改进的离子导向器的制造方法
【专利说明】改进的离子导向器发明领域
[0001]本发明总体上涉及用于质谱法中的离子导向器。
[0002]发明背景
[0003]RF离子导向器，如RF多极杆，在离子光学装置中广泛用于质谱法中。包括RF离子导向器的装置的实例包括滤质器、碰撞室、离子阱和传输多极杆。然而，此种装置的设计存在许多挑战。
[0004]近些年来，已经开发了具有额外的轴向场的RF离子导向器用于更好地控制离子运动，例如如在 US5, 847，386、US6, 111，250、EP1271611、US6, 674，071、US6, 107，628、US7, 164，125、US7，064，322和US7，564，025中所披露的。这些离子导向器典型地由块状金属或电阻性RF杆(通常具有圆形截面)、以及用于提供沿该导向器的轴线的额外DC分布的不同构件组成。此种构造是典型地使用常规机械加工方法形成的并且总是要求繁琐的装配和许多零件。
[0005]为了简化RF离子导向器的制造，已经开发了平面式设计，像在US5，572，035、US6, 040，575、US7, 365，317、US7, 786，435、W02010/014077、US6, 872，941、US2011/240850、W02006/059123和W02004/021385中所描述的那些。后一现有技术设计适合于通过电子器件(例如，处于印刷电路板(PCB)的形式)的标准大批量生产技术、或通过用于小型化设计的平板印刷术来制造。已经采用此种概念来生产用于量子计算的小型离子阱(参见，例如，Chiaverini 等人，量子信息与计算(Quantum Inform.And Computat1n)，卷 5，第 6 (2005)期419-439，以及Kielpinski等人，自然杂志(Nature)，卷417，2002，第709页)。然而，这种方法具有以下缺点:不能提供一种有效方式来构造用于质谱法中的具有足够深的势阱的离子导向器。前述设计的其他缺点包括不能提供还可以用于限制用于例如离子的碰撞冷却的气体的一种稳健构造，以及对在电极之间的电介质间隙(可能影响离子运动)进行充电。虽然存在无需电介质的设计(例如，使用电阻性杆用于产生梯度场)，但此种设计是难以制造的。对于定位靠近离子源的常规多极杆，大量的中性种类也典型地与这些多极杆碰撞，这再次可能影响随着时间的推移的性能。
[0006]针对此背景，做出了本发明以便减轻上述问题中的一个或多个。
【发明内容】
[0007]根据本发明提供了一种用于质谱法的离子导向器。该离子导向器优选地是RF离子导向器。该离子导向器优选地是多极杆。该离子导向器优选地包括至少两个电极的电极安排，其中的至少一个电极是RF电极。该至少两个电极优选彼此相邻地安排但在电介质材料的平面式表面上间隔开。该至少两个电极被安排为距离子流动路径一段距离。该电介质表面的一部分暴露在该平面式表面上的一对相邻的间隔开的电极之间并且优选地所述相邻电极对中的至少一个电极被安排为悬垂(overhang)于它们之间的表面的暴露部分之上，这样使得不存在从该离子流动路径至该介电表面的暴露部分的直接视线。该离子流动路径是当这些电极用电压进行偏压时离子沿其行进的路径。该离子流动路径优选平行于该平面式表面。根据本发明，优选地在这些电极之间的至少某一暴露的电介质表面具有悬垂在其上并且不与其电接触的一个或多个电极。
[0008]优选地，存在多个相邻的间隔开的电极对，并且存在该电介质表面的多个暴露部分，每个部分在对应的相邻的间隔开的电极对之间。优选地，所述多个相邻电极对中的每一对中的至少一个电极被安排为悬垂于在它们之间的表面的暴露部分之上，这样使得不存在从该离子流动路径至该暴露部分的直接视线。更优选地，在每个相邻电极对之间的电解质表面的每个暴露部分使该相邻电极对中的至少一个电极被安排为悬垂于该暴露部分之上。
[0009]因此，在本发明的一个方面中，提供了一种用于质谱法的离子导向器，该导向器包括至少两个电极的电极安排，其中的至少一个是RF电极，该至少两个电极被安排为在电介质材料的平面式表面上彼此相邻但间隔开，并且被安排为距离子流动路径一段距离，其中该电介质表面的一部分暴露在相邻的间隔开的电极对之间，并且其中所述相邻电极对中的至少一个电极被安排为悬垂于在它们之间的表面的暴露部分之上，这样使得不存在从该离子流动路径至该电介质表面的暴露部分的直接视线。
[0010]可以提供定位为彼此间隔开的并且面向彼此的两个平行的电介质材料的平面式表面，各自面向在其上已安排了对应的电极安排的平面式电介质表面。因此，在一个表面上的电极安排面向在另一个表面上的电极安排。每一个电极安排可以包括至少一个平行于该平面式电介质表面的平面式RF电极。将理解的是，安排在一个平面式电介质表面上的一个或多个RF电极由此被定位为间隔开并且平行于安排在另一个平面式电介质表面上的一个或多个RF电极。离子流动路径位于在这两个相对的平面式表面之间的空间中。该离子流动路径被提供为平行于这些平面式表面。
[0011]因此，在本发明的另一个方面中，提供了一种离子导向器，该离子导向器包括:定位为间隔开的两个平行的电介质材料的平面式表面，其中它们的平面式表面面向彼此并且具有在其间的空间，每个平面式表面面向在其上已安排了对应的电极安排的平面式电介质表面，该电极安排包括至少一个平面式RF电极，该平面式RF电极的平面平行于该平面式电介质表面，其中离子流动路径被提供在这些平行的平面式电介质表面之间的空间中(因此在这些对应的电极安排之间的空间中)，优选是在其间等距的。
[0012]本发明提供一种离子导向器，该离子导向器能够实现离子的RF引导，伴随有大大减少的电介质表面的充电。这些金属电极相对于这些电介质表面按这样一种方式被安排:离子和/或液滴倾向于仅落到这些金属表面(这些金属表面在使用中被偏压)上，并且不落到这些电介质表面上。该平面式设计使得实现具有中性种类与这些电极的减少的碰撞量的实施例。该设计还使得实现能够使中性种类与离子有效分离的实施例。由于该平面式电极构造和使用平面式电介质材料如印刷电路板的能力，该离子导向器可以按简单的方式来制造。该设计可以在允许使用用于碰撞冷却或离子破碎的气体填充该离子导向器的实施例中实现。以下更详细地描述这些和其他优点。
[0013]现在将总结不同的优选实施例。
[0014]该电介质材料可以是任何合适的绝缘基底，例如玻璃或陶瓷。优选地，该电介质材料是印刷电路板材料。在此类实施例中，本发明可以使用电子器件制造的大批量生产技术来制造。
[0015]这些电极最优选是平面式的，其中它们的平面平行于它们被安排在其上的平面式电介质表面。这些电极是平面式的，这意味着它们的厚度(即，它们与该平面式电介质表面垂直的尺寸)小于、典型地远小于它们的宽度或长度(即，它们的与该平面式电介质表面平行的尺寸)。这些电极还优选是狭长的，即，在轴向方向上。从而这些狭长电极可以提供线性离子导向器。这些狭长电极可以是直的或曲线的，即弯曲的。这意指在该平面式电介质表面的平面中弯曲。作为实例这些电极可以是以简单曲线或以S形状或其他形状弯曲的。这种狭长构型适用于RF电极和DC电极。在本说明书中，术语RF电极是指将RF电压源与其连接的电极，无论是否将额外的DC电压源也任选地施加到其上。术语DC电极在此是指将DC电压源(但不是RF电源)与其连接的电极。
[0016]在平面式电介质表面上的相邻电极对优选被安排为使得它们的面向离子的表面在距该电介质材料的表面不同的距离，即，不同的高度处。因此，该对电极中的其面向离子的表面比另一个电极距该表面更大距离的电极是悬垂于该电介质表面的暴露部分之上的电极。这还可以有助于一个电极悬垂于相邻电极的至少一部分之上以及从而有助于在其间的电介质表面的暴露部分的甚至更大的遮蔽。因此，该悬垂的电极优选悬垂于所述相邻电极对的另一个电极的至少一部分之上。优选地，该悬垂的电极是RF电极。因此，在此类实施例中，该RF电极可以是具有距该电介质表面更大的距离或高度的面向离子的表面的电极以便使得它能够悬垂。
[0017]在一个平面式电介质表面上的电极安排的该至少两个电极可以包括至少一个DC电极。该至少一个DC电极也优选是平面式的，其中它的平面平行于该平面式电介质表面。因此，所述相邻电极对可以包括至少一个RF电极和一个DC电极，尤其一个平面式RF电极和一个平面式DC电极。这个或这些RF电极可以被安排为距该电介质表面一段距离。该DC电极可以被蚀刻到该电介质表面上。该RF电极优选被定位为比相邻的DC电极在该电介质表面上方更大的距离或高度处，并且更优选地悬垂于该DC电极的至少一部分之上。
[0018]该离子导向器优选是具有轴向场的离子导向器。
[0019]至少一个DC电极可以提供轴向电场梯度以使离子沿着该离子光轴移动。
[0020]至少一个DC电极可以提供处于轴向势阱形式的轴向场以将离子轴向地捕获在该离子光学装置中。
[0021]该至少一个DC电极优选是在该轴向方向上分段的以使得能够通过该电极产生轴向场。这些区段中的至少一些优选在使用中用不同电压进行偏压以提供该轴向场。
[0022]除了该DC电极之外或作为其的替代，该至少一个RF电极可以是分段的以提供轴向场梯度或轴向势阱。
[0023]优选地，在平面式电介质表面上的每个电极安排中提供多个RF电极(尤其是平面式RF电极)。更优选地，每个电极安排包括两个RF电极，使得总计为