專利名稱：虛擬離子阱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及根據(jù)帶電粒子的質(zhì)荷比進(jìn)行離子的儲存、分離和分析，并且?guī)щ娏Ｗ觼碜栽?、分子、粒子、亞原子粒子和離子。更特別地，本發(fā)明是一種使用虛擬離子阱執(zhí)行質(zhì)譜測量的設(shè)備，其中虛擬的方面關(guān)于電極的消除從而去除物理障礙，這導(dǎo)致通往俘獲體積的更開放的通路。
背景技術(shù)：
質(zhì)譜測量(MS)是分析化學(xué)家用于鑒定和定量環(huán)境和生物樣品中的痕量級化學(xué)元素和化合物的最重要的技術(shù)之一。因此，可以當(dāng)作獨立過程執(zhí)行MS。但是，當(dāng)結(jié)合分離技術(shù)例如氣相色譜法、液相色譜法、毛細(xì)管電泳法，以及離子遷移光譜法時，MS變得更強大。
在MS中，在包括磁、電和四極場的各種場中根據(jù)離子的質(zhì)荷比將它們分開。一種類型的四極質(zhì)譜儀是離子阱。已發(fā)展出幾個變種的離子阱質(zhì)譜儀用于分析離子。這些設(shè)備包括雙曲線配置，以及Paul、動態(tài)Penning，以及動態(tài)kingdon阱。在所有這些設(shè)備中，通過振蕩電場將離子收集并保留于阱中。振蕩電場的性質(zhì)如振幅、頻率的改變、AC或DC場的迭加，以及其他方法可以用來根據(jù)離子的質(zhì)荷比使離子選擇性地從阱中射出到探測器上。
主要參考所使用的質(zhì)量分析器將質(zhì)譜儀分類。這些質(zhì)量分析器包括扇形磁場和扇形電場、離子回旋共振(ICR)、四極、飛行時間(TOF)，以及射頻離子阱。
這些質(zhì)量分析器的每種具有其自身的優(yōu)點和缺點。例如，扇形和ICR儀器以它們的高質(zhì)量分辨率著稱，TOF以其速度著稱，而四極和離子阱以它們的簡單和體積小著稱。ICR和扇形儀器典型地龐大且操作復(fù)雜，并且如同TOF的情況一樣要求高真空，而四極和離子阱在較高壓力下工作但提供較低的質(zhì)量分辨率。大多數(shù)分析問題可以使用低性能儀器來解決。因此，價格便宜很多的四極和離子阱質(zhì)譜儀在行業(yè)中普遍地使用。
質(zhì)譜儀包括為分析準(zhǔn)備離子的離子源、根據(jù)離子的質(zhì)荷比將離子分離的分析器，以及將離子信號放大以供數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄和存儲的探測器。
在上面注意到，離子阱質(zhì)譜儀的一個特別優(yōu)點在于這些設(shè)備典型地不需要像其他類型質(zhì)譜儀那樣的在其中工作的高真空。事實上，由于存在的背景氣體引起的碰撞削弱性效應(yīng)，可以改進(jìn)離子阱質(zhì)譜儀的性能。離子阱質(zhì)譜儀典型地在mTorr范圍的壓力下最好地工作。
還觀察到，離子阱越小可能的工作壓力越高。這對于便攜式和手持儀器是重要的優(yōu)點，這不僅因為離子阱、電子和功率配備的體積減小，而且因為必須使用的真空泵的體積減小。
還注意到對減小便攜和手持用途的離子阱質(zhì)譜儀的體積已有相當(dāng)大的關(guān)注，這一點很重要。不利的是，減小離子阱體積的主要問題在于當(dāng)設(shè)法保持良好的離子阱分辨率時，在小體積下加工容差變得更苛刻。Oak Ridge的研究小組報告了小型離子阱的一個例子。該設(shè)備基本上是結(jié)構(gòu)上沒有實質(zhì)改變而僅僅是尺寸改變的小型化版本的圓柱形離子阱。
還注意到，因為阱中粒子的空間電荷排斥問題，當(dāng)涉及小型離子阱時俘獲離子的能力是另一個問題。
因此，所需要的是這樣一種離子阱，它能夠容易地小型化而不妥協(xié)MS的分辨率，提供通往俘獲體積的更容易的通路，使俘獲體積內(nèi)的空間達(dá)到最大，并且與現(xiàn)有加工技術(shù)相比更容易滿足制造容差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種虛擬離子阱，它提供通往俘獲體積的更容易的通路。
另一個目的在于提供一種與現(xiàn)有加工技術(shù)相比能夠更容易地制造的虛擬離子阱。
另一個目的在于提供一種能夠小型化而不犧牲MS的分辨率的虛擬離子阱。
在優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明是一種使用電聚焦場代替通常包圍俘獲體積的加工金屬電極的虛擬離子阱，其中兩個相對板包括多個獨特設(shè)計涂覆電極，并且其中可以使用與現(xiàn)有加工技術(shù)相比允許更高容差的平版印刷技術(shù)將電極布置在兩個相對板上。
在本發(fā)明的第一方面，產(chǎn)生電場的多個電極布置在兩個相對板上，從而形成俘獲體積。
在本發(fā)明的第二方面，可以通過改變對多個電極的施加電勢，改變電極的數(shù)目，改變電極的取向，以及改變電極的形狀來修改俘獲場。
在本發(fā)明的第三方面，可以使用上述多個電極在單個離子阱中形成多個俘獲體積。
在本發(fā)明的第四方面，可以形成大規(guī)模并聯(lián)或串聯(lián)的虛擬離子阱陣列。
在本發(fā)明的第五方面，虛擬離子阱可以在電學(xué)上糾正被產(chǎn)生以形成俘獲體積的電勢場線中的不完美。
當(dāng)思考下面與附圖結(jié)合的詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些和其他目的、特征、優(yōu)點和替代方面對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得明白。


圖1是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的現(xiàn)有技術(shù)離子阱的透視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理實施的第一實施方案的邊視圖。
圖3是第一實施方案的兩個平行相對面之一的內(nèi)側(cè)面的側(cè)視圖。
圖4是第一實施方案的兩個平行相對面之一的外側(cè)面的側(cè)視圖。
圖5是本發(fā)明另一種實施方案的透視圖，其中圖2的虛擬離子阱的圓形相對面現(xiàn)在制作成矩形。
圖6是圖5的虛擬離子阱的邊緣側(cè)視圖。
圖7是第一實施方案中存在的電勢場線的更完整說明的例子。
圖8是可以在最新技術(shù)離子阱中產(chǎn)生的電勢場線的相同說明。
圖9是平面開放儲存環(huán)離子阱的透視圖。
圖10是圖9的平面開放儲存環(huán)離子阱的透視截面圖。
圖11是至少部分說明電勢場線的圖9和10的平面開放儲存環(huán)離子阱的截面圖的說明。
圖12是圓柱形離子阱的透視截面圖。
圖13是至少部分說明電勢場線的圖12的圓柱形離子阱的截面圖和前視圖。
圖14是平板82和圓柱84虛擬離子阱的透視圖。
圖15是圖14中所示的平板和圓柱虛擬離子阱的透視截面圖。
圖16用來說明圖15的平板和圓柱虛擬離子阱中存在的電勢場線。
圖17是圓柱形虛擬離子阱的透視圖和看透圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖，其中將為本發(fā)明的各種元素給出數(shù)字指示，并且其中將討論本發(fā)明以便使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┖褪褂帽景l(fā)明。應(yīng)當(dāng)明白下面的描述只是本發(fā)明原理的示例，而不應(yīng)當(dāng)視為限制隨后的權(quán)利要求。
在本發(fā)明描述的開始理解幾個重要問題是重要的。首先，應(yīng)當(dāng)明白沒有單個優(yōu)選實施方案，而是不同實施方案具有不同的優(yōu)點。不應(yīng)當(dāng)從被描述的順序做出關(guān)于最佳實施方案的假設(shè)。
第二，本發(fā)明是一種典型地與質(zhì)譜儀一起使用的虛擬離子阱，其中質(zhì)譜儀典型地用來執(zhí)行包括帶電粒子的各種粒子的俘獲、分離和分析，并且?guī)щ娏Ｗ觼碜栽?、分子、粒子、亞原子粒子和離子。為了簡明，所有這些粒子貫穿全文稱作離子。
首先可以根據(jù)其功能描述本發(fā)明。特別地，本發(fā)明是一種供質(zhì)譜儀中使用的離子阱，但代替使用包圍被俘獲離子的加工金屬電極，從布置在一般地平面平行相對面上的電極中產(chǎn)生電聚焦場。因此術(shù)語“虛擬”應(yīng)用于這樣一個事實，即電極的限制壁用電聚焦場所建立的“虛擬”壁來代替。
因此通過描述本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的一些較知名的離子阱來簡要地開始詳細(xì)描述?？紤]圖1，它是典型的現(xiàn)有技術(shù)離子阱的透視圖?，F(xiàn)有技術(shù)離子阱10包括金屬環(huán)電極12和兩個金屬端蓋14。金屬環(huán)電極12近赤道居中?？梢栽诂F(xiàn)有技術(shù)中找到更簡化的離子阱幾何學(xué)，例如具有固體平面或網(wǎng)格端蓋從而形成圓柱形離子阱的簡單圓柱環(huán)電極。另一種形式的阱是線性離子阱。使用布置在中心軸周圍的四個或更多固體金屬桿并且靜電端蓋布置在桿的每端而形成俘獲場。環(huán)形離子阱和循環(huán)線性阱類似于線性四極，但電極桿彎曲成圓形。該配置取消對端蓋的需要。離子被俘獲到四個圓形桿之間的環(huán)形空間中。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的另外的離子阱中包括RF和DC Kingdon、DCorbitron和DC線性。注意到僅基于DC場的阱要求離子具有相當(dāng)大的動能和明確的軌道。在緩沖氣體存在(即低真空)的情況下，因為緩沖氣體阻尼離子的軌道僅基于DC的阱不能工作。
重要的是從現(xiàn)有技術(shù)中理解到，用來建立俘獲體積的電極通過它們自己形成對離子、光子、電子、粒子，以及原子或分子氣體進(jìn)入和射出離子阱的實質(zhì)壁壘。
圖2提供為根據(jù)本發(fā)明原理制造的典型的但決不是最簡單形式的虛擬離子阱20。但是，該第一實施方案的邊視圖說明了將在下文中描述的本發(fā)明的所有實施方案所共有的本發(fā)明的幾個重要原理。
首先，線性RF四極及其他現(xiàn)有技術(shù)離子阱的某些固體物理電極面被去除，以便有利于虛擬電極。通過將一系列的一個或多個電極布置到產(chǎn)生與電極所替代的固體物理面類似的恒定電勢面的這些相對面22上形成虛擬電極。
第二，對齊相對面22，以便彼此形成鏡像。
第三，相對面22基本上彼此平行。
第四，相對面22基本上平整。但是，要提到相對面22可以修改成包括某些弓形特性。但是，通過使相對面22關(guān)于它們可能具有的任何弓形特性一般地對稱從而使得更容易形成期望的俘獲體積將保持最佳的結(jié)果。
圖1的第一實施方案的具體特征現(xiàn)在將描述如下。內(nèi)側(cè)相對面22上施加有振蕩電場。振蕩電場的施加是上述所有離子阱所共有的。外側(cè)面24上施加有公共電勢，在該情況下它是公共地電勢。但是，圖3和4說明某些其他的重要特征。
圖3顯示兩個內(nèi)側(cè)面22按獨特的圖案涂覆有導(dǎo)電材料，使得圓形圖案26的格子保持無涂覆。每個圓形圖案26的中心布置有穿過外側(cè)面24的孔徑28。外側(cè)面24和布置成穿過未涂覆的圓形圖案26的中心的孔徑也涂覆有與內(nèi)側(cè)面22的導(dǎo)電材料電隔離的導(dǎo)電材料。
還注意到每個相對面22上的圓形圖案26的格子不僅布置成彼此面對，而且圓形圖案還中心對齊。
需要作關(guān)于涂料的另一個觀察。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“涂料”指的是能夠布置在基體上為電極或基體的選定部分提供非常特定的電性質(zhì)的導(dǎo)電材料、不導(dǎo)電或絕緣材料，以及半導(dǎo)體材料。例如，涂料實際上可以用作布置在基體上以形成產(chǎn)生俘獲體積的電勢場線的電極。
還注意到雖然在該實施方案中使用圓形圖案26的格子，但可選地圖案可以是期望的其他形狀，例如方形。
當(dāng)交變或振蕩電場施加到虛擬離子阱20的兩個內(nèi)側(cè)面22上，并且恒定電勢施加到外側(cè)面24和孔徑28上時，每個圓形圖案26及其相對圓形圖案26形成能夠?qū)㈦x子保持于其中的俘獲電場。
在圖2、3和4所示的實施方案中，被俘獲離子向相對面22之間的每個圓形圖案26的中心聚焦?？梢栽谙鄬γ?2之間施加緩慢增加的電勢差以形成動態(tài)改變的電場，該電場根據(jù)離子的質(zhì)荷比選擇性地將離子從一側(cè)或另一側(cè)發(fā)射出阱。
本發(fā)明的虛擬離子阱具有優(yōu)于最新技術(shù)離子阱的幾個獨特的重要的優(yōu)點。本發(fā)明最重要的方面之一在于可用來構(gòu)造布置于相對面上的電極的高精度。最新技術(shù)依賴于加工金屬電極。使用加工金屬部件可實現(xiàn)的容差基本上小于使用平版印刷可實現(xiàn)的容差。
光刻(photolithography)或任何其他涂鍍技術(shù)(platingtechnology)可用來將導(dǎo)電跡線或電極布置到虛擬離子阱的相對面上。顯然地，與加工金屬部件相比，涂鍍技術(shù)例如光刻能夠具有非常高的精度。例如，可以在芯片制造業(yè)中所使用的那些硅晶片上構(gòu)造圖2、3和4的相對面22。顯然地，因為軌跡的精度提升和尺寸減小是芯片制造領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，非常高的精度是可能的。
本發(fā)明的其他獨特優(yōu)點包括但不局限于簡單制造、低成本、小型化以及質(zhì)量再現(xiàn)能力。
圖5是本發(fā)明另一種實施方案的透視圖。圖5顯示虛擬離子阱20的圓形相對面22現(xiàn)在制作成虛擬離子阱30的矩形32。電極34現(xiàn)在布置成與矩形相對面32的相對邊36和38相鄰。矩形相對面32上的電極34之間的空間40是阻抗材料。因此振蕩電場施加到電極34上，而恒定或公共模式電勢施加到外側(cè)矩形面42。
可選地，振蕩電場可以施加到外側(cè)矩形面42，而公共模式電勢施加到電極34。
圖6是虛擬離子阱30的邊緣側(cè)視圖。注意電極34的位置。在虛擬離子阱30的中心處顯示電勢場線44。這些電勢場線44僅被部分顯示，并且說明電勢場線關(guān)于彼此和矩形相對面32的取向。
本發(fā)明的另一個重要優(yōu)點在于進(jìn)一步塑造本發(fā)明所產(chǎn)生的電勢場線的能力。墊補(shimming)是額外電極在戰(zhàn)略上布置到構(gòu)成本發(fā)明虛擬離子阱的表面、平板、圓柱以及其他結(jié)構(gòu)的端部的過程。添加額外電極，以便修改電勢場線。通過將電勢施加到這些額外電極上，基本上使它們變直或者使它們基本上彼此平行是可能的。因為電勢場線對離子的影響，該動作導(dǎo)致本發(fā)明的性能改進(jìn)。
但是，墊補的效果不局限于使場線變直?！袄硐牖摹眻鐾庑尉哂胁皇瞧街被蚱叫械木€也是可以的。因此，可以執(zhí)行墊補以形成對于特定應(yīng)用“理想化的”的場外形，即使該應(yīng)用要求弓形的場線。
在圖5和6的實施方案中，觀察到可以在多個位置添加墊補電極。例如，可以添加墊補電極作為在相對邊36和38之間延伸的垂直電極?？蛇x地，墊補電極可以布置成與產(chǎn)生構(gòu)成俘獲體積的期望電勢場線的電極34相鄰。在另一種可選實施方案中，電極34甚至可以被切割以便與靠近矩形相對面32的端部的電極部分相電隔離。
圖7僅提供為電勢場線44的更完整說明的例子。注意到豁口(gap)46完全開放。該豁口46允許虛擬離子阱30對于射出的離子完全透明，從而導(dǎo)致更高的探測效率。另外，虛擬離子阱30允許光束穿透離子阱到達(dá)俘獲體積，從而允許激發(fā)、電離、分裂，或其他光化學(xué)或分光過程。
與圖7形成對比，圖8說明能夠在最新技術(shù)離子阱50中產(chǎn)生的電勢場線52的類似說明。但是，通往俘獲體積的通路被電極或壁結(jié)構(gòu)54完全堵塞。因此，唯一可能的通路將經(jīng)由穿過壁結(jié)構(gòu)54的某些小孔徑，或經(jīng)由端蓋中(沒有顯示)的穿孔。
圖9是平面開放儲存環(huán)離子阱60的透視圖。在可選實施方案中，儲存環(huán)配置可以用不具有穿過中心軸的孔徑的固體圓盤代替。電極布置在相同位置。
圖10是圖9的平面開放儲存環(huán)離子阱60的透視截面圖。注意電極62布置成與中央孔徑64相鄰，并且與外邊緣66相鄰，其中中央孔徑64布置成同軸地包圍中心軸線68。
圖11是至少部分說明電勢場線69的圖9和10的平面開放儲存環(huán)離子阱60的截面圖的說明。
圖12是圓柱形離子阱70的透視截面圖。注意電極72布置成與邊緣76相鄰，并且布置成同軸地包圍中心軸線74。
圖13是至少部分說明電勢場線78的圓柱形離子阱70的截面前視圖。
圖14是平板82和圓柱84虛擬離子阱80的透視圖。
圖15是圖14中所示的平板和圓柱虛擬離子阱80的透視截面圖。注意到電極86布置在圓柱84的內(nèi)側(cè)，并與平板82的連接點相鄰。還注意到電極88布置在平板82的內(nèi)側(cè)上，并與圓柱84的連接點相鄰。
圖16提供來說明平板和圓柱虛擬離子阱80中存在的電勢場線90。應(yīng)當(dāng)注意本發(fā)明的可選實施方案，圖16的視圖可以從紙面向外延伸。換句話說，離子阱可以是所顯示的壁82和84的線性延伸。
圖17是圓柱形虛擬離子阱100的透視和看穿視圖，其中外圓柱102和內(nèi)圓柱104具有分隔開的并布置成圍繞其圓周的多個電極106。
可以用于虛擬離子阱的構(gòu)造的一些其他材料包括鉛化玻璃半導(dǎo)體?？梢匝心セ蛱幚磴U化玻璃半導(dǎo)體從而形成導(dǎo)電區(qū)域，以及不研磨和處理以留下阻抗區(qū)域。
還考慮到一般地在電子領(lǐng)域中通常使用的電路板。在表面?zhèn)?，多個電極可以在其上布置成電跡線。可以使用孔徑經(jīng)由電阻器將電極電連接到電路板的背面上。
應(yīng)當(dāng)理解上述方案只是本發(fā)明原理的應(yīng)用的說明。許多修改和可選方案可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員設(shè)計，而不背離本發(fā)明的本質(zhì)和范圍。附加權(quán)利要求打算覆蓋這些修改和布方案。
權(quán)利要求
1.一種提供通往虛擬離子阱中至少一個俘獲體積的更多通路的方法，所述方法包括步驟(1)提供具有大約相同尺寸的至少兩個基本平行面，它們被取向為具有相對面；(2)將多個電極布置到該兩個基本平行面的相對面上；以及(3)使用該多個電極產(chǎn)生多個電聚焦場從而將離子俘獲到相對面之間的至少一個俘獲體積中，其中由于該兩個基本平行面之間的電極或其他結(jié)構(gòu)的不存在，通往該至少一個俘獲體積的更多通路變得可能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法還包括使用涂鍍技術(shù)將多個電極布置到兩個基本平行平板上的步驟，從而在形成多個電極時獲得高的精確度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中涂鍍技術(shù)選自光刻構(gòu)成的涂鍍技術(shù)、用于導(dǎo)電材料的涂鍍技術(shù)、用于絕緣材料的涂鍍技術(shù)，以及用于半導(dǎo)體材料的涂鍍技術(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過從包括施加選定電壓到多個電極上、修改多個電極的數(shù)目、修改多個電極的取向、修改多個電極的形狀、修改多個電極的性質(zhì)的一組方法以及上述方法的任意組合中選擇一種方法來執(zhí)行產(chǎn)生多個電聚焦場的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法還包括在兩個基本平行平板之間形成多個俘獲體積的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中通過從包括施加選定電壓到多個電極上、修改多個電極的數(shù)目、修改多個電極的取向、修改多個電極的形狀、修改多個電極的性質(zhì)的一組方法以及上述方法的任意組合中選擇一種方法來執(zhí)行形成多個俘獲體積的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法還包括通過用導(dǎo)電材料、絕緣材料或半導(dǎo)體材料涂覆該至少兩個平行面將多個電極布置到該至少兩個基本平行面上的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中提供布置有多個電極的兩個基本平行面的步驟還包括產(chǎn)生虛擬電勢面從而代替物理面的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中提供兩個基本平行面的步驟還包括提供關(guān)于公共點、線或面至少部分弓形的兩個基本平行平板的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中提供兩個基本平行面的步驟還包括步驟(1)提供兩個相對圓盤作為該至少兩個基本平行面，其中兩個相對圓盤的每個具有從中穿過的孔徑，孔徑關(guān)于圓盤的中心軸居中，并且其中一個圓柱連接每個圓盤并且關(guān)于中心軸同軸居中，并且其中每個孔徑的邊緣與每個圓柱的邊緣在連接縫處相接；(2)將第一圓形電極布置到兩個相對圓盤的每個上并與連接縫相鄰；以及(3)將第二圓形電極布置到兩個圓柱的每個上并與連接縫相鄰，其中第一電極和第二電極彼此電隔離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法還包括步驟(1)提供兩個基本平行面為兩個相同四邊形，其中第一平直電極布置成彼此相對并與兩個相同四邊形的第一邊緣相鄰；以及(2)其中第二平直電極布置成彼此相對并與兩個相同四邊形的第二邊緣相鄰。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中該方法還包括使用平行四邊形作為四邊形的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中該方法還包括從包括正方形和矩形的一組平行四邊形中選擇兩個相同平行四邊形的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法還包括將多個墊補電極布置到兩個基本平行平板上的步驟，其中墊補電極布置到上面以修改虛擬離子阱的電勢場線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該方法還包括將多個墊補電極布置成與兩個基本平行平板的邊緣相鄰的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該方法還包括將多個墊補電極布置成與用作第一平直電極的電極平行。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中該方法還包括用導(dǎo)電或半導(dǎo)體材料形成墊補電極的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法還包括步驟(1)提供兩個基本平行面為兩個相同且同軸排列的圓盤，(2)其中第一電極布置成彼此相對，與中心軸相鄰并關(guān)于中心軸居中；以及(3)其中第二電極彼此相對，與兩個基本平行圓盤的外圓周相鄰并關(guān)于外圓周居中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中該方法還包括布置穿過兩個基本平行面的中心軸的孔徑的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法還包括步驟(1)提供兩個相對半圓盤作為基本平行平板，其中兩個相對盤的的每一個從中切割有關(guān)于半圓盤的旋轉(zhuǎn)軸居中的半圓槽，并且其中半圓柱連接每個盤并關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸同軸居中，并且其中每個半圓槽的邊緣與每個半圓柱的邊緣在連接點處相接；(2)將第一半圓電極布置到兩個相對半圓盤的每個上并與連接點相鄰；以及(3)將第二半圓電極布置到兩個半圓柱的每個上并與連接點相鄰，其中第一電極和第二電極彼此電隔離。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法還包括步驟(1)將多個圖案布置到相對面上，其中多個圓形圖案具有電阻性涂料；(2)布置穿過多個圖案中每個的中心軸的孔徑；以及(3)在不存在多個圖案的地方用導(dǎo)電材料涂覆相對面，但使相對面與孔徑電隔離。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中該方法還包括從包括圓形和正方形的一組圖案中選擇圖案的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中該方法還包括將孔徑電連接到兩個基本平行面中每個的導(dǎo)電背面的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法還包括提供四組基本平行相對面的步驟，其中該四組基本平行相對面接合以便形成正方形的四個角落，其中相鄰相對面在與其垂直的接縫處接合。
25.一種減小質(zhì)譜儀中離子阱的尺寸的方法，所述方法包括步驟(1)提供至少兩個基本平行面；以及(2)使用涂鍍技術(shù)將多個電極布置到該至少兩個基本平行面上，從而在多個電極的物理特性上獲得比加工技術(shù)可獲得的更精確的控制。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中該方法還包括使用該多個電極產(chǎn)生多個電聚焦場從而將離子俘獲到至少一個俘獲體積中的步驟，其中由于該兩個基本平行面之間的電極或其他結(jié)構(gòu)的不存在，通往至少一個俘獲體積的更多通路變得可能。
27.一種虛擬離子阱，提供通往它的至少一個俘獲體積的更多通路，所述系統(tǒng)包括具有大約相同尺寸的至少兩個基本平行面，它們被取向為具有相對面；布置到該至少兩個基本平行面上的多個電極，其中該多個電極產(chǎn)生多個電聚焦場從而將離子俘獲到至少一個俘獲體積中，并且其中由于該至少兩個基本平行面之間的電極或其他結(jié)構(gòu)的不存在，通往該至少一個俘獲體積的更多通路變得可能。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的虛擬離子阱，其中虛擬離子阱還包括用于產(chǎn)生多個電聚焦場的工具，其中電聚焦場產(chǎn)生工具能夠施加選定電壓到多個電極上從而建立至少一個俘獲體積。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的虛擬離子阱，其中虛擬離子阱還包括布置在至少兩個基本平行面之間的多個俘獲體積。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的虛擬離子阱，其中通過修改虛擬離子阱的物理特性形成多個俘獲體積，其中物理特性選自包括多個電極的總數(shù)、多個電極的取向、多個電極的性質(zhì)、多個電極的形狀的可修改特性以及上述可修改特性的任意組合。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的虛擬離子阱，其中虛擬離子阱還包括布置到該至少兩個基本平行面上的涂料，其中涂料是導(dǎo)電材料、絕緣材料或半導(dǎo)體材料。
32.根據(jù)權(quán)利要求27的虛擬離子阱，其中虛擬離子阱還包括虛擬電勢面，其中虛擬電勢面代替物理面。
33.根據(jù)權(quán)利要求27的虛擬離子阱，其中虛擬離子阱還包括關(guān)于公共點、線或面至少部分弓形的兩個基本平行平板。
34.根據(jù)權(quán)利要求27的虛擬離子阱，其中虛擬離子阱還包括作為該至少兩個基本平行面的兩個相對圓盤，其中兩個相對圓盤的每個布置有從中穿過的孔徑，孔徑關(guān)于圓盤的中心軸居中，并且其中圓柱連接到每個圓盤并關(guān)于中心軸同軸居中，并且其中每個孔徑的邊緣與每個圓柱的邊緣在連接縫處相接；布置到兩個相對圓盤的每個上并與連接縫相鄰的第一圓形電極；以及布置到兩個圓柱的每個上并與連接縫相鄰的第二圓形電極，其中第一和第二電極彼此電隔離。
35.根據(jù)權(quán)利要求27的虛擬離子阱，其中虛擬離子阱還包括作為該至少兩個基本平行面的兩個相同平行四邊形，其中第一平直電極布置成彼此相對并與兩個相同平行四邊形的第一邊緣相鄰；以及布置成彼此相對并與兩個相同平行四邊形的第二邊緣相鄰的第二平直電極，其中每個平行四邊形的第一邊緣和第二邊緣彼此相對并平行。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的虛擬離子阱，其中兩個相同平行四邊形選自包括正方形和矩形的平行四邊形。
37.根據(jù)權(quán)利要求27的虛擬離子阱，其中虛擬離子阱還包括布置到該至少兩個基本平行面上的多個墊補電極，其中墊補電極布置到上面以修改虛擬離子阱的電勢場線。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的虛擬離子阱，其中多個墊補電極布置成與該至少兩個基本平行面的邊緣相鄰。
39.根據(jù)權(quán)利要求27的虛擬離子阱，其中虛擬離子阱還包括兩個相同且同軸排列的圓盤，每個布置有穿過其中心軸的孔徑；布置成彼此相對、與孔徑相鄰并關(guān)于孔徑居中的兩個第一電極；布置成彼此相對、與兩個基本平行圓盤的外圓周相鄰并關(guān)于外圓周居中的兩個第二電極。
40.根據(jù)權(quán)利要求27的虛擬離子阱，其中虛擬離子阱還包括作為兩個基本平行平板的兩個相對半圓盤，其中兩個相對盤的每個從中切割有關(guān)于半圓盤的旋轉(zhuǎn)軸居中的半圓槽，并且其中半圓柱連接每個盤并關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸同軸居中，并且其中每個半圓槽的邊緣與每個半圓柱的邊緣在連接點處相接；布置到兩個相對半圓盤的每個上并與連接點相鄰的第一半圓電極；布置到兩個半圓柱的每個上并與連接點相鄰的第二半圓電極，其中第一電極和第二電極彼此電隔離；以及至少兩個端蓋，從而控制電聚焦場。
41.一種供質(zhì)譜儀使用的虛擬離子阱，所述虛擬離子阱包括具有相對面的至少兩個基本平行面；以及布置到該兩個相對面上的多個電極，其中使用涂鍍技術(shù)從而在多個電極的物理特性上獲得比加工技術(shù)可獲得的更精確的控制。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的虛擬離子阱，其中虛擬離子阱還包括多個電極，多個電極產(chǎn)生多個電聚焦場從而將離子俘獲到相對面之間的至少一個俘獲體積中，其中由于該兩個基本平行面之間的電極或其他結(jié)構(gòu)的不存在，通往該至少一個俘獲體積的更多通路變得可能。
43.一種制造虛擬離子阱的方法，該虛擬離子阱提供通往布置于其中的至少一個俘獲體積的更多通路，所述方法包括步驟(1)提供具有大約相同尺寸的至少兩個基本平行面，它們被取向為以便具有相對面；以及(2)使用允許在多個電極的定位和厚度上利用高精度的光刻技術(shù)，將多個電極布置到該兩個基本平行面的相對面上。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中該方法還包括使用該多個電極產(chǎn)生多個電聚焦場從而將離子俘獲到相對面之間的至少一個俘獲體積中的步驟，其中由于該兩個基本平行面之間的電極或其他結(jié)構(gòu)的不存在，通往該至少一個俘獲體積的更多通路變得可能。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中通過從包括施加選定電壓到多個電極上、修改多個電極的數(shù)目、修改多個電極的取向、修改多個電極的性質(zhì)、修改多個電極的形狀的一組方法以及上述方法的任意組合中選擇一種方法來執(zhí)行產(chǎn)生多個電聚焦場的步驟。
46.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中該方法還包括在兩個基本平行面之間形成多個俘獲體積的步驟。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中通過從包括施加選定電壓到多個電極上、修改多個電極的數(shù)目、修改多個電極的取向、修改多個電極的性質(zhì)、修改多個電極的形狀的一組方法以及上述方法的任意組合中選擇一種方法來執(zhí)行形成多個俘獲體積的步驟。
48.根據(jù)權(quán)利要求43的方法，其中提供其上布置有多個電極的兩個基本平行面的步驟還包括產(chǎn)生虛擬電勢面從而代替物理面的步驟。
全文摘要
一種使用電聚焦場代替通常包圍俘獲體積的加工金屬電極的虛擬離子阱，其中兩個相對面包括多個獨特設(shè)計涂覆電極，并且其中可以使用與現(xiàn)有加工技術(shù)相比允許更高容差的平版技術(shù)將電極布置在兩個相對面上。
文檔編號B01D59/44GK1973351SQ200480018163
公開日2007年5月30日 申請日期2004年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者埃德加·D·莉, 艾倫·L·羅克伍德, 蘭德爾·魏特, 斯蒂芬·A·拉默特, 米爾頓·L·利 申請人:楊百翰大學(xué)