用于运输带电粒子的运输装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于运输带电粒子的设备。所述设备包括：控制单元；以及运输装置，其具有被布置在运输通道周围的多个电极，其中所述运输通道包括被配置为接收所述运输装置所接收到的带电粒子的束形成区域。所述控制单元被配置为控制施加到所述电极的电压以在所述运输通道中生成运输电势，所述运输电势具有多个势阱，其中所述多个势阱被配置为移动从而沿所述运输通道以一个或多个束来运输带电粒子。其中所述控制单元被配置为控制施加到所述电极的电压以：在所述束形成区域中暂时性地生成聚集电势，使得所述运输装置所接收到的带电粒子被聚集在所述束形成区域中；然后在所述束形成区域中生成所述运输电势，使得在所述束形成区域中形成选择势阱，其中选择势阱接收由所述聚集电势在所述束形成区域中所聚集到的带电粒子形成的带电粒子束。

Transport Device for Transporting Charged Particles

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于运输带电粒子的运输装置
本专利技术涉及用于运输带电粒子的运输装置。
技术介绍
诸如电喷雾离子源等的许多带电粒子源产生连续(时间上连续)的带电粒子流，而不是离散的带电粒子束。然而，对于被配置为分析带电粒子的许多分析装置，带电粒子优选作为束而不是作为连续流进行分析。这种分析装置的示例是飞行时间(“ToF”)分析器。因此，已经开发了被配置为沿运输通道以一个或多个束来运输带电粒子的运输装置。在WO2012/150351和US2014/0061457A1中描述了这种运输装置的示例。该运输装置(以下可被称为“A装置”)使用非均匀高频电场，其中该非均匀高频电场的赝势(pseudopotential)具有多个势阱，各势阱适于运输相应的带电粒子束。在US2009/278043A1中还公开了生成具有类似品质的电势(尽管是通过模拟而非数字手段)的运输装置。在GB2391697B中描述了这种运输装置的另一示例。该运输装置(以下可被称为“T波”装置、离子导向器或碰撞室)产生DC电场，其中该DC电场包括多个势阱，各势阱适于运输相应的带电粒子束。在“T波”装置中，RF波形被反相施加到堆叠环系统中的交替的环形电极，以生成径向约束场。将行进DC电势顺次施加到电极以生成DC势垒，其中该DC势垒沿装置推动径向捕集的离子。可以形成多个DC势垒以将捕集的离子分离成束。因此，在A装置和T波装置中，控制多个电极以在运输通道中生成运输电势，该运输电势具有多个势阱，其中这多个势阱被配置为沿运输通道以一个或多个束来运输带电粒子。本专利技术人已经观察到，在将带电粒子注入到包含行进阱的带电粒子运输装置期间，期望能够注入宽质量范围的带电粒子并选择性地选择将带电粒子注入哪些阱。对宽质量范围的期望性很明显，因为这将改进诸如质谱分析法等的分析方法的性能。如以下更详细描述的，本专利技术人已经发现，在具有宽范围质量的带电粒子进入如WO2012/150351中所描述的A装置的情况下，与具有较高质量的带电粒子相比，具有较低质量的带电粒子趋向于被不同的势阱接收。结果，各个势阱所包含的各带电粒子束的质量范围受到限制，或者不能精确地表示存在于带电粒子的初始集合中的各质量的带电粒子的数量。本专利技术人还注意到，在要(例如通过被配置为从运输装置中引出目标势阱所包含的带电粒子束的引出电势而)从运输装置引出束的情况下，可能引起除目标束之外的束扭曲。这可能导致离子的完全损失、离子的部分损失或离子的能量增加，从而得到较低的占空比和降低的灵敏度。可以在图6和7中看到这种扭曲效果，其中这些图是通过模拟以下详细描述的装置而获得的。这些效果可能降低诸如ToF分析装置(通常使用带电粒子束)等的下游分析装置的精度和占空比。鉴于以上考虑，设计了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一方面可以提供：一种用于运输带电粒子的设备，该设备包括：控制单元；以及运输装置，其具有被布置在运输通道周围的多个电极，其中所述运输通道包括被配置为接收所述运输装置所接收到的带电粒子的束形成区域；其中所述控制单元被配置为控制施加到所述电极的电压以在所述运输通道中生成运输电势，该运输电势具有多个势阱，其中所述多个势阱被配置为移动以沿所述运输通道以一个或多个束来运输带电粒子；其中所述控制单元被配置为控制施加到所述电极的电压以：在所述束形成区域中暂时性地生成聚集电势，使得所述运输装置所接收到的带电粒子被聚集在所述束形成区域中；然后在所述束形成区域中生成所述运输电势，使得在所述束形成区域中形成选择势阱，其中所述选择势阱接收由所述聚集电势在所述束形成区域中所聚集的带电粒子形成的带电粒子束。例如与带电粒子束直接注入到持续生成运输电势的通道中的方法相比，以这种方式，所述选择势阱可以以有助于减少带电粒子的溢出和/或散射的方式被提供有带电粒子束。优选地，所述选择势阱所包含的带电粒子束包括由聚集电势在束形成区域中聚集的带电粒子的大部分，更优选地为基本上包括这样的带电粒子的全部。这是优选的，因为选择势阱所不包含的带电粒子(例如，由于其反而被相邻阱所包含)可能不可用于后续分析，因此可能被认为是浪费的。然而，虽然通常可能优选的是，选择势阱所包含的带电粒子束基本上包括束形成区域中的所有带电粒子，但这实际上可能难以实现，例如由于在束形成区域中生成运输电势而引起的散射或者由于带电粒子持续注入到束形成区域。优选地，聚集电势包括用于将带电粒子聚集在束形成区域中的势阱。势阱优选地被配置为相对于沿运输通道延伸的纵轴轴向地约束带电粒子。聚集电势中所包括的势阱可以是静态的。聚集电势例如除了势阱之外还可以包括径向约束电势，其中径向约束电势被配置为将带电粒子沿径向方向(例如，相对于沿运输通道延伸的纵轴成径向)约束在束形成区域中。径向约束电势可以是AC电势，例如RF电势，例如通过将RF电势施加到多极电极而生成的RF多极场(RF＝射频)。势阱可以具有上游势垒和下游势垒，其中与下游势垒相比，上游势垒更接近于运输装置的入口。下游势垒可被配置为抑制(更优选地基本上防止)势阱中所聚集的带电粒子沿远离运输装置的入口的方向离开势阱。势阱的底部和下游势垒的顶部之间的电势差可以是0.01V或更多、更优选为0.1V或更多、更优选为1V或更多，更优选为2V或更多。上游势垒可被配置为促使带电粒子朝向势阱的底部、并且抑制(更优选地基本上防止)势阱中所聚集的带电粒子沿朝向运输装置的入口的方向离开势阱。势阱的底部和上游势垒的顶部之间的电势差可以是至少0.01V，并且优选地小于0.5V。这种电势差优选小于势阱的底部和下游势垒的顶部之间的电势差。实际上，势阱的底部和上游势垒的顶部之间的电势差可以尽可能小以使被赋予至从运输装置的入口进入势阱的带电粒子的能量最小化，同时足够大以促使离子从运输装置的入口进入势阱并将其约束在势阱中。这种电势差优选尽可能小的原因在于，期望在不向带电粒子赋予显著能量的情况下促使从运输装置的入口进入势阱的带电粒子进入势阱，从而有助于将低平均动能的带电粒子聚集在势阱中。具有较低动能的带电粒子束一般具有较小的空间扩散，并且需要较少的深势阱来防止溢出到相邻势阱中。上游势垒可以具有渐变电势梯度的形式，但是其它形式也是可能的。运输通道的束形成区域可以包括/包含缓冲气体。在束形成区域中存在这样的缓冲气体可以有助于使离子从选择势阱溢出到相邻势阱中的可能性减小/最小化，并且保持紧密堆积的离子束(例如，具有小尺寸的束)。束形成区域中的缓冲气体可以是中性气体，并且可以例如是诸如氩等的惰性气体。束形成区域中的缓冲气体的压力优选在5×10-1～5×10-4mbar之间，更优选地在5×10-2～1×10-3mbar之间。束形成区域中的缓冲气体优选地被配置为通过带电粒子和缓冲气体的粒子之间的碰撞来使带电粒子的热能减小。可以(例如通过冷却装置)冷却缓冲气体以增强带电粒子的冷却，但是为了避免任何疑问，也可以在缓冲气体处于环境温度的情况下提供有用的冷却效果。优选地，束形成区域中的缓冲气体被配置为使带电粒子冷却以具有低于20eV、更优选地低于1eV、更优选地低于0.1eV的平均(均值)能量，以帮助减小离子从选择势阱溢出到相邻势阱的可能性。控制单元可被配置为控制施加到电极的电压，使得在运输通道的束形成区域中，聚集电势不会与运输电势同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于运输带电粒子的设备，所述设备包括：控制单元；以及运输装置，其具有被布置在运输通道周围的多个电极，其中所述运输通道包括被配置为接收所述运输装置所接收到的带电粒子的束形成区域，其中，所述控制单元被配置为控制施加到所述电极的电压以在所述运输通道中生成运输电势，所述运输电势具有多个势阱，其中所述多个势阱被配置为移动从而沿所述运输通道以一个或多个束来运输带电粒子；其中，所述控制单元被配置为控制施加到所述电极的电压以：在所述束形成区域中暂时性地生成聚集电势，使得所述运输装置所接收到的带电粒子被聚集在所述束形成区域中；然后在所述束形成区域中生成所述运输电势，使得在所述束形成区域中形成选择势阱，其中选择势阱接收由所述聚集电势在所述束形成区域中所聚集的带电粒子形成的带电粒子束。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.19 GB 1621587.31.一种用于运输带电粒子的设备，所述设备包括：控制单元；以及运输装置，其具有被布置在运输通道周围的多个电极，其中所述运输通道包括被配置为接收所述运输装置所接收到的带电粒子的束形成区域，其中，所述控制单元被配置为控制施加到所述电极的电压以在所述运输通道中生成运输电势，所述运输电势具有多个势阱，其中所述多个势阱被配置为移动从而沿所述运输通道以一个或多个束来运输带电粒子；其中，所述控制单元被配置为控制施加到所述电极的电压以：在所述束形成区域中暂时性地生成聚集电势，使得所述运输装置所接收到的带电粒子被聚集在所述束形成区域中；然后在所述束形成区域中生成所述运输电势，使得在所述束形成区域中形成选择势阱，其中选择势阱接收由所述聚集电势在所述束形成区域中所聚集的带电粒子形成的带电粒子束。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述运输通道的所述束形成区域包含缓冲气体。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述聚集电势包括用于将带电粒子聚集在所述束形成区域中的势阱，所述势阱具有上游势垒和下游势垒，其中与所述下游势垒相比，所述上游势垒更接近于所述运输装置的入口。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述聚集电势包括径向约束电势，其中所述径向约束电势被配置为将带电粒子沿径向方向约束在所述束形成区域中。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制单元被配置为控制施加到所述电极的电压，使得用于在所述束形成区域中生成所述运输电势的电压在100us的时间内施加到所述电极，该100us的时间内用于在所述束形成区域中生成所述聚集电势的电压停止施加到所述电极。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制单元被配置为控制施加到所述电极的电压，以在所述束形成区域中暂时性地生成所述聚集电势以及在所述束形成区域中生成所述运输电势的同时在所述运输通道的运输区域中生成所述运输电势。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，具有多个势阱的运输电势是非均匀高频电场，其中所述非均匀高频电场的赝势具有多个持续移动的势阱。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制单元被配置为控制施加到所述电极的电压以重复地进行：在所述束形成区域中暂时性地生成聚集电势，使得所述运输装置所接收到的带电粒子被聚集在所述束形成区域中；然后在所述束形成区域中生成所述运输电势，使得在所述束形成区域中形成相应的选择势阱，其中所述选择势阱接收由所述束形成区域中所聚集的带电粒子形成的带电粒子束。9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述电极包括沿所述运输通道的至少一部分延伸的实心杆电极对以及/或者沿所述运输通道的至少一部分延伸的分段杆电极对。10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述运输装置的电极包括多个引出电极，其中所述控制单元被配置为控制所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·吉尔，R·吉尔斯，A·吉尔斯，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP