【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体涉及质谱和离子迁移率光谱领域，更具体地说，涉及气体填充的离子导向器，尤其是离子的无透镜碰撞池。
技术介绍
1、在使用质谱法和/或离子迁移率光谱法的分析系统中，有必要用离子源电离样品材料，并将生成的离子传送到分析仪器。通常也希望通过将离子碎片化为更小的分子离子来改变离子源中产生的离子。这可以通过将样品离子引入碰撞池来完成，在碰撞池中，样品离子可以与位于碰撞池中的中性气体分子碰撞。通常情况下，将特选的气体，如氩气、氮气、氦气等，注入到碰撞池的高压区域，这样离子就会与注入的气体分子碰撞。所产生的碎片或产物子离子然后离开碰撞池，并被引入离子分析仪器。
2、在这样的碰撞池中，碰撞的次数取决于气体压力和反应时间，后者与碰撞池的碰撞路径长度和离子速度有关。因此，碰撞池内相对较高的压力必须得到精确控制，而离子分析系统的其他部件通常保持在真空状态。这对于“无透镜”碰撞池来说尤其如此，其放弃了在碰撞池的入口和出口使用狭窄的孔径和离子聚焦透镜。这样的无透镜碰撞池在美国专利8,481,929号中示出，其基本配置在图1和2中显示。
3、图1是显示上述碰撞池260的示意性俯视图，该碰撞池被安排用于接收从质量分析器225输出的离子。在通过碰撞池260后，离子被引导至第二质量分析器227。如图所示，碰撞池260中的离子被重新定向了180°，这使得整个系统保持紧凑。碰撞池260由四个半圆形的、为离子传输提供所需场的导电元件组成。这四个元件由导电材料制成，并连接到一个共同的绝缘板上，因此它们的排列是以单个平面为参照的。这确保了
4、如图2的沿图1中的a-a线获取的横截面所示，四方碰撞池(quadcollision cell)的每个电极361-364由导电的半圆形元件制成，并且所有四个电极361-364沿其长度连接到绝缘板365。这为电极表面提供了一个共同的参考平面，并确保在组装过程中正确对齐。图2中还示出了四个长形的密封件366、368，每个都位于两个相邻的电极之间。密封件366、368是薄的绝缘条，其跟随碰撞池的形状，提供围绕离子传输路径的隧道，其有助于保留注入的气体。
技术实现思路
1、根据本专利技术，提供了一种气体保留离子导向器，其与上文讨论的现有技术导向器类似，但也提供了在许多应用中有利的离子加速手段。在本专利技术的一个示例性实施例中，气体保留离子导向器有多个射频电极，其从离子导向器的入口延伸到出口。射频电极围绕导向器的离子区的中心轴分布，相对于中心轴有不同的角度位置，这样，当预定的射频电压(rf电压)的不同的相位，最常见的是相反的相位，施加到相邻的电极上时，产生射频电场，其提供离子区中离子的约束。
2、气体保留离子导向器还包括多个直流电极，这些电极从离子导向器的入口延伸到出口。直流电极围绕离子区分布在相对于中心轴的角度位置，这些角度位置位于射频电极的角度位置之间。每个直流电极由导电表面和绝缘体组成，该绝缘体与相邻的电极支撑结构进行机械接触，以便提供气体密封，抑制气体在径向方向上流出离子区。为了提供轴向直流电场分量，至少一些直流电极的导电表面与中心轴的径向距离在离子导向器的入口和出口之间变化。
3、在示例性实施例中，对每个导电表面施加共同的直流电压，并且导电表面与中心轴的变化的距离是轴向直流电场分量的来源。在该实施例的一个版本中，位于中心轴相对两侧的两个直流电极的导电表面与中心轴的径向距离，从离子导向器的入口到出口，要么增加要么减少。这种变化引入了一个轴向的直流电场分量，使离子区的离子沿着离子导向器的出口方向加速。为此，施加到直流电极的导电表面的直流电压可以具有极性，该极性分别对包含在离子导向器中的离子产生排斥作用或吸引作用，这取决于直流电极的径向距离从导向器的入口到出口是增加还是减少。
4、在示例性实施例中，直流电极安装在相邻射频电极的导电材料的相对槽之间。在该实施例中，直流电极的导电表面比射频电极的射频场生成表面离中心轴更远，该射频电极的射频场生成表面对离子区的射频电场起作用。每个直流电极在垂直于中心轴的平面上具有基本长方形的截面轮廓，而且每个直流电极的导电表面相对于中心轴的径向是垂直的。两个相邻的射频电极的射频场产生表面被一个间隙隔开，该间隙位于中心轴和临近的直流电极的导电表面之间。因此，直流电场通过相邻射频电极之间的间隙在相对的直流电极之间建立。
5、相邻射频电极之间的间隙可以是从入口到出口的恒定宽度，并且临近的直流电极的导电表面可以做得比间隙宽。特别是，导电表面的大小足以使其与通过间隙的离子区的任何直线轨迹相交。这就保证了任何逃离约束并沿着直线轨迹通过间隙的离子都会在直流电极的导电表面放电。直流电极的导电表面与射频电极的任何导电表面也有一个最小距离，其足以防止电弧的产生。在示例性实施例中，每个直流电极都具有绝缘基板，其导电表面位于该基板上，且导电表面仅覆盖该基板的一部分，这可防止与相邻射频电极的导电材料电接触。
6、在气体保留离子导向器的各种实施例中，直流电极的数量可以是这样的，即在每两个相邻的射频电极之间提供气体密封，从而抑制气体在所有径向方向上流出离子区。这样的设计可以使气体保留离子导向器作为离子碰撞池使用。这样的离子碰撞池可以进一步包括位于气体保留离子导向器的入口和出口之间的气体入口，在操作过程中通过它向离子区提供碰撞气体。
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1.一种气体保留离子导向器，包括
2.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中在直流电极的每个导电表面上施加共同的直流电压。
3.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中位于中心轴相对侧的两个直流电极的导电表面与中心轴的径向距离，从离子导向器的入口到出口之间增加或减少。
4.根据权利要求3所述的气体保留离子导向器，其中施加到直流电极的导电表面的直流电压的极性分别是排斥和吸引离子导向器中的离子。
5.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中直流电极安装在相邻射频电极的导电材料的相对槽之间。
6.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中直流电极的导电表面比射频电极的射频场生成表面离中心轴更远，所述射频电极的射频场生成表面对离子区的射频电场起作用。
7.根据权利要求6所述的气体保留离子导向器，其中每个直流电极在垂直于中心轴的平面上具有基本长方形的截面轮廓，而且每个直流电极的导电表面相对于中心轴的径向是垂直的。
8.根据权利要求7所述的气体保留离子导向器，其中两个相邻的射频电极的射频场产生
9.根据权利要求8所述的气体保留离子导向器，其中所述预定间隙的尺寸从入口到出口是恒定的。
10.根据权利要求8所述的气体保留离子导向器，其中所述临近的直流电极的导电表面的尺寸足以使其与来自离子区的任何通过所述间隙的直线轨迹相交。
11.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中直流电极的导电表面与射频电极的任何导电表面具有最小距离，所述最小距离足以防止电弧的产生。
12.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中每个直流电极具有绝缘基板，其导电表面位于所述基板上。
13.根据权利要求12所述的气体保留离子导向器，其中每个直流电极的导电表面仅覆盖基板的一部分，并且所述基板与相邻的射频电极的导电材料接触。
14.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中直流电极的数量是这样的，即在每两个相邻的射频电极之间提供气体密封，从而抑制气体在所有径向方向上从离子区流出。
15.一种包括权利要求14所述的气体保留离子导向器的离子碰撞池。
16.根据权利要求15所述的离子碰撞池，进一步包括位于气体保留离子导向器的入口和出口之间的气体入口，在操作期间通过所述入口向离子区提供碰撞气体。
17.一种在气体保留离子导向器中加速离子的方法，所述气体保留离子导向器包括多个射频电极，所述射频电极从离子导向器的入口延伸到出口，并围绕离子导向器的离子区分布在相对于中心轴的相应不同角度位置，使得当预定射频电压的不同相被施加到相邻的射频电极上时，会产生射频电场，对离子区的离子进行约束，所述方法还包括将多个直流电极定位在离子导向器中，所述直流电极从离子导向器的入口延伸到出口，并围绕离子区分布在相对于中心轴的、位于射频电极的角度位置之间的角度位置，每个直流电极都具有导电表面，并在两个相邻的射频电极之间提供气体密封，其抑制气体沿径向流出离子区，其中直流电极的至少一些导电表面与中心轴的径向距离在离子导向器的入口和出口之间变化。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在离子导向器中定位多个直流电极包括在中心轴的相对侧定位两个直流电极，它们的导电表面与中心轴的径向距离从离子导向器的入口到出口增加或减少。
19.根据权利要求17所述的方法，其中在离子导向器中定位多个直流电极包括将直流电极安装在相邻射频电极的导电材料中的相对槽之间。
20.根据权利要求17所述的方法，其中每个直流电极均具有绝缘基板，其导电表面位于所述绝缘基板上，所述绝缘基板与相邻射频电极的导电材料接触。
21.根据权利要求17所述的方法，其中在离子导向器中定位多个直流电极包括在离子导向器中定位一定数量的直流电极，所述数量足以在每两个相邻的射频电极之间提供气体密封，从而抑制气体在所有径向方向从离子区流出。
...【技术特征摘要】
1.一种气体保留离子导向器，包括
2.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中在直流电极的每个导电表面上施加共同的直流电压。
3.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中位于中心轴相对侧的两个直流电极的导电表面与中心轴的径向距离，从离子导向器的入口到出口之间增加或减少。
4.根据权利要求3所述的气体保留离子导向器，其中施加到直流电极的导电表面的直流电压的极性分别是排斥和吸引离子导向器中的离子。
5.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中直流电极安装在相邻射频电极的导电材料的相对槽之间。
6.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中直流电极的导电表面比射频电极的射频场生成表面离中心轴更远，所述射频电极的射频场生成表面对离子区的射频电场起作用。
7.根据权利要求6所述的气体保留离子导向器，其中每个直流电极在垂直于中心轴的平面上具有基本长方形的截面轮廓，而且每个直流电极的导电表面相对于中心轴的径向是垂直的。
8.根据权利要求7所述的气体保留离子导向器，其中两个相邻的射频电极的射频场产生表面被一个间隙隔开，所述间隙位于中心轴和临近的直流电极的导电表面之间。
9.根据权利要求8所述的气体保留离子导向器，其中所述预定间隙的尺寸从入口到出口是恒定的。
10.根据权利要求8所述的气体保留离子导向器，其中所述临近的直流电极的导电表面的尺寸足以使其与来自离子区的任何通过所述间隙的直线轨迹相交。
11.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中直流电极的导电表面与射频电极的任何导电表面具有最小距离，所述最小距离足以防止电弧的产生。
12.根据权利要求1所述的气体保留离子导向器，其中每个直流电极具有绝缘基板，其导电表面位于所述基板上。
13.根据权利要求12所述的气体保留离子导向器，其中每个直流电极的导电表面仅覆盖基板的一部分，并且所述基板与相邻的射频电极的导电材料接触。
【专利技术属性】
技术研发人员：费利奇安·蒙泰安，乌尔斯·斯坦纳，
申请(专利权)人：布鲁克瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：
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