CN201918357U - 用于离子束成形的收敛多极离子导向件 - Google Patents

用于离子束成形的收敛多极离子导向件 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及用于离子束成形的收敛多极离子导向件。一种多极离子导向件包括围绕轴线而布置的杆，每根杆具有第一末端和远离第一末端的第二末端。每根杆被布置为在第一末端处离轴的相应距离大于第二末端处。该多极离子导向件包括用于在相邻的杆对之间施加射频(RF)电压，其中该RF电压在杆之间的区域中产生多极场；以及用于沿着各根杆的长度施加直流(DC)电压降的装置。还公开了一种质谱***。

Description

用于离子束成形的收敛多极离子导向件
技术领域
本实用新型涉及用于离子束成形的收敛多极离子导向件(multipole ionguide)。
背景技术
质谱(MS)是一种用于样品的定量元素分析的分析方法。样品中的分子被电离并被光谱仪基于它们各自的质量而分离。然后检测所分离的分析物离子(analyte ion)，并且产生样品的质谱。质谱提供关于构成样品的各种分析物粒子的质量(并且在一些情况下还关于构成样品的各种分析物粒子的量)的信息。具体地，质谱可用于确定分析物内的分子的分子量和分子碎片。另外，质谱可以基于碎裂模式(fragmentation pattern)来识别分析物内的成分。
通过质谱来分析的分析物离子可以通过各种电离***中的任意一种来产生。例如，可以采用大气压基体辅助激光解吸电离(AP-MALDI)、大气压光电离(APPI)、电喷雾电离(ESI)、大气压化学电离(APCI)和电感耦合等离子(ICP)***在质谱***中产生离子。这些***中的许多***以大气压(760托)或者接近大气压而产生离子。一旦被产生，分析物离子就必须被引入或采样到质谱仪中。通常，质谱仪的分析器部分维持在从10-4托到10-8托的高真空水平。实际上，对离子进行采样包括将精密限制的离子束形式的分析物离子通过一个或多个中间真空室而从离子源传输到高真空质谱仪室。每个中间真空室维持在前面和后面的室的真空水平之间的真空水平。因此，离子束以逐步的方式从与离子形成相关联的压力水平到质谱仪的压力水平传输分析物离子的转变。在多数应用中，希望将离子传输过质谱仪***的各个室中的每一个而没有显著的离子损耗。通常使用离子导向件在所定义的方向上将离子移至MS***中。
离子导向件通常利用电磁场在径向上限制离子，同时在轴向上允许或者促进离子传输。一种类型的离子导向件通过施加依赖于时间的电压而产生多极场，该电压通常在射频(RF)频谱中。这些所谓的RF多极离子导向件广泛应用于在MS***的部件之间以及离子阱的组件之间传送离子。当在存在缓冲气体的情况下进行操作时，RF导向件能够在轴向和径向二者上降低离子的速度。这种离子速度在轴向和径向上的降低已知是由于离子与缓冲气体的中性分子的多次碰撞而使离子“热能化(thermalize)”或“冷却”。在径向上经压缩的热能化束对于改善穿过MS***的孔洞的离子传输和降低在飞行时间(TOF)设备中传播的轴向速度是有用的。RF多极离子导向件产生伪势阱(pseudo potential well)，伪势阱限制离子导向件内的离子。在恒定截面多极中，这种伪电势沿着长度是恒定的，因而除了在入口和出口处之外不产生轴向力。可以利用透镜或者通过其他技术在多极离子导向件的入口处克服这种末端效应，以给予离子足够能量来进入多极。多极离子导向件的出口一般对离子没有妨碍，这是因为出口处的伪电势强制离子在希望的方向上从多极离子导向件中出来。已知的多极离子导向件通常包括比较大直径的入口，这对于接受离子是有用的。然而，对于从出口传递小直径的束而言不希望具有同样大直径的出口。然而，不具有基本恒定的截面的已知离子导向件沿着可产生轴向力的传输轴产生可变伪势垒，这可能使离子减缓或者甚至反射。最后，对于离子冷却而言有用的缓冲气体也可能引起离子导向件中的离子失速。
因此，需要一种引导离子通过质谱***并且克服已知装置的至少上述缺点的装置。
实用新型内容
根据一个方面，本实用新型提供了一种多极离子导向件，该多极离子导向件包括：围绕轴线而布置的杆，各根杆具有第一末端和远离第一末端的第二末端，其中各根杆被布置为在第一末端处离轴的相应距离大于在第二末端处离轴的距离；用于在相邻的杆对之间施加射频(RF)电压的装置，其中RF电压在杆之间的区域中产生多极场；以及用于沿着各根杆的长度施加直流(DC)电压降的装置。
根据另一方面，本实用新型提供了一种包括多极离子导向件的质谱***，所述多极离子导向件包括：围绕轴线而布置的杆，各根杆具有第一末端和远离第一末端的第二末端，其中各根杆被布置为在第一末端处离轴的相应距离大于在第二末端处离轴的距离；用于在相邻的杆对之间施加射频(RF)电压的装置，其中RF电压在杆之间的区域中产生多极场；以及用于沿着各根杆的长度施加直流(DC)电压降的装置。
根据另一方面，本实用新型提供了一种多极离子导向件，该离子导向件包括：包括被配置为产生六极或更高阶的射频(RF)多极场的几何形状的输入端和输出端；包括被配置为产生两个或更多个基本为四极的RF场区域的几何形状的输出端；以及输入端与输出端之间的转变区域，在该转变区域，六极或更高阶的射频多极场转变到基本为四极的RF场。
附图说明
当与附图一起阅读时，从以下详细描述中能最好地理解当前的教导。特征不一定是按比例绘制的。根据实际情况，相似的标号指相似的特征。
图1示出根据一代表性实施例的MS***的简化框图。
图2A示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的立体图。
图2B示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的侧视图。
图2C、图2D和图2E分别示出根据代表性实施例的四极离子导向件、六极离子导向件和八极离子导向件的整体图。
图3A示出根据一代表性实施例的六极离子导向件所产生的等势线。
图3B示出根据一代表性实施例的六极离子导向件中的DC场所产生的等势线的侧视图。
图4A示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的侧视图。
图4B示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的立体图。
图4C示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的一个末端处的杆的截面图。
图5A示出根据一代表性实施例的六极离子导向件的立体图。
图5B示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的侧视图。
图6A示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的侧视图。
图6B示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的整体图。
图7示出根据一代表性实施例的14极离子导向件所产生的等势线。
图8示出根据一代表性实施例的14极离子导向件所形成的离子束。
图9示出根据一代表性实施例对14极离子导向件所引导的离子的仿真以及对位于具有相同极性的对向杆之间的离散离子束的形成的仿真。
图10示出根据一代表性实施例将六极离子导向件的输入端处的输入离子束划分成六极离子导向件的输出端处的多个离子束。
图11A和图11B示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的整体图。
图12A示出根据一代表性实施例利用多极离子导向件进行的离子束划分的整体图。
图12B示出所仿真的图12A的代表性实施例的利用多极离子导向件进行的束划分。
图13示出根据一代表性实施例的所仿真的束划分。
具体实施方式
定义的术语
将会了解，这里使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，而不是要进行限制。所定义的术语是除了当前的教导的技术领域中通常理解和接受的对所定义的术语的技术和科学含义之外的。
说明书和所附权利要求书中使用的术语“一”和“该”包括单数和复数指代，除非上下文明确指示为其他含义。因此，例如“设备”包括一个设备和多个设备。
这里使用的术语“多极离子导向件”是被配置为建立四极、六极、八极、十极或更高阶的极的电场以引导束中的离子的离子导向件。
如说明书和所附权利要求书中使用的，并且除了它们的普通含义之外，术语“基本”或“基本上”表示可接受的限度或程度。例如，“基本上被取消”表示本领域技术人员将会认为取消是可接受的。
如说明书和所附权利要求书中使用的并且除了其普通含义之外，术语“大约”表示在本领域普通技术人员可接受的限度或量内。例如，“大约相同”表示本领域普通技术人员将会认为所比较的项是相同的。
详细描述
在下面的详细描述中，为了说明而非限制，给出了公开具体细节的代表性实施例以提供对当前的教导的全面理解。对已知的***、设备、材料、操作方法和制造方法的描述可以省略，以避免模糊对示例性实施例的描述。然而，可以根据代表性实施例而使用本领域普通技术人员能力之内的***、设备、材料和方法。
图1示出根据一代表性实施例的MS***100的简化框图。MS***100包括离子源101、多极离子导向件102、室103、质量分析器104和离子检测器105。离子源101可以是多种已知类型的离子源之一。质量分析器104可以是各种已知的质量分析器之一，包括但不限于飞行时间(TOF)设备、傅立叶变换MS分析器(FTMS)、离子阱、四极质量分析器或者磁性扇形分析器。类似地，离子检测器105是多种已知离子检测器之一。
以下结合代表性实施例来更充分地描述多极离子导向件102。多极离子导向件102可设在室103中，其被配置为提供位于离子源101与质量分析器104之间的一个或多个压力转变级。因为离子源101通常维持在大气压或者接近大气压并且质量分析器104通常维持在比较高的真空，所以根据代表性实施例，离子导向件102可被配置为从比较高的压力转变到比较低的压力。离子源101可以是各种已知离子源之一，并且可以包括另外的离子操纵设备和真空分隔物，包括但不限于撇离器(skimmer)、多极、孔、小直径管道和离子光学器件。在一个代表性实施例中，离子源101包括其自己的质量过滤器(mass filter)，并且室103可以包括碰撞室。在具有包括多极离子导向件102的碰撞室的质谱仪***中，中性气体可被引入到室103中以辅助穿过多极离子导向件的离子的碎裂。在多个质量/电荷分析***中使用的这种碰撞单元(collision cell)在本领域中已知是“三个四极(triple quad)”***，或者简称为“QQQ”***。
在替代实施例中，碰撞单元包括在源中，并且多极离子导向件102在其自己的室103中。在优选实施例中，碰撞单元和多极离子导向件102是同一真空室103中的分离设备。
在使用时，离子源101中产生的离子(其路径是由箭头示出的路径)被提供给多极离子导向件102。多极离子导向件102移动离子并且形成比较受限制的束，该束具有由各种导向件参数的选择而确定的所定义的相位空间，如以下更充分地描述的。离子束从离子导向件中出来并被引入到质量分析器104中，在质量分析器104处发生离子分离。离子经过质量分析器104到达离子检测器105，在离子检测器105处检测离子。
图2A示出根据一代表性实施例的多极离子导向件200的立体图。在本实施例中，多极离子导向件200包括六根杆201，从而提供六极RF场。要强调的是，六极离子导向件的选择仅仅是例示性的，当前的教导适用于其他多极离子导向件。多极离子导向件200包括处于收敛布置方式的杆201，该布置具有输入端202和输入端202远端处的输出端。在以下更充分描述的一代表性实施例中，杆201是围绕轴线(图2A中未示出)而布置的杆。每根杆201包括第一末端203和远离第一末端203的第二末端204，并且每根杆201被布置为在其第一末端203处离轴的相应距离大于第二末端204处离轴的距离。这样，杆201从输入端202到输出端是收敛的。在一代表性实施例中，杆的第一末端203被布置为：在输入端202处连接杆201的第一末端203的内切圆的半径大于在输出端处连接杆201的第二末端204的内切圆的半径。在以下描述的其他实施例中，杆201是收敛的，但不是以对称布置方式在输入端202和输入端处布置的。
在一代表性实施例中，杆201由绝缘材料构成，该绝缘材料可以是陶瓷或者其他合适的材料。杆201还包括阻性外层(未示出)。阻性层允许在杆201的各第一末端203与各第二末端204之间施加DC电压差。在另一实施例中，杆201可以像题为“Mass Spectrometer Multipole Device(质谱仪多极设备)”且授予Crawford等人的共同拥有的美国专利7,064,322中所描述的那样，该专利的公开内容通过引用具体结合于此，用于所有目的。在这种情况下，杆201可以具有传导内层和阻性外层，这将杆201配置为用于向杆的阻性层传递RF电压的分布式电容器。内部传导层将RF电压通过薄的绝缘层(未示出)而传递到阻性层。这种配置在所结合的授予Crawford等人的参考文献中有所描述，并且如以下更充分描述的，这种配置用于减少由于RF场所感应的电流而引起的对杆201的有害加热。
设置环205以将杆201维持在适当位置，并且提供从电压源(未示出)到杆201的电连接206、207。电压源被配置为在相邻的杆201之间施加交流电压并且向各个201施加DC电压。可以在同一电连接(例如，连接206、207)处进行施加于杆201的RF电压和DC电压，或者针对RF电压和DC电压为每根杆进行分开的电连接。注意，施加于杆的第一末端203的DC电压电平与施加于杆201的第二末端204的DC电压电平不是相同的，以提供从杆201的一个末端到另一末端的DC场和电势降。在代表性实施例中，DC电压差被选择为使任何由多极电场产生的势垒无效，并且克服由于离子导向件200中的缓冲气体(未示出)的离子碰撞引起的离子失速，从而强制离子从离子导向件200的输入端202到达输出端。
根据代表性实施例，交流电压是施加于相邻杆对之间的RF电压，并且在杆201之间的区域中产生多极(本实施例中是六极)场。如以下所述，RF电压的幅度可以沿着各根杆201的长度或者沿着杆的分段的长度而改变，以获得某些希望结果。或者，在各根杆201之间沿着它们各自的长度使幅度维持为大约恒定。在一代表性实施例中，RF电压通常具有在大约1.0MHz至大约10.0MHz范围内的频率(ω)。该频率是在实现分析物的高效束压缩和质量范围时有用的多个离子导向件参数之一。另外，直流(DC)电压也施加于各根杆201，并且在各根杆201的第一末端203与第二末端204之间产生电势差。如以下更充分描述的，该电势差有用地使多极场所产生的势垒无效，并且用于强制离子从输入端202到达输出端。此外，该电势差使得离子能够克服任何由于离子导向件200中的缓冲气体而引起的阻挡。
杆201是各种形状之一。在某些实施例中，杆201基本是圆柱形的，沿着其各自长度具有基本一致的直径。在其他代表性实施例中，杆201在其各第一末端203处的直径大于在其各第二末端204处的直径。在其他实施例中，杆201沿着其长度是锥形的，同样在各第一末端203处的直径大于在各第二末端处的直径。锥度可被选择并且杆201可以具有圆锥形状。如以下更充分描述的，在杆201在第一和第二末端203、204处包括不同直径的实施例中，杆201在各第一末端203处的直径被选择为比较大从而为离子接受提供更好的场配置，并且杆201在各第二末端204处的直径被选择为比较小以改善离子限制。
图2B示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的侧视图。图2B仅示出了两根杆以使得可以清楚描述多极离子导向件的某些特征。多极离子导向件200的许多方面与当前描述的多极离子导向件是共用的。共用的细节一般不进行重复，以避免模糊当前描述的实施例。
注意，多极离子导向件包括由杆201的第一末端203形成的输入端202和由杆201的第二末端形成的输出端208。轴209沿着多极离子导向件的长度延伸，并且在本实施例中提供对称的轴以使得杆201的第一末端203被布置为：在输入端202处连接杆201的第一末端203的内切圆的半径大于在输出端208处连接杆201的第二末端204的内切圆的半径。此外，轴209是杆201的第一和第二末端203、204处的各内切圆的中心。包括诸如导向件长度、杆201与轴209所成的角度、杆201的间隔以及输入端202和输出端208的大小之类的参数的导向件几何形状影响多极离子导向件的操作特性。例如，包括更大的能量分布或者更大的径向分布或者这两者的离子样品在输入端202需要的面积将大于具有更小能量和空间分布的离子样品，以捕获更大一部分的离子。此外，具有更大轴向能量的离子将要求多极离子导向件的长度比较大，从而要求杆201具有足够的长度以在输出端208处离开多极离子导向件之前高效地冷却离子。
一般地，多极离子导向件的收敛部分的长度以及因而的杆201的长度应当被选择为使得离子能够与周围的缓冲气体实现热平衡。然而，杆的长度越大，杆就由于它们增大的电容而越难以驱动。增大缓冲气体压力将允许实现更快速的热能化；然而，增大气体压力可能并不总是方便的，因为这可能增大质量分析器中的最终压力。或者，可以通过改变杆两端的DC偏置来调节离子驻留在导向件中的时间。然而，DC偏置的比较低的值可引起离子损耗和离子包(ion packet)的扩散传播。因此，进行多极离子导向件的收敛部的长度与所施加的DC电压的大小之间的折衷。在代表性实施例中，收敛部的长度是大约1cm至大约10cm，并且在某些实施例中，长度是大约3cm至大约5cm。注意，多极离子导向件的长度和从输入端202到输出端208的收敛角度仅仅是两个导向件参数。为了优化代表性实施例的多极离子导向件的束引导特性而选择的其他导向件参数在以下描述。
图2C、图2D和图2E分别示出根据代表性实施例的四极离子导向件、六极离子导向件和八极离子导向件的整体图。以上描述的多极离子导向件的许多方面与当前描述的多极离子导向件是共用的。共用的细节一般不进行重复，以避免模糊当前描述的实施例。
图2C示出从输入端202通过导向件而向输出端208观看的根据一代表性实施例的四极离子导向件的整体图。
图2D示出从输入端202通过导向件而向输出端208观看的根据一代表性实施例的六极离子导向件的整体图。示出在杆201的第一末端203处内切的圆210。还示出在第一末端202处的圆210的直径(2r0)第二末端204。另一圆211在杆201的第二末端204处内切。圆211也包括直径(也称为2r0)。如随着当前描述的继续而将变得更清楚的，使用内切圆210、211的直径来确定某些离子导向件特性。
图2E示出从输入端202通过导向件而向输出端208观看的根据一代表性实施例的八极离子导向件的整体图。示出内切圆210、211。
极数影响伪势阱的形状，伪势阱限制多极离子导向件中的离子。通过对导向件几何形状的适当选择，可以提高离子接受或者改善离子的聚焦。导向件和杆尺寸的选择在输入端202和输出端208处是尤其重要的。在输入端202，相邻的杆201之间的间隔和杆201的第一末端203的直径决定圆210的大小，因而决定2r0。更大的内切圆210在输入端转换成更大的接受面积，促使捕获离子的更大能量或空间分布以在多极离子导向件中进行限制。
然而，输入端202处相邻杆的分离影响对进入导向件的离子的收集。如果相邻杆201在各第一末端203处的间隔与杆直径相比太大，则可能在相邻杆201之间的空间中发生离子泄漏。鉴于希望在使杆201之间的间隔最小化的同时提供内切圆210，当前的教导考虑杆201在其各第一末端203处的直径大于其第二末端204处。这样，对于圆210的所希望直径，可以通过提供在其各第一末端处具有比较大直径的杆201来相比较地减小相邻杆之间的间隔。当前的教导考虑这样的杆201：这些杆沿着其长度具有锥形，沿着其长度是圆锥形，或者在沿着其长度的选定点处具有半径的突变。注意，沿着其长度具有基本恒定的直径的杆201是合适的，尤其当以足够高的RF频率和电压来驱动多极离子导向件200以在两个末端处维持宽带质量传输时，如以下描述的。
在输出端，输出端208处杆201的第二末端204的间隔决定离子聚焦的程度。虽然对于降低离子损耗而言减小输出端处的内切圆211的直径是有用的，但是圆211的直径为可以限制的最小质量设定了底限。注意，随着圆211的直径的减小，RF场密度比较高并且质量小于最小值的离子变得不稳定。可以示出，低质量截止点(low-mass cutoff)mcutoff可在数量上表示为：
m cutoff ∝ V r 0 2 ω 2
其中，V是输出端处RF信号的幅度，ω是RF频率。应当认识到，对于特定RF幅度，内切圆211的半径越小，截止质量越高。这样，质量小于介质质量的离子是不稳定的，因而不被明显地限制。由于希望在输出端将离子压缩成更加聚焦的束，杆201在输出端208处的收敛程度与质量截止点进行了平衡。这样，通过使用第二末端204的半径小于第一末端的杆201，比较高的RF场密度的一些有害影响可被降低。最后，找到杆在各第二末端204处的半径与内切圆211的半径的最佳比率，以使得比较宽的质量范围的离子在比较受限制的束中被引导。
在某些应用中，可以在时间上使当比较高质量的离子和比较低质量的离子通过多极离子导向件200传递时的时段分开。包括但不限于四极质量过滤器的扫描设备在任何给定时刻仅分析小的质量范围内的离子。因此，根据代表性实施例，提供对多极参数(例如RF电压)的动态控制，以使穿过多极离子导向件200的特定离子的传输最大化。例如，比较低的RF电压(例如，大约50V至大约150V的零点到峰值(zero-to-peak))对于限制小质量的离子是有用的，而施加比较高的RF电压(例如，大约150V到大约400V的零点到峰值)对于比较大质量的离子的高效捕获是有用的并且它们的轨迹在多极离子导向件的窄端不会变得不稳定。
图3A示出根据一代表性实施例的六极离子导向件所产生的等势线301。图3A示出从输入端202观看的等势线301。标号302表示杆201的第一末端203的位置。对离子(未示出)的限制在区域303内。
图3B示出根据一代表性实施例的六极离子导向件所产生的电场的DC分量的等势线304。如图所示，电场线304在限制区域303的大部分上基本是“平的”，并且垂直于轴209。如上面所讨论的，多极离子导向件可以在限制区域中产生减缓的伪势垒，并且可以降低离子导向件的有用性。通过在各根杆201两端施加DC电压，使该势垒无效。入口(例如输入端202，图3A中未示出)处的小DC等势曲率关系不大，因为其可***纵为例如与多极离子导向件的输入端串联(in tandem with)布置的离子光学元件(未示出)的相对电势。虽然图3B中未示出，但是布置在杆201上的电阻层将通常不会沿着杆201的整个长度延伸，以允许引脚或环的附接从而驱动DC和RF电压。这种短长度的金属和末端将产生短长度的固定DC电势，但是由于所述的短固定DC长度发生在第一末端203的末端和第二末端204的末端，因此与这些固定DC元件相邻的离子也通过串联的光学元件的相对电势而操纵。有利地，在代表性实施例中，离子经受基本恒定的轴向DC场，并因此收到基本恒定的轴向力，而不管它们在多极离子导向件200内的位置。这不是已知的多极设备中的情况，已知的多极设备依赖于杆之间的场穿透来产生轴向力。取决于离子与中心的距离以及离子是离杆更新还是离杆之间的间隙更新，这些设备具有不同的DC场。
图4A示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的侧视图。该多极离子导向件包括前面描述的杆201和轴209。当前描述的实施例的离子导向件的极数未被指定，这是因为当前描述的实施例涉及四极和更高阶的多极离子导向件。如上所述，在代表性实施例的质谱***中，不同的组件通常维持在不同的压力。例如，在室401中，压力比较高，其中缓冲气体被引入以在离子被离子导向件移动时使离子热能化。然而，输出端208处的经热能化的离子被提供给质量分析器(图4A中未示出)，质量分析器维持在比较高的真空。在本实施例中，区域402维持在低于室401的压力，并且孔403设在室401的壁上。杆201经过孔403，并且输出端208布置在区域402中。
为了使缓冲气体从室401到区域402的流动最小化，孔403比较小。离子束在离子导向件中被压缩并且通过缓冲气体而被热能化，然后通过小孔403引入到区域402中，区域402被抽成比较低的压力以用于质量过滤。然而，孔403越小，输出端208的直径必须越小。针对RF电压的恒定大小(V)和频率(ω)来减小r0，质量截止点(mcutoff)会更高。这样，希望在输入端202处提供更高的RF电压以确保从离子源的适当离子捕获，并且希望在输出端208处提供更低的RF电压。在一个代表性实施例中，杆沿着每根杆的长度的电阻层在其各第一末端203与其第二末端204之间沿着杆201的长度提供RF电压的欧姆降(Ohmic drop)。因此，在输出端208，RF电压的大小与输入端处的RF电压相比降低。
然而，虽然利用杆上的电阻层所产生的轴向场来降低收敛多极中沿着杆的长度的RF电压对于改变RF和DC电压是有益的，但是焦耳加热产生了热的问题。即使在没有故意降低多极离子导向件的输入端与输出端之间的RF的情况下，也可存在由于所感应的RF和DC电流而引起的显著加热。例如，如果RF和DC电压是从杆201的末端203、204驱动的，则存在给出最小总功率的最优电阻值，这当然取决于所希望的RF和DC电压以及杆与其邻居和环境的电阻。增大杆的电阻降低了DC损耗，但是热能形式的RF损耗增大。对于一个小的六极实施例，最优电阻值例如约为每根杆900欧姆。
在杆201的电阻层中产生的组合DC和RF热能难以从杆上减轻，这是因为杆处于真空中，所以对流是最低限度的。结果可能是多极离子导向件内的温度升高，这增大了缓冲气体和离子的平均动能。结果，“冷却”离子的目的可能是更加具有挑战性的。这种温度可能引起材料失效或者熔化的焊料接合。
一种耗散所产生的热能的方式是提供从质谱***的杆201到室的导热路径。然而，在选择用于散热的材料和结构是应当小心，以避免增加从杆到杆或者从杆到地的过多电容。额外的电容可限制可能的RF频率或者为驱动电子器件产生额外的负荷。
除了减轻有害热效应(离子温度和设备温度二者)，当前的教导还考虑某些能够降低所产生的热的实施例。在一个代表性实施例中，可在图2A所示的环205之间设置另一个环205。该附加的环是利用中间DC电压和与其他环205相同的RF电压来驱动的。虽然DC功率损耗不变，但是RF损耗降低为大约四分之一，这是因为每根杆在电学上实质上是两根更短的杆。每根更短的杆具有整根杆的电阻的一半。电容是一半，因此电流是一般，每根“短”杆中所耗散的功率减小为其原来耗散的八分之一。由于每根实际的杆具有两根“短”杆的组合损耗，因此总的RF功率被减小到四分之一。这样，增加第三安装环需要基于新的RF损耗来为杆选择新的略高的最优电阻值。增加第三安装环的一个缺点是将产生的总的杆到杆和杆到地电容增大。这恰恰使得以高的RF频率来驱动结构变得更加困难。
根据图4B中的立体图所示的另一代表性实施例，在沿着每根杆201的某点处增加RF能量，而不增加那么多的杂散电容。不是在环205之间的区域中增加完整的安装环，而是增加比较小的电容器405以将RF能量从各根杆201的末端203、204中的任一端经由连接/电缆406耦合到杆201的中心，其中连接/电缆406连接到各AC和DC电压源(未示出)。电容器405的值不必大到使其实现RF损耗的大约到四分之一的降低的大多数。例如，考虑使用相邻杆201之间的电容的大约100倍或更大的电容值。因为耦合是电容性的，所以不需要产生额外的DC电压，并且仅需要针对DC降或RF降(取较大者)来设定电容器。对于增加中心安装环的情况，对于最小总功率将存在新的(更高的)最优杆电阻值。应当清楚，附接来自耦合电容器的RF电压的一个最优点不在中心，而是更靠近输出端208，这是因为局部的杆到杆电容在输出端208处更大。注意，可以增加多于一个RF输入端，每个RF输入端有一个电容器来避免使DC梯度(DC gradient)短路(short out)。
在另一代表性实施例中，杆201包括用于将RF传递到杆的阻性表面的分布式电容器。内部金属核心将RF通过薄的绝缘层传递到阻性层。多极中的这种同轴电容性耦合技术在所结合的授予Crawford等人的参考文献中有所描述。在非收敛的多极离子导向件中，RF下跌(RF sag)的减小对于维持最大质量带宽是重要的。在代表性实施例的收敛多极离子导向件中，质量带宽(假定第一和第二末端203、204都以相同的RF电压(V)来驱动)一般不是由杆201的长度中心附近的RF下跌来支配(dictate)，而是由输入端202和输出端208的不同带通中心来支配。如果电阻值沿着长度是基本恒定的，则同轴耦合显著降低了RF损耗。使总功率最小化的新的最优电阻值变得明显。随着RF损耗按比例减小，在阻性层中使用非常高的电阻值现在变得可能。例如，取决于电阻层厚度与杆直径和长度的比率，考虑10k欧姆、100k欧姆、1M欧姆或更大的电阻值。DC损耗于是将被按数量级减小。有利地，收敛多极的热问题被减轻，这提高了可靠性并且基本上避免了离子热能的增大。
在一代表性实施例中，杆201可由金属以及同心的绝缘层和阻性层构成。绝缘层可由阳极化的金属(anodizing metal)制成。铝和钽属于可被阳极化的可能金属。在钽的情况下，500埃至2000埃的阳极化将产生必要的DC击穿电阻。虽然电阻层的一端(而不是两端)可附接到中心金属杆，但是不需要将末端203、204处的任一电极附接到阳极化层下方的金属。而是，可以实现金属核心之中和之外的纯电容性耦合。注意，考虑其他产生绝缘层的方法，包括在有机或无机绝缘体上进行涂敷或浸染以及各种汽相沉积和溅射技术。选择具有高熔点的金属和绝缘体组合(例如钽和氧化钽)具有如下优点：后续的增加电阻层和电极的步骤可以利用高温处理，一些高温处理需要大约800℃至1500℃的温度。这种温度对于诸如铝或有机绝缘体之类材料可能过高了。
在某些代表性实施例中，逐渐降低的RF幅度被施加在杆201的输入端202和输出端208之间，各根杆201包括分段。每个杆分段是以来自一个或多个变压器上的抽头或者来自电容性分压器(capacitive divider)的不同RF值来驱动的。然而，多个分段可能引起离子损耗、增大的机械复杂性以及需要被驱动的增大的电容。在一代表性实施例中，通过选择(杆的)每单位长度的电容(在金属核心与电阻层之间测量)而沿着杆长度减小RF幅度，这与每单位长度的杆到杆电容是类似的大小顺序。这两种电容然后用作电容性分压器。有利地，在本实施例中，杆201的第一末端203处的RF电压的大小不必与杆201的第二末端204处相同。一般而言，如上所述，代表性实施例的收敛多极有利地在输入端202处施加了比输出端208处更高的RF电压。
收敛多极离子导向件的杆201之间的自然增大的电容产生分布式电容分压器。例如，如果杆201包括内部金属核心和外部陶瓷层，其中它们的直径被选择为使得其与阻性层所成的电容和阻性层与相反RF极性杆所成的电容大约相同，则实现可变的电容性分压器。因为由于杆间间隔而使得输出端处的杆到杆电容大于输入端处，所以即使在每单位长度的中心核心具有恒定电容的情况下，也可以实现沿着杆从入口到出口的RF降低。大约10k欧姆至大约105k欧姆量级的非常高的电阻对于避免显著的轴向RF电流和它们的相应RF损耗是有用的。在一个实施例中，如图4C所示，杆开始是围绕金属核心408的绝缘管407。这例如可以是收缩到导线上的玻璃管。导线408在并不一直延伸到管407的与输出端208最接近的末端，以避免表面击穿。绝缘管407包括在其周围所环绕布置的阻性层409，但是被沿着最接近输出端208的末端的一部分而设置，从而远离绝缘管407的末端以避免过多RF电流。电阻层409在其之上包括导电层(未示出)以辅助与环上的触点的连接。
在本实施例中，与输入端202最接近的环被配置为向杆201施加RF电压和DC电压二者。单个环设在与输出端208最接近的末端处以施加DC电压但不施加RF电压。例示性地，与输出端208最接近的环利用大值片状电阻器410(优选为50k欧姆至20M欧姆)对杆进行了RF阻挡。杆上的阻性层409同样必须具有大的端到端电阻，例如在大约50k欧姆至大约20M欧姆的范围内。应当对在输出端处施加于环的电压进行调节，以在杆的表面处设定所希望的输出电压。其他RF阻挡方案当然也是可能的，包括在阻挡RF并连接到DC之前将相似相位的杆捆绑(tie)在一起的精炼(refinement)。在图4C的代表性实施例中，RF电压是仅从杆201的与输入端202最接近的末端进行驱动的，并且向输入端202与输出端208之间的电阻层的表面传递逐渐降低的RF电压。可对几何形状和电阻进行调节以获得所希望的DC梯度和RF梯度。在没有阻挡电阻器的情况下将RF传递到两端的其他实施例也是可能的，并且每个实施例将需要四个环，每个环被配置为向杆201施加RF电压。在这种实施例中，由于增大的电容，更加难以以高频率来驱动多极离子导向件的组件。
在另一代表性实施例中，导线或者导电迹线可被应用于每根杆201的远离离子路径的一侧。在该实施例中，电阻层并不围绕每根杆，而是仅布置在每根杆的面对离子路径的一侧，在远离离子的背部，电阻层与导线或导电迹线之间存在间隙。导电迹线或导线连接到RF源并且可变地传递RF电压。迹线或导线可以是实际并不接触杆201但与杆非常接近的电极，只要与阻性层的电极电阻与杆到杆电阻可比(comparable)即可。在该实施例中，阻性层中需要比较高的电阻值，并且与连接到DC源的电极的额外电容性耦合对于补偿安装环电容可能是必要的。杆的表面处的RF电压总是小于所施加的RF，并且随着从入口到输出而降低。由于这种降低是通过电容性划分而不是阻性衰减实现的，因此总的RF损耗可保持为相当小。而且由于轴向电阻可被设定为相当高，因此DC功率也可保持为相当小。因此，总功率小，设备凉快地运行，并且离子具有较少热能。最后，最重要的是，这些允许出口处的RF低于入口处的替代方式对于给定的所希望质量带宽允许了更大的几何压缩比率。可以增大入口处的RF并且使入口在物理上更大并捕获更多离子而不干扰出口，或者可以在入口处保持相同的RF和几何形状并且减小出口处的直径和RF并仍然传输低质量。因此可以实现相位空间的更大减小。还应当注意，这里所列出的替代方式的优点也适用于在申请中其他地方描述的挤压型或非圆形的多极。
图5A示出根据一代表性实施例的六极离子导向件500的立体图。要强调的是，六极离子导向件的选择再次仅仅是例示性的，当前的教导适用于其他多极离子导向件。六极离子导向件500包括与前面描述的实施例共用的特征。许多共用的细节不进行重复，以避免模糊本实施例。
离子导向件500包括处于收敛布置方式的杆201，杆201具有输入端202和输入端202远端处的输出端。在以下更充分描述的一代表性实施例中，杆201是围绕轴线而布置的杆。如前所述，每根杆201包括第一末端203和远离第一末端203的第二末端204，并且每根杆201被布置为在其第一末端203处离轴209的相应距离大于第二末端204处离轴209的距离。在一代表性实施例中，杆的第一末端203被布置为：在输入端202处连接杆201的第一末端203的内切圆的半径大于在输出端处连接杆201的第二末端204的内切圆的半径。
六极离子导向件包括与杆201串联布置的杆501。杆501各自包括第一末端502和第二末端503，其中第一末端邻近输出端208。杆501基本对称地围绕轴线209布置。环205将杆维持在适当位置，并且被配置为将杆连接到RF和DC电压源。杆501不是以收敛方式布置的，而是在其第一和第二末端502、503之间沿着其各自长度基本与轴等距地布置。
六极离子导向件500在输入端202与输出端208之间提供离子束压缩，如上所述。然而，因为束实在输出端208处压缩的，因此可以降低入口502处RF电压的大小，从而降低低质量离子损耗。此外，如下面更充分描述的，杆501可布置在压力减小的的区域中(例如，质量分析器中)。这样，因为缓冲气体碰撞被消除并且由于施加了更低的RF电压而使得电势垒更低，所以需要低得多的DC电压或者不需要DC电压来移动离子。
图5B示出根据一代表性实施例的多极离子导向件的侧视图。该多极离子导向件包括如前所述围绕轴线209布置的杆201。当前描述的实施例的离子导向件的极数未被指定，这是因为当前描述的实施例涉及四极和更高阶的多极离子导向件。如上所述，在代表性实施例的质谱***中，不同的组件通常维持在不同的压力。例如，在室504中，压力比较高，其中缓冲气体被引入以在离子被离子导向件移动时使离子热能化。然而，输出端208处的经热能化的离子被提供给质量分析器(图5B中未示出)，质量分析器维持在比较高的真空。在本实施例中，区域505维持在低于室504的压力，并且孔506设在室504的壁507上。杆201所形成的输出端208与杆501所形成的输入端502相邻。
为了使缓冲气体从室504到区域505的流动最小化，孔506比较小。离子束在离子导向件中被压缩并且通过缓冲气体而被热能化，然后通过小孔506引入到输入端502中，输入端502被抽成比较低的压力以用于质量过滤。然而，孔506越小，输出端208和输入端502的直径必须越小。如前所述，针对RF电压的恒定大小(V)和频率(ω)来减小r0，质量截止点(mcutoff)会更高。这样，希望在输入端202处提供更高的RF电压以确保从离子源的适当离子捕获，并且希望在输入端502处提供更低的RF电压。因为杆501不与杆201连接，所以在输入端处向杆501施加更低的RF电压(如果存在的话)是容易实现的，与输入端202处施加的RF电压的大小无关。在没有离子聚焦效应的大量损耗的情况下提供从输出端208到输入端502的离子传送是重要的。因此，有必要对连接到杆201和501的相应RF电源的频率和相位进行匹配。
图6A示出根据一代表性实施例的多极离子导向件600的侧视图。以上结合代表性实施例所描述的多极离子导向件的某些细节对于离子导向件600是共用的，一般不进行重复，以避免模糊对离子导向件600的描述。该离子导向件包括输入端602和输出端603。离子导向件600包括具有第一末端604和第二末端605的第一杆601以及具有第一末端607和第二末端608的第二杆606。第一和第二杆601、606从输入端602到输出端603围绕轴线609以收敛方式布置，但是与上面结合图2A至图5B所描述的实施例不同的是，在两端不是关于内切圆而布置的。而是，随着当前描述的继续将变得更清楚，第一和第二杆601、606的第一末端604、607分别以具有第一半径的第一圆(图6A中未示出)布置，杆606的第二末端608布置在具有第二半径的第二圆(图6A中未示出)的对向端，并且其余杆601的第二末端605布置在第二圆内。多极离子导向件600在输入端602处接收离子束，并且在离子导向件内产生场图(field pattern)，该场图提供在一个方向上对离子束的压缩以使得在输出端603处形成比较“扁平”的束。如果对向杆601的分离足够小，则该经压缩的束将在多个经压缩的束中分离出来。这些束的彼此隔离的程度也将取决于离子质量。
这多个离子束包括基本上是一维的截面，并且包括比较宽范围的同时传输的质量。所得到的多个束的窄最终轮廓在需要一维上传播的比较低的速度的MS应用中可能是特别有用的，例如在TOF分析器的情况下。
图6B示出从输入端602通过离子导向件600向输出端603观看的根据一代表性实施例的14极离子导向件的整体图。第一圆610沿着杆601、606的第一末端604、607的内部而内切。第二圆611的直径612被示出。第二杆606的第二末端608布置在直径上，并且第一杆601的第二末端605布置在第二圆611内部。这样，在输入端602，第一和第二杆601、606的第一末端604、607分别关于第一圆和轴609是基本对称的；第一杆601的第二末端605在第二圆611内是彼此对向的；并且第二杆606的第二末端608沿着第二圆611的直径612布置。仿真显示出，在收敛导向件处，如果第一杆601的对向第二末端605之间的分离足够小，则离子往往形成位于相同极性的对向杆之间的离散束；例如，对向第二末端605之间的分离大约等于第一杆601的相邻第二末端605之间的分离。
图7示出根据一代表性实施例的14极离子导向件所产生的等势线701。等势线701是从输入端602观看的。标号702表示第一杆601的第一末端604的位置，标号703表示第二杆606的第一末端607的位置。对离子(未示出)的限制在区域704内。对向杆之间限制离子的势阱的大小比较小，并且非常紧密的聚焦是可能的。注意，离子进入输入端602并且在区域704中被限制为多个束，如上所述。在所产生的14极场中，形成并在输出端603提供六个束。
图8示出由分别具有为了观察而放置的第一和第二杆601和606的第二末端605、608的14极离子导向件所形成的离子束801。这样，束801在离子导向件600的输出端603处被如图所示地布置。对向杆601之间的势阱的大小比较小并且相对紧密的聚焦可被实现：在大约2/1至大约40/1的范围内。还示出了第一杆601的对向第二末端605之间的距离(d1)和相邻第一杆601的第二末端605之间的距离(d2)。随着距离d1接近距离d2，束801被更好地隔离且更好地压缩，并因而具有更小的伸展或面积。分析显示出，处于该几何形状的场形状与多个相邻的四极场有些类似。图8示出离子束的最终位置，这些最终位置反映出RF电势的最小值。这样，一个RF离子导向件可以将非常宽的接受面积与高的离子聚焦程度相结合。虽然发现
Figure GSA00000097524200201
这一比率运转良好，但是也考虑更大和更小的比率。在更小比率的情况下，输入端602处的束被分到多个通道中。然而，多极的不那么强烈的扁平仍然可能是有利的。例如，一般地，在图6A的截面所取得的许多几何形状可用作输出。虽然束压缩可能不是那么大，并且成多个束的通道化(channelization)可能不是那么明显或者可能不发生，但是输入端602处的束与它在基本上为圆形的输入端602处的大小相比，在输出端仍然被压缩。使杆在离子束充分扁平之前终止的实施例的一个额外好处是更大的质量带宽以及杆之间的稍大的空间。虽然未示出，但是该部分扁平出口替换方式有些像椭圆形状，并且产生的场几何形状是四极和更高阶的多极项的组合。
注意，14极离子导向件600仅仅是例示性的，以这种方式布置的极的数目的上限或下限不限于此。这样，杆的数目因而可以是6、8、10、12、14和更大。不管所选的极数如何，优选的是多极离子导向件的输出端(例如，输出端603)处的对向电极具有相同的极性，并且这是通过使用6、10、14、18根杆或更多根杆而最容易实现的，这是因为此时杆可被布置成杆的两个平行排702，每侧具有一根端接杆703。例示性地，利用这种配置而产生有些不同的四极传输区域的数目等于n＝2m+2，其中n＝杆的数目，且m＝出口处的离散传输区域的数目。一种有用的几何形状是在以下时候实现的：每根末端杆703被设定为产生将与该末端杆703相邻的两根杆702相连的基本垂直的场线(未示出)。查看图7，虽然场线未被示出，但是等势线显示出基本上为四极场的通道的良好对称性，但是接近的查看暗示出，末端杆703在水平方向上远离中心的进一步移动可能是更好的。增大杆的数目促使第一圆610的直径增大，而各根杆之间的距离不会变得太大。另一方面，不管所选的极数如何，离子导向件600的输入端602的面积与输出端603的面积之间的显著差异可能引起减小的离子质量传输窗口。
图9示出根据一代表性实施例对14极离子导向件600所引导的离子的仿真以及对位于具有相同极性的对向杆之间的离散离子束的形成的仿真。标号901针对的是来自离子导向件600的侧面(沿着图6A所示的坐标系的y-z平面)的仿真，标号902针对的是来自离子导向件的“顶部”(沿着x-z平面)的仿真。分析显示出，处于该几何形状的场形状与四极场有些类似。
图10示出将六极离子导向件的输入端602处的输入离子束1001划分成六极离子导向件的输出端603处的离子束1002。第一杆601的第一末端604和第二杆606的第一末端607以及第一杆601的第二末端605和第二杆606的第二末端608为了观察而被放置。
图11A和图11B以整体图和端视图示出图10的实施例，其中增加了用于操作目前已经分离的束的后续透镜元件1101。包括两个开口的单个出口透镜(未示出)可为每个束设有一个开口。一旦束被分离，它们就可以被单独操纵以将它们发送到不同的分析器或检测器，或者进一步单独压缩。与结合图5B所描述的实施例类似，将收敛的扁平多极与相匹配的扁平但平直的多极(处于相同或更低的RF电压)使得能够在降低气压的同时进一步降低能量并维持限制。还要注意，如果离子经过连接两个真空区域的管，则扁平的几何形状将受益于更小的真空传导率。例如在14极离子导向件的情况下，与圆形收敛实施例相比，扁平实施例的轴向气体传导率明显降低。
图12A和图12B示出利用收敛多极将离子束一分为二的代表性实施例。在输出端605(沿着平面1203进入图4B的页面的平面中)，12极离子导向件提供束801。如前所述，离子导向件假定是“扁平形状”，并且在平面1203形成小束801。两个中心电极1201被设置，它们朝着中心移动直到被并排定位为止(如图所示)。结果，产生两个六极导向件，这两个六极导向件可被进一步分离以沿着图12B的平面1204提供分离的离子束1202。与之前相同，针对所希望阶的多极来选择杆601、608的数目。例示性地，布置8、12、16根杆以分别提供8极、12极和16极的离子导向件。虽然这对于束划分是一种有效方法，但是当在形成小的束之后进行划分时，多极中最中心的束可能在两个中间电极移位时丢失(如示出相应仿真结果的图12B所示)。
图13示出在不丢失显著一部分离子的情况下划分离子束的代表性实施例。注意，离子在各个束被形成之前划分成两个束。可具有但不限于“楔”形并且与两根中间杆携带相同的RF电压极性的电极1301在导向件的输入端的某个位置处被引入。该电极的引入强制离子载气周围移动，从而划分成两个束。随后，得到的两个束被进一步压缩，并且可以形成多个单独的束或者也可以不形成多个单独的束，如图13中的离子路径仿真所示。
鉴于本公开，注意到可以根据当前的教导来实现方法和设备。此外，各种组件、素材、结构和参数仅作为说明和示例而包括，没有任何限制意义。鉴于本公开，可在其他应用中实现当前的教导并且可以确定实现这些应用所需要的组件、素材、结构和设备，同时仍然在所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种多极离子导向件，其特征在于包括：
围绕轴线而布置的杆，各根杆具有第一末端和远离所述第一末端的第二末端，其中，各根杆被布置为在所述第一末端处离所述轴线的相应距离大于在所述第二末端处离所述轴线的距离；
用于在相邻的杆对之间施加射频(RF)电压的装置，其中，所述RF电压在这些杆之间的区域中产生多极场；以及
用于沿着各根杆的长度施加直流(DC)电压降的装置。
2.如权利要求1所述的多极离子导向件，其中，所述杆的第一末端围绕所述轴线基本对称地布置。
3.如权利要求1所述的多极离子导向件，其中，所述杆的第二末端在所述第二末端处围绕所述轴线基本对称地布置。
4.如权利要求1所述的多极离子导向件，其中，所述第一末端围绕具有第一半径的第一圆而布置，所述第二末端围绕具有第二半径的第二圆而布置，并且所述第一半径大于所述第二半径。
5.如权利要求1所述的多极离子导向件，其中，所述杆的第一末端围绕具有第一半径的第一圆而布置，两根杆的第二末端沿着具有第二半径的第二圆的直径而布置，并且其余杆的第二末端布置在所述第二圆内。
6.如权利要求5所述的多极离子导向件，其中，所述其余杆的第二末端沿着第一条线和第二条线布置成彼此相对的对。
7.如权利要求6所述的多极离子导向件，其中，沿着所述第一条线的所述其余杆的第二末端彼此间隔第一距离，沿着所述第二条线的所述其余杆的第二末端彼此间隔所述第一距离，并且所述其余杆的各个彼此相对的对的第二末端间隔第二距离，所述第二距离大于所述第一距离。
8.如权利要求7所述的多极离子导向件，其中，所述杆作为第一杆，并且所述离子导向件还包括与所述第一杆串联的第二杆。
9.如权利要求8所述的多极离子导向件，其中，所述第二杆通过间隙而与所述第一杆的第二末端分离。 
10.如权利要求9所述的多极离子导向件，其中，所述第一杆布置在第一室中，所述第二杆布置在第二室中，并且所述第二室处于比所述第一室低的压力。
11.如权利要求1所述的多极离子导向件，其中，所述杆的第一末端布置在第一室中，所述杆的第二末端布置在第二室中，并且所述第二室处于比所述第一室低的压力。
12.如权利要求1所述的多极离子导向件，其中，多根杆中的每一根在所述第一末端处具有第一直径并在所述第二末端处具有第二直径，并且所述第一直径大于所述第二直径。
13.如权利要求1所述的多极离子导向件，其中，每根杆包括多个分段。
14.如权利要求13所述的多极离子导向件，其中，所述第一末端处相邻杆对的分段之间的RF电压的幅度大于所述第二末端处相邻杆对的分段之间的RF电压的幅度。
15.一种包括多极离子导向件的质谱***，其特征在于所述多极离子导向件包括：
围绕轴线而布置的杆，各根杆具有第一末端和远离所述第一末端的第二末端，其中，各根杆被布置为在所述第一末端处离所述轴线的相应距离大于在所述第二末端处离所述轴线的距离；
用于在相邻的杆对之间施加射频(RF)电压的装置，其中，所述RF电压在杆之间的区域中产生多极场；以及
用于沿着各根杆的长度施加直流(DC)电压降的装置。
16.如权利要求15所述的质谱***，其中，所述第一末端围绕具有第一半径的第一圆而布置，所述第二末端围绕具有第二半径的第二圆而布置，并且所述第一半径大于所述第二半径。
17.如权利要求15所述的质谱***，其中，所述杆的第一末端围绕具有第一半径的第一圆而布置，两根杆的第二末端沿着具有第二半径的第二圆的直径而布置，并且其余杆的第二末端布置在所述第二圆内。
18.一种多极离子导向件，其特征在于包括： 
围绕轴线而布置的杆，各根杆具有第一末端和远离所述第一末端的第二末端，其中，各根杆被布置为在所述第一末端处离所述轴线的相应距离大于在所述第二末端处离所述轴线的距离，所述第一末端被布置在所述多极离子导向件的输入端处，所述第二末端被布置在所述多极离子导向件的输出端处；
其中，所述输入端包括被配置为产生六极或更高阶的射频(RF)多极场的几何形状；
所述输出端包括被配置为产生两个或更多个基本为四极的RF场区域的几何形状；
在所述输入端与所述输出端之间的转变区域，所述六极或更高阶的射频多极场转变到基本为四极的RF场。
19.如权利要求18所述的多极离子导向件，其中，所述多极RF场的阶是n，在所述输出端产生的不同的基本为四极的RF场区域的数目是m，其中n＝2m+2。 
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