双场多极收敛离子引导器、双曲离子引导器和有关方法

摘要

在此公开双场多极收敛离子引导器、双曲离子引导器和有关方法。离子引导器生成：第N阶的第一RF场，其中，N是等于或大于2的整数；以及第2N阶的第二RF场，其叠加在所述第一RF场上。相应第一和第二电极集合可以生成所述第一和第二RF场。另一离子引导器可以包括收敛进口部分，其后接出口部分。所述收敛部分可以具有双曲轮廓。具有相对于离子引导器轴的扭转配置的电极可以呈现双曲轮廓。

说明书

技术领域

本发明涉及例如可以在质谱仪系统中利用的离子引导器。

背景技术

质谱仪(MS)系统通常包括用于电离兴趣样本的分子的离子源，后接 提供各种功能的一个或多个离子处理设备，后接用于基于离子的不同质荷比 (或m/z比，或更简单地“质量”)对其进行分离的质量分析器，后接质量分 类的离子所到达的离子检测器。MS分析产生质谱，其为指示所检测到的离 子的相对丰度的一系列峰值作为它们的m/z比的函数。

气体填充的离子引导器是位于离子源与质量分析器之间的处理流中的 离子处理设备的示例。气体填充的离子引导器可以位于离子源附近，在此， 离子引导器可以将离子传送通过一个或多个减压级，其将气体压力相继降低 下至系统的分析器部分的非常低的操作压力(高真空)。气体填充的离子引 导器也可以位于碰撞小单元中，在此，离子引导器可以用作碰撞小单元，或 可以用于减少射束尺寸，以用于系统的后级。在这两种情况下，离子引导器 服务于多种功能：a)以很少的离子损耗将离子传送通过含有气体的区域，b) 将离子传送通过真空级(减压)壁，c)减少离子射束的发射度(获得射束 截面与散度的更小乘积)，d)在接近仪器的整个质量范围上完成所有前述功 能。

相当良好地完成这些目标中的很多目标的大量现有设计是可用的。然 而，关于离子引导器的设计和性能方面的进一步改进，存在持续的需求。例 如，期望在更宽质量范围上和/或以相比对于当前设计可能的更大压降进行离 子传输的改进。还期望减少当前离子引导器或包含它们的系统的成本。

发明内容

为了全部或部分解决前述问题和/或本领域技术人员已经观察到的其它 问题，本公开提供通过示例的方式在以下所阐述的实现方式中描述的方法、 处理、系统、装置、仪器和/或设备。

根据一个实施例，一种离子引导器，包括：进口端；出口端，其在沿着 引导器轴距所述进口端某距离处；第一RF场发生器，其配置用于生成第N 阶的第一RF场，其中，N是等于或大于2的整数，所述第一RF场发生器 包括沿着所述引导器轴延长并且相对于所述引导器轴在圆周上间隔的多个 第一电极，其中，所述第一电极环绕所述进口端与所述出口端之间的引导器 容积；以及第二RF场发生器，其配置用于生成叠加在所述第一RF场上的 第2N阶并且在所述各第一电极之间穿透的第二RF场，所述第二RF场发生 器包括一个或多个第二电极。

根据另一实施例，一种离子引导器，包括：进口端；出口端，其在沿着 引导器轴距所述进口端某距离处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所 述出口端，并且相对于所述引导器轴在圆周上间隔，所述多个电极包括双曲 配置，使得所述电极内接具有相对于所述引导器轴而扫描的双曲径向边界的 从所述进口端到所述出口端的引导器容积。

根据另一实施例，一种离子引导器，包括：进口端；出口端，其在沿着 引导器轴距所述进口端某距离处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所 述出口端，并且相对于所述引导器轴在圆周上间隔，所述多个电极以相对于 所述引导器轴的扭转角度而定向，其中，所述电极内接具有相对于所述引导 器轴而扫描的双曲径向边界的从所述进口端到所述出口端的引导器容积。

根据另一实施例，一种用于聚集离子射束的方法，包括：将所述离子射 束发送通过离子引导器，所述离子引导器包括：进口端；出口端，其在沿着 引导器轴距所述进口端的某距离处；以及多个多极电极，其环绕所述进口端 与所述出口端之间的引导器容积；在发送所述离子射束的同时，将第N阶的 第一RF场施加到所述离子射束，其中，N是等于或大于2的整数；以及将 第2N阶的第二RF场施加到所述离子射束，其中，所述第二RF场叠加在所 述第一RF场上，并且在所述各多极电极之间穿透。

根据另一实施例，一种用于聚集离子射束的方法，包括：发送所述离子 射束通过离子引导器，所述离子引导器包括：进口端；出口端，其在沿着引 导器轴距所述进口端的某距离处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所 述出口端，并且相对于所述引导器轴在圆周上间隔，所述多个电极包括双曲 配置，使得所述电极内接具有相对于所述引导器轴而扫描的双曲径向边界的 从所述进口端到所述出口端的引导器容积；以及在发送所述离子射束的同 时，将径向RF封闭场施加到所述离子射束。

根据另一实施例，一种用于聚集离子射束的方法，包括：发送所述离子 射束通过离子引导器，所述离子引导器包括：进口端；出口端，其在沿着引 导器轴距所述进口端的某距离处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所 述出口端，并且相对于所述引导器轴在圆周上间隔，所述多个电极相对于所 述引导器轴以扭转角度而定向，其中，所述电极内接具有相对于所述引导器 轴而扫描的双曲径向边界的从所述进口端到所述出口端的引导器容积；以及 在发送所述离子射束的同时，将径向RF封闭场施加到所述离子射束。

根据另一实施例，一种质谱仪系统配置用于执行在此所公开的任何方 法。

根据另一实施例，一种质谱仪系统，包括：离子源和/或离子检测器；以 及如在此所公开的任何实施例所述的离子引导器。

在审阅以下附图和具体实施方式时，本发明的其它设备、装置、系统、 方法、特征以及优点对于本领域技术人员将是或将变得清楚。意图所有这些 附加系统、方法、特征和优点包括于该描述内、在本发明的范围内，并且受 所附权利要求所保护。

附图说明

通过参照以下附图，可以更好地理解本发明。附图中的组件并不一定成 比例，而是着重示出本发明的原理。在附图中，相同的附图标记贯穿不同附 图指定对应部分。

图1是根据一些实施例的离子引导器的示例的示意性侧(长度向)视图。

图2A是根据一些实施例的第一电极集合的示例的一端(进口或出口) 的透视图。

图2B是电互连的图2A所示的各第一电极中的两个的透视图。

图3A是根据一些实施例的在进口端处的第一电极集合和第二电极集合 的示例的(横向平面中的)示意性端视图。

图3B是在离子进口部分的一端处或在离子出口端处的图3A所示的第 一电极集合的(横向平面中的)示意性端视图。

图4是根据一些实施例的离子引导器的另一示例的侧(长度向)视图。

图5A是根据一些实施例的相对于离子引导器轴而扫描的双曲表面所描 述的具有双曲径向边界的引导器容积的示例的侧视图(y-z平面)。

图5B是图5A所示的引导器容积的透视图。

图6A是根据一些实施例的在离子进口端处的第一电极集合的示例的 (横向平面中的)端视图。

图6B是图6A所示的第一电极集合的透视图。

图7A是根据一些实施例的配置作为锥形实心壁的第二电极的示例的截 面侧视图。

图7B是根据一些实施例的配置作为锥形栅格或网格的多个第二电极的 示例的截面侧视图。

图7C是根据一些实施例的在离子处理流的方向上具有相继减少的直径 的多个轴向地间隔的环形第二电极的示例的截面侧视图。

具体实施方式

图1是根据一些实施例的离子引导器100的示例的示意性侧(长度向) 视图。离子引导器100通常具有沿着纵向轴或离子引导器轴104的长度以及 在与离子引导器轴104正交的横向平面中的横向截面。离子引导器100的一 个或多个组件的几何形状相对于离子引导器轴104可以是对称的，在此情况 下，离子引导器轴104可以看作中心轴。为了参照的目的，图1提供笛卡尔 坐标系统，其中，z轴对应于离子引导器轴104，离子引导器100的截面位 于横向x-y平面中。根据图1的视角，总体离子行进通常沿着可以看作离子 光轴的离子引导器轴104从左到右受导向。

离子引导器100通常包括：离子进口端108；离子出口端112，其部署 在沿着离子引导器轴104距离子进口端108的某距离处；外壳116，其封装 离子进口端108与离子出口端112之间的离子引导器100的内部组件。在离 子进口端108处从上游设备(例如，比如离子源、上游离子引导器、离子捕 集器、质量过滤器、离子裂解设备等)接收离子。为此目的，离子进口端108 可以包括离子引导器轴104上的气体传导限制孔径，并且可以还包括本领域 技术人员所理解的关联离子光器件。在所示示例中，分撇(skimmer)板120 (也称为分撇锥或采样锥)与离子进口端108的孔径对准地安装在外壳116 上，这有助于防止不想要的中性分子进入离子引导器100。离子从离子出口 端112发射进入到下游设备(例如，比如下游离子引导器、离子捕集器、质 量过滤器、离子裂解设备、离子射束冷却器、质量分析器等)。为此目的， 离子出口端112可以包括纵向轴104上的气体传导限制孔径，并且可以还包 括关联离子光器件。

离子引导器100配置用于在径向上将离子封闭到沿着离子引导器轴104 聚集的离子射束。也就是说，离子引导器100配置用于在允许离子在轴向上 流过的同时约束离子在径向方向上(图1中的横向x-y平面中)的运动。离 子引导器100还配置用于聚集离子射束，即收敛离子相位空间所占据的容积。 以此方式，离子射束在离子进口端108处具有使得来自先前离子处理设备的 离子收集最大化的相对大的射束接受度(导纳性)，并且在离子出口端112 处具有使得进入后续离子处理设备的离子传输最大化的相对小的射束发射 度。因此，离子引导器100配置用于以使得离子的损耗最小化的方式将离子 发送通过离子引导器100。在一些实施例中，离子引导器100也可以配置用 于随着离子行进通过离子引导器100而在轴向上加速它们，以防止失速，和 /或在其它实施例中，以促进离子裂解。替代地或附加地，本领域技术人员应 理解，可以为此目的而配置位于离子进口端108和离子出口端112处(或附 近)的离子光器件。在一些实施例中，离子引导器100可以配置用于减少离 子的动能(即冷却或“热化”离子)，在此情况下，可以在适合于冷却的离子 引导器100中利用惰性缓冲气体(例如氮气、氩气等)。在必须级联质谱仪 的一些实施例中，离子引导器100可以配置用于裂解(前体或“母体”)离子， 以产生裂解(产物或“子体”)离子，在此情况下，可以在对于碰撞诱导解离 (CID)适当的压力处在离子引导器100中利用惰性缓冲气体(例如氮气、 氩气等)。

在一些实施例中，离子引导器100包括第一RF场发生器，其配置用于 生成第N阶的二维多极RF径向封闭场(第一RF场)，其中，N是等于或大 于2的整数。第N阶RF场的示例包括但不限于四极(N＝2)、六极(N＝3) 和八极(N＝4)场。因此，第一RF场发生器可以包括电极的线性(二维) 多极布置。更具体地，第一RF场发生器可以包括多个第一电极124，其沿 着离子引导器轴104延长并且相对于离子引导器轴104在圆周上间隔，由此 环绕可以在径向上封闭离子的轴向地延长的离子引导器容积。为了简明，图 1仅示出第一电极124的一个对向配对，其中应理解，典型地提供一个或多 个附加的对向电极配对。

离子引导器100还包括RF电压源，其与第一电极124连通，如第一RF 电压源128示意性地描述的那样。在一些实施例中，RF电压源(例如第一 RF电压源128)可以看作第一RF场发生器的一部分。第一RF电压源128 将第一RF电压施加到第一电极124，第一电极124响应于此而在离子引导 器容积中生成第一RF场。第一RF电压的参数(RF驱动频率Ω、幅度V_RF和相位)选择为使得期望质量范围(m/z范围)的离子以稳定的方式在径 向上封闭在离子引导器容积中。在一些实施例中，使得在离子的径向运动在 引导器容积中是稳定的质量范围尽可能宽。通常，RF驱动频率Ω和幅度V_RF随离子引导器容积的期望质量范围和最小封装直径而标定。作为一个非限定 性示例，对于大约2.3mm的最小封装直径以及从大约50Da到大约3000Da 的质量范围，RF驱动频率Ω可以是9MHz，零到峰值的幅度V_RF可以是大 约110V。在一些实施例中，期望的量值的直流(DC)电压U_DC可以叠加在 第一RF电压上，使得第一RF场是合成RF/DC场，其可以进行以根据期望 修整稳定的质量范围，如本领域技术人员所理解的那样。

离子引导器100也可以包括DC电压源，其与第一电极124连通，如第 一DC电压源132示意性地描述的那样。DC电压源132可以通过生成轴向 DC电势梯度的方式将第一DC电压V_DC施加到第一电极124，由此确保离 子继续在前向方向上漂移，即使是在因与缓冲气体的多次碰撞而损失动能之 后。应注意，轴向DC电势梯度与可以作为二维径向封闭场的一部分加入的 上述DC电压U_DC是分离的并且有区别的。

所利用的第一电极124的数量可以对应于第一电极124所生成的第一 RF场中的极的数量。因此，例如，四个电极可以生成四极场，六个电极可 以生成六极场，八个电极可以生成八极场，依此类推。与每个第一电极124 在对于一个轴横向的平面中的截面相比沿着该轴略微延长的每个第一电极 124可以看作是杆形的，因此可以称为杆。实际上，期望阶数的纯的或理想 的多极场归因于杆的必然有限尺寸而并非是可实现的。在一些实施例中，每 个杆的截面可以是弯曲的。也就是说，每个杆或其面对引导器内部的表面的 至少一部分可以配备有增强多极场的纯度的工程化轮廓。例如，每个杆的截 面可以呈现面对引导器内部的双曲表面。然而，归因于双曲表面在物理上受 截断的事实，所得多极场仍不理想，因为虽然一个或多个更高阶场对离子运 动具有可忽略的影响，但这些固有地生成的更高阶场可能叠加在期望的多极 场上。在一些实施例中，杆可以成形为笔直圆柱体(具有圆形截面的圆柱)， 这可以表示制造成本与所实现的场纯度的程度之间的折衷。在其它实施例 中，杆可以是多边形(例如条形)。

在一些实施例中，第一电极124可以看作包括沿着离子引导器轴104延 伸的离子进口部分136和离子出口部分140。离子进口部分136从离子进口 端108延伸并且过渡到离子出口部分140，离子出口部分140延伸到离子出 口端112。在离子进口部分136中，第一电极集合124具有收敛(锥形)几 何形状。因此，在离子进口部分136中，第一电极124定向在朝向离子引导 器轴104指向的方向上，使得在朝向离子出口端112的方向上，第一电极124 所环绕的引导器容积的截面面积和各相邻第一电极124之间的圆周间隔是减 少的。在离子出口部分140中，第一电极集合124可以具有笔直或基本上几 何形状，其中，每个第一电极124平行于或基本上平行于引导器轴104。在 一些实施例中，离子出口部分140可以发散，或离子出口部分140的一部分 可以例如在离子出口端112处发散。因此，引导器容积在离子进口部分136 中是锥形，并且在离子出口部分140中是圆柱形、基本上圆柱形、发散或部 分地发散。在离子进口部分136中，归因于第一电极124的收敛几何形状， 第一RF场聚集离子射束。因此，射束发射度从在离子进口端108处的最大 值减少到在从收敛几何形状到笔直几何形状的过渡处的最小值。在离子出口 部分140中，第一RF场可以极大地保留上至离子出口端112的离子射束的 减少的发射度。

第一电极124通常可以沿着引导器轴104从离子进口端108延伸到离子 出口端112。取决于实施例，离子进口端108可以对应于外壳116的一端、 第一电极124的一端或二者(即外壳116和第一电极124的各端可以通常处 于相同轴向位置处)。类似地，离子出口端112可以对应于外壳116的相对 端、第一电极124的相对端或二者。根据未知的或以后开发的任何合适的技 术，第一电极124可以组装、对准并且安装在离子引导器100中，并且耦合 到电子设备。

离子进口部分136的轴向长度可以与离子出口部分140的轴向长度相同 或不同。在一些实施例中，鉴于促进特定功能(例如比如离子冷却、减压等)， 可以选择离子出口部分140的轴向长度。

在一些实施例中，离子引导器100可以包括第一电极124所延伸通过的 一个或多个真空腔室(减压级)。外壳116构造为以液体密闭形式来封装并 且限定真空腔室。在所示实施例中，离子引导器100包括：第一真空腔室， 其限定于外壳116的第一横向壁144与第二横向壁146之间；以及第二真空 腔室，其限定于外壳116的第二横向壁146与第三横向壁148之间。图1还 部分地示出靠第三横向壁148的右边的第三真空腔室。第三真空腔室可以是 离子引导器100的部分，或可以是另一离子处理设备(例如比如质量过滤器 或质量分析器)的输入端。每个真空腔室可以包括真空端口(未示出)，其 耦合到控制相应真空腔室中的压力等级的真空系统。例如，每个后续真空腔 室可以将气体压力减少到比先前腔室更低的等级。最终，压力可以减少得下 至质量分析器中所需的高真空等级。在离子引导器100操作为离子冷却器的 一些实施例中，第一真空腔室保持在对于热化离子而不产生裂解适当的气体 压力处。在离子引导器100操作为碰撞小单元的一些实施例中，第一真空腔 室保持在对于CID适当的相对更高的气体压力处。在一些实施例中，第一真 空腔室操作为碰撞小单元，第二真空腔室操作为离子冷却器。为了实现离子 冷却和/或离子裂解的目的，真空腔室中的多个之一可以包括入口端口(未示 出)，其用于引入缓冲气体。

在所示实施例中，第一电极124延伸通过第一真空腔室、第二真空腔室 并且进入第三真空腔室中。横向壁144、146和148中的每一个具有大小为 使得气体传导最小化的孔径，却同时容纳第一电极124穿过孔径。

在离子引导器100位于单个真空腔室中的其它实施例中，离子引导器 100可以配置为沿着引导器轴提供压力梯度。

图2A是根据一些实施例的第一电极集合224的一端(进口或出口)的 透视图。图2A仅通过示例示出六个第一电极224(六极布置)，应理解，可 以提供少于六个或多于六个的第一电极224。在典型实施例中，普通形式的 V_RFcos(Ωt)的两相位第一RF电压施加到第一电极224，使得施加到给定电极 的信号与施加到该给定电极的任一侧上的相邻电极的信号的相位相差180 度。在图2A中，包括彼此电互连的电极224A(例如第一、第三和第五电极) 以及彼此电互连的电极224B(例如第二、第四和第六电极)的第一电极224 示意性地描述该情况。每个电极224A(或224B)随着其绕着引导器轴移动 (即电极224A和224B绕着引导器轴交替定位)而在任一侧上与两个电极 224B(或2224A)相邻。第一RF电压源示意性地描述为在第一相位处将第 一RF电压施加到电极224A的RF电压源228A以及在距第一相位移位180 度的第二相位处将第一RF电压施加到其它电极224B的RF电压源228B。

还如图2A所示，在一些实施例中，每个第一电极224可以包括电绝缘 元件274(例如内核)以及环绕绝缘元件274的外部阻性元件276(例如层 或涂层)。绝缘元件274可以构成于例如绝缘聚合体、陶瓷或绝缘氧化化合 物。阻性元件276可以构成于例如阻性墨水、金属氧化物、金属、金属合金、 石墨或导电聚合物。RF电压源228A和228B放置得与阻性元件276进行信 号通信。阻性元件276可以制造为展现出极端均匀阻性的层，以沿着所有第 一电极224的长度提供基本上同质的轴向DC电压梯度。可以通过将DC电 压施加到阻性元件276的相对各端来生成DC梯度，而不需要使用在进口和 出口处的分离静电透镜或在进口和出口处的分离电极分段。第一DC源示意 性地描述为将第一DC电压施加到电极224A的DC源232A以及将第一DC 电压施加到其它电极224B的DC源232B。在一些实施例中，所施加的RF 电压的幅度对于所有第一电极224是相同的，所施加的DC电压的量值在一 端或另一端处对于第一电极224是相同的。

图2B是电互连的第一电极224中的两个的透视图。图2B示意性地示 出耦合到第一电极224的相对各端的RF电压源278和286以及DC电压源 282和290。典型地，从端到端沿着每个第一电极224的长度均匀地施加RF 电压。因此，示意性地，RF电压源278可以与RF电压源286相同。然而， 在每个第一电极224的出口端处所施加的DC电压290的量值可以不同于在 进口端处所施加的DC电压282的量值，使得生成如上所述加速离子的轴向 电场梯度。在一些实施例中，RF电压可以仅施加在第一电极224的一端处 或第一电极224的中间处。可以例如通过提供具有三层配置的第一电极224 来促进该操作，在所述三层配置中，内核是导电材料，其为绝缘层所环绕， 绝缘层进而为外部阻性层所环绕。三层配置的示例描述于美国专利 No.7,064,322中，其完整内容通过引用合并到此。

图3A是在离子进口端(即图1所示的离子进口部分136的开始)处的 第一电极集合124的(横向平面中的)示意性端视图。再次，仅通过示例示 出六极布置。第一电极124内接半径r₀的引导器容积352。引导器容积352 通常对应于离子引导器100(图1)的内部区域，其中，可以通过第一电极 124施加二维RF封闭场来限定稳定的离子。虚线圆形354描述在离子进口 端处的离子接受度包络或射束“直径”。实际上，离子射束的实际截面面积可 以具有更椭圆的形状，其中，椭圆的定向根据施加RF电压的时段性周期而 在横向平面中变化。通过比较，图3B是在对于离子出口部分140的过渡产 生(图1)的离子进口部分136的端处或在离子出口端(即离子出口部分140 的端)处的第一电极集合124的(横向平面中的)示意性端视图。归因于离 子进口部分136的收敛几何形状，引导器容积352的横截面积减少(根据更 小的半径r₀显见)，各相邻第一电极124之间的圆周间隔减少。收敛离子进 口部分136所生成的RF场将离子射束压缩并且聚集下至更小的离子发射度 包络，其由图3B中的虚线圆形356描述并且也包括于图3A中，以用于与 更大初始射束发射度(或接受度354)的比较。

施加到第一电极124的RF电压在引导器容积中创建以下方程所描述的 伪势阱：

其中，n＝多极的阶，e＝以库仑为单位的离子的电荷，V＝以伏特为单 位的RF幅度，r＝以毫米(mm)为单位的距引导器轴的径向距离，r₀＝以 mm为单位所设置的多极电极的内接半径，m＝以原子质量单位(amu)为 单位的离子的原子质量，Ω＝以弧度/秒(r/s)为单位的所施加的RF电压的 角频率。当背景碰撞气体也出现时，离子将通常因碰撞气体而损失能量，并 且沉落到引导器轴附近的最低伪电势附近的轨迹中。然而，在质量范围的低 端处，处于相同温度的离子将以更高速度而行进，并且将在每个RF周期中 行进更大距离，并且可以随着RF场恒定地改变相位而通过势垒而退出。这 是一种“低质量不稳定性”，并且在该设备中对于质量范围设置更低的限制。 稳定性是mΩ²r₀²/V的函数。伪电势随着第一电极124在收敛离子进口部分 136的较大端处变得进一步分离而减少，并且离子抑制是更低效的。变得清 楚的是，收敛设备的质量带宽受限于在较大端处的高质量伪电势和在较小端 处的低质量不稳定性。可以通过增加RF驱动频率和电压来改进质量带宽。 然而，对于用于捕获退出真空入口或质量过滤器的离子的有用大小的结构， 将频率增加得超越大约10MHz是困难的。尤其是在平均自由程接近电极杆 间隔的情况下操作的高气体压力设备中，增加电压因电压击穿而受限。增加 频率增加了功率，这导致更大的成本以及温度和可靠性问题还有驱动变压器 中的自谐振限制。

根据本教导，可以通过在离子引导器100的位置处施加第二RF电压从 而第二RF电压在各相邻第一电极124之间的各间隙之间穿透来克服对质量 带宽的冲突限制。该操作具有生成叠加在第一RF场上的第二更高阶RF多 极场(第二RF场)的效果。与第一RF场相比，第二RF场是第2N阶的。 因此，例如，如果第一RF场是六极场，则第二RF场将是十二极场。合成 第一RF场/第二RF场的一个示例包括但不限于四极/八极场和八极/十六极 场。

图1示出实现第二RF场的示例。离子引导器100包括第二RF场发生 器，其配置用于生成叠加在第一RF场上并且在各第一电极124之间穿透的 第2N阶的第二RF场。第二RF场发生器包括一个或多个第二电极160，其 沿着离子进口部分136的部分或整个长度而定位。可以通过单个电极的形式、 或与第一电极124相似作为沿着引导器轴104延长并且彼此在圆周上间隔的 多个电极来提供第二电极160。替代地，第二电极160可以具有以下通过示 例所描述的其它配置。

第二电极160可以位于第一电极124的外部(因此环绕第一电极124)， 在此情况下，第二电极160可以称为外部电极，第一电极124可以称为内部 电极。在其它实施例中，第二电极160可以位于相邻第一电极124的各相应 配对之间的间隙中。在其它实施例中，第二电极160可以部分地处于第一电 极124外部，但延伸进入或通过各第一电极124之间的间隙。

离子引导器100的RF电压源包括第二RF电压源164，其与第二电极 160连通。在一些实施例中，RF电压源(例如第二RF电压源164)可以看 作第二RF场发生器的一部分。第二RF电压源164将普通形式V_RFcos(Ωt) 的第二RF电压施加到第二电极160，其响应于此而生成穿透第一电极124 的包络并且进入引导器容积中的第二RF场。在一些实施例中，第二RF电 压是单相位RF电势。可以在相对于施加第一RF电压的相位的任何相位处 施加第二RF电压。

离子引导器100的DC电压源可以还包括第二DC电压源168，其与第 二电极160连通。在一些实施例中，第二电极160可以具有与以上所描述的 并且图2A和图2B所示的第一电极124的实施例相似的合成绝缘/阻性配置。 在操作中，可以期望第二电极160上的DC电势设置得与在离子进口端108 处的第一电极124上的DC电势相同，以使得DC电势对第二电极160的影 响最小化。

在一些实施例中，第二电极160可以布置在第一电极124的外部，并且 处于与第一电极124相似的收敛方式。因此，在第一电极124位于距引导器 轴104的第一半径处的情况下，第二电极160可以位于与第一半径不同达某 偏移值的距引导器轴104的第二半径处。所述偏移可以沿着引导器轴104保 持恒定，即第二电极160的收敛角度可以与第一电极124的收敛角度相同。 替代地，所述偏移可以沿着引导器轴104变化，即第二电极160的收敛角度 可以与第一电极124的收敛角度不同。可以根据需要来选择偏移，以在避免 (归因于Paschen’s定律的)电压击穿的同时获得期望的第二RF场进入引导 器容积中的穿透量。例如，可以修整偏移，以获得待由离子引导器100封闭 的期望质量范围。此外，可以使得偏移在第二电极160的下游端处比在上游 端处更小，或反之亦然。鉴于场穿透在下游方向上随着各第一电极124之间 的间隔降低而减少的事实，对于增强在第一电极124的下游端处的场穿透， 减少下游端处的偏移可以是有用的。此外，虽然增加偏移可能需要增加RF 电压以在各第一电极124之间的间隙中保持期望的电势，但如果期望，则偏 移可以增加以实现更大的击穿强度或允许更容易的气体逃逸。此外，偏移可 以例如通过将第二电极160替代以不同大小的布置或通过以允许第二电极 160的位置受调整的方式来配置安装硬件而是可调整的。

适当选择用于第二RF场的驱动频率服务于供应封闭场，以用于本应反 而在各第一电极124之间的增长间隙中损耗的质量范围的部分。第二RF场 的驱动频率可以设置得小于第一RF场的驱动频率，使得无论其相对大的2R₀如何，高质量伪电势都仍是实质性的。这对于在气体压力不仅减少有效伪电 势而且扩展气体具有创建将离子径向地推出设备之外的空气动力学曳力的 径向速度矢量的真空入口(例如分撇器120、毛细管或孔口)之后的操作是 特别重要的。必须通过相反方向的伪电势力来克服该径向气体。虽然该伪力 类似于伪电势是基于具有变化相位空间和RF相位的多个离子的路径的统计 构造，但可以通过关于半径对伪电势方程进行微分以获得有效场E_pseudo(以 伏特/米为单位)来近似它，如下：

$F_{psuedo}=\frac{dU}{dr}{V}_{psuedo}=1.33x{10}^{-32}{n}^2{\mathrm{eV}}^2\frac{\frac{(n-1)}{r}{\left(\frac{r}{r_0}\right)}^{2n-2}}{{\mathrm{m\Omega }}^2{r}_0^2}.$

对于特定多极配置：

$F_{psuedo}=\frac{dU}{dr}{V}_{psuedo}=2.66x{10}^{-32}{n}^2{\mathrm{eV}}^2\frac{r^3}{{\mathrm{m\Omega }}^2{r}_0^6},$用于六极。

$F_{psuedo}=\frac{dU}{dr}{V}_{psuedo}=6.64x{10}^{-33}{n}^2{\mathrm{eV}}^2\frac{r^9}{{\mathrm{m\Omega }}^2{r}_0^{12}},$用于十二极。

于是，力为E_pseudoxe。力在中心线(引导器轴)处等于零，并且径向地 增加。

因为两个RF场的叠加，所以与传统线性多极离子引导器相比，在不同 阶多极项、不同电压以及不同频率的情况下，在此所公开的离子引导器100 的实施例可以实现更大的射束压缩，发送从样本产生的全部质量范围离子， 在更高压力处操作，并且更好地容忍径向气体速度矢量。此外，可以通过更 低的电压和功率来实现前述情况，减少了电子设备的成本并且改进了可靠 性。此外，可以通过单个内部元件(例如单个(无分段)第一电极集合124) 来实现前述情况，因此避免边缘场的并发、对准问题以及建构多级化设备的 成本。此外，离子引导器100良好地适合于操作为碰撞小单元，因为其可以 接受退出四极质量过滤器或其它先前设备的大离子相位空间，发送并且以碰 撞方式冷却母体离子并且同时裂解离子，而且将比当前所实现的远更小的离 子相位空间传送到后续质量过滤设备(例如四极或飞行时间(TOF)分析器) 中。因此，离子引导器100可以启用更高的总体系统传输，更宽的质量范围 传输以及改进的MS和MS-MS谱。

如上所述，RF驱动频率Ω和幅度V_RF随期望质量范围和离子引导器容 积的最小封装直径而标定。继续于以上对于大约2.3mm的最小封装直径以 及从大约50Da到大约3000Da的质量范围给出的非限定性示例，第一RF场 的驱动频率(第一频率)可以是9MHz，而第二RF场的驱动频率(第二频 率)可以是1MHz。在一些实施例中，第二频率处于第一频率的50％或更小 的范围中。在一些实施例中，第一RF场的零到峰值幅度(第一峰值幅度) 可以是大约110V，而第二RF场的零到峰值幅度(第二峰值幅度)可以是大 约250V。在此所公开的离子引导器所能够发送的质量范围将取决于对于第 一频率、第二频率、第一峰值幅度和第二峰值幅度所选择的值。在一些实施 例中，在此所公开的离子引导器可达到的离子进口处的射束接受度直径对于 第一电极的离子出口处的射束接受度直径的比率可以是大约3:1，而在其它 实施例中，可以低于或高于3:1。

本领域技术人员应理解，于在此所公开的所有实施例中，离子引导器所 生成的第二RF场类似于第一RF场是通过电子设备的操作而有意地生成的。 第二RF场是以对于更高阶场足够的场强度所施加以具有对离子封闭和/或离 子射束压缩的显著有用效果的有意更高阶场。故此，第二RF场将要区别于 任何甚至在缺少第二RF场时可以在离子引导器中生成的无意(即固有的， 并且一般不可避免的)更高阶场。无意更高阶场的示例包括归因于空间-电 荷效应以及归因于电极所施加的实际限制(例如加工以及组装瑕疵、几何形 状不连续性、非理想形状等)而产生的微扰(场缺陷、边缘效应、畸变等) 所生成的场。这样所生成的任何这些无意更高阶场与第二RF场相比是相对 弱的，并且一般是非常局部化的，并且将不具有对离子的显著效果。作为表 征离子引导器所生成的第二RF场的另一示例，但并非限制为任何在此所公 开的实施例，第二RF场可以具有作为施加第一RF场的场的10％或更大的 场强度。

图4是根据一些实施例的离子引导器400的另一示例的侧(长度向)视 图。离子引导器400通常具有沿着离子引导器轴404的长度以及与离子引导 器轴404正交的横向平面中的横向截面。离子引导器400通常包括：离子进 口端408；以及离子出口端412，其沿着离子引导器轴404部署在距离子进 口端408的某距离处。离子引导器400可以还包括外壳(未示出)，其封装 离子进口端408与离子出口端412之间的离子引导器400的内部组件，如上 所述。在所示实施例中，分撇板420安装在离子进口端408处。

离子引导器400包括第一RF场发生器，其配置用于生成第N阶的第一 RF场，其中，N是等于或大于2的整数。在所示实施例中，第一RF场发生 器包括多个第一电极424，其沿着离子引导器轴104延长并且相对于离子引 导器轴104在圆周上间隔，由此环绕在径向上封闭离子的轴向地延长的离子 引导器容积。由于可以如上所述利用其它多极布置，因此图4仅通过示例示 出六极布置(其中，示出三个第一电极424)。如上所述，RF或RF/DC功率 可以馈送到第一电极424。第一电极424可以看作包括沿着离子引导器轴404 延伸的离子进口部分436和离子出口部分440。离子进口部分436从离子进 口端408延伸并且过渡到离子出口部分440，离子出口部分440延伸到离子 出口端412。在离子进口部分436中，第一电极集合424具有收敛(锥形) 几何形状。在离子出口部分440中，第一电极集合424具有笔直或基本上笔 直圆柱形几何形状。在所示实施例中，第一电极424弯曲，使得限定收敛离 子进口部分436和笔直离子出口部分440。第一电极424中的弯曲提供从离 子进口部分436到离子出口部分440的过渡。

离子引导器400还包括第二RF场发生器，其配置用于生成叠加在第一 RF场上并且在各第一电极424之间穿透的第2N阶的第二RF场。在所示实 施例中，第二RF场发生器包括单个第二电极460(或外部电极)，其沿着离 子进口部分436的部分或整个长度环绕第一电极424。第二电极460可以是 或可以包括实心壁，并且如所示，壁可以是与第一电极424的离子进口部分 436相似的锥形。第二电极460的收敛角度可以与第一电极424的离子进口 部分436收敛角度相同或不同，如上所述。替代地，第二电极460可以具有 以下通过示例所描述的其它配置。

根据其它实施例，可以通过将离子引导器电极布置、定向和/或成形为具 有沿着引导器轴并且面对引导器容积的双曲配置来实现离子引导器电极(并 且因此离子引导器容积)的收敛到笔直(或基本上笔直)几何形状。也就是 说，当从一侧或长度向视角观看(例如在图1或图4的y-z平面视图中)时， 离子引导器电极集合展现面对引导器容积的双曲轮廓。因此，双曲离子引导 器电极集合实际上内接具有相对于引导器轴而扫描的双曲径向边界的引导 器容积。相应地，用于r₀的值随着其沿着引导器轴移动而变化，并且对应于 电极集合所呈现的双曲曲线上的点。换言之，引导器容积的外部边界确是或 近似相对于引导器轴的旋转的双曲面的表面。

图5A是相对于引导器轴而扫描的双曲表面502所描述的具有双曲径向 边界的引导器容积的示例的侧视图(y-z平面)。图5B是图5A所示的引导 器容积的透视图。双曲曲线的形状或阔度可以是宽的，即偏心度可以是大的。 内接双曲径向边界的离子引导器电极可以沿着双曲曲线的任何部分延伸，并 且可以包括或可以不包括双曲曲线的顶点。在一些实施例中，引导器电极的 双曲配置是这样的：引导器容积在比离子进口端更靠近离子出口端的轴向点 处具有距引导器轴的最小半径r₀。在一些实施例中，电极集合的整个长度提 供双曲配置。在其它实施例中，电极集合的一部分长度提供双曲配置，并且 然后过渡到笔直圆柱或另外形状。

在一些实施例中，通过沿着引导器轴(即在图1、图4或图5A的y-z 平面中)具有双曲曲率的每个引导器电极来实现双曲配置。这些引导器电极 可以通过与图4所示的第一电极424相似的方式而得以布置，但另外具有独 特的弯曲，引导器电极形成为具有平滑双曲曲率。

图6A和图6B示出具有沿着引导器轴的双曲配置的离子引导器电 极的另一示例。具体地说，图6A是离子进口端处的第一电极集合624的(横 向平面中的)端视图，图6B是第一电极集合624的透视图。再次，仅通过 示例示出六极布置。在该实施例中，第一电极624成形为笔直圆柱形杆。然 而，第一电极624相对于引导器轴布置并且定向，使得它们内接具有相对于 引导器轴而扫描的双曲径向边界的引导器容积，例如图5A和图5B所示。 具体地说，第一电极624相对于引导器轴以扭转角度定向，如图6A和图6B 所示。因此，第一电极624绕着引导器轴“扭转”，却仍为笔直圆柱形杆，结 果是它们展现沿着引导器轴的双曲轮廓。在一些实施例中，扭转角度可以处 于从几度到几乎180度的范围中。不同的扭转角度提供不同的双曲曲率。通 过该扭转角度以及进口和出口直径的适当选择，所得双曲几何形状可以提供 后接(几乎)笔直部分的收敛部分，再现例如比如以上所描述的以及图4所 示的配置的普通效果。以另一方式声明，笔直杆(第一电极624、或第一电 极624和第二电极660二者)以位于旋转的双曲面的表面上的方式而定向。 该定向导致笔直杆所处的表面从每个杆的两个轴端的位置处于同一旋转角 度的锥形的特殊情况改变为各杆端之一的位置相对于另一端“扭转”的双曲 面。

第一电极624的扭转配置可以提供一些独特优点。例如，与已知的离子 引导器配置相比，扭转配置可以允许第一电极624一起更靠近地成组。这允 许第一电极624穿过两个真空级之间的相比较更小的孔径，由此使得能够进 行各真空级之间的更受限的气体传导以及更大的压力降。作为另一示例，扭 转配置可以对离子引导器中的全部气体流施加回旋效果，这可以促进气体分 子中的能量耗散。

因此，笔直第一电极624可以初始地布置为形成类似于传统收敛多极离 子引导器的笔直锥形部分。一旦以此方式陈设，在保留第一电极624的笔直 圆柱形几何形状的同时，保持第一电极624的一端的固定器就于是扭转达范 围从几度上至几乎180度的某角度。也就是说，在实际上不弯曲或扭转第一 电极624的材料的情况下完成第一电极624的扭转。这样具有形成具有相对 于中心轴旋转的双曲线的形状的所封装的引导器容积的效果。

图6A还示出第二电极集合660。在所示实施例中，第二电极660是与 第一电极624相似的延长杆，所提供的第二电极660的数量与第一电极624 相同(在该示例中，六个)。第二电极660可以定位为这样的：它们在各第 一电极624(从径向视角)的外部以及(从横向平面相对于引导器轴中的有 角位置的视角)之间是穿插的。替代地，可以根据在此所公开的任何其它实 施例来配置第二电极660。如所示，第二电极660也具有与第一电极624相 似的双曲配置。如上所述，第一RF电压、第二RF电压和轴向DC梯度可 以施加到第一电极624和第二电极660。

应理解，根据在此所描述的任何配置(例如图1至图6B所示的配置)， 本发明的实施例涵盖仅提供第一电极的离子引导器。可以在不提供第二RF 电压或第二电极的情况下实现这些实施例。

在其它实施例中，可以提供(包括第一RF发生器和第二RF发生器的) 双场离子引导器，其中，第一电极不包括收敛部分。例如，第一电极可以布 置在笔直圆柱形几何形状中。在这些实施例中，第一电极可以包括在施加第 二RF场的情况下所限定的进口部分，后接出口部分。因此，离子引导器所 生成的RF封闭场可以从进口部分中的合成第一RF场(第N阶)/第二RF 场(第2N阶)过渡到出口部分中的第一RF场(第N阶)。这种配置可以甚 至在没有收敛几何形状的情况下产生期望的射束压缩比率。在这些实施例 中，第二电极可以还具有笔直圆柱形几何形状，或替代地，由于期望提供对 离子封闭的不同效果，因此可以具有收敛或发散几何形状。

图7A、图7B和图7C示出用于第二电极的配置的其它示例。图7A是 配置作为锥形实心壁的第二电极760的截面侧视图。在一些实施例中，壁可 以具有一个或多个过孔762，以促进气体流动。图7B是配置作为锥形栅格 的多个第二电极766的截面侧视图，其中，第二电极766沿着引导器轴延长 并且朝向引导器轴收敛。在一些实施例中，还提供多个轴向地间隔的环形第 二电极770。这些第二电极770在离子处理流程的方向上具有相继减少的直 径。第二电极766和770的组合因此形成锥形网格。图7C是在离子处理流 程的方向上具有相继减少的直径的多个轴向地间隔的环形第二电极772的截 面侧视图。每个第二电极772可以单独地可由RF源和DC源根据期望而寻 址。在另一实施例(未具体示出)中，第二电极可以相对于引导器轴延长并 且在圆周上布置(与上述第一电极的示例相似)，每个第二电极分段为沿着 第二电极延长的方向彼此间隔的多个分段。在此情况下，每个第二电极772 可以单独地可由RF源和DC源根据期望而寻址。在第二电极的任何前述实 施例中，第二电极可以具有圆柱形几何形状而非所示的锥形或收敛几何形 状，或替代地，由于期望提供对离子封闭的不同效果，因此可以具有发散几 何形状。

示例性实施例

根据本公开的主题内容所提供的示例性实施例包括但不限于以下：

1.一种离子引导器，其包括：进口端；出口端，其在沿着引导器轴距所 述进口端某距离处；第一RF场发生器，其配置用于生成第N阶的第一RF 场，其中，N是等于或大于2的整数，所述第一RF场发生器包括沿着所述 引导器轴延长并且相对于所述引导器轴在圆周上间隔的多个第一电极，其 中，所述第一电极环绕所述进口端与所述出口端之间的引导器容积；以及第 二RF场发生器，其配置用于生成叠加在所述第一RF场上的第2N阶并且在 所述各第一电极之间穿透的第二RF场，所述第二RF场发生器包括一个或 多个第二电极。

2.如实施例1所述的离子引导器，其中，所述第一电极包括：进口部分， 其从所述进口端延伸并且朝向所述引导器轴收敛；以及出口部分，其从所述 进口部分延伸到所述出口端。

3.如实施例2所述的离子引导器，其中，所述第二电极沿着所述进口部 分环绕所述第一电极。

4.如实施例2或3所述的离子引导器，其中，所述第一电极沿着所述出 口部分的至少一部分限定笔直圆柱形容积。

5.如实施例2至4中的任一项所述的离子引导器，其中，所述第一电极 弯曲，使得所述第一电极在所述进口部分中朝向彼此收敛，并且在所述出口 部分中过渡到笔直圆柱形。

6.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其中，所述第一RF场 发生器配置用于沿着所述离子引导器的长度生成轴向DC梯度。

7.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其包括：轴向DC梯度 生成配置，其选自构成于以下项的分组：每个第一电极包括：绝缘元件；以 及阻性元件，其环绕所述绝缘元件；每个第二电极包括：绝缘元件；以及阻 性元件，其环绕所述绝缘元件；以及前述项二者。

8.如实施例7所述的离子引导器，其包括：DC电压源，其与所述阻性 元件连通，并且配置用于沿着所述第一电极或所述第二电极的长度的至少一 部分生成轴向DC梯度。

9.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其中，所述多个第一电 极包括双曲配置，使得所述引导器容积具有相对于所述引导器轴而扫描的双 曲径向边界。

10.如实施例9所述的离子引导器，其中，所述第一电极的所述双曲配置 是这样的：所述引导器容积在比所述进口端更靠近所述出口端的轴向点处具 有距所述引导器轴的最小半径。

11.如实施例9或10所述的离子引导器，其中，所述双曲配置从所述进 口端延伸到所述出口端。

12.如实施例9至11中的任一项所述的离子引导器，其中，所述第一电 极中的每一个成形为笔直圆柱形杆。

13.如实施例9至12中的任一项所述的离子引导器，其中，所述第一电 极以相对于所述引导器轴的扭转角度而定向。

14.如实施例9至11中的任一项所述的离子引导器，其中，所述第一电 极中的每一个具有双曲曲率。

15.如实施例9至14中的任一项所述的离子引导器，其中，所述一个或 多个第二电极具有双曲配置。

16.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其中，所述一个或多个 第二电极具有选自构成于以下项的分组的配置：单个第二电极，其包括具有 锥形或圆柱形几何形状的壁；单个第二电极，其包括具有锥形或圆柱形几何 形状的壁，并且在所述壁中具有一个或多个过孔；栅格，其具有锥形或圆柱 形几何形状，并且包括沿着所述引导器轴延长的多个第二电极；多个轴向地 间隔的环形第二电极，其具有恒定直径或相继减少的直径；网格，其具有锥 形或圆柱形几何形状，并且包括沿着所述引导器轴延长的多个第二电极以及 多个轴向地间隔的环形第二电极；多个第二电极，其沿着所述引导器轴延长 并且相对于所述引导器轴在圆周上间隔，并且外接具有锥形、圆柱形或双曲 几何形状的容积；多个第二电极，其沿着所述引导器轴延长并且相对于所述 引导器轴在圆周上间隔，并且外接具有锥形或圆柱形几何形状的容积，其中， 每个第二电极分段为沿着所述第二电极延长的方向彼此间隔的多个分段；多 个第二电极，其在所述第一电极的相应相邻配对之间穿过；以及所述一个或 多个第二电极环绕所述第一电极。

17.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其中，所述第一电极位 于距所述引导器轴的第一半径处，所述第二电极位于距所述引导器轴的第二 半径处，所述第二电极具有在所述进口端处的上游端以及轴向地相对下游 端，所述第二半径与所述第一半径不同达选自构成于以下项的分组的偏移： 沿着所述引导器轴保持恒定的偏移；沿着所述引导器轴变化的偏移；以及在 所述下游端处比在所述上游端处更小的偏移。

18.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其包括：RF电压源， 其配置用于将第一RF电压在第一频率处施加到所述第一电极，并且将第二 RF电压在比所述第一频率更低的第二频率处施加到所述一个或多个第二电 极。

19.如实施例18所述的离子引导器，其中，所述第二频率处于第一频率 的50％或更小的范围中。

20.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其包括：RF电压源， 配置用于在第一相位处将所述第一RF电压施加到所述第一电极的第一分 组，并且在第二相位处将所述第一RF电压施加到所述第一电极的第二分组， 其中，所述第一分组中的每个第一电极与所述第二分组中的至少一个第一电 极相邻，并且其中，所述第二相位距所述第一相位移位180度。

21.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其包括：RF电压源， 其配置用于将单相位RF电压施加到所述一个或多个第二电极。

22.如前述实施例中的任一项所述的离子引导器，其包括：多个真空级， 其中，所述第一电极延伸通过所述真空级中的至少两个。

23.如实施例22所述的离子引导器，其包括：壁，其在所述至少两个真 空级之间，所述壁具有所述引导器轴上的孔径并且位于比所述进口端更靠近 所述出口端。

如实施例23所述的离子引导器，其中，所述多个第一电极包括双曲配 置，使得所述引导器容积具有相对于所述引导器轴而扫描的双曲径向边界， 并且所述引导器容积具有在所述壁处或其附近距所述引导器轴的最小半径。

25.一种离子引导器，其包括：进口端；出口端，其在沿着引导器轴距所 述进口端某距离处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所述出口端，并 且相对于所述引导器轴在圆周上间隔，所述多个电极包括双曲配置，使得所 述电极内接具有相对于所述引导器轴而扫描的双曲径向边界的从所述进口 端到所述出口端的引导器容积。

26.如实施例25所述的离子引导器，其中，所述电极中的每一个成形为 笔直圆柱体。

27.如实施例25或26所述的离子引导器，其中，所述电极以相对于所述 引导器轴的扭转角度而定向。

28.如实施例25所述的离子引导器，其中，所述电极中的每一个具有双 曲曲率。

29.如实施例25至28中的任一项所述的离子引导器，其中，从所述进口 端延伸到所述出口端的所述电极是第一电极，并且还包括一个或多个第二电 极。

30.如实施例29所述的离子引导器，其中，所述一个或多个第二电极具 有选自构成于以下项的分组的配置：单个第二电极，其包括具有锥形或圆柱 形几何形状的壁；单个第二电极，其包括具有锥形或圆柱形几何形状的壁， 并且在所述壁中具有一个或多个过孔；栅格，其具有锥形或圆柱形几何形状， 并且包括沿着所述引导器轴延长的多个第二电极；多个轴向地间隔的环形第 二电极，其具有恒定直径或相继减少的直径；网格，其具有锥形或圆柱形几 何形状，并且包括沿着所述引导器轴延长的多个第二电极以及多个轴向地间 隔的环形第二电极；多个第二电极，其沿着所述引导器轴延长并且相对于所 述引导器轴在圆周上间隔，并且外接具有锥形、圆柱形或双曲几何形状的容 积；多个第二电极，其沿着所述引导器轴延长并且相对于所述引导器轴在圆 周上间隔，并且外接具有锥形或圆柱形几何形状的容积，其中，每个第二电 极分段为沿着所述第二电极延长的方向彼此间隔的多个分段；多个第二电 极，其在所述第一电极的相应相邻配对之间穿过；所述一个或多个第二电极 环绕所述第一电极；以及所述一个或多个第二电极沿着所述双曲径向边界收 敛的区域环绕所述第一电极。

31.如实施例29或30所述的离子引导器，其中，所述第一电极配置用于 生成第N阶的第一RF场，其中，N是等于或大于2的整数，所述一个或多 个第二电极配置用于生成叠加在所述第一RF场上并且在所述各第一电极之 间穿透的第2N阶的第二RF场。

32.一种离子引导器，其包括：进口端；出口端，其在沿着引导器轴距所 述进口端某距离处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所述出口端，并 且相对于所述引导器轴在圆周上间隔，所述多个电极以相对于所述引导器轴 的扭转角度而定向，其中，所述电极内接具有相对于所述引导器轴而扫描的 双曲径向边界的从所述进口端到所述出口端的引导器容积。

33.如实施例32所述的离子引导器，其中，所述电极中的每一个成形为 笔直圆柱体。

34.如实施例32或33所述的离子引导器，其中，从所述进口端延伸到所 述出口端的所述电极是第一电极，并且还包括一个或多个第二电极。

35.如实施例34所述的离子引导器，其中，所述一个或多个第二电极具 有选自构成于以下项的分组的配置：单个第二电极，其包括具有锥形或圆柱 形几何形状的壁；单个第二电极，其包括具有锥形或圆柱形几何形状的壁， 并且在所述壁中具有一个或多个过孔；栅格，其具有锥形或圆柱形几何形状， 并且包括沿着所述引导器轴延长的多个第二电极；多个轴向地间隔的环形第 二电极，其具有恒定直径或相继减少的直径；网格，其具有锥形或圆柱形几 何形状，并且包括沿着所述引导器轴延长的多个第二电极以及多个轴向地间 隔的环形第二电极；多个第二电极，其沿着所述引导器轴延长并且相对于所 述引导器轴在圆周上间隔，并且外接具有锥形、圆柱形或双曲几何形状的容 积；多个第二电极，其沿着所述引导器轴延长并且相对于所述引导器轴在圆 周上间隔，并且外接具有锥形或圆柱形几何形状的容积，其中，每个第二电 极分段为沿着所述第二电极延长的方向彼此间隔的多个分段；多个第二电 极，其在所述第一电极的相应相邻配对之间穿过；所述一个或多个第二电极 环绕所述第一电极；以及所述一个或多个第二电极沿着所述双曲径向边界收 敛的区域环绕所述第一电极。

36.如实施例34或35所述的离子引导器，其中，所述第一电极配置用于 生成第N阶的第一RF场，其中，N是等于或大于2的整数，所述一个或多 个第二电极配置用于生成叠加在所述第一RF场上并且在所述各第一电极之 间穿透的第2N阶的第二RF场。

37.一种用于聚集离子射束的方法，所述方法包括：将所述离子射束发送 通过离子引导器，所述离子引导器包括：进口端；出口端，其在沿着引导器 轴距所述进口端的某距离处；以及多个多极电极，其环绕所述进口端与所述 出口端之间的引导器容积；在发送所述离子射束的同时，将第N阶的第一 RF场施加到所述离子射束，其中，N是等于或大于2的整数；以及将第2N 阶的第二RF场施加到所述离子射束，其中，所述第二RF场叠加在所述第 一RF场上，并且在所述各多极电极之间穿透。

38.如实施例37所述的方法，其中，所述第一电极包括：进口部分，其 从所述进口端延伸并且朝向所述引导器轴收敛；以及出口部分，其从所述进 口部分延伸到所述出口端，并且所述第二RF场在所述进口部分中叠加在所 述第一RF场上。

39.如实施例37或38所述的方法，其中，所述多个多极电极包括双曲配 置，使得所述引导器容积具有相对于所述引导器轴而扫描的双曲径向边界。

40.如实施例37至39中的任一项所述的方法，其中，所述多极电极是第 一电极，施加所述第一RF场包括：将第一RF电压施加到所述第一电极， 并且施加所述第二RF场包括：将第二RF电压施加到一个或多个第二电极。

41.一种用于聚集离子射束的方法，所述方法包括：发送所述离子射束通 过离子引导器，所述离子引导器包括：进口端；出口端，其在沿着引导器轴 距所述进口端的某距离处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所述出口 端，并且相对于所述引导器轴在圆周上间隔，所述多个电极包括双曲配置， 使得所述电极内接具有相对于所述引导器轴而扫描的双曲径向边界的从所 述进口端到所述出口端的引导器容积；以及在发送所述离子射束的同时，将 径向RF封闭场施加到所述离子射束。

42.如实施例41所述的方法，其中，所述径向RF封闭场是第N阶的第 一RF场，其中，N是等于或大于2的整数，并且还包括：施加第2N阶的 第二RF场，使得所述第二RF场在所述双曲配置的收敛部分中叠加在所述 第一RF场上，并且在所述各电极之间穿透。

43.如实施例41或42所述的方法，其中，包括所述双曲配置的电极是第 一电极，并且所述第二RF场施加到一个或多个第二电极。

44.一种用于聚集离子射束的方法，所述方法包括：发送所述离子射束通 过离子引导器，所述离子引导器包括：进口端；出口端，其在沿着引导器轴 距所述进口端的某距离处；以及多个电极，其从所述进口端延伸到所述出口 端，并且相对于所述引导器轴在圆周上间隔，所述多个电极相对于所述引导 器轴以扭转角度而定向，其中，所述电极内接具有相对于所述引导器轴而扫 描的双曲径向边界的从所述进口端到所述出口端的引导器容积；以及在发送 所述离子射束的同时，将径向RF封闭场施加到所述离子射束。

45.如实施例44所述的方法，其中，所述径向RF封闭场是第N阶的第 一RF场，其中，N是等于或大于2的整数，并且还包括：施加第2N阶的 第二RF场，使得所述第二RF场在所述双曲径向边界的收敛部分中叠加在 所述第一RF场上，并且在所述各电极之间穿透。

46.如实施例44或45所述的方法，其中，以所述扭转角度定向的所述电 极是第一电极，并且所述第二RF场施加到一个或多个第二电极。

应理解，如在此使用的术语“通过信号通信”表示两个或更多个系统、设 备、组件、方法或子模块能够经由在某种类型的信号路径上行进的信号而彼 此进行通信。信号可以是通信、功率、数据或能量信号，其可以沿着第一与 第二系统、设备、组件、模块或子模块之间的信号路径将信息、功率或能量 从第一系统、设备、组件、模块或子模块传送到第二系统、设备、组件、模 块或子模块。信号路径可以包括物理、电、磁、电磁、电化学、光、有线或 无线连接。信号路径可以在第一与第二系统、设备、组件、模块或子模块之 间还包括附加系统、设备、组件、模块或子模块。

更一般地，例如“连通”以及“与……连通”的术语(例如第一组件与第二 组件“连通”或“处于连通”)在此用于指示两个或更多个组件或要素之间的结 构、功能、机械、电、信号、光、磁、电磁、离子或流控关系。故此，一个 组件被称为与第二组件连通的事实并非意图排除附加组件可以在第一与第 二组件之间出现和/或与之可操作地关联或结合的可能性。

应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面 或细节。此外，前面的描述目的仅是说明，而并非限制的目的——本发明由 权利要求限定。