CN109216150A - 一种离子导引装置及导引方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离子导引装置及导引方法，包括第一电极组件，包括沿一空间轴放置的两个平行电极单元；第二电极组件，包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴放置的至少两个不平行的电极单元；所述第一电极组件和所述第二电极组件包围的空间形成沿所述空间轴向的离子传输通道；电源装置，用于在第一电极组件和第二电极组件上施加极性不同的射频电压，以在垂直于所述空间轴的方向上产生射频电场来束缚离子，以及在所述第一电极组件和所述第二电极组件上分别施加直流电压并产生一定直流电压差，以在沿所述空间轴的方向产生直流电场来控制离子运动。本发明的离子导引装置及导引方法实现了弯曲的离子导引结构并提供了轴向和径向的电场。

Description

一种离子导引装置及导引方法

技术领域

本发明涉及离子导引的技术领域，特别是涉及一种离子导引装置及导引方法。

背景技术

现有技术中，已经有各种各样的离子导引装置被研发出来，广泛应用于各种质谱仪器中，来实现离子在各种气压条件下的传输与聚焦等操作。四极杆因其结构简单，离子聚焦效果好等优点而成为最常使用的离子导引装置。类似地，六极杆以及八极杆等多极杆离子导引装置也经常作为四极杆的替代装置用作质谱仪的前级离子导引装置，来实现高通量的离子传输。

然而，此类装置普遍存在的一个缺点是缺少轴向的驱动电场，仅靠离子的初始动能或者轴向气流的驱动来实现离子的轴向传输。对于气压非常低(通常要小于1帕以下)的情况，离子的平均自由程比较长，靠其初始的动能离子仍然可以在较短的时间内完成较长距离的传输。另外，在比较高的气压下(至少10帕以上)，往往伴有明显的气流，离子在气流的带动下也可以实现定向地传输。然而，通常在介于1帕到10帕之间的气压条件下，离子往往需要很长的传输时间才能通过离子导引装置。另外，离子在离子导引装置中驻留的时间过长不仅会影响仪器的分析速度，还会带来一定的离子损失，导致仪器的灵敏度下降。而且，由于缺少轴向电场的驱动，此类离子导引装置往往只能限于使用线性的结构，因此仪器的整体长度会比较长。

Bruce A.Thomson等人在美国专利US5847386A中公开了一种基于四极杆的离子导引技术，通过逐渐改变四极杆电极的杆半径、倾斜放置电极、将电极分成多段以及在相邻的电极之间添加辅助电极等多种方法在离子导引装置内部产生轴向电场，以加速驱动离子沿轴向传输。

Michael Konicek等人在美国专利US7675031B2中也公开了一种可以提供轴向电场用于实现离子快速传输的离子导引装置，其典型的结构是在四极杆的两个相邻电极之间添加了四组辅助电极，每组辅助电极由多个指状电极组成，通过在指状电极上施加直流电势梯度，便可以在装置内部产生轴向的驱动电场，从而既可以快速地传输离子，又可以方便地控制离子在装置内的运动方向。

另外，由于四极杆等装置的离子接收面积和离子聚焦能力都与装置的射频场半径有关，而且相互制约。通常都需要进行折衷考虑以平衡两者的实际性能。Harvey D.Loucks等人在美国专利US8455814B2中公开了一种截面积逐渐收缩的六极杆装置，该装置入口场半径较大而出口场半径较小，因而很好地解决了离子接收面积和离子聚焦相互制约的问题。同时，该装置还在电极上涂覆高阻层，通过在电极两端施加直流电压差，就能在装置内部建立轴向的电场驱动离子，因此可以实现弯曲的离子导引结构。众所周知，弯曲的离子导引装置不仅可以降低中性分子的干扰，提高仪器的信噪比，还可以让整个仪器的结构设计变得更加灵活，有利于缩短仪器的整体长度。

然而，弯曲的离子导引装置用作碰撞池时会面临一些新的挑战。为了增加母离子在碰撞池中的碎裂效率，通常先将母离子加速，使其获得比较高的动能(几十到上百电子伏特)，然后将其注入碰撞池与碰撞气进行碰撞诱导解离过程。然而，当母离子的动能过高时，很容易挣脱射频场的束缚，而直接打到电极上产生离子损失。由于受到真空环境下击穿电压的限制，因此不能一味靠提高射频电压来加强对离子的束缚。为了提高高动能离子在弯曲的离子导引装置中的传输效率，同时又不影响母离子的碎裂效率，Bruce A.Collings等人在美国专利US7923681B2中提出了一种将一段直的离子导引区间与一个弯曲的离子导引区间连接在一起的结构。首先，高速的母离子进入直的离子导引区间进行碰撞解离。因为离子和碰撞气体分子频繁的碰撞，使得离子的动能会下降很多。待离子进入弯曲的离子导引区间后，射频电场已经足以对离子进行束缚。此方法虽然可以很好的解决离子高速入射带来的问题，但是在一定程度上就缩短仪器长度的问题上进行了妥协，同时离子导引装置本身的长度也会比较长。

Felician Muntean在美国专利US8084750B2中提出了一种弯曲的离子导引装置，通过将弯曲的四极杆分成多段并在外圈的分段电极上施加额外的直流电压或者是在弯曲的四极杆外圈一侧放置辅助电极并在辅助电极上施加直流电压，以产生径向的电场辅助离子偏转。该装置可以很好的解决上述问题，然而其结构要么非常复杂，难以加工，要么轴向驱动电场和径向偏转电场耦合在一起，难以控制，因此综合性能也会受到一定的影响。

另外，为了实现更好的碰撞诱导碎裂效果，通常会在碰撞池内通入某种特殊的碰撞气，例如氮气、氩气等，并维持一定的气体压力。为了与其他离子光学装置所在的腔体隔离开，碰撞池往往放置在一个较为封闭的独立真空腔体内，同时需要在碰撞池入口和出口的位置放置一个或多个中间只开有一个小孔的薄板电极，以便于限制气体在碰撞池入口和出口的流量，维持腔体内的压力。然而气体流量得到限制的同时，离子的通量也降低了。UrsSteiner等人在美国专利US6576897B1中公开了一种不需要上述开孔薄板电极的弯曲的离子导引装置，其使用真空密封材料将四极杆相邻电极之间的缝隙填满，从而将离子通道与外部隔离开来形成相对密闭的空间。由于碰撞气的主入口位于四极杆相对中间的位置，因此可以在中间部位远离入口和出口的地方形成较稳定的气压区间对母离子进行碰撞诱导解离。然而，该装置仍然受限于气压不能过高以及无法提供轴向驱动电场和径向偏转电场等诸多问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种离子导引装置及导引方法，包括沿某一空间轴放置的一组平行电极对和一组不平行且与所述空间轴呈一定角度的电极对，其不仅实现了弯曲的离子导引结构，还能提供轴向和径向的电场以灵活控制离子的运动，同时兼顾了对离子导引装置尤其是作为碰撞池时的各种需求。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种离子导引装置，包括第一电极组件，包括沿一空间轴放置的两个平行电极单元；第二电极组件，包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴放置的至少两个不平行的电极单元；所述第一电极组件和所述第二电极组件包围的空间形成沿所述空间轴向的离子传输通道；电源装置，用于在所述第一电极组件和所述第二电极组件上施加极性不同的射频电压，以在垂直于所述空间轴的方向上产生射频电场来束缚离子，以及在所述第一电极组件和所述第二电极组件上分别施加直流电压并产生一定直流电压差，以在沿所述空间轴的方向产生直流电场来控制离子运动。

于本发明一实施例中，所述离子传输通道的离子入口大于离子出口。

于本发明一实施例中，所述离子传输通道的横截面积沿所述空间轴逐渐变化。

于本发明一实施例中，所述电源装置施加在所述第一电极组件和所述第二电极组件上的射频电压的相位、幅值和频率中至少有一个不同。

于本发明一实施例中，所述射频电压的波形为正弦波、方波、锯齿波、三角波中的一种。

于本发明一实施例中，所述离子导引装置的工作气压范围为[2×10⁵,2×10³]Pa、[2×10³,20]Pa、[20,2]Pa、[2,2×10^-1]Pa、[2×10^-1,2×10^-3]Pa和小于2×10^-3Pa中的一种或多种。

于本发明一实施例中，所述第一电极组件中的电极单元是板型电极、杆状电极、附着于PCB或陶瓷基板的薄层电极中的一种或多种组合。

于本发明一实施例中，所述空间轴是直线轴、曲线轴，或者直线轴与曲线轴的组合。

于本发明一实施例中，所述第二电极组件采用圆杆电极或板型电极。

于本发明一实施例中，所述第一电极组件中的两个平行电极单元替换为一个包括两个平行面的筒状电极。

于本发明一实施例中，所述第二电极组件中至少一个电极单元包括至少一个电极段，所述电源装置在相邻电极段上施加不同的直流电压和相同的射频电压。

于本发明一实施例中，所述离子导引装置作为质谱仪的前级离子导引装置、离子压缩装置、离子储存装置、碰撞室、离子集束装置中的一种或多种组合。

于本发明一实施例中，所述第二电极组件包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴延伸放置的一对或者多对不平行的电极单元。

相应地，本发明还提供一种离子导引方法，包括以下步骤：

设置第一电极组件，所述第一电极组件包括沿一空间轴放置的两个平行电极单元；

设置第二电极组件，所述第二电极组件包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴放置的至少两个不平行的电极单元；所述第一电极组件和所述第二电极组件包围的空间形成沿所述空间轴向的离子传输通道；

在所述第一电极组件和所述第二电极组件上施加极性不同的射频电压，以在垂直于所述空间轴的方向上产生射频电场来束缚离子，以及在所述第一电极组件和所述第二电极组件上分别施加直流电压并产生一定直流电压差，以在沿所述空间轴的方向产生直流电场来控制离子运动。

于本发明一实施例中，所述离子传输通道的离子入口大于离子出口。

于本发明一实施例中，所述离子传输通道的横截面积沿所述空间轴逐渐变化。

于本发明一实施例中，施加在所述第一电极组件和所述第二电极组件上的射频电压的相位、幅值和频率中至少有一个不同。

于本发明一实施例中，所述射频电压的波形为正弦波、方波、锯齿波、三角波中的一种。

于本发明一实施例中，所述离子导引方法的工作气压范围为[2×10⁵,2×10³]Pa、[2×10³,20]Pa、[20,2]Pa、[2,2×10^-1]Pa、[2×10^-1,2×10^-3]Pa和小于2×10^-3Pa中的一种或多种。

于本发明一实施例中，所述第一电极组件中的电极单元是板型电极、杆状电极、附着于PCB或陶瓷基板的薄层电极中的一种或多种组合。

于本发明一实施例中，所述空间轴是直线轴、曲线轴，或者直线轴与曲线轴的组合。

于本发明一实施例中，所述第二电极组件采用圆杆电极或板型电极。

于本发明一实施例中，所述第一电极组件中的两个平行电极单元替换为一个包括两个平行面的筒状电极。

于本发明一实施例中，所述第二电极组件中至少一个电极单元包括至少一个电极段，在相邻电极段上施加不同的直流电压和相同的射频电压。

于本发明一实施例中，所述第二电极组件包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴延伸放置的一对或者多对不平行的电极单元。

如上所述，本发明的离子导引装置及导引方法，具有以下有益效果：

(1)包括沿某一空间轴放置的一组平行电极对和一组不平行且与所述空间轴呈一定角度的电极对，所述平行电极对和不平行电极对围成的离子传输通道的横截面积沿所述空间轴向逐渐改变；通过在平行的电极对和不平行的电极对上施加极性不同的射频电压以及在其之间施加直流电压差，不仅可以在离子通道内产生垂直于轴向的射频电场来束缚离子，还可以产生沿轴向的直流电场来驱动离子传输；

(2)不仅可以有效提高离子的传输速度，还能够方便地实现偏轴离子光学结构，从而极大地提高离子导引装置的信噪比，并缩短仪器的整体长度；

(3)结构简单，操作方便。

附图说明

图1显示为本发明的离子导引装置的第一实施例的结构示意图；

图2显示为本发明的离子导引装置的第一实施例中第二电极组件的结构示意图；

图3显示为本发明的离子导引装置的第二实施例的结构示意图；

图4显示为本发明的离子导引装置的第二实施例中第二电极组件的结构示意图；

图5显示为本发明的离子导引装置的第三实施例的结构示意图；

图6显示为本发明的离子导引装置的第三实施例的第二电极组件的结构示意图；

图7显示为本发明的离子导引装置的第四实施例的结构示意图；

图8显示为本发明的离子导引装置的第四实施例的第二电极组件的结构示意图；

图9显示为本发明的离子导引装置的第五实施例的结构示意图；

图10显示为本发明的离子导引装置的第五实施例的第一电极组件的结构示意图；

图11显示为本发明的离子导引装置的第六实施例的第二电极组件的结构示意图；

图12显示为本发明的离子导引装置的第七实施例的第二电极组件的结构示意图；

图13显示为本发明的离子导引装置的第八实施例的结构示意图；

图14显示为本发明的离子导引装置的第九实施例的结构示意图；

图15显示为本发明的离子导引装置的第十实施例的第二电极组件的结构示意图；

图16显示为本发明的离子导引方法的流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明的离子导引装置包括：第一电极组件，包括沿一空间轴放置的两个平行电极单元；第二电极组件，包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴放置的至少两个不平行的电极单元；所述第一电极组件和第二电极组件包围的空间形成沿所述空间轴向的离子传输通道；以及电源装置，用于在所述第一电极组件和第二电极组件上施加极性不同的射频电压，以在垂直于所述空间轴的方向上产生射频电场来束缚离子，以及在所述第一电极组件和第二电极组件之间施加直流电压，以在沿所述空间轴的方向产生直流电场来控制离子运动。需要说明的是，当第二电极组件包括两个以上不平行的电极单元时，是以沿所述空间轴向延伸排布的方式进行设置。

下面通过具体的实施例来进一步阐述本发明的离子导引装置。

实施例一

如图1所示，在实施例一中，离子导引装置为直线结构，包括第一电极组件101、第二电极组件102和电源装置(图中未示出)。其中，所述第一电极组件101包括沿某一空间轴放置的一对平行电极单元；所述第二电极组件102包括在所述平行电极单元之间的某一平行面上沿所述空间轴放置的至少两个不平行的电极单元。由此，所述第一电极组件101和所述第二电极组件102沿所述空间轴围成一离子传输通道，且离子入口a1较大而离子出口b1较小，如图2所示。在该实施例中，第二电极组件102采用的是方杆电极或板型电极，其截面为矩形。

电源装置在所述第一电极组件101和第二电极组件102上施加幅值和频率相同、极性相反的射频电压，以在所述离子传输通道内部形成四极场从而在垂直于所述空间轴的方向上束缚离子。由于所述离子传输通道的离子入口a1较大而离子出口b1较小，因此，拥有较大的离子接收面积，同时离子的聚焦效果也很好。

优选地，所述射频电压也可以是相位、幅值和频率中至少有一个不同的射频电压，其波形为正弦波、方波、锯齿波、三角波中的一种。

同时，电源装置在所述第一电极组件和第二电极组件之间还施加有一定的直流电压差。由于所述离子传输通道的横截面积沿所述空间轴逐渐变化，因此沿离子传输通道中轴上的电势也随之变化，从而形成沿所述空间轴的电势梯度以控制离子运动。具体地，从离子入口到离子出口的方向上，所述离子传输通道的横截面积沿所述空间轴逐渐变小。

优选地，该离子导引装置可以工作于特定的气压下，取决于实际的需求，该气压值位于以下范围中的一个内：a)[2×10⁵,2×10³]Pa；b)[2×10³,20]Pa；c)[20,2]Pa；d)[2,2×10^-1]Pa；e)[2×10^-1,2×10^-3]Pa；f)<2×10^-3Pa。

根据某些实际需求的考虑，例如加工难易程度、性能高低等，所述第一电极组件101中的电极单元可以是板型电极、杆状电极、附着于PCB或陶瓷基板等基板的薄层电极中的一种或多种组合。

实施例二

如图3和图4所示，实施例二中的离子导引装置与实施例一中的离子导引装置的主要差别在于，第二电极组件202采用圆杆电极。该实施例中的射频电压和直流电压的实施方式与实施例一中的施加方式基本相同。采用圆杆电极的好处在于：四极场的场型更好，有利于离子在垂直于所述空间轴方向上的束缚。同样的，由于所述离子传输通道的离子入口a2较大而离子出口b2较小，故拥有较大的离子接收面积，同时离子的聚焦效果也很好。

需要说明的是，所述第一电极组件201也可以采用圆杆电极以进一步改善性能，但同时也会导致加工难度的提高。

实施例三

所述空间轴可以是直线轴、曲线轴，或者是直线轴与曲线轴组合的形式。如图5所示，在实施例三中，本发明的离子导引装置的空间轴为180度的曲线轴。其中，第一电极组件301为180度的曲线板型电极。第二电极组件302如图6所示，包括两条弯曲180度的弧形电极单元，所述两条弧形电极单元不是同轴结构，两者之间的间距沿所述空间轴方向从离子入口a3到离子出口b3逐渐变小。因此，在该弯曲的离子导引装置中形成的离子传输通道的横截面积沿着所述空间轴的方向也随之改变。当采用类似于实施例一中的方式施加射频电压和直流电压后，同样可以形成垂直于空间轴的射频电场来束缚离子，同时形成轴向的直流电场来驱动离子传输。

其中，采用曲线轴的离子导引装置的好处还在于可以降低中性噪音，以及缩短仪器的长度。

实施例四

类似地，采用曲线轴的离子导引装置也可以采用圆杆电极来改善其性能。在实施例四中，如图7所示即为使用弯曲的圆杆电极作为第二电极组件402的180度偏转的离子导引装置。其中，采用弯曲的圆杆电极的第二电极组件401如图8所示。同样的，所述两条圆杆电极不是同轴结构，两者之间的间距沿所述空间轴方向从离子入口a4到离子出口b4逐渐变小。因此，所述离子传输通道在垂直于所述空间轴向上的截面积逐渐变化。

需要说明的是，所述第一电极组件401也同样可以采用弯曲的圆杆电极以进一步改善性能。

实施例五

如图9所示，在实施例五中，离子导引装置包括第一电极组件501和第二电极组件502，其中离子入口a5较大，离子出口b5较小。第一电极组件501采用包括两个平行面的筒状电极，其为180度弯曲结构。由于第一电极组件501的所有电极始终施加相同的射频电压和直流电压，因此在实际制作中可以将第一电极组件合并为一个整体的电极。

另外，当离子导引装置用作碰撞池时，需要将其与周围的离子光学器件在真空上隔离开。如果采用如图10所示的筒状电极作为第一电极组件，那么该离子导引装置本身就可以作为一个真空腔体在其内部形成一个相对封闭的真空区间。向该真空区间通入一定的碰撞气，可以使其内部碰撞气的气压稳定在一定的范围内。因此，该实施例中的离子导引装置不仅简化了传统碰撞池的设计，省去了额外的真空腔，同时因其内部的空间更小，相比现有离子导引装置而言碰撞气的消耗更低。

实施例六

如图11所示，在该实施例中，离子导引装置的第二电极组件602的外侧电极在离子入口附近分成前6025、中6026、后6027三段的结构。所述电源装置在相邻电极段上施加不同的直流电压和相同的射频电压。为了提高母离子在碰撞池内的碎裂效率，往往需要将母离子加速到比较高的动能后再注入碰撞池。由于受到真空中击穿电压的限制，不能无限提高射频电压来加强对离子的束缚。因此当拥有很高动能的离子进入弯曲的碰撞池时，很容易摆脱射频电场的束缚打在电极上。在该实施例中，在所述第二电极组件602的外侧电极的中段部分6026施加直流电压DC2，前段部分6025和后端部分6027部分和内侧电极一样施加直流电压DC1。因此，针对于正离子而言，可以在离子入口a6附近产生从外侧电极指向内侧电极的偏转电场，以辅助离子在弯曲的离子导引装置中偏转。对负离子而言，上述偏转电场的方向相反。由于拥有高动能的离子在离子传输通道内飞行一段距离以后，被碰撞气体不断的碰撞冷却，离子的动能不断地降低。当降低到一定水平以下后，射频电场足以对离子进行有效的束缚。本实施例中的分段结构相对简单，只需要在离子入口a6附近将外侧电极分成三段即可以有效辅助离子偏转，提高高动能离子入射时的传输效率。其中离子入口a6较大，离子出口b6较小。

需要说明的是，本实施例中的离子导引装置结构仅在离子通道的局部区域对离子偏转进行调控，几乎不会影响离子的入射和传输过程。

实施例七

如图12所示，该实施例为实施例六的一个变化实施例。在该实施例中，将用于180度弯曲的离子导引装置的第二电极组件702的内侧电极分成前段部分7025、中段部分7026和后段部分7027三段的结构。类似地，在所述内侧电极的中段部分7026上施加直流电压DC2，并在前段部分7025和后段部分7027以及外侧电极上施加直流电压DC1。因此，针对于正离子而言，在离子入口a7附近产生从外侧电极指向内侧电极的偏转电场，以辅助离子在弯曲的离子导引装置中偏转。对于负离子而言，所产生的偏转电场的方向相反。其中离子入口a7较大，离子出口b7较小。

优选地，为了避免在中段电极上施加过高的直流电压，影响离子在离子通道内的稳定性。本发明中的离子导引装置并不限于仅在所述第二电极组件的外侧或者内侧电极中的一个实现如上的分段结构，还可以同时在外侧和内侧电极上进行分段，并且不再同一位置进行分段。

实施例八

如图13所示，该实施例为实施例三的一个变化实施例。该离子导引装置的空间轴为90度弯转的曲线轴，包括第一电极组件801和第二电极组件802，其中离子入口a8较大，离子出口b8较小。该实施例的各种电压施加方式均与实施例三中的方法类似，以实现同样的目的。

本实施例中的离子导引装置相比实施例三的离子导引装置，体积更小，且可采用多个以进行任意组合，从而实现更为灵活复杂的结构。

实施例九

如图14所示，该实施例为实施例八的一个变化实施例。该离子导引装置的空间轴为90度弯转的曲线轴，包括第一电极组件901和第二电极组件902，其中离子入口a9较大，离子出口b9较小。与实施例八不同的是，第二电极组件采用弯曲的圆杆电极。该实施例中，各种电压施加方式均与实施例八中的方法类似，以实现同样的目的。而采用圆杆电极可以得到更好的射频场场型，以得到更好的离子束缚效果。

实施例十

如图15所示，该实施例中的第二电极组件包括在第一电极组件的平行电极单元之间的某一平行面上沿所述空间轴延伸放置的不平行的电极单元对10021和电极单元对10022。类似的，第二电极组件可以包括在第一电极组件的平行电极单元之间的某一平行面上沿所述空间轴延伸放置的至少一对不平行的电极单元，以满足不同功能的需求，以及实现多种功能的灵活组合和拓展。

需要说明的是，本发明的离子导引装置作为质谱仪的前级离子导引装置、离子压缩装置、离子储存装置、碰撞室、离子集束装置中的一种或多种组合。也就是说，质谱仪中可以包括一个或多个上述离子导引装置，以实现对应的目的。

如图16所示，本发明的离子导引方法包括以下步骤：

步骤S1、设置第一电极组件，所述第一电极组件包括沿一空间轴放置的两个平行电极单元。

步骤S2、设置第二电极组件，所述第二电极组件包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴放置的至少两个不平行的电极单元；所述第一电极组件和所述第二电极组件包围的空间形成沿所述空间轴向的离子传输通道；

步骤S3、在所述第一电极组件和所述第二电极组件上施加极性不同的射频电压，以在垂直于所述空间轴的方向上产生射频电场来束缚离子；以及在所述第一电极组件和所述第二电极组件上分别施加直流电压并产生一定直流电压差，以在沿所述空间轴的方向产生直流电场来控制离子运动。

本发明的离子导引方法的具体实现和实施例与离子导引装置的具体实现和实施例相同，故在此不再赘述。

综上所述，本发明的离子导引装置及导引方法包括沿某一空间轴放置的一组平行电极对和一组不平行且与所述空间轴呈一定角度的电极对，所述平行电极对和不平行电极对围成的离子传输通道的横截面积沿所述空间轴向逐渐改变；通过在平行的电极对和不平行的电极对上施加极性不同的射频电压以及在其之间施加直流电压差，不仅可以在离子通道内产生垂直于轴向的射频电场来束缚离子，还可以产生沿轴向的直流电场来驱动离子传输；不仅可以有效提高离子的传输速度，还能够方便地实现偏轴离子光学结构，从而极大地提高离子导引装置的信噪比，并缩短仪器的整体长度；结构简单，操作方便。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (25)

1.一种离子导引装置，其特征在于：包括

第一电极组件，包括沿一空间轴放置的两个平行电极单元；

第二电极组件，包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴放置的至少两个不平行的电极单元；所述第一电极组件和所述第二电极组件包围的空间形成沿所述空间轴向的离子传输通道；

电源装置，用于在所述第一电极组件和所述第二电极组件上施加极性不同的射频电压，以在垂直于所述空间轴的方向上产生射频电场来束缚离子，以及在所述第一电极组件和所述第二电极组件上分别施加直流电压并产生一定直流电压差，以在沿所述空间轴的方向产生直流电场来控制离子运动。

2.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述离子传输通道的离子入口大于离子出口。

3.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述离子传输通道的横截面积沿所述空间轴逐渐变化。

4.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述电源装置施加在所述第一电极组件和所述第二电极组件上的射频电压的相位、幅值和频率中至少有一个不同。

5.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述射频电压的波形为正弦波、方波、锯齿波、三角波中的一种。

6.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述离子导引装置的工作气压范围为[2×10⁵,2×10³]Pa、[2×10³,20]Pa、[20,2]Pa、[2,2×10^-1]Pa、[2×10^-1,2×10^-3]Pa和小于2×10^-3Pa中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述第一电极组件中的电极单元是板型电极、杆状电极、附着于PCB或陶瓷基板的薄层电极中的一种或多种组合。

8.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述空间轴是直线轴、曲线轴，或者直线轴与曲线轴的组合。

9.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述第二电极组件采用圆杆电极或板型电极。

10.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述第一电极组件中的两个平行电极单元替换为一个包括两个平行面的筒状电极。

11.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述第二电极组件中至少一个电极单元包括至少一个电极段，所述电源装置在相邻电极段上施加不同的直流电压和相同的射频电压。

12.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述离子导引装置作为质谱仪的前级离子导引装置、离子压缩装置、离子储存装置、碰撞室、离子集束装置中的一种或多种组合。

13.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于：所述第二电极组件包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴延伸放置的一对或者多对不平行的电极单元。

14.一种离子导引方法，其特征在于：包括以下步骤：

设置第一电极组件，所述第一电极组件包括沿一空间轴放置的两个平行电极单元；

设置第二电极组件，所述第二电极组件包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴放置的至少两个不平行的电极单元；所述第一电极组件和所述第二电极组件包围的空间形成沿所述空间轴向的离子传输通道；

在所述第一电极组件和所述第二电极组件上施加极性不同的射频电压，以在垂直于所述空间轴的方向上产生射频电场来束缚离子，以及在所述第一电极组件和所述第二电极组件上分别施加直流电压并产生一定直流电压差，以在沿所述空间轴的方向产生直流电场来控制离子运动。

15.根据权利要求14所述的离子导引方法，其特征在于：所述离子传输通道的离子入口大于离子出口。

16.根据权利要求14所述的离子导引方法，其特征在于：所述离子传输通道的横截面积沿所述空间轴逐渐变化。

17.根据权利要求14所述的离子导引方法，其特征在于：施加在所述第一电极组件和所述第二电极组件上的射频电压的相位、幅值和频率中至少有一个不同。

18.根据权利要求13所述的离子导引方法，其特征在于：所述射频电压的波形为正弦波、方波、锯齿波、三角波中的一种。

19.根据权利要求14所述的离子导引方法，其特征在于：所述离子导引方法的工作气压范围为[2×10⁵,2×10³]Pa、[2×10³,20]Pa、[20,2]Pa、[2,2×10^-1]Pa、[2×10^-1,2×10^-3]Pa和小于2×10^-3Pa中的一种或多种。

20.根据权利要求14所述的离子导引方法，其特征在于：所述第一电极组件中的电极单元是板型电极、杆状电极、附着于PCB或陶瓷基板的薄层电极中的一种或多种组合。

21.根据权利要求14所述的离子导引方法，其特征在于：所述空间轴是直线轴、曲线轴，或者直线轴与曲线轴的组合。

22.根据权利要求14所述的离子导引方法，其特征在于：所述第二电极组件采用圆杆电极或板型电极。

23.根据权利要求14所述的离子导引方法，其特征在于：所述第一电极组件中的两个平行电极单元替换为一个包括两个平行面的筒状电极。

24.根据权利要求14所述的离子导引方法，其特征在于：所述第二电极组件中至少一个电极单元包括至少一个电极段，在相邻电极段上施加不同的直流电压和相同的射频电压。

25.根据权利要求14所述的离子导引方法，其特征在于：所述第二电极组件包括在所述平行电极单元之间的某一平面上沿所述空间轴延伸放置的一对或者多对不平行的电极单元。