辅助拖曳场电极的制作方法

专利名称：辅助拖曳场电极的制作方法
技术领域：
质谱仪经常使用包括碰撞室的多极离子导向器。离子导向器包括多个电极，不同 的电压被施加至电极以径向地和/或轴向地控制或移动离子。本发明特别地涉及通过多极 离子导向器和碰撞室中的辅助棒来使离子轴向地移动的装置和方法。相关技术在串联的质谱仪诸如三节四极质谱仪中，并且同样在其它质谱仪中，由离子导向 器和碰撞室中的RF棒组限定的体(volume)内的气体通过已知的碰撞聚焦(collisional focusing)方法来改善灵敏度和质量分辨率。在该方法中，气体与离子之间的碰撞使得离子 的速度降低，并使得离子在轴附近聚焦。然而，离子的减速还使离子在穿过棒组并从一个棒 组传输到另一个棒组时产生延迟。虽然聚焦是期望的，但是离子的减速也伴随着其它不期 望的效果。例如，当离子导向器的棒组将来自大气压离子源的离子传送至质量过滤器内时， 离子导向器中的气压可能相对较高(例如对于碰撞聚焦来说在5毫托以上)并且与气体的 碰撞能够使离子减速至几乎停止。因此，在进入离子导向器的离子与到达正好位于下游的 质量过滤器的离子之间存在延迟。该延迟可能使多离子监测出现问题，例如，在多离子监测 中，按顺序对若干离子强度进行监测。如果以比通过离子导向器的离子传送时间更快的频 率对这些多离子进行监测，则随后至少一些离子被减速至停止的事实具有负面影响，该负 面影响还使离子具有离子能够被探测到的顺序和降低的速率。相关数据被处理和保存的顺 序和速率也受到影响。在这种情况下，来自进入离子导向器的离子的信号可能永远不会达 到稳态。因此，测量到的离子强度可能太低并可能是测量时间的函数。类似地，在已经在第一质量过滤器下游的碰撞室中形成生成离子之后，例如，由于 离子在多次碰撞后的非常低的速度，离子可以缓慢地排出碰撞室。该离子清空时间(通常 几十毫秒)可以导致当对快速连续的多个亲体离子(parent)/碎片对进行监视时，由于相 邻通道之间的干扰而出现色谱图中的拖尾(tailing)和其它虚假读数。为了避免这种情 况，在测量之间需要相当充分的暂停时间。拖尾也需要类似的暂停。测量之间所需的暂停 时间使仪器的生产率降低。为了使离子轴向地穿过形成离子导向器和碰撞室的多极，众所周知，可以通过对 辅助棒进行分段并将电压施加至这些段以沿着多极的长度产生电压梯度来使离子移动。在1998 年 12 月 8 日发布的 Thompson 等人的题为 “Spectrometer With Axial FielcK具有轴向场的分光仪)”的第5，847，386号美国专利中描述了这种方法的背景信息， 该背景信息包括下列内容“在通常为四极的质谱仪中，棒组中的一个被构造以在其上生成 轴向场，例如，DC轴向场。可以通过使棒逐渐变细，或相对于彼此以一定的角度布置棒，或 对棒进行分段，或通过提供电阻性涂覆的或分段的辅助棒，或通过提供一组沿着每个棒通 过电阻性涂层隔开的导电金属带，或通过将每个棒形成为具有电阻性外部涂层和导电性内部涂层的管，或通过其它合适的方法来产生轴向场。”在1996 年 11 月 19 日发布的 Jolliffe 的题为“Mass Spectrometer With Radial Ejection(具有径向喷射的质谱仪)”的第5，576，540号美国专利中描述了另一个分段的辅 助棒结构的背景信息，该背景信息包括以下内容“每个棒140被分成由绝缘体141隔开的 多个轴向分段140-1至140-7。棒140上的电压沿着棒组132的中央纵轴142产生轴向DC 场。”在mierker等人的第3，147，445号美国专利、Tanner等人的第6，703, 757号美国 专利、Londry等人的第6，909，089号美国专利中，以及在1998年7月21日发布的Baba等 人的题为“Ion Trapping Apparatus (离子捕获装置)”的第5，783，拟4号美国专利中还 可以找到其它辅助电极结构的背景信息。Kovtoun的第7，067，802号美国专利教导了形成轴向电压梯度的另一种方式，用 于通过对多极的主电极的外表面应用电阻性路径并对该电阻性路径施加DC电压来使离子 穿过多极。Loboda等人的第7，084，398号美国专利教导了从阱中选择性地轴向喷射(eject) 离子的方法。摘要描述该方法包括“……通过在棒组中提供振荡轴向电场以抵消静态轴向 电场来将离子分离成第一组离子和第二组离子……”。

发明内容
因此，本发明涉及能够促使离子在离子导向器和碰撞室中轴向地前进的辅助电 极。需要以低成本并且以一种能够容易地将辅助电极配置为任意形状以便匹配弯曲的主电 极组的方式来提供这些辅助电极。印刷电路板材料上的指状电极列的通常扁平(flat)或 低轮廓的布置使得形成有这些列的辅助电极被布置在多极离子导向器或碰撞室中的主RF 电极之间。这种布置可使得径向向内的边缘接近中轴。因此，由施加至指状电极列的电压 所产生的轴向电压梯度能够有效地使离子穿过多极。本发明的实施方式包括一种具有多极离子导向装置的质谱仪，该质谱仪包括电 子控制器；以及多个主电极，可操作地连接至电子控制器和用于在电子控制器的操作下在 多极离子导向装置中施加RF电压的RF电源。该质谱仪还包括经由控制器连接至DC电压 源的至少一个辅助电极。该辅助电极可被设置在主电极的至少两个相邻主电极之间。该至 少一个辅助电极可以具有电气元件，电气元件包括至少一列指状电极和使该至少一列指状 电极的相应指状电极相互连接的多个电阻器。该辅助电极还可包括支撑指状电极和电阻器 的衬底。电压源向电气元件施加静态DC电压，从而指状电极沿着辅助电极的长度在指状电 极列的相应指状电极上呈现单调递增(monotonically progressive)的电压梯度。本发明的实施方式还可包括与上述质谱仪相似的质谱仪，所不同的是，电气元件 包括与该至少一列指状电极的相应指状电极连接的至少一个数字模拟转换器(DAC)，以作 为电阻器的代替或补充。另外，DC电压源可通过至少一个DAC向指状电极施加一个或多个 DC电压，以沿着至少一个辅助电极的长度在该至少一列指状电极的相应指状电极上呈现电 压梯度，从而使离子轴向地穿过质谱仪的多极离子导向装置。在该布置中，至少一个DAC可 包括可编程逻辑控制，其可被动态调整。在另一个示例布置中，本发明的实施方式可包括一种使离子穿过质谱仪中的多极离子导向装置的方法。该方法可包括将包括薄板的辅助电极设置在多极离子导向装置的 相邻主RF电极之间。该方法还可包括通过设置在辅助电极的薄板上的至少一列指状电极 在轴向方向上施加至少一系列步进单调的电压。该方法可包括通过相应电阻器逐步向指状 电极施加相应电压，以及通过一系列电压使离子在轴向方向上单调地穿过多极离子导向装置。在又一个配置中，本发明的实施方式可包括与上述方法相似的方法，所不同的是， 用通过一个或多个计算机控制的电压供给装置向指状电极施加相应的DC电压作为通过电 阻器施加DC电压的代替或补充。计算机控制的电压供给装置可包括DAC。应理解，本发明的实施方式可包括可应用于上述质谱仪和方法的辅助电极。在一 种简单形式中，本发明的实施方式因此可包括一种在质谱仪的多极离子导向装置中产生离 子移动轴向电场的辅助电极。该辅助电极可包括支撑辅助电极的电气元件的至少一个衬 底。该至少一个衬底可被配置为定位在多极离子导向装置的主电极的至少两个相邻主电极 之间。电气元件可包括设置在至少一个衬底上的指状电极列；以及静态电阻器，该静态电 阻器使指状电极的相应指状电极相互连接，以在多极离子导向装置的轴向方向上建立单调 递增的电压梯度，从而使离子轴向地穿过多极离子导向装置。在另一种简单形式中，辅助电 极可包括至少一个DAC以作为如上所述的电阻器的代替或补充。该至少一个DAC可以是可 动态调整的DAC。该至少一个衬底可包括薄板。指状电极列可设置在该薄板上。电气元件可具有低 轮廓或与薄板成一体，从而具有电气元件的衬底形成整体单元以定位在多极离子导向装置 的至少两个相邻电极之间。在一种情况下，薄板可包括印刷电路板材料并且指状电极列可 包括印刷导电材料。


图1示出了根据本发明的实施方式的具有一个或多个离子导向器和/或碰撞室的 质谱仪的基本示意图；图2是根据本发明的实施方式的多极离子导向器的示意性立体图；图3示出了图2的多极离子导向器的端视图；图4是根据本发明的可选实施方式的辅助电极结构的示意性顶视图；图5示出了根据本发明的另一个示例配置的为多极离子导向器设置的电极的立 体图；图6示出了图5所示的弯曲的离子导向器结构的端视立体图；图7示出了本发明的另一个新颖的多极配置。
具体实施例方式在本文本发明的描述中，应该理解的是，以单数形式出现的词语包含其对应的复 数，而以复数形式出现的词语包含其对应的单数，另有含蓄地或者明确地理解或说明的除 外。而且，应该理解的是，对于任何本文所描述的给定部件或实施方式，针对这些部件所列 出的任何可能的候选或替换一般可单独使用或者相互结合使用，另有含蓄地或者明确地理 解或说明的除外。此外，应该理解的是，这些候选或替换的任何列表只是示例性的而不是限制性的，另有含蓄地或者明确地理解或说明的除外。还应该理解，适当的时候，为了便于理 解，相同的参考标号可指向附图的若干视图中的相应部件。而且，除非另有说明，在说明书和权利要求中表示成分、要素、反应条件等等的量 的数字应该理解为由术语“大约”所修饰。因此，除非有相反说明，在说明书和所附权利要 求中阐述的数字参数是近似值，其根据所需性质发生变化，所述性质可通过本文提出的主 题来获得。至少，不试图对与权利要求范围等同的本申请进行限制，每个数字参数应至少按 照报告的有效数字应用常规舍入法(rounding techniques)解释。尽管说明本文所给主题 的宽泛范围的数字范围和参数是近似值，但是在特定实施例中阐述的数值已尽可能精确地 报告。然而任何数值固有地包含某些由于各自测试方式中的标准偏差所必然导致的误差。现在转至附图，图1示出了本发明的质谱仪的基本视图，质谱仪由参考标号12笼 统表示，根据文中所公开的示例性实施方式，质谱仪通常可包括离子导向器或碰撞室q°、q2、 q4。该质谱仪还可包括电子控制器15、用于向文中所公开的多极装置供给RF电压的电源 (power source) 18、以及被配置为向预定装置诸如例如多极和本发明的其他电极结构供给 DC电压的电压源21。在其它示例配置中，质谱仪12常常可配置有本领域普通技术人员已知和了解的 离子源和入口段(section) 24，其中，该入口段可包括但不限于电喷射电离、化学电离、热电 离和基质辅助激光解吸电离段。此外，质谱仪12还可包括任意数量的离子导向器(q°)27和 (q4) 30、质量过滤器(Q1) 33、碰撞室(q2) 36、和/或质量分析器(Q3) 39和(Qn) 42，其中质量分 析器39、42可以是任意类型，包括但不限于四极质量分析器、二维离子阱、三维离子阱、静 电阱和/或傅里叶变换离子回旋共振分析器。如本领域普通技术人员所知，离子导向器27和30、碰撞室36、以及分析器39和 42能够形成从入口段M到至少一个探测器48的离子路径45。任意数量的真空级可被实 施以使沿着离子路径的任意装置封闭或保持在低于大气压。电子控制器15可操作地连接 至包括泵、传感器、离子源、离子导向器、碰撞室和探测器的各种装置，从而不但对质谱仪12 的各个位置上的装置和条件进行控制，而且还接收和发送代表正被分析的粒子的信号。如上所述，当气体被用于冷却离子并使离子朝着中轴运动时许多离子导向器和碰 撞室使得离子在离子运输期间减速。已使用各种机制来促使离子沿着如图1所示的离子路 径45穿过如上面关于图1所述的每个装置朝着探测器48前进。然而，仍然需要一种机制， 该机制不干扰预定棒电极例如四极电极的电场，具有成本效益并适用于各种离子导向器和 碰撞室配置。图2示出了满足这种需要的示例配置，配置有一个或多个指状电极71的辅助电极 54,55,56,57被设计为置于图1的任意一个离子导向器27、30和/或碰撞室36的主棒电极 (rod electrode)60、61、62、63的相邻对之间。图2中的主棒电极60、61、62、63和辅助电 极M、55、56、57的相对定位略微被分解以改善说明。然而，辅助电极占据的位置通常限定 了在中轴51上交叉的平面。中轴51由如罗马数字III参考的方向箭头所示。这些平面能 够以距多极离子导向装置的主RF电极大约相等距离的方式定位在相邻的RF棒电极之间， 在多极离子导向装置中，例如四极场基本为零或接近于零。因此，配置的指状电极71列通 常可位于这些零电势或接近于零电势的平面中，从而使对四极场的干扰最小。图3示出了 图2的配置的端视立体图，并示出了辅助电极M、55、56、57的径向内边缘65、66、67和68如何能够相对于主棒电极60、61、62、63被定位。回到图2，如本领域普通技术人员所知，电子控制器可以向每对相对设置的主RF 电极施加相反的RF电压，从而以期望的方式径向地控制离子。配置在每个辅助电极M、55、 56,57上的指状电极71列在本发明中常常被设计为延伸至这种结构的径向内边缘65、66、 67和68和/或形成径向内边缘65、66、67和68的一部分。因此，施加在指状电极71列上 的电压在图1所描述的离子导向器27、30或碰撞室36内部产生轴向电场。如另一个示例 布置，指状电极71列的每个电极可以通过预定的电阻元件74(例如，电阻器)连接至相邻 的指状电极71，并且在某些示例中，也可通过预定电容器77连接至相邻的指状电极71。期 望的电阻器74沿着辅助电极M、55、56、57的长度建立相应的分压器。指状电极71列上所 产生的电压因此形成一系列(a range of)电压，通常是一系列步进单调电压。电压在轴向 方向上产生电压梯度，促使离子沿着如图1所示的离子路径45前进。在图2所示的示例实 施方式中，施加在辅助棒电极上的电压常常包括静态电压，并且电阻器常常包括静态电阻 元件。电容器77减少RF电压耦合效应，在耦合效应中，施加至主RF棒电极60、61、62、63的 RF电压通常在RF棒电极60、61、62、63的工作期间加热并耦合辅助棒电极M、55、56、57。在可选实施方式中，如图4所示，一个或多个辅助电极可由如参考标号80笼统表 示的辅助电极提供，辅助电极80具有施加在指状电极71列的一个或多个指状电极上的动 态电压。在这个示例布置中，如图1所示的控制器15可包括或具有添加的计算机控制的电 压供给装置83、84、85，其可采用数字模拟转换器(DAC)的形式。应理解，可能存在与一列中 的指状电极71数量相同的计算机控制的电压供给装置83、84、85，并且每个计算机控制的 电压供给装置可连接和控制该列的相应指状电极71的电压。作为一个可选布置，多极装置 中的所有列中位于特定轴向位置的每个指状电极71可被连接至同一个计算机控制的电压 供给装置并且具有相同的施加电压。在图4所示的示例实施方式中，每个计算机控制的电 压供给装置83、84、85能够被连接至指状电极列的预定指状电极71。当在多个辅助电极上 实施时，每个计算机控制的电压供给装置83、84、85可被应用于每列指状电极71的类似多 个指状电极。如图4所示，并且如上文简要地描述，辅助电极80作为一种布置可具有已设计好 的由动态计算机控制的电压供给装置和静态电阻器74形式的分压器的组合施加的电压， 从而沿着多极装置的长度形成一系列总体上单调递增的电压。连接至相应的计算机控制的 电压供给装置83、84、85的一组指状电极71中的指状电极71之间的静态电阻器74还可提 供对产生单调递增的电压梯度有帮助的分压器。因为电压供给装置83、84、85能够通过例 如计算机被动态地控制，所以电压的幅值和范围可被调整和改变以满足待分析的目标离子 的特定样本或集合的需求。又如图4所示，电容器77可连接在相邻的指状电极71之间。还 应理解，尽管在每个指状电极71上示出了两根引线(lead)，但是也可使用两侧分别连接有 电阻器和电容器的单根引线来描述相邻指状电极的相互连接，从而仍然起到与图4的示例 配置相似的作用。图4还详细示出了与上面图2和图3所描述的径向内边缘65、66、67、68相似的径 向内边缘88的配置。径向内边缘88包括可被金属化或以其它方式设置有导电材料的中央 部91、分别位于中央部91两侧的渐缩(tapered)部92以及凹陷的间隙部93。对于指状电 极列的每个指状电极71而言，中央部91可被金属化以连接位于辅助电极80的正面和背面上的金属化(metallization)。作为辅助电极80的最内部分，中央部91呈现接近离子路径 的DC电势。在指状电极71的金属化之间需要包括凹陷的间隙部93的间隙96，以在相应 指状电极之间提供电气屏障。然而，这些间隙为带电粒子提供停留处，从而带电粒子可以停 留在间隙中的表面上并且不利地影响旨在由施加在指状电极71上的电压产生的梯度。因 此，凹陷的间隙部93和渐缩部92的非金属化边缘表面向后渐缩并远离径向最内部分，从而 对带电粒子来说，凹陷的间隙部93和渐缩部92的边缘表面并不是像居住场所(dwelling place)那样可进入。用于接收和支撑金属化的结构元件可以是任意印刷电路板(PCB)材料的衬底99， 如图4所示，任意印刷电路板(PCB)材料例如但不限于玻璃纤维，能够被形成、弯曲、切割或 以其它方式成形为任意期望配置从而结合至本发明的可行实施方式中。虽然图2-4示出了 基本扁平且具有直边缘的衬底，但应理解，衬底和其上的指状电极列可被成形为具有弯曲 边缘和/或圆形表面。以这种方法成形和金属化的衬底相对易于制造。因此，根据本发明 的实施方式的辅助电极可被配置为置于弯曲多极的弯曲主棒电极之间。图5是弯曲的多极装置的示意性立体图，由参考标号102笼统表示。多极离子装置 102可以是离子导向器或碰撞室，并可被合并至如图1所示的质谱仪12中以代替同样在图 1中示出的离子导向器27、30或碰撞室36中的任意一个。多极装置102具有连接至如图1 所示的控制器15的主RF电极105、106、107和108，控制器15用于施加来自同样在图1中 示出的电源18的RF电压，如上面所述的关于图2的实施方式所述。主RF电极可由矩形横 截面材料形成，以降低成本和易于制造。主RF电极还可以是绕一个或多个轴线弯曲的，以 提供期望的离子路径和/或质谱仪配置。为了使用辅助电极111、112、113、114，衬底116、 117、118、119被成形为匹配主RF电极的曲率。在一种操作方法中，辅助电极111、112、113、 114插在主电极105、106、107、108之间，并且DC电压被施加到辅助电极111、112、113、114， 如已经关于图2-4的实施方式所描述。在沿图5的箭头VI的方向得到的图6的端视立体图中，第一和第二辅助电极111 和112被定向为在延伸以在主RF电极105、106、107、108内碰到一起的情况下基本形成连 续表面。类似地，第三和第四辅助电极113，114彼此对齐。辅助电极对111、112与113、114 的这些大体共面的定向使得制造更加方便。然而，径向最内边缘122、123、124、125存在于 主RF电极105、106、107、108中的相邻电极之间，如图6所示，并且如上面关于图2_4的实 施方式所述。由图5可以理解，具体衬底(例如，衬底117)的底面的金属化可以是另一个预定 衬底(例如，衬底118)的上表面的金属化的镜像。与上述实施方式相似，电阻器122和电 容器126可使相邻的指状电极1 相互连接以沿着多极装置102的长度提供分压器。可选 地，DAC可被连接至一列中每个相应的指状电极128。可选地，DAC可被连接至一组指状电 极128，该组指状电极1 通过电阻器1 彼此连接，如关于图4的实施方式所述和所示。 也就是说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，DAC和/或电阻器可连接至辅助电极以 对任意组合的辅助电极施加并控制DC电压。与其它示例实施方式一样，指状电极128列被设置在形成每个衬底116、117、118、 119的电路板材料的两侧。与上述其它示例实施方式相似，指状电极1 列可包括位于印刷 电路板材料边缘的印刷的或以其它方式应用的导电材料，该导电材料连接(join)位于电路板材料的两侧的导电材料。通过这种方法，指状电极列在辅助电极的径向最内边缘表面 的大部分具有导电材料。还与其它实施方式相似，在指状电极列的相应指状电极1 之间 的电路板材料的边缘中存在凹陷92。因此，使离子沉积在电路板材料的绝缘材料表面的可 用位置是远离离子束或路径径向向外凹陷的。与其它实施方式一样，在形成图5和6的实施方式的辅助电极中所采用的印刷电 路板材料可为指状电极1 的金属化的导电材料提供结构基础或衬底。辅助电极例如111、 112可包括形成弯曲衬底的弯曲薄板，弯曲衬底定位在多极装置102的两个弯曲的相邻主 电极之间。指状电极1 列可设置在弯曲薄板上。在这个或其它实施方式中，衬底可采用薄 板形式。指状电极列可设置在薄板上。包括任意电阻器和电容器的电气元件可设置有低轮 廓(profile)或可与薄板成一体，使得具有电气元件的衬底形成整体(monolithic)单元， 整体单元定位在多极装置的至少两个相邻主电极之间。图7是根据本发明的可选实施方式的多极装置131的分解的示意性立体图。类似 于图2-3的实施方式，多极装置131可具有主RF电极134、135、136、137。可选地，主棒电极 可具有与图5和6的实施方式一样的矩形横截面。然而，就图7的配置而言，辅助电极140、 141、142、143可被形成为薄半导体材料诸如但不限于二氧化硅的叶片(vane)。更重要地， 辅助电极140、141、142、143可被配置为沿着当电势被施加时产生轴向DC场的电极长度方 向具有电阻。因此，即使辅助电极不具有分离的指状电极或形成分压器的分离的电气元件， 辅助电极也可以如上面所述的那些一样工作。相反，叶片沿着其长度可具有恒定电阻，当DC 电压被施加至辅助电极时，恒定电阻产生线性的轴向DC场。可选地，叶片可具有变化的横 截面，从而电压梯度沿着辅助电极140、141、142、143的长度变化。作为另一个示例布置，形 成辅助电极的叶片的材料可被掺杂以使电阻期望地变化，从而产生变化的轴向DC场。在所有实施方式中，辅助电极可被应用到短于多极装置的整个长度。虽然已经讨 论了电压沿着辅助电极长度的单调递增变化，但应理解，可以应用电压的其它非单调递增 变化。例如，可以在多极装置的上游端应用减速电压，使得碰撞室需要较少的碰撞气体。随 后，可以在多极装置的下游端应用加速电压以使离子穿过并离开该装置。此外，DAC或其它 计算机控制的电压供给装置可被用来动态地改变施加至辅助电极的电压，从而作为静态DC 电压供给装置的代替或补充。应理解，质谱仪可以仅通过一个插在主RF电极的任意相邻对之间的辅助电极工 作。然而，更加均勻分布的轴向DC场由设置在文中公开的任意实施方式的多极装置中的各 对相邻主RF电极之间的多个辅助电极产生。当相同或相似电压梯度沿着辅助电极的相应 长度产生于每个辅助电极中时尤其如此。
权利要求
1.一种具有多极离子导向装置的质谱仪，包括 电子控制器；多个主电极，可操作地连接至所述电子控制器和RF电源，所述RF电源用于在所述电子 控制器的操作下在所述多极离子导向装置中施加RF电压；至少一个辅助电极，经由所述控制器连接至DC电压源，所述至少一个辅助电极设置在 所述主电极的至少两个相邻主电极之间，所述至少一个辅助电极包括电气元件，包括至少一个指状电极列和使所述至少一个指状电极列的相应指状电极相 互连接的多个电阻器；以及衬底，支撑所述指状电极和所述电阻器，其中，所述电压源向所述电气元件施加静态DC电压，从而所述指状电极沿着所述辅助 电极的长度在所述指状电极列的相应指状电极上呈现单调递增的电压梯度。
2.根据权利要求1所述的质谱仪，其中，所述电子控制器和所述电阻器将施加到一个 或多个辅助电极的电压限制为单调的电压梯度。
3.根据权利要求1所述的质谱仪，还包括多个辅助电极，所述多个辅助电极包括所述 至少一个辅助电极，所述多个辅助电极设置在所述多极离子导向装置中的各对相邻主电极 之间。
4.根据权利要求1所述的质谱仪，其中，每个辅助电极的指状电极列通常位于使该指 状电极列定位在所述多极离子导向装置的至少两个相邻主电极之间的平面中。
5.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述至少一个辅助电极包括一个或多个弯曲薄板，所述一个或多个弯曲薄板形成一个 或多个弯曲衬底，所述一个或多个弯曲衬底包括用于使所述一个或多个弯曲衬底定位在所 述多极离子导向装置的至少两个相邻主电极的弯曲主电极之间的至少一个衬底；并且 所述指状电极列设置在所述一个或多个弯曲薄板上。
6.一种具有多极离子导向装置的质谱仪，包括 电子控制器；多个主电极，可操作地连接至所述控制器和RF电压源，所述RF电压源用于在所述控制 器的操作下向所述多极离子导向装置中的主电极施加RF电压；至少一个辅助电极，经由所述控制器连接至DC电压源，所述至少一个辅助电极设置 在多极离子导向装置的所述主电极的至少两个相邻主电极之间，所述至少一个辅助电极包 括电气元件，包括至少一个指状电极列和与所述至少一个指状 电极列的相应指状电极连接的至少一个数字模拟转换器(DAC)； 以及至少一个衬底，支撑所述指状电极；其中，所述DC电压源通过所述至少一个DAC向所述指状电极施加一个或多个DC电压， 以沿着所述至少一个辅助电极的长度在所述至少一个指状电极列的相应指状电极上呈现 电压梯度，从而使离子轴向地穿过所述质谱仪的所述多极离子导向装置。
7.根据权利要求6所述的质谱仪，其中，所述至少一个DAC包括可编程逻辑控制并能够 被动态地调整。
8.根据权利要求6所述的质谱仪，其中，所述电气元件还包括电阻器，所述电阻器使所 述指状电极的相应指状电极相互连接以在所述指状电极的相应指状电极之间获得单调递 增的电压梯度。
9.根据权利要求6所述的质谱仪，还包括多个辅助电极，所述多个辅助电极包括所述 至少一个辅助电极，所述多个辅助电极连接至所述DC电压源并且设置在所述多极离子导 向装置的各对相邻主电极之间。
10.根据权利要求6所述的质谱仪，其中，所述指状电极列通常位于用于定位在所述多 极离子导向装置的至少两个相邻主电极之间的平面中。
11.根据权利要求6所述的质谱仪，其中所述至少一个辅助电极包括一个或多个弯曲薄板，所述一个或多个弯曲薄板形成一个 或多个弯曲衬底，所述一个或多个弯曲衬底包括所述至少一个衬底；所述一个或多个弯曲衬底定位在所述至少两个相邻主电极的弯曲主电极之间；并且 所述指状电极列设置在所述一个或多个弯曲薄板上。
12.一种使离子穿过质谱仪中的多极离子导向装置的方法，所述方法包括 将包括薄板的辅助电极设置在所述多极离子导向装置的相邻主RF电极之间； 通过设置在所述辅助电极的薄板上的至少一个指状电极列在轴向方向上施加至少一系列步进单调的电压；通过相应电阻器逐步向所述指状电极施加相应电压；以及通过所述一系列单调的电压使离子在轴向方向上单调地穿过所述多极离子导向装置。
13.一种使离子穿过质谱仪中的多极离子导向装置的方法，所述方法包括 将包括薄板的辅助电极设置在所述多极离子导向装置的相邻主电极之间；通过设置在所述辅助电极的薄板上的至少一个指状电极列在轴向方向上施加至少一 系列电压；通过一个或多个计算机控制的电压供给装置向所述指状电极施加相应的DC电压；以及通过所述一系列电压使离子在轴向方向上穿过所述多极离子导向装置。
14.一种在质谱仪的多极离子导向装置中产生离子移动轴向电场的辅助电极，所述辅 助电极包括至少一个衬底，支撑所述辅助电极的电气元件，所述至少一个衬底被配置为定位在所 述多极离子导向装置的主电极的至少两个相邻主电极之间； 所述电气元件包括设置在所述至少一个衬底上的指状电极列；以及静态电阻器，所述静态电阻器使所述指状电极的相应指状电极相互连接，以在所述多 极离子导向装置的轴向方向上建立单调递增的电压梯度，从而使离子轴向地穿过所述多极 离子导向装置。
15.根据权利要求14所述的辅助电极，其中 所述至少一个衬底包括薄板；所述指状电极列设置在所述薄板上；并且所述电气元件具有低轮廓或与所述薄板成一体，从而具有所述电气元件的所述衬底形成整体单元以定位在所述多极离子导向装置的至少两个相邻电极之间。
16.根据权利要求15所述的辅助电极，其中所述薄板包括印刷电路板材料并且所述指状电极列包括印刷导电材料； 所述指状电极列设置在所述电路板材料的两侧；并且所述指状电极列包括位于所述印刷电路板边缘的印刷导电材料，该印刷导电材料连接 位于所述电路板材料的两侧的印刷导电材料，并在所述辅助电极的径向最内边缘表面的大 部分上具有印刷导电材料。
17.根据权利要求16所述的辅助电极，还包括凹陷，所述凹陷位于所述指状电极列的 相应指状电极之间的印刷电路板材料的边缘中，从而用于使离子沉积在所述电路板材料的 绝缘材料表面上的可用位置是远离所述离子束径向向外凹陷的。
18.一种在质谱仪的多极离子导向装置中产生离子移动轴向电场的辅助电极，所述辅 助电极包括至少一个衬底，支撑所述辅助电极的电气元件，所述至少一个衬底被配置为定位在所 述多极离子导向装置的主电极的至少两个相邻主电极之间； 所述电气元件包括设置在所述至少一个衬底上的指状电极列；以及一个或多个数字模拟转换器(DAC)，所述一个或多个数字模拟转换器连接至所述指状 电极的相应指状电极以施加相应的DC电压，以在所述多极离子导向装置的轴向方向上产 生DC电压梯度，从而使离子轴向地穿过所述多极离子导向装置。
19.根据权利要求18所述的辅助电极，其中，所述一个或多个DAC包括可动态调整的DAC。
20.一种在质谱仪的多极离子导向装置中产生离子移动电场的整体拖曳场电极，所述 整体拖曳场电极包括硅，所述硅被掺杂以具有电阻，从而施加在所述整体拖曳场电极的第一端的电压沿着 所述整体拖曳场电极的长度形成单调的电压梯度，所述电压梯度沿着所述整体拖曳场电极的长度产生轴向电场，从而使离子轴向地穿过 所述多极离子导向装置。
全文摘要
用于产生拖曳场的辅助电极可被设置为位于薄衬底诸如印刷电路板材料上的指状电极列，以插在多极的主RF电极之间。可以通过实施分压器来沿着辅助电极的长度施加一系列递增电压，该分压器使用使指状电极列的单独指状电极相互连接的静态电阻器。动态电压变化可被应用于单独的指状电极或成组的指状电极。
文档编号H01J49/06GK102067274SQ200980123848
公开日2011年5月18日 申请日期2009年5月13日 优先权日2008年5月29日
发明者格申·皮瑞尔曼, 艾德里安·兰德, 迈克尔·沃尼斯克, 里·阿尔利, 马克·哈德曼 申请人:萨莫芬尼根有限责任公司