CN110504152B - 离子导向器 - Google Patents

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Abstract

一种离子导向器可以包括一组板状电极，每个板状电极具有多个孔口，所述多个孔口穿过每个板状电极而形成。所述一组板状电极在空间上布置成使得所述一组板状电极的相应板状电极的多个孔口与所述一组板状电极的相应邻近板状电极的多个孔口的相对定位限定通过所述一组板状电极的每个板状电极的所述相应多个孔口的连续离子飞行路径。所述连续离子飞行路径具有竖螺旋式形状和/或横螺旋式形状。

Description

离子导向器
技术领域
本公开涉及一种尤其用于离子迁移谱仪或质谱仪中的离子导向器。
背景技术
离子导向器用于质谱和离子迁移谱(IMS)中的各种应用中。在IMS中，通过电场将离子沿充满气体的漂移管向下推送，并根据其离子迁移率在空间上分离。IMS装置的分辨率随着漂移区的长度而增加，但是由于它们的大小，非常长的设备不适合商业仪器。因此，有利的是，将漂移路径折叠成更紧凑的结构，概念上类似于多圈飞行时间质谱仪。例如，在第2004/031920号专利公开中描述了质谱仪中的IMS的使用。
第2011/0168882号美国专利公开论述了具有竖螺旋、环面、部分环面、半球环面、半环面或横螺旋离子导引区的离子导向器或离子迁移谱仪。离子导向器包括多个堆叠的电极，其各自具有孔口，离子通过所述孔口发射。将RF电压施加到电极，以将离子径向限制在离子导向器内。将DC或瞬态DC电压施加到至少一些电极，以沿着离子导向器推动离子。这种设计所需的电极数量与离子导向器的长度成比例。因此，这是一种困难且昂贵的制造设计，并且由于需要大量的电连接而可能具有高电气故障机率。
第2014/0353487号美国专利公开描述了围绕闭环多次发送离子的不同的IMS方法。这样节省空间，但具有低占空比且离子迁移率范围或分辨率受到限制，因为较高的离子迁移率离子最终可以赶上闭环中较低的离子迁移离子。
第2014/0042315号美国专利公开涉及测量几百帕斯卡压力下的气体中的离子迁移率。漂移区弯曲成弯曲形状，其延伸到第三维度。弯曲形状中的交替曲率方向(即，顺时针曲率和逆时针曲率)通过在外轨迹和内轨迹上经过大致相等的漂移距离来平衡不同的路径长度。否则，不同的路径长度将导致分辨率的损失。通过分段聚焦或永久聚焦将离子保持在弯曲漂移区的轴附近，使得平均漂移路径是恒定的。一种可能的形状是8字形形状中的双环。形状垂直于其伸出部平面延伸，使得几个双环位于彼此顶部。虽然这种布置可能具有其优点，但制造仍然很复杂。此外，可以预期离子在行进时在内边缘与外边缘之间来回移动，因此这种设计的实际影响可能比最初设想的要小。
第2007/311111号日本专利公开描述了使用内金属板和外金属板飞行时间(TOF)质谱仪，其限定横螺旋离子飞行路径。在内金属板与外金属板之间提供分流器以防止光束相互作用。此布置还描述于在Satoh等人的“用于高质量分析的新型横螺旋飞行时间质谱仪(A New Spiral Time-of-Flight Mass Spectrometer for High Mass Analysis)”，J.Mass Spectrom.Soc.Jpn.，第54卷，第1期，2006中。
因此需要适用于IMS的离子导向器设计，其制造更简单、更坚固并且可提供高分辨率性能。
发明内容
提供离子导向器；离子迁移谱仪；以及质谱仪。本发明的另外特征在附属权利要求项中详述并在本文中进行论述。
第一方面中的离子导向器包括一组电极，每个电极是板状电极或是在功能上模仿板状电极的电极结构(将在下文论述其至少一个实例)。为简单起见，术语“板状电极”将用以涵盖所有此类电极结构。多个孔口穿过板状电极中的每一个而形成。所述一组板状电极(各自具有多个孔口)在空间上布置(或安装)成使得每个板状电极的多个孔口与其邻近板状电极的孔口的相对定位限定通过每组板状电极的多个孔口的连续离子飞行路径。
单个连续离子飞行路径可由此提供通过每组板状电极的多个孔口。优选的是，板状电极以堆叠方式连续布置，使得第n个板状电极邻近于第(n+1)个板状电极，其中n＝1到N-1，其中N是板状电极的总数目。另外优选地，第n个板状电极邻近于第一个(n＝1)板状电极，即使得最后一个电极(第N个)与第一电极相接。由此板状电极以弯曲堆叠布置。板状电极的数量可以少至30并且高达180。
在一些实施例中，所述一组板状电极中的至少一些在空间上布置成围绕在轴向维度中延伸的轴，例如呈围绕轴的圆圈或圆形布置，但如下文所描述，其它布置是可能的，例如椭圆形、圆角矩形，或迷宫形。以此方式，连续离子飞行路径围绕在轴向维度中延伸的轴旋转。轴因此变成离子飞行路径的旋转轴。以此方式，连续离子飞行路径具有横螺旋、横螺旋状、竖螺旋或竖螺旋状形状(或其组合)，如下文进一步描述。在论述横螺旋、横螺旋状或横螺旋式形状时，这可以是指具有基本横螺旋特征的形状，例如从中心点或线起具有大体上增加(或减小)半径的曲线。竖螺旋、竖螺旋状或竖螺旋式形状可以是指具有基本竖螺旋特征的形状，例如沿着轴延伸且具有大体上重复形状的曲线。这些术语将在下文进一步论述。
优选地，所述一组板状电极的每个板状电极具有沿着第一维度间隔开的相应多个孔口。在一些实施例中，第一维度相同于轴向维度(也就是说，大体上与轴平行)。通过此布置，连续离子飞行路径具有竖螺旋特征。在其它实施例中，第一维度垂直于轴向维度。接着，连续离子飞行路径具有横螺旋特征(但其还可具有竖螺旋特征，如将进一步论述)。孔口沿着第一维度间隔孔口间距。优选地，每个电极沿着第一维度具有相同孔口间距。另外优选地，所述一组板状电极的相应板状电极具有其相应多个孔口，所述相应多个孔口定位成在第一维度中从相应邻近板状电极的相应多个孔口偏移。在第一维度垂直于轴向维度(使得横螺旋连续离子飞行路径形成)的情况下，偏移可在第一维度和轴向维度中。接着，连续离子飞行路径具有横螺旋特征和竖螺旋特征。
为了实现这一点，在一些实施例中，所述一组板状电极的相应邻近板状电极定位成彼此在第一维度中偏移，特别是其中板状电极基本上相同。在一些其它实施例中，从制造角度来看不太优选的是，孔口的偏移可以由每个板状电极上的孔口的位置的变化来限定。
偏移优选地小于孔口间距。以此方式，当连续离子飞行路径从相应板状电极传递到相应邻近板状电极时，连续离子飞行路径在第一维度上略微延伸(也就是说，小于每个电极内的孔口间距)。优选地，对于连续离子飞行路径的完全旋转，也就是说，在穿过每个板状电极之后，离子飞行路径在第一维度中延伸等于孔口间距的量。举例来说，在最后一个电极(第N个)与第一电极相接的实施例中，这是优选的。因此，优选的是，偏移基本上等于y/N，其中y是每个板状电极内的孔口间距且N是板状电极的数量。因此，在一些优选实施例中，在连续离子飞行路径已穿过每个板状电极的每一相应第一孔口之后，连续离子飞行路径开始穿过每个板状电极的相应第二孔口，随后任选地通过每个板状电极的相应第三孔口等等。一般来说，在板状电极各自具有x个孔口(x至少是2，优选地是2到100，更优选地是3到100)的情况下，连续离子飞行路径将穿过每个板状电极x次，从而依序穿过每个板状电极的孔口。
与已知离子导向器结构相比，此设计可在相当紧凑的装置中提供高IMS分辨率，但需要更少电极(和其它组件)和电连接来实现具有相同长度的飞行路径，因为每个电极的不同部分(孔口)提供单个飞行路径的不同部分。差异可能是数量级。在实施例中，可提供每个电极5到100个孔口。使用更少的电极使结构更加电气稳固并简化制造，降低成本。还可提高准确度。与闭环飞行路径设计相比，可实现更高占空比。在闭环离子导向器结构(例如US-2014/0353487)中，一些离子有可能比其它离子完成更多闭环飞行路径的循环。此缺点不存在于本公开的实施例中，提供了以高分辨率保留的更大的离子迁移率范围。
在离子飞行路径具有竖螺旋形状的情况下，这在数学意义上不一定是竖螺旋。因此，竖螺旋形状意指竖螺旋状，其包含竖螺旋、基本上竖螺旋或具有竖螺旋特征的方面的其它形状，本文中描述其实例。类似地，横螺旋形状未必是数学意义上的横螺旋且可能意指横螺旋状，其包含基本上横螺旋或具有横螺旋特征的方面的其它形状，本文中描述其实例。这种设计可以为离子飞行路径提供各种横螺旋状和竖螺旋状形状。竖螺旋形状可限定二维轮廓且通常限定的离子飞行路径当其在大体上垂直于二维轮廓的第一维度中延伸时沿着二维轮廓多次延伸。举例来说，二维轮廓可以是圆形、椭圆形、圆角矩形、迷宫形或8字形。可使用第一多个电极和第二多个电极提供8字形二维轮廓(或更一般来说，具有顺时针曲率和逆时针曲率)，所述第一多个电极和第二多个电极中的每一个布置成限定圆形二维轮廓。因此，第一多个电极可布置成围绕第一轴且第二多个电极可布置成围绕第二轴，其中第一轴和第二轴在第一维度中延伸，每个板状电极的多个孔口沿着所述第一维度间隔开。第一多个电极中的一些和第二多个电极中的一些布置成彼此交错，使得第一多个电极的二维轮廓与第二多个电极的二维轮廓重叠。接着，连续离子飞行路径可由第一多个电极和第二多个电极的孔口限定。交错电极可设置有具有孔口和间隙(或槽口)的交替部分，使得具有第一多个电极中的一个的孔口的部分配合到第二多个电极中的对应一个的间隙部分中(且反之亦然)。
每个板状电极可具有以下中的一个或多个：相同的形状；相同的大小；以及相同的孔口定位和/或孔口间距。在使用相同板状电极的情况下，它们通常沿着竖螺旋形状的轴彼此偏移。一个板状电极与邻近板状电极之间的偏移优选地小于板状电极内孔口的间距。因此，一个板状电极与邻近板状电极之间的偏移优选地布置成使得在每个完整旋转之后，最后一个电极(第N个)的第p个孔口邻近序列中第一电极的第(p+1)个孔口(1≤p<x-1，其中x是每个电极中的孔口的数量)。在一些实施例中，每个板状电极的孔口中的每一个具有矩形或卵形形状。所有孔口未必具有相同形状或布置，且将参看下文第二方面的离子导向器论述利用此方法的设计。
对于径向离子限制，RF电源可为每个板状电极提供相应RF电压，使得邻近电极接收具有不同相位的RF电压。具体地说，可向在空间上布置的每隔一个板状电极施加第一RF电压并向未接收到第一RF电压的所述一组电极的每隔一个板状电极提供第二RF电压(具有与第一RF电压相反的相位)。DC电源可向所述一组电极的一个或多个电极供应至少一个DC电位，具体地说以形成行进波，以便使离子行进通过限定的离子飞行路径。
每个RF电压可具有选自以下的幅值：(i)<100V峰间值；(ii)100-200V峰间值；(iii)200-300V峰间值；(iv)300-400V峰间值；(v)400-500V峰间值；以及(vi)>500V峰间值。每个RF电压可具有选自以下的频率：(i)<100KHz；(ii)100-500KHz；(iii)0.5-1.0MHz；(iv)1.0-1.5MHz；(v)1.5-2.0MHz；(vi)2.0-2.5MHz；(vii)2.5-3.0MHz；(viii)3.0-4.0MHz；(ix)4.0-5.0MHz；(x)5.0-6.0MHz；(xi)6.0-7.0MHz；(xii)7.0-8.0MHz；(xiii)8.0-9.0MHz；(xiv)9.0-10.0MHz；以及(xv)>10.0MHz。DC行进波电压或波形优选地按选自以下的速度沿着离子导向器的所述一组电极平移：(i)<100m/s；(ii)100-500m/s；(iii)500-1000m/s；(iv)1000-1500m/s；(v)1500-2000m/s；(vi)2000-2500m/s；(vii)2500-3000m/s；(viii)>3000m/s。
可提供在其上安装所述一组电极的安装元件，以便设定所述一组电极的邻近电极之间的相对孔口定位。安装元件(例如，印刷电路板)可包括到所述一组电极的一个或多个电连接。
在一些实施例中，安装元件包括：第一安装衬底，所述一组电极的每个电极的第一端附接到所述第一安装衬底；以及第二安装衬底(与第一安装衬底相对)，所述一组电极的每个电极的第二端附接到所述第二安装衬底。第一安装衬底和第二安装衬底可由此沿着第一维度即沿着孔口在每个板状电极内间隔开的方向彼此间隔开，其中板状电极夹在其间。第一安装衬底可包括到在空间上布置的所述一组电极的每隔一个板状电极的一个或多个第一电连接。第二安装衬底可包括到在连接到一个或多个第一电连接的电极之间的所述一组电极的每隔一个板状电极的一个或多个第二电连接。第二电连接可布置成提供不同于由第一电连接提供的电力的电力，例如上文所描述的第一RF电压和第二RF电压和/或至少一个DC电位。第一安装衬底和第二安装衬底可各自包括印刷电路板(PCB)，其便于提供电连接。此外，PCB优选地具有足够柔性以弯曲成所需形状。在一些实施例中，PCB可包括基本上竖螺旋形式。在此类实施例中，优选地PCB包括具有切口的环形形状，其中邻近切口的PCB的两端间隔开。端可以间隔开基本上等于每个板状电极内孔口间距的距离。为此目的，可在PCB的切口端之间提供间隔件。
安装元件可包括安装衬底。在某些实施例中，所述一组电极的每个电极附接到安装衬底，安装衬底具有一种形状，以由此设定所述一组电极的邻近电极之间的相对孔口定位。在其它实施例中，安装元件进一步包括间隔件，其位于所述一组电极和安装衬底之间。间隔件可配置成设定所述一组电极的邻近电极之间的相对孔口定位。
第二方面的离子导向器包括多个电极，每个电极包括至少一个孔口，以便限定离子飞行路径(优选地弯曲的)。此方面可与第一方面组合，在此状况下每个电极可以是具有多个孔口的板状电极(或结构在功能上模拟板状电极)，且离子飞行路径可具有竖螺旋形状。在此第二方面中，第一电极的孔口有利地沿着离子飞行路径邻近于第二电极的孔口。第二电极的孔口与第一电极的孔口具有不同的形状、电位和/或位置，以使沿着离子飞行路径行进的离子在垂直于离子飞行路径的方向的方向上移位。有利的是，离子飞行路径具有至少一个曲线。在此方法中，可使离子沿着具有相同路径的曲率的不同部分行进，这可以减低路径长度差异效应。这与较宽孔口或更小竖螺旋半径相比应减少分辨率丢失(或增大分辨率的任何限制)，从而在较小装置或具有较高空间电荷容量的装置上实现良好分辨率。在另一种意义上，可以认为至少一条曲线限定了平均曲率半径。接着，可使离子在平均曲率半径内与平均曲率半径外之间振荡。其结果是，可以校正在平均曲率半径内的位置处进入离子导向器的离子与在平均曲率半径外的位置处进入离子导向器的离子之间的飞行路径长度差异。
有益的是，垂直于离子飞行路径的方向的方向可由(另一)竖螺旋形状限定，离子飞行路径的方向是(另一)竖螺旋形状的轴。在第一方面和第二方面的组合中，离子可由此沿着垂直于竖螺旋形状的竖螺旋路径行进。
提供此效应的一种方式是通过第一电极的孔口和第二电极的孔口中的每一个包括相应第一槽和相应第二槽，每个第一槽是独特的且与相应第二槽分离。第二电极的孔口的第一槽可与第一电极的孔口的第一槽具有不同形状和/或位置，以使沿着离子飞行路径行进的离子在垂直于离子飞行路径的方向的第一方向上移位。另外(且较不优选地，替代地)，第二电极的孔口的第二槽与第一电极的孔口的第二槽具有不同形状和/或位置，以使沿着离子飞行路径行进的离子在垂直于离子飞行路径的方向的第二方向上移位。第一方向和第二方向在旋转意义上通常是相同的(例如，两个顺时针或两个逆时针)。每个第一槽和每个第二槽可具有由同一矩形的相应部分限定的形状。
离子导向器的第三方面(其可再次与第一方面和第二方面中的任一个或两个组合)，包括：第一多个电极布置，每个电极布置包括相应平行棒电极，且在相应平行棒电极之间具有相应间隙；以及第二多个电极布置，每个电极布置包括相应平行电极部分，且在相应平行电极部分之间具有相应间隙。第二多个电极布置的平行电极部分相对于第一多个电极布置的平行棒电极正交布置(例如，棒电极水平地布置且第二多个电极布置的平行电极部分竖直地布置)。这可以实现为使得第一多个电极布置的相应间隙与第二多个电极布置的相应间隙对准，以允许离子沿着连续路径从中行进通过。第一多个电极布置和第二多个电极布置沿着连续路径交替布置(也就是说，间隔开，每个第一电极布置紧接着第二电极布置且每个第二电极布置紧接着第一电极布置，在离子导向器中的最后一个电极布置除外)。因此，第一多个电极布置中的每一个(且任选地，第二多个电极布置中的每一个)严格上说不是板状电极，而实际上是使用棒电极模仿板状电极的电极结构。为第一多个电极布置(或第二多个电极布置)中的后续电极布置优选地提供具有不同(任选地，相对)相位的RF电位。此结构可以是根据第一方面的用于离子导向器中的板状电极的形式。
在某些实施例中，为第一多个电极布置中的每一个(仅)提供RF电位且为第二多个电极布置中的每一个(仅)提供DC电位。可以与上文所描述的方面的实施例类似的方式向第一多个电极布置和第二多个电极布置施加电位。举例来说，可向第一多个电极布置的每隔一个电极布置施加第一RF电压且向未接收到第一RF电压的第一多个电极布置的每隔一个电极布置施加第二RF电压(优选地具有与第一RF电压相反的相位)。DC电源可向第二多个电极布置中的每一个供应DC电位，优选地以形成行进波，以便使离子行进通过限定的离子飞行路径。
每个RF电压可具有选自以下的幅值：(i)<100V峰间值；(ii)100-200V峰间值；(iii)200-300V峰间值；(iv)300-400V峰间值；(v)400-500V峰间值；以及(vi)>500V峰间值。每个RF电压可具有选自以下的频率：(i)<100KHz；(ii)100-500KHz；(iii)0.5-1.0MHz；(iv)1.0-1.5MHz；(v)1.5-2.0MHz；(vi)2.0-2.5MHz；(vii)2.5-3.0MHz；(viii)3.0-4.0MHz；(ix)4.0-5.0MHz；(x)5.0-6.0MHz；(xi)6.0-7.0MHz；(xii)7.0-8.0MHz；(xiii)8.0-9.0MHz；(xiv)9.0-10.0MHz；以及(xv)>10.0MHz。DC行进波电压或波形优选地按选自以下的速度沿着离子导向器的所述一组电极平移：(i)<100m/s；(ii)100-500m/s；(iii)500-1000m/s；(iv)1000-1500m/s；(v)1500-2000m/s；(vi)2000-2500m/s；(vii)2500-3000m/s；(viii)>3000m/s。
任选地，第二多个电极布置可包括各自具有孔口以提供相应间隙的板状电极。
本公开的其它方面包含离子迁移谱仪或质谱仪，其包括任一方面的离子导向器。在离子迁移谱仪中，离子导向器有利地配置为漂移管。在质谱仪中，离子导向器可配置成从上游离子源或离子光学装置接收离子且使得接收到的离子沿着离子飞行路径行进。质谱仪还可包括质量分析器，其配置成接收已沿着离子飞行路径行进的离子。任选地，可提供离子光学旁路布置，其选择性地配置成使得离子从上游离子源或离子光学装置行进到质量分析器，而不穿过离子导向器。
附图说明
本发明可以通过多种方式实施并且现将仅借助于实例且参考附图来描述优选实施例，在附图中：
图1是根据本公开的离子导向器的第一设计的透视图；
图2示出用于图1的离子导向器的根据第一设计的安装衬底的制造步骤；
图3A、3B、3C和3D示出根据图1的设计的用于形成离子导向器的制造步骤；
图4示意性地描绘根据图1的设计的离子导向器的操作；
图5是示出根据图1的设计的到离子导向器的连接且与离子导向器的介接以用于操作的示意图；
图6示意性地说明包括根据图1的设计的离子导向器的质谱仪；
图7A描绘根据本公开的根据离子导向器的第二设计的实例电极结构和安装衬底；
图7B描绘根据本公开的根据离子导向器的第三设计的实例电极结构和安装衬底；
图8示意性地示出根据本公开的离子导向器的变体轮廓；
图9示意性地描绘根据本公开的离子导向器的第四设计的电极结构和轮廓；
图10A示出根据本公开的离子导向器的第五设计的俯视图；
图10B示出图10A的设计的变体的第一部分的俯视图；
图10C示出图10B的设计的第二部分的俯视图；
图10D示意性地说明图式10B和10C的设计的离子飞行路径；
图11A说明根据本公开的适用于离子导向器的电极孔口形状的第一实例；
图11B说明根据本公开的适用于离子导向器的电极孔口形状的第二实例；且
图12是根据本公开的离子导向器的第六设计的透视图。
具体实施方式
下文描述数个不同离子导向器设计、结构和相关联的制造方法。尽管参看一个或多个特定实施例或设计描述某些特征，但应理解，这些特征在可能的情况下也可适用于本文中所公开的其它实施例或设计。为了清楚起见，在不同图式示出相同部分的情况下，已经使用相同参考标号。
首先参看图1，示出根据本公开的离子导向器10的第一设计的透视图。离子导向器10包括：第一安装印刷电路板(PCB)20；第二安装PCB 30；以及多个板状电极40。板状电极40中的每一个安装于第一安装PCB 20与第二安装PCB 30之间(呈夹层结构)。由于半径变得过窄以配合在板(具体地说，实心板)中或当每个板之间的曲率变得对场具有破坏性时，电极的数量可被限制在下限。数量的上限可能是复杂度和电容，也可能是空间。因此，取决于电极的曲率半径和大小，有可能在30到180个板之间。此外，板状电极40中的每一个具有多个孔口；所有板状电极40具有相同大小、形状和孔口布置。原则上，每个板状电极40的孔口数量可以小到两个且其可能高达100个(或有可能更多)。
由此所得离子导向器10可更一般地看成包括弯曲堆叠(在此状况下圆形)的细长电极40，每个细长电极安装到PCB安装衬底20、30且并有孔口阵列，使得堆叠限定一系列通道。由于第一安装PCB 20和第二安装PCB 30的形状(或替代地，在孔口自身的位置中)所产生的从一个电极到下一电极的较小轴向移位致使孔口之间的通道重叠并合并成融合的细长3D离子路径。离子路径具有竖螺旋形状。
在一般意义上，因此可以考虑离子导向器的第一方面。离子导向器包括一组板状电极(或各自配置成在功能上模仿板状电极的电极)。每个板状电极具有多个孔口，所述多个孔口穿过每个板状电极而形成。所述一组板状电极在空间上布置(或安装)成使得所述一组板状电极的相应板状电极的多个孔口与所述一组板状电极的相应邻近板状电极的多个孔口的相对定位限定通过所述一组板状电极的每个板状电极的所述相应多个孔口的连续离子飞行路径。连续离子飞行路径有利地具有竖螺旋式形状和/或横螺旋式形状(将参看图10A到10D，随后在本公开中进一步论述横螺旋式形状)。连续离子飞行路径可视为单个离子飞行路径，但实际上，连续离子飞行路径可以分成多个离子飞行路径(将在下文描述实现这一点的至少一种方式)。在本公开的另一方面中，可以考虑离子迁移谱仪，其包括如本文所描述的配置为漂移管的任何离子导向器。
所述一组板状电极可视为按顺序布置。接着，序列中的第一电极可布置成为离子提供进入连续离子飞行路径的进入孔口。另外或替代地，序列中的最后一个电极可布置成为离子提供离开连续离子飞行路径的离开孔口。通常，板状电极的数量可低到30个和/或高达180个。对于每个板状电极，相应多个孔口包括至少3个、5个、10个、20个、30个、50个、70个或80个孔口和/或优选不超过80个、100个或120个孔口。
有益的是，所述一组板状电极的每个板状电极具有沿着第一维度间隔开的相应多个孔口(在一些实施例中，其是竖螺旋式形状的轴)。接着，相应多个孔口的相对定位可限定连续离子飞行路径在第一维度中延伸。相应多个孔口的相对定位可限定连续离子飞行路径在第一维度中延伸。所述一组板状电极中的一些或全部可在空间上布置成围绕在第一维度中延伸的轴。接着，连续离子飞行路径通常具有竖螺旋式形状。在此类状况下，第一维度可限定离子导向器的轴。
所述一组板状电极的相应板状电极的多个孔口与所述一组板状电极的相应邻近板状电极的多个孔口的相对定位优选地包含沿着第一维度的间距。换句话说，所述一组板状电极的相应邻近板状电极定位成以使彼此在第一维度中偏移。这是本公开中有时被称为轴向移位的一种实施方案。通常，在此类实施例中，所述一组电极的每个电极沿着第一维度的孔口具有相同间距。接着，所述一组板状电极的一个板状电极的相应多个孔口与所述一组板状电极的一个邻近板状电极的相应多个孔口之间的偏移有利地小于孔口的间距。举例来说，相应邻近板状电极的相应多个孔口之间的偏移可以基本上等于y/N，其中y是每个板状电极内的孔口间距且N是板状电极的数量。接着，所述一组板状电极的一个板状电极(其可被称为依序布置的所述一组板状电极中的最后一个)与所述一组板状电极的一个邻近板状电极(其可被称为序列中的所述一组板状电极的第一板状电极)之间的偏移基本上等于孔口的间距(即y)。
下文将描述还适用于其特定实施例的此一般化方面的另外任选的、优选和有利特征。首先，将详细描述根据这一方面的设计的制造细节。
现参看图2，示出图1的离子导向器的安装衬底的制造步骤。为简单起见，示出第一安装PCB 20，但应理解，此技术还适用于第二安装PCB 30。PCB 20起初是环形，其在21处被切开，且接着弯曲或推按22以产生竖螺旋形式，且在弯折成特定大小的PCB的切口(终端)端之间具有间隙23。假设PCB 20具有足够柔性，通过将PCB的背面安装到并有此轴向移位的板，或在每个PCB 20、30的切口端之间放置间隔件，竖螺旋形式可以是单个旋转并具有固定形状。
在PCB 20、30的旋转(换句话说，如图2中所示出的PCB的竖螺旋形式)上的轴向移位引起形成离子导向器10的堆叠的电极40环中的相同轴向移位。因此，如果此轴向移位对应于沿着第一维度的每个电极内的孔口的间距，那么孔口合并以形成具有入口开孔42和出口孔口44的单个融合的竖螺旋离子通道。
就上文所论述的离子导向器的一般化方面来说，离子导向器还可包括安装元件，所述一组电极安装在所述安装元件上，以便设定所述一组电极的邻近电极之间的相对孔口定位。安装元件可包括集成或可分离结构中的多个组成部分。有利的是，安装元件包括到所述一组电极的一个或多个电连接。安装元件可包括一个或多个PCB。
在一个实施例中，安装元件包括：第一安装衬底，所述一组电极的每个电极的第一端附接到所述第一安装衬底；以及第二安装衬底，所述一组电极的每个电极的第二端附接到所述第二安装衬底。第一安装衬底和第二安装衬底中的每一个可包括(或可以是)相应PCB。优选地，第一安装衬底包括到在空间上布置的所述一组电极的每隔一个电极的一个或多个第一电连接。接着，第二安装衬底可包括到所述一组电极中未连接到所述一组电极的每隔一个电极的在连接到一个或多个第一电连接的电极之间的电极的一个或多个第二电连接。第二电连接有利地布置成提供不同于由第一电连接提供的电力的电力，具体地说与提供到第一电连接的相反相位的RF电压(如下文将论述)。下文将论述替代设计。
参看图3A、3B、3C和3D，示出用于形成此离子导向器的制造步骤。在图3A中，示出具有5个孔口(作为实例)的单个细长板状电极40。多个板状电极40形成堆叠，如图3B中所示出，并且孔口的对准形成多个单独的通道以使离子从中流动穿过，其中示出了实例离子路径50。参看图3C，板状电极40相对于彼此略微轴向移位(小于孔口间距)，使得孔口重叠且离子路径50倾斜。在图3D中，板状电极40沿着圆柱形旋转轴放置，同时保持轴向间距或功能。使一次旋转的轴向移位等于孔口间距且因此形成竖螺旋形状的单个离子飞行路径50，因为离子束将在每次旋转结束时切换到板状电极上的下一孔口。此离子飞行路径50可形成离子的漂移区，具体地说用于IMS配置。
在概念层面，前面描述的方法提供了由堆叠的安装的电极板形成的离子导向器(具有相应的漂移区)，每个电极板含有孔口阵列，其中最后一个电极与第一电极相接。通过施加从一个板状电极40下一个板状电极的轴向移位，路径通过孔口融合成单个细长离子路径。
参看图4，示意性地描绘根据图1的设计的离子导向器的操作。离子通过入口52进入离子导向器且沿着竖螺旋离子路径50行进，在出口54处离开离子导向器。板状电极40的轴向移位(例如参看图3C和3D)为将离子注入到竖螺旋漂移区和从竖螺旋漂移区提取离子提供了空间。可通过将另一离子光学装置的输出与入口52对准将离子注入到离子导向器且将另一离子光学装置的输入与出口54对准来从离子导向器接收离子。如果板状电极40的空间偏移由安装到成型组件或间隔件的电极限定，那么所述部分的形状宜配置成允许从通道进出。
通过向每个邻近板状电极40施加不同RF相位而使离子在通道内受限(换句话说，施加的RF的相位在邻近板状电极40之间交替)。如果板状电极40安装于两个PCB衬底(例如如图1和2中所示出)之间，那么有利的是，向不同PCB衬底施加具有相反相位的RF电压以最小化电容效应。这参看图5说明，图5是示出到此离子导向器10的连接和与此离子导向器的介接的示意图。板状电极40安装于第一PCB衬底20与第二PCB衬底30之间。提供金属盖板60以围封装置，所述装置接着安装在PEEK或金属安装件70上。相比于仪器的邻近部分的周围真空，围封离子飞行路径(漂移区)允许将其保持在相对升高压力下。围绕金属盖板60的区的压力可低到1x10-4帕(1x10-6毫巴)且高达200帕(2毫巴)，但1x10-3帕到1帕(1x10-5毫巴到1x10-2毫巴)更典型。在离子导向器(金属盖板60)内，0.01到1000帕(1x10-4到10毫巴)的范围是可能的，但可能经优化处于或围绕0.5帕(5x10-3毫巴)。离子迁移率自身在宽范围上工作，但如果压力过高，那么所需电压可能变得危险。
注入离子导向器80用以将离子提供到离子导向器10且提取导向器90从离子导向器10接收离子。注入离子导向器80之前是离子源(也就是说，离子源在注入离子导向器80的上游提供)。离子源可以是任何合适的已知类型，例如：大气压离子源、电喷射离子源、化学电离离子源、MALDI离子源、电子碰撞离子源，或激光电离离子源。一般来说，离子源后面是离子阱或其它离子聚束装置(其可通过施加适当的停止和提取DC电位而并入到注入离子导向器80中)。这可为漂移区供应紧密封包的离子(即脉冲)，接着可通过其在漂移区内的迁移率将其分离出来。在提取导向器之后提供离子检测器，或另一质量分析器，以用于更复杂的分析。
向第一PCB衬底20供应具有第一相位25的RF电位，所述第一PCB衬底接着具有到替代板状电极40的电连接。向第二PCB衬底30供应具有相反的第二相位35的RF电位，所述第二PCB衬底接着具有到未连接到第一PCB衬底20的其它板状电极40的电连接。
可通过将DC行进波施加到第一PCB衬底20和/或第二PCB衬底30来将离子推动通过飞行路径50，所述第一PCB衬底和/或所述第二PCB衬底具有到板状电极40的电连接。具体来说，DC电位叠加到具有相反相位的两个受限RF电压上。这可能如第2011/0168882号美国专利公开中所论述的使用行进波或更优选地如第2014/0353487号美国专利公开中所论述的使用瞬态DC电位以相同的方式实现。在图1到5的设计中，单个板状电极40为沿着离子飞行路径50的若干点提供电位。因此，如现有IMS装置中传统的那样，以恒定的DC梯度驱动离子是困难的并且不是特别实用。作为替代方案，可通过以离子传送器(例如在第6,894,286号美国专利或第9,536,721号美国专利中所论述)的方式向邻近板施加若干RF相位来产生RF行进波。
可参看上文使用的一般化术语理解这些特征。在这种意义上，可额外提供电源系统，所述电源系统配置成向所述一组板状电极供应一个或多个电压，以便将离子限制到连续离子飞行路径或在所述连续离子飞行路径内和/或使得离子行进通过连续离子飞行路径。
可提供RF电源，其配置成提供为所述一组电极的每个电极提供相应RF电压，使得邻近电极接收具有不同相位的RF电压。具体地说，RF电压可使离子受限于连续离子飞行路径内。在一些实施例中，RF电源可另外配置成为所述一组电极的每个电极提供相应RF电压，以使离子行进通过限定的离子飞行路径。RF电源优选地配置成向在空间上布置的所述一组电极的每隔一个板状电极提供第一RF电压并向未接收到第一RF电压的所述一组电极的每隔一个板状电极提供第二RF电压。具体地说，第一RF电压与第二RF电压大体上具有相反的相位。有利的是，第一RF电压和第二RF电压具有相同幅值和/或频率。
在优选实施例中，还提供DC电源，其配置成向所述一组电极的一个或多个电极供应至少一个DC电位。DC电源优选地配置成向所述一组电极的至少一些电极提供DC电压以形成行进波，以便使离子行进通过限定的离子飞行路径。
现提供关于图1到5中所示出的设计的更多具体细节。更具体地说具有图1中所示出类型的堆叠环形离子导向器通常将具有每隔0.5mm到2mm间隔开的板状电极40(间距可以是均匀的或可变的)，且板状电极40具有在0.25mm与1mm之间的厚度(同样，均匀或不同的厚度)。优选地，板状电极40将每毫米间隔开且具有0.5mm的厚度。板状电极40通常是金属，优选地由钢或铝制成。另外或替代地，板状电极40可部分或完全涂布有金属，例如金，其可在要将板状电极40焊接到PCB的情况下尤其有用。
板状电极40中的孔口可涵盖各种形状，包含圆形、椭圆形、矩形、环形或较不规则形状。通常优选的是，孔口是沿着离子导向器的长度向下延伸的信盒式(矩形或圆角矩形)或卵形形状。这可最大化孔径的大小以用于空间电荷容量，但是最小化由离子路径的可能半径的差异引起的扩散。在这个设计中，孔口形状均相同。然而，下文论述了替代方案。
矩形孔口的长度和宽度可以是1mm以上的任何值。孔口宽度优选地保持较小，通常小于(或不超过)5mm，以限制离子路径长度的可变性。较大宽度是可能的，尤其在螺旋线的半径较大的情况下(例如，半径至少是或大于150mm)。孔口长度可能受到每个邻近孔口的可用轴向移位的限制，所述轴向移位本身必须受到限制，以便保持离子导向器的完整性。邻近板状电极40的孔口之间的较大轴向移位可能致使传输损耗和离子扩散。一般来说，孔口之间的轴向移位多达100μm且在100μm左右被视为安全，因为这开始接近组件的机械精度，但是对于矩形孔口可能容许相当大的移位，例如多达250μm，250μm左右或略大于250μm。板状电极40有利地彼此相同于且在此情况下，板上的孔口间距离应是恒定的。
根据图1的设计的离子导向器的实例将形成竖螺旋漂移管，其包括180个板状电极40，其中的每一个是0.5mm厚。板状电极40每隔1mm间隔开(参考孔口的中心)。这可以提供57.3mm的紧凑中心竖螺旋半径，并且邻近板状电极40之间的轴向移位100μm允许螺旋线的单圈长达18mm。在邻近板状电极40的孔口之间可能存在一些顶部，特别是对于电极材料，或者在终端处提供用于离子注入或提取的空间。因此，15mm长的孔口是可行的。
如果这种螺旋线延伸超过11圈以形成轴向长度略低于20cm(19.8cm)的装置，那么整个漂移路径(离子飞行路径)将近2m。在所有尺寸中将这种尺度加倍或增加三倍在台式仪器中是机械可行的，从而分别形成16m和54m的路径长度。比这些更长的路径长度开始变得不必要并且可能受到收益递减规律的影响，因为离子在路径长度上扩散(因为分辨率与路径长度的平方根成比例)。一个问题是，非常长的薄电极板可能开始下垂，尽管这种效应每个四分之一圈在许多板上平均，并且视需要可以应用额外的中心支撑。优选地填充有氦气或氮气的装置内的气体压力通常为约0.1毫巴(10帕)到1毫巴(100帕)，但大幅变化是可能的。
适合的RF电压约为300V峰峰值。将具有相反相位的RF电压施加到邻近板状电极40意指板的总数目宜是偶数。如果施加瞬时DC脉冲的行进波，例如其中将大致10V脉冲施加到每一第四电极且脉冲配置成沿着每个系列的四个电极板“向下行进”，那么呈堆叠方式的电极的总数目宜可被4整除。
在如上文所论述一般化术语中，所述一组板状电极的每个板状电极可具有以下中的一个或多个：相同的形状；相同的大小；相同的孔口定位；以及相同的孔口间距。对于每个板状电极，多个孔口任选地均为相同形状。在一些实施例中，孔口的形状在板状电极之间可以是相同的。有益的是，每个板状电极的多个孔口中的每一个具有矩形或卵形(椭圆形)形状。圆形、矩形、环形和其它规则(例如多边形)或不规则形状也是可能的。下文论述孔口的其它形状和孔口形状之间的差异。
参看图6，示意性地说明根据本公开的包括离子导向器的质谱仪100。这包括：离子源110；S透镜120；输入离子导向器130；90度离子导向器140；图1到5的离子导向器10，作为离子迁移率分离器；四极滤质器150；输出离子导向器160；弯曲阱(C阱)170；碰撞室180；以及轨道捕集质量分析器190。在此实例中离子迁移率分离器10用以在四极滤质器150之前分离出离子。举例来说，这可接着用于：提高四极滤质器150的占空比；移除化学干扰；和/或给出母离子的迁移率信息。在此布置的变体中，离子迁移率分离器10可另外或替代地定位在四极滤质器150之后，或在碰撞室180与C阱170之间，以用于碎片离子的迁移率分离。
在另一配置中，碰撞室180可定位在C阱170的上游但在滤质器150的下游，且离子迁移率分离器10可定位在碰撞室之后，以用于碎片离子的迁移率分离。应了解，包括根据本公开的离子导向器的质谱仪的其它配置仍是可能的。一般来说，可根据本公开使用离子导向器作为离子迁移率分离器来构造包括离子迁移率分离器的质谱仪的任何合适的现有配置。
应注意，即使这种系统原则上应该是无损的，但细长的漂移区可能具有大量的离子损失。对于灵敏度并且可能对于一些快速混合仪器操作模式，可以提供完全绕过离子迁移率分离器10(具有其细长漂移区)的选项。分支离子导向器(例如第2008/0061227号美国专利公开中所论述)或经由短离子导向器连接的阱(例如第2014/0353487号美国专利公开中所论述)将适合于此目的。
在一般化术语中，本公开的方面可被视为质谱仪，其包括如本文中所公开的任何离子导向器。有利的是，离子导向器可配置成从上游离子源或离子光学装置接收离子且使得接收到的离子沿着离子飞行路径行进。质谱仪可进一步包括质量分析器，其配置成接收已沿着离子飞行路径行进的离子且任选地分析接收到的离子。在一些实施例中，质谱仪可进一步包括离子光学旁路布置，其选择性地配置成使得离子从上游离子源或离子光学装置行进到质量分析器，而不穿过离子导向器。这可包括例如一个或多个离子偏转器。
应了解，可对前述设计作出变化，但这些变化仍属于本公开的范围内。举例来说，不需要通过将板安装在两个竖螺旋形状的PCB之间来形成邻近板状电极40之间的孔口的轴向移位。可使用单个竖螺旋板且其它末端可以是从PEEK或陶瓷切割的块，其中切入槽以定位板并且切割合适的孔以允许进入末端。
参看图7A，描绘根据本公开的根据离子导向器的第二设计的实例电极结构和安装衬底。在此替代设计中，通过在一个或两个末端处提供具有楔形形状的板状电极240，在平坦PCB 220(或较不优选地，额外金属或绝缘部分)上完全限定轴向移位。安装PCB 220承载围绕旋转轴的不同长度的槽，使得楔形件穿入槽中的距离基于槽宽度而变化，以控制板的轴向位置。因此，板状电极240以及由此其相应孔口设置有围绕旋转轴的渐进轴向移位。槽可以低成本激光切割或铣削成PCB 220。由此，电极板(以夹层方式)安装在两个平坦PCB220之间。
参看图7B，示出根据本公开的根据离子导向器的第三设计的电极结构和安装衬底。这包括：两个相对的PCB 260；偏移限定的间隔件280；以及板状电极40。在此替代结构中，轴向移位由在板状电极组40的末端处铣削成间隔件280的功能限定。作为替代方案，可以在间隔件中切入不同深度的类似接近槽。此类方法允许板状电极40的位置由PCB 280之外的部分限定。在任一种设计中，可以通过焊接到安装在间隔件280上或附近的一个或多个PCB 260来进行电连接。有利的是，PCB 280可接着是平坦的，且板的连接部分以各种长度穿透。
PCB并非严格要求，但可用作递送电压的手段。在另一种设计中，电连接以及一定程度的机械限定和支撑可以用带有蚀刻/切割连接槽的金属环制成，或者通过电极板的直接布线制成。
在各种设计中，每个具有一系列电极孔口的板状电极可以由具有金属化孔口的PCB或陶瓷板形成。金属化PCB可以受益于减小的电容，但是可能遭受充电以及来自尖锐金属边缘的电击穿的风险。金属板可构造成最小化具有相对RF的重叠金属区。额外接地板可放置在向其施加RF的板状电极之间，以屏蔽彼此相反的RF电压。
在上文所论述的一般化意义中，安装元件可包括安装衬底，所述一组电极的每个电极附接到所述安装衬底，所述安装衬底具有一种形状，以由此设定所述一组电极的邻近电极之间的相对孔口定位。另外或替代地，安装元件可包括：安装衬底；以及间隔件，其位于安装衬底与所述一组电极之间。间隔件可配置成设定所述一组电极的邻近电极之间的相对孔口定位。
在另一替代设计中，板状电极可不同于彼此，这仍然实现与上文所论述的设计相同的效果。实现这一点的一种方式是通过相应地设定每个板状电极上的孔位置来在邻近板状电极上的孔之间产生轴向偏移。这可能使制造极大地复杂化，但仍然可行。希望注意保持离子注入和提取的可及性。
如先前所提及，分辨率可能受到由离子能够位于竖螺旋路径的外半径或内半径上而引起的路径长度变化的限制。空间电荷效将会通过迫使离子进入极端并将它们保持在那里来放大这个问题。尽管上文所论述的设计导致具有圆形二维轮廓的竖螺旋离子飞行路径(例如，当从正上方或正下方观察时)，但是其它二维轮廓也是可能的。现参看图8，示意性地示出了用于离子导向器的变体轮廓，具体地说：(a)圆角矩形(或“方形”)轮廓；以及(b)迷宫形轮廓。可以设想用于二维轮廓的其它闭合形状。具有比圆形轮廓更低的曲率比例的二维轮廓，例如图8中所示的那些，可以有助于减低此分辨率限制。迷宫形轮廓还可更高效地将离子飞行路径压缩到可用空间中。此类结构仍然限定了具有大体上竖螺旋形状的离子飞行路径，即使离子飞行路径不是严格的螺旋线。也就是说，图8中的离子飞行路径仍然包括旋转路径，所述旋转路径也在与旋转方向垂直的方向上延伸，如同螺旋线一样。
解决有限分辨率问题的另一种选项是使用8字形轮廓，其实例在上文所提及的第2014/0042315号美国专利公开中论述。此处所描述的方法使用等长的顺时针和逆时针曲率区来平衡路径，例如以允许离子在路径的外半径和内半径上花费相等的时间，且从而补偿像差。空间电荷效应可能有助于这种方法，因为它们可以防止离子在不同路径之间迁移。
上述图1到5的实施例的困难在于它使得8字形图案难以实施，因为相反曲率的离子路径通常不能交叉。现参看图9，其示意性地描绘解决此问题的离子导向器的第四设计的电极结构和轮廓。右侧示出根据此设计的离子导向器的二维轮廓且左侧说明在二维轮廓的三个不同部分处的电极板的结构。基本上，使用具有重叠的圆形轮廓的两个螺旋线形成8字形二维轮廓，以允许离子在每圈之后在螺旋线之间移动。下文将论述允许这种情况的电极板的结构。
从二维轮廓的顶部部分开始，示出了第一电极板结构300。举例来说，此电极板结构与图1、3A到3D和5中所示出的那些电极板结构没有不同。当二维轮廓中，示出交错的第一电极板结构310和第二电极板结构320。这些细长电极板具有锯齿状图案，使得第一电极板310和第二电极板320交错。因此，跟随顶部螺旋线的曲率的离子被传递到底部螺旋线以在每圈结束时以相反的曲率行进，而没有离子彼此冲突。应认识到，在每圈之后不需要在相反的曲率飞行路径之间传递离子，但是优选地使得离子在两个相反的曲率的飞行路径中行进相同的距离。这种设计可能是有益的，但机械上很复杂。
在上文所论述一般意义中，可以考虑竖螺旋形状或竖螺旋式形状限定了二维轮廓。接着，所述一组板状电极的相应板状电极的多个孔口与所述一组板状电极的相应邻近板状电极的多个孔口的相对定位优选地限定连续离子飞行路径沿着二维轮廓多次延伸。换句话说，连续离子飞行路径围绕竖螺旋式形状延伸多圈。
在一个实施例中，二维轮廓具有圆形形状。其它闭环形状是可能的，例如椭圆形、圆角矩形或迷宫形。在某些实施例中，二维轮廓具有8字形(双纽线)形状。实施此设计的一种方式是所述一组板状电极包括第一多个(板)电极和第二多个(板)电极。第一多个电极和第二多个电极中的每一个配置成限定相应圆形二维轮廓。第一多个电极中的一些和第二多个电极中的一些布置成彼此交错，使得第一多个电极的二维轮廓与第二多个电极的二维轮廓重叠。接着，连续离子飞行路径有利地由第一多个电极和第二多个电极的多个孔口限定。举例来说，交错电极可具有锯齿状的形状(通常具有正方形形式)。来自第一多个电极的交错电极的锯齿有利地配置成与来自第二多个电极的交错电极的锯齿成镜像，使得电极可以交错。第一多个电极的孔口可由此接收来自第二多个电极的孔口的离子且第二多个电极的孔口可相应地接收来自第一多个电极的孔口的离子。
可考虑另外替代结构。参看图10A，示出根据本公开的离子导向器的第五设计的俯视图。这描绘了另一种类型结构，其可用多孔电极有效地构建为“平坦横螺旋”。在这个设计中，邻近板无需沿着旋转轴相对于彼此移位，板状电极沿着所述旋转轴布置。代替地板状电极距旋转轴的距离在后续板状电极之间移位。如果板布置成背对旋转轴，那么这形成用于离子的单个横螺旋路径，而不是竖螺旋路径。
在图10A中，多孔口电极340(此处示出，各自具有5个孔口341)各自垂直于旋转轴移位(由点342标记并延伸到图平面中且从其延伸出来)。如中所示出，离子将在入口端口350处进入结构并在出口端口360处离开结构。因此，它们将沿着横螺旋形离子飞行路径365行进。此方法可以与本文公开的其它方法组合，例如，也可以应用用于内半径和外半径上的离子的飞行路径的均衡的其它描述的方法，如下文所论述。
轴向偏移可以与竖螺旋结构相同的方式实施，即通过支撑PCB的弯曲(其将位于板状电极340的外边缘处并延伸到图平面中)，槽限定电极穿透到支撑件或间隔件或其它合适的结构中。
在如上所述的一般术语中，所述一组板状电极中的一些或全部可在空间上布置成围绕垂直于第一维度(每个板状电极的多个孔口沿着其间隔开的维度)的轴。接着第一维度通常相对于轴是径向的且连续离子飞行路径具有横螺旋式形状。横螺旋式形状可指具有基本横螺旋特征的形状，例如具有从轴大体上增加(或减小)的半径的曲线。具体地说，这可以通过将所述一组板状电极中的每个相应邻近板状电极定位成在第一维度(径向维度)上彼此偏移来实现。还可以考虑横螺旋形状的变体(其中横螺旋特征由某一其它形状调制成‘之字形’，例如在垂直于横螺旋行进方向的维度上略微变化)。
除了径向外，还可以通过增加轴向位移来包含某一竖螺旋特征，以允许：邻近离子光学组件的空间；或用以将离子路径从横螺旋配置切换到反横螺旋配置(通过反转径向移动趋向)的空间。因此，通过堆叠交替的横螺旋和反横螺旋结构，这可以在很小的空间内大大延伸路径长度。参看图10B、10C和10D论述根据此后一提议的结构。
参看图10B，示出了图10A的设计的变体的第一部分的俯视图，并且参看图10C，示出了此变体设计的第二部分的俯视图。这两个部分堆叠在一起(两层)，图10B中所示出的部分位于底部(第1层)，图10C中所示出的部分位于顶部(第2层)。离子通过离子入口370进入结构并穿过第一板状电极374以沿着第一横螺旋离子飞行路径375行进(朝外行进的横螺旋)并通过中间离子出口378出现。接着将这些离子(可能通过另外的偏转电极，未示出)导引到第二层上的中间离子入口380(图10C)。从此处，离子穿过第二板状电极384，沿着第二横螺旋离子飞行路径385(朝内行进的横螺旋)行进并通过离子出口388出现。电极板可以利用二维的孔口堆叠构造(例如蚀刻)，使得多层可并入到单个电极板环中。参看图10D，示意性地说明用于图式10B和10C的设计的离子飞行路径，使用与那些附图相同的参考标号来指示离子从离子入口370通过横螺旋离子飞行区375和相对横螺旋离子飞行区385以在离子出口388处出现的路径。
在一般意义上，所述一组板状电极的每个相应邻近板状电极定位成以使彼此在轴向维度中偏移。这可以使连续离子飞行路径具有横螺旋式形状和竖螺旋式形状。
在实施例中，可以考虑到所述一组板状电极包括第一多个电极和第二多个电极。第一多个电极在空间上布置成使得第一多个电极的相应板状电极的多个孔口与第一多个电极的相应邻近板状电极的多个孔口的相对定位限定通过第一多个电极的每个板状电极的相应多个孔口的第一连续离子飞行路径。第二多个电极大体上在空间上布置成使得第二多个电极的相应板状电极的多个孔口与第二多个电极的相应邻近板状电极的多个孔口的相对定位限定通过第二多个电极的每个板状电极的相应多个孔口的第二连续离子飞行路径。第二多个电极可堆叠于第一多个电极上(举例来说，第一多个电极大体上布置在第一平面中且第二多个电极布置在第二平面中，所述第二平面平行于所述第一平面但在垂直于所述第一平面的方向上与所述第一平面间隔开)，使得离开第一连续离子飞行路径的离子被导引到第二连续离子飞行路径上。在第一连续离子飞行路径和/或第二连续离子飞行路径具有横螺旋式形状和竖螺旋式形状的情况下，这是特别有利的。
举例来说，可在第一多个电极中的一个的第一端处提供第一连续离子飞行路径的进口且可在与第一端相对的第一多个电极中的一个的第二端处提供第一连续离子飞行路径的出口(第一端和第二端限定在第一维度中)。接着，可在第二多个电极中的一个的第二端(与第一多个电极的第二端对准)处提供第二连续离子飞行路径的进口且可在第二多个电极中的一个的第一端(与第一多个电极的第一端对准)处提供第一连续离子飞行路径的出口。
任选地，第一多个电极在空间上布置成围绕第一轴(第一连续离子飞行路径沿着第一轴的方向延伸)且第二多个电极在空间上布置成围绕第二轴(第二连续离子飞行路径沿着第二轴的方向延伸)。接着，第一轴和第二轴可以是(基本上)平行的或(基本上)同轴的。
如先前所提到，尽管板状电极中的每一个相同可能是有利的，但不是必需的。减低分辨率降低的另一个益处可来自于改变沿着离子飞行路径的邻近电极的孔口之间的孔口形状。这参看图11A进行解释，其中说明电极孔口形状400、410、420、430、440、450、460、470的第一实例。通过沿着离子飞行路径依次改变孔的形状(通过增加的参考标号示出)，可以诱导离子沿着围绕外半径和内半径的紧密路径，主螺旋线每圈至少一次。这可以相当于搅动捕获的离子包，使得它们沿着更相等的路径长度。此方法可潜在地应用于具有曲率的任何离子迁移率装置，并且无需仅与如先前所描述的离子导向器(例如，具有竖螺旋形状的离子飞行路径)一起使用。当离子围绕离子飞行路径的每个曲线或圈行进时，可以通过孔口的形状的变化来施加产生此效果的力。在概念层面，可以理解的是，孔口的结构的变化使得夹带的离子经历彼此类似的漂移路径，即使孔口堆叠的内半径和外半径存在相当大的变化。
图11A中所示出的方法具有两个连接的槽405、415作为孔口(如果需要，可以使用更多这样的槽)。因此，举例来说，图1、3A-D和5中所示出的板状电极的实施例中的孔口中的每一个可以制成包括两个槽。分离槽的节结或叶片406、407呈现随着沿着离子飞行路径的距离增加而围绕形状移动和/或改变形状，即穿过孔口逐渐地从板移动到板，从而使离子围绕孔口迁移。节结或叶片406、407无需完全分离孔口，但为简单起见如此示出。尽管仅针对第一电极400示出了槽405、415以及结节或叶片406、407，但是将立即辨识其它电极中的相应部分。因此，使沿着离子飞行路径行进的离子在垂直于离子飞行路径的方向的方向上移位。通过具体地说在离子飞行路径的一个或多个弯曲部分处在垂直方向上使离子移位，可使离子沿着离子飞行路径截面的不同部分行进，例如围绕孔口旋转且由此限定竖螺旋形状，其中离子飞行路径的方向是竖螺旋形状的轴。
图11A展现利用由两个连接槽形成的呈大体上矩形形状的孔口的此方法。接下来参看图11B，示出根据本公开的适用于离子导向器的电极孔口形状的其它实例。如此图中所示出，孔口还可以是环形形状480(此图中所示出具有单个叶片481，但可使用多于一个此类叶片或节结)，其如由箭头所示在后续电极之间旋转地移位，所述孔口仅仅是宽槽482，其具有通过如由箭头所示旋转依序布置的电极之间的槽而施加的力，或环槽484，其具有从根据其移位的孔口侧伸出的一个或多个穿过节结485(这是不太优选的，因为离子本身可以在槽周围迁移，从而导致扩散)。
尽管通过沿着离子飞行路径长度改变孔口的形状已经示出这种效果，但是例如可以通过在安装在RF孔口之间的额外电极上施加电压来实现。
在一般化意义的第二方面(其可与如本文中所述的其它方面组合)中可以考虑包括多个电极的离子导向器。每个电极包括至少一个孔口，以便限定具有至少一个曲线的离子飞行路径(通过孔口)，所述至少一个曲线可限定平均曲率半径。多个电极的第一电极的孔口沿着离子飞行路径邻近于多个电极的第二电极的孔口。接着，第二电极的孔口与第一电极的孔口具有不同形状、电位和/或位置，以使沿着离子飞行路径行进的离子在垂直于离子飞行路径的方向的方向上移位。通过具体地说在离子飞行路径的一个或多个弯曲部分处在垂直方向上使离子移位，可使离子沿着离子飞行路径截面的不同部分行进。具体地说，离子可能未必被迫朝向弯曲部分的内部或外部。在优选实施例中，可使离子在平均曲率半径内与平均曲率半径外之间振荡。此类方法可减低由于路径长度变化而导致的分辨率限制。举例来说，可以校正在平均曲率半径内的位置处进入离子导向器的离子与在平均曲率半径外的位置处进入离子导向器的离子之间的飞行路径长度差异。
为了将其与第一方面相结合，可以考虑(例如)离子飞行路径具有横螺旋式形状和/或竖螺旋式形状。此外，每个电极可具有多个孔口。电极可以是板状电极或功能上模仿板状电极的电极结构。
在此第二方面中，垂直于连续离子飞行路径的方向的方向优选地由竖螺旋(或竖螺旋式)形状限定，其中离子飞行路径的方向是竖螺旋形状的轴。通过使离子“横螺旋”(即在此上下文中，在竖螺旋形状中行进)，有效地搅动离子。应注意(尤其结合第一方面)，离子飞行路径可自身具有横螺旋形状和/或竖螺旋形状，使得离子沿着横螺旋式和/或竖螺旋式形状的离子飞行路径以垂直于所述路径的竖螺旋运动(其可被称为另一竖螺旋形状)行进。
在一些实施例中，第一电极的孔口和第二电极的孔口各自包括相应第一槽和相应第二槽。每个第一槽有利地是独特的和/或与相应第二槽分离。接着，第二电极的孔口的第一槽有利地与第一电极的孔口的第一槽具有不同形状和/或位置，以使沿着离子飞行路径行进的离子在垂直于离子飞行路径的方向的第一方向上移位。另外或替代地，第二电极的孔口的第二槽与第一电极的孔口的第二槽具有不同形状和/或位置，以使沿着离子飞行路径行进的离子在垂直于离子飞行路径的方向的第二方向上移位。
在一个实施例中，每个第一槽和每个第二槽具有由同一矩形的相应部分限定(其中第一槽和第二槽中的每一个任选地包含矩形的至少一个角)。在实施例中，第一电极的孔口和/或第二电极的孔口各自包括环形形状(其可以是圆形、椭圆形、矩形或另一环形形式)。
在一些设计中，第一电极的孔口和/或第二电极的孔口各自进一步包括从相应孔口的一侧伸出的在第一电极与第二电极之间旋转地移位的一个或多个叶片或节结。在其它设计中，第一电极的孔口和第二电极的孔口各自包括宽槽或直槽。接着，所述槽可在第一电极与第二电极之间可旋转地移位。叶片、节结和/或槽的旋转移位可使离子垂直于飞行路径方向移位。
优选地，第一方向和第二方向是相同的。换句话说，第一槽与第二槽两者的相对定位使离子以相同方式被推送。如上文所论述，这通常是竖螺旋运动，使得第一方向由第一另外的竖螺旋形状限定，且第二方向由第二另外的竖螺旋形状限定。接着，离子飞行路径的方向优选地是第一另外竖螺旋形状和第二另外竖螺旋形状两者的轴。第一另外竖螺旋形状和第二另外竖螺旋形状可以是相同的。任选地，第二方向可不同于第一方向，举例来说，在第一另外竖螺旋形状和第二另外竖螺旋形状中的一个在右手侧且其它在左手侧(不同对掌性)的情况下。
如上文所论述，可采用并非严格是板状电极但具有相同功能效果的电极布置或结构。参看图12描述一个此结构，其中示出离子导向器的第六设计的透视图。这使用堆叠的棒电极510、520，而非板状电极孔口。堆叠的棒电极510、520可视为电极布置的堆叠，其中每个布置包括两个平行棒电极，且这两个平行棒电极之间具有相应间隙(间隙在正交于棒电极的伸长方向的维度中)。具有第一相位的RF电压施加到第一棒电极510且具有第二相反相位的RF电压施加到第二棒电极520。优选地，无DC电压施加到第一棒电极510和第二棒电极520。在RF棒电极510与RF棒电极520两者之间，提供施加DC电压的另外电极500。有利地，无RF电压施加到另外电极500。因此，DC电极500在后续RF棒电极510、520之间交错。这些DC电极500提供侧向聚焦。在这个设计中它们示出为板状电极，但它们可等效地使用从上面或下面保持的棒电极或电线来提供。因此可以看到DC电极500提供平行电极部分(图中的竖直部分)，其间具有相应的间隙(间隙的平面大体上平行于棒电极510之间的间隙的平面和/或棒电极520之间的间隙的平面并且在空间上与棒电极510之间的间隙的平面和/或棒电极520之间的间隙的平面分离)。所述平行电极部分相对于平行RF棒电极510、520正交地(成直角)布置。DC电极500的电极部分可以是在板孔口的侧面处板的部分，或可以是平行DC棒或电线。以此方式，离子飞行路径或通道在一个维度上由承载交替RF电位的平行棒电极的堆叠布置限定，并且在另一(正交)维度中由DC电极部分(其可以是棒电极或细长板内的孔口侧)限定。因此，棒电极510、520横穿离子飞行路径截面的圆周(由平行RF棒电极510、520与DC电极500一起产生有效‘孔口’)。
此配置的不利的一面是DC电极500出现在RF棒电极510、520之间，从而增加来RF堆叠分离。然而，它具有一些优点，因为DC部分500可以将相对的RF电位彼此屏蔽，从而减小电容。这种布置中的通道高度可以仅使用DC部分500而广泛地变化，并且不受由RF电极510、520施加的物理限制的约束。这在需要窄通道的情况下非常有用(因为高通道会产生分辨率损失)。此外，行进波DC电压可仅使用DC部分500施加且不必与RF电压混合。替代地，可调换RF电极510、520和DC部件500。
当在构造例如参看图1到5论述的类型的横螺旋离子导向器中采用此结构时可以实现如图12中所示出的结构的特定益处。在此实施方案中，两个相对较长平行RF(任选地仅；即仅供应一个或多个RF电位)棒电极可用于在第一平面中产生细长通道。接着在第二平面中提供(安装)一层正交DC电线、棒或孔口，所述第二平面与第一平面分离(且优选地大体上平行于第一平面，至少在一个维度中)。所述一层DC(仅；即仅供应一个或多个DC电位)电极分隔通道且限定横螺旋中的离子路径和/或圈数。替代地(且符合上文所论述的调换的布置)，相对较长平行棒电极可具有DC(仅；即仅一个或多个DC电位)，且所述一层正交电线、棒或孔口可具有RF(仅；即仅一个或多个RF电位)。
在一般化意义中，可以考虑根据第三方面的离子导向器。此离子导向器包括：第一多个电极布置，每个电极布置包括相应平行棒电极，且在相应平行棒电极之间具有相应间隙；以及第二多个电极布置，每个电极布置包括相应平行电极部分，且在相应平行电极部分之间具有相应间隙。第二多个电极布置的平行电极部分优选地相对于第一多个电极布置的平行棒电极正交(成直角)布置。第一多个电极布置的相应间隙与第二多个电极布置的相应间隙对准以(有效地提供孔口，所述孔口)允许离子沿着连续路径从中行进穿过。第一多个电极布置和第二多个电极布置有利地沿着连续路径交替地布置。第一多个电极布置的平行棒电极和第二多个电极布置的平行电极部分可在功能意义上有效地模仿板状电极。
优选地，为第一多个电极布置中的每一个提供RF电位且在一些实施例中仅提供RF电位(也就是说，任何电位或供应到每个电极的电位无DC分量)。另外或替代地，为第二多个电极布置中的每一个提供DC电位且更优选仅提供DC电位(也就是说，任何电位或供应到每个电极的电位无RF分量)。这可以是反向的，使得为第一多个电极布置中的每一个提供DC电位且更优选仅提供DC电位(也就是说，任何电位或供应到每个电极的电位无RF分量)。另外或替代地，在此情况下，为第二多个电极布置中的每一个提供RF电位且在一些实施例中仅提供RF电位(也就是说，任何电位或供应到每个电极的电位无DC分量)。任选地，为第一多个电极布置中的后续电极布置(或对于反向布置，在第二多个电极布置中)提供具有不同(任选地，相反)相位的RF电位。如上文所论述，仅使用DC电极可以部分屏蔽RF电极(具体地说，当为后续电极提供具有不同相位的RF电位时)。在一些实施例中，第二多个电极布置的每个电极布置包括具有孔口以提供相应间隙的相应电极(任选地，板；在此意义上，意指板而非模仿板的结构。
尽管已参看特定类型的装置和应用(具体地说质谱仪和/或离子迁移率谱仪)描述本发明且在此状况下本发明具有如本文中所论述的特定优点，但本发明可适用于其它类型的装置和/或应用。离子导向器的特定制造细节和相关联的用途不但潜在有利(特别是考虑到已知的制造约束和能力)，同时可以显着变化以获得具有类似或相同操作的装置。除非另外说明，否则本说明书中所公开的每个特征都可被用于相同、等效或类似目的的替代特征替换。因此，除非另外说明，否则所公开的每个特征仅是一系列通用等效或类似特征的一个实例。
如本文所使用(包含在权利要求书中)，除非上下文以其它方式指示，否则本文中的术语的单数形式应被解释为包含复数形式，且反之亦然。例如，除非上下文另外指示，否则包含权利要求书中的本文中的单数参考，例如“一(a/an)”(例如，模/数转换器)表示“一个或多个”(例如，一个或多个模/数转换器)。在本公开的说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”、“具有”和“含有”以及这些词语的变型，例如，“包括(comprising)”和“包括(comprises)”或类似词语表示“包含但不限于”，且并不意图(且并不)排除其它组件。
本文提供的任何和所有实例或示例性语言(“举例来说”、“如”、“例如”以及类似语言)的使用仅意图更好地说明本发明，并且除非另外要求，否则并不指示对本发明的范围的限制。本说明书中的任何语言均不应理解为指示实践本发明所必需的任何未要求要素。
除非另外叙述或上下文另外需要，否则本说明书中描述的任何步骤可按任何次序执行或同时执行。
本说明书中公开的所有方面和/或特征可以任何组合进行组合，此类特征和/或步骤中的至少一些互斥的组合除外。如本文所描述，可以存在具有另外益处的方面的特定组合，例如用于质谱仪和/或离子迁移谱仪的离子导向器的方面。具体地说，本发明的优选的特征适用于本发明的所有方面且可以任何组合形式使用。同样，可单独地使用(不以组合形式)以非必需组合形式描述的特征。

Claims (43)

1.一种离子导向器，其包括：
一组板状电极，每个板状电极具有多个孔 口，所述多个孔口穿过每个板状电极而形成，所述一组板状电极在空间上布置成使得所述一组板状电极的相应板状电极的多个孔口和所述一组板状电极的相应邻近板状电极的多个孔口的相对定位限定通过所述一组板状电极的每个板状电极的所述相应多个孔口的连续离子飞行路径，所述连续离子飞行路径具有竖螺旋式形状和/或横螺旋式形状。
2.根据权利要求1所述的离子导向器，其中所述一组板状电极的每个板状电极具有以下中的一个或多个：相同的形状；相同的大小；以及相同的孔口间距。
3.根据权利要求2所述的离子导向器，其中所述一组板状电极的每个板状电极具有沿着第一维度间隔开的所述相应多个孔口且所述一组板状电极的相应邻近板状电极具有其相应多个孔口，所述相应邻近板状电极的孔口定位成使得在所述第一维度中从所述一组板状电极的其他板状电极的相应多个孔口偏移。
4.根据权利要求3所述的离子导向器，其中所述一组板状电极的相应邻近板状电极定位成使得在所述第一维度中彼此偏移。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的离子导向器，其中所述一组板状电极的每个电极具有沿着所述第一维度的相同孔口间距，且所述一组板状电极的一个板状电极的所述相应多个孔口与所述一组板状电极的一个邻近板状电极的所述相应多个孔口之间的偏移小于所述孔口间距。
6.根据权利要求5所述的离子导向器，其中相应邻近板状电极的相应多个孔口之间的偏移基本上等于y/N，其中y是每个板状电极内的所述孔口间距且N是所述板状电极数目。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的离子导向器，其中所述一组板状电极的每个板状电极具有沿着第一维度间隔开的所述相应多个孔口，相应多个孔口的所述相对定位限定所述连续离子飞行路径在所述第一维度中延伸。
8.根据权利要求7所述的离子导向器，其中所述一组板状电极中的至少一些在空间上布置成围绕在所述第一维度中延伸的轴，所述连续离子飞行路径具有竖螺旋式形状。
9.根据权利要求7所述的离子导向器，其中所述一组板状电极中的至少一些在空间上布置成围绕垂直于所述第一维度的轴，使得所述第一维度相对于所述轴是径向的且所述连续离子飞行路径具有横螺旋式形状。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的离子导向器，其中每个板状电极的所述多个孔口具有相同形状。
11.根据权利要求10所述的离子导向器，其中每个板状电极的所述多个孔口中的每一个具有矩形或卵形形状。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的离子导向器，其中对于每个电极，所述相应多个孔口包括至少3个孔口。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的离子导向器，其中所述连续离子飞行路径具有竖螺旋式形状，其限定二维轮廓，所述一组板状电极的相应板状电极的多个孔口与所述一组板状电极的相应邻近板状电极的多个孔口的所述相对定位限定所述连续离子飞行路径沿着所述二维轮廓多次延伸。
14.根据权利要求13所述的离子导向器，其中所述二维轮廓是圆形、椭圆形、圆角矩形、迷宫形或8字形。
15.根据权利要求14所述的离子导向器，其中所述二维轮廓是8字形且其中所述一组板状电极包括第一多个电极和第二多个电极，其中的每一个布置成限定圆形二维轮廓，所述第一多个电极中的一些和所述第二多个电极中的一些布置成彼此交错，使得所述第一多个电极的所述二维轮廓与所述第二多个电极的所述二维轮廓重叠，所述连续离子飞行路径由所述第一多个电极和所述第二多个电极两者的所述多个孔口限定。
16.根据权利要求1-4中任一项所述的离子导向器，其中所述一组板状电极包括第一多个电极和第二多个电极；
其中所述第一多个电极在空间上布置成使得所述第一多个电极的相应板状电极的多个孔口与所述第一多个电极的相应邻近板状电极的多个孔口的相对定位限定通过所述第一多个电极的每个板状电极的所述相应多个孔口的第一连续离子飞行路径；
其中所述第二多个电极在空间上布置成使得所述第二多个电极的相应板状电极的多个孔口与所述第二多个电极的相应邻近板状电极的多个孔口的相对定位限定通过所述第二多个电极的每个板状电极的所述相应多个孔口的第二连续离子飞行路径；且
其中所述第二多个电极堆叠于所述第一多个电极上，使得离开所述第一连续离子飞行路径的离子被导引到所述第二连续离子飞行路径上。
17.根据权利要求16所述的离子导向器，其中所述第一多个电极在空间上布置成围绕第一轴且所述第二多个电极在空间上布置成围绕第二轴，所述第一轴和所述第二轴平行。
18. 根据权利要求1-4中任一项所述的离子导向器，其中：
所述一组板状电极的第一板状电极的孔口沿着所述连续离子飞行路径邻近于所述一组板状电极的第二板状电极的孔口，且
所述第二板状电极的所述孔口与所述第一电极的所述孔口具有不同形状、电位和/或位置，以使沿着连续离子飞行路径行进的所述离子在垂直于连续离子飞行路径方向的方向上移位。
19.根据权利要求18所述的离子导向器，其中垂直于所述连续离子飞行路径方向的方向由另一竖螺旋形状限定，所述连续离子飞行路径方向是所述另一竖螺旋形状的轴。
20. 根据权利要求18所述的离子导向器，其中所述第一板状电极的所述孔口和所述第二板状电极的所述孔口中的每一个包括相应第一槽和相应第二槽，每个第一槽是独特的且与所述相应第二槽分离；
其中所述第二板状电极的所述孔口的所述第一槽与所述第一板状电极的所述孔口的所述第一槽具有不同形状和/或位置，以使沿着所述连续离子飞行路径行进的离子在垂直于所述连续离子飞行路径的所述方向的第一方向上移位；且
其中所述第二板状电极的所述孔口的所述第二槽与所述第一板状电极的所述孔口的所述第二槽具有不同形状和/或位置，以使沿着所述连续离子飞行路径行进的离子在垂直于所述连续离子飞行路径的所述方向的第二方向上移位。
21.根据权利要求20所述的离子导向器，其中每个第一槽和每个第二槽具有由同一矩形的相应部分限定的形状。
22.根据权利要求1-4中任一项所述的离子导向器，其进一步包括：
RF电源，其配置成为所述一组板状电极的每个电极提供相应RF电压，使得邻近电极接收具有不同相位的RF电压。
23.根据权利要求22所述的离子导向器，其中所述RF电源配置成向在空间上布置的所述一组板状电极的每隔一个板状电极提供第一RF电压，且向未接收到所述第一RF电压的所述一组板状电极的每隔一个板状电极提供第二RF电压，所述第一RF电压与所述第二RF电压具有相反的相位。
24.根据权利要求1-4中任一项所述的离子导向器，其进一步包括：
DC电源，其配置成向所述一组板状电极的一个或多个电极供应至少一个DC电位；
其中所述DC电源配置成向所述一组板状电极的至少一些电极提供DC电压以形成行进波，以便使离子行进通过所述限定的离子飞行路径。
25.根据权利要求1-4中任一项所述的离子导向器，其进一步包括：
安装元件，所述一组板状电极安装在所述安装元件上，以便设定所述一组板状电极的邻近电极之间的相对孔口定位。
26.根据权利要求25所述的离子导向器，其中所述安装元件包括到所述一组板状电极的一个或多个电连接。
27. 根据权利要求25所述的离子导向器，其中所述安装元件包括：
第一安装衬底，所述一组板状电极的每个电极的第一端附接到所述第一安装衬底；以及
第二安装衬底，所述一组板状电极的每个电极的第二端附接到第二安装衬底。
28.根据权利要求27所述的离子导向器，其中所述第一安装衬底包括到在空间上布置的所述一组板状电极的每隔一个电极的一个或多个第一电连接，且其中所述第二安装衬底包括到所述一组板状电极中未连接到所述一组板状电极的每隔一个电极的在连接到所述一个或多个第一电连接的所述电极之间的电极的一个或多个第二电连接，所述第二电连接布置成提供不同于由所述第一电连接提供的电力的电力。
29.根据权利要求25所述的离子导向器，其中所述安装元件包括安装衬底，所述一组板状电极的每个电极附接到所述安装衬底，所述安装衬底具有一种形状，以由此设定所述一组板状电极的邻近电极之间的所述相对孔口定位。
30.根据权利要求25所述的离子导向器，其中所述安装元件包括：安装衬底；以及间隔件，其位于所述安装衬底与所述一组板状电极之间，所述间隔件配置成设定所述一组板状电极的邻近电极之间的所述相对孔口定位。
31. 根据权利要求1-4中任一项所述的离子导向器，其中所述一组板状电极包括：
第一多个电极布置，每个电极布置包括相应平行棒电极，且在所述相应平行棒电极之间具有相应间隙；以及
第二多个电极布置，每个电极布置包括相应平行电极部分，且在相应平行电极部分之间具有相应间隙，所述第二多个电极布置的所述平行电极部分相对于所述第一多个电极布置的所述平行棒电极正交布置，使得所述第一多个电极布置的所述相应间隙与所述第二多个电极布置的所述相应间隙对准，以允许离子沿着连续路径从中行进通过；以及
其中所述第一多个电极布置和所述第二多个电极布置沿着所述连续路径交替地布置。
32.根据权利要求31所述的离子导向器，其中为所述第一多个电极布置中的每一个提供RF电位且为所述第二多个电极布置中的每一个提供DC电位，或其中为所述第一多个电极布置中的每一个提供DC电位且为所述第二多个电极布置中的每一个提供RF电位。
33. 一种包括多个电极的离子导向器，每个电极包括至少一个孔口，以便限定具有至少一个曲线的离子飞行路径，其中：
所述多个电极的第一电极的孔口沿着所述离子飞行路径邻近于所述多个电极的第二电极的孔口；且
所述第二电极的孔口与所述第一电极的孔口具有不同形状、电位和/或位置，以使沿着所述离子飞行路径行进的离子在垂直于离子飞行路径方向的方向上移位，使得所述离子沿着所述离子飞行路径的所述至少一个曲线的不同部分行进，由此减小路径长度差异效应。
34.根据权利要求33所述的离子导向器，其中所述至少一个曲线限定平均曲率半径，其中所述第二电极的孔口与所述第一电极的孔口具有不同形状、电位和/或位置，以使所述离子在所述平均曲率半径内与所述平均曲率半径外之间振荡，以便校正离子在所述平均曲率半径内的位置处进入所述离子导向器与离子在所述平均曲率半径外的位置处进入所述离子导向器之间的飞行路径长度差异。
35.根据权利要求33或权利要求34所述的离子导向器，其中所述垂直于所述离子飞行路径方向的方向由竖螺旋形状限定，所述离子飞行路径方向是所述竖螺旋形状的轴。
36. 根据权利要求33或权利要求34所述的离子导向器，其中所述第一电极的孔口和所述第二电极的孔口各自包括相应第一槽和相应第二槽，每个第一槽是独特的且与所述相应第二槽分离；
其中所述第二电极的孔口的第一槽与所述第一电极的孔口的第一槽具有不同形状和/或位置，以使沿着所述离子飞行路径行进的离子在垂直于所述离子飞行路径的所述方向的第一方向上移位；且
其中所述第二电极的孔口的第二槽与所述第一电极的孔口的第二槽具有不同形状和/或位置，以使沿着所述离子飞行路径行进的离子在垂直于所述离子飞行路径方向的第二方向上移位。
37.根据权利要求33或权利要求34所述的离子导向器，其中每个第一槽和每个第二槽具有由同一矩形的相应部分限定的形状。
38.根据权利要求33或权利要求34所述的离子导向器，其中所述第一电极的孔口和所述第二电极的孔口各自包括环形形状。
39.根据权利要求33或权利要求34所述的离子导向器，其中所述第一电极的孔口和所述第二电极的孔口各自进一步包括从相应孔口的一侧伸出的在所述第一电极与所述第二电极之间旋转地移位的一个或多个叶片或节结。
40.根据权利要求33或权利要求34所述的离子导向器，其中所述第一电极的所述孔口和所述第二电极的所述孔口各自包括宽槽或直槽，且其中所述槽在所述第一电极与所述第二电极之间旋转地移位。
41.一种离子迁移谱仪，其包括根据前述权利要求中任一项所述离子导向器，所述离子导向器被配置为漂移管。
42. 一种质谱仪，其包括：
根据权利要求1至40中任一项所述的离子导向器，其配置成从上游离子源或离子光学装置接收离子并使所述接收到的离子沿着所述离子飞行路径行进；以及
质量分析器，其配置成接收已沿着所述离子飞行路径行进的离子。
43.根据权利要求42所述的质谱仪，其进一步包括：
离子光学旁路布置，其选择性地配置成使离子从所述上游离子源或离子光学装置行进到所述质量分析器，而不穿过所述离子导向器。
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