CN115836379A - 离子接口以及使用离子接口的系统和方法 - Google Patents

Abstract

描述了离子接口的某些实施例，其可以提供更高灵敏度、改进的离子传输和多种操作模式。在一些配置中，离子接口可以包括第一元件和第二元件，它们中的每一个都可以接收非零电压。在一种配置中，第一元件可以是超截取锥并且第二元件可以是柱面透镜。还描述了使用该接口的系统和方法。

Description

离子接口以及使用离子接口的系统和方法

优先权申请

本申请与2020年2月4日提交的美国临时申请No.62/969,924和2020年3月31日提交的美国申请No.16/836,708相关，并要求其优先权和权益，每个申请的全部公开内容在此通过引用并入本文。

技术领域

本文所述的某些方面和实施例涉及离子接口。在一些配置中，离子接口可以配置为质谱仪接口，该质谱仪接口包括两个或更多元件，这些元件可以对包含分析物离子的离子束进行采样并且在将聚焦的离子提供给下游组件之前聚焦离子。

背景技术

离子和离子束通常在分析样品的元素分析过程中产生。离子和离子束也可用于生产材料以及材料处理和加工。

发明内容

在一个方面，提供了一种离子接口。在一些配置中，离子接口可以存在于质谱仪中并且可以看作质谱仪接口。在某些实施例中，离子接口包括第一元件，该第一元件包括第一孔口，第一孔口配置为接收来自电离源的离子并将接收到的离子提供到第一孔口下游的第一区域。离子接口还可以包括第二元件，该第二元件包括第二孔口，该第二孔口配置为接收第一区域中的离子并将接收的离子提供到第二孔口下游的第二区域。离子接口还可以包括第三元件，第三元件包括第三孔口，第三孔口配置为接收第二区域中的离子并将接收的离子提供到第三孔口下游的第三区域，其中第三元件配置为接收第一非零电压。离子接口还可包括第四元件，该第四元件包括第一孔穴，该第一孔穴配置为在第三区域中接收离子并在将聚焦的、接收的离子提供给下游组件之前聚焦接收的离子。在一些实施例中，第四元件配置为接收第二非零电压。

在某些实施例中，第一元件、第二元件和第三元件中的每一个都包括圆锥形主体。在其他实施例中，第四元件配置为透镜，例如柱面透镜(例如环形透镜)。在一些示例中，环形透镜可以直接布置在第三元件的下游。在一些实施例中，透镜的第一孔穴的内径等于或大于第三元件的外径。在某些示例中，离子接口可以包括非导电保持器，其配置为保持第四元件，例如，诸如环形透镜的透镜，以及第三元件。在其他实施例中，第一非零电压是正电压并且第二非零电压是负电压。在一些示例中，正电压大于零且小于约+30伏，负电压小于零且大于约-300伏。在其他配置中，第一非零电压小于零，第二非零电压小于零，并且第二非零电压小于第一非零电压。在另外的配置中，第一非零电压大于零，第二非零电压大于零，并且第一非零电压小于第二非零电压。

在一些实施例中，第三元件和第四元件各自独立可控，以在包括离子接口的系统的操作期间改变第一非零电压和第二非零电压。

在某些实施例中，第一元件包括具有第一孔口的第一锥体，第二元件包括具有第二孔口的第二锥体，并且第三元件包括具有第三孔口的第三锥体。在一些示例中，第三锥体的锥体开口角度小于第二锥体的锥体开口角度。在其他配置中，第四元件包括环形透镜，环形透镜的内径可以大于或等于第三锥体的外径。

在一些配置中，第一元件和第二元件中的至少一个配置为电连接到地。如果需要，第一元件和第二元件中的每一个都配置为电连接到地。

在其他配置中，第一区域配置为包括低于大气压的第一压力。在另外的配置中，第二区域配置为包括低于第一压力的第二压力。在一些实施例中，第三区域配置为包括低于第二压力的第三压力。

在某些配置中，第二非零电压提供包括在下游组件的上游区域处的拐点的电场。

在一些实施例中，离子接口包括构造成容纳第三元件和第四元件的非导电保持器。

在某些实施例中，第一元件、第二元件和第三元件中的每一个都包含镍。

在其他实施例中，第四元件包括小于2.5的孔径长度比。

在另外的实施例中，第三元件和第四元件配置为电连接到单个电压源。

在另一方面，离子接口包括第一元件、第二元件、第三元件和第四元件，其中第一元件、第二元件、第三元件和透镜配置为提供包括拐点的电场。

在一些配置中，第一元件包括第一孔口，第一孔口配置为接收来自电离源的离子并将接收到的离子提供到第一孔口下游的第一区域。

在某些配置中，第二元件包括第二孔口，第二孔口配置为接收第一区域中的离子并将接收到的离子提供到第二孔口下游的第二区域。

在其他配置中，第三元件包括第三孔口，第三孔口配置为接收第二区域中的离子并将接收到的离子提供到第三孔口下游的第三区域。

在某些实施例中，第四元件包括第一孔穴，第一孔穴配置为接收第三区域中的离子并将接收的离子提供给下游组件。

在一些配置中，第一元件、第二元件和第三元件中的每一个都包括锥形主体。

在某些配置中，其中第四元件配置为透镜，例如柱面透镜，例如环形透镜。在一些示例中，环形透镜直接定位在第三元件的下游。在其他示例中，环形透镜的第一孔口的内径等于或大于第三元件的外径。

在某些实施例中，离子接口包括非导电保持器，其配置为保持环形透镜和第三元件。

在一些示例中，第三元件配置为接收第一非零电压。在其他示例中，第四元件配置为接收第二非零电压。在一些配置中，第一非零电压是大于零到大约+30伏的正电压，第二电压是小于零到大约-300伏的负电压。在其他示例中，第一非零电压小于零，第二非零电压小于零，并且第二非零电压小于第一非零电压。在一些实施例中，第一非零电压大于零，第二非零电压大于零，并且第一非零电压小于第二非零电压。在某些示例中，第三元件和第四元件各自是可独立控制的，例如使用处理器，以在包括离子接口的系统的操作期间改变第一非零电压和第二非零电压。

在某些实施例中，第一元件包括第一锥体，第一锥体包括第一孔口。在其他实施例中，第二元件包括具有第二孔口的第二锥体。在另外的实施例中，第三元件包括第三锥体，第三锥体包括第三孔口。在一些情况下，第三锥体的锥体开口角度小于第二锥体的锥体开口角度。在存在三个锥体的一些示例中，第四元件包括环形透镜，并且环形透镜的内径大于或等于第三锥体的外径。

在某些配置中，第一元件和第二元件中的至少一个配置为电连接到地。如果需要，第一元件和第二元件中的每一个都配置为电连接到地。

在一些配置中，第一区域配置为包括低于大气压的第一压力。在其他配置中，第二区域配置为包括低于第一压力的第二压力。在另外的配置中，第三区域配置为包括低于第二压力的第三压力。在其他配置中，拐点位于下游组件的上游区域。

在一些实施例中，离子接口包括构造成容纳第三元件和第四元件的非导电保持器。

在某些配置中，第一元件、第二元件和第三元件中的每一个都包含镍。在其他配置中，第四元件包括小于2.5的孔径长度比。在一些示例中，第三元件和第四元件配置为电连接到单个电压源。

在另外的方面，质谱仪包括电离源、如本文所述的与电离源流体连接的离子接口、以及与质谱仪接口流体连接的质量分析器。

在某些配置中，质谱仪包括位于质量分析仪和接口之间的离子导向器。在一些配置中，离子导向器直接定位在接口的第四元件的下游。在其他配置中，质谱仪包括流体连接到质量分析仪的检测器。在某些配置中，质谱仪包括流体连接到电离源的样品引入装置。

在一些实施例中，电离源包括电感耦合等离子体、放电等离子体、电容耦合等离子体、微波诱导等离子体、辉光放电电离源、解吸电离源、电喷雾电离源、大气压电离源、大气压化学电离源、光电离源、电子电离源、化学电离源中的一种或多种。

在一些配置中，质量分析器包括至少一个四极装置或飞行时间装置。

在其他配置中，质谱仪在离子接口和质量分析器之间包括碰撞单元、反应单元或反应/碰撞单元中的至少一种。

在某些实施例中，质谱仪包括电连接到第三元件和第四元件的处理器，其中处理器配置为独立地改变提供给第三元件和第四元件中的每一个的电压。

在另一方面，公开了一种通过质谱仪接口将离子从电离源提供给质谱仪组件的方法。在某些配置中，该方法包括将来自电离源的离子通过质谱仪接口的电连接到地的第一元件的第一孔口提供到第一真空区域中。在其他实施例中，该方法包括通过质谱仪接口的电连接到地的第二元件的第二孔口将第一真空区域中的离子提供到第二真空区域，其中第二真空区域的压力低于压力第一真空区域。在一些配置中，该方法包括通过质谱仪接口的第三元件的第三孔口将第二真空区域中的离子提供到第三真空区域，其中第三真空区域的压力低于第二真空区域的压力区域，并且其中第三元件包括第一非零电压。在一些实施例中，该方法包括通过第四元件将第三真空区域中的离子提供给质谱仪组件，其中第四元件包括第二非零电压并且配置为在将所聚焦的离子提供给质谱仪组件之前聚焦所提供的离子。

在某些实施例中，将第四元件的尺寸设计和布置成内径大于或等于第三元件的外径。

在一些实施例中，该方法包括向第三元件施加正电压。在其他实施例中，该方法包括向第四元件施加负电压。在一些示例中，该方法包括将正电压施加到第四，其中施加到第四元件的正电压比施加到第三元件的正电压更正。在其他示例中，该方法包括将来自第四元件的离子直接提供给离子导向器。在某些实施例中，该方法包括独立地改变第一非零电压和第二非零电压。在其他示例中，第一元件、第二元件和第三元件中的每一个都包括锥体。在一些实施例中，第四元件包括环形透镜，并且其中第三元件的锥体的锥体开口角度小于第二元件的锥体的锥体开口角度。在另外的实施例中，该方法包括向透镜施加第二非非零电压以提供具有拐点的电场。

在另一方面，离子接口包括终端锥体和柱面透镜。在一些实施例中，终端锥体包括孔口，该孔口被配置为接收来自电离源的离子并向下游区域提供离子。在某些配置中，终端锥体配置为接收第一非零电压。在一些实施例中，柱面透镜包括第一孔穴，第一孔穴配置为在下游区域中接收离子并在将聚焦的、接收的离子提供给下游组件之前聚焦接收的离子，其中柱面透镜配置为接收第二非零电压。

在某些实施例中，离子接口包括配置成直接从电离源接收离子的入口锥体，其中入口锥体包括配置成直接从电离源接收离子的孔口。在其他示例中，离子接口包括在入口锥体和终端锥体之间的中间锥体，其中该中间锥体包括可以向终端锥体提供离子的孔口。在一些实施例中，入口锥体和中间锥体各自配置为电连接到地。

下文更详细地描述了另外的方面、实施例、配置和示例。

附图说明

下面参考附图描述离子接口和使用离子接口的系统和方法的某些特定配置，其中：

图1A是示出根据一些示例的入射离子束、离子接口和离子输出的框图；

图1B是示出根据一些示例的入射离子束、离子接口、离子输出和衬底的框图；

图1C是示出根据某些实施例的入射离子束、离子接口和到下游的质谱仪组件的离子输出的框图；

图1D是示出根据某些实施例的入射离子束、离子接口和到离子导向器/偏转器的离子输出的框图；

图2A是示出根据一些示例的包括两个元件的离子接口的图示；

图2B是示出按照一定的配置电连接到图2A的两个元件的电源的图示；

图3A、3B和3C是示出根据一些配置的包括两个元件的接口的几种配置的框图；

图4A和4B是根据一些实施例的锥体的图示；

图5A和5B示出了根据某些实施例的柱面透镜的横截面；

图6A和6B是示出根据一些示例的柱面透镜内的场线的图示；

图7A、7B和7C是根据一些实施例的包括锥形元件和透镜元件的离子接口的图示；

图8A和8B是根据某些实施例的包括两个锥形元件的离子接口的图示；

图9A、9B和9C是根据某些实施例的包括两个锥形元件和透镜元件的离子接口的图示；

图10A和10B是根据一些实施例的包括锥形元件和透镜元件的离子接口的图示；

图11A、11B、11C、11D和11E是根据某些示例的包括三个锥形元件的离子接口的图示；

图12A、12B、12C、12D、12E、12F和12G是根据某些示例的包括三个锥形元件和透镜元件的离子接口的图示；

图13A、13B、13C和13D是根据某些实施例的包括两个元件的系统的框图，这两个元件可在离子接口中用于向下游表面或组件提供离子；

图14A、14B、14C和14D是根据某些实施例的包括三个元件的系统的框图，这三个元件可以在离子接口中用于向下游表面或组件提供离子；

图15A、15B、15C和15D是根据某些实施例的包括四个元件的系统的框图，这四个元件可在离子接口中用于向下游表面或组件提供离子；

图16A、16B、16C、16D、16E和16F是根据某些实施例的包括样品引入装置、离子接口和其他组件的系统的框图；

图17是根据一些示例的喷雾器的图示；

图18是根据某些实施例的喷雾室的图示；

图19A是根据一些实施例的包括感应装置和可以向离子接口提供离子的枪的系统的图示；

图19B是根据一些实施例的可以向离子接口提供离子的枪以及感应线圈的图示；

图20是根据一些实施例的感应线圈和可以向离子接口提供离子的枪的图示，该感应线圈包括径向翅片；

图21是根据一些实施例的可以向离子接口提供离子的枪和板电极的图示；

图22是根据某些实施例的包括腔室的电离源的图示；

图23是根据某些示例的包括枪、感应线圈、离子接口和其他组件的系统的图示；

图24是示出根据一些实施例的其中透镜定位成邻近离子导向器的离子接口的图示；

图25A和25B示出了根据一些实施例的放置在非导电保持器中的超截取锥和环形透镜；

图26A和26B示出了根据某些示例的不同系统的离子模拟；

图27A和27B示出了根据一些配置的不同系统的等电位曲线；

图28示出了根据某些实施例的使用不同系统的信号强度的比较；

图29示出了根据某些实施例的包括超截取锥和环形透镜的系统；和

图30是根据某些配置的离子接口的横截面。

鉴于本公开的益处，本领域普通技术人员将认识到，提供附图中组件的尺寸、规模和定位仅用于说明并且提供对技术的更用户友好性的描述。除非结合特定实施例明确规定，否则并不需要特定的长度、宽度、高度或厚度。下面提供的尺寸作为示例性尺寸提供，并且其他合适的尺寸、形状和特征可以存在于各种元件上和离子接口中。

具体实施方式

描述了离子接口的某些示例性配置，其可用于对进入的离子束进行采样、将离子束中的离子聚焦并将聚焦的离子提供到另一个组件。离子接口的实施例可以具有期望的属性，包括但不限于提高离子传输效率、减少空间电荷效应、更高的灵敏度以及通过改变施加于离子的不同元件的电压来实时优化不同离子的传输的能力。在离子接口存在于质谱仪中的情况下，它可以被认为是并且在某些情况下被看作质谱仪接口。当离子接口的某些实施例存在于质谱仪中时，可以观察到在质谱仪的质量范围内对离子的灵敏度增加。附加地或替代地，在质谱仪的质量范围内的信噪比可能增加。

在某些情况下，在描述本文中的一些说明时，可以为了方便使用术语“下游”和“上游”。一个部件相对于另一部件的位置可以参考入射离子束的方向。例如，如果来自电离源的离子束首先通过采样锥进入离子接口，然后遇到截取锥，则截取锥位于采样锥的下游，而采样锥位于截取锥的上游。

在某些配置中，本文所述的离子接口可用于分析仪器、离子开关、离子注入设备、离子束辅助分子束外延设备中，以选择或聚焦来自溅射设备的离子或粒子，溅射设备用于物理和化学气相沉积以及其他使用离子或粒子束的设备。图1A中示出了一般化框图，在图1A中，入射离子束105撞击或遇到离子接口110。离子接口110可以配置为接收或采样入射离子束105的一部分(例如，以提取入射离子束中的一些但不是所有离子)，聚焦离子，然后将离子输出115提供给下游组件(未示出)。离子被采样和/或聚焦的准确程度可以变化，例如取决于入射离子束105中的离子的性质、离子接口110中的组件的准确类型和数量以及期望的离子输出115。例如并参考图1B，离子接口130可以配置为从入射离子束125提供到衬底140的表面的离子输出135。提供给衬底140的离子可以用于从衬底140喷射电子或其他材料，或者可以在衬底140的表面上或表面中植入离子。在另一种配置中，参考图1C，离子接口160可以用在质谱仪中以提供从入射离子束155到下游质谱仪(MS)组件170的离子输出165。例如，离子接口160可以包括两个或更多元件，其可用于对入射束155中的离子进行采样和/或聚焦，以将离子输出165提供给下游的存在于质谱仪中的组件。在另一种配置中，参考图1D所示，可以在质谱仪中使用离子接口180以提供从入射离子束175直接到离子导向器/偏转器190的离子输出185。例如，可能希望将离子输出185直接提供到离子导向器/偏转器190，而不在接口180和离子导向器/偏转器之间使用任何中间部件(例如碰撞室)。在一些情况下，离子接口110、130、160和180可以包括一个或多个锥体和一个或多个柱面透镜，如本文更详细指出的。然而，一些实施例的离子接口的组件不限于这些特定组件。

在某些实施例中，离子接口可以包括两个或更多元件，如图2A所示。构件或元件200包括主体210和孔口220。另一个构件或元件250包括主体260和孔口270。虽然在图2A中显示为二维，但元件200和元件250通常是三维的并且可以采用如下所述的各种形状和几何尺寸。在使用如图2A所示的离子接口时，入射离子束(未示出)可以入射在主体210的表面212上。入射离子束的一部分进入孔口220并通过孔口220在主体210的一侧或端部214提供给下游的元件250。如下文更详细地指出，元件250可以接收非零电压以在将接收到的离子提供给下游组件之前聚焦它们。在某些实施例中，元件200可以是终端元件或终端锥体，例如超截取锥。所提及的终端锥体指的是接头中存在的最后一个锥体，例如，相对于可能包括在接口中的其他锥体而言，在离子接头入口下游最远的锥体(但不一定是接口的最远的下游组件)。元件200的确切构造可以变化，并且在一些情况下，元件200可以包括除圆锥形之外的形状，包括例如圆盘形、细长圆盘、不对称圆盘、球形、长椭球体形和其他形状。元件250可以是诸如柱面透镜(例如环形透镜)之类的透镜，其可用于在将接收自元件200的离子提供给下游组件之前聚焦它们。用于元件200和元件250的材料也可以根据入射离子束的性质而变化。在存在高温离子束的情况下，例如存在来自感应耦合等离子体的离子束的情况，元件200和/或元件250可以包括金属，例如镍、铜、钛、铂、钯、银、金或其他金属。在一些情况下，元件200可理想地是导电的。在其他示例中，元件200可以是导热的。在另外的配置中，元件200可以是导电的和导热的。下面更详细地讨论元件200、250的各种具体配置和材料。

在某些实施例中，元件250的孔口270的内径275可以大于或等于孔口220的外径。例如，内径275可以根据需要大于或者等于外径225。然而确切的尺寸可以变化，元件200的外径可以从大约0.5cm到大约3cm或从大约1cm到大约2.5cm变化。元件200的内径可以从大约0.75cm到大约2.75cm或从大约1cm到大约2.6cm变化，但其他尺寸也是可能的。在一些示例中，元件250与元件200直接相邻布置，使得它们之间不存在介于中间的物理组件或结构。虽然元件200和元件250之间确切的纵向间距可以变化，示例性的间距是从大约0.5mm到大约10mm或从大约1mm到大约5mm。该间距可以是固定的，也可以根据需要进行调整。

如图2B所示，在某些实施例中，元件200可以配置为从电压源接收非零电压。例如，从电压源290施加到元件200的电压可以是正的或负的，但通常不为零，例如，元件200不是电连接地接地。向元件200施加电压来为其提供电荷，该电荷可用于对离子进行采样和/或聚焦。类似地，元件250可以配置为从电压源290接收非零电压，例如正电压或负电压，由此电荷存在于元件250。在一些示例中，施加到元件250的电压可以来自不同的电压源(未示出)。电压源290可以是DC电压源、AC电压源、RF电压源或其他源。在一些配置中，第一元件200和第二元件250中的每个提供有DC电压。如果需要，可以使用提供不同波形的不同电压源来向元件200和元件250中的每一个提供电压。提供给不同组件的确切电压可能会有所不同。例如，可以向元件200施加小于零伏至大约-50伏的负电压。或者，可以向元件200施加大于零并且高达大约+30伏的正电压。小于零至约-300伏的负电压可施加到元件250。或者，大于零且高达约+50伏的正电压可施加到元件250。在使用离子接口期间，提供给元件200和元件250的电压可以根据需要而单独改变。

在某些示例中，施加到元件200和元件250中的每一个的电压可以变化。几种可能的配置展示在图3A-3C中。元件A 310可与元件200类似地配置。元件B 320可与元件250类似地配置。在图3A中，正电压施加到元件310，负电压施加到元件320。例如，施加到元件310的正电压可以使进入的离子朝向元件310聚焦。当离子通过元件310的孔口时，它们可以快速加速离开元件310(这也防止了离子扩散，离子扩散会导致更多的离子损失和更低的通量)。施加到元件320的负电压可以在由于空间电荷效应而发生扩散之前将离子拉出元件310。施加到每个元件310、320的电压的确切电压幅值可以变化。例如，施加到元件310的正电压可以从大于零的正电压变化到大约+30伏的正电压。施加到元件320的负电压可以从小于零的负电压变化到大约-300伏的负电压。

现在参考图3B，元件310和元件320均带正电。在某些实施例中，施加到元件320的电压可以比施加到元件310的电压稍微更正(positive)一些，例如+V₂>+V₁。为了易于电离样品(例如钾、钠等)，向元件310、320施加正电压可以起到降低总体背景噪声的作用。例如，在感兴趣的分析物的离子以低量存在的情况下，例如，万亿分之几，可能需要实施图3B的方法来检测这些低的离子水平。施加到图3中的元件310、元件320中的每一个的正电压的确切幅值可以变化。例如，施加到元件310的正电压可以从大于零的正电压变化到大约+30伏的正电压。施加到元件320的正电压可以从大于零的正电压变化到大约+50伏的正电压。如本文所述，元件320可以保持在比施加到元件310的电压稍微更正(positive)的电压，例如大+2、+3、+4、+5、+6、+7或+8伏特。

在某些示例中，施加到元件310和元件320的电压可以使用如图3C所示的处理器350实时改变。如本文所述，处理器350可以是独立处理器，或者是用于控制其他组件的控制器或更大系统的一部分。例如，处理器350可以控制施加到元件310、320中的每个的电压以改变包括元件310、320的设备或系统的操作模式。例如，处理器350可以用于在第一模式中向元件310施加正电压并且向元件320施加负电压，然后在第二模式中将施加到元件320的电压切换为正电压。如果需要，这种模式切换可以由处理器350在不改变系统的其他操作参数的情况下执行，以实时切换模式。

在一些实施例中，元件200可以配置为截取锥。参考图4A，示出了包括主体410和孔口420的截取锥400的侧视图。截取锥的锥体开口角Θ可以变化。例如，在截取锥配置为可以接收正电压的超截取锥(hyperskimmer cone)的情况下，超截取锥的开口角Θ可以小于上游锥体的开口角，上游锥体例如上游的采样锥或上游的截取锥。在一些示例中，锥体开口角度可以从大约35度到大约45度变化。锥体400的确切尺寸可以变化，并且示例性尺寸包括约10mm至约15mm的锥体高度和约6mm至约9mm的锥体半径。示例性锥体表面积为约350mm²至约750mm²，示例性锥体体积可在约350mm³至约1200mm³之间变化。锥体400的孔口420的直径可以从大约0.5mm变化到大约1.5mm。孔口420的形状可以变化并且可以是圆形、椭圆形或具有其他几何形状。如果需要，在锥体400的主体410中可以存在多余一个的开口或孔口。锥体400可以由各种材料制成。在一些示例中，用于生产锥体400的材料是导电的。在其他示例中，用于生产锥体400的材料是导热的。在另外的示例中，用于生产锥体400的材料是导电和导热的。在某些配置中，锥体400可以包括镍、铜、钛、铂、钯、银、金或其他金属中的一种或多种。在某些实施例中，锥体400可以是超截取锥，其可以用作系统的一部分，该系统可以以较小的步长(step)降低总压力并提供较少的离子束分散。超截取锥通常与一个或多个上游锥体一起使用，上游锥体的位置比超截取锥更靠近电离源。下面进一步讨论使用两个或更多锥体的各种配置。

参考图4B，在某些示例中，锥体400可以电连接到电压源450。例如，电压源450可以用于向锥体400提供非零电压。在一些示例中，施加到锥体的非零电压400可能是正的。在使用正电压的情况下，锥体400可以用于聚焦通过孔口420进入锥体的离子束。然后可以将聚焦的离子束提供给下游组件。在一些实施例中，施加到锥体400的正电压可以从大于零变化到大约+30伏的正电压。在其他实施例中，施加到锥体的电压可以是负的，例如，小于零到约-50伏的负电压。可以使用直流电压源或其他电压源来施加电压。在存在多个锥体的情况下，不同锥体的孔口的形状可以相同或不同。

在某些配置中，元件250可以配置为柱面透镜，例如环形透镜。图5中示出柱面透镜500的侧视图。柱面透镜500包括主体510和孔穴520。主体510的确切长度和宽度以及孔穴520的直径可以变化。在一些实施例中，孔穴520的直径可以大于主体510的长度。孔穴520的直径通常是固定的，但是如果需要可以使用可调节直径的透镜。在一些示例中，柱面透镜包括约5mm至约7mm的长度和约16mm至约19mm的外径。在某些配置中，孔穴520可包括约14mm至约16mm的直径。在一些实施例中，柱面透镜的孔径长度比可以是2.5或更小。例如，与长度或高度较小的平面透镜相比，柱面透镜的长度或高度较大。在一些示例中，柱面透镜的孔径长度比可以小于2.2、小于2.0或甚至小于1.5。随着柱面透镜的长度在固定孔直径下增加，直径与长度的比应该减小。

在某些配置中，柱面透镜500可以电连接到电压源550，如图5B所示。例如，电压源550可以用于向透镜500提供非零电压。在一些示例中，施加到透镜500的非零电压可以是负的或正的。在向透镜500施加负电压的情况下，透镜500可用于将离子拉入孔穴520并在将聚焦的离子提供给下游组件之前将它们聚焦。所使用的确切负电压可以从小于零的负电压变化到大约-300伏的负电压，例如，可以使用大约-100伏到-250伏的负电压。在向透镜500施加正电压的情况下，透镜可用于聚焦离子，同时降低背景噪声。施加到透镜500的确切正电压可以从大于零的正电压变化到大约+50伏的正电压。如果需要，可以在包括透镜500的系统的操作期间改变提供给透镜500的电压。例如，在系统运行期间可以使用处理器(未示出)将实时地提供给透镜500的电压从正电压改变为负电压或从负电压改变为正电压。

在某些实施例中，用于生产透镜的确切材料可以变化，并且透镜通常包括一种或多种导电材料，使得向透镜施加非零电压可以在透镜的孔穴520内提供电场。在一些实施例中，透镜可以由与用于产生离子接口的其他元件的相同或相似的材料制成，例如，透镜材料可以包含镍、铜、钛、铂、钯、银、金或其他金属或导电材料。如果需要，可以将透镜放置在支架中，该支架配置为在一侧容纳透镜并且在另一侧容纳上游元件。支架通常包含非导电材料，使得施加到透镜的任何电压都不会通过支架提供给上游元件。非导电材料可以是例如玻璃、塑料、非金属、聚合物或其他非导电材料。支架可以使用摩擦配合、螺纹、弹性负载的保持器、一个或多个外部紧固件或其他装置或结构来保持离子接口的元件。

在某些配置中，由透镜接收的电压可以配置为提供具有拐点的电场。一个示例在图6A中示出，其中示出了环形透镜610。显示了电压为V₁-V₄的等电位线。在负电势施加到环形透镜610的典型配置中，接近环形透镜610的前表面612(例如接近V₁)的电势更正，然后朝着透镜610内的最小值减小，例如V₂比V₁更负(negative)。然后电压可以增加，或具有朝向透镜610的后表面614移动时幅值降低的负电位，例如，V₄不及V₃负。在第一元件与透镜610一起使用的情况下，电势在第一元件上可以是正的，然后在透镜610内或附近减小到负的最小值，并且随着离子向后朝着后表面614离开透镜610而变成较小的正的。从透镜610的前表面612到最小电压或拐点的绝对电压差可以变化，例如，从大约50伏到大约150伏。此外，最小或拐点不必集中在透镜610的孔穴内，而是可以定位在更靠近前表面612、后表面614或甚至在透镜表面612前面或在透镜表面614后面。例如，图6B示出了另一种配置，其中最小值出现在靠近透镜630的前部632的V₆处，例如，V₆比V₅更负，并且随着离子朝向透镜630的后表面634移动，电压可以从V7到V8和V9增加(变成较小的负的)。确切的场形状和模式可以根据需要而变化。如本文所述，该场可用于加速离子，使其朝向透镜离开上游元件，在透镜处离子可以在离开透镜之前被聚焦或挤压。施加到透镜610、630的电压可以是DC电压，或者如果需要可以使用其他电压源。此外，施加到透镜610、630的电压可以在透镜610、630的使用期间改变。

在某些实施例中，诸如锥体的元件可以与诸如透镜的另一元件一起使用，例如，以提高离子传输效率、降低背景噪声、降低空间电荷效应等。图7A展示了示例，其中离子接口700包括锥体710，锥体710包括入口孔720和出口孔725。接口700还包括柱面透镜740，柱面透镜740包括孔穴745。在一些例子中，透镜740的孔穴745的直径可以大于或等于出口孔725的直径。离子束中的离子首先入射到锥体710上，并且某些离子通过入口孔720。锥体710可以用于将离子拉入锥体710并且可以聚焦离子并将它们提供给透镜740。透镜740也可以在将离子提供给下游组件之前聚焦它们。例如，参考图7B，电压源750可用于向锥体710和透镜740中的每一个施加非零电压。例如，可将大于零至约+30伏的正电压从电压源750提供到锥体710。然而，如果需要，可以向锥体710施加-50伏到0伏之间的负电压。可以从电压源750向透镜740提供负电压或正电压。在向透镜740施加负电压的情况下，负电压可以从小于零的负电压变化到大约-300伏的负电压。在向透镜740施加正电压的情况下，正电压可以是大于零的正电压至大约+50伏的正电压。尽管可以使用其他电源，但通常使用DC电压源提供电压。在另一种配置中，可以使用两个单独的电压源来向锥体710和透镜740提供电压。如图7C所示，第一电压源760可以向锥体710提供第一非零电压，并且第二电压源770可以向透镜740提供第二非零电压。电压源760可以向锥体710施加正电压，例如，锥体710可以提供大于零直到约+30伏特的正电压，或者可以向锥体710施加负电压。电压源770可以向透镜740施加正电压或负电压，例如约-300伏至约+50伏的电压。锥体710的材料可以是例如参考图4A和4B描述的那些材料中的任何一种。

在某些示例中，诸如锥体的元件可以与附加元件或附加锥体一起使用以对离子进行采样和/或聚焦。一个示例在图8A中示出，其中离子接口800包括第一锥体810和第二锥体830。在该图示中，第二锥体830将被认为是终端锥体。第一锥体810包括可以接收离子的第一孔口820。第二锥体830包括可以接收离子的第二孔口840。如图8B所示，第一锥体810可以配置为电连接接地，并且第二锥体830可以配置为从电压源850接收非零电压。例如，第二锥体830可以配置为接收来自源850的正电压，例如大于零伏至约+30伏的电压，或者可以接收负电压。锥体830的锥体开口角度通常小于锥体810的锥体开口角度。第一孔口820的直径可以从大约0.9mm变化到大约1.3mm，并且第二孔口840的直径可以从大约0.5mm变化到大约1.1mm。锥体810、830的孔的形状可以相同或可以不同，例如圆形、椭圆形等。在一些示例中，锥体810的前表面至锥体830的前表面可以隔开约2mm至约5mm的距离。

在使用锥体810、830时，来自离子源的离子通常首先入射到锥体810。一部分离子可以通过孔820被采样并提供给下游锥体830。锥体830上的电荷可以作用以拉动离子通过孔840。这些离子的一部分可以通过锥体830的孔840，并且可以通过提供给锥体830的适当电压被聚焦或加速离开锥体830。锥体810，830可以包括相同或不同的材料，例如，锥体810、830中的每个可以独立地包括镍、铜、钛、铂、钯、银、金或其他金属。在一些情况下，锥体810、830中的每一个都包括镍。如果需要，锥体810可以由非导电材料制成，因此锥体810不需要电接地。

在一些配置中，两个或更多元件，例如，两个或更多锥体，可以与柱面透镜组合使用，如图9A所示。离子接口900包括具有可以接收离子的第一孔口920的第一锥体910、具有可以接收离子的第二孔口940的第二锥体930、以及具有可以接收离子的孔970的柱面透镜960。在该图示中，锥体930可以认为是终端锥体。如图9B所示，第一锥体910可以配置为电连接接地，并且第二锥体930可以配置为从电压源980接收非零电压。例如，第二锥体930可以配置为接收来自源980的正电压，例如大于零伏至约+30伏的电压，或者可以接收负电压。透镜960可以配置为从电压源980接收正电压或负电压，例如，约-250伏至约+50伏之间的电压。在透镜960接收正电压的情况下，该正电压通常比施加到锥体930的正电压更正，例如大约+1、+2、+3、+4、+5、+6、+7或+8伏。如果需要，可以使用两个不同的电压源向锥体930和透镜960提供电压。例如，如图9C所示，第一电压源985电连接到锥体930，并且第二电压源990电连接到透镜960。锥体930的锥体开口角度通常小于锥体910的锥体开口角度。第一孔口920的直径可以从大约0.6mm变化到大约1.2mm，并且第二孔口940的直径可以从大约0.8mm变化到大约1.2mm。孔970的直径通常等于或大于锥体930的与透镜960相邻的端部处的锥体开口的外径。锥体910、930的孔的形状可以相同或可以不同，例如圆形、椭圆形等。如果需要，透镜960可以紧邻锥体930放置，而在它们之间没有任何中间组件或结构。此外，可以根据需要使用耦合器或连接器将透镜960和锥体930保持在一起。在一些示例中，锥体910的前表面可以与锥体930的前表面隔开约2mm至约5mm的距离。锥体930的前表面可以与透镜960的前表面隔开约15mm至约25mm。

在使用锥体910、930和透镜960时，来自离子源的离子通常首先入射到锥体910。一部分离子可以通过孔920被采样并提供给下游锥体930。那些离子的一部分可以通过锥体930的第二孔口940，并且可以利用提供给锥体930的适当电压来聚焦或加速离开锥体930。可以向透镜960提供适当的电压以提高离子离开锥体930的加速度。当离子通过透镜960的孔穴970时，透镜960可以聚焦或挤压离子。然后离子可以作为聚焦束离开透镜960并且可以提供给下游组件。锥体910、930可以包括相同或不同的材料，例如，锥体910、930中的每一个可以独立地包括镍、铜、钛、铂、钯、银、金或其他金属。在一些情况下，锥体910、930中的每一个都包括镍。如果需要，锥体910可以由非导电材料制成，因此锥体910不需要电接地。如本文所述，透镜960可以包括最小值或拐点在孔穴970内、在孔穴970之前或在孔穴970之后的电场。透镜960可以由，例如，结合图5A和5B展示的透镜的那些材料制成。

在某些实施例中，包括柱面透镜的离子接口可以与一个或多个不带电元件或锥体一起使用。参考图10A，离子接口1000包括锥体1010，锥体1010包括主体1015和孔1020。离子接口1000还包括柱面透镜1030，柱面透镜1030包括孔穴1040。孔穴1040的直径可以大于或等于锥体1010的外径。如图10B所示，锥体1010可以电连接到地，并且透镜1030可以电连接到电压源1050，电压源1050可以向透镜1030提供非零电压。例如，透镜1030可以配置为接收来自电压源1050的正电压或负电压，例如约-250伏至约+50伏之间的电压。锥体1010的前表面可以与透镜1030的前表面间隔约15mm至约25mm。

在使用锥体1010和透镜1030时，来自离子源的离子通常首先入射到锥体1010。一部分离子可以通过孔1020被采样并提供给下游透镜1030。适当的电压可以提供给透镜1030以增加离子离开电接地的锥体1010的加速度，并且可以在离子通过透镜1030的孔穴1040时聚焦或挤压离子。然后离子可以作为聚焦束离开透镜1030，并且可以被提供给下游组件。锥体1010可以包括镍、铜、钛、铂、钯、银、金或其他金属。如果需要，锥体1010可以由非导电材料制成，因此锥体1010不需要电接地。如本文所述，透镜1030可以包括最小值或拐点在孔1040内、在孔1040之前或在孔1040之后的电场。透镜1030可以由结合图5A和5B描述的透镜的那些材料制成。锥体1010的孔口形状可以是例如圆形、椭圆形或其他形状。

在某些配置中，离子接口可以包括多于两个的元件，例如多于两个的锥体。例如，参考图11A，其中示出了离子接口，离子接口包括具有第一孔口1115的第一元件或锥体1110、具有第二孔口1125的第二元件或锥体1120和具有第三孔口1135的第三元件或锥体1130。入射离子束1105显示以供参考。进入的离子束1105首先遇到第一锥体1110。入射离子束1105的一部分穿过第一孔口1115并被提供给下游的第二元件1120。第二元件或锥体1120对从第一元件或锥体1110接收的离子进行采样并通过第二孔口1125向下游的第三元件1130提供一定量的离子。第三元件或锥体1130通过第三孔口1135接收离子并可用于在将离子提供到下游组件前聚焦离子。在如图11B所示的一些示例中，第三元件或锥体1130可以电连接到电压源1150，电压源1150可以向第三元件或锥体1130提供正电压(或负电压)。例如，电压源1150可以用于向第三元件或锥体1130施加正电压，例如大于零伏至约+30伏的正电压。在如图11C所示的一些配置中，第一元件或锥体1110可以配置为电连接到地。在如图11D所示的其他配置中，第二元件或锥体1120可以配置为电连接到地。在如图11E所示的附加配置中，第二元件或锥体1120和第三元件或锥体1130都可以配置为电连接到地。如果需要，可以使用公共的接地端来将第二元件1120和第三元件1130电连接到地。锥体1110的前表面可与锥体1120的前表面间隔约5mm至约12mm。锥体1120的前表面可与锥体1130的前表面间隔约2mm至约5mm。

在某些实施例中，锥体1110、1120、1130可以包括相同或不同的材料，例如，锥体1110、1120、1130中的每一个可以独立地包括镍、铜、钛、铂、钯、银、金或其他金属。在一些情况下，每个锥体1110、1120、1130包括镍。如果需要，每个锥体1110和1120可以由非导电材料制成，因此锥体1110和1120不需要电接地。

在其他配置中，离子接口可以包括与第四元件(例如柱面透镜)组合的多于两个的元件或锥体。参考图12A，示出的离子接口包括具有第一孔口1215的第一元件或锥体1210、具有第二孔口1225的第二元件或锥体1220、具有第三孔口1235的第三元件或锥体1230和具有孔穴1245的第四元件1240。示出入射离子束1205以供参考。入射离子束1205首先遇到第一锥体1210。入射离子束1205的一部分穿过第一孔口1215并被提供给下游的第二元件1220。第二元件或锥体1220对从第一元件或锥体1210接收的离子进行采样并通过第二孔口1225向下游第三元件1230提供一定量的离子。第三元件或锥体1230通过第三孔口1235接收离子并可用于在将离子提供到下游的第四元件1240前聚焦离子。第四元件1240可以例如配置为包括孔穴1245的柱面透镜。在如图12B所示的一些例子中，第三元件或锥体1230可以电连接到电压源1250，电压源1250可以向第三元件或锥体1230提供正电压(或负电压)。例如，电压源1250可以用于向第三元件或锥体1230施加正电压，例如大于零至约+30伏特的正电压。在其他配置中，电压源1255可以电连接到第四元件1240，如图12C所示。例如，电压源1255可以向第四元件1240提供非零电压，例如，可以提供范围从大约-250伏到大约+50伏的负电压或正电压。在如图12D所示的某些配置中，电压源1265可以向第三元件1230和第四元件1240中的每一个提供非零电压。虽然未示出，但是可以使用两个单独的电压源来代替。在一些情况下，电压源1265可以向第三元件1230提供非零电压，例如大于零并且高达约+30伏的正电压，或提供负电压，并且可以向第四元件1240提供非零电压，例如负电压或正电压，其范围可以从大约-250伏到大约+50伏。在从电压源1265向第四元件1240提供正电压的一些情况下，提供给第四元件1240的正电压可以比提供给第三元件1230的正电压更正。

在一些配置中，第二元件1220可以配置为电连接到地，如图12E所示。在其他配置中，第一元件可以配置为电连接到地，如图12F所示。在其他实施例中，第一元件1210和第二元件1220中的每一个可以配置为电连接到地，如图12G所示。锥体1210、1220、1230可以包括相同或不同的材料，例如，锥体1210、1220、1230中的每一个可以独立地包括镍、铜、钛、铂、钯、银、金或其他金属。在一些情况下，每个锥体1210、1220、1230包括镍。如果需要，锥体1210和1220每个都可以由非导电材料制成，因此锥体1210和1220不需要电接地。透镜1240可以由参考图5A和5B所示的透镜所描述的那些材料中的任何一种来生产。锥体1210的前表面可与锥体1220的前表面间隔约5mm至约12mm。锥体1220的前表面可与锥体1230的前表面间隔约2mm至约5mm。锥体1230的前表面可与透镜1240的前表面间隔约15mm至约25mm。锥体1230的基部可包括约12mm至约18mm的直径，并且透镜1240的孔穴1245的直径可以等于或大于锥体1230的基部的直径。透镜1240可以包括约4mm至约10mm的长度。

在某些配置中，包括两个或更多个单独元件的离子接口可用于向图13A-13D的框图所示的表面或其他组件提供离子。参考图13A，离子接口可以包括第一元件1302和第二元件1303，它们可以对进入的离子束1301进行采样并且将聚焦的离子1304提供给表面1305。在一些示例中，第一元件1302可以配置为电连接到地。在其他示例中，第一元件1302可以配置为接收非零电压，例如-50伏至大约+30伏之间的电压。第二元件1303可以配置为接收非零电压，例如，可以从-300伏到+50伏变化的电压。在一些配置中，提供给第二元件1303的正电压可以比提供给第一元件1302的正电压更正。在某些示例中，第一元件1302直接连接到第二元件1303而没有任何介于中间的组件。如果需要，可以使用连接器、保持器或耦合器(未示出)将第一元件1302和第二元件1303保持在适当位置。在一些情况下，第一元件1302可以配置为截取锥或超截取锥，并且第二元件1303可以配置为柱面透镜，例如环形透镜。第一元件1302和第二元件1303可以向表面1305提供离子束1304以在表面1305中注入离子、从表面1305排出离子、蚀刻表面1305或用于其他用途。

参考图13B，离子接口可以包括第一元件1307和第二元件1308，它们可以对进入的离子束1306进行采样并且将聚焦的离子1309提供给下游组件1310。在某些实施例中，第一元件1307可以配置为电连接到地。在其他示例中，第一元件1307可以被配置为接收非零电压，例如-50伏至大约+30伏之间的电压。在一些配置中，第二元件1308可以配置为接收非零电压，例如，可以从-300伏到+50伏变化的电压。在一些配置中，提供给第二元件1308的正电压可以比提供给第一元件1307的正电压更正。在某些示例中，第一元件1307直接连接到第二元件1308而没有任何中间组件。如果需要，可以使用连接器、保持器或耦合器(未示出)将第一元件1307和第二元件1308保持在适当位置。在一些示例中，第一元件1307可以配置为截取锥或超截取锥，并且第二元件1308可以配置为柱面透镜，例如环形透镜。如本文所述，如果需要，可以将透镜配置为提供等电位拐点。

在一些示例中，第一元件1307和第二元件1308可以向下游组件1310提供离子束1309，如图13B所示。例如，下游组件1310可以是离子枪、离子阱或其他装置。在一些配置中，如图13C所示，下游组件1310可以是质谱仪组件1315，并且在下文更详细地讨论。在其他配置中，如图13D所示，下游组件1310可以是离子导向器1320。如果需要，下游组件1310，例如离子导向器1320，可以直接连接到第二元件1308，使得没有组件位于第二元件1308和下游组件1310之间。或者，离子光学器件可以存在于第二元件1308和离子导向器1320之间以进一步聚焦束1309。

在某些配置中，包括三个或更多单独元件的离子接口可用于向表面或其他组件提供离子，如图14A-14D的框图所示。参考图14A，离子接口可以包括第一元件1402、第二元件1403和第三元件1404，它们可以对进入的离子束1401进行采样并且将聚焦的离子1405提供给表面1406。在一些示例中，第一元件1402可以是配置为电连接到地。在某些实施例中，第二元件1403可以配置为接收非零电压，例如-50伏至大约+30伏之间的电压。第三元件1404可以配置为接收非零电压，例如可以从-300伏到+50伏变化的电压。在一些配置中，提供给第三元件1404的正电压可以比提供给第二元件1403的正电压更正。在某些示例中，第二元件1403直接联接到第三元件1404而没有任何中间部件。如果需要，可以使用连接器、保持器或耦合器(未示出)将第二元件1403和第三元件1404保持在适当位置。在某些情况下，第一元件1402可以配置为采样锥或截取锥，第二元件1403可以配置为截取锥或超截取锥，第三元件1404可以配置为柱面透镜，例如，环形透镜。第一元件1402、第二元件1403和第三元件1404可以向表面1406提供聚焦的离子束1405以在表面1406中注入离子、从表面1406排出离子、蚀刻表面1406或用于其他用途。

参考图14B，离子接口可以包括第一元件1412、第二元件1413和第三元件1414，它们可以对进入的离子束1411进行采样并且将聚焦的离子1415提供给下游组件1420。在一些示例中，第一元件1412可以配置为电连接到地。在其他示例中，第二元件1413可以配置为接收非零电压，例如-50伏至大约+30伏之间的电压。在其他实施例中，第三元件1414可以配置为接收非零电压，例如，可以从-300伏到+50伏变化的电压。在一些配置中，提供给第三元件1414的正电压可以比提供给第二元件1413的正电压更正。在某些示例中，第二元件1413直接连接到第三元件1414而没有任何中间部件。如果需要，可以使用连接器、保持器或耦合器(未示出)将第二元件1413和第三元件1414保持在适当位置。在某些情况下，第一元件1412可配置为采样锥或截取锥，第二元件1413可配置为截取锥或超截取锥，第三元件1414可配置为柱面透镜，例如，环形透镜。如本文所述，如果需要，可以将透镜配置为提供等电位拐点。

在一些配置中，第一元件1412、第二元件1413和第三元件1414可以向下游组件1420提供离子束1415，如图14B所示。例如，下游组件1420可以是离子枪、离子阱或其他装置。在一些配置中，如图14C所示，下游组件1420是质谱仪组件1430，并且在下文更详细地讨论。在其他配置中，如图14D所示，下游组件可以是离子导向器1440。如果需要，下游组件1420，例如离子导向器1440，可以直接连接到第三元件1414，使得没有组件位于第三元件1414和下游组件1420之间。或者，离子光学器件可以存在于第三元件1414和离子导向器1440之间以进一步聚焦离子束1415。

在某些配置中，包括四个或更多单独元件的离子接口可用于向图15A-15D的框图所示表面或其他组件提供离子。参考图15A，离子接口可以包括第一元件1502、第二元件1504、第三元件1506和第四元件1508，它们可以对进入的离子束1501进行采样并向表面1510提供聚焦离子1509。在一些示例中，第一元件1502可以被配置为电连接到地。在其他示例中，第二元件1504可以被配置为电连接到地。在某些实施例中，第三元件1506可以配置为接收非零电压，例如-50伏至大约+30伏之间的电压。在某些示例中，第四元件1508可以配置为接收非零电压，例如，可以从-300伏到+50伏变化的电压。在一些配置中，提供给第四元件1508的正电压可以比提供给第三元件1506的正电压更正。在某些示例中，第三元件1506直接连接到第四元件1508而没有任何中间部件。如果需要，可以使用连接器、保持器或耦合器(未示出)将第三元件1506和第四元件1508保持在适当位置。在一些情况下，第一元件1502和第二元件1504可各自配置为采样锥或截取锥，第三元件1506可配置为截取锥或超截取锥，第四元件1508可配置为柱面透镜，例如环形透镜。第一元件1502、第二元件1504、第三元件1506和第四元件1508可以向表面1510提供离子束1509以在表面1510中注入离子、从表面1510排出离子、蚀刻表面1510或用于其他用途。

参考图15B，离子接口可以包括第一元件1512、第二元件1514、第三元件1516和第四元件1518，它们可以对进入的离子束1511进行采样并且将聚焦的离子1519提供给下游组件1520。在一些示例中，第一元件1512可以配置为电连接到地。在其他示例中，第二元件1514可以配置为电连接到地。在另外的示例中，第三元件1516可以配置为接收非零电压，例如-50伏至大约+30伏之间的电压。在其他实施例中，第四元件1518可以配置为接收非零电压，例如，可以从-300伏到+50伏变化的电压。在一些配置中，提供给第四元件1518的正电压可以比提供给第三元件1516的正电压更正。在某些示例中，第三元件1516直接连接到第四元件1518而没有任何中间部件。如果需要，可以使用连接器、保持器或耦合器(未示出)将第三元件1516和第四元件1518保持在适当位置。在某些情况下，第一元件1512和第二元件1514中的每个可配置为采样锥或截取锥，第三元件1516可配置为截取锥或超截取锥，第四元件1518可配置为柱面透镜，例如，环形透镜。如本文所述，如果需要，可以将透镜配置为提供等电位拐点。

在一些配置中，第一元件1512、第二元件1514、第三元件1516和第四元件1518可以向下游组件1520提供离子束1519，如图15B所示。例如，下游组件1520可以是离子枪、离子阱或其他装置。在一些配置中，如图15C所示，下游组件1520是质谱仪组件1430，并且在下文更详细地讨论。在其他配置中，如图15D所示，下游组件1520可以是离子导向器1540。如果需要，下游组件1520，例如离子导向器1540，可以直接连接到第四元件1518，使得没有组件位于第四元件1518和下游组件1520之间。或者，离子光学器件可以存在于第四元件1518和离子导向器1540之间以进一步聚焦束1519。

虽然包含两个、三个或四个元件的离子接口显示在图13A-15D中，但本领域一般技术人员将认识到，鉴于本公开的益处，如果需要，离子接口中也可以存在多于四个单独的元件。此外，元件的确切锥体开口角度、材料、尺寸和规格以及孔口和孔穴可以根据需要而变化。

在某些实施例中，本文所述的离子接口可以与图16A所示的样品引入装置一起使用。例如，样品引入装置1610可以流体联接到离子接口1620，从而可以将材料从样品引入装置1610提供到离子接口1620。在一些情况下，样品引入装置1610可以将离子提供到离子接口1620(图16B)用于采样和/或聚焦。在其他示例中，样品引入装置1610可以配置为提供液体样品或气体样品。离子接口1620可以向下游组件1625提供离子，如图16C所示。在一些情况下，下游组件可以是离子引导器1630(图16D)，其可以直接布置在离子接口1620附近而没有任何介于中间的部件或结构。在其他配置中，离子接口1620可以向质量分析器1640提供离子，如图16E所示。这些组件也可以存在于包括检测器1645和处理器1650(图16F)的系统中，处理器1650可用于控制系统。例如，处理器1650可用于向离子接口的元件提供电压和/或实时改变施加的电压。

在一些实施例中，样品引入装置1610可以流体连接到电离源1615，如图16B所示。样品引入装置1610可以向电离源1615提供流体样品，例如气体、液体等，电离源1615可以电离和/或原子化流体样品并将离子/原子提供给下游离子接口1620。

在一些实施例中，样品引入装置可以配置为如图17所示的雾化器。雾化器1700可以配置为感应雾化器、非感应雾化器或两者的混合型。例如，可以使用同心、错流、夹带、V型槽、平行路径、增强平行路径、流动模糊和压电雾化器。在简化的形式中，雾化器1700包括管或室1702，样品通过入口1706或另一管1704引入其中。气体可以被引入室1702中以将引入的样品夹带在气流中，由此气体和样品的联合体可以通过管1702的出口1703提供给电离源(或离子接口)。泵1710可以存在并且流体连接到雾化器1700以通过入口1706将样品提供到腔室1702中。气体通常在不同的端口被引入雾化器1700，并且可以在将液体样品引入腔室1702之前或之后(或两者)与液体样品混合。

在某些实施例中，样品引入装置1610可以配置为如图18所示的喷雾室。喷雾室1800通常包括外室或管1810和内管1820。外室1810包括双重的尾吹气入口1812、1814和排放口1818。尾吹气入口1812、1814通常流体连接至共同气源，但如果需要也可以使用不同的气体。虽然不是必需的，但尾吹气入口1812、1814显示为邻近入口端1811定位，尽管它们可以替代地位于中心或朝向出口端1813定位。内管1820邻近雾化器尖端1805定位并且包括两个或更多微通道1822、1824，微通道构造成提供尾吹气流以减少或防止液滴回流和/或沉积在内管1820上。内管1820的构造和定位在区域1840、1842处提供层流，其作用是保护外室1810的内表面免受任何液滴沉积。通过入口1812、1814以气体引入的方式提供到喷雾室1800中的切向气流用于选择特定尺寸范围的颗粒(或分析物分子)。内管1820中的微通道1822、1824也被设计成允许来自尾吹气体入口1812、1814的气体流动以保护内管1820的表面免受液滴沉积。在某些示例中，微通道1822、1824可以以类似的方式配置，例如，具有相同的尺寸和/或直径，而在其他配置中，微通道1822、1824的尺寸可以不同或布置不同。在一些情况下，至少两个、三个、四个、五个或更多单独的微通道可以存在于内管1820中。微通道的确切尺寸、形式和形状可以变化并且每个微通道不需要具有相同的尺寸、形式或形状。在一些示例中，不同直径的微通道可以存在于沿内管的纵向轴线L1的不同径向平面处以提供期望的防护效果。在一些示例中，内管1820被示为沿外腔室1810的纵向轴线具有基本增加的内径，尽管如本文所述，该尺寸变化不是必需的。内管1820的一些部分可以是“平坦的”或大致平行于纵向轴线L1以增强层流，或者在替代构造中，内管1820的一些部分可以，至少在一定长度上，大致平行于外管1810的表面以增强层流。外室的内径从入口端1811向出口端1813增大，直到某一点，然后向出口端1813减小，使得外室1810在出口端1813处的内径小于在出口端1813处的内径。如果需要，外室1810的内径可以从入口端1811向出口端1813保持恒定，或者可以从入口端1811向出口端1813增加。

在一些示例中，电离源1615可以包括电感耦合等离子体(ICP)、放电等离子体、电容耦合等离子体、微波诱导等离子体、解吸电离源、辉光放电电离系统、电喷雾电离源、大气压电离源、大气压化学电离源、光电离源、电子电离源、化学电离源中的一种或多种的一个或多个。下面讨论ICP离子源组件的各种图示。ICP离子源的一般示意图如图19A所示。ICP离子源1900包括感应装置1902(和可选的电容装置(未示出))和可以电连接到感应装置1902的发生器1904。发生器1904可以向感应装置1902提供射频和/或射频电压，以将射频能量提供到枪(torch)1906中。等离子气体可以被提供到枪1906中并且在存在来自感应装置1902提供的射频能量的情况下被点燃以维持枪1906内的等离子体。等离子体可以电离分析物样品并将离子流或离子束1909中的分析物离子提供给离子接口1908。可以查到各种类型的电离设备和电离源和相关组件，例如，在共有的美国专利Nos.10,096,457、9,942,974、9,848,486、9,810,636、9,686,849中以及目前由PerkinElmer Health Sciences公司(马塞诸塞州，沃尔瑟姆)或PerkinElmer Health Sciences Canada公司(加拿大，伍德布里奇)所有的其他专利中。

参考图19B，在ICP源1910的一种配置中，感应装置1912可以配置为感应线圈。ICP源1910包括与感应线圈1912结合的枪1914。感应线圈1912通常电连接到射频发生器(未示出)以将射频能量提供到枪1914中并维持感应耦合等离子体1920。如本文所述的样品引入装置可用于将样品喷射到等离子体1920中以电离和/或原子化样品中的物质。可以使用光学技术或质谱技术或其他合适的技术将样品中的金属物质(或有机物质)电离或原子化并检测。

在某些实施例中，用于维持ICP的感应线圈可以包括径向翅片。参考图20，其示出了感应线圈2010，感应线圈2010包括多个径向翅片并且定位在枪2020附近。来自ICP枪2020的离子可以被提供到如本文所述的离子接口，用于在被提供到下游元件之前进行采样和聚焦。此外，如果需要，离子接口可用于将系统中的总压力从接近在枪2020中ICP的大气压降低到低于大气压的压力。

现在参考图21，ICP源2100的一个图示显示为包括板电极2120、2121。第一板电极2120和第二板电极2121显示为包括可以容纳枪2110的孔。例如，枪2110可以放置在包括板电极2120、2121的感应装置的一些区域内。可以使用焊炬2110和来自板2120、2121的感应能量来维持等离子体或其他电离/原子化源2150(例如电感耦合等离子体)。射频发生器2130被示为电连接到板2120、2121中的每一个。如果需要，可以仅使用单个板电极来代替。样品引入装置可用于将样品喷射到等离子体2150中以电离和/或原子化样品中的物质。离子化样品中的离子和原子可以提供给本文所述的离子接口，用于在提供给下游组件之前进行采样和聚焦。此外，如果需要，离子接口可以用于降低系统中的总压力，使其从ICP 2150的大气压降至低于大气压的压力。

在一些示例中，除ICP之外的电离源可与本文所述的离子接口一起使用。电离源通常包括腔室，该腔室包括一种或多种可用于电离引入到腔室中的分析物样品的组件。参考图22中示出的电子电离(El)源2200，电子电离(El)源2200包括源块2205、离子排斥器2210、灯丝2212、电子阱2214和出口2216。可以在源块2205和灯丝2212之间施加电压，以将来自灯丝2212的电子提供到源块2205中，例如，电子可以向电子阱2214行进。当样品被引入源块2205中时，它可以与电子碰撞并被电离。如果需要，可以将化学气体引入源块2205以使用由化学气体形成的离子来电离样品。

在一些示例中，与本文所述的离子接口一起使用的质量分析器1640可以采取多种形式，这通常取决于样品性质、期望的分辨率等，并且示例性质量分析器可以包括一个或多个杆组件，例如四极杆组件或其他杆组件。在一些示例中，离子接口可以集成到质量分析器1640，使得质量分析器包括一个或多个锥体，例如截取锥、采样锥、超截取锥、透镜等。质量分析器还可以包括一个或多个离子导向器、碰撞单元、离子光学器件和可用于对从电离源和/或离子接口接收的进入束进行采样和/或过滤的其他组件。可以选择各种组件以去除干扰物质、去除光子，以及以其他方式帮助从进入的离子中选择所需的离子。在一些示例中，质量分析器1640可以是或者可以包括飞行时间装置。在一些情况下，质量分析器1640可以包括它自己的射频发生器。在某些示例中，质量分析器1640可以是扫描质量分析器、扇形磁分析器(例如，用于单聚焦和双聚焦MS装置)、四极质量分析器、离子阱分析器(例如，回旋加速器、四极离子捕集器)、飞行时间分析仪(例如，基质辅助激光解吸电离飞行时间分析仪)和可以分离具有不同质量电荷比的物质的其他合适的质量分析仪。如果需要，质量分析器1640可以包括串联布置的两个或更多不同装置，例如串联MS/MS装置或三重四极装置，以选择和/或识别从离子接口接收的离子。如本文所述，质量分析器可以流体连接到真空泵以提供真空，该真空用于在质量分析器的各个阶段中挑选离子。真空泵通常是粗抽泵或前级泵、涡轮分子泵或两者兼有。可以存在于质量分析仪中的各种组件在例如共有的美国专利Nos.10,032,617、9,916,969、9,613,788、9,589,780、9,368,334、9,190,253以及目前由PerkinElmer Health Sciences公司(马塞诸塞州，沃尔瑟姆)或PerkinElmer HealthSciences Canada公司(加拿大，伍德布里奇)所有的其他专利中有所描述。

在一些示例中，检测器1645可用于检测由质量分析器过滤或选择的离子。检测器可以是，例如，可以与现有质谱仪一起使用的任何合适的检测装置，例如电子倍增器、法拉第杯、涂层照相板、闪烁检测器、多通道板等，以及鉴于本公开的益处，本领域的普通技术人员可以选择的其他合适设备。可以在质谱仪中使用的示例性检测器在例如共同拥有的美国专利Nos.9,899,202、9,384,954、9,355,832、9,269,552以及目前由PerkinElmer HealthSciences公司(马塞诸塞州，沃尔瑟姆)或PerkinElmer Health Sciences Canada公司(加拿大，伍德布里奇)所有的其他专利中有所描述。

在某些情况下，系统还可以包括处理器1650(如图16F所示)，其通常采用微处理器和/或计算机的形式以及用于分析引入质谱仪的样品的合适软件。虽然处理器1650显示为电连接到离子接口1620、质量分析器1640和检测器1645，但它也可以电连接到其他部件，例如连接到样品引入装置1610和/或电离源1615，以一般地控制或操作系统的不同组件。在一些实施例中，处理器1650可以存在于例如控制器中或作为独立处理器，以针对使用系统的各种操作模式来控制和协调系统的操作。为此目的，处理器可以电连接到系统的每个组件，例如，一个或多个泵、一个或多个电压源、杆等，以及存在于离子接口1620中的一个或多个元件，例如，以控制施加到离子接口中不同元件的电压。

在某些配置中，处理器1650可以存在于一个或多个计算机系统和/或通用硬件电路中，其包括例如微处理器和/或用于操作系统的合适软件，以控制离子源、泵、离子接口的元件、质量分析器、检测器等的电压。在一些示例中，系统的任何一个或多个组件可以包括其各自的处理器、操作系统和允许该组件操作的其他特征。处理器可以集成到系统中，或者可以存在于一个或多个附件板、印刷电路板或电连接到系统组件的计算机上。处理器通常电连接到一个或多个存储器单元以从系统的其他组件接收数据并允许根据需要或期望调整各种系统参数。处理器可以是通用计算机的一部分，例如基于Unix、英特尔奔腾型处理器、摩托罗拉PowerPC、Sun UltraSPARC、惠普PA-RISC处理器或任何其他类型处理器的计算机。根据本技术的各种实施例，可以使用任何类型的计算机系统中的一个或多个。此外，该系统可以连接到单个计算机或者可以分布在通过通信网络连接的多个计算机之间。应当理解，可以执行其他功能，包括网络通信，并且该技术不限于具有任何特定功能或系列功能。各个方面可以实现为在通用计算机系统中执行的专用软件。计算机系统可以包括连接到一个或多个存储器设备(例如磁盘驱动器、存储器或用于存储数据的其他设备)的处理器。存储器通常用于在系统以各种模式运行期间存储程序、校准和数据。计算机系统的组件可以通过互连设备连接，该互连设备可以包括一个或多个总线(例如，在同一机器内集成的组件之间)和/或网络(例如，位于单独的分开的机器之间)。互连设备提供要在系统的组件之间交换的通信(例如，信号、数据、指令)。计算机系统通常可以在例如几毫秒、几微秒或更短的处理时间内接收和/或发出命令，以允许快速控制离子接口。例如，可以实施计算机控制以控制真空压力、向离子接口的元件提供电压等。处理器通常电连接到电源，该电源例如可以是直流电源、交流电源、电池、燃料电池或其他电源或电源的组合。电源可以由系统的其他组件共用。该系统还可以包括一个或多个输入设备，例如，键盘、鼠标、轨迹球、麦克风、触摸屏、手动开关(例如，超控开关)和一个或多个输出设备，例如，打印设备、显示屏、扬声器。此外，该系统可以包含一个或多个将计算机系统连接到通信网络的通信接口(作为互连设备的补充或替代)。该系统还可以包括合适的电路以转换从系统中存在的各种电气设备接收到的信号。这样的电路可以存在于印刷电路板上或可以存在于单独的板或设备上，该板或设备通过合适的接口(例如串行ATA接口、ISA接口、PCI接口等)或通过一个或多个无线接口(例如蓝牙、Wi-Fi、近场通信或其他无线协议和/或接口)电连接到印刷电路板。

在某些实施例中，在本文描述的系统中使用的存储系统通常包括计算机可读和可写非易失性记录介质，其中可以存储代码，这些代码可以被处理器执行的程序使用，或者存储在介质上的被程序处理的信息。例如，该介质可以是硬盘、固态驱动器或闪存。通常，在操作中，处理器使数据从非易失性记录介质读取到另一个存储器中，该存储器允许处理器比介质更快地访问信息。该存储器通常是易失性随机存取存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。它可能位于存储系统或内存系统中。处理器一般对集成电路存储器内的数据进行操作，然后在处理完成后将数据复制到介质中。用于管理介质和集成电路存储器元件之间的数据移动的多种机制是已知的，并且该技术不限于此。该技术也不限于特定的存储器系统或存储系统。在某些实施例中，系统还可以包括专门编程的专用硬件，例如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。该技术的方面可以以软件、硬件或固件或其任何组合来实现。此外，这些方法、动作、系统、系统元件及其组件可以作为上述系统的一部分或作为独立组件来实现。尽管通过示例的方式将特定系统描述为可以在其上实现技术的一些方面的一类系统，但是应当理解，技术的许多方面并不限于在所描述的系统上实现。可以在具有不同架构或组件的一个或多个系统上实践各个方面。该系统可以包括使用高级计算机编程语言可编程的通用计算机系统。这些系统也可以使用专门编程的专用硬件来实现。在这些系统中，处理器通常是市售处理器，例如可从英特尔公司获得的众所周知的奔腾级处理器。许多其他处理器也可以在商业上买到。这种处理器通常执行操作系统，例如可从微软公司获得的Windows 95、Windows 98、Windows NT、Windows 2000(Windows ME)、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8或Windows 10，MAC OSX(例如Snow Leopard、Lion、Mountain Lion)或可从Apple获得的其他版本，可从SunMicrosystems获得的Solaris操作系统，或可从各种来源获得的UNIX或Linux操作系统。可以使用许多其他操作系统，并且在某些实施例中，一组简单的命令或指令可以用作操作系统。

在某些示例中，处理器和操作系统可以一起定义可编写高级编程语言的应用程序的平台。应当理解，该技术不限于特定的系统平台、处理器、操作系统或网络。此外，鉴于本公开的益处，本领域技术人员应该清楚本技术不限于特定的编程语言或计算机系统。此外，应当理解，也可以使用其他适当的编程语言和其他适当的系统。在某些示例中，硬件或软件可以配置为实现认知架构、神经网络或其他合适的技术。如果需要，计算机系统的一个或多个部分可以分布在连接到通信网络的一个或多个计算机系统上。这些计算机系统也可以是通用计算机系统。例如，各个方面可以分布在一个或多个计算机系统之间，该计算机系统被配置为向一个或多个客户端计算机提供服务(例如，服务器)，或者作为分布式系统的一部分执行整体任务。例如，可以在客户端-服务器或多层系统上执行各个方面，客户端-服务器或多层系统包括分布在一个或多个服务器系统之间的组件，该组件根据各种实施例执行各种功能。这些组件可以是可执行代码、中间代码(例如，IL)或解释代码(例如，Java)，它们使用通信协议(例如，TCP/IP)通过通信网络(例如，互联网)进行通信。还应该理解，该技术不限于在任何特定系统或系统组上执行。此外，应当理解，该技术不限于任何特定的分布式架构、网络或通信协议。

在某些情况下，可以使用面向对象的编程语言对各种实施例进行编程，例如SQL、SmallTalk、Basic、Java、Javascript、PHP、C++、Ada、Python、iOS/Swift、Ruby on Rails或C#(C-Sharp)。也可以使用其他面向对象的编程语言。或者，可以使用功能、脚本和/或逻辑编程语言。可以在非编程环境中实现各种配置(例如，以HTML、XML或其他格式创建的文档，该文档在浏览器程序的窗口中查看时，呈现图形用户界面(GUI)的方面或执行其他功能)。某些配置可以实现为编程或非编程要素，或其任何组合。在一些情况下，系统可以包括远程接口，例如存在于移动设备、平板电脑、手提电脑或其他便携式设备上的远程接口，其可以通过有线或无线接口进行通信并且允许系统根据需要而远程操作。

在某些实施例中，本文所述的离子接口可用于质谱仪系统，该质谱仪系统包括电感耦合等离子体和可选的其他组件。参考图23，系统2300包括枪2310和感应线圈2315，其可用于维持感应耦合等离子体2320。离开等离子体2320的离子束通常是分析物离子、电子、光子和氩离子的混合物。电感耦合等离子体中的离子入射到采样锥2325上，该采样锥2325可以电连接到地。采样锥2325前表面的压力接近或大于大气压。在采样锥2325后面，压力通常低于大气压力，例如1-3托。可以通过将该区域流体连接到真空泵例如机械泵来降低压力。截取锥2330存在于采样锥2325的下游并且可以接收穿过采样锥2325中的第一孔口的离子。例如，通过采样锥2325的第一孔口进入的离子可以朝截取锥2330超音速地膨胀。截取锥体2330也可以电接地，如图23所示。截取锥体2330后表面处的压力通常低于截取锥体2330前表面处的压力，例如，截取锥体后表面处的压力可为约0.01至0.1托。然后将穿过截取锥2330中的第二孔口的离子提供给下游的超截取锥2335，该超截取锥2335包括第三孔口。当离子束通过锥体2335的第三孔口进入时，离子束大部分带正电。第一非零电压可以提供给超截取锥2335，例如，可以从电压源2337向超截取锥2335施加正电压。然而，取决于离子，负电压可以替代地施加给超截取锥2335。提供给超截取锥2335的正电压可以挤压穿过超截取锥2335的束并且可以聚焦离子。离子束的这种挤压可以减少倾向于导致离子束向外扩散或变宽的空间电荷效应。可以将聚焦的离子提供给下游的环形透镜2340，环形透镜2340本身可以从电压源2342接收第二非零电压。如果需要，可以仅存在单个电压源并用于提供第一非零电压和第二非零电压。在一种模式中，环形透镜2340可以接收负电压以从超截取锥2335中提取离子并使离子束朝向环形透镜2340加速。在另一种模式中，可以向环形透镜2340提供正电压。在一些示例中，提供给环形透镜2340的正电压可以比提供给超截取器2335的正电压稍微正一些。该系统还可以包括闸阀2345和离子光学器件2350，离子光学器件2350可以用于向下游组件(例如质量分析仪)提供离子。由于在各个质量分析器级中使用的高真空(例如由于涡轮分子泵提供的真空)，下游的质量分析器中的压力通常低得多，例如10^-4托或更低。锥体2325、2330和2335可以由相同或不同的材料制成，例如镍或其他材料。透镜2340可以由参考图5A和图5B所描述的这些材料中的任何一种制成。

在某些实施例中，系统可以包括与离子引导器/偏转器流体连接的离子接口。如图24所示，系统包括第一锥体2425、第二锥体2430、第三锥体2435、柱面透镜2440和离子导向器/偏转器2450。如果需要，离子光学器件(未示出)可以存在于透镜2440和偏转器2450之间。系统2400可以以与图23的系统类似的方式操作，该方式将离开透镜2440的离子直接提供给离子导向器/偏转器2450。离子导向器/偏转器2450的下游可以存在其他部件。

以下描述某些特定示例以进一步说明本文所述技术的一些新颖的和创新的方面。

示例1

参考图25A和25B，示出了配置为保持锥体2520和柱面透镜2530的保持器2510。保持器2510可以通过摩擦配合、螺纹、弹性负载的保持器、一个或多个外部紧固件或其他装置或结构来容纳锥体2520和柱面透镜2530。如果需要，保持器2510的尺寸和布置可以使得透镜2530与保持器2510的后表面齐平。保持器2510可用于将锥体2520定位为紧邻透镜2530，因此在锥体2520和透镜2530之间不存在中间结构或部件。

示例2

参考图26A，执行模拟以显示使用常规设置的氩离子、电子和锂离子的轨迹。一个模拟系统包括电连接到地的超截取锥2610、离子光学器件2620和离子导向器/偏转器2630。当离子进入超截取锥2610时，由于空间电荷效应，它们立即开始扩张和向外扩散。这种扩张导致进入离子光学器件2620和导向器2630的宽离子束。宽离子束可以降低离子灵敏度并且可能难以使用离子导向器/偏转器2630去除任何电子和/或中性物质。

参考图26B，执行另一模拟，其中第二模拟系统包括具有略微施加正电势(+15伏)的超截取锥2650、具有施加负电势(-200伏)的环形透镜2660、离子光学器件2670和离子导向器/偏转器2680。进入锥体2650的离子束保持比进入锥体2610的离子束更集中。另外，进入超截取锥2650的离子束通常表现为带正电的束并且在其朝向具有负电位的环形透镜2660离开锥体2650时被聚焦。在将聚焦的束提供给离子光学器件2670和离子导向器/偏转器2680之前，环形透镜2660进一步挤压束以将其聚焦。

在图26A和26B中的模拟的比较中，环形透镜2660的存在以及施加到锥体2650和环形透镜2660的电压可以在不显着增加背景噪声的情况下提高离子通量。

示例3

使用图26A和26B所示的系统进行模拟以产生等电位曲线。图26A系统的等电位曲线展示在图27A中，以及图26B系统的等电位曲线展示于图27B中。

参考图27A，等电位曲线显示出从锥体2610处的零伏特开始且朝着离子光学器件2620降低的单调降低的电势。参考图27B，等电位曲线显示锥体2650处的电势为正，在环形透镜2660中降低至最小负电位，然后朝向离子光学器件2670增加至幅值较小的负电压。透镜2660内存在的最小负电压可用于挤压束并在将离子束提供到下游组件之前将其聚焦。

示例4

对于不同离子(包括铍-9、铟-115、铈-140和铀-238)使用现有系统(如图26A所示)和包括锥体和环形透镜的系统(如图26B所示)进行了比较。结果示于图28中使用现有系统的灵敏度显示在每个分组的左侧，使用超截取锥和环形透镜系统的灵敏度显示在每个分组的右侧。使用超截取锥和环形透镜系统的所有离子的信号强度都较高。在某些情况下，使用超截取锥和环形透镜的组合可以获得2-3倍高的灵敏度。

示例5

参考图29，可以在超截取锥2910之后紧密地布置环形透镜2920，该环形透镜配置为接收非零电压。环形透镜2920和超截取锥2910可以分隔约1-5mm。可以选择环形透镜2920的内径等于或大于锥体2910的基部。这种配置可能导致来自溅射的污染物较少以及导致更高的通过量。

在选择环形透镜2920的整体尺寸时，环形透镜可以通过其孔径与透镜长度的比率来限定。环形透镜2920通常具有较低的孔径-长度比，而平面透镜由于平面透镜的短的长度而具有高的孔径-长度比。对于示例性环形透镜，表1将环形透镜2920与入口透镜2930以及示例环形透镜的离子导向器/偏转器2940的开口的直径(D)-长度(L)比作出比较。

表1

	内径(mm)	长度(mm)	D/L比
				环形透镜	15.55	7	2.22
入口透镜	12	1.518	7.91
				离子导向器的开口	14	0.2	70.00

相比之下，平面透镜的D/L比通常大于6或大于2.5。

示例6

离子接口的某些组件的横截面展示在图30。接口包括采样锥3010、截取锥3020、超截取锥3030、将超截取锥体3030和环形透镜3050保持在一起的保持器3040、离子光学器件3055和离子导向器的入口透镜3050。从采样锥3010的孔口的前边缘到截取锥3020的孔口的前边缘的距离约为7.5mm。从截取锥3020的孔口的前边缘到超截取锥3030的孔口的前边缘的距离约为3.5mm。从超截取锥3030的前边缘到超截取锥3030的基部的距离约为20mm。环形透镜3050可以与超截取锥3030的基部间隔大约1.05mm。环形透镜3050可以具有大约7.05mm的长度。环形透镜3050的后边缘位于距入射透镜3060的前边缘约9.1mm处。入口透镜3060的厚度可为约1.52mm。采样锥3010中的孔的直径可以是大约1.12mm。截取锥3020中的孔的直径可以是大约0.88mm。超截取锥3030中的孔(在入口侧)的直径可以是大约1.00mm。超截取锥3030的底部可以是大约15.55mm宽。环形透镜3050的内径可以等于或大于超截取锥的基部宽度，例如，环形透镜的孔口可以具有大于或等于15.55mm的直径。入口透镜3060的孔口可以是约12.00mm。孔和孔口通常是圆形的，尽管也可以使用其他形状。

当介绍本文公开的示例的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个要素。术语“包括”、“含有”和“具有”意在是开放式的并且意味着除了列出的要素之外可能还有其他要素。本领域普通技术人员将认识到，鉴于本公开的利益，本发明的各种组件可以与其他示例中的各种组件互换或替换。

尽管上文已经描述了某些方面、示例和实施例，但是本领域普通技术人员将认识到，鉴于本公开的益处，所公开的说明性方面、示例和实施例的添加、替换、修改和改变是可能的。

Claims (20)

1.一种离子接口，其包括：

第一元件，其包括第一孔口，第一孔口配置为接收来自电离源的离子并将接收到的离子提供到第一孔口下游的第一区域；

第二元件，其包括第二孔口，第二孔口配置为接收第一区域中的离子并将接收到的离子提供给第二孔口下游的第二区域；

第三元件，其包括第三孔口，第三孔口配置为接收第二区域中的离子并将接收的离子提供给第三孔口下游的第三区域，其中第三元件配置为接收第一非零电压；

第四元件，其包括第一孔穴，第一孔穴配置为接收第三区域中的离子，并在将聚焦的、接收的离子提供给下游组件之前聚焦接收的离子，其中第四元件配置为接收第二非零电压。

2.根据权利要求1所述的离子接口，其中所述第一元件、所述第二元件和所述第三元件中的每一个都包括锥形体。

3.根据权利要求1所述的离子接口，其中所述第四元件配置为透镜。

4.根据权利要求3所述的离子接口，其中所述透镜是直接位于所述第三元件下游的环形透镜，并且其中所述环形透镜的所述第一孔穴的内径等于或大于所述第三元件的外径。

5.根据权利要求4所述的离子接口，包括配置为保持所述环形透镜和所述第三元件的非导电的保持器。

6.根据权利要求1所述的离子接口，其中所述第一非零电压为正电压，所述第二非零电压为负电压。

7.根据权利要求6所述的离子接口，其中所述正电压大于零且小于约+30伏，并且所述负电压小于零且大于约-300伏。

8.根据权利要求1所述的离子接口，其中：

所述第一非零电压小于零；

所述第二非零电压小于零；以及

所述第二非零电压小于所述第一非零电压。

9.根据权利要求1所述的离子接口，其中：

所述第一非零电压大于零；

所述第二非零电压大于零；

所述第一非零电压小于所述第二非零电压。

10.根据权利要求1所述的离子接口，其中所述第三元件和所述第四元件中的每个是独立可控的，以在包括所述离子接口的系统的操作期间改变所述第一非零电压和所述第二非零电压。

11.根据权利要求1所述的离子接口，其中所述第一元件包括具有所述第一孔口的第一锥体，所述第二元件包括具有所述第二孔口的第二锥体，所述第三元件包括具有所述第三孔口的第三锥体，其中第三锥体的锥形开口角度小于第二锥体的锥体开口角度，其中第四元件包括环形透镜，并且其中环形透镜的内径大于或等于第三锥体的外径。

12.根据权利要求1所述的离子接口，其中所述第一元件和所述第二元件中的至少一个配置为电连接到地。

13.一种质谱仪，其包括：

电离源；

根据权利要求1所述的离子接口，其与电离源流体连接；和

与离子接口流体连接的质量分析器。

14.根据权利要求13所述的质谱仪，还包括位于所述质量分析器和所述离子接口之间的离子导向器。

15.根据权利要求14所述的质谱仪，其中所述离子导向器直接定位在所述离子接口的所述第四元件的下游。

16.一种通过质谱仪接口将离子从电离源提供到质谱仪组件的方法，所述方法包括：

通过质谱仪接口的电连接到地的第一元件的第一孔口将离子从电离源提供到第一真空区域中；

通过质谱仪接口的电连接到地的第二元件的第二孔口将第一真空区域中的离子提供到第二真空区域，其中第二真空区域的压力低于第一真空区域的压力；

通过质谱仪接口的第三元件的第三孔口将第二真空区域中的离子提供到第三真空区域，其中第三真空区域的压力低于第二真空区域的压力，并且其中第三元件包括第一非零电压；

通过第四元件将第三真空区域中的离子提供给质谱仪组件，其中第四元件包括第二非零电压并且配置为在将聚焦的离子提供给质谱仪组件之前聚焦所提供的离子。

17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述第四元件尺寸设计和布置成内径大于或等于所述第三元件的外径。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括向所述第三元件施加正电压。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括向所述第四元件施加负电压。

20.根据权利要求16所述的方法，还包括将所述第二非非零电压施加到所述第四元件以提供具有拐点的电场。

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