CN107633995B - 操纵带电粒子的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种用于带电粒子传送和操纵的装置。实施例能够将带正电粒子和带负电粒子结合为单个传送的包。实施例包含：电极的聚集物，该电极的聚集物被布置成形成用于传送带电粒子的通道；以及电源，该电源提供施加于电极的供电电压，该电压确保在所述通道内创建非均匀的高频电场，所述场的伪势至少在某个时间间隔内，沿着用于带电粒子传送的通道的长度具有一个以上的局部极值；然而，至少在用于带电粒子传送的通道的长度的部分内，至少在某个时间间隔内，伪势的至少一个所述极值随着时间被转置。

Description

操纵带电粒子的装置

本申请为下述申请的分案申请，

原申请的申请日(国际申请日)：2012年5月4日，

原申请的国家申请号：2012800333460(国际申请号：PCT/EP2012/058310)，

原申请的发明名称：操纵带电粒子的装置。

技术领域

本发明涉及一种带电粒子光学和质谱分析法，特别涉及用于带电粒子传送和操纵的系统。

背景技术

用于质谱分析法的离子源产生带电粒子的连续束或者准连续的束。即使在离子源的脉冲操作的情况下，在特殊存储装置中的操作的个别周期期间的带电粒子的累积也是必要的。因此，在质量分析器的脉冲操作的情况下，特殊的装置被用于确保存储装置的带电粒子的连续束或者内容物分解或分裂成分离的部分并且将其传送输入到质量分析器。在最近用于传送带电粒子的装置中，还可以有效地解决为了减小它们的发射率(emittance)(相位-空间坐标系中的粒子的包的大小)而使带电粒子包冷却和空间压缩的任务，并且在传送带电粒子期间利用带电粒子可以执行附加的操作(例如，分裂带电粒子、产生次级带电粒子、选择性提取要经过详细分析的带电粒子等等)。

几种类型的射频(RF)装置被用在用于带电粒子操纵的质谱分析法。这种装置的第一组包括质量分析器(以及质量分离器和滤质器)。这种装置的用途是从全部带电粒子中选择那些尤其按照质量对电荷的比来挑选出来的粒子。RF质量分析器的主要类型包括四极滤质器和离子阱。

由Paul提出的无线电频率四极滤质器和离子阱从大约20世纪60年代就为人们所知。在专利No.US2939952中已经提出了两种类型的质量分析器。近年来，提出了直线形离子阱，可以从阱径向喷出带电粒子(专利No.US 5420425)以及从阱沿着轴线喷出离子(专利No.US 617768)。例如，在以下文献中可以找到上述装置的操作原理的详细说明：R.E.March，J.F.J.Todd，四极离子阱质量分析法，第二版，Wiley-Interscience，2005年；F.J.Major，V.N.Gheorghe，G.Werth，带电粒子阱，Springer，2005年；G.Werth，V.N.Gheorghe，F.J.Major，带电粒子阱II，Springer，2009年。

四极滤质器的功能是基于马修方程(mathieu equation)的解的稳定性的理论的(例如，参见N.W.McLachlan，马修方程的理论和应用，Claredon Press，Oxford，1947年(第4章)，或者M.Abramovitz和I.Stegun，利用公式、图表和数学用表的数学函数的手册，第10版，NBS，1972年(第20章)。)。在已经选好四极直流电场的强度、四极RF场的强度和四极RF场的频率的参数的情况下，具有特定质量对电荷比的带电粒子将通过RF四极滤质器。其它带电粒子将失去它们的轨道的稳定性，并且将在滤质器的通道的边界的外部丢失。

离子阱类型的质量分析器的操作一般基于马修方程的理论。在这些质量分析器中，使用通过理想的双曲线电极的应用而获得的二次或者接近二次的电场，并且在足够低的压力条件下，分析器被充满轻的气体。在这种装置中，在带电粒子由于与惰性气体的分子多次碰撞而使得其运动的速度减慢之后，利用具有所需要的频率的RF电场的帮助，借助于具有需要的质量对电荷比的带电粒子组的摆动/振动，从装置连续抽出粒子。如上所述的情景是有些近似的，这是由于实际的离子阱质谱分析法已经开发并采用稍微复杂的方法用于通过借助于粒子上的特别配置的RF场的作用而使来自离子阱的带电粒子分离、分裂并且选择性地喷出。

RF装置的另一个重要的组包括用于离子束的RF传送装置。这种装置的目的在于将具有不同质量的带电粒子的束限制在装置内部的有界区域(bounded region)内(例如，接近装置的轴线)，并且将带电粒子从空间内的一个点(入口的点)传送到空间内的另一个点(出口的点)。

这种装置的一大类是基于沿着第三坐标系延伸的二维多极场或者近似多极场的应用。例如，使用这种装置用于将离子从在相当高的气体压力下操作的充满气体的离子源传送到用于在相当较低的气体的压力下操作的或者处于真空的离子的质量分析的装置中。因为上述直线形的多极离子阱不是直接用于质量分析的的事实，所以对于二次场或者多极场的严格要求将不会是紧要的，并且为了制造出这种装置时简化生产技术，通常将用圆柱形的杆乃至更粗形状的电极来替换双曲线和多极电极。

当带电粒子被传送到直线形的多极阱中时，带电粒子与气体分子的碰撞使得它们的动能减少并且使得粒子在接近装置的轴线被探索到(专利No.US4963736)。这样就能确保像带电粒子束的束冷却和空间压缩这种重要的功能，以便减小束的发射率(即，在相位空间中，对应于束的带电粒子的总体的体积)。在带电粒子的动能还没有减少的阶段，甚至在相对较高的动能的情况下，RF电场能够在径向方向上限定带电粒子，并且在损失它们的动能的过程中朝着轴线“压缩”粒子。

同时频繁使用如上所述的充满气体的直线型多极离子束传送装置，作为用于分裂串联质谱仪中的带电粒子的碰撞室(例如，参见专利No.US6093929)。沿着装置的轴线指向的直流电场、由附加的电极产生的电场，能够被用于沿着传送的通道强制传送带电粒子(专利No.US5847386中公开的离子传送装置，专利No.US6111250中公开的用于分裂离子的碰撞室)。

如果直线型多极离子传送装置的末端使用通过电场形成的势垒被关闭，则用于质谱分析法的另一种类型的RF装置形成直线型多极离子阱，或者用于带电粒子的存储装置。这种阱被广泛地用于将带电粒子和带电粒子的脉冲传输累积到分析装置中(专利No.US5179278、No.WO02078046、No.US5763878、No.US6020586、No.US6507019和No.GB2388248)。多极离子阱也被频繁地用于启动带电粒子与中性粒子(专利No.US6140638和No.US6011259)、或者电子(专利No.GB2372877、No.GB2403845和No.GB2403590)、或者带有相反电荷的带电粒子(专利No.US6627875)之间的校正(orient)离子与分子的反应的任务，以提供由于带电粒子暴露给例如光电子或者其它外部物理因素的冲击而产生的对带电粒子的附加分裂。

由Paul提出的RF离子阱，或者直线型阱，也能被用于与多极直线型阱相同的目的，当由于电压的脉冲而使得全部离子从阱被立刻喷射到分析装置中时，代替期望的离子组的连续不断的共振喷出(专利No.WO2006/129068和US2008/0035841)。以类似的方式，多极直线型阱能够被大致用作滤质器，其中在该多极直线型阱中，到分析装置中的喷射根据质量选择进行的，该滤质器选择所需要的带电粒子组用于进一步地详细分析(专利No.US2007/0158545)。

存在已知具有类似于上述传送装置的的功能的装置，所述装置包括传送装置和/或存储装置，在所述存储装置中，使用以具有孔的极板的阵列的形式的电极，向所述装置施加电极RF电压，相邻极板之间(专利No.US6812453，No.US6894286和No.US5818055)，或者形成一个极板的部分之间(专利No.PCT/GB2010/001076)有相移。在那种情况下，因为电极的对称，所以接近装置的轴线的生成的RF场几乎为零，然而它将突然增大接近传送通道的边界。因此，像在直线型多极离子传送装置的情况下，带电粒子将从电极被排除出去并且通过RF场被限制在围绕装置的轴线的有限空间内，并且在由于与气体分子的碰撞而使得它们的动能减少的过程中，带电粒子将被聚集成接近装置的轴线。

可以看出，在装置的轴线的附近缺少附加的电场的情况下，由于电极的对称和电场的高频从而使得带电粒子沿着传送装置的轴线移动的力实际上将是不存在的(专利No.US5818055和No.US6894286)，并且沿着用于传送的通道的长度的带电粒子的传送将不会很有效。实际上在专利No.US5818055和No.US6894286中没有提到捕获沿着装置的轴线移动的带电粒子；此外，具有不同的质量和不同的初始条件(坐标和速度)的粒子以不同的有效速度沿着传送的通道移动，因此，不会出现带电粒子束分成个别空间上分开且同步传送的带电粒子包。

径向非均匀的RF电场的叠加在上述方案之中是最成功的方案，其中径向非均匀RF电场能够沿着径向方向定位在装置的轴线的附近的带电粒子，并且能够沿着装置的轴线定位电场的准静态前进波，该装置能够使得具有不同质量的带电粒子的束分裂成空间分开的包并且沿着装置的轴线同步传送所述包(专利No.US6812453和PCT/GB2010/001076)。

但是，由于带正电的粒子聚集在准静态电场的电势的前进波的极小值的附近，并且带负电的粒子聚集在准静态电场的电势的前进波的极大值的附近，因此不能确保使用该方法可以在带电粒子的集成包中传送带正电和带负电的粒子。

大多数RF质谱分析装置的功能是基于从电场的高幅值的区域向具有较低幅值的电场的区域“喷出”带电粒子的RF电场的性质，而不管它们的电荷的极性。这种性质是在快速振荡电场的影响下，作为具有非零质量的带电粒子的运动的惯性的结果。

这种现象借助于P.L.Kapitza首先提出的有效电势或者伪势的理论而被定量描述(参见：L.D.Landau，E.М.Lifshitz，Mechanics，Ser.Theoretical Physics，Fizmatlit，2004年，第124–127页；G.М.Zaslavsky和R.Z.Sagdeev，非线性物理学的介绍：从摆动到湍流和混沌，M.，Nauka，1988年，第49–51页和第52–54页；M.I.Yavor，带电粒子分析器的光学，Ser.Advances of Imaging，第157卷，Elsevier，2009年，第142–144页)。即，假定遵循定律的电场的振荡的频率ω足够高(其中为空间(x,y,z)内的一点的电场的振荡振幅，ω——振荡频率，——振荡的初始相位，t——时间)，并且在电场的振荡的一个周期的期间，具有质量m和电荷q的带电粒子的位移很小，于是带电粒子的运动能够表示为“平均”或“缓慢”运动，该运动具有附加的快速振荡运动，但是振幅较小。在那种情况下，用于平均运动的方程式看起来好像平均运动发生在具有电势的电场内，其中值q、m和ω如上所述被定义，并且表示振荡电场和带电粒子。参考上述可以找到理论的细节和证明。

由于用于电势的表达式包括电荷q和质量m，因此电势等同地影响带正电和带负电的粒子，并且效果也依赖于带电粒子的质量。在实际电势为U(x,y,z)的情况下，带正电的粒子将受到与电势的梯度相反的力，并且带负电的粒子将受到沿着电势的梯度指向的力，然而这种力不会依赖于粒子的质量。根据用于电势的表达式，它遵循，带电粒子将从RF场的振荡幅度为高的区域被《推出(push out)》到RF场的上述振荡幅度较低的区域中(即，粒子将从电势具有较高值的区域移动到电势具有较低值的区域中)。RF电场的提取作用不是依赖于带电粒子的极性，并且使得正负带电粒子在相同的方向上移动。RF电场的提取作用相对于那些具有较重质量的带电粒子比相对于较轻的带电粒子更弱。通过改变电场的振荡频率能够控制RF电场的提取作用。

电势被称作有效电势，或者伪势，并且表示用于描述和分析带电粒子的平均运动的有用的数学工具(可是事实上，它实际上不对应于任何的物理场)。我们将认识是理当如此，一些它的特性。对于电场它根据谐波振荡的定律随着时间t而改变，其中点(x,y,z)处的恒定振幅为ω为恒定频率和为恒定相移，利用上述公式计算影响具有电荷q和质量m的带电粒子的伪势如果RF场的相位在整个空间不是恒定的，而是以预定方式从一点到另一点改变，则RF电场随着时间t的变化的定律具有更复杂的形式：其中为空间中的一点(x,y,z)的谐波分量cosωt的振幅，为空间中的一点(x,y,z)的谐波分量sinωt的振幅，并且值ω和被更早得定义，然后将利用公式计算与给定RF电场相对应的伪势其中q为粒子的电荷，m为粒子的质量。如果考虑到RF场为依赖于时间的周期函数，因此空间的点(x,y,z)在时间t处的电场强度能够用的形式被表示为傅里叶级数，其中为空间的点(x,y,z)的电场的谐波分量coskωt的振幅，为空间的点(x,y,z)的电场的谐波分量sinkωt的振幅，k为谐波分量的数目，ω为RF电场的基频，于是利用公式计算这种RF电场的伪势作为影响个别谐波分量的总和，其中q为粒子的电荷，m为粒子的质量。如果除了RF电场以外，还有具有U(x,y,z)的电势的静电场，则将总计静电势U(x,y,z)和伪势如果存在基本上具有不同频率的几个不同的RF电场，则将对于这些电场的计算个别伪势的总和，但是如果这些RF场的频率之间的差值极小，则该规则不再有效。如果为了模拟由于与气体分子的碰撞而使得带电粒子动能的减少，则引入有效的粘滞摩擦力，从而对带电粒子施加力其中为时间t时的粒子的速度，为在点(x,y,z)的气体分子的速度，γ为粘滞摩擦系数但不依赖于时间、坐标和电场，于是带电粒子的“缓慢”运动的结果好像所有三个因素(静电势、伪势和粘滞摩擦)同时并独立地影响带电粒子。

应该强调的是，利用伪势对带电粒子的运动的描述仅代表在某些对带电粒子的运动假设的情况下获得的数学近似法数学近似法，并且可能不对应于它的真实运动。在这方面，为了分析在上述射频四极滤质器和射频离子阱中的带电粒子的运动，需要在实际电场中对带电粒子的运动进行精密分析(即，马修方程理论)，以便获得运动的稳定性的区域的正确结构。基于伪势的使用的方法不会给出正确的方案，这是因为在带电粒子移动到接近稳定性的区域的边界，并且共振发生在在带电粒子和RF电场的“缓慢”振荡之间的状态下，在RF电场的一个周期期间在没有状态的情况下的带电粒子的位移可以被认为是很小的。

本发明人已经更详细地考虑到了专利No.US6812453的装置的操作。

考虑到装置包含表示一系列同轴定位的极板的电极的系统，该板极具有布置成在电极之间产生内部空间的孔，沿着装置的纵向轴线指向该空间，并且用于在空间中传输离子。该装置还包括电源，该电源提供要被应用于电极的供电电压，该供电电压包括交变高频电压成分和准静态电压成分，其中交变高频电压成分的正负相位被交替地应用于电极，并且为了产生准静态电压成分，静态或者准静态电压被连续且交替地应用于电极，特别地，以直流电压的单级或者双极脉冲的形式。

该装置产生电场，该电场的强度用表达式来描述，其中为沿着用于带电粒子传送的通道的长度而变化的准静态电场并且依赖于空间坐标(x,y,z)和时间t，为时间无关的且非均匀的，至少是在径向方向上的RF电场的振幅，依赖于空间坐标(x,y,z)且与时间t无关，为时间t的快速振荡函数，尤其在这种情况下，严格描述具有频率ω和初始相的谐波振荡。函数的准静态性能和函数f(t)的振荡的快速在函数f(t)具有执行几个振荡的时间的周期期间，函数实际上保持不变的意义上进行了解。用应该满足的不等式的形式书写这样状态的数学符号，以便装置将正常地起作用。从而，电场随着时间的变化将具有两种时间尺度：“快速时间”和“缓慢时间”，其中在“快速时间”期间，函数的值将显著地改变，在“缓慢时间”期间，函数的值将显著地改变。

图1至图9帮助了解专利No.US6812453的装置的操作。图1表示用作用于根据专利No.US6812453的装置的单个电极的圆形隔膜。图2显示根据专利No.US6812453的，相对于用于带电粒子传送的通道的圆形隔膜的集合(aggregate)的布置。图3显示对于一系列的闭合时间点t，t+δt，t+2δt，t+3δt，……(即，以“快速”时间尺度)，根据专利No.US6812453的电场强度的轴向分量沿着用于带电粒子传送的通道的长度的分布。图4显示对于彼此充分远离的多个时间点t和t+Δt(即，以“缓慢”时间尺度)，专利No.US6812453的电场的轴向分量沿通道的长度的包络线的变化。电场的径向分量由于电极的对称构造，从而在专利No.US6812453的装置的轴线处等于零。图5显示伪势沿着带电粒子传送的通道的长度以及在用于传送的通道的径向方向上的二维分布，其对应于根据专利No.US6812453的RF电场。图6显示专利No.US6812453的准静态电场的电势U_a(x,y,z,t)的可能的二维分布(在一些时间点处)。图7显示专利No.US6812453的准静态电场的电势U_a(x,y,z,t)，沿着用于带电粒子传送的长度的可能的分布。图8显示根据专利No.US6812453，在四个电极为一组的每组中，能够分别施加于第一、第二、第三、第四电极的可能的合计电压。(在这些实例中，最简单的可能情况被认为是根据专利No.US6812453，沿着为带点粒子的运动而设计的通道形成准静态电势U_a(x,y,z,t)的前进波，即，完全具有正弦波形的波的情况。)

根据专利No.US6812453，由于RF场的作用以及在整个半径上形成伪势从而形成远离装置的轴线的势垒，因此带电粒子朝着装置的轴线“被施力”，并且在动能衰减到均衡值之后，好像是在装置的轴线的附近被聚集。由于存在具有沿着装置的轴线交变的局部极小值和极大值准静态电势的分布，因此带正电的粒子不仅仅绕装置的轴线集中，而是一旦它们的动能低于准静态电势的局部极大值，也在准静态电势的局部极小值处集中。分别地，带负电的粒子，在由于与气体分子发生碰撞而冷却之后，被聚集在准静态电势的局部极大值处(带正电的粒子受到与电势的梯度相对的力的作用，而带负电的粒子受到沿着电势的梯度的力的作用)。

在沿着轴线的长度的一些间隔处(特别是，在对于带正电粒子的电势的极小值的附近和在对于带负电粒子的电势的极大值的附近)，在远离轴线移动的同时，准静态电势的径向电场将带电粒子驱离装置的轴线的事实是不重要的，由于RF场的排斥作用，因此使得带电粒子带电粒子回到装置的轴线的返回失去平衡，即，是显著的。当准静态电势U_a(x,y,z,t)的波沿着装置的轴线缓慢地行进时，它捕获在准静态电势的局部极大值和极小值的附近的位于接近装置的轴线的带电粒子，同时使得具有不同质量和不同动能的粒子同时移动。在图9中示意性显示该处理。注意，这会导致带正电粒子和带负电粒子的组交替出现。

本发明人对带电粒子在所述电场中的实际运动的数值模拟确认该运动的定性图像(qualitative picture)。对于以脉冲模式操作的输出装置，使带电粒子的连续流动分离成离散的部分的方法似乎是最成功的。利用从传送装置的输出到相对应的下一个装置(通常，该装置表示以脉冲模式操作的质量分析器)的输入，在带电粒子的单个离散部分的到达之间的时间间隔的正确设定，以及带电粒子的到达部分的下一个分析的时间，该方法允许分析从连续束到分析器中的所有带电粒子，而且实际上毫无损失。

但是，专利No.US6812453的装置在单个传送的束中并不提供结合带正电粒子和带负电粒子的性能。

发明内容

最一般地，本发明提供一种用于操纵带电粒子的装置，该装置包含布置成形成用于传送带电粒子的通道的一组电极，以及电源，该电源提供要被施加于电极的供电电压，该电压确保在所述通道的内部产生非均匀电场，该非均匀电场的伪势具有沿着用于带电粒子传送的通道的长度的一个以上的局部极值，其中，伪势的至少一个极值随着时间沿着用于传送带电粒子的通道的长度移动。非均匀电场可以是RF电场。

因此，本发明与专利No.US6812453的装置的不同之处至少在于：在用于带电粒子传送的通道的内部产生的电场的伪势至少在某个时间间隔内，具有沿着用于带电粒子传送的通道的长度一个以上的局部极值，然而，伪势的至少一个该极值随着时间移动(即，在某个时间间隔内沿着用于传送带电粒子的通道的长度的某个部分移动)。

参照本发明的装置，可以说在施加上述专利(US5818055和US6894286)中规定的电压时，没有沿着带电粒子的传送的通道传播并且能够捕获到伪势极小值的局部区域中的带电粒子的伪势的波。甚至，沿着装置的轴线的传送可以通过在相邻极板之间施加恒定电压差而获得，从而能够按照No.US5847386和No.US6111250推论出的装置的轴线产生静电场，但是，从装置提取带电粒子将仍然不是离散的并且在时间上仍然不是同步的。

本发明的装置在这里被称为“阿基米德装置”，沿通道的伪势的极值的移动在这里被称为“阿基米德波形”。

本发明还包括包含上述装置的仪器/设备，特别是包含上述装置的质谱仪。

本发明还包括与装置相对应的方法。特别地，本发明提供一种操作所述装置的方法，以及包含与相对于装置的操作所相当的功能相对应的步骤的方法。

本发明的优点在于能够在单个传送的包中结合带正电粒子和带负电粒子。

其中本申请所指的“带电粒子”，包括作为本申请所关心的较佳的带电粒子的离子。

本申请所指的“以某个时间间隔”，包括期望的或者预定的或者预选的时间间隔或时间段。

电源还可以包含如上所述的对电极产生和/或提供附加电压。

如在这里更详细地论述，本发明人已经发现，当使用数字法生成通过电源供应的电压时，能够获得进一步的优点。即，供电电压具有数字波形的形式。下面更详细地描述与数字驱动/数字法方法相关联的优点以及这种方法的实现。

本发明人还发现，如果供电电压是从高频谐波电压、周期性非谐波高频电压、具有包含两种以上频率的频谱的高频电压、具有包含频率的无穷集的频谱的高频电压以及高频脉冲电压中选择的一种或多种电压，则可以获得显著的优点，其中所述电压被适当地转换成高频电压的时间同步的序列和/或使用所述电压的叠加。可选择地用在这里所公开的调制的方法，单独或者结合使用这些波形，可以允许装置通过调整产生的伪势的形状被配置成在这里所述的宽范围的应用。伪势的形状对于优化正在被应用的应用的装置或者在特定装置内的操作模式是重要的。例如通过调整由电压供给提供的谐波，装置能够被配置成为特别应用提供最佳性能，例如以下中的一个或多个：获得传输的最大质量范围、最大量的传输的电荷、允许离子在某个区域内受到共振的激励、收集具有高能量分散的离子、根据质量或者迁移率分离离子以及通过低能电子分裂离子。因此，与现有技术的装置相比，该特征准许以更柔性、可靠和有效的方式获得更宽泛的应用。

在实施例中，至少沿着用于传送带电粒子的通道的长度的部分，伪势具有交变的极大值和极小值。

在实施例中，至少在某个时间间隔内，至少沿着通道的长度的部分，伪势的极值(极大值或者极小值)。

在实施例中，至少对于所述通道的长度的部分，伪势的极值的移动的方向在某个时间点处或者多个时间点处改变它的符号。

在实施例中，至少沿着所述通道的长度的部分，伪势的极值的重新定位至少在某个时间间隔内具有振荡特性。即，例如在第一和第二位置之间，极值的位置适当地振动。

在实施例中，至少沿着用于传送通道的部分，至少在某个时间间隔内，伪势沿着通道的长度是均匀的。

在实施例中，至少在某个时间间隔内，至少沿着所述通道的部分，伪势的连续极值、或者仅连续极大值、或者仅连续极小值单调递增(单调地增加)。

在实施例中，至少在某个时间间隔内，至少沿着所述通道的部分，伪势的连续极值、或者仅连续极大值、或者仅连续极小值单调递减(单调地减小)。

在实施例中，至少在某个时间间隔内，在伪势的局部极大值的一个或多个点处的伪势值沿着通道的长度变化。

在实施例中，至少在某个时间间隔内，伪势在伪势的局部极小值的一个或多个点处的值沿着通道的长度变化。

在实施例中，附加的直流电压、和/或准静态电压、和/或交流电压、和/或脉冲电压、和/或RF电压被施加于电极，所述电压用来在用于传送带电粒子的通道的领域(区域)内控制带电粒子的径向限制。因此，在实施例中，装置包含直流电压供应部件和/或准静态电压供应部件和/或交流电压供应部件和/或脉冲电压供应部件和/或RF电压供应部件，这些部件被配置成向电极施加所述电压以便控制带电粒子的径向限制。所述电压供应部件可以是电源单元的一部分，该电源单元提供供电电压以产生高频电场。

在实施例中，附加的直流电压、和/或准静态电压、和/或交流电压、和/或脉冲电压、和/或RF电压被施加于电极，所述电压解锁和/或锁紧带电粒子的通过用于传送带电粒子的通道的端部的脱离。因此，在实施例中，装置包含直流电压供应部件和/或准静态电压供应部件和/或交流电压供应部件和/或脉冲电压供应部件和/或RF电压供应部件，这些部件被配置成向电极施加所述电压以便提供所述解锁和/或锁紧(即选择性阻塞带电粒子的脱离/脱出)。所述电压供应部件可以是电源单元的一部分，该电源单元提供供电电压以产生高频电场。

在实施例中，附加的直流电压、和/或准静态电压、和/或交流电压、和/或脉冲电压、和/或RF电压被施加于电极，所述电压用来沿着用于传送带电粒子的通道的长度控制带电粒子的的包彼此空间隔离。因此，在实施例中，装置包含直流电压供应部件和/或准静态电压供应部件和/或交流电压供应部件和/或脉冲电压供应部件和/或RF电压供应部件，这些部件被配置成向电极施加所述电压以便控制所述空间隔离。所述电压供应部件可以是电源单元的一部分，该电源单元提供供电电压以产生高频电场。

在实施例中，附加的直流电压、和/或准静态电压、和/或交流电压、和/或脉冲电压、和/或RF电压被施加于电极，所述电压用来控制带电粒子的包的传送的时间同步。因此，在实施例中，装置包含直流电压供应部件和/或准静态电压供应部件和/或交流电压供应部件和/或脉冲电压供应部件和/或RF电压供应部件，这些部件被配置成向电极施加所述电压以便控制所述时间同步。所述电压供应部件可以是电源单元的一部分，该电源单元提供供电电压以产生高频电场。

在实施例中，附加的直流电压、和/或准静态电压、和/或交流电压、和/或脉冲电压、和/或RF电压被施加于电极，所述电压用来提供带电粒子的传送的附加控制。因此，在实施例中，装置包含直流电压供应部件和/或准静态电压供应部件和/或交流电压供应部件和/或脉冲电压供应部件和/或RF电压供应部件，这些部件被配置成向电极施加所述电压以便控制所述带电粒子的传送。所述电压供应部件可以是电源单元的一部分，该电源单元提供供电电压以产生高频电场。

在实施例中，附加的直流电压、和/或准静态电压、和/或交流电压、和/或脉冲电压、和/或RF电压被施加于电极，所述电压用来控制在带电粒子的捕获的局部区域内的带电粒子的运动。因此，在实施例中，装置包含直流电压供应部件和/或准静态电压供应部件和/或交流电压供应部件和/或脉冲电压供应部件和/或RF电压供应部件，这些部件被配置成向电极施加所述电压以便控制所述带电粒子的运动。所述电压供应部件可以是电源单元的一部分，该电源单元提供供电电压以产生高频电场。

在实施例中，附加的直流电压、和/或准静态电压、和/或交流电压、和/或脉冲电压、和/或RF电压被施加于电极，所述电压用来至少在一些时间间隔内，至少在所述通道内的带电粒子路径的一个点处，沿着用于传送带电粒子的通道产生附加的电势或者伪势垒，和/或电势或伪势井。因此，在实施例中，装置包含直流电压供应部件和/或准静态电压供应部件和/或交流电压供应部件和/或脉冲电压供应部件和/或RF电压供应部件，这些部件被配置成向电极施加所述电压以便提供所述电势或者伪势垒。所述电压供应部件可以是电源单元的一部分，该电源单元提供供电电压以产生高频电场。

在实施例中，至少在一些时间间隔内，所述电势或者伪势垒、和/或电势或者伪势井随着时间而变化或者随着时间沿着传送通道行进。

在实施例中，附加的直流电压、和/或准静态电压、和/或交流电压、和/或脉冲电压、和/或RF电压被施加于电极，所述电压用来至少在一些时间间隔内，至少在所述通道内的带电粒子路径的一个点处，沿着用于传送带电粒子的通道产生附加的稳定的区域和/或附加的不稳定的区域。因此，在实施例中，装置包含直流电压供应部件和/或准静态电压供应部件和/或交流电压供应部件和/或脉冲电压供应部件和/或RF电压供应部件，这些部件被配置成向电极施加所述电压以便控制所述稳定的和/或不稳定的区域。所述电压供应部件可以是电源单元的一部分，该电源单元提供供电电压以产生高频电场。

在实施例中，至少在一些时间间隔内，所述稳定的区域和/或不稳定的区域随着时间而变化或者随着时间沿着传送通道行进。

在实施例中，附加的直流电压、和/或准静态电压、和/或交流电压、和/或脉冲电压、和/或RF电压被施加于电极，所述电压用来选择性提取带电粒子。因此，在实施例中，装置包含直流电压供应部件和/或准静态电压供应部件和/或交流电压供应部件和/或脉冲电压供应部件和/或RF电压供应部件，这些部件被配置成向电极施加所述电压以便可以选择性提取带电粒子。所述电压供应部件可以是电源单元的一部分，该电源单元提供供电电压以产生高频电场。

在实施例中，附加的直流电压、和/或准静态电压、和/或交流电压、和/或脉冲电压、和/或RF电压被施加于电极，所述电压用来提供带电粒子的运动对于带电粒子的质量的必要的依赖性的控制。因此，在实施例中，装置包含直流电压供应部件和/或准静态电压供应部件和/或交流电压供应部件和/或脉冲电压供应部件和/或RF电压供应部件，这些部件被配置成向电极施加所述电压以便提供带电粒子的运动对于带电粒子的质量的依赖性的控制。

在实施例中，供电电压被施加于电极，至少在一些时间间隔内，改变施加供电电压的频率。因此，在实施例中，装置包含供电电压部件，该供电电压部件被配置成向电极施加电压，该电压的频率随着时间而改变。

在实施例中，用于带电粒子传送的通道具有直线的定向。即，通道是直线的通道。

在实施例中，用于带电粒子传送的通道具有曲线的定向。即，通道是曲线的通道。

在实施例中，用于带电粒子传送的通道沿着该通道的长度具有可变的外形。即，通道的截面沿着它的长度改变。

在实施例中，用于带电粒子传送的通道被闭合以形成循环或者环形。在实施例中，通道是闭合的通道，适当地是循环通道或者环形通道。

在实施例中，附加的电极位于用于带电粒子传送的通道的中心部分。

在实施例，用于带电粒子传送的通道被分成部分。即，通道包含多个部分。

在实施例中，用于带电粒子传送的通道由附接到彼此的一系列通道组成，可能地，该一系列的通道由附加的区域或装置来分界。即，装置包含多个通道，该多个通道被彼此附接或接合。

在实施例中，至少在通道的部分中，通道由用于带电粒子传送的多个并行通道形成。

在实施例中，至少在通道的部分中，用于带电粒子传送的通道被分成多个并行通道。

在实施例中，用于带电粒子传送的多个并行通道适当地沿着其扇形段(sector)被连接或者接合在一起，以形成用于带电粒子传送的单个通道。

在实施例中，用于带电粒子传送的通道包含存储区域/存储区，其中存储区域/存储区执行带电粒子的存储容量的功能，所述存储区域/存储区位于通道的入口、和/或从通道的出口、和/或通道的内部(即，位于入口和出口之间的通道)。

在实施例中，至少在某个时间间隔内，至少在任意一端，用于带电粒子传送的通道被堵住/闭合。即，装置被配置成(例如包含通道闭合部件，该通道闭合部件被配置成)关闭通道的一端或两端(入口和/或出口)。

在实施例中，用于带电粒子传送的通道至少在一个端部具有受电场控制的阻挡部。

在实施例中，用于带电粒子传送的通道包含受电场控制的镜，所述镜被放置在用于带电粒子传送的通道中，至少位于一个端部处。即，装置在用于反射带电粒子的通道中包含电场镜，该镜适当地位于通道的一端或两端(入口和/或出口)。

在实施例中，装置包含使带电粒子进入(即导入)通道的入口装置，该入口装置位于用于带电粒子传送的通道中，并且可以以连续方式操作。

在实施例中，装置包含用于使带电粒子进入(即导入)通道的入口装置，该入口装置位于用于带电粒子传送的通道中，并且可以以脉冲方式操作。

在实施例中，装置包含用于使带电粒子进入(即导入)通道的入口装置，该入口装置位于用于带电粒子传送的通道中，并且能够在连续方式的操作和脉冲方式的操作之间切换。

在实施例中，装置包含使带电粒子(从通道)排出(即出去或喷出)的出口装置，该出口装置位于用于带电粒子传送的通道中，并且可以以连续方式操作。

在实施例中，装置包含使带电粒子(从通道)排出(即出去或喷出)的出口装置，该出口装置位于用于带电粒子传送的通道中，并且可以以脉冲方式操作。

在实施例中，装置包含使带电粒子(从通道)排出(即出去或喷出)的出口装置，该出口装置位于用于带电粒子传送的通道中，并且能够在连续方式的操作和脉冲方式的操作之间切换。

在实施例中，装置包含产生带电粒子的产生部件(例如产生装置)，该产生部件位于用于带电粒子传送的通道中，并且所述带电粒子产生装置可以以连续方式操作。

在实施例中，装置包含产生带电粒子的产生部件(例如产生装置)，该产生部件位于用于带电粒子传送的通道中，并且所述带电粒子产生装置可以以脉冲方式操作。

在实施例中，装置包含产生带电粒子的产生部件(例如产生装置)，该产生部件位于用于带电粒子传送的通道中，并且所述带电粒子产生装置能够在连续方式的操作和脉冲方式的操作之间切换。

在实施例中，使用的供电电压具有以下形式：高频谐波电压、和/或周期性非谐波高频电压、和/或具有包含两种以上频率的频谱的高频电压、和/或具有包含频率的无穷集的频谱的高频电压、和/或高频脉冲电压，其中所述电压适当地经过振幅调制并且/或者使用所述电压的叠加。即，装置包含电压供应部件，该电压供应部件被配置成提供上述频率、振幅和叠加特性。所述电压供应部件可以作为所述电源单元的部分。

在实施例中，使用的供电电压具有以下形式：高频谐波电压、和/或周期性非谐波高频电压、和/或具有包含两种以上频率的频谱的高频电压、和/或具有包含频率的无穷集的频谱的高频电压、和/或高频脉冲电压，其中所述电压适当地经过振幅调制并且/或者使用所述电压的叠加。即，装置包含电压供应部件，该电压供应部件被配置成提供上述频率、振幅和叠加特性。所述电压供应部件可以作为所述电源单元的部分。

在实施例中，使用的供电电压具有以下形式：高频谐波电压、和/或周期性非谐波高频电压、和/或具有包含两种以上频率的频谱的高频电压、和/或具有包含频率的无穷集的频谱的高频电压、和/或高频脉冲电压，其中所述电压适当地经过相位调制并且/或者使用所述电压的叠加。即，装置包含电压供应部件，该电压供应部件被配置成提供上述频率、相位和叠加特性。所述电压供应部件可以作为所述电源单元的部分。

在实施例中，使用的供电电压具有以下形式：高频谐波电压、和/或周期性非谐波高频电压、和/或具有包含两种以上频率的频谱的高频电压、和/或具有包含频率的无穷集的频谱的高频电压、和/或高频脉冲电压，其中所述电压适当地以两个以上的邻近的基频为特点并且/或者使用所述电压的叠加。即，装置包含电压供应部件，该电压供应部件被配置成提供上述频率叠加特性。所述电压供应部件可以作为所述电源单元的部分。

在实施例中，所使用的供电电压具有以下形式：高频谐波电压、和/或周期性非谐波高频电压、和/或具有包含两种以上频率的频谱的高频电压、和/或具有包含频率的无穷集的频谱的高频电压、和/或高频脉冲电压，其中所述电压被适当地转换成高频电压的时间同步的序列和/或使用所述电压的叠加。即，装置包含电压供应部件(例如所述电源单元)，该电压供应部件被配置成提供上述频率和叠加特性。如上所述，下面将更详细地描述提供上述特定电压是特别较佳的。

在实施例中，所使用的供电电压具有综合使用数字法的高频电压的形式。即，装置包括配置成提供数字波形的数字电压供应部件。数字电压供应部件可以作为所述电源单元的部分。如上所述，下面将更详细地描述提供数字波形(即使用数字法产生供电电压)是特别较佳的。

在实施例中，形成通道的电极包含多个电极、电极的组或集合。

在实施例中，电极的集合表示重复的电极。即，电极的组或者集合包含沿着通道的长度适当地布置的一系列电极。

在实施例中，电极的集合表示电极的重复串联，其中在个别串联中的电极排列方式不用必须是周期性的，即可以是周期性或非周期性的。即，电极可以为多个子组的形式，或者包含多个子组。在每个子组中，电极可以是周期性的或者非周期性的。各个子组或者串联可以是相同或者不同的。

在实施例中，一些电极或者所有电极可以是整体(即连续的)，然而其它电极或者其它电极的一部分是分离的(即断续的)，从而形成元件的周期串/系列。

在实施例中，高频电压可以不施加于某些电极。即，供电电压被施加于一些电极，而不是所有电极。

在实施例中，电极的集合中的某些电极或者所有电极具有多极的外形。即，电极形成或者是多极的。

在实施例中，电极的集合中的某些电极或者所有电极具有由平面、阶梯、分段阶梯、线型、分段线型、环形、圆形、分段圆形、曲线形、分段曲线形的外形形成的，或者由上述外形的结合形成的多极的外形，例如粗化多极的外形(coarsened multipole profile)。

在实施例中，电极的集合中的某些电极或者所有电极由淀积在非传导性衬底上的薄金属薄膜。

在实施例中，电极的集合中的某些电极或者所有电极是电线和/或网格，并且/或者具有使得所述电极透过气流或能够减小对气流通过所述电极的阻力的其它附加的孔。即，一些或者所有电极被配置成(例如通过提供狭缝或者其它的孔)准许气流通过电极。

在实施例，在用于带电粒子传送的通道中创建真空。即，装置包含真空产生部件以在通道中提供真空。

在实施例中，用于带电粒子传送的通道被充满惰性气体，和/或(部分)电离气体。即，装置包含气体供应部件用于向通道供应气体，从而适当地实现在通道中的气体流动。

在实施例中，在用于带电粒子传送的通道中创建惰性气体和/或(部分)电离气体的流动。

在实施例中，几个电极或者所有电极具有设计成作为带电粒子进入装置的入口，和/或带电粒子从装置出去的出口的狭缝和/或孔。即，一些或者所有电极被配置成(例如通过提供狭缝或者其它的孔)准许通过电极进入到带电粒子的通道中和/或从带电粒子的通道中排出。

在实施例中，电极之间的间隙用于带电粒子进入到装置中的入口，和/或带电粒子从装置排出的出口。即，电极被配置成，间隙被设置在相邻的电极之间，通过该间隙带电粒子被传递到通道中或者从通道中出去。

在实施例中，至少在一些时间间隔内，附加的脉冲电压或阶梯式电压被施加于至少部分电极，所述电压能够使带电粒子进入到装置中，和/或从装置中排出，和/或将带电粒子限制在装置内。即，装置包含附加的电压供应部件，该附加的电压供应部件被配置成提供上述脉冲或者阶梯式特征以便使所述入口和/或出口和/或限制有效果。附加电压供应部件可以作为所述电源单元的部分。

在本申请的装置中，与如上所述的专利No.US6812453的装置相反，快速振荡电场的行为由不同的规则决定，所述场沿着用于传送带电粒子的通道是非均匀的。这不仅能够使得现存的全体带电粒子分割成带电粒子的空间上分离的包并且沿着用于传送的通道同步移动它们，而不管它们的质量和动能，而且能够附带地使得带正电的粒子和带负电的粒子结合为单个包。

通过案例研究，我们将考虑用于本申请的高频电场的行为的特征。我们将使用具有强度的电场，通过表达式来描述该强度其中为电场的振荡的准静态振幅并且沿着用于带电粒子传送的通道的长度并且沿着其半径改变，所述振幅依赖于空间坐标(x,y,z)和时间t，以及f(t)为具有零平均值的时间的快速振荡函数，在特别情况下，具有谐波振荡的形式，其中ω为谐波振荡的频率，并且为谐波振荡的初始相位。函数的准静态特性和函数f(t)的振荡的快速性可以在下面的意义上而得到理解，在函数f(t)具有执行几个振荡的期间，函数实际上保持不变。这样条件的数学符号可以写成不等式的形式，电场强度相对于时间t的全导数项的贡献大大超过项的贡献。

上述电场随着时间t的变化具有两种时间尺度：“快速时间”和“缓慢时间”，其中在“快速时间”内，函数f(t)的值将显著地改变，在“缓慢时间”内，函数的值将显著地改变。在第一近似“缓慢”，或者带电粒子在这种场中的“平均”运动用随着时间“缓慢”改变伪势来描述，其中术语“缓慢”意思是伪势的显著变化的特征时间间隔比单个振荡所需要的特征时间间隔大得多，并且比根据定律f(t)执行高频电场的单个振荡所必需的特征时间间隔大得多。

对于电场随时间变化的定律具有的形式的情况，其中为“缓慢”时间-变化函数，并且为“快速”时间-变化函数，从而描述具有频率ω和初始相位的谐波振荡，影响具有电荷q和质量m的带电粒子的缓慢变化伪势通过电场的振荡的准静态振幅来表示为在更一般的情况下，电场的依赖于时间的变化的定律是周期性的，而非是谐波，并且在空间(x,y,z)的点处的电场强度作为t的时间-变化函数，用如傅里叶级数的规范形式表示，其中为电场的“快速”谐波分量cos(kωt)的“缓慢”振幅，为电场的“快速”谐波分量sin(kωt)的“缓慢”振幅，k为谐波级数，ω＝2π/T为时间周期函数的基本角频率，其周期为T，于是伪势随着时间的缓慢变化被计算为其中q为粒子的电荷，m为粒子的质量。在最一般情况下，如果在时间t时在空间(x,y,z)的点处的电场强度允许用的形式来表达，其中和为时间t的“缓慢”函数，cos(ω_kt)和sin(ω_kt)为彼此足够远离的、具有频率ω_k的“快速”谐波振荡，于是伪势随着时间点缓慢变化将被计算为其中q为粒子的电荷，m为粒子的质量。

为了将时间-变化函数细分为“缓慢”和“快速”，为“缓慢”频率引入了上边界δ并且为“快速”频率引入了下边界Δ，其中Δ＞＞δ。如果在频率间隔ω∈(-δ,+δ)外它的频谱为零(或者为可忽略的小)，则函数h(t)称为“缓慢”。如果在频率间隔ω∈(-Δ,+Δ)内它的频谱为零(或者为可忽略的小)，则函数H(t)称为“快速”。对函数的频谱的上述限制“一般来说”使得不等式|dh(t)/dt|²/|h(t)|²≤δ²和|dH(t)/dt|²/|H(t)|²≥Δ²有效。频率ω_k被认为是“快速的”条件，将相当于不等式|ω_k|≥Δ。频率ω_m和ω_n彼此“足够远离”的条件，将相当于不等式|ω_m-ω_n|≥Δ。为了用的形式表示电场，施加于电极的电压随着f(t)＝∑p_k(t)cos(ω_kt)+q_k(t)sin(ω_kt)而变化是足够的，其中p_k(t)和q_k(t)是“缓慢”函数，ω_k是“彼此远离”的“快速”频率。以这种方式，为了可以用这种规范形式表示信号f(t)，将需要在傅里叶变换之后，信号的频谱应该被分解成间隔，其中该间隔应该彼此远离，并且足够的短，在间隔外侧，频谱函数F(ω)可以被认为等于零(见图10)。技术上，可以通过以下形式产生这种信号，例如使用高频信号的振幅调制、和/或相位调制、和/或频率调制，和/或作为多个高频电压与多个相近频率的叠加，和/或作为时间同步的预定波形的高频电压的串。缓慢变化的伪势的理论的详细说明超过了本说明书的范围。

我们将考虑权利要求中所要求保护的装置的特别情况，其中电场的径向OZ分量等于零，并且电场的轴向分量E_z(z,t)根据定律E_z(z,t)＝E₀ cos(z/L-t/T)·cos(ωt)随着时间t而变化，其中E₀为电场的轴向分布的交变极大值和极小值的振幅，z为沿着装置的轴线的立体坐标，L为沿着装置的轴线的特征空间尺度，T为“缓慢”时间的特征时间尺度，ω为电场的谐波振荡的“快速”频率。电场的振荡振幅的准静态行为的条件简化为条件ωT＞＞1。图11显示对于在时间t、t+δt、t+2δt、t+3δt……(即，在“快速”时间尺度中)的一系列闭合点，沿着用于带电粒子传送的通道的长度的电场强度的轴向分量的分布。图12显示对于彼此足够远离的时间t和t+Δt上的多个点(即，以“缓慢”时间尺度)，电场强度的轴向分量沿着通道的包络线的变化。这种电场的轴向分量的时间变化的定律不同于图3和图4中所示的定律。

图13中显示这种高频电场的伪势的二维图。通过公式来描述沿着轴线OZ的伪势的行为，其中E₀为高频电场的振幅；m为离子的质量；ω为高频电场的频率；L和T分别为特征长度和时间；即，表示沿着轴线OZ缓慢移动的正弦波(见图14)。用与专利No.US6812453的装置的高频电场相同的方式，图5中显示其伪势，带电粒子通过具有伪势的高频电场从电极被排出并且集中在接近装置的轴线，如图13所示。但是正如带电粒子通过伪势垒从电极被排出并且集中在接近轴线，伪势的极大值排斥带电粒子并且使它们集中在特征为伪势的极小值的快速变换电场的轴线的点的附近。与准静态电势的情况不同，具有两种极性的电荷的带电粒子类似地集中在伪势的极小值附近。在沿着轴线OZ的伪势的极小值的“缓慢”移动的情况下，将迫使带电粒子与伪势的极小值同步地移动。在图15中图示这种处理。

因此，用于专利No.US6812453中的电场，与用于本发明的装置中的电场之间的重大差别在于电场的依赖于时间的变化的定性上不同的定律，如图3-4和图11-12所清楚显示的。如图5和图13-14所示，通过各自的高频场的伪势的行为的差异来在数量上进行这种限制。

带电粒子在存在惰性气体的上述高频电场中的运动的数值模拟确认如上所述的运动的定性模式。图16-18显示对于沿着用于带电粒子传送的通道的长度的一些间隔在初始时刻均匀分布的、具有相对于轴线在径向方向上的一定位移的一组带电粒子的各个微分方程的解。图16显示相对于时间t，坐标系z(t)(对应于装置的轴线)的依赖性。图17显示z(t)-vt的依赖性，其中v为表征高频电场的沿传送通道的伪势极小值的移动的速度。图18显示相对于时间t，坐标系r(t)(对应于径向方向)的时间依赖性。可以清楚地看出，根据快速振荡电场的伪势的极小值的移动，带电粒子的集合分解成空间分开的包，然后该包沿着传送通道以恒定速度v被同步传送。

上述情况既存在于在真空中传送带电粒子的情况，并存在于在稀薄气体中传送带电粒子的情况，利用蒙特卡洛法来模拟由于与惰性气体的分子的碰撞而产生的带电粒子的散射。差异在于阻尼气体的存在，最初没有出现在伪势极小值附近的稳定的区域中那些带电粒子将直接进入到一个稳定的前面区域中，然后将被该区域捕获并以沿着传送通道的带电粒子的包的各个恒定位移沿着传送通道同步地移动(在图17中可清楚看见该处理)。在缺少气体的阻尼作用时，出现在不稳定的区域内的那些粒子将沿着传送通道从一个不稳定区域连续向后跳到另一个不稳定区域，同时在径向方向上同时振荡，直到它们最终出现在装置的边界的外侧或者与电极相碰撞。

上述实例图解形成本发明的装置的操作的基础的一般原理。如果一些装置的高频场通过具有沿用于带电粒子的传送通道的极小值的时间变化伪势被表征，该极小值沿着传送通道随着时间移动，然后由于所述高频场的作用，带电粒子将被聚集在伪势的极小值的附近，并且在极小值沿着传送通道移动的同时，因此形成的带电粒子的包将时间同步地移动(图19)。以完全相同的方式，存在沿着传送通道移动的伪势的极小值时，将位于极大值的前面的那些带电粒子“推出”传送通道(图20)。在沿着传送通道伪势具有交变的极大值和极小值的情况下，如上所述的实例，进入传送通道的大量带电粒子将分解成带电粒子的空间上局部分开的包，同时从入口被传送到出口(图21)。由于伪势的特定特征，所述带电粒子的包将具有不同的质量和动能的带正电粒子和带负电粒子结合(动能应该不会太高，以致于带电粒子可以克服限制带电粒子的空间分开的包的伪势垒)。

因此，通过实现本发明而获得的技术成果在于能够在单个传送的包中结合带正电粒子和带负电粒子。

以这种方式，本发明的装置，如下面所示，为带电粒子操纵提供巨大的能力。

在本发明的装置中，在用于传送带电粒子的通道中的缓冲气体的存在，为了衰减它们的动能不会是绝对必要的，并且如果伪势垒足够高，带电粒子的移动的处理可以在真空中实现。

在本发明的装置中实现的电场和美国专利No.6812453的装置，被用于执行以下两种不同的功能：将带电粒子限制在传送通道的附近，以及沿着传送通道移动带电粒子。如果我们将施加于如专利No.US6812453中所述的装置的电极的高频电压细分成限制电压(即，主要在径向方向上限制带电粒子的电压)和控制电压(即，主要沿着用于传送带电粒子的通道移动带电粒子的电压)，则与用于专利No.US6812453的装置的控制电压和在本发明的装置中创建的电场相比，关于带电粒子的形成和其对带电粒子的作用，控制电压和在本发明的装置中创建的电场在大体上将是不同的。在表示控制电场和限制电场和总和的完整电场的情况下，也是这样的。

一般而言，在本发明的装置中的附加的限制场的可用性实际上不是必要的，这是由于这个功能可以通过提供传送带电粒子的相同的电场顺利地执行。在本发明的装置中提供限制电场的情况下(参见下文)，限制场将几乎具有与专利No.US6812453的装置相同的形式。但是，而对于专利No.US6812453的装置，限制高频电场的存在形成装置的固有部件，假如通过控制高频场形成的伪势垒是足够高的，则本发明的装置没有必要需要分开限制高频场的存在。

为了识别特别的高频电场与要求种类的高频电场有关，必须根据规定的高频电场确定缓慢变化的伪势的值的计算法。通过定义，伪势为根据通过存在于系统中的高频场根据某个规则计算的标量函数，以致于在低阶(small order)的校正项内通过精确的在伪电场中的带电粒子的运动方程描述给定高频电场中的带电粒子的平均运动。当施加于电极的电压U_n(t)＝U_n0·f_n(t)像f_n(t)＝∑p_nk(t)cos(ω_kt)+q_nk(t)sin(ω_kt)那样随着时间变化时，其中p_nk(t)和q_nk(t)为“缓慢”函数，ω_k为“快速”且“彼此远离”的频率，则在时间点t时在空间的点(x,y,z)处的高频电场可以用的形式来表示，其中函数和为“缓慢”时间函数，并且cos(ω_kt)和sin(ω_kt)是“快速”频率ω_k，根据谐波定律彼此远离地振荡。在这种情况下，随着时间缓慢变化的、描述带电粒子的平均运动的伪势将根据公式来计算，其中q为粒子的电荷，m为粒子的质量。为了表示为f_n(t)的信号可以用需要的规范形式来表示，将需要在傅里叶变换之后，信号的谱应该被分解成间隔，其中该间隔应该彼此足够远离，并且足够的短，在间隔外侧，谱函数可以被认为等于零(见图10)。用于伪势的这种数学表达式基于它的物理意义而导出，其中物理意义是决定因素。对于脉冲函数的情况，用于计算伪势的公式用类似的方式构成，并且用离散谐波分量代替连续谐波分量。关于缓慢变化的伪势的种类的伪势的理论的普遍化被认为是新颖的，且在之前没有使用过。

将带电粒子分裂成局部空间分开的包以及将其从装置的入口传送到装置的出口，离借助于所述高频电场对带电粒子的控制行为的唯一可能性很远。

如果代替轴向高频电场，根据定律E_z(z,t)＝E₀ cos(z/L-t/T)·cos(ωt)变化，其中E₀为高频场的振幅；ω为高频场的频率；L和T分别为特征长度和时间尺度，那么我们综合处理高频电场，该高频电场的轴向分量将根据定律E_z(z,t)＝E₀ cos(z/L-g(t))·cos(ωt)而变化，其中g(t)为与函数ωt相比随着时间缓慢变化的、时间的指定准静态函数，从而我们确保根据定律z_k(t)＝L·g(t)-πL(k+1/2)沿着传送通道移动带电粒子的包的中心，而不是均匀移动。特别地，如有必要，我们将因此获得与输出装置的操作的脉冲模式时间上同步的，在指定时间处将带电粒子传送到下一个装置的入口的能力。

如果代替该公式中的函数z/L，我们使用任意函数h(z)，于是我们获得在传送期间控制带电粒子B的包的中心的位置的能力，并且例如，在某个时间点处在某个扇形段内，沿着传送通道故意集中包和/或使包变稀少。

如上所述的函数g(t)，没有必要是时间的单调函数。如果它具有振动行为，则带电粒子沿着传送通道的包的移动将以振荡图案为特征。特别地，这可用于组织带电粒子的包从入口到出口以及从出口返回到入口的循环置换，从而带电粒子的阱或者创建故意操作带电粒子的储存容量。

遵照某个附加要求，在极小和极大的点处利用伪势的值的有目的性的构建高频电场，提供基于指定的一般原理而操纵带电粒子的附加的能力。让我们考虑这样的装置，例如，其中作为时间t的函数的高频电场的轴向分量E_z(z,t)的变化的定律被定义为E_z(z,t)＝E₀(π/2+arctan(z/H))·cos(z/L-t/T)·cos(ωt)，其中E₀为电场的轴向分布的振幅的变化的特征尺度，z为沿着带电粒子的传送的通道的轴线的空间坐标，H为伪势的振荡的“阻尼”的特征空间尺度，L为伪势的单个振荡特征空间尺度，T为沿着装置的轴线的伪势的振荡的置换的特征“缓慢”时间尺度，ω为电场的高频谐波振荡的“快速”频率，其中H＞＞L且ωT＞＞1，如图22所示。于是具有-∞＜z＜-2H，高频电场的振幅实际上将为零，并且如图23所示的它的伪势的极端低的局部极大值和极小值在用于带电粒子传送的通道的长度的给定扇形段内将不会对沿轴线OZ的带电粒子的移动有影响。这样，利用-∞＜z＜-2H，我们将具有储存带电粒子的区域，而不是传送带电粒子的区域。但是，在接近点z＝0的过程中，能够观察到伪势的极大值单调递增，形成增幅波，沿着轴线朝着z＝+∞移动。这种结构能够从存储装置“排空”带电粒子，并且以一组空间分开的且时间同步的带电粒子的包的形式，从装置朝着出口进行一致的置换。

当增补如上所述的伪势的结构，具有E_z(z,t)＝0.45E₀(π/2-arctan(z/H))·sin(ωt)的形式的沿着装置的轴线分布的高频场，其中E₀为电场的轴向分布的振幅的变化的特征尺度，z为带电粒子的传送信道的轴线上的空间坐标，H为伪势的振荡的“阻尼”的特征空间尺度，ω为电场的高频谐波振荡的“快速”频率；我们获得具有单调递减的极大值和极小值的段，如图24所示，从而能够增强带正电粒子和带负电粒子的捕捉和排空的效率。在这种方案中，会相当不易地补偿带电粒子的排空效率的提高，这将存在于存储区域内的相当于非零的高频场的存在，所述场连续“摆动”带电粒子并且增加它们的平均动能。

借助于直流电场可以进行对伪势的类似增加从而提供电势U(z)＝U₀(π/2-arctan(z/H))²，其中为静电势跳跃的尺度，H为高频电场的伪势的振荡的“阻尼”的特征空间尺度，E₀为电场的轴向分布的振幅的变化的特征尺度，q为粒子的电荷，m为粒子的质量。但是，在那种情况下，将仅具有一种它们的电荷的极性的带电粒子吸引到捕捉区域中(图25显示作用于带正电粒子的总计吸引电势函数，图26显示作用于带负电粒子的总计缩回电势函数)。图27和图28显示类似的效果，该效果能够通过施加直流电场而获得。图29显示能够创建用于结合存储的区域和来自区域的边缘的带电粒子的离散包的规则排空的高频场的电极的结构。

在传送带电粒子的过程中在某个时间点处，伪势的极大值的点的伪势的振幅的动态减小，分离两个相邻的伪势的极小值的点，提供新的附加的能力用于有目的的操纵带电粒子。利用这种操作，变得可以将两个相邻的带电粒子的包的内容结合成单个带电粒子的包。以这种方式，取决于伪势的极大值减小到的水平，会存在完全集成相邻的带电粒子的包的可能性，以及从一个包到另一个包的带电粒子的部分转移。特别地，考虑到高频场的相同分布对不同的质量建立具有不同的势垒高度的不同的伪势的事实，从而可以在相邻的包之间提供带电粒子的质量选择性交换。

代替在极大值的点处的伪势值的变化，或者与在极大值的点处的伪势值的变化并行，可以故意改变极小值的点处的伪势值。随着在某个阈值之上的伪势的选择的极小值的值的增加，将可以选择性破坏带电粒子的个别包。使用相同的方案，将可以借助于位于伪势的两个极小值之间的伪势的极大值的同步下降，以及伪势的两个极小值中的一个的上升，而将带电粒子的包的内容“传送”到相邻的带电粒子的包中，然后将捕获带电粒子的使用区恢复到先前的状态，但是在区域内部没有带电粒子。由于伪势值依赖于带电粒子的质量，以及对于不同的粒子是不同的事实，这种处理可以上质量选择的。

为了在传送通道的附近特别可靠的径向容纳带电粒子，由具有沿着传送通道行进的极值缓慢变化的伪势特征化的基本高频电场的存在可以被增补。为了提供特别可靠的径向容纳带电粒子，可以使用附加的高频或者脉冲电场，该电场的伪势不具有沿着传送通道行进的极值，但是该电场在带电粒子从装置的轴线退出同时接近电极的情况下，为带电粒子形成RF势垒。在必须暂时或永久阻塞带电粒子通过用于传送带电粒子的通道的一端或两端的逃脱的情况下，通过其创建的所述高频电场或RF势垒可以被定位在传送通道的轴线上，接近传送通道的各个端部或者两个端部。

替代高频电场，可以使用静态或者准静态电场用于相同的目的。以这种方式，利用一系列的静电透镜的系统可以提供径向限制束，并且利用附加的势垒可以阻塞带电粒子通过传送装置的一端或两端的出口，其中例如借助于施加于传送通道的端部电极的直流电压建立附加的势垒。

附加的高频或者脉冲电场，以及附加的静态或者准静态场可以被用于操纵带电粒子的装置中，用于除了提高径向容纳带电粒子和/或阻塞带电粒子通过传送通道的端部的逃过以外的目的。这些目的包括：a)提高带电粒子的个别包的彼此空间隔离，和/或b)提高沿着传送通道移动带电粒子的包的时间同步化和/或从装置提取带电粒子的包的时间同步化和/或带电粒子到达装置中的时间同步化，和/或c)另外控制装置中的带电粒子的传送。

附加控制带电粒子的传送的特殊情况为沿着带电粒子的传送的路径创建局部势垒和/或局部势阱。所述势垒和/或势阱可以由高频电场创建，也可以由静态和准静态电场创建。高频势垒和/或阱可以被特别用于将质量选择效果引入到带电粒子的传送的处理中。静态和准静态势垒和/或阱可以被特别用于将带正电粒子与带负电粒子分离。一种类型，以及另一种类型的势垒和/或势阱可以被用于阻塞和/或接通带电粒子的传送，改变带电粒子的动能等等。特定的势垒和/或势阱可以永久存在，在某个间隔内或在某个时间点处被接通和/或断开，改变参数(高度和/或深度)，沿着传送的通道或者沿着传送通道的长度的部分移动。

附加控制带电粒子的传送的特殊情况表示沿着传送通道的长度创建带电粒子的运动的稳定性的局部区域和/或不稳定性的局部区域。运动的特定稳定的局部区域和/或不稳定的局部区域可以永久存在，在某个间隔内或在某个时间点处被接通和/或断开，改变参数(高度和/或深度)，沿着传送的通道或者沿着传送通道的长度的部分移动。

例如，静态或者准静态场和高频场的叠加，在它出现在四极质量过滤器时，允许创建分开的区域，通过这些区域，仅仅可以传送具有定义的可控制的质量范围的那些粒子。控制运动的稳定性，特别是重新调整对应于带电粒子的稳定运动的质量范围的另一种方式，在于重新调整高频电压的载波频率，和/或施加具有多重频率的附加的高频电压(在四极RF质量过滤器和离子阱的理论上，多重频率对应于从马修方程转换到更一般的希尔方程(Hill equation)，从而依据稳定的区域的构造提供更宽的能力)。

限制伪势的极大值、沿传送通道前进的带电粒子的捕获的局部区域，实际上表示一组局部离子阱，并且这些可以用于离子阱质谱分析法相同的方式被处理。应用共振摆动的高频电压以沿着轴线缓慢移动，集中在基本高频场的伪势的极小值的周围的捕获的带电粒子的局部区域，能够选择性提取某个质量的带电粒子，由于它在RF离子阱中进行，以及实现大量带电粒子的选择性控制的其它操作，该操作在RF离子阱的质谱分析法中进行得很好。具有局部捕获区域，而不是具有无线电频率离子阱的类型的个别装置的这些操作的优点在于，在这种情况下的这些时间消耗操作不会在操作离子源和离子分析装置时产生特殊暂停。实际上，因为在利用局部捕获区域的操作期间，新的带电粒子的包继续进入用于传送带电粒子的装置，并且已经处理的带电粒子的包进入分析装置，所以指定操作仅使得将特别组的粒子从入口传送到出口所需要的时间减慢。

为了创建上述高频、脉冲、静态、准静态和交流电场，可以使用附加的装置的电极，而且可以使用已经现存的装置的电极，各个附加电压可以被应用于装置的电极。

用于传送带电粒子的通道可以是直线的或者曲线的(见图30和图31)。永久地或在某个时间间隔内，用于传送的通道可以被闭合以形成环状，或者连续地或在某个时间间隔内，装置可以执行将带电粒子从入口到出口并且返回来的双向循环移位(在这些情况下，将形成离子阱和/或存储装置，和/或用于带电粒子操纵的隔离空间)。

传送通道的截面的形状可以沿着通道的长度改变。变化形状的特别情况是具有漏斗的构造的传送通道的形状，并且在传送的过程中执行带电粒子的束的压缩(见图32)。

用于传送的通道在中心部分的截面中的附加的电极，从而执行带电粒子的环形包的传送。因此，装置可以被配置成提供传送带电粒子的环形包，该带电粒子的环形包通过环形截面轮廓适当地获得，例如提供中心电极。例如，图33显示在中心具有附加的电极的单个孔，图34显示通过与公共轴对准的类似孔形成的通道，从而提供具有环形截面的结构的带电粒子的包的形成。

代替创建具有环形截面的带电粒子的包，在用于带电粒子传送的通道的中心的电极的附加电极或附加系统可以被用于将主通道细分成捕获带电粒子的多个分开的区域，即用于带电粒子传送的多个子通道。图35显示提供这种电极构造的单个孔的实例。如图35所示，尽管用于传送带电粒子的几何区域表示连接的环的事实，但是由于在通道的空间内产生的高频电场的结构的特征，从而该区域分裂成捕获带电粒子的多个互相分开的区域。带电粒子在每个捕获区域内独立地移动，并且在每个捕获区域中，存在这样的可能性：借助于通过施加于周期性系列的孔的各个部分的附加电压创建的附加电场，单独控制带电粒子的运动。

用于传送的通道在具有其自身特殊性的每个段中传送带电粒子，即独立地操作，用于传送的通道可以被分成分开的段。用于传送的通道可以包含由转换区域和/或装置分离的一系列传送通道。

传送通道可以包含多个通道，这些通道可以并行操作。用于传送的通道可以分成多个平行/子通道(见图36)。例如，每个通道被调整成传送从公用的传送通道“抽出的”、已定义好的质量范围。类似地，用于带电粒子传送的多个并行/子通道可以被组成/合并成用于带电粒子传送的集成/公用的通道(见图37)。例如，这样的布置可以被用于在不同的带电粒子的源之间进行动态切换和/或将不同的带电粒子的束混合到集成/公用的带电粒子的束。将通道变为分裂成几个子通道，和/或将几个子通道集成到集成通道中的方法，可以利用特殊布置的高频电场来实现，而不是利用附加的电极形成的刚性结构，如参照之前的图35。最后，传送通道的结构可以包含执行带电粒子的存储容量的功能的区域(见图38)。

在交替双向传送带电粒子的情况下，或者在使用带电粒子，和/或在传送的通道内直接分析带电粒子的情况下，传送的通道的一端或两端可以被塞住(即，阻塞或闭合)。塞具有固定的设计特点的形式，或者可以通过电场被控制。为了朝着相反的方向反射带电粒子，并且为了创建用于重新调整在相反方向上传送带电粒子的控制电压所需要的延迟，既利用静态和准静态电场，又利用高频电场，塞可以被布置为电光镜(electron-opticalmirror)。因此，装置可以包含适当地在通道的一端或两端(入口和出口)处的一个以上的镜。

为了使带电粒子进入用于传送带电粒子的通道，用于带电粒子的输入装置可以被布置成用连续模式的操作，或者用脉冲模式的操作，或者能够在操作的脉冲模式和连续模式之间切换。为了从传送带电粒子的通道提取带电粒子，可以有用于提取带电粒子的提取装置，该提取装置用连续模式，或者用脉冲模式操作，或者能够在脉冲模式和连续模式之间切换。为了在传送带电粒子的通道中直接产生带电粒子，可以有产生装置，该产生装置产生带电粒子，用连续模式，或者用脉冲模式操作，或者能够在脉冲模式和连续模式之间切换。特别地，为了在用于传送带电粒子的通道中产生带电粒子，分裂原始带电粒子的处理，由于与中性或者相反的带电粒子反应而形成次级带电粒子的处理，借助于电离的这个或那个处理的带电粒子的电离都可以被使用。

为了在用于传送带电粒子的通道的空间内创建需要的高频电场，可以使用不同类型的电压。

作为实例，我们将考虑用于传送带电粒子的通道，该通道利用E_z(z,t)＝(U₀/L)cos(z/L-t/T)·cos(ωt)的形式的轴向高频电场，其中U₀-振幅；ω-高频场的频率；L，T-分别为特征长度和特征时间；通过电场U(z,r,t)＝U₀ sin(z/L-t/T)·(1+r²/4L²+r⁴/64L⁴+...)·cos(ωt)定义的(值r被确定为)。在轴线上具有的值(见图39)，并且产生捕获带电粒子的空间区域的伪势，对应于该场，其中所述区域沿着装置的轴线缓慢地移动(见图40)。高频场E_*(z,t)＝(U₀/L)cos(z/L-t/T)的振幅通过高频伪势U_*(z,r,t)＝U₀sin(z/L-t/T)＝U₀sin(z/L)cos(t/T)-U₀cos(z/L)sin(t/T)的振幅来定义，即，给定的伪势表示根据定律cos(t/T)和sin(t/T)，用准静态方式随着时间变化的静态伪势U₀ sin(z/L)和U₀ cos(z/L)的叠加。

具有轴向分布U₀ sin(z/L)(其中U₀为振幅；L为特征长度)的轴向对称电场的良好近似，可以按如下组织。我们将考虑一系列的同轴环形孔，这些孔具有半径R，结合四个电极为一组，沿着传送通道的长度连续地放置，具有2πL的周期(见图1和图2，或者作为图55的发明的实例被进一步使用)。当然，也可以使用其它电极布置，应该为第一和第二电极接收伪势+U_R(其中U_R＝U₀(1+R²/4L²+R⁴/64L⁴+...)，其中U₀为振幅；L为特征长度，R为环形孔的半径)，并且第三和第四电极接收伪势-U_R，然后，具有足够长的半径R，在对称轴的点处，将形成U₀ sin(z/L)的种类的伪势的分布。分别地，应该第一和第四电极接收伪势+U_R，并且第二和第三电极接收伪势-U_R，于是在对称轴上将产生用U₀ cos(z/L)形式的伪势的分布。用于创建伪势的分布的另一种变化，接近于需要的，沿着装置的轴线，对于sine对四个电极施加伪势(0,+U_R,0,-U_R)，对于cosine施加伪势(+U_R,0,-U_R,0)。

仍然保持必须计算指定电场的叠加。因此，在四个为一组的每组中的第一电极，将用的形式被供应有高频电压，根据定律 被振幅调制，第二电极将根据 被供应有振幅调制的电压，第三电极将根据 被供应有振幅调制的电压，第四电极将根据 被供应有振幅调制的电压。

图41表示施加于四个为一组的每组中的第一、第二、第三和第四电极的电压的图。为了进行比较，对应于专利No.US6812453的装置，图8更早地表明电压的图，所述电压应该施加于用于在传送通道内创建电场的这些电极。由于施加于第一和第三电极(以及第二和第四电极)的电压的振幅调制会是相同的，并且施加于相邻的电极的高频电压的相位差，在这种情况下将是不充分的，因此施加于电极的电压的再现的周期可以从4缩短到2，并且同时双倍压缩带电粒子的包的序列。

借助于上述技术，将可以容易地综合处理孔的周期性定位系统所需要的电压，以便创建高频电场，该高频电场以具有的形式的伪势为特征，其中U*为伪势的振幅，L为伪势的连续极小值之间的特征长度，T为伪势的极小值沿着通道的长度移动的特征时间，n为正整数，表征因此形成的带电粒子的捕获的伪势区域的壁的陡度。例如，图42显示电压，需要该电压被施加于六个环形电极的重复组以便创建具有的形式(图43)的伪势的轴向分布的高频电场，以及捕获沿着装置的轴线缓慢移动的带电粒子的各个区域(图44)。

在数学上，也可以利用不同的技术创建等效的电场，而无需使用高频电压的振幅调制。假设，高频电压随着频率的偏移被给定为 其中U_R＝U₀(1+R²/4L²+R⁴/64L⁴+...)，其中U₀为振幅；L为特征长度；R为环形孔的半径；T为特征时间；w为高频电压的频率；为高频电压的初始相位。第一电极应该被供应有电压的总和(U₁+U₂+U₃-U₄)/2，第二电极应该被供应有电压的总和(U₁-U₂+U₃+U₄)/2，第三电极应该被供应有电压的总和(-U₁-U₂-U₃+U₄)/2，和第四电极应该被供应有电压的总和(-U₁+U₂-U₃-U₄)/2，于是我们将获得作用在每个电极的电压，同样与先前的相同。在以紧密定位的频率为特征并且彼此相位相差π/2的高频电压的位置上，可以使用具有紧密定位的频率以及其它非零相位移的高频电压用于合计电压。

替换高频电压的振幅调制，或者使由于恒定频率偏移和相位移而彼此不同的多个高频电压结合，可以使用相位调制的高频电压、频率调制的高频电压、高频电压的系列以适当方式的时间同步。最后，借助于计算机、微处理器或者可编程序脉冲装置利用数字法可以综合处理所需的电压。图45-54表示用于获得所需的高频电压的各种方法：a)图45—借助于函数sin(t/T)的高频电压cos(ωt)的振幅调制，b)图46—借助于函数sin²(t/T)＝(1-cos(2t/T))/2的高频电压cos(ωt)的振幅调制，c)图47—借助于函数(1-γt/T)sin(t/T)的高频电压cos(ωt)的振幅调制，d)图48—相位移为π/4的具有不同频率的四个高频电压的总和sin((ω+1/T)t)-sin((ω-1/T)t)+cos((ω+1/T)t)+cos((ω-1/T)t)，e)图49—由公式cos(ωt+cos(t/T))+cos(ωt-cos(t/T))-cos(ωt)定义的相位调制的高频电压的叠加，f)图50—由公式cos(ωt+sin(cos(t/T)))+cos(ωt-sin(cos(t/T)))-1.3cos(ωt)定义的相位调制的高频电压的叠加作用，g)图51—借助于函数sin(t/T)/(t/T)的高频电压cos(ωt)的频率调制，h)图52—借助于振荡函数的高频电压cos(ωt)的频率调制。应该了解的是，施加于电极的所需的电压也可以利用其它技术来创建，然而通过高频电场创建的有效电势的行为在这里将是决定因素。

施加于电极的电压不需要严格的周期性(见图47)。为对施加于传送系统的电极的电压的综合处理指定的所有方法可以在传送通道中创建以所需的特性为特征的高频电场。

不是绝对必须精确使用按照的定律改变的谐波电压作为基本高频电压，其中该电压经过振幅调制、相位调制、频率调制等等。对于这个电压，同样可以使用非谐波高频电压，和/或包含频谱中的两个以上频率的高频电压，和/或包含频谱中的频率的无穷集的高频电压，和/或脉冲的高频电压。

为了在用于传送带电粒子的通道的空间内创建所需的高频电场，可以使用不同类型的电极构造。

图1和图2所示的重复的圆孔的构造既不是唯一的可能，也不必须是最佳的电极构造，尽管可以是最节约及建设性的简单。图53显示具有正方形孔的单个隔膜；稍后，在实现要求保护的发明的特别情况，这个可以被用作实例。图54显示四极状的构造，为了避免使用在用于更有效地压缩带电粒子到装置的轴线的圆形孔的情况下所需的附加的无线电频率电压而分析性计算该四极状构造(这个单个隔膜的电极的轮廓将不再是对应于正方形定律的电场的精确夸大叙述，它们的近似描述通过四次曲线来表示，并且精确的方程包含更高的超越函数)。图55、图56和图57显示借助于矩形、三角形和梯形轮廓近似上述分析计算的形状的电极的粗略轮廓。用类似的方式设计使用更高的多极部件作为基础的电极的构造。例如，图58显示由分开的圆形杆组成的电极的系统，用于在由更高的多极(六极)部件组成的传送通道中创建高频电场。图59显示具有相对于彼此倒置(旋转)的矩形孔的一系列交替的单个隔膜，该一系列的交替单个隔膜还创建沿着用于带电粒子传送的通道非均匀的、伪势的所需要的多极部件(这样的电极构造将稍后作为实例进行论述)。图60显示具有曲线轮廓的平面隔膜，以具有曲线轮廓的固体电极聚集，还可以创建沿着用于带电粒子传送的通道的伪势的所需的多极部件。总的来说这样的电极的构造创建电极的四极状结构，并且装置内部的电场的结构可以是这样的，以致于不是必须向固体电极施加高频电压(这样的电极的构造将稍后作为实例论述)。

至于建造，装置的电极可以用三维物体、薄的连续表面的形式被制造；它们可以是沉积在绝缘体基板上的金属导电层，或者是网格状。在用气体的流动执行带电粒子的传送时网格状电极是有用的，并且需要确保电极的构造使得对气体的流动的阻力最小化。例如，利用线电极和具有狭槽和/或特别布置的孔的电极，可以解决相同的任务，其中所述孔对由电极创建的电场不具有影响，或者具有最小的影响。

装置可以被用于传送带电粒子，并且用于在真空中，以及在惰性或者部分离子化的气体中操纵带电粒子。由于这样的状况对应于在充满气体的离子源和在真空中操作的分析装置之间的分界面，因此带电粒子的传送在气流中进行时，这种布置将是有用的。为了将带电粒子喷射到装置中，和/或从装置提取带电粒子，一些电极可以具有附加的孔或者狭缝。也可以经由电极之间的间隙将带电粒子喷射到装置中，和/或从装置提取带电粒子。为了将带电粒子喷射到装置中，和/或从装置提取带电粒子，必须施加与在装置内部传送带电粒子不直接关联的附加的脉冲或者阶梯式电压。

附图说明

图1显示在根据专利No.US6812453的装置中用作一个可能的电极的单个圆形隔膜。

图2显示在根据专利No.US6812453的装置中的电极的可能的布置。装置包含电极的系统，表示具有同轴的孔的一系列极板，同轴的孔被布置成在沿着装置的纵向轴线定位的电极之间的内部空间，并且被设计成在所述空间内传送离子。

图3显示对于多个紧密定位的时间点t、t+δt、t+2δt、t+3δt、…，沿着用于带电粒子传送的通道的电场E_z(z,t)的轴向分量的可能分布(对于根据专利No.US6812453的装置)。

图4显示彼此足够远离地定位的，对于几个时间点t和t+Δt、Δt＞＞δt沿着传送通道电场强度E_a(z,t)的轴向分量的可能的包络线(对于根据专利No.US6812453的装置)。

图5显示对于根据专利No.US6812453的装置，沿着用于带电粒子传送的通道的长度(z轴)和一个垂直方向(x轴)的伪势的可能的二维分布。

图6显示对于根据专利No.US6812453的装置，沿着用于带电粒子传送的通道的长度(z轴)和一个垂直方向(x轴)的准静态电场的电势U_a(x,y,z,t)的(在一些时间点处的)可能的二维分布。

图7显示对于根据专利No.US6812453的装置，沿着用于带电粒子传送的通道的长度(z轴)的轴线的准静态电场的电势U_a(z,t)的(在一些时间点处的)可能分布。

图8显示根据专利No.US6812453，在四个电极为一组的每个重复组中，被分别施加于第一、第二、第三和第四电极的可能的电压U₁(t)、U₂(t)、U₃(t)、U₄(t)。

图9显示沿着用于带电粒子传送的通道(z轴)通过准静态电势U_a(z,t)的极大值捕获带负电粒子并且通过准静态电势U_a(z,t)的极小值捕获带正电粒子。

图10显示用于施加的高频电压f(t)的傅里叶谱F(ω)的实例，其中施加的高频电压f(t)可以用规范等式的形式表示为具有“缓慢”变化的振幅的“快速”谐波的总和。

图11显示对于本发明的装置，对于多个紧密定位的时间点t、t+δt、t+2δt、t+3δt、…，沿着用于带电粒子传送的通道的轴线(z轴)的电场E_z(z,t)的轴向分量的可能分布。

图12显示对于本发明的装置，彼此足够远离地定位的，对于几个时间点t和t+Δt(Δt＞＞δt)沿着通道(z轴)的电场强度E_a(z,t)的轴向分量的包络线的可能分布。

图13显示对于根据本发明的装置，沿着用于带电粒子传送的通道的长度(z轴)和一个垂直方向(x轴)的伪势的可能的二维分布。

图14显示对于本发明的装置，沿着用于带电粒子传送的通道(z轴)的伪势的可能分布。

图15显示沿着z轴的段，位于伪势的极小值时捕获带负电和带正电的粒子。

图16显示对于具有电场E_z(z,t)＝E₀cos(z/L-t/T)·cos(ωt)的轴向分布的本发明的装置的实施例，离子轨道的坐标系z(t)(对应于装置的轴线)对时间t的依赖性。

图17显示z(t)-vt相对于时间t的依赖性，其中v为伪势的极小值沿着用于带电粒子传送的通道的运动的速度。该依赖性表明离子包以普通平均速度v同时运动。

图18显示坐标系r(t)相对于时间t的依赖性(坐标系r(t)对应于相对于用于带电粒子传送的通道的轴线的径向方向)。

图19显示带电粒子的包和伪势的极小值沿着用于带电粒子传送的通道(z轴)的时间同步的传送。该图显示对于不同的时间点t₁和t₂(t₁＜t₂)的伪势的极小值的转置的处理。

图20显示通过伪势的极大值的随着时间沿着用于带电粒子传送的通道(z轴)的带电粒子的“捆绑”。该图显示对于不同的时间点t₁和t₂(t₁＜t₂)的伪势的极大值的转置的处理。

图21显示在伪势具有沿着用于带电粒子传送的通道(z轴)的交变的极大值和极小值的情况下，进入用于带电粒子传送的通道的大量带电粒子分解成空间局限性的、空间分开的带电粒子的包，同时从入口被传送到出口。该图显示对于不同的时间点t₁和t₂(t₁＜t₂)的伪势的极大值和极小值的转置的处理。

图22显示具有电场的轴向分量沿着装置的轴线非均匀分布E_z(z,t)＝E₀(π/2+arctan(z/H))·cos(z/L-t/T)·cos(ωt)的高频电场的分布的实例(其中E₀为电场轴向分布的振幅的变化的特征尺度，z为沿着带电粒子传送通道的轴线的空间坐标，H为伪势的振荡的“衰减”的特征空间尺度，L为伪势的单个振荡的特征空间尺度，T为用于伪势的振荡沿着装置的轴线位移的“缓慢”时间尺度，ω为电场的高频谐波振荡的“快速”频率，且其中H＞＞L和ωT＞＞1)。

图23显示沿着用于带电粒子传送的通道(z轴)，具有图22所示的轴向分量的高频电场的伪势的分布。在接近点z＝0的过程中，能够观察到伪势的极大值单调递增，从而形成沿着轴线朝着z＝+∞移动的增幅波。这样的电场的轴向分布形成对于-∞＜z＜-2H粒子的稳定累积的区域，对于+2H＜z＜+∞带电粒子的稳定移动的区域，以及对于-2H＜z＜+2H的渐变区域。

图24显示通过添加具有以下轴向场分布：E_z(z,t)＝0.45E₀(π/2-arctan(z/H))·sin(ωt)的高频场，对于从图22获得的高频场的伪势的实例。由于在带电粒子的累积的区域与带电粒子的排空的区域之间的渐变区域中的指定高频场的叠加，获得伪势的段，并且它具有单调递减的极小值，提高了带正电粒子和带负电粒子的捕获和排空的效率。

图25显示用于带正电粒子的电势函数的实例，该实例对应于将具有在用于带电粒子传送的通道的轴线上的电势U(z)＝U₀(π/2-arctan(z/H))²的轴向分布的直流电场与如图22所示的高频电场的叠加。电势函数的图与如图24所示的伪势的图同样地重合。在带电粒子的累积的区域与带电粒子的排空的区域之间的渐变区域中，具有单调递减的极大值和极小值的段是有效的，从而提高了带正电粒子的捕获和排空的效率。

图26显示用于带负电粒子的电势函数的实例，该实例对应于直流电场与如图25所示的高频电场的叠加。该图显示在带电粒子的累积的区域与带电粒子的排空的区域之间的渐变区域中，具有单调递增的极大值和极小值的段是有效的，从而降低了带负电粒子的捕获和排空的效率。

图27显示用于带正电粒子的电势函数的实例，该实例对应于直流均匀电场与如图22所示的高频电场的叠加。该图显示这种电场的叠加形成渐变区域，提高了带正电粒子的捕获和排空的效率。

图28显示用于带负电粒子的电势函数的实例，该实例对应于直流均匀电场与如图22所示的高频电场的叠加。该图显示这种电场的叠加形成渐变区域，降低了带负电粒子的捕获和排空的效率。

图29显示能够产生用于结合存储的区域和来自区域的边缘的带电粒子的离散包的规则排空的场的电极的结构。

图30显示用于带电粒子传送的直线形通道的实例。

图31显示用于带电粒子传送的曲线形通道的实例。

图32显示具有漏斗的构造的、用于带电粒子传送的通道的可变轮廓的特别情况。

图33显示由图34或图35所示的单个隔膜形成的、用于带电粒子传送的通道的实例，该单个隔膜在截面中的中心部分包含附加的电极。

图34显示单个隔膜的实例，该单个隔膜在截面中的中心部分包含附加的电极。

图35显示具有中心部分的单个隔膜的实例，其中捕获带电粒子的多个未结合的区域，以及用于带电粒子传送的多个独立并行的通道。

图36显示分裂成几个并行的(子)通道的、用于带电粒子传送的通道的实例。在这种情况下，每个通道可以被调整成传送从公用的传送“抽出的”、已定义好的质量范围。

图37显示用于带电粒子传送的几个(子)通道的集成的实例，从而形成单个通道。在这种情况下，可以实现在不同的带电粒子的源之间进行动态切换和/或将不同的带电粒子的束混合到集成的带电粒子的束中。

图38显示用于带电粒子传送的通道的实例，其中通道的结构包含执行带电粒子的存储容量的功能的区域。

图39显示沿着用于带电粒子传送的通道(z轴)的伪势的分布的实例，该伪势具有沿着用于带电粒子传送的通道行进的交变的极大值和极小值。该伪势对应于根据定律：E_z(z,t)＝(U₀/L)cos(z/L-t/T)·cos(ωt)的高频电场的轴向分布。

图40显示对应于图39所示的伪势沿着用于带电粒子传送的通道(z轴)的带电粒子的捕获的区域的分布。

图41显示在用于创建具有如图39所示的伪势的高频电场的四个电极-隔膜为一组的每组中，分别施加于第一、第二、第三和第四电极的电压U₁(t)、U₂(t)、U₃(t)、U₄(t)。

图42显示施加于用于创建具有用的形式的伪势的轴向分布的高频电场的六个电极-隔膜的重复组所需要的电压U₁(t)、U₂(t)、U₃(t)、U₄(t)、U₅(t)、U₆(t)。

图43显示沿着用于带电粒子传送的通道(z轴)的伪势的分布，该伪势对应于通过图42所示施加于装置的电极的电压产生的高频电场。

图44显示对应于沿着用于带电粒子传送的通道(轴)的伪势带电粒子的捕获的区域。

图45显示借助于使用函数sin(t/T)的电压cos(ωt)的振幅调制产生的高频电压U(t)的实例。

图46显示借助于使用函数sin²(t/T)＝(1-cos(2t/T))/2的电压cos(ωt)的振幅调制产生的高频电压U(t)的实例。

图47显示借助于使用函数(1-γt/T)sin(t/T)的电压cos(ωt)的振幅调制产生的高频电压U(t)的实例。

图48相位移为π/4的，作为具有不同频率的四个高频电压的总和sin((ω+1/T)t)-sin((ω-1/T)t)+cos((ω+1/T)t)+cos((ω-1/T)t)的高频电压U(t)的实例。

图49显示作为由公式：cos(ωt+cos(t/T))+cos(ωt-cos(t/T))-cos(ωt)定义的相位调制的高频电压的叠加的高频电压U(t)的实例。

图50显示作为由公式：cos(ωt+sin(cos(t/T)))+cos(ωt-sin(cos(t/T)))-1.3cos(ωt)定义的相位调制的高频电压的叠加的高频电压U(t)的实例。

图51显示借助于函数sin(t/T)/(t/T)通过高频电压cos(ωt)的频率调制产生的高频电压U(t)的实例。

图52显示借助于振荡函数通过高频电压cos(ωt)的频率调制产生的电压U(t)的实例。

图53显示用于创建由重复的单个隔膜组成的用于带电粒子传送的通道的平面、非环状隔膜。

图54显示用于创建用于带电粒子传送的通道的单个隔膜的电极的四极状构造。这样的构造能够更有效地(与简单的隔膜相比)将离子束压缩到装置的轴线。这些电极的分析计算的轮廓不是双曲线形，但是由具有插入更高的超越函数的超越方程来定义。

图55表示用于形成用于带电粒子传送的通道的单个隔膜的电极的矩形轮廓，例如用于创建具有沿着包含四极部件的装置的轴线的所需要的伪势的分布的电场的轮廓。

图56表示用于形成用于带电粒子传送的通道的单个隔膜的电极的三角形轮廓，例如用于创建具有沿着包含四极部件的装置的轴线的所需要的伪势的分布的电场的轮廓。

图57表示用于形成用于带电粒子传送的通道的单个隔膜的电极的梯形轮廓，例如用于创建具有沿着包含四极部件的装置的轴线的所需要的伪势的分布的电场的轮廓。

图58表示由开缝的圆形杆组成的电极的轮廓的实例，用于在带电粒子传送的通道中创建具有沿着包含更高的多极(六极)部件的装置的轴线的所需要的伪势的分布的高频电场。

图59显示具有矩形孔的平面隔膜，用于创建由具有各种截面的多个隔膜组成的、用于带电粒子传送的通道，创建具有沿用于带电粒子传送的通道的长度具有非均匀的多极部件的伪势的高频电场。

图60是在具有固体四极状的电极的聚集中的四极状结构的平面有缝的隔膜。

图61显示本发明的装置的概略图。

图62显示本发明的装置的电极的布置的个别选择，表示矩形或者圆形隔膜的周期序列。

图63显示本发明的装置，与附加的装置结合地操作，以在给定装置内在带电粒子的包的移动过程中对带电粒子的包提供附加的影响。

图64显示本发明装置，与带电粒子的源结合地操作，或者与带电粒子存储装置结合地操作。

图65显示本发明的装置，作为用于一些输出装置的带电粒子的源操作。

图66显示本发明的装置，将在入口处的带电粒子的脉冲束转换成在出口处的带电粒子的包的准连续束。

图67显示本发明的装置，将在入口处的带电粒子的连续或准连续束转换成在出口处的带电粒子的包的离散束。

图68显示本发明的装置，包括在用于分析带电粒子的仪器的部件中。

图69显示用作实例1的、由具有方形孔的单个平面隔膜组成的电极的周期性序列的轴向截面和几何尺寸(见下文)。

图70显示用于实例1中的电极的周期性序列的、具有方形孔的单个平面隔膜的几何尺寸。

图71显示在实例1中，将初始的大量带电粒子分裂成空间分开的包并且沿着用于带电粒子传送的通道传送它们。

图72显示用作实例2的、由具有矩形孔的交变的、平面的、单个隔膜组成的电极的周期性序列的轴向截面和几何尺寸。

图73显示用于实例2中的电极的周期性序列的、具有矩形孔的交变的、平面的、单个隔膜的几何尺寸(见下文)。

图74显示在实例2中，将初始的大量带电粒子分裂成空间分开的包并且沿着用于带电粒子传送的通道传送它们。

图75显示用作实例3的、由具有平面独立的电极和电场的四极构造的交变的、平面的、单个隔膜组成的电极的周期性序列的轴向截面和几何尺寸(见下文)。

图76显示用于实例3中的电极的周期性序列的、具有平面独立的电极和电场的四极构造的交变的、平面的、单个隔膜的几何尺寸。

图77显示在实例3中，将初始的大量带电粒子分裂成空间分开的包并且沿着用于带电粒子传送的通道传送它们。

图78显示用作实例3的电极的周期性序列的轴向截面和几何尺寸，该电极由截面重复的四极状电极和提供电场的四极构造的两个固体四极状电极组成(见图60)(见下文)。

图79显示用于实例4中的电极的聚集物的、交变的四极状部分的几何尺寸，该交变的四极状部分由截面重复的四极状电极和两个固体四极状电极(见图60)组成。

图80显示在实例4中，将初始的大量带电粒子分裂成空间分开的包并且沿着用于带电粒子传送的通道传送它们。

图81显示使用具有三个开关的开关布置可以产生的数字波形信号。

图82显示具有作为cos(x)的振幅调制的离散数字波形信号。

图83显示具有稍微不同的频率的两种离散数字波形信号。

图84显示具有稍微不同的频率的两种数字波形信号的和。

图85显示使用数字波形的模拟的结果，从而沿着轴线初始分布的离子被形成为聚束并且以聚束沿着轴线被传送。

图86显示以几个时间间隔显示的，用于以束沿着装置传播离子的准静态聚束电压。

图87显示包含四个电极(6)和四个绝缘体的电极布置，其中四个绝缘体(5)形成支撑结构的部分。

图88显示具有四个电极(8)和绝缘体(7)的实施例，其中绝缘体(7)形成支撑结构。

图89显示位于用于分裂离子的单元的结构内的装置，具有区域1至3，中心区域2相对于所述第一和第三区域以高压被随意地保持。

图90显示具有用于传送离子的区域1到3的布置，其中区域2被指定成碰撞单元区域，该区域具有进气口4、通过管7链接的两个导电限制部分，从而碰撞单元区域2可以被维持在高于区域1和3的压力，并且进一步，区域1到3位于具有用于泵出气体的至少一个泵的单个真空室内。

图91显示标准化坐标系中的标准化阿基米德伪势(粗线)和它的标准化梯度(细线)。

图92显示当气体压力为零时，在分离的阿基米德阱内部移动的两个离子。横坐标上绘制标准化时间(τ)，纵坐标上绘制标准化轴向离子位置(Z)。

图93显示当气体压力很小时(标准化粘度系数为1.0)，在分离的阿基米德阱内部移动的两个离子。横坐标上绘制标准化时间(τ)，纵坐标上绘制标准化轴向离子位置(Z)。

图94显示当气体压力为中等时(标准化粘度系数为50.0)，在分离的阿基米德阱内部移动的两个离子。横坐标上绘制标准化时间(τ)，纵坐标上绘制标准化轴向离子位置(Z)。

图95显示当气体压力很大时(标准化粘度系数为73.0)，脱离阿基米德阱的两个离子。横坐标上绘制标准化时间(τ)，纵坐标上绘制标准化轴向离子位置(Z)。

图96显示在各种压力下的离子运动。横坐标上绘制标准化时间(τ)，纵坐标上绘制标准化轴向离子位置(Z)。

图97显示在气体流动为零时(标准化粘度系数为50.0，标准化气流为0.0)的相邻的阿基米德阱内部移动的两个离子。

图98显示在辅助方向上气体流动为零的(标准化粘度系数为50.0，标准化气流为2.0)相邻的阿基米德阱内部移动的两个离子。

图99显示当由于非零的气体流动(标准化粘度系数为50.0，标准化气流为2.7)而损失稳定性时，在相邻的阿基米德阱内部移动的两个离子。

图100在各种气流速度下的离子运动(辅助和相反的)。

具体实施方式

在实施例中，用于带电粒子的操纵(见图61)的装置包含电极1的系统，电极1被定位在创建沿着装置的纵向轴线(图中的z轴)定位并且被设计成传送带电粒子3的通道2。特别地，图62中所示的装置包含8个部分，其中每组中有4个部分，沿着装置的纵向轴线被串联地定位，同轴的环形电极1具有20mm的孔的内径并且相邻电极之间的间隙为2mm；装置的全长为320mm。通道2的端部区域4和5，分别形成装置的入口区和出口区。

装置还包括产生被施加于电极1的电源电压的布置(图中未显示)，从而在所述通道内创建非均匀的高频电场，该非均匀的高频电场的伪势至少在某个时间间隔内沿着用于传送带电粒子的通道的长度具有一个以上的局部极值，然而，至少在用于传送带电粒子的通道的长度的部分内，至少在某个时间间隔内伪势的至少一个极值随着时间被转置。

图63表示本发明的特别形式，与装置结合地操作，该装置在给定装置内在它们的移动过程中对带电粒子的包提供附加的影响，所述影响在装置内的区域6中实现。为了实现这种装置，例如，可以使用用于离子化带电粒子的装置、用于分裂带电粒子的装置、用于产生第二级带电粒子的装置、用于激励带电粒子的内能的装置、用于选择提取带电粒子的装置。在那种情况下，所述附加的装置可以不是装置的结构中的个别构造性的单元，但是表示在装置的空间内进行的特定和故意组织的物理处理。

图64表示装置的特别形式，与带电粒子7的源一起起作用。对于带电粒子的源，例如，可以使用用于产生带电粒子的装置和/或在图68的描述下列出的入口中间装置。

图65表示装置的特别形式，起到用于某个出口装置8的带电粒子的源的作用。对于出口装置，例如，可以使用带电粒子的分析器和/或在图68的描述下列出的出口中间装置。

图66表示装置的特别形式，将在装置的入口处的带电粒子9的脉冲束转换成在装置的出口处的带电粒子11的包的流动。带电粒子9的脉冲束可以从一些外部装置到达后进入装置，或者被形成在要求保护的装置的空间内。

图67表示装置的特别形式，将在装置的入口处的带电粒子10的连续或者准连续束转换成在装置的出口处的带电粒子11的包的流动。带电粒子10的连续或者准连续束可以从一些外部装置到达后进入装置，或者被形成在要求保护的装置的空间内。

图68表示包括在用于分析带电粒子的仪器(例如，质量光谱分析仪)的结构中的装置的特别形式。这种装置可以由产生带电粒子12的装置、用于利用带电粒子14操纵的要求保护的的装置的入口中间装置13、出口中间装置15和带电粒子的分析仪16组成。用于产生带电粒子的装置用于产生最初的带电粒子，并且可以基于多样化的物理处理。入口中间装置用于累积(存储)带电粒子，或者冷却带电粒子(衰减动能)，或者转换带电粒子束的特性，或者激励带电粒子，或者分裂带电粒子，或者产生次级带电粒子，或者过滤所需要的带电粒子组，或者初始检测带电粒子，或者同时执行多个上述功能。用于利用带电粒子操纵的装置执行将带电粒子的输入束分裂成带电粒子的离散和时间同步的包的束，将带电粒子从入口传送到出口，并且它可以实现利用带电粒子的操纵的其它种类。出口中间装置用于存储带电粒子，或者转换带电粒子束的特性，或者分裂带电粒子，或者产生次级带电粒子，或者过滤所需要的带电粒子组，或者初始检测带电粒子，或者同时执行多个上述功能。带电粒子的分析仪可以表示，例如，基于微通道板的检测器，或者二极管检测器的聚集物(可能包含单个元件)，或者半导体检测器的聚集物(可能包含单个元件)，或者基于感应电荷的测量的检测器的聚集物(可能包含单个元件)，或者质量分析仪(质量光谱分析仪、质谱仪或者滤质器)，或者光谱仪，或者利用基于离子迁移率的性质或者其衍生物而使带电粒子分离的光谱分析仪。入口中间装置和/或出口中间装置可以没有，并且电离带电粒子的处理和/或分析带电粒子的处理可以在用于利用带电粒子操纵的要求保护的的装置内部实现。入口中间装置和出口中间都可以表示各个装置的聚集物，可以通过用于传送带电粒子的装置和/或用于利用带电粒子操纵的装置被分离，装置包括可以使用本发明的装置，同样，可以使用用于利用带电粒子的操纵的装置。仪器的所有指定元件可以用连续模式操作，和/或用脉冲模式操作，和/或可以在连续操作模式和脉冲操作模式之间切换。

为完整起见，应该指出，下面实施例中的每一个，以及甚至这里所公开的所有实施例，可以与一个以上的其它实施例相结合。

应该注意，在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，实现利用带电粒子操纵的方法，包括对非均匀高频电场的、位于用于利用带电粒子操纵的空间的带电粒子的聚集物有影响，其中至少在某个时间间隔内，非均匀高频电场的伪势具有沿着用于利用带电粒子操纵的空间的长度的一个以上的局部极值，然而，至少在某个时间间隔内，至少沿着用于利用带电粒子操纵的空间的长度的部分，伪势高频电场的至少一个所述极值随着时间被转置。

在实施例中，如果在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，带电粒子束进入到装置的入口中，其中，至少在某个时间间隔内，高频电场的伪势沿着用于利用带电粒子操纵的区域的长度具有交变的极大值和极小值，因此，可以实现将带电粒子束分裂成空间分段的带电粒子包。

在实施例中，如果在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，带电粒子的聚集物位于装置内，其中，至少在某个时间间隔内，高频电场的伪势沿着用于利用带电粒子操纵的区域的长度具有交变的极大值和极小值，因此，可以实现将带电粒子组成空间上分段的带电粒子包。

在实施例中，装置可以被结合到包含带电粒子的存储装置。在那种情况下，至少在存储装置的某个区域内，至少在某个时间间隔内，带电粒子的聚集物通过具有伪势的高频电场被捕获，该伪势沿着用于利用带电粒子操纵的空间的长度具有一个以上的极值，其中，至少在某个时间间隔内，至少在用于利用带电粒子操纵的空间的长度的部分内，高频电场的伪势的至少一个所述极值随着时间被转置。

以这样的方式，由于至少在某个时间间隔内，沿着通道的长度的至少一部分，通过高频电场捕获带电粒子和转置高频电场的伪势的极值，因此用在存储装置中可得到的至少带电粒子的一部分的空间上分开的束的形式，可以执行提取带电粒子。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，带电粒子的聚集物受到高频静电场的影响，其中，高频静电场的伪势沿着用于利用带电粒子操纵的区域的长度具有交变的极大值和极小值，以预定方式随着时间转置，因此，根据时间依赖性，可以实现带电粒子的的时间同步的传送。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，因为至少对于用于利用带电粒子操纵的空间的长度的一部分，在某个时间点处，或者某些时间点处，高频电场的伪势的极值的转置的方向使它的符号相反，所以可以实现带电粒子的交替双向运动。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，因为至少在用于利用带电粒子操纵的空间的长度的一部分内，在某个时间间隔内，高频电场的伪势的极值随着时间的转置具有振荡的形态，所以可以实现带电粒子的振荡转置。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，由于至少在某个时间间隔内，分离空间上分离的包的，伪势的极大值中高频电场的伪势的值下降，因此可以实现带电粒子的两个以上相邻的、空间分开的束的集成。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，由于至少在某个时间间隔内，分离空间上分离的包的，伪势的极大值中高频电场的伪势的值下降，因此可以实现由于至少在某个时间间隔内，在带电粒子的相邻的空间分开的包之间的至少一些带电粒子的转换。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，由于至少在某个时间间隔期间，在伪势的极小值中高频电场的伪势的值上升到势垒水平以上，因此可以实现至少一个带电粒子的包的分解，其中极小值对应于所关心的带电粒子的包的位置。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，由于至少在某个时间间隔期间，在伪势的极小值中高频电场的伪势的值上升，因此至少某个时间间隔内，至少一些带电粒子可以从包中逃脱，其中极小值对应于所关心的带电粒子的包的位置。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，由于至少在某个时间间隔期间，分离空间上分离的包的，伪势的极大值中高频电场的伪势的值下降，然而在伪势的极小值中高频电场的伪势的值上升，因此可以将所有或一些带电粒子从带电粒子的一个包传送到带电粒子的相邻包，其中极小值对应于所关心的带电粒子的包的位置。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，由于至少在某个时间间隔内，至少在传送通道的某个部分上，高频电场的伪势的值变化，从而创建局部极小值，因此可以实现创建或恢复捕获带电粒子的区域。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，由于至少在某个时间间隔内，至少对于传送通道的某个长度，高频电场的伪势不具有极大值和极小值，因此可以创建用于存储带电粒子的区域。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，为了提高在用于利用带电粒子操纵的空间内的带电粒子的径向容量，可以使用附加的静态电场，和/或附加的准静态电场，和/或附加的交流电场，和/或附加的脉冲电场，和/或附加的高频电场，和/或所述场的叠加。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，为了提高沿着用于利用带电粒子操纵的空间的长度的带电粒子的束的空间隔离，可以使用附加的静态电场，和/或附加的准静态电场，和/或附加的交流电场，和/或附加的脉冲电场，和/或附加的高频电场，和/或所述场的叠加。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，为了提高传送带电粒子的包的时间同步化，可以使用附加的静态电场，和/或附加的准静态电场，和/或附加的交流电场，和/或附加的脉冲电场，和/或附加的高频电场，和/或所述场的叠加。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，为了确保控制在传送带电粒子的处理中的带电粒子的行为，可以使用附加的静态电场，和/或附加的准静态电场，和/或附加的交流电场，和/或附加的脉冲电场，和/或附加的高频电场，和/或所述场的叠加，在用于利用带电粒子操纵的空间内创建场。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，至少在某个时间间隔内，至少在用于利用带电粒子操纵的空间的部分内，为了确保借助于创建附加的势垒、和/或伪势势垒、和/或势阱、或者伪势阱来控制带电粒子的行为，可以使用附加的静态电场，和/或附加的准静态电场，和/或附加的交流电场，和/或附加的脉冲电场，和/或附加的高频电场，和/或所述场的叠加。

以这种方式，至少在某个时间间隔内，在用于利用带电粒子操纵的空间内，所述电势和伪势势垒和阱可以随着时间变化和/或及时移动，因此确保能够控制带电粒子的行为。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，至少在某个时间间隔内，至少在用于利用带电粒子操纵的空间的部分内，为了确保借助于稳定的附加区域和/或不稳定的附加区域来控制带电粒子的行为，可以使用附加的静态电场，和/或附加的准静态电场，和/或附加的交流电场，和/或附加的脉冲电场，和/或附加的高频电场，和/或所述场的叠加。

以这种方式，至少在某个时间间隔内，在用于利用带电粒子操纵的空间内，所述稳定和不稳定的区域可以随着时间变化和/或随着时间移动，因此确保能够控制带电粒子的行为。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，为了选择性提取带电粒子，可以使用附加的静态电场，和/或附加的准静态电场，和/或附加的交流电场，和/或附加的脉冲电场，和/或附加的高频电场，和/或所述场的叠加。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，为了控制带电粒子的运动对带电粒子的质量的必要依赖性，可以使用附加的静态电场，和/或附加的准静态电场，和/或附加的交流电场，和/或附加的脉冲电场，和/或附加的高频电场，和/或所述场的叠加。

在实施例中，在装置中用于带电粒子传送的通道至少沿着用于利用带电粒子操纵的空间的长度的部分，可以具有变化的轮廓，以这样的方式，在操作装置的过程中，在所述通道中可以实现带电粒子的束的聚集、和/或集中、和/或压缩。

在实施例中，在装置中用于带电粒子传送的通道可以被闭合以形成环状，以这样的方式，在操作装置的过程中，它可以被用于为带电粒子创建存储容量，和/或用于带电粒子的捕集，和/或用于利用带电粒子操纵的空间，其中用于带电粒子传送的通道被闭合以形成环状。

在实施例中，为了创建用于带电粒子的存储容量，和/或用于带电粒子的捕集，和/或用于利用带电粒子操纵的空间，至少在某个时间间隔内，可以使用以交替双向模式操作的带电粒子传送的通道。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，利用带电粒子的操纵可以在真空中被执行。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，利用带电粒子的操纵可以在惰性气体或者离子化气体中被执行。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，利用带电粒子的操纵可以在惰性气体或者离子化气体的流动中被执行。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，带电粒子可以从外部源到达装置的入口中。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，可以利用在装置内产生的带电粒子执行操纵。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，可以利用在装置内产生的次级带电粒子执行操纵。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，可以利用在装置内产生的分裂的带电粒子执行操纵。

在实施例中，由于带电粒子与惰性气体的分子和/或与装置内部的表面的碰撞，从而借助于在装置中创建的电场在加速带电粒子的情况下可以产生分裂的所述带电粒子。

在实施例中，由于集成到带电粒子的单个空间分开的包中的带正电粒子与带负电粒子之间的相互作用，因此可以在装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)内产生分裂的带电粒子。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，可以在沿着用于带电粒子传送的通道的方向上从装置提取带电粒子。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，可以在相对于用于带电粒子传送的通道正交或者倾斜的方向上从装置提取带电粒子。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，在传送的处理中，由于带电粒子与惰性气体分子之间的碰撞和能量交换，从而可以使带电粒子的动能均衡。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，在移动的处理中，可以进行带电粒子的质量过滤。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，在移动的处理中，可以进行带电粒子的分裂。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，在移动带电粒子的的处理中，可以进行次级带电粒子的形成。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，在移动带电粒子的处理中，由于在碰撞的情况下带电粒子之间的电荷交换，以及带电粒子和惰性气体分子之间的电荷交换，从而可以进行次级带电粒子的形成。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，在移动带电粒子的处理中，由于在碰撞的情况下带电粒子之间的电荷交换，以及具有相反符号的电荷的带电粒子之间的电荷交换，从而可以进行次级带电粒子的形成。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，在移动带电粒子的处理中，由于在带电粒子与惰性气体分子之间的相互作用及碰撞的情况下混合离子的创建，从而可以进行次级带电粒子的形成。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，在移动带电粒子的处理中，由于带电粒子之间的相互作用及碰撞的情况下混合离子的创建，从而可以进行次级带电粒子的形成。

在实施例中，在操作装置(该装置被相应地配置成例如具有对应的部件)的过程中，可以实现利用带电粒子的操纵，同时利用由带正电粒子和带负电粒子同时组成的带电粒子的包进行操作。

我们将考虑装置的应用的一些变形。

装置能够被用于将连续离子束转换成一系列的时间同步的离子脉冲，因此它能够被用作离子源(离子制备系统)。当使用装置被结合到用脉冲模式操作的各种出口装置时，就利用带电粒子的操纵的装置的性能，限定对于带电粒子的包的转置与输出的时间依赖性的性能，证明是难以估量的。当结合到这种装置时，为了使带电粒子的连续包之间的时间间隔超过输出装置所需要的时间间隔以执行每下一个包的处理，应进行设置从而避免带电粒子的损失。对于输出装置，可以使用执行分析带电粒子的装置(例如，飞行时间质谱仪或者RF离子阱)，或者相反，执行带电粒子的包的预定变更的装置(例如，碰撞单元)，或者提取以所需的特征为特性的带电粒子的副组的装置(例如，滤质器)，或者将带电粒子的包传送到另一装置的装置(例如，用于传送带电粒子的另一装置)，或者使用用于一些工业应用的带电粒子的脉冲的装置，或者同时内部结合多种功能的装置。

由于利用带电粒子的包沿着用于传送带电粒子的装置的轴线的移动速度的适当选择，以及，分别用于喷出电压的脉冲重复频率的选择，将可能毫无损失地分析所有到达的带电粒子，因此装置能够将带电粒子的连续束有效地转换成一系列的带电粒子的连续脉冲。注意，在提出的装置中，包沿着用于传送带电粒子的装置的轴线的移动速度通过施加于电极的控制高频电压之间的振幅调制和相位移的频率来定义(如果使用总和分析这种特殊方法的控制电压，则高频谐波的闭合频率之间的频率差的电极)，并且利用电子仪器被容易地调整。每个包中的带电粒子的数量可以是相当可观的，并且根据试验评价，它应该接近于线性离子阱的容量。

对于用脉冲模式操作的那些输出装置，使带电粒子的连续束分离成离散部分的这个方法被想象成是最成功的。利用适当调整带电粒子的个别离散部分到达传送装置的出口与分别到达下一个装置(例如，表示用脉冲模式操作的质量分析器)的入口之间的时间间隔，并且分析带电粒子的到达部分所需的时间，该方法允许分析来自于连续束在分析器中接收的所有带电粒子，而且几乎没有损失。

除了将连续束转换成一系列的包以外，该装置还可以具有其它的应用。

装置可以被用于专用物理仪器(设备)的范围的组成中，其中它的应用的上述方案可以在必要的情况下集成在一起。

特别地，装置可以用于物理仪器的组成中(即仪器/设备的部分)，包括：a)用于创造产生带电粒子的装置，b)入口中间装置，c)用于利用带电粒子操纵的要求保护的的装置，d)出口中间装置，e)用于检测带电粒子的装置(参见图68)。

在实施例中，在物理仪器中，入口中间装置用于存储带电粒子，或者用于转换带电粒子的束的特性，或者用于分裂带电粒子，或者用于产生次级带电粒子，或者用于过滤所需要的带电粒子的组，或者用于初始检测带电粒子，或者用于同时执行多种上述功能。

在实施例中，在物理仪器中，入口中间装置可以表示通过传送装置分离的、或未分离的入口中间装置的序列。

在实施例中，在物理仪器中，入口中间装置可以不存在。

在实施例中，在物理仪器中，出口中间装置用于存储带电粒子，或者用于转换带电粒子的束的特性，或者用于分裂带电粒子，或者用于产生次级带电粒子，或者用于过滤所需要的带电粒子的组，或者用于初始检测带电粒子，或者用于同时执行多种上述功能。

在实施例中，在物理仪器中，出口中间装置可以表示通过传送装置或分离的、或未分离的出口中间装置的序列。

在实施例中，在物理仪器中，出口中间装置可以不存在。

在实施例中，在物理仪器中，带电粒子的产生可以在用于传送带电粒子和利用带电粒子操纵的装置的空间内进行。

在实施例中，在物理仪器中，带电粒子的检测可以在用于传送带电粒子和利用带电粒子操纵的装置的空间内进行

在实施例中，在物理仪器中，带电粒子从用于产生带电粒子的装置和/或出口中间装置的逃脱，可以在某个时间点被锁住。

在实施例中，在物理仪器中，带电粒子到用于检测带电粒子的装置和/或到出口中间装置的传送，可以在某个时间点被锁上。

在实施例中，在物理仪器中，用于产生带电粒子的装置可以表示用连续模式操作的离子源。

在实施例中，在物理仪器中，用连续方式模式操作的离子源可以属于离子源类型的组，包含：1)电喷雾电离(ESI)离子源，2)大气压力电离(API)离子源，3)大气压力化学电离(APCI)离子源，4)大气压力光电离(APPI)离子源，5)电感耦合等离子体(ICP)离子源，6)电子撞击(EI)离子源，7)化学电离(CI)离子源，8)光电离(PI)离子源，9)热电离(TI)离子源，10)各种类型的气体放电电离离子源，11)快速原子轰击(FAB)离子源，12)在二次离子质谱分析法(SIMS)中的离子轰击电离离子源，13)在液体二次离子质谱分析法(LSIMS)中的离子轰击电离离子源。

在实施例中，在物理仪器中，用于产生带电粒子的装置可以表示用脉冲模式操作的离子源。

在实施例中，在物理仪器中，用脉冲模式操作的离子源可以属于离子源类型的组，包括：1)激光解吸/电离(LDI)离子源，2)基质辅助激光解吸/电离(MALDI)离子源，3)具有从连续离子束正交提取离子的离子源，4)离子阱，然而特别地，离子阱可以属于一组装置，包括：1)RF离子阱，包括线性离子阱，和/或保罗(Paul)离子阱，和/或具有脉冲电场的RF离子阱，2)静电离子阱，包括静电轨道阱(electrostatic Orbitrap)型离子阱，3)彭宁(Penning)离子阱。

在实施例中，在物理仪器中，入口中间装置可以表示：1)从带电粒子的源传送带电粒子的束的装置，2)用于累积和存储带电粒子的装置，3)用于分离所关心的带电粒子的质量选择装置，4)用于基于离子迁移率的性质或者来自离子迁移的衍生物率分离带电粒子的装置，5)用于利用各种方法分裂带电粒子的单元，6)用于利用各种方法产生次级带电粒子的单元，7)上述装置的组合，其中所述装置可以用连续模式操作，也可以用脉冲模式操作。

在实施例中，在物理仪器中，出口中间装置可以表示：1)从带电粒子的束传送到检测装置的装置，2)用于累积和存储带电粒子的装置，3)用于分离所关心的带电粒子的质量选择装置，4)用于基于离子迁移率的性质或者来自离子迁移率的衍生物分离带电粒子的装置，5)用于利用各种方法分裂带电粒子的单元，6)用于利用各种方法产生次级带电粒子的单元，7)上述装置的组合，其中所述装置可以用连续模式操作，也可以用脉冲模式操作。

在实施例中，在物理仪器中，以下装置能够被用于检测：1)微通道板的基底的检测器，2)二极管检测器，3)半导体检测器，4)基于感应电荷的测量的检测器，5)质量分析器(质谱分析仪，质谱仪，或者滤质器)，6)光学光谱仪，7)基于离子迁移率的性质或者其衍生物执行带电粒子的分离的光谱仪，其中所述装置可以用连续模式操作，也可以用脉冲模式操作。

在实施例中，在本发明的装置中，在考虑的物理仪器的结构内操作装置的过程中，由于带电粒子与惰性气体分子之间的碰撞和能量交换，从而可以使带电粒子的动能均衡。

在实施例中，在本发明的装置中，在考虑的物理仪器的结构内操作装置的过程中，可以进行带电粒子的质量过滤。

在实施例中，在本发明的装置中，在考虑的物理仪器的结构内操作装置的过程中，可以进行带电粒子的分裂。

在实施例中，在本发明的装置中，在考虑的物理仪器的结构内操作装置的过程中，可以进行次级带电粒子的形成。

在实施例中，在本发明的装置中，在考虑的物理仪器的结构内操作装置的过程中，可以将带电粒子的连续束转换成正确操作出口中间装置和/或检测装置所需要的带电粒子的空间分开的包的离散序列。

在实施例中，在本发明的装置中，在考虑的物理仪器的结构内操作装置的过程中，可以将带电粒子的连续束转换成正确操作出口中间装置和/或检测装置所需要的带电粒子的时间同步的包的离散序列。

在实施例中，在考虑的物理仪器中，用于产生带电粒子的装置操作和/或入口中间装置的操作与装置的操作基本上是时间同步的。

在实施例中，在考虑的物理仪器中，要求保护的的装置的操作与用于检测带电粒子的装置的操作和/或出口中间装置的操作基本上是时间同步的。

在实施例中，装置能够被用作用于带电粒子的束的传送装置。

在实施例中，装置能够被用作用于带电粒子的束的传送设备，其中带电粒子由于与气体分子碰撞而衰减带电粒子的速度。

在实施例中，装置能够被用作离子阱。

在实施例中，装置能够被用作用于分裂带电粒子的单元。

在实施例中，装置能够被用作用于离子的存储装置。

在实施例中，装置能够被用作用于离子-分子反应的反应器。

在实施例中，装置能够被用作用于离子光谱学的单元。

在实施例中，装置能够被用作用于将离子连续喷射到质量分析器中，或者到放置在质量分析器之前的中间装置中的离子源。

在实施例中，装置能够被用作用于将离子脉冲地喷射到质量分析器中，或者到放置在质量分析器之前的中间装置中的离子源。

在实施例中，装置能够被用作滤质器。

在实施例中，装置能够被用作质量选择的存储装置。

在实施例中，装置能够被用作质量分析器。

在实施例中，装置能够被用在用于将带电粒子从充满气体的离子源传送到质量分析器中的分界面。

在实施例中，在装置应用于将带电粒子传送到质量分析器中的分界面的情况下，装置能够被特别用于至少在离子源和质量分析器之间的路径的部分上传送离子。

在实施例中，在装置应用于将带电粒子传送到质量分析器中的分界面的情况下，装置特别能够包含差动泵的几个阶段。

在实施例中，在装置应用于将带电粒子传送到质量分析器中的分界面的情况下，装置能够被特别用于结合来自几个源的离子束，包括：1)将离子传送到用于传送的装置中，利用离子集中并且执行操纵的，与几个源的交替操作，2)在主源和包含用来校准的物质的源之间的周期性切换，3)用于混合离子束，或者为了在各种类型的离子之间开始反应，或者为了质量分析器的质量校准，或者为了质量分析器的灵敏度校准，同时操作多个源。

在实施例中，在装置应用于将带电粒子传送到质量分析器中的分界面的情况下，装置能够被特别用于附加激励离子的内能，以便用于：1)分解离子簇，2)分裂离子，3)激发离子-分子反应，和4)抑制离子-分子反应。

在实施例中，在装置应用于将带电粒子传送到质量分析器中的分界面的情况下，装置能够被特别用于：1)将离子指向并连续、或者脉冲地喷射到连续操作的质量分析器中，2)将脉冲地喷射到用脉冲模式操作的质量分析器中，3)借助于将连续离子束转换成脉冲离子束，通过正交加速装置的设备，将粒子脉冲地喷射至用脉冲模式操作的质量分析器。

在实施例中，装置能够被用将连续离子束转换成离散(即，成包的)离子束的转换器。

在实施例中，在装置应用于将连续离子束转换成离散离子束的情况下，特别地，装置能够在入口处接收连续离子束并且在出口处产生由离子的离散包组成的束，直接进入到操作的输出装置中为脉冲模式。

在实施例中，在装置应用于将连续离子束转换成离散离子束的情况下，特别地，装置中的离子的输出离散包，可以基本上是时间同步的。

在实施例中，在装置应用于将连续离子束转换成离散离子束的情况下，特别地，装置可以包含几个阶段的差动泵；用那样的方式，气体的压力沿着所述装置的长度基本上能够变化，并且与离子出口区和上述装置相比，将离子喷射到上述装置中能够以基本上更高的压力进行。

在实施例中，装置能够被用于离子累积装置中，其中在装置内进行离子的累积。

在实施例中，在装置被用于离子累积装置中的情况下，装置能够提供装置的质量选择。

在实施例中，装置能够被用于离子源的结构中；在那种情况下，能够在装置内进行离子的产生。

在实施例中，在装置被用于离子源的结构中的情况下，在要求保护的的装置中创建的高频电场能够被用于：1)限制离子，2)沿着定义的路径传送离子，3)激励离子的内能，4)碰撞衰减离子的速度，5)碰撞冷却离子的内能，6)将离散离子束转换成连续或者准连续的离子束，7)保护在研究中离子源的固体表面不被材料污染以及不累积电荷，8)限制具有相反电荷的离子，9)将离子限制在宽的质量范围内，10)基于质量对电荷的比的系数粗略过滤离子。

在实施例中，装置能够被用于分裂离子的单元的结构中，其中，由于装置的高频电场的效果从而能够实现将离子限制在装置内，并且通过以下引起离子的分裂：1)利用足够高的动能将离子喷射到所述装置中，2)将离子滴落在所述装置的元件的表面上，3)快速粒子轰击离子，4)利用光子照亮离子，5)快速电子撞击离子，6)缓慢电子撞击离子并且由于电子捕获而分解离子，7)与具有相反电荷的粒子进行离子的离子-分子反应，8)与侵蚀作用的蒸气进行离子-分子反应。

以下编号的段落包含在本文公开的发明的技术特征的宽泛组合的陈述：

1.用于利用带电粒子操纵的装置，包含：一系列电极，该一系列电极被定位成形成用于传送带电粒子的通道；电源单元，该电源单元提供施加于所述电极的电源电压，以便在所述通道内创建非均匀的高频电场；所述场的伪势，该伪势至少在某个时间间隔内，沿着用于传送带电粒子的所述通道的长度具有一个以上的局部极值；然而，至少在用于传送带电粒子的通道的长度的部分内，至少在某个时间间隔内，伪势的至少一个所述极值随着时间被转置。

2.根据段落1的装置，其中，所述伪势沿着用于传送带电粒子的通道的长度具有交变的极大值和极小值。

3.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，所述伪势的极值至少在某个时间间隔内，至少在通道的长度的部分内根据某个时间定律，随着时间被转置。

4.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，在实施例中，至少对于通道的长度的部分，所述伪势的极值的转置的方向在某个时间点处或者多个时间点处改变符号。

5.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，所述伪势的极值的转置至少在某个时间间隔内，至少在通道的长度的部分内，具有振荡的形态。

6.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，至少在传送通道的长度的某个部分内，至少在某个时间间隔内，伪势沿着通道的长度是均匀的。

7.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，至少在某个时间间隔内，至少在通道的长度的部分内，所述伪势的连续极值、或者仅连续极大值、或者仅连续极小值单调递增。

8.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，至少在某个时间间隔内，至少在通道的长度的部分内，所述伪势的连续极值、或者仅连续极大值、或者仅连续极小值单调递减。

9.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，至少在某个时间间隔内，在所述伪势的局部极大值的一个或多个点处的所述伪势的值沿着通道的长度变化。

10.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，至少在某个时间间隔内，在所述伪势的局部极小值的一个或多个点处的所述伪势的值沿着通道的长度变化。

11.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，附加电压被施加于电极；所述电压为直流电压，和/或准静态电压，和/或交流电压，和/或脉冲电压，和/或高频电压，从而能够在用于传送带电粒子的通道内对将带电粒子的径向限制进行控制。

12.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，附加电压被施加于电极；所述电压为直流电压，和/或准静态电压，和/或交流电压，和/或脉冲电压，和/或高频电压，从而能够解锁和/或锁定带电粒子通过用于传送带电粒子的通道的端部的逃脱。

13.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，附加电压被施加于电极；所述电压为直流电压，和/或准静态电压，和/或交流电压，和/或脉冲电压，和/或高频电压，从而能够对沿着用于传送带电粒子的通道的长度控制带电粒子的包的彼此空间隔离进行控制。

14.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，附加电压被施加于电极；所述电压为直流电压，和/或准静态电压，和/或交流电压，和/或脉冲电压，和/或高频电压，从而能够控制带电粒子的包的传送的时间同步化。

15.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，附加电压被施加于电极；所述电压为直流电压，和/或准静态电压，和/或交流电压，和/或脉冲电压，和/或高频电压，从而能够附加控制带电粒子的传送。

16.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，附加电压被施加于电极；所述电压为直流电压，和/或准静态电压，和/或交流电压，和/或脉冲电压，和/或高频电压，从而能够控制带电粒子在捕获带电粒子的局部区域内的移动。

17.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，附加电压被施加于电极；所述电压为直流电压，和/或准静态电压，和/或交流电压，和/或脉冲电压，和/或高频电压，从而能够至少在一些时间间隔内，至少在所述通道内的带电粒子路径的一个点处，沿着用于传送带电粒子的通道产生附加的电势或者伪势垒，和/或电势或伪势阱。

18.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，所述电势或者伪势垒，和/或电势或者伪势阱沿着传送通道，至少在某个时间间隔内随着时间变化或随着时间行进。

19.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，附加电压被施加于电极；所述电压为直流电压，和/或准静态电压，和/或交流电压，和/或脉冲电压，和/或高频电压，从而能够至少在某个时间间隔内，至少在所述通道内的路径的一个点处，沿着用于传送带电粒子的通道产生附加的稳定的区域和/或附加的不稳定的区域。

20.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，至少在某个时间间隔内，所述稳定的区域和/或不稳定的区域沿着传送通道随着时间而变化或者随着时间行进。

21.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，附加电压被施加于电极；所述电压为直流电压，和/或准静态电压，和/或交流电压，和/或脉冲电压，和/或高频电压，从而能够选择性提取带电粒子。

22.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，附加电压被施加于电极；所述电压为直流电压，和/或准静态电压，和/或交流电压，和/或脉冲电压，和/或高频电压，因此能够控制带电粒子的运动基于带电粒子的质量的实质依赖性。

23.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，施加于电极的供电电压的频率至少在某个时间的间隔内变化。

24.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于传送带电粒子的通道具有直线的取向。

25.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于传送带电粒子的通道具有曲线的取向。

26.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于带电粒子传送的通道沿着该通道的长度具有可变的轮廓。

27.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于带电粒子传送的通道被闭合以形成循环或者环形。

28.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，附加的电极或者多个电极位于用于传送带电粒子的通道的中心部分。

29.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于传送带电粒子的通道被细分成段。

30.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于传送带电粒子的通道由附接到彼此的一系列通道组成，该一系列的通道可能由附加的区域或装置来接合。

31.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，至少在通道的一些部分中，用于传送带电粒子的通道由用于带电粒子传送的多个并行通道形成。

32.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于传送带电粒子的通道在通道的一些部分内被分成多个并行通道。

33.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于带电粒子传送的多个并行通道沿着其一些扇形部被连接以形成用于传送带电粒子的单通道。

34.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于传送带电粒子的通道包含执行用于带电粒子的存量容量的功能的区域，所述区域位于到通道的入口，和/或从通道的出口，和/或通道的内部。

35.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于传送带电粒子的通道至少在某个时间间隔内，至少在任意一端，被塞住。

36.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于传送带电粒子的通道至少在一个端部，具有受电场控制的阻挡部。

37.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于传送带电粒子的通道至少在一个端部包含受电场控制的镜，然而所述镜被放置在用于带电粒子传送的通道中。

38.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，包含用于带电粒子的入口的、位于用于带电粒子传送的通道中的装置，然而所述入口装置用连续模式操作。

39.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，包含用于带电粒子的入口的、位于用于带电粒子传送的通道中的装置，然而所述入口装置用脉冲模式操作。

40.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，包含用于带电粒子的入口的、位于用于带电粒子传送的通道中的装置，然而所述入口装置能够在连续模式的操作和脉冲模式的操作之间切换。

41.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，包含用于带电粒子的出口的、位于用于带电粒子传送的通道中的装置，然而所述出口装置用连续模式操作。

42.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，包含用于带电粒子的出口的、位于用于带电粒子传送的通道中的装置，然而所述出口装置用脉冲模式操作。

43.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，包含用于带电粒子的出口的、位于用于带电粒子传送的通道中的装置，然而所述出口装置能够在连续模式的操作和脉冲模式的操作之间切换。

44.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，包含用于产生带电粒子的、位于用于带电粒子传送的通道中的装置，然而所述产生装置用连续模式操作。

45.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，包含用于产生带电粒子的、位于用于带电粒子传送的通道中的装置，然而所述产生装置用脉冲模式操作。

46.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，包含用于产生带电粒子的、位于用于带电粒子传送的通道中的装置，然而所述产生装置能够在连续模式的操作和脉冲模式的操作之间切换。

47.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，通道内的非均匀的高频电场用以下形式的供电电压创建：高频谐波电压，和/或周期性非谐波高频电压，和/或具有包含两种以上频率的频谱的高频电压，和/或具有包含频率的无穷集的频谱的高频电压，和/或高频脉冲电压，然而所述电压经过振幅调制，或者相反，使用所述电压的叠加。

48.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，通道内的非均匀的高频电场用以下形式通过供电电压创建：高频谐波电压，和/或周期性非谐波高频电压，和/或具有包含两种以上频率的频谱的高频电压，和/或具有包含频率的无穷集的频谱的高频电压，和/或高频脉冲电压，然而所述电压经过频率调制，或者相反，使用所述电压的叠加。

49.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，通道内的非均匀的高频电场用以下形式的供电电压创建：高频谐波电压，和/或周期性非谐波高频电压，和/或具有包含两种以上频率的频谱的高频电压，和/或具有包含频率的无穷集的频谱的高频电压，和/或高频脉冲电压，然而所述电压经过相位调制，或者相反，使用所述电压的叠加。

50.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，通道内的非均匀的高频电场用以下形式的供电电压创建：高频谐波电压，和/或周期性非谐波高频电压，和/或具有包含两种以上频率的频谱的高频电压，和/或具有包含频率的无穷集的频谱的高频电压，和/或高频脉冲电压，然而所述电压以两个以上的相邻的基本频率为特征，或者相反，使用所述电压的叠加。

51.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，通道内的非均匀的高频电场用以下形式的供电电压创建：高频谐波电压，和/或周期性非谐波高频电压，和/或具有包含两种以上频率的频谱的高频电压，和/或具有包含频率的无穷集的频谱的高频电压，和/或高频脉冲电压，然而所述电压被转换成高频电压的时间同步的序列，或者相反，使用所述电压的叠加。

52.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，通道内的非均匀的高频电场通过利用数字法综合处理的高频电压形式的供电电压被创建。

53.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，电极的聚集物表示重复的电极。

54.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，电极的聚集物表示电极的重复串联，然而在个别串联中的电极的构造不必需为周期性的。

55.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，一些电极或者所有电极可以为固体，然而其它电极或者其它电极的一部分是分散的以形成元件的周期性的串。

56.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，高频电压可以不被施加于某个电极。

57.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，电极的聚集物中的某些电极或者所有电极具有多极的轮廓。

58.其中，电极的聚集物中的某些电极或者所有电极具有由平面、阶梯、分段阶梯、直线型、分段直线型、环形、圆形、分段圆形、曲线形、分段曲线形的轮廓形成的，或者由所述轮廓的结合形成的粗略的多极轮廓。

59.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，电极的聚集物中的某些电极或者所有电极，表示淀积在非传导性基底上的薄金属薄膜。

60.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，电极的聚集物中的某些电极或者所有电极是线和/或网格，并且/或者具有使得所述电极透过气流或能够减小对气流通过所述电极的阻力的其它附加的孔。

61.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，在用于传送带电粒子的通道中创建真空。

62.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，用于带电粒子传送的通道被充满惰性气体，和/或(部分)电离气体。

63.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，在用于带电粒子传送的通道中创建惰性气体和/或(部分)电离气体的流动。

64.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，几个电极或者所有电极具有设计成带电粒子进入装置的入口，和/或带电粒子从装置出去的出口的狭缝和/或孔。

65.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，电极之间的间隙被用于带电粒子进入到装置中的入口，和/或带电粒子从装置出去的出口。

66.根据先前段落中的任意一段的装置，其中，至少在一些时间间隔内，附加的脉冲电压或阶梯式电压被至少施加于部分电极；然而所述电压能够使带电粒子进入到装置中，和/或从装置中排出带电粒子，和/或将带电粒子限制在装置内。

实例和进一步的讨论

利用以下实例表明装置的操作。

实例1

对于电极1，使用如上所述的电极的系统，该系统由具有正方形截面的平面隔膜的周期序列组成(图53)。图69显示电极的指定系统的几何参数和尺寸，图70显示具有正方形孔的单个隔膜的几何尺寸。

对于供电电压，使用具有振幅调制的正弦供电。电极的周期序列被细分成四个电极的组。每个组中的第一电极被供应有电压+U₀cos(δt)cos(ωt)，第二电极被供应有电压+U₀sin(δt)cos(ωt)，第三电极被供应有电压-U₀cos(δt)cos(ωt)，第四电极被供应有电压-U₀sin(δt)cos(ωt)。正弦供电的基本频率被选择成等于ω＝1MHz，正弦供电的振幅调制的频率被选择成等于δ＝1kHz，正弦供电的振幅被选择成等于U₀＝400V。传送通道被充满缓冲气体，对于缓冲气体，在2mTorr(1Torr＝1mm Hg)的压力和300К的温度条件下，使用氮气(分子质量28amu)。对于带电粒子，使用质量为609amu的单独带电离子。如图71可见，带电粒子的行为满足以下期望：将带电粒子的连续云分离成单独的空间上分开的包，并且将所述包沿着装置的轴线均匀移动。带电粒子的云的移动速度符合预期速度，并且通过振幅调制的频率δ被定义。

实例2

对于电极1，使用如上所述的电极的系统，该系统由具有矩形截面的交替平面隔膜的周期序列组成(图59)。图72显示电极的指定系统的几何参数和尺寸，图73显示具有正方形孔的单个隔膜的几何尺寸。

对于供电电压，使用具有振幅调制的正弦供电。电极的周期序列被细分成四个电极的组。每个组中的第一电极被供应有电压+U₀cos(δt)cos(ωt)，第二电极被供应有电压+U₀sin(δt)cos(ωt)，第三电极被供应有电压-U₀cos(δt)cos(ωt)，第四电极被供应有电压-U₀sin(δt)cos(ωt)。正弦供电的基本频率被选择成等于ω＝1MHz，正弦供电的振幅调制的频率被选择成等于δ＝1kHz，正弦供电的振幅被增加到U₀＝2000V(2kV)。传送通道被充满缓冲气体，对于缓冲气体，在2mTorr的压力和300К的温度条件下，使用氮气(分子质量28amu)。对于带电粒子，使用质量为609amu的单独的带电离子，以及质量为5000amu的单独的带电离子。为了更有效地利用更重的质量的带电粒子操纵，正弦供电的振幅与实例1相比增加。如图74可见，带电粒子的行为满足以下期望：将两种质量的带电粒子的连续云分离成单独的空间上分开的包，并且将所述包沿着装置的轴线均匀移动。带电粒子的云的移动速度符合预期速度。与先前的实例相反，该实例中的带电粒子的云在垂直方向上延伸得更长，并且根据带电粒子的云通过隔膜的交替的矩形截面的通道，它们在沿着轴线OY和沿着轴线OZ(这里选择坐标轴OX为轴线)的径向方向上的几何尺寸周期性地减小和增加。

实例3

对于电极1，使用如上所述的电极的系统，该系统由平面隔膜的周期序列组成，由平面电极组成并且在隔膜的部分中提供电场的四极结构(图55)。图75显示电极的指定系统的几何参数和尺寸，图76显示由四个独立的平面电极组成的单个正方形隔膜的几何尺寸。

对于供电电压，使用具有振幅调制的正弦供电。在图76中表示为《A》电极的电极，被供应与供应到如图76中的《B》电极所示的电极的电压的相位相反的电压。隔膜的周期序列被细分成由连续隔膜组成的四个的组。在四个为一组的每组中的第一隔膜被供应有电压±U₀cos(δt)cos(ωt)(取决于隔膜的这个电极是被表示为《A》电极，还是被表示为《B》电极，来选择《正号》或《负号》)，第二隔膜被供应有电压±U₀sin(δt)cos(ωt)，第三隔膜被供应有电压第四隔膜被供应有电压正弦供电的基本频率被选择成等于ω＝1MHz，正弦供电的振幅调制的频率被选择成等于δ＝1kHz。由于与由简单的隔膜组成的电极的构造相对照，对于电极轴向场的四极构造被相当大地削弱，因此正弦供电的振幅被增加到U₀＝4000V。传送通道被充满缓冲气体。对于缓冲气体，在2mTorr的压力和300К的温度条件下，使用氮气(分子质量28amu)。对于带电粒子，使用质量为609amu的两种极性(带正电荷和带负电荷)的单独的带电离子。如图77可见，带电粒子的行为满足以下期望：将带电粒子的连续云分离成个别的空间上分开的包，并且将所述包沿着装置的轴线均匀移动。带电粒子的云的移动速度符合预期速度。还可以看出，具有相反电荷的带电粒子通过施加的电场受到相等的控制。在该实例中，与实例1相比，实例1与高频场的轴向分布被削弱到了大的程度有关，带电粒子的云被弄污到更高的程度，因此，局部伪势阱具有更浅的深度和更缓的陡峭边界。另外，在这种情况下，接近电极的边缘的高频场具有相当地更高的振幅，因此带电粒子朝着它的中心排斥隔膜的边缘更加强烈。

实例4

对于电极1，使用这样的电极的系统：该系统由开缝的四极状电极和两个固体四极状电极的周期序列组成的，并且在传送通道的截面中提供电场的四极结构(装置的总体图如图60所示)。图78显示电极的指定系统的几何参数和尺寸，图79显示电极的四极状轮廓的几何尺寸。

对于供电电压，使用具有振幅调制的正弦供电，该正弦供电被供应到开缝的电极，如图79的《B》电极所示。RF电压并不供应给固体电极，如图79的《A》电极所示；这些永久在零电压。位置相对的的变形电极的周期序列被细分成四个电极的组。每个组中的第一对电极被供应有电压+U₀cos(δt)cos(ωt)，第二对电极被供应有电压+U₀sin(δt)cos(ωt)，第三对电极被供应有电压-U₀cos(δt)cos(ωt)，第四对电极被供应有电压-U₀sin(δt)cos(ωt)。正弦供电的基本频率被选择成等于ω＝1MHz，正弦供电的振幅调制的频率被选择成等于δ＝1kHz。由于与由简单的隔膜组成的电极的构造相对照，对于电极轴向场的四极构造被相当大地削弱，因此正弦供电的振幅被增加到U₀＝3000V(3kV)。传送通道被充满缓冲气体，对于缓冲气体，在2mTorr的压力和300К的温度条件下，使用氮气(分子质量28amu)。对于带电粒子，使用质量为609amu的单独带电离子、双重带电离子和三重带电离子。电场的振幅被选择成为对于利用携带不同的电荷的粒子的有效操纵是足够高的。如图80可见，带电粒子的行为满足以下期望：将带电粒子的连续云分离成个别的空间上分开的包，并且将所述包沿着装置的轴线均匀移动。带电粒子的云的移动速度也符合预期速度，并且通过振幅调制的频率被定义δ。

数字驱动方法

实施例包含用于产生高频电压的数字驱动方法。即，实施例包含数字波形。数字驱动/波形的应用与交替法相比，提供特别实际的实施方式。

例如，利用调谐RF发生器可以容易并可靠地提供谐波波形。这种装置典型地包含高调谐谐振LC电路。这种装置能够被用于驱动已定义好的电容负载。但是，当这种装置结合本发明的实施例被使用时，它们的应用从进一步说明中得到益处。如上所述的数字驱动方法提供用于产生必要的周期信号的直接方法。在US7193207中描述的数字驱动技术，以及US7193207中的公开内容和方法通过引用而被结合在本文中。特别地，US7193207描述用于‘驱动’(意思是为诸如四极或者四极离子阱的各种质谱仪装置提供周期波形)的数字驱动设备。US7193207描述数字信号发生器(如上所述的可编程序脉冲装置)和切换装置，该切换装置在高低电压电平(V1、V2)之间交替地切换以产生矩形波驱动电压。经由电脑的其它部件可以控制数字信号发生器，从而控制矩形波形的参数，例如频率和占空比和相位。此外，数字周期波形可以在精确的相位处被终止。还可以设想通过具有三个以上高压的切换的切换装置由数字法产生更多复杂的波形。

例如，图81所示的波形可以利用具有三种切换的切换装置生成。此外，几个切换装置可以被结合成单个系统，所有都受单个数字信号发生器控制，因此提供类似于图81所示的、彼此精确控制相位关系的几个信号，和/或定义的和能够控制频率或者占空比的几个信号。通过适当的结合，例如，通过数字法提供的高频矩形波形可以通过也是由数字法提供的较低频率的矩形波形用振幅调制。此外，通过数字法导出的矩形波形的振幅调制可以通过叠加到数字切换装置的高低电压电平的谐波信号而获得。图82、83和84显示选择性的波形。图82显示具有作为cos(x)的振幅调制的离散信号。图83显示具有稍微不同的频率的两种离散信号。图84显示具有稍微不同的频率的两种信号的和。

通过数字法提供的并且施加于本发明的方形波形(该波形不是必须是方形波形，而是可以具有任意形状)的应用可以通过这样的实例来说明：由表示每个都具有同轴的孔的一系列极板的电极的系统形成装置，如图1、2、53、54和55所示，并且“阿基米德”波的波长每4个极板重复一次，如图2中的轮廓。可以施加以下波形中的任意一种以利用由数字法提供的“矩形”波形提供移动的伪势阱。可以提供以下平面波形作为示例，被施加于阿基米德波形在4个电极之后重复的情况。例如数字产生波形可以为非对称的正脉冲或负脉冲。在所有情况下，“w”为数字波形的频率并且“t”为时间，并且“V”为定义数字综合处理的波形的振幅的离散电压电平并且“a”为阿基米德波的频率，以及“fun()”为描述数字综合处理的波形的函数，该数字综合处理的波形可以由0.5的占空比的单面脉冲组成并且数学上将单个循环定义为：如果0<w*t<1/2，则fun(w*t)＝V，如果1/2<w*t<1，则fun(w*t)＝0。或者由0.5的占空比的双面脉冲组成并且数学上将单个循环定义为：如果0<w*t<1/2，则fun(w*t)＝V，如果1/2<w*t<1，则fun(w*t)＝-V，或者由三级波形组成并且可以将单个循环定义为：如果0<w*t<1/4，则fun(w*t)＝V，如果1/4<w*t<1/2，则fun(w*t)＝0，如果1/2<w*t<3/4，则fun(w*t)＝-V，如果3/4<w*t<1，则fun(w*t)＝0。应该了解，这样是可能的数字综合处理的信号的小子集。

对于相位或者频率调制的方法可以导出类似的函数，或者可以导出类似的波形，其中阿基米德波长每3、5、6、7、8、9、10、11、12个以上的电极重复一次。即，重复的电极的任何其它数量可以是周期性的，也可以是非周期性的。对于具有固定重复的距离的装置，传播的速度由参数a决定，从而受到可编程序数字信号发生器的控制。数字综合处理的波形的应用可以同样地被施加于在这里描述的所有电极结构。

参照实例1和图71，当施加的信号被数字综合处理时，离子的聚束可以被同样地获得。图85显示与实例1相关的进一步的情况。该图形利用以下参数获得。0.5的占空比的双面矩形脉冲，振幅调制方法也可以通过具有频率a的0.5的占空比的双面矩形脉冲、并且利用以下参数给出：w＝1MHz，a＝1kHz，V＝1kV，并且装置中的恒定压力为0.26Pa，以及离子质量为609Da。模拟表明初始沿着轴线分布的离子被形成为聚束并且沿着轴线以聚束被传送。

压力梯度和正交提取

在实施例中，如上所述，装置包含为准备离子和提取离子到飞行时间质量分析器中的部件。特别在与装置的正交方向上提取离子，在专利申请PCT/GB2012/000248中描述了直接从多极离子导向器中提取离子的技术优势，该专利的内容通过引用而结合在本文中，在本文中描述了具有为了将离子提取到与离子导向器的轴线正交的方向上的至少一个提取区域的离子导向器。这里描述的构造具有这样的优点：在它们在离子导向器种传送时，使离子聚束。聚束赋予增加占空比和增加操作的扫描速率的优点，这两个方面都能够提供更大的灵敏度和动态范围，从而与现有技术的离子阱-ToF混合仪器相比，使用的仪器具有更大的商业价值。

为了方便起见，在图86中再现PCT/GB2012/000248的实施例，具有分段的离子导向器，并且一个分段被表示为提取分段。在由PCT/GB2012/000248得到的实例中，通过应用适当的准静态波形提供离子聚束，从而每第4个分段分隔离子聚束。系统被操作

成，例如离子聚束经过提取区域，提供径向限制的RF电压被瞬时切换掉，并且应用的另一电压部件成为提取电压。在该实例中，提取电压供应部件将被精确地应用准静态离子传送波形的第四频率。实际上，在每个势阱变成与提取区域的中心对准时，应用该提取波形。提取波形使得离子在大致正交方向上从离子导向器排出。在较佳的实施例中，提取波形与除了传送或者打包波形之外的RF波形同步。在这里给出仪器处于4KHz的扫描频率的实例，准静态离子传送波形的直流电平将被持续应用250μs。即，离子包将以4kHz的频率传递一个分段。发明人注意到，为了获得最大效率的离子传送，一组分段的离子导向器的杆或者另一种辅助杆已经缩短分段，从而传播的离子聚束能够被制成短于提取区域的总长度并且能够较佳地比得上或者稍短于位于提取分段内的提取的长度。注意，这样的实施例不仅能够提供快速扫描，而且能够提供100％占空比。这里描述进一步的实施例，其中线性离子导向器由具有在一个平面(x)中的连续杆和在正交平面(y)中的分段杆的四极杆组构成。因此，发明提供线性离子导向器，该线性离子导向器沿着它的纵向轴线接收连续束的形式的离子，并且所述线性离子导向器具有配置为提取区域的至少一个分段并且还具有将连续离子束有效转换成在轴向上传播的聚束的离子打包部件。其中，离子打包部件通过位于离子导向器的主极之间或之外的分段杆或者分段辅助电极提供，并且其中离子提取脉冲被同步到离子打包部件。辅助电极具有直流电压以定义轴向直流陡冲或者打包/聚束功能，然而离子导向器的电极携带RF捕集电压。

PCT/GB2012/000248进一步教导在至少一个提取区域之前，使离子导向器通过位于上游的高压的区域的优点。因为离子被较佳地冷却传递到提取区域中，即低能和低能分散的离子，并且较佳地与包含的缓冲气体进行或接近于热量平衡，但是，相矛盾地，提取区域中的压力有利地低，并且较佳地低于1x10^-3mbar，从而避免在从提取区域加速的期间离子与缓冲气体原子的散射，所以上述布置是有用的。这种散射导致不期望地损失ToF分析仪的分辨力和质量准确度。但是，该压力不予需要提供有效冷却的压力一致，较佳地高于1x10^{- 2}mbar。

返回到PCT/GB2012/000248中描述的实施例，离子导向器的提取区域较佳地具有用于有效径向离子捕集的分开的电压供应部件，即与用于离子导向器的其它分段的电压供应部件分离，该特征允许离子被保留在导向器的其它部分中，同时从提取区域去除离子。如上所述，为了方便起见，在图86中再现PCT/GB2012/000248的实施例，具有分段的离子导向器，并且一个分段被表示为提取分段。提取分段能够传送离子或者提取离子并且作为离子导向器不可分割的部分。同样如图86所示，它是以几个时间的实例重复的，用于沿着装置以聚束传播离子的准静态聚束电压。在US5652427中还描述了离子通过跨越不同压力的区域的多极离子导向器的传播，并且虽然在这种情况下(US5652427)，装置的指出的应用为用于将离子传递到ToF装置，但是脉冲装置在物理上与多极离子导向器分离，并且在这里不再教导聚束部件。具体地，US5652427描述一般的设备，该设备具有至少两个真空阶段，每个阶段都具有泵部件，第一个真空阶段与所述离子源相连通并且随后的室经由有效地位于多个所述真空阶段的多极离子导向器彼此相连通。但是，该专利并没有教导怎样沿着多极装置移动离子，而不会增加离子的能量，并且在至少实际使用的传送时间内，而不是时间同步的方式。

上述现有技术的装置展现了以下限制：尽管离子可以移动到可以有效地冷却的高压区域，并且接着或者逐渐移动离子到低压的第二区域，但是静态电压(US5652427)或者准静态(PCT/GB2012/000248)必须重新引入附加的能量到传送的离子，即沿着离子导向器传送离子需要在轴向方向上它们加速，其中一些还被重新定向到横向能量。与将离子正交提取到ToF中的另一个文献是GB2391697B。该文献描述了这样的离子导向器，该离子导向器接收离子，在轴向捕集区域内捕集它们，沿着所述离子导向器的轴向长度转移它们，然后从所述一个以上的轴向捕集区域释放它们，因此离子以实质上脉冲的方式从离子导向器排出到离子检测器，该离子检测器被实质上相位锁定到从离子导向器的出口排出的离子的脉冲。这里仅描述了用于传送离子的准静态电压部件，并且如在US5652427中，这里仅描述了用于使在离子导向器以外的离子发生脉动的部件，该设计本身需要相位锁定到外部装置从而到排出的离子聚束。然而，在本发明的实施例中，从离子导向器喷出离子。由于不需要相位锁定到外部离子检测器或者ToF分析仪，从而这是明显的优点。

因此本发明的实施例克服了现有技术的问题，并且提供以恒定速度传送离子的部件，当在横向方向上开始产生冷却离子聚束。

实际上，模拟显示已经与缓冲气体达到热量平衡的离子可以被传送而无需增加离子在横向方向上的能量或者能量发散。因此，通过将缓冲气体冷却到例如液氮或者液氦温度，从而离子可以非常低的有效温度被传送。因此，实施例包含供用于在冷却状态下在/到低压力区域输送离子的质谱仪应用(例如在质谱仪中)之用的装置。其中，压力适当地低于5x10^-3mbar，较佳地低于1x10^-3mbar，并且进一步较佳地低于5x10^-4mbar。

换句话说，装置可以被用于将离子从低压区域传送到高压区域中，至少在缓冲气体流动通过分子流动被表征的区域中，即数量L/λ为<0.01，其中L为导向器的尺寸，并且λ为碰撞之间的气体原子的平均自由行程。

因此，实施例包含用于将离子从气体压力区域传送到真空区域中的装置，此外特别地，组成为可以包含差动泵的几个阶段的装置；以这种方式，气体的压力基本上沿着所述装置的长度改变，并且与所述装置的离子出口区相比，以更高的压力将离子任意喷射到所述装置中，此外在装置中，在考虑的物理仪器的结构内操作该装置的过程中，由于带电粒子和惰性气体分子之间的碰撞和能量交换，并且此外，能够组合使用装置用于将离子脉冲喷射到以脉冲模式操作的质量分析器中，因此带电粒子的动能能够进行平衡。

作为特定实例，我们详细描述离子光学模拟。使用如图71所示的装置的实施例，模拟沿着300mm长的装置传送离子。装置中的缓冲气体的压力为2.6x10^-3mbar，并且在给定实例中，609Da离子以热能在入口被启动，在横向方向上记录为0.025eV，离子沿着使用频率2kHz的阿基米德波以聚束被传送，并且转移速度为80ms^-1，进一步地，在该实例中，离子聚束被轴向分开20mm，从而离子聚束以4kHz的速率被输送到继续进行的装置。离子记录在距离装置的入口为100mm、200mm和300mm处，并且能量发散当在RF电压的适当相位处测量时分别记录在0.029eV、0.022eV和0.025eV。

在第二模拟中，强加压力梯度，从而离子从2.6×10^-2mbar的高压经过到2.6×10^{- 5}mbar的低压，从而跨越三个压力大小的阶(order)。在这种情况下，离子聚束在离散聚束时被有效地传送，而且不会增加离子的记录的横向的能量发散。

在实施例中，发明能够用于将离子输送到如上所述的以及在PCT/GB2012/000248中所述的飞行时间的质量分析器，但是克服限制以致离子可以比现有技术更好地输送到提取区域，并且在提取区域内以更低的压力被输送。这两种不同可以为ToF分析仪提供更好的分辨力。此外，发明为所有必要的脉冲电压提供有效的操作和高的占空比以及高的扫描速度，如PCT/GB2012/000248中所述的。因此，一般而言，现发明提供一种用于利用带电粒子操纵的装置，包含：一系列电极，该一系列电极被定位成形成用于传送带电粒子的通道；电源单元，该电源单元提供施加于所述电极的电源电压，以便在所述通道内创建非均匀的高频电场；所述场的伪势，该伪势至少在某个时间间隔内，沿着用于传送带电粒子的所述通道的长度具有一个以上的局部极值；然而，至少在用于传送带电粒子的通道的长度的部分内，至少在某个时间间隔内，伪势的至少一个所述极值随着时间被转置，其中：供电电压用使用数字法综合处理的周期非谐波高频电压的形式，或者相反，以所述电压的叠加的形式，其中附加电压被施加于电极；所述电压为直流电压，和/或准静态电压，和/或交流电压，和/或脉冲电压，和/或高频电压，因此可以控制带电粒子的包的传送的时间同步化。其中，装置可以被进一步配置成离子到装置中的喷射能够以与离子出口区域相比更高的压力进行。并且其中，装置被进一步配置成与用于检测带电粒子的装置的操作时间同步。并且其中，装置被配置在沿着它的长度的至少一个点处，以在相对于带电粒子传送的方向正交或倾斜的方向上提取带电粒子。

碰撞单元

在实施例中，装置在用于分裂离子的单元的结构内(适当地形成其一部分)被使用，其中通过以足够高的动能将离子喷射到所述装置内而分裂离子。借助于以下实例能够说明，装置克服了更好地了解操作碰撞单元好几年所存在的问题：在已知分析物的量子分析中，例如药物样本，知道种类，在研究中，并且该分析寻求找到与特别情况相关的那种药物有多少存在。在这种情况下，在恒定浓度下使用校准用标准时提供分析下的药物的浓度的相对测量。分析员常常使用药物的氘化类似物(Deuterated analogue)作为校准用标准，即仅具有氘核原子而不是氢原子的功能团。在这种情况下，被分析物和校准物具有相差例如2Da的母质量，但是当离子经过MS2分析时，两者都具有通用的碎片离子。为了较高的灵敏度和特异性(specivity)，MS2分析可以优先于MS1。由于两个种类是从LC柱中共同洗出的、化学相同的，从而同时进入质谱仪。在这种情况下，考虑的物理仪器为三重四极(QqQ)或者四极ToF(Q-ToF)。在或者选择四极的情况下，或者传送被分析物的情况下并且校准物前身在两个离子之间例如以每秒50或者100乃至200次的速率，或者在有些情况下较佳地更高的速率，顺序地、典型周期性地来回切换，问题涉及到碎片离子通过形成碰撞单元体并且在有力地喷射母离子之后的转移时间。由于碰撞单元内的高压，因此至少一些碎片离子可以被冷却到热能并且花费毫秒的几个10s乃至100s以通过装置，并且不存在任何的推进部件，并且在有些情况下，变成捕集相当长的时间。不利影响是，印证一些校准物离子被误认为被分析物离子，所以质谱仪测量不正确的浓度。

已经有几种解决该问题的方法，例如，在US6111250中，通过在碰撞单元的进口和出口之间的各种部件引入直流梯度，以便保持碎片离子移动通过装置并且限制停留时间。US6800846教导施加于分段的杆的瞬态直流以使用不同的方法克服相同的问题。还有采用诸如RF梯度、倾斜杆、辅助杆的其它的方法，所有的目的在于减少分裂的转移时间。

本发明的实施例解决相同的问题，并且在性能上提供附加的改进：在较佳的实施例中，装置被用在入口中间装置的结构内，碰撞单元的结构内和出口中间装置的结构内，在下文中称为区域1、区域2和区域3。这里所描述的装置的性能和特征，允许在聚束内被传送的离子通过所述装置的全部三个区域。用通过离子喷射到所述装置内的正常方式提供母离子的分裂，即以足够高的动能从区域1喷射到区域2中，从而导致通过与缓冲气体原子的多次碰撞激励离子的内能。在另一看法中，直流电势被施加在区域1和区域2之间，这种处理被通称为碰撞诱导解离(Collision Induced Dissociation)(CID)。通过应用本发明的特征，母离子的聚束传播到限制在离散聚束内的装置中并且产生的碎片(或者子离子)保留在它们所来自于的相同的传播聚束内而不会与来自行进的聚束的离子或行进的聚束混合，其中由于如先前所属的权利要求的装置的各个方面而能够实现离子的限制。其中，装置适当地提供带电粒子的连续包之间的时间间隔可以匹配输出装置所需要的时间间隔以执行进一步的处理，从而避免带电粒子的损失。对于输出装置，可以使用执行带电粒子的分析的装置(例如，飞行时间质谱仪或者RF离子阱)。

相对于现有技术可以了解进一步的优点，例如阿基米德波通过时的传播速度可能被适当地变缓，从而在子离子传输到低压区域3之前，子离子被适当冷却以提高或者恢复与缓冲气体的热量平衡，并且对于在前面的处理或者检测，在任何现有技术的装置中得不到这样的特征，其原因已经说明。因此，当前发明的灵活性提供物理简单化，例如装置的长度，以及不仅装置本身的实际大小，还有物理仪器的相关的结构。长度的减少还提供压力和长度的倍数的减少，可以选择地使其低于现有技术装置。参见US5248875来参考该参数的重要性。

可以从在图1、2、31、32、33、34、35、53、54、55、56、57、58、59、60和79中显示并之前描述的一般类型选择每个区域的电极结构。较佳的实施例是，当选择的电极为图55所示的类型时，四极由平面电极形成。另一较佳的实施例是，当选择的电极为图57所示的类型时，四极由三角形电极形成。这些类型，和类似的类型使得它们本身最有效地被电气绝缘支撑结构包括，例如图87所示，其中由四个电极(6)和四个绝缘体形成电气绝缘支撑结构，四个绝缘体(5)形成支撑结构的部分。

图88显示具有四个电极(8)和绝缘体(7)的另一较佳实施例，其中绝缘体(7)形成支撑结构。要求保护的装置的这些较佳实施例提供可能性的结构以将要求保护的装置的一个以上的分段指定为电导段并且被用于建立装置内的压差。因此，返回到在用于分裂离子的单元的结构内使用装置的情况，所述中心区域相对于所述第一和第三区域可以高压被保持，图89所示的较佳实施例具有区域1到3，区域2具有至少两个电导限制段(4)。相比于孔被用于验证电导限制的现有技术的碰撞单元，这种碰撞单元的物理结构当与装置结合时(例如在仪器/设备中)可以在不同压力区域之间有效地传送离子。在最较佳的实施例中，图89所表示的布置位于具有用于泵出气体的至少一个真空泵的单个真空室内。

当电极由图1、34、35或者53所示的类型形成时，电导限制段也可以被容易引入到结构中，参见图90所示的实施例。根据本发明的方法，具有用于传送离子的区域1至3，其中区域2被指定成碰撞单元区域，该区域具有进气口4、通过管7链接的两个电导限制部分，从而碰撞单元区域2可以被维持在高于区域1和3的压力，并且进一步，区域1到3位于具有用于泵出气体的至少一个泵的单个真空室内。

电子转移解离(ETD)

在进一步的实施例中，装置被用作(适当地作为，或者部分属于)离子-离子反应单元。本发明的特征可以有益地应用于离子-离子反应单元的现有方法，从而提供附加的改进的特征并且解决现有技术ETD装置的问题。涉及离子-离子反应的离子分裂的最通用的方法是电子转移解离(ETD)。ETD被特别应用于分裂蛋白质和缩氨酸离子。在分裂机构大大独立于氨基酸顺序时，这个方法在蛋白质顺序方面可以提供优点。在商业质谱仪中已经实现了ETD，在【John E.P.Syka等人，PNAS，第101卷，第26号，第9528-9533页】中描述了它在适合的线性离子捕集仪器内的实现方式。描述了在线性离子捕集(LIT)质谱仪内捕集正电离子(被分析物)和负电离子(反应物)的方法。通过在装置的末端段建立伪势势垒获得沿着轴线的限制。对于反应需要10ms以上的反应时间以使反应完全进行，即为了从母被分析物离子产生生成物离子。由于这个原因，如Syka所述的ETD的实现方式，不适于应用于Q-ToF或者QqQ结构的高吞吐量质谱仪。通过EP1956635部分阐述了这些问题，其中被分析物离子和反应物离子通过移动伪势阱以聚束被一起传输。基本上，反应在离子聚束沿着离子导向器移动时发生，产生的碎片离子在到达下游的质量分析器时被输送以用于分析。该发明原则上提供利用Q-ToF或者QqQ装置实现ETD方法的可能性而不会减少吞吐量或者灵敏度，并且能够保存离子聚束进入装置的时间次序，从而当物理仪器被用在LCMS应用时可以保存色谱分离。EP1956635中没有教导对于有效实现的所有细节。这里所描述的装置的那些结构限于每个都具有在其中开口的圆形孔的多个电极，并且提供移动伪势阱的方法限于振幅调制的正弦RF波形。

EP1956635没有教导将两种极性的离子以高效率引入到装置的方法，或者使ETD装置匹配继续进行的装置、输出中间装置的方法，也没有教导时间同步到输出装置的方法，也没教导实现的最实用方法。通过本发明教导的普遍方法和所描述的装置可以被应用于提供可用于各种各样的装置和仪器形式的高吞吐量ETD方法。本发明提供用于克服EP1956635内的限制的方法。原则上，任何反应时间通过适当选择装置长度和伪势阱通过装置的传播速度可以顺应高吞吐量的装置。输出装置的需要还可以指定与输出中间装置的操作频率相关的装置的长度。例如，如果反应时间为50ms并且输出装置具有1000Hz的操作频率，于是在任何时间必须同时传送50聚束。因此对于固定在40mm的阿基米德波的波长，现有技术装置中的总长度将为40×50mm或者2m长，该长度在粒子中太过长了。作为当前发明的一个方面是在离子聚束传播时提供在装置内的离子聚束的重复距离的变换。因此，在当前所述的ETD的应用中，离子聚束的分离能够在入口和出口区域被分隔，用于有效匹配中间输入和输出装置的需要，但是可以在中心区域显著地更小，从而总装置长度可以减小，这意味着离子聚束将移动得更慢，但是沿着轴线将变成更紧密的空间，从而可以为给定装置长度最大限度地利用残留时间。类似地，阿基米德波形的频率也可以被调节，其在中心部分减小。另外，在长的反应时间必须顺应高吞吐量装置的情况下，可以利用图32所示形式的曲线或者半圆型离子导向器，同样用于提供压缩装置。所有这些测量提供高吞吐量的ETD装置，并且最小化分隔仪器内的需要。

粘性流

重要应用的阿基米德装置是通过粘性气体传送离子，通过给出数量L/λ>0.01的压力限制，其中L为导向器的尺寸并且λ为平均自由行程。通过特别实例，装置可以应用/用于从高压离子源的分界区域传送离子，或者从粘性流动的条件下操作的分析装置并且在该分析装置内用于传送离子，例如离子迁移率或者不同的离子迁移率装置。对于本领域的技术人员有几个显而易见的有点。相比于现有技术的方法，一个明显的优点是传送易分裂的离子，例如那些通常有机质谱仪中遇到的离子。强迫分子离子通过电场移动通过气体介质，从而这些分子离子由于它们的内能增加而易于分裂。现有技术的系统通过静态定位在空间场中而试图集中离子，特征在不同压力的室之间的分界区域中。这种集中方案使得它们经过减小冲击力，并且可能施加的电压通过传送的分子离子的分裂的开始而受到限制。相反，当前装置可以应用连续场以完成集中，并且因此与现有技术相比，可以较低场强获得高传送效率从而减小分裂。

下一段教导有关阿基米德装置有关的参数，其中阿基米德装置需要考虑气体流动和粘性以聚束传送离子。下面的实例例证独立于气体压力和流速使用的正确参数。然而对于低气体压力，气体介质执行冷却离子并且几乎不影响它们的过渡移动，对于更高的气压就不是这样了。我们首先考虑不动气体的传送。利用合理地良好的近似，气体介质中的离子移动可以由有效的斯托克斯的力(或者拖拽力)表示，该斯托克斯的力与离子速度和气体速度之间的差成比例。对于不动气体介质，仅速度是由具有伪势的阿基米德波导出的离子的速度，其中U_RF为施加于电极的振幅调制RF电压的振幅，L为电极之间和局部阿基米德阱之间的特征长度，ω为RF电压的频率，T为控制阿基米德波变换的特征时间的振幅调制的特征时间，q为离子的电荷，m为离子的质量，z沿着轴线的坐标，t为时间(图91)。在时间t的伪势的极小值点具有坐标z_k＝t(L/T)+πL(k+1/2)。驱动对应于第k极小值的伪力的极大值接近在的波的拖尾前端，并且等于但是，在该点伪势阱的速度等于如果离子至少以相同速度移动，则如阿基米德波的拖尾前端，作用的斯托克斯的摩擦力由给定，其中γ为表征与惰性气体分子碰撞的影响。可以看出，当时，离子不能以与阿基米德波那样相同的速度移动。即，对于足够大的γ(对于足够密的气体介质)，离子不会以同步的方式跟随阿基米德波，其速度更低。

以下附图对应于用标准化坐标执行的模型模拟。这是最有信息化以例证标准化坐标的行为，这是因为用这种方式，可以将移动的重要的特有特征与不重要的分离。通过引入标准化的可变量x＝L^d·X、y＝L^d·Y、^z＝L^d·Z、U＝L^u·u、t＝L^t·τ、V^x＝L_v·v_x、V_y＝L^v·v_y、V_z＝L_v·v_z、γ＝L_g·g，其中L_d、L_u、L_t、L_g等是一些比例系数，X、Y、Z、u、τ、v_x、v_y、v_z、g等为对应的无因次变量，特别地，对于通过伪势所描述的阿基米德波，其中U_RF为施加于电极的振幅调制RF电压，L为电极之间和局部阿基米德阱之间的特征长度，ω为RF电压的频率，T为控制阿基米德波变换的特征时间的振幅调制的特征时间，q为离子的电荷，m为离子的质量，z沿着轴线的坐标，t为时间，这对于选择类似L_t＝T/2π、L_d＝L/2π、L_u＝mL²/qT²、L_v＝L/T、L_g＝2πm/T的比例系数是有用的。

在这种情况下，施加于电极的电压被表示为 其中u_RF为施加于电极的无量纲电压并且Ω＝ωT/2π＝νT为无量纲RF圆频率，阿基米德波被表示为其中为无因次伪势振幅等。特别地，运动的无量纲方程被表示为 并且运动仅取决于无量纲值u_RF、Ω、g、v_x、v_y、v_z。这样就能够按比例缩放几何大小和/或按比例缩放施加于电极的RF电压的振幅和频率，和/或宽波段的波速度。

以下实例例证迁移率数据能够在理论上和实验上被广泛应用的γ＝q/K的简单情况。这样将本处理限制成电场强度与数量密度的比的值<20汤森(Townsend)。更一般的，应该通过γ(w)≈const₁+const₂·w考虑粘度，其中为离子和气体流动之间的相对速度。但是，为了当前的教导，限制并不是重要的。发明不局限于恒定的粘度区域，而是可以扩大到更一般的情况，其中γ(w)依赖于离子和气体流动之间的相对速度。

此外，如图92所示，发明的方面将变得显而易见，图92显示当气体压力为零时放置在相邻的阿基米德阱内部的两个离子的移动。可以看出，离子以相同的恒定平均速度移动从而在局部阿基米德阱内部振荡，如应该根据的理论。图93显示在不运动的气体介质内传送的处于相同气体压力下(标准化气体粘度为10)的相同离子。能够看出，离子同样以相同恒定平均速度移动从而在局部阿基米德阱内部振荡，但是更详细的图公开了粘性阿基米德波速度按表征气体介质中的伪势的衰减系数成比例地衰减。图94显示处于更高气体压力(标准化气体粘度为50)的相同系统，并且能够看出，离子没有跟随阿基米德波，但是它们以一些独立的和非匀速度(低于通过阿基米德波激发的速度)从入口移动到出口。但是，图95显示对于更高的气体压力(标准化气体粘度为73)，离子不再能以阿基米德波移动，每两个周期离子开缝到前面的阱。在标准化气体粘度的临界值为162时，离子一起停止移动，从而仅在一些平衡位置附近振荡。图96显示以在各种气体压力的样本离子的移动，它表明离子的有效速度对气体压力值的依赖性。

在阿基米德波试图使离子移动与它自身的速度同步的同时，当存在使得离子以它的速度移动时(由于气体粘度)，有类似的效果。阿基米德波与先前的实例相同；但是，我们寻找在波的前边缘的减速力(图91)。对应于第k极小值的极大减速伪力接近处的前沿端并且等于但是，伪势阱在该点处的速度等于并且如果离子以不大于阿基米德波前沿的速度移动，则驱动斯托克斯的摩擦力不小于其中γ为表征与惰性气体分子的碰撞的影响的有效摩擦系数，V为气体流动的速度。能够看出，当时，离子不能以与阿基米德波相同的速度移动。这就意味着，对于足够大的V(对于足够强的气体流动)和/或对于足够大的γ(对于足够密的气体介质)，离子不能以同步方式跟随阿基米德波，这样的话，阿基米德波的速度应该更大，或者极大减速伪力应该更大。对于减速的气体流动有类似的效果：因为由于粘度效应而使得离子被强制跟随气体流动，所以离子远离波。

以下附图图解这种效果。图97显示放置在相邻的阿基米德阱的内部的由稍有不同的粘度系数(对应于稍有不同的迁移率数据)表征的两种离子的移动，同时气体流动为零。可以看出，离子以相同的恒定平均速度移动从而在局部阿基米德阱内部有小的振荡，如应该根据的理论。图98图解在与阿基米德波的方向相同的方向上具有非零辅助气体流动的在相同的气体压力下的系统的行为(标准化气体流动速度为2.0，并且大于阿基米德波本身的速度)。在这些条件下，在这种情况下保存波效果，但是平衡位置从良好的极小值以标准化单位偏移了+0.05。图99显示处于更高的辅助气体流动的相同离子(标准化气体速度为50并且标准化气体流动为2.7)，气体流动速度在关键值之上并且阿基米德波效果被破坏，平衡点被偏移得太多并且气体流动推动离子通过阿基米德波的RF势垒并且强制离子在在局部阿基米德阱之间向前跃迁。仍在更高的标准化气体流动处，与气体流动相比，阿基米德波效果变得微不足道。图100表明对于不同的气体流动速度，样本离子的渐近速度的依赖性。

这些实例表明，为了以使用阿基米德波定义的聚束传送离子，阿基米德波的性质应该根据气体粘度和气体速度选择，当阿基米德离子导向器用于将离子从高压区域传送到低压区域(或者到真空区域)时这是重要的，可能通过差动泵的几个阶段。相同的实例表明，当阿基米德波的参数被正确控制时，即使当存在流动的气体时，阿基米德效果仍存在且对于高压传送离子能够被有效地利用。

此外，在实施例中，装置被用在用于将带电粒子从充满气体的离子源传送到质量分析器中的分界面(适当地属于部分或全部)，并且在将装置应用于将带电粒子传送到质量分析器中的分界面的情况下，特别地，当装置传送通过差动泵的几个阶段时，其中阿基米德波的参数在一个以上所述阶段的至少一些阶段被调整，以便将聚束的离子传送维持在一个以上阶段的所有阶段。

Claims (12)

1.一种用于操纵带电粒子的装置，其特征在于，所述装置包含：

一系列电极，所述一系列电极被布置为形成用于传送所述带电粒子的通道；

电源单元，所述电源单元适于向所述电极提供电源电压，以便在所述通道内创建非均匀的高频电场，所述场的伪势至少在某个时间间隔内，沿着用于传送带电粒子的所述通道的长度具有两个以上的局部极大值，其中，沿着所述通道的所述长度的所述带电粒子的传送由所述伪势的所述极大值中的至少两个极大值的转置被提供，从而至少在某个时间间隔内并且至少在所述通道的所述长度的部分内，使得所述极大值中的所述至少两个极大值随着时间沿着所述通道前进，其中，所述供电电压是高频电压；

其中，所述通道的第一区域形成入口中间装置的一部分，所述入口中间装置的一部分被配置为以足够高的动能将离子喷射到碰撞单元中，以通过与缓冲气体的碰撞导致所述碰撞单元中的离子的分裂；

所述通道的第二区域形成所述碰撞单元的一部分；

所述通道的第三区域形成出口中间装置的一部分，所述出口中间装置的一部分被配置为接收从所述碰撞单元传送出来的离子。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用于操纵带电粒子的装置被配置为将母离子的离散聚束传播到所述碰撞单元中，使得从母离子的每个聚束的分裂所产生的子离子保留在与所述母离子相同的传播离子的聚束之内，由于所述非均匀的高频电场的限制而从所述母离子获得所述传播离子的聚束。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通道的所述第二区域被维持在比所述通道的所述第一区域和所述第三区域高的压力。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一区域、所述第二区域、和所述第三区域位于具有用于泵出气体的至少一个泵的单个真空室内。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述碰撞单元具有进气口和通过管链接的两个电导限制部分，其中，所述通道在所述管内被围住。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述碰撞单元由一系列分段形成，并且每个分段由四个电极和四个绝缘体形成，所述四个绝缘体形成支撑结构的部分。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通道的一个以上的分段是用于建立所述装置内的压差的所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通道沿着所述通道的所述长度具有可变的轮廓，使得它的截面沿着它的长度改变。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述通道的所述截面的面积沿着所述通道的所述长度改变。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，一些或者所有所述电极具有多极轮廓。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述多极轮廓是由平面、阶梯、分段阶梯、直线型、分段直线型、环形、圆形、分段圆形、曲线形、分段曲线形的轮廓中的任一个或它们的组合形成的粗略的多极轮廓。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，一些或者所有所述电极由淀积在非传导性基底上的薄金属薄膜形成。