專利名稱：輔助拖曳場電極的制作方法
技術(shù)領域：
質(zhì)譜儀經(jīng)常使用包括碰撞室的多極離子導向器。離子導向器包括多個電極，不同 的電壓被施加至電極以徑向地和/或軸向地控制或移動離子。本發(fā)明特別地涉及通過多極 離子導向器和碰撞室中的輔助棒來使離子軸向地移動的裝置和方法。相關技術(shù)在串聯(lián)的質(zhì)譜儀諸如三節(jié)四極質(zhì)譜儀中，并且同樣在其它質(zhì)譜儀中，由離子導向 器和碰撞室中的RF棒組限定的體(volume)內(nèi)的氣體通過已知的碰撞聚焦(collisional focusing)方法來改善靈敏度和質(zhì)量分辨率。在該方法中，氣體與離子之間的碰撞使得離子 的速度降低，并使得離子在軸附近聚焦。然而，離子的減速還使離子在穿過棒組并從一個棒 組傳輸?shù)搅硪粋€棒組時產(chǎn)生延遲。雖然聚焦是期望的，但是離子的減速也伴隨著其它不期 望的效果。例如，當離子導向器的棒組將來自大氣壓離子源的離子傳送至質(zhì)量過濾器內(nèi)時， 離子導向器中的氣壓可能相對較高(例如對于碰撞聚焦來說在5毫托以上)并且與氣體的 碰撞能夠使離子減速至幾乎停止。因此，在進入離子導向器的離子與到達正好位于下游的 質(zhì)量過濾器的離子之間存在延遲。該延遲可能使多離子監(jiān)測出現(xiàn)問題，例如，在多離子監(jiān)測 中，按順序?qū)θ舾呻x子強度進行監(jiān)測。如果以比通過離子導向器的離子傳送時間更快的頻 率對這些多離子進行監(jiān)測，則隨后至少一些離子被減速至停止的事實具有負面影響，該負 面影響還使離子具有離子能夠被探測到的順序和降低的速率。相關數(shù)據(jù)被處理和保存的順 序和速率也受到影響。在這種情況下，來自進入離子導向器的離子的信號可能永遠不會達 到穩(wěn)態(tài)。因此，測量到的離子強度可能太低并可能是測量時間的函數(shù)。類似地，在已經(jīng)在第一質(zhì)量過濾器下游的碰撞室中形成生成離子之后，例如，由于 離子在多次碰撞后的非常低的速度，離子可以緩慢地排出碰撞室。該離子清空時間(通常 幾十毫秒)可以導致當對快速連續(xù)的多個親體離子(parent)/碎片對進行監(jiān)視時，由于相 鄰通道之間的干擾而出現(xiàn)色譜圖中的拖尾(tailing)和其它虛假讀數(shù)。為了避免這種情 況，在測量之間需要相當充分的暫停時間。拖尾也需要類似的暫停。測量之間所需的暫停 時間使儀器的生產(chǎn)率降低。為了使離子軸向地穿過形成離子導向器和碰撞室的多極，眾所周知，可以通過對 輔助棒進行分段并將電壓施加至這些段以沿著多極的長度產(chǎn)生電壓梯度來使離子移動。在1998 年 12 月 8 日發(fā)布的 Thompson 等人的題為 “Spectrometer With Axial FielcK具有軸向場的分光儀)”的第5，847，386號美國專利中描述了這種方法的背景信息， 該背景信息包括下列內(nèi)容“在通常為四極的質(zhì)譜儀中，棒組中的一個被構(gòu)造以在其上生成 軸向場，例如，DC軸向場?？梢酝ㄟ^使棒逐漸變細，或相對于彼此以一定的角度布置棒，或 對棒進行分段，或通過提供電阻性涂覆的或分段的輔助棒，或通過提供一組沿著每個棒通 過電阻性涂層隔開的導電金屬帶，或通過將每個棒形成為具有電阻性外部涂層和導電性內(nèi)部涂層的管，或通過其它合適的方法來產(chǎn)生軸向場?！痹?996 年 11 月 19 日發(fā)布的 Jolliffe 的題為“Mass Spectrometer With Radial Ejection(具有徑向噴射的質(zhì)譜儀)”的第5，576，540號美國專利中描述了另一個分段的輔 助棒結(jié)構(gòu)的背景信息，該背景信息包括以下內(nèi)容“每個棒140被分成由絕緣體141隔開的 多個軸向分段140-1至140-7。棒140上的電壓沿著棒組132的中央縱軸142產(chǎn)生軸向DC 場?！痹趍ierker等人的第3，147，445號美國專利、Tanner等人的第6，703, 757號美國 專利、Londry等人的第6，909，089號美國專利中，以及在1998年7月21日發(fā)布的Baba等 人的題為“Ion Trapping Apparatus (離子捕獲裝置)”的第5，783，擬4號美國專利中還 可以找到其它輔助電極結(jié)構(gòu)的背景信息。Kovtoun的第7，067，802號美國專利教導了形成軸向電壓梯度的另一種方式，用 于通過對多極的主電極的外表面應用電阻性路徑并對該電阻性路徑施加DC電壓來使離子 穿過多極。Loboda等人的第7，084，398號美國專利教導了從阱中選擇性地軸向噴射(eject) 離子的方法。摘要描述該方法包括“……通過在棒組中提供振蕩軸向電場以抵消靜態(tài)軸向 電場來將離子分離成第一組離子和第二組離子……”。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及能夠促使離子在離子導向器和碰撞室中軸向地前進的輔助電 極。需要以低成本并且以一種能夠容易地將輔助電極配置為任意形狀以便匹配彎曲的主電 極組的方式來提供這些輔助電極。印刷電路板材料上的指狀電極列的通常扁平(flat)或 低輪廓的布置使得形成有這些列的輔助電極被布置在多極離子導向器或碰撞室中的主RF 電極之間。這種布置可使得徑向向內(nèi)的邊緣接近中軸。因此，由施加至指狀電極列的電壓 所產(chǎn)生的軸向電壓梯度能夠有效地使離子穿過多極。本發(fā)明的實施方式包括一種具有多極離子導向裝置的質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀包括電 子控制器；以及多個主電極，可操作地連接至電子控制器和用于在電子控制器的操作下在 多極離子導向裝置中施加RF電壓的RF電源。該質(zhì)譜儀還包括經(jīng)由控制器連接至DC電壓 源的至少一個輔助電極。該輔助電極可被設置在主電極的至少兩個相鄰主電極之間。該至 少一個輔助電極可以具有電氣元件，電氣元件包括至少一列指狀電極和使該至少一列指狀 電極的相應指狀電極相互連接的多個電阻器。該輔助電極還可包括支撐指狀電極和電阻器 的襯底。電壓源向電氣元件施加靜態(tài)DC電壓，從而指狀電極沿著輔助電極的長度在指狀電 極列的相應指狀電極上呈現(xiàn)單調(diào)遞增(monotonically progressive)的電壓梯度。本發(fā)明的實施方式還可包括與上述質(zhì)譜儀相似的質(zhì)譜儀，所不同的是，電氣元件 包括與該至少一列指狀電極的相應指狀電極連接的至少一個數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，以作 為電阻器的代替或補充。另外，DC電壓源可通過至少一個DAC向指狀電極施加一個或多個 DC電壓，以沿著至少一個輔助電極的長度在該至少一列指狀電極的相應指狀電極上呈現(xiàn)電 壓梯度，從而使離子軸向地穿過質(zhì)譜儀的多極離子導向裝置。在該布置中，至少一個DAC可 包括可編程邏輯控制，其可被動態(tài)調(diào)整。在另一個示例布置中，本發(fā)明的實施方式可包括一種使離子穿過質(zhì)譜儀中的多極離子導向裝置的方法。該方法可包括將包括薄板的輔助電極設置在多極離子導向裝置的 相鄰主RF電極之間。該方法還可包括通過設置在輔助電極的薄板上的至少一列指狀電極 在軸向方向上施加至少一系列步進單調(diào)的電壓。該方法可包括通過相應電阻器逐步向指狀 電極施加相應電壓，以及通過一系列電壓使離子在軸向方向上單調(diào)地穿過多極離子導向裝置。在又一個配置中，本發(fā)明的實施方式可包括與上述方法相似的方法，所不同的是， 用通過一個或多個計算機控制的電壓供給裝置向指狀電極施加相應的DC電壓作為通過電 阻器施加DC電壓的代替或補充。計算機控制的電壓供給裝置可包括DAC。應理解，本發(fā)明的實施方式可包括可應用于上述質(zhì)譜儀和方法的輔助電極。在一 種簡單形式中，本發(fā)明的實施方式因此可包括一種在質(zhì)譜儀的多極離子導向裝置中產(chǎn)生離 子移動軸向電場的輔助電極。該輔助電極可包括支撐輔助電極的電氣元件的至少一個襯 底。該至少一個襯底可被配置為定位在多極離子導向裝置的主電極的至少兩個相鄰主電極 之間。電氣元件可包括設置在至少一個襯底上的指狀電極列；以及靜態(tài)電阻器，該靜態(tài)電 阻器使指狀電極的相應指狀電極相互連接，以在多極離子導向裝置的軸向方向上建立單調(diào) 遞增的電壓梯度，從而使離子軸向地穿過多極離子導向裝置。在另一種簡單形式中，輔助電 極可包括至少一個DAC以作為如上所述的電阻器的代替或補充。該至少一個DAC可以是可 動態(tài)調(diào)整的DAC。該至少一個襯底可包括薄板。指狀電極列可設置在該薄板上。電氣元件可具有低 輪廓或與薄板成一體，從而具有電氣元件的襯底形成整體單元以定位在多極離子導向裝置 的至少兩個相鄰電極之間。在一種情況下，薄板可包括印刷電路板材料并且指狀電極列可 包括印刷導電材料。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的具有一個或多個離子導向器和/或碰撞室的 質(zhì)譜儀的基本示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的多極離子導向器的示意性立體圖；圖3示出了圖2的多極離子導向器的端視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的可選實施方式的輔助電極結(jié)構(gòu)的示意性頂視圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例配置的為多極離子導向器設置的電極的立 體圖；圖6示出了圖5所示的彎曲的離子導向器結(jié)構(gòu)的端視立體圖；圖7示出了本發(fā)明的另一個新穎的多極配置。
具體實施例方式在本文本發(fā)明的描述中，應該理解的是，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞語包含其對應的復 數(shù)，而以復數(shù)形式出現(xiàn)的詞語包含其對應的單數(shù)，另有含蓄地或者明確地理解或說明的除 外。而且，應該理解的是，對于任何本文所描述的給定部件或?qū)嵤┓绞?，針對這些部件所列 出的任何可能的候選或替換一般可單獨使用或者相互結(jié)合使用，另有含蓄地或者明確地理 解或說明的除外。此外，應該理解的是，這些候選或替換的任何列表只是示例性的而不是限制性的，另有含蓄地或者明確地理解或說明的除外。還應該理解，適當?shù)臅r候，為了便于理 解，相同的參考標號可指向附圖的若干視圖中的相應部件。而且，除非另有說明，在說明書和權(quán)利要求中表示成分、要素、反應條件等等的量 的數(shù)字應該理解為由術(shù)語“大約”所修飾。因此，除非有相反說明，在說明書和所附權(quán)利要 求中闡述的數(shù)字參數(shù)是近似值，其根據(jù)所需性質(zhì)發(fā)生變化，所述性質(zhì)可通過本文提出的主 題來獲得。至少，不試圖對與權(quán)利要求范圍等同的本申請進行限制，每個數(shù)字參數(shù)應至少按 照報告的有效數(shù)字應用常規(guī)舍入法(rounding techniques)解釋。盡管說明本文所給主題 的寬泛范圍的數(shù)字范圍和參數(shù)是近似值，但是在特定實施例中闡述的數(shù)值已盡可能精確地 報告。然而任何數(shù)值固有地包含某些由于各自測試方式中的標準偏差所必然導致的誤差?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)至附圖，圖1示出了本發(fā)明的質(zhì)譜儀的基本視圖，質(zhì)譜儀由參考標號12籠 統(tǒng)表示，根據(jù)文中所公開的示例性實施方式，質(zhì)譜儀通?？砂x子導向器或碰撞室q°、q2、 q4。該質(zhì)譜儀還可包括電子控制器15、用于向文中所公開的多極裝置供給RF電壓的電源 (power source) 18、以及被配置為向預定裝置諸如例如多極和本發(fā)明的其他電極結(jié)構(gòu)供給 DC電壓的電壓源21。在其它示例配置中，質(zhì)譜儀12常?？膳渲糜斜绢I域普通技術(shù)人員已知和了解的 離子源和入口段(section) 24，其中，該入口段可包括但不限于電噴射電離、化學電離、熱電 離和基質(zhì)輔助激光解吸電離段。此外，質(zhì)譜儀12還可包括任意數(shù)量的離子導向器(q°)27和 (q4) 30、質(zhì)量過濾器(Q1) 33、碰撞室(q2) 36、和/或質(zhì)量分析器(Q3) 39和(Qn) 42，其中質(zhì)量分 析器39、42可以是任意類型，包括但不限于四極質(zhì)量分析器、二維離子阱、三維離子阱、靜 電阱和/或傅里葉變換離子回旋共振分析器。如本領域普通技術(shù)人員所知，離子導向器27和30、碰撞室36、以及分析器39和 42能夠形成從入口段M到至少一個探測器48的離子路徑45。任意數(shù)量的真空級可被實 施以使沿著離子路徑的任意裝置封閉或保持在低于大氣壓。電子控制器15可操作地連接 至包括泵、傳感器、離子源、離子導向器、碰撞室和探測器的各種裝置，從而不但對質(zhì)譜儀12 的各個位置上的裝置和條件進行控制，而且還接收和發(fā)送代表正被分析的粒子的信號。如上所述，當氣體被用于冷卻離子并使離子朝著中軸運動時許多離子導向器和碰 撞室使得離子在離子運輸期間減速。已使用各種機制來促使離子沿著如圖1所示的離子路 徑45穿過如上面關于圖1所述的每個裝置朝著探測器48前進。然而，仍然需要一種機制， 該機制不干擾預定棒電極例如四極電極的電場，具有成本效益并適用于各種離子導向器和 碰撞室配置。圖2示出了滿足這種需要的示例配置，配置有一個或多個指狀電極71的輔助電極 54,55,56,57被設計為置于圖1的任意一個離子導向器27、30和/或碰撞室36的主棒電極 (rod electrode)60、61、62、63的相鄰對之間。圖2中的主棒電極60、61、62、63和輔助電 極M、55、56、57的相對定位略微被分解以改善說明。然而，輔助電極占據(jù)的位置通常限定 了在中軸51上交叉的平面。中軸51由如羅馬數(shù)字III參考的方向箭頭所示。這些平面能 夠以距多極離子導向裝置的主RF電極大約相等距離的方式定位在相鄰的RF棒電極之間， 在多極離子導向裝置中，例如四極場基本為零或接近于零。因此，配置的指狀電極71列通 ?？晌挥谶@些零電勢或接近于零電勢的平面中，從而使對四極場的干擾最小。圖3示出了 圖2的配置的端視立體圖，并示出了輔助電極M、55、56、57的徑向內(nèi)邊緣65、66、67和68如何能夠相對于主棒電極60、61、62、63被定位。回到圖2，如本領域普通技術(shù)人員所知，電子控制器可以向每對相對設置的主RF 電極施加相反的RF電壓，從而以期望的方式徑向地控制離子。配置在每個輔助電極M、55、 56,57上的指狀電極71列在本發(fā)明中常常被設計為延伸至這種結(jié)構(gòu)的徑向內(nèi)邊緣65、66、 67和68和/或形成徑向內(nèi)邊緣65、66、67和68的一部分。因此，施加在指狀電極71列上 的電壓在圖1所描述的離子導向器27、30或碰撞室36內(nèi)部產(chǎn)生軸向電場。如另一個示例 布置，指狀電極71列的每個電極可以通過預定的電阻元件74(例如，電阻器)連接至相鄰 的指狀電極71，并且在某些示例中，也可通過預定電容器77連接至相鄰的指狀電極71。期 望的電阻器74沿著輔助電極M、55、56、57的長度建立相應的分壓器。指狀電極71列上所 產(chǎn)生的電壓因此形成一系列(a range of)電壓，通常是一系列步進單調(diào)電壓。電壓在軸向 方向上產(chǎn)生電壓梯度，促使離子沿著如圖1所示的離子路徑45前進。在圖2所示的示例實 施方式中，施加在輔助棒電極上的電壓常常包括靜態(tài)電壓，并且電阻器常常包括靜態(tài)電阻 元件。電容器77減少RF電壓耦合效應，在耦合效應中，施加至主RF棒電極60、61、62、63的 RF電壓通常在RF棒電極60、61、62、63的工作期間加熱并耦合輔助棒電極M、55、56、57。在可選實施方式中，如圖4所示，一個或多個輔助電極可由如參考標號80籠統(tǒng)表 示的輔助電極提供，輔助電極80具有施加在指狀電極71列的一個或多個指狀電極上的動 態(tài)電壓。在這個示例布置中，如圖1所示的控制器15可包括或具有添加的計算機控制的電 壓供給裝置83、84、85，其可采用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)的形式。應理解，可能存在與一列中 的指狀電極71數(shù)量相同的計算機控制的電壓供給裝置83、84、85，并且每個計算機控制的 電壓供給裝置可連接和控制該列的相應指狀電極71的電壓。作為一個可選布置，多極裝置 中的所有列中位于特定軸向位置的每個指狀電極71可被連接至同一個計算機控制的電壓 供給裝置并且具有相同的施加電壓。在圖4所示的示例實施方式中，每個計算機控制的電 壓供給裝置83、84、85能夠被連接至指狀電極列的預定指狀電極71。當在多個輔助電極上 實施時，每個計算機控制的電壓供給裝置83、84、85可被應用于每列指狀電極71的類似多 個指狀電極。如圖4所示，并且如上文簡要地描述，輔助電極80作為一種布置可具有已設計好 的由動態(tài)計算機控制的電壓供給裝置和靜態(tài)電阻器74形式的分壓器的組合施加的電壓， 從而沿著多極裝置的長度形成一系列總體上單調(diào)遞增的電壓。連接至相應的計算機控制的 電壓供給裝置83、84、85的一組指狀電極71中的指狀電極71之間的靜態(tài)電阻器74還可提 供對產(chǎn)生單調(diào)遞增的電壓梯度有幫助的分壓器。因為電壓供給裝置83、84、85能夠通過例 如計算機被動態(tài)地控制，所以電壓的幅值和范圍可被調(diào)整和改變以滿足待分析的目標離子 的特定樣本或集合的需求。又如圖4所示，電容器77可連接在相鄰的指狀電極71之間。還 應理解，盡管在每個指狀電極71上示出了兩根引線(lead)，但是也可使用兩側(cè)分別連接有 電阻器和電容器的單根引線來描述相鄰指狀電極的相互連接，從而仍然起到與圖4的示例 配置相似的作用。圖4還詳細示出了與上面圖2和圖3所描述的徑向內(nèi)邊緣65、66、67、68相似的徑 向內(nèi)邊緣88的配置。徑向內(nèi)邊緣88包括可被金屬化或以其它方式設置有導電材料的中央 部91、分別位于中央部91兩側(cè)的漸縮(tapered)部92以及凹陷的間隙部93。對于指狀電 極列的每個指狀電極71而言，中央部91可被金屬化以連接位于輔助電極80的正面和背面上的金屬化(metallization)。作為輔助電極80的最內(nèi)部分，中央部91呈現(xiàn)接近離子路徑 的DC電勢。在指狀電極71的金屬化之間需要包括凹陷的間隙部93的間隙96，以在相應 指狀電極之間提供電氣屏障。然而，這些間隙為帶電粒子提供停留處，從而帶電粒子可以停 留在間隙中的表面上并且不利地影響旨在由施加在指狀電極71上的電壓產(chǎn)生的梯度。因 此，凹陷的間隙部93和漸縮部92的非金屬化邊緣表面向后漸縮并遠離徑向最內(nèi)部分，從而 對帶電粒子來說，凹陷的間隙部93和漸縮部92的邊緣表面并不是像居住場所(dwelling place)那樣可進入。用于接收和支撐金屬化的結(jié)構(gòu)元件可以是任意印刷電路板(PCB)材料的襯底99， 如圖4所示，任意印刷電路板(PCB)材料例如但不限于玻璃纖維，能夠被形成、彎曲、切割或 以其它方式成形為任意期望配置從而結(jié)合至本發(fā)明的可行實施方式中。雖然圖2-4示出了 基本扁平且具有直邊緣的襯底，但應理解，襯底和其上的指狀電極列可被成形為具有彎曲 邊緣和/或圓形表面。以這種方法成形和金屬化的襯底相對易于制造。因此，根據(jù)本發(fā)明 的實施方式的輔助電極可被配置為置于彎曲多極的彎曲主棒電極之間。圖5是彎曲的多極裝置的示意性立體圖，由參考標號102籠統(tǒng)表示。多極離子裝置 102可以是離子導向器或碰撞室，并可被合并至如圖1所示的質(zhì)譜儀12中以代替同樣在圖 1中示出的離子導向器27、30或碰撞室36中的任意一個。多極裝置102具有連接至如圖1 所示的控制器15的主RF電極105、106、107和108，控制器15用于施加來自同樣在圖1中 示出的電源18的RF電壓，如上面所述的關于圖2的實施方式所述。主RF電極可由矩形橫 截面材料形成，以降低成本和易于制造。主RF電極還可以是繞一個或多個軸線彎曲的，以 提供期望的離子路徑和/或質(zhì)譜儀配置。為了使用輔助電極111、112、113、114，襯底116、 117、118、119被成形為匹配主RF電極的曲率。在一種操作方法中，輔助電極111、112、113、 114插在主電極105、106、107、108之間，并且DC電壓被施加到輔助電極111、112、113、114， 如已經(jīng)關于圖2-4的實施方式所描述。在沿圖5的箭頭VI的方向得到的圖6的端視立體圖中，第一和第二輔助電極111 和112被定向為在延伸以在主RF電極105、106、107、108內(nèi)碰到一起的情況下基本形成連 續(xù)表面。類似地，第三和第四輔助電極113，114彼此對齊。輔助電極對111、112與113、114 的這些大體共面的定向使得制造更加方便。然而，徑向最內(nèi)邊緣122、123、124、125存在于 主RF電極105、106、107、108中的相鄰電極之間，如圖6所示，并且如上面關于圖2_4的實 施方式所述。由圖5可以理解，具體襯底(例如，襯底117)的底面的金屬化可以是另一個預定 襯底(例如，襯底118)的上表面的金屬化的鏡像。與上述實施方式相似，電阻器122和電 容器126可使相鄰的指狀電極1 相互連接以沿著多極裝置102的長度提供分壓器?？蛇x 地，DAC可被連接至一列中每個相應的指狀電極128?？蛇x地，DAC可被連接至一組指狀電 極128，該組指狀電極1 通過電阻器1 彼此連接，如關于圖4的實施方式所述和所示。 也就是說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，DAC和/或電阻器可連接至輔助電極以 對任意組合的輔助電極施加并控制DC電壓。與其它示例實施方式一樣，指狀電極128列被設置在形成每個襯底116、117、118、 119的電路板材料的兩側(cè)。與上述其它示例實施方式相似，指狀電極1 列可包括位于印刷 電路板材料邊緣的印刷的或以其它方式應用的導電材料，該導電材料連接(join)位于電路板材料的兩側(cè)的導電材料。通過這種方法，指狀電極列在輔助電極的徑向最內(nèi)邊緣表面 的大部分具有導電材料。還與其它實施方式相似，在指狀電極列的相應指狀電極1 之間 的電路板材料的邊緣中存在凹陷92。因此，使離子沉積在電路板材料的絕緣材料表面的可 用位置是遠離離子束或路徑徑向向外凹陷的。與其它實施方式一樣，在形成圖5和6的實施方式的輔助電極中所采用的印刷電 路板材料可為指狀電極1 的金屬化的導電材料提供結(jié)構(gòu)基礎或襯底。輔助電極例如111、 112可包括形成彎曲襯底的彎曲薄板，彎曲襯底定位在多極裝置102的兩個彎曲的相鄰主 電極之間。指狀電極1 列可設置在彎曲薄板上。在這個或其它實施方式中，襯底可采用薄 板形式。指狀電極列可設置在薄板上。包括任意電阻器和電容器的電氣元件可設置有低輪 廓(profile)或可與薄板成一體，使得具有電氣元件的襯底形成整體(monolithic)單元， 整體單元定位在多極裝置的至少兩個相鄰主電極之間。圖7是根據(jù)本發(fā)明的可選實施方式的多極裝置131的分解的示意性立體圖。類似 于圖2-3的實施方式，多極裝置131可具有主RF電極134、135、136、137?？蛇x地，主棒電極 可具有與圖5和6的實施方式一樣的矩形橫截面。然而，就圖7的配置而言，輔助電極140、 141、142、143可被形成為薄半導體材料諸如但不限于二氧化硅的葉片(vane)。更重要地， 輔助電極140、141、142、143可被配置為沿著當電勢被施加時產(chǎn)生軸向DC場的電極長度方 向具有電阻。因此，即使輔助電極不具有分離的指狀電極或形成分壓器的分離的電氣元件， 輔助電極也可以如上面所述的那些一樣工作。相反，葉片沿著其長度可具有恒定電阻，當DC 電壓被施加至輔助電極時，恒定電阻產(chǎn)生線性的軸向DC場。可選地，葉片可具有變化的橫 截面，從而電壓梯度沿著輔助電極140、141、142、143的長度變化。作為另一個示例布置，形 成輔助電極的葉片的材料可被摻雜以使電阻期望地變化，從而產(chǎn)生變化的軸向DC場。在所有實施方式中，輔助電極可被應用到短于多極裝置的整個長度。雖然已經(jīng)討 論了電壓沿著輔助電極長度的單調(diào)遞增變化，但應理解，可以應用電壓的其它非單調(diào)遞增 變化。例如，可以在多極裝置的上游端應用減速電壓，使得碰撞室需要較少的碰撞氣體。隨 后，可以在多極裝置的下游端應用加速電壓以使離子穿過并離開該裝置。此外，DAC或其它 計算機控制的電壓供給裝置可被用來動態(tài)地改變施加至輔助電極的電壓，從而作為靜態(tài)DC 電壓供給裝置的代替或補充。應理解，質(zhì)譜儀可以僅通過一個插在主RF電極的任意相鄰對之間的輔助電極工 作。然而，更加均勻分布的軸向DC場由設置在文中公開的任意實施方式的多極裝置中的各 對相鄰主RF電極之間的多個輔助電極產(chǎn)生。當相同或相似電壓梯度沿著輔助電極的相應 長度產(chǎn)生于每個輔助電極中時尤其如此。
權(quán)利要求
1.一種具有多極離子導向裝置的質(zhì)譜儀，包括 電子控制器；多個主電極，可操作地連接至所述電子控制器和RF電源，所述RF電源用于在所述電子 控制器的操作下在所述多極離子導向裝置中施加RF電壓；至少一個輔助電極，經(jīng)由所述控制器連接至DC電壓源，所述至少一個輔助電極設置在 所述主電極的至少兩個相鄰主電極之間，所述至少一個輔助電極包括電氣元件，包括至少一個指狀電極列和使所述至少一個指狀電極列的相應指狀電極相 互連接的多個電阻器；以及襯底，支撐所述指狀電極和所述電阻器，其中，所述電壓源向所述電氣元件施加靜態(tài)DC電壓，從而所述指狀電極沿著所述輔助 電極的長度在所述指狀電極列的相應指狀電極上呈現(xiàn)單調(diào)遞增的電壓梯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其中，所述電子控制器和所述電阻器將施加到一個 或多個輔助電極的電壓限制為單調(diào)的電壓梯度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，還包括多個輔助電極，所述多個輔助電極包括所述 至少一個輔助電極，所述多個輔助電極設置在所述多極離子導向裝置中的各對相鄰主電極 之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其中，每個輔助電極的指狀電極列通常位于使該指 狀電極列定位在所述多極離子導向裝置的至少兩個相鄰主電極之間的平面中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀，其中所述至少一個輔助電極包括一個或多個彎曲薄板，所述一個或多個彎曲薄板形成一個 或多個彎曲襯底，所述一個或多個彎曲襯底包括用于使所述一個或多個彎曲襯底定位在所 述多極離子導向裝置的至少兩個相鄰主電極的彎曲主電極之間的至少一個襯底；并且 所述指狀電極列設置在所述一個或多個彎曲薄板上。
6.一種具有多極離子導向裝置的質(zhì)譜儀，包括 電子控制器；多個主電極，可操作地連接至所述控制器和RF電壓源，所述RF電壓源用于在所述控制 器的操作下向所述多極離子導向裝置中的主電極施加RF電壓；至少一個輔助電極，經(jīng)由所述控制器連接至DC電壓源，所述至少一個輔助電極設置 在多極離子導向裝置的所述主電極的至少兩個相鄰主電極之間，所述至少一個輔助電極包 括電氣元件，包括至少一個指狀電極列和與所述至少一個指狀 電極列的相應指狀電極連接的至少一個數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)； 以及至少一個襯底，支撐所述指狀電極；其中，所述DC電壓源通過所述至少一個DAC向所述指狀電極施加一個或多個DC電壓， 以沿著所述至少一個輔助電極的長度在所述至少一個指狀電極列的相應指狀電極上呈現(xiàn) 電壓梯度，從而使離子軸向地穿過所述質(zhì)譜儀的所述多極離子導向裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的質(zhì)譜儀，其中，所述至少一個DAC包括可編程邏輯控制并能夠 被動態(tài)地調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的質(zhì)譜儀，其中，所述電氣元件還包括電阻器，所述電阻器使所 述指狀電極的相應指狀電極相互連接以在所述指狀電極的相應指狀電極之間獲得單調(diào)遞 增的電壓梯度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的質(zhì)譜儀，還包括多個輔助電極，所述多個輔助電極包括所述 至少一個輔助電極，所述多個輔助電極連接至所述DC電壓源并且設置在所述多極離子導 向裝置的各對相鄰主電極之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的質(zhì)譜儀，其中，所述指狀電極列通常位于用于定位在所述多 極離子導向裝置的至少兩個相鄰主電極之間的平面中。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的質(zhì)譜儀，其中所述至少一個輔助電極包括一個或多個彎曲薄板，所述一個或多個彎曲薄板形成一個 或多個彎曲襯底，所述一個或多個彎曲襯底包括所述至少一個襯底；所述一個或多個彎曲襯底定位在所述至少兩個相鄰主電極的彎曲主電極之間；并且 所述指狀電極列設置在所述一個或多個彎曲薄板上。
12.一種使離子穿過質(zhì)譜儀中的多極離子導向裝置的方法，所述方法包括 將包括薄板的輔助電極設置在所述多極離子導向裝置的相鄰主RF電極之間； 通過設置在所述輔助電極的薄板上的至少一個指狀電極列在軸向方向上施加至少一系列步進單調(diào)的電壓；通過相應電阻器逐步向所述指狀電極施加相應電壓；以及通過所述一系列單調(diào)的電壓使離子在軸向方向上單調(diào)地穿過所述多極離子導向裝置。
13.一種使離子穿過質(zhì)譜儀中的多極離子導向裝置的方法，所述方法包括 將包括薄板的輔助電極設置在所述多極離子導向裝置的相鄰主電極之間；通過設置在所述輔助電極的薄板上的至少一個指狀電極列在軸向方向上施加至少一 系列電壓；通過一個或多個計算機控制的電壓供給裝置向所述指狀電極施加相應的DC電壓；以及通過所述一系列電壓使離子在軸向方向上穿過所述多極離子導向裝置。
14.一種在質(zhì)譜儀的多極離子導向裝置中產(chǎn)生離子移動軸向電場的輔助電極，所述輔 助電極包括至少一個襯底，支撐所述輔助電極的電氣元件，所述至少一個襯底被配置為定位在所 述多極離子導向裝置的主電極的至少兩個相鄰主電極之間； 所述電氣元件包括設置在所述至少一個襯底上的指狀電極列；以及靜態(tài)電阻器，所述靜態(tài)電阻器使所述指狀電極的相應指狀電極相互連接，以在所述多 極離子導向裝置的軸向方向上建立單調(diào)遞增的電壓梯度，從而使離子軸向地穿過所述多極 離子導向裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的輔助電極，其中 所述至少一個襯底包括薄板；所述指狀電極列設置在所述薄板上；并且所述電氣元件具有低輪廓或與所述薄板成一體，從而具有所述電氣元件的所述襯底形成整體單元以定位在所述多極離子導向裝置的至少兩個相鄰電極之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的輔助電極，其中所述薄板包括印刷電路板材料并且所述指狀電極列包括印刷導電材料； 所述指狀電極列設置在所述電路板材料的兩側(cè)；并且所述指狀電極列包括位于所述印刷電路板邊緣的印刷導電材料，該印刷導電材料連接 位于所述電路板材料的兩側(cè)的印刷導電材料，并在所述輔助電極的徑向最內(nèi)邊緣表面的大 部分上具有印刷導電材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的輔助電極，還包括凹陷，所述凹陷位于所述指狀電極列的 相應指狀電極之間的印刷電路板材料的邊緣中，從而用于使離子沉積在所述電路板材料的 絕緣材料表面上的可用位置是遠離所述離子束徑向向外凹陷的。
18.一種在質(zhì)譜儀的多極離子導向裝置中產(chǎn)生離子移動軸向電場的輔助電極，所述輔 助電極包括至少一個襯底，支撐所述輔助電極的電氣元件，所述至少一個襯底被配置為定位在所 述多極離子導向裝置的主電極的至少兩個相鄰主電極之間； 所述電氣元件包括設置在所述至少一個襯底上的指狀電極列；以及一個或多個數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，所述一個或多個數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器連接至所述指狀 電極的相應指狀電極以施加相應的DC電壓，以在所述多極離子導向裝置的軸向方向上產(chǎn) 生DC電壓梯度，從而使離子軸向地穿過所述多極離子導向裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的輔助電極，其中，所述一個或多個DAC包括可動態(tài)調(diào)整的DAC。
20.一種在質(zhì)譜儀的多極離子導向裝置中產(chǎn)生離子移動電場的整體拖曳場電極，所述 整體拖曳場電極包括硅，所述硅被摻雜以具有電阻，從而施加在所述整體拖曳場電極的第一端的電壓沿著 所述整體拖曳場電極的長度形成單調(diào)的電壓梯度，所述電壓梯度沿著所述整體拖曳場電極的長度產(chǎn)生軸向電場，從而使離子軸向地穿過 所述多極離子導向裝置。
全文摘要
用于產(chǎn)生拖曳場的輔助電極可被設置為位于薄襯底諸如印刷電路板材料上的指狀電極列，以插在多極的主RF電極之間?？梢酝ㄟ^實施分壓器來沿著輔助電極的長度施加一系列遞增電壓，該分壓器使用使指狀電極列的單獨指狀電極相互連接的靜態(tài)電阻器。動態(tài)電壓變化可被應用于單獨的指狀電極或成組的指狀電極。
文檔編號H01J49/06GK102067274SQ200980123848
公開日2011年5月18日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者格申·皮瑞爾曼, 艾德里安·蘭德, 邁克爾·沃尼斯克, 里·阿爾利, 馬克·哈德曼 申請人:薩莫芬尼根有限責任公司