第一部分842的直径对于接纳销钉556的轴环686来说太小。轴环686的外径可小于第二部分844的直径。在一些实施方式中，轴环686的外径稍小于第二部分844的直径，以有助于将销钉556与第一部分842适当地对准。通过这样的构造，销钉556可以被安放在支撑体546的第二部分844中，从而轴环686的端部接触台肩846。上述构造有助于将绝缘体532、支撑体546和销钉556彼此适当对准地组装在一起，并且有助于使得支撑体546能够机械隔离绝缘体532和电极组510。

通过轴环686抵靠支撑体546的台肩846并且通过销钉556装配到电极孔676中，绝缘体532与对应的支撑体546和电极的相对位置可以被固定。在所示的实施例中，销钉556的端部刻有螺纹，并且电极孔676刻有互补的螺纹。在此情况下，销钉556被拧入电极孔676中，直至轴环686抵靠支撑体546的台肩846。可以使用任何其他的用于将销钉556固定或紧固到电极上的替代方式，一个实例是通过将销钉556压配到电极孔676中。电极组510和绝缘体532，634与壳体522物理地隔离相应的环隙888。电极组510和绝缘体532，634的位置通过支撑体542，544，546，548与壳体522之间的接触面变得稳定。通过这样的构造，任何施加到壳体522上的外力被仅仅传递到支撑体542，544，546，548。如上所述，支撑体542，544，546，548的柔性足以防止这样的外力被传递到电极组510和绝缘体532，634，或者至少显著减小到达电极组510和绝缘体532，634的任何这样的力的大小。

而且在所示的实施例中，每个电极可以与相应的绝缘体532，634沿径向分开间距或间隙890。如下面进一步描述的，期望径向间距890的尺寸(即，沿径向的距离)被精确地设定并在离子处理设备500的组装之后和操作期间被保持。将销钉556与支撑体546和/或电极接合的手段可被用于此目的。作为实例，支撑体546的台肩846可以用作装有轴环686的销钉556的止挡或限位。因此，当使用装有轴环的销钉556时，径向间距890的尺寸可以由台肩846的自围绕电极孔832的电极外表面的径向距离来控制，或者等价地，由支撑体546的定义支撑体钻孔的第一部分842的部分的径向长度来控制。另一方面，径向间隙890的尺寸可以由轴环686相对于销钉556插入电极中的端部的径向距离来控制，或者由轴环686距离围绕电极孔676的电极外表面的径向距离来控制。此外或或者，径向间隙890的尺寸可以由通过销钉556的被允许刻螺纹的距离或以其他方式插入电极孔676中的距离来控制。销钉插入的限度可以由如上所述的轴环686的位置来控制，或者通过在电极孔676中形成的止挡特征，或者通过电极孔676的螺纹的终止，或者上述的组合来控制。在上述情形中的任何一种中，由柔性支撑体542，544，546，548提供的机械隔离保证在离子处理设备500的组装之后和操作期间期望的间隙尺寸被保持。

如在图6-8中进一步图示的，较之图1-4所示的电极，每个电极的外表面被修改。具体地，键槽636(凹入、凹槽、沟槽或类似物)被形成在主电极的每一端部的外表面中，并且形成在每个端电极的外表面中。如图6所示，键槽636可以初始由电极坯630，640，650来设置。而且，每个绝缘体532，634的内表面可以包括朝向中心轴向内突出的花键638(例如凸起、键、凸耳、凸肋或类视物)。键槽636和花键638围绕中心轴周向间隔开，具有沿中心轴的各自轴向长度，并且具有互补形状的外形。键槽636和花键638提供用于在组装期间将电极坯630，640，650和绝缘体532，634对准的装置。如从图6清楚可见的，通过将花键638插入相应的键槽636，电极坯630，640，650可以被有效地组装成与绝缘体532，634重叠的关系。一旦进行了此操作，电极孔672，674，676，678和相应的绝缘体钻孔682被对准，以准备用于安装支撑体542，544，546，548和销钉552，554，556，558。为了适用随后的由电极坯630，640，650向电极502，504，506和508的成型，相应的键槽636和花键638可以沿与电极孔672，674，676，678和相应的绝缘体钻孔682相同的半径定位。

图9是与图8类似的图像，由离子处理设备500的有限元分析(FEA)模拟得到。在此模拟中，1mm的径向向外位移被施加到壳体522上，如箭头所示。所施加的位移(虽然极大)代表可能在离子处理设备500上发生(例如来自的安装应变)的一般外力。模拟示出了柔性支撑体546发生变形。模拟表明电极502，504，506和508上的所得位移仅为0.06μm，这比壳体522上的位移小17000倍。我们已经成功地在根据本公开构造和组装的实际离子阱装置中实现了这样的显著机械隔离。我们已经反复地将这些离子阱从一个仪器换到另一个仪器，而几乎不用关心离子阱的搬运或当安装离子阱时的紧固件扭矩等。这些的离子阱的分析性能(例如质量峰形状等)在整个测试中异常地一致。在三维(3D)离子阱中还没有实现这样的机械隔离。当考虑到如下的被普遍表达的信条：例如由于要求精度的轴向长度延长，2D离子阱较之3D离子阱更容易受到机械误差的影响时，后一观察结果尤其值得注意。相反，不仅较之传统的2D离子阱而且较之3D离子阱，本文公开的2D离子处理装置不那么容易受到本文所讨论的类型的机械误差的影响。

现在将描述用于组装离子处理设备500和成型电极502，504，506和508的方法的实施例。作为开始的事项，可以注意到离子处理设备500的各种构件被构造，以允许离子处理设备500能够以简单、精确、高效和可重复的方式被制造。就是说，离子处理设备500的特征在于，低的部件数量且利用自对准并容易组装的部件。回头参考图6，离子处理设备500可以由仅仅六种独特的部件完全组装：(1)中心电极坯640，(2)两个端电极坯630和650，(3)两个绝缘体532和634，(4)壳体522，(5)一组支撑体542，544，546和548，以及(6)一组销钉552，554，556和558。如前面所述的，这些构件中的每个可以是大致圆柱形的，并且包括自对准特征。构件的各自的组成如下：不锈钢电极坯、氧化铝绝缘体、铝壳体、PTFE支撑体和黄铜销钉。离子处理设备500的特征还在于，便于使用胶粘剂来在预定厚度的径向间隙890中创建胶粘剂粘接，以及便于使用精密的电极成型技术，诸如EDM。

下面将主要参考图10-15描述所述方法。图10是在电极502，504，506，508的成型之前，部分组装的离子处理设备500的透视图。图11是图10中所示的部分组装的离子处理设备500的端视图。图12是图11的端视图的局部视图，示出了向绝缘体532和中心电极坯640之间的径向间隙890施加胶粘剂。图13是在电极502，504，506，508的成型之前，部分组装的离子处理设备500的另一透视图。图14是在电极成型之前，经组装的离子处理设备500的端视图。图15是在电极成型之后，经组装的离子处理设备500的端视图。

参考图10，作为构建离子处理设备500的第一步，中心电极坯640被组装在第一绝缘体532和第二绝缘体634之间，由对应的键槽636和花键638确保适当的对准。然后，将八个支撑体542，544安放在各自的绝缘体532，634上或中，并且八个相应的销钉552，554被拧入经攻丝的电极孔672，674中，以固定中心电极坯640和绝缘体532，634的各自位置。如前所述，支撑体542，544可以通过相应的壳体钻孔670被插入。

参考图11和12，下一步是将适当的胶粘剂1190施加到预定厚度的各个径向间隙890中，从而用胶粘剂1190完全填充径向间隙890。作为实例，胶粘剂1190可以用针进行分配，以通过毛细作用使胶粘剂1190流动。胶粘剂1190的粘度和间隙厚度被选择，使得胶粘剂1190将完全填充间隙890，但不会泄露到组件的其他部分上。胶粘剂1190的厚度由间隙890的尺寸来确定，所述间隙890的尺寸如前所述可以被精确地设定和保持。由于各种原因，胶粘剂1190的厚度可能是重要的。例如，薄的胶粘剂粘接对于使得可能由胶粘剂1190随时间的蠕变引起的电极位移最小化是理想的。但是同时，胶粘剂粘接应该足够厚，使得由于如电极和绝缘体532之间的热膨胀系数的失配导致的剪切应力不会成为问题。考虑如前所述的事项，可以利用已知的工程计算确定最佳的胶粘剂粘接厚度。

在一个非限制性实施例中，胶粘剂粘接厚度为0.15mm(0.006英寸)。胶粘剂是双组分环氧，室温固化，在固化后具有低的放气性和高尺寸稳定性。在此实施例中，为了说明的目的回头参考图1-3，每个电极300具有大约68mm的总轴向长度以及大约23mm的横向宽度。每个第一端电极322和第二端电极326分别具有大约18mm的最大轴向长度，中心电极324具有大约30mm的最大轴向长度。轴向间隙302和304分别具有大约1mm的轴向长度。孔隙376具有大约30mm的轴向长度以及大约0.43mm(r₀的7.2％)的横向宽度。当电极组100被组装(图1和2)时，r₀＝6mm，但是包括孔隙376的电极对被伸长额外1mm。

参考图13，下一步是将端电极坯630和650添加到组件。每个端电极坯630和650被共中心地组装在相应的绝缘体532和643内，由相应的键槽636和花键638确保适当地对准。在所示的实施例中，每个端电极坯630，650的一部分被套在中心电极坯640的相应端区域642，644内。然后，其余的八个支撑体546，548被安放，并且其余的八个相应的销钉556，558被拧入各自的被攻丝的电极孔676，678中，以固定端电极坯630，650和各自的绝缘体532，634的相对位置。如前所述，支撑体546，548可以通过相应的壳体钻孔670被插入。额外的胶粘剂1190被施加到径向间隙890，以将端电极坯630，650固定到各自的绝缘体532，634。在此阶段，可以采取措施完全固化胶粘剂1190。在图7的横截面中示出了在电极成型之前完成的组件。

参考图14和15，第四且最后一步是根据需要成型电极502，504，506，508(例如，创建双曲型表面)。在本实施例中，EDM线(没有示出)被穿过延伸通过电极坯630，640，650的中心钻孔702，并且与z轴对齐。然后，EDM线被充电，并且根据编程的指令相对于电极坯630，640，650在x-y平面中移动。以此方式，所有电极502，504，506，508被同时创建。在轴向分段、四极布置的当前实施例中，EDM线创建具有预定形状的12个电极502，504，506，508。EDM线也可以用于通过穿透中心电极坯640形成预加工的切口(图7中的凹槽574)来创建离子射出孔隙。如图15所示，EDM线还可被用于创建上述类型的轴向沟槽586，以及任何其他期望的特征。在一个非限制性实施例中，EDM线可以是直径0.25mm(0.010英寸)的黄铜线。最后组装好的离子处理设备500被示于图5。

本公开中提供的主题一般地涉及设置在用于操控、处理或控制离子的设备中的一类电极和电极布置。电极布置可以用于实现多种功能。作为非限制性实施例，电极布置可以用作用于电离中性分子的腔；用于聚焦、门控或运输离子的透镜或离子导向装置；用于冷却或加热离子的装置；用于陷留、存储或喷射离子的装置；用于从不想要的离子分离出想要的离子的装置；质量分析器或分选器；质量过滤器；用于执行级联或多级质谱测量(MS/MS或MSⁿ)的级；用于破碎或解离前驱体离子的碰撞室；用于基于连续束、顺序分析器或者基于脉冲或时序处理离子的级；离子回旋加速器室；以及用于分离不同极性的离子的装置。但是，本公开中所述的电极和电极布置的各种应用不限于这些类型的过程、设备和系统。

本公开中描述的方法和设备已经主要在MS系统的情景下被介绍，在该MS系统中，电极组被用作多级离子阱。该方法和设备可以被应用于例如在下面的专利中的描述的类型的电极组和相关的离子处理专职，这些专利都被转让给本申请的受让人：美国专利7,034,293；7,351,965；7,378,653；7,405,399；7,405,400；7,470,900以及7,501,623。但是应该理解，本主题不限于任何具体类型的MS系统。作为进一步的实施例，在本公开中描述的主题也可以应用于基于傅立叶变换离子回旋加速器共振(FT-ICR)操作的离子阱，其使用磁场来陷留离子并使用电场来从阱(或离子回旋加速器室)射出离子。本主题还可应用于如美国专利5,886,346中描述的静电阱。用于实现这些离子陷留和质谱测量技术的设备和方法对于本领域技术人员是公知的，因此无需在此进行更详细的描述。而且，本主题不限于基于MS的应用。

还要进一步理解，可以改变本发明的各个方面或细节而不偏离本发明的范围。此外，上面的说明只是示意性的，不是为了限制的目的，而本发明由权利要求书限定。

Claims (20)

1.一种离子处理设备，包括：

围绕中心轴线同轴地布置的多个主电极，每个主电极具有大致沿所述中心轴线的方向延伸的轴向长度，每个主电极包括第一端区域和在轴向上相对的第二端区域；

第一绝缘体，其围绕所述第一端区域同轴地布置；

第二绝缘体，其围绕所述第二端区域同轴地布置；

壳体，其围绕所述多个主电极、所述第一绝缘体和所述第二绝缘体同轴地布置；

多个柔性第一支撑体，其在所述第一绝缘体与所述壳体之间延伸并与所述第一绝缘体和所述壳体接触；以及

多个柔性第二支撑体，其在所述第二绝缘体与所述壳体之间延伸并与所述第二绝缘体和所述壳体接触。

2.如权利要求1所述的离子处理设备，还包括：

分别接触相应的第一支撑体和主电极的多个第一销钉，其中，所述多个第一销钉分别固定所述第一支撑体和所述第一绝缘体相对于所述主电极的位置；以及

分别接触相应的第二支撑体和主电极的多个第二销钉，其中，所述多个第二销钉分别固定所述第二支撑体和所述第二绝缘体相对于所述主电极的位置。

3.如权利要求2所述的离子处理设备，其中，每个电极包括处于所述第一端区域的第一电极孔和处于所述第二端区域的第二电极孔，每个第一销钉与相应的第一电极孔配合，每个第二销钉与相应的第二电极孔配合。

4.如权利要求2所述的离子处理设备，其中：

每个主电极包括处于所述第一端区域的第一电极孔和处于所述第二端区域的第二电极孔；

所述第一绝缘体包括与相应的第一电极孔对准的多个第一绝缘体钻孔；

所述第二绝缘体包括与相应的第二电极孔对准的多个第二绝缘体钻孔；

每个第一支撑体包括与相应的第一绝缘体钻孔和第一电极孔对准的第一支撑体钻孔；

每个第二支撑体包括与相应的第二绝缘体钻孔和第二电极孔对准的第二支撑体钻孔；

每个第一销钉延伸穿过相应的第一支撑体钻孔和第一绝缘体钻孔，并延伸到第一电极孔中；并且

每个第二销钉延伸穿过相应的第二支撑体钻孔和第二绝缘体钻孔，并延伸到第二电极孔中。

5.如权利要求1所述的离子处理设备，其中：

所述第一支撑体在所述第一绝缘体和外壳体之间沿相对于所述中心轴线的相应的第一径向方向延伸，所述第二支撑体在所述第二绝缘体和所述外壳体之间沿相对于所述中心轴线的相应的第二径向方向延伸；

所述第一绝缘体与相应的主电极沿各个第一径向方向分开第一间隙；并且

所述第二绝缘体与相应的主电极沿各个第二径向方向分开第二间隙。

6.如权利要求5所述的离子处理设备，其中，所述第一间隙和所述第二间隙被胶粘剂填充。

7.如权利要求5所述的离子处理设备，其中：

每个第一间隙具有沿相应的第一径向方向的第一间隙距离，每个第二间隙具有沿相应的第二径向方向的第二间隙距离，每个主电极包括第一电极孔和第二电极孔，还包括：

多个第一销钉，每个第一销钉分别接触相应的第一支撑体，延伸穿过相应的第一间隙，并且插入相应的第一电极孔达第一插入距离，其中，所述第一插入距离控制所述第一间隙距离；以及

多个第二销钉，每个第二销钉分别接触相应的第二支撑体，延伸穿过相应的第二间隙，并且插入相应的第二电极孔达第二插入距离，其中，所述第二插入距离控制所述第二间隙距离。

8.如权利要求5所述的离子处理设备，其中：

每个第一间隙具有沿相应的第一径向方向的第一间隙距离，每个第二间隙具有沿相应的第二径向方向的第二间隙距离，每个第一支撑体和每个第二支撑体包括相应的钻孔和突入所述钻孔的台肩，每个主电极包括第一电极孔和第二电极孔，还包括：

多个第一销钉，所述第一销钉包括相应的第一轴环，每个第一销钉延伸穿过相应的第一支撑体的所述钻孔，穿过相应的第一间隙，并且与相应的第一电极孔配合，其中，所述第一轴环抵靠所述第一支撑体的所述台肩，并且所述第一轴环与相应的主电极间隔开第一轴环距离，所述第一轴环距离控制所述第一间隙距离；以及

多个第二销钉，所述第二销钉包括相应的第二轴环，每个第二销钉延伸穿过相应的第二支撑体的所述钻孔，穿过相应的第二间隙，并且与相应的第二电极孔配合，其中，所述第二轴环抵靠所述第二支撑体的所述台肩，并且所述第二轴环与相应的主电极间隔开第二轴环距离，所述第二轴环距离控制所述第二间隙距离。

9.如权利要求1所述的离子处理设备，其中，所述第一绝缘体和所述第二绝缘体由相应的环状间隙与所述壳体间隔开。

10.如权利要求1所述的离子处理设备，其中，所述第一绝缘体包括多个圆柱形的第一绝缘体钻孔，所述第二绝缘体包括多个圆柱形的第二绝缘体钻孔，所述第一支撑体是圆柱形的并且安放在相应的第一绝缘体钻孔中，所述第二支撑体是圆柱形的并且安放在相应的第二绝缘体钻孔中。

11.如权利要求10所述的离子处理设备，其中，所述壳体包括多个圆柱形的第一壳体钻孔和多个圆柱形的第二壳体钻孔，所述第一支撑体被布置在相应的第一壳体钻孔中并与该第一壳体钻孔接触，所述第二支撑体被布置在相应的第二壳体钻孔中并与该第二壳体钻孔接触。

12.如权利要求1所述的离子处理设备，其中：

所述第一绝缘体包括多个第一绝缘体钻孔，每个第一绝缘体钻孔包括直径小于所述第一支撑体的第一部分和直径大于所述第一部分的第二部分，其中，所述第一支撑体被安放在相应的第一绝缘体钻孔的第二部分中；并且

所述第二绝缘体包括多个第二绝缘体钻孔，每个第二绝缘体钻孔包括直径小于所述第一支撑体的第一部分和直径大于所述第一部分的第二部分，其中，所述第二支撑体被安放在相应的第二绝缘体钻孔的第二部分中。

13.如权利要求12所述的离子处理设备，还包括：

多个第一销钉，其接触相应的第一支撑体和主电极，并延伸穿过相应的第一绝缘体钻孔；以及

多个第二销钉，其接触相应的第二支撑体和主电极，并延伸穿过相应的第二绝缘体钻孔。

14.如权利要求12所述的离子处理设备，还包括：多个包括相应的第一轴环的第一销钉以及多个包括相应的第二轴环的第二销钉，其中：

每个第一支撑体包括第一支撑体钻孔，每个第一支撑体钻孔包括直径小于所述第一轴环的第一部分和直径大于所述第一部分的第二部分；

每个第二支撑体包括第二支撑体钻孔，每个第二支撑体钻孔包括直径小于所述第二轴环的第一部分和直径大于所述第一部分的第二部分；

每个第一销钉延伸穿过相应的第一支撑体钻孔和第一绝缘体钻孔，并且与相应的主电极接触，其中，所述第一轴环被布置在所述第一支撑体钻孔的所述第二部分中；并且

每个第二销钉延伸穿过相应的第二支撑体钻孔和第二绝缘体钻孔，并且与相应的主电极接触，其中，所述第二轴环被布置在所述第二支撑体钻孔的所述第二部分中。

15.如权利要求1所述的离子处理设备，其中，每个主电极包括键槽，所述第一绝缘体包括布置在相应的键槽中的多个第一花键，并且所述第二绝缘体包括布置在相应的键槽中的多个第二花键。

16.如权利要求15所述的离子处理设备，其中，每个第一支撑体相对于所述中心轴线与第一花键和相应的键槽径向对准，每个第二支撑体相对于所述中心轴线与第二花键和相应的键槽径向对准。

17.如权利要求1所述的离子处理设备，还包括：

多个第一端电极，其围绕所述中心轴线同轴地布置并且与所述多个主电极在轴向间隔开，其中，所述第一绝缘体围绕所述第一端电极同轴地布置；

多个第二端电极，其围绕所述中心轴线同轴地布置并且与所述多个主电极在轴向间隔开，其中，所述第二绝缘体围绕所述第二端电极同轴地布置；

多个柔性第三支撑体；以及

多个柔性第四支撑体，其中：

所述第一绝缘体设置在各个主电极和各个第一支撑体之间，并且设置在各个主电极和各个第三支撑体之间；以及

所述第二绝缘体设置在各个主电极和各个第二支撑体之间，并且设置在各个主电极和各个第四支撑体之间。

18.如权利要求17所述的离子处理设备，还包括：

接触相应的第一支撑体和主电极的多个第一销钉，其中，所述多个第一销钉相应地固定所述第一支撑体和所述第一绝缘体相对于所述主电极的位置；

接触相应的第二支撑体和主电极的多个第二销钉，其中，所述多个第二销钉相应地固定所述第二支撑体和所述第二绝缘体相对于所述主电极的位置；

接触相应的第三支撑体和第一端电极的多个第三销钉，其中，所述多个第三销钉相应地固定所述第三支撑体和所述第一绝缘体相对于所述第一端电极的位置；以及

接触相应的第四支撑体和第二端电极的多个第四销钉，其中，所述多个第四销钉相应地固定所述第四支撑体和所述第二绝缘体相对于所述第二端电极的位置。

19.一种用于构建离子处理设备的方法，所述方法包括：

将电极坯插入第一绝缘体和第二绝缘体之间，所述电极坯具有沿中心轴线的轴向长度，并且所述电极坯包括第一端区域和在轴向上相对的第二端区域，其中，所述第一绝缘体被围绕所述第一端区域同轴地布置，所述第二绝缘体被围绕所述第二端区域同轴地布置；

将所述电极坯、所述第一绝缘体和所述第二绝缘体插入壳体；

将多个柔性第一支撑体布置在所述第一绝缘体与所述壳体之间并与所述第一绝缘体和所述壳体接触；

将多个柔性第二支撑体布置在所述第二绝缘体与所述壳体之间并与所述第二绝缘体和所述壳体接触；以及

将所述电极坯形成为多个电极，其中，每个电极由第一支撑体支撑在所述第一绝缘体处，并由第二支撑体支撑在所述第二绝缘体处。

20.如权利要求19所述的方法，还包括：通过使多个第一销钉接触相应的第一支撑体和所述电极坯，来固定所述第一支撑体和所述第一绝缘体相对于所述电极坯的位置，并通过使多个第二销钉接触相应的第二支撑体和所述电极坯，来固定所述第二支撑体和所述第二绝缘体相对于所述电极坯的位置。

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