CN105810550B - 行进阱离子引导器以及有关系统和方法 - Google Patents

行进阱离子引导器以及有关系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105810550B
CN105810550B CN201610037411.7A CN201610037411A CN105810550B CN 105810550 B CN105810550 B CN 105810550B CN 201610037411 A CN201610037411 A CN 201610037411A CN 105810550 B CN105810550 B CN 105810550B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
ion
driving signal
ion guide
guiding device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610037411.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105810550A (zh
Inventor
P·T·威廉斯
G·帕特里奇
N·戈德伯格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Agilent Technologies Inc
Original Assignee
Agilent Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agilent Technologies Inc filed Critical Agilent Technologies Inc
Publication of CN105810550A publication Critical patent/CN105810550A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105810550B publication Critical patent/CN105810550B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/06—Electron- or ion-optical arrangements
    • H01J49/062—Ion guides
    • H01J49/063—Multipole ion guides, e.g. quadrupoles, hexapoles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/06—Electron- or ion-optical arrangements
    • H01J49/062—Ion guides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/06—Electron- or ion-optical arrangements
    • H01J49/062—Ion guides
    • H01J49/065—Ion guides having stacked electrodes, e.g. ring stack, plate stack
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

离子引导器生成射频(RF)场，以随着发送离子通过离子引导器而沿着引导器轴将离子径向封闭至离子射束。RF场的有效电势具有沿着引导器轴分布的电势阱。RF场构造为使得电势阱在轴向方向上朝向离子引导器的出口端移动。

Description

行进阱离子引导器以及有关系统和方法
技术领域
本发明涉及诸如可以在例如谱仪(诸如质谱仪和离子淌度谱仪)中使用的包括引导器、导管、漏斗、碰撞单位、漂移单位、汇聚设备的离子引导器。
背景技术
质谱仪(MS)系统通常包括用于电离兴趣样本的分子的离子源，后接提供各种功能的一个或多个离子处理设备，后接用于基于离子的不同质荷比(或m/z比率，或更简单地“质量”)对其进行分离的质量分析器，后接质量分类的离子所到达的离子检测器。MS分析产生质谱，其为指示受检测离子的相对丰度(其为离子的m/z比率的函数)的一系列峰值。
离子引导器是一般位于离子源与质量分析器之间的处理流程中的离子处理设备的示例。离子引导器可以用于将离子传送通过一个或多个减压级，其将气体压力相继降低下至系统的分析器部分的非常低的操作压力(高真空)。为此，离子引导器包括多个电极，其从射频(RF)电源接收电力。布置离子引导器电极，使得内接从离子入口到离子出口沿着中心轴延伸的内部(容积)，并且具有在与轴横切的平面中的截面。离子引导器电极进一步布置为这样的：生成在径向方向上(在横向平面中)限闭离子的偏移的RF电场。通过这种配置，离子沿着离子引导器的中心轴汇聚为离子射束，并且得以在离子的最小损失的情况下传送通过离子引导器。可以在存在气体流量时完成该操作，使得过滤来自离子射束的中性气体核素(例如中性原子或分子)。离子引导器也可以用于将离子传送通过一个或多个级，其中，气体压力(例如在离子淌度漂移腔室或离子碰撞单位中)得以保持在实质上恒定的等级。
可以通过气体填充离子引导器的内部，使得离子引导器在相对高(但却仍然是亚大气)压力操作。例如，受气体填充的离子引导器可以恰位于离子源的下游，以在尽可能少的离子损耗的情况下收集所产生的离子。此外，在意图热化离子(减少其动能)或通过碰撞诱导解离(CID)裂解离子的条件下，缓冲气体可以引入到离子引导器中。在相对高等级的真空处，离子的运动相对易于控制。另一方面，在提升的压力处，与气体分子的碰撞日益主导离子运动的行为，使得以高效率进行的离子传输更有挑战性。见Kelly等人，The ionfunnel:Theory,implementations,and applications,Mass Spectrom.Rev.,29:294-312(2010)。
离子漏斗是一种类型的离子引导器，其中，电极所环绕的离子引导器容积在离子出口的方向上收敛。在典型配置中，漏斗电极布置为与离子引导器轴同轴的一系列环形。环形形状的电极沿着离子引导器轴堆叠，并且彼此间隔达小轴向间隙。环形形状电极的内径在离子出口的方向上相继减小，因此限定收敛离子引导器容积。出于多种不同原因，这种离子漏斗可能是有用的。收敛几何形状所施加的RF场可以压缩离子射束并且增加离子传输通过漏斗出口的效率。漏斗入口所提供的大射束接受性可以改进离子捕获，在漏斗出口处的相当小的射束发射性可以改进进入后续设备的离子传递，并且可以紧密地匹配于后续设备的入口的大小。离子漏斗可以比笔直圆柱形离子引导器处在较高压力操作得更高效。因此，例如，为了收集从离子源发射的离子但不受可能产生在MS系统的上游区域中的大的气体流量损伤，离子漏斗是有用的。此外，由于环形电极分布在轴向方向上并且能够单独地耦合到直流(DC)电路，因此可以直接利用环形电极以沿着离子引导器轴生成DC梯度，使得有助于保持离子移动前进。
然而，离子漏斗和堆叠环形几何形状的其它离子引导器中的RF场的有效电势(或“伪电势”)在轴上(在对称轴上)为非零的。反之，有效电势沿着对称轴形成一系列零点或阱。在实践中，这对于较高质量离子不是太大问题，但对于低质量离子，因为这些阱妨碍低质量离子穿过离子漏斗，所以它们变得有问题。因此，难以设计将对于在感应耦合式等离子体-质谱法(ICP-MS)中普遍遭遇的低质量离子(例如比如锂离子Li+(m/z＝7))良好地工作的离子漏斗。
因此，将期望提供包括离子漏斗的离子引导器，其解决电势阱所产生的受损伤的离子行进的问题。
发明内容
为了全部或部分解决前述问题和/或本领域技术人员已经观察到的其它问题，本公开提供如在以下所阐述的实现方式中通过示例的方式所描述的方法、处理、系统、装置、仪器和/或设备。
根据一个实施例，一种离子引导器，包括：入口端；出口端，其在沿着引导器轴相对于入口端的一距离处；多个电极，其环绕引导器容积，并且从入口端到出口端沿着引导器轴相对于彼此轴向间隔；以及RF电子器件，其配置为用于将RF驱动信号施加到对于在包括沿着引导器轴分布的多个电势阱的引导器容积中生成RF场有效的电极，其中，RF场包括对于在至少一个电极集合中按朝向出口端的轴向方向移动电势阱有效的波形。
根据另一实施例，一种谱仪，包括：如在此所公开的任何实施例所述的离子引导器；以及以下组件中的一个或多个：离子检测器，其在离子引导器的下游；离子源，其在离子引导器的上游；质量分析器，其在离子引导器的下游或上游；离子淌度漂移单位，其在离子引导器的下游或上游；离子淌度漂移单位，其包括离子引导器；和/或RF电压源，其配置为用于将RF电压施加到对于生成RF场有效的电极。
根据另一实施例，一种用于引导离子的方法，其包括：将离子发送通过离子引导器，所述离子引导器包括：入口端；出口端，其在沿着引导器轴相对于入口端的的一距离处；以及多个电极，其环绕引导器容积并且从入口端到出口端沿着引导器轴相对于彼此轴向间隔；以及在发送离子的同时，将包括沿着引导器轴分布的多个电势阱的RF场施加到离子，其中，通过将包括对于在至少一个电极集合中按朝向所述出口端的轴向方向移动电势阱有效的波形的RF驱动信号施加到电极施加RF场。
根据另一实施例，一种质谱仪(MS)配置为用于执行在此所公开的任何方法。
在审阅以下附图、具体实施方式时，本发明的其它设备、装置、系统、方法、特征、优点对于本领域技术人员将是或将变得清楚。意图所有这些附加系统、方法、特征、优点包括于该描述内、在本发明的范围内，并且受所附权利要求所保护。
附图说明
通过参照以下附图，可以更好地理解本发明。附图中的组件并不一定成比例，而是着重示出本发明的原理。在附图中，相同标号贯穿不同附图指定对应部分。
图1是作为轴向位置z的函数的轴上(r＝0mm)的圆锥离子漏斗中的有效电势的图线。
图2是具有已知堆叠环形配置的离子引导器的示意图。
图3是建模软件所生成的离子漏斗的有效电势的阱的表示集合，示出用于有效电势或准电势V*的三个不同值的等势面。
图4是开始于第0修正贝塞尔函数的前四个修正贝塞尔函数的图线集合。
图5是在与对称轴垂直的平面中看的对应于以下阐述的等式1.4的用于对离子漏斗的圆柱形笔直区段的最低阶逼近的电场矢量的图线。
图6示出离子漏斗的笔直区段的仿真RF场。
图7是根据一些实施例的离子引导器的示例的示意图。
图8是离子引导器以及关联RF电子器件的示例的高级简化示意图。
图9示出离子漏斗的笔直区段的仿真。
图10示出离子漏斗的收敛区段的仿真。
图11A至图11F是用于离子漏斗中的单独电离的锂离子(Li II)的作为轴向位置的函数的轴上有效电势的图线。
图12A至图12D是以伏特为单位测量的用于Li II离子的有效电势的二维等高图线。
图13是根据一些实施例的质谱仪(MS)或质谱法(MS)系统的示例的示意图。
具体实施方式
如上所述，在传统的离子漏斗中，用于径向封闭离子的射频(RF)场的有效电势(又称为准电势或伪电势)并非为零，而是沿着离子漏斗的中心轴形成一系列电势阱。为了示出轴向分布的电势阱的示例，图1是作为轴向位置z的函数的轴上(r＝0mm)的圆锥离子漏斗中的有效电势的图线。在收敛离子漏斗中，电势阱的深度在收敛的方向上增加，如所示那样。
在足够高的RF频率f＝ω/2π处，真空中的离子经历更长期的长久运动上所叠加的谐波振荡。使用有效电势V*(以伏特为单位)可以求解长久运动：
其中，m/z是离子的质荷比，e是元电荷(以库仑为单位)，E是局部RF电场的量值(强度)(以V/m为单位)，ω是角频率(以弧度每秒为单位)，即ω＝2πf，其中，f是RF频率。要注意，在存在气体时，例如在高压力离子漏斗中，这种运动是有阻尼的，和/或具有对其的随机分量。因此，其中，有效电势阱的深度应与热能kBTgas(kB＝玻尔兹曼常数，Tgas＝气体温度)和各碰撞之间所增益的能量相当。
通过考虑从以上引用的Kelly等人(2010)再现的如图2所示的堆叠环形配置的离子引导器理解有效电势的轴上阱的起源。取得离子漏斗的堆叠环形离子引导器包括由轴向间隔d分离的一系列环形形状电极。如所示那样，RF驱动电压施加到每个电极与和该电极相邻的电极异相180度。用于堆叠环形离子引导器的有效电势可以表示为：
其中，δ是板(或环形)间隔I0和I1是修正贝塞尔函数。系数Vtrap是轴向有效电势阱深度，并且取决于RF电压量值和频率、板间隔δ、环形电极的直径。
图3是建模软件所生成的堆叠环形离子引导器的有效电势的阱的表示集合，示出用于V*的三个不同值的等势面。引导器的对称轴从上到下而非从左到右定向。
变得明显的是，等式1.2并未描述用于堆叠环形配置的全部有效电势，却反而仅是以最小标度的半径对有效电势的最低阶逼近。据此(并且注意，因为这是准静电问题，所以电势是复数而非实数)，假设RF场电势V可以写为：
V(R,θ,z)e-iωt. (1.3)
假设轴对称性，并且关于某标度的z，那么求解拉普拉斯等式并且通过与z相同的因子标定R，电势V可以表示为：
也就是说，电势V与第0修正贝塞尔函数成正比高达某比例常数V0。根据等式1.1，容易找到等式1.2的函数形式，回顾：
根据前述情况，变得明显的是，因为第0修正贝塞尔函数I0(不同于I1、I2、I3等)在轴R＝0上并非变为零，所以有效电势并非沿着轴R＝0均匀地去往零。图4中示出该情况，图4是I0(x)、I1(x)、I2(x)、I3(x)的前四个修正贝塞尔函数的图线集合。这是高斯定理以及交变电势施加到板的事实的非显见后果。结果是，甚至在轴上，除了在作为有效电势的零点的少数隔离的离散位置处之外，电场绝不去往零。图5中进一步示出该情况，图5示出对应于等式1.4的用于对离子漏斗的最低阶逼近的电场矢量。轴从右到左定向。图6中也示出该情况，图6示出真实离子漏斗的笔直区段的仿真RF场。具体地说，图6示出环形形状电极的截面的部分以及电极所环绕的容积的上一半(从在图6的底部处的对称轴，并且径向向上到限定它们的内径的电极的内表面)。阴影指示准静电(RF)电势的强度。图6还示出根据等式1.1的电场线602和有效电势的等值线604。图6中的箭头指向沿着漏斗的对称轴的有效电势的阱。
根据本公开一方面，通过生成电势阱朝向离子引导器的离子出口在轴向方向上(即在正轴向(+z)方向上)移动的RF场，解决关于堆叠环形配置的笔直离子引导器以及收敛离子引导器(离子漏斗)中的电势阱的问题。通过这种配置，包括可能另外变为在电势阱中受捕集的较低质量离子的所有离子可以成功地向前移动通过离子引导器，并且从离子出口传送出去。
图7是根据一些实施例的离子引导器700的示例的示意图。在本公开的上下文中，术语“离子引导器”总体上涵盖配置为用于约束离子运动从而离子作为云或射束主要占据沿着离子引导器的轴的区域的任何设备。术语“离子引导器”可以涵盖特定类的离子引导器中的任一(例如漏斗、笔直导管、其它离子汇聚设备)。
离子引导器700通常具有沿着纵向轴(或“离子引导器轴”)的长度以及在与离子引导器轴正交的横向平面中的横向截面。离子引导器800的几何形状通常可以相对于离子引导器轴是对称的，在此情况下，离子引导器轴可以看作中心轴或对称轴。为了参照的目的，图7提供笛卡尔坐标系统，其中，z轴对应于离子引导器轴，由此离子引导器800的截面位于横向x-y平面中。根据图7的视角，合成离子行进通常沿着可以看作离子光轴的离子引导器轴从左到右受导向。
离子引导器700总体上包括：离子入口端708；离子出口端712，其部署在沿着离子引导器轴距离子入口端708一距离处；以及多个离子引导器电极716，其环绕引导器轴并且由此环绕从离子入口端708延伸到离子出口端712的离子引导器容积。在实践中，外壳(未示出)包围离子引导器700，以提供压力受控操作环境。在离子入口端708处从上游设备(例如比如离子源、上游离子引导器、离子捕集器、质量过滤器、离子裂解设备、离子淌度(IM)漂移单位等)接收离子。本领域技术人员应理解，为此目的，气体传导限制孔径(例如分撇板)可以位于恰离子入口端708的上游的离子引导器轴上，这有助于防止不想要的中性分子进入离子引导器700。离子光器件也可以位于离子入口端708的上游，以有助于将离子传送到离子入口端708中。离子从离子出口端712发射进入到下游设备(例如比如下游离子引导器、离子捕集器、质量过滤器、离子裂解设备、离子射束冷却器、IM漂移单位、质量分析器等)中。为此目的，离子出口端712可以类似地包括离子引导器轴上的气体传导限制孔径，并且可以还包括关联离子光器件。
离子引导器700配置为用于在径向上将离子封闭为沿着离子引导器轴聚集的离子射束。也就是说，离子引导器700配置为用于在允许离子在轴向上流过的同时约束离子在径向方向上(在图7中的横向x-y平面中)的运动。在一些实施例中，离子引导器700也可以配置为用于随着离子行进通过离子引导器700在轴向上加速它们，以防止失速，和/或在其它实施例中，以促进离子裂解。替代地或附加地，位于离子入口端708和离子出口端712处(在其处或其附近)的离子光器件可以配置为用于此目的。在一些实施例中，离子引导器700可以配置为用于减少离子的动能(即冷却或“热化”离子)，在此情况下，可以在离子引导器700中利用惰性缓冲气体(例如氮气、氩气等)。在必须级联质谱仪的一些实施例中，离子引导器700可以配置为用于裂解(前体或“母体”)离子，以产生裂解(产物或“子体”)离子，在此情况下，可以在对于碰撞诱导解离(CID)适当的压力处在离子引导器700中利用惰性缓冲气体(例如氮气、氩气等)。在必须IM谱法的一些实施例中，离子引导器700可以配置为用于作为离子淌度漂移单位使用，在此情况下，可以在对于测量通过离子引导器700的离子漂移时间适当的压力和温度在离子引导器800中利用惰性缓冲气体。
为了径向封闭离子，离子引导器电极716配置为用于生成二维(在图8A中的横向x-y平面中)RF径向封闭场。根据本公开一方面，RF场的电势阱在正轴向方向上行进，如以下进一步描述的那样。在一些实施例中，离子引导器电极716具有堆叠环形配置。具体地说，离子引导器电极716在横向平面中是环形形状的，并且环绕离子引导器轴，而且沿着离子引导器轴距彼此轴向间隔。因此，每个离子引导器电极716通过两个离子引导器电极716之间的轴向间隙距相邻离子引导器电极716间隔。离子引导器电极716可以利用适当的安装硬件(例如电绝缘安装特征)在离子引导器700中精确地固定到位。
离子引导器700还包括RF电压源，其配置为用于施加期望参数(RF驱动频率f＝ω/2π，幅度VRF、相位)的RF电压，以沿着离子引导器700的长度生成RF径向封闭场。本领域技术人员应理解，RF电压源经由合适的电路与每个离子引导器电极716进行通信。也就是说，每个离子引导器电极716可独立地由RF电压源寻址。
离子引导器700可以还包括DC电压源，其与离子引导器电极716进行通信。DC电压源可以通过生成轴向DC电势梯度的方式将DC电压VDC施加到离子引导器电极716，由此确保当在一些实施例中利用时甚至在因与缓冲气体的多次碰撞损失动能之后，离子也继续在前向方向上漂移。
在一些实施例中，DC电压可以施加到的导电遮罩(未示出)可以环绕离子引导器700。导电遮罩可以是实心圆柱形壁、或具有小孔以促进气体流动或网格的图案的圆柱形壁。导电遮罩可以成形为笔直圆柱或与离子引导器电极716的布置所限定的相同或不同的具有渐细角度(收敛的角度)的圆锥。
图7还示出在最终离子引导器电极716之后位于离子出口端712处的仅DC传导限制孔径736(具有轴上孔径的板)。传导限制孔径736的内径可以小于最终离子引导器电极716的内径。
在所示实施例中，离子引导器700包括过渡为漏斗区段(或收敛区段)的圆柱形区段。在圆柱形区段中，离子引导器电极716的各自内径从离子入口端708到离子出口端712沿着引导器轴保持恒定(或实质上恒定)。离子引导器700的圆柱形区段可以在此称为离子“导管”。在漏斗区段中，离子引导器电极716的各自内径在朝向离子出口端712的方向上沿着引导器轴相继减小，使得漏斗区段中离子引导器电极716所环绕的引导器容积在朝向离子出口端712的方向上收敛。漏斗区段对于聚集离子射束是有用的，即收敛离子相空间所占据的容积。通过该配置，离子射束在漏斗区段的入口端处具有使得来自先前离子处理设备的离子收集最大化的相对大的射束接受性(导纳性)，并且在漏斗区段的出口端处具有使得进入后续离子处理设备的离子传输最大化的相对小的射束发射性。因此，离子引导器700配置为用于以使得离子的损耗最小化的方式将离子发送通过离子引导器700。
在其它实施例中，离子引导器700可以包括多于一个的圆柱形区段和/或漏斗区段。在其它实施例中，离子引导器700可以包括发散区段。在其它实施例中，离子引导器700可以仅包括圆柱形区段(即离子引导器700可以是离子导管)，或可以仅包括漏斗区段。在一些实施例中，离子引导器构造为允许中性核素(例如气体原子和分子)径向脱离，因此过滤掉来自离子射束的中性核素。
在图7中，离子引导器电极716描述为具有轴上孔径和均匀(或实质上均匀)外部尺寸(例如外周)的板。离子引导器电极716的外周或外沿可以是弯形(圆形或椭圆形)或多边形(例如正方形或矩形)。在其它实施例中，离子引导器电极716可以是环形或圈形，在此情况下，在漏斗区段中具有变化孔径大小(内径)的离子引导器电极716将类似地具有变化外径。
在一些实施例中，与典型用于堆叠环形几何形状的传统离子引导器相比，离子引导器700中所利用的离子引导器电极716的总数目可以更大，并且各离子引导器电极716之间的轴向间隔可以更小。作为一个非限定性示例，离子引导器电极716的总数目可以加倍，轴向间隔可以减半。在一些实施例中，轴向间隔可以处于从0.5mm到2.0mm的范围中。
在操作中，在将离子发送通过离子引导器700的同时，通过将RF驱动信号施加到离子引导器电极716，RF场施加到离子。归因于离子引导器电极716的堆叠环形几何形状，离子引导器容积中所生成的RF场具有沿着引导器轴分布的多个电势阱。根据本公开，离子引导器电极716受电驱动，使得在RF场的有效电势中创建行进电势阱。也就是说，电势阱以可以取决于各离子引导器电极716之间的轴向间隔和所施加的RF场的频率成分的特定速度(朝向出口端)在正轴向方向上移动。通过将包括对于移动电势阱有效的一个或多个周期性波形的一个或多个RF驱动信号施加到离子引导器电极716，可以完成该操作。
在一些实施例中，离子引导器电极716可以(至少在构思上)划分为在离子入口端708处开始并且在离子出口端712处终止的轴向系列的电极分组或集合，其中，每个电极集合包含与其它电极集合相同数目N的电极。在一些实施例中，N＝3或更大。通过将不同RF波形(具有不同波形的RF驱动信号)的重复序列施加到离子引导器电极716的后续集合实现行进电势阱。在此情况下，施加到离子引导器电极716的RF驱动信号包括N个不同RF驱动信号，其分别包括N个不同波形。N个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的至少一个参数。通常，参数可以是当从一个离子引导器电极716到下一离子引导器电极716变化时产生行进阱操作的任何参数。在一些实施例中，对N个不同波形彼此进行区分的参数是相位。N个不同RF驱动信号施加到每个电极集合中的相应N个电极，其中，施加N个不同RF驱动信号的顺序可以从一个电极集合到下一电极集合重复。
N个不同波形可以得以构造，并且寻址到每个电极集合中的所选择的离子引导器电极716，使得以产生使得电势阱在轴向方向上前进的方式控制或操控有效电势的时域。
在一些实施例中，对于N个离子引导器电极716的给定序列，N个不同RF波形具有形式其中，Vi是零到峰值的幅度，F是其幅角的复函数并且是以周期2π为周期的，ω和ωm是标量，t是时间，是相位，j是虚数单位，i是从1到N的整数，并且应理解，所施加的电压是该复表达式的实部。标量数量ω和ωm可以是以rad/s为单位的角频率，其中，ω是高频率，ωm是相对低的频率(例如，ωm可以远小于ω)。以创建行波现象的方式，相位的值对于N个不同RF波形中的每一个不同(即，施加到给定离子引导器电极716的波形的相位相对于施加到先前离子引导器电极716的波形的相位是偏移的)。幅度Vi可以是复幅度。如所指示的那样，幅度Vi可以从一个离子引导器电极716到另一离子引导器电极716变化。替代地，基准幅度(V0)可以施加到给定序列的所有离子引导器电极716。
作为一个非限定性示例，N＝4，即，每个电极集合包含四个离子引导器电极716。也就是说，每个电极集合中的N个电极按序列包括第一电极716A、第二电极716B、第三电极716C、第四电极716D。如图7所示，序列在每个电极集合中是相同的，并且可以从离子入口端708到离子出口端712在离子引导器800的整个轴向长度上重复(即A、B、C、D、A、B、C、D、A……)。因此，每个电极集合中的第四电极716D后接下一后续电极集合中的第一电极716A。在该示例中，四个不同RF驱动信号重复地施加到每个电极集合中的四个离子引导器电极716。也就是说，第一RF驱动电压施加到第一电极716A，第二RF驱动电压施加到第二电极716B、第三RF驱动电压施加到第三电极716C，第四RF驱动电压施加到第四电极716D。
继续于每个电极集合中的四个离子引导器电极716的示例，在一些实施例中，分别施加到第一电极716A、第二电极716B、第三电极716C、第四电极716D的四个RF驱动信号可以具有以下波形：
第一RF驱动信号：
第二RF驱动信号：
第三RF驱动信号：以及
第四RF驱动信号：
其中，是第一相位，是相对于第一相位偏移的90度(π/2弧度)的第二相位，是相对于第一相位偏移180度(π弧度)的第三相位，是相对于第一相位偏移270度(3π/2弧度)的第四相位。也就是说，序列中的每个后续波形距先前波形偏移的90度(π/2弧度)，并且贯穿序列的所有相位偏移在相同意义(或角向方向)上出现。
在其它示例中，对于N＝5个离子引导器电极716，施加到每个后续电极的RF电势可以距先前电极偏移72度；对于N＝6个离子引导器电极716，施加到每个后续电极的RF电势可以距先前电极偏移60度；以此类推。
通常，可以通过本领域技术人员公知的或稍后开发的任何适当的技术和电子器件生成施加到离子引导器电极716的不同RF驱动信号。例如，本领域技术人员应理解，以与离子引导器电极716电连通放置的RF发送电路可以包括：稳定RF能量源；RF频率合成器(波形生成器)，其用于产生RF源信号(或主RF信号)；调制器(例如本地振荡器、脉冲编程器等)，其用于根据期望的参数(例如幅度、相位、形状、脉宽等)配置RF源信号；信号放大器，其用于按比例放大波形；等。
图8是离子引导器700和与离子引导器700连通的RF电子器件(电路)800(或RF电压源)的示例的高级简化示意图。本领域技术人员应理解，RF电子器件800可以包括：RF信号源804，其配置为用于生成在主频率f＝ω/2π处的RF源信号；调制器808，其配置为用于生成在调制频率fm＝ωm/2π处的调制信号；频率混频器812，其配置为用于混频或组合RF源信号和调制信号(即RF源信号乘以调制信号)；以及后混频电子器件816，其根据需要配置为用于放大来自混频器812的输出信号，从输出信号过滤掉不需要的信号/频率，并且另外根据需要处理输出信号以产生待施加到离子引导器电极716的不同RF驱动信号。图8还示出与离子引导器700连通的DC电压源820。图8还示出计算设备(或控制器)824，其配置为用于控制RF电子器件800和DC电压源820的各个组件以及离子引导器700操作的系统(例如谱法系统)的组件的时序和操作。本领域技术人员应理解，计算设备824可以包括硬件(微处理器、存储器等)和软件组件。计算设备824也可以示意性地表示提供用户接口的输入和输出设备(例如键盘、鼠标、读出或显示设备等)。
在一些实施例中，混频器812产生两个输出信号V1∝V0 cosωmt cos ωt和V2∝V0sinωmt cosωt。可以通过多种不同方式(例如通过对如图8中示意性描述的RF源信号和调制信号进行外差，由此输出信号可以求和或求差以产生两个信号V1和V2)实现该操作。两个信号V1和V2可以然后根据需要受处理，以构造待施加到离子引导器电极716的期望的RF驱动信号。典型地，调制频率fm＝ωm/2π远小于主频率f＝ω/2π，或fm<<f。例如，主频率f可以处于从500kHz到5MHz的范围中，而调制频率fm可以处于从10kHz到100kHz的范围中。作为另一示例，调制频率fm可以是主频率f的1/10或小于其1/10。
继续于分别施加到每个电极集合中的四个离子引导器电极716的四个RF驱动信号的示例，四个RF驱动信号可以具有以下波形，设每个的幅度是相等的(V0)：
第一RF驱动信号：VA＝V0cos(ωmt)cos(ωt)，
第二RF驱动信号：VB＝V0cos(ωmt-π/2)cos(ωt)，
第三RF驱动信号：VC＝V0cos(ωmt-π)cos(ωt)，以及
第四RF驱动信号：VD＝V0cos(ωmt-3π/2)cos(ωt)，
其中，在该示例中，第一RF驱动信号的调制分量的相位已经任意地设置在零弧度处。
用于笔直(即非收敛并且非发散)区段的轴附近的所得静电电势为：
倘若fm<<f，则这产生以下有效电势：
其形成在正z方向上移动的一系列电势阱。分析对于收敛区段是更困难的，但结果仍是在正z方向上移动的一系列电势阱。
电势阱可以在正z方向上按u＝4δfm的速度移动，其中，δ是各相邻电极之间的轴向间隔(例如中心到中心间隔)。因此，可见，不仅可以利用移动电势阱以将离子推送出离子引导器700，而且还可以控制(即按用户所选择的那样设置或调整(例如，通过将调制频率fm设置为期望的等级))离子退出漏斗的速度。作为一个非限定性示例，对于离子捆束从离子引导器700受驱出的给定的电极间隔δ和所选择的速度u，调制频率fm可以表示为：
调制频率fm应与例如1.5MHz的典型驱动频率相当。
此外，在离开离子引导器的所有离子以实质上相同的速度离开的意义上，离子速度的分散或扩散是很小的。此外，离子以在时间上受脉泵的捆束离开阱。这些特征具有针对例如基于TOF(飞行时间)的MS的优点。
图9示出离子漏斗的笔直区段的仿真，其中，四个电极的每个集合分别受刚描述的四个RF驱动信号驱动，VA＝V0cos(ωmt)cos(ωt)，VB＝V0 cos(ωmt–π/2)cos(ωt)，VC＝V0cos(ωmt–π)cos(ωt)，VD＝V0cos(ωmt–3π/2)cos(ωt)。在902处指示有效电势的等值线，在904处指示有效电势的阱，在906处指示RF场线。仿真示出于四个不同的相位处：0弧度(左上)、0.35弧度(右上)、0.70弧度(左下)、1.05弧度(右下)。可见，阱作为相位(即时间)的函数逐渐移动向上(+z)。
图10示出再次受四个RF驱动信号VA、VB、VC和VD驱动的离子漏斗的收敛区段的仿真。在从左上开始并且进展到右上、左下和右下的四个不同相位处示出仿真。漏斗的内部是对应于电场|E|(以V/m为单位)并且因此对应于与上述|E|的平方成正比的有效电势的强度的彩虹色的(即以图10的黑色和白色表示不同地阴影化)。最暗区域对应于|E|>104V/m的较大值。此外，单独板(或环形)根据它们上的RF电压按色彩编码。取决于RF相位，色彩是红色(较亮的阴影)和蓝色(较暗的阴影)。也就是说，(在大约1MHz的主驱动频率f处)红色与蓝色异相180度。可见，调制信号中的每个180相移对应于来自离子漏斗的界限区域的喷排。在时间(或相位)点，绝无沿着零点通过漏斗的干净路径，而是反而一系列零点单调地移动向前(向上)通过漏斗。
图11A至图11F是根据RF驱动电压的幅度是100V(0-p)并且主RF驱动频率是1MHz的仿真的作为用于离子漏斗中的单电离锂离子(Li II)的轴向位置的函数的轴上有效电势的图线集合。图11示出对应于(在左上处开始的)五个不同时间片的图线以及示出所有时间片/相位的包络的附加图线(右下)。我们可以跟随行进通过离子漏斗并且从出口端喷排出的单独阱(红色箭头)。该阱的底部保持在0V处(仿真的数值解内)即使有效电势的邻近峰值在几伏特至大约30伏特之间随着时间变化，也存在沿着有效电势绝不超过几个100mV的轴几个100μm长的行进区域。
图12A至图12D是在四个不同的时间用于与以上关于图11所指定的相同基准量的以伏特为单位测量的用于Li II离子的有效电势的二维等值线图线集合。等值线图线是“颠倒的”，使得正轴向方向指向下，并且离子在底部退出。再次，我们可见，在该序列中，具有零有效电势的小阱如何“滴落”脱离漏斗内部的贮藏体。还注意的是，有效电势的阱有多陡；最低等值线绘制在1V处，最高等值线绘制在20V处。
如上所述，离子引导器电极716(图7)可以划分(分组)为在离子入口端708处开始并且在离子出口端712处终止的轴向系列电极分组或集合，并且通过将不同RF波形的序列施加到给定电极集合中的相应离子引导器电极716实现行进电势阱。可以在离子引导器700的整个长度上对于所有电极集合完成该操作。也就是说，不同RF波形的重复序列可以从离子入口端708到离子出口端712施加到离子引导器电极716的后续集合，如上所述。然而，在其它实施例中，不同RF波形可以施加到电极集合中的一个或多个，但少于所有电极集合。当将不同RF波形的序列施加到多于一个的电极集合时，序列施加到的电极集合可以彼此相邻，或替代地，可以通过序列未施加到的一个或多个电极集合分离。
更一般地，不同RF波形的序列可以施加到离子引导器700的电极集合中的至少一个。在一些实施例中，行进电势阱认为在离子出口端712附近以及其处的离子引导器700的区段中是最有用的。因此，在一些实施例中，不同RF波形的序列施加到离子出口端712处的至少一个电极集合(即包括离子出口端712(或端接在此处)的电极集合)。
传统RF电压可以施加到在此所教导的不同RF波形的序列未施加到的电极集合。例如，从一个电极到下一电极相移达180度(π弧度)的RF电压可以施加到该电极集合。
在一些实施例中，离子引导器电极716可以划分(分组)为多个电极分组或集合，使得电极集合中的一个或多个包含与其它电极集合不同数目的电极。例如，离子引导器700可以包括：一个或多个第一电极集合，其均包含L个电极(第一数目的电极)；一个或多个第二电极集合，其均包含M个电极(第二数目的电极)；以及一个或多个第三电极集合，其均包含N个电极(第三数目的电极)，其中，L≠M，L≠N，并且M≠N。在此情况下，不同RF波形可以施加到不同电极分组(包含不同数目的电极的分组)。作为一个非限定性示例，在L＝3个电极，M＝4个电极以及N＝8个电极的情况下，RF波形从一个电极到下一电极逐步相移达120度的RF波形的序列可以施加到第一电极集合中的相应电极，RF波形从一个电极到下一电极逐步相移达90度的RF波形的序列可以施加到第二电极集合中的相应电极，RF波形从一个电极到下一电极逐步相移达45度的RF波形的序列可以施加到第三电极中的相应电极。离子引导器电极716可以根据需要布置为不同大小的电极分组的不同组合，以用于根据期望修整所得行进电势阱配置。
根据其它实施例，在此所描述的行进阱离子导管/漏斗也可以通过这样的方式操作：掌控离子运动的有效电势在时间上平均为轴向平滑槽，其中，非零“线路”在r＝0处(轴上)最小。当调制频率fm可相当于或大于与瞬时电势阱形状关联的长期离子振荡频率时，该条件出现。如果足够快地扫描阱，则与上述“传送带”模式相比，离子经历的电势变为在轴向上平滑掉(“模糊”)。替代地，当电势阱的特征大小与各相邻阱之间的间隔相似时，该条件近似等效于要求行进电势阱的轴向速度u超过电势阱中所封闭的离子的平均振荡速度。
根据其它实施例，提供一种包括根据在此所公开的实施例中的至少一个所配置的至少一个离子引导器的质谱仪(或谱法系统)。例如，离子引导器可以配置为用于创建行进电势阱，并且可以包括一个或多个笔直和/或收敛几何形状，如上所述。谱法系统可以包括：离子源；离子引导器，其在距离子源的下游；一个或多个离子分析器，其在离子引导器的下游和/或上游(或离子分析器，其在距离子引导器的上游和下游)；以及至少一个离子检测器，其可操作地与离子分析器(或最终离子分析器)关联。在一些实施例中，谱法系统可以是或可以包括质谱仪(MS)，在此情况下，离子分析器中的至少一个是质量分析器。在其它实施例中，谱法系统可以是或可以包括离子淌度谱仪(IMS)，在此情况下，离子分析器中的至少一个是IM漂移单位。在此所公开的行进阱离子引导器可以用作IM漂移单位。在其它实施例中，谱法系统可以是包括至少一个IM漂移单位和(典型地IM漂移单位的下游的)至少一个MS的混合IM-MS系统。
图13是可以包括在此所描述的一个或多个离子引导器的根据一些实施例的质谱仪(MS)或质谱法(MS)系统1300的示例的示意图。质谱法系统的各种组件的操作和设计通常对于本领域技术人员是已知的，并且因此无需在此详细描述。反之，简要描述特定组件以促进理解目前所公开的主题内容。
MS系统1300可以按离子处理流程的串行顺序总体上包括离子源1304、离子处理区段1308、质量分析器1312、离子检测器1316、计算设备(或系统控制器)1320。从图13看，通过MS系统1300的整体离子行进处于从左到右的方向上，如水平箭头示意性描述的那样。谱法系统1300还包括真空系统，其用于将MS系统1300的各个内部腔室保持在受控的亚大气压力级别。表示与真空或腔室的排气端口连通的真空线、一个或多个真空生成泵浦、本领域技术人员所理解的关联组件的向下指向箭头示意性地描述真空系统。真空线也可以移除从离子路径通过MS系统1300的残余非分析中性分子。
离子源1304可以是任何类型的适合于产生用于谱法的分析物离子的连续射束或脉冲式离子源。离子源1304的示例包括但不限于电子电离(EI)源、化学电离(CI)源、光电离(PI)源、电喷雾电离(ESI)源、大气压力化学电离(APCI)源、大气压力光电离(APPI)源、场电离(FI)源、等离子体或电晕放电源、激光解吸附电离(LDI)源、矩阵辅助激光解吸附电离(MALDI)源。在一些实施例中，离子源1304可以包括两个或更多个电离设备，其可以是相同类型或不同类型的。取决于所实现的电离的类型，离子源1304可以驻留在真空腔室中，或可以操作在大气压力处或其左右。可以通过任何合适的手段将待分析的样本材料引入到离子源1304，包括联用技术，其中，样本材料是分析物分离仪器(例如比如气体色谱(GC)或液体色谱(LC)仪器(未示出))的输出1324。
质量分析器1312可以通常是配置为用于基于分析物离子的不同质量对电荷(m/z)比率分离它们的任何设备。质量分析器的示例包括但不限于TOF电极、多极电极结构(例如四极质量过滤器、线形离子捕集器、三维Paul捕集器等)、静电捕集器(例如Kingdon、Knight和捕集器)、例如傅立叶变换离子回旋加速谐振质谱法(FT-ICR或FTMS)中所利用的质谱法离子回旋加速谐振(ICR)或Penning捕集器。离子检测器1316可以是任何配置为用于收集并且测量从质量分析器148输出的质量差别离子的通量(或流)的设备。离子检测器1316也可以配置为用于将离子测量数据发送到计算设备1320。离子检测器的示例包括但不限于多通道检测器(例如微通道板(MCP)检测器)、电子乘法器、光子乘法器、图像电流检测器、法拉第杯。
离子处理区段1308通常表示离子源1304与质量分析器1312之间的接口(或中间区段或区域)。通常，离子处理区段1308可以看作配置为用于接收离子源1304所产生的离子，并且将离子发送到质量分析器1312。离子处理区段1308可以进一步配置为用于在发送进入质量分析器1412之前执行各种离子处理操作。为此目的，离子处理区段1308可以包括一个或多个位于离子源1304与质量分析器1312之间的组件(结构、设备、区域等)。这些组件可以用于各种功能，诸如例如减压、中性气体移除、离子射束汇聚/引导、离子过滤/选择、离子裂解等。离子处理区段1308可以包括包围一个或多个腔室的外壳。于在各相邻腔室之间的边界处提供适当大小的孔径以限定用于离子从一个腔室到下一腔室行进通过离子处理区段1308的途径的同时，每个腔室可以提供独立受控压力级。任何腔室可以包括一个或多个离子引导器、离子光器件等。可以根据在此所公开的任何实施例配置任何离子引导器。例如，在此所公开的离子引导器可以恰位于离子源1304的下游，以接收从离子源1304输出的离子。
在一些实施例中，与离子处理区段1308(或其一部分)组合的质量分析器1312可以形成级联MS(MS/MS或MSn)系统。作为示例，离子处理区段1308可以包括第一质量分析级，其后接裂解级。第一质量分析级可以包括多极离子引导器，其可以配置作为(典型地四极)质量过滤器，以用于选择特定m/z比率或m/z比率范围的离子。本领域技术人员应理解，裂解级可以包括另一多极离子引导器，其可以配置作为无质量分解仅RF碰撞单位，以用于通过碰撞诱导解离(CID)产生裂解离子。质量分析器1312在此情况下运作为第二或最终质量分析级。因此，在一些实施例中，MS系统1300可以看作包括QqQ、qTOF或QqTOF仪器。
在图13中，计算设备1320可以示意性地表示配置为用于对诸如例如离子源1304、离子门106、离子处理区段1308的一个或多个组件、质量分析器1312、离子检测器1316、可以在MS系统1300中提供但在图13中并未具体地示出的任何真空泵浦、离子光器件、上游LC或GC仪器、样本引入设备等所执行的MS系统1300的各个功能方面进行控制、监控和/或定时的一个或多个模块(或单元、或组件)。一个或多个模块(或单元，或组件)可以是或可以实施在例如台式计算机、膝上型计算机、便携式计算机、平板计算机、手持计算机、移动计算设备、个人数字助理(PDA)、智能电话等中。计算设备1320也可以示意性地表示将电压施加到MS系统1300的各个组件所需的未具体示出的所有电压源、时序控制器、时钟、频率/波形发生器等。具体地说，计算设备1320可以配置为用于控制施加到在此所公开的离子引导器的电压。计算设备1320也可以配置为用于从离子检测器1316接收离子检测信号并且根据需要执行与数据获取和信号分析有关的任务，以生成表征待分析的样本的色谱图、漂移谱、质量(m/z比)谱。计算设备1320也可以配置为用于提供并且控制用户接口，用户接口提供谱数据以及用户可以交互的其它数据的屏幕显示。计算设备1320可以包括一个或多个读取设备，在所述一个或多个读取设备上或其中，可以加载包括用于执行所有或部分在此所公开的任何方法的指令的有形计算机可读(机器可读)介质。出于所有这些目的，计算设备1320可以经由有线或无线通信链路(部分地表示为例如图1A中的虚线)与MS系统1300的各个组件进行信号通信。也是出于这些目的，计算设备1320可以包括一种或多种类型的硬件、固件和/或软件以及一个或多个存储器和数据库。
应理解，恰所描述的MS系统1300可以重新配置作为IM系统或IM-MS系统。在IM系统的情况下，可以针对质量分析器1312替换IM漂移单位。在IM-MS系统的情况下，离子处理区段1308可以是或可以包括IM漂移单位。
示例性实施例
根据本公开的主题内容所提供的示例性实施例包括但不限于以下：
1.一种离子引导器，其包括：入口端；出口端，其在沿着引导器轴相对于入口端的一距离处；多个电极，其环绕引导器容积，并且从入口端到出口端沿着引导器轴相对于彼此轴向间隔；以及RF电子器件，其配置为用于将RF驱动信号施加到对于在包括沿着引导器轴分布的多个电势阱的引导器容积中生成RF场有效的电极，其中，RF场包括对于在至少一个电极集合中按朝向出口端的轴向方向移动电势阱有效的波形。
2.如实施例1所述的离子引导器，其中，所述电极具有从入口端到出口端沿着引导器轴实质上恒定的各自内径。
3.如实施例1所述的离子引导器，其中，所述电极具有从入口端到出口端沿着引导器轴相继减小的各自内径，使得电极环绕在朝向出口端的方向上收敛的引导器容积。
4.如实施例1所述的离子引导器，其包括圆柱形区段和处于所述圆柱形区段的上游或下游的漏斗区段，其中：在圆柱形区段中，所述电极具有沿着引导器轴实质上恒定的各自内径；以及在漏斗区段中，所述电极具有在朝向出口端的方向上沿着引导器轴相继减小的各自内径。
5.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其中，多个电极包括沿着引导器轴按序列重复的多个电极集合；每个电极集合包括N个电极，其中，N＝3或更大；RF电子器件配置为用于产生分别包括N个不同波形的N个不同RF驱动信号，N个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；以及RF电子器件配置为用于将N个不同RF驱动信号施加到每个电极集合中的相应N个电极，其中，从一个电极集合到下一电极集合重复施加N个不同RF驱动信号的序列。
6.如实施例1至4中的任一项所述的离子引导器，其中，至少一个电极集合包括N个电极，其中，N＝3或更大；RF电子器件配置为用于产生分别包括N个不同波形的N个不同RF驱动信号，N个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；以及RF电子器件配置为用于将N个不同RF驱动信号施加到至少一个电极集合的中的相应N个电极。
7.如实施例1至4中的任一项所述的离子引导器，其中，多个电极包括沿着引导器轴按序列重复的多个电极集合；每个电极集合包括N个电极，其中，N＝3或更大；RF电子器件配置为用于产生分别包括N个不同波形的N个不同RF驱动信号，N个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；以及RF电子器件配置为用于将N个不同RF驱动信号施加到每个电极集合中的相应N个电极，其中，从一个电极集合到下一电极集合重复施加N个不同RF驱动信号的序列。
8.如实施例1至4中的任一项所述的离子引导器，其中，多个电极包括：第一电极集合，其包括M个电极，其中，M＝3或更大；以及第二电极集合，其包括N个电极，其中，N＝3或更大，并且M≠N；RF电子器件配置为用于产生分别包括M个不同波形的M个不同RF驱动信号的第一集合，M个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；RF电子器件配置为用于产生分别包括N个不同波形的N个不同RF驱动信号的第二集合，N个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；以及RF电子器件配置为用于将M个不同RF驱动信号施加到每个第一电极集合中的相应M个电极，并且将N个不同RF驱动信号施加到每个第二电极集合中的相应N个电极。
9.如实施例5至8中的任一项所述的离子引导器，其中，参数是相位。
10.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其中，所述至少一个电极集合位于出口端处。
11.如实施例5至10中的任一项所述的离子引导器，其中，N个不同RF波形和/或M个不同波形具有形式其中，Vi是零到峰值的幅度，F是其幅角的复函数并且以周期2π为周期，ω和ωm是标量，t是时间，是相位，i是从1到N的整数，并且其中，对于N个不同RF波形中的每一个，相位不同，并且对于N个不同RF波形中的每一个，Vi可以不同或可以并非不同。
12.如实施例11所述的离子引导器，其中：N＝4；每个电极集合中的N个电极按序列包括第一电极、第二电极、第三电极、第四电极；不同RF驱动信号包括形式的第一RF驱动信号、形式 的第二RF驱动信号、形式的第三RF驱动信号、形式的第四RF驱动信号，其中，是第一相位，是相对于第一相位偏移90度的第二相位，是相对于第一相位偏移180度的第三相位，是相对于第一相位偏移270度的第四相位；以及RF电子器件配置为用于：将第一RF驱动信号施加到每个电极集合中的第一电极，将第二RF驱动信号施加到每个电极集合中的第二电极，将第三RF驱动信号施加到每个电极集合中的第三电极，将第四RF驱动信号施加到每个电极集合中的第四电极。
13.如实施例12所述的离子引导器，其中，RF电子器件配置为用于通过将频率f的主RF信号乘以频率fm的调制信号产生第一RF驱动信号、第二RF驱动信号、第三RF驱动信号、第四RF驱动信号，其中，fm远小于f，其中，第一RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt)cos(ωt)，第二RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt-π/2)cos(ωt)，第三RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt-π)cos(ωt)，第四RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt-3π/2)cos(ωt)。
14.如实施例1至12中的任一项所述的离子引导器，其中，RF电子器件配置为用于通过将频率f的主RF信号乘以频率fm的调制信号产生RF驱动信号，其中，fm远小于f。
15.如实施例14所述的离子引导器，其中，RF电子器件配置为用于调整调制信号的频率fm，其中，电势阱移动的速度是可调整的。
16.如实施例14或15所述的离子引导器，其中，RF电子器件配置为用于调整调制信号的频率fm，使得RF场的有效电势在时间上平均为逼近引导器轴上的有效电势的非零量值。
17.如实施例1至14中的任一项所述的离子引导器，其中，RF电子器件配置为用于调整电势阱移动的速度。
18.如实施例17所述的离子引导器，其中，RF电子器件配置为用于调整速度，使得RF场的有效电势在时间上平均为逼近引导器轴上的有效电势的非零量值。
19.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其中，电极彼此轴向间隔达从0.5mm到2.0mm的范围中的距离。
20.一种谱仪，其包括：如前述实施例中的任一项所述的离子引导器；以及离子检测器。
21.如实施例20所述的谱仪，其包括选自包括以下组件的组的组件：离子源，其在离子引导器的上游；质量分析器，其在离子引导器的下游或上游；离子淌度漂移单位，其在离子引导器的下游或上游；离子淌度漂移单位，其包括离子引导器；RF电压源，其配置为用于将RF电压施加到对于生成RF场有效的电极；以及前述组件中的两个或更多个的组合。
22.一种用于引导离子的方法，所述方法包括：将离子发送通过离子引导器，所述离子引导器包括：入口端；出口端，其在沿着引导器轴相对于入口端的的一距离处；以及多个电极，其环绕引导器容积并且从入口端到出口端沿着引导器轴相对于彼此轴向间隔；以及在发送离子的同时，将包括沿着引导器轴分布的多个电势阱的RF场施加到离子，其中，通过将包括对于在至少一个电极集合中按朝向所述出口端的轴向方向移动电势阱有效的波形的RF驱动信号施加到电极施加RF场。
23.如实施例22所述的方法，其中：多个电极包括沿着引导器轴按序列重复的多个电极集合；每个电极集合包括N个电极，其中，N＝3或更大；RF驱动信号包括分别包括N个不同波形的N个不同RF驱动信号，N个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；以及施加RF驱动信号包括：将N个不同RF驱动信号施加到每个电极集合中的相应N个电极，其中，从一个电极集合到下一电极集合重复施加N个不同RF驱动信号的序列。
24.如实施例22所述的方法，其中：至少一个电极集合包括N个电极，其中，N＝3或更大；RF电子器件配置为用于产生分别包括N个不同波形的N个不同RF驱动信号，N个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；以及RF电子器件配置为用于将N个不同RF驱动信号施加到至少一个电极集合的中的相应N个电极。
25.如实施例22所述的方法，其中：多个电极包括沿着引导器轴按序列重复的多个电极集合；每个电极集合包括N个电极，其中，N＝3或更大；RF电子器件配置为用于产生分别包括N个不同波形的N个不同RF驱动信号，N个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；以及RF电子器件配置为用于将N个不同RF驱动信号施加到每个电极集合中的相应N个电极，其中，从一个电极集合到下一电极集合重复施加N个不同RF驱动信号的序列。
26.如实施例22所述的方法，其中：多个电极包括：第一电极集合，其包括M个电极，其中，M＝3或更大；以及第二电极集合，其包括N个电极，其中，N＝3或更大，并且M≠N；RF电子器件配置为用于产生分别包括M个不同波形的M个不同RF驱动信号的第一集合，M个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；RF电子器件配置为用于产生分别包括N个不同波形的N个不同RF驱动信号的第二集合，N个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；以及RF电子器件配置为用于将M个不同RF驱动信号施加到每个第一电极集合中的相应M个电极，并且将N个不同RF驱动信号施加到每个第二电极集合中的相应N个电极。
27.如实施例23至26中的任一项所述的方法，其中：参数是相位。
28.如实施例22至27中的任一项所述的方法，其中：所述至少一个电极集合位于出口端处。
29.如实施例23至28中的任一项所述的方法，其中，N个不同RF波形和/或M个不同波形具有形式其中，Vi是零到峰值的幅度，F是其幅角的复函数并且以周期2π为周期，ω和ωm是标量，t是时间，是相位，i是从1到N的整数，并且其中，对于N个不同RF波形中的每一个，相位不同，并且对于N个不同RF波形中的每一个，Vi可以不同或可以并非不同。
30.如实施例29所述的方法，其中：N＝4；每个电极集合中的N个电极按序列包括第一电极、第二电极、第三电极、第四电极；不同RF驱动信号包括形式的第一RF驱动信号、形式的第二RF驱动信号、形式的第三RF驱动信号、形式的第四RF驱动信号，其中，是第一相位，是相对于第一相位偏移90度的第二相位，是相对于第一相位偏移180度的第三相位，是相对于第一相位偏移270度的第四相位；以及施加N个不同RF驱动信号包括：将第一RF驱动信号施加到每个电极集合中的第一电极，将第二RF驱动信号施加到每个电极集合中的第二电极，将第三RF驱动信号施加到每个电极集合中的第三电极，将第四RF驱动信号施加到每个电极集合中的第四电极。
31.如实施例30所述的方法，其包括：通过将频率f的主RF信号乘以频率fm的调制信号产生第一RF驱动信号、第二RF驱动信号、第三RF驱动信号、第四RF驱动信号，其中，fm远小于f，其中，第一RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt)cos(ωt)，第二RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt-π/2)cos(ωt)，第三RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt-π)cos(ωt)，第四RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt-3π/2)cos(ωt)。
32.如实施例22至30中的任一项所述的方法，其包括：通过将频率f的主RF信号乘以频率fm的调制信号产生RF驱动信号，其中，fm远小于f。
33.如实施例32所述的方法，其中：电势阱以4δfm的速度在轴向方向上移动，其中，δ是各相邻电极之间的轴向间隔。
34.如实施例32或33所述的方法，其包括：设置调制信号的频率fm，使得RF场的有效电势在时间上平均为逼近引导器轴上的有效电势的非零量值。
35.如实施例22至34中的任一项所述的方法，其包括：设置电势阱在轴向方向上移动的速度。
36.如实施例35所述的方法，其包括：设置速度，使得RF场的有效电势在时间上平均为逼近引导器轴上的有效电势的非零量值。
37.如实施例35或36所述的方法，其中，施加RF场包括：将频率f的主RF信号乘以频率fm的调制信号，其中，fm远小于f；以及设置速度包括：设置频率fm。
38.如实施例31至37中的任一项所述的方法，其中：调制频率fm为：其中，δ是各电极之间的轴向间隔，u是电势阱移动的速度。
39.如实施例22至38中的任一项所述的方法，其包括：施加RF场，使得离子射束沿着离子引导器的至少一部分以收敛方式聚集。
40.一种谱仪，其配置为用于执行如实施例22至39中的任一项所述的方法。
应理解，如在此使用的术语“进行信号通信”、“进行电通信”等表示两个或更多个系统、设备、组件、方法或子模块能够经由在某种类型的信号路径上行进的信号而彼此进行通信。信号可以是通信、功率、数据或能量信号，其可以沿着第一与第二系统、设备、组件、模块或子模块之间的信号路径将信息、功率或能量从第一系统、设备、组件、模块或子模块传送到第二系统、设备、组件、模块或子模块。信号路径可以包括物理、电、磁、电磁、电化学、光、有线或无线连接。信号路径可以在第一与第二系统、设备、组件、模块或子模块之间还包括附加系统、设备、组件、模块或子模块。
更一般地，例如“连通”以及“与……连通”的术语(例如第一组件与第二组件“连通”或“处于连通”)在此用于指示两个或更多个组件或要素之间的结构、功能、机械、电、信号、光、磁、电磁、离子或流控关系。故此，一个组件称为与第二组件连通的事实并非意图排除附加组件可以在第一与第二组件之间出现和/或与之可操作地关联或结合的可能性。
应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，前面的描述目的仅是说明，而并非限制的目的——本发明由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种离子引导器，其包括：
入口端；
出口端，其处于沿着引导器轴相对于入口端的一距离处；
多个电极，其环绕引导器容积，并且从入口端到出口端沿着引导器轴相对于彼此轴向间隔；以及
RF电子器件，其配置为用于向所述电极施加RF驱动信号，所述RF驱动信号对于在包括沿着引导器轴分布的多个电势阱的引导器容积中生成RF场是有效的，其中，所述RF场包括对于在至少一个电极集合中按朝向所述出口端的轴向方向移动电势阱有效的波形，
其中：
所述多个电极包括沿着引导器轴按序列重复的多个电极集合；
每个电极集合包括N个电极，其中，N＝3或更大；
所述RF驱动信号包括分别包括N个不同波形的N个不同RF驱动信号，N个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；
RF电子器件被配置为用于将N个不同RF驱动信号施加到每个电极集合中的相应N个电极，其中，从一个电极集合到下一电极集合重复施加所述N个不同RF驱动信号的序列；
N个不同RF波形具有形式其中，Vi是零到峰值的幅度，F是其幅角的复函数并且以周期2π为周期，t是时间，ω和ωm是表示主角频率和调制角频率的标量，是相位，i是从1到N的整数，并且其中，对于所述N个不同RF波形中的每一个，所述相位是不同的；以及
电势阱在轴向方向上移动的速度被设置成使得RF场的有效电势在时间上平均为逼近引导器轴上的有效电势的非零量值。
2.如权利要求1所述的离子引导器，其中，所述电极具有从由以下组成的分组中选择出的配置：
所述电极具有从入口端到出口端沿着引导器轴实质上恒定的各自内径；
所述电极具有从入口端到出口端沿着引导器轴相继减小的各自内径，使得电极环绕在朝向出口端的方向上收敛的引导器容积；以及
所述离子引导器包括圆柱形区段和处于所述圆柱形区段的上游或下游的漏斗区段，其中：在圆柱形区段中，所述电极具有沿着引导器轴实质上恒定的各自内径；并且在漏斗区段中，所述电极具有在朝向出口端的方向上沿着引导器轴相继减小的各自内径。
3.一种谱仪，其包括：
如权利要求1或2所述的离子引导器；以及
离子检测器，其在离子引导器的下游。
4.一种用于引导离子的方法，所述方法包括：
将离子发送通过离子引导器，所述离子引导器包括：入口端；出口端，其在沿着引导器轴相对于入口端的一距离处；和多个电极，其环绕引导器容积并且从入口端到出口端沿着引导器轴相对于彼此轴向间隔；以及
在发送离子的同时，将包括沿着引导器轴分布的多个电势阱的RF场施加到离子，其中，通过将RF驱动信号施加到电极以施加所述RF场，所述RF驱动信号包括对于在至少一个电极集合中按朝向所述出口端的轴向方向移动电势阱有效的波形；
所述多个电极包括沿着引导器轴按序列重复的多个电极集合；
每个电极集合包括N个电极，其中，N＝3或更大；
所述RF驱动信号包括分别包括N个不同波形的N个不同RF驱动信号，N个不同波形中的每一个具有值与其它波形的参数的值不同的参数；
施加RF驱动信号包括：将N个不同RF驱动信号施加到每个电极集合中的相应N个电极，其中，从一个电极集合到下一电极集合重复施加所述N个不同RF驱动信号的序列；
N个不同RF波形具有形式其中，Vi是零到峰值的幅度，F是其幅角的复函数并且以周期2π为周期，ω和ωm是表示主角频率和调制角频率的标量，t是时间，是相位，i是从1到N的整数，并且其中，对于所述N个不同RF波形中的每一个，所述相位是不同的；以及
所述方法包括设置电势阱在轴向方向上移动的速度，使得RF场的有效电势在时间上平均为逼近引导器轴上的有效电势的非零量值。
5.如权利要求4所述的方法，其中：
N＝4；
每个电极集合中的N个电极按序列包括第一电极、第二电极、第三电极、第四电极；
所述不同RF驱动信号包括形式的第一RF驱动信号、形式的第二RF驱动信号、形式的第三RF驱动信号、形式的第四RF驱动信号，其中，是第一相位，是相对于第一相位偏移90度的第二相位，是相对于第一相位偏移180度的第三相位，是相对于第一相位偏移270度的第四相位；以及
施加N个不同RF驱动信号包括：将第一RF驱动信号施加到每个电极集合中的第一电极，将第二RF驱动信号施加到每个电极集合中的第二电极，将第三RF驱动信号施加到每个电极集合中的第三电极，将第四RF驱动信号施加到每个电极集合中的第四电极。
6.如权利要求5所述的方法，其包括：通过将频率f的主RF信号乘以频率fm的调制信号产生第一RF驱动信号、第二RF驱动信号、第三RF驱动信号、第四RF驱动信号，其中，fm远小于f，其中，第一RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt)cos(ωt)，第二RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt-π/2)cos(ωt)，第三RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt-π)cos(ωt)，第四RF驱动信号具有形式V0cos(ωmt-3π/2)cos(ωt)。
7.如权利要求4至6中的任一项所述的方法，其包括：通过将频率f的主RF信号乘以频率fm的调制信号产生RF驱动信号，其中，fm远小于f。
CN201610037411.7A 2015-01-20 2016-01-20 行进阱离子引导器以及有关系统和方法 Active CN105810550B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/600,658 US9799503B2 (en) 2015-01-20 2015-01-20 Traveling-well ion guides and related systems and methods
US14/600,658 2015-01-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105810550A CN105810550A (zh) 2016-07-27
CN105810550B true CN105810550B (zh) 2019-10-25

Family

ID=55182265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610037411.7A Active CN105810550B (zh) 2015-01-20 2016-01-20 行进阱离子引导器以及有关系统和方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9799503B2 (zh)
EP (1) EP3048636B1 (zh)
CN (1) CN105810550B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11543384B2 (en) 2019-11-22 2023-01-03 MOBILion Systems, Inc. Mobility based filtering of ions
EP4133264A4 (en) 2020-04-06 2024-05-01 Mobilion Systems Inc SYSTEMS AND METHODS FOR TWO-DIMENSIONAL MOBILITY-BASED FILTRATION OF IONS
CN113471054B (zh) * 2021-06-02 2022-08-30 中国科学院化学研究所 一种无栅网离子漏斗阱装置及其方法和用途

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1922711A (zh) * 2004-02-24 2007-02-28 岛津欧州研究所 离子阱和在离子阱中解离离子的方法
EP1956635A1 (en) * 2005-11-28 2008-08-13 Hitachi, Ltd. Ion guide device, ion reactor, and mass analyzer

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6107628A (en) 1998-06-03 2000-08-22 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for directing ions and other charged particles generated at near atmospheric pressures into a region under vacuum
US6794641B2 (en) * 2002-05-30 2004-09-21 Micromass Uk Limited Mass spectrometer
US7071467B2 (en) * 2002-08-05 2006-07-04 Micromass Uk Limited Mass spectrometer
CA2656197C (en) * 2006-07-10 2015-06-16 John Brian Hoyes Mass spectrometer
GB201104665D0 (en) * 2011-03-18 2011-05-04 Shimadzu Res Lab Europe Ltd Ion analysis apparatus and methods
CN103718270B (zh) 2011-05-05 2017-10-03 岛津研究实验室（欧洲）有限公司 操纵带电粒子的装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1922711A (zh) * 2004-02-24 2007-02-28 岛津欧州研究所 离子阱和在离子阱中解离离子的方法
EP1956635A1 (en) * 2005-11-28 2008-08-13 Hitachi, Ltd. Ion guide device, ion reactor, and mass analyzer

Also Published As

Publication number Publication date
EP3048636A1 (en) 2016-07-27
CN105810550A (zh) 2016-07-27
US9799503B2 (en) 2017-10-24
US20160211128A1 (en) 2016-07-21
EP3048636B1 (en) 2024-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105719936A (zh) 利用分段式螺旋电极的多级离子引导器及有关系统和方法
CN105702551B (zh) 自动确定用于离子淌度谱法和质谱法的解复用矩阵
RU2698795C2 (ru) Ионная воронка для эффективного пропускания ионов с низким отношением массы к заряду с уменьшенным расходом газа на выходе
CN107633995B (zh) 操纵带电粒子的装置
US10211040B2 (en) Frequency and amplitude scanned quadrupole mass filter and methods
JP2016514896A (ja) イオン操作方法及びイオン操作装置
US10991567B2 (en) Quadrupole devices
CN101479828A (zh) 质谱仪
CN105810550B (zh) 行进阱离子引导器以及有关系统和方法
US9824874B2 (en) Ion funnel device
Shinholt et al. A frequency and amplitude scanned quadrupole mass filter for the analysis of high m/z ions
CN108735572B (zh) 离子导引装置、方法及质谱仪
CN105470096B (zh) 一种离子漏斗和质谱检测系统
US20190006164A1 (en) Mass Spectrometer
US10332736B2 (en) Mass spectrometer with ion frequency selection
WO2018114442A1 (en) A transport device for transporting charged particles
Xu et al. Design and performance evaluation of a novel ion funnel driven by a phase‐modulated rectangular wave
Zhou Numerical simulation for mass spectrometry instrumentation
US20220328298A1 (en) Mass analysis apparatuses and methods
RU2293396C1 (ru) Способ разделения заряженных частиц по удельному заряду и устройство для его осуществления
RU2398308C1 (ru) Способ масс-разделения ионов по времени пролета и устройство для его осуществления
RU2444083C2 (ru) Способ времяпролетного разделения ионов по массам и устройство для его осуществления
Janulyte et al. Performance assessment of a portable mass spectrometer using a linear ion trap operated in non‐scanning mode
RU2618212C2 (ru) Способ времяпролетного масс-разделения ионов в радиочастотном линейном электрическом поле и устройство для его осуществления
Allers et al. A simple centripetal force model for explaining the focusing effect of ion funnels

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant