CN115885176A - 用于俘获和积累离子的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于离子积累的方法和装置。一种用于离子积累的装置包括多个区域。第一区域使用第一驱动电位接收离子并将离子传输到第二区域。第二区域可在第一状态和第二状态之间切换，在第一状态下，第二区域生成防止离子进一步移动并进入第三区域的第一电场，在第二状态下，第二区域生成朝着第三区域引导离子的第二电场。当处于第一状态时，第一电场防止离子进一步移动，这使得离子在第二区域中积累。当处于第二状态时，第二电场将离子从第二区域移动到第三区域。一种积累离子的方法包括在俘获状态和释放状态之间切换施加到一区域的电场。

Description

用于俘获和积累离子的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2020年5月22日提交的美国临时专利申请第63/028,768号的权益，该申请通过引用以其全部内容并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及离子迁移谱(IMS)和质谱(MS)领域。更具体地，本公开涉及用于俘获和积累离子以提高IMS和MS系统中的离子分辨率的方法和装置。

背景技术

IMS是一种基于离子迁移率来分离和识别处于气相中的离子的技术。例如，IMS可被用于分离具有不同迁移率的结构异构体和大分子。IMS依赖于向静态或动态背景气体中的离子混合物施加恒定电场或时变电场。与具有较小迁移率(或较大碰撞截面[CCS])的离子相比，具有较大迁移率(或较小CCS)的离子在电场的影响下移动得更快。通过在IMS设备的分离距离(例如，在漂移管中)上施加电场，来自离子混合物的离子可基于其迁移率在时间上或空间上分离。因为具有不同迁移率的离子在不同时间(时间分离)到达漂移管的端部，所以可基于位于漂移管端部处的检测器的检测时间来识别这些离子。通过改变分离距离，可改变迁移率分离的分辨率。

MS是一种分析技术，该技术可基于其质荷比分离化学物质的混合物。MS包括使化学物质的混合物电离，随后在电场和/或磁场的存在下加速离子混合物。在一些质谱仪中，具有相同质荷比的离子经历相同的偏转或时间相关响应。具有不同质荷比的离子可经历不同的偏转或时间相关响应，并且可基于由检测器(例如，电子倍增器)检测的空间或时间位置来识别这些离子。

IMS与MS结合可生成IMS-MS谱，其可用于广泛的应用，包括代谢组学、糖组学和蛋白质组学。IMS-MS离子分离可通过将离子迁移谱仪与质谱仪耦合来进行。例如，离子迁移谱仪可首先基于离子的迁移率来分离离子。具有不同迁移率的离子可在不同的时间到达质谱仪，然后基于其质荷比被分离。IM谱仪的一个示例是无损离子操纵(SLIM)设备的结构，其可生成具有最小离子损失的IMS谱。SLIM设备可使用行波分离作为用于分离不同迁移率的离子的一种技术。然而，行波分离可导致离子迁移率分离的宽峰，特别是当行波分离在长距离上进行时。

此外，检测时的信噪比和分辨率受引入IMS设备的离子数量的影响。因此，离子阱已被用于在注入用于离子迁移率分离的离子之前积累离子，然而，这种离子阱受到空间电荷效应的限制。在这方面，在达到空间电荷容量(此时可从离子阱中丢失离子)之前，离子阱可积累有限数量的电荷。过去，这些限制通常通过增加路径长度来解决，这可能导致更大和/或更复杂的设备。此外，已经开发了施加间歇或“断续”行波的系统和方法，以将离子分类、压缩或重组到数量减少的离子迁移率仓中，这导致离子空间压缩和IMS中离子包分辨率的增加。例如，名称为“Method and Apparatus for Spatial Compression and IncreasedMobility Resolution of Ions(用于离子的空间压缩和迁移率分辨率增加的方法和装置)”的美国专利第10,018,592号公开了改变间歇行波的占空比，以将离子包压缩成更窄的分布峰值。然而，前述方法仍然受到所利用的行波的空间电荷效应和参数(例如，速度、幅度、波形等)的限制。

因此，需要用于机载俘获和积累离子的附加系统和方法，以提高IMS和MS系统的分辨率和灵敏度。

发明内容

本公开涉及用于机载俘获和积累离子的方法和装置，以提高IMS和MS系统中的离子分辨率。

根据本公开的实施例，提供了用于离子积累的示例性装置。一种用于离子积累的装置包括第一区域和第二区域。第一区域被配置为接收离子并且生成第一驱动电位，该第一驱动电位被配置为在第一方向上引导离子穿过第一区域。第二区域被配置为从第一区域接收离子，在可以是俘获状态的第一状态和可以是释放状态的第二状态之间切换，当处于第一状态时生成第一电场，当处于第二状态时生成第二电场。第一电场被配置为防止离子在第一方向上移动并进入第三区域，第二电场被配置为在第一方向上朝着第三区域引导离子。因此，可在俘获状态期间生成第一电场，可在释放状态期间生成第二电场。当第二区域处于第一状态时，第一驱动电位和第一电场防止第二区域中的离子离开第二区域，并使得离子在第二区域中积累。当第二区域处于第二状态时，第二电场使得离子在第一方向上朝着第三区域移动。

在一个方面，第一驱动电位可以是行波。在另一方面，第一电场可以是DC电压。在这些方面，DC电压的幅度可大于第一驱动电位的偏压。此外，在这些方面，第二电场可以是行波，并且该行波可被配置为基于迁移率来分离离子。在其他方面，DC电压的幅度可小于第一驱动电位的偏压，并且DC电压可产生势阱。在这些方面，第二电场可以是DC电位梯度或行波，其可被配置为基于迁移率来分离离子。

在一些方面，第一电场可以是在与第一方向相反的第二方向上行进的行波，第二电场可以是在第一方向上行进的第二行波。在这些方面，第二行波可被配置为基于迁移率来分离离子。此外，在这些方面，可在俘获状态期间生成第一电场，且可在释放状态期间生成第二电场。

在其他方面，第三区域可被配置为接收来自第二区域的离子，并且生成被配置为基于迁移率来分离离子的第二驱动电位。

在其他方面，第一区域可包括多个电极，这些电极被设置在第一表面上，沿着第一方向布置，并且被配置为生成第一驱动电位，第二区域可包括一个或多个电极，这些电极被设置在第一表面上，并且沿着第一方向布置，第二区域的一个或多个电极中的至少一个可被配置为当处于第一状态时生成第一电场，并且当处于第二状态时生成第二电场。

在这些方面，该装置可包括控制器，该控制器被配置为向第一区域的多个电极施加第一电压信号，向第二区域的一个或多个电极中的至少一个电极施加第二电压信号，并向第二区域的一个或多个电极中的至少一个电极施加第三电压信号。此外，多个电极可被配置为基于第一电压信号生成第一驱动电位，该至少一个电极可被配置为基于第二电压信号生成第一电场，并且该至少一个电极可被配置为基于第三电压信号生成第二电场。当该装置处于第一操作模式时，控制器将第二电压信号施加到第二多个电极，从而将第二区域置于第一状态，并且当该装置处于第二操作模式时，控制器将第三电压信号施加到第二多个电极，从而将第二区域置于第二状态。

在一些方面，当第二区域处于第一状态时，第二区域的第一部分可生成第一电场，当第二区域处于第二状态时，第二区域的第一部分可生成第二电场，并且第二区域的第二部分可生成不同于第一电场的第四电场。

在一些其他方面，第二区域可包括多行射频(RF)电极和多个行波(TW)电极阵列，多个TW电极阵列中的每一个可包括至少三个单独电极。在这些方面，当第二区域处于第一状态时，第一电场可由多个TW电极阵列中的每一个的至少一个单独电极生成。

一种用于离子积累的方法包括将离子引入具有第一区域、第二区域和第三区域的用于离子积累的装置中。该方法包括在第一区域内生成驱动电位，以用于引导离子在第一方向上穿过第一区域，并且利用驱动电位将离子从第一区域传输到第二区域。该方法还包括在第二区域内生成第一电场，以用于防止离子在第一方向上移动并进入第三区域，并且在第二区域中积累离子。可在俘获状态期间施加第一电场。该方法还包括将在第二区域内生成的第一电场切换到第二电场，以用于在第一方向上朝着第三区域引导积累的离子。可在释放状态期间生成第二电场。

在一些方面，驱动电位可以是行波。在其他方面，第一电场可以是DC电压。在这些方面，DC电压的幅度可大于驱动电位的偏压。在其他这样的方面，第二电场可以是行波，并且该方法可包括利用该行波基于迁移率来分离离子。

在其他方面，DC电压的幅度可小于第一驱动电位的偏压，并且DC电压可产生势阱。在这些方面，第二电场可以是DC电位梯度或行波。在第二电场是行波的情况下，该方法可进一步包括利用该行波基于迁移率来分离离子。

在其他方面，第一电场可以是在与第一方向相反的第二方向上行进的第一行波，第二电场可以是在第一方向上行进的第二行波。在这些方面，该方法可进一步包括利用该行波基于迁移率来分离离子。此外，在这些方面，可在俘获状态期间生成第一电场，且可在释放状态期间生成第二电场。

在一个方面，该方法还可包括将积累在第二区域中的离子传输到第三区域，在第三区域内生成第二驱动电位，并且利用第二驱动电位基于迁移率来分离离子。

在一些方面，第二区域的第一部分可生成第一电场和第二电场，第二区域的第二部分可生成不同于第一电场的第四电场。

在一些其他方面，第二区域可包括多行射频(RF)电极和多个行波(TW)电极阵列，多个TW电极阵列中的每一个可包括至少三个单独电极。在这些方面，当第二区域处于第一状态时，第一电场可由多个TW电极阵列中的每一个的至少一个单独电极生成。

在另一方面，一种用于离子积累的装置包括离子通道、第一区域、第二区域、第三区域和控制器。离子通道被限定在第一表面和第二表面之间，沿着第一纵向方向和第一侧向方向延伸，并且被配置为接收离子流。第一区域包括被设置在第一表面上并沿着第一纵向方向布置的多个电极。第二区域包括被设置在第一表面上并沿着第一纵向方向布置的一个或多个电极。控制器被配置为向第一区域的多个电极施加第一电压信号，向第二区域的一个或多个电极施加第二电压信号，以及向第二区域的一个或多个电极施加第三电压信号。可在俘获操作模式期间施加第二电压信号，且可在释放操作模式期间施加第三电压信号。第一区域的多个电极被配置为基于第一电压信号生成沿着第一纵向方向行进的第一驱动电位。第一驱动电位被配置为在第一纵向方向上引导离子穿过离子通道。第二区域的一个或多个电极被配置为基于第二电压信号生成第一电场，该第一电场防止离子沿着第一纵向方向行进并进入第三区域。可在俘获操作模式期间生成第一电场。第二区域的一个或多个电极被配置为基于第三电压信号生成第二电场，该第二电场被配置为沿着第一纵向方向朝着第三区域引导离子。可在释放操作模式期间生成第三电压信号。当该装置处于可以是俘获操作模式的第一操作模式时，控制器将第二电压信号施加到第二区域的一个或多个电极，并且第一驱动电位和第一电场防止第二区域中的离子离开第二区域，这使得离子在第二区域中积累。当该装置处于可以是释放操作模式的第二操作模式时，控制器将第三电压信号施加到第二区域的一个或多个电极，并且第二电场使得离子在第一方向上朝着第三区域移动。

在一些方面，第一电压信号可以是行波。在其他方面，第二电压信号可以是DC电压。在这些方面，DC电压的幅度可大于第一驱动电位的偏压。此外，在这些方面，第三电压信号可以是行波，并且该行波可被配置为基于迁移率来分离离子。

在其他方面，可将第二电压信号施加到第二区域的单个电极。

在其他方面，DC电压的幅度可小于第一驱动电位的偏压，DC电压可产生势阱。在这些方面，第三电压信号可以是DC电位梯度或行波，其可被配置为基于迁移率来分离离子。在这些方面，可将DC电压施加到第二区域的两个或更多个电极。

在一个方面，第二电压信号可以是在与第一方向相反的第二方向上行进的行波，第三电压信号可以是在第一方向上行进的第二行波。在这些方面，第二行波可被配置为基于迁移率来分离离子。此外，在这些方面，可在俘获操作模式期间施加第二电压信号，且可在释放操作模式期间施加第三电压信号。

在另一方面，第三区域可包括被设置在第一表面上并沿着第一纵向布置的多个电极。第三区域可被配置为接收来自第二区域的离子，并且生成被配置为基于迁移率来分离离子的第二驱动电位。

一种离子积累的方法包括将离子流引入离子积累设备的离子通道。积累设备包括第一表面、第二表面、包括被设置在第一表面上并沿着第一纵向方向布置的多个电极的第一区域、包括被设置在第一表面上并沿着第一纵向方向布置的一个或多个电极的第二区域、以及第三区域。第一离子通道被限定在第一表面和第二表面之间，并且沿着第一纵向方向和第一侧向方向延伸。该方法还包括通过控制器向第一区域的多个电极施加第一电压信号，并且通过第一区域的多个电极生成沿着第一纵向方向行进的第一驱动电位。第一驱动电位还被配置为在第一纵向方向上引导离子通道内的离子。该方法还包括利用第一驱动电位将离子通道内的离子沿着第一纵向方向从第一区域传输到第二区域。该方法还包括通过控制器向第二区域的一个或多个电极施加第二电压信号，并且通过第二区域的一个或多个电极基于第二电压信号生成第一电场。在俘获操作模式期间，可施加第二电压信号，并且可生成第一电场。该方法还包括利用第一电场防止离子在第一方向上移动并进入第三区域，并在第二区域中积累离子。该方法还包括将通过控制器施加到第二区域的第二电压信号切换到第三电压信号，以用于在第一方向上朝着第三区域引导离子通道内的在第二区域中积累的离子。在释放操作模式期间，可施加第三电压信号，并且可生成第二电场。

在一些方面，第一电压信号可以是行波。在其他方面，第二电压信号可以是DC电压。在这些方面，DC电压的幅度可大于第一电压信号的偏压。在其他这样的方面，第三电压信号可以是行波，并且该方法可包括利用该行波基于迁移率来分离离子。在其他这样的方面，可将第二电压信号施加到第二区域的单个电极。

在其他方面，DC电压的幅度可小于第一电压信号的偏压，并且DC电压可产生势阱。在这些方面，第三电压信号可以是DC电位梯度或行波。在第三电压信号是行波的情况下，该方法可进一步包括利用该行波基于迁移率来分离离子。在这些方面，可将DC电压施加到第二区域的两个或更多个电极。

在其他方面，第二电压信号可以是在与第一方向相反的第二方向上行进的行波，第三电压信号可以是在第一方向上行进的第二行波。在这些方面，该方法可进一步包括利用该行波基于迁移率来分离离子。此外，在这些方面，可在俘获操作模式期间施加第二电压信号，且可在释放操作模式期间施加第三电压信号。

在一个方面，该方法还可包括将积累在第二区域中的离子传输到第三区域。该方法还可包括通过控制器向第三区域的多个电极施加第四电压信号，这些电极可被设置在第一表面上并且沿着第一纵向方向布置。该方法还可包括通过第三区域的多个电极生成沿着第一纵向方向行进的第二驱动电位。第二驱动电位可被配置为在第一纵向方向上引导离子通道内的离子。该方法还可包括利用第二驱动电位基于迁移率来分离离子。在一些方面，第四电压信号和第三电压信号可以相同。在其他方面，第一电压信号、第三电压信号和第四电压信号可以相同。

一种离子积累设备包括离子积累部分、出口部分和出口过渡部分。离子积累部分具有第一宽度，并且被配置为接收离子，在第一状态和第二状态之间切换，当处于第一状态时生成第一电场，并且当处于第二状态时生成第二电场。出口部分具有小于第一宽度的第二宽度，并且被配置为生成第三电场，该第三电场被配置为引导离子穿过出口部分。出口过渡部分在离子积累部分和出口部分之间延伸，并具有从邻近离子积累部分的第一宽度减小到邻近出口部分的第二宽度的锥形宽度。出口过渡部分还被配置为生成第三电场，以引导离子穿过出口过渡部分到达出口部分。第一电场被配置为防止离子在第一方向上移动并进入出口过渡部分，而第二电场被配置为在第一方向上朝着出口过渡部分引导离子。当离子积累部分处于第一状态时，第一电场防止离子积累部分中的离子离开离子积累部分，并且使得离子积累在离子积累部分中。当离子积累部分处于第二状态时，第二电场使得离子在第一方向上朝着出口过渡部分移动。

在一些方面，出口过渡部分可被配置为防止离子因空间电荷效应而放电。在一些其他方面，第三电场可与第二电场相同，或者可与第二电场不同。

在其他方面，该离子积累设备还可包括入口部分和入口过渡部分。入口部分可具有小于第一宽度的第三宽度，并且入口过渡部分可在入口部分和离子积累部分之间延伸。入口过渡部分可具有从邻近入口部分的第三宽度增加到邻近离子积累部分的第一宽度的锥形宽度。在这些方面，入口部分和出口过渡部分可被配置为生成第四电场，以引导离子穿过入口部分和入口过渡部分到达离子积累部分。

在一些其他方面，第二电场可以是在第一方向上行进的行波，并且离子积累部分可被配置为从生成第二电场切换到生成第四电场，该第四电场是在与第一方向相反的第二方向上行进的行波。

在其他方面，第一电场可以是DC电压。在这些方面，离子积累部分的第一部分可生成第一电场，且离子积累部分的第二部分可生成不同于第一电场的第四电场。

在其他方面，离子积累部分可包括多行射频(RF)电极和多个行波(TW)电极阵列，其中，多个TW电极阵列中的每一个包括至少三个单独电极。在这些方面，第一电场可由多个TW电极阵列中的每一个的至少一个单独电极生成。

在其他方面，该离子积累设备可包括入口部分，其被定位于离子积累部分的侧向侧部处并且被配置为向离子积累部分提供离子。

通过结合附图考虑的以下详细描述，其他特征将变得明显。然而，应当理解，附图仅被设计为例示说明，而不是对本发明的限制的定义。

附图说明

从结合附图进行的本发明的以下具体实施方式中，本公开的上述特征将变得明显，其中：

图1是本公开的示例性离子迁移率分离(IMS)系统的示意图；

图2是可与本公开的图1的IMS系统一起使用的示例性SLIM设备的一部分的图解视图；

图3是图2的SLIM设备表面上的电极的第一示例性布置的示意图；

图4是图2的SLIM设备表面上的电极的第二示例性布置的示意图；

图5是示出图2的SLIM设备的示例性区域的框图；

图6是示出施加于图5的示例性区域的第一组示例性波形的示意框图，包括用于积累离子的高DC电位波形；

图7A是示出施加于图5的示例性区域的第二组示例性波形的示意框图，包括用于积累离子的DC势阱和第一释放状态波形；

图7B是示出图7A所示的第二组示例性波形的示意框图，但具有第二释放状态波形；

图8是示出施加于图5的示例性区域的第三组示例性波形的示意框图，包括用于积累离子的反向行波；

图9是示出本公开的IMS系统中用于积累和分离离子的区域的示例性布置的框图；

图10是本公开的示例性积累区域的示意图；以及

图11是具有侧向入口部分的图10的示例性积累区域的示意图。

具体实施方式

本公开涉及机载俘获和积累离子的方法和装置，如下文结合图1至图11详细所述。

可经由离子迁移谱(IMS)基于离子的迁移率来分离离子。例如，可通过在离子集合上施加一个或多个电位波形(例如，行进电位波形、直流(DC)梯度或两者)来实现迁移率分离。基于IMS的迁移率分离可通过无损离子操纵(SLIM)的结构来实现，该结构可系统地将行进和/或DC电位波形施加于离子集合，例如，在名称为“Method and Apparatus for IonMobility Separatiions Utilizing Alternating Current Waveforms(利用交流波形进行离子迁移率分离的方法和装置)”的美国专利第8,835,839号和名称为“IonManipulation Device(离子操纵设备)”的美国专利第10,317,364号中公开和描述的设备，这两个专利的全部内容并入本文。这可产生连续的离子流，这些离子流基于其迁移率在时间上/空间上分离。在一些实施方式中，可能希望从离子集合中选择具有预定迁移率范围的离子。这可通过在SLIM设备(“SLIM滤波器”)中基于迁移率的离子过滤来实现。SLIM滤波器(例如，低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等)可将叠加应用于在不同方向上(例如，在二维中)指向(例如，行进)的多个潜在波形。潜在波形的特性(例如，幅度、形状、频率等)可确定SLIM滤波器的属性(例如，带宽、截止迁移率值等)。

本公开利用上述SLIM设备不仅传输和分离不同迁移率的离子，还在相应的SLIM设备内积累离子，以用于后续的分离和分析。在这点上，可将不同的波形施加到SLIM设备的不同区域，例如，组合在一起的一个或多个电极，以将离子俘获在积累区域中，直到达到空间电荷极限或者积累了足够数量的离子，如下面更详细讨论的。

图1是根据本公开的示例性离子迁移率分离(IMS)系统100的示意图。IMS系统100包括电离源102、SLIM设备104、质谱仪106、控制器108、计算设备110、电源112和真空系统114。电离源102生成离子(例如，具有变化的迁移率和质荷比的离子)并将离子注入到SLIM设备104中(结合图2至图4更详细地讨论)。根据期望的功能和施加到其上的波形，SLIM设备104可被配置为传输离子、积累离子、存储离子和/或分离离子。在这点上，SLIM设备104可被用于选择具有一个或多个预定迁移率范围的离子，并将选择的离子带(或多个离子带)引导到检测器，例如，质谱仪106。真空系统114可与SLIM设备104流体连通，并调节SLIM设备104内的气压。具体地，真空系统114可向SLIM设备104提供氮气，同时将其中的压力保持在恒定的压力。

SLIM设备104可包括一个或多个表面114a、114b(例如，印刷电路板表面)，在其上可布置多个电极。电极可接收电压信号、电压波形和/或电流波形(例如，DC电压或电流、RF电压或电流、或者AC电压或电流、或者其叠加)，并且可生成电位(例如，电位梯度)，以将离子限制在SLIM设备104中，在SLIM设备104中积累离子，并且引导离子通过SLIM设备104，这可基于离子的迁移率造成离子积累和分离，如下面更详细讨论的。

控制器108可控制电离源102、SLIM设备104、质谱仪106和真空系统114的操作。例如，控制器108可控制通过电离源102将离子注入SLIM设备104的速率、SLIM设备104的阈值迁移率以及通过质谱仪106实现的离子检测。控制器108还可控制由SLIM设备104生成的电位波形的特征和运动(例如，通过向SLIM设备104的电极施加RF/AC/DC电位)，以便传输、积累和/或分离离子。

控制器108可通过改变所施加的RF/AC/DC电位(或电流)的属性来控制电位波形的特性(例如，幅度、形状、频率等)。在这点上，控制器108可改变SLIM设备104的不同区域(例如，不同的电极分组)的电位波形的属性，以俘获/积累离子并随后分离离子。这可通过努力提高离子峰分辨率、缩小离子峰、提高信噪比以及实现目标迁移率附近的清晰分离来实现。

控制器108可从电源112接收功率，该电源可以是(例如)向控制器108提供DC电压的DC电源。控制器108可包括多个电源模块(例如，电流和/或电压供应电路)，这些电源模块生成驱动SLIM设备104的电极的各种电压(或电流)信号。例如，控制器108可包括生成RF电压信号的RF控制电路、生成行波电压信号的行波控制电路、生成DC电压信号的DC控制电路等。可将RF电压信号、行波电压信号和DC电压信号施加到SLIM设备104的电极。控制器108还可包括主控制电路，该主控制电路可控制RF/行波/DC控制电路的操作。例如，主控制电路可控制由RF/行波/DC控制电路生成的电压(或电流)信号的幅度和/或相位，以实现迁移率滤波系统100的期望操作。

如上所述，SLIM设备104可生成DC/行进电位波形(例如，由SLIM设备104中的多个电极生成的电位产生)和DC电位，这可进行基于迁移率的分离并导致离子积累。行进电位波形可基于例如施加到电极的电压信号的频率以预定速度行进。在一些实施方式中，行进电位波形可以是空间周期性的，并且空间周期性可取决于施加到相邻电极对的电压信号之间的相位差。在一些实施方式中，相位差可以确定电位波形的传播方向。在一些实施方式中，施加到积累/俘获/栅电极的波形可控制SLIM设备104中的离子积累。主控制电路可控制RF/行波/DC控制电路的电压输出的频率和/或相位，使得行波电位波形具有期望的(例如，预定的)空间周期性和/或速度，并且积累波形/电位足以限制离子的运动并因此积累离子。

在一些实施方式中，控制器108可与计算设备110通信联接。例如，计算设备110可经由控制信号向主控制电路提供IMS系统100的操作参数。在一些实施方式中，用户可向计算设备110提供操作参数(例如，经由用户界面)。基于经由控制信号接收的操作参数，主控制电路可以控制RF/AC/DC控制电路的操作，这些控制电路又可以确定联接的SLIM设备104的操作。在一些实施方式中，RF/AC/DC控制电路可以物理分布在IMS系统100上。例如，一个或多个RF/AC/DC控制电路可位于IMS系统100中，并且各种RF/AC/DC控制电路可基于来自电源112的电力进行操作。

图2是可与图1的IMS系统100一起使用的示例性SLIM设备104(例如，用于传输离子、积累离子、存储离子和/或分离离子的SLIM设备)的一部分的图解视图。SLIM设备104包括第一表面114a和第二表面114b。第一表面114a和第二表面114b可被布置(例如，彼此平行)为在其间限定一个或多个离子通道。第一表面114a和第二表面114b可包括电极116、118a-f、120a-e、122a-x(见图3和图4)，例如，这些电极在面向离子通道的表面上布置成电极阵列。第一表面114a和第二表面114b上的电极116、118a-118f、120a-e、122a-x可电联接到控制器108，并从其接收电压(或电流)信号或波形。在一些实施方式中，第一表面114a和第二表面114b可包括背板，该背板包括多个导电通道，这些导电通道允许在控制器108和第一表面114a和第二表面114b上的电极116、118a-f、120a-e、122a-x之间的电连接。在一些实施方式中，导电通道的数量可少于电极116、118a-f、120a-e、122a-x的数量。换言之，多个电极116、118a-f、120a-e、122a-x可连接到单个电通道。结果，给定的电压(或电流)信号可同时传输到多个电极116、118a-f、120a-e、122a-x。基于接收到的电压(或电流)信号，电极116、118a-f、120a-e、122a-x可生成一个或多个电位(例如，各种电位的叠加)，这些电位可沿着传播轴(例如，z轴)限制、驱动和/或分离离子。

图3是SLIM设备104的第一表面114a和第二表面114b的示意图，示出了其上电极116、118a-f、120a-e、122a-h的第一示例性布置。第一表面114a和第二表面114b可以相对于平行平面基本上是镜像，因此应当理解，第一表面114a的描述同样适用于第二表面114b，因此第二表面114b可包括具有与第一表面114a相似的电极布置的电极。

第一表面114a包括保护电极116、多个连续电极118a-f和多个分段电极阵列120a-e。多个连续电极118a-f中的每一个可接收电压(或电流)信号，或者可被连接至地电位，并且可生成可以防止或抑制离子接近第一表面114a的赝势。多个连续电极118a-f可以是矩形形状，矩形的较长边沿着经历迁移率分离的离子的传播方向布置，例如，沿着平行于图3所示的z轴的传播轴。多个连续电极118a-f可沿着可以垂直于传播方向(例如，z轴)的侧向方向(例如，沿着y轴)彼此分离。

多个分段电极阵列120a-e中的每一个可被置于两个连续电极118a-f之间，并且包括沿着(平行于)传播方向(例如，沿着z轴)布置的多个单独电极122a-h，例如，八个电极、十六个电极、二十四个电极等。应当理解，每个分段电极阵列120a-e可包括多于或少于八个电极，但是应该包括至少三个电极。例如，如图4所示，分段电极阵列120a-e各自包括24个电极122a-x。此外，单独的电极122a-x可被分成从控制器108接收特定信号的单独组，这将在下面更详细地讨论。多个分段电极阵列120a-e可接收第二电压信号，并且生成可沿着传播轴驱动离子的驱动电位或可俘获离子的DC电压信号，这将在下面更详细地讨论。也就是说，基于施加到连续电极118a-f、分段电极阵列120a-e和多个单独电极122a-h的电压设置，第一表面114a和第二表面114b及其电极布置可以针对不同的目的而实现，并因此具有不同的功能。

多个连续电极118a-f和多个分段电极阵列120a-e可以交替方式布置在DC保护电极116之间的第一表面114a上。分段电极120a-e可以是行波(TW)电极，使得每个分段电极阵列120a-e的每个单独电极122a-h接收同时施加到所有单独电极122a-h的电压信号，但是在相邻电极122a-h之间沿着z轴进行相移。然而，分段电极阵列120a-e的相同单独电极(例如，第一单独电极122a)接收相同的电压信号，而没有相移。

施加到单独电极122a-h的电压信号可以是正弦波形(例如，AC电压波形)、矩形波形、DC方波波形、锯齿波形、偏置正弦波形、脉冲电流波形等，并且提供给单独电极122a-h的信号的幅度可以基于所施加的电压波形来确定，例如，考虑到上述的相移。例如，如果AC电压波形的单个波长在八个电极(例如，单独电极122a-h)上延伸，则可通过从AC波形中选择对应于与单个波长相关联的电极总数(例如，八个电极)的相移的值，来确定施加到单独电极122a-h的电压信号的幅度。例如，单独电极122a-h的相邻电极之间的相移是45度(单个波长周期的360度除以8)。这可通过将单独电极122a-h电联接到生成相对于彼此进行相移的电压信号的不同行波控制电路(例如，AC控制电路、DC(方波)控制电路、脉冲电流控制电路等)来实现。替代性地，控制器108可以是单个行波控制电路，其可以生成可被同时施加到电极122a-h的电压信号。应当理解，电压或电流波形可以采取各种形式，例如，方形、三角形、矩形、锯齿形等，可以是周期性的，也可以是非周期性的等。例如，控制器108可以是行波控制电路，其可以包括生成DC电压信号的一个或多个DC(方波)控制电路和生成正弦信号的AC控制电路。

如上所述，控制器108可包括一个或多个脉冲电压或电流控制电路，其可生成脉冲电压(或电流)波形，例如，方形、三角形、矩形、锯齿形等。脉冲电压(或电流)波形可以是周期性的，没有极性反转。脉冲电压(或电流)控制电路可包括电连接到单独电极122a-h的多个输出端。在一些实施方式中，控制器108可以是脉冲电压(或电流)控制电路，其可以同时将多个电压信号(例如，构成脉冲波形的电压信号)施加到单独电极122a-h中的每一个。电压(或电流)波形的各种脉冲形状可通过DC电压信号和正弦信号的叠加来生成。控制器108可确定由各种行波控制电路生成的电压信号之间的相移。行进电位波形的形状/周期性可基于施加到相邻电极122a-h的电压信号之间的相移。控制器108可确定由DC控制电路生成的DC电压信号的幅度，并且可确定由行波控制电路生成的AC信号的幅度和/或频率。

电压信号(例如，AC信号)的频率可确定行进电位波形的速度。生成电压(或电流)波形的相移AC信号的另一种方法是使用多相变压器，该电压(或电流)波形生成行进电位波形。这种方法可基于变压器的多个次级绕组的连接方案来提供对多个电压输出信号之间的相位关系的控制。以这种方式，一个或多个输入驱动电压信号可被用于仅用模拟电路生成多个相位相关输出。这种方法与上述数字生成方法之间的关键区别在于，相位依赖性可以由变压器的物理布线决定，并且在不对布线进行物理改变的情况下不会改变。数字生成的波形之间的相位关系可以动态变化，而不改变硬件。

随着时间的推移，电位波形(例如，由施加到电极的AC波形、正弦电压波形、脉冲电压[或电流]波形生成)可沿传播方向行进，例如，沿z轴行进。这可导致施加到单独电极122a-h的电压的幅度变化。例如，在第一时间步骤期间施加到第一单独电极122a的电压在下一时间步骤期间施加到相邻的单独电极122b。控制器108可包括一个或多个行波控制电路，其可生成脉冲电压/电流波形、AC波形等。在一些实施方式中，控制器可包括一个或多个RF控制电路，其可生成RF电压波形，这将在下面更详细地讨论。

控制器108可通过控制施加到单独电极122a-h的AC/RF/脉冲电压(或电流)波形的频率和/或相位来控制行进电位波形的速度。当电位波形行进时，可沿传播方向推动被引入SLIM设备104中的离子，并且必要时，基于离子的迁移率沿z轴潜在地分离离子。在这点上，由控制器108施加的行进波形可被用于传输离子，而不分离离子，或者传输离子并在传输期间基于迁移率分离离子。

如上所述，多个连续电极118a-f可被连接至一个或多个电压控制电路，例如，控制器108中的电压控制电路，并且从其接收RF信号。施加到连续电极118a-f的RF电压可以相对于相邻的连续电极118a-f相移。也就是说，相邻的连续电极118a-f可接收相同的RF信号，但是相移180度。因此，在第一状态下，第一电极118a、第三电极118c和第五电极118e可具有正极性(表示为RF+)，而第二电极118b、第四电极118d和第六连续电极118f可具有负极性(表示为RF-)。随着时间和信号的推移，每个连续电极118a-f的极性切换。前述功能将离子保持在第一表面114a和第二表面114b之间，并且防止离子接触第一表面114a和第二表面114b。

如上所述，SLIM设备104可在每个分段电极阵列120a-e中具有多于或少于八个单独电极122a-h，并且可包括多于或少于五个分段电极阵列120a-e和六个连续电极118a-f，这取决于SLIM设备104所需的功能。例如，图4是SLIM设备104的第一表面114a和第二表面114b的示意图，示出了其上的电极116、118a-f、120a-e、122a-x的第二和第三示例性布置。更具体地，图4中所示的电极116、118a-f、120a-e、122a-x的布置基本上与图3中所示的布置相同，但是每个分段电极阵列120a-e具有24个单独电极122a-x，六个连续电极118a-f被分成三组，并且保护电极116被分成三组。

在该配置中，第一组八个单独电极122a-h可被用于第一功能，例如，在分离或不分离离子的情况下传输离子，第二组八个单独电极122i-p可被用于第二功能，例如，俘获和积累离子，第三组八个单独电极122q-x可被用于第三功能，例如，在传输离子时分离离子。例如，控制器108可向第一组八个单独电极122a-h提供第一波形，向第二组八个单独电极122i-p提供第二波形，向第三组八个单独电极122q-x提供第三波形。此外，每个单独电极122a-x可由控制器108单独控制并被提供波形或电压(例如，DC电压值)，或者根据期望的功能在不同的波形或电压之间切换。因此，单独电极122a-x可根据需要以及根据设计考虑而被分成几组。

如图5所示，图5是示出图2的SLIM设备104的示例性区域的框图，可基于单独电极122a-x的所需功能将单独电极122a-x分组成不同区域。例如，SLIM设备104可包括传输区域124、积累区域126和分离区域128。传输区域124可具有施加到其上的行波，该行波将离子传输到积累区域126。积累区域126可例如通过由一个或多个开关/栅电极形成的实现方式来俘获和积累离子。一旦从积累区域126释放，分离区域128可分离和传输离子。图3中所示的电极布置可在传输区域124、积累区域126和分离区域128中的任何一个中实现，其中，将电压施加到规定该功能的相应电极。例如，图4的第一组八个单独电极122a-h可被实现为传输区域124，图4的第二组八个单独电极122i-p可被实现为积累区域126，并且图4的第三组八个单独电极122q-x可被实现为分离区域128。

此外，如图4和图5所示，积累区域126可设有独立的多组连续电极118a-f和独立的多组保护电极116，其可由控制器108单独控制并向其施加不同的电压。这种配置允许将不同的RF和DC电压施加到积累区域126。例如，可减小施加到积累区域126中的连续电极118a-f的RF电压的幅度，以避免激发离子，并且可调节施加到积累区域126中的连续电极118a-f的RF电压和施加到积累区域126中的保护电极116的DC保护电压，以与施加到积累区域126的第二组单独电极1221-p的电压匹配。

图6是示出施加于SLIM设备104的区域124、126、128的第一组示例性波形以及穿过区域124、126、128的示例性离子运动的示意框图。传输区域124具有施加到其上的第一行波130，该第一行波沿着传播轴(例如，z轴)将离子132a-c传输到积累区域126。第一行波130可由控制器108生成，并且可被定制以在基于迁移率分离或不分离离子132a-c的情况下传输离子132a-c。传输区域124可包括每个分段电极阵列120a-e的多个单独电极122a-x。例如，所有分段电极阵列120a-e的第一至第八单独电极122a-h可接收第一行波130并将离子132a-c传输到积累区域126。积累区域126可部分地与传输区域124重叠，因为第一行波130延伸到积累区域126中。

积累区域126可具有两种不同的状态/操作模式，例如，俘获状态和释放状态，可在不同的时间段内操作。当处于俘获状态/操作模式时，第一行波130可延伸到积累区域126中和单个栅电极131中，例如，分离区域128中的每个分段电极阵列120a-e的第一单独电极122a(例如，图4的第十七单独电极122q)或积累区域126中的每个分段电极阵列120a-e的第八单独电极122h(例如，图4的第十六单独电极122p)可将施加到其上的信号从第一行波130切换到被配置为俘获或防止离子132a-c继续传播的信号。更具体地，栅电极从控制器108接收高DC电位电压信号134，其电位大于第一行波130的偏压。第一行波130的偏压通常是施加到第一行波130的固定DC电压，以偏移波形。这样，第一行波130沿着传播轴连续传输例如从电离源102提供给SLIM设备104的离子132a-c，直到离子132a-c到达栅电极131，在此处，这些离子被高DC电位电压信号134停止(例如，排斥)。尽管如此，连续循环的第一行波130防止离子132a-c在相反方向(例如，在负z轴方向)上传播，而是通过在传播方向(例如，在正z轴方向)上连续推动离子132a-c来俘获离子132a-c，对抗高DC电位电压信号134，这允许离子132a-c在积累区域126中积累。这实质上将离子132a-c分组，使得这些离子可在分离区域128中被集体地分离。

因此，在操作中，当处于俘获状态/操作模式时，可将离子132a-c连续馈送给SLIM设备104，直到已经积累了足够数量的离子，这可通过是否已经达到空间电荷极限来确定。更具体地，空间电荷效应限制了在离子放电之前给定长度内可包含的电荷的最大数量。通常，在SLIM设备104中，存在着每毫米路径长度存在大约一百万个电荷的空间电荷极限。因此，如果单个行波段(例如，结合图3所示和所述的包括六个RF电极118a-f和具有八个单独电极122a-h的五个分段电极阵列120a-e的电极段)被用于积累离子，并且该段例如长度为九毫米，则空间电荷极限(例如，积累容量)大约为九百万个电荷。也就是说，在超过空间电荷极限(此时，可从阱中丢失离子)之前，可以积累九百万个电荷。注意，空间电荷极限是基于所有积累的离子的总电荷值，而不是离子的数量。例如，一些离子可能具有更大的电荷值，例如，+40或+50，并且在这种情况下，与积累具有+10电荷的离子相比，将会积累更少的离子。此外，前述假设了具有六个RF电极118a-118f和五个分段电极阵列120a-e的单个行波段，然而，如果需要附加的容量，例如，为了增加分析的灵敏度，可增加附加的行来增加每单位长度的积累容量。例如，可将第六分段电极阵列和第八连续RF电极添加到图3和图4所示的电极配置中，这将为离子积累提供附加的空间。

栅电极131可以是可切换电极，使其可在第一段时间内在俘获状态中操作，直到已经积累了足够数量的离子，然后可将施加到其上的信号切换至释放状态，栅电极131可在第二段时间内在释放状态中操作。例如，信号可从高DC电位电压信号134切换到第二行波136，使得该信号与施加到分离区域128的第二行波136同步，这将导致积累的离子132a-c被释放到分离区域128中。将可由控制器108生成的第二行波136施加到分离区域128的电极，并且基于离子132a-c的迁移率沿z轴分离离子132a-c，并沿传播方向(例如，z轴)将离子132a-c推向质谱仪106，以用于分析。分离区域128可包括每个分段电极阵列120a-e的多个单独电极122a-x。例如，所有分段电极阵列120a-e(见图4)的第十七至第二十四单独电极122q-x可接收第二行波136。注意，传输区域124也可用作分离区域，使得第一行波130与第二行波136相同，这可有助于在俘获状态/操作模式和释放状态/操作模式之间切换时同步第一行波130和第二行波136。

图7A是示出施加于SLIM设备104的区域124、126、128的第二组示例性波形和穿过区域124、126、128的示例性离子运动的示意框图，包括第一释放状态波形(释放状态1A和1B)。图7B是示出如图7A所示的第二组示例性波形的示意框图，但是具有第二释放状态波形。

如上所述，第一行波130被施加于传输区域124，并沿着传播轴(例如，z轴)将离子132a-c传输到积累区域126。第一行波130可由控制器108生成，并且可被定制以在基于迁移率分离或不分离离子132a-c的情况下传输离子132a-c。传输区域124可包括每个分段电极阵列120a-e的多个单独电极122a-x。例如，所有分段电极阵列120a-e的第一至第八单独电极122a-h可接收第一行波130并将离子132a-c传输到积累区域126。积累区域126可部分地与传输区域重叠，因为第一行波130延伸到积累区域126中。

积累区域126可具有两种不同的状态/操作模式，例如，俘获状态/操作模式和释放状态/操作模式，并且可在不同的时间段内操作。当处于俘获状态/操作模式时，第一行波130可延伸到积累区域126中，并且多个栅/阱电极可使施加到其上的信号从第一行波130切换到被配置为俘获或防止离子132a-c继续传播的信号。例如，一对电极可被实现为栅/阱电极，例如，积累区域126中的每个分段电极阵列120a-e(见图3)的第一单独电极122a和第二单独电极122b(例如，图4的第九单独电极122i和第十单独电极122j)或者积累区域126中的每个分段电极阵列120a-e(见图3)的第七单独电极122g和第八单独电极122h(例如，图4的第十五单独电极122o和第十六单独电极122p)，或者积累区域126中的每个分段电极阵列120a-e(见图3)的整个阵列的单独电极122a-h(例如，图4的第九至第十六单独电极122i-p)可被实现为栅/阱电极。

更具体地，栅/阱电极(例如，第七电极122g和第八电极122h)在第一时间段内从控制器108接收低DC电位电压信号140，这产生了电位低于分离区域128的第一行波130和第二行波142的偏压的势阱(例如，DC势阱)。这样，第一行波130沿着传播轴连续传输例如从电离源102提供给SLIM设备104的离子132a-c，直到离子132a-c到达栅/阱电极122g、122h，在此处，俘获这些离子，因为这些离子不能克服分离区域128中的第二行波142的电位。类似地，连续循环的第一行波130防止离子132a-c在相反方向(例如，在负z轴方向)上传播，并在低势阱140内俘获离子132a-c，这使得离子132a-c积累在积累区域126中(例如，在低势阱140内)。这实质上将离子132a-c分组，使得这些离子可在分离区域128中被集体地分离。

因此，在操作中，当处于俘获状态/操作模式时，可将离子132a-c连续馈送给SLIM设备104，直到低势阱140和积累区域126中积累了足够数量的离子，如上所述，这可通过是否达到空间电荷极限来确定。然而，由于积累区域126(例如，低势阱140)跨越多个电极延伸，因此可控制阱的容量，可使用多于两个电极来产生低势阱，以便积累更多数量的离子电荷。此外，如果需要附加的容量，例如，为了增加分析的灵敏度，可增加附加的行来增加每单位长度的积累容量。例如，可将第六分段电极阵列和第八连续RF电极添加到图3和图4所示的电极配置中，这将为离子积累提供附加的空间。

栅/阱电极122g、122h可以是可切换电极，使得一旦已经积累了足够数量的离子，施加到其上的信号就可以切换至释放状态。例如，如图7A中的释放状态1A所示，施加到栅/阱电极122g、122h的信号可从低DC电位电压信号140切换到斜坡DC电位电压信号144(例如，DC电位梯度)，该斜坡DC电位电压信号降低电位并穿过栅/阱电极122g、122h，以将积累/俘获的离子132a-c推向分离区域128，这导致积累的离子132a-c被释放到分离区域128中。可由控制器108生成的第二行波142被施加到分离区域128，并且被配置为与斜坡DC电位电压信号144对接或同步，使得离子132a-c从积累区域126传输到分离区域128，以用于传播和分离。第二行波142基于离子132a-c的迁移率沿z轴分离离子132a-c，并沿传播方向(例如，z轴)将离子132a-c推向质谱仪106，以便用于分析。分离区域128可包括每个分段电极阵列120a-e的多个单独电极122a-x。例如，所有分段电极阵列120a-e(见图4)的第十七至第二十四单独电极122q-x可接收第二行波142。注意，传输区域124也可用作分离区域，使得第一行波130与第二行波136相同。

替代性地，如图7A中的释放状态1B所示，第二行波142可偏离第一行波130，例如，可向第二行波142施加比第一行波130低的偏压。在这种配置中，DC电位电压信号140可被配置为从第一行波130的偏压斜降到第二行波142的偏压，以将离子132a-132c从积累区域126过渡和推动到分离区域128，以便用于传播和分离。

作为在释放状态/模式期间实现斜坡DC电位电压信号144的替代，控制器108可在处于释放状态/模式时向栅/阱电极122g、122h提供第三行波146，如图7B所示，图7B示出了第二释放状态波形。也就是说，提供给栅/阱电极122g、122h的信号可从低DC电位电压信号140切换到第三行波146，第三行波146可被配置为与第一行波130和/或第二行波142对接或同步，使得第三行波将积累/俘获的离子132a-c推向并推入被施加第二行波142的分离区域128。第二行波142可由控制器108生成，并且被配置为与第三行波146对接或同步，使得离子132a-c被从积累区域126传输到分离区域128，以便用于传播和分离，如上所述。

此外，如结合图4所述，积累区域126可设有独立的多组连续电极118a-f和独立的多组保护电极116，其可由控制器108单独控制并向其施加不同的电压。这种配置允许将不同的RF和DC电压施加到积累区域126。例如，当积累区域126处于俘获状态并因此接收低DC电位电压信号140时，施加到积累区域126中的连续电极118a-f的RF电压的幅度可以减小，以避免激发离子，并且施加到积累区域126中的保护电极116的DC保护电压可以减小，以与施加到积累区域126的单独电极1221-p的电压匹配，但是保持在确保离子不会从侧面离开的水平。此外，当积累区域126被切换到释放状态时，可调节施加到连续电极118a-f的RF电压和施加到保护电极116的DC保护电压，这涉及施加到单独电极122i-p的电压信号的变化。例如，如果在释放状态期间施加到单独电极122i-p的电压信号增加，则可增加施加到保护电极116的DC保护电压，以确保离子不会从SLIM设备104的侧面逃逸。

图8是示出施加于SLIM设备104的示例性区域124、126、128的第三组示例性波形以及穿过区域124、126、128的示例性离子运动的示意框图。具体地，图8展示了用于俘获和积累离子的反向行波的实施方式。如上所述，第一行波130被施加到传输区域124，并且沿着传播轴(例如，z轴)将离子132a-c传输到积累区域126。第一行波130可由控制器108生成，并且可被定制以在基于迁移率分离或不分离离子132a-c的情况下传输离子132a-c。传输区域124可包括每个分段电极阵列120a-e的多个单独电极122a-x。例如，所有分段电极阵列120a-e的第一至第八单独电极122a-h可接收第一行波130并将离子132a-c传输到积累区域126。

类似地，分离区域128可具有施加于其上的第二行波142，可由控制器108生成该第二行波。分离区域128可包括每个分段电极阵列120a-e的多个单独电极122a-x。例如，所有分段电极阵列120a-e(见图4)的第十七至第二十四单独电极122q-x可接收第二行波142。因此，第二行波142可在第一行波130结束的地方开始。在这点上，第二行波142可以是与第一行波130相同的波形，使得第一行波和第二行波基本上形成单个连续波。

然而，SLIM设备104可具有两种不同的状态/操作模式，例如，俘获状态/操作模式和释放状态/操作模式，在不同的时间段内操作。当处于俘获状态/操作模式时，控制器108可以在一个时间段内将第三行波148施加到分离区域，例如，施加到第十七至第二十四单独电极122q-x，该第三行波在第一行波130的相反方向上行进，例如，沿着z轴的负方向朝向第一行波130行进。因此，第一行波130和第三行波148可以是在积累区域126相遇的相反的波。此外，第三行波148可以具有与第一行波124相同的频率和幅度，但是在相反的方向上传播。在该配置中，分离区域的单独电极122q-x可以是可切换的，使得在俘获状态/操作模式期间，控制器108向其施加第三行波148，并且在释放状态/操作模式中向其施加第二行波142。

这样，当SLIM设备104在俘获状态/操作模式下操作时，第一行波130沿着传播轴连续传输例如从电离源102提供给SLIM设备104的离子132a-c，直到离子132a-c到达积累区域126，例如，第八电极122h和第九电极122i之间的点，在此处，这些离子由于相反的第一行波130和第三行波148而停止。也就是说，当第一行波130沿着z轴的正方向推动离子132a-c时，第二行波148沿着z轴的负方向在相反方向上推动离子132a-c。因此，连续循环的第三行波148防止离子132a-c进一步沿z轴传播并穿过SLIM设备104，并且连续循环的第一行波130将离子132a-c传输到积累区域126，并随后防止离子132a-c在相反方向上传播，例如，沿z轴在负方向上传播。相反的第一行波130和第三行波148防止位于积累区域126中的离子132a-c沿着z轴行进任何显著的距离，从而俘获离子132a-c并允许离子132a-c积累在积累区域126中。这实质上将离子132a-c分组，使得这些离子可在分离区域128中被集体地分离。

因此，在操作中，当处于俘获状态/操作模式时，可将离子132a-c连续馈送给SLIM设备104，直到积累区域126中已经积累了足够数量的离子，如上所述，这可通过是否达到空间电荷极限来确定。此外，如果需要附加的容量，例如，为了增加分析的灵敏度，可增加附加的行，以增加每单位长度的积累容量。例如，可将第六分段电极阵列和第八连续RF电极添加到图3和图4所示的电极配置中，这将为离子积累提供附加的空间。

如前所述，分离区域的电极122q-x可以是可切换电极，使得一旦已经积累了足够数量的离子，可将施加到其上的信号切换至释放状态。例如，该信号可与施加到传输区域的第一行波130同步地从第三行波148切换到第二行波142，这使得积累的离子132a-c被释放到分离区域128中。可由控制器108生成的第二行波136被施加到分离区域128，基于离子132a-c的迁移率沿z轴分离离子132a-c，并且沿传播方向(例如，z轴)将离子132a-c推向质谱仪106，以便用于检测。注意，传输区域124也可用作分离区域，使得第一行波130与第二行波136相同，这可有助于在俘获状态/操作模式和释放状态/操作模式之间切换时同步第一行波130和第二行波136。

图9是示出本公开的IMS系统100中用于积累和分离离子的传输区域124、积累区域126和分离区域128的示例性布置的框图。如图9所示，IMS系统100可包括多个传输区域124、积累区域126和分离区域128，以便进一步提高分辨率。注意，本公开设想到替代性的布置和配置。在这点上，注意，不同的区域124、126、128不必放置在一条直线上。相反，例如，传输区域124可垂直于积累区域126或分离区域128放置。此外，可以用本公开实现栅极，以便例如控制离子从传输区域124流动到积累区域126，或者从分离区域128流动到第二积累区域126。

图10是本公开的示例性积累区域150的示意图，其可被实现为例如结合图5至图9所示和所述的积累区域126。也就是说，应当理解，积累区域126及其功能的描述同样适用于图10所示的积累区域150，包括上述施加的波形、俘获状态和释放状态。

积累区域150包括入口部分152、入口过渡部分154、离子积累部分156、出口过渡部分158和出口部分160。每个部分150-160通常包括多行连续电极162和多个分段电极阵列164，其数量可以在部分150-160之间变化，如下面更详细讨论的。在这点上，连续电极162和分段电极阵列164的一些行可延伸穿过不止一个部分150-160，其中，一些行延伸穿过积累区域150的所有部分150-160，如图10所示。连续电极162可基本上类似于结合图3和图4所示和所述的连续电极118a-f，而分段电极阵列164可基本上类似于结合图3和图4所示和所述的多个分段电极阵列120a-e。类似于分段电极阵列120a-e，分段电极阵列164可包括多个单独电极122a-h。还注意到，为了便于例示说明，在图10中没有标记每个连续电极162、分段电极阵列164和单独电极122a-h，而是标记了合适的代表性数量的元件。

入口部分152和出口部分160各自可包括例如六行连续电极118a-f和五个分段电极阵列165。然而，应当理解，可包括更多或更少的行和分段电极阵列。入口部分152可被配置为从SLIM设备104的另一部分接收离子，而出口部分160可被配置为向SLIM设备104的另一部分提供离子。例如，入口部分152和出口部分160可邻近传输区域124、分离区域128、不同的积累区域126、150或SLIM设备104的任何其他区域定位，以便从其接收离子或向其提供离子。因此，施加到入口部分152和出口部分160的分段电极阵列165的单独电极122a-h的电压信号(例如，行波电压信号)可与施加到SLIM设备104的相邻部分的电压信号相协调，使得这些电压信号完全集成和兼容。还应当理解，本公开设想到至少一个实施例，其中，入口部分152可附加地和/或替代性地被实现为出口，出口部分160可附加地和/或替代性地被实现为入口。例如，离子积累部分156不仅可被实现为积累离子，还可被实现为切换区域，该切换区域选择性地将离子引导至入口部分152(用作出口)或出口部分160。

入口过渡部分154从入口部分152延伸至离子积累部分156，并随着该入口过渡部分沿z轴从入口部分152前进到离子积累部分156而在宽度上扩大。因此，入口过渡部分154沿y轴的宽度在邻近离子积累部分156的位置比在邻近入口部分152的位置更大。此外，随着入口过渡部分154的宽度变宽，连续电极162和分段电极阵列164的行数逐渐增加。相反，出口过渡部分158随着其沿着z轴从离子积累部分156前进到出口部分160而逐渐变细，并且宽度减小。因此，出口过渡部分158沿y轴的宽度在邻近离子积累部分156的位置比在邻近出口部分160的位置更大。此外，随着出口过渡部分158的宽度减小，连续电极162和分段电极阵列164的行数逐渐减少。

积累区域150被设计成使得离子积累区域156比入口部分152、出口部分160和/或通过SLIM设备104的路径的其他部分更宽，例如，沿垂直于离子传播轴(图10中的z轴)的y轴。积累区域150还被设计成使得入口过渡部分154和出口过渡部分158在入口部分152和出口部分160与积累部分156之间提供逐渐过渡。因此，积累部分156包括比通过SLIM设备104的路径的其他部分更多行的电极，例如，更多行的连续电极162和分段电极阵列164。例如，如图10所示，积累部分156可包括16行连续电极162和15个分段电极阵列164，而被设计成与通过SLIM设备104的路径的其他部分接合的入口部分152和出口部分160包括6行连续电极162和5个分段电极阵列164。

此外，积累部分156的分段电极阵列164可被分为多组或多段，如结合图5所述。例如，积累部分156的每个分段电极阵列164可包括三组或三段八个单独电极122a-h(例如，二十四个电极)。分段电极阵列组和/或每个分段电极阵列组的单独电极122a-h的数量可根据实施方式和实验需要而增加或减少。此外，积累部分156的分段电极阵列164的单独电极122a-h可接收独立于过渡部分154、158、入口部分152和出口部分160的行波信号，这允许行波方向以及因此离子行进穿过积累部分156的方向根据需要进行切换。还应当理解，积累区域150可以以与结合图6至图8所示和所述的相同方式操作。

此外，积累部分156的每个分段电极阵列164可具有一个或多个栅电极166，例如，第三分段电极阵列组的第八电极122h，这些栅电极可具有施加于其上的信号，以俘获或防止离子132a-c继续穿过积累区域150传播。更具体地，栅电极166可接收来自控制器108的高DC电压信号，并进而生成高DC电场(V/m)，以在通过入口部分152、入口过渡部分154和栅电极166之前的单独电极122a-h将离子提供给积累部分时，在积累部分156内俘获离子。积累的离子还被DC保护电极168侧向地(例如，在y轴上)保持，这些保护电极位于积累区域150的部分152-160的侧面，并根据结合图3和图4所示和所述的保护电极116起作用。与较窄的积累部分(例如，与入口部分152或通过SLIM设备104的路径的其余部分宽度相同的积累部分156)相比，积累部分156的扩展宽度允许其在遇到空间电荷问题之前容纳更多的离子。

一旦所需数量的离子在积累部分156中积累，可移除高DC电压信号，并且可施加行波信号，该行波信号与施加到积累部分156内的其他单独电极122a-h的行波信号以及施加到出口过渡部分158的行波信号相协调。一旦移除高DC电压信号并施加行波信号，离子将被推入出口过渡部分158。

如前所述，出口过渡部分158从离子积累部分156向出口部分160逐渐变细。例如，图10所示的出口过渡部分158从31行变窄到11行。这种锥形允许离子离开积累部分156并传输到出口部分160，同时通常避免达到空间电荷极限并因空间电荷效应而放电。在这点上，较快的离子(例如，具有较大离子迁移率的离子)将比较慢的离子更快地离开积累部分156，从而导致离子在穿过出口过渡部分158时分离。因此，紧邻栅电极166需要更大的面积来容纳释放的离子的累积电荷，这些离子在出口过渡部分158的开始处还没有被分离，并且防止离子达到空间电荷极限。然而，随着离子分离，在沿着出口过渡部分158的长度的任何给定位置释放的离子的累积电荷将减少，从而允许出口过渡部分158的宽度逐渐减少，以与出口部分160的宽度匹配。此外，离子被保持在出口过渡部分158内，并被DC保护电极168防止侧向地(例如，沿着y轴)离开。应当理解，出口过渡部分158的长度及其锥度的斜率可根据离子积累区域156中积累的电荷数量来调整。例如，图10中所示的出口过渡部分158具有16个单独电极122a-h的长度，例如，两组8个单独电极122a-h，但是如果确定足够的话，也可提供8个单独电极122a-h。出口部分160从出口过渡部分158接收离子，并将离子传输到SLIM设备104的另一部分。

图11是图10的示例性积累区域150的示意图，其中，侧向入口部分170与该积累区域连接。具体地，在本公开的一些方面，离子积累部分156的一个或两个侧向侧部可在其中具有开口，侧向入口部分170位于其附近。侧向入口部分170可基本上类似于入口部分152，并且可包括多列连续电极162和包括多个单独电极122a-h的多个分段电极阵列164(沿y轴竖直定向，而不是如入口部分152中那样沿z轴水平定向)。侧向入口部分170被配置为将离子直接传输到离子积累部分156中。

离子积累部分156可被用于在其中积累离子，并且可根据上文结合图10提供的描述起作用。具体地，栅电极166a、166b可接收来自控制器108的高DC电压信号，并进而生成高DC电场(V/m)，以在通过侧向入口部分170将离子提供给积累部分156时，在积累部分156内俘获离子。在这点上，离子积累部分156可包括位于其相对两侧上的两组栅电极166a、166b，在其间提供限制区域。

一旦所需数量的离子积累在积累部分156中，离子可被传输到出口部分160或入口部分152，只要向其和入口过渡部分154施加适当的行波，出口部分160或入口部分152就可用作出口部分。具体地，如果将离子发送到出口部分160，则从右侧栅电极166b移除高DC电压信号，并且将沿z轴在正方向上行进的行波信号施加到积累部分156内的单独电极122a-h，以将离子推入出口过渡部分158中，随后推入出口部分160中，在出口部分处，这些离子可被提供给SLIM设备104的另一路径部分。替代性地，如果离子要被发送到入口部分152，则从左侧栅电极166a移除高DC电压信号，并且将沿z轴在负方向上行进的行波信号施加到积累部分156、入口过渡部分154(以与出口过渡部分158类似的方式起作用)和入口部分152(以与出口部分160类似的方式起作用)，以将离子推入入口过渡部分154中，并随后推入入口部分152中，在入口部分处，这些离子可被提供给SLIM设备104的另一路径部分。因此，离子积累部分156是可独立控制的，并且可被用于在不同方向上引导离子。因此，积累区域150不仅可被用于积累离子，而且可被用作方向开关。还应当理解，积累区域150也可被用作方向开关，而不需要首先积累离子。

此外，应当理解，过渡部分154、158可具有基本相似的配置和尺寸，例如，具有相同的长度和/或斜率，或具有不同的配置和/或形状，如图11所示。例如，过渡部分154、158的设计可以基于期望的实施方式和位于其后的SLIM设备104的路径部分而具体地定制。

其他实施例在所公开主题的范围和精神内。在附图中示出这些实施例的一个或多个示例。本领域的技术人员将理解，在本文具体描述的并在附图中示出的系统、设备和方法是非限制性的示例性实施例，并且本公开的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施例说明或描述的特征可以与其他实施例的特征相结合。这种修改和变化旨在被包括在本公开的范围内。此外，在本公开中，实施例的相似命名的部件通常具有相似的特征，因此在具体实施例内，不一定完全详述每个相似命名的部件的每个特征。

本文描述的主题可以在数字电子电路或计算机软件、固件或硬件中实现，包括本说明书中公开的结构装置及其结构等同物或其组合。本文描述的主题可被实现为一个或多个计算机程序产品，例如，有形地包含在信息载体中(例如，在机器可读存储设备中)或包含在传播信号中的一个或多个计算机程序，用于由数据处理装置(例如，可编程处理器、计算机或多个计算机)执行或控制其操作。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)可以用任何形式的编程语言来编写，包括编译或解释语言，并且可以以任何形式来部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适用于计算环境中的其他单元。计算机程序不一定对应于文件。程序可被存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中，被存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者被存储在多个协作文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)。计算机程序可被部署为在一台计算机或位于一个地点或者被分布在多个地点并通过通信网络互连的多台计算机上执行。

本说明书中描述的工艺和逻辑流程(包括本文描述的主题的方法步骤)可以由一个或多个可编程处理器执行，该可编程处理器执行一个或多个计算机程序，以通过操作输入数据和生成输出来执行本文描述的主题的功能。这些工艺和逻辑流程也可以由专用逻辑电路来执行，并且本文描述的主题的装置可被实现为专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。

适于执行计算机程序的处理器包括例如通用和专用微处理器以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器可以从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储设备。通常，计算机还可包括或可操作地联接到一个或多个用于存储数据的大容量存储设备，例如，磁盘、磁光盘或光盘，以从其接收数据或向其传输数据，或两者兼有。适于包含计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储设备(例如，EPROM、EEPROM和闪存设备)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动磁盘)；磁光盘；以及光盘(例如，CD和DVD盘)。处理器和存储器可以由专用逻辑电路来补充或并入其中。

为了提供与用户的交互，本文描述的主题可以在计算机上实施，该计算机具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及用户可以通过其向计算机提供输入的键盘和定点设备(例如，鼠标或轨迹球)。也可以使用其他类型的设备来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，并且可以以任何形式接收来自用户的输入，包括听觉、语音或触觉输入。

可以使用一个或多个模块来实现本文所述的技术。如本文所使用的，术语“模块”是指计算软件、固件、硬件和/或其各种组合。然而，在最低程度上，模块不应被解释为未在硬件、固件上实现的或者在非暂时性处理器可读可记录存储介质上记录的软件(即，模块本身不是软件)。实际上，“模块”应被解释为总是包括至少一些物理的、非暂时性的硬件，例如，处理器或计算机的一部分。两个不同的模块可以共享相同的物理硬件(例如，两个不同的模块可以使用相同的处理器和网络接口)。本文描述的模块可以组合、集成、分离和/或复制，以支持各种应用。此外，代替在特定模块处执行的功能或除了在特定模块处执行的功能之外，本文描述的在特定模块处执行的功能可以在一个或多个其他模块处执行和/或由一个或多个其他设备执行。此外，这些模块可以跨多个设备和/或彼此是本地或远程的其他组件来实现。此外，模块可以从一个设备移动并添加到另一个设备，和/或可以包括在这两个设备中。

本文描述的主题可以在计算系统中实现，该计算系统包括后端组件(例如，数据服务器)、中间件组件(例如，应用服务器)或前端组件(例如，具有图形用户界面或网页浏览器的客户端计算机，用户可以通过该图形用户界面或网页浏览器与本文描述的主题的实施方式交互)或者这种后端、中间件和前端组件的任何组合。该系统的组件可以通过任何形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)来互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如，因特网。

在整个说明书和权利要求书中如本文使用的近似语言可被用于修饰任何可允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能发生变化。因此，由一个或多个术语(例如，“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量该值的仪器的精度。在此处以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换，确定这样的范围，并且包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。

Claims (33)

1.一种用于离子积累的装置，包括：

第一区域，其被配置为接收离子并且生成第一驱动电位，所述第一驱动电位被配置为在第一方向上引导所述离子穿过所述第一区域；以及

第二区域，其被配置为从所述第一区域接收所述离子，在第一状态和第二状态之间切换，当处于所述第一状态时生成第一电场，并且当处于所述第二状态时生成第二电场；

其中，所述第一电场被配置为防止所述离子在所述第一方向上移动并进入第三区域，并且所述第二电场被配置为在所述第一方向上朝着所述第三区域引导所述离子，并且

其中，当所述第二区域处于所述第一状态时，所述第一驱动电位和所述第一电场防止所述第二区域中的离子离开所述第二区域，并使得所述离子在所述第二区域中积累，并且当所述第二区域处于所述第二状态时，所述第二电场使得所述离子在所述第一方向上朝着所述第三区域移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一电场是DC电压。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述DC电压的幅度大于所述第一驱动电位的偏压。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第二电场是行波。

5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述DC电压的幅度小于所述第一驱动电位的偏压，所述DC电压产生势阱。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二电场是DC电位梯度或行波。

7.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一电场是在与所述第一方向相反的第二方向上行进的行波，并且所述第二电场是在所述第一方向上行进的第二行波。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第三区域被配置为从所述第二区域接收所述离子，并且生成第二驱动电位，所述第二驱动电位被配置为基于迁移率分离所述离子。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，

所述第一区域包括多个电极，所述多个电极被设置在第一表面上，沿着所述第一方向布置，并且被配置为生成所述第一驱动电位，并且

所述第二区域包括一个或多个电极，所述一个或多个电极被设置在所述第一表面上，沿着所述第一方向布置，并且被配置为当处于所述第一状态时生成所述第一电场，并且当处于所述第二状态时生成所述第二电场。

10.根据权利要求9所述的装置，包括：

控制器，其被配置为：

向所述第一区域的所述多个电极施加第一电压信号，所述多个电极被配置为基于所述第一电压信号生成所述第一驱动电位，

向所述第二区域的所述一个或多个电极中的至少一个电极施加第二电压信号，所述至少一个电极被配置为基于所述第二电压信号生成所述第一电场，以及

向所述第二区域的所述一个或多个电极中的所述至少一个电极施加第三电压信号，所述至少一个电极被配置为基于所述第三电压信号生成所述第二电场，

其中，当所述装置处于第一操作模式时，所述控制器将所述第二电压信号施加到第二多个电极，从而将所述第二区域置于所述第一状态，并且当所述装置处于第二操作模式时，所述控制器将所述第三电压信号施加到所述第二多个电极，从而将所述第二区域置于所述第二状态。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述第二区域处于所述第一状态时，所述第二区域的第一部分生成所述第一电场，当所述第二区域处于所述第二状态时，所述第二区域的所述第一部分生成所述第二电场，并且所述第二区域的第二部分生成不同于所述第一电场的第四电场。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二区域包括多行射频(RF)电极和多个行波(TW)电极阵列，所述多个TW电极阵列中的每一个包括至少三个单独电极。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，当所述第二区域处于所述第一状态时，所述第一电场由所述多个TW电极阵列中的每一个的至少一个单独电极生成。

14.一种离子积累的方法，包括：

将离子引入具有第一区域、第二区域和第三区域的用于离子积累的装置中；

在所述第一区域内生成驱动电位，以用于引导所述离子在第一方向上穿过所述第一区域；

利用所述驱动电位将所述离子从所述第一区域传输到所述第二区域；

在所述第二区域内生成第一电场，以用于防止所述离子在所述第一方向上移动并进入所述第三区域；

在所述第二区域中积累离子；以及

将在所述第二区域内生成的所述第一电场切换到第二电场，以用于在所述第一方向上朝着所述第三区域引导积累的所述离子。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一电场是DC电压。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述DC电压的幅度大于所述驱动电位的偏压。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二电场是行波。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述DC电压的幅度小于所述驱动电位的偏压，所述DC电压产生势阱。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二电场是DC电位梯度或行波。

20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一电场是在与所述第一方向相反的第二方向上行进的第一行波，并且所述第二电场是在所述第一方向上行进的第二行波。

21.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法进一步包括：

将积累在所述第二区域中的所述离子传输到所述第三区域；

在所述第三区域内生成第二驱动电位；以及

利用所述第二驱动电位基于迁移率分离所述离子。

22.根据权利要求14所述的方法，其中，

所述第一区域包括多个电极，所述多个电极被设置在第一表面上，沿着所述第一方向布置，并且被配置为生成所述第一驱动电位，

所述第二区域包括一个或多个电极，所述一个或多个电极被设置在所述第一表面上并且沿着所述第一方向布置，并且

所述第二区域的所述一个或多个电极中的至少一个生成所述第一电场和所述第二电场。

23.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第二区域的第一部分生成所述第一电场和所述第二电场，所述第二区域的第二部分生成不同于所述第一电场的第四电场。

24.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第二区域包括多行射频(RF)电极和多个行波(TW)电极阵列，所述多个TW电极阵列中的每一个包括至少三个单独电极。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，当所述第二区域处于所述第一状态时，所述第一电场由所述多个TW电极阵列中的每一个的至少一个单独电极生成。

26.一种离子积累设备，包括：

离子积累部分，其具有第一宽度，并且被配置为接收离子，在第一状态和第二状态之间切换，当处于所述第一状态时生成第一电场，并且当处于所述第二状态时生成第二电场；

出口部分，其具有小于所述第一宽度的第二宽度，所述出口部分被配置为生成第三电场，所述第三电场被配置为引导所述离子穿过所述出口部分；以及

出口过渡部分，其在所述离子积累部分和所述出口部分之间延伸，并且具有从邻近所述离子积累部分的所述第一宽度减小到邻近所述出口部分的所述第二宽度的锥形宽度，所述出口过渡部分被配置为生成所述第三电场，以引导所述离子穿过所述出口过渡部分到达所述出口部分；

其中，所述第一电场被配置为防止所述离子在第一方向上移动并进入所述出口过渡部分，并且所述第二电场被配置为在所述第一方向上朝着所述出口过渡部分引导所述离子，并且

其中，当所述离子积累部分处于所述第一状态时，所述第一电场防止所述离子积累部分中的离子离开所述离子积累部分，并使得所述离子积累在所述离子积累部分中，并且当所述离子积累部分处于所述第二状态时，所述第二电场使得所述离子在所述第一方向上朝着所述出口过渡部分移动。

27.根据权利要求26所述的离子积累设备，包括：

入口部分，其具有小于所述第一宽度的第三宽度；以及

入口过渡部分，其在所述入口部分和所述离子积累部分之间延伸，并且具有从邻近所述入口部分的所述第三宽度增加到邻近所述离子积累部分的所述第一宽度的锥形宽度，

其中，所述入口部分和所述出口过渡部分被配置为生成第四电场，以引导所述离子穿过所述入口部分和所述入口过渡部分到达所述离子积累部分。

28.根据权利要求26所述的离子积累设备，其中，所述第二电场是在所述第一方向上行进的行波，并且所述离子积累部分被配置为从生成所述第二电场切换到生成第四电场，所述第四电场是在与所述第一方向相反的第二方向上行进的行波。

29.根据权利要求26所述的离子积累设备，其中，所述第一电场是DC电压。

30.根据权利要求26所述的离子积累设备，其中，所述离子积累部分的第一部分生成所述第一电场，所述离子积累部分的第二部分生成不同于所述第一电场的第四电场。

31.根据权利要求26所述的离子积累设备，其中，所述离子积累部分包括多行射频(RF)电极和多个行波(TW)电极阵列，所述多个TW电极阵列中的每一个包括至少三个单独电极。

32.根据权利要求31所述的离子积累设备，其中，所述第一电场由所述多个TW电极阵列中的每一个的至少一个单独电极生成。

33.根据权利要求26所述的离子积累设备，其中，所述离子积累设备包括入口部分，所述入口部分被定位于所述离子积累部分的侧向侧部处，并且被配置为向所述离子积累部分提供离子。

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