改進(jìn)的離子導(dǎo)向器的制造方法
【專利說明】改進(jìn)的離子導(dǎo)向器發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體上涉及用于質(zhì)譜法中的離子導(dǎo)向器。
[0002]發(fā)明背景
[0003]RF離子導(dǎo)向器，如RF多極桿，在離子光學(xué)裝置中廣泛用于質(zhì)譜法中。包括RF離子導(dǎo)向器的裝置的實(shí)例包括濾質(zhì)器、碰撞室、離子阱和傳輸多極桿。然而，此種裝置的設(shè)計(jì)存在許多挑戰(zhàn)。
[0004]近些年來，已經(jīng)開發(fā)了具有額外的軸向場(chǎng)的RF離子導(dǎo)向器用于更好地控制離子運(yùn)動(dòng)，例如如在 US5, 847，386、US6, 111，250、EP1271611、US6, 674，071、US6, 107，628、US7, 164，125、US7，064，322和US7，564，025中所披露的。這些離子導(dǎo)向器典型地由塊狀金屬或電阻性RF桿(通常具有圓形截面)、以及用于提供沿該導(dǎo)向器的軸線的額外DC分布的不同構(gòu)件組成。此種構(gòu)造是典型地使用常規(guī)機(jī)械加工方法形成的并且總是要求繁瑣的裝配和許多零件。
[0005]為了簡(jiǎn)化RF離子導(dǎo)向器的制造，已經(jīng)開發(fā)了平面式設(shè)計(jì)，像在US5，572，035、US6, 040，575、US7, 365，317、US7, 786，435、W02010/014077、US6, 872，941、US2011/240850、W02006/059123和W02004/021385中所描述的那些。后一現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)適合于通過電子器件(例如，處于印刷電路板(PCB)的形式)的標(biāo)準(zhǔn)大批量生產(chǎn)技術(shù)、或通過用于小型化設(shè)計(jì)的平板印刷術(shù)來制造。已經(jīng)采用此種概念來生產(chǎn)用于量子計(jì)算的小型離子阱(參見，例如，Chiaverini 等人，量子信息與計(jì)算(Quantum Inform.And Computat1n)，卷 5，第 6 (2005)期419-439，以及Kielpinski等人，自然雜志(Nature)，卷417，2002，第709頁)。然而，這種方法具有以下缺點(diǎn):不能提供一種有效方式來構(gòu)造用于質(zhì)譜法中的具有足夠深的勢(shì)阱的離子導(dǎo)向器。前述設(shè)計(jì)的其他缺點(diǎn)包括不能提供還可以用于限制用于例如離子的碰撞冷卻的氣體的一種穩(wěn)健構(gòu)造，以及對(duì)在電極之間的電介質(zhì)間隙(可能影響離子運(yùn)動(dòng))進(jìn)行充電。雖然存在無需電介質(zhì)的設(shè)計(jì)(例如，使用電阻性桿用于產(chǎn)生梯度場(chǎng))，但此種設(shè)計(jì)是難以制造的。對(duì)于定位靠近離子源的常規(guī)多極桿，大量的中性種類也典型地與這些多極桿碰撞，這再次可能影響隨著時(shí)間的推移的性能。
[0006]針對(duì)此背景，做出了本發(fā)明以便減輕上述問題中的一個(gè)或多個(gè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明提供了一種用于質(zhì)譜法的離子導(dǎo)向器。該離子導(dǎo)向器優(yōu)選地是RF離子導(dǎo)向器。該離子導(dǎo)向器優(yōu)選地是多極桿。該離子導(dǎo)向器優(yōu)選地包括至少兩個(gè)電極的電極安排，其中的至少一個(gè)電極是RF電極。該至少兩個(gè)電極優(yōu)選彼此相鄰地安排但在電介質(zhì)材料的平面式表面上間隔開。該至少兩個(gè)電極被安排為距離子流動(dòng)路徑一段距離。該電介質(zhì)表面的一部分暴露在該平面式表面上的一對(duì)相鄰的間隔開的電極之間并且優(yōu)選地所述相鄰電極對(duì)中的至少一個(gè)電極被安排為懸垂(overhang)于它們之間的表面的暴露部分之上，這樣使得不存在從該離子流動(dòng)路徑至該介電表面的暴露部分的直接視線。該離子流動(dòng)路徑是當(dāng)這些電極用電壓進(jìn)行偏壓時(shí)離子沿其行進(jìn)的路徑。該離子流動(dòng)路徑優(yōu)選平行于該平面式表面。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地在這些電極之間的至少某一暴露的電介質(zhì)表面具有懸垂在其上并且不與其電接觸的一個(gè)或多個(gè)電極。
[0008]優(yōu)選地，存在多個(gè)相鄰的間隔開的電極對(duì)，并且存在該電介質(zhì)表面的多個(gè)暴露部分，每個(gè)部分在對(duì)應(yīng)的相鄰的間隔開的電極對(duì)之間。優(yōu)選地，所述多個(gè)相鄰電極對(duì)中的每一對(duì)中的至少一個(gè)電極被安排為懸垂于在它們之間的表面的暴露部分之上，這樣使得不存在從該離子流動(dòng)路徑至該暴露部分的直接視線。更優(yōu)選地，在每個(gè)相鄰電極對(duì)之間的電解質(zhì)表面的每個(gè)暴露部分使該相鄰電極對(duì)中的至少一個(gè)電極被安排為懸垂于該暴露部分之上。
[0009]因此，在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了一種用于質(zhì)譜法的離子導(dǎo)向器，該導(dǎo)向器包括至少兩個(gè)電極的電極安排，其中的至少一個(gè)是RF電極，該至少兩個(gè)電極被安排為在電介質(zhì)材料的平面式表面上彼此相鄰但間隔開，并且被安排為距離子流動(dòng)路徑一段距離，其中該電介質(zhì)表面的一部分暴露在相鄰的間隔開的電極對(duì)之間，并且其中所述相鄰電極對(duì)中的至少一個(gè)電極被安排為懸垂于在它們之間的表面的暴露部分之上，這樣使得不存在從該離子流動(dòng)路徑至該電介質(zhì)表面的暴露部分的直接視線。
[0010]可以提供定位為彼此間隔開的并且面向彼此的兩個(gè)平行的電介質(zhì)材料的平面式表面，各自面向在其上已安排了對(duì)應(yīng)的電極安排的平面式電介質(zhì)表面。因此，在一個(gè)表面上的電極安排面向在另一個(gè)表面上的電極安排。每一個(gè)電極安排可以包括至少一個(gè)平行于該平面式電介質(zhì)表面的平面式RF電極。將理解的是，安排在一個(gè)平面式電介質(zhì)表面上的一個(gè)或多個(gè)RF電極由此被定位為間隔開并且平行于安排在另一個(gè)平面式電介質(zhì)表面上的一個(gè)或多個(gè)RF電極。離子流動(dòng)路徑位于在這兩個(gè)相對(duì)的平面式表面之間的空間中。該離子流動(dòng)路徑被提供為平行于這些平面式表面。
[0011]因此，在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供了一種離子導(dǎo)向器，該離子導(dǎo)向器包括:定位為間隔開的兩個(gè)平行的電介質(zhì)材料的平面式表面，其中它們的平面式表面面向彼此并且具有在其間的空間，每個(gè)平面式表面面向在其上已安排了對(duì)應(yīng)的電極安排的平面式電介質(zhì)表面，該電極安排包括至少一個(gè)平面式RF電極，該平面式RF電極的平面平行于該平面式電介質(zhì)表面，其中離子流動(dòng)路徑被提供在這些平行的平面式電介質(zhì)表面之間的空間中(因此在這些對(duì)應(yīng)的電極安排之間的空間中)，優(yōu)選是在其間等距的。
[0012]本發(fā)明提供一種離子導(dǎo)向器，該離子導(dǎo)向器能夠?qū)崿F(xiàn)離子的RF引導(dǎo)，伴隨有大大減少的電介質(zhì)表面的充電。這些金屬電極相對(duì)于這些電介質(zhì)表面按這樣一種方式被安排:離子和/或液滴傾向于僅落到這些金屬表面(這些金屬表面在使用中被偏壓)上，并且不落到這些電介質(zhì)表面上。該平面式設(shè)計(jì)使得實(shí)現(xiàn)具有中性種類與這些電極的減少的碰撞量的實(shí)施例。該設(shè)計(jì)還使得實(shí)現(xiàn)能夠使中性種類與離子有效分離的實(shí)施例。由于該平面式電極構(gòu)造和使用平面式電介質(zhì)材料如印刷電路板的能力，該離子導(dǎo)向器可以按簡(jiǎn)單的方式來制造。該設(shè)計(jì)可以在允許使用用于碰撞冷卻或離子破碎的氣體填充該離子導(dǎo)向器的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。以下更詳細(xì)地描述這些和其他優(yōu)點(diǎn)。
[0013]現(xiàn)在將總結(jié)不同的優(yōu)選實(shí)施例。
[0014]該電介質(zhì)材料可以是任何合適的絕緣基底，例如玻璃或陶瓷。優(yōu)選地，該電介質(zhì)材料是印刷電路板材料。在此類實(shí)施例中，本發(fā)明可以使用電子器件制造的大批量生產(chǎn)技術(shù)來制造。
[0015]這些電極最優(yōu)選是平面式的，其中它們的平面平行于它們被安排在其上的平面式電介質(zhì)表面。這些電極是平面式的，這意味著它們的厚度(即，它們與該平面式電介質(zhì)表面垂直的尺寸)小于、典型地遠(yuǎn)小于它們的寬度或長(zhǎng)度(即，它們的與該平面式電介質(zhì)表面平行的尺寸)。這些電極還優(yōu)選是狹長(zhǎng)的，即，在軸向方向上。從而這些狹長(zhǎng)電極可以提供線性離子導(dǎo)向器。這些狹長(zhǎng)電極可以是直的或曲線的，即彎曲的。這意指在該平面式電介質(zhì)表面的平面中彎曲。作為實(shí)例這些電極可以是以簡(jiǎn)單曲線或以S形狀或其他形狀彎曲的。這種狹長(zhǎng)構(gòu)型適用于RF電極和DC電極。在本說明書中，術(shù)語RF電極是指將RF電壓源與其連接的電極，無論是否將額外的DC電壓源也任選地施加到其上。術(shù)語DC電極在此是指將DC電壓源(但不是RF電源)與其連接的電極。
[0016]在平面式電介質(zhì)表面上的相鄰電極對(duì)優(yōu)選被安排為使得它們的面向離子的表面在距該電介質(zhì)材料的表面不同的距離，即，不同的高度處。因此，該對(duì)電極中的其面向離子的表面比另一個(gè)電極距該表面更大距離的電極是懸垂于該電介質(zhì)表面的暴露部分之上的電極。這還可以有助于一個(gè)電極懸垂于相鄰電極的至少一部分之上以及從而有助于在其間的電介質(zhì)表面的暴露部分的甚至更大的遮蔽。因此，該懸垂的電極優(yōu)選懸垂于所述相鄰電極對(duì)的另一個(gè)電極的至少一部分之上。優(yōu)選地，該懸垂的電極是RF電極。因此，在此類實(shí)施例中，該RF電極可以是具有距該電介質(zhì)表面更大的距離或高度的面向離子的表面的電極以便使得它能夠懸垂。
[0017]在一個(gè)平面式電介質(zhì)表面上的電極安排的該至少兩個(gè)電極可以包括至少一個(gè)DC電極。該至少一個(gè)DC電極也優(yōu)選是平面式的，其中它的平面平行于該平面式電介質(zhì)表面。因此，所述相鄰電極對(duì)可以包括至少一個(gè)RF電極和一個(gè)DC電極，尤其一個(gè)平面式RF電極和一個(gè)平面式DC電極。這個(gè)或這些RF電極可以被安排為距該電介質(zhì)表面一段距離。該DC電極可以被蝕刻到該電介質(zhì)表面上。該RF電極優(yōu)選被定位為比相鄰的DC電極在該電介質(zhì)表面上方更大的距離或高度處，并且更優(yōu)選地懸垂于該DC電極的至少一部分之上。
[0018]該離子導(dǎo)向器優(yōu)選是具有軸向場(chǎng)的離子導(dǎo)向器。
[0019]至少一個(gè)DC電極可以提供軸向電場(chǎng)梯度以使離子沿著該離子光軸移動(dòng)。
[0020]至少一個(gè)DC電極可以提供處于軸向勢(shì)阱形式的軸向場(chǎng)以將離子軸向地捕獲在該離子光學(xué)裝置中。
[0021]該至少一個(gè)DC電極優(yōu)選是在該軸向方向上分段的以使得能夠通過該電極產(chǎn)生軸向場(chǎng)。這些區(qū)段中的至少一些優(yōu)選在使用中用不同電壓進(jìn)行偏壓以提供該軸向場(chǎng)。
[0022]除了該DC電極之外或作為其的替代，該至少一個(gè)RF電極可以是分段的以提供軸向場(chǎng)梯度或軸向勢(shì)阱。
[0023]優(yōu)選地，在平面式電介質(zhì)表面上的每個(gè)電極安排中提供多個(gè)RF電極(尤其是平面式RF電極)。更優(yōu)選地，每個(gè)電極安排包括兩個(gè)RF電極，使得總計(jì)為