CN104718597B - 用于质谱分析法的离子导向件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离子导向件，其具有围绕中心轴线从近入口端纵向地延伸到远出口端的外壳。所述近入口端接收在通过入口孔的气流中夹带的多个离子。偏转板安置在所述外壳内在所述近端与所述远端之间且使所述气流的至少一部分远离所述气流的中心方向偏转。多个导电细长元件在所述外壳内从所述近端延伸到所述远端且经由RF电势及DC电势的组合生成电场。所述电场使所述所夹带离子在接近所述偏转板处远离所述气流的所述中心方向偏转并且在所述细长元件附近将所述经偏转离子限定为在下游行进的离子。

Description

用于质谱分析法的离子导向件

本申请案主张2012年10月12日申请的第61/713,205号美国临时申请案的优先权，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本文中的教示涉及用于质谱分析法的方法及设备，且更明确地说，涉及离子导向件及离子输送方法。

背景技术

质谱分析法(MS)为一种用于确定具有定量应用及定性应用两者的测试物质的元素成分的分析技术。例如，MS可用于识别未知化合物，确定分子中元素的同位素成分，及通过观察特定化合物的碎片确定特定化合物的结构，以及用于为样本中的特定化合物的量定量。

在质谱分析法中，一般使用离子源将样本分子转换成离子且接着通过一或多个下游质谱分析仪进行分离及检测。对于大多数大气压离子源，离子在进入安置在真空室中的离子导向件之前传递通过入口孔。施加于离子导向件的射频(RF)电压可在离子输送到其中安置有所述质谱分析仪的后续低压真空室中时提供径向聚焦。虽然增大离子源与离子导向件之间的入口孔的大小可增加进入离子导向件的离子的数目(其可抵消离子损耗且可能增大下游检测的敏感度)，但因气流增大所致的第一级真空室中的压力变高可因为与周围气体分子的冲突增加而降低离子导向件使离子聚焦的能力。

因此，仍需要最大化进入离子导向件的离子的数目同时维持到下游分析仪的离子传送效率以实现高敏感度的质谱仪系统及方法。

发明内容

根据一个方面，申请人的教示的某些实施例涉及一种离子导向件，其包括围绕中心轴线从近入口端纵向地延伸到远出口端的外壳，所述近入口端经配置以接收在流动通过入口孔的气流中夹带的多个离子。所述离子导向件还可包括安置在所述外壳内在近端与远端之间的偏转板，所述板使所述气流的至少一部分远离所述气流的中心方向偏转。多个导电细长元件可在所述外壳内从所述近端延伸到所述远端且经由施加于所述外壳及所述细长元件中的至少一者的RF电势及DC电势的组合生成电场。所述电场使所述所夹带离子在接近所述偏转板处远离所述气流的中心方向偏转并且将在所述细长元件附近的经偏转离子限定为在下游行进的所述离子。

在各种实施例中，所述电场可经进一步配置以在所述偏转板与所述外壳的远端之间使所述经偏转离子聚焦成离子束。在相关方面中，所述离子导向件还可包括所述离子束通过其离开所述离子导向件的出口孔隙。在各种实施例中，所述入口孔、所述出口孔隙及所述偏转板安置在所述中心轴线上。

根据各种方面，所述外壳可包括导电圆筒电极。在一些实施例中，所述导电元件包括电线。可使用不同数目根电线。例如，所述电线可包括从所述近端延伸到所述远端的四根电线。替代地，例如，两根电线可从所述近端延伸到所述远端。在一些实施例中，所述电线可绕着所述中心轴线均匀隔开。在各种方面中，所述电线可为成角度的以使得所述电线的近端与所述中心轴线之间的最小距离小于所述电线的远端与所述中心轴线之间的最小距离。根据各种实施例的一些方面，所述细长元件相对于所述中心轴线偏移使得其在所述近端处位于气流之外。

在各种实施例中，所述外壳界定延伸通过其侧壁的出口窗。在一些方面中，例如，所述偏转板经配置以使所述气流朝向所述出口窗偏转。在各种实施例中，所述偏转板相对于所述中心轴线非正交地成角度。

在一些方面中，所述偏转板可包括多个孔眼。在相关方面中，所述细长元件可延伸通过所述孔眼。

替代地，在一些方面中，所述细长元件围绕所述偏转板延伸。

在各种实施例中，所述外壳可容纳于真空室内。所述真空室可维持处于亚大气压。以非限制性实例来说明，所述外壳可维持处于在约1托到约20托的范围中的真空压力。

根据一个方面，申请人的教示的某些实施例涉及一种离子传输方法。根据所述方法，在外壳的入口端处接收在气流中夹带的多个离子，所述外壳围绕中心轴线从近入口端纵向地延伸到远出口端。所述方法可进一步包括将RF电势及DC电势施加到所述外壳及在所述外壳内且从所述近端延伸到所述远端的多个导电细长元件中的至少一者，所述电场使所述所夹带离子的至少一部分远离所述中心轴线偏转且将在至少一个所述细长元件附近的所述经偏转离子限定为朝向所述远出口端行进的离子。在使所述离子偏转之后，可使所述气流的至少一部分偏转到开口以用于离开所述外壳。

在一些方面中，所述方法可进一步包括将在所述细长元件附近的所述经偏转离子限定为在下游行进的所述离子。在各种实施例中，所述方法可包括使朝向所述中心轴线行进越过所述偏转板的经偏转离子的至少一部分聚焦在远离所述偏转板的区域中。

根据一个方面，申请人的教示的某些实施例涉及一种离子导向件，其包括：近入口板，其具有经配置以接收在气流中夹带的多个离子的入口孔隙；及远出口板，其具有经配置以将多个离子传输到质谱分析仪的出口孔隙。所述离子导向件还可包括多个导电元件，其围绕中心轴线且在所述入口板与所述出口板之间的区域内延伸。安置在所述入口板与所述出口板之间的偏转板可经配置以使所述气流的至少一部分远离所述气流的中心方向偏转。此外，所述导电元件可经配置以在接近所述偏转板处使所述所夹带离子与所述气流分离且在远离所述偏转板处使所述经分离离子沿所述中心轴线聚焦。

在一些方面中，所述导电元件包括耦合到所述入口板且从所述入口板远端地延伸的四根电线。在各种实施例中，所述离子导向件可进一步包括从所述出口板近端地延伸的四根杆，其中所述四根电线中的每一者的远端耦合到所述杆中的一者的对应近端。

在各种方面中，所述偏转板可包括延伸通过其且偏离所述中心轴线的四个孔眼，所述电线中的每一者延伸通过所述孔眼中的一者。在一些实施例中，例如，所述孔眼中的每一者可与从所述偏转板近端地延伸的圆筒电极的孔眼同轴。

在一些方面中，所述导电元件不平行。在各种方面中，所述导电元件包括包含在导电圆筒电极内的四根电线。

根据一个方面，申请人的教示的某些实施例涉及一种离子导向件，其包括用于接收在气流中夹带的多个离子的入口。所述离子导向件还可包括多个导电电极，其相对于彼此定位且经配置以进行加电偏压以便生成对将进入波导的所述离子的至少一部分从所述气流去除有效的电场，使得所述经去除离子在所述电极中的一或多者附近在所述入口下游行进。例如，在一些方面中，所述电场可在所述电极中的至少一者附近生成势阱以用于接收所述经去除离子中的至少一些离子。

在一些方面中，所述电场包括DC分量及RF分量。在各种实施例中，所述入口经配置以沿所述导向件的中心轴线接收含离子气流且其中所述电极经定位成偏离所述中心轴线。

在各种实施例中，所述离子导向件可进一步包括气体偏转元件，其定位在所述入口下游以便在所述将所述离子的至少一部分从所述气流去除之后使所述气流偏转。

本文陈述申请人的教示的这些特征及其它特征。

附图说明

所属领域的技术人员应理解，下文所描述的图式仅用于说明目的。所述图式并不希望以任何方式限制申请人的教示的范围。

图1以示意图描绘包括根据申请人的教示的各种实施例的一个方面的离子导向件的示范性质谱仪系统。

图2A到2C描绘在图1的离子导向件中生成的模拟电场。

图3以示意图描绘根据申请人的教示的各种实施例的一个方面的另一示范性离子导向件。

图4描绘在图3的离子导向件中的模拟气流及离子运动。

图5A到4D以示意图描绘根据申请人的教示的各种实施例的一个方面的另一示范性离子导向件。

图6描绘经传输通过图5A到5D的离子导向件的具有各种m/z比的离子的模拟路径。

图7A到7C以示意图描绘根据申请人的教示的各种实施例的一个方面的另一示范性离子导向件。

图8描绘根据申请人的教示的各种实施例的一个方面的用于离子导向件的示范性偏转板。

图9A到9F以示意图描绘根据申请人的教示的各种实施例的一个方面的另一示范性离子导向件。

图10描绘经传输通过图9A到9F的离子导向件的离子的模拟路径。

图11以示意图描绘根据申请人的教示的各种实施例的一个方面的另一示范性离子导向件。

具体实施方式

应了解，为了清晰起见，下文论述将解释申请人的教示的实施例的各种方面，同时在方便或适当时省略某些特定细节。例如，在替代实施例中，可稍微缩减对相似或类似特征的论述。为了简明起见，还可能未更详尽地论述熟知理念或概念。所属领域的技术人员应认识到，申请人的教示的一些实施例可能无需每个实施方案中的某些特别描述的细节，在本文陈述所述细节仅用以提供对所述实施例的透彻理解。类似地，应显而易见，在不脱离本发明的范围的情况下，所描述实施例可易于根据公知常识进行替代或作出更改。实施例的下文详细描述不应被视为以任何方式限制申请人的教示的范围。

本文提供用于在离子导向件中传输离子的方法及系统。根据申请人的教示的各种方面，所述方法及系统可致使进入离子导向件的气流中所夹带的离子的至少一部分被从气体喷口提取且沿与气流路径分离的一或多个路径被导向到下游(可将不含所述离子的气体从离子导向件去除)。在一些实施例中，从气流提取的离子可被导向到聚焦区域中，在所述聚焦区域中，所述离子可例如经由RF聚焦而聚焦到进入后续处理级(例如，质谱分析仪)的入口中。

在各种方面中，提供一种用于传输离子的质谱分析系统及方法。现参看图1，示意性说明根据申请人的教示的各种方面的示范性质谱分析系统100。如所属领域的技术人员将了解，质谱分析系统100仅表示根据本文所描述的系统、装置及方法的各种方面的一个可能的配置。如图1中所展示，示范性质谱分析系统100一般包括用于从所关注样本生成离子的离子源110、离子导向件140及离子处理装置(本文中一般指明为质谱分析仪112)。

虽然仅展示质谱分析仪112，但所属领域的技术人员将了解，质谱分析系统100可包含位于离子导向件140下游的额外质谱分析仪元件。因而，经传输通过含有离子导向件140的真空室114的离子可经输送通过含有一或多个质谱分析仪元件的一或多个额外压差真空级。例如，在一些方面中，三重四极质谱仪可包括三个压差真空级，包含维持处于约2.3托压力的第一级、维持处于约6毫托压力的第二级及维持处于约10^-5托压力的第三级。第三真空级可含有例如检测器以及两个四极质谱分析仪(例如，Q1及Q3)，其中碰撞室(Q3)位于其间。所属领域的技术人员将显而易见，在所述系统中可存在数个其它离子光学元件。此实例并不意味着限制性，因为所属领域的技术人员还将显而易见，本文所描述的离子导向件可适用于采样来自增压源的离子的许多质谱分析仪系统。这些可包含飞行时间(TOF)、离子阱、四极或其它质谱分析仪，如所属领域中已知。

此外，虽然图1的离子源110被描绘为电喷射离子化(ESI)源，但所属领域的技术人员将了解，离子源110可实际上为所属领域中已知的任何离子源，尤其包含例如连续离子源、脉冲离子源、电喷射离子化(ESI)源、大气压化学离子化(APCI)源、电感耦合等离子体(ICP)离子源、基质辅助激光解吸/离子化(MALDI)离子源、辉光放电离子源、电子撞击离子源、化学离子化源，或光致电离离子源。以非限制性实例来说明，所述样本可另外经受自动或在线样本制备，包含液相色谱分离。

如图1中所展示，离子导向件140可包含在真空室114内。在各种方面中，真空室114包含具有用于从离子源110接收离子的入口孔118的孔板116。真空室114可另外在出口透镜122中包含出口孔隙120，由离子导向件140传输的离子经传递通过所述出口透镜122到容纳例如一或多个离子处理装置(例如，质谱分析仪112)的下游真空室116。如所属领域的技术人员将了解，真空室114、116可被排空到亚大气压，如所属领域中已知。举例来说，机械泵124、126(例如，涡轮分子泵)可用于分别将真空室114、116排空到适当压力。

在各种方面中，由离子源110生成的离子被传输到真空室114中且可在进入所述真空室的气体膨胀通过入口孔118时夹带在超音速气流中。此现象通常被称作超音速自由喷口膨胀(如例如在第7,256,395号及第7,259,371号美国专利中描述(所述专利中的每一者的全文借此以引用的方式并入本文中))，辅助轴向地输送所述所夹带离子使其通过真空室114。然而，仅依赖于RF聚焦将离子传输到下游分析仪的现有技术离子导向件在于更高压力环境中使离子聚焦时可面临困难，这归因于所述离子与超音速气流内的周围气体分子的碰撞。因而，现有技术系统限制例如入口孔的大小以便将真空室内的气流及压力维持在使得所夹带离子仍可聚焦成窄束以传输到后续室中以进行下游处理的水平。

根据申请人的发明教示的各种方面，根据本发明教示的实施例的离子导向件140可在其入口端140a处接收在一般沿离子导向件140的纵向中心轴线(A)流动通过入口孔118的气体内夹带的离子，使所述离子从所述纵向中心轴线(A)移位，使所述气流的至少一部分偏转离开离子导向件140，及将所述离子传输到离子导向件140的出口端140b。如图1中示意性展示，例如，离子导向件140可包括围绕纵向中心轴线(A)从上游入口板144朝向下游出口透镜122延伸的外圆筒电极142。入口板144可包含与入口孔118及出口透镜122中的出口孔隙120轴向对准的入口孔隙146。在一些方面中，出口孔隙120可具有小于入口孔118的直径。如下文进一步详细论述，外圆筒电极142可另外包含可通过其将气流的至少一部分从外圆筒电极142去除的一或多个出口窗148。

如上文所提及，在各种方面中，离子导向件140可经配置以使进入离子导向件140的离子移位离开气流及/或远离中心轴线(A)。举例来说，离子的平均径向位置在离子经传输通过离子导向件140时可偏离中心轴线(A)。如图1中所展示，例如，外圆筒电极142可含有围绕中心轴线(A)且在外圆筒电极142的入口板144与出口透镜122之间延伸的多个导电电线或杆(下文为电线150)。电线150可具有多种直径及配置，但在图1中所描绘的示范性实施例中，电线150的上游端可耦合到入口板144且围绕入口孔隙146，而下游端可耦合到出口透镜122且围绕出口孔隙120。在各种方面中，电线150可能不平行于中心轴线(A)使得其在从入口端140a延伸到出口端140b时会聚。虽然图1中所描绘的示范性实施例包含围绕中心轴线(A)等距隔开的四根(4)电线(仅描绘其中的两根)，但将了解，任何数目根电线150(例如，2、6、8、12)可用于产生任何数目个合适的多极配置以用于根据申请人的发明教示的离子导向件140。

在一些方面中，离子导向件140可另外包含偏转板152，其可用于在已从气流提取离子(或至少相当数目个离子，例如，80％或更多)之后使气流从中心轴线(A)偏转。如下文更详细论述，气体偏转板152可具有多种配置，但在图1中所描绘的示范性实施例中，气体偏转板152可为安置在离子导向件140的中心轴线(A)上的平面表面。此外，在一些方面中，气体偏转板152可相对于气流的长轴成角度使得从其偏转的气体实质上经引导朝向外圆筒电极142中的出口窗148。

在一些方面中，离子导向件140的各种元件可具有施加到其的电势以便通过根据本文中的教示的离子导向件控制离子的移动。举例来说，外圆筒电极142及/或电线150可具有施加到其的电势以便生成经配置以使离子从中心轴线(A)朝向离子导向件140的电线150移位的电场(即，赋予径向速度分量，即，垂直于纵向中心轴线(A)的分量)，借此使所述离子的至少一部分与气流分离。如下文更详细论述，通过将电势施加到外圆筒电极142及/或电线150生成的电场还可在经偏转离子变得过于接近电线150时生成排斥力(此可例如通过将射频(RF)电势施加到电线150来实现)，使得所述经偏转离子将不会碰撞电线150，而会在电线150附近被导向朝向出口孔隙120下游。换句话说，可在电线150附近生成电势阱以在经偏转离子接近所述电线时实质上捕获所述经偏转离子。所述离子可接着在其在电线150附近的初始轴向动量的影响下移动到出口孔隙120。以非限制性实例来说明，所述离子可被从气流去除(例如，在一些实施例中，从中心轴线移位至少10毫米)，且可被输送到下游同时保持接近电线150(例如，在与所述电线相隔小于约5毫米内)。在一些情况下，可将电场特性化为八极DC场及四极RF场的叠加以便在离子导向件140的部分中生成实质上单极或等效于单极的RF场。如所属领域的技术人员将了解，等效于单极的RF场指示单极分量为主要分量，而四极分量可忽略不计，使得稳定离子位置不在中心轴线上，如下文详细论述。

在各种实施例中，一或多个电力供应器(未展示)可经配置以对入口板116、外圆筒电极142、偏转板152、出口透镜122及电线150提供DC电压及/或RF电压。举例来说，在图1中所描绘的示范性实施例中，电源(未展示)可经配置以将DC电压施加到外圆筒电极142，同时第二电源(未展示)可将RF信号施加到四根电线150。图2A到2C中描绘此类配置的模拟场线。首先参看图2A，描绘当仅DC偏压被相对于四根电线150施加到外圆筒电极142借此生成实质上DC八极场时的模拟等势场线。因而，如果相对于电线150对圆筒电极142施加的DC偏压与所关注离子极性相同，那么所述离子将被吸附到电线150(即，远离中心轴线(A))。

现参看图2B，描绘仅RF信号被施加到电线150时(即，在不将DC偏压施加到外圆筒电极142的情况下)的模拟场线。如所属领域的技术人员将了解，在一些方面中，可将不同RF信号施加到两对对置电线150。举例来说，第一对对置电线150可具有施加到其的RF电压，第二对对置电线150可具有具相等量值但180°异相的第二RF电压以便在中心轴线(A)上沿电线150的长度生成平衡RF四极场。替代地，可将不平衡RF信号施加到电线。不管所关注离子的极性是什么，RF信号均将用于排斥离子使其远离电线150。

现参看图2C，将了解，通过同时将DC偏压电压施加到圆筒电极142(如图2A中所展示)且将RF信号施加到电线150(如图2B中所展示)，在邻近电线150处产生极性与DC偏压的极性相反的离子的电势最小值。因而，进入离子导向件的离子将趋向于累积在邻近及/或围绕电线150处(即，偏离中心轴线(A))。

如所属领域的技术人员将了解，气体偏转板152还可具有施加到其的电势以便在离子经传输通过离子导向件140时控制离子的移动。举例来说，气体偏转板152可耦合到电源(未展示)使得可将相对于电线的DC偏压施加到其以便对所关注离子提供排斥力(在一些实施例中，可将气体偏转板152接地)。因而，在离子接近气体偏转板152时，排斥力可辅助朝向电线150吸引离子并且使离子围绕气体偏转板152且远离中心轴线(A)偏转。

此外，如所属领域的技术人员将了解且如根据申请人的发明教示进行修改，孔板116及出口透镜122中的每一者可具有施加到其的电势以辅助传递离子使其通过入口孔118及出口孔隙120。

现参看图3，描绘根据申请人的教示的离子导向件的一个示范性设置。如所属领域的技术人员将了解，关于离子导向件340提供的值及参数仅为申请人的发明教示的一个非限制性实例且并不希望限制申请人的教示。相反，如所属领域的技术人员将了解，申请人的教示涵盖各种替代、修改及等效物。正如上文所论述的离子导向件140，离子导向件340可包含在真空室内且经配置以接收通过孔板316的入口孔318的离子。可操作泵(未展示)以将含有离子导向件340的真空室排空到适当亚大气压。举例来说，可选择所述泵以按约250米³/小时速度操作以在真空室内生成亚大气压。举例来说，可选择所述泵以操作以将所述室排空到在从约1托到约20托的范围中的压力。入口孔340可具有多种大小，例如，入口孔可具有约2.5毫米直径。其中夹带离子的超音速气流可沿中心轴线(A)进入离子导向件340的入口端且在四根电线350之间，每一电线350具有约0.5毫米直径并且在入口端处与中心轴线隔开达约12毫米且在出口端处与中心轴线隔开达约3毫米。外圆筒电极342可具有多种大小，但在图3中的实施例中，例如，外圆筒电极342可沿其长度具有约15毫米的内半径。可相对于中心轴线(A)以约30°角放置的偏转板352可具有正交于中心轴线(A)的约12毫米直径。在图3中所描绘的示范性实施例中，偏转板352可以中心轴线(A)为中心且经定位成与出口透镜322相隔约60毫米。通过离子导向件322聚焦的离子经传输通过出口孔隙320，出口孔隙320可具有约1.0毫米直径。

在各种方面中，可由用户选择离子导向件340中的若干参数。举例来说，用户可选择施加到电线350的RF信号。在所描绘的实施例中，例如，用户可将RF信号设置为1兆赫兹下的180V_pp。如上文所论述，可例如相对于电线350以10伏特DC对圆筒电极342加偏压。还可具有施加到其的DC电压的偏转板352可具有例如相对于电线350的20伏特DC偏移以便增大离子围绕偏转板352的偏转。

在使用中，图3的离子导向件340可从离子源接收离子，使所述离子与在入口孔318处生成的超音速气流分离，及使所述离子聚焦通过出口孔隙320以用于进行进一步下游处理。现参看图4，将更详细描述离子在离子导向件340中的气体动态及移动。如示意图中所展示，在超音速气流364中夹带的离子在被离子源(未展示)生成之后进入入口孔318。特定参考计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)模拟，所属领域的技术人员将了解，进入入口孔318的气体经历自由喷口膨胀且接着减慢并再压缩，从而形成通常被称作马赫盘(Mach disk)的事物。在再压缩之后，气流的径向边界一般通过桶形激波结构界定。在离子366进入离子导向件340中后，最初夹带在气流中的正离子366例如被朝向电线350吸引，这归因于由外圆筒电极342相对于电线350的正DC偏压生成的八极DC场。特定参考离子运动模拟，所属领域的技术人员将了解，具有较小m/z比的离子一般比具有较大m/z比的离子更早从中心轴线偏转(即，离开气流)。离子继续横越离子导向件340，这归因于气流赋予其的轴向速度。在气流364及离子366接近偏转板352时，离子进一步围绕气体偏转板352偏转(即，远离中心轴线)，这归因于基于所述板相对于电压350的DC偏压生成的排斥力。气流还从中心轴线偏转(如在CFD模拟中所展示)，且可被通过外圆筒电极342中的出口窗348从离子导向件340去除。因为相当部分的气流被去除，所以由偏转板352下游的会聚电线350提供的RF聚焦可有效地(例如，这归因于与周围气体分子的碰撞较少)使离子窄聚焦成离子束以用于传输通过出口孔隙320。

图5描绘根据申请人的教示的各种方面的另一示范性离子导向件540。离子导向件540(与上文参看图1所论述的离子导向件140相似)包括从入口端540a延伸到出口端540b的外圆筒电极542。如上文，电线550延伸通过外圆筒电极542且在其从入口板544横越离子导向件540到出口透镜522时会聚。入口板544另外包含可通过其从入口孔(未展示)接收离子及气流的入口孔隙546。出口透镜522包含离子束可通过其传输到下游质谱分析仪以用于进行进一步处理的出口孔隙520。与上文参看图1所论述的实施例类似，入口孔隙546及出口孔隙520中的每一者可安置在离子导向件540的中心轴线上。

离子导向件540不同于上文所论述的离子导向件140之处在于：例如，气体偏转板552并不相对于中心轴线成角度地定向。确切地说，气体偏转板552的平面实质上正交于中心轴线(及气流的中心方向)。一或多个出口窗548延伸通过邻近偏转板552的外圆筒电极542以接收通过气体偏转板552偏转从而远离中心轴线的气体。在一些方面中，外圆筒电极542的出口端540b可另外包含一或多个出口窗554，以在离子束经传输通过出口孔隙520之前吸引额外气体离开离子导向件540。

此外，虽然上文参看图1所论述的偏转板152安置在通过电线150界定的圆周内，但图5A及5C中所描绘的偏转板552改为包含一或多个孔眼556，电线550中的每一者延伸通过所述一或多个孔眼556。因而，在吸引离子离开气流且朝向电线550之后(这归因于外圆筒电极542与电线550之间的DC偏压)，所述离子可沿所述电线传输通过偏转板552中的孔眼556且接着朝向中心轴线再聚焦，如例如在图6的离子运动模拟中所描绘。

在各种方面中，离子导向件540还可包含安置在偏转板552下游的额外电极。以非限制性实例来说明，四根杆558可安置在会聚电线550的圆周周围，如图5D中所展示。通过将RF信号施加到例如四根杆558，所述杆可辅助使离子再聚焦从而通过离子导向件540传输。

现参看图7，描绘根据申请人的发明教示的各种方面的离子导向件740的另一示范性实施例。离子导向件740实质上相同于上文参看图5所论述的离子导向件540，但另外包含安置在外圆筒电极742内在偏转板752下游的杆760。任何数目个杆760可被使用且可具有多种配置，但在所描绘的实施例中，离子导向件740包含纵向地且平行于中心轴线延伸且安置在邻近电线750之间的四根杆760。杆760可耦合到电源(未展示)使得可相对于电线及外圆筒电极742将DC偏压施加到所述杆。在一些实施例中，所施加DC偏压可沿杆760的长度跨离子导向件740的中心轴线生成DC偶极场，以进一步辅助从气流径向提取离子。在使用此类配置中，杆760可能能够比通过单独相对于电线750施加于外圆筒电极742上的DC偏压生成的八极DC场更快地从气流提取离子。因而，离子导向件740可使得更多离子能够与气流隔离，借此可能改善装置敏感度。

虽然图5及7的偏转板552、772被描绘为实质上呈圆形，但所属领域的技术人员将了解，所述偏转板可具有多种配置且可相对于气流的中心方向以多种方式定位。例如，如上文参看图1所论述，偏转板152可相对于中心轴线(及气流的长轴)成角度地定向使得气流的偏转可实质上被引导到外圆筒电极142的预定部分(例如，出口窗148)。此外，气体偏转板可经成型以便控制离子通过其孔眼的传输。举例来说，现参看图8，气体偏转板852经成型使得其具有实质上与由如本文另外论述的外圆筒电极842及电线850在板852处生成的等势表面相同的形状。如上文，气体偏转板852可包含电线850中的每一者传递通过其的多个孔眼856。

此外，将了解，所述电线可具有多种配置(例如，大小、角定向)，且可将多种DC电压及RF电压施加到其以致使离子被吸引离开气流且累积在所述电线周围。例如，虽然上文所描述的电线不平行且在其接近示范性离子导向件的下游端时会聚，但所述电线可替代地展现平行定向。现参看图9，描绘根据申请人的发明教示的各种方面的另一示范性离子导向件。如上文，离子导向件940可安置在真空室中(或界定亚大气压区)且可经配置以从离子源接收含有样本离子966的气流964，使离子966与气流964分离，及传输离子966以用于进行下游处理。如图9中所展示，离子导向件940的第一部分(参见图9B)可包含用于吸引离子离开气流的平行电线950，如上文实质上参考图1的离子导向件140所描述。即，外圆筒电极942可展现相对于平行电线950的DC偏压，所述平行电线950绕着离子导向件940的中心轴线安置且在进入导向件940的入口孔隙946的气流的桶形激波结构之外，以便生成经配置以吸引离子离开气流并朝向电线950的DC八极场。同时，电线950可具有施加到其的RF信号以便生成排斥力，借此产生势阱以用于将离子累积在邻近及/或围绕电线950处(即，偏离中心轴线)，如例如在图10的模拟中所展示且如本文另外论述。

如图9C中所展示，离子导向件940的第二部分包含从气体偏转板952上游延伸的内圆筒电极970。内圆筒电极970中的每一者包含与气体偏转板952中的孔眼对准且电线950可延伸通过其的孔眼972。如所属领域的技术人员将了解，内圆筒电极970可维持处于相对于电线950的DC偏压，以便通过由所述DC偏压对内圆筒电极970生成的排斥单极DC场及由电线950生成的RF场的组合捕获行进通过每一电线950的离子。因此，离子可传输到内圆筒电极970中且通过延伸通过偏转板952的孔眼，而进入离子导向件940的气流964的至少一部分通过偏转板952偏转从而离开出口窗948且远离中心轴线，如本文别处所论述。

在将气流964的至少一部分从离子导向件940的中心轴线去除的情况下，离子进入其中半圆筒电极980从气体偏转板952下游延伸的第三位置，如图9D中所展示。此外，电线950延伸通过半圆筒电极980。如所属领域的技术人员将了解，半圆筒电极980可维持处于相对于电线950的DC偏压，使得进入半圆筒电极980中的每一者的离子一般被推送朝向离子导向件940的中心轴线，这归因于由电线950及半圆筒电极980生成的八极DC场及RF场的组合，如例如在图10的模拟中所展示。

继续在下游延伸的电线950包括离子导向件940的第四部分(参见图9E)。如所属领域的技术人员将了解，在此第四部分中配置电线950的操作生成四极RF场，这进一步促使离子朝向中心轴线，如例如在图10的模拟中所展示。

每一电线950的下游端可耦合到例如包括离子导向件940的第五部分的对应杆958。可具有施加到其的RF信号的杆958可生成对离子产生较大聚焦力的四极RF场，使得所述离子可作为相干离子束经传输通过出口孔隙，如图10中所描绘。

如上文所提及，根据申请人的发明教示的离子导向件可包含任何数目根电线，以致使在气流中夹带的离子的至少一部分被从气体喷口提取且沿与气流路径分离的一或多个路径被导向到下游(可将不含所述离子的气体从离子导向件去除)。现参看图11，描绘根据申请人的发明教示的各种方面的离子导向件1140的另一示范性实施例。如图11中所展示，示范性离子导向件1140从入口端1140a延伸到出口端1140b且包含在其间延伸的顶部及底部对置电极1142a(仅描绘底部电极1142a)。在示范性实施例中，电极1142a可包括印刷电路板(PCB)，例如，可将电信号可施加到所述印刷电路板以沿其长度控制离子的移动。此外，两个对置侧壁1142b可从入口端1140a延伸到出口端1140b(仅描绘侧壁1142b中的一者)，两根电线1150可安装在出口端1140b上且沿离子导向件1140的长度延伸。

在一些方面中，可相对于电线1150将DC偏压电压施加到对置电极1142a，而将RF信号施加到电线1150以便在电线1150附近生成势阱，如本文另外论述。举例来说，电信号可在位于气体偏转板1152上游的离子导向件1140的部分中生成四极DC场及实质上单极或等效于单极的RF场。如所属领域的技术人员将了解，等效于单极的RF场指示单极分量为主要分量，而四极分量可忽略不计使得稳定离子位置不在中心轴线上。

在进入离子导向件1140后，离子即可因此从中心轴线偏转以横越离子导向件1140从而离开气体喷口。如上文，安置在离子导向件1140的中心轴线上的气体偏转板1152可使气体朝向一或多个出口窗1148偏转以在一旦已从气流提取离子时便将气体从所述离子导向件去除。

在各种方面中，离子导向件1140可包含安置在偏转板1152下游以使离子再聚焦从而通过所述离子导向件传输的额外电极1158。举例来说，可将RF信号施加到电极1158以便生成四极RF场以使通过出口端1140b中的出口孔隙的离子聚焦。

虽然进入本文所论述的离子导向件的离子的初始轴向速度在一些方面中可能足以在将离子从气体喷口去除之后沿离子导向件的长度输送所述离子，但所属领域的技术人员将了解，可例如通过在离子导向件内生成轴向DC场来补充所述离子的轴向运动。举例来说且如图11中所描绘，PCB电极1142a可沿其长度根据施加到其的各种DC电压进行分段以便生成DC“梯”以在其横越离子导向件1140时加速或减慢离子的轴向移动。

本文所使用的章节标题仅用于组织目的且不应被解释为限制性的。虽然结合各种实施例描述申请人的教示，但不希望所述申请人的教示限于此类实施例。相反，如所属领域的技术人员将了解，所述申请人的教示涵盖各种替代、修改及等效物。

Claims (29)

1.一种离子导向件，其包括：

外壳，其围绕中心轴线从近入口端纵向地延伸到远出口端，所述近入口端经配置以接收在流动通过入口孔的气流中夹带的多个离子；

偏转板，其安置在所述外壳内在所述近入口端与所述远出口端之间，所述偏转板使所述气流的至少一部分远离所述气流的中心方向偏转；以及

多个导电细长元件，其在所述外壳内从所述近入口端延伸到所述远出口端，所述导电细长元件经由施加到所述外壳及所述导电细长元件中的至少一者的RF电势及DC电势的组合生成电场，所述电场使所述所夹带离子在接近所述偏转板处远离所述气流的所述中心方向偏转，并且当所述经偏转离子在下游行进时，将所述经偏转离子限定为邻近所述导电细长元件。

2.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述电场经进一步配置以在所述偏转板与所述外壳的所述远出口端之间使所述经偏转离子聚焦成离子束。

3.根据权利要求2所述的离子导向件，其进一步包括所述离子束通过其离开所述离子导向件的出口孔隙。

4.根据权利要求3所述的离子导向件，其中所述入口孔、所述出口孔隙及所述偏转板安置在所述中心轴线上。

5.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述外壳包括导电圆筒电极。

6.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述导电细长元件包括电线。

7.根据权利要求6所述的离子导向件，其中所述电线包括从所述近入口端延伸到所述远出口端的两根电线。

8.根据权利要求7所述的离子导向件，其中所述外壳具有两个对置侧面，其包括印刷电路板。

9.根据权利要求7所述的离子导向件，其中所述电场在所述偏转板的上游包括四极DC场及实质上单极的RF场。

10.根据权利要求9所述的离子导向件，其中RF信号被施加到所述电线且DC偏压被相对于所述电线施加到所述外壳的至少一部分。

11.根据权利要求10所述的离子导向件，其中施加到所述电线中的每一者的所述RF信号是同相的。

12.根据权利要求6所述的离子导向件，其中所述电线包括从所述近入口端延伸到所述远出口端的四根电线。

13.根据权利要求12所述的离子导向件，其中所述电场在所述偏转板的上游包括八极DC场及实质上单极的RF场。

14.根据权利要求12所述的离子导向件，其中所述电线绕着所述中心轴线均匀隔开。

15.根据权利要求13所述的离子导向件，其中第一RF信号被施加到一对对置电线且第二RF信号被施加到另一对对置电线。

16.根据权利要求15所述的离子导向件，其中所述第一RF信号及所述第二RF信号是异相的。

17.根据权利要求6所述的离子导向件，其中所述电线为成角度的以使得所述电线的所述近入口端与所述中心轴线之间的最小距离小于所述电线的所述远出口端与所述中心轴线之间的最小距离。

18.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述导电细长元件相对于所述中心轴线偏移使得其在所述近入口端处位于所述气流之外。

19.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述外壳界定延伸通过其侧壁的出口窗。

20.根据权利要求19所述的离子导向件，其中所述偏转板经配置以使所述气流朝向所述出口窗偏转。

21.根据权利要求20所述的离子导向件，其中所述偏转板相对于所述中心轴线非正交地成角度。

22.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述偏转板包括多个孔眼。

23.根据权利要求22所述的离子导向件，其中所述导电细长元件延伸通过所述孔眼。

24.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述导电细长元件围绕所述偏转板延伸。

25.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述外壳维持处于在1到20托的范围中的真空压力。

26.一种传输离子的方法，其包括

在外壳的入口端处接收在气流中夹带的多个离子，所述外壳围绕中心轴线从近入口端纵向地延伸到远出口端；

将RF电势及DC电势施加到所述外壳及在所述外壳内且从所述近入口端延伸到所述远出口端的多个导电细长元件中的至少一者，所述导电细长元件经由所述RF电势及DC电势的组合生成电场，所述电场使所述所夹带离子的至少一部分远离所述中心轴线偏转，且当所述经偏转离子朝向所述远出口端行进时，将所述经偏转离子限定为邻近至少一个所述导电细长元件；

在使所述经偏转离子偏转之后使所述气流的至少一部分偏转到开口以用于离开所述外壳。

27.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括当所述经偏转离子在下游行进时，将所述经偏转离子限定为邻近所述导电细长元件。

28.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括使朝向所述中心轴线行进越过所述偏转板的所述经偏转离子的至少一部分聚焦在远离所述偏转板的区域中。

29.一种离子导向件，其包括：

近入口板，其具有经配置以接收在气流中夹带的多个离子的入口孔隙；

远出口板，其具有经配置以将多个离子传输到质谱分析仪的出口孔隙；

多个导电元件，其围绕中心轴线且在所述近入口板与所述远出口板之间的区域内延伸；及

偏转板，其安置在所述近入口板与所述远出口板之间，所述偏转板经配置以使所述气流的至少一部分远离所述气流的中心方向偏转，

其中所述导电元件经配置以在接近所述偏转板处使所述所夹带离子与所述气流分离且在远离所述偏转板处使所述经分离离子沿所述中心轴线聚焦。