双场多极收敛离子引导器、双曲离子引导器和有关方法
【专利说明】双场多极收敛离子引导器、双曲离子引导器和有关方法 技术领域 本发明涉及例如可以在质谱仪系统中利用的离子引导器。 【背景技术】 质谱仪（MS)系统通常包括用于电离兴趣样本的分子的离子源，后接提供各种功能的 一个或多个离子处理设备，后接用于基于离子的不同质荷比（或m/z比，或更简单地"质 量"）对其进行分离的质量分析器，后接质量分类的离子所到达的离子检测器。MS分析产生 质谱，其为指示所检测到的离子的相对丰度的一系列峰值作为它们的m/z比的函数。 气体填充的离子引导器是位于离子源与质量分析器之间的处理流中的离子处理设备 的示例。气体填充的离子引导器可以位于离子源附近，在此，离子引导器可以将离子传送通 过一个或多个减压级，其将气体压力相继降低下至系统的分析器部分的非常低的操作压力 (高真空）。气体填充的离子引导器也可以位于碰撞小单元中，在此，离子引导器可以用作 碰撞小单元，或可以用于减少射束尺寸，以用于系统的后级。在这两种情况下，离子引导器 服务于多种功能：a)以很少的离子损耗将离子传送通过含有气体的区域，b)将离子传送通 过真空级（减压）壁，c)减少离子射束的发射度（获得射束截面与散度的更小乘积），d) 在接近仪器的整个质量范围上完成所有前述功能。 相当良好地完成这些目标中的很多目标的大量现有设计是可用的。然而，关于离子引 导器的设计和性能方面的进一步改进，存在持续的需求。例如，期望在更宽质量范围上和/ 或以相比对于当前设计可能的更大压降进行离子传输的改进。还期望减少当前离子引导器 或包含它们的系统的成本。
【发明内容】
为了全部或部分解决前述问题和/或本领域技术人员已经观察到的其它问题，本公开 提供通过示例的方式在以下所阐述的实现方式中描述的方法、处理、系统、装置、仪器和/ 或设备。 根据一个实施例，一种离子引导器，包括：进口端；出口端，其在沿着引导器轴距所述 进口端某距离处；第一 RF场发生器，其配置用于生成第N阶的第一 RF场，其中，N是等于或 大于2的整数，所述第一 RF场发生器包括沿着所述引导器轴延长并且相对于所述引导器轴 在圆周上间隔的多个第一电极，其中，所述第一电极环绕所述进口端与所述出口端之间的 引导器容积；以及第二RF场发生器，其配置用于生成叠加在所述第一 RF场上的第2N阶并 且在所述各第一电极之间穿透的第二RF场，所述第二RF场发生器包括一个或多个第二电 极。 根据另一实施例，一种离子引导器，包括：进口端；出口端，其在沿着引导器轴距所述 进口端某距离处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所述出口端，并且相对于所述引导 器轴在圆周上间隔，所述多个电极包括双曲配置，使得所述电极内接具有相对于所述引导 器轴而扫描的双曲径向边界的从所述进口端到所述出口端的引导器容积。 根据另一实施例，一种离子引导器，包括：进口端；出口端，其在沿着引导器轴距所述 进口端某距离处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所述出口端，并且相对于所述引导 器轴在圆周上间隔，所述多个电极以相对于所述引导器轴的扭转角度而定向，其中，所述电 极内接具有相对于所述引导器轴而扫描的双曲径向边界的从所述进口端到所述出口端的 引导器容积。 根据另一实施例，一种用于聚集离子射束的方法，包括：将所述离子射束发送通过离子 引导器，所述离子引导器包括：进口端；出口端，其在沿着引导器轴距所述进口端的某距离 处；以及多个多极电极，其环绕所述进口端与所述出口端之间的引导器容积；在发送所述 离子射束的同时，将第N阶的第一 RF场施加到所述离子射束，其中，N是等于或大于2的整 数；以及将第2N阶的第二RF场施加到所述离子射束，其中，所述第二RF场叠加在所述第一 RF场上，并且在所述各多极电极之间穿透。 根据另一实施例，一种用于聚集离子射束的方法，包括：发送所述离子射束通过离子 引导器，所述离子引导器包括：进口端；出口端，其在沿着引导器轴距所述进口端的某距离 处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所述出口端，并且相对于所述引导器轴在圆周上 间隔，所述多个电极包括双曲配置，使得所述电极内接具有相对于所述引导器轴而扫描的 双曲径向边界的从所述进口端到所述出口端的引导器容积；以及在发送所述离子射束的同 时，将径向RF封闭场施加到所述离子射束。 根据另一实施例，一种用于聚集离子射束的方法，包括：发送所述离子射束通过离子 引导器，所述离子引导器包括：进口端；出口端，其在沿着引导器轴距所述进口端的某距离 处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所述出口端，并且相对于所述引导器轴在圆周上 间隔，所述多个电极相对于所述引导器轴以扭转角度而定向，其中，所述电极内接具有相对 于所述引导器轴而扫描的双曲径向边界的从所述进口端到所述出口端的引导器容积；以及 在发送所述离子射束的同时，将径向RF封闭场施加到所述离子射束。 根据另一实施例，一种质谱仪系统配置用于执行在此所公开的任何方法。 根据另一实施例，一种质谱仪系统，包括：离子源和/或离子检测器；以及如在此所公 开的任何实施例所述的离子引导器。 在审阅以下附图和【具体实施方式】时，本发明的其它设备、装置、系统、方法、特征以及优 点对于本领域技术人员将是或将变得清楚。意图所有这些附加系统、方法、特征和优点包括 于该描述内、在本发明的范围内，并且受所附权利要求所保护。 【附图说明】 通过参照以下附图，可以更好地理解本发明。附图中的组件并不一定成比例，而是着重 示出本发明的原理。在附图中，相同的附图标记贯穿不同附图指定对应部分。 图1是根据一些实施例的离子引导器的示例的示意性侧（长度向）视图。 图2A是根据一些实施例的第一电极集合的示例的一端（进口或出口）的透视图。 图2B是电互连的图2A所示的各第一电极中的两个的透视图。 图3A是根据一些实施例的在进口端处的第一电极集合和第二电极集合的示例的（横 向平面中的）示意性端视图。 图3B是在离子进口部分的一端处或在离子出口端处的图3A所示的第一电极集合的 (横向平面中的）示意性端视图。 图4是根据一些实施例的离子引导器的另一示例的侧（长度向）视图。 图5A是根据一些实施例的相对于离子引导器轴而扫描的双曲表面所描述的具有双曲 径向边界的引导器容积的示例的侧视图（y-z平面）。 图5B是图5A所示的引导器容积的透视图。 图6A是根据一些实施例的在离子进口端处的第一电极集合的示例的（横向平面中的） 端视图。 图6B是图6A所示的第一电极集合的透视图。 图7A是根据一些实施例的配置作为锥形实心壁的第二电极的示例的截面侧视图。 图7B是根据一些实施例的配置作为锥形栅格或网格的多个第二电极的示例的截面侧 视图。 图7C是根据一些实施例的在离子处理流的方向上具有相继减少的直径的多个轴向地 间隔的环形第二电极的示例的截面侧视图。 【具体实施方式】 图1是根据一些实施例的离子引导器100的示例的示意性侧（长度向）视图。离子引 导器100通常具有沿着纵向轴或离子引导器轴104的长度以及在与离子引导器轴104正交 的横向平面中的横向截面。离子引导器100的一个或多个组件的几何形状相对于离子引导 器轴104可以是对称的，在此情况下，离子引导器轴104可以看作中心轴。为了参照的目的， 图1提供笛卡尔坐标系统，其中，z轴对应于离子引导器轴104,离子引导器100的截面位于 横向 x-y平面中。根据图1的视角，总体离子行进通常沿着可以看作离子光轴的离子引导 器轴104从左到右受导向。 离子引导器100通常包括：离子进口端108 ;离子出口端112,其部署在沿着离子引导 器轴104距离子进口端108的某距离处；外壳116,其封装离子进口端108与离子出口端112 之间的离子引导器100的内部组件。在离子进口端108处从上游设备（例如，比如离子源、 上游离子引导器、离子捕集器、质量过滤器、离子裂解设备等）接收离子。为此目的，离子进 口端108可以包括离子引导器轴104上的气体传导限制孔径，并且可以还包括本领域技术 人员所理解的关联离子光器件。在所示示例中，分撇（skimmer)板120(也称为分撇锥或采 样锥）与离子进口端108的孔径对准地安装在外壳116上，这有助于防止不想要的中性分 子进入离子引导器100。离子从离子出口端112发射进入到下游设备（例如，比如下游离子 引导器、离子捕集器、质量过滤器、离子裂解设备、离子射束冷却器、质量分析器等）。为此目 的，离子出口端112可以包括纵向轴104上的气体传导限制孔径，并且可以还包括关联离子 光器件。 离子引导器100配置用于在径向上将离子封闭到沿着离子引导器轴104聚集的离子射 束。也就是说，离子引导器100配置用于在允许离子在轴向上流过的同时约束离子在径向 方向上（图1中的横向x-y平面中）的运动。离子引导器100还配置用于聚集离子射束， 即收敛离子相位空间所占据的容积。以此方式，离子射束在离子进口端108处具有使得来 自先前离子处理设备的离子收集最大化的相对大的射束接受度（导纳性），并且在离子出 口端112处具有使得进入后续离子处理设备的离子传输最大化的相对小的射束发射度。因 此，离子引导器100配置用于以使得离子的损耗最小化的方式将离子发送通过离子引导器 100。在一些实施例中，离子引导器100也可以配置用于随着离子行进通过离子引导器100 而在轴向上加速它们，以防止失速，和/或在其它实施例中，以促进离子裂解。替代地或附 加地，本领域技术人员应理解，可以为此目的而配置位于离子进口端108和离子出口端112 处（或附近）的离子光器件。在一些实施例中，离子引导器100可以配置用于减少离子的 动能（即冷却或"热化"离子），在此情况下，可以在适合于冷却的离子引导器100中利用惰 性缓冲气体（例如氮气、氩气等）。在必须级联质谱仪的一些实施例中，离子引导器100可 以配置用于裂解（前体或"母体"）离子，以产生裂解（产物或"子体"）离子，在此情况下， 可以在对于碰撞诱导解离（CID)适当的