CN107004566B - Rf离子导向器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种质谱仪，其具有：离子源，其用于在高压区域中从样本产生离子；第一真空腔室，其具有进口孔及出口孔。至少一个离子导向器可位于所述进口孔与所述出口孔之间，且可包含入口端及出口端。所述至少一个离子导向器可具有围绕界定离子通道的中心轴布置的多个电极，所述多个电极中的每一者是锥形的，所述多个锥形电极中的每一者的平面表面面向所述至少一个离子导向器的内部，且所述表面逐渐变窄且向内倾斜以在所述出口处提供较小内切半径；及电力供应器，其用于将RF电压提供到所述至少一个离子导向器。

Description

RF离子导向器

技术领域

本申请人的教示涉及用于在质谱仪中输送离子的方法及设备，且更明确来说，涉及RF离子导向器。

背景技术

在质谱分析法中，在离子化步骤中使用离子源将样本分子转换成离子，且接着在质量分离及检测步骤中由质量分析器对其进行检测。对于多数大气压离子源，离子在进入第一真空腔室中的离子导向器之前穿过进口孔。离子导向器输送离子且将离子从离子源聚焦到后续真空腔室中，且可将射频信号施加于离子导向器以提供离子在离子导向器内的径向聚焦。然而，在通过离子导向器输送离子期间，可发生离子损失。因此，期望增加离子沿着离子导向器的输送效率，且防止离子在输送期间的损失以达到高灵敏度。

发明内容

鉴于前述内容，本申请人的教示提供一种质谱仪设备，其包括用于在高压区域中从样本产生离子的离子源。在各种方面中，第一真空腔室具有用于将所述离子从所述高压区域传递到所述第一真空腔室中的进口孔及用于从所述第一真空腔室传递离子的出口孔。在各种方面中，所述设备还包括至少一个离子导向器。所述至少一个离子导向器可定位于所述进口孔与出口孔之间的所述腔室中，使得当由RF电力供应器提供的RF电压施加于所述至少一个离子导向器时，所述离子可径向受限于所述至少一个离子导向器的内部容积内，且被聚焦并引导到所述出口孔。在各种实施例中，所述至少一个离子导向器具有入口端及出口端。在各种实施例中，所述至少一个离子导向器可包括界定内部容积的预先确定的横截面及长度。在各种方面中，所述至少一个离子导向器的所述预先确定的横截面可形成内切圆。在各种实施例中，所述入口端包括开口，其具有大于包括所述出口端的所述内切圆的内切圆。在各种方面中，所述入口端处的所述内切圆具有在约8mm与约20mm之间的直径。在各种方面中，所述入口孔及出口孔的大小可指示所述离子导向器的所述入口端及出口端的直径。在各种实施例中，所述离子导向器的所述入口端具有在约7mm与约12mm之间的直径。在各种方面中，所述出口端处的所述内切圆具有在约1.5mm与约10mm之间的直径。在各种实施例中，所述离子导向器的所述出口端具有在约1.5mm与约2.5mm之间的直径。在各种方面中，所述至少一个离子导向器包括围绕界定离子通道的中心轴布置的多个电极。在各种方面中，所述多个电极中的每一者可为锥形，且所述多个锥形电极中的每一者的平面表面可面向所述至少一个离子导向器的所述内部，所述表面逐渐变窄且向内倾斜以在所述出口处提供更小内切半径。在各种方面中，所述多个锥形电极中的每一者的表面可为任何合适的形状。在各种方面中，所述表面可为弯曲的。在各种方面中，所述表面可为凸面或凹面。在各种方面中，电力供应器可将RF电压提供到所述至少一个离子导向器。

在各种实施例中，对于从所述离子导向器的内部到外部的气体的径向流动，在所述出口端处存在比在所述入口端处更大的阻力。在各种方面中，邻近电极之间的间隔在所述离子导向器的整个长度上基本上恒定。在各种方面中，邻近电极之间的所述间隔在约0.4mm到约1.5mm之间。在各种实施例中，所述多个电极中的每一者朝向所述离子导向器的较窄出口端逐渐变厚，所述厚度在近似垂直于所述中心轴的方向上。在各种实施例中，所述多个电极中的每一者在所述出口端处比在所述入口端处厚大约4倍。在各种方面中，所述电极的所述长度包括在约5cm到约50cm之间。在各种方面中，所述进口孔的所述直径可在约0.15mm到约5mm之间。在各种方面中，所述出口孔的所述直径可为约0.5mm到约20mm。在各种方面中，所述至少一个离子导向器可附接到印刷电路板。在各种方面中，所述第一真空腔室可具有在约1托到约100托之间的压力。在各种实施例中，所述第一真空腔室可具有在约6托与约12托之间的压力。在各种方面中，所述至少一个离子导向器可包括多极。在各种实施例中，所述多极可包括任何合适数目个电极。在各种方面中，所述多极可包括任何偶数个电极。在各种实施例中，所述多极可从具有四个电极、六个电极、八个电极、十个电极、十二个电极、十四个电极及十六个电极的离子导向器中选出。在各种实施例中，提供分离达大约0.4mm的间隙的十二个电极，且所述电极在近似垂直于所述中心轴的方向上具有从入口端处的大约1.5mm增加到出口端处的大约6mm的厚度。

申请人的教示提供一种执行质量分析的方法。在各种方面中，所述方法包括用于在高压区域中从样本产生离子的离子源。在各种方面中，提供具有用于将所述离子从所述高压区域传递到所述第一真空腔室中的进口孔及用于从所述第一真空腔室传递离子的出口孔的第一真空腔室。在各种方面中，所述方法还包括至少一个离子导向器。所述至少一个离子导向器可定位于所述进口孔与出口孔之间的所述腔室中，使得当由RF电力供应器提供的RF电压施加于所述至少一个离子导向器时，所述离子可径向受限于所述至少一个离子导向器的内部容积内，且被聚焦并引导到所述出口孔。在各种实施例中，所述方法包括接在所述第一真空腔室之后的第二真空腔室，其中所述第二真空腔室中的压力低于所述第一真空腔室中的压力。可提供所述第二真空腔室中的第二离子导向器以通过所述第二真空腔室进一步聚焦所述离子。在各种实施例中，所述至少一个离子导向器具有入口端及出口端。在各种实施例中，所述入口端包括开口，其具有大于包括出口端的内切圆的内切圆。在各种方面中，所述入口端处的所述内切圆具有在约8mm与约20mm之间的直径。在各种方面中，所述出口端处的所述内切圆具有在约1.5mm与约10mm之间的直径。在各种方面中，所述入口孔及出口孔的大小可指示所述离子导向器的所述进口端及出口端的直径。在各种实施例中，所述离子导向器的所述入口端具有在约7mm与约12mm之间的直径。在各种实施例中，所述离子导向器的所述出口端具有在约1.5mm与约2.5mm之间的直径。在各种方面中，所述至少一个离子导向器包括围绕界定离子通道的中心轴布置的多个电极。在各种方面中，所述多个电极中的每一者是锥形，且所述多个锥形电极中的每一者的平面表面面向所述至少一个离子导向器的所述内部，所述表面逐渐变窄且向内倾斜以在所述出口处提供较小内切半径。在各种方面中，所述多个锥形电极中的每一者的表面可为任何合适的形状。在各种方面中，所述表面可为弯曲的。在各种方面中，所述表面可为凸面或凹面。在各种方面中，电力供应器可将RF电压提供到所述至少一个离子导向器。

在各种实施例中，对于从所述离子导向器的内部到外部的气体的径向流动，在所述出口端处存在比在所述入口端处更大的阻力。在各种方面中，邻近电极之间的间隔在所述离子导向器的整个长度上基本上恒定。在各种方面中，邻近电极之间的所述间隔在约0.4mm到约1.5mm之间。在各种实施例中，所述多个电极中的每一者朝向所述离子导向器的较窄出口端逐渐变厚，所述厚度在近似垂直于所述中心轴的方向上。在各种实施例中，所述多个电极中的每一者在所述出口端处比在所述入口端处厚大约4倍。在各种方面中，所述电极的所述长度包括在约5cm与约50cm之间。在各种方面中，所述进口孔的直径可在约0.15mm与约5mm之间。在各种方面中，所述出口孔的直径可为约0.5mm到约20mm。在各种方面中，所述至少一个离子导向器可附接到印刷电路板。在各种方面中，所述第一真空腔室可具有在约1托到约100托之间的压力。在各种实施例中，所述第一真空腔室可具有在约6托与约12托之间的压力。在各种方面中，所述至少一个离子导向器可包括多极。在各种方面中，所述多极可具有任何偶数个电极。在各种实施例中，所述多极可包括任何合适数目个电极。在各种实施例中，所述多极可从具有四个电极、六个电极、八个电极、十个电极、十二个电极、十四个电极及十六个电极的离子导向器中选出。在各种实施例中，提供分离达大约0.4mm的间隙的十二个电极，且所述电极在近似垂直于所述中心轴的方向上具有从入口端处的大约1.5mm增加到出口端处的大约6mm的厚度。

本申请人的教示提供一种质谱仪设备，其包括用于在高压区域中从样本产生离子的离子源。在各种方面中，第一真空腔室具有用于将所述离子从所述高压区域传递到所述第一真空腔室中的进口孔及用于从所述第一真空腔室传递离子的出口孔。在各种方面中，所述设备还包括所述进口孔与所述出口孔之间的至少一个离子导向器。在各种实施例中，所述至少一个离子导向器具有入口端及出口端。在各种方面中，所述至少一个离子导向器包括围绕界定离子通道的中心轴布置的多个平面电极。在各种方面中，所述多个电极中的每一者可沿着所述离子导向器的长度折叠或弯曲以形成面向所述至少一个离子导向器的内部逐渐变窄的平面表面。在各种方面中，所述平面表面可朝向所述电极中的每一者的端变得更窄。在各种方面中，第二平面表面近似正交于所述离子导向器的轴。在各种方面中，电力供应器可将RF电压提供到所述至少一个离子导向器。

在各种实施例中，所述多个电极可以约90度折叠。在各种方面中，所述多个电极中的每一者可为锥形。在各种实施例中，所述电极的所述长度可在约5cm与约50cm之间。在各种方面中，邻近电极之间的间隔可为恒定的且可在约0.1mm到约1.5mm之间。在各种方面中，所述进口孔的所述直径可在约0.15mm与约5mm之间。在各种方面中，所述出口孔的所述直径可在约0.5mm到约20mm之间。在各种方面中，所述进口孔及出口孔的大小可指示所述离子导向器的所述入口端及出口端的所述直径。在各种实施例中，所述离子导向器的所述入口端具有在约7mm与约12mm之间的直径。在各种实施例中，所述离子导向器的所述出口端具有在约1.5mm与约2.5mm之间的直径。在各种方面中，所述至少一个离子导向器可附接到印刷电路板。在各种方面中，所述第一真空腔室可具有在约1托到约100托之间的压力。在各种实施例中，所述第一真空腔室可具有在约6托与约12托之间的压力。在各种方面中，所述电极可由片状或垫片金属组成。在各种实施例中，所述电极可被机器加工。在各种方面中，所述至少一个离子导向器可包括多极。在各种实施例中，所述多极可包括任何合适数目个电极。在各种方面中，所述多极可具有任何偶数个电极。在各种实施例中，所述多极可从具有四个电极、六个电极、八个电极、十个电极、十二个电极、十四个电极及十六个电极的离子导向器中选出。

申请人的教示提供一种执行质量分析的方法，其包括在高压区域中从样本产生离子。在各种方面中，可提供第一真空腔室，其具有用于将所述离子从所述高压区域传递到所述第一真空腔室中的进口孔及用于从所述第一真空腔室传递离子的出口孔。在各种方面中，可在所述进口孔与所述出口孔之间提供至少一个离子导向器。在各种实施例中，所述至少一个离子导向器具有入口端及出口端。在各种方面中，所述至少一个离子导向器包括围绕界定离子通道的中心轴布置的多个平面电极。在各种方面中，所述多个电极中的每一者可沿着所述离子导向器的长度折叠或弯曲以形成面向所述至少一个离子导向器的内部的逐渐变窄的平面表面。在各种方面中，所述平面表面可朝向所述电极中的每一者的端变得更窄。在各种方面中，第二平面表面可近似正交于所述离子导向器的轴。在各种方面中，可提供用于将RF电压提供到所述至少一个离子导向器的电力供应器。

在各种实施例中，所述多个电极可以约90度折叠。在各种方面中，所述多个电极中的每一者可为锥形。在各种实施例中，所述电极的长度可在约5cm与约50cm之间。在各种方面中，邻近电极之间的所述间隔可为恒定且可在约0.1mm与约1.5mm之间。在各种方面中，所述进口孔的直径可在约0.15mm到约5mm之间。在各种方面中，所述出口孔的直径可为约0.5mm到约20mm。在各种方面中，所述进口孔及出口孔的大小可指示所述离子导向器的入口端及出口端的直径。在各种实施例中，所述离子导向器的入口端具有在约7mm与约12mm之间的直径。在各种实施例中，所述离子导向器的所述出口端具有在约1.5mm与约2.5mm之间的直径。在各种方面中，所述至少一个离子导向器可附接到印刷电路板。在各种方面中，所述第一真空腔室可具有在约1托到约100托之间的压力。在各种实施例中，所述第一真空腔室可具有在约6托与约12托之间的压力。在各种方面中，所述电极可由金属组成。在各种实施例中，所述电极可由片状或垫片金属形成。在各种方面中，所述至少一个离子导向器可包括多极。在各种实施例中，所述多极可包括任何合适数目个电极。在各种方面中，所述多极可具有任何偶数个电极。在各种实施例中，所述多极可从具有四个电极、六个电极、八个电极、十个电极、十二个电极、十四个电极及十六个电极的离子导向器中选出。

附图说明

所属领域的技术人员应理解，下文描述的图式仅是出于说明的目的。图式不希望以任何方式限制本申请人的教示的范围。

图1是根据本申请人的教示的各种实施例的质谱仪的示意图；

图2示意性地说明根据本申请人的教示的离子导向器，且展示根据本申请人的教示的各种实施例的离子导向器的横截面图。

图3示意性地说明根据本申请人的教示的各种实施例的邻近电极。

图4说明根据本申请人的教示的一系列离子导向器，且展示根据本申请人的教示的各种实施例的离子导向器的横截面图。

图5示意性地说明根据本申请人的教示的离子导向器，且展示根据本申请人的教示的各种实施例的离子导向器的横截面图。

图6示意性地说明根据本申请人的教示的各种实施例的电极。

图7说明根据本申请人的教示的一系列离子导向器，且展示根据本申请人的教示的各种实施例的离子导向器的横截面图。

在图式中，相似参考数字指示相似部件。

具体实施方式

应理解，参考各种元件，结合本申请人的教示使用的短语“一(a)”或“一(an)”涵盖“一或多者”或“至少一者”，除非上下文另外明确指示。提供用于执行质量分析的设备。首先参考图1，其示意性地展示根据本申请人的教示的各种实施例的质谱仪，大体上由参考数字20指示。在各种实施例中，质谱仪20包括用于从未展示的所关注样本产生离子24的离子源22。在各种实施例中，离子源22可定位于含有背景气体的高压区域中，而离子24在由箭头38指示的方向上朝向第一真空腔室26行进。离子通过进口孔28进入腔室26，其中所述离子由超声波气流(其通常被称为超声波自由喷射膨胀)携带，如例如在通过引用方式并入本文中的申请人的美国专利7,256,395及7,259,371中所描述。

在各种方面中，离子24可在由箭头38指示的方向上朝向第一真空腔室26行进。在各种方面中，真空泵42可将合适的真空提供到第一真空腔室26。在各种方面中，第一真空腔室可包括在约1托到约100托之间的压力。在各种实施例中，所述第一真空腔室可具有在约6托与约12托之间的压力。第一真空腔室26中的压力可由泵42维持，且电力供应器40可连接到至少一个离子导向器36以按已知方式提供RF电压以用于径向限制、聚焦及传递来自第一真空腔室26的离子24。在各种实施例中，第一真空腔室26可包括用于将离子传递到第一真空腔室26中的进口孔28及定位于进口孔28的下游的出口孔32。在各种方面中，出口孔32可将第一真空腔室26从可容纳另一离子导向器56的下一或第二真空腔室45分离，如图1、4或7中所示范。在各种方面中，第二真空腔室的压力可在约1托与约3托之间。在各种方面中，真空泵42b可将合适的真空提供到第二真空腔室45。在各种方面中，后续真空腔室46及47可具备相应真空泵42c及42d。真空腔室46及47可容纳离子导向器60或质量分析器64。真空腔室47可进一步包括短柄杆62。在各种方面中，一或多个电力供应器可将电压供应到离子导向器36及56。

在各种实施例中，可在孔与RF离子导向器之间提供去簇电压以将离子去簇。去簇电压可包括例如含有孔的金属板的离子光学元件与RF离子导向器之间、或两个RF离子导向器之间的DC电压差，所述DC电压差用于增加离子在背景气体中的速度，从而借助于碰撞激发离子以移除保留在离子上的任何残余中性团簇，或(如果需要的话)甚至是使离子碎片化。可由DC电力供应器(未展示)以已知方式将DC电压差提供到各种离子光学元件。可如所属领域中已知那样控制DC电压差(有时被称为去簇电压)以便控制去簇或碎片化的量。在各种实施例中，可例如在含有进口孔28的板与第一RF离子导向器36之间、离子导向器36与含有出口孔32的板之间、或在出口孔32与RF离子导向器56之间、或在真空腔室45与真空腔室46之间提供去簇或碎片电压。在各种实施例中，可将一个以上去簇电压施加于一个以上位置中。在各种实施例中，RF离子导向器36或56可包括两个或两个以上碎片。在各种实施例中，可在定位于所述真空腔室26、45、46或47中的任何者的RF离子导向器的两个或两个以上片段之间提供去簇电压。在各种实施例中，可在任何离子光学元件(例如，板孔或离子聚焦透镜或RF离子导向器)与通过其引导离子的任何邻近离子光学元件之间提供去簇电压。

如图2中所展示，在各种实施例中，处于真空腔室26的进口孔28与出口孔32之间且具有入口端34及出口端38的图1的至少一个离子导向器36可包括围绕界定离子通道的中心轴布置的多个电极。在各种方面中，多个电极可为锥形，所述多个锥形电极中的每一者的平面表面面向所述至少一个离子导向器的内部，且所述表面逐渐变窄且向内倾斜以在出口端处提供较小内切半径。在各种方面中，所述多个锥形电极中的每一者的表面可为任何合适的形状。在各种方面中，所述表面可为弯曲。在各种方面中，所述表面可为凸面或凹面。在各种方面中，电力供应器可将RF电压提供到所述至少一个离子导向器。图2展示多极的俯视图或从多极的入口观察的视图以及单个电极37。

在各种实施例中，多个电极中的每一者朝向离子导向器的更窄出口端逐渐变得更厚，所述厚度在近似垂直于所述离子导向器的中心轴的方向上。在各种方面中，多个电极中的每一者在出口端处比在所述入口端处厚大约4倍。

在各种实施例中，邻近电极之间的间隔在离子导向器的整个长度上基本上恒定。在各种方面中，邻近电极之间的间隔可在约0.4mm到约1.5mm之间。

在各种实施例中，通过进口孔28的气流包括自由喷射膨胀，其中气体及离子经高速引导通过桶形区域进入RF离子导向器的内部，如例如以引用方式并入本文中的申请人的美国专利7,256,395及7,259,371中所描述。在各种实施例中，可将RF离子导向器36的进口直径选择为自由喷射的桶形激波区的直径的至少80％。这保证自由喷射中携带的大部分离子由RF离子导向器捕获，且可由离子导向器中的RF场聚焦。也包含于自由喷射的边界内的大气流通过RF离子导向器的电极之间的间隙逸出，且由真空泵42抽走，以便维持腔室26中的真空压力。从离子导向器的内部到真空泵42的此气流包括径向气流。

在各种实施例中，对于从离子导向器的内部到外部的气体的径向流动，在出口端处存在比在入口端处更大的阻力。如图3中所展示，与垂直于离子导向器的轴的方向上的电极T的厚度(由双端实线箭头所指示的尺寸)组合，邻近电极之间的间隙G的宽度(由两个单端实线箭头之间的距离所指示的尺寸)包括通道，由虚线箭头所指示的气体37a必须流动通过所述通道以从离子导向器的内部逸出。在离子导向器的出口端处，对径向气流的阻力可能更大，这是因为电极37在出口端处比在入口端处更厚，借此减小气体传导或增加对径向气流的阻力。与较薄的通道相比，更厚的通道包括对气流更大的阻力，借此与入口端处相比，减小出口端处的向外径向气流。这减小气体通过离子导向器的间隙向外抽吸离子的趋势，借此改进RF离子导向器将离子包含在离子导向器内及通过出口孔32聚焦离子的能力。

在各种实施例中，离子导向器可包括十二个电极，每一电极与邻近电极分离达大约0.4mm的间隙。在各种实施例中，十二个电极在近似垂直于中心轴的方向上可具有从入口端处的大约1.5mm增加到出口端处的大约6mm的厚度T。在各种实施例中，厚度T在出口处比在入口处厚大约4倍。

在各种方面中，电极的长度在约5cm到约50cm之间。在各种方面中，进口孔28的直径是约0.15mm到约5mm。在各种方面中，出口孔32的直径是约0.5mm到约20mm。在各种方面中，进口孔及出口孔的大小可指示离子导向器的入口端及出口端的直径。在各种实施例中，可将离子导向器的入口端的直径选择为自由喷射的直径的至少80％。在各种实施例中，离子导向器的入口端可具有在约7mm与约12mm之间的直径。在各种实施例中，离子导向器的出口端具有在约1.5mm与约2.5mm之间的直径。

在各种方面中，第一真空腔室的压力可在约1托到约100托之间。在各种实施例中，第一真空腔室可具有在约6托与约12托之间的压力。

在各种实施例中，至少一个离子导向器可包括多极。在各种实施例中，所述多极可包括任何合适数目个电极。在各种方面中，所述多极可包括任何偶数个电极。在各种方面中，所述多极从四个电极、六个电极、八个电极、十个电极、十二个电极、十四个电极及十六个电极中选出。在各种实施例中，所述多极可通过如所属领域中已知那样适当地调整极之间的RF电压的相位而包括奇数个电极。

在各种实施例中，至少一个离子导向器可包括一系列多极离子导向器。在各种方面中，所述一系列多极离子导向器可包括任何合适的杆配置。在各种实施例中，如图4中所示范，至少一个导向器36可包括图2的多个电极，且至少第二离子导向器56可包括平坦T形杆58。在各种方面中，T形杆可具有可面向离子导向器的内部的平坦表面。在各种方面中，至少第二离子导向器可具有大于出口端直径的入口端直径。如图4中所展示，T形电极的杆可经倾斜使得出口端直径小于入口端直径。在各种方面中，至少第二离子导向器可具有可经选择以捕获从第一离子导向器发射的离子束的入口端直径。在各种方面中，第二离子导向器可包括电极，所述电极为圆形、平坦、矩形、椭圆、T形或任何其它合适的形状。在各种实施例中，第二离子导向器可包括如所属领域中已知的环导向器或离子漏斗。图4展示第一离子导向器36的多极的俯视图及第二离子导向器56的多极的俯视图。在各种实施例中，第二离子导向器可朝向出口渐缩，如图4中所展示，或可为直线，使得入口端及出口端具有相同直径。在各种方面中，第一离子导向器及第二离子导向器可具有在约1MHz与约10MHz之间的RF频率。在各种方面中，第一离子导向器可具有约3MHz的RF频率，且第二离子导向器可具有约1.5MHz的RF频率。在各种实施例中，离子导向器可具有在约20伏特与约300伏特之间的电压。如所属领域中已知，可调整离子导向器的RF电压以提供具有不同m/z值的离子的最佳传输。在各种实施例中，可依据第一质量过滤器的m/z值扫描离子导向器的RF电压，或扫描所述RF电压以便提供所期望或合适的传输效率。在各种实施例中，可选择离子导向器的RF电压以减小所选择的质量范围的离子的传输效率以便减小离子通量。举例来说，在一些情况中，期望减小离子电流以便减小更下游的质谱仪系统的部件中的空间电荷效应或减小对离子检测器的饱和效应，可使用质谱仪中的离子导向器中的任何者的RF电压以通过适当地从提供最大传输的值增加或降低RF电压或RF频率压制离子束的强度。

在各种实施例中，可将第二离子导向器的RF电压选择为第一离子导向器的RF电压的固定百分比或比率。在各种实施例中，可如所属领域中已知那样通过凭借电容分压器将来自从第一离子导向器的RF电压分压而提供第二离子导向器的RF电压。

在各种方面中，至少一个离子导向器可包括第一离子导向器36，接着是至少一第二离子导向器56，其中至少第二离子导向器56包括比第一离子导向器36小的直径。在各种方面中，一系列多极离子导向器可包含任何数目个电极，其包含四极、六极、八极、更多数目个极或其任何组合。在各种方面中，第二离子导向器56可定位于单独真空腔室中，通过孔板33与第一真空腔室分离，如图4中所展示。第二腔室中的压力可处于小于第一真空腔室中的压力的压力下。在各种实施例中，第一真空腔室中的压力可在约6托到约12托的范围内。在各种实施例中，第二真空腔室中的压力可在约1托到约3托之间的范围内。

在各种方面中，第二离子导向器可定位于与第一离子导向器相同的真空腔室中，处于与第一离子导向器相同的压力下。在各种实施例中，至少第一及第二离子导向器可安装于单个凸缘上作为可出于维修或更换目的而移除的单元。每一离子导向器可单独从凸缘移除。凸缘可适应RF连接及电容分压器，使得可通过将凸缘插入到适当位置中来提供到RF电力供应器的连接，通过安装腔室上的一系列合适的电插头及插座进行所述RF连接。

如图5中所展示，在各种实施例中，处于真空腔室26的进口孔28与出口孔32之间且具有入口端34及出口端38的图1的至少一个离子导向器36可包括界定离子通道的多个平面电极52，所述多个平面电极中的每一者沿着离子导向器的长度折叠或弯曲以形成面向至少一个离子导向器的内部的逐渐变窄的平面表面。在各种方面中，平面表面可朝向电极中的每一者的端变得更窄。在各种方面中，多个电极中的每一者可为锥形。在各种方面中，第二平面表面41近似正交于离子导向器的轴。在各种方面中，电力供应器可将RF电压提供到所述至少一个离子导向器。

在各种方面中，所述多个电极可以约90度折叠。在各种方面中，电极的长度可在约5cm到约50cm之间。在各种方面中，邻近电极之间的间隔可为恒定的且可在约0.1mm到约1.5mm之间。在各种实施例中，进口孔的直径可在约0.15mm到约5mm之间。在各种方面中，出口孔的直径可在约0.5mm到约20mm之间。在各种方面中，进口孔及出口孔的大小可指示离子导向器的入口端及出口端的直径。在各种实施例中，离子导向器的入口端具有在约7mm与约12mm之间的直径。在各种实施例中，离子导向器的出口端具有在约1.5mm与约2.5mm之间的直径。在各种实施例中，至少一个离子导向器的电极可个别地附接或焊接到入口端处的印刷电路板及出口端处的印刷电路板。印刷电路板可为电极提供机械安装，且可提供到所述电极的电气连接。将RF及DC电压供应到离子导向器的电极的电气组件(例如电容器或电阻器)可安装或焊接到印刷电路板上。印刷电路板可含有如常规印刷电路板中已知的所有电路连接及迹线，以便减小对使用导线连接个别组件的需要。在各种方面中，含有孔(例如图1中的孔32)的孔板可安装于印刷电路板上。在各种方面中，印刷电路板可形成邻近腔室之间的真空屏障的部件。在各种方面中，第一真空腔室的压力可在约1托到约100托之间。在各种实施例中，第一真空腔室可具有在约6托与约12托之间的压力。在各种实施例中，电极可由金属组成。在各种实施例中，电极可由片状或垫片金属形成。在各种方面中，所述至少一个离子导向器可包括多极。在各种实施例中，所述多极可包括任何合适数目个电极。在各种方面中，所述多极可包括任何偶数个电极。在各种实施例中，所述多极可从四个电极、六个电极、八个电极、十个电极、十二个电极、十四个电极及十六个电极中选出。在各种方面中，电力供应器可将RF电压提供到所述至少一个离子导向器。

图6展示平坦刀片，其可包括薄的平坦金属零件，且可如图5中所展示那样沿着线折叠或弯曲以形成平面表面。

在各种实施例中，至少一个离子导向器可包括如图7中所展示的一系列多极离子导向器。在图7中所展示的实例中，至少一个导向器36可包括图5的多个电极，且至少第二离子导向器56可包括四极杆58或任何其它类型的杆。在各种方面中，至少一个离子导向器可包括第一离子导向器36，接着是至少一第二离子导向器56，其中至少第二离子导向器56包括比第一离子导向器36小的直径。在各种方面中，至少一个离子导向器及后续的一系列离子导向器可包括平面电极或杆或其组合。在各种方面中，所述一系列多极离子导向器可包含任何数目个电极，其包含四极、六极、八极、更高数目个极或其任何组合。

在各种实施例中，提供用于执行质量分析的方法，其包括提供用于在高压区域中从样本产生离子的离子源。在各种方面中，可提供真空腔室，其包括用于将离子从高压区域传递到真空腔室中的进口孔及用于从真空腔室传递离子的出口孔。在各种实施例中，可在进口孔与出口孔之间提供至少一个离子导向器，且至少一个离子导向器可包括入口端及出口端。在各种方面中，至少一个离子导向器可具有围绕界定离子通道的中心轴布置的多个电极，所述多个电极中的每一者是锥形，所述多个锥形电极中的每一者的平面表面可面向至少一个离子导向器的内部，且所述表面逐渐变窄且向内倾斜以在出口端处提供更小内切半径。在各种方面中，所述多个锥形电极中的每一者的表面可为任何合适的形状。在各种方面中，所述表面可为弯曲的。在各种方面中，所述表面可为凸面或凹面。在各种方面中，可提供用于将RF电压提供到至少一个离子导向器的电力供应器。

在各种实施例中，对于从离子导向器的内部到外部的径向气体的流动，在出口端处存在比在入口端处更大的阻力。在离子导向器的出口端处，对气流的阻力可更大，这是因为电极在出口端处比在入口端处更厚，借此减小气体传导或增加对径向气流的阻力。

在各种实施例中，邻近电极之间的间隔可在离子导向器的整个长度上基本上恒定。在各种方面中，邻近电极之间的间隔可在约0.4mm到约1.5mm之间。

在各种实施例中，多个电极中的每一者朝向离子导向器的更窄出口端变得更厚，所述厚度在近似垂直于中心轴的方向上。在各种实施例中，所述多个电极中的每一者在所述出口端处可比在入口端处厚大约4倍。

在各种方面中，电极的长度可在约5cm到约50cm之间。在各种方面中，进口孔的直径是约0.15mm到约5mm。在各种方面中，出口孔的直径是约0.5mm到约20mm。在各种方面中，进口孔及出口孔的大小可指示离子导向器的入口端及出口端的直径。在各种实施例中，离子导向器的入口端具有在约7mm与约12mm之间的直径。在各种实施例中，离子导向器的出口端具有在约1.5mm与约2.5mm之间的直径。

在各种实施例中，所述至少一个离子导向器可附接到印刷电路板。

在各种方面中，第一真空腔室的压力可在约1托到约100托之间。在各种实施例中，第一真空腔室可具有在约6托与约12托之间的压力。

在各种实施例中，所述至少一个离子导向器可包括多极。在各种实施例中，所述多极可包括任何合适数目个电极。在各种方面中，所述多极可包括任何偶数个电极。在各种方面中，所述多极从四个电极、六个电极、八个电极、十个电极、十二个电极、十四个电极及十六个电极中选出。在各种实施例中，提供分离达大约0.4mm的间隙的十二个电极，且所述电极在近似垂直于中心轴的方向上具有从入口端处的大约1.5mm增加到出口端处的大约6mm的厚度。

在各种实施例中，所述至少一个离子导向器可包括一系列多极离子导向器。在各种方面中，至少一个导向器36可包括图2的多个电极，且至少第二离子导向器56可包括四极杆。在各种方面中，所述至少一个离子导向器可包括第一离子导向器，接着是至少一第二离子导向器，其中所述至少第二离子导向器包括比第一离子导向器更小的直径。在各种方面中，所述至少一个离子导向器及后续的一系列离子导向器可包括平面电极或杆或其组合。在各种方面中，一系列多极离子导向器可包含任何数目个电极，其包含四极、六极、八极、更高数目个极或其任何组合。

在各种实施例中，提供用于执行质量分析的方法，其包括在高压区域中从样本产生离子。在各种方面中，可将离子传递到真空腔室中，所述真空腔室包括用于将离子从高压区域传递到真空腔室中的进口孔。在各种方面中，可提供用于从真空腔室传递离子的出口孔。在各种实施例中，在进口孔与出口孔之间提供至少一个离子导向器，所述至少一个离子导向器可具有入口端及出口端，所述至少一个离子导向器可具有界定离子通道的多个平面电极，所述多个平面电极中的每一者沿着离子导向器的长度折叠或弯曲以形成面向至少一个离子导向器的内部的逐渐变窄的平面表面。在各种方面中，平面表面可朝向电极中的每一者的端变得更窄。在各种方面中，所述多个电极中的每一者可为锥形。在各种方面中，第二平面表面近似正交于离子导向器的轴。在各种方面中，可将RF电压施加于至少一个离子导向器。

在各种实施例中，多个平面电极可以约90度折叠。在各种方面中，电极的长度包括在约5cm到约50cm之间。在各种方面中，多个电极之间的间隔可为恒定的且可在约0.1mm到约1.5mm之间。在各种实施例中，进口孔的直径可在约1.5mm到约5mm之间。在各种方面中，出口孔的直径可在约0.5mm到约20mm之间。在各种方面中，进口孔及出口孔的大小可指示离子导向器的入口端及出口端的直径。在各种实施例中，离子导向器的入口端具有在约7mm与约12mm之间的直径。在各种实施例中，离子导向器的出口端具有在约1.5mm与约2.5mm之间的直径。在各种方面中，至少一个离子导向器可附接到印刷电路板。在各种实施例中，第一真空腔室可具有在约1托到约100托之间的压力。在各种实施例中，第一真空腔室可具有在约6托与约12托之间的压力。在各种方面中，电极可由金属组成。

在各种实施例中，所述至少一个离子导向器包括多极。在各种方面中，所述多极可包括任何偶数个电极。在各种方面中，所述多极从四个电极、六个电极、八个电极、十个电极、十二个电极、十四个电极及十六个电极中选出。

在各种实施例中，所述至少一个离子导向器可包括一系列多极离子导向器。在各种方面中，至少一个离子导向器36可包括图5的多个电极，且至少第二离子导向器56可包括四极杆。在各种实施例中，所述至少第二离子导向器可由T形电极组成。在各种方面中，所述至少一个离子导向器可包括第一离子导向器，接着是至少一第二离子导向器，其中所述至少第二离子导向器包括比第一离子导向器更小的直径。在各种实施例中，所述至少第二离子导向器可包括大于出口端直径的入口端直径。在各种方面中，所述至少一个离子导向器及后续的一系列离子导向器可包括平面电极或杆或其组合。在各种方面中，一系列多极离子导向器可包括任何数目个电极，其包含四极、六极、八极、更高数目个极或其任何组合。

在本申请案中引述的所有文献及类似材料(其包含(但不限于)专利、专利申请案、文章、书籍、论文及网页)，无论此类文献及类似材料的格式为何均以全文引用方式明确并入。在所并入的文献及类似材料中的一或多者与本申请案不同或矛盾的情况中(包含(但不限于)定义的术语、术语的使用、所描述的技术或类似物)，以本申请案为准。

虽然已参考特定说明性实施例明确展示并描述本申请人的教示，但应理解，可在形式及细节方面做出各种改变而不背离本教示的精神及范围。因此，主张在本教示的范围及精神内的所有实施例及其等效物。不应将本申请人的教示的方法的描述及图式理解为限于所描述的元件顺序，除非另有说明。

虽然已结合各种实施例及实例描述本申请人的教示，但不希望本申请人的教示限于此类实施例或实例。正相反，如所属领域中的技术人员应了解，本申请人的教示涵盖各种替代、修改及等效物，且据信，所有此类修改或变化在本发明的领域及范围内。

Claims (14)

1.一种质谱仪，其包括：

a.离子源，其用于在高压区域中从样本产生离子；

b.第一真空腔室，其包括：进口孔，其用于将所述离子从所述高压区域传递到所述第一真空腔室中；及出口孔，其用于从所述第一真空腔室传递离子；

c.至少一个离子导向器，其位于所述进口孔与所述出口孔之间，所述至少一个离子导向器具有入口端及出口端，所述至少一个离子导向器具有围绕界定离子通道的中心轴布置的多个电极，所述多个电极中的每一者是锥形的，其中所述多个电极中的每一者朝向所述离子导向器的所述出口端逐渐变厚，所述多个电极中的每一者的厚度在大约垂直于所述中心轴的方向上，其中邻近电极之间由间隙分离，所述间隙具有宽度G和间隙厚度T，其中所述间隙厚度T由所述邻近电极的厚度界定且所述宽度G沿着所述离子导向器的长度恒定，所述多个电极中的每一者的平面表面面向所述至少一个离子导向器的内部，且所述表面逐渐变窄且向内倾斜以在所述出口端处提供更小内切半径；及

d.电力供应器，其用于将RF电压提供到所述至少一个离子导向器；

其中对于从所述离子导向器的所述内部到外部的气体的径向流动，在所述出口端处存在比在所述入口端处更大的阻力。

2.根据权利要求1所述的质谱仪，其中邻近电极之间的间隔在约0.4mm到约1.5mm之间。

3.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述多个电极中的每一者在所述出口端处比在所述入口端处厚大约4倍。

4.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述至少一个离子导向器包括多极。

5.一种执行质量分析的方法，其包括：

a.提供用于在高压区域中从样本产生离子的离子源；

b.提供第一真空腔室，所述第一真空腔室包括用于将所述离子从所述高压区域传递到所述第一真空腔室中的进口孔及用于从所述第一真空腔室传递离子的出口孔；

c.在所述进口孔与所述出口孔之间提供至少一个离子导向器，所述至少一个离子导向器具有入口端及出口端，所述至少一个离子导向器具有围绕界定离子通道的中心轴布置的多个电极，所述多个电极中的每一者是锥形的，其中所述多个电极中的每一者朝向所述离子导向器的所述出口端逐渐变厚，所述多个电极中的每一者的厚度在大约垂直于所述中心轴的方向上，邻近电极之间由间隙分离，所述间隙具有宽度G和间隙厚度T，其中所述间隙厚度T由所述邻近电极的厚度界定且所述宽度G沿着所述离子导向器的长度恒定，所述多个电极中的每一者的平面表面面向所述至少一个离子导向器的内部，且所述表面逐渐变窄且向内倾斜以在所述出口端处提供更小内切半径；及提供用于将RF电压提供到所述至少一个离子导向器的电力供应器；

其中对于从所述离子导向器的所述内部到外部的气体的径向流动，在所述出口端处存在比在所述入口端处更大的阻力。

6.根据权利要求5所述的方法，其中邻近电极之间的间隔在约0.4mm到约1.5mm之间。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述电极在所述出口端处比在所述入口端处厚大约4倍。

8.一种质谱仪，其包括：

a.离子源，其用于在高压区域中从样本产生离子；

b.第一真空腔室，其包括：进口孔，其用于将所述离子从所述高压区域传递到所述第一真空腔室中；及出口孔，其用于从所述第一真空腔室传递离子；

c.至少一个离子导向器，其位于所述进口孔与所述出口孔之间，所述至少一个离子导向器具有入口端及出口端，所述至少一个离子导向器具有围绕界定离子通道的中心轴布置的多个电极，所述多个电极中的每一者沿着所述离子导向器的长度折叠，以形成面向所述至少一个离子导向器的内部的逐渐变窄的平面表面，且第二平面表面大约正交于所述离子导向器的所述轴，其中所述多个电极中的每一者朝向所述离子导向器的所述出口端逐渐变厚，所述多个电极中的每一者的厚度在大约垂直于所述中心轴的方向上，邻近电极之间由间隙分离，所述间隙具有宽度G和间隙厚度T，其中所述间隙厚度T由所述邻近电极的厚度界定且所述宽度G沿着所述离子导向器的所述长度恒定；及

d.电力供应器，其用于将RF电压提供到所述至少一个离子导向器；

其中对于从所述离子导向器的所述内部到外部的气体的径向流动，在所述出口端处存在比在所述入口端处更大的阻力。

9.根据权利要求8所述的质谱仪，其中所述多个电极以约90度折叠。

10.根据权利要求8所述的质谱仪，其中所述至少一个离子导向器包括锥形电极。

11.根据权利要求8所述的质谱仪，其中邻近电极之间的间隔在约0.1mm与约1.5mm之间。

12.根据权利要求8所述的质谱仪，其中所述离子导向器的所述入口端的直径在约7mm与约12mm之间。

13.根据权利要求8所述的质谱仪，其中所述离子导向器的所述出口端的直径在约1.5mm与约2.5mm之间。

14.根据权利要求8所述的质谱仪，其中所述至少一个离子导向器包括多极。

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