用于质谱分析法的离子导向件的制作方法
【专利摘要】本文提供用于传输离子导向件中的离子的方法及系统。根据
【申请人】的教示的各种方面，所述方法及系统可致使夹带于进入离子导向件的气流中的离子的至少一部分从气体射流被提取且沿气流的一或多个路径被引导向下游，其中可从所述离子导向件去除缺少所述离子的气体。在一些实施例中，从气流提取的所述离子可被引导到其中所述离子例如经由RF聚焦可被聚焦的聚焦区域中以进入后续处理阶段，例如质谱分析仪。
【专利说明】用于质谱分析法的离子导向件
[0001 ] 相关申请案
[0002]本申请案主张2013年12月31日申请的第61/922,319号美国临时申请案的优先权，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]本文中的教示涉及用于质谱分析法的方法及设备，且更特定来说，涉及离子导向件及离子输送方法。
【背景技术】
[0004]质谱分析法(MS)为一种用于确定具有定量应用及定性应用两者的样本物质的元素分子的分析技术。例如，MS可用于识别未知化合物，确定分子中元素的同位素成分，及通过观察特定化合物的碎片确定特定化合物的结构，以及用于为样本中的特定化合物的量定量。
[0005]在质谱分析法中，一般使用离子源将样本分子转换成离子且接着通过一或多个下游质谱分析仪进行分离及检测。对于大多数大气压离子源，离子在进入安置在真空室中的离子导向件之前传递通过入口孔。施加于离子导向件的射频(RF)电压可在离子输送到其中安置有所述质谱分析仪的后续低压真空室中时提供径向聚焦。虽然增大离子源与离子导向件之间的入口孔的大小可增加进入离子导向件的离子的数目(其可抵消离子损耗且可能增大下游检测的灵敏度)，但因气流增大所致的第一级真空室中的压力变高可由于与周围气体分子的冲突增加而降低离子导向件使离子聚焦的能力。
[0006]因此，仍需要最大化进入离子导向件的离子的数目同时维持到下游分析仪的离子传送效率以实现高灵敏度的质谱仪系统及方法。
【发明内容】
[0007]根据一个方面，
【申请人】的教示的某些实施例涉及一种离子导向件，其包括外壳，所述外壳包括沿中心轴线从近入口端纵向地延伸到远出口端的至少两个对置侧壁，所述近入口端经配置以接收在通过安置于所述中心轴线上的入口孔的气流中夹带的多个离子;及阻挡件，其安置在所述外壳内在近端与远端之间，所述阻挡件使所述气流的至少一部分偏转远离所述外壳的中心轴线。根据本教示的各种方面，所述对置侧壁中的每一者包括多个电极，将RF及DC电势施加到所述多个电极以便产生用于使所述所夹带离子偏转远离接近所述阻挡件的所述外壳的中心轴线的电场;及至少一个电极，将RF电势施加到所述至少一个电极用于将所述经偏转离子聚焦朝向远离所述阻挡件的中心轴线。在一些方面中，所述远出口端可经配置以将经聚焦的离子传输通过出口孔到下游质谱分析仪。
[0008]所述对置侧壁可具有各种配置。举例来说，在一个方面中，所述对置侧壁中的至少一者界定窗口，气流可通过所述窗口离开所述外壳。举例来说，所述阻挡件(例如，安置于所述中心轴线上)可经配置以使所述气流的至少一部分偏转到界定于所述对置侧壁中的每一者中的窗口。
[0009]在各种方面中，所述外壳可进一步由安置于所述对置侧壁之间的对置壁电极界定。举例来说，所述对置壁电极可沿所述对置侧壁的长度的至少一部分延伸。在一些方面中，所述对置壁电极可耦合到用于将RF信号施加到所述对置壁电极的电源。在一个方面中，所述对置壁电极相对于所述中心轴线偏移使得其在所述气流之外。另外，在一些方面中，所述对置壁电极之间的距离可沿其长度的至少一部分变化。举例来说，所述对置壁电极的内表面可不与沿着沿所述中心轴线的其长度的至少一部分的所述中心轴线平行。
[0010]所述对置侧壁的所述多个电极可具有各种配置。举例来说，所述多个电极可包括多个多边形导电表面。举例来说，所述多边形导电表面中的至少一者可为大体上三角形、四边形、五边形、六边形、七边形或五边形，皆以非限制性实例的方式。在相关方面，所述多边形导电表面中的至少一者的对置侧可为非平行的。在其它相关方面中，所述多边形导电表面中的至少一者的邻近侧可为非垂直的。
[0011]在各种方面，所述多个电极中的至少一者可为沿两个轴线为非对称的。举例来说，所述多个电极中的至少一者可为非矩形的。
[0012]在一些方面中，所述多个电极可包括大体上平面导电表面。在各种方面中，所述对置侧壁包括沿纵向轴线从近端延伸到远端的印刷电路板。举例来说，所述多个电极可包括由所述印刷电路板的非导电部分将其与邻近电极分离的导电表面。在一些方面中，至少一些所述非导电部分并非彼此垂直。在一个方面中，至少一些所述非导电部分并非平行或垂直于所述印刷电路板的纵向轴线。
[0013]在一个方面中，所述对置侧壁进一步包括多个电极，仅将RF信号施加到所述多个电极。
[0014]在一些方面中，所施加的DC电势具有与一或多个所关注的离子相同的极性以便致使所述所关注的离子偏转远离所述中心轴线。
[0015]在一些方面中，所述多个电极可经配置以界定大体上在所述气流之外的最小电势(例如，针对所关注的离子)。
[0016]在各种方面中，位于所述入口端及出口端处的电场大体上为四极或多极RF场。以实例的方式，所述离子导向件可包括位于所述入口端处的经配置以产生多极RF聚焦场的多个杆。在一个方面中，施加到对置入口杆对的RF信号可为与彼此不同的相位。
[0017]在各种方面中，所述离子导向件可进一步包括位于所述出口端处的经配置以产生四极或多极RF聚焦场的多个杆。
[0018]在一些方面中，可将所述外壳维持于约I到约20托的范围中的真空压强下。
[0019]根据一个方面，
【申请人】的教示的某些实施例涉及一种用于传输离子的方法。根据所述方法，在外壳的入口端处接收气流中所夹带的多个离子，所述外壳围绕中心轴线从所述近入口端纵向地延伸到远出口端，所述外壳包括沿所述中心轴线纵向地延伸的至少两个对置侧壁，其中所述对置侧壁中的每一者具有多个电极。所述方法还可包含将RF及DC电压施加到所述对置侧壁的所述多个电极的至少一个对置对以便产生用于使所述所夹带离子的至少一部分偏转远离所述中心轴线的在所述外壳中的电场，使所述气流的至少一部分偏转到开口以在偏转所述经偏转的离子之后离开所述外壳，以及聚焦所述经偏转的离子以传输到下游质谱分析仪。
[0020]在一些方面中，所述对置侧壁中的至少一者界定窗口，通过所述窗口将所述气流的至少一部分从所述外壳去除。
[0021]在各种实施例中，所述外壳进一步由安置于所述对置侧壁之间的对置壁电极界定，其中所述对置壁电极相对于所述中心轴线偏移使得其在所述气流之外。在一些方面中，所述离子导向件界定大体上沿所述对置壁电极但与所述对置壁电极分离达小距离(例如，约I到3mm)的最小电势以便将所关注的离子吸引到所述对置壁电极。
[0022]根据一个方面，
【申请人】的教示的某些实施例涉及一种质谱仪系统，其包括离子源；具有入口孔隙的近入口板，其经配置以从所述离子源接收气流中夹带的多个离子;及具有出口孔隙的远出口板，其经配置以将多个离子传输到质谱分析仪。在各种方面中，离子导向件可安置于所述入口板与所述出口板之间，且所述离子导向件可包含外壳，所述外壳包括沿中心轴线从近入口端纵向地延伸到远出口端的至少两个对置侧壁，所述近入口端经配置以从所述入口孔隙接收所述气流及所夹带的离子。阻挡件安置于所述外壳内用于使所述气流的至少一部分偏转远离所述外壳的所述中心轴线，其中所述对置侧壁包括多个对置导电区域，将RF及DC电压施加到所述多个对置导电区域以便产生用于使所述所夹带离子偏转远离接近所述阻挡件的所述外壳的所述中心轴线的电场;及至少一个对置导电区域，将RF电压施加到所述至少一个对置导电区域用于将所述经偏转离子聚焦朝向远离所述阻挡件的所述中心轴线。
[0023]本文陈述
【申请人】的教示的这些特征及其它特征。
【附图说明】
[0024]所属领域的技术人员应理解，下文所描述的图式仅用于说明目的。并不希望所述图式以任何方式限制
【申请人】的教示的范围。
[0025]图1以示意图描绘包括根据
【申请人】的教示的各种实施例的一个方面的离子导向件的示范性质谱仪系统。
[0026]图2描绘图1的示范性离子导向件的透视图。
[0027]图3以示意图描绘用于图1的离子导向件的示范性PCB侧壁，所述PCB侧壁包括根据
【申请人】的教示的各种方面布置的多个电极。
[0028]图4示意性地描绘根据各种方面施加到离子导向件的示范性电势，所述离子导向件包括如图3中所展示的PCB侧壁。
[0029]图5示意性地描绘由阳离子在横越图1的离子导向件时所经历的示范性力，使图4的示范性电势施加到PCB侧壁。
[0030]图6描绘传输通过图1的离子导向件的具有各种m/z比的离子的模拟路径，使图4的示范性电势施加到PCB侧壁。
[0031]图7以示意图描绘用于根据
【申请人】的教示的各种实施例的一个方面的离子导向件的另一示范性PCB侧壁。
[0032]图8示意性地描绘利用图7中所展示的PCB侧壁施加到示范性离子导向件的示范性电势。
[0033]图9示意性地描绘由阳离子在横越图8中所描绘的离子导向件时所经历的示范性力。
[0034]图10描绘利用根据图8的原型离子导向件的离子传输的示范性数据。
[0035]图11以示意图描绘根据
【申请人】的教示的各种实施例的一个方面的用于离子导向件的另一示范性PCB侧壁。
[0036]图12示意性地描绘利用图11中所展示的PCB侧侧壁的施加到示范性离子导向件的示范性电势。
[0037]图13示意性地描绘由阳离子在横越图12的离子导向件时所经历的示范性力。
【具体实施方式】
[0038]应了解，为了清晰起见，下文论述将解释
【申请人】的教示的实施例的各种方面，同时在方便或适当时省略某些特定细节。举例来说，在替代实施例中，可稍微缩减对相似或类似特征的论述。为了简明起见，还可能未更详尽地论述熟知理念或概念。所属领域的技术人员应认识到，
【申请人】的教示的一些实施例可能无需每个实施方案中的某些特别描述的细节，在本文陈述所述细节仅用以提供对所述实施例的透彻理解。类似地，应显而易见，在不脱离本发明的范围的情况下，所描述实施例可易于根据公知常识进行替代或作出更改。实施例的下文详细描述不应被视为以任何方式限制
【申请人】的教示的范围。
[0039]本文提供用于在离子导向件中传输离子的方法及系统。根据
【申请人】的教示的各种方面，所述方法及系统可致使进入离子导向件的气流中所夹带的离子的至少一部分被从气体射流提取且沿与气流路径分离的一或多个路径被导向到下游(可将不含所述离子的气体从离子导向件去除)。在一些实施例中，从气流提取的离子可被导向到聚焦区域中，在所述聚焦区域中，所述离子可例如经由RF聚焦而聚焦到进入后续处理级(例如，质谱分析仪)中。
[0040]现参考图1，示意性说明根据
【申请人】的教示的各种方面的示范性质谱分析系统100。如所属领域的技术人员将了解，质谱分析系统100仅表示根据本文所描述的系统、装置及方法的各种方面的一个可能的配置。如图1中所展示，示范性质谱分析系统100—般包括用于从所关注样本产生离子的离子源110、离子导向件140及离子处理装置(本文中一般指明为质谱分析仪112)。
[0041]虽然仅展示质谱分析仪112，但所属领域的技术人员将了解，质谱分析系统100可包含位于离子导向件140下游的额外质谱分析仪元件。因而，经传输通过含有离子导向件140的真空室114的离子可经输送通过含有一或多个质谱分析仪元件的一或多个额外压差真空级。例如，在一些方面中，三重四极质谱仪可包括三个压差真空级，包含维持处于约2.3托压强的第一级、维持处于约6毫托压强的第二级及维持处于约10—5托压强的第三级。第三真空级可含有(例如)检测器以及两个四极质谱分析仪(例如，Ql及Q3)，其中碰撞室(Q2)位于其间。所属领域的技术人员将显而易见，在所述系统中可存在数个其它离子光学元件。此实例并不意味着限制性，因为所属领域的技术人员还将显而易见，本文所描述的离子导向件可适用于采样处于增压的离子的许多质谱分析仪系统。这些可包含飞行时间(T0F)、离子阱、四极或其它质谱分析仪，如所属领域中已知。
[0042]此外，虽然图1的离子源110被描绘为电喷射离子化(ESI)源，但所属领域的技术人员将了解，离子源110可实际上为所属领域中已知的任何离子源，尤其包含例如连续离子源、脉冲离子源、电喷射离子化(ESI)源、大气压化学离子化(APCI)源、电感耦合等离子体(ICP)离子源、基质辅助激光解吸/离子化(MALDI)离子源、辉光放电离子源、电子撞击离子源、化学离子化源，或光致电离离子源。以非限制性实例来说明，所述样本可另外经受自动或在线样本制备，包含液相色谱分离。
[0043]如图1中所展示，离子导向件140可包含在真空室114内。在各种方面中，真空室114包含具有用于从离子源110接收离子的入口孔118的孔板116。真空室114可另外在出口透镜122中包含出口孔隙120，由离子导向件140传输的离子经转移通过出口透镜122到容纳(例如)一或多个离子处理装置(例如，质谱分析仪112)的下游真空室116。如所属领域的技术人员将了解，真空室114、116可被抽空到亚大气压，如所属领域中已知。以实例的方式，机械栗124、126(例如，涡轮分子栗、旋转栗)可用于分别将真空室114、116抽空到适当压力。
[0044]在各种方面中，由离子源110产生的离子被传输到真空室114中且可在进入所述真空室的气体膨胀通过入口孔118时夹带在超音速气流中。此现象通常被称作超音速自由射流膨胀(如(例如)在第7,256,395号及第7，259，371号美国专利中描述(所述专利中的每一者的全文特此以引用的方式并入本文中))，辅助轴向地输送所述所夹带离子使其通过真空室114。然而，仅依赖于径向RF聚焦将夹带在气流中的离子传输到下游分析仪的现有技术离子导向件在于更高压强环境中使离子聚焦时可能面临困难，这是归因于所述离子与超音速气流内的周围气体分子的碰撞。因而，现有技术系统一般限制(例如)入口孔118的大小以便将真空室内的气流及压强维持在使得所夹带离子仍可聚焦成窄束以传输到后续室中以进行下游处理的水平。
[0045]根据
【申请人】的本教示的各种方面中，离子导向件140从入口端140a延伸到出口端140b且大体上界定外壳，离子在经由出口孔120离开真空室114之前行进通过所述外壳。离子导向件140在其入口端140a处接收在流动通过沿离子导向件140的纵向、中心轴线(A)的入口孔118的气体内夹带的离子。举例来说，如图1及2中所展示，入口端140a可包括围绕中心轴线(A)而安置的多个入口杆158以便向气流内的离子径向定向的力。尽管如上文所论述，在离子导向件140的此区域中的气流内的离子与分子的碰撞可防止离子被聚焦到相干离子束中，施加到入口杆158的RF信号可足以产生将离子维持于大体上沿中心轴线的四极RF场以防止离子在进入时抵着离子导向件140的壁而损耗。
[0046]在横越离子导向件140的入口杆158之后，离子(及气流)进入大体上由多个导电元件定界的外壳的一部分，可将电势施加到所述多个导电元件以将离子的至少一部分从气流提取(例如分离)。举例来说，在各种方面中，离子导向件140可经配置以将进入离子导向件140的离子移位到气流之外及/或远离中心轴线(A)。以实例的方式，离子在其传输通过离子导向件140的平均径向位置可从中心轴线(A)偏移。如图1及2中所展示，外壳可由沿中心轴线(A)的对置侧延伸的两个大体上平面的侧壁142(出于清晰的目的，仅描绘“左”对置侧壁142a)及在至少部分地沿离子导向件140的长度的对置侧壁142a、b之间延伸的顶部及底部对置电极144a、b(以下简称“壁电极144”)来定界。
[0047]在所描绘的示范性实施例中，举例来说，对置平面侧壁142可包括印刷电路板(PCB)，其各自界定由非导电部分145分离的多个大体上平面的电极143。如以下详细论述，可将RF及/或DC电压施加到对置侧壁142的各种导电部分及壁电极144以控制通过离子导向件140的离子移动(例如，相对于中心轴线(A)的离子移动)。此外，对置侧壁142的各种电极143的配置(例如，形状/大小/位置)(及施加到各种电极143的电势)可根据本教示而选择以控制在离子在最初由气流赋予离子的轴向动量的影响下横越离子导向件140时所述离子的径向偏离。
[0048]应了解，应用于侧壁142的术语“左”及“右”以及应用于壁电极144的“顶”及“底”仅用以表明离子导向件140及其操作的各种部分，而不应被解释为限制根据本教示的离子导向件的特定配置。以实例的方式，应了解，大体上平面的侧壁142a、b可替代地安置于离子导向件140的中心轴线(A)的上方及下方，同时对置壁电极144位于中心轴线的左侧及右侧。此夕卜，应了解，尽管壁电极144据称在对置侧壁142a、b之间延伸，但没有必要使侧壁及电极彼此耦合(例如密封)。实际上，由侧壁及电极定界的外壳可包括体积，离子的轨迹一般约束于所述体积内。
[0049]此外，尽管由大体上平面的侧壁142a、b及对置壁电极144定界的空间可与由入口杆158界定的空间轴向对准，但由平面侧壁142a、b及对置壁电极144界定的空间的最大高度(SP，图1及2中的对置壁电极144之间的距离)可大于对应对置入口杆158之间的距离。如由所属领域的技术人员将了解，在进入入口孔118之后，经历自由射流膨胀的气体旋即将减慢且经再压缩以形成通常被称作马赫盘(Mach disk)的事物。在再压缩之后，气流的径向边界一般通过桶形激波结构界定。根据本教示的各种方面，对置入口电极158之间的距离(且实际上为平面侧壁142a、b之间的距离)可经配置以大体上容纳此桶形激波结构的径向边界，同时外壳的“高度”(即，对置壁电极144之间的距离)提供针对离子的以将其移出桶形激波结构的额外空间且在当气流及离子横越离子导向件140时施加到离子导向件140的各种部分的电势的影响下朝向壁电极144中的一或多者。
[0050]向下游继续(图1中左到右)，离子导向件140还包括阻挡件152，其用于在离子的至少一部分(例如，离子的至少一大部分，80%)已被从气流提取出之后使气流从离子导向件140偏转出。阻挡件152可具有用于偏转气流的各种配置，但如图1及2的示范性离子导向件140中所展示，其包括安置于中心轴线(A)上的至少一个上游平面表面152a，使得气流与表面152a碰撞且被引导朝向外壳的预定部分。举例来说，表面152a可相对于气流的主要轴线而被调整角度使得从表面152a偏转的气体大体上被引导出离子导向件140(例如，经由形成于对置平面侧壁142及壁电极144中的至少一者中的出口窗148)。如图2中最佳所见，举例来说，阻挡件152可包括从中心轴线(A)上的顶点的下游延伸的两个平面表面152a使得分割气流以将其引导到两个出口窗148(仅展示两个出口窗148中的一者)。应了解，依据本教示，夹带于气流内的各种分子(例如，大及/或中性分子，未溶解于离子化室中的溶剂滴)可与阻挡件152碰撞及/或与气流一起被引导出外壳，借此防止其更深入传输到质谱仪系统100中且有助于防止对下游元件的污染。
[0051]由于气流在阻挡件152处被引导出外壳，从气流提取的离子可接着被重新聚焦(例如，朝向中心轴线(A)偏转)以在外壳的出口端140b处传输通过透镜122的出口孔隙120。通过从外壳去除气流的至少一部分，围绕阻挡件152偏转的离子可更容易地聚焦(例如，经由RF四极)，此归因于离子与气流的周围气体分子碰撞的可能的减少。举例来说，壁电极144之间的距离可在其下游端减少以促进离子在通过阻挡件152之后偏转回到中心轴线(A)，如本文以其它方式论述。此外，如图2中最佳所见，离子导向件140可额外地包含安置于阻挡件152的下游的出口电极178以辅助将离子重新聚焦到相干离子束中以被传输通过出口孔隙120且到质谱分析仪112中。
[0052]现参考图3，示意性地描绘根据本教示的各种方面的示范性PCB侧壁142。如图3中所展示，示范性PCB侧壁142包括沿纵向轴线(B)从近入口端146a延伸到远出口端146b的大体上平面的表面。还如所展示，PCB侧壁142界定窗口 148，气体射流的至少一部分通过窗口148可如本文以其它方式论述而偏转。如由所属领域的技术人员将了解，依据本教示，每一PCB侧壁142的内表面的部分(S卩，面向室的表面，离子传输通过所述表面)可包括导电材料，可将RF及/或DC电势施加到所述导电材料。以非限制性实例的方式，导电部分可包括铜、银或金。根据本教不的各种方面，导电表面的各种部分可由非导电部分分离使得所述表面的导电部分彼此电绝缘。举例来说，如图3中所展示，非导电部分可经配置以将PCB侧壁142分成七个不同的区域，可将不同的电势施加到所述七个不同的区域，借此形成七个大体上平面电极，但根据本教示可由PCB侧壁142界定更多或更少区域。
[0053]根据本文的教示，导电部分或电极可具有各种配置且可布置成各种图案用于控制通过离子导向件140的离子的移动(如文本以其它方式论述)。以实例的方式，形成侧壁142的电极可包括彼此具有相同或不同形状的多个多边形。以实例的方式，电极可为大体上三角形(例如，图3的电极(6))、四边形、五边形(例如，电极(1))、六边形(例如，电极(4))、七边形(例如，电极⑶)或甚至更多边(例如，电极⑶)，皆以非限制性实例的方式。此外，多个电极可包含具有非平行、对置侧的一或多个电极(例如，边缘146d与非导电部分35不平行)，具有邻近侧的一或多个电极在非直角处(例如，在电极(I)的顶点处)延伸，且一或多个电极展现沿两个顶点不对称性(例如，电极(5))。举例来说，如图3中所展示，所描绘的示范性电极不为正方形或矩形。同样地，至少一些非导电部分可相交于非直角处(例如，非导电部分14、15)及/或不平行或垂直于纵向轴线(B)。
[0054]虽然现将参考图3详细论述PCB侧壁142的电极区域中的每一者，但在本发明的精神内的是:可根据本教示修改导电区域的配置(例如，图案、大小、形状)以促使离子从气体射流的提取、气体射流从至少部分由PCB侧壁142界定的外壳的转向及/或离子的重新聚焦以传输到下游质谱分析仪。如图3中所展示，在一些方面中，PCB侧壁的入□端146a可具有相对于PCB侧壁142的剩余部分的减少的宽度且可经配置以结合如上文参考图1及2所描述的入口杆158形成用于从入口孔118接收气体射流的上游聚焦区域。沿PCB侧壁142的纵向轴线(B)从入口端146a延伸朝向出口端146b且可沿离子导向件140的中心轴线(A)而以电极(I)为中心(如图1中所展示)。如上文所论述，相对于入口杆158之间的距离的远离入口杆158的外壳的增加的“高度”(即，图1的壁电极144之间的距离)可提供用于使离子移出桶形激波结构及朝向壁电极144中的至少一者的额外空间。相应地，在入口杆158的远端处，PCB侧壁可拓宽(例如，大体上垂直于PCB侧壁142的纵向轴线(B)延伸)，借此界定电极(2)及(3)的近边缘。电极(I)因此远离PCB侧壁142的入口端146a延伸且继续远侧地超越电极(2)及(3)的近边缘，但电极(I)的宽度在电极(I)远侧地延伸时线性地减少直到终止于纵向轴线(B)上。两个非导电部分14、24从电极(I)与电极(2)的结延伸一一个非导电部分24在相对于PCB侧壁142的纵向轴线(B)的向上非垂直的角处，及一个非导电部分14在相对于PCB侧壁142的纵向轴线(B)的向下非垂直的角处。向上延伸的非导电部分24沿PCB侧壁142的长度的大部分向上延伸，变为平行于沿窗口 148的长度的PCB侧壁的纵向轴线(B)，且接着在再次变为平行于位于PCB侧壁142的出口端146b前面的纵向轴线(B)之前迅速转回朝向纵向轴线(B)。因此电极(2)的上边缘及下边缘分别由PCB侧壁142的上边缘146c及非导电部分24界定，且终止于由PCB侧壁142的远端146b界定的远边缘中。
[0055]同样地，两个非导电部分15、35从电极(I)与电极(3)的结延伸一一个非导电部分35在相对于PCB侧壁142的纵向轴线(B)的向下的非垂直角处，及一个非导电部分15在相对于PCB侧壁142的纵向轴线(B)的向上的非垂直角处。
[0056]电极(3)表示围绕PCB侧壁142的纵向轴线(B)的电极(2)的镜像，使得电极(3)的上边缘及下边缘分别由最初从电极(I)及电极(3)向下延伸的非导电部分35及PCB侧壁142的下边缘146d界定，且终止于由PCB侧壁142的远端146b界定的远边缘。
[0057]非导电部分14从电极(I)与电极(2)的结延伸以向下的非垂直角延伸到窗口148的下近端角，同时非导电部分15从电极(I)与电极(3)的结延伸以向上的非垂直角延伸到窗口148的上近端角。这些向下及向上延伸的非导电部分14、15在PCB侧壁142的纵向轴线(B)处彼此相交，借此界定电极(I)的近端及电极(6)的近顶点，其沿PCB侧壁142的纵向轴线(B)于非导电部分14、15之间延伸到窗口 148的近边缘。
[0058]电极(4)从电极(I)与电极(2)的结延伸且最初由在其上边缘上向上延伸的非导电部分24及在其下边缘上向下延伸的非导电部分14定界，接着由从非导电部分14、15的相交处延伸的向上延伸的非导电部分15定界，且最后由窗口 148的上边缘定界。
[0059]电极(5)表示围绕PCB侧壁142的纵向轴线(B)的电极(4)的镜像，使得电极(5)从电极(I)与电极(3)的结延伸且最初由在其下边缘上向下延伸的非导电部分35及在其上边缘上向上延伸的非导电部分15定界，接着由从非导电部分14、15的相交处延伸的向下延伸的非导电部分14定界，且最后由窗口 148的下边缘定界。
[0060]电极(4)及电极(5)远侧地终止于非导电部分47、57中，其大体上相对于PCB侧壁142的纵向轴线(B)垂直而分别于在电极(2)的下边缘处的非导电部分24与在电极(3)的上边缘处的非导电部分35之间延伸。与大体上垂直的非导电部分47、57—起，窗口 148的远边缘界定Y形电极(7)的近边缘，其向下游延伸到位于电极(2)与电极(3)之间的PCB侧壁142的远端146b。
[0061 ]现参考图4及5，离子导向件140的各种元件可具有施加到离子导向件140的电势以便根据本文的教示控制通过离子导向件的离子的移动。以实例的方式，入口杆158、对置PCB侧壁142a、b的各种区域及/或顶部及底部对置壁电极144a、b可具有施加到其的不同电势的图案，以便产生电场，所述电场经配置以从进入入口孔118的气体射流提取离子且将离子导向沿与气流的路径分离的一或多个路径的下游。在各种方面中，缺少经提取的离子的气体射流可接着从离子导向件140去除使得经提取的离子可接着被聚焦(经由RF聚焦)到相干离子束中以被转移到下游质谱分析仪112中。
[0062]如图4中所展示，气体射流及在其中夹带的离子最初进入由顶部及底部入口杆158及由左侧及右侧PCB侧壁142a、b所定界的区域中的离子导向件140的入口端140a。一或多个电源(未展示)可经配置以将RF电势施加到入口杆158及PCB侧壁142的电极(I)以便产生四极RF场从而提供径向聚焦的离子。如由所属领域的技术人员应了解，举例来说，通过将具有第一相位(即，相位B)的RF电势施加到入口杆158及将具有相反相位的RF电势(S卩，相位A，其可具有与相位B相同的量值但在出离相位B的相位180°)施加到(两个PCB侧壁142a、b(但未展示142b)的)电极(I)，入口区域中的四极RF场可有效将夹带于气流中的离子维持在大体上沿中心轴线以防止离子在进入时抵着离子导向件140的壁而损耗。
[0063 ]也就是说，如图5的横截面(I)处示意性地描绘，由入口杆158及PCB侧壁142a、b的电极(I)产生的RF场在离子进入入口区域时提供朝向中心轴线(A)的径向定向的力。
[0064]如图4中所展示，电极(4)可具有与电极(I)相同的施加到电极(4)的具有相位A的RF电势，同时在中线轴线(A)的另一侧的其镜像电极(5)可具有补充有DC电势(例如，与所关注的离子具有相同极性的DC电势，在阳离子的情况下为正)的具有相位A的RF电势。以此方式，如图5的横截面(2)中所展示，电极(5)的近端延伸部分产生排斥DC力，其有效促使离子离开入口区域向上远离中心轴线(A)。如图4中所展示，也可将具有相位B的RF电势施加到顶部及底部对置壁电极144a、b(以及PCB侧壁142的电极(2))，使得经偏转的离子将不撞击上壁电极142a，而是试图在由RF聚焦场及位于此轴向位置处的DC排斥力的叠加形成的从中心轴线(A)偏移的电势阱中安定。(应了解，施加到侧壁142的电极(2)及电极(3)的RF信号可分别补充由壁电极144a、b所产生的场。)所属领域的技术人员还应了解，当离子归因于由气流赋予其的轴向速度而继续横越离子导向件140下游时，可根据本教示操纵由电极的形状及/或配置及施加到电极的电势所产生的变化场，使得在每一轴向位置处的最小电势选择性地促使离子的移动。
[0065]举例来说，当离子被传输经过电极(6)(将具有相位B的RF电势及排斥DC电势施加到电极(6))的近端时，离子在由电极(5)及电极(6)所产生的排斥DC力的影响下进一步从中线轴线(A)驱动，其如在横截面3中展示为由施加到PCB侧壁142的具有相位A的RF电势所产生的大体上四极RF场及施加到上壁电极144a及电极(6)的具有相位B的RF电势的叠加。因而，离子被维持远离中心轴线(A)且在气体射流之外，其可在离子横越离子导向件140时很大程度的维持其桶形激波结构。如本文以其它方式论述，由于离子借此被从气流提取出，气体射流可接着(举例来说)通过PCB侧壁142a、b中的出口窗148被引导出离子导向件140。
[0066]如由所属领域的技术人员应了解，阻挡件152也可具有施加到阻挡件152的电势以便控制在离子被传输通过离子导向件140时所述离子的移动。以实例的方式，阻挡件152可耦合到电源使得可将RF电势施加到阻挡件152以使围绕阻挡件152转向的离子聚焦。以实例的方式，如图5的横截面4处所展示，可将具有相位B的RF电势施加到阻挡件152使得离子大体上聚焦于在阻挡件152与上壁电极144a之间延伸的通道的中心中，其在此区域处大体上平行于中心轴线(A)延伸。
[0067]在受到来自气流的其初始轴向动量的影响下通过阻挡件152之后，离子被引导回朝向中心轴线(A)，此归因于迅速转向壁电极144a的中心轴线(A)。也就是说，施加到壁电极144a的具有相位B的RF电势防止离子撞击电极144a，使得在离子朝向出口端142b移动时，离子的轨迹被向下推，如(例如)图5的横截面5中所展示。壁电极144b上的相同RF电势同样地防止离子超出中心轴线(A)偏转过远。实际上，施加到PCB侧壁142的电极(7)的具有相位A的RF电势及施加到壁电极144a、b的具有相位B的RF电势的组合可有效将离子聚焦到大体上在中心轴线(A)上的相干离子束中，如图5的横截面6中所展示。此外，如以上参考图2指出，离子导向件140可额外地包含安置于阻挡件152下游的出口电极178，可将RF信号施加到电极178以便产生结合会聚壁电极144的聚焦四极RF场以紧密地使离子聚集用于传输通过出口孔隙120。
[0068]鉴于本教示应了解，根据本教示包含电极的大小、形状及图案及施加到所述电极的电势的各种参数可经选择以便优化通过离子导向件的离子的传输。栗(未展示)可经操作以抽空含有离子导向件140的真空室114到适当亚大气压。以实例的方式，栗可经选择以按约3到13m3/hr的速度操作以产生从约I托到约20托范围(例如，从约2到3托，约2.4托)中的的真空室内的亚大气压。入口孔118可具有各种大小，举例来说，入口孔可具有约0.5mm到约
1.5mm的直径。离子夹带于其中的超音速气流可沿中心轴线(A)且在PCB侧壁142与入口杆158之间进入离子导向件140的入口端140a，其各自具有与中心轴线间隔约5mm的内表面。壁电极144可具有各种大小及形状，但在图1中所描绘的实施例中，举例来说，壁电极144可具有内表面，所述内表面距中心轴线的最大距离约为15mm，其中PCB侧壁的内表面维持大体上沿其总长度的与中心轴线(A)的约5mm的分离。阻挡件52(其可安置于中心轴线(A)上且具有相对于中线轴线(A)成约30度角的一或多个偏转表面152a)可具有正交于中心轴线(A)的约1mm到约15mm的宽度。在图1中所描绘的示范性实施例中，阻挡件52可以中心轴线(A)为中心且定位在约30到10mm的范围中(例如，距入口端140a约50mm)。由离子导向件140偏转及聚焦的离子被传输通过出口孔隙120，其可具有约Imm到约3_的直径。
[0069]可根据本教示选择施加到离子导向件140的各种部分的RF及DC电势以提供从气流提取所关注的离子及其重新聚焦以传输到下游质谱分析仪。以非限制性实例的方式，施加至IjPCB侧壁的电极(5)的用于将离子从中心轴线(A)偏转的DC电势可在从约+IV到约+30V的范围中，同时RF电势可在约1 Vo—p到约150 Vo—p的范围中以在从约500kHz到约3MHz的范围中的频率。
[0070]因此，如图6中所展示，图6描绘通过图1的离子导向件140的示范性原型的具有各种m/z的离子的移动的模拟，进入气流中的离子导向件140的离子最初沿中心轴线(A)聚焦，朝向上壁电极144a从气流偏转出且围绕阻挡件152(其可经由出口窗148使气流转向出外壳)，及重新聚焦阻挡件的下游以传输作为相干离子束。
[0071]现参考图7到9，示意性地描绘另一示范性离子导向件740。离子导向件740类似于以上参考图1到6所描述的离子导向件，其中其包含:入口杆758;PCB侧壁742，其具有由非导电部分分离的多个电极区域;及壁电极744，其在PCB侧壁742之间延伸。
[0072]参考图7，示意性地描绘根据本教示的各种方面的示范性PCB侧壁742 JCB侧壁742的电极区域大体上类似于以上参考图3中描绘的示范性PCB侧壁142所论述的电极区域，但不同之处为:最上面的电极及最下面的电极(图3的电极(2)及电极(3))被各自分成两个电极，使得示范性PCB侧壁742包括九个电极区域。举例来说，如图7中所展示，非导电部分47、57未结束于如图3中的电极(2)及电极(3)的上边缘及下边缘处，而是相对于PCB侧壁742的纵向轴线(B)而从窗口 748—直大体上垂直延伸到PCB侧壁742的上边缘742c及下边缘742d。因而，例如可将不同电信号施加到电极(3)及电极(9)中的每一者，如下文论述。
[0073]现参考图8，壁电极744与以上所描述的壁电极的不同之处还有:并非对应于PCB侧壁742的电极(2)及电极(3)的形状，壁电极744的内表面之间的距离保持沿其上游端大体上恒定。也就是说，鉴于壁电极144的内表面最初与入口杆158对准且在电极144a、b向下游延伸时分开(即，壁电极744与沿图3的电极(4)的离子的行进路径对应以便产生更强RF场以使从位于入口端740a与阻挡件752之间的中心轴线(A)偏转的离子聚焦)，在图8中所描绘的示范性实施例中，壁电极744之间的距离沿其上游端为大体上恒定的，且仅在其下游端上变化。以此方式，离子可更容易地(例如，更快地)偏转远离离子导向件740的中心轴线(A)，但离子也可经历较少的沿电极(4)的中心的上游聚焦，此归因于此区域中RF场的减少的强度(假定与图4的RF场具有相等RF电势)。无论如何，如图8及9中所展示，壁电极744之间的距离在其下游端处减少以促进离子在通过阻挡件752之后偏转回到中心轴线(A)，如本文另外所述。
[0074]如也在图8及9中展示，施加到PCB侧壁742的各种区域的电势也可与以上参考图4及5所描述的电势不同，以便使横越离子导向件740的离子经受与离子导向件140中所经历的不同的电场。以实例的方式，当气体射流及在其中夹带的离子最初进入由顶部及底部入口杆758a、b及由PCB侧壁742定界的区域中的离子导向件740的入口端740a时，施加到底部入口杆758b的排斥DC电势促使离子朝向顶部杆758a(且远离中线轴线(A))，如图8的横截面I中所展示。虽然施加到顶部入口杆758a的RF信号可防止离子接触顶部入口杆758a，但应了解，离子的轨迹将立即开始从中心轴线(A)偏离。
[0075]另外，并非将仅RF信号施加到如图4的离子导向件140中的电极(3)，可用DC电势(例如，与施加到电极(5)的电势具有相同极性及量值)补充离子导向件740的电极(3)以便产生额外排斥DC力有效更快地使离子偏转离开入口杆758向上且远离中心轴线(A)。(因为PCB侧壁742的非导电部分57将电极(9)相对于电极(3)隔离，仅RF信号仍可被施加到电极
(9)以便产生在离子导向件740的出口端740b处的四极RF场。)此外，如上文指出，壁电极744之间的增加的距离可提供在入口端处的减少的反RF场强度，使得离子可通过由离子导向件740的电极(3)所产生的额外排斥DC力的更容易地从中心轴线(A)偏转。
[0076]如图7到9中表明，应了解，根据本教示的离子导向件也可具有电极及/或信号的各种配置以便选择性地控制离子横越通过所述离子导向件的移动。依据本教示将进一步了解，施加到离子导向件740(且实际上是根据本教示的任何离子导向件)的各种部分的特定电势可经选择以优化离子通过所述离子导向件的传输，如以下将参考图10进行论述。
[0077]图10描绘在变化施加到PCB侧壁742的各种部分的DC及RF电势的幅度的情况下，传输通过离子导向件740的所关注的离子(神经降压素3+)的经检测的强度的示范性数据。参考与1A，将施加到PCB侧壁742的电极(3)、(5)及(6)的DC电势设置为+50V，同时RF电势的幅度从OVo—P升高，皆以1.42MHz的频率。如图1OA中所描绘，当RF信号的幅度增加时，所关注的离子的经检测的强度增加直到约为145Vo-P，在此之后，经检测的强度下降且接着在约为170Vo—P的击穿电压处消失。另一方面，图10描绘在施加到PCB侧壁742的电极(3)、电极(5)及电极(6)的DC电势从约-1OV升高到约+25V的情况下，在RF电势的幅度维持在145Vo—P(以
1.42MHz的频率)时所关注的离子的经检测的强度。如图1OA中所描绘，未在负DC值处检测到所关注的离子(即，在阳离子的情况中，离子从气流偏转出但与吸引电极碰撞)。然而，当DC信号的幅度增加高达约+1V时，所关注的离子的经检测的强度增加，在此之后，经检测的强度下降(可能是由于离子导向件的壁上的经偏转的离子的损耗)。举例来说，鉴于本教示应了解，与具有较大m/z比的那些离子相比较，具有较小m/z比的离子可能一般较早地或以较大速度从中心轴线偏转(即，离开气流)。因而，且不束缚于任何特定理论，可能有必要限制及/或调整DC偏转电压以确保取决于应用而充分捕获较低m/z及/或较高m/z的离子。基于这些标绘图，应了解，施加到根据本教示的离子导向件的部分的各种信号可经改变以便调谐离子导向件以用于所关注离子的最大传输。也就是说，用户可选择参数(例如施加到PCB侧壁的电极的RF及DC信号)以优化在气体射流之外及围绕阻挡件的所关注的离子的经偏转的轨迹。因而，提供到离子导向件740的控制信号(例如，施加到各种电极的RF及DC信号的幅度)可为可调整的以使更多离子与气流隔离，借此潜在地提高装置的灵敏度。
[0078]现参考图11到13，示意性地描绘另一示范性离子导向件1140。类似于上文所描述的离子导向件140及740，离子导向件1140包含:入口杆1158;PCB侧壁1142，其具有由非导电部分分离的多个电极区域;及壁电极1144，其在PCB侧壁1142之间延伸。此外，具体参考图11，PCB侧壁1142的电极区域大体上类似于以上参考图3中描绘的示范性PCB侧壁142所论述的电极区域，但不同之处为:最上面的电极及最下面的电极(图3的电极(2)及电极(3))被各自分成两个电极，使得示范性PCB侧壁1142包括九个电极区域。举例来说，如图10中所展示，非导电部分28(其大体上垂直于PCB侧壁的上边缘1146c与非导电部分24之间的PCB侧壁1142的纵向轴线(B)在窗口 1148的近边缘处延伸)界定电极(2)的远边缘及电极(8)的近边缘，使得可将不同电信号施加到电极(2)及电极(8)中的一者，如下文论述。类似地，非导电部分39(其大体上垂直于PCB侧壁的下边缘1146d与非导电部分35之间的PCB侧壁1142的纵向轴线(B)在窗口 1148的近边缘处延伸)界定电极(3)的远边缘及电极(9)的近边缘，使得也可将不同电信号施加到电极(3)及电极(9)中的一者。
[0079]现参考图12及13，施加到PCB侧壁1142的各种区域的电势也可与以上所描述的电势不同，以便使横越离子导向件1140的离子经受与离子导向件140及740中所经历的不同的电场。以实例的方式，当气体射流及在其中夹带的离子最初进入离子导向件1140的入口端1140a时，施加到顶部及底部入口杆1158a、b及PCB侧壁1142的RF信号及排斥DC电势可产生径向定向的力以将离子沿中心轴线聚焦。(DC场的净效应也将在对于进入入口端1140a更远离轴线的离子的排斥将变得更强时使离子聚焦)。
[0080]另外，并非将仅RF信号施加到如图4的离子导向件140中的电极(2)及电极(3)，可用排斥DC电势补充离子导向件1140的电极(2)及电极(3)。鉴于由电极(I)沿中心轴线(A)所产生的DC场，传输通过入口杆的离子被吸引朝向电极(4)或电极(5)，将仅RF信号施加到电极(4)或电极(5)(例如，取决于其相对于中线轴线(A)的位置)，如(例如)图13的横截面2中所展示。当离子继续向下游时，施加到电极(6)的DC电势起作用以进一步分开离子的分裂组且将这些离子沿电极(4)及电极(5)的中心聚焦。在阻挡件1152的近端的下游，DC场消失使得在每一通道中的离子经受大体上四极RF场(例如，一方面，由施加到阻挡件152及壁电极1144a的具有相位B的RF信号产生(由电极(8)上的RF信号补充))，及另一方面，由施加到电极(4)及电极(5)的具有相位A的RF信号产生)，如(例如)图13的横截面4处所展示。
[0081]在通过阻挡件1152之后，在每一通道中的离子被引导回朝向中心轴线(A)(此归因于施加到会聚壁电极的(例如，具有相位B的)RF电势)且可由聚焦四极RF场聚焦以传输通过出口孔隙1120。在将气流的至少一部分从离子导向件1140去除的情况下，离子导向件1140可使离子聚焦到相干离子束中用于下游传输。
[0082]虽然进入本文所论述的离子导向件的离子的初始轴向速度在一些方面中可能足以在将离子从气体射流去除之后沿离子导向件的长度输送所述离子，但应了解，可例如通过在离子导向件内产生轴向DC场来补充所述离子的轴向运动。以实例的方式，对置壁电极1144可沿其长度根据施加到其的各种DC电压进行分段以便产生DC “梯”以在其横越离子导向件1140时加速或减慢离子的轴向移动。
[0083]本文所使用的章节标题仅用于组织目的且不应被解释为限制性的。虽然结合各种实施例描述
【申请人】的教示，但不希望所述
【申请人】的教示限于此类实施例。相反，如所属领域的技术人员将了解，所述
【申请人】的教示涵盖各种替代、修改及等效物。
【主权项】
1.一种离子导向件，其包括: 外壳，其包括沿中心轴线从近入口端纵向地延伸到远出口端的至少两个对置侧壁，所述近入口端经配置以接收在通过安置于所述中心轴线上的入口孔的气流中夹带的多个离子;及 阻挡件，其安置在所述外壳内在所述近端与远端之间，所述阻挡件使所述气流的至少一部分偏转远离所述外壳的所述中心轴线， 其中所述对置侧壁中的每一者包括多个电极，将RF及DC电压施加到所述多个电极以便产生用于使所述所夹带离子偏转远离接近所述阻挡件的所述外壳的所述中心轴线的电场；及至少一个电极，将RF电势施加到所述至少一个电极用于将所述经偏转离子聚焦朝向远离所述阻挡件的所述中心轴线。2.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述对置侧壁中的至少一者界定窗口，所述气流的至少一部分可通过所述窗口离开所述外壳。3.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述外壳进一步由安置于所述对置侧壁之间的对置壁电极界定且其中所述对置壁电极相对于所述中心轴线偏移使得其在所述气流之外。4.根据权利要求3所述的离子导向件，其中所述对置壁电极之间的距离沿其长度的至少一部分变化。5.根据权利要求3所述的离子导向件，其中所述对置壁电极的内表面沿着其沿所述中心轴线的长度的至少一部分不与所述中心轴线平行。6.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述对置侧壁的所述多个电极包括多个多边形导电表面。7.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述对置侧壁包括沿纵向轴线从近端延伸到远端的印刷电路板。8.根据权利要求7所述的离子导向件，其中所述多个电极包括由所述印刷电路板的非导电部分将其与邻近电极分离的导电表面。9.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述对置侧壁进一步包括多个电极，仅将RF信号施加到所述多个电极。10.根据权利要求1所述的离子导向件，其中所述多个电极经配置以界定大体上在所述气流之外的最小电势。11.根据权利要求1所述的离子导向件，其中位于所述入口端及出口端处的电场大体上为四极RF场。12.根据权利要求11所述的离子导向件，其进一步包括位于所述出口端处的经配置以产生四极RF聚焦场的多个杆。13.一种传输离子的方法，其包括: 在外壳的入口端处接收气流中所夹带的多个离子，所述外壳围绕中心轴线从所述近入口端纵向地延伸到远出口端，所述外壳包括沿所述中心轴线纵向地延伸的至少两个对置侧壁，其中所述对置侧壁中的每一者具有多个电极； 将RF及DC电势施加到所述对置侧壁的所述多个电极的至少一个对置对以便产生用于使所述所夹带离子的至少一部分偏转远离所述中心轴线的在所述外壳中的电场； 使所述气流的至少一部分偏转到开口以在偏转所述经偏转的离子之后离开所述外壳；以及 聚焦所述经偏转的离子以传输到下游质谱分析仪。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述对置侧壁中的至少一者界定窗口，通过所述窗口将所述气流的至少一部分从所述外壳去除。15.根据权利要求13所述的方法，其中所述外壳进一步由安置于所述对置侧壁之间的对置壁电极界定，且其中所述对置壁电极相对于所述中心轴线偏移使得其在所述气流之外。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个电极经配置以界定大体上沿所述对置壁电极的最小电势。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述对置壁电极之间的距离沿其长度的至少一部分变化。18.根据权利要求13所述的方法，其中所述对置侧壁包括印刷电路板，其各自界定由非导电部分分离的多个大体上平面的导电表面。19.根据权利要求18所述的方法，其中至少一些所述非导电部分并非彼此垂直。20.根据权利要求19所述的方法，其中至少一些所述非导电部分并非平行或垂直于所述印刷电路板的纵向轴线。
【文档编号】H01J49/26GK105849857SQ201480070861
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年11月18日
【发明人】马场崇
【申请人】Dh科技发展私人贸易有限公司