CN108735572B - 离子导引装置、方法及质谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供的离子导引装置、方法及质谱仪，将围成离子传输通道的不同方位的各个电极组件中平行设置的一对设计为沿某一方向分布的多个分段电极，从而能分别施加直流电压以形成直流电势梯度分布，不仅可以提供轴向的驱动电场分量，还可以提供垂直于轴向的电场分量，来控制离子在离子传输通道内的运动，解决了现有四级杆装置中存在的分析速度低、离子入射能量限制以及装置结构简化和性能优化难以兼顾等问题。

Description

离子导引装置、方法及质谱仪

技术领域

本发明涉及离子导引技术领域，特别是涉及离子导引装置、方法及质谱仪。

背景技术

众所周知，四极杆是当前各种商业质谱仪器使用最为广泛的一种离子光学装置。其电极结构极其简单，通常仅有两对平行的杆状电极间隔放置形成离子传输通道，通过在两对杆状电极上施加极性相反的射频电压Vrf以及直流电压Udc可在其内部产生四极场用于传输和筛选离子。在实际的应用中，调节射频电压Vrf和直流电压Udc的幅度、频率等，四极杆可用作质量分析、离子导引装置以及离子碰撞反应装置等各种离子光学装置。质量分析器是四极杆最早开始也是最为重要的应用。自1953年德国波恩大学的Wolfgang Paul教授等人提出了使用基于电场的四极杆用于分离不同质荷比的离子，相关装置和方法可参考美国专利US2939952。自此，四极杆逐渐成为质谱分析中使用最普遍的离子分离手段。时至今日，主流质谱仪器包括单四极杆、三重四极杆以及四极杆飞行时间等质谱仪器中，四极杆作为核心器件依然占有极其重要的地位，并拥有极大的应用市场。

如上所述，除了用作质量分析器之外，四极杆还广泛用作质谱仪器的离子导引装置，用于实现在不同气压区间的高效离子传输以及极其良好的离子束压缩效果。通常来说，当四极杆用作离子导引装置时，仅在两对杆状电极上施加极性相反的射频电压用于在径向上束缚离子，同时为了便于离子延轴向进入和离开四极杆，往往还在所有电极上施加相同的偏置电压Ubias，在入口和出口处建立轴向电势梯度。通常情况下，离子主要靠进入四极杆时获得的初始动能穿过四极杆。在气压比较低时，离子与中性气体分子发生碰撞的次数较少，离子动能损失也很小，因此可以较快速地通过四极杆。可是当气体上升时，由于频繁的离子分子碰撞造成的动能损失非常严重，所以仅靠离子的初始动能，离子需要很长时间甚至根本无法通过四极杆。这不仅会降低仪器的灵敏度，还会极大地影响分析速度。比如，在质谱仪进行正负极***替切换的工作模式下，需要周期性地清空和填充离子，离子的飞行时间限制了仪器得到稳定输出的时间。

除了质量分析器和离子导引装置，离子碰撞/反应池也是四极杆非常重要的一个应用。离子碰撞/反应池主要是离子与分子进行碰撞解离或者与其他粒子反应的装置，并通过分析其产物离子，获得前体离子的结构信息或者是提高检测的选择性和灵敏度。

以离子碰撞解离为例，通常是将经过电场加速的离子送入充有碰撞气(氩气、氮气或氦气)并维持一定气压(1～2Pa)的离子碰撞池内，随后离子与气体分子碰撞使其部分动能转化为内能，引起某些化学键断裂，继而产生多个碎片离子。四极杆因其良好的离子聚焦能力经常被用作离子碰撞池。与普通的离子导引装置类似，为了加快离子通过离子碰撞池，提高分析速度，需要建立轴向电场驱动离子传输。在美国专利US7675031中，MichaelKnoicek等人提出了一种在四极杆相邻电极之间***多个辅助电极的结构，并在辅助电极上施加轴向直流电势梯度，以此产生轴向电场驱动离子传输。同时，该专利中还公开了基于上述技术的弯曲结构。众所周知，弯曲的离子导引装置，包括弯曲的离子碰撞池，不仅有利于降低中性噪音的干扰，还便于仪器的整体设计，有效减小仪器的占地面积，因此很多商业仪器都使用了各式各样的弯曲的离子导引装置。

然而，为了提高离子的解离效率，离子的入射动能都很高，通常为几十到上百电子伏特。若离子碰撞池为弯曲的结构，入射进来的高速离子往往来不及被射频电压偏转而直接撞在电极上造成离子损失。而如果提高射频电压，又会缩窄可以通过的离子质量范围，使得产生的碎片离子难以通过。

为了解决这个问题，在美国专利US8084750中，Felician Muntean提出了一种在弯曲的四极杆中施加径向直流电场用以提供离子偏转向心力的方法。同时，该径向偏转电场从入口到出口逐渐减小，因此离子传输效率和质量窗口宽度可以得到整体优化。该方法可以同时提供轴向驱动电场和径向偏转电场，非常适合用于弯曲的离子碰撞池。该方法的两种典型结构分别是将基于方杆的四极杆的所有电极都分成多段、以及将四极杆的其中两根相邻电极分成多段。前者结构相对复杂，电极装配难度也大，但电压施加相对方便，可以比较方便的控制轴向驱动电场和径向偏转电场的比例。后者的结构相对简单，可是不能单独控制两个电场分量的大小，装置的整体性能难以优化。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种离子导引装置、方法及质谱仪，解决现有技术的问题。

为达到上述目的及其他目的，本发明提供一种离子导引装置，包括：第一电极组件，包括沿一空间轴的轴向平行放置的至少一对第一电极单元；第二电极组件，包括沿所述轴向平行放置的至少一对第二电极单元；其中，各所述第二电极单元包括沿所述轴向排列设置的多个分段电极；所述第一电极组件和第二电极组件所围的空间中形成有沿所述轴向的离子传输通道；以及电源装置，用于在所述第一电极组件和第二电极组件中的一个上施加射频电压或在第一电极组件和第二电极组件上分别施加极性不同的射频电压，从而在垂直于所述空间轴的径向方向上形成射频场来束缚离子，并且，在第二电极组件的至少一部分分段电极上分别施加直流电压，从而在离子传输通道内部形成直流电势梯度分布。

于本发明的一实施例中，所述空间轴为直线轴、曲线轴或两者组合。

于本发明的一实施例中，所述第一电极单元至少包含一个电极或者多个电极。

于本发明的一实施例中，所述第一电极组件与第二电极组件面向所述空间轴的表面相互平行或垂直。

于本发明的一实施例中，所述第一电极组件和第二电极组件中的至少一部分电极为板型电极、杆状电极、附着于PCB或陶瓷基板的薄层电极中的一种或多种。

于本发明的一实施例中，所述多个分段电极的分布方向与所述轴向的夹角保持不变或逐渐变化。

于本发明的一实施例中，所述多个分段电极中的至少两个电极的尺寸或者形状中的至少一种相同。

于本发明的一实施例中，所述射频电压的波形为正弦波、方波、锯齿波、以及三角波中的一种。

于本发明的一实施例中，所述极性不同的射频电压是极性相反且幅值和频率相同的射频电压、或者是至少相位、幅值或频率中有一个不同的射频电压。

于本发明的一实施例中，所述射频场为四极场或者多极场。

于本发明的一实施例中，所述离子导引装置内具有气体；所述气体的气压值位于以下范围中的一个内：a)2×105Pa～2×103Pa；b)2×103Pa～20Pa；c)1Pa～2Pa；d)2Pa～2×10-1Pa；e)2×10-1Pa～2×10-3Pa；f)<2×10～3Pa。

为达到上述目的及其他目的，本发明提供一种离子导引装置，包括：第一电极组件，包括沿一空间轴的轴向平行放置的至少一对第一电极单元；第二电极组件，包括沿所述轴向平行放置的至少一对第二电极单元；各所述第二电极单元朝向所述空间轴的表面设有高阻材料层；所述第一电极组件和第二电极组件所围的空间中形成有沿所述轴向的离子传输通道；以及电源装置，用于在所述第一电极组件和第二电极组件中的一个上施加射频电压或在第一电极组件和第二电极组件上分别施加极性不同的射频电压，从而在垂直于所述空间轴的径向方向上形成射频场来束缚离子，并且，在第二电极组件施加直流电压，从而在离子传输通道内部形成沿所述轴向的直流电势梯度分布。

于本发明的一实施例中，所述空间轴为直线轴、曲线轴或两者组合。

于本发明的一实施例中，所述第一电极单元至少包含一个电极或者多个电极。

于本发明的一实施例中，所述第一电极组件与第二电极组件面向所述空间轴的表面相互平行或垂直。

于本发明的一实施例中，所述第一电极组件和第二电极组件中的至少一部分电极为板型电极、杆状电极、附着于PCB或陶瓷基板的薄层电极中的一种或多种。

于本发明的一实施例中，所述第二电极单元的延伸方向与所述轴向的夹角保持不变或逐渐变化。

于本发明的一实施例中，所述射频电压的波形为正弦波、方波、锯齿波、以及三角波中的一种。

于本发明的一实施例中，所述极性不同的射频电压是极性相反且幅值和频率相同的射频电压、或者是至少相位、幅值或频率中有一个不同的射频电压。

于本发明的一实施例中，所述射频场为四极场或者多极场。

于本发明的一实施例中，所述离子导引装置内具有气体；所述气体的气压值位于以下范围中的一个内：a)2×105Pa～2×103Pa；b)2×103Pa～20Pa；c)1Pa～2Pa；d)2Pa～2×10-1Pa；e)2×10-1Pa～2×10-3Pa；f)<2×10～3Pa。

为达到上述目的及其他目的，本发明提供一种质谱仪，包括：一或多个所述的离子导引装置，且将所述离子导引装置作为以下装置中的任意一种：a)前级离子导引装置；b)离子压缩装置；c)离子储存装置；d)碰撞室；e)离子集束装置。

为达到上述目的及其他目的，本发明提供一种离子导引方法，包括：提供第一电极组件及第二电极组件，所述第一电极组件包括沿一空间轴的轴向平行放置的至少一对第一电极单元，所述第二电极组件包括沿所述轴向平行放置的至少一对第二电极单元；其中，各所述第二电极单元包括沿所述轴向排列设置的多个分段电极；所述第一电极组件和第二电极组件所围的空间中形成有沿所述轴向的离子传输通道；在所述第一电极组件和第二电极组件中的一个上施加射频电压或在第一电极组件和第二电极组件上分别施加极性不同的射频电压，从而在垂直于所述空间轴的方向上形成射频场来束缚离子，并且，在第二电极组件的至少一部分分段电极上分别施加直流电压，从而在离子传输通道内部形成直流电势梯度分布。

为达到上述目的及其他目的，本发明提供一种离子导引方法，包括：提供第一电极组件及第二电极组件，所述第一电极组件包括沿一空间轴的轴向平行放置的至少一对第一电极单元；所述第二电极组件包括沿所述轴向平行放置的至少一对第二电极单元；各所述第二电极单元朝向所述空间轴的表面设有高阻材料层；所述第一电极组件和第二电极组件所围的空间中形成有沿所述轴向的离子传输通道；在所述第一电极组件和第二电极组件中的一个上施加射频电压或在第一电极组件和第二电极组件上分别施加极性不同的射频电压，从而在垂直于所述空间轴的方向上形成射频场来束缚离子，并且，在第二电极组件施加直流电压，从而在离子传输通道内部形成直流电势梯度分布。

综上所述，本发明提供的离子导引装置、方法及质谱仪，将围成离子传输通道的不同方位的各个电极组件中平行设置的一对设计为沿某一方向分布的多个分段电极，从而能分别施加直流电压以形成直流电势梯度分布，不仅可以提供轴向的驱动电场分量，还可以提供垂直于轴向的电场分量，来控制离子在离子传输通道内的运动。解决了现有技术中四级杆装置存在的分析速度低、离子入射动能限制以及装置结构简化和性能优化难以兼顾等问题。

附图说明

图1显示为本发明于实施例1中的离子导引装置的结构示意图。

图2显示为本发明于实施例2中的离子导引装置的结构示意图。

图3显示为本发明于实施例3中的离子导引装置的结构示意图。

图4显示为本发明于实施例3中的第一电极组件的结构示意图。

图5显示为本发明于实施例4中的离子导引装置的结构示意图。

图6显示为本发明于实施例4中的第一电极组件的结构示意图。

图7显示为本发明于实施例5中的第一电极组件的结构示意图。

图8显示为本发明于实施例6中的第一电极组件的结构示意图。

图9显示为本发明于实施例7中的离子导引装置的结构示意图。

图10显示为图9的俯视示意图。

图11显示为本发明于实施例8中的离子导引装置的结构示意图。

图12显示为本发明于实施例9中的离子导引装置的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施方式1：

如图1所示，本发明所提供的一种离子导引装置，包括：第一电极组件、第二电极组件及电源装置。

于本实施例中，所述第一电极组件，包括：沿一空间轴的轴向平行放置的至少一对第一电极单元101；所述第一电极单元101可以是整体的一片，而施加有同一电压。

于本实施例中，所述第二电极组件，包括沿所述轴向平行放置的至少一对第二电极单元102；其中，各所述第二电极单元102包括沿所述轴向排列设置的多个分段电极103。

所述第一电极组件和第二电极组件所围的空间中形成沿所述轴向传输的离子传输通道，于本实施例中，所述第一电极组件和第二电极组件设置成朝向所述空间轴的表面间是垂直的，从而包围形成所述离子传输通道；需特别说明的是，在其它实施例中，所述离子传输通道未必是第一电极组件和第二电极组件包围形成，例如以下实施例2所示，并非以实施例1的结构为限。

所述电源装置，可以提供射频电压输出，用于在所述第一电极组件和第二电极组件中的一个上施加射频电压或在第一电极组件和第二电极组件上分别施加极性不同的射频电压，从而在垂直于所述空间轴的方向上(例如径向)形成射频场来束缚离子。

举例来说，于一实施例中，所述电源装置可以在两个第一电极单元101施加第一极性的射频电压，而在两个第二电极单元102(即各个分段电极103上)施加第二极性的射频电压，从而形成四极射频场而束缚离子于所述离子传输通道内，其中，所述极性不同的射频电压是极性相反且幅值和频率相同的射频电压、或者是至少相位、幅值或频率中有一个不同的射频电压；另外，所述射频电压的波形为正弦波、方波、锯齿波、以及三角波中的一种。

当然，上述仅为举例，根据第一电极组件和第二电极组件的结构不同，射频场也可随之变化，可以形成其它的多极场，并非以本实施例为限。

并且，所述电源装置还可以提供直流电压输出，在第二电极组件的至少一部分分段电极103上分别施加直流电压，从而在离子传输通道内部形成沿所述轴向(例如图示箭头A方向)的直流电势梯度分布。

需说明的是，所述电源装置并非是单个电源部件组成，其可以包含多个电源部件，例如，其中部分是输出射频电压，还有部分是输出直流电压。

从原理来讲，本发明的该离子导引装置，可以在产生轴向驱动电场的同时，又可以改变离子传输通道内各个位置的稳定参数a值。根据马修方程：

u表示四极场所在平面的x和y坐标，ξ＝Ωt/2是无量纲参数，Ω＝2πf是射频圆频率，t为时间，a和q是四极杆质量分析器理论中的稳定参数，分别对应于射频电压Vrf和直流电压Udc，可参考公式：

可以得出当直流电压Udc不同时，稳定参数中的a值也相应变化，因此当在分段电极103上施加逐渐降低的直流电压时，对某一固定质荷比的离子可以同时得到轴向逐渐减小的a值。根据四极杆质量分析器的稳定图，当选择合适的a值和q值时可以对不同质荷比离子进行筛选，即让特定的离子稳定地通过四极杆，同时让某些离子在径向上的运动失去稳定性而无法通过四极杆。因此，本发明所提供的离子导引装置不仅可以提供轴向驱动电场，还可以在离子传输通道的特定区域针对性地去除某些特定质荷比的离子以降低化学噪音，同时随着a值逐渐减小，存活下来的离子也会越来越稳定，从而可以获得非常好的离子聚焦效果。

可选的，所述多个分段电极103中的至少两个电极的尺寸或者形状中的至少一种相同，虽然图1中展示的分段电极103是形状及尺寸大小相同的平板状电极，但是在其它实施例中，部分或全部的分段电极103间可以仅尺寸相同，也可以仅形状相同，并非以图示为限。

可选的，该离子导引装置可工作于特定的气压下，而有效提高离子的传输速度，该气压值可位于以下范围中的一个内：a)2×105Pa～2×103Pa；b)2×103Pa～20Pa；c)1Pa～2Pa；d)2Pa～2×10-1Pa；e)2×10-1Pa～2×10-3Pa；f)<2×10～3Pa；其中，特别是工作在1Pa以上的气压时，能有效降低离子的传输时间到1ms以下，甚至更低。

于一实施例中，综合考虑加工难易程度，性能需求等实际因素，第一和第二电极组件可以是板型电极、杆状电极、附着于PCB或者陶瓷等基板的薄层电极等多种形态。

实施例2：

如图2所示，展示本发明的离子导引装置的另一种实施例，其中，其与实施例1的差别主要在于，第一电极组件和第二电极组件设置成朝向轴向的内表面互相平行，从图中的结构可见，所述一对第一电极单元201平行设于一对第二电极单元202之间，当采用相同的电压施加方式时，同样可以在离子传输通道内部产生径向四极场和轴向直流电场。此种结构非常适合使用平面加工工艺制作，如PCB工艺。

所述空间轴并非仅限定于直线轴，也可以是曲线轴或直线轴与曲线轴组合的形式亦可，以下以实施例3和实施例4说明：

实施例3

如图3和图4所示，图3展示的是空间轴为180度偏转的离子导引装置的结构，图4展示的是图3中的第一电极组件的结构，其由两条弯转180度的弧形第一电极单元301组成，离子从所述两个第一电极单元301之间的弧形离子传输通道传输。

采用曲线轴的好处在于，所述第二电极单元302的分段电极303的分段方向与空间轴的方向夹角始终在变；如图3所示，在离子入口处该夹角为0度，此时直流电场不提供轴向驱动，完全用于辅助离子偏转的径向作用力，而随着离子向前运动，该夹角逐渐改变，因此轴向驱动电场的分量和径向的电场分量也随之增大。相应地，轴向驱动力和径向作用力的比例也随之增大。

当本实施例中的离子导引装置用于碰撞池时，由于离子的初始入射动能都很高，此时基本不需要轴向驱动力，而非常需要径向的作用力辅助离子偏转，避免离子来不及偏转而打在电极上。而当离子向前运动一段距离后，由于和中性气体分子的碰撞，离子的动能逐渐损失，此时非常需要一定的轴向驱动力(由例如C箭头方向示意的轴向直流电场分量产生)，而几乎不需要径向作用力(由例如D箭头方向示意的径向直流电场分量产生)。显而易见，本实施例中的装置刚好满足了碰撞池的这种需求。

另外，曲线轴的离子导引装置的好处还在于可以降低中性噪音，以及减小仪器的占地面积。

实施例4：

如图5和图6所示，提供的是实施例3的一个变化实施例。

图5展示的是空间轴为90度偏转的离子导引装置的结构，包括一对第一电极单元401和第二电极单元402，图6展示的是图5中的第一电极组件的结构，其由两条弯转90度的弧形状第一电极单元401组成。

本实施例中的离子导引装置较实施例3中的体积更小，且可采用多个以进行任意组合，更为灵活，例如两个本实施例中的离子导引装置可以组合成图3中的离子导引装置。

所述第一电极单元可以是一整体，也可以是分段电极组成，而施加不同的直流电压。以下提供实施例5和实施例6对此加以说明

实施例5：

如图7所示，一对第一电极501a和501b单元呈弧形，靠外的一个第一电极单元501a在离子传输通道入口附近被分成多个分段电极，靠内的第一电极单元501b不分段；本实施例中第一电极单元501a是分为三个分段电极，两侧的施加直流电压DC1，中间的施加直流电压DC2，靠内的第一电极单元501b可以为一整体，其施加直流电压DC1。通过分段结构来独立调节DC2的目的在于，当离子的入射动能比较高时，改变DC2可以提供额外的径向作用力辅助离子偏转，减少离子损失。同时，由于进入离子传输通道后离子频繁地与碰撞气体分子发生碰撞，离子的动能会很快下降，因此只需要在入口附近做简单的分段就可以有效地辅助离子偏转。

实施例6：

如图8所示，与实施例5的差异在于，第一电极组件中靠外的第一电极单元601a不分段，靠内的第一电极单元601b分段，其原理与实施例5类似，不作重复赘述。

实施例7

如图9所示，本实施例中的离子导引装置的第二电极组件中的一对第二电极单元702分别由多个第一分段电极703组成，所述第一分段电极703为平板电极；所述多个第一分段电极703沿一偏离轴向的分段方向(例如图中箭头E所示，亦为直流电势梯度分布方向)平行排布；当相邻的第一分段电极703上施加极性相反的射频电压时，可以形成多极场。

同时，本实施例中的离子导引装置包含多对第一电极单元701，相邻的第一电极元施加极性相反的射频电压。

而此时第二电极组件的分段方向和所述空间轴不垂直也不平行。从而，在离子传输通道内既可以产生轴向的驱动电场分量(图中箭头F所示)，又可以产生横向的直流电场分量(图中箭头G所示)将离子往一侧推；具体的，如图10所示，为本实施例中离子导引装置的平面结构，同样的当空间轴为曲线轴时，该装置也可以形成弯曲的结构。改离子导引装置结构的好处在于，可以形成偏轴离子光学结构，将入射的离子推到一侧施加有射频电压的电极附近，同时还可以实现一定的离子束的压缩效果。另外，众所周知，多极场的工作气压范围比四极场高很多，因此该装置可以适应更高的工作气压。

第二电极单元的分段电极结构并非必须，在其它实施例中，也可以通过一些替代方案加以实现，例如通过涂覆高阻材料的方式：

实施例8：

如图11所示，本实施例与前述实施例的主要区别在于，第二电极单元802朝向空间轴的内表面涂覆高阻材料层803；第一电极单元801与第二电极单元802设置成两者朝向空间轴的内表面相互垂直的结构。

实施例9：

如图12所示，本实施例与实施例8的主要区别在于，第一电极单元901和第二电极单元902设置成两者朝向空间轴的内表面相互平行的结构，第二电极单元902朝向空间轴的内表面涂覆高阻材料层903。

前述实施例2～实施例7等均可应用于实施例8和9中，可通过设计相应的高阻材料层的图案并合理选定电压的施加位置来实现，从而不需要分段电极结构但能达成与分段电极结构相似的直流电势梯度的效果，相比实施例1的结构，本实施例更方便施加直流电压。

结合上述实施例，本发明还能提供一种质谱仪，其包括：一或多个所述的离子导引装置，且将所述离子导引装置作为以下装置中的任意一种：a)前级离子导引装置；b)离子压缩装置；c)离子储存装置；d)碰撞室；e)离子集束装置。

综上所述，本发明提供的离子导引装置、方法及质谱仪，将围成离子传输通道的不同方位的各个电极组件中平行设置的一对设计为沿某一方向分布的多个分段电极，从而能分别施加直流电压以形成直流电势梯度分布，不仅可以提供轴向的驱动电场分量，还可以提供垂直于轴向的电场分量，来控制离子在离子传输通道内的运动，解决了现有四级杆装置中存在的分析速度低、离子入射动能限制以及装置结构简化和性能优化难以兼顾等问题。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (24)

1.一种离子导引装置，其特征在于，包括：

第一电极组件，包括沿一空间轴的轴向平行放置的至少一对第一电极单元；其中，所述第一电极单元沿轴向为无分段的整体电极；

第二电极组件，包括沿所述轴向平行放置的至少一对第二电极单元；其中，各所述第二电极单元包括沿所述轴向排列设置的多个分段电极；

所述第一电极组件和第二电极组件所围的空间中形成有沿所述轴向的离子传输通道；以及

电源装置，用于在所述第一电极组件和第二电极组件中的一个上施加射频电压或在第一电极组件和第二电极组件上分别施加极性不同的射频电压，从而在垂直于所述空间轴的方向上形成射频场来束缚离子，并且，在第二电极组件的至少一部分分段电极上分别施加直流电压，从而在离子传输通道内部形成直流电势梯度分布。

2.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于，所述空间轴为直线轴、曲线轴或两者组合。

3.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于，所述第一电极单元至少包含一个电极或者多个电极。

4.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于，所述第一电极组件与第二电极组件面向所述空间轴的表面相互平行或垂直。

5.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于，所述第一电极组件和第二电极组件中的至少一部分电极为板型电极、杆状电极、附着于PCB或陶瓷基板的薄层电极中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于，所述多个分段电极的分布方向与所述轴向的夹角保持不变或逐渐变化。

7.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于，所述多个分段电极中的至少两个电极的尺寸或者形状中的至少一种相同。

8.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于，所述射频电压的波形为正弦波、方波、锯齿波、以及三角波中的一种。

9.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于，所述极性不同的射频电压是极性相反且幅值和频率相同的射频电压、或者是至少相位、幅值或频率中有一个不同的射频电压。

10.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于，所述射频场为四极场或者多极场。

11.根据权利要求1所述的离子导引装置，其特征在于，所述离子导引装置内具有气体；所述气体的气压值位于以下范围中的一个内：a)2×10⁵Pa～2×10³Pa；b)2×10³Pa～20Pa；c)1Pa～2Pa；d)2Pa～2×10^-1Pa；e)2×10^-1Pa～2×10^-3Pa；f)<2×1^0～3Pa。

12.一种离子导引装置，其特征在于，包括：

第一电极组件，包括沿一空间轴的轴向平行放置的至少一对第一电极单元；其中，所述第一电极单元沿轴向为无分段的整体电极；

第二电极组件，包括沿所述轴向平行放置的至少一对第二电极单元；各所述第二电极单元朝向所述空间轴的表面设有高阻材料层；

所述第一电极组件和第二电极组件所围的空间中形成有沿所述轴向的离子传输通道；以及

电源装置，用于在所述第一电极组件和第二电极组件中的一个上施加射频电压或在第一电极组件和第二电极组件上分别施加极性不同的射频电压，从而在垂直于所述空间轴的方向上形成射频场来束缚离子，并且，在第二电极组件施加直流电压，从而在离子传输通道内部形成直流电势梯度分布。

13.根据权利要求12所述的离子导引装置，其特征在于，所述空间轴为直线轴、曲线轴或两者组合。

14.根据权利要求12所述的离子导引装置，其特征在于，所述第一电极单元至少包含一个电极或者多个电极。

15.根据权利要求12所述的离子导引装置，其特征在于，所述第一电极组件与第二电极组件面向所述空间轴的表面相互平行或垂直。

16.根据权利要求12所述的离子导引装置，其特征在于，所述第一电极组件和第二电极组件中的至少一部分电极为板型电极、杆状电极、附着于PCB或陶瓷基板的薄层电极中的一种或多种。

17.根据权利要求12所述的离子导引装置，其特征在于，所述第二电极单元的延伸方向与所述轴向的夹角保持不变或逐渐变化。

18.根据权利要求12所述的离子导引装置，其特征在于，所述射频电压的波形为正弦波、方波、锯齿波、以及三角波中的一种。

19.根据权利要求12所述的离子导引装置，其特征在于，所述极性不同的射频电压是极性相反且幅值和频率相同的射频电压、或者是至少相位、幅值或频率中有一个不同的射频电压。

20.根据权利要求12所述的离子导引装置，其特征在于，所述射频场为四极场或者多极场。

21.根据权利要求12所述的离子导引装置，其特征在于，所述离子导引装置内具有气体；所述气体的气压值位于以下范围中的一个内：a)2×10⁵Pa～2×10³Pa；b)2×10³Pa～20Pa；c)1Pa～2Pa；d)2Pa～2×10^-1Pa；e)2×10^-1Pa～2×10^-3Pa；f)<2×1^0～3Pa。

22.一种质谱仪，其特征在于，包括：一或多个如权利要求1至21中任一项所述的离子导引装置，且将所述离子导引装置作为以下装置中的任意一种：a)前级离子导引装置；b)离子压缩装置；c)离子储存装置；d)碰撞室；e)离子集束装置。

23.一种离子导引方法，其特征在于，包括：

提供第一电极组件及第二电极组件，所述第一电极组件包括沿一空间轴的轴向平行放置的至少一对第一电极单元，所述第二电极组件包括沿所述轴向平行放置的至少一对第二电极单元；其中，所述第一电极单元沿轴向为无分段的整体电极；各所述第二电极单元包括沿所述轴向排列设置的多个分段电极；所述第一电极组件和第二电极组件所围的空间中形成有沿所述轴向的离子传输通道；

在所述第一电极组件和第二电极组件中的一个上施加射频电压或在第一电极组件和第二电极组件上分别施加极性不同的射频电压，从而在垂直于所述空间轴的方向上形成射频场来束缚离子，并且，在第二电极组件的至少一部分分段电极上分别施加直流电压，从而在离子传输通道内部形成直流电势梯度分布。

24.一种离子导引方法，其特征在于，包括：

提供第一电极组件及第二电极组件，所述第一电极组件包括沿一空间轴的轴向平行放置的至少一对第一电极单元；其中，所述第一电极单元沿轴向为无分段的整体电极；所述第二电极组件包括沿所述轴向平行放置的至少一对第二电极单元；各所述第二电极单元朝向所述空间轴的表面设有高阻材料层；所述第一电极组件和第二电极组件所围的空间中形成有沿所述轴向的离子传输通道；

在所述第一电极组件和第二电极组件中的一个上施加射频电压或在第一电极组件和第二电极组件上分别施加极性不同的射频电压，从而在垂直于所述空间轴的方向上形成射频场来束缚离子，并且，在第二电极组件施加直流电压，从而在离子传输通道内部形成直流电势梯度分布。

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