[发明专利]耦合至堆积环离子导向器的电动或静电透镜

说明书

技术领域

本发明通常涉及用于质谱仪的离子光学器件，更具体的涉及用于在低真空区域限制并聚焦离子同时使有害的场效应最小化的装置。

发明背景

质谱仪的设计者面对的一个基本挑战是离子从离子源到质量分析器，特别是通过大气压力或低真空区域的有效的传输，在这些区域中离子的运动基本受背景气体分子的相互作用的影响。如果例如通过离子迁移管引入离子后，在首个真空区域使用堆积电极结构并且离子迁移管太短，即，离子迁移管终止于堆积电极结构中的第一个电极的厚度之前，那么在入口处的离子就会遇到强电场，这种强电场对一个或多个多电荷离子的传输通常是有害的。可以理解的是甚至在离子迁移管的长度中小于约0.002英寸的制造公差也可能导致多电荷离子的较大的传输损耗。当离子迁移管由于清洗被临时移除后将产生另一个问题，那就是在与第一个电极之间相距很近位置处的重新定位，这将导致多电荷离子的较大的偏差。

在Mylchreest等人的于1992年10月20日授权的题为“Method and Apparatus for Focusing Ions in Viscous Flow Jet Expansion Region ofan Electrospray Apparatus(用于电喷射装置的粘滞流喷射膨胀区域中的离子聚焦的方法和装置)”的第5,157,260号美国专利中描述了用于聚焦离子设计的透镜方面的背景资料，其中包括以下内容：“总之，管状透镜的功能是在这个区域中形成电场迫使离子沿着喷射中心线向下，因此增加被质谱仪捕获的离子分数。通过透镜的聚焦作用不仅可以使离子束得到增强；还有另一有益的效果就是通过取样锥的离子束的发散角小于自由喷射膨胀中期望得到的。可以相信的是使这种发散角减少的原因是由于在取样锥的上游侧的强电场梯度的驱使使离子以比气流速度快好几倍的速度通过孔口。这意味着离子在孔口的下游的轨迹相比受到来自取样锥中的气体的膨胀而言，更受到这些梯度的影响。我们已经发现使用管状透镜可以将进入分析器的离子的传输至少增加两倍。”

作为离子漏斗以操控离子而配置的堆积电极结构的背景资料可以在Smith等的美国专利第6,107,628号中找到。在其中通常描述的装置包括大批纵向隔开的间距紧密的环电极，环电极的孔径的尺寸从装置的入口向其出口减少。电极彼此之间电绝缘，并且将射频(RF)电压施加到已规定相位关系的电极上以将离子径向地限制在装置的内部。在装置入口处的相当大的孔径尺寸提供了较大的离子接收范围，并且逐渐减小的孔径尺寸产生具有自由场区的“逐渐减小的”RF场，该RF场减少了沿着离子运动的方向的尺寸，由此将离子聚焦成狭窄的离子束以使其可以穿过取样锥的孔或其它静电透镜而不会招致较大程度的离子损失。对于这种装置的改进和变化在(例如)Smith等的第6,583,408号美国专利、Franzen的第7,064,321号美国专利、Bruker Daltonics和Julia的第1,465,234号欧洲专利申请、以及“Ion Funnels for the Masses：Experiments and Simulations with a Simplified Ion Funnel(用于质谱仪的离子漏斗：关于简化的离子漏斗的实验和模拟)”，J.Amer.Soc.Mass Spec，vol.16，pp.1708-1712(2005)中进行了描述。

堆积环电极结构的附加的背景资料能够在Russ，IV等于2002年7月9日提交的第6,417,511B1号题为“Ring Pole ion Guide Apparatus，Systems and Method(环形极离子导引装置、系统与方法)”的美国专利中找到，其中包括以下内容：“本发明提供了一种可以在质谱仪中使用的新颖的离子传输装置和方法。该离子传输装置和方法包括在多极内延伸的环形堆。该装置和方法在传统的RF多极的聚焦和限制方面占有优势并且在传统的堆积环形导引器或者离子漏斗方面占有优势......。”