[发明专利]具有改善的机械隔离和组装性的线性离子处理设备

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2009年7月24递交的美国专利申请No.12/509,332的权益。

技术领域

本发明一般地涉及离子处理装置和具有二维(线性)几何形状的相关电极结构。本发明还涉及用于制造所述电极结构以及组装离子处理装置的方法。这些离子处理装置例如可以用于与质谱相关的操作。

背景技术

诸如离子阱的二维(或线性)离子处理装置由一组电极来形成，这组电极围绕装置的中心(z)轴共轴地布置，并且具有沿中心轴方向的主要长度。每个电极以距离中心轴一定的径向距离被放置在与中心轴垂直的(x-y)平面中。所得的电极布置限定出装置的处于电极的相对内表面之间的轴向狭长内部空间。在操作中，离子可以被引入该内部空间、陷留在该内部空间中、存储在该内部空间中、在该内部空间中被分离以及在该内部空间中经受各种反应，并且可被从该内部空间射出，以用于检测。这样的操作需要精确控制在内部空间中存在的离子的运动。离子沿x-y平面的径向漂移可以通过在相对的电极对之间施加二维RF陷留场来控制。离子的轴向漂移或离子沿中心轴的运动可以通过在电极的轴向端之间施加轴向DC陷留场来控制。此外，可以在相对的电极对之间施加辅助或补充RF场，以增大电极对的轴的、选定质荷比的离子的振荡振幅，由此增大离子的动能以用于各种目的(包括离子喷射和碰撞诱导解离)。

存在于电极组的内部空间中的离子响应于在内部空间内起作用的电场，并且其运动受到所述电场的影响。这些场包括通过电装置有意施加的场(如上述的DC和RF场)以及由于电极组的物理/几何特性而内在地(机械地)产生的场。施加的场不仅受制其所施加的操作参数(振幅、频率、相位等)，而且受制于电极结构的物理构件的制造和组装及所得的几何形状和稳定性。内在产生的场通常不是有意的，并且对于离子处理装置的优化操作常常是不期望的。内在产生的场也受制于电极的制造、组装、几何形状和稳定性。具体地，施加场和内在产生的场都受制于电极的暴露于内部空间的内表面的构造(外形、几何形状、特征等等)。在先进离子处理装置中，电极的内表面通常是双曲型的，顶点向内朝向中心轴。理想地，这些内表面被以超紧公差进行精密加工，以精确地提供预想的外形(例如，双曲薄板或其他期望的曲面表面)。而且，即使当内表面被精密加工时，电极的彼此相对位置仍然需要在径向平面上精密定向，并且其定向需要在操作期间被维持，从而给定的内表面不会旋转、歪斜或以其他方式脱离相对于其他内表面的定向。电极的位置也需要相对于z轴被精确控制和位置，使得电极彼此精密地平行。对于典型尺寸的电极组，为了获得可接受的质量单位分辨率，相对的电极对之间的平行的机械公差应该不大于±20μm。

电场的相对于沿电极组的中心轴的轴向位置的任何差异可能不利地影响离子的期望响应，因此不利地影响作为离子处理装置的电极组的性能。例如，当电极组被用作离子阱质量分析仪时，场的沿中心轴的不均一性可能导致具有相同质荷比的离子以不同的时间被射出，导致质量分辨率的损失。电极的较劣的制造、组装、几何形状和稳定性可能导致有缺陷的曲率、不正确定向的电极表面以及不平行的电极。这些问题可以反过来导致施加的场的不均一性和不期望的内在产生的场。而且，电极组和其支撑构件可能受到来自各种来源的外力，诸如安装应力和应变、外部热应变、搬运或运输载荷或外部构件的蠕变(即使在操作场所若干年之后)。这样的外力可能使得电极变形、改变其表面形状并导致电极失去平行。

鉴于上述问题，需要将离子处理装置的电极组以及相关构件与外力隔离。还需要提供用于制造和组装这样的电极组和离子处理装置的改进方法。

发明内容

为了解决上述问题的全部或一部分，和/或熟悉本领域的技术人员已经观察到的其它问题，如在下面阐述的实施方式中作为实施例所描述的，本公开提供了方法、工艺、系统、设备、仪器和/或设备。

根据一个实施方式，离子处理设备包括多个主电极、第一和第二绝缘体、壳体以及多个柔性第一支撑体和第二支撑体。主电极围绕中心轴同轴布置。每个主电极具有大致沿所述中心轴线的方向延伸的轴向长度，并且包括第一端区域和在轴向上相对的第二端区域。第一绝缘体围绕所述第一端区域同轴布置。第二绝缘体围绕所述第二端区域同轴布置。壳体围绕所述多个主电极、所述第一绝缘体和所述第二绝缘体同轴布置。第一支撑体在所述第一绝缘体和所述壳体之间延伸并与所述第一绝缘体和所述壳体接触。第二支撑体在所述第二绝缘体和所述壳体之间延伸并与所述第二绝缘体和所述壳体接触。