用于离子束成形的收敛多极离子导向件制造技术

本实用新型专利技术涉及用于离子束成形的收敛多极离子导向件。一种多极离子导向件包括围绕轴线而布置的杆，每根杆具有第一末端和远离第一末端的第二末端。每根杆被布置为在第一末端处离轴的相应距离大于第二末端处。该多极离子导向件包括用于在相邻的杆对之间施加射频（ＲＦ）电压，其中该ＲＦ电压在杆之间的区域中产生多极场；以及用于沿着各根杆的长度施加直流（ＤＣ）电压降的装置。还公开了一种质谱系统。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及用于离子束成形的收敛多极离子导向件(multipole ionguide)。
技术介绍
质谱(MS)是一种用于样品的定量元素分析的分析方法。样品中的分子被电离并 被光谱仪基于它们各自的质量而分离。然后检测所分离的分析物离子(analyte ion)，并且 产生样品的质谱。质谱提供关于构成样品的各种分析物粒子的质量(并且在一些情况下还 关于构成样品的各种分析物粒子的量)的信息。具体地，质谱可用于确定分析物内的分子 的分子量和分子碎片。另外，质谱可以基于碎裂模式(fragmentation pattern)来识别分 析物内的成分。通过质谱来分析的分析物离子可以通过各种电离系统中的任意一种来产生。例 如，可以采用大气压基体辅助激光解吸电离(AP-MALDI)、大气压光电离(APPI)、电喷雾电 离(ESI)、大气压化学电离(APCI)和电感耦合等离子(ICP)系统在质谱系统中产生离子。 这些系统中的许多系统以大气压(760托)或者接近大气压而产生离子。一旦被产生，分析 物离子就必须被引入或采样到质谱仪中。通常，质谱仪的分析器部分维持在从10_4托到10_8 托的高真空水平。实际上，对离子进行采样包括将精密限制的离子束形式的分析物离子通 过一个或多个中间真空室而从离子源传输到高真空质谱仪室。每个中间真空室维持在前面 和后面的室的真空水平之间的真空水平。因此，离子束以逐步的方式从与离子形成相关联 的压力水平到质谱仪的压力水平传输分析物离子的转变。在多数应用中，希望将离子传输 过质谱仪系统的各个室中的每一个而没有显著的离子损耗。通常使用离子导向件在所定义 的方向上将离子移至MS系统中。离子导向件通常利用电磁场在径向上限制离子，同时在轴向上允许或者促进离子 传输。一种类型的离子导向件通过施加依赖于时间的电压而产生多极场，该电压通常在射 频(RF)频谱中。这些所谓的RF多极离子导向件广泛应用于在MS系统的部件之间以及离 子阱的组件之间传送离子。当在存在缓冲气体的情况下进行操作时，RF导向件能够在轴向 和径向二者上降低离子的速度。这种离子速度在轴向和径向上的降低已知是由于离子与缓 冲气体的中性分子的多次碰撞而使离子“热能化(thermalize)”或“冷却”。在径向上经压 缩的热能化束对于改善穿过MS系统的孔洞的离子传输和降低在飞行时间(TOF)设备中传 播的轴向速度是有用的。RF多极离子导向件产生伪势阱(pseudo potential well)，伪势 阱限制离子导向件内的离子。在恒定截面多极中，这种伪电势沿着长度是恒定的，因而除了 在入口和出口处之外不产生轴向力。可以利用透镜或者通过其他技术在多极离子导向件的 入口处克服这种末端效应，以给予离子足够能量来进入多极。多极离子导向件的出口一般 对离子没有妨碍，这是因为出口处的伪电势强制离子在希望的方向上从多极离子导向件中 出来。已知的多极离子导向件通常包括比较大直径的入口，这对于接受离子是有用的。然 而，对于从出口传递小直径的束而言不希望具有同样大直径的出口。然而，不具有基本恒定 的截面的已知离子导向件沿着可产生轴向力的传输轴产生可变伪势垒，这可能使离子减缓或者甚至反射。最后，对于离子冷却而言有用的缓冲气体也可能引起离子导向件中的离子 失速。因此，需要一种引导离子通过质谱系统并且克服已知装置的至少上述缺点的装置。
技术实现思路
根据一个方面，本技术提供了一种多极离子导向件，该多极离子导向件包括 围绕轴线而布置的杆，各根杆具有第一末端和远离第一末端的第二末端，其中各根杆被布 置为在第一末端处离轴的相应距离大于在第二末端处离轴的距离；用于在相邻的杆对之间 施加射频(RF)电压的装置，其中RF电压在杆之间的区域中产生多极场；以及用于沿着各根 杆的长度施加直流(DC)电压降的装置。根据另一方面，本技术提供了一种包括多极离子导向件的质谱系统，所述多 极离子导向件包括围绕轴线而布置的杆，各根杆具有第一末端和远离第一末端的第二末 端，其中各根杆被布置为在第一末端处离轴的相应距离大于在第二末端处离轴的距离；用 于在相邻的杆对之间施加射频(RF)电压的装置，其中RF电压在杆之间的区域中产生多极 场；以及用于沿着各根杆的长度施加直流(DC)电压降的装置。根据另一方面，本技术提供了一种多极离子导向件，该离子导向件包括包 括被配置为产生六极或更高阶的射频(RF)多极场的几何形状的输入端和输出端；包括被 配置为产生两个或更多个基本为四极的RF场区域的几何形状的输出端；以及输入端与输 出端之间的转变区域，在该转变区域，六极或更高阶的射频多极场转变到基本为四极的RF 场。附图说明当与附图一起阅读时，从以下详细描述中能最好地理解当前的教导。特征不一定 是按比例绘制的。根据实际情况，相似的标号指相似的特征。图1示出根据一代表性实施例的MS系统的简化框图。图2A示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的立体图。图2B示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的侧视图。图2C、图2D和图2E分别示出根据代表性实施例的四极离子导向件、六极离子导向 件和八极离子导向件的整体图。图3A示出根据一代表性实施例的六极离子导向件所产生的等势线。图3B示出根据一代表性实施例的六极离子导向件中的DC场所产生的等势线的侧 视图。图4A示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的侧视图。图4B示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的立体图。图4C示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的一个末端处的杆的截面图。图5A示出根据一代表性实施例的六极离子导向件的立体图。图5B示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的侧视图。图6A示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的侧视图。图6B示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的整体图。图7示出根据一代表性实施例的14极离子导向件所产生的等势线。图8示出根据一代表性实施例的14极离子导向件所形成的离子束。图9示出根据一代表性实施例对14极离子导向件所引导的离子的仿真以及对位 于具有相同极性的对向杆之间的离散离子束的形成的仿真。图10示出根据一代表性实施例将六极离子导向件的输入端处的输入离子束划分 成六极离子导向件的输出端处的多个离子束。图IlA和图IlB示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的整体图。图12A示出根据一代表性实施例利用多极离子导向件进行的离子束划分的整体 图。图12B示出所仿真的图12A的代表性实施例的利用多极离子导向件进行的束划 分。图13示出根据一代表性实施例的所仿真的束划分。具体实施方式定义的术语将会了解，这里使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，而不是要进行限制。所定 义的术语是除了当前的教导的
中通常理解和接受的对所定义的术语的技术和科 学含义之外的。说明书和所附权利要求书中使用的术语“一”和“该”包括单数和复数指代，除非 上下文明确指示为其他含义。因此，例如“设备”包括一个设备和多个设备。这里使用的术语“多极离子导向件”是被配置为建立四极、六极、八极、十极或更高 阶的极的电场以引导束中的离子的离子导向件。如说明书和所附权利要求书中使用的，并且除了它们的普通含义之外，术语“基 本”或“基本上”表示可接受的限度或程度。例如，“基本本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种多极离子导向件，其特征在于包括：围绕轴线而布置的杆，各根杆具有第一末端和远离所述第一末端的第二末端，其中，各根杆被布置为在所述第一末端处离所述轴线的相应距离大于在所述第二末端处离所述轴线的距离；用于在相邻的杆对之间施加射频（ＲＦ）电压的装置，其中，所述ＲＦ电压在这些杆之间的区域中产生多极场；以及用于沿着各根杆的长度施加直流（ＤＣ）电压降的装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯L博特迟，迈克尔尤加戊，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：US[美国]