RU2431213C2 - Device for directing ion beam, having electrodes on parallel plates - Google Patents

Device for directing ion beam, having electrodes on parallel plates Download PDF

Info

Publication number
RU2431213C2
RU2431213C2 RU2008135116/28A RU2008135116A RU2431213C2 RU 2431213 C2 RU2431213 C2 RU 2431213C2 RU 2008135116/28 A RU2008135116/28 A RU 2008135116/28A RU 2008135116 A RU2008135116 A RU 2008135116A RU 2431213 C2 RU2431213 C2 RU 2431213C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode strips
potentials
ion
ion beam
plate
Prior art date
Application number
RU2008135116/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008135116A (en
Inventor
Герман ВОЛЛНИК (US)
Герман ВОЛЛНИК
Original Assignee
Шимадзу Корпорэйшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шимадзу Корпорэйшн filed Critical Шимадзу Корпорэйшн
Priority to RU2008135116/28A priority Critical patent/RU2431213C2/en
Publication of RU2008135116A publication Critical patent/RU2008135116A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2431213C2 publication Critical patent/RU2431213C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device for directing an ion beam along an essentially continuous beam line in at least one field which creates a force acting on the ions in the said ion beam, has at least one section having an essentially flat plate-like multi-terminal network having a top flat plate and bottom flat plate. Said force is essentially symmetrical in the parallel direction or essentially asymmetrical in the perpendicular direction relative the centre plane in which the beam line lies. Each of the said plates has first electrode terminals across which corresponding potential values are applied and which generate at least part of the said at least one field. The boundary of the end field lies on each end of the said at least one section and said first electrode terminals are essentially thin and flat.
EFFECT: possibility of using the device when analysing an electron beam or when analysing aerosol transportation.
50 cl, 17 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение относится к устройству транспортировки заряженных частиц, в котором система электродов расположена так, чтобы фокусировать заряженные частицы в поперечном направлении. Конкретнее, настоящее изобретение относится к формированию необходимых поперечных полей электродными полосами на плоских пластинах, расположенными по существу параллельно друг другу, а также к вариантам и применениям.The present invention relates to a charged particle transport device in which an electrode system is arranged to focus charged particles in the transverse direction. More specifically, the present invention relates to the formation of the necessary transverse fields by electrode strips on flat plates arranged substantially parallel to each other, as well as options and applications.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

В известном уровне техники заряженные частицы транспортируют в вакууме или в буферном газе с помощью действующих в поперечном направлении сил, вызванных электрическими многополюсными полями, сформированными стержневидными электродами, которые расположены параллельно пучку частиц и вокруг него. Такими полями могут быть поле постоянного тока или ВЧ-поле, т.е. быстро меняющееся высокочастотное поле. Такие поля применяют во многих устройствах, в которых необходима транспортировка заряженных частиц на достаточно длинные расстояния без потери интенсивности пучка. Как правило, эти устройства можно оценить по давлению буферного газа в области транспортировки или по давлению остаточного газа в вакууме.In the prior art, charged particles are transported in a vacuum or in a buffer gas using transverse forces caused by multipolar electric fields formed by rod-shaped electrodes that are parallel to and around the particle beam. Such fields can be a direct current field or an RF field, i.e. fast-changing high-frequency field. Such fields are used in many devices in which it is necessary to transport charged particles over fairly long distances without loss of beam intensity. Typically, these devices can be estimated by the pressure of the buffer gas in the transport area or by the pressure of the residual gas in vacuum.

Известный уровень техники включает следующие варианты транспортировки частиц:The prior art includes the following options for transporting particles:

1. Транспортировка заряженных частиц в области, в которой давление буферного газа составляет от нескольких мбар до нескольких бар, как изложено в [G.Eiceman, "Спектрометрия подвижности ионов", CRC-Press, Boca Raton, 2006] в этой области могут быть размещены:1. Transportation of charged particles in an area in which the pressure of the buffer gas is from several mbar to several bar, as described in [G. Eiceman, "Ion mobility spectrometry", CRC-Press, Boca Raton, 2006] can be placed in this area :

1.1 спектрометр ионной подвижности или1.1 ion mobility spectrometer or

1.2 спектрометр дифференциальной подвижности, также известный как спектрометр ионной подвижности в несимметричном поле высокой интенсивности.1.2 differential mobility spectrometer, also known as a high-intensity asymmetric ion mobility spectrometer.

2. Транспортировка заряженных частиц в области, в которой давление буферного газа составляет от менее мкбар до нескольких мбар. В этой области могут быть размещены:2. Transportation of charged particles in an area in which the pressure of the buffer gas is from less than mbar to several mbar. In this area can be placed:

2.1 "охладитель пучка", в котором ионы сталкиваются с атомами или молекулами буферного газа и в процессе этого передают им свою кинетическую энергию. Тем самым происходит "охлаждение" ионов и уменьшение фазового пространства, занимаемого пучком ионов.2.1 "beam cooler" in which ions collide with atoms or molecules of a buffer gas and in the process transfer their kinetic energy to them. Thus, the ions are “cooled” and the phase space occupied by the ion beam decreases.

2.2 "ионизационная камера", в которой молекулярные ионы распадаются на части при столкновении с атомами или молекулами буферного газа.2.2. "Ionization chamber" in which molecular ions decay into parts when they collide with atoms or molecules of a buffer gas.

2.3 "транспортная линия", по которой ионы транспортируют из области высокого давления в область низкого давления или наоборот.2.3 "transport line", in which ions are transported from the high-pressure region to the low-pressure region or vice versa.

3. Транспортировка заряженных частиц в область, в которой давление остаточного газа меньше примерно 1 мкбар. В такой области могут быть размещены:3. Transportation of charged particles to an area in which the residual gas pressure is less than about 1 μbar. In this area can be placed:

3.1 канал транспортировки пучка как в ускорителях частиц или системах направления пучка частиц, или3.1 a beam transport channel as in particle accelerators or particle beam direction systems, or

3.2 масс-спектрометр, состоящий из секторного поля, высокочастотного четырехполюсника или изохронной времяпролетной энергосистемы [P.H.Dawson, "Квадрупольная масс-спектрометрия и ее применение", Elsevier, Amsterdam, 1976].3.2 mass spectrometer, consisting of a sector field, high-frequency four-terminal or isochronous time-of-flight energy system [P.H. Dawson, “Quadrupole mass spectrometry and its application”, Elsevier, Amsterdam, 1976].

В вышеприведенных примерах важно то, что по существу все (или по меньшей мере большая часть) первоначально существующие заряженные частицы поступают в конец транспортной линии. В известном уровне техники это может быть достигнуто при использовании одной или множества линз, которые многократно перефокусируют пучок заряженных частиц вдоль транспортной линии с криволинейной осью Z пучка.In the above examples, it is important that essentially all (or at least a large part) of the initially existing charged particles arrive at the end of the transport line. In the prior art, this can be achieved by using one or multiple lenses that repeatedly refocus the charged particle beam along the transport line with the curved axis Z of the beam.

Для одновременного фокусирования заряженных частиц на оси пучка в направлении осей Х и Y, если расположить декартову систему координат XY перпендикулярно оси пучка, могут быть использованы осесимметричные электростатические или магнитные линзы. Однако также могут быть использованы магнитные или электростатические квадрупольные, т.е. 4-полюсные, линзы преимущественно для фокусировки заряженных частиц в направлении оси Х или оси Y и расфокусировки их в другом направлении, как изложено в [H.Wollnik, "Оптика Заряженных Частиц", Acad. Press, Orlando, 1987].To simultaneously focus charged particles on the beam axis in the direction of the X and Y axes, if the Cartesian coordinate system XY is arranged perpendicular to the beam axis, axisymmetric electrostatic or magnetic lenses can be used. However, magnetic or electrostatic quadrupole, i.e. 4-pole lenses primarily for focusing charged particles in the X-axis or Y-axis direction and defocusing them in the other direction, as described in [H. Wollnik, “Charged Particle Optics”, Acad. Press, Orlando, 1987].

В некоторых случаях могут быть использованы магнитные или электростатические гексапольные или октапольные, т.е. с 6 полюсами или 8 полюсами, системы, которые создают нелинейные силы, сдвигающие заряженные частицы ближе к оси пучка или дальше от оси пучка. Во всех 4-, 6- или 8-полюсных устройствах, обычно называемых многополюсниками, общее действие на заряженные частицы таково, что заряженные частицы собираются в области оси пучка по обеим осям Х и Y. Это общее действие происходит потому, что в каждом многополюснике силы, действующие на заряженные частицы в направлении к оси пучка, в целом больше сил, которые действуют на заряженные частицы в направлении от оси пучка. Причина этого в том, что эти силы растут с увеличением расстояния от оси, когда они проходят через многополюсник, и еще в том, что диаметры пучка всегда больше, когда на частицы действуют силы, направленные к оси пучка, в то время как диаметры пучка меньше, когда на частицы действуют силы, направленные от оси пучка.In some cases, magnetic or electrostatic hexapole or octapole, i.e. with 6 poles or 8 poles, systems that create nonlinear forces that move charged particles closer to the beam axis or further from the beam axis. In all 4-, 6-, or 8-pole devices, usually called multipoles, the general effect on the charged particles is such that the charged particles collect in the region of the beam axis along both X and Y axes. This common action occurs because in each multipole the forces acting on charged particles towards the beam axis, there are generally more forces acting on charged particles in the direction from the beam axis. The reason for this is that these forces grow with increasing distance from the axis when they pass through the multipole, and also because the beam diameters are always larger when forces directed towards the axis of the beam act on the particles, while the beam diameters are smaller when the forces acting on the particles from the axis of the beam act on the particles.

Хотя пучки заряженных частиц могут быть эффективно транспортированы отдельными короткими 4-, 6- и 8-полюсными устройствами, также может быть использовано и более длинное одиночное устройство, если приложить к его электродам высокочастотные потенциалы [P.H.Dawson, "Квадрупольная масс-спектрометрия и ее применение", Elsevier, Amsterdam, 1976]. В этом случае на ионы будут действовать схожие фокусирующие и расфокусирующие силы во время их прохождения через высокочастотный многополюсник.Although charged particle beams can be efficiently transported by separate short 4-, 6- and 8-pole devices, a longer single device can also be used if high-frequency potentials are applied to its electrodes [PHDawson, “Quadrupole Mass Spectrometry and its Application ", Elsevier, Amsterdam, 1976]. In this case, similar focusing and defocusing forces will act on the ions during their passage through the high-frequency multipole.

В известном уровне техники электрические многополюсники формируют из 2N=4, 6, 8… стержневидных электродов, расположенных параллельно оси пучка ионов и вокруг него через равные полярные углы Δθ=π/N, причем к электродам с четными номерами приложен потенциал +VNo, а к электродам с нечетными номерами приложен потенциал -VNo. Самые распространенные многополюсники представляют собой четырехполюсники с конфигурацией 2N=4 полюса, как показано на фиг.1, в которых 4 электрода расположены через равные полярные углы π/2 вокруг отверстия диаметром 2G0.In the prior art, electric multipolar circuits are formed from 2N = 4, 6, 8 ... rod-shaped electrodes located parallel to the axis of the ion beam and around it through equal polar angles Δθ = π / N, and the potential + V No is applied to the electrodes with even numbers potential -V No is applied to electrodes with odd numbers. The most common multipoles are quadrupoles with a configuration of 2N = 4 poles, as shown in figure 1, in which 4 electrodes are located through equal polar angles π / 2 around an opening with a diameter of 2G 0 .

В цилиндрических R, θ, Z координатах потенциал VN(R, θ) в 2N-полюснике не зависит от Z и может быть описан как:In cylindrical R, θ, Z coordinates, the potential V N (R, θ) in the 2N-pole is independent of Z and can be described as:

Figure 00000001
Figure 00000001

Здесь θ - полярный угол вокруг оси Z и Ф - полярный угол, на который конфигурация из 2N электродов повернута относительно плоскости θ=0, т.е. плоскости XZ, как показано на фиг.1. Однако на практике точное распределение потенциала согласно формуле (1) носит приблизительный характер, поскольку используются реальные электроды, форма которых ограничена допусками.Here θ is the polar angle around the Z axis and Ф is the polar angle by which the configuration of 2N electrodes is rotated relative to the plane θ = 0, i.e. XZ plane, as shown in FIG. However, in practice, the exact potential distribution according to formula (1) is approximate, since real electrodes are used, the shape of which is limited by tolerances.

В случае классического электрического 2N-полюсника с N=2, как показано на фиг.1, распределение потенциала V2(R, θ-Ф) в формуле (1) аппроксимировано приложением потенциалов +V20, -V20, +V20, -V20 к электродам с вершинами в θ-Ф=0, π/2, π, 3π/4, где θ представляет собой полярный угол. Для точного представления V2(R, θ-Ф) в формуле (1) электроды в плоскости XY должны иметь гиперболическую форму. Благодаря симметрии электродов распределение потенциала V2(R, θ-Ф) имеет 4-кратную симметрию, где Ф - это угол, на который конфигурация электродов повернута относительно плоскости θ=0, как показано на фиг.1 для случаев Ф=0 и Ф=π/4. Потенциал принимает нулевое значение вдоль пунктирных линий на фиг.1, в то время как поле E2=gradV2(G0) постоянно вдоль так называемой окружности отверстия диаметром 2G0. Тем самым результирующие силы, действующие на заряженные частицы, постоянны вдоль этой окружности, но меняют направление, как обозначено маленькими стрелками на фиг.1.In the case of a classical electric 2N-pole with N = 2, as shown in FIG. 1, the potential distribution V 2 (R, θ-Ф) in formula (1) is approximated by applying the potentials + V 20 , -V 20 , + V 20 , -V 20 to the electrodes with vertices at θ-Ф = 0, π / 2, π, 3π / 4, where θ is the polar angle. For an accurate representation of V 2 (R, θ-Ф) in formula (1), the electrodes in the XY plane must have a hyperbolic shape. Due to the symmetry of the electrodes, the potential distribution V 2 (R, θ-Ф) has 4-fold symmetry, where Ф is the angle by which the configuration of the electrodes is rotated relative to the plane θ = 0, as shown in Fig. 1 for the cases Ф = 0 and Ф = π / 4. The potential takes a zero value along the dashed lines in FIG. 1, while the field E 2 = gradV 2 (G 0 ) is constant along the so-called circumference of the hole with a diameter of 2G 0 . Thus, the resulting forces acting on the charged particles are constant along this circle, but change direction, as indicated by the small arrows in figure 1.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Особенности вариантов реализации сводятся к устройству для направления пучка ионов вдоль по существу непрерывной оси пучка по меньшей мере в одном поле, в котором на ионы в пучке действует сила. Это устройство содержит по меньшей мере одну секцию, которая содержит по существу плоский пластинчатый многополюсник, имеющий верхнюю плоскую пластину и нижнюю плоскую пластину, причем действующая на заряженные частицы сила по существу симметрична в параллельном направлении или по существу асимметрична в перпендикулярном направлении относительно плоскости, содержащей ось пучка, и каждую из указанных пластин, а именно верхнюю плоскую пластину и нижнюю плоскую пластину, содержащих первые электродные полосы, к которым приложены соответствующие потенциалы, причем первые электродные полосы генерируют по меньшей мере часть по меньшей мере одного поля, при этом граница краевого поля расположена на каждом конце по меньшей мере одной секции, и первые электродные полосы по существу тонкие и плоские.Features of the embodiments are reduced to a device for directing an ion beam along a substantially continuous axis of the beam in at least one field in which a force acts on the ions in the beam. This device comprises at least one section that contains a substantially flat plate-like multipole having an upper flat plate and a lower flat plate, the force acting on charged particles being essentially symmetrical in the parallel direction or essentially asymmetric in the perpendicular direction relative to the plane containing the axis beam, and each of these plates, namely the upper flat plate and lower flat plate containing the first electrode strips to which are attached potentials, wherein the first electrode strips generate at least a portion of at least one field, the boundary field boundary being located at each end of the at least one section, and the first electrode strips are substantially thin and flat.

В этом устройстве верхняя плоская пластина и нижняя плоская пластина расположены по существу параллельно или наклонно плоскости по меньшей мере одной секции, причем экстраполированная линия пересечения верхней плоской пластины и нижней плоской пластины по существу перпендикулярна оси пучка ионов.In this device, the upper planar plate and the lower planar plate are arranged substantially parallel to or inclined to the plane of the at least one section, the extrapolated line of intersection of the upper planar plate and the lower planar plate being substantially perpendicular to the axis of the ion beam.

В устройстве по меньшей мере одна секция включает по меньшей мере одну секцию, в качестве которых указаны прямая секция и изогнутая секция, которая изогнута внутри плоскости, причем прямые секции по меньшей мере одной секции содержат по существу четырехугольные первые электродные полосы, параллельные оси пучка ионов, и изогнутые секции по меньшей мере одной секции содержат по существу изогнутые первые электродные полосы, расстояние до которых от оси пучка ионов по существу постоянно.In the device, at least one section includes at least one section, which is a straight section and a curved section that is curved inside the plane, the straight sections of at least one section containing essentially quadrangular first electrode strips parallel to the axis of the ion beam, and the curved sections of the at least one section contain essentially curved first electrode strips, the distance to which from the axis of the ion beam is substantially constant.

В устройстве ось пучка ионов по меньшей мере в одной секции обладает по меньшей мере одним из свойств, включающих прямоту, изогнутость и криволинейность.In the device, the axis of the ion beam in at least one section has at least one of the properties, including straightness, curvature and curvilinearity.

В устройстве каждая из первых электродных полос имеет по меньшей мере один из краев, в качестве которых указаны (а) прямой и (b) изогнутый край, а ширина, по существу перпендикулярная оси пучка ионов, меньше длины вдоль оси пучка ионов для каждой из первых электродных полос. Кроме того, длины или углы отклонения первых электродных полос равны по меньшей мере, соответственно, длинам или углам отклонения смежной с ними одной первой электродной полосы. Кроме того, длины или углы отклонения первых электродных полос не равны по меньшей мере длинам или углам отклонения, соответственно, смежной с ними одной первой электродной полосы, и изменяются линейно либо нелинейно в зависимости от соответствующего расстояния до них от оси пучка ионов.In the device, each of the first electrode strips has at least one of the edges, which are indicated as (a) a straight line and (b) a curved edge, and the width essentially perpendicular to the axis of the ion beam is less than the length along the axis of the ion beam for each of the first electrode strips. In addition, the lengths or angles of deviation of the first electrode strips are equal to at least, respectively, the lengths or angles of deviation of the adjacent one first electrode strip. In addition, the lengths or angles of deviation of the first electrode strips are not equal to at least the lengths or angles of deviation, respectively, of the adjacent one first electrode strip, and vary linearly or nonlinearly depending on the corresponding distance from the axis of the ion beam.

В устройстве ширина по меньшей мере одной из первых электродных полос увеличивается вдоль оси пучка ионов. Также отношение ширин первых электродных полос к расстоянию между верхней плоской пластиной и нижней плоской пластиной представляет собой постоянную или переменную величину, изменяющуюся вдоль оси пучка ионов. Кроме того, по меньшей мере к двум первым электродным полосам в течение некоторого периода времени приложены потенциалы для формирования поля вдоль оси пучка ионов.In the device, the width of at least one of the first electrode strips increases along the axis of the ion beam. Also, the ratio of the widths of the first electrode strips to the distance between the upper flat plate and the lower flat plate is a constant or variable value that varies along the axis of the ion beam. In addition, potentials are applied to at least two first electrode strips for a period of time to form a field along the axis of the ion beam.

В устройстве ширина по меньшей мере одной из первых электродных полос увеличивается и уменьшается вдоль оси пучка ионов так, что ширина максимальна в средней части.In the device, the width of at least one of the first electrode strips increases and decreases along the axis of the ion beam so that the width is maximum in the middle part.

В устройстве ширина первых электродных полос больше на более удаленных от пучка ионов расстояниях.In the device, the width of the first electrode strips is greater at distances farther from the ion beam.

В устройстве ширина центральной из первых электродных полос равна или больше ширин смежных с ней первых электродных полос.In the device, the width of the central of the first electrode strips is equal to or greater than the widths of the adjacent first electrode strips.

В устройстве ионы направлены к одной из указанных пластин, в качестве которых указаны верхняя плоская пластина и нижняя плоская пластина, а именно к пластине, имеющей больший притягивающий ионы потенциал, приложенный к этой пластине в течение некоторого периода времени, и также имеющей отверстие, позволяющее производить эмиссию по меньшей мере части ионов.In the device, the ions are directed to one of these plates, which are indicated as an upper flat plate and a lower flat plate, namely, a plate having a larger ion-attracting potential applied to this plate for a certain period of time, and also having an opening allowing emission of at least a portion of the ions.

В устройстве ионы направлены вдоль плоскости под действием различных потенциалов, приложенных в течение некоторого периода времени к первым электродным полосам для формирования поля, параллельного плоскости.In the device, the ions are directed along the plane under the action of various potentials applied for a certain period of time to the first electrode strips to form a field parallel to the plane.

Устройство также содержит вторые электродные полосы, расположенные по существу перпендикулярно плоскости первой поверхности и второй поверхности, причем вторые электродные полосы являются по существу тонкими и плоскими. В устройстве вторые электродные полосы (а) по существу прямоугольные или (b) по существу изогнутые и расположены на постоянном минимальном расстоянии от оси пучка ионов. Кроме того, ширины вторых электродных полос больше на более удаленных расстояниях от указанной плоскости. Также ширина по меньшей мере одной из вторых электродных полос увеличивается вдоль оси пучка ионов. Кроме того, ширина по меньшей мере одной из вторых электродных полос увеличивается и уменьшается вдоль оси пучка ионов таким образом, что ширина максимальна в средней части. Кроме того, ионы направлены к одной из указанных поверхностей, в качестве которых указаны первая поверхность и вторая поверхность, а именно к поверхности, имеющей больший притягивающий ионы потенциал, приложенный ко вторым электродным полосам в течение некоторого периода времени, причем в этих поверхностях имеется отверстие, позволяющее производить эмиссию по меньшей мере части ионов. Также в системе использован пластинчатый многополюсник для транспортировки пучка ионов в буферном газе низкого давления в вакуумной системе транспортировки ионов, в которой давление остаточного газа настолько низкое, что ион испытывает по существу минимальное количество ион-атомных и ион-молекулярных столкновений, причем сформированы высокочастотные многополюсные поля и многополюсные поля постоянного тока для возможности проведения масс-анализа, при этом расстояние между первой поверхностью и второй поверхностью по существу меньше расстояния между верхней плоской пластиной и нижней плоской пластиной. Дополнительно в устройстве к каждой из вторых электродных полос приложен по меньшей мере один из таких потенциалов, как (а) по существу постоянные потенциалы и (b) синусоидальные потенциалы. Кроме того, в устройстве к каждой из вторых электродных полос приложен по меньшей мере один из таких потенциалов, как (а) по существу постоянные потенциалы и (b) прямоугольно переключаемые потенциалы. Кроме того, по меньшей мере один из высокочастотных потенциалов, включающий по меньшей мере одну частоту, приложен к одной из вторых электродных полос, и каждая по меньшей мере одна частота может отличаться от других по меньшей мере одной из характеристик, включающих амплитуду и фазу.The device also comprises second electrode strips located substantially perpendicular to the plane of the first surface and the second surface, the second electrode strips being substantially thin and flat. In the device, the second electrode strips (a) are substantially rectangular or (b) are substantially curved and are located at a constant minimum distance from the axis of the ion beam. In addition, the widths of the second electrode strips are larger at more remote distances from the indicated plane. Also, the width of at least one of the second electrode strips increases along the axis of the ion beam. In addition, the width of at least one of the second electrode strips increases and decreases along the axis of the ion beam so that the width is maximum in the middle part. In addition, the ions are directed to one of these surfaces, the first surface and the second surface being indicated, namely, to a surface having a greater ion attracting potential applied to the second electrode strips for a certain period of time, and there is a hole in these surfaces, allowing the emission of at least a portion of the ions. The system also uses a plate-like multipole for transporting an ion beam in a low-pressure buffer gas in a vacuum ion transport system in which the residual gas pressure is so low that the ion experiences a substantially minimal amount of ion-atom and ion-molecular collisions, and high-frequency multipolar fields are generated and multipolar DC fields to allow mass analysis, the distance between the first surface and the second surface being substantially smaller e the distance between the upper flat plate and the lower flat plate. Additionally, at least one of such potentials as (a) essentially constant potentials and (b) sinusoidal potentials is applied to each of the second electrode strips in the device. In addition, in the device, at least one of such potentials is applied to each of the second electrode strips, such as (a) substantially constant potentials and (b) rectangular switched potentials. In addition, at least one of the high-frequency potentials, including at least one frequency, is applied to one of the second electrode strips, and each at least one frequency may differ from the others of at least one of the characteristics, including the amplitude and phase.

В устройстве первые электродные полосы содержат проводящий материал или материал, имеющий проводящую поверхность, причем потенциал вдоль каждой из электродных полос является по существу постоянным.In the device, the first electrode strips comprise a conductive material or a material having a conductive surface, the potential along each of the electrode strips being substantially constant.

В устройстве первые электродные полосы сформированы по меньшей мере из одного провода.In the device, the first electrode strips are formed of at least one wire.

В устройстве первые электродные полосы содержат накладки из проводящего материала на соответствующих изоляционных подложках или подложках с небольшой проводимостью, и сформированы в виде печатных плат. Кроме того, накладки разделены областью, которая меньше или равна толщине любой из первых электродных полос. Также предусмотрен проводящий слой, который выполнен с возможностью экранировать высокочастотное поле, сформированное накладками, если приложены высокочастотные потенциалы.In the device, the first electrode strips contain plates of conductive material on the corresponding insulating substrates or substrates with low conductivity, and are formed in the form of printed circuit boards. In addition, the pads are separated by an area that is less than or equal to the thickness of any of the first electrode strips. A conductive layer is also provided that is configured to shield the high-frequency field formed by the overlays if high-frequency potentials are applied.

В устройстве по меньшей мере один из высокочастотных потенциалов, изменяемый по меньшей мере с одной частотой, приложен к одной из первых электродных полос, и каждая, по меньшей мере одна, частота может отличаться от других по меньшей мере одной из характеристик, включающих амплитуду и фазу. Кроме того, по меньшей мере дипольное поле может быть модулировано частотой, независимой от других многополюсных полей, по меньшей мере для одной секции.In the device, at least one of the high-frequency potentials, variable with at least one frequency, is applied to one of the first electrode strips, and each at least one frequency can differ from the others of at least one of the characteristics, including the amplitude and phase . In addition, at least the dipole field can be modulated by a frequency independent of other multipolar fields for at least one section.

В устройстве к каждой из первых электродных полос приложен по меньшей мере один из таких потенциалов, как (а) по существу постоянные потенциалы и (b) синусоидальные потенциалы.In the device, at least one of such potentials is applied to each of the first electrode strips, such as (a) essentially constant potentials and (b) sinusoidal potentials.

В устройстве к каждой из первых электродных полос приложен по меньшей мере один из таких потенциалов, как (а) по существу постоянные потенциалы и (b) прямоугольно переключаемые потенциалы.In the device, at least one of such potentials is applied to each of the first electrode strips, such as (a) essentially constant potentials and (b) rectangular switched potentials.

В устройстве к внешним из первых электродных полос приложен общий потенциал, и к нецентральным внутренним из первых электродных полос приложен потенциал по существу больший, чем общий потенциал, и к центральной из первых электродных полос приложен потенциал по существу меньший, чем потенциал, приложенный к внутренним первым электродным полосам.In the apparatus, a common potential is applied to the outer of the first electrode strips, and a potential substantially greater than the common potential is applied to the off-center inner of the first electrode strips, and a potential substantially lower is applied to the central of the first electrode strips than the potential applied to the inner first electrode strips.

В устройстве использован пластинчатый многополюсник для фокусирования пучка ионов в направлении к плоскости в буферном газе высокого давления от нескольких бар до менее 1 мбар в спектрометре ионной подвижности или в спектрометре дифференциальной подвижности, причем наличие высокочастотных многополюсных полей и многополюсных полей постоянного тока во время пролета указанных ионов вдоль указанной оси пучка ионов обеспечено пластинчатым многополюсником.The device used a plate multipole for focusing the ion beam in the direction of the plane in a high-pressure buffer gas from several bar to less than 1 mbar in an ion mobility spectrometer or in a differential mobility spectrometer, and the presence of high-frequency multipolar fields and multipolar DC fields during the passage of these ions along the indicated axis of the ion beam is provided by a plate multipole.

В устройстве использован пластинчатый многополюсник для транспортировки пучка ионов в буферном газе среднего давления от примерно 1 мбар до менее 1 мкбар в охладителе пучка, в котором ионы теряют энергию в результате ион-атомных и ион-молекулярных столкновений так, что в результате фазовое пространство пучка иона уменьшается, причем во время пролета указанных ионов вдоль оси пучка ионов обеспечено наличие в пластинчатом многополюснике высокочастотных многополюсных полей.The device uses a plate multipole to transport an ion beam in a medium-pressure buffer gas from about 1 mbar to less than 1 μbar in a beam cooler, in which ions lose energy as a result of ion-atom and ion-molecular collisions so that as a result of the phase space of the ion beam decreases, moreover, during the flight of these ions along the axis of the ion beam, the presence of high-frequency multipolar fields in the plate multipole is ensured.

В устройстве использован пластинчатый многополюсник для транспортировки пучка ионов в буферном газе среднего давления примерно от 1 мбар до менее 1 мкбар в ионизационной камере, в которой молекулы распадаются на части в результате ион-атомных и ион-молекулярных столкновений, и выделяются осколочные ионы.The device uses a plate multipole to transport an ion beam in a medium-pressure buffer gas from about 1 mbar to less than 1 mbar in an ionization chamber in which molecules decay into parts as a result of ion-atom and ion-molecular collisions, and fragmentation ions are released.

В устройстве использован пластинчатый многополюсник для транспортировки пучка ионов в буферном газе низкого давления, в вакуумной системе транспортировки ионов, в которой давление остаточного газа настолько мало, что иона испытывает по существу минимальное количество ион-атомных или ион-молекулярных столкновений, причем сформированы высокочастотный многополюсный поля и многополюсный поля постоянного тока с возможностью проведения масс-анализа.The device uses a plate multipole for transporting an ion beam in a low-pressure buffer gas, in a vacuum ion transport system in which the residual gas pressure is so low that the ion experiences a substantially minimal amount of ion-atom or ion-molecular collisions, and high-frequency multipolar fields are formed and multipolar DC fields with the possibility of mass analysis.

В устройстве поле пластинчатых многополюсников ограничено по существу прямоугольными электродами щелевого типа, являющимися телами вращения, или решетками, расположенными в местах потенциалов, которые отталкивают ионы относительно оси пучка ионов так, что ионы в пластинчатом многополюснике захвачены как в линейной квадрупольной ионной ловушке, причем высокочастотные многополюсные поля и многополюсные поля постоянного тока образованы с возможностью проведения масс-анализа.In the device, the field of plate-like multipoles is limited by essentially rectangular slot-type electrodes, which are rotation bodies, or gratings located at potential sites that repel ions relative to the axis of the ion beam so that ions in a plate-like multipole are trapped as in a linear quadrupole ion trap, with high-frequency multipolar fields and multipolar DC fields are formed with the possibility of mass analysis.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Вышеупомянутые особенности вариантов реализации станут более ясными при описании конкретных вариантов реализации настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.The above features of the embodiments will become clearer when describing specific embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

Фиг.1 иллюстрирует форму электрода электрического четырехполюсника известного уровня техники со стержневидными электродами, которые имеют вершины в θ-Ф=0, π/2, к, 3π/4, где θ представляет собой полярный угол. В примере А такая конфигурация электродов показана для Ф=0, и в примере В для Ф=π/4.Figure 1 illustrates the shape of the prior art electrical quadrupole electrode with rod-shaped electrodes that have vertices at θ-Φ = 0, π / 2, k, 3π / 4, where θ is the polar angle. In example A, such an electrode configuration is shown for Φ = 0, and in example B for Φ = π / 4.

Фиг.2 иллюстрирует вариант реализации, в котором плоские и тонкие первые электродные полосы с длиной L расположены на двух параллельных пластинах, расстояние между которыми 2G0. Если описать различные электродные полосы координатами X, Y центров их ширин w1, w2, w3, w4, w5 и приложить к этим электродным полосам потенциалы, которые по существу идентичны потенциалам в координатах X, Y в многополюснике известного уровня техники со стержневидными электродами, то можно добиться однородного распределения потенциала в многополюснике.Figure 2 illustrates an embodiment in which flat and thin first electrode strips with a length L are located on two parallel plates, the distance between which 2G 0 . If we describe the different electrode strips with the coordinates X, Y of the centers of their widths w 1 , w 2 , w 3 , w 4 , w 5 and apply potentials to these electrode strips that are essentially identical to the potentials in the X, Y coordinates in the prior art multipole with rod-shaped electrodes, it is possible to achieve a uniform distribution of potential in a multipole.

Фиг.3 иллюстрирует примерный вариант реализации, в котором плоские и тонкие первые электродные полосы расположены на двух параллельных пластинах, расстояние между которыми 2G0, как на фиг.2. В этом примере электродные полосы изогнуты и, таким образом, представляют собой кольцевые сегменты, если ось Z пучка представляет собой дугу окружности радиуса ρ, которая имеет угол отклонения Ф. Далее представлены средние длины различных электродных полос, перечисленные слева направо: Ф[ρ+(w1/2+w2+w3/2)], Ф[ρ+(w2+w3)/2], Фρ, Ф[ρ-(w3+w4)/2], Ф[ρ-(w3/2-w4-w5/2)].Figure 3 illustrates an exemplary embodiment in which the flat and thin first electrode strips are located on two parallel plates, the distance between which 2G 0 , as in figure 2. In this example, the electrode strips are bent and, therefore, represent ring segments if the Z axis of the beam is an arc of a circle of radius ρ, which has a deflection angle F. The average lengths of the different electrode strips are listed below, listed from left to right: Ф [ρ + ( w 1/2 + w 2 + w 3/2)] F [ρ + (w 2 + w 3) / 2], P ρ, F [ρ- (w 3 + w 4) / 2], F [ ρ- (w 3/2-w -w 4 5/2)].

Фиг.4 иллюстрирует примерный вариант реализации, в котором плоские и тонкие первые электродные полосы расположены на двух пластинах на Yu и Yd, a также плоские и тонкие вторые электродные полосы расположены на двух перпендикулярно установленных поверхностях, помещенных на Xl и Хr. Такая конфигурация электродных полос обозначена как А для прямой оси Z пучка ионов и как В для изогнутой оси Z пучка ионов.Figure 4 illustrates an exemplary embodiment in which the flat and thin first electrode strips are located on two plates on Y u and Y d , and the flat and thin second electrode strips are located on two perpendicularly mounted surfaces placed on X l and X r . This configuration of the electrode strips is designated as A for the direct axis Z of the ion beam and B for the curved axis Z of the ion beam.

Фиг.5 иллюстрирует вариант реализации конфигурации электродных полос, который представляет собой изменение фиг.2 и показывает плоские и тонкие первые электродные полосы, расположенные на двух пластинах, которые наклонены относительно друг друга так, чтобы разделяющее их расстояние 2G(Z) менялось с изменением Z. Это вызывает изменение полей и напряженности многополюсника вдоль координаты Z.FIG. 5 illustrates an embodiment of the configuration of electrode strips, which is a change in FIG. 2 and shows flat and thin first electrode strips located on two plates that are inclined relative to each other so that the distance 2G (Z) separating them changes with a change in Z This causes a change in the fields and the multipole strength along the Z coordinate.

Фиг.6 иллюстрирует вариант реализации настоящего изобретения, показывающий два возможных способа использования "сужающихся первых электродных полос" в конфигурациях электродных полос, изображенных на фиг.2 и фиг.5, т.е. это примеры, в которых ширины w(Z) сужающихся первых электродных полос 2, 3, 4 меняются вдоль оси Z, что, в свою очередь, вызывает изменение напряженности полей в многополюсниках, которая изменяется в направлении Z, как показано в примере В. В примере А отношение w(Z)/G(Z) между шириной w(Z) конкретной электродной полосы и расстоянием 2G(Z), разделяющим две пластины, называется соотношением w/G, которое по существу не зависит от Z.FIG. 6 illustrates an embodiment of the present invention, showing two possible methods of using “tapering first electrode strips” in the electrode strip configurations shown in FIG. 2 and FIG. 5, i.e. these are examples in which the widths w (Z) of the tapering first electrode strips 2, 3, 4 change along the Z axis, which, in turn, causes a change in the field strength in multipoles, which changes in the Z direction, as shown in Example B. B Example A, the ratio w (Z) / G (Z) between the width w (Z) of a particular electrode strip and the distance 2G (Z) separating the two plates is called the ratio w / G, which is essentially independent of Z.

Фиг.7 иллюстрирует вариант реализации двух возможных способов создания поля постоянного тока в направлении Z в конфигурации электродных полос, показанной на фиг.2 или фиг.5, при помощи "сужающихся первых электродных полос", показанных на фиг.6. Здесь электродные полосы расположены на двух параллельных пластинах, причем в примере А тот же самый высокочастотный и постоянный потенциал, который приложен к электродным полосам 3, также приложен к электродным полосам 3а, несмотря на то что к этим электродным полосам может быть приложен добавочный постоянный и высокочастотный потенциал. В примере В то же самое сделано в отношении электродных полос 2а, 3а и 4а.FIG. 7 illustrates an embodiment of two possible methods for creating a direct current field in the Z direction in the configuration of electrode strips shown in FIG. 2 or FIG. 5 using the “tapering first electrode strips” shown in FIG. 6. Here, the electrode strips are located on two parallel plates, and in Example A, the same high-frequency and constant potential that is applied to the electrode strips 3 is also applied to the electrode strips 3a, although an additional constant and high-frequency can be applied to these electrode strips potential. In Example B, the same was done with respect to the electrode strips 2a, 3a, and 4a.

Фиг.8 иллюстрирует вариант реализации двух устройств, подобных показанным на фиг.7, в котором плоские и тонкие первые электродные полосы имеют различные средние длины, что приводит к изогнутому и также преимущественно наклонному входному или выходному контуру пластинчатого многополюсника. В примере А разные электродные полосы выполнены с одинаковой шириной и таким образом имеют прямые стороны, тогда как в примере В четыре электродные полосы выполнены с разной шириной и имеют изогнутые стороны.Fig. 8 illustrates an embodiment of two devices similar to those shown in Fig. 7, in which the flat and thin first electrode strips have different average lengths, which leads to a curved and also predominantly inclined input or output circuit of a plate multipole. In Example A, different electrode strips are made with the same width and thus have straight sides, while in Example B, four electrode strips are made with different widths and have curved sides.

Фиг.9 иллюстрирует вариант реализации пластинчатого многополюсника, который функционирует подобно показанному на фиг.7 и в котором на ионы действуют силы в направлении оси Z, которые концентрируют ионы приблизительно в середине показанной конфигурации электродных полос, если притягивающий ионы потенциал дополнительно приложен к этим центральным электродным полосам. В примере А это достигнуто двойной трапециевидной центральной электродной полосой, тогда как в примере В эта двойная трапециевидная центральная электродная полоса снабжена дополнительным кругообразным выступом, который увеличивает действие силы, направленной к центру системы. Также в обоих примерах показаны отверстия, через которые ионы могут быть извлечены по существу перпендикулярно первым электродным полосам на верхней или нижней пластинах. Центральные электродные полосы также обозначены как разделенные в направлении оси Z, причем в варианте А, поле постоянного тока может быть сформировано в направлении оси Z в течение короткого периода времени после того, как ионы были сконцентрированы. То же самое может быть сделано и в варианте В. Перед извлечением ионов они могут быть перемещены по направлению к середине кругообразного выступа.Fig. 9 illustrates an embodiment of a plate-like multipole, which functions similarly to that shown in Fig. 7 and in which forces in the Z-axis act on the ions, which concentrate the ions approximately in the middle of the shown configuration of the electrode strips, if the ion-attracting potential is additionally applied to these central electrode stripes. In Example A, this is achieved by a double trapezoidal central electrode strip, while in Example B this double trapezoidal central electrode strip is provided with an additional circular protrusion, which increases the action of the force directed to the center of the system. Also shown in both examples are openings through which ions can be extracted substantially perpendicular to the first electrode strips on the upper or lower plates. The center electrode strips are also indicated as separated in the Z axis direction, and in option A, a direct current field can be formed in the Z axis direction for a short period of time after the ions have been concentrated. The same can be done in option B. Before removing the ions, they can be moved towards the middle of the circular protrusion.

Фиг.10 иллюстрирует вариант реализации, в котором плоские и тонкие первые электродные полосы (2, 3) выполнены в виде металлических накладок на изолированной или малопроводящей подложке (5) и изготовлены по технологии печатных плат, получаемых методом травления. В показанном примере также предусмотрено заземление и экранирование (1, 4) активной конфигурации электродных полос.Figure 10 illustrates an embodiment in which the flat and thin first electrode strips (2, 3) are made in the form of metal plates on an insulated or low conductive substrate (5) and are made using printed circuit boards obtained by etching. The shown example also provides grounding and shielding (1, 4) of the active configuration of the electrode strips.

Фиг.11 иллюстрирует ограничители краевого поля, размещенные как перед пластинчатым многополюсником, так и за ним. В примере А показаны два таких ограничителя краевого поля на каждом конце многополюсника со всеми ограничителями A1, A2, A3, A4, выполненными в форме конструкции щелевого типа. В примере В два таких ограничителя краевого поля показаны на каждом конце многополюсника со всеми ограничителями В1, В2, В3, В4, выполненными в форме каркасной конструкции.11 illustrates edge field limiters placed both in front of and behind a plate multipole. Example A shows two such edge field limiters at each end of a multipole with all limiters A 1 , A 2 , A 3 , A 4 made in the form of a slot type design. In Example B, two such edge field limiters are shown at each end of the multipole with all limiters B 1 , B 2 , B 3 , B 4 made in the form of a frame structure.

Фиг.12 иллюстрирует ограничители краевого поля (А) прямоугольного каркасного типа, (В) щелевого типа и (С) кольцевого типа. Эти примеры показаны с проволочными решетками и без них, причем они могут быть заменены сетчатыми решетками.12 illustrates edge field limiters (A) of a rectangular frame type, (B) of a slot type, and (C) of a ring type. These examples are shown with and without wire gratings, and they can be replaced by wire mesh.

Фиг.13 иллюстрирует комбинацию четырех пластинчатых многополюсников A, B, C, D и квадрупольного масс-анализатора стержневого типа известного уровня техники, причем все части расположены на одной прямой оси Z. В этом примере четырехполюсник стержневого типа расположен по ходу пучка после пластинчатого многополюсника D, хотя он может быть расположен между любыми двумя из пластинчатых многополюсников. Как показано на чертеже, все пластинчатые многополюсники разделены ограничителями краевого поля щелевого типа, хотя эти ограничители могут быть уменьшены до одного между двумя пластинчатыми многополюсниками, удалены совсем или заменены на ограничители краевого поля другого типа. Показано также, что ионы могут быть извлечены перпендикулярно пластинчатому многополюснику D.13 illustrates a combination of four plate-type multipole terminals A, B, C, D and a rod-type quadrupole mass analyzer of the prior art, all parts being located on one straight Z axis. In this example, the rod-type quadripole is located along the beam after the plate-like multipole D although it can be located between any two of the lamellar multipoles. As shown in the drawing, all lamellar multipoles are separated by delimiters of the edge field of the slot type, although these delimiters can be reduced to one between two lamellar multipoles, removed completely or replaced by delimiters of the edge field of another type. It was also shown that ions can be extracted perpendicular to the lamellar multipole D.

Фиг.14 иллюстрирует комбинацию нескольких пластинчатых многополюсников, которые расположены вдоль прямых осей Z, кроме многополюсника С, который расположен вдоль изогнутой оси Z. Этот пластинчатый многополюсник особенно подходит для использования в качестве ионизационной камеры, в которой молекулярные ионы распадаются на части в результате ион-атомных и ион-молекулярных столкновений, которые, например, могут быть исследованы посредством масс-анализа в пластинчатом многополюснике D, если соответствующие высокочастотный потенциал и постоянный потенциал будут приложены к электродным полосам так, чтобы устройство действовало как высокочастотный квадрупольный фильтр или линейная ионная ловушка для масс-анализа. Пластинчатый многополюсник D также может быть использован как пластинчатый многополюсник, который концентрирует ионы в своей средней части и выталкивает их перпендикулярно своей верхней пластине или направляет пучок ионов в квадрупольный масс-анализатор стержневого типа.Fig. 14 illustrates a combination of several plate-like multipoles that are located along the straight Z axes, except for the multipole C, which is located along the curved axis Z. This plate-like multipole is particularly suitable for use as an ionization chamber in which molecular ions decay into parts as a result of atomic and ion-molecular collisions, which, for example, can be investigated by mass analysis in a plate-like multipole D, if the corresponding high-frequency potential and oyanny potential will be applied to the electrode strips so that the device is operated as a high frequency filter or a linear quadrupole ion trap for mass analysis. Lamellar multipole D can also be used as a lamellar multipole, which concentrates ions in its middle part and pushes them perpendicular to its upper plate or directs an ion beam to the rod-type quadrupole mass analyzer.

Фиг.15 иллюстрирует 5 электродных полос на двух параллельных пластинах Рu и Pd, сегментированных в направлении оси Z. Эта конфигурация обеспечивает приложение зависимых от оси Х постоянного и высокочастотного потенциалов ко всем электродным полосам, которые охарактеризованы некоторым значением X, и позволяет добавлять зависимые от оси Z высокочастотный и постоянный потенциалы к потенциалам всех электродных полос, которые охарактеризованы заданным значением Z. Фиг.15 также иллюстрирует, как разные потенциалы могут быть приложены к разным электродам с помощью соединительных проводников Lu и Ld, расположенных между заземляющими пластинами G2u, G1u и G1d, G2d соответственно, что может быть выполнено технологией многослойных печатных плат.Fig. 15 illustrates 5 electrode strips on two parallel plates Pu and Pd, segmented in the direction of the Z axis. This configuration provides the application of the X-axis constant and high-frequency potentials to all the electrode strips, which are characterized by a certain value of X, and allows the addition of axis-dependent Z high-frequency and constant potentials to the potentials of all electrode strips, which are characterized by a given value of Z. Fig. 15 also illustrates how different potentials can be applied to different electrodes. ktrodam via connecting conductors Lu and Ld, located between the grounding plates G2u, G1u and G1d, G2d respectively, which may be performed technology of multilayer printed circuit boards.

Фиг.16 иллюстрирует 5 электродных полос, сегментированных в направлении оси Z и размещенных на двух параллельных пластинах Рu и Pd, как показано на Фиг.15. Однако на Фиг.16 активные элементы размещены очень близко к электродным полосам так, что необходимая высокочастотная энергия уменьшена, и также ослаблены высокочастотные поля рассеяния. Эти активные элементы размещены в корпусе, в котором давление остаточного газа может отличаться от давления остаточного газа, в котором перемещаются ионы. В некоторых случаях в этом корпусе может быть обеспечено водяное охлаждение Сu и Cd.Fig. 16 illustrates 5 electrode strips segmented in the Z-axis direction and placed on two parallel plates Pu and Pd, as shown in Fig. 15. However, in FIG. 16, the active elements are placed very close to the electrode strips so that the necessary high-frequency energy is reduced and the high-frequency scattering fields are also weakened. These active elements are housed in a housing in which the pressure of the residual gas may differ from the pressure of the residual gas in which the ions move. In some cases, water cooling of Cu and Cd may be provided in this housing.

Фиг.17 иллюстрирует электродные полосы, образованные таким образом, что они могут формировать поле одиночной линзы, если подходящие высокочастотный или постоянный потенциалы приложены к соответствующим электродам. Тем же самым способом могут быть сформированы "иммерсионная линза" и поле ионного зеркала, причем они обычно формируются только осесимметричными электродами.17 illustrates electrode strips formed in such a way that they can form a single lens field if suitable high-frequency or constant potentials are applied to the respective electrodes. In the same manner, an "immersion lens" and an ion mirror field can be formed, moreover, they are usually formed only by axisymmetric electrodes.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION

Далее подробно описаны варианты реализации настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. В следующем описании одинаковые номера позиций использованы для обозначения одинаковых элементов на разных чертежах. В описании приведены только те конкретные значения, например подробная конструкция и форма элементов, которые необходимы для всестороннего понимания изобретения. Таким образом, очевидно, что настоящее изобретение может быть выполнено и без этих описанных конкретных значений. Кроме того, известные из уровня техники функции или конструкции не описаны подробно, поскольку они усложнили бы описание изобретения излишними деталями.Embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same reference numbers are used to denote the same elements in different drawings. Only those specific meanings are given in the description, for example, the detailed design and shape of the elements that are necessary for a comprehensive understanding of the invention. Thus, it is obvious that the present invention can be performed without these specific values described. In addition, functions or constructions known from the prior art are not described in detail since they would complicate the description of the invention with unnecessary details.

Фиг.2 иллюстрирует вариант реализации настоящего изобретения, в котором произведена суперпозиция многополюсных распределений потенциалов пятью двойными электродными полосами, хотя в ряде случаев может быть рекомендовано большее или меньшее число электродных полос. Конфигурация электродных полос выполнена на параллельных пластинах, расположенных на расстоянии 2G0, причем диаметр отверстия такой же как в показанном на фиг.1 четырехполюснике известного уровня техники. Как показано на фиг.2, имеется по 5 электродных полос, расположенных на каждой пластине и имеющих ширины w1, w2, w3, w4, w5, причем w1, и w5 больше других ширин и могут быть удлинены до очень больших значений Х и -X. Кроме того, в средней плоскости отмечены точки 1а, 2а, 3а, 4а, 5а и линии, проходящие через эти точки параллельно оси Z. Для упрощения конфигурации электродных полос на фиг.2:Figure 2 illustrates an embodiment of the present invention in which a superposition of multipolar potential distributions is made by five double electrode strips, although in some cases more or less number of electrode strips may be recommended. The configuration of the electrode strips is made on parallel plates located at a distance of 2G 0 , and the diameter of the hole is the same as that shown in FIG. As shown in figure 2, there are 5 electrode strips located on each plate and having a width of w 1 , w 2 , w 3 , w 4 , w 5 , and w 1 and w 5 more than other widths and can be extended to very large values of X and -X. In addition, points 1a, 2a, 3a, 4a, 5a and lines passing through these points parallel to the Z axis are marked in the middle plane. To simplify the configuration of the electrode strips in figure 2:

- расположение и ширины электродных полос показаны по существу симметричными относительно оси X;- the location and width of the electrode strips are shown to be substantially symmetrical about the X axis;

- ширины различных электродных полос показаны по существу идентичными на верхней и нижней пластинах, т.е. они также по существу симметричны относительно оси Y.- the widths of the various electrode strips are shown to be substantially identical on the upper and lower plates, i.e. they are also essentially symmetrical about the y axis.

Вместе с тем пластинчатые многополюсники (т.е. верхняя пластина и нижняя пластина по существу параллельны друг другу, и каждая из них содержит тонкие и плоские электродные полосы) также могут быть выполнены, если электродные полосы расположены асимметрично относительно оси Х или оси Y или асимметрично относительно этих обеих осей.However, lamellar multipoles (i.e., the upper plate and the lower plate are essentially parallel to each other, and each of them contains thin and flat electrode strips) can also be performed if the electrode strips are located asymmetrically with respect to the X axis or Y axis or asymmetrically relative to both of these axes.

Хотя распределение потенциалов в 2N-полюснике по формуле (1) для N>2 может быть сформировано электродами стержневого типа, расположенными через равные полярные углы Δθ=π/N вокруг оси пучка на равных расстояниях G0, по существу такое же распределение потенциалов, или по меньшей мере близкое, может быть сформировано тонкими плоскими электродными полосами на параллельных пластинах (также называемых "пластинчатыми многополюсниками"), расположенными на расстоянии 2G0. Электродные полосы на этих плоских поверхностях могут быть установлены с высокой механической точностью так, что распределение потенциала может быть в точности воспроизведено от одного устройства к следующему. Также эта конфигурация электродных полос позволяет построить устройство, для которого расстояние 2G0 является по существу небольшим, и также многополюсник при N=1, т.е. диполь, который может быть выполнен с высокой точностью.Although the potential distribution in the 2N-pole according to formula (1) for N> 2 can be formed by rod-type electrodes located at equal polar angles Δθ = π / N around the beam axis at equal distances G 0 , essentially the same potential distribution, or at least close, can be formed by thin flat electrode strips on parallel plates (also called "plate multipoles") located at a distance of 2G 0 . The electrode strips on these flat surfaces can be installed with high mechanical precision so that the potential distribution can be exactly reproduced from one device to the next. Also, this configuration of the electrode strips allows you to build a device for which the distance 2G 0 is essentially small, and also a multipole at N = 1, i.e. a dipole that can be performed with high precision.

Если поместить систему координат так, что плоскость XZ находится посередине между показанными на фиг.2 пластинами, то эти пластины расположены в координатах Y0=±G0, координаты электродных полос и, таким образом, точек, в которых должна работать формула (1), могут быть найдены из формул θ=arctg(G0/X) и R=G0/sinθ, где Х - приблизительно координата центра каждой полосы. В этой конфигурации электродных полос упомянутое точное дипольное распределение потенциала (N=1) добавлено к установленному многополюсному распределению потенциала посредством увеличения потенциалов всех электродных полос на ±V10 в координатах Y=±G0.If you place the coordinate system so that the XZ plane is in the middle between the plates shown in figure 2, then these plates are located in the coordinates Y 0 = ± G 0 , the coordinates of the electrode strips and, thus, the points at which formula (1) should work , can be found from the formulas θ = arctan (G 0 / X) and R = G 0 / sinθ, where X is approximately the coordinate of the center of each strip. In this configuration of the electrode strips, the mentioned exact dipole potential distribution (N = 1) is added to the established multipolar potential distribution by increasing the potentials of all electrode strips by ± V 10 in the coordinates Y = ± G 0 .

В случае таких двухпластинчатых компоновок электродных полос предпочтительно описывать распределение потенциала VN не в цилиндрических координатах, а скорее в декартовой системе координат XYZ. В этом случае формула (1) должна быть переписана следующим образом:In the case of such two-plate arrangements of electrode strips, it is preferable to describe the potential distribution V N not in cylindrical coordinates, but rather in the Cartesian coordinate system XYZ. In this case, formula (1) should be rewritten as follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

Для области между пластинами, показанными на фиг.2, т.е. для -G0≤Y≤G0 при N=1, 2, 3, 4… получено:For the region between the plates shown in FIG. 2, i.e. for -G 0 ≤Y≤G 0 with N = 1, 2, 3, 4 ... received:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где VN0 представляет собой максимальный потенциал в точке окружности отверстия диаметром 2G0. Если необходимо сформировать распределения потенциала при Ф=0, то потенциалы на электродных полосах в +Х и -X должны быть по существу равными при условии, что сами электроды расположены симметрично относительно Х=0.where V N0 represents the maximum potential at the circumference of the hole with a diameter of 2G 0 . If it is necessary to form potential distributions at Φ = 0, then the potentials on the electrode strips in + X and -X should be essentially equal, provided that the electrodes themselves are located symmetrically with respect to X = 0.

В случае по существу большого числа электродных полос, расположенных в позициях с различной координатой Х на двух таких параллельных пластинах, расстояние между которыми Y=±G0, могут быть использованы формулы (3)(а)-(d) для определения подходящих потенциалов V(X, ±G0), приложенных к электродным полосам:In the case of a substantially large number of electrode strips located in positions with different X coordinates on two such parallel plates, the distance between which Y = ± G 0 , formulas (3) (a) - (d) can be used to determine suitable potentials V (X, ± G 0 ) applied to the electrode strips:

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Если электродные полосы охарактеризованы не одиночным значением X, а скорее диапазоном значений X, то потенциалы, которые могут быть определены по формулам (4a)-(4d), представляют собой лишь приблизительные значения, и окончательно полученное распределение потенциала только аппроксимирует суммирование VN(X, Y) желаемой суперпозиции многополюсных потенциалов. Однако соответствующее распределение потенциала может быть точно определено посредством численного решения уравнения Лапласа с граничными условиями, заданными геометрией и потенциалами электродных полос. С помощью полученного таким способом распределения потенциала вдоль показанной на фиг.2 окружности диаметром 2G0 могут быть найдены значения различных многополюсных компонентов из Фурье-анализа распределения этого потенциала. Причина в том, что значения полей различных 2N-полюсников изменяются вдоль этой окружности как соs[N(θ-Ф)]. Изменяя потенциалы различных электродов можно аппроксимировать желаемую суперпозицию для многополюсников. Далее этот результат затем можно многократно улучшить путем повторения этой процедуры для различно выбранных ширин Х разных электродных полос.If the electrode strips are characterized not by a single value of X, but rather by a range of values of X, then the potentials that can be determined by formulas (4a) - (4d) are only approximate values, and the finally obtained potential distribution only approximates the summation V N (X , Y) the desired superposition of multipolar potentials. However, the corresponding potential distribution can be accurately determined by numerically solving the Laplace equation with boundary conditions given by the geometry and potentials of the electrode strips. Using the potential distribution obtained in this way along the circle with a diameter of 2G 0 shown in FIG. 2, the values of various multipolar components can be found from the Fourier analysis of the distribution of this potential. The reason is that the values of the fields of various 2N-poles change along this circle as cos [N (θ-Ф)]. By changing the potentials of the various electrodes, one can approximate the desired superposition for multipoles. Further, this result can then be improved many times by repeating this procedure for variously chosen widths X of different electrode strips.

Хотя в ряде случаев требуется прямая ось Z, т.е. линия пучка ионов, существуют случаи, в которых эта ось должна быть изогнутой или даже округлой. Соответствующее поле "тороидального конденсора", как описано в [Н.Wollnik, "Оптика Заряженных Частиц", Acad. Press, Orlando, 1987], может быть сформировано в соответствии с конфигурацией электродных полос, схожей с показанной на фиг.2 и показанной на фиг.3, на которой четырехсторонние (например, но не в качестве ограничительных признаков, прямоугольной или трапециевидной формы) электродные полосы на фиг.2 заменены изогнутыми (например, но не в качестве ограничительного признака, кольцевыми) сегментами. Как и на фиг.2, на фиг.3 также показано только пять двойных электродных полос, хотя во многих случаях может быть рекомендовано меньшее или большее число электродных полос. Если потенциалы разных изогнутых сегментов отличаются, то может быть сформировано поле в радиальном направлении, т.е. в направлении X, на фиг.3 в этом случае ось пучка является по существу округлой и она расположена в плоскости XZ, которая также содержит ее центр кривизны. Конфигурация электродов, показанная на фиг.3, обеспечивает по существу тот же самый диаметр отверстия 2G0, как и на фиг.2. Как и на фиг.2, на фиг.3 также показано 5 электродных полос, расположенных на каждой пластине и имеющих ширины w1, w2, w3, w4, w5, причем w1, w5 больше ширин остальных электродных полос. Кроме того, в средней плоскости отмечены точки 1а, 2а, 3а, 4а, 5а и линии, которые проходят через эти точки и являются концентрическими относительно изогнутой оси Z. Здесь эта концентричность имеется в виду как параллельность.Although in some cases a direct axis Z is required, i.e. the line of the ion beam, there are cases in which this axis must be curved or even rounded. The corresponding field is a “toroidal condenser” as described in [H. Wollnik, “Optics of Charged Particles”, Acad. Press, Orlando, 1987], can be formed in accordance with the configuration of the electrode strips, similar to that shown in figure 2 and shown in figure 3, on which four-sided (for example, but not as restrictive features, rectangular or trapezoidal) electrode the stripes in figure 2 are replaced by curved (for example, but not as a restrictive feature, ring) segments. As in FIG. 2, FIG. 3 also shows only five double electrode strips, although in many cases fewer or more electrode strips may be recommended. If the potentials of different curved segments are different, then a field can be formed in the radial direction, i.e. in the X direction, in FIG. 3, in this case, the axis of the beam is substantially rounded and it is located in the XZ plane, which also contains its center of curvature. The electrode configuration shown in FIG. 3 provides substantially the same hole diameter 2G 0 as in FIG. 2. As in figure 2, figure 3 also shows 5 electrode strips located on each plate and having widths w 1 , w 2 , w 3 , w 4 , w 5 , and w 1 , w 5 more than the widths of the remaining electrode strips . In addition, points 1a, 2a, 3a, 4a, 5a and lines that pass through these points and are concentric with respect to the curved Z axis are marked in the middle plane. Here, this concentricity is meant as parallelism.

Хотя на фиг.2 и фиг.3 ширина всех электродных полос по существу одинакова, она предпочтительно может быть выбрана различной. Чтобы точно определить потенциалы, близкие к пучку ионов, можно заменить одну или несколько электродных полос, близких к пучку ионов, на несколько небольших электродных полос, к которым могут быть приложены немного отличающиеся потенциалы. Также можно выбрать более широкую по сравнению с соседними центральную электродную полосу, что в случае, если ширина этой центральной электродной полосы по существу больше, чем расстояние между пластинами, может обеспечить усиление восьмиполюсного компонента в распределении потенциала многополюсника.Although in figure 2 and figure 3 the width of all electrode strips is essentially the same, it can preferably be chosen different. To accurately determine potentials close to the ion beam, one or more electrode strips close to the ion beam can be replaced with several small electrode strips to which slightly different potentials can be applied. It is also possible to choose a wider central electrode strip compared to neighboring ones, which, if the width of this central electrode strip is substantially greater than the distance between the plates, can provide an amplification of the eight-pole component in the distribution of the multipolar potential.

Конфигурация электродных полос, показанная на фиг.2, может обеспечить четкие поля четырехполюсника или другого многополюсника с прямой осью, и то же самое можно сказать о конфигурации электродных полос, показанной на фиг.3, в отношении четкого поля тороидального конденсора, ось Z которого округлая. Однако по меньшей мере для больших значений G0 в направлении оси Х необходима по существу широкая конструкция. Эта широкая конструкция может быть сделана меньше, если к электродным полосам на параллельных пластинах на Yu и Yd добавить дополнительные электродные полосы на поверхностях, перпендикулярно пересекающих плоскость начала отсчета XZ, т.е. на ортоповерхностях, как упомянуто выше. В таких системах в случае прямой оси Z электродные полосы на пластинах на Yu и Yd и электродные полосы на ортоповерхностях на Xl и Хr по существу представляют прямоугольники. В случае изогнутой оси Z электродные полосы на пластинах Yu и Yd по существу представляют собой кольцевые сегменты, и электродные полосы на перпендикулярных поверхностях по существу представляют собой цилиндры. Формы этих вторых электродных полос проиллюстрированы на фиг.4. В такой системе может быть образована область поля прямоугольного многополюсника, для которой распределение потенциала вдоль ортоповерхностей на Xl и Хr ограничивает поля наибольшим и наименьшим значениями X, тогда как точность распределения потенциала по существу задана формой и потенциалами электродных полос на параллельных пластинах на Yu и Yd.The configuration of the electrode strips shown in FIG. 2 can provide clear fields of a four-terminal or other straight-line multipole, and the same can be said of the configuration of the electrode strips shown in FIG. 3 with respect to a clear field of a toroidal condenser whose Z axis is rounded . However, at least for large values of G 0 in the direction of the X axis, an essentially wide construction is necessary. This wider construction can be made smaller by adding additional electrode strips on the surfaces perpendicular to the reference plane XZ to the electrode strips on the parallel plates on Y u and Y d on ortho surfaces, as mentioned above. In such systems, in the case of a straight axis Z, the electrode strips on the plates on Y u and Y d and the electrode strips on the ortho surfaces on X l and X r essentially represent rectangles. In the case of a curved Z axis, the electrode strips on the plates Y u and Y d essentially represent annular segments, and the electrode strips on perpendicular surfaces are essentially cylinders. The shapes of these second electrode strips are illustrated in FIG. In such a system, a field region of a rectangular multipole can be formed for which the potential distribution along the orthosurfaces on X l and X r limits the fields to the largest and smallest values of X, while the accuracy of the potential distribution is essentially determined by the shape and potentials of the electrode strips on parallel plates on Y u and Y d .

Хотя в дополнение к электродным полосам в параллельных пластинах часто рекомендуют использовать также дополнительные электродные полосы на ортоповерхностях, следует отметить, что те же самые желаемые распределения потенциала могут быть получены только электродными полосами на параллельных пластинах без электродных полос на ортоповерхностях. В таких случаях распределение потенциала вдоль окружности отверстия диаметром 2G0 в основном формируют ширинами w электродных полос 2, 3, 4 и приложенными к ним потенциалами. В этом случае влияние электродных полос 1 и 5 такое же, хотя и намного меньшее. Следует отметить, что такие изменения также повлияют на потенциал в точках вдоль оси Z. Вместе с тем, чтобы поддерживать потенциал вдоль оси Z неизменным, всегда можно добавить некоторый высокочастотный и постоянный потенциал Vu ко всем электродным полосам на верхней пластине или вычесть его из них, что также касается другого высокочастотного и постоянного потенциала Vd относительно всех электродных полос на нижней пластине.Although in addition to electrode strips in parallel plates, it is often recommended to use additional electrode strips on ortho-surfaces, it should be noted that the same desired potential distributions can be obtained only by electrode strips on parallel plates without electrode strips on ortho-surfaces. In such cases, the potential distribution along the circumference of the hole with a diameter of 2G 0 is mainly formed by the widths w of the electrode strips 2, 3, 4 and the potentials applied to them. In this case, the effect of the electrode strips 1 and 5 is the same, although much less. It should be noted that such changes will also affect the potential at points along the Z axis. However, in order to keep the potential along the Z axis unchanged, you can always add some high-frequency and constant potential V u to all electrode strips on the upper plate or subtract it from them , which also applies to other high-frequency and constant potential V d relative to all electrode strips on the bottom plate.

В случае если потенциалы электродных полос 1 и 5 выбраны соответствующими электрическому потенциалу Земли, и к электродным полосам 3 также приложен примерно такой же потенциал, то обычно могут быть найдены подходящие конфигурации полей посредством приложения потенциалов к электродным полосам 2 и 4, по существу идентичных значению V0. В случае если ширина электродных полос 2, 3, 4 равна примерно 2G0, т.е. w2=w3=w4=2G0, то очевидно, например, что распределение потенциала вокруг оси Z по существу представляет собой распределение потенциала правильного четырехполюсника, как описано в формуле (1) для N=2, в котором V20 представляет собой значительную часть V0.If the potentials of the electrode strips 1 and 5 are selected corresponding to the electric potential of the Earth, and approximately the same potential is also applied to the electrode strips 3, then usually suitable field configurations can be found by applying the potentials to the electrode strips 2 and 4, essentially identical to the value of V 0 . If the width of the electrode strips 2, 3, 4 is approximately 2G 0 , i.e. w 2 = w 3 = w 4 = 2G 0 , it is obvious, for example, that the potential distribution around the Z axis is essentially the distribution of the potential of a regular four-terminal network, as described in formula (1) for N = 2, in which V 20 represents a significant portion of V 0 .

Количественное вычисление потенциалов V1, V2, V3, V4, V5 в точках 1а, 2а, 3а, 4а, 5а на фиг.2 и фиг.3, которые определяют середину зазоров между каждой парой u, d электродных полос с разными ширинами w2 и w4, показывает, что потенциалы V2 и V4 по существу увеличиваются с ростом соотношений w2/G0 и w4/G0 и что небольшие потенциалы V1, V3, V5 показывают сходную зависимость.Quantitative calculation of potentials V 1 , V 2 , V 3 , V 4 , V 5 at points 1a, 2a, 3a, 4a, 5a in figure 2 and figure 3, which determine the middle of the gaps between each pair of u, d electrode strips with different widths of w 2 and w 4 , shows that the potentials V 2 and V 4 essentially increase with increasing ratios w 2 / G 0 and w 4 / G 0 and that small potentials V 1 , V 3 , V 5 show a similar dependence.

Хотя подробное распределение потенциала между электродными полосами на двух параллельных пластинах должно быть численно определено, можно утверждать, что при изменении зависимых от Z расстояний 2G(Z) и ширин w(Z) различных электродных полос потенциал вдоль оси Z остается примерно постоянным, если соотношение (w/G) существенно не изменяется с изменением Z. Значит, в таких случаях можно ожидать, что напряженности поля в многополюснике увеличиваются или уменьшаются с изменением Z. В других случаях следует ожидать более сложных распределений поля, а также форм поля в направлении оси Z. Таким образом, для этих случаев выяснено, что приложение высокочастотных потенциалов к различным электродным полосам приводит к действию соответствующих сил на ионы в направлении оси Z, а приложение постоянных потенциалов к различным электродным полосам приводит к ускорению или замедлению ионов в направлении Z.Although the detailed potential distribution between the electrode strips on two parallel plates should be numerically determined, it can be argued that when the Z-dependent distances 2G (Z) and the widths w (Z) of the different electrode strips change, the potential along the Z axis remains approximately constant if the relation ( w / G) does not change significantly with a change in Z. Therefore, in such cases it can be expected that the field strengths in a multipole increase or decrease with a change in Z. In other cases, more complex field distributions should be expected, as well as field shapes in the direction of the Z axis. Thus, for these cases it was found that the application of high-frequency potentials to different electrode strips leads to the action of corresponding forces on ions in the direction of the Z axis, and the application of constant potentials to different electrode strips leads to acceleration or deceleration ions in the Z direction.

Изменение упомянутого соотношения w/G может быть достигнуто:A change in said w / G ratio can be achieved:

1) уменьшением G(Z) при увеличении Z от G0 до G0(1-δG) по всей длине электродных полос, например, наклоном двух пластин относительно друг друга, как показано на фиг.5, и1) a decrease in G (Z) with an increase in Z from G 0 to G 0 (1-δ G ) along the entire length of the electrode strips, for example, by tilting the two plates relative to each other, as shown in FIG. 5, and

2) применением "сужающихся четырехугольных" электродных полос (см. фиг.6) в отличие от "прямоугольных" электродных полос, показанных на фиг.2, или применением "сужающихся изогнутых" электродных полос (не показаны на чертежах) в отличие от "изогнутых" электродных полос, показанных на фиг.3, т.е. увеличением ширины w2 электродных полос 2u, 2d с w2 до w2(1+δw2) и ширины w4 электродных полос 4u, 4d с w4 до w4(1+δw4) с изменением Z. В самом общем случае δw2 не равно δw4, хотя в большинстве случаев выбирают δw2≈δw4, как показано на фиг.6.2) the use of "tapering quadrangular" electrode strips (see Fig.6), in contrast to the "rectangular" electrode strips shown in Fig.2, or the use of "tapering curved" electrode strips (not shown in the drawings) as opposed to "curved "electrode strips shown in figure 3, i.e. increasing the width w 2 of the electrode strips 2u, 2d from w 2 to w 2 (1 + δ w2 ) and the width w 4 of the electrode strips 4u, 4d from w 4 to w 4 (1 + δ w4 ) with a change in Z. In the most general case δ w2 is not equal to δ w4 , although in most cases, choose δ w2 ≈ δ w4 , as shown in Fig.6 .

Таким образом, изменение соотношения (w/G) в зависимости от Z может быть достигнуто как изменением расстояния G(Z) между пластинами, так и использованием сужающихся электродных полос с шириной w(Z). Кроме того, эти два варианта изменений также могут быть использованы вместе.Thus, a change in the ratio (w / G) depending on Z can be achieved both by changing the distance G (Z) between the plates, and by using tapering electrode strips with a width w (Z). In addition, these two variations can also be used together.

Две конфигурации сужающихся прямых электродных полос проиллюстрированы на фиг.6, хотя также возможно применение не показанных на чертеже сужающихся изогнутых электродных полос. В обоих случаях поперечная напряженность поля в многополюснике растет с увеличением Z. Кроме того, в случае В, потенциал также меняется вдоль оси Z, в то время как в случае А потенциал вдоль оси Z по существу не зависит от Z, потому что углы сужения различных электродных полос с шириной w(Z), так же как и расстояние между пластинами G(Z), выбраны так, что соотношение (w/G) по существу постоянно.Two configurations of tapering straight electrode strips are illustrated in FIG. 6, although tapering curved electrode strips not shown in the drawing are also possible. In both cases, the transverse field strength in the multipole increases with increasing Z. In addition, in case B, the potential also changes along the Z axis, while in case A, the potential along the Z axis is essentially independent of Z, because the narrowing angles are different electrode strips with a width w (Z), as well as the distance between the plates G (Z), are selected so that the ratio (w / G) is essentially constant.

Изменение потенциала вдоль оси Z создает постоянное электрическое поле в направлении Z внутри пластинчатого многополюсника. Такое поле очень эффективно при транспортировке пучка ионов вдоль оси Z конфигурации электродных полос, подобной показанным на фиг.2 или фиг.3 конфигурациям, заполненным буферным газом. В этом случае ионы теряют энергию в результате ион-атомных или ион-молекулярных столкновений и в конечном счете прекращают свое движение вперед, если только нет градиента давления газа или электрического поля, действующего в направлении Z, которые бы двигали ионы вдоль оси Z. Такие поля могут быть созданы стержневидными или кольцеобразными конструкциями, известными из уровня техники, но согласно варианту реализации настоящего изобретения в данном примере такое поле создано наклонными или сужающимися электродными полосами, показанными на фиг.5, фиг.6 и фиг.7. Такое поле может быть сформировано приложением постоянных потенциалов к электродным полосам 3 в конфигурации сужающихся электродных полос, показанной в примере В на фиг.6. В направлении Z такое поле также может быть сформировано с помощью конфигурации сужающихся электродных полос, показанной в примере А на фиг.7, если к электродным полосам "3а" приложены высокочастотный и постоянный потенциалы, также приложенные к электродным полосам "3", плюс дополнительный притягивающий или отталкивающий ионы постоянный потенциал, и в примере В на фиг.7, если к электродным полосам "2а, 3а, 4а" приложены высокочастотный и постоянный потенциалы, также приложенные к электродным полосам "2, 3, 4", плюс дополнительный притягивающий или отталкивающий ионы постоянный потенциал.A change in potential along the Z axis creates a constant electric field in the Z direction inside the plate multipole. Such a field is very effective in transporting an ion beam along the Z axis of the configuration of electrode strips, similar to those shown in FIG. 2 or FIG. 3, filled with a buffer gas. In this case, the ions lose energy as a result of ion-atom or ion-molecular collisions and ultimately stop moving forward unless there is a gas pressure gradient or electric field acting in the Z direction that would move the ions along the Z axis. Such fields can be created by rod-shaped or ring-shaped structures known from the prior art, but according to an embodiment of the present invention in this example, such a field is created by inclined or tapering electrode strips shown in and Fig. 5, Fig. 6 and Fig. 7. Such a field can be generated by applying constant potentials to the electrode strips 3 in the configuration of the tapering electrode strips shown in Example B of FIG. 6. In the Z direction, such a field can also be formed using the configuration of tapering electrode strips shown in Example A in Fig. 7, if high-frequency and constant potentials are also applied to the electrode strips 3a, also applied to the electrode strips 3, plus an additional attractive or a constant potential repelling the ions, and in Example B of FIG. 7, if high-frequency and constant potentials are applied to the electrode strips 2a, 3a, 4a, also applied to the electrode strips 2, 3, 4, plus an additional attractive or ion repulsive constant potential.

В некоторых случаях может быть целесообразным изменение длин различных электродных полос, как показано на фиг.8 для случая изогнутых входных контуров пластинчатых многополюсников. Такие контуры могут быть сформированы как на входе, так и на выходе пластинчатого многополюсника, и могут быть изогнуты, как показано на фиг.8, но они также могут быть наклонными или иметь некругообразный изгиб. Все эти изменения обеспечивают дополнительный способ управления действующими на пучок ионов в поперечном направлении силами.In some cases, it may be advisable to change the lengths of the various electrode strips, as shown in FIG. 8, for the case of curved input circuits of plate multipoles. Such circuits can be formed both at the input and at the output of the plate multipole, and can be bent, as shown in Fig. 8, but they can also be inclined or have a non-circular bend. All these changes provide an additional way to control the forces acting on the ion beam in the transverse direction.

Нестандартное изменение формы сужающихся электродных полос показано на фиг.9. Как показано на чертеже, электродные полосы сужены с двух сторон таким образом, что постоянные потенциалы, добавленные к этим электродным полосам, вызывают силы, которые направлены к средней позиции на оси Z. Этот способ может быть применен к пластинчатым многополюсникам, секции которых имеют прямую ось, а также к пластинчатым многополюсникам, секции которых имеют изогнутую ось. В обоих случаях ионы будут сгруппированы вместе в виде небольшого облака в средней позиции на оси Z. Затем из этой позиции ионы могут быть извлечены:Non-standard change in the shape of the tapering electrode strips shown in Fig.9. As shown in the drawing, the electrode strips are narrowed on both sides so that the constant potentials added to these electrode strips cause forces that are directed to the middle position on the Z axis. This method can be applied to plate multipoles, sections of which have a straight axis , as well as to plate multipoles, sections of which have a curved axis. In both cases, the ions will be grouped together in the form of a small cloud in the middle position on the Z axis. Then, from this position, the ions can be extracted:

1) в направлении оси Y через показанное на фиг.9 отверстие для извлечения, которое может быть прямоугольным, как показано на фиг.9, или другой формы, чтобы обеспечить оптимальное извлечение ионов, которое может быть достигнуто приложением на короткий период времени различных потенциалов к электродным полосам на верхней и нижней пластинах;1) in the direction of the Y axis through the extraction opening shown in Fig. 9, which can be rectangular, as shown in Fig. 9, or of another shape, in order to ensure optimal ion extraction, which can be achieved by applying various potentials to electrode strips on the upper and lower plates;

2) в направлении оси Х приложением на короткий период времени различных потенциалов к различным электродным полосам с различной позицией на оси X, причем потенциалы, которые в течение короткого периода времени приложены к электродным полосам на верхней пластине, и потенциалы, которые в течение короткого периода времени приложены к электродным полосам на нижней пластине, по существу идентичны. Такое извлечение ионов в направлении оси Х может быть особенно эффективным в случае секции с изогнутой осью, причем ионы будут стремиться концентрироваться в облако, если извлечение осуществляют в вогнутом направлении, и рассеиваться, если извлечение осуществляют в выпуклом направлении;2) in the direction of the X axis by applying for a short period of time different potentials to different electrode strips with different positions on the X axis, and potentials that are applied for a short period of time to the electrode strips on the upper plate and potentials that are for a short period of time applied to the electrode strips on the bottom plate are substantially identical. Such an extraction of ions in the direction of the X axis can be especially effective in the case of a section with a curved axis, moreover, the ions will tend to concentrate in the cloud if the extraction is carried out in the concave direction, and disperse if the extraction is carried out in the convex direction;

3) в направлении Z применением поля, действующего в направлении Z, которое может быть сформировано различными потенциалами, приложенными к ограничителям краевого поля на входе и выходе пластинчатого многополюсника, или делением сужающейся с двух сторон электродной полосы на две сужающиеся полосы, первая из которых увеличивается по ширине вдоль оси Z, а вторая уменьшается по ширине вдоль оси Z. В этом случае в течение короткого периода времени могут быть приложены различные постоянные потенциалы к этим двум сужающимся электродным полосам.3) in the Z direction by applying a field acting in the Z direction, which can be formed by various potentials applied to the boundary field limiters at the inlet and outlet of the plate multipole, or by dividing the electrode strip tapering on both sides into two tapering strips, the first of which increases along width along the Z axis, and the second decreases in width along the Z axis. In this case, various constant potentials can be applied to these two tapering electrode strips for a short period of time.

Многополюсники с наложенным дипольным полем или без него могут быть выполнены, как показано на фиг.2-9, со сформированными по-разному электродными полосами на "пластинах". Они могут быть:Multipolar circuits with or without a dipole field can be made, as shown in FIGS. 2-9, with differently formed electrode strips on the “plates”. They may be:

1) выполнены из изолированных металлических заготовок, причем эти электродные полосы должны быть смонтированы так, чтобы смонтированная конструкция совсем не могла быть видна или только лишь немного видна с места расположения ионов;1) made of insulated metal billets, and these electrode strips must be mounted so that the mounted structure could not be visible at all or only slightly visible from the location of the ions;

2) выполнены из изолированных металлических проводов, к которым приложены потенциалы, различные для каждого провода или различные для различных групп проводов. Такая конструкция может быть предпочтительна в случае, если воздух из пространства, в котором происходит перемещение ионов, сильно откачан до такой степени, чтобы окончательное остаточное давление было очень низкое;2) made of insulated metal wires to which potentials are applied, different for each wire or different for different groups of wires. Such a design may be preferable if the air from the space in which the ion movement occurs is strongly evacuated to such an extent that the final residual pressure is very low;

3) выполнены как металлические накладки на печатных платах (см. фиг.10), размещенные, например, на подложках из керамического материала или на подложках из эпоксидного материала, которые для большинства применений должны быть выбраны с низким содержанием адсорбированных газов. Это отличный способ, который обеспечивает выравнивание электродных полос с высокой точностью. Такая конструкция также обеспечивает эффективное экранирование высокочастотных полей посредством размещения заземляющих проводящих слоев на противоположной стороне материала подложки, как показано на фиг.10. При использовании многослойных печатных плат этот слой экранирования может быть размещен посредине толщины подложки. В этой технологии также может быть применено двухслойное или многослойное экранирование. В случае применения печатных плат предпочтительно разделять электродные полосы лишь небольшими зазорами, ширина которых в лучшем случае меньше толщины металлических накладок, так, чтобы накопленный заряд изолированного материала подложки оказывал лишь небольшое влияние на полное распределение потенциала;3) are made as metal plates on printed circuit boards (see FIG. 10), for example, placed on substrates of ceramic material or on substrates of epoxy material, which for most applications should be selected with a low content of adsorbed gases. This is a great way to align the electrode strips with high accuracy. This design also provides effective shielding of high-frequency fields by placing grounding conductive layers on the opposite side of the substrate material, as shown in FIG. 10. When using multilayer printed circuit boards, this shielding layer can be placed in the middle of the thickness of the substrate. Two-layer or multi-layer shielding can also be used in this technology. In the case of printed circuit boards, it is preferable to separate the electrode strips with only small gaps, the width of which is at best smaller than the thickness of the metal plates, so that the accumulated charge of the insulated substrate material has only a small effect on the total potential distribution;

4) выполнены как металлические накладки на печатных платах с малой проводимостью. Это может быть достигнуто нанесением малопроводящей пленки на всю поверхность печатной пластины или использованием малопроводящего материала подложки, например, так называемой " необожженной керамики". В этом случае потенциал между различными электродными накладками может быть линейно интерполирован.4) are made as metal plates on printed circuit boards with low conductivity. This can be achieved by applying a low conductive film to the entire surface of the printing plate or by using a low conductive substrate material, for example, the so-called “unfired ceramic”. In this case, the potential between the different electrode pads can be linearly interpolated.

Отличительная особенность пластинчатого многополюсника состоит в том, что потенциал VN0 любого многополюсного распределения потенциала, как определено в формуле (1), может быть легко изменен, и, таким образом, может быть легко изменена напряженность в соответствующем многополюснике. Это может быть осуществлено или постоянно для постоянной составляющей, или как функция времени. Таким образом, особенно возможно менять напряженности многополюсных полей с одинаковой или другой частотой или фазовым сдвигом, как у дипольного поля. Это позволяет, например, добавлять к многополюсному полю одной частоты вращающееся поле другой частоты. Такая конструкция может быть предпочтительной для фрагментации молекулярных ионов [В.Разников и др., Rap. Comm. in Mass Spectrom. 15 (2001) 1912].A distinctive feature of the plate multi-terminal is that the potential V N0 of any multi-pole potential distribution, as defined in formula (1), can be easily changed, and thus, the tension in the corresponding multi-terminal can be easily changed. This can be done either continuously for the constant component, or as a function of time. Thus, it is especially possible to change the intensities of multipolar fields with the same or different frequency or phase shift, as in a dipole field. This makes it possible, for example, to add a rotating field of another frequency to a multipolar field of one frequency. Such a design may be preferred for fragmentation of molecular ions [V. Raznikov et al., Rap. Comm. in Mass Spectrom. 15 (2001) 1912].

Кроме того, любая из этих частот может быть изменена во времени. Это может быть предпочтительным, например, для спектрометра ионной подвижности или спектрометра дифференциальной подвижности, так что на ионы с меньшей и большей массами действуют разные фокусирующие силы. Более того, пластинчатые многополюсники, в которых доминирующая полярность является полярностью четырехполюсника, представляют собой гибкие устройства, на основе которых могут быть созданы четырехполюсники с переменной напряженностью поля или углом наклона Ф, значения которого можно выбрать так, чтобы они были постоянными или изменяющимися во времени.In addition, any of these frequencies may change over time. This may be preferable, for example, for an ion mobility spectrometer or a differential mobility spectrometer, so that different focusing forces act on ions with smaller and larger masses. Moreover, lamellar multipoles, in which the dominant polarity is the polarity of a four-terminal, are flexible devices on the basis of which four-terminal can be created with a variable field strength or angle of inclination Ф, the values of which can be chosen so that they are constant or varying in time.

Кроме того, управление пластинчатым многополюсником может быть осуществлено не частотами, а предпочтительнее быстро изменяемыми напряжениями, как, например, это выполнено в цифровой ионной ловушке [P.H.Dawson, "Квадрупольная масс-спектрометрия и ее применение", Acad. Press, Orlando, 1976], сконструированной из электродов стержневого типа. Это особенно целесообразно, если необходимо применение сложных композиций разных частот, и если необходимо также добавление неизменного потенциала или импульсного постоянного потенциала.In addition, the control of a plate multipole can be carried out not by frequencies, but rather by rapidly changing voltages, as, for example, this was done in a digital ion trap [P.H. Dawson, “Quadrupole mass spectrometry and its application,” Acad. Press, Orlando, 1976], constructed from rod type electrodes. This is especially useful if complex compositions of different frequencies are needed, and if the addition of a constant potential or a pulsed constant potential is also necessary.

Пластинчатые многополюсники часто ограничивают ограничителями краевого поля, две их формы показаны на фиг.11. Такие ограничители предотвращают распространение полей, сформированных в пластинчатом многополюснике, слишком далеко от пластинчатого многополюсника. Такие ограничители краевого поля показаны на фиг.12. Они могут быть:Lamellar multipoles are often limited by edge field limiters; their two forms are shown in FIG. 11. Such limiters prevent the propagation of fields formed in the plate multipole, too far from the plate multipole. Such boundary field limiters are shown in FIG. They may be:

а) образованы в виде рамки прямоугольной, круглой или эллиптической формы;a) formed in the form of a frame of rectangular, round or elliptical shape;

b) выполнены в виде диафрагмы "щелевого типа", которая может быть легко интегрирована в конструкцию многополюсника, собранного из печатных плат.b) made in the form of a "slotted type" diaphragm, which can be easily integrated into the design of a multipole assembled from printed circuit boards.

Все эти диафрагмы могут также быть ограничены решетками, как показано на фиг.12, в этом случае конструкция рамки несущественна.All of these diaphragms can also be limited by gratings, as shown in FIG. 12, in which case the frame design is not essential.

Если к электродным полосам А2, А3 или B2, В3 приложить по существу тот же самый потенциал, что потенциал в плоскости XZ начала отсчета, то поле пластинчатого многополюсника будет ограничено надлежащим образом. В этом случае электродные полосы A1, A4 или B1, B4 могут быть удалены. Вместе с тем существуют другие варианты использования этих ограничителей краевого поля.If substantially the same potential is applied to the electrode strips A 2 , A 3 or B 2 , B 3 as the potential in the reference plane XZ, then the field of the plate multipole will be appropriately limited. In this case, the electrode strips A 1 , A 4 or B 1 , B 4 can be removed. However, there are other options for using these edge field limiters.

1. При приложении к электродам А2, А3 или В2, В3 отталкивающего ионы постоянного потенциала те ионы, которые уже находятся внутри пластинчатого многополюсника, не могут вылететь наружу и потому перемещаются туда и обратно вдоль оси Z. Таким образом, если к электродным полосам приложены надлежащие потенциалы, то пластинчатый многополюсник может быть использован как ионная ловушка, которая просто удерживает ионы, исследует их посредством масс-анализа или готовит их к сгруппированному извлечению в направлении осей X, Y или Z, как уже описано выше при описании фиг.9. Такому захвату ионов в ловушку может содействовать наличие или, как описано выше, достигнуто только наличием сужающихся с двух сторон электродных полос.1. When a constant potential repelling ions is applied to the electrodes A 2 , A 3 or B 2 , B 3, those ions that are already inside the plate multipole cannot fly out and therefore move back and forth along the Z axis. Thus, if If the potentials are applied to the electrode strips, then the plate multipole can be used as an ion trap that simply holds ions, examines them by mass analysis, or prepares them for grouped extraction in the direction of the X, Y, or Z axes, as already described in Chez 9 in the description. The presence of ions in the trap can be facilitated by the presence of, or, as described above, achieved only by the presence of electrode strips tapering on both sides.

2. При приложении притягивающего ионы постоянного потенциала к электродам А3 или В3, расположенным на выходных сторонах пластинчатых многополюсников, показанных на фиг.11, и отталкивающего ионы постоянного потенциала к электродам А4 или В4 можно заметить, что сформирована небольшая захватывающая ионы область, из которой ионы могут быть извлечены в направлении оси Z простой заменой потенциала на электродных полосах А4 или В4 на притягивающий ионы потенциал.2. When applying a constant potential attracting ions to the electrodes A 3 or B 3 located on the output sides of the plate multipoles shown in FIG. 11 and repelling constant potential ions to the electrodes A 4 or B 4, it can be seen that a small ion-capturing region is formed from which ions can be extracted in the Z-axis direction by simply replacing the potential on the electrode strips A 4 or B 4 with an ion attracting potential.

Пластинчатые многополюсники могут быть использованы в различных случаях, некоторые из которых перечислены ниже и которые частично проиллюстрированы на фиг.13 и на фиг.14, хотя есть много других конфигураций, в которых они могут быть использованы.Lamellar multipoles can be used in various cases, some of which are listed below and which are partially illustrated in FIG. 13 and FIG. 14, although there are many other configurations in which they can be used.

1. Пластинчатые многополюсники могут транспортировать ионы от одной секции до следующей. Это может быть всего лишь преодолением ионами промежутка вдоль оси Z или перемещение ионов от одного типа анализа к другому.1. Plate multipoles can transport ions from one section to the next. It can be just overcoming the gap along the Z axis by ions or moving ions from one type of analysis to another.

2. Пластинчатый многополюсник может быть использован как охладитель пучка, в котором ионы теряют энергию в результате ион-атомных или ион-молекулярных столкновений, при этом ионное облако сжимается до небольшого объема фазового пространства. Это может быть сделано простым переносом ионов через всю длину пластинчатого многополюсника или захватом ионов, как сказано выше при описании фиг.11.2. The plate multipole can be used as a beam cooler in which ions lose energy as a result of ion-atom or ion-molecular collisions, while the ion cloud is compressed to a small amount of phase space. This can be done by simply transferring the ions through the entire length of the lamellar multipole or by capturing the ions, as described above in the description of FIG.

3. Пластинчатый многополюсник может быть использован как ионизационная камера, в которой молекулярные ионы распадаются на части в результате ион-молекулярных или ион-атомных столкновений. Получившиеся фрагменты ионов затем могут быть подвергнуты масс-анализу в анализаторе секторного поля, квадрупольном фильтре или во времяпролетном масс-спектрометре. Такая фрагментация молекулярных ионов может быть достигнута посредством простого одноразового переноса ионов через всю длину пластинчатого многополюсника, используемого в качестве ионизационной камеры, или посредством захвата ионов, как обсуждалось выше при описании фиг.11.3. The plate-like multipole can be used as an ionization chamber in which molecular ions decay as a result of ion-molecular or ion-atom collisions. The resulting ion fragments can then be subjected to mass analysis in a sector-field analyzer, quadrupole filter or in-flight mass spectrometer. Such fragmentation of molecular ions can be achieved by simple one-time ion transfer across the entire length of the plate-like multipole used as an ionization chamber, or by trapping ions, as discussed above with respect to FIG. 11.

4. Пластинчатый многополюсник может быть использован как квадрупольный масс-анализатор. Такое применение может быть достигнуто простым одноразовым переносом ионов через всю длину пластинчатого многополюсника, и в этом случае может быть упомянут масс-фильтр. Вместе с тем масс-анализ также может быть выполнен при использовании пластинчатого многополюсника в качестве ионной ловушки для масс-анализа, с помощью которой могут быть захвачены ионы, как описано выше при описании фиг.11.4. The lamellar multipole can be used as a quadrupole mass analyzer. Such an application can be achieved by simple one-time ion transfer through the entire length of the plate multipole, in which case a mass filter can be mentioned. However, mass analysis can also be performed using a plate-like multipole as an ion trap for mass analysis, with which ions can be captured, as described above with respect to FIG. 11.

Для вариантов 1, 2, 3, в большинстве случаев достаточно лишь приложить к различным электродным полосам высокочастотные напряжения. Однако в этом случае могут быть устранены лишь ионы с малой массой, в то время как все другие ионы могут пройти. Дополнительно применяя постоянные напряжения к различным электродным полосам можно обеспечить сохранение ионов лишь особого, обычно короткого, диапазона масс. В случаях 2 и 3 также могут быть реализованы такие возможности масс-анализа приложением не только высокочастотных, но также и постоянных потенциалов к различным электродным полосам. В этих случаях, тем не менее, обычно достаточно ограниченного масс-анализа.For options 1, 2, 3, in most cases it is enough to just apply high-frequency voltages to different electrode strips. However, in this case only low-mass ions can be eliminated, while all other ions can pass through. Additionally, applying constant voltage to different electrode strips, it is possible to ensure the conservation of ions of only a special, usually short, mass range. In cases 2 and 3, such mass analysis capabilities can also be realized by applying not only high-frequency, but also constant potentials to different electrode strips. In these cases, however, usually limited mass analysis is usually sufficient.

Комбинации различных пластинчатых многополюсников показаны на фиг.13 и на фиг.14. На обоих чертежах не отражены все задачи, которые могут решать различные пластинчатые многополюсники. Описания некоторых практически выполнимых конфигураций предложены ниже. Однако могут быть реализованы и другие варианты.Combinations of various plate multipoles are shown in FIG. 13 and FIG. Both drawings do not reflect all the tasks that different plate multipoles can solve. Descriptions of some feasible configurations are provided below. However, other options may be implemented.

На фиг.13 показаны четыре пластинчатых многополюсника А, В, С, D, к которым на той же самой оси Z добавлен известный из уровня техники четырехполюсник стержневого типа. В этой конфигурации пластинчатый многополюсник А может быть использован в качестве спектрометра подвижности ионов, пластинчатый многополюсник В в качестве секции переноса, пластинчатый многополюсник С в качестве масс-анализатора и пластинчатый многополюсник D в качестве ионизационной камеры для фрагментирования молекулярных ионов, которые затем перемещаются в конечный квадрупольный масс-анализатор стержневого типа. Однако следует также указать, что ионы могли бы быть извлечены из пластинчатого многополюсника D перпендикулярно пластинам, например, для того чтобы быть введенными в не показанный на чертеже времяпролетный масс-анализатор.13 shows four lamellar multipoles A, B, C, D to which a rod-type four-terminal is added on the same Z axis. In this configuration, plate-like multipole A can be used as an ion mobility spectrometer, plate-like multipole B as a transfer section, plate-like multipole C as a mass analyzer, and plate-like multipole D as an ionization chamber for fragmenting molecular ions, which then move to the final quadrupole rod type mass analyzer. However, it should also be pointed out that ions could be extracted from the plate multipole D perpendicular to the plates, for example, in order to be introduced into a time-of-flight mass analyzer not shown.

Дополнительные пластинчатые многополюсники также могут быть размещены в конфигурации, показанной на фиг.13, например, в качестве устройств переноса, которые бы, например, хорошо решали задачу разделения различных анализаторов или которые бы могли использоваться в качестве дополнительных охладителей пучка. Конечно, квадрупольный масс-анализатор стержневого типа также может быть размещен между двумя пластинчатыми многополюсниками вместо того, чтобы быть расположенным после пластинчатого многополюсника D. Все пластинчатые многополюсники показаны разделенными ограничителями краевого поля, которые при необходимости могут быть упрощены или которые могут быть использованы как отражатели ионов, причем в этом случае соответствующий пластинчатый многополюсник будет использоваться в качестве ионной ловушки.Additional plate multipoles can also be placed in the configuration shown in Fig. 13, for example, as transfer devices that, for example, would solve the problem of separation of various analyzers well, or which could be used as additional beam coolers. Of course, the rod-type quadrupole mass analyzer can also be placed between two plate-like multipoles instead of being located after the plate-like multipole D. All plate-like multipoles are shown by separated edge field limiters, which can be simplified if necessary or which can be used as ion reflectors in this case, the corresponding plate-like multipole will be used as an ion trap.

На фиг.14 показана конфигурация пластинчатых многополюсников, подобная показанной на фиг.13. В этом случае один из пластинчатых многополюсников показан с явно изогнутой осью. Для удобства угол отклонения этого пластинчатого многополюсника с изогнутой осью выбран π, хотя также может быть выбран любой другой угол. Если этот многополюсник С с изогнутой осью используют в качестве ионизационной камеры, то пластинчатый многополюсник D может быть использован в качестве масс-анализатора или устройства переноса ионов к другому масс-анализатору (не показан), если необходимые высокочастотный и постоянный потенциалы приложены к его электродным полосам. Пластинчатый многополюсник D также может быть использован как пластинчатый многополюсник, который концентрирует ионы в своей середине и выталкивает их перпендикулярно верхней пластине, например во времяпролетный масс-анализатор. Вместе с тем этот пластинчатый многополюсник D также может быть использован как устройство переноса в другой масс-анализатор, например, подобно показанному выше известному из уровня техники четырехполюснику стержневого типа. В таком случае пластинчатый многополюсник А можно использовать, например, как охладитель пучка, а пластинчатый многополюсник В можно использовать как масс-анализатор, который выбирает ионы-предшественники с определенной молекулярной массой для фрагментации в ионизационной камере, которая здесь может быть пластинчатым многополюсником С.On Fig shows the configuration of the plate multi-terminal, similar to that shown in Fig.13. In this case, one of the plate multipoles is shown with a clearly curved axis. For convenience, the deflection angle of this plate-shaped multipole with a curved axis is π, although any other angle can also be selected. If this multi-terminal C with a curved axis is used as an ionization chamber, then the plate multi-terminal D can be used as a mass analyzer or an ion transfer device to another mass analyzer (not shown), if the necessary high-frequency and constant potentials are applied to its electrode strips . Lamellar multipole D can also be used as a lamellar multipole, which concentrates the ions in its middle and pushes them perpendicular to the upper plate, for example during a time-of-flight mass analyzer. At the same time, this plate-like multipole D can also be used as a transfer device to another mass analyzer, for example, similar to the rod-type four-terminal shown above. In this case, the plate-like multipole A can be used, for example, as a beam cooler, and the plate-like multipole B can be used as a mass analyzer that selects precursor ions with a specific molecular weight for fragmentation in the ionization chamber, which here can be the plate-like multipole C.

Фиг.15 показывает 5 электродных полос на двух параллельных пластинах Рu и Pd, имеющих пять различных значений координаты X, причем все они расположены параллельно оси Z (см. также фиг.2). Однако на фиг.15 эти 5 электродных полос разделены на 4 секции, отличающиеся различными средними значениями координаты Z. В этом варианте реализации соответствующие зависимые от Х постоянный и высокочастотный потенциалы приложены ко всем электродным полосам, которые характеризуются некоторым значением X, и к этим потенциалам добавлены по существу те же самые зависимые от Z высокочастотный и постоянный потенциалы, также приложенные ко всем электродным полосам, отличающимся некоторым значением координаты Z. Так как это дополнение должно быть сделано для электродных полос на пластинах Рu и Pd, в результате может быть сформировано постоянное поле в направлении оси Z.FIG. 15 shows 5 electrode strips on two parallel plates Pu and Pd having five different X coordinate values, all of which are parallel to the Z axis (see also FIG. 2). However, in FIG. 15, these 5 electrode strips are divided into 4 sections, differing in different average values of the Z coordinate. In this embodiment, the corresponding X-dependent constant and high-frequency potentials are applied to all electrode strips that are characterized by a certain value of X, and are added to these potentials essentially the same Z-dependent high-frequency and constant potentials, also applied to all electrode strips, differing in some value of the Z coordinate. Since this addition should be l made for the electrode strips on the plates Pu and Pd, as a result, a constant field can be formed in the direction of the Z axis.

Поскольку для подачи различных потенциалов к различным электродным полосам имеется по существу много проводов, на чертеже показано, как эта задача может быть выполнена при использовании соединительных проводников Lu и Ld, расположенных между заземляющими пластинами G2u, G1u и G1d, G2d, соответственно. Такое расположение обеспечивает формирование соединительных проводников по технологии полосковых волноводов и в то же время обеспечивает эффективное высокочастотное экранирование сформированных различными электродными полосами высокочастотных полей. Такая конструкция может быть выполнена по технологии многослойных печатных плат. В этом случае для верхней пластины Рu, так же как для нижней пластины Pd, необходимы изолирующие трехслойные подложки. Для большей простоты и ясности эти подложки на чертеже не показаны.Since there are essentially many wires for supplying different potentials to different electrode strips, the drawing shows how this task can be accomplished using the connecting conductors Lu and Ld located between the grounding plates G2u, G1u and G1d, G2d, respectively. This arrangement provides the formation of connecting conductors using the technology of strip waveguides and at the same time provides effective high-frequency shielding of the high-frequency fields formed by various electrode strips. This design can be performed on the technology of multilayer printed circuit boards. In this case, for the upper plate Pu, as well as for the lower plate Pd, insulating three-layer substrates are necessary. For simplicity and clarity, these substrates are not shown in the drawing.

На фиг.16 также показаны пять сегментированных в направлении Z электродных полос, размещенных на двух параллельных пластинах Рu и Pd, как показано на фиг.15. В этом случае окончательные активные элементы управления действующим напряжением размещены по существу близко к соответствующим окончательным электродным полосам, причем соединительные проводники не создают дополнительных емкостных сопротивлений с заземленным экраном, так же как и никаких дополнительных резистивных нагрузок. Такая конфигурация уменьшает величину необходимой высокочастотной энергии, так же как и высокочастотных полей в остальной части ионно-оптической системы. Однако такой вариант реализации может требовать наличия охлаждения печатных плат, на которых размещены эти активные элементы, с помощью воды или некоторой другой жидкости. Такие охлаждающие трубки показаны на чертеже и обозначены как Сu и Cd. Как показано на чертеже, эти активные элементы размещены в корпусе, в котором давление остаточного газа может отличаться от давления остаточного газа в области, в которой перемещаются ионы.On Fig also shows five segmented in the Z-direction of the electrode strips placed on two parallel plates Pu and Pd, as shown in Fig.15. In this case, the final active current voltage control elements are located essentially close to the corresponding final electrode strips, and the connecting conductors do not create additional capacitances with a grounded shield, as well as no additional resistive loads. Such a configuration reduces the magnitude of the required high-frequency energy, as well as the high-frequency fields in the rest of the ion-optical system. However, such an embodiment may require the cooling of the printed circuit boards on which these active elements are placed using water or some other liquid. Such cooling tubes are shown in the drawing and are designated as Cu and Cd. As shown in the drawing, these active elements are housed in a housing in which the pressure of the residual gas may differ from the pressure of the residual gas in the region in which the ions move.

На фиг.17 показаны электродные полосы, сформированные так, что они могут создать поле осесимметричной ускоряющей или замедляющей линзы, если к соответствующим электродам приложены правильные высокочастотный или постоянный потенциалы. В этом случае ионы начнут перемещение от потенциала V0, затем могут быть ускорены или замедлены до потенциала Vm, после чего они могут быть замедлены или ускорены до потенциала V1. В случае V1≠V0 описанная конфигурация реализует осесимметричную иммерсионную линзу, и в случае V1=V0 описанная конфигурация реализует осесимметричную одиночную линзу.17 shows electrode strips that are formed so that they can create an axisymmetric accelerating or retarding lens field if the correct high-frequency or constant potentials are applied to the respective electrodes. In this case, the ions will begin to move from the potential V 0 , then they can be accelerated or slowed down to the potential V m , after which they can be slowed down or accelerated to the potential V 1 . In the case of V 1 ≠ V 0, the described configuration implements an axisymmetric immersion lens, and in the case of V 1 = V 0, the described configuration implements an axisymmetric single lens.

С помощью подобной конфигурации электродных полос также может быть сформировано поле осесимметричного ионного зеркала, известного из уровня техники, которое используют во времяпролетных масс-спектрометрах, в которых такое поле обычно формируется осесимметричными электродами.Using a similar configuration of the electrode strips, a field of an axisymmetric ion mirror known in the art can also be formed, which is used in time-of-flight mass spectrometers in which such a field is usually formed by axisymmetric electrodes.

Вышеупомянутые варианты реализации и их преимущества приведены лишь в качестве примера и не должны толковаться как ограничение. Настоящее изобретение может быть легко применено к другим типам устройств. Кроме того, описание примерных вариантов реализации предназначено лишь для иллюстративных целей и никак не ограничивает объем настоящего изобретения, и многие его варианты и модификации будут очевидны для специалистов в данной области техники.The above implementation options and their advantages are given only as an example and should not be construed as limiting. The present invention can be easily applied to other types of devices. In addition, the description of exemplary embodiments is intended for illustrative purposes only and does not limit the scope of the present invention in any way, and many variations and modifications thereof will be apparent to those skilled in the art.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY

Варианты реализации настоящего изобретения могут быть использованы в различных типах анализаторов заряженных частиц. Такие анализаторы заряженных частиц включают спектрометры подвижности ионов, используемые для анализа следа частицы в среде, и масс-спектрометры, используемые в биологии, медицине или фармакологии, а также в неорганической химии применительно к геологии или материаловедению. Вместе с тем варианты реализации также могут быть применены при анализе электронного луча или при анализе или транспортировке аэрозолей.Embodiments of the present invention can be used in various types of charged particle analyzers. Such charged particle analyzers include ion mobility spectrometers used to analyze particle traces in a medium, and mass spectrometers used in biology, medicine, or pharmacology, as well as inorganic chemistry for geology or material science. However, embodiments may also be used in electron beam analysis or in aerosol analysis or transportation.

Claims (50)

1. Устройство для направления пучка ионов вдоль по существу непрерывной линии пучка, по меньшей мере, в одном поле, создающем силу, действующую на ионы в указанном пучке ионов, содержащее, по меньшей мере, одну секцию, которая содержит по существу плоский пластинчатый многополюсник, имеющий верхнюю плоскую пластину и нижнюю плоскую пластину, причем указанная сила по существу симметрична в параллельном направлении или по существу асимметрична в перпендикулярном направлении относительно средней плоскости, в которой находится линия пучка, каждая из указанных пластин, а именно верхняя плоская пластина и нижняя плоская пластина, содержит первые электродные полосы, к которым приложены соответствующие потенциалы и которые генерируют, по меньшей мере, часть указанного, по меньшей мере, одного поля, а граница краевого поля расположена на каждом конце указанной, по меньшей мере одной, секции, и указанные первые электродные полосы выполнены по существу тонкими и плоскими.1. A device for directing an ion beam along a substantially continuous line of the beam in at least one field creating a force acting on the ions in said ion beam, comprising at least one section that contains a substantially planar plate multipole, having an upper flat plate and a lower flat plate, wherein said force is substantially symmetrical in the parallel direction or substantially asymmetric in the perpendicular direction with respect to the middle plane in which the beam line is located, Each of these plates, namely the upper flat plate and the lower flat plate, contains the first electrode strips to which the corresponding potentials are applied and which generate at least part of the specified at least one field, and the boundary of the edge field is located on each the end of said at least one section, and said first electrode strips are substantially thin and flat. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанная верхняя плоская пластина и указанная нижняя плоская пластина расположены по существу параллельно или наклонно относительно указанной средней плоскости в указанной, по меньшей мере, одной секции, причем экстраполированная линия пересечения указанной верхней плоской пластины и указанной нижней плоской пластины по существу перпендикулярна линии пучка ионов.2. The device according to claim 1, characterized in that said upper flat plate and said lower flat plate are arranged substantially parallel to or inclined with respect to said middle plane in said at least one section, an extrapolated line of intersection of said upper flat plate and the specified lower flat plate is essentially perpendicular to the line of the ion beam. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанная, по меньшей мере, одна секция является прямой секцией или изогнутой секцией, которая изогнута относительно указанной средней плоскости, причем прямые секции содержат по существу четырехугольные первые электродные полосы, параллельные линии пучка ионов, а изогнутые секции содержат по существу изогнутые первые электродные полосы, расположенные по существу на постоянном расстоянии от линии пучка ионов.3. The device according to claim 1, characterized in that the at least one section is a straight section or a curved section that is curved relative to the specified mid-plane, and the straight sections contain essentially quadrangular first electrode strips parallel to the lines of the ion beam, and the curved sections contain essentially curved first electrode strips located essentially at a constant distance from the line of the ion beam. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанная линия пучка ионов в указанной, по меньшей мере, одной секции обладает, по меньшей мере, одним из свойств, включающих прямоту, изогнутость и криволинейность.4. The device according to claim 1, characterized in that the specified line of the ion beam in the specified at least one section has at least one of the properties, including straightness, curvature and curvature. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая из первых электродных полос имеет, по меньшей мере, один из краев, в качестве которых указаны прямой край и изогнутый край, причем ширина, по существу перпендикулярная линии пучка ионов, меньше длины вдоль линии пучка ионов для каждой из первых электродных полос.5. The device according to claim 1, characterized in that each of the first electrode strips has at least one of the edges, which are a straight edge and a curved edge, and the width essentially perpendicular to the line of the ion beam is less than the length along ion beam lines for each of the first electrode strips. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что длины или углы отклонения первых электродных полос относительно вертикальной оси равны, соответственно, длинам или углам отклонения по меньшей мере одной смежной с ними первой электродной полосы.6. The device according to claim 5, characterized in that the lengths or angles of deviation of the first electrode strips relative to the vertical axis are equal, respectively, to the lengths or angles of deviation of at least one adjacent first electrode strip. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что длины или углы отклонения первых электродных полос относительно вертикальной оси не равны, соответственно, длинам или углам отклонения по меньшей мере одной смежной с ними первой электродной полосы и изменяются линейно или нелинейно в зависимости от соответствующих расстояний до них от линии пучка ионов.7. The device according to claim 5, characterized in that the lengths or angles of deviation of the first electrode strips relative to the vertical axis are not equal, respectively, to the lengths or angles of deviation of at least one adjacent first electrode strip and vary linearly or nonlinearly depending on the respective distances to them from the line of the ion beam. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина по меньшей мере одной из указанных первых электродных полос увеличивается вдоль линии пучка ионов.8. The device according to claim 1, characterized in that the width of at least one of these first electrode strips increases along the line of the ion beam. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что отношение ширин первых электродных полос к расстоянию между верхней плоской пластиной и нижней плоской пластиной представляет собой постоянную величину или переменную величину, изменяющуюся вдоль линии пучка ионов.9. The device according to claim 8, characterized in that the ratio of the widths of the first electrode strips to the distance between the upper flat plate and the lower flat plate is a constant value or a variable that varies along the line of the ion beam. 10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что потенциалы приложены по меньшей мере к двум первым электродным полосам в течение такого периода времени, чтобы сформировать поле вдоль линии пучка ионов.10. The device according to claim 8, characterized in that the potentials are applied to at least two first electrode strips for such a period of time to form a field along the line of the ion beam. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина по меньшей мере одной из указанных первых электродных полос увеличивается и уменьшается вдоль линии пучка ионов таким образом, что ширина максимальна в средней части.11. The device according to claim 1, characterized in that the width of at least one of these first electrode strips increases and decreases along the line of the ion beam so that the width is maximum in the middle part. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширины по меньшей мере некоторые из указанных первых электродных полос больше на более удаленных от указанного пучка ионов расстояниях.12. The device according to claim 1, characterized in that the widths of at least some of these first electrode strips are greater at distances farther from the specified ion beam. 13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина центральной из указанных первых электродных полос больше ширин смежных с ней первых электродных полос или равна им.13. The device according to claim 1, characterized in that the width of the central of said first electrode strips is greater than or equal to the width of the adjacent first electrode strips. 14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные ионы направлены к одной из указанных пластин, в качестве которых указаны верхняя плоская пластина и нижняя плоская пластина, а именно к пластине, имеющей больший притягивающий ионы потенциал, приложенный к ней в течение периода времени, и также имеющей отверстие для эмиссии по меньшей мере части указанных ионов.14. The device according to claim 1, characterized in that said ions are directed to one of said plates, which are indicated as an upper flat plate and a lower flat plate, namely, a plate having a larger potential for attracting ions applied to it during the period time, and also having a hole for the emission of at least part of these ions. 15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные ионы направлены вдоль указанной средней плоскости под действием различных потенциалов, приложенных к указанным первым электродным полосам в течение периода времени для формирования поля, параллельного указанной средней плоскости.15. The device according to claim 1, characterized in that said ions are directed along said middle plane under the action of various potentials applied to said first electrode strips for a period of time to form a field parallel to said middle plane. 16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит вторые электродные полосы, расположенные по существу перпендикулярно указанной средней плоскости на первой поверхности и второй поверхности, причем указанные вторые электродные полосы являются по существу тонкими и плоскими.16. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises second electrode strips located essentially perpendicular to the indicated middle plane on the first surface and the second surface, said second electrode strips being essentially thin and flat. 17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанные вторые электродные полосы являются по существу четырехугольными или по существу изогнутыми и расположены на постоянном минимальном расстоянии от указанной линии пучка ионов.17. The device according to clause 16, wherein said second electrode strips are substantially quadrangular or substantially curved and are located at a constant minimum distance from said ion beam line. 18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что ширины указанных вторых электродных полос больше на расстояниях, более удаленных от указанной средней плоскости.18. The device according to clause 16, characterized in that the widths of these second electrode strips are greater at distances more remote from the specified mid-plane. 19. Устройство по п.16, отличающееся тем, что ширина по меньшей мере одной из указанных вторых электродных полос увеличивается вдоль линии пучка ионов.19. The device according to clause 16, characterized in that the width of at least one of these second electrode strips increases along the line of the ion beam. 20. Устройство по п.16, отличающееся тем, что ширина по меньшей мере одной из указанных вторых электродных полос увеличивается и уменьшается вдоль линии пучка ионов таким образом, что ширина максимальна в средней части.20. The device according to clause 16, characterized in that the width of at least one of these second electrode strips increases and decreases along the line of the ion beam so that the width is maximum in the middle part. 21. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанные ионы направлены к одной из указанных поверхностей, в качестве которых указаны первая поверхность и вторая поверхность, а именно к поверхности, имеющей больший притягивающий ионы потенциал, приложенный к указанным вторым электродным полосам в течение периода времени, причем в указанной первой поверхности и указанной второй поверхности есть отверстие для эмиссии по меньшей мере части указанных ионов.21. The device according to clause 16, wherein said ions are directed to one of these surfaces, the first surface and the second surface being indicated, namely, a surface having a larger ion attracting potential applied to said second electrode strips during a period of time, and in said first surface and said second surface there is a hole for emission of at least a portion of said ions. 22. Устройство по п.16, отличающееся тем, что использован пластинчатый многополюсник для транспортировки пучка ионов в буферном газе низкого давления в вакуумной системе транспортировки ионов, в которой давление остаточного газа настолько низкое, что ион испытывает по существу минимальное количество ион-атомных или ион-молекулярных столкновений, причем сформированы высокочастотные многополюсные поля и многополюсные поля постоянного тока с возможностью проведения масс-анализа, при этом расстояние между указанной первой поверхностью и указанной второй поверхностью по существу меньше, чем расстояние между указанной верхней плоской пластиной и указанной нижней плоской пластиной.22. The device according to clause 16, characterized in that the plate multipole is used to transport an ion beam in a low-pressure buffer gas in a vacuum ion transport system in which the residual gas pressure is so low that the ion experiences a substantially minimal amount of ion-atom or ion -molecular collisions, with the formation of high-frequency multipolar fields and multipolar DC fields with the possibility of mass analysis, while the distance between the specified first surface and seemed second surface substantially smaller than the distance between said upper flat plate and said lower plate plane. 23. Устройство по п.16, отличающееся тем, что к каждой из указанных вторых электродных полос приложен по меньшей мере один из таких потенциалов, как по существу постоянные потенциалы и синусоидальные потенциалы.23. The device according to clause 16, wherein at least one of such potentials as essentially constant potentials and sinusoidal potentials is applied to each of said second electrode strips. 24. Устройство по п.16, отличающееся тем, что к каждой из указанных вторых электродных полос приложен по меньшей мере один из таких потенциалов, как по существу постоянные потенциалы и потенциалы, имеющие прямоугольную форму при переключении.24. The device according to clause 16, characterized in that at least one of such potentials, such as essentially constant potentials and potentials having a rectangular shape when switching, is applied to each of these second electrode strips. 25. Устройство по п.16, отличающееся тем, что по меньшей мере один из указанных высокочастотных потенциалов, включающий по меньшей мере одну частоту, приложен к одной из указанных вторых электродных полос, причем каждая указанная по меньшей мере одна частота может отличаться относительно других частот по меньшей мере одной из характеристик, включающих амплитуду и фазу.25. The device according to clause 16, characterized in that at least one of these high-frequency potentials, including at least one frequency, is applied to one of these second electrode strips, each indicated at least one frequency may differ from other frequencies at least one of the characteristics, including the amplitude and phase. 26. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные первые электродные полосы содержат проводящий материал или материал, который имеет проводящую поверхность, причем потенциал вдоль каждой из указанных электродных полос является по существу постоянным.26. The device according to claim 1, characterized in that said first electrode strips comprise a conductive material or a material that has a conductive surface, the potential along each of said electrode strips being substantially constant. 27. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первые электродные полосы сформированы по меньшей мере из одного провода.27. The device according to claim 1, characterized in that the first electrode strips are formed of at least one wire. 28. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первые электродные полосы содержат накладки из проводящего материала на соответствующих изоляционных подложках или подложках с небольшой проводимостью и сформированы в виде печатных плат.28. The device according to claim 1, characterized in that the first electrode strips contain overlays of conductive material on the corresponding insulating substrates or substrates with low conductivity and are formed in the form of printed circuit boards. 29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что указанные накладки разделены областью, которая меньше или равна толщине любой из указанных первых электродных полос.29. The device according to p. 28, characterized in that said pads are separated by a region that is less than or equal to the thickness of any of these first electrode strips. 30. Устройство по п.28, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере один проводящий слой, который выполнен с возможностью экранировать высокочастотное поле, сформированное указанными накладками, если приложены высокочастотные потенциалы.30. The device according to p. 28, characterized in that it further comprises at least one conductive layer, which is configured to shield the high-frequency field formed by these overlays, if high-frequency potentials are applied. 31. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один из указанных высокочастотных потенциалов, включающий по меньшей мере одну частоту, приложен к одной из указанных первых электродных полос, причем каждая указанная по меньшей мере одна частота может отличаться относительно других частот по меньшей мере одной из характеристик, включающих амплитуду и фазу.31. The device according to claim 1, characterized in that at least one of these high-frequency potentials, including at least one frequency, is applied to one of these first electrode strips, each indicated at least one frequency may differ from other frequencies at least one of the characteristics, including the amplitude and phase. 32. Устройство по п.31, отличающееся тем, что по меньшей мере дипольное поле модулировано частотой, независимой от других многополюсных полей для указанной по меньшей мере одной секции.32. The device according to p, characterized in that at least the dipole field is modulated by a frequency independent of other multipole fields for the specified at least one section. 33. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к каждой из указанных первых электродных полос приложен по меньшей мере один из таких потенциалов, как по существу постоянные потенциалы и синусоидальный потенциалы.33. The device according to claim 1, characterized in that at least one of such potentials as essentially constant potentials and sinusoidal potentials is applied to each of these first electrode strips. 34. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к каждой из указанных первых электродных полос приложен по меньшей мере один из таких потенциалов, как по существу постоянные потенциалы и потенциалы, имеющие прямоугольную форму при переключении.34. The device according to claim 1, characterized in that at least one of such potentials, such as essentially constant potentials and potentials having a rectangular shape when switching, is applied to each of these first electrode strips. 35. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к внешним из указанных первых электродных полос приложен общий потенциал, и к нецентральным внутренним из указанных первых электродных полос приложен потенциал, по существу больший, чем указанный общий потенциал, и к центральной из указанных первых электродных полос приложен потенциал, по существу меньший, чем потенциал, приложенный к указанным внутренним из указанных первых электродных полос.35. The device according to claim 1, characterized in that a common potential is applied to the external of said first electrode strips, and a potential substantially greater than said common potential is applied to an off-center inner of said first electrode strips, and to a central one of said first of electrode strips, a potential substantially lower than the potential applied to said inner of said first electrode strips is applied. 36. Устройство по п.1, отличающееся тем, что использован пластинчатый многополюсник для фокусирования пучка ионов в направлении к указанной средней плоскости в буферном газе высокого давления от нескольких бар до менее 1 мбар в спектрометре ионной подвижности или в спектрометре дифференциальной подвижности, причем наличие высокочастотных многополюсных полей и многополюсных полей постоянного тока во время пролета указанных ионов вдоль указанной линии пучка ионов обеспечено указанным пластинчатым многополюсником.36. The device according to claim 1, characterized in that the plate multipole is used to focus the ion beam towards the indicated middle plane in the high-pressure buffer gas from several bar to less than 1 mbar in the ion mobility spectrometer or in the differential mobility spectrometer, the presence of high-frequency multipolar fields and multipolar DC fields during the passage of these ions along the specified line of the ion beam is provided by the specified lamellar multipole. 37. Устройство по п.1, отличающееся тем, что использован пластинчатый многополюсник для транспортировки пучка ионов в буферном газе среднего давления от примерно 1 мбар до менее 1 мкбар в охладителе пучка, в котором ионы теряют энергию в результате ион-атомных или ион-молекулярных столкновений так, что фазовое пространство пучка ионов уменьшается, причем во время пролета указанных ионов вдоль указанной линии пучка ионов обеспечено наличие в указанном пластинчатом многополюснике высокочастотных многополюсных полей.37. The device according to claim 1, characterized in that the plate-like multipole is used to transport an ion beam in a medium-pressure buffer gas from about 1 mbar to less than 1 μbar in a beam cooler in which ions lose energy as a result of ion-atom or ion-molecular collisions so that the phase space of the ion beam decreases, and during the passage of these ions along the specified line of the ion beam, the presence of high-frequency multipolar fields in the specified plate-like multipole is ensured. 38. Устройство по п.1, отличающееся тем, что использован пластинчатый многополюсник для транспортировки пучка ионов в буферном газе среднего давления от примерно 1 мбар до менее 1 мкбар в ионизационной камере, в которой молекулы распадаются на части в результате ион-атомных или ион-молекулярных столкновений, и выделяются осколочные ионы.38. The device according to claim 1, characterized in that the plate-like multipole is used to transport an ion beam in a medium-pressure buffer gas from about 1 mbar to less than 1 mbar in an ionization chamber in which the molecules decompose into parts as a result of ion-atom or ion molecular collisions, and fragmentation ions are released. 39. Устройство по п.1, отличающееся тем, что использован пластинчатый многополюсник для транспортировки пучка ионов в буферном газе низкого давления в вакуумной системе транспортировки ионов, в которой давление остаточного газа настолько мало, что ион испытывает по существу минимальное количество ион-атомных или ион-молекулярных столкновений, причем сформированы высокочастотные многополюсные поля и многополюсные поля постоянного тока с возможностью проведения масс-анализа.39. The device according to claim 1, characterized in that a plate-like multipole is used to transport an ion beam in a low-pressure buffer gas in a vacuum ion transport system in which the residual gas pressure is so low that the ion experiences a substantially minimal amount of ion-atom or ion -molecular collisions, and high-frequency multipolar fields and multipolar DC fields with the possibility of mass analysis are formed. 40. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поле пластинчатых многополюсников ограничено электродами или решетками, являющимися по существу прямоугольными, щелевого типа или телами вращения, расположенными в местах потенциалов и отталкивающими ионы в направлении линии пучка ионов таким образом, чтобы ионы в пластинчатом многополюснике были захвачены как в линейной квадрупольной ионной ловушке, причем сформированы высокочастотные многополюсные поля и многополюсные поля постоянного тока с возможностью проведения масс-анализа.40. The device according to claim 1, characterized in that the field of plate multipoles is limited by electrodes or gratings that are essentially rectangular, slot type or bodies of revolution located at potential sites and repel ions in the direction of the ion beam line so that ions in the plate the multipoles were captured as in a linear quadrupole ion trap, and high-frequency multipolar fields and multipolar DC fields were formed with the possibility of mass analysis. 41. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина по меньшей мере одной из первых электродных полос разделена по меньшей мере на две секции, к которым добавлены различные высокочастотные потенциалы или постоянные потенциалы таким образом, что вдоль пучка иона сформировано поле.41. The device according to claim 1, characterized in that the length of at least one of the first electrode strips is divided into at least two sections to which various high-frequency potentials or constant potentials are added so that a field is formed along the ion beam. 42. Устройство по п.16, отличающееся тем, что длина по меньшей мере одной из вторых электродных полос разделена по меньшей мере на две секции, к которым добавлены различные высокочастотные и постоянные потенциалы таким образом, что вдоль пучка иона сформировано поле.42. The device according to clause 16, wherein the length of at least one of the second electrode strips is divided into at least two sections, to which various high-frequency and constant potentials are added so that a field is formed along the ion beam. 43. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из первых электродных полос изогнута в пределах пластин, причем указанная по меньшей мере одна из первых электродных полос расположена таким образом, что она аппроксимирует форму эквипотенциальной линии одиночной линзы, ускоряющей линзы или ионного зеркала.43. The device according to claim 1, characterized in that at least one of the first electrode strips is curved within the plates, said at least one of the first electrode strips being arranged in such a way that it approximates the shape of the equipotential line of a single lens, accelerating lenses or ion mirror. 44. Устройство по п.16, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из вторых электродных полос изогнута, причем указанная по меньшей мере одна из вторых электродных полос расположена таким образом, что она аппроксимирует форму эквипотенциальной линии одиночной линзы, ускоряющей линзы или ионного зеркала.44. The device according to p. 16, characterized in that at least one of the second electrode strips is curved, and the specified at least one of the second electrode strips is located so that it approximates the shape of the equipotential line of a single lens, an accelerating lens or an ion mirror . 45. Устройство по п.1, отличающееся тем, что потенциалы, приложенные к различным из указанных первых электродных полос по меньшей мере одного пластинчатого многополюсника, переданы соединительными проводниками, размещенными между по меньшей мере двух заземленных слоев в многослойной печатной плате.45. The device according to claim 1, characterized in that the potentials applied to the various of these first electrode strips of at least one plate multipole are transmitted by connecting conductors located between at least two grounded layers in a multilayer printed circuit board. 46. Устройство по п.1, отличающееся тем, что потенциалы приложены к различным из указанных электродных полос по меньшей мере одного пластинчатого многополюсника благодаря активным электронным элементам, размещенным на той печатной плате, на которой установлены электродные полосы.46. The device according to claim 1, characterized in that the potentials are applied to various of these electrode strips of at least one plate multipole due to active electronic elements located on the printed circuit board on which the electrode strips are mounted. 47. Устройство по п.1, отличающееся тем, что потенциалы приложены к различным из указанных первых электродных полос по меньшей мере одного пластинчатого многополюсника благодаря активным электронным элементам, размещенным в корпусе, давление остаточного газа внутри которого может отличаться от давления остаточного газа, в котором перемещаются ионы.47. The device according to claim 1, characterized in that the potentials are applied to various of these first electrode strips of at least one plate multipole due to active electronic elements located in the housing, the pressure of the residual gas inside which may differ from the pressure of the residual gas, in which ions move. 48. Устройство по п.46, отличающееся тем, что печатные платы снабжены водяным охлаждением.48. The device according to item 46, wherein the printed circuit boards are equipped with water cooling. 49. Устройство по п.47, отличающееся тем, что печатные платы снабжены водяным охлаждением.49. The device according to item 47, wherein the printed circuit boards are equipped with water cooling. 50. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первые электродные полосы выполнены с возможностью обеспечивать распределение потенциала осесимметричной электростатической линзы или осесимметричного ионного зеркала при условии, что необходимые потенциалы приложены к электродным полосам. 50. The device according to claim 1, characterized in that the first electrode strips are configured to provide a potential distribution of an axisymmetric electrostatic lens or axisymmetric ion mirror, provided that the necessary potentials are applied to the electrode strips.
RU2008135116/28A 2006-05-22 2006-05-22 Device for directing ion beam, having electrodes on parallel plates RU2431213C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008135116/28A RU2431213C2 (en) 2006-05-22 2006-05-22 Device for directing ion beam, having electrodes on parallel plates

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008135116/28A RU2431213C2 (en) 2006-05-22 2006-05-22 Device for directing ion beam, having electrodes on parallel plates

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008135116A RU2008135116A (en) 2010-06-27
RU2431213C2 true RU2431213C2 (en) 2011-10-10

Family

ID=42682964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008135116/28A RU2431213C2 (en) 2006-05-22 2006-05-22 Device for directing ion beam, having electrodes on parallel plates

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2431213C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H.Wollnik. Оптика Заряженных Частиц, Acad. Press, Orlando, 1987. P.H.Dawson, "Квадрупольная масс-спектрометрия и ее применение", Elsevier, Amsterdam, 1976. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008135116A (en) 2010-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8067747B2 (en) Parallel plate electrode arrangement apparatus and method
US8859961B2 (en) Radio frequency (RF) ion guide for improved performance in mass spectrometers
JP4463271B2 (en) Asymmetric field ion guide device
US6417511B1 (en) Ring pole ion guide apparatus, systems and method
US20160181080A1 (en) Multipole ion guides utilizing segmented and helical electrodes, and related systems and methods
US8785847B2 (en) Mass spectrometer having an ion guide with an axial field
CN108735572B (en) Ion guide device, method and mass spectrometer
US10147595B2 (en) Quadrupole rod assembly
US20120305758A1 (en) Abridged multipole structure for the transport and selection of ions in a vacuum system
US9449804B2 (en) Dual field multipole converging ion guides, hyperbolic ion guides, and related methods
WO2006099796A1 (en) An imperfect quadrupole field mass analyzer device and application thereof
US7989765B2 (en) Method and apparatus for trapping ions
JP2020518994A (en) Ion guide device and related method
RU2431213C2 (en) Device for directing ion beam, having electrodes on parallel plates
US7763849B1 (en) Reflecting ion cyclotron resonance cell
US11515137B2 (en) Ion guide with varying multipoles
US9536723B1 (en) Thin field terminator for linear quadrupole ion guides, and related systems and methods
US20240249930A1 (en) Ion Beam Focusing
US11791149B2 (en) Axially progressive lens for transporting charged particles
US20240071739A1 (en) Geometries for radio-frequency multipole ion guides
CN113871286A (en) Ion guide with different multipoles
US9129790B2 (en) Orthogonal acceleration TOF with ion guide mode
JPH0467549A (en) Ion source with mass spectrograph
CA2837876A1 (en) Abridged multipole structure for the transport, selection, trapping and analysis of ions in a vacuum system
JP2019046815A (en) Multipole ion guide

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120523