离子导向装置

摘要

本文公开了一种离子导向装置，其包括多个轴向堆叠的板，其中至少一些或全部所述板包括：第一导电部分；和第二导电部分，其中第二导电部分与第一导电部分电绝缘，第一导电部分和第二导电部分相对于彼此成形和布置，以限定在使用中供离子轴向传输通过的开口；其中，在使用中，将第一AC或RF电压施加到第一导电部分，并且将第二AC或RF电压施加到第二导电部分，以将离子径向限制在所述开口内。第一导电部分(1)和第二导电部分(2)可以在离子导向装置内分开形成并且交错以限定板。或者，第一导电部分(41、43)和第二导电部分(42、44)可以被印刷到公共基板(4)上。

权利要求

1.一种离子导向装置，包括多个轴向堆叠的板，其中至少一些或全部所述板包括：第一导电部分；和

第二导电部分，其中所述第二导电部分与所述第一导电部分电绝缘，所述第一导电部分和第二导电部分相对于彼此成形和布置，以限定在使用中供离子轴向传输通过的开口；

其中每个所述板和/或每个导电部分分别安装在一对间隔开的支撑板之间；以及其中，在使用中，将第一AC或RF电压施加到所述第一导电部分，并且将第二AC或RF电压施加到所述第二导电部分，以将离子径向限制在所述开口内，其中所述第一AC或RF电压仅通过所述间隔开的支撑板之一施加，并且其中所述第二AC或RF电压仅通过所述间隔开的支撑板中的另一个施加。

2.根据权利要求1所述的离子导向装置，其中所述第一导电部分和所述第二导电部分分开形成并且彼此交错以限定所述板。

3.根据权利要求1所述的离子导向装置，其中所述第一导电部分和所述第二导电部分形成在单个基板上。

4.根据权利要求3所述的离子导向装置，其中所述第一导电部分和所述第二导电部分被印刷在所述基板上。

5.根据权利要求1所述的离子导向装置，其中所述第一导电部分和所述第二导电部分相对于彼此成形和布置，使得在使用中，所述第一AC或RF电压以及所述第二AC或RF电压产生多极限制场。

6.根据权利要求5所述的离子导向装置，其中所述多极限制场是四极限制场。

7.根据权利要求1所述的离子导向装置，其中所述第一导电部分包括用于接收所述第一AC或RF电压的第一电连接部分，并且其中所述第二导电部分包括用于接收所述第二AC或RF电压的第二电连接部分，其中所述第一电连接部分和所述第二电连接部分位于所述离子导向装置的相对侧上。

8.根据权利要求1所述的离子导向装置，其中所述多个轴向堆叠的板中的每一个还包括DC电连接部，所述DC电连接部用于将所述板连接到一个或多个DC电压源以用于在使用中产生一个或多个DC电压或场。

9.根据权利要求1所述的离子导向装置，其中所述多个轴向堆叠的板中的每一个还包括DC电连接部，所述DC电连接部用于将所述板连接到一个或多个DC电压源以使一个或多个瞬态DC电压或势阱能够被施加到所述板以用于沿所述离子导向装置轴向输送或推动离子。

10.一种质谱仪或离子迁移谱仪，包括如任一前述权利要求所述的离子导向装置。

11.一种构造离子导向装置的方法，包括：提供多个板，其中至少一些或全部所述板包括第一导电部分和第二导电部分，所述第二导电部分与所述第一导电部分电绝缘，使得在使用中，能够将第一AC或RF电压施加到所述第一导电部分，并且能够将第二AC或RF电压施加到所述第二导电部分，以将离子限制在所述离子导向装置内，

其中所述第一导电部分和所述第二导电部分成形为限定在使用中供离子轴向传输通过的开口；和

将所述多个板布置成轴向堆叠，其中每个所述板和/或每个导电部分分别安装在一对间隔开的支撑板之间，使得所述第一AC或RF电压能够仅通过所述间隔开的支撑板之一施加，并且所述第二AC或RF电压能够仅通过所述间隔开的支撑板中的另一个施加。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一导电部分和所述第二导电部分是分开形成的，并且其中将所述多个板布置成轴向堆叠包括使所述第一导电部分和所述第二导电部分交错。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一导电部分和所述第二导电部分使用金属注射成型工艺形成。

14.根据权利要求11所述的方法，其中提供所述多个板包括将所述第一导电部分和所述第二导电部分印刷到基板上。

15.一种导向离子的方法，包括：提供根据权利要求1至9中任一项所述的离子导向装置；

将第一AC或RF电压施加到所述第一导电部分，并且将第二AC或RF电压施加到所述第二导电部分，以将离子限制在所述离子导向装置内；和使离子通过所述离子导向装置。

16.根据权利要求15所述的方法，其中使离子通过所述离子导向装置的步骤包括使用一个或多个DC电压或场。

17.根据权利要求15所述的方法，其中使离子通过所述离子导向装置的步骤包括使用一个或多个瞬态DC电压或势肼来驱动或推动离子通过所述离子导向装置。

18.一种质谱或离子迁移谱测定法，包括根据权利要求15所述的方法。

说明书

离子导向装置

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2016年5月13日提交的英国专利申请No.1608476.6的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

[0003] 本发明总体涉及质谱仪或离子迁移谱仪，尤其涉及离子导向装置。

背景技术

[0004] 离子导向装置广泛用于质谱仪中，以有效且无损失地使离子传输通过仪器的不同区域。例如，离子导向装置可用于在不同压力的各个区域之间传输离子，例如，从源区的高
压或大气压进入仪器的含有分析仪的高真空级(通常在约10-5毫巴至10-9毫巴的压力下操
作)。

[0005] 一种已知类型的离子导向装置是所谓的叠环离子导向装置(“SRIG”)，其包括多个轴向堆叠的电极，每个电极具有形成在其中的孔，在使用中离子通过该孔传输。SRIG装置可
以相对便宜地构造，简单地通过将电极插入其在合适的支架上的轴向位置。

[0006] 此外，因为电极轴向堆叠并且彼此间隔开，所以SRIG装置允许可以选择性地向每个电极施加不同的DC电势，使得轴向场可以施加在装置的一部分上。例如，这允许实施行波
技术，其中通过沿离子导向装置平移一系列轴向势阱来沿着离子导向装置的长度驱动离
子，以增加离子通过这些区域的传输速度。行波技术对于快速清除离子导向装置中的离子
特别有利，因为离子可以沿着离子导向装置平移，而不需要高的DC梯度，高的DC梯度在增加
后可能需要很长的时间来稳定和/或可能在下游部件中引入不需要的离子激活。

[0007] 在SRIG装置中，将交替的RF相施加到相邻的电极(即，+-+-)以便径向限制离子，但是仅向每个电极施加一个RF相(即，+或-)。

[0008] 另一种已知类型的离子导向装置是四极杆离子导向装置，其包括以四边形阵列布置的一组四个平行杆，相邻的杆连接到交替的RF相，并且相对的杆连接到相同的RF相。因
此，两个RF相(+和-)必须沿着四极杆离子导向装置的长度存在于每个轴向位置处。得到的
四极场通常提供比SRIG装置更好的聚焦，即聚焦离中心轴线更近的离子。因此，四极杆离子
导向装置可以允许在不同的真空级之间使用较小的差分孔，这又可以允许使用更小、更便
宜的泵。或者，四极杆离子导向装置可允许更多离子通过给定尺寸的孔聚焦。

[0009] 然而，四极杆的电压要求远高于SRIG，特别是对于较大的r0值，其中四极杆需要比等效尺寸的SRIG高得多的电压，因此频率变化和干扰的影响可能更为显著。这可能导致在
向杆提供RF电压的两个相位而没有击穿或干扰方面的困难。因此，四极杆通常必须以高精
度制造，并且制造和维护通常比SRIG装置更难且更昂贵。此外，难以在四极杆组上实施行
波。尽管已知分段杆组，其允许沿装置的长度施加轴向DC梯度，但是通常杆组的相邻段仍然
耦合以例如形成电阻网络，并且轴向段不是彼此独立的。

[0010] 因此希望提供一种改进的离子导向装置。

发明内容

[0011] 根据一个方面，提供了一种离子导向装置，包括多个轴向堆叠的板，其中至少一些或所有板包括：

[0012] 第一导电部分；和

[0013] 第二导电部分，其中第二导电部分与第一导电部分电绝缘，第一和第二导电部分相对于彼此成形和布置，以限定离子在使用中轴向传输通过的开口；

[0014] 其中，在使用中，第一AC或RF电压施加到第一导电部分，并且第二AC或RF电压施加到板的第二导电部分，以便将离子径向限制在开口内。

[0015] 包括多个分开的轴向堆叠板的离子导向装置有利于相对简单且便宜的结构，例如，如上所述，用于已知的SRIG型离子导向装置。此外，通过分开的轴向间隔的板，可以将不
同的电势施加到轴向堆叠中的不同板上，从而允许更多地控制轴向场，并且例如，有利地能
够实现行波技术。然而，与传统的轴向堆叠离子导向装置(或SRIG)相比，在本离子导向装置
中，每个轴向板由第一和第二电绝缘导电部分形成，允许在每个板上单独保持第一和第二
AC或RF电压。因此，离子导向装置允许提供更好的聚焦场，其限制离子更接近装置的中心。
通过使第一和第二导电部分彼此电绝缘，第一和第二AC或RF电压(或电压电源)也可以保持
彼此物理分离，且例如通过单独的电路提供，从而降低任何击穿、电容变化或其他干扰的风
险。

[0016] 因此，与传统SRIG相比，本文所述的离子导向装置可以允许产生相对更复杂(例如，四极型)的限制场，同时仍然保持制造相对便宜的优点和实现例如用于沿着装置轴向驱
动离子的行波技术的能力。特别地，本文描述的技术和装置允许相对紧凑的离子导向装置，
其提供改进的限制(例如，由于在每个轴向位置处施加的第一和第二AC或RF电压)并且具有
实现任意轴向场的能力，包括例如行波(例如由于板的轴向堆叠)。

[0017] 应当理解，多个轴向堆叠的板中的每一个可以沿着离子导向装置的长度布置在固定的轴向位置处。因此，构成板的第一和第二导电部分可以位于基本相同的轴向位置或者
在该位置处轴向重叠。因此，在使用中，由于在该轴向位置处(即，重叠区域)的第一和第二
AC或RF电压，离子被径向限制在开口内。

[0018] 应当理解，板沿轴向堆叠，即，沿着离子导向装置的长度沿着使用中离子传输的方向堆叠。由相邻板限定的开口因此限定离子导向装置的离子导向区域，离子在使用中通过
该离子导向区域轴向传输。因此，“径向”是指与轴向方向正交的任何方向，例如，水平或垂
直，或两者。离子的径向限制可以是对称的或不对称的。

[0019] 多个轴向堆叠的板可以在轴向方向上物理地分开并且彼此间隔开。多个轴向堆叠的板可以布置和/或设置有电连接部，使得可以将单独的DC电压单独地施加到每个板。

[0020] 第一和第二导电部分中的每一个可以是整体的或一体地形成的，使得第一和第二AC或RF电压一次施加到整个第一和第二导电部分。

[0021] 轴向堆叠中的多个板中的每个板可以具有基本相同的形状，即，每个板可以包括相同类型的第一和第二导电部分。然而，还预期多个轴向堆叠的板可包括具有不同的第一
和第二导电部分的不同形状的板。例如，轴向堆叠中的板可以布置成使得开口的尺寸和/或
形状以及因此离子导向区域的尺寸和/或形状沿着装置的长度逐渐变化、增大或减小。

[0022] 离子导向装置通常可以是用于质谱仪或离子迁移谱仪的离子导向装置。离子导向装置不限于仅导向或限制离子的装置，还可以用于操纵或激活离子。

[0023] 第一和/或第二AC或RF电压可选地具有选自由包含下列各项的组的振幅：(i)约<50V峰峰值；(ii)约50-100V峰峰值；(iii)约100-150V峰峰值；(iv)约150-200V峰峰值；(v)
约200-250V峰峰值；(vi)约250-300V峰峰值；(vii)约300-350V峰峰值；(viii)约350-400V
峰峰值；(ix)约400-450V峰峰值；(x)约450-500V峰峰值；和(xi)>约500V峰峰值。

[0024] 第一和/或第二AC或RF电压可以具有选自由包含下列各项的组的频率：(i)<约100kHz；(ii)约100-200kHz；(iii)约200-300kHz；(iv)约300-400kHz；(v)约400-500kHz；
(vi)约0.5-1.0MHz；(vii)约1.0-1.5MHz；(viii)约1.5-2.0MHz；(ix)约2.0-2.5MHz；(x)约
2.5-3.0MHz；(xi)约3.0-3.5MHz；(xii)约3.5-4.0MHz；(xiii)约4.0-4.5MHz；(xiv)约4.5-
5.0MHz；(xv)约5.0-5.5MHz；(xvi)约5.5-6.0MHz；(xvii)约6.0-6.5MHz；(xviii)约6.5-
7.0MHz；(xix)约7.0-7.5MHz；(xx)约7.5-8.0MHz；(xxi)约8.0-8.5MHz；(xxii)约8.5-
9.0MHz；(xxiii)约9.0-9.5MHz；(xxiv)约9.5-10.0MHz；和(xxv)>约10.0MHz。

[0025] 离子导向装置可以保持在选自由下列各项组成的组的压力：(i)<约0.0001毫巴；(ii)约0.0001-0.001毫巴；(iii)约0.001-0.01毫巴；(iv)约0.01-0.1毫巴；(v)约0.1-1毫
巴；(vi)约1-10毫巴；(vii)约10-100毫巴；(viii)约100-1000毫巴；和(ix)>约1000毫巴。

[0026] 第一导电部分和第二导电部分可以分开形成并且彼此交错以限定该板或每个板。

[0027] 也就是说，轴向堆叠中的至少一些板中的每一个可包括以交错布置或安装的两个单独部分，使得第一和第二导电部分位于或重叠在相同轴向位置处。

[0028] 或者，第一导电部分和第二导电部分可以形成在单个基板上。可选地，第一导电部分和第二导电部分可以印刷在基板上。例如，可以使用现有的印刷电路板(“PCB”)技术印刷
第一和第二导电部分。

[0029] 第一导电部分和第二导电部分可以相对于彼此成形和布置，使得在使用中，第一AC或RF电压和第二AC或RF电压产生多极场，并且可选地产生四极场。

[0030] 例如，为了产生四极场，第一和第二导电部分可以成形为使得开口限定在第一导电部分的两个相对部分(即，具有相同的AC或RF电压)和第二导电部分的两个相对部分(即，
也具有相同的AC或RF电压)之间，其中第一和第二导电部分的相对部分围绕开口彼此相邻
地布置。因此，第一导电部分的两个相对部分和第二导电部分的两个相对部分可以以基本
上四边形的阵列布置。第一和第二导电部分(或其一部分)可以在径向、水平或垂直方向上
重叠。以类似的方式，第一和第二导电部分可以成形为限定围绕开口的交替相部分的基本
上六边形或八边形阵列，适于产生六极或八极场。

[0031] 第一导电部分可包括用于接收第一AC或RF电压的第一电连接部分，并且第二导电部分可包括用于接收第二AC或RF电压的第二电连接部分，其中第一电连接部分和第二电连
接部分位于离子导向装置的相对侧上。

[0032] 在使用中，第一和第二电连接部分可以分别连接到第一和第二AC或RF电压源，用于提供第一和第二AC或RF电压。

[0033] 通过在离子导向装置的相对侧上形成用于第一和第二AC或RF电压的电连接部，用于第一AC或RF电压和第二AC或RF电压的电连接部可以保持彼此分离，从而减小击穿、改变
电容或其他干扰的风险。例如，可以使用一个支撑板或构造板来建立到第一AC或RF电压源
的连接部，并且可以使用单独的或相对的支撑板或构造板来建立到第二AC或RF电压源的连
接部。用于电连接的支撑板或构造板通常可以是其间物理安装有板的支撑板或构造板。例
如，支撑板或构造板通常可以限定离子导向装置的侧面，且离子在使用中沿平行于支撑板
或构造板的轴线传输。支撑板或构造板可以包括PCB，其允许与轴向堆叠的板进行机械和电
连接。因此，安装到支撑板或构造板上的轴向堆叠的板为离子导向装置提供结构稳定性。也
就是说，轴向堆叠的板(即，离子导向装置的电极)本身提供离子导向装置的机械结构。

[0034] 以这种方式，仅需要将单个AC或RF电压施加到每个支撑板或构造板。将AC或RF电压分离到单独的(例如，相对的)支撑板或构造板上可有益于离子导向装置的构造。例如，将
AC或RF电压分离到单独的支撑板或构造板上可以减少对爬电距离和/或电气间隙的要求。
这又可以便于使用较小的支撑板或构造板，这可以提供更多的选择来改变离子导向装置的
形式。另外，分离AC或RF相可能导致离子导向装置的电容减小，使得更容易实现更高的AC或
RF频率。

[0035] 多个轴向堆叠的板中的每一个还可以包括DC电连接部，用于将板连接到一个或多个DC电压源以用于在使用中产生一个或多个DC电压或场，并且可选地使得一个或多个瞬态
DC电压或者势阱被施加到板上以用于沿着离子导向装置轴向地输送或推动离子。

[0036] 也就是说，在使用中，每个轴向堆叠的板可以保持在不同的DC电位。例如，在使用中，可以将一个或多个瞬态DC电压或势阱顺序地施加到相邻的板上，以便轴向驱动离子通
过离子导向装置。

[0037] 每个板和/或每个导电部分可以单独地安装在壳体内的适当位置。

[0038] 壳体可包括一对间隔开的支撑板，其中每个板和/或每个导电部分分别安装在间隔开的支撑板之间。间隔开的支撑板可以垂直于离子导向装置的轴线横向或水平间隔开。

[0039] 第一AC或RF电压可以通过间隔开的支撑板之一施加，并且第二AC或RF电压可以通过另一个间隔开的支撑板施加。也就是说，第一AC或RF电压可以仅施加到间隔开的支撑板
中的一个上，即仅施加在离子导向装置的一侧上，而第二AC或RF电压可以仅施加到间隔开
的支撑板中的另一个上，即，仅施加在离子导向装置的另一侧上。

[0040] 因此，每个板都可以轴向固定在壳体内的适当位置。可以使用连接部分或销将板固定在壳体内。连接部分或销可以与导电部分为一体，或者与设置有导电部分的基板为一
体(在提供这种基板的地方)。这些连接部分或销可以提供有助于将板锁定在适当位置的机
械连接并允许电连接到电压源。

[0041] 根据另一方面，提供了一种质谱仪或离子迁移谱仪，其包括基本上如上所述的离子导向装置。

[0042] 质谱仪或离子迁移谱仪通常可包括离子源和质量或离子迁移率分析仪。质谱仪或离子迁移谱仪还可包括一个或多个AC或RF和/或DC电压源，用于向每个板和/或导电部分供
应AC或RF和/或DC电压。

[0043] 根据另一方面，提供了一种构造离子导向装置的方法，该方法包括：

[0044] 提供多个板，其中至少一些或所有板包括第一导电部分和第二导电部分，第二导电部分与第一导电部分电绝缘，使得在使用中，可以将第一AC或RF电压施加到第一导电部
分，并且可以将第二AC或RF电压施加到第二导电部分，以将离子限制在离子导向装置内，

[0045] 其中第一导电部分和第二导电部分成形为限定在使用中供离子轴向传输通过的开口；和

[0046] 将多个板布置成轴向堆叠。

[0047] 第一导电部分和第二导电部分可以分开形成，并且将多个板布置成轴向堆叠可以包括使第一导电部分和第二导电部分交错。

[0048] 可以使用金属注射成型工艺形成第一导电部分和第二导电部分。

[0049] 或者，提供多个板可包括将第一导电部分和第二导电部分印刷到基板上。

[0050] 根据另一方面，提供了一种导向离子的方法，包括：

[0051] 提供基本上如本文所述的离子导向装置；

[0052] 将第一AC或RF电压施加到第一导电部分并且将第二AC或RF电压施加到第二导电部分以将离子限制在离子导向装置内；和

[0053] 使离子通过离子导向装置。

[0054] 使离子通过离子导向装置可以包括使用一个或多个DC电压或场并且可选地使用一个或多个瞬态DC电压或势阱来驱动或推动离子通过离子导向装置。

[0055] 该方法可以包括将不同的DC电压或场施加到轴向堆叠中的每个板。

[0056] 根据另一方面，提供了一种质谱或离子迁移谱测定法，其包括基本上如本文所述的方法。

[0057] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可包括选自由以下各项组成的组的离子源：(i)电喷雾电离(“ESI”)离子源；(ii)大气压光电离(“APPI”)离子源；(iii)大气压化学电离
(“APCI”)离子源；(iv)基质辅助激光解吸电离(“MALDI”)离子源；(v)激光解吸电离(“LDI”)
离子源；(vi)大气压电离(“API”)离子源；(vii)硅上的解吸电离(“DIOS”)离子源；(viii)电
子轰击(“EI”)离子源；(ix)化学电离(“CI”)离子源；(x)场电离(“FI”)离子源；(xi)场解吸
(“FD”)离子源；(xii)电感耦合等离子体(“ICP”)离子源；(xiii)快速原子轰击(“FAB”)离子
源；(xiv)液体二次离子质谱(“LSIMS”)离子源；(xv)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；
(xvi)镍-63放射性离子源；(xvii)大气压基质辅助激光解吸电离离子源；(xviii)热喷雾离
子源；(xix)大气采样辉光放电电离(“ASGDI”)离子源；(xx)辉光放电(“GD”)离子源；(xxi)
撞击器离子源；(xxii)实时直接分析(“DART”)离子源；(xxiii)激光喷雾电离(“LSI”)离子
源；(xxiv)声波喷雾电离(“SSI”)离子源；(xxv)基质辅助入口电离(“MAII”)离子源；(xxvi)
溶剂辅助入口电离(“SAII”)离子源；(xxvii)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(xxviii)激
光烧蚀电喷雾电离(“LAESI”)离子源；和(xxix)表面辅助激光解吸电离(“SALDI”)。

[0058] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可包括一个或多个连续或脉冲的离子源。

[0059] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可包括一个或多个另外的离子导向装置。

[0060] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可包括一个或多个离子迁移率分离装置和/或一个或多个场非对称离子迁移谱仪装置。

[0061] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可包括一个或多个离子阱或一个或多个离子捕获区域。

[0062] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可以包括一个或多个碰撞、碎裂或反应池，其选自下列各项组成的组：(i)碰撞诱导解离(“CID”)碎裂装置；(ii)表面诱导解离(“SID”)碎裂装
置；(iii)电子转移解离(“ETD”)碎裂装置；(iv)电子捕获解离(“ECD”)碎裂装置；(v)电子碰
撞或撞击解离碎裂装置；(vi)光诱导解离(“PID”)碎裂装置；(vii)激光诱导解离碎裂装置；
(viii)红外辐射诱导解离装置；(ix)紫外线辐射诱导的解离装置；(x)喷嘴-截取锥
(nozzle-skimmer)碎裂装置；(xi)源内碎裂装置；(xii)源内碰撞诱导解离碎裂装置；
(xiii)热或温度源碎裂装置；(xiv)电场诱导碎裂装置；(xv)磁场诱导碎裂装置；(xvi)酶消
化或酶降解碎裂装置；(xvii)离子-离子反应碎裂装置；(xviii)离子-分子反应碎裂装置；
(xix)离子-原子反应碎裂装置；(xx)离子-亚稳离子反应碎裂装置；(xxi)离子-亚稳分子反
应碎裂装置；(xxii)离子-亚稳原子反应碎裂装置；(xxiii)离子-离子反应装置，用于使离
子反应形成加合物或产物离子；(xxiv)离子-分子反应装置，用于使离子反应形成加合物或
产物离子；(xxv)离子-原子反应装置，用于使离子反应形成加合物或产物离子；(xxvi)离
子-亚稳离子反应装置，用于使离子反应形成加合物或产物离子；(xxvii)离子-亚稳分子反
应装置，用于使离子反应形成加合物或产物离子；(xxviii)离子-亚稳态原子反应装置，用
于使离子反应形成加合物或产物离子；和(xxix)电子离子化解离(“EID”)碎裂装置。

[0063] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可包括选自由下列各项组成的组的质量分析器：(i)四极杆质量分析器；(ii)2D或线性四极杆质量分析器；(iii)保罗(Paul)或3D四极杆质量分
析器；(iv)彭宁阱质量分析器；(v)离子阱质量分析器；(vi)扇形磁场质量分析器；(vii)离
子回旋共振(“ICR”)质量分析器；(viii)傅里叶变换离子回旋共振(“FTICR”)质量分析器；
(ix)静电质量分析器，其布置成产生具有四对数电位分布的静电场；(x)傅立叶变换静电质
量分析仪；(xi)傅立叶变换质量分析器；(xii)飞行时间质量分析器；(xiii)正交加速飞行
时间质量分析器；和(xiv)线性加速飞行时间质量分析仪。

[0064] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可包括一个或多个能量分析仪或静电能量分析仪。

[0065] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可包括一个或多个离子检测器。

[0066] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可包括一个或多个选自由下列各项组成的组的质量过滤器：(i)四极杆质量过滤器；(ii)2D或线性四极杆离子阱；(iii)Paul或3D四极杆离子
阱；(iv)彭宁离子阱；(v)离子阱；(vi)扇形磁场质量过滤器；(vii)飞行时间质量过滤器；和
(viii)维恩(Wien)过滤器。

[0067] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可包括用于脉冲离子的装置或离子门；和/或用于将基本上连续的离子束转换成脉冲离子束的装置。

[0068] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可以包括C阱和质量分析器，该质量分析器包括外筒状电极和同轴内心轴状电极，所述电极形成具有四对数电位分布的静电场，其中在第一操
作模式中离子被传输到C阱，然后被注入质量分析器，其中在第二操作模式中离子被传输到
C阱，然后被传输到其中至少一些离子被碎裂成碎片离子的碰撞池或电子转移解离装置，然
后，在将碎片离子注入质量分析器之前传输到C阱。

[0069] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可包括离子源上游的色谱或其他分离装置。色谱分离装置可包括液相色谱或气相色谱装置。或者，分离装置可包括：(i)毛细管电泳(“CE”)分离
装置；(ii)毛细管电色谱(“CEC”)分离装置；(iii)基本上刚性的陶瓷基多层微流体基质
(“瓷砖”)分离装置；或(iv)超临界流体色谱分离装置。

[0070] 分析物离子可以在电子转移解离碎裂装置中经历电子转移解离(“ETD”)碎裂。可以使分析物离子与离子导向装置或碎裂装置内的ETD试剂离子相互作用。

[0071] 任选地，为了实现电子转移解离：(a)分析物离子在与试剂离子相互作用时被碎裂或被诱导解离并形成产物或碎片离子；和/或(b)电子从一种或多种试剂阴离子或带负电荷
的离子转移到一种或多种多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子上，因此至少一些多电荷
分析物阳离子或带正电荷的离子被诱导解离和形成产物或碎片离子；和/或(c)分析物离子
在与中性反应气体分子或原子或非离子反应气体相互作用时被碎裂或被诱导解离并且形
成产物或碎片离子；和/或(d)电子从一种或多种中性、非离子或不带电的碱性气体或蒸气
转移到一种或多种多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子，因此至少一些多电荷的分析物
阳离子或带正电荷的离子被诱导解离并且形成产物或碎片离子；和/或(e)电子从一种或多
种中性、非离子或不带电的超强碱试剂气体或蒸气转移到一种或多种多电荷分析物阳离子
或带正电荷的离子上，因此至少一些多电荷分析物阳离子或带正电荷离子被诱导解离并形
成产物或碎片离子；和/或(f)电子从一种或多种中性、非离子或不带电荷的碱金属气体或
蒸气转移到一种或多种多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子上，因此至少一些多电荷分
析物阳离子或带正电荷的离子被诱导解离并且形成产物或碎片离子；和/或(g)电子从一种
或多种中性、非离子或不带电的气体、蒸汽或原子转移到一种或多种多电荷分析物阳离子
或带正电荷的离子上，因此至少一些多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子被诱导离解并
且形成产物或碎片离子，其中一种或多种中性、非离子或不带电的气体、蒸气或原子选自由
以下组成的组：(i)钠蒸气或原子；(ii)锂蒸气或原子；(iii)钾蒸气或原子；(iv)铷蒸气或
原子；(v)铯蒸气或原子；(vi)钫蒸气或原子；(vii)C60蒸气或原子；(viii)镁蒸气或原子。

[0072] 多种带电荷的分析物阳离子或带正电荷的离子可包括肽、多肽、蛋白质或生物分子。

[0073] 任选地，为了实现电子转移解离：(a)试剂阴离子或带负电的离子衍生自多环芳烃或取代的多环芳烃；和/或(b)试剂阴离子或带负电的离子衍生自由下列各项组成的组：(i)
蒽；(ii)9,10二苯基蒽；(iii)萘；(iv)氟；(v)菲；(vi)芘；(vii)荧蒽；(viii)屈；(ix)三亚
苯；(x)二萘嵌苯；(xi)吖啶；(xii)2,2'联吡啶；(xiii)2,2'二喹啉；(xiv)9-蒽腈；(xv)二苯
并噻吩；(xvi)1,10'-菲咯啉；(xvii)9'-蒽腈；和(xviii)蒽醌；和/或(c)试剂离子或带负电
荷的离子包括偶氮苯阴离子或偶氮苯自由基阴离子。

[0074] 电子转移解离碎裂的过程可包括使分析物离子与试剂离子相互作用，其中试剂离子包括二氰基苯、4-硝基甲苯或甘菊环。

[0075] 可以提供色谱检测器，其中色谱检测器包括：

[0076] 破坏性色谱检测器，任选地选自由下列各项组成的组：(i)火焰电离检测器(FID)；(ii)基于气溶胶的检测器或纳克级激光计数分析物检测器(NQAD)；(iii)火焰光度检测器
(FPD)；(iv)原子发射检测器(AED)；(v)氮磷检测器(NPD)；(vi)蒸发光散射检测器(ELSD)；
或

[0077] 非破坏性色谱检测器，任选地选自由下列各项组成的组：(i)固定或可变波长UV检测器；(ii)热导检测器(TCD)；(iii)荧光检测器；(iv)电子捕获检测器(ECD)；(v)电导率监
测器；(vi)光电离检测器(PID)；(vii)折射率检测器(RID)；(viii)辐射流(radio flow)检
测器；和(ix)手性(chiral)检测器。

[0078] 所述质谱仪或离子迁移谱仪可以以各种操作模式操作，包括质谱(“MS”)操作模式；串联质谱(“MS/MS”)操作模式；一种操作模式，其中母体或前体离子交替地碎裂或反应
以产生碎片或产物离子、和不碎裂或反应或较低程度碎裂或反应；多反应监测(“MRM”)操作
模式；数据相关分析(“DDA”)操作模式；数据独立分析(“DIA”)操作模式；定量操作模式或离
子迁移谱(“IMS”)操作模式。

附图说明

[0079] 现在将仅通过示例并且参考附图描述各个实施例，其中：

[0080] 图1示出了根据一个实施例的用于构造离子导向装置的一对电极；

[0081] 图2示出了使用图1所示类型电极的离子导向结构；

[0082] 图3示出了图2中所示的离子导向装置沿导向装置的轴线的横截面；和

[0083] 图4示出了根据另一实施例的用于构造离子导向装置的电极。

具体实施方式

[0084] 在一些实施例中，本文描述的技术利用相对简单的堆叠环型构造技术，以便提供廉价的离子导向，其允许产生几乎任意的限制场。例如，在一些实施例中，本文描述的技术
可以使用堆叠环型构造技术来提供廉价的四极杆型离子导向装置。特别地，本文描述的技
术允许相对容易且廉价地制造离子导向装置，同时允许在每个轴向位置(即，在每个板上)
使用多个AC或RF相来实现更好地径向限制，并且仍然维持第一和第二AC或RF电压分开以减
少任何干扰风险。例如，第一和第二AC或RF电压可以分别维持在不同的电路板上、或者离子
导向装置壳体的不同结构或支撑板上。此外，因为离子导向装置包括多个堆叠的板，所以可
以独立地控制施加到每个板的DC电势，使得易于产生轴向DC场或例如采用DC行波来沿着离
子导向装置轴向输送离子。

[0085] 尽管关于离子导向装置描述了实施例，但是应当理解，本文描述的技术和装置不限于仅具有离子导向功能的装置，并且可以扩展到其中使用AC或RF电压径向限制或导向离
子的任何装置，即一般的“离子导向装置”。例如，通过用适当的电压和/或压力操作该装置，
该装置也可用于操纵被导向的离子。因此，只要存在一些离子导向功能，该装置可以例如包
括离子反应或碎裂装置，或离子分离、捕获或过滤装置。

[0086] 图1示出了根据一个实施例的一对电极1、2，其可以交错以限定用于离子导向装置的单个板。电极1、2成形为使得当它们交错时，电极在物理上彼此分离，并且因此彼此电绝
缘。例如，如图1所示，第一电极1具有基部13和两个延伸部11、12，所述两个延伸部11、12在z
方向或离子导向装置的轴向方向上远离基部13延伸。第二电极2具有相应的基部23和远离
基部延伸的延伸部21、22。因此，当两个电极1、2形成交错布置时，基部13、23通过间隙彼此
轴向偏移，该间隙基本上对应于延伸部的轴向厚度。然而，在交错布置中，延伸部延伸到该
间隙中，使得延伸部全部基本上共享相同的轴向位置。也就是说，第一电极1的延伸部11、12
和第二电极2的延伸部21、22在轴向上重叠。该重叠限定了由一对相应的第一电极1和第二
电极2限定的板的轴向位置(和范围)。延伸部相对于彼此成形和布置，使得当电极交错时，
延伸部之间的区域限定了离子可以轴向地通过的开口。

[0087] 第一电极1可以包括整体结构，并且可以整体地形成，使得基部13和延伸部11、12全部物理连接。类似地，第二电极2也可以包括整体结构。然而，两个电极1、2彼此不物理或
电连接，并且因此第一AC或RF相可以施加到第一电极1，并且第二AC或RF电压相可以单独地
施加到第二电极2。因此，应当理解，本文描述的技术允许沿着离子导向装置的长度在每个
轴向位置处(即，在每个板上)维持两个单独的AC或RF电压相，使得可以生成相对复杂的径
向限制场。通常，第一电极和第二电极的延伸部可以以任何期望的配置相对于彼此成形和
布置，允许在限定开口的形状以及在施加AC或RF电压的位置以及且因此限制场的形状方面
具有大量的自由度。

[0088] 在图1所示的实施例中，当电极1、2交错时，第一电极1的延伸部11、12在开口的径向方向上彼此相对地布置。类似地，第二电极2的延伸部21、22也在开口的径向方向上彼此
相对地布置。因此，沿开口周向，第一电极的延伸部邻近第二电极的延伸部。第一电极的延
伸部可以布置成在径向(即，x和/或y)方向上与第二电极的延伸部重叠(如图3中最佳所示)
以限定开口。

[0089] 因此，第一电极1的两个延伸部11、12连接到第一AC或RF电压相，两个延伸部11、12在开口的径向方向上彼此相对地布置，而第二电极2的两个延伸部21、22连接到第二AC或RF
电压相，两个延伸部21、22在开口的径向方向上彼此相对布置。因此，当多个第一电极和第
二电极一起布置成轴向堆叠时，每个第一电极1的两个延伸部11、12可以同相地连接到与堆
叠中的轴向相邻的第一电极1的相应的两个延伸部11、12相同的第一AC或RF电压。类似地，
每个第二电极2的两个延伸部21、22可以同相地连接到与堆叠中的轴向相邻的第二电极的
相应的两个延伸部21、22相同的第二AC或RF电压。这种配置允许设置四极场，因为以与四极
杆组中的各个杆类似的方式，延伸部相对于彼此布置，并且AC或RF电压相施加到延伸部。然
而，与四极杆组不同，应当理解，在本文所述的离子导向装置中，由于第一电极1的整体结
构，第一电极1的两个延伸部11、12相互连接(第二电极2的两个延伸部21、22也是如此)。因
此，延伸部仅仅是电极的不同部分，其由电极的形状限定，并且必须被提供相同的AC或RF电
压。

[0090] 图2示出了使用布置在轴向堆叠中的多个板构造的离子导向装置，每个板包括一对图1所示类型的交错电极。

[0091] 如图2所示，电极1、2各自物理地安装在壳体内，该壳体用于将电极牢固地保持在其轴向位置。如图1和图2所示，电极1、2可以各自具有在x方向上延伸出电极的连接部分，用
于插入设置在壳体中的相应的接收部分31、32。壳体可包括第一支撑基板31和第二支撑基
板32，第二支撑基板32在水平(x-)方向上与第一支撑基板间隔开。支撑基板31、32可以例如
包括印刷电路板(“PCB”)，其允许机械连接和电连接到电极1、2。因此，电极1、2本身为离子
导向装置提供结构稳定性并且限定离子导向装置的机械结构。

[0092] 例如，如图1所示，电极1、2可包括从基部水平向外延伸的连接部分或销。通常，电极可以包括从两侧水平向外延伸的连接部分或销，使得电极在两侧上在第一和第二支撑基
板之间保持就位。在图1中，每个电极在一侧上具有两个连接部分，在相对侧上具有单个连
接部分。当然，也可以使用适合于将电极相对于壳体保持就位的连接部分或连接机构的各
种其他布置。例如，电极的基部可以容纳在壳体内设置的凹槽内。

[0093] 第一电极1可以电连接到第一AC或RF电压源，用于以各种方式提供第一AC或RF电压相。可以使用上述(机械)连接部分中的一种来进行与第一电极1的电连接。例如，第一电
极1的一侧上的连接部分之一可以连接到支撑基板32，使得例如通过设置在支撑基板32上
的导电轨道形成电连接。第一电极1的其他连接部分可以连接到地面或其他电压源(例如，
用于提供DC电压)。堆叠板中的每个第一电极1可以连接到相同的第一AC或RF电压源。用于
供应第二AC或RF电压相的第二AC或RF电压源可以电连接到第二电极2。这可以类似于第一
电极1的电连接而完成。也就是说，第二电极2可以经由支撑基板31电连接到第二AC或RF电
压源，其中特别是经由如下支撑基板31电连接到第二AC或RF电压源，即该支撑基板31将离
子导向装置的另一侧限定到支撑基板32，该支撑基板32用于向第一电极1提供第一AC或RF
电压。因此，在第一AC或RF电压源与第一电极1之间的电连接例如经由第一支撑基板31在一
侧上进行的情况下，第二AC或RF电压源与第二电极2之间的电连接例如可以经由第二支撑
基板32在另一侧上进行。通过这种方式，壳体的每一侧，即，每个支撑基板31、32，仅需要连
接到单个AC或RF电压源或相(而不是壳体的两侧都连接到两相)，从而降低干扰或电击穿的
风险。特别地，通过将第一和第二AC或RF电压源物理地分离在离子导向装置的相对侧上，可
以减小离子导向装置的电容，使得更容易实现更高的AC或RF频率。类似地，以这种方式分离
第一和第二AC或RF电压可以减少爬电距离和/或电气间隙要求。

[0094] 第一和第二AC或RF电压源可以由公共AC或RF电压源提供，其中合适的电路用于分离信号和引入相位差，或者可以提供单独的AC或RF电压源。

[0095] 应当理解，这种类型的堆叠板结构相对简单，因为各个板(即，或电极1、2)可以容易地沿离子导向区域的长度轴向插入和固定就位。还应当理解，图1所示类型的电极可以通
过提供适当形状的连接部分而容易地设计成适合现有的SRIG结构，其中支撑结构、机械或
电连接、电子电路等的变化最小。

[0096] 此外，将第一和第二AC或RF电压物理地分离到离子导向装置的相对侧可以使得更容易将DC行波施加到离子导向装置以从离子导向装置传输或清除离子。将第一和第二AC或
RF电压分离到单独的电极1、2上消除了针对两相施加行波电势到电极的需要，因此消除了
必须连接电极的复杂性，同时保持了相反相充分间隔开。因此，对交错电极的使用允许以类
似的方式施加行波到传统堆叠环电极上，其中一个相施加到支撑板32之一，而另一个相施
加在另一支撑板31上。因此，本文描述的技术可以有助于构造行波支持的四极杆离子导向
装置。

[0097] 图3以沿装置轴向长度的横截面示出了图2所示类型的离子导向装置。如图3所示，交错电极1、2的延伸部11、12、21、22限定了开口，通过该开口，离子可以在使用中沿着离子
导向装置的长度轴向传输。延伸部围绕该开口布置，使得将第一AC或RF电压相施加到第一
电极1的延伸部11、12并且将第二AC或RF电压相施加到第二电极2的延伸部21、22产生四极
限制场，该四极限制场的作用是将离子径向限制在开口内。

[0098] 尽管上面关于图1至图3描述的实施例示出了两个交错的电极部分，每个电极部分具有可以例如适于产生四极场的两个延伸部，但应理解，本文所述的技术可以容易地扩展
以产生各种其他径向限制场。例如，每个板可以包括多于两个的交错的电极部分，允许在每
个轴向位置处施加另外的(即，三个或更多个)AC或RF相或电压。类似地，每个电极可包括多
于两个的各种形状和相对布置的延伸部。以这种方式，交错电极可用于产生任何多极离子
导向装置，例如六极杆或八极杆离子导向装置，或其组合。

[0099] 类似地，尽管图2示出了由多个相同形状的电极1、2形成的离子导向装置，使得离子沿其传输的离子导向区域(由板中的相应开口限定)具有恒定的横截面，但是还可以设
想，具有各种不同形状和布置的板和/或电极可以结合到离子导向装置中。例如，限定相邻
板的电极的延伸部的形状和相对位置可以设置成使得开口的尺寸沿着离子导向装置的长
度逐渐变化，例如，以提供离子漏斗型离子导向装置。作为另一个示例，电极延伸部的形状
和相对位置可以设置成提供不同的开口，允许在离子导向装置的整个长度上有多个离子导
向路径。

[0100] 电极1、2可以使用金属注射成型(“MIM”)工艺制造。应当理解，MIM可以允许相对便宜地形成基本上任意形状的电极。然而，还应理解，可以适当地使用各种其他制造技术来形
成电极。例如，电极可以被压铸或3D打印。作为另一个示例，第一和第二导电部分可以印刷
在一对绝缘基板上以限定第一和第二电极，然后使基板交错以限定板的轴向堆叠。同样，第
一和第二导电部分彼此电绝缘，从而可以向其施加单独的AC或RF相。因此，导电部分可以与
图1中所示的延伸部类似地成形，以提供四极(或任何其他期望的)限制场。预期可以使用各
种合适的印刷技术，例如，下面结合图4描述的那些技术。

[0101] 图4示出了另一个实施例，其中第一和第二导电部分作为单独的轨道或区域设置在单个基板上，该单个基板限定了用于堆叠板离子导向装置的板4。多个这些板或基板可以
以与上面关于图2描述类似的方式轴向堆叠以形成离子导向装置。

[0102] 例如，可以使用各种合适的印刷和/或蚀刻技术将第一和第二导电部分印刷或以其他方式沉积到基板上。作为一个示例，可以使用传统的PCB制造技术形成第一和第二导电
部分。第一和第二导电部分可以印刷在基板的单独层上，或者以保持第一和第二导电部分
彼此隔离的图案印刷，该图案允许将单独的AC或RF相施加到第一导电部分和第二导电部分
上。通常，基板将是绝缘材料，例如在传统的PCB结构中。

[0103] 图4中所示的板4具有与由图1中所示的两个交错电极限定的板基本相同的形状，并且类似地限定了轴向开口，通过该轴向开口可以在使用中传输离子，其中该开口由沿开
口的径向方向的由第一导电部分提供的两个彼此相对的延伸部41、43以及由沿开口的径向
方向的由第二导电部分提供的两个彼此相对的延伸部42、44围绕。与关于图1至图3描述的
实施例一样，可以理解，图4所示的实施例允许通过向第一和第二导电部分施加不同的AC或
RF电压，在堆叠板型离子导向结构内的单个轴向位置处施加多个AC或RF相。因此，这可以提
供具有相对简单且廉价制造的离子导向装置，其具有强径向限制和在不同轴向位置处施加
单独电位的能力以例如实现行波。板4的机械和电连接可以以各种方式实现，类似于图1至
图3中所示的实施例。

[0104] 如上面关于前一实施例所述，板4通常可以具有从板水平向外延伸的连接部分，用于与壳体物理连接，以便将板轴向保持就位。第一和第二导电部分的电连接也可以使用这
些突起实现。第一导电部分的电连接可以在板4的一侧上实现，并且第二导电部分的电连接
可以在板4的相对侧上实现，以降低第一和第二AC或RF相彼此干扰的风险。

[0105] 尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。