用于质谱仪在高压时的改进性能的射频(rf)离子引导器的制造方法

用于质谱仪在高压时的改进性能的射频(rf)离子引导器的制造方法
【专利摘要】描述在质谱仪(MS)系统中使用的离子引导器(200)。所述离子引导器(200)被配置为：提供反射电动场和直流(I或静态)电场，以提供对于相当大的质量范围在空间上更禁闭的离子射束。在MS系统(100)的离子源(101)与第一级真空腔室(805)之间提供一些离子引导器(200)。
【专利说明】用于质谱仪在高压时的改进性能的射频(RF)离子引导器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年I月6日提交的题为“Rad1 Frequency (RF) 1n Guidefor Improved Performance in Mass Spectrometers at High Pressure，，的美国专利申请13/345,392的优先权。本申请还要求于2012年9月25日提交的题为“Rad1Frequency(RF)1n Guide for Improved Performance in Mass Spectrometers at HighPressure”的美国专利申请13/626，698的优先权。

【背景技术】
[0003]质谱法(MS)是一种用于样本的定量元素分析的分析方法。样本中的分子由光谱仪基于它们的各个质量而得以离子化并且分离。分离后的分析物离子然后受检测，样本的质谱得以产生。质谱提供关于质量的信息，并且在一些情况下提供关于构成样本的各种分析物颗粒的数量的信息。具体地，质谱法可以用于确定分析物内的分子的分子量和分子碎片(fragment)。此外,质谱法可以基于裂解方式(fragmentat1n pattern)来标识分析物内的成分。
[0004]任何各种电离系统都可以产生供质谱法进行分析的分析物离子。例如，大气压力矩阵辅助激光器解吸电离(AP-MALDI)、大气压力光电离(APPI)、电喷雾电离(ESI)、大气压力化学电离(APCI)和感应耦合等离子体(ICP)系统可以用于在质谱系统中产生离子。这些系统中的很多在大气压力(760ΤΟ1Γ)或其附近生成离子。一旦生成，就必须将分析物离子引入或采样到质谱仪中。典型地，质谱仪的分析器部分保持在从KT4Torr到KT8Torr的高真空级别。实践中，对离子进行采样包括:通过一个或多个中间真空腔室的方式以窄禁闭离子射束(confined 1n beam)的形式将分析物离子从离子源传送到高真空质谱仪腔室。中间真空腔室中的每一个保持在前面腔室与后面腔室的真空级别之间的真空级别。因此，离子射束传送分析物离子，并且以逐步方式从与离子形成关联的压力级别过渡到质谱仪的压力级别。在多数应用中，期望通过质谱仪系统的各个腔室中的每一个传送离子，而没有显著的离子损耗。一般，离子引导器用于使得离子在MS系统中在所限定的方向上运动。
[0005]在允许或促进离子轴向地传送的同时，离子引导器典型地使用电磁场来径向地禁闭离子。一类离子引导器通过施加依赖于时间的电压来生成多极场，其一般处于射频(RF)谱中。这些所谓的RF多极离子引导器已经在MS系统的各部分之间传送离子以及离子成分捕获方面发现各种应用。一般，离子引导器也在存在缓冲气体的情况下操作，以在轴向方向和径向方向上都减小离子的速度。这种离子速度在轴向方向和径向方向上的减小被称为归因于离子与缓冲气体的中性分子的多次碰撞以及所得的动能传递而引起的“热化”或“冷却”离子种群。在径向方向上受压缩的热化射束在改进通过MS系统的小孔的离子传输以及减少飞行时间(T0F，time-of-flight)仪器中的径向速度扩散方面是有用的。RF多极离子引导器创建伪势阱，其将离子禁闭在离子引导器内部。
[0006]射束限制孔径用于限制离子射束的横向空间宽度和角度扩散(射束发散度)。因为在横向位置或角度航向(angular heading)中距射束轴偏离太多的离子轨道可能导致质量分析器中的离散，所以限制离子射束的空间宽度和角度扩散是有用的。质量分析器中的这种离散基于离子初始条件而非仅基于离子质量。例如，在“理想”TOF MS系统中，离子飞行时间仅取决于离子质量，这是因为这是待测量的量。实际上，飞行时间弱势地取决于每个离子的准确空间位置和角度前进。位置的扩散和角度偏离导致飞行时间的扩散，并且减少TOF MS系统的质量分辨率。因此，在很多质量分析器中，通过有时被称为限制器(slicer)的无场区域中的两个连贯孔径的集合来限制射束大小和角度扩散，其防止可接受范围之外的离子进入分析器。
[0007]虽然射束限制孔径在改进质量测量中的精度方面是有用的，但在离子引导器中包括射束限制孔径的已知MS系统具有特定缺点。首先，射束限制孔径通过防止离子射束的显著部分进入质量分析器来减少整个质谱仪灵敏度。其次，在包括射束限制孔径的金属表面上入射的离子可能随着时间而污染金属表面，并且使得附近的静电场变形。这种场变形可能改动离子射束方向，这可能使得质量分辨率和灵敏度降级，使得系统不稳定，并且一起阻断射束。
[0008]为了使得与已知限制器关联的这些问题的效果最小化，期望制约离子射束，从而大部分离子射束将穿过孔径。在已知MS系统中，一系列静电透镜使得离子射束聚焦，用于通过限制器的孔径的最佳耦合。然而，在已知MS系统中，甚至在最佳耦合的情况下，通过限制器的传输也受限于射束发射度，其定义为乘积射束空间大小和角度扩散。这种基本限制是相空间密度守恒的直接后果。尽可能多地减少射束发射度因此是期望的。定义为离子射束电流除以射束发射度的射束亮度通过减少射束发射度而得以期望地增加。然而，已知离子引导器并不合适地禁闭低射束发射度。
[0009]在已知气体缓冲器设备中，离子达到与缓冲气体的近似热平衡，然后在离开气体填充区域之后随后加速到至少若干电子伏特的轴向能量。最终发射度具有两个贡献:角度扩散和空间扩散，它们都受离子引导器中的缓冲气体冷却处理影响。在限制情况下，最终角度扩散仅由热速度与轴向速度的比率(被称为热角度扩散的量)给定。实际设备在室温时变得接近于热扩散。在已知离子引导器中，减少角度扩散进一步需要不菲的缓冲气体冷冻，因此在质谱法中很少受到追捧。
[0010]此外，如上所述，很多质谱仪离子源在相当高的外界压力(例如latm(760Torr)左右)时运作得更高效。对比之下，多数质谱仪在明显较低压力时运作。例如，MS真空腔室内部所保持的压力是从KT4Torr到10_8Τοπ.。使用很多已知技术将离子从离子源传送到腔室产生明显的离子损耗。
[0011]虽然离子引导器(例如已知的多极离子引导器)在MS系统中引导离子方面是有用的，但这些已知离子引导器对于在相当高的压力(例如大气温度左右)时的使用并不实际。具体地，在相当低的压力时，使用已知离子RF多极离子引导器的离子禁闭是可接受的。然而，在远低于对于离子源的适合压力的特定压力之上的压力时，使用已知离子引导器的离子禁闭和引导变为不可接受的。
[0012]两个常见问题限制了用于已知离子引导器的最大工作压力。首先，已知离子引导器的各电极之间的长度尺度或距离太大，因此，产生静电击穿的压力是不可接受地低的。此夕卜，在较高压力时，对合适的离子禁闭起作用所需的RF功率对于实际实现方案可能太大。
[0013]因此，所需的是一种至少克服上述已知结构的短处的装置。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]当结合附图阅读时，本发明根据以下【具体实施方式】得到最佳地理解。各特征并非一定按比例绘制。只要可行，相同附图标记指代相同特征。
[0015]图1示出根据代表性实施例的MS系统的简化框图。
[0016]图2示出根据代表性实施例的离子引导器的透视图。
[0017]图3示出根据代表性实施例的离子引导器的截面图。
[0018]图4示出根据代表性实施例的离子引导器的截面图。
[0019]图5A示出根据代表性实施例的离子引导器的截面图。
[0020]图5B示出根据代表性实施例的出射透镜的透视图。
[0021]图6示出根据代表性实施例的离子引导器的透视图。
[0022]图7示出根据代表性实施例的离子引导器的截面图。
[0023]图8示出根据代表性实施例的MS系统的简化框图。
[0024]图9示出根据代表性实施例的MS系统的简化框图。
[0025]图10示出根据代表性实施例的离子引导器的一部分的截面图。
[0026]术语定义
[0027]要理解，在此使用的术语是仅为了描述特定实施例的目的，而并非旨在限制。所定义的术语应当增大到本教导的【技术领域】中通常所理解和接受的限定性术语的技术和科学意义。
[0028]如说明书和所附权利要求中使用的那样，术语“一”、“一种”、和“所述”包括单数和复数指代，除非上下文另外清楚地指明。因此，例如，“一种设备”包括一个设备或多个设备。
[0029]如在此使用的那样，术语“多极离子引导器”是被配置为建立四极、或六极、或八极、或十极、或更高阶极电场以导引射束中的离子的离子引导器。
[0030]如在说明书和所附权利要求中所使用的那样，除了其普通意义之外，术语“基本上”或“实质上”还表示具有可接受的极限或程度。例如，“基本上消除”表示本领域技术人员会认为所述消除是可接受的。
[0031]如在说明书和所附权利要求中所使用的那样，除了其普通意义之外，术语“近似”表示在本领域技术人员可接受的极限或量值之内。例如，“近似相同”表示本领域技术人员会认为各项目被比较为是相同的。

【具体实施方式】
[0032]在以下详细描述中，为了解释而非限制的目的，阐述公开具体细节的代表性实施例以提供对本教导的透彻理解。已知的系统、设备、材料、操作方法和制造方法的描述可以省略，以避免使得示例性实施例的描述模糊。不过，可以根据代表性实施例来使用本领域技术人员公知的系统、设备、材料和方法。
[0033]图1不出根据代表性实施例的MS系统100的简化框图。MS系统100包括尚子源101、离子引导器102、碰撞腔室103、质量分析器104和离子检测器105。离子源101可以是多种已知类型的离子源之一。质量分析器104可以是包括但不限于飞行时间(TOP)设备、傅立叶变换MS分析器(FTMS)、离子陷讲、四极质量分析器或磁扇区(magnetic sector)分析器的各种已知质量分析器之一。相似地，离子检测器105是多种已知离子检测器之一。
[0034]以下结合代表性实施例更完整地描述离子引导器102。可以在碰撞腔室103中提供离子引导器102，其被配置为:提供位于离子源101与质量分析器104之间的一个或多个压力过渡级。因为根据代表性实施例，离子源101通常保持在大气压力或大气压力附近，并且质量分析器104通常保持在相当高的真空，所以离子引导器102可以配置为:从相当高的压力过渡到相当低的压力。离子源101可以是各种已知离子源之一，并且可以包括附加离子操控设备和真空分区，包括但不限于分离器(skimmer)、多极、孔径、小直径导管以及离子光器件。在一个代表性实施例中，离子源101包括其自己的滤质器，碰撞腔室103可以提供于腔室(未示出)中。在包括包含离子引导器102的碰撞腔室103的质谱仪系统中，中性气体可以引入到所包括的碰撞腔室103中，以促进运动通过离子引导器102的离子的裂解。在多质量/电荷分析系统中所使用的这种碰撞单元在本领域被称为“三重四极(triplequad) ”或简称为“QQQ”系统。
[0035]在替选实施例中，源中包括碰撞单兀，离子引导器102处于其自身的碰撞腔室103中。在又一实施例中，碰撞单兀和离子引导器102是同一碰撞腔室103中的分离设备。
[0036]在使用中，离子源101中所产生的离子(其路径是由箭头示出的)提供给离子引导器102。离子引导器102使得离子运动，并且形成具有所定义的通过选择各个弓I导器参数所确定的相空间的相当禁闭的射束，如以下更完整地描述的那样。离子射束从离子引导器102排出，并且引入到质量分析器104中，在此，离子分离出现。离子从质量分析器104传递到离子检测器105，在此，离子受检测。
[0037]图2示出根据代表性实施例的离子引导器200的透视图。离子引导器200包括:第一衬底201，包括其上部署的第一多个电极202 ;第二衬底203，与第一衬底201相对并且包括其上部署的第二多个电极(图2中未不出)。为了易于描述，第一衬底201和第二衬底203示出为从各个基板204、205脱离。第一衬底201与第二衬底203相对，其中，第一多个电极和第二多个电极以相对方式而被部署。故此，第一多个电极202与第二多个电极(其在图2中不可见)相对。在特定实施例中，包括第三多个电极207的第三衬底206被部署在离子引导器200的侧壁208之上。第三衬底206基本上与第一和第二衬底201、203的平面正交地定向。包括第四多个电极(未示出)的第四衬底(未示出)被部署得与第三衬底206相对，并且与第三衬底206的平面平行，以完成离子引导器200的四侧。在特定实施例中，并非多个电极，第三衬底206和第四衬底(未示出)均包括各个整个表面之上所部署的导电材料。注意，侧壁(例如侧壁408)可以包括具有由其上部署的导电材料制成的导电层或图案化电极的电绝缘材料。或者，也可以通过导电材料制成侧壁。
[0038]在所描述的实施例中，第一衬底至第四衬底是与各个基板和侧壁分离的元件，并且被部署在其之上。然而，这并不是必须的，预期直接在离子引导器200的各个基板和侧壁上形成多个电极。在代表性实施例中，第一衬底201、第二衬底203、第三衬底206和第四衬底(未示出)均包括介电材料，其上部署的第一多个电极至第四多个电极均包括导电材料(例如金属或合金)。电极可以包括多层导电材料。在代表性实施例中，包括第一多个电极至第四多个电极的第一衬底至第四衬底可以是Franzen的美国专利5，572，035中所描述的那样，其公开具体地通过引用合并到此。
[0039]示意性地，第一多个电极至第四多个电极具有近似5 μ m至近似500 μ m的宽度，近似0.1 μ m至近似50 μ m的厚度以及近似10 μ m至近似1000 μ m的间距。有利地,第一多个电极至第四多个电极可顺应于微电子产业中常见的已知小尺寸制造方法。
[0040]很多用于制造电极的选项是可用的。电子和半导体电路的构建中惯用的光刻以及物理或化学淀积方法可以用于对电极进行图案化。此外，也可以使用具有连续较小孔洞的分离堆叠板。例如，电子、微电子和半导体结构的制造中惯用的光刻以及物理或化学淀积方法可以用于制造代表性实施例的窄的以及窄间隔的电极(例如第一多个电极202)。预期集成电路制造中公知的用于淀积电极的方法(例如公知的半导体或绝缘衬底上的薄膜和厚膜淀积)。相应地，并且如下所述，可以通过具有使用公知方法所制造的电极的离子引导器200来实现期望程度的离子射束禁闭和改进的质量范围传输。
[0041 ] 第一衬底201和第二衬底203在离子引导器200的第一端209处形成第一开孔侧，并且在离子引导器200的第二端210处形成第二开孔侧。
[0042]第一多个电极至第四多个电极基本上在它们各个衬底上是平行的，并且有选择地连接到电源/电压源(图2中未示出)，电源/电压源被配置为:将反相的依赖于时间的电压(例如射频(RF)电压)施加到相邻成对的第一多个电极202、相邻成对的第二多个电极(未示出)之间、相邻成对的第三多个电极207之间以及相邻成对的第四多个电极(未示出)之间，以在第一衬底至第四衬底之间的区域211中创建离子禁闭电动场。禁闭电动场朝向区域211的中心反射回离子，由此随着离子在离子引导器200的第一端209与第二端210之间行进而禁闭它们。注意，在特定实施例中，仅在相对的成对的第一衬底至第四衬底的所选择多个电极之间施加依赖于时间的电压。例如，依赖于时间的电压可以仅施加到第一衬底201的第一多个电极202和第二衬底203的第二多个电极。
[0043]交变电压是在第一多个至第四多个中的每一个的相邻成对的电极之间所施加的RF电压，并且在区域211中创建电动场。如下所述，RF电压的幅度可以沿着第一多个电极至第四多个电极中的各个的长度(其与所描述的坐标系统的z方向平行)改变，以实现特定期望结果。或者，幅度在第一多个电极至第四多个电极中的每一个之间沿着它们各自长度保持近似恒定。在代表性实施例中，RF电压典型地具有近似1.0MHz至近似100.0MHz的范围中的频率(ω)。频率是在实现分析物的高效射束压缩以及质量范围方面有用的多个离子引导器参数之一。此外，并且如以下更完整地描述的那样，直流(DC)电压也得以施加，并且创建电势差，以在ζ方向上引导离子。如以下更完整地描述的那样，该电势差有用地抵消电动场所创建的势垒，并且用于将离子从离子引导器200的输入逼迫到输出。此外，该电势差允许离子克服归因于离子引导器200中的缓冲气体而产生的任何阻力。
[0044]第一多个电极202、第二多个电极(未示出)以及可选地第三多个电极207和第四多个电极(未示出)的相当小的宽度和间距有利地产生RF场，其保持相当“靠近”电极及其各个第一、第二和第三衬底201、203、206。故此，施加到第一多个电极202、第二多个电极(未示出)以及可选地第三多个电极207和第四多个电极(未示出)的RF电压所产生的RF场在轴214处不明显。这防止在离子引导器300的第二端210处建立反射RF场并且远离第二端210而且朝向第一端209 (即在图2中所描述的坐标系统的-ζ方向上)在第二端210处不期望地反射离子。
[0045]如以下更完整地描述的那样，电源/电压源有选择地连接到第一衬底至第四衬底的电极，以在第一端209与第二端210之间建立直流(DC)电压降，以作用于离子从离子引导器200的第一端209和第二端210的漂移。或者，如果以导电层覆盖第三衬底206和第四衬底(未示出)，则电源可以连接到这些导电层，以在第一端209与第二端210之间建立DC电压降。更一般地，DC电压可以仅施加在第一衬底至第四衬底的相对成对的电极中的所选择多个电极之间。例如，DC电压可以仅施加到第三衬底206的第三多个电极(或导电层)207以及第四衬底(未示出)的第四多个电极(或导电层)。
[0046]注意，在第一端209处施加到第一衬底至第四衬底的多个电极(或可应用的导电层)的DC电压电平与在第二端210处施加到第一衬底至第四衬底的多个电极的DC电压电平并不相同，以在离子引导器200的第一端209与第二端210之间提供DC电场和电势降。在代表性实施例中，选择DC电压差以抵消RF电场所产生的势垒，并且克服归因于与离子引导器200中的缓冲气体(未示出)的离子碰撞而产生的离子失速(stalling)，由此将离子从离子引导器200的第一端209逼迫到第二端210。
[0047]在特定实施例中，第一衬底201和第二衬底203以向下方式“倾斜”，以在离子引导器200中创建锥形，如图2所描述的那样。示意性地，第一衬底201和第二衬底203以相对于轴214的相当浅的角度被部署。示意性地，第一衬底201和第二衬底203以相对于轴214近似0.5°至近似10°的角度被部署。可以理解，第三衬底206的高度(图2的坐标轴中的ζ方向)以及第四衬底(未示出)的高度在第二端210处比在第一端209处更小，以容纳该锥形。锥形在第二端210处提供离子引导器200的开孔，其具有比在离子引导器200的第一端209处的开孔更小的面积。
[0048]如以下更完整地描述的那样，与RF电压所提供的禁闭电场相应的锥形用于在第一端209与第二端210之间的行进期间进一步禁闭离子，并且减少离子引导器200的射束发射度。
[0049]在图2中所描述的坐标系统中，第一多个第一衬底201和第二多个第二衬底203被部署在与图2中所描述的坐标系统的x-z平面正交的平面中。与之对照，第三衬底206的第三多个电极207以及第四衬底(未示出)的第四多个电极(未示出)均被部署在图2的坐标系统的x-z平面上。
[0050]在目前所描述的代表性实施例中，离子引导器200在第一端209处耦合到多极离子引导器212。多极离子引导器212包括具有输入(未示出)和在输入的远端处并且紧邻离子引导器200的第一端209的输出的收敛布置中的多个杆213。在以下更完整地描述的代表性实施例中，杆213被部署在与所示的坐标系统中的ζ轴平行的轴214周围，并且位于第一衬底201和第二衬底203之间。
[0051]在代表性实施例中，杆213包括绝缘材料，其可以是陶瓷或其它合适的材料。杆213还包括阻性外层(未示出)。阻性外层允许在杆213的各个第一端与各个第二端之间施加DC电压差。在一个实施例中，可以如Bertsch等人的题为“Converging Multipole1n Guide for 1n Beam Shaping”的共同共有美国专利申请公开20100301210中所描述的那样来配置杆213。此外，杆213可以如题为“Mass Spectrometer Multipole Device”的Crawford等人的共同共有美国专利7，064, 322中所描述的那样。所引用的Bertsch等人的专利申请公布以及Crawford等人的专利的完整公开具体地通过引用合并到此并且用于所有目的。杆213可以具有导电内层和阻性外层，这将杆213中的每一个配置为分布式电容器，用于将RF电压传送到杆213中的每一个的电阻层。内部导电层将RF电压通过薄绝缘层(未示出)传送到电阻层。这种配置描述于所合并的对Crawford等人的引文中，并且用于减少源自RF场的感应电流的杆213的有害加热。
[0052]多极离子引导器212将第一级禁闭提供给在离子引导器200的第一端209处进入的离子。如以下更完整地描述的那样，通过组合离子引导器所建立的电动场的离子禁闭以及离子随着它们在离子引导器200的第一端209与第二端210之间行进的冷却，具有相当大的质量范围的相当更禁闭的(“更亮的”)离子射束得以实现。示意性地，离子引导器200将离子射束禁闭在50 μ m至近似150 μ m的范围内，用于范围从近似50amu到近似3000amu的质量。
[0053]图3示出根据代表性实施例的离子引导器300的截面图。组件及其材料以及功能的很多细节是相似的，即使不同于以上给出的离子引导器200的描述。这些共同细节可以不重复，以避免使目前所描述的实施例的描述模糊。
[0054]离子引导器300包括:第一衬底301,包括其上部署的第一多个电极302 ;第二衬底303，与第一衬底301相对，并且包括其上部署的第二多个电极304。第一衬底301提供于基板204之上，第二衬底303被部署在基板205之上。以相对方式来部署各个第一多个电极302和第二多个电极304。然而，注意，第一多个电极302和第二多个电极304的方位定向在与结合图2的实施例所描述的多个电极的方位正交的方向上。具体地，第一多个电极302和第二多个电极304基本上与图3中所描述的坐标系统的x-z平面垂直(即与y方向平行)。在特定实施例中，第三衬底305被部署在离子引导器300的侧壁(图3中未示出)之上，并且基本上与第一衬底201和第二衬底203的平面正交地定向。包括第四多个电极(未不出)的第四衬底(未不出)被部署得与第三衬底305相对,并且与第三衬底305的平面平行，以完成离子引导器200的四侧。示意性地，第三衬底305包括其整个表面之上所部署的导电层306。相似地，第四衬底(未示出)包括其整个表面之上所部署的导电材料(未示出)。或者，第三衬底305包括例如结合图2的实施例所描述的以相对方式部署的第三多个电极(未示出)和第四多个电极(未示出)。
[0055]电源307有选择地连接，以将RF电压和DC电压提供给离子引导器300。在代表性实施例中，RF电压施加在第一多个电极302和第二多个电极304中的每一个的相邻成对的电极之间，以在第一多个电极302与第二多个电极304之间的区域308中创建具有等势线309的电动场。相似地，如果第三多个电极和第四多个电极如本发明的代表性实施例所预期的那样合并于第三衬底305和第四衬底(未示出)上，则电源307将有选择地连接，以提供第三衬底和第四衬底(未示出)上所部署的相邻成对的电极之间所施加的RF电压，并且在区域308中创建具有等势线309的电动场。
[0056]第一多个电极302和第二多个电极304的相当小的宽度和间距有利地产生保持相当“靠近”电极及其各个衬底的RF场。故此，施加到第一多个电极302和第二多个电极304 (并且可选地，第三多个电极和第四多个电极)的RF电压所产生的RF场在轴214处不明显。这样防止在第二端210处的离子远离离子引导器300的第二端210并且朝向第一端209 (即在图3中所描述的坐标系统的-ζ方向上)反射。
[0057]通过在区域308中将RF电压施加到第一多个电极302和第二多个电极304所创建的RF场被配置为反射或排斥离子远离第一衬底301和第二衬底303。相似地，如果以上述的相对方式提供第三多个电极和第四多个电极(未示出)，则通过在区域308中将RF电压施加到第三多个电极和第四多个电极(未示出)所创建的RF场被配置为反射或排斥离子远离第三衬底305和第四衬底(未示出)。这种离子的排斥用于在区域308中禁闭离子。
[0058]在代表性实施例中，电源307通过创建在离子引导器300的第一端209与第二端210之间所创建的DC电势差的方式将DC电压施加到第一多个电极302和第二多个电极304。相似地，如果以上述相对方式提供第三多个电极和第四多个电极(未示出)，则通过在区域308中将DC电压施加到第三多个电极和第四多个电极(未示出)来创建DC场。
[0059]在另一代表性实施例中，第三衬底305包括导电层306,第四衬底(未不出)包括在它们的各个整个表面之上所部署的电阻材料(未示出)。电源307以在离子引导器300的第一端209与第二端210之间创建DC电势差的方式将DC电压施加到导电层。
[0060]有选择地施加到多个电极(例如第一多个电极302和第二多个电极304)或导电层(例如导电层306)的DC电势差沿着所述长度(即图3中所描述的坐标系统中的ζ方向)在第一端209与第二端210之间的离子上产生静电(DC)力。所施加的DC电压所提供的DC力用于将离子从离子引导器300的第一端209引导到第二端210。
[0061]引入到离子引导器300的第一端209的离子受RF场反射，同时归因于朝向离子引导器300的第二端210推动离子的DC电势而经受漂移力。因为第一端209与第二端210之间的离子引导器300的锥形化以及RF场对于离子远离侧壁和基板204、205的反射，所以离子在第二端210处比在第一端209处在区域308中更禁闭。虽然增加的禁闭用于增加在第二端210处的离子的能量扩散，如以下更完整地描述的那样，在区域308中包括缓冲气体用于抑制所增加的能量扩散，使得在压缩的离子射束中产生亮度的增加或等同地发射度的减少。最后，在第二端210处所提供的离子射束具有当与已知离子引导器所实现的离子射束相比如近似一阶量值那样多的“亮度”。
[0062]图4示出根据代表性实施例的离子引导器400的截面图。组件及其材料以及功能的很多细节是相似的，即使不同于以上给出的离子引导器200、300的描述。这些共同细节可以不重复，以避免使目前所描述的实施例的描述模糊。
[0063]离子引导器400包括彼此相对的第一多个电极302和第二多个电极304。第一多个电极302和第二多个电极304处于相当浅的角度，示意性地相对于轴214近似0.5°至近似10°。浅角度允许缓冲气体连续地抑制源自第一端209与第二端210之间的离子引导器400的锥形所产生的连续空间大小减少的所增加的横向动能扩散。
[0064]示意性地，第一多个电极302和第二多个电极304与在图4中所描述的坐标系统中的x-z平面正交地定向。或者，第一多个电极和第二多个电极可以结合图2的教导如上所述而被部署。此外，离子引导器400可以还包括在x-z平面中定向的第三衬底和第四衬底(图4中未示出)，并且包括第三多个电极和第四多个电极(未示出)或基本上受上述导电层復盖。
[0065]离子引导器400包括在第二端210处所部署的端壁401。端壁401包括孔径402，离子在出射离子引导器400时通过孔径402行进。在代表性实施例中，端壁401包括孔径402，离子在离子引导器300进行的禁闭以及第一多个电极302与第二多个电极304之间的区域403中所提供的缓冲气体进行的冷却之后通过孔径402行进。
[0066]在代表性实施例中，孔径402的宽高比(所描述的坐标系统中的I维度与X维度的比例)相当小。这在各向异性的孔径402的输出处提供离子射束。各向异性的孔径在仅横轴之一(例如图4中所描述的实施例中的y轴)对于射束大小和发散度敏感的MS系统中是期望的。通过允许离子填充不敏感的横向方向，离子电荷密度减少，因此，不期望的离子-离子排斥的效果得以减少。示意性地，宽高比(x/y)近似0.0l到近似1.0。
[0067]在操作中，离子在第一端209处引入，并且沿着图4中轨道(例如轨道405)行进。离子受第一多个电极302和第二多个电极304所提供的RF场反射(例如在位置406和407处)。同时，离子经受离子引导器400的第一端209与第二端210之间的DC电势。该DC电势在ζ方向上朝向孔径402导引离子。
[0068]随着离子接近第二端210，第一多个电极302与第二多个电极304之间的分离(x方向)因为离子引导器400的锥形而减少，第一多个电极302和第二多个电极304的反射以相对于第一多个电极302和第二多个电极304的各个法向矢量的较浅角度入射并且反射。故此，与在位置406处的反射相比，第一多个电极302和第二多个电极304的离子的反射(其相对于法向)的角度较小。与离子引导器400的第一端209相比，这导致第二端210处离子的横向动能的相当的增加。具体地，随着离子从离子引导器400的第一端209和第二端210行进而通过离子的反射进行的禁闭在图4的坐标系统的X方向和y方向上导致它们的速度分量的增加。离子的横向(x，y)速度分量随着离子从离子引导器400的第一端209行进到第二端210的增加导致图4中所描述的坐标系统的横向(X和y)方向上的它们的动能的成比例的增加。这种动能的横向分量的增加将正常地增加在孔径402的出射时的离子射束的发散度。然而，在第一多个电极302与第二多个电极304之间包括缓冲气体用于减少在横向方向上离子的速度(以及动能)的横向分量。作为缓冲气体所提供的碰撞“冷却”或“热化”的结果，从孔径402排出的离子射束比已知离子引导器所提供的“更亮”(即，对于可比较的角度发散度更禁闭)。有利地，从孔径402排出的离子射束具有足够低的发射度，以穿过限制器(未示出)。如已知那样，发射度定义为在射束焦点处的乘积射束空间大小和角度扩散。通过本发明，离子射束具有近似0.1mm ?mrad至近似1mm.mrad的发射度值。
[0069]图5A示出根据代表性实施例的离子引导器500的截面图。在代表性实施例中，在MS设备中在已知离子引导器的输出或在包含离子中有用的另外结构处提供包括多个电极502的出射透镜501。例如，已知离子引导器可以包括多个杆，其被配置为:如在如上阐述的所合并的共同共有专利和专利申请公开中所描述的那样禁闭离子。
[0070]出射透镜501包括孔径503，更禁闭的离子射束在已知离子引导器中受引导并且冷却之后通过孔径503排出。出射透镜501代替传统的已知离子引导器的出射孔径或出射透镜。离子射束通过孔径503基本上与出射透镜501正交地排出。类似于结合以上代表性实施例所描述的离子引导器，孔径503可以非常小，以在其输出处禁闭离子射束。例如，孔径503在截面上可以是圆形的，并且具有近似50 μ m的直径。如下所述，并且类似于根据以上代表性实施例所禁闭的离子射束，从孔径503排出的离子射束比已知离子引导器可以实现的“更亮”(即，对于可比较的角度发散度更禁闭)。
[0071]参照图5A和图5B，出射透镜501包括多个电极502，其被布置在关于通过孔径503的中心的轴504的同心圆中。在衬底505上提供多个电极502。可以通过对于以上结合图2至图4所描述的代表性实施例的衬底和多个电极所使用的材料来制造电极502和衬底505。虽然电极502的宽度和间距分别预期为近似I μ m至近似100 μ m以及近似2 μ m至近似500 μ m，但电极502具有近似5 μ m的宽度(径向尺寸)和近似10 μ m的间距。
[0072]例如通过诸如以上引用所合并的美国专利公开20100301210或美国专利7，064，322中所描述的杆电极(例如，见图6)所建立的DC电场，在图5A中所描述的坐标系统中沿着ζ轴导引离子。
[0073]包括孔径503的出射透镜501代替已知离子引导器(例如杆离子引导器或堆叠环离子引导器)的出射孔径或出射透镜。RF电压施加在相邻成对的电极502之间，以创建电动场，其在图5A中所描述的坐标系统的-ζ方向上对离子创建斥力。故此，在+ζ方向上并且朝向孔径503推动离子的DC电场的影响下，电动场随着离子接近出射透镜501而排斥它们。在没有出射透镜501创建的电动场的情况下，DC电场所导引的离子将在出射孔径或出射透镜上入射并且损失。此外，如上所述，在已知离子引导器的出射孔径或出射透镜处的离子的聚集可以在出射透镜附近的区域中创建不想要的静电场。电动场有利地通过(在所描述的坐标系统中的-ζ方向上)将离子排斥回去并且在已知离子引导器的各电极之间的区域506中来防止离子在出射透镜501上的损失。
[0074]如图5A所不，随着DC电场在+ζ方向上从第一端507朝向出射透镜501导引离子，离子在-ζ方向上受离子地毯(carpet)反射。因此，在区域508处的离子的浓度大于在区域509处的浓度(其中，区域508和509中的“线”接近离子的轨道)。类似于上述代表性实施例的离子引导器200-400，离子引导器500在区域506中包括缓冲气体。该缓冲气体用于以碰撞方式冷却出射透镜501所反射的离子。DC电场朝向孔径503导引冷却后的离子。所得到的离子射束具有期望地小的发射度，从而离子射束的实质部分穿过后续限制器孔径。通过凭借出射透镜501结合离子引导器200-400与以上所描述的相似方式，排出的离子射束比已知离子引导器的离子射束对于可比较的角度发散度更空间禁闭(即“更亮”)。
[0075]通过合并相当小的孔径503，出射射束的发射度足够小，从而离子射束的实质部分芽过MS系统的后续孔径。
[0076]图6示出根据代表性实施例的离子引导器600的透视图。组件及其材料以及功能的很多细节是相似的，即使不同于以上给出的离子引导器500的描述。这些共同细节可以不重复，以避免使目前所描述的实施例的描述模糊。
[0077]在代表性实施例中，在MS设备中在已知离子引导器的输出或在包含离子中有用的另外结构处提供包括孔径602和多个电极603的出射透镜601。例如，已知离子引导器包括:多个杆604，其配置为:如在上面阐述的所合并的共同共有专利和专利申请公开中所描述的那样禁闭离子。
[0078]如上所述，在相邻成对的多个电极603之间施加创建电动场的RF电压。在+ζ方向上并且朝向孔径602推动离子的来自杆604的DC电场的影响下，电动场保持靠近出射透镜601的表面605，并且随着离子接近出射透镜601而排斥离子。在没有出射透镜601的多个电极603所创建的电动场的情况下，DC电场正在导引的离子将在出射透镜601的表面605(图6的坐标系统的x-y平面)上入射并且损失。此外，如上所述，在出射透镜601的表面605上的离子(空间电荷)的聚集可以在出射透镜附近的区域中创建不想要的静电场。出射透镜601有利地通过(在-ζ方向上)将离子排斥回去并且在各杆604之间的区域606中来防止离子的聚集。
[0079]出射透镜601代替传统的已知离子引导器(例如堆叠环离子引导器)的出射孔径或出射透镜。类似于结合以上代表性实施例所描述的离子引导器，孔径602可以非常小，以在其输出处禁闭离子射束。例如，孔径602可以如图6所描述的在截面中是矩形的，并且具有近似500 μ m的宽度(图6的坐标系统的y方向上的尺寸)以及近似50 μ m的高度(x方向上的尺寸)。示意性地，多个电极603的间距是近似10 μ m。如上所述,通过提供具有相当窄的宽度和小的间距的多个电极，通过将RF电压施加到多个电极603中的每一个所创建的电动场保持靠近出射透镜601的表面605。
[0080]通过使用这种小的孔径602，出射射束的发射度足够小，使得离子射束的实质部分穿过后续孔径。在图中所示的特定情况下，孔径602是矩形的，并且多个电极603是平行的线形电极。实际上，在很多系统中，具有不对称的高宽高比的出射孔径(例如孔径602)可能是有利的。如上所述，这种不对称性通过减少电荷密度而有利地减少了不期望的离子-离子排斥的效果。
[0081]类似于根据以上代表性实施例所禁闭的离子射束，从孔径602排出的离子射束比已知离子引导器可以实现的“更亮”(即，对于可比较的角度发散度更禁闭)。
[0082]图7示出根据代表性实施例的离子引导器700的截面图。在代表性实施例中，在MS设备中在已知离子引导器的输出或在包含离子中有用的另外结构处提供包括衬底702和衬底702之上所部署的多个电极703的出射透镜701。多个电极703可以是例如结合图5A、图5B的实施例所描述的同心圆形电极。或者，多个电极703可以是结合图6的实施例所描述的平行线形电极。
[0083]已知离子引导器包括多个电极704，其配置为禁闭离子。示意性地，电极704包括一系列电极，其在ζ方向上并且更靠近出射透镜701的孔径705具有连续更窄的开孔。电极704可以是例如Smith等人的美国专利6，107，628、Smith等人的6，583，408以及Kim等人的美国专利7，495，212中所描述的那样。Smith等人专利和Kim等人专利的各个完整公开具体地通过引用合并到此。
[0084]在代表性实施例中，出射透镜701包括孔径705。如上所述，在相邻成对的多个电极703之间施加创建电动场的RF电压。在+ζ方向上并且朝向孔径602推动离子的来自电极704的DC电场的影响下，电动场保持靠近出射透镜701的表面，并且随着离子接近出射透镜701而排斥离子。在没有出射透镜701的多个电极703所创建的电动场的情况下，DC电场正在导引的离子将在衬底702的表面707上(图7的坐标系统的x-y平面中)入射并且损失。此外，如上所述，在表面707上的离子(空间电荷)的聚集可以在出射透镜701附近的区域中创建不想要的静电场。出射透镜701有利地通过(在-ζ方向上)将离子排斥回去并且在各电极704之间的区域708中来防止离子的聚集。
[0085]离子的轨道描绘为区域708中的线。在离子引导器700的入口 709处，离子更少受禁闭(轨道的线不是那么密集)。然而，例如，在区域710中，离子邻近出射透镜701更禁闭。因此，通过组合电极704所提供的增加的离子禁闭、出射透镜701的离子的反射以及区域708中所提供的缓冲气体(未示出)的冷却效果，对于可比较的角度发散度的相当更禁闭的离子射束(即“更亮”)得以实现。
[0086]如上所述，很多已知离子禁闭结构和离子引导器除了在相当低的压力(例如30Torr或更低)之外在功能方面受限，然而，从离子源过渡到真空腔室可以将压力从离子源处的大气压力(760Torr)附近跨越到MS真空腔室中从10_4Torr到10_8Torr的高真空级另|J。虽然很多已知的多极(例如，杆和堆叠环)离子引导器被配置为在相当低的压力(例如在MS真空腔室中)运作，但它们在较高压力的运作是不可接受的。最值得注意的是，在较高压力(例如大于近似30Torr)，可能在不可接受低的击穿电压(Vb)产生静电击穿。贡献于击穿的一个因素是这些已知设备中的各电极之间的相当大的间隙或距离。因为间隙相当大并且电子的平均自由路径相当小，所以电子散射事件的数量相当大。这导致已知离子引导器中的介质的电击穿。
[0087]Paschen定律可以提供基于介质的击穿电压的更好理解。Paschen定律提供各平行板(电极)之间的气体的击穿电压(Vb)的关系作为压力的函数。Paschen曲线描述击穿电压(Vb)相对于压力和间隙距离之乘积(Pd)。对于给定的介质,Paschen曲线具有最小击穿电压。对于最小击穿电压的“左边”(较低Pd)，击穿电压增加。对于Paschen曲线的最小击穿电压的“右边”(较高Pd),对于特定介质也增加。对Paschen曲线最小值的“右边”的操作在降低压力的情况下导致击穿电压的减少，这是不期望的。故此，本教导预期选择用于Paschen曲线的最小击穿电压的“左边”的操作的间隙距离和压力。具体地，并且如以下更详细地描述的那样，与已知离子引导器结构相比，电极到电极间隙减少，以促进在较高压力的操作。这导致间隙之间的散射事件的明显减少。以此方式，从离子源(标称地在大气压力)并且穿过路径到MS真空腔室的离子引导明显改进，同时由于较差的禁闭和引导所引起的离子损耗更低。
[0088]图8示出根据代表性实施例的MS系统800的简化框图。MS系统800包括离子源801，其将离子802提供给气体限制器803 (“入口 ”)。MS系统800包括离子引导器804。注意，气体限制器803可以是接口毛细管，并且可以具有环形或圆形截面。或者，气体限制器803可以具有用于匹配离子引导器804的截面形状(例如矩形)的截面形状。有利地，“扁平”气体限制器提供对离子引导器804的平坦侧的更好射束匹配以及考虑例如离子扩散以及离子-离子排斥的效果时的改进的传输特征。
[0089]MS系统800还包括MS真空腔室805。MS真空腔室805包括MS系统800的各种组件，例如离子引导器、离子光器件和在相当低的压力通常操作的其它组件。
[0090]离子源801操作在相当高的压力(例如760Torr)，并且如以下更完整地解释的那样，离子引导器804被配置为随着离子在离子源801与MS真空腔室805之间通过降低压力进行传送而操作在相当较高的压力。
[0091]离子引导器804包括至少两个相对的衬底，每个衬底包括其上部署的多个电极，例如代表性实施例的离子引导器200、300。在代表性实施例中，离子引导器804包括第一开孔806以及与第一开孔806相对的第二开孔807。第一开孔806和第二开孔807被描述为基本上是相同的面积(即离子引导器的相对衬底是平行的)。然而，这仅仅是示意性的，并且预期第一开孔806的面积大于第二开孔807 (例如，如图2中所描述的那样)。
[0092]在气体限制器803处的区域808中的压力相当高(例如，在大气压力的量级上)。因此，在离子引导器804的第一开孔806处，压力保持相当高。然而，在离子引导器804的第二开孔807附近的区域809中，压力减少。为了说明的目的，区域808中的压力处于近似300Torr到近似760Torr的范围中，而在区域809中，压力处于近似30Torr到近似3Torr的范围中。最后，MS真空腔室805中的压力相当低(例如，KT4Torr到I(T8Torr)。有利地，本教导的离子引导器804被配置为:通过压力从第一开孔806到第二开孔807的改变来禁闭和引导离子。以某种程度上不同地说明，离子引导器804被配置为:对Paschen曲线的最小击穿电压(又称为Paschen曲线最小值)的“左边”操作。以此方式，随着压力减少，击穿电压(Vb)增加，并且通过本教导的离子引导器，诸如已知的多极离子引导器中常见的较高压力时的击穿的问题基本上得以避免。
[0093]为了确保对Paschen曲线最小值的“左边”的操作，各电极之间的间隙被选择为足够小，使得在相当较高压力的范围上(例如达到近似30ΤΟ1Γ的大气压力)，电击穿得以避免。为了说明的目的，用于空气的Paschen曲线最小值处于latm_8 μ m的压力-间隙乘积(Paschen曲线的p-d)附近，并且产生在近似330V的电压。故此，在离子引导器804中的电极的间隔选择为近似8 μ m或更小的情况下，在近似大气压力(或更低)，离子引导器804可以运作，而没有击穿。如上所述，代表性实施例的本教导电极具有近似5 μ m至近似500 μ m的宽度，近似0.1 μ m至近似50 μ m的厚度以及近似10 μ m至近似1000 μ m的间距。故此，部分地设置Paschen最小值的各电极之间的间隙可以被选择为小于近似8 μ m,并且离子引导器804可以在从离子源801处的压力(例如近似760Torr)到MS真空腔室805 (例如，KT4Torr至I(T8Torr)的整个压力范围以及沿着离子路径的其间压力上操作，而无击穿之虞。
[0094]图9示出根据代表性实施例的MS系统900的简化框图。MS系统900包括离子源801，其将离子802直接提供给离子引导器804 (即，没有中间元件，例如气体限制器803)。注意，在所描述的实施例中，离子引导器804充当MS系统900的接口毛细管。如上所述，“扁平”气体限制器提供对离子引导器804的平坦侧的更好射束匹配以及当考虑例如离子扩散以及离子-离子排斥的效果时的改进的传输特征。故此，使用离子引导器804作为MS系统900的接口毛细管提供改进的传输特征。
[0095]MS系统900包括MS真空腔室805，其包括MS系统900的各种组件，例如离子引导器、离子光器件和通常在相当低的压力操作的其它组件。
[0096]离子源801操作在相当高的压力(例如760Torr)，并且离子引导器804被配置为:随着离子在离子源801与MS真空腔室805之间通过降低压力进行传送而操作在相当较高的压力。
[0097]离子引导器804包括至少两个相对衬底，每个衬底包括其上部署的多个电极，例如代表性实施例的离子引导器200、300。在代表性实施例中，离子引导器804包括第一开孔901以及与第一开孔901相对的第二开孔902。第一开孔901和第二开孔902被描述为基本上是相同的面积(即离子引导器的相对衬底是平行的)。然而，这仅仅是示意性的，并且预期第一开孔901的面积大于第二开孔902 (例如，如图2中所描述的那样)。
[0098]在第一开孔901附近的区域903中的压力相当高(例如，在大气压力的量级上)。因此，在离子引导器804的第一开孔901处，压力保持相当高。然而，在离子引导器804的第二开孔902附近的区域904中，压力减少。再次，为了说明的目的，区域903中的压力处于近似300Torr到近似760Torr的范围中，而在区域904中，压力处于近似30Torr到近似3Torr的范围中。最后，MS真空腔室805中的压力相当低(例如，KT4Torr到I(T8Torr)。有利地，本教导的离子引导器804被配置为:通过压力从第一开孔806到第二开孔807的改变来禁闭并且引导器离子。以某种程度上不同地说明，离子引导器804被配置为:对Paschen曲线的最小击穿电压(又称为Paschen曲线最小值)的“左边”操作。以此方式，随着压力减少，击穿电压(Vb)增加，并且通过本教导的离子引导器，诸如已知的多极离子引导器中常见的较高压力时的击穿的问题基本上得以避免。
[0099]为了确保对Paschen曲线最小值的“左边”的操作，各电极之间的间隙被选择为足够小，使得在相当较高压力的范围上(例如达到近似30ΤΟ1Γ的大气压力)，电击穿得以避免。为了说明的目的，用于空气的Paschen曲线最小值处于latm_8 μ m的压力-间隙乘积(Paschen曲线的p-d)附近，并且产生在近似330V的电压。故此，在离子引导器804中的电极的间隔选择为近似8 μ m或更小的情况下，在近似大气压力(或更低)，离子引导器804可以运作，而没有击穿。如上所述，代表性实施例的本教导电极具有近似5 μ m至近似500 μ m的宽度，近似0.1ym至近似50μηι的厚度以及近似10 μ m至近似1000 μ m的间距。故此，部分地设置Paschen最小值的各电极之间的间隙可以被选择为小于近似8 μ m,并且离子引导器804可以在从离子源801处的压力(近似760Torr)到MS真空腔室805 (例如KT4Torr至I(T8Torr)的整个压力范围以及沿着离子路径其间的压力上操作，而无击穿之虞。
[0100]图10示出根据代表性实施例的离子引导器的部分1000的截面图。部分1000是离子引导器的一侧的一部分，并且被提出以描述结构的特定变化，以进一步改进在相当高的压力(例如大于近似30Torr)中操作的离子引导器的性能。上面结合另外代表性实施例详细描述了离子引导器的部分1000的很多方面。不重复这些共同方面，以避免使代表性实施例的描述模糊。
[0101]部分1000包括衬底1001，其包括介电材料，其中，导电地平面1002被部署在衬底1001的一侧之上，多个电极1003被部署在衬底1001的相对侧之上。此外，在各电极1003之间提供多个沟道1004。例如，通过刻蚀衬底1001来形成沟道1004。沟道具有等于相邻成对的电极1003之间的间隔的宽度1005。沟道1004具有处于比电极1003的宽度更大近似一倍至近似三⑶倍的量级上的深度1006。故此，沟道1004具有近似5 μ m至近似15 μ m的深度(S卩，对于具有近似500 μ m的宽度的电极1003)。
[0102]沟道减少穿过衬底1001的表面以及在各电极1003之间的电击穿的出现(被称为“闪络”的现象)。注意，沟道1004还用于减少离子引导器的电容，这进而有助于使得RF电流最小化，并且最终使得通过离子引导器所耗散的功率最小化。此外，介电/绝缘体从衬底1001移除以形成沟道，由此增加沟道1004的底部与横穿离子引导器的离子(未示出)之间的距离，这进一步减少与充电关联的问题。具体地，在介电的表面(例如衬底1001的表面)上所淀积的离子并不立即中和，因为它们处于金属表面(例如电极1003的表面)上。故此，在衬底的表面上形成的离子改动附近区域中的电场。改动后的电场排斥离子，并且可阻挡它们横穿离子引导器或使得它们偏转。提供沟道1004用于将衬底1001的介电表面定位得远离离子禁闭的区域，由此减少可能在衬底1001的表面上累积的充电的不良效果。
[0103]考虑到本公开，注意，方法和设备可以实施为与本发明一致。此外，仅通过说明和示例的方式而非在任何限制意义上包括各种组件、材料、结构以及参数。考虑到本公开，在保持在所附权利要求的范围内的同时，可以在其他应用和组件中实施本教导，并且可以确定出实施这些应用所需要的材料、结构和设备。
【权利要求】
1.一种质谱仪，其具有保持在第一压力的入口以及保持在比所述第一压力更小的第二压力的区域入口，所述入口配置为接收离子引导器(102)，其中，所述离子引导器(102)包括: 衬底(1001)，包括其上部署的多个电极(1003)，所述衬底(1001)在第一端(209)处形成第一开孔(806)并且在第二端(210)处形成第二开孔(807)，其中，所述第一开孔(806)配置为接收处于所述第一压力的离子(802)； 用于在相邻成对的所述多个电极(1003)之间施加射频(RF)电压的部件，其中，RF电压在所述衬底(1001)限定的区域中创建场； 用于沿着所述多个电极(1003)中的每一个的长度而施加直流(DC)电压降的部件。
2.如权利要求1所述的质谱仪，其中，所述衬底(1001)是第一衬底(201)，所述多个电极(1003)是第一多个电极(1003)，所述离子引导器(102)还包括:第二衬底(203)，其包括其上部署的第二多个电极(1003)，所述第一衬底(201)和所述第二衬底(203)在所述第一端(209)处形成所述第一开孔(806)的各侧，并且在所述第二端(210)处形成所述第二开孔(807)的各侧。
3.如权利要求2所述的质谱仪，其中，所述第一开孔(806)具有第一面积，所述第二开孔(807)具有比所述第一面积更小的第二面积。
4.如权利要求2所述的质谱仪，其中，所述第一开孔(806)具有第一面积，所述第二开孔(807)具有与所述第一面积实质上相同的第二面积。
5.如权利要求1所述的质谱仪，其中，所述衬底(1001)是平面的。
6.如权利要求2所述的质谱仪，其中，所述第一衬底(201)实质上是平面的，所述第二衬底(203)实质上是平面的。
7.如权利要求1所述的质谱仪，还包括:接口限制器，其部署在离子源(101)与离子引导器(102)之间，其中，所述离子源(101)处于比所述第一压力更大的第三压力。
8.如权利要求2所述的质谱仪，还包括:第三衬底(206)，其部署在所述离子引导器(102)的侧壁(208)之上；第四衬底，其部署在所述离子引导器(102)的另一侧壁之上。
9.如权利要求8所述的质谱仪，其中，所述第三衬底(206)和所述第四衬底均包括所述第三衬底和第四衬底的各自整个表面之上所部署的导电材料。
10.如权利要求9所述的质谱仪，其中，所述第三衬底(206)包括其上部署的第三多个电极(1003)，所述第四衬底包括其上部署的第四多个电极。
11.一种离子引导器(102)，包括: 多个第一电极(1003)，其相对于轴(214)而被部署； 第一开孔(806)，其处于所述多个第一电极(1003)的第一端(209)； 第二开孔(807)，其处于所述多个第一电极(1003)的第二端(210)； 衬底(1001)，包括其上部署的多个第二电极，所述衬底(1001)被部署得实质上与所述第二开孔(807)正交，并且包括与所述第二开孔(807)实质上对准的第三开孔； 用于在相邻成对的所述第一电极(1003)之间以及相邻成对的所述第二电极之间施加射频(RF)电压的部件，其中，所述RF电压在所述各杆(213)之间以及所述各电极之间的区域中创建离子禁闭电动场； 用于在所述第一开孔(806)与所述第二开孔(807)之间施加直流(DC)电压降的部件。
12.如权利要求11所述的离子引导器(102)，其中，所述第一开孔(806)具有第一面积，所述第二开孔(807)具有第二面积，所述第一面积比所述第二面积更大。
13.如权利要求12所述的离子引导器(102)，其中，所述第三开孔具有第三面积，所述第三面积实质上与所述第二面积相同。
14.如权利要求11所述的离子引导器(102)，其中，所述第一电极(1003)是每一个均具有第一端(209)以及远离所述第一端(209)的第二端(210)的杆(213)，所述第一开孔(806)由各所述第一端形成，所述第二开孔(807)由各所述第二端形成。
15.如权利要求11所述的离子引导器(102)，其中，所述第二电极在截面上实质上是圆形。
16.如权利要求11所述的离子引导器(102)，其中，各所述第二电极实质上彼此平行。
17.如权利要求11所述的离子引导器(102)，其中，各所述第一电极(1003)实质上彼此同心。
18.—种质谱仪系统，其包括权利要求11所述的离子引导器(102)。
19.一种离子引导器(102)，包括: 第一衬底(201)，包括其上部署的第一多个电极； 第二衬底(203)，包括其上部署的第二多个电极，所述第一衬底(201)和所述第二衬底在第一端(209)处形成第一开孔(806)的各侧，并且在第二端(210)处形成第二开孔(807)的各侧，其中，所述第一开孔(806)具有第一面积，所述第二开孔(807)具有比所述第一面积更小的第二面积； 用于在相邻成对的所述第一多个电极之间以及相邻成对的所述第二第二多个电极之间施加射频(RF)电压的部件，其中，RF电压在所述第一衬底与第二衬底(201，203)之间的区域中创建离子禁闭场； 用于在所述第一开孔(806)与所述第二开孔(807)之间施加直流(DC)电压降的部件。
20.如权利要求9所述的离子引导器(102)，其中，所述第一衬底和第二衬底(201，203)是平面的。
【文档编号】H01J49/26GK104205287SQ201280071121
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年12月6日 优先权日:2012年1月6日
【发明者】G·佩雷尔曼, T·里斯特罗菲 申请人:安捷伦科技有限公司