用于质谱法的具有伸长捕集区域的微型带电粒子阱
阅读：649发布：2021-02-26
专利汇可以提供用于质谱法的具有伸长捕集区域的微型带电粒子阱专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种用于捕集带电粒子的微型 电极 设备，所述设备沿纵向方向包括：第一端盖电极；具有孔口的 中心电极 ；以及第二端盖电极。所述孔口在侧向平面中伸长并沿纵向方向延伸穿过中心电极，且中心电极在垂直于纵向方向的侧向平面中包围孔口以限定用于捕集带电粒子的横向腔体。，下面是用于质谱法的具有伸长捕集区域的微型带电粒子阱专利的具体信息内容。
1.一种用于捕集带电粒子的微型电极设备，所述设备沿纵向方向包括：
第一端盖电极；
具有孔口的中心电极；以及
第二端盖电极；
其中，所述孔口沿所述纵向方向延伸穿过所述中心电极，且所述中心电极在垂直于所述纵向方向的侧向平面中包围所述孔口，以限定用于捕集带电粒子的横向腔体，其中，所述中心电极中的所述孔口在所述侧向平面中伸长；以及
其中由所述孔口限定的所述横向腔体在所述纵向方向上具有小于1mm的垂直尺寸2z0；
其中，所述孔口的较大尺寸与较小尺寸的比值大于1.0，
其中，所述较大尺寸是在所述侧向平面中横越所述孔口的最长直线的距离，并且所述较小尺寸是在垂直于与所述较大尺寸对应的所述直线的侧向平面中横越所述孔口的最长直线的距离。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述较大尺寸与所述较小尺寸的比值大于1.5。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述较大尺寸与所述较小尺寸的比值大于2.0。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述较大尺寸与所述较小尺寸的比值大于3.0。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述较大尺寸与所述较小尺寸的比值大于5.0。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述较大尺寸与所述较小尺寸的比值大于10.0。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述孔口的较大尺寸与平均较小尺寸的比值大于
1.0，
其中，所述较大尺寸是在所述侧向平面中横越所述孔口的最长直线的距离，并且所述平均较小尺寸是沿在垂直于与所述较大尺寸对应的线的所述侧向平面中在沿与所述较大尺寸对应的所述线的每个位置处横越所述孔口的各直线的距离的积分平均值。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述较大尺寸与所述平均较小尺寸的比值大于
1.5。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述较大尺寸与所述平均较小尺寸的比值大于
2.0。
10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述较大尺寸与所述平均较小尺寸的比值大于
3.0。
11.根据权利要求7所述的设备，其中，所述较大尺寸与所述平均较小尺寸的比值大于
4.0。
12.根据权利要求7所述的设备，其中，所述较大尺寸与所述平均较小尺寸的比值大于
5.0。
13.根据权利要求7所述的设备，其中，所述较大尺寸与所述平均较小尺寸的比值大于
10.0。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述孔口包括具有第一端和第二端的伸长通道，其中，所述伸长通道的通道长度与通道宽度的比值大于1.0，
其中，所述通道长度是在所述侧向平面中横越所述通道从所述第一端到所述第二端的最短曲线的距离，并且所述通道宽度是在垂直于与所述通道长度对应的所述曲线的侧向平面中横越所述通道的最长直线的距离。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述通道长度与所述通道宽度的比值大于1.5。
16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述通道长度与所述通道宽度的比值大于2.0。
17.根据权利要求14所述的设备，其中，所述通道长度与所述通道宽度的比值大于3.0。
18.根据权利要求14所述的设备，其中，所述通道长度与所述通道宽度的比值大于4.0。
19.根据权利要求14所述的设备，其中，所述通道长度与所述通道宽度的比值大于5.0。
20.根据权利要求14所述的设备，其中，所述通道长度与所述通道宽度的比值大于
10.0。
21.根据权利要求2-6中的任一项所述的设备，其中，所述较小尺寸小于10 mm。
22.根据权利要求7-13中的任一项所述的设备，其中，所述平均较小尺寸小于10 mm。
23.根据权利要求2-6中的任一项所述的设备，其中，所述较小尺寸小于5 mm。
24.根据权利要求7-13中的任一项所述的设备，其中，所述较小尺寸小于5 mm。
25.根据权利要求14-20中的任一项所述的设备，其中，所述通道宽度小于5 mm。
26.根据权利要求2-6中的任一项所述的设备，其中，所述较小尺寸小于1 mm。
27.根据权利要求7-13中的任一项所述的设备，其中，所述平均较小尺寸小于1 mm。
28.根据权利要求14-20中的任一项所述的设备，其中，所述通道宽度小于1 mm。
29.根据权利要求2-6中的任一项所述的设备，其中，所述较小尺寸小于0.1 mm。
30.根据权利要求7-13中的任一项所述的设备，其中，所述较小尺寸小于0.1 mm。
31.根据权利要求14-20中的任一项所述的设备，其中，所述通道宽度小于0.1 mm。
32.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，每个端盖电极包括具有多个孔的平面的导电构件，所述多个孔沿所述纵向方向延伸穿过所述导电构件。
33.根据权利要求32所述的设备，其中，每个平面导电构件相对于所述纵向轴线侧向地延伸，且配置成能够传输电子或离子。
34.根据权利要求33所述的设备，其中，每个平面的导电构件是导电网格。
35.根据权利要求34所述的设备，其中，所述导电网格的区域的在所述侧向平面上的凸起在所述侧向平面中完全包围所述孔口的区域。
36.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，每个端盖电极包括具有孔口的导电材料以限定用于使所述带电粒子沿所述纵向方向穿过所述端盖电极和所述中心电极的孔口的路径。
37.根据权利要求36所述的设备，其中，至少一个端盖电极中的所述孔口包括圆形孔口，所述圆形孔口的周长大于所述中心电极中的所述孔口的所述较大尺寸。
38.根据权利要求36所述的设备，其中，至少一个端盖电极中的所述孔口包括圆形孔口，所述圆形孔口的周长大于所述中心电极中的所述孔口的通道长度。
39.根据权利要求37所述的设备，其中，至少一个端盖电极中的所述孔口包括伸长狭缝。
40.根据权利要求37所述的设备，其中，至少一个端盖电极中的所述孔口填充有导电网格。
41.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，所述孔口包括伸长狭缝。
42.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，所述孔口包括蛇形部分。
43.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，所述孔口包括螺旋形部分。
44.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，所述孔口包括圆形狭缝的一部分。
45.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其沿所述纵向方向进一步包括：第一绝缘间隔片，其定位在所述第一端盖电极与所述中心电极之间；以及第二绝缘间隔片，其定位在所述中心电极与所述第二端盖电极之间。
46.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其进一步包括电力供应器，所述电力供应器联接到所述电极以在所述中心电极与所述端盖电极之间提供振荡场。
47.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，由所述中心电极中的所述孔口限定的所述横向腔体具有小于0.5 mm的垂直尺寸2z0。
48.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，由所述中心电极中的所述孔口限定的所述横向腔体具有小于0.1 mm的垂直尺寸2z0。
49.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，由所述中心电极中的所述孔口限定的所述横向腔体具有垂直尺寸2z0，所述垂直尺寸2z0跨越所述腔体的侧向尺寸大致是均匀的。
50.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，由所述中心电极中的所述孔口限定的所述横向腔体具有垂直尺寸2z0，所述垂直尺寸2z0跨越所述腔体的一个或更多个侧向尺寸是变化的。
51.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，所述中心电极中的所述孔口包括具有侧向长度和侧向宽度的至少一个通道部分，且所述宽度沿所述通道部分大致是均匀的。
52.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，所述中心电极中的所述孔口包括具有侧向长度和侧向宽度的至少一个通道部分，且所述宽度沿所述通道部分的所述侧向长度是变化的。
53.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其进一步包括至少一个屏蔽元件，所述屏蔽元件配置来阻止电子或离子传输到所述横向腔体的局部区域或阻止从其传输出电子或离子。
54.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，所述中心电极包括多个孔口，所述多个孔口配置成各自限定用于捕集带电粒子的各横向腔体。
55.根据前述权利要求1-20中的任一项所述的设备，其中，所述孔口包括所述中心电极中的蛇形狭缝，所述蛇形狭缝具有多个大致直线部分和连接数对所述大致直线部分的多个曲线部分。
56.根据权利要求55所述的设备，其包括一个或更多个屏蔽元件，所述屏蔽元件配置来阻止从所述横向腔体的与所述曲线部分对应的局部区域中传输出离子。
57.根据权利要求55所述的设备，其包括一个或更多个屏蔽元件，所述屏蔽元件配置来阻止从所述横向腔体的与所述直线部分对应的局部区域中传输出离子。
58.一种质谱设备，其包括：
用于捕集带电粒子的微型电极组件，所述组件包括根据权利要求1-57中的任一项所述的设备；以及
至少一个电信号源，其联接到离子阱组件；
其中，所述电极组件配置成响应于来自所述电信号源的信号而产生电磁场，以产生位于横向腔体内的离子捕集区域。
59.根据权利要求58所述的质谱设备，其进一步包括：
控制器，其能够操作地联接到所述电信号源且配置来调制信号源，以提供离子从所述捕集区域的质量选择性排出。
60.根据权利要求59所述的质谱设备，其中，所述端盖电极中的至少一个配置成允许将离子从所述捕集区域中排出。
61.根据权利要求60所述的质谱设备，其进一步包括离子源，所述离子源配置成注入或形成待捕集在所述捕集区域中的离子。
62.根据权利要求58-61中的任一项所述的质谱设备，其进一步包括至少一个检测器，所述检测器配置来检测从所述组件排出的离子。
63.根据权利要求62所述的质谱设备，其中，所述至少一个检测器包括法拉第杯检测器。
64.根据权利要求62所述的质谱设备，其中，所述至少一个检测器包括电子倍增器。
65.根据权利要求58-61中的任一项所述的质谱设备，其包括含有所述离子捕集区域的室，其中，在操作期间，所述室配置成具有大于100毫托的背景压力。
66.根据权利要求58-61中的任一项所述的质谱设备，其包括含有所述离子捕集区域的室，其中，在操作期间，所述室配置成具有大于1托的背景压力。
67.根据权利要求58-61中的任一项所述的质谱设备，其包括含有所述离子捕集区域的室，其中，在操作期间，所述室配置成具有大于10托的背景压力。
68.根据权利要求58-61中的任一项所述的质谱设备，其包括含有所述离子捕集区域的室，其中，在操作期间，所述室配置成具有大于100托的背景压力。
69.根据权利要求58-61中的任一项所述的质谱设备，其包括含有所述离子捕集区域的室，其中，在操作期间，所述室配置成具有大于500托的背景压力。
70.根据权利要求58-61中的任一项所述的质谱设备，其包括含有所述离子捕集区域的室，其中，在操作期间，所述室配置成具有大于760托的背景压力。
71.根据权利要求58-61中的任一项所述的质谱设备，其中，中心电极包括多个孔口，每个孔口限定用于捕集带电粒子的横向腔体，每个腔体含有多个离子捕集腔体区域中单独的一个；
其中，所述质谱设备配置成基于来自所述多个离子捕集腔体区域的组合的质量选择性离子排出输出来产生增强的输出信号。
72.一种质谱方法，其包括：
将电信号施加到用于捕集带电粒子的微型电极组件，所述组件包括根据权利要求1-59中的任一项所述的设备；
响应于所述电信号产生电磁场，所述电磁场具有位于离子阱组件的所述腔体内的离子捕集区域。
73.根据权利要求72所述的方法，其进一步包括：
调制信号源以提供离子从所述捕集区域的质量选择性排出；
检测从所述捕集区域排出的离子，以产生质谱信号；以及
输出所述质谱信号。
74.根据权利要求73所述的方法，其进一步包括注入或形成待捕集在所述捕集区域中的离子。
75.根据权利要求74所述的方法，其中，所述第一端盖电极和所述第二端盖电极中的至少一个包括具有多个孔的平面导电构件，所述多个孔延伸穿过所述平面导电构件，所述平面导电构件配置成能够传输电子或离子；
所述方法包括：
通过所述平面导电构件中的所述多个孔将离子或电子注入到所述捕集区域中。
76.根据权利要求72-75中的任一项所述的方法，其包括将离子从所述捕集区域的局部部分排出。
77.根据权利要求76所述的方法，其中，所述局部部分与所述捕集区域的侧向端部部分对应。
78.根据权利要求76所述的方法，其包括：
在捕集区域中的多个位置处形成或注入离子；以及
将离子从所述捕集区域中的大量的单个位置排出。
79.根据权利要求76所述的方法，其包括：
在所述捕集区域的第一部分中形成或注入离子；以及
将离子从所述捕集区域的第二部分排出，所述第二部分的体积小于所述第一部分的体积。
80.根据权利要求79所述的方法，其中：
所述捕集区域包括在一对端点之间延伸的蛇形区域，所述蛇形区域具有多个大致直线部分和连接数对所述大致直线部分的多个曲线部分；
所述第一部分与所述大致直线部分中的一个或更多个对应；以及
所述第二部分与以下各项中的至少一个对应：所述曲线部分和所述端点。
81.根据权利要求73-75中的任一项所述的方法，其包括：
选择性地阻止从所述捕集区域的一部分排出的离子，以防止所述离子被检测到。
82.根据权利要求73-75中的任一项所述的方法，其包括：
选择性地阻止来自某个源的电子或离子进入所述捕集区域的一部分。
83.根据权利要求72-75中的任一项所述的方法，其包括：
响应于所述电信号，产生具有多个分开的离子捕集区域的电磁场。
84.根据权利要求73所述的方法，其中，所述离子捕集区域中的至少两个具有不同的离子捕集稳定性特征。
85.根据权利要求83所述的方法，其中，所述离子捕集区域中的每个具有大致相同的离子捕集稳定性特征。
86.根据权利要求83所述的方法，其进一步包括：
调制所述信号源以提供离子从每个所述捕集区域中的质量选择性排出。
87.根据权利要求86所述的方法，其包括：
使用单个检测器来检测从多个捕集区域排出的离子，以产生组合的质谱信号。
88.根据权利要求86所述的方法，其包括：
使用各自的检测器来检测从多个捕集区域中的每个排出的离子，以产生各自的质谱信号。
用于质谱法的具有伸长捕集区域的微型带电粒子阱
[0002] 本发明是在政府支持下由U.S. Army Research Office资助的合同W911NF-10-1-0447所作出。政府在本发明中享有一定的权利。
[0003] 相关申请的交叉引用
[0004] 本申请要求在2013年3月15日提交的标题为MINIATURE CHARGED PARTICLE TRAP WITH ELONGATED TRAPPING REGION FOR MASS SPECTROMETRY的美国临时申请号13/840653
的权益，其全部内容通过引用并入本文中。
的权益，其全部内容通过引用并入本文中。
背景技术
[0006] 质谱法（MS）是信息量最丰富的分析技术之一。由于MS的速度、选择性和灵敏度三者的组合，其在例如痕量元素分析、高度复杂样本中的生物分子特征和同位素比值确定的领域中具有广泛应用。然而，在一些MS系统中发现的大尺寸、重量和功耗（SWaP）通常将分析限制到实验室环境。对于那些需要现场快速测量或实验室分析并不是最优的应用而言，其
将受益于手持便携式微型MS系统的开发。
将受益于手持便携式微型MS系统的开发。
[0007] MS操作中的大部分SWaP和复杂性在于获得对于大多数质谱分析仪所需的高真空（10-5到10-9托）而言所必需的真空系统。因此，一种减小SWaP的方法是在更高压力下实施MS的能力。离子阱可在大于10-4托的压力下操作，因此可用作微型系统的质谱分析仪。然而，在一些情况下，将离子阱中的压力显著增加几个毫托以上对分辨率和信号强度具有不利影
响。在更高压力下与缓冲气体碰撞的次数增加抑制了电场控制离子轨迹的能力。增加阱的
操作频率（通常射频或“RF”）使得每个周期产生更少的中性碰撞，从而减少高压操作的负面影响，但可能需要相应地减小阱尺寸，以便减小所需的RF电压幅值。
响。在更高压力下与缓冲气体碰撞的次数增加抑制了电场控制离子轨迹的能力。增加阱的
操作频率（通常射频或“RF”）使得每个周期产生更少的中性碰撞，从而减少高压操作的负面影响，但可能需要相应地减小阱尺寸，以便减小所需的RF电压幅值。
发明内容
[0008] 申请人已认识到，仅仅减小具有常规尺寸的厘米级的阱的几何形状尺寸会变得成问题的。当减小阱尺寸时，变得越来越难以用常规机械加工技术来制造离子阱电极的传统
双曲线形状。为了简化阱的几何形状，可用平面电极来代替这些双曲线形状。
双曲线形状。为了简化阱的几何形状，可用平面电极来代替这些双曲线形状。
[0009] 然而，使离子阱微型化的限制在于：当减小阱尺寸时，由于空间电荷效应，离子捕集能力减小。仿真结果预测，1-µm级别的阱将具有接近单个离子的电荷容量。
[0010] 申请人已认识到，可通过提供在一个维度中具有伸长的捕集腔体的微型化的阱来减小或克服此限制。相比于类似的具有对称捕集腔体的阱，维度增加可产生更高的存储容
量，同时维持相同的制造情况。因此，本文中所描述的离子阱的实施例既可提供微型化的高水平，又可有利地提供大的充电容量。
量，同时维持相同的制造情况。因此，本文中所描述的离子阱的实施例既可提供微型化的高水平，又可有利地提供大的充电容量。
[0011] 在一个方面中，公开了用于捕集带电粒子的微型电极设备。在一些实施例中，所述设备沿纵向方向包括：第一端盖电极；具有孔口的中心电极；以及第二端盖电极。
[0012] 在一些实施例中，孔口沿纵向方向延伸穿过中心电极，且中心电极在垂直于纵向方向的侧向平面中包围孔口以限定用于捕集带电粒子的横向腔体。
[0013] 在一些实施例中，中心电极中的孔口在侧向平面中伸长。在各种实施例中，伸长孔口的特征可在于以下任一种方式。
[0014] 在一些实施例中，伸长孔口的较大尺寸与较小尺寸的比值大于1.0，其中较大尺寸是在侧向平面中横跨孔口的最长直线的距离，且较小尺寸是在垂直于与较大尺寸对应的直
线的侧向平面中横跨孔口的最长直线的距离。在一些此类实施例中，较大尺寸与较小尺寸
的比值大于1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10.0、50.0、100.0或更大。在一些实施例中，较小尺寸小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm或更小。
线的侧向平面中横跨孔口的最长直线的距离。在一些此类实施例中，较大尺寸与较小尺寸
的比值大于1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10.0、50.0、100.0或更大。在一些实施例中，较小尺寸小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm或更小。
[0015] 在一些实施例中，伸长孔口的较大尺寸与平均较小尺寸的比值大于1.0，其中较大尺寸是在侧向平面中横跨孔口的最长直线的距离，并且平均较小尺寸是在垂直于与较大尺
寸对应的直线的侧向平面中在沿与较大尺寸对应的线的每个位置处的沿横跨孔口的各条
直线的距离的积分平均值。在一些此类实施例中，较大尺寸与平均较小尺寸的比值大于
1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10.0、50.0、100.0或更大。在一些实施例中，平均较小尺寸小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm或更小。
寸对应的直线的侧向平面中在沿与较大尺寸对应的线的每个位置处的沿横跨孔口的各条
直线的距离的积分平均值。在一些此类实施例中，较大尺寸与平均较小尺寸的比值大于
1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10.0、50.0、100.0或更大。在一些实施例中，平均较小尺寸小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm或更小。
[0016] 在一些实施例中，伸长孔口包括具有第一和第二端的伸长通道，其中所述伸长通道的通道长度与通道宽度的比值大于1.0，其中通道长度是在侧向平面中从第一端至第二
端横跨通道的最短曲线的距离，并且通道宽度是在垂直于与通道长度对应的曲线的侧向平
面中横跨通道的最大直线的距离。在一些此类实施例中，通道长度与通道宽度的比值大于
1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10.0、50.0、100.0或更大。在一些实施例中，通道宽度小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm或更小。
端横跨通道的最短曲线的距离，并且通道宽度是在垂直于与通道长度对应的曲线的侧向平
面中横跨通道的最大直线的距离。在一些此类实施例中，通道长度与通道宽度的比值大于
1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10.0、50.0、100.0或更大。在一些实施例中，通道宽度小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm或更小。
[0018] 在一些实施例中，每个平面导电构件是导电网格。
[0019] 在一些实施例中，导电网格沿纵向轴线至中心电极上的凸起在侧向平面中完全包围中心电极中的伸长孔口。
[0020] 在一些实施例中，每个端盖电极包括具有孔口的导电材料，以限定用于使带电粒子沿纵向方向穿过端盖和中心电极的孔口的路径。在一些实施例中，至少一个端盖中的孔
口大致填充有导电网格。
口大致填充有导电网格。
[0021] 在各种实施例中，至少一个端盖中的孔口可具有任何合适形状。在一些实施例中，至少一个端盖中的孔口包括圆形孔口，所述圆形孔口的周长大于中心电极中的孔口的较大尺寸，其中较大尺寸是以上文所陈述的任何一种方式所限定。在一些实施例中，至少一个端盖中的孔口包括圆形孔口，所述圆形孔口的周长大于中心电极中的孔口的通道长度。在一
些实施例中，至少一个端盖中的孔口包括伸长狭缝。
些实施例中，至少一个端盖中的孔口包括伸长狭缝。
[0022] 在一些实施例中，中心电极中的伸长孔口可具有任何合适形状。在一些实施例中，伸长孔口包括伸长狭缝、两个或两个以上相交的伸长狭缝、蛇形部分、螺旋形部分、圆形狭缝的一部分及其任意组合。
[0023] 一些实施例沿纵向方向包括：第一绝缘间隔片，其定位在第一端盖电极与中心电极之间；以及第二绝缘间隔片，其定位在中心电极与第二端盖电极之间。
[0024] 一些实施例包括电力供应器，所述电力供应器联接到电极以在中心电极与端盖电极之间提供振荡场。
[0025] 在一些实施例中，由中心电极中的侧向伸长孔口限定的横向腔体在纵向方向上从第一端盖到第二端盖的具有小于约10 mm、10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm或更小的垂直尺寸。在一些实施例中，由中心电极中的侧向伸长孔口限定的横向腔体具有跨
越所述腔体的侧向尺寸大致均匀的垂直尺寸。在一些实施例中，由中心电极中的侧向伸长
孔口限定的横向腔体具有垂直尺寸，所述垂直尺寸跨越所述腔体的一个或更多个侧向尺寸
是变化的。
越所述腔体的侧向尺寸大致均匀的垂直尺寸。在一些实施例中，由中心电极中的侧向伸长
孔口限定的横向腔体具有垂直尺寸，所述垂直尺寸跨越所述腔体的一个或更多个侧向尺寸
是变化的。
[0026] 在一些实施例中，由中心电极中的侧向伸长孔口限定的横向腔体在纵向方向上具有从第一端盖到第二端盖的垂直尺寸，所述垂直尺寸等于或大于如上所定义的伸长孔口的
较小尺寸、平均较小尺寸或通道宽度。
较小尺寸、平均较小尺寸或通道宽度。
[0027] 在一些实施例中，中心电极中的伸长孔口包括具有侧向长度和侧向宽度的至少一个通道部分，且宽度沿通道部分大致是均匀的。
[0028] 在一些实施例中，中心电极中的伸长孔口包括具有侧向长度和侧向宽度的至少一个通道部分，且宽度沿通道部分的侧向长度是变化的。
[0029] 一些实施例包括至少一个屏蔽元件，所述屏蔽元件配置来阻止电子或离子传输到横向腔体的局部区域或阻止从其传输出电子或离子。
[0030] 在一些实施例中，中心电极包括多个孔口，所述多个孔口配置成各自限定用于捕集带电粒子的各自的横向腔体。
[0031] 在一些实施例中，伸长孔口包括中心电极中的蛇形狭缝，所述蛇形狭缝具有多个大致直线部分和连接数对大致直线部分的多个曲线部分。一些实施例包括一个或更多个屏
蔽元件，其配置来阻止从横向腔体的与曲线部分对应的局部区域中传输出离子。一些实施
例包括一个或更多个屏蔽元件，其配置来阻止从横向腔体的与直线部分对应的局部区域中
传输出离子。
蔽元件，其配置来阻止从横向腔体的与曲线部分对应的局部区域中传输出离子。一些实施
例包括一个或更多个屏蔽元件，其配置来阻止从横向腔体的与直线部分对应的局部区域中
传输出离子。
[0032] 在另一方面中，公开了一种质谱设备，其包括：用于捕集带电粒子的微型电极组件，所述组件包括上述任一类型的设备以及联接到离子阱组件的至少一个电信号源。在一
些实施例中，电极组件配置成响应于来自电信号源的信号而产生电磁场，以产生位于横向
腔体内的离子捕集区域。
些实施例中，电极组件配置成响应于来自电信号源的信号而产生电磁场，以产生位于横向
腔体内的离子捕集区域。
[0034] 在一些实施例中，所述端盖电极中的至少一个被配置成允许将离子从捕集区域中排出。
[0035] 一些实施例包括离子源，所述离子源配置来注入或形成待捕集在捕集区域中的离子。
[0036] 一些实施例包括至少一个检测器，其配置来检测从组件排出的离子。在一些实施例中，至少一个检测器包括法拉第杯检测器或电子倍增器。
[0037] 在一些实施例中，提供含有离子捕集区域的室，其中，在操作期间，所述室配置成具有大于100毫托、1托、10托、100托、500托、760托、1000托或更大的背景压力。
[0038] 在一些实施例中，中心电极包括多个孔口，每个孔口限定用于捕集带电粒子的横向腔体，每个腔体含有多个离子捕集腔体区域中单独的一个。在一些实施例中，质谱设备配置成基于来自多个离子捕集腔体区域的组合的质量选择性离子排出输出来产生增强的输
出信号。
出信号。
[0039] 在另一方面中，公开了一种质谱法，其包括将电信号施加到用于捕集带电粒子的微型电极组件，所述组件包括上述任一类型的用于捕集带电粒子的微型电极设备。一些实
施例包括：响应于电信号产生电磁场，所述电磁场具有位于离子阱组件的腔体内的离子捕
集区域。
施例包括：响应于电信号产生电磁场，所述电磁场具有位于离子阱组件的腔体内的离子捕
集区域。
[0040] 一些实施例包括：调制信号源以提供离子从捕集区域的质量选择性排出；检测从捕集区域排出的离子，以产生质谱信号；以及输出质谱信号。
[0041] 一些实施例包括注入或形成待捕集在捕集区域中的离子。
[0042] 在一些实施例中，第一和第二端盖电极中的至少一个包括具有多个孔的平面导电构件，所述多个孔延伸穿过平面导电构件，所述平面导电构件配置成能够传输电子或离子。
在一些实施例中，所述方法包括：通过平面导电构件中的多个孔将离子或电子注入到捕集
区域中。
在一些实施例中，所述方法包括：通过平面导电构件中的多个孔将离子或电子注入到捕集
区域中。
[0043] 一些实施例包括将离子从捕集区域的局部部分排出。在一些实施例中，局部部分与捕集区域的侧向端部部分或捕集区域的中心部分对应。一些实施例包括：在捕集区域中
的多个位置处形成或注入离子；以及将离子从捕集区域中的大量的单个位置排出。
的多个位置处形成或注入离子；以及将离子从捕集区域中的大量的单个位置排出。
[0044] 一些实施例包括：在捕集区域的第一部分中形成或注入离子；以及将离子从捕集区域的第二部分排出，所述第二部分的体积小于第一部分的体积。在一些此类实施例中，捕集区域包括在一对端点之间延伸的蛇形区域，所述蛇形区域具有多个大致直线部分和连接
数对大致直线部分的多个曲线部分，并且第一部分与大致直线部分中的一个或更多个对
应，而第二部分与曲线部分和端点中的至少一个对应。
数对大致直线部分的多个曲线部分，并且第一部分与大致直线部分中的一个或更多个对
应，而第二部分与曲线部分和端点中的至少一个对应。
[0045] 一些实施例包括：选择性地阻止从捕集区域的一部分排出的离子，以防止所述离子被检测到。一些实施例包括：选择性地阻止来自某个源的电子或离子进入捕集区域的一
部分。
部分。
[0046] 一些实施例包括：响应于电信号，产生具有多个单独的离子捕集区域的电磁场。在一些实施例中，至少两个离子捕集区域具有不同的离子捕集稳定性特征。在一些实施例中，每个离子捕集区域具有大致相同的离子捕集稳定性特征。
[0047] 一些实施例包括：调制信号源，以提供离子从每个捕集区域的质量选择性排出。一些实施例包括：使用单个检测器来检测从多个捕集区域排出的离子，以产生组合的质谱信号。一些实施例包括：使用各自的检测器来检测从多个捕集区域中每个排出的离子，以产生各自的质谱信号。
[0048] 各种实施例可以单独或者以任何合适组合的方式包括上述任意的元件。
[0049] 在本文所描述的各种实施例中，公开了一种用于捕集带电粒子的微型电极设备。所述设备沿纵向方向包括：第一端盖电极；具有孔口的中心电极；以及第二端盖电极。孔口沿纵向方向延伸穿过中心电极，且中心电极在垂直于纵向方向的侧向平面中包围孔口以限
定用于捕集带电粒子的横向腔体。中心电极中的孔口在侧向平面中伸长。在各种实施例中，伸长孔口可按以下任一方式来表征。
定用于捕集带电粒子的横向腔体。中心电极中的孔口在侧向平面中伸长。在各种实施例中，伸长孔口可按以下任一方式来表征。
[0050] 如下文所描述的（例如，如参照图1-图4以及图17所示的），伸长孔口可呈现任何随意的伸长形状。参照图18A-图18C，形状可按以下任何一种方式来表征。
[0051] 在一些实施例中，伸长孔口的较大尺寸与较小尺寸的比值大于1.0，其中较大尺寸是在侧向平面中横跨孔口的最长直线的距离，并且较小尺寸是在垂直于与较大尺寸对应的
直线的侧向平面中横跨孔口的最长直线的距离。在一些此类实施例中，较大尺寸与较小尺
寸的比值大于1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10.0、50.0、100.0或更大。在一些实施例中，较小尺寸小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm或更小。
直线的侧向平面中横跨孔口的最长直线的距离。在一些此类实施例中，较大尺寸与较小尺
寸的比值大于1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10.0、50.0、100.0或更大。在一些实施例中，较小尺寸小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm或更小。
[0052] 如图18A中所示，孔口的较大尺寸定义为在侧向平面中横跨孔口的最长直线的距离，并且较小尺寸是在垂直于与较大尺寸对应的直线的侧向平面中横跨孔口的最长直线的
距离。在一些此类实施例中，较大尺寸与较小尺寸的比值大于1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、
10.0、50、100或更大。在一些实施例中，较小尺寸小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、
0.001 mm或更小。在图1A-图1E中所示的狭缝形孔口的情况下，较大尺寸与yo对应，而较小尺寸与2xo对应。
距离。在一些此类实施例中，较大尺寸与较小尺寸的比值大于1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、
10.0、50、100或更大。在一些实施例中，较小尺寸小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、
0.001 mm或更小。在图1A-图1E中所示的狭缝形孔口的情况下，较大尺寸与yo对应，而较小尺寸与2xo对应。
[0053] 如图18B中所示，孔口的较大尺寸定义为在侧向平面中横跨孔口的最长直线的距离，并且平均较小尺寸是在垂直于与较大尺寸对应的线的侧向平面中在沿与较大尺寸对应
的线的每个位置处横跨孔口的各直线的距离的积分平均值。在一些此类实施例中，较大尺
寸与平均较小尺寸的比值大于1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10.0、50.0、100.0或更大。在一些实施例中，平均较小尺寸小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm或更小。
的线的每个位置处横跨孔口的各直线的距离的积分平均值。在一些此类实施例中，较大尺
寸与平均较小尺寸的比值大于1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10.0、50.0、100.0或更大。在一些实施例中，平均较小尺寸小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.001 mm或更小。
[0054] 在一些实施例中，如图18C中所示，伸长孔口是具有第一端和第二端的伸长通道。在此类情况下，通道长度可定义为在侧向平面中横越通道从第一端到第二端的最短曲线的
距离，并且通道宽度可定义为在垂直于与通道长度对应的曲线的侧向平面中横越通道的最
大直线的距离。在一些此类实施例中，通道长度与通道宽度的比值大于1.5、2.0、3.0、4.0、
5.0、10.0、50、100、1000或更大。在一些实施例中，通道宽度小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、
0.01 mm、0.001 mm或更小。
附图说明
距离，并且通道宽度可定义为在垂直于与通道长度对应的曲线的侧向平面中横越通道的最
大直线的距离。在一些此类实施例中，通道长度与通道宽度的比值大于1.5、2.0、3.0、4.0、
5.0、10.0、50、100、1000或更大。在一些实施例中，通道宽度小于10 mm、5 mm、1 mm、0.1 mm、
0.01 mm、0.001 mm或更小。
附图说明
[0055] 图1A-图1E示出用于捕集带电粒子的微型电极设备的视图。
[0056] 图1A是透视图。
[0057] 图1B是在可替代角度处的第二透视图。
[0058] 图1C是自上而下的视图。
[0059] 图1D是沿平面AA'的侧面截面图。
[0060] 图1E是沿平面AA'的透视的截面图。
[0061] 图2A-图2C示出包括用于捕集带电粒子的微型电极设备的离子阱的视图。
[0062] 图2A是透视图。
[0063] 图2B是自上而下的视图。
[0064] 图2C是分解图。
[0065] 图3是包括用于捕集带电粒子的微型电极设备的离子阱的照片。
[0066] 图4示出图1A-图1E中所示类型的微型电极设备的中心电极的几个可替代设计的示意图。
[0067] 图5A是质谱设备的示意图。
[0068] 图5B是质谱设备的详细功能图。
[0069] 图5C是质谱设备的详细功能图。
[0070] 图5D是质谱系统的示例性时序图。
[0071] 图6是质谱设备的示意图，其特征在于差动泵送室。
[0072] 图7示出使用伸展长度离子阱（Stretched Length Ion Trap, SLIT）以不同的阱宽在30毫托的He（氦）缓冲气体中所获得的10-4托Xe（氙）的质谱，其显示分辨率随着不同阱宽的改变。
[0073] 图8A和图8B图示SLIT与圆柱状离子阱（Cylindrical Ion Trap, CIT）性能的比较。
[0074] 图8A示出使用SLIT（上曲线）和CIT（下曲线）获得的在51毫托He缓冲气体的情况下-4的10 托Xe的质谱。沿图底部示出了对于Xe的NIST EI谱的条状图以供参考。五个主峰的平
均FWHM对于SLIT和CIT分别是0.41 Th（Thomson，质电比单位）和0.44 Th。
均FWHM对于SLIT和CIT分别是0.41 Th（Thomson，质电比单位）和0.44 Th。
[0075] 图8B显示总积分Xe信号随样本压力的变化，其证明SLIT（上曲线）的灵敏度的较大增加超过CIT（下曲线）的增加。拟合线的斜率对于SLIT和CIT分别是0.52 µV*s/托和1.52µV*s/托，SLIT产生10倍的更高的灵敏度。垂直误差条表示在每个压力下连续三次获得的谱的标准偏差，而水平误差条表示全范围压力计的不精确度。
[0076] 图9显示SLIT信号随捕集长度延伸的变化的绘图。单独的谱是在33毫托He中的10-4托Xe。误差条表示连续三次获得的谱的标准偏差。
[0077] 图10示出在202毫托到1002毫托的He缓冲气体压力下获得的Xe的SLIT质谱。分辨率和信号两者均随压力的增加而退化。通过增加电离电子的总量来调节信号损失，增加电
离电子的总量是通过调节电离时间、发射极偏电压和发射极电流来实现的。低压下接近0.5 Th峰宽退化到1毫托下的所估计的2 Th的峰宽。
离电子的总量是通过调节电离时间、发射极偏电压和发射极电流来实现的。低压下接近0.5 Th峰宽退化到1毫托下的所估计的2 Th的峰宽。
[0078] 图11示出用于图10中所示的高压质谱的实验条件的表格。
[0079] 图12示出在处于9毫托到1000毫托的压力下的氮缓冲气体的情况下有机化合物均三甲苯通过SLIT所获得的质谱。当压力上升时，调节电离条件，以促进阱中产生更多电离电子。在这个压力范围内，均三甲苯主峰的宽度从2.3 Th增长到7.2 Th。
[0080] 图13A示出用于SLIT阱的中心电极，其特征在于三个捕集腔体。
[0081] 图13B示出使用SLIT阱获得的在30毫托He缓冲气体中的10-4托Xe的质谱，该SLIT阱的特征在于图13A中所示的中心电极。
[0082] 图14A-图14B图示实验结果，其证明沿蛇状的SLIT阱的全长的离子捕集。
[0083] 图15图示使用一排线性阱进行的质谱实验的实验结果。
[0084] 图16图示使用单个线性阱进行的质谱实验的实验结果。
[0085] 图17图示使用渐缩的线性阱进行的质谱实验的实验结果。
[0086] 图18A-图18C图示用于表征伸长孔口的形状的各种方法。
具体实施方式
[0087] 在各种实施例中，提供伸展长度离子阱（SLIT）以供使用，例如作为质谱设备中的质量分析仪。该离子阱特征在于，其捕集区域沿两个维度被微型化，但沿第三维度伸展或伸长。
[0088] 例如，图1A-图1E示出用于捕集带电粒子的微型电极设备100的视图。图1A是透视图。图1B是在可替代角度处的第二透视图。图1C是自上而下的视图。图1D是沿平面AA'的侧面截面图。图1E是沿平面AA'的透视截面图。
[0089] 微型电极设备100包括沿纵向方向（如图中所示，z方向）堆叠的三个电极。这些电极包括第一端盖电极102、中心电极104和第二端盖电极106。中心电极104包括伸长孔口108。孔口108沿纵向z方向延伸穿过中心电极，且中心电极104在垂直于纵向方向的侧向平
面（如示出的x-y平面）中围绕孔口108，以限定用于捕集带电粒子的横向腔体。
面（如示出的x-y平面）中围绕孔口108，以限定用于捕集带电粒子的横向腔体。
[0090] 中心电极104和端盖电极102、106可由任何合适的导电材料制成，例如，金属（例如，铜、金、不锈钢）或掺杂的半导体材料（例如，高度掺杂的n或p型硅）。电极可使用任何合适的制造技术来形成，包括例如铣削、刻蚀（例如，湿法刻蚀）和激光切割。
[0091] 孔口108在侧向平面中“伸展”或伸长。例如，如所示的，孔口108是伸长狭缝，其在y方向上的长度大于x方向上的长度。
[0092] 在各种实施例中，孔口108可呈现任何伸长形状。例如，在各种实施例中，孔口具有较大尺寸和较小尺寸，较大尺寸是在侧向平面中横跨孔口的最大直线距离，以及较小尺寸是在垂直于较大尺寸的侧向平面中横跨孔口的最大直线距离。在图1A-图1E中所示的示例
中，较大尺寸与长度y0对应，而较小尺寸与距离2x0对应（于图1C中）。应注意到，按照惯例，本文将x0定义为孔口的半宽，而y0是孔口的全长。
中，较大尺寸与长度y0对应，而较小尺寸与距离2x0对应（于图1C中）。应注意到，按照惯例，本文将x0定义为孔口的半宽，而y0是孔口的全长。
[0093] 在一些实施例中，较大尺寸与较小尺寸的比值大于1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、100.0、150、200或更大。例如，在一些实施例中，较大尺寸与较小尺寸的比值是在1.1到1000的范围中，或在其任何子范围中。
[0094] 电极设备100可以是微型的，例如以允许在相对高的频率下进行带电粒子捕集操作。例如，在一些实施例中，孔口108的较小尺寸小于50 mm、10 mm、5 mm、4, mm、3 mm、2 mm、
1.0 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.05 mm、或0.001。例如，在一些实施例中，较小尺寸是在0.001 mm到50 mm的范围中，或在其任何子范围中。在一些实施例中，较小尺寸足够小，使得电极设备操作以仅捕集到沿较大尺寸延伸的一行或一个平面的单个的带电粒子。
1.0 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.05 mm、或0.001。例如，在一些实施例中，较小尺寸是在0.001 mm到50 mm的范围中，或在其任何子范围中。在一些实施例中，较小尺寸足够小，使得电极设备操作以仅捕集到沿较大尺寸延伸的一行或一个平面的单个的带电粒子。
[0095] 在一些实施例中，由中心电极104中的侧向伸长孔口108限定的横向腔体具有小于约10 mm、50 mm、10 mm、5 mm、4, mm、3 mm、2 mm、1.0 mm、0.1 mm、0.01 mm、0.05 mm或0.001的垂直尺寸2z（0 最佳示于图1D中）。应注意到，z0已定义为腔体的半高，例如，如所示的孔口
108的半高加上从孔口到端盖电极的距离。例如，在一些实施例中，较小尺寸是在0.001 mm-
50 mm的范围中，或在其任何子范围中。在一些实施例中，较小尺寸足够小，使得电极设备操作以仅捕集沿垂直维度的单个的带电粒子。
108的半高加上从孔口到端盖电极的距离。例如，在一些实施例中，较小尺寸是在0.001 mm-
50 mm的范围中，或在其任何子范围中。在一些实施例中，较小尺寸足够小，使得电极设备操作以仅捕集沿垂直维度的单个的带电粒子。
[0096] 在一些实施例中，z0与x0的比值大于1，例如在1.1-1.3的范围中。
[0097] 在各种实施例中，端盖电极102和106能至少部分地传输带电粒子，以允许此类粒子装载到横向腔体中或从横向腔体排出此类粒子。
[0098] 例如，如所示的，每个端盖电极102和106包括具有多个孔的平面导电构件110，这些孔沿纵向方向延伸穿过该导电构件。如所示的，每个平面导电构件110相对于纵向轴线侧向地延伸，且配置成能够传输电子或离子。
[0099] 在一些实施例中，平面导电构件110是导电网格，例如电铸网格或编织网格。在各种实施例中，可选择网格的开放度（即，网格表面中包括延伸穿过其的通道的区域的百分
比）以提供对带电粒子的所需的透过率和所需的机械强度。在一些实施例中，网格可至少
50%开放、至少75%开放、至少80%开放、至少90%开放或更大。例如，在一些实施例中，网格的开放度是在1%-99%的范围中，或在其任何子范围中。
比）以提供对带电粒子的所需的透过率和所需的机械强度。在一些实施例中，网格可至少
50%开放、至少75%开放、至少80%开放、至少90%开放或更大。例如，在一些实施例中，网格的开放度是在1%-99%的范围中，或在其任何子范围中。
[0100] 在一些实施例中，在端盖电极102和106中使用网格110是有利的，因为这可减少使电极102、104和106精确对准的需要。例如，如最佳示出于图1C中，对于每个端盖电极102和
106，导电网格110沿纵向轴线至中心电极上的凸起在侧向平面中完全包围了中心电极104
中的伸长孔口108。如所示的，端盖电极102和106的网格部分110成形为比中心电极104中的孔口108更宽且更长的伸长狭缝。应注意到，在所示的构型中，网格部分110的长度接近等于孔口的长度，然而，在其它实施例中，网格部分可比中心电极104中的孔口108更长（或更
短）。在各种实施例中，可使用其它形状或构型。例如，如图3中所示，网格可定位在端盖电极
102或106中的圆形孔口中，该圆形孔口的直径大于中心电极104中的孔口108的较大尺寸。
106，导电网格110沿纵向轴线至中心电极上的凸起在侧向平面中完全包围了中心电极104
中的伸长孔口108。如所示的，端盖电极102和106的网格部分110成形为比中心电极104中的孔口108更宽且更长的伸长狭缝。应注意到，在所示的构型中，网格部分110的长度接近等于孔口的长度，然而，在其它实施例中，网格部分可比中心电极104中的孔口108更长（或更
短）。在各种实施例中，可使用其它形状或构型。例如，如图3中所示，网格可定位在端盖电极
102或106中的圆形孔口中，该圆形孔口的直径大于中心电极104中的孔口108的较大尺寸。
[0101] 在上述类型的实施例中，例如在x-y方向上的侧向偏移和/或围绕纵向轴线的旋转的未对准实质上将不会影响离子阱的操作。即，由于网格110的相对均匀的性质，面向中心电极104中的伸长孔口108的端盖电极102或106部分的结构没有由于此类未对准而改变。因
此，在一些实施例中，离子阱的性能主要地或仅取决于电极102、104和106的垂直对准。如下所详述的，在一些实施例中，可通过使用例如定位在电极之间的非导电间隔片元件位置来
容易地维持恰当的垂直对准。
此，在一些实施例中，离子阱的性能主要地或仅取决于电极102、104和106的垂直对准。如下所详述的，在一些实施例中，可通过使用例如定位在电极之间的非导电间隔片元件位置来
容易地维持恰当的垂直对准。
[0102] 虽然使用网格110可以是有利的，但在一些实施例中，其可被省去，且端盖电极102和106中的一个或两个可仅包括未填充的孔口。这个孔口可具有任何合适形状，例如，伸长狭缝或圆柱状孔口。在各种实施例中，端盖102或106中的孔口的形状可大致与中心电极104中的孔口108的形状对应，或实质上与其区别开。在一些实施例中，端盖102和106中的孔口在侧向平面中的形状可类似于中心电极104中的孔口108，但在x方向上的长度小于孔口108的相对应的长度。例如，在图2A到图2C中所示的实施例中，每个电极102、104和106包括伸长狭缝孔口，且狭缝是对准的。
[0103] 在图1A到图1E中所示的实施例中，由中心电极104中的侧向伸长的孔口108限定的横向腔体具有垂直尺寸2z（0 对应于端盖到端盖间距），垂直尺寸2z0跨越腔体的侧向的x和y尺寸大致是均匀的。然而，应理解到，在一些实施例中，由中心电极104中的侧向伸长的孔口
108限定的横向腔体可具有垂直尺寸，该垂直尺寸跨越腔体的一个或更多个侧向尺寸是变
化的，例如，在端盖电极102或106中的一个定位成相对于中心电极104成角度的情况下。在一些情况下，这种布置是不利的在于，当操作为质量分析仪时，腔体的垂直尺寸的对准变化会导致分辨率损失。然而，在其它情况下，例如，如下所述的，在将捕集到的粒子从捕集腔体的局部区域选择性排出的情况下，这种布置可以是有利的。
108限定的横向腔体可具有垂直尺寸，该垂直尺寸跨越腔体的一个或更多个侧向尺寸是变
化的，例如，在端盖电极102或106中的一个定位成相对于中心电极104成角度的情况下。在一些情况下，这种布置是不利的在于，当操作为质量分析仪时，腔体的垂直尺寸的对准变化会导致分辨率损失。然而，在其它情况下，例如，如下所述的，在将捕集到的粒子从捕集腔体的局部区域选择性排出的情况下，这种布置可以是有利的。
[0104] 通常，可针对给定应用根据需要修改每个电极中的孔口的形状。例如，在一些实施例中，中心电极104中的伸长孔口108包括具有侧向长度和侧向宽度的至少一个通道部分。在一些情况下，宽度沿通道部分可大致是均匀的，而在其它情况下，宽度沿通道部分的侧向长度是变化的。
[0105] 图2A-图2C示出离子阱组件200的视图，其包括用于捕集带电粒子的微型电极设备100。图2A是透视图。图2B是自上而下的视图。图2C是分解图。
[0106] 如在图1A-图1E中，微型电极设备100包括第一端盖电极102、中心电极104和第二出口盖电极106。中心电极104包括伸长孔口108。孔口108沿纵向z方向延伸穿过中心电极
104，且中心电极104在垂直于纵向方向的侧向平面（如所示出的x-y平面）中包围孔口108，以限定用于捕集带电粒子的横向腔体。
104，且中心电极104在垂直于纵向方向的侧向平面（如所示出的x-y平面）中包围孔口108，以限定用于捕集带电粒子的横向腔体。
[0107] 设备100安置在支撑构件201上。提供非导电间隔片202，以间隔开电极102、104和106。任何合适的非导电材料可用于间隔片202中，例如聚合物膜（例如，聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰亚胺（kapton）或聚四氟乙烯（teflon）膜）或绝缘材料（例如，陶瓷或云母）。在其它实施例中，例如使用半导体处理领域中已知的技术，可使非导电材料生长或沉积在电极中的一
个或更多个上，例如，氧化硅或氮化硅膜的生长。虽然示出了六个间隔片202，但在各种实施例中，可使用任何合适的数量。
个或更多个上，例如，氧化硅或氮化硅膜的生长。虽然示出了六个间隔片202，但在各种实施例中，可使用任何合适的数量。
[0108] 由电极102、104和106以及间隔片202构成的夹层结构可使用任何合适的附接设施紧固到支撑构件201，例如，延伸穿过夹层结构进入到支撑构件201中的一个或更多个螺钉。
在一些实施例中，螺钉可安置成关于夹层结构的纵向轴线对称，并且以相等扭矩收紧以维
持电极102、104、106的平行对准。
在一些实施例中，螺钉可安置成关于夹层结构的纵向轴线对称，并且以相等扭矩收紧以维
持电极102、104、106的平行对准。
[0109] 在一些实施例中，支撑构件201可包括一个或更多个对准特征部以帮助安装设备100。例如，在一些实施例中，支撑构件201可包括用于安装导杆的一个或更多个孔。然后电极102、104和106可包括导孔，其允许电极在导杆上方滑动以在装配期间维持所需的对准。
在一些实施例中，在电极紧固到支撑构件201之后，可移除这些导杆。
在一些实施例中，在电极紧固到支撑构件201之后，可移除这些导杆。
[0110] 图3是离子阱200的照片，该离子阱200包括用于捕集带电粒子的微型电极设备100。如上所提及的，在所示的实施例中，端盖电极102和106中的网格110定位在端盖电极
102和106中的圆形孔口中，其直径大于中心电极104中的孔口108的较大尺寸。电连接301连接至端盖电极102和106。如所示的，该连接是至捕集电极的焊料连接，但在各种实施例中，可使用任何合适的连接。
102和106中的圆形孔口中，其直径大于中心电极104中的孔口108的较大尺寸。电连接301连接至端盖电极102和106。如所示的，该连接是至捕集电极的焊料连接，但在各种实施例中，可使用任何合适的连接。
[0111] 虽然以上示例特征在于中心电极104中的形成为狭缝的单个的伸长孔口108，但在其它实施例中，可提供其它孔口形状和/或一个以上的孔口。图4示出图1A-图1E中所示类型的微型电极设备的中心电极的几个可替代设计的示意图。
[0112] 中心电极401包括多个孔口，每个孔口限定用于捕集带电粒子的分开的横向腔体。如所示的，孔口是布置成规则线性阵列的伸长狭缝。然而，在各种实施例中，可使用其它孔口形状和布置，包括孔口的二维阵列或不规则或随机定位的孔口。
[0113] 中心电极402包括蛇形孔口。如所示的，蛇形包括由相对较短的曲线部分连接的相对较长的直线部分。蛇形是有利的在于，其能够提供具有极长有效长度的捕集腔体（即，在拉直蛇形的情况下孔口将具有的长度），同时仍适合于相对紧凑的空间。
[0114] 类似地，中心电极403包括螺旋状孔口。中心电极404包括形成为圆的数个部分的多个狭缝状孔口。在各种实施例中，可使用其它弯曲的孔口形状。
[0115] 在一些实施例中，例如，中心电极可包括一个或更多个相交的狭缝状孔口。例如，中心电极405具有在公共端点处相交的两个狭缝。中心电极406具有布置成星形的相交的三个狭缝。在各种实施例中，可使用任何合适数量的和任何合适布置的相交狭缝。
[0116] 应注意到，在各种实施例中，孔口的狭缝状部分可具有任何合适形状。例如，狭缝的垂直高度、侧向长度和侧向宽度可大致是均匀的。在一些实施例中，狭缝的垂直高度、侧向长度和侧向宽度中的一个或更多个可变化。
[0117] 图5A是质谱设备500的示意图。质谱设备500包括阱200，该阱200具有例如上文参照图1A到图2C所述类型的用于捕集带电粒子的微型电极设备100。电信号源501联接到离子
阱组件，以传送电信号。电极设备100响应于信号产生电磁场。电磁场包括位于由电极形成的横向腔体内的离子捕集区域。例如，在一些实施例中，信号源操作为联接到电极的电力供应器，以在中心电极与端盖电极之间提供振荡场。在一些实施例中，该场在RF频率下振荡，例如，在1 MHz到1000 GHz的范围中，或在其任何子范围中。应注意到，对于高压下的操作而言，可需要高频率，使得捕集场发生一次振荡的周期远远短于使捕集到的粒子与背景气体
中的粒子碰撞的平均时间。
阱组件，以传送电信号。电极设备100响应于信号产生电磁场。电磁场包括位于由电极形成的横向腔体内的离子捕集区域。例如，在一些实施例中，信号源操作为联接到电极的电力供应器，以在中心电极与端盖电极之间提供振荡场。在一些实施例中，该场在RF频率下振荡，例如，在1 MHz到1000 GHz的范围中，或在其任何子范围中。应注意到，对于高压下的操作而言，可需要高频率，使得捕集场发生一次振荡的周期远远短于使捕集到的粒子与背景气体
中的粒子碰撞的平均时间。
[0118] 控制器502可操作地联接到电信号源501，且被配置成调制信号源，以提供离子从捕集区域的质量选择性排出。在各种实施例中，可使用任何合适的技术来实现质量选择性
排出。例如，在一些实施例中，施加至阱200的RF电位倾斜，使得具有质量a > b的离子轨道是稳定的，而具有质量b的离子则变得不稳定并且在纵向轴线（例如，穿过端盖电极中的一个）上排出到检测器503上（详述于下文中）。在其它实施例中，可使用其它技术，包括跨越端盖电极施加第二轴向RF信号，以便在阱内产生偶极电场。当离子的长期频率变得等于轴向
RF频率时，此偶极场能够将其排出。
排出。例如，在一些实施例中，施加至阱200的RF电位倾斜，使得具有质量a > b的离子轨道是稳定的，而具有质量b的离子则变得不稳定并且在纵向轴线（例如，穿过端盖电极中的一个）上排出到检测器503上（详述于下文中）。在其它实施例中，可使用其它技术，包括跨越端盖电极施加第二轴向RF信号，以便在阱内产生偶极电场。当离子的长期频率变得等于轴向
RF频率时，此偶极场能够将其排出。
[0119] 系统500包括离子源504，该离子源504被配置成注入或形成待捕集于捕集区域中的离子。在各种实施例中，可使用任何合适的源。例如，在一些实施例中，使用电子源，以将电子导引到阱200中（例如，经由端盖电极中的一个）。这些电子能够电离阱200的横向腔体中的分析物种类，以形成离子，这些离子转而被捕集在电极结构内。离子源505可操作地联接到控制器，例如以在操作期间在需要时接通和关断该离子源。
[0120] 系统500还包括检测器505，该检测器505配置来检测从阱200排出的带电粒子，例如，离子。在各种实施例中，可使用任何合适的检测器。对于高压应用而言，使用能够在高背景压力下操作的检测器可以是有利的，例如，Faraday杯检测器。对于更低压力的应用而言，可使用其它类型的检测器，例如，电子倍增器检测器。检测器可操作地联接到控制器502，例如以将信号传输到控制器并且进行处理以产生质谱。
[0121] 系统500可包括含有离子捕集组件的室（未示出）。该室可维持在所选择的背景压力下。在一些实施例中，背景压力大于5毫托、10毫托、100毫托、1托、10托、100托、500托或
760托。例如，在一些实施例中，背景压力是在100毫托到1000毫托的范围中，或在其任何子范围中。
760托。例如，在一些实施例中，背景压力是在100毫托到1000毫托的范围中，或在其任何子范围中。
[0122] 在一些实施例中，系统500可包括如上所描述的特征在于一个以上的捕集腔体的离子阱200。在一些此类情况下，可通过单个检测器505检测来自每个腔体的质量排出，以产生组合的增强质谱信号。例如，在一些实施例中，可基于来自至少2、5、10、15、20、25、50或
100个或更多个阱的组合输出来产生信号。
100个或更多个阱的组合输出来产生信号。
[0123] 在一些实施例中，可通过分开的专用检测器505检测来自多个腔体中的每个（或其子集）的质量排出。这种布置在其中每个腔体（或腔体的子集）具有不同捕集性质的情况下可以是有用的。例如，在一些情况下，这种类型的布置可扩大能够由系统500分析的离子质量的范围。
[0124] 在特征在于伸长的捕集区域的一些实施例中，可优先地从捕集区域的局部部分（例如，端部部分或中心部分）排出离子。因此，在一些实施例中，可在捕集区域中的多个位置处形成或注入离子，并且实质上将离子从捕集区域中的单个位置排出。在一些实施例中，可在捕集区域的第一部分中形成或注入离子，并且将离子从捕集区域的第二部分排出，该
第二部分的体积小于第一部分的体积。
第二部分的体积小于第一部分的体积。
[0125] 在一些情况下，空间上局部排出可以是有利的。例如，在一些实施例中，可改进所获得的质谱的分辨率。在不希望受到理论约束的情况下，在一些实施例中，预期到此改进的分辨率与局部区域中的电极对准方面的相对微小的变化相关。
[0126] 在例如其中优先地从局部区域排出离子的一些实施例中，可放置一个或更多个屏蔽元件以阻止从阱的所选择区域（例如，除局部排出区域以外的区域）排出的离子到达检测器505。在一些实施例中，这可改进所检测质谱的分辨率。
[0127] 例如，如上所述（例如，参照图4），在一些实施例中，捕集区域可包括在一对端点之间延伸的蛇形区域，该蛇形区域具有多个大致直线部分和连接数对大致直线部分的多个曲线部分。在一些此类情况下，阻止从曲线部分和/或端点排出的离子到达检测器505，同时允许从直线部分排出的离子到达检测器505，这可以是有利的。在其它实施例中，可使用相反的布置，其中阻止从直线部分排出的离子到达检测器505，同时允许从曲线部分和/或端点
排出的离子到达检测器505。
排出的离子到达检测器505。
[0128] 在各种实施例中，可将系统500实施为便携式单元，例如，手持式单元。系统500可用来从任何合适的分析物获得质谱，该分析物包括例如无机化合物、有机化合物、爆炸物、环境污染物和有害物质。
[0129] 在一些实施例中，可将系统500实施为待定位在所选择区域内以监控所选择条件（例如，一种或更多种所选择目标物质的存在或含量）的监控单元。在一些实施例中，系统
500可包括数据传输装置，例如，有线或无线通信装置，其能够用来传输对所选条件的检测情况。
500可包括数据传输装置，例如，有线或无线通信装置，其能够用来传输对所选条件的检测情况。
[0130] 图5B图示质谱系统7100（例如，便携式系统），其具有壳体7100h，该壳体7100h将质谱组件710通常封闭在真空室7105（由组件710周围的虚线所示）的内部。壳体7100h能够可释放地附接加压缓冲气体“B”罐7110（或其它源），该罐7110连接到进入真空室7105中的流动路径。壳体7100h可以容纳控制电路7200和各种电力供应器7205、7210、7215、7220，其连接到导体以实施电离、质量分析及检测。壳体7100h能够容纳一个或更多个放大器，包括连接到用于产生质谱输出的处理器7255的输出放大器7250。系统7100能够是便携且轻质的，通常在约1-15磅之间（不包括真空泵），在使用的情况下包括缓冲气体供应7110。壳体7100h能够配置为手持式壳体，例如游戏控制器、笔记本电脑或智能手机，且可任选地具有容纳控制电路7200的手枪式手柄7100g。然而，可使用其它构型的壳体以及控制电路的其它布置。
壳体7100h容纳显示屏，且能够具有用户界面，例如，图形用户界面。
壳体7100h容纳显示屏，且能够具有用户界面，例如，图形用户界面。
[0131] 系统7100还可以配置成与智能手机或其它普遍的计算装置通信，以传送数据或用于操作的控制，例如，使用安全APP或其它无线可编程通信协议。
[0132] 系统7100能够配置成在处于或大于约100毫托直至高达大气压的压力下操作。
[0133] 在一些实施例中，质谱仪7100配置使得离子源（电离器）730、（本文所述的任何类型的）离子阱质量分析仪720和检测器740在近似等压条件下和在大于100毫托的压力下操作。术语“近似等压条件”包括其中任何两个相邻室之间的压力相差不超过100倍，而且通常不超过10倍的那些条件。
[0134] 如图5C中所示，质谱仪100能够包括质谱组件710和任意的函数发生器215g，以在质量扫描期间将低电压轴向RF输入215提供给离子阱720以实现共振排出。低电压轴向RF能
够在约100 mVpp到约8000 mVpp之间，通常在200到2000 mVpp之间。在质量扫描期间，轴向RF 215s能够施加到端盖722或823，通常施加到端盖723或施加在两个端盖722与723之间，
以促进共振排出。
够在约100 mVpp到约8000 mVpp之间，通常在200到2000 mVpp之间。在质量扫描期间，轴向RF 215s能够施加到端盖722或823，通常施加到端盖723或施加在两个端盖722与723之间，
以促进共振排出。
[0135] 如图5B和图5C中所示，装置7100包括RF功率源7205，该RF功率源7205将输入信号提供给离子阱720的中心电极721。RF源7205能够包括RF信号发生器、RF放大器和RF功率放
大器。这些部件件中的每个能够容纳在壳体7100h中的电路板上，该壳体将离子阱720封闭
在真空室7105中。在一些实施例中，能够将幅值斜坡波形提供为至RF信号发生器的输入，以调制RF幅值。能够通过RF前置放大器以及然后功率放大器来放大低电压RF，以产生所需的
RF信号。根据环形电极特征部的尺寸，RF信号能够在约1 MHz到1000 MHz之间。如本领域的技术人员众所周知的，RF频率可取决于中心电极中的孔口的尺寸。对于图1A-图15中所示类型的具有尺寸xo 500 µm的狭缝形孔口的典型RF频率将为5-20 MHz。电压能够在100 V0p到
约1500 V0p之间，通常高达约500 V0p。
大器。这些部件件中的每个能够容纳在壳体7100h中的电路板上，该壳体将离子阱720封闭
在真空室7105中。在一些实施例中，能够将幅值斜坡波形提供为至RF信号发生器的输入，以调制RF幅值。能够通过RF前置放大器以及然后功率放大器来放大低电压RF，以产生所需的
RF信号。根据环形电极特征部的尺寸，RF信号能够在约1 MHz到1000 MHz之间。如本领域的技术人员众所周知的，RF频率可取决于中心电极中的孔口的尺寸。对于图1A-图15中所示类型的具有尺寸xo 500 µm的狭缝形孔口的典型RF频率将为5-20 MHz。电压能够在100 V0p到
约1500 V0p之间，通常高达约500 V0p。
[0136] 通常所述的，通过源30以众所周知的方式产生电子，并且通过加速电位将电子引导朝向质量分析仪（例如，离子阱）720。电子在质量分析仪720中电离样本气体S。对于离子阱构型而言，RF捕集和排出电路联接到质量分析仪720，以在离子阱720内产生交变电场，从而以与离子的质电比成比例的方式首先捕集离子且随后排出离子。离子检测器40记录在不
同时间间隔（对应于特定离子质量）排出的离子的数量，以实施质谱化学分析。离子阱使用由RF驱动信号7205s产生的动态电场来动态地捕集来自测量样本的离子。通过改变正捕集
离子的射频（RF）电场的特征（例如，幅值、频率等）这些离子以与其质电比（质量（m）/电荷（z））对应的方式被选择性地排出。能够将这些离子数量数字化以供分析，且能够在机载和/或远程处理器7255上将其显示为谱。
同时间间隔（对应于特定离子质量）排出的离子的数量，以实施质谱化学分析。离子阱使用由RF驱动信号7205s产生的动态电场来动态地捕集来自测量样本的离子。通过改变正捕集
离子的射频（RF）电场的特征（例如，幅值、频率等）这些离子以与其质电比（质量（m）/电荷（z））对应的方式被选择性地排出。能够将这些离子数量数字化以供分析，且能够在机载和/或远程处理器7255上将其显示为谱。
[0137] 以最简单的形式，可以将具有恒定RF频率的信号205s施加到相对于两个端盖电极22、23的中心电极21。中心电极信号205s的幅值能够线性地斜升，以便选择性地使离子阱内所容纳的不同m/z的离子变得不稳定。这种幅值排出构型可能不产生最优性能或分辨率。然而，可通过跨越端盖22、23差动地施加第二信号215s来改进这种幅值排出方法。这个轴向RF信号215s在使用的情况下引起偶极轴向激励，当离子阱内离子的长期振荡频率与端盖激励
频率匹配时，其能够引起离子从离子阱的共振排出。
频率匹配时，其能够引起离子从离子阱的共振排出。
[0138] 离子阱720或质量过滤器能够具有呈现出接近纯电容的等效电路。用于驱动离子阱720的电压7205s的幅值可以是高的（例如，100 V-1500伏特），并且能够采用变压器耦合以产生高电压。辅助变压器的电感和离子阱的电容能够形成并联振荡电路。可能需要在共
振频率下驱动这个电路，以避免不必要的损耗和/或电路尺寸的增加。
振频率下驱动这个电路，以避免不必要的损耗和/或电路尺寸的增加。
[0139] 真空室7105能够与至少一个泵（未示出）流体连通。泵能够是任何合适的泵，例如低真空泵和/或涡轮泵，包括来自Varian（现在是Agilent Technologies）的TPS Bench紧凑泵送系统或TPS紧凑泵送系统中的一者或两者。泵能够与真空室105流体连通。在一些实施例中，真空室在操作期间能够具有高压，例如，大于100毫托直至高达大气压的压力。高压操作允许省去高真空泵，例如涡轮分子泵、扩散泵或离子泵。能够通过机械的容积式泵来容易地实现接近100毫托以上的操作压力，例如，旋片式泵、往复活塞式泵或涡旋泵。
[0140] 可以通过朝向离子阱720的输入端口来将样本S与缓冲气体B一起引入到真空室7105中。从环境到壳体100h中的S进气口能够在任何合适的位置处（仅以示例的方式从底部示出）。能够使用一个或更多个样本进气端口。
[0141] 能够将缓冲气体B提供为作为源的缓冲气体的加压罐7110。然而，可以使用任何合适的缓冲气体或包括空气、氦气、氢气或其它气体的缓冲气体混合物。在使用空气的情况
下，能够从大气抽出空气，而无需加压罐或其它源。通常，缓冲气体包括氦气，在合适纯度（例如，99%或以上）下通常高于约90%的氦气。能够使用质量流量控制器（MFC），以控制来自加压缓冲气体源110的加压缓冲气体B与样本S一起到室105中的流量。当将大气空气用作缓
冲气体时，能够使用可控泄漏来将空气缓冲气体和环境样本注入到真空室中。可控泄漏设
计将取决于所利用的泵的性能和所需的操作压力。
下，能够从大气抽出空气，而无需加压罐或其它源。通常，缓冲气体包括氦气，在合适纯度（例如，99%或以上）下通常高于约90%的氦气。能够使用质量流量控制器（MFC），以控制来自加压缓冲气体源110的加压缓冲气体B与样本S一起到室105中的流量。当将大气空气用作缓
冲气体时，能够使用可控泄漏来将空气缓冲气体和环境样本注入到真空室中。可控泄漏设
计将取决于所利用的泵的性能和所需的操作压力。
[0142] 图9D图示能够用于实施/控制质谱仪7100的各种部件的示例性时序图。驱动RF幅值信号能够使用斜坡波形来驱动，其贯穿整个质量扫描来调制RF幅值，且其它三个脉冲控
制电离、检测和所施加的轴向RF电压。如所示的，最初，能够可选地将0 V施加到栅极透镜（gate lens）750（在使用的情况下），以允许电子在电离周期期间通过。可替代地，能够直接将这个信号施加到电离器30以接通和关断电子或离子的产生。驱动RF幅值7205s在电离周
期期间能够保持于固定电压，以捕集在阱720内部所产生的离子。在电离周期结束时，栅极透镜电压（如果使用）被驱动到某个电位以阻止电离器730的电子束并且停止电离。然后驱动RF幅值205s能够在所限定的时间内（例如，约5 ms）保持恒定，以允许捕集到的离子朝向阱的中心以碰撞的方式冷却。驱动RF幅值7205s能够线性地倾斜，以实施质量不稳定性扫描并且以增加m/z的顺序朝检测器40排出离子。轴向RF信号7215s能够被同步成在RF幅值信号
线性斜升的开始斜升时（示为t=6 ms，但可使用其它时间）施加，以便大致同时导通，从而在质量扫描期间实施共振排出用于改进分辨率和质量范围。在质量不稳定性扫描期间获得数
据，以产生质谱。最后，能够将驱动RF幅值7205s减小到低电压，以从阱720清除任何剩余离子并且使其为下一次扫描作准备。如本领域的技术人员众所周知的，可以将许多离子操纵
策略应用于离子阱装置，例如，CIT。能够将用于排出、隔离或碰撞分离离子的所有不同策略应用于本申请中所论述的离子捕集结构。
制电离、检测和所施加的轴向RF电压。如所示的，最初，能够可选地将0 V施加到栅极透镜（gate lens）750（在使用的情况下），以允许电子在电离周期期间通过。可替代地，能够直接将这个信号施加到电离器30以接通和关断电子或离子的产生。驱动RF幅值7205s在电离周
期期间能够保持于固定电压，以捕集在阱720内部所产生的离子。在电离周期结束时，栅极透镜电压（如果使用）被驱动到某个电位以阻止电离器730的电子束并且停止电离。然后驱动RF幅值205s能够在所限定的时间内（例如，约5 ms）保持恒定，以允许捕集到的离子朝向阱的中心以碰撞的方式冷却。驱动RF幅值7205s能够线性地倾斜，以实施质量不稳定性扫描并且以增加m/z的顺序朝检测器40排出离子。轴向RF信号7215s能够被同步成在RF幅值信号
线性斜升的开始斜升时（示为t=6 ms，但可使用其它时间）施加，以便大致同时导通，从而在质量扫描期间实施共振排出用于改进分辨率和质量范围。在质量不稳定性扫描期间获得数
据，以产生质谱。最后，能够将驱动RF幅值7205s减小到低电压，以从阱720清除任何剩余离子并且使其为下一次扫描作准备。如本领域的技术人员众所周知的，可以将许多离子操纵
策略应用于离子阱装置，例如，CIT。能够将用于排出、隔离或碰撞分离离子的所有不同策略应用于本申请中所论述的离子捕集结构。
[0143] 在各种实施例中，可使用本文所描述的装置来实施本领域中已知的任何质谱技术，包括串联质谱，例如，如美国专利号7,847,240中所描述的。本文所描述的装置可用于其它应用中，例如，捕集带电粒子以实现例如量子计算、精密时间或频率标准的目的或任何其它合适的目的。
[0144] 示例
[0145] 伸展长度离子阱电极
[0146] 以下示例描述用于获得质谱的SLIT类型的阱的用途。为了进行比较，在一些情况下，也使用在2002年10月22日发布的美国专利号6,469,298中所述类型的阱来获得谱，其特征在于具有圆柱状的对称捕集孔口的中心电极。此圆柱状离子阱类型在下文中将称作
“CIT”。
“CIT”。
[0147] SLIT阱和CIT阱是使用以下技术来构造的。使用光刻法来图案化用于中间电极的厚度为800-µm的铜片料和用于端盖电极的厚度为250-µm的铍铜片料，并且将其湿法化学刻
蚀到图1A中所示的基本形状（Towne Technologies，Somerville NJ）。采用1-mm的立铣刀以常规方式机械加工出中间电极空隙。CIT被制成没有添加额外的长度，从而产生半径为ro=
0.5 mm的圆柱状孔口，而SLIT特征部被机械加工成范围为从2 mm至6 mm的yo尺寸。将端盖
支撑电极钻出至5 mm的直径，随后跨越开口来结合100个每英寸线数（LPI）、73%透过率的电铸铜网格（Precision Electroforming，Cortland NY）。使用聚酰亚胺垫圈实现端盖电极与中心电极之间250 µm的间距，以产生临界尺寸为zo = 650 µm、xo = 500 µm的阱。在此示例中，zo被定义为中心电极的半厚度以及中心电极与端盖之间的间距两者的和，且xo是SLIT
空隙的窄尺寸的宽度的一半。也通过将SLIT铣削成具有范围从0.94 mm至1.17 mm的宽度并
且观测在将Xe的稳定同位素用作样本情况下质谱的分辨率的改变来探索其它zo/xo比值。
蚀到图1A中所示的基本形状（Towne Technologies，Somerville NJ）。采用1-mm的立铣刀以常规方式机械加工出中间电极空隙。CIT被制成没有添加额外的长度，从而产生半径为ro=
0.5 mm的圆柱状孔口，而SLIT特征部被机械加工成范围为从2 mm至6 mm的yo尺寸。将端盖
支撑电极钻出至5 mm的直径，随后跨越开口来结合100个每英寸线数（LPI）、73%透过率的电铸铜网格（Precision Electroforming，Cortland NY）。使用聚酰亚胺垫圈实现端盖电极与中心电极之间250 µm的间距，以产生临界尺寸为zo = 650 µm、xo = 500 µm的阱。在此示例中，zo被定义为中心电极的半厚度以及中心电极与端盖之间的间距两者的和，且xo是SLIT
空隙的窄尺寸的宽度的一半。也通过将SLIT铣削成具有范围从0.94 mm至1.17 mm的宽度并
且观测在将Xe的稳定同位素用作样本情况下质谱的分辨率的改变来探索其它zo/xo比值。
[0148] 仪器设计和操作
[0149] 将SLIT电极组件放置在定制仪器的内部，其特征在于参照图5B-图5D所示和所述类型的质谱布置，该质谱布置被修改以包括适合于与在高或低背景压力下操作的检测器一
起使用的双室设计。图6中示出简化的仪器构型，其包括用于差压操作的定制的铝双室设
计，其中捕集电极用作电导限制。
起使用的双室设计。图6中示出简化的仪器构型，其包括用于差压操作的定制的铝双室设
计，其中捕集电极用作电导限制。
[0150] 经由精密泄漏阀（ULV-150，MDC真空产品）引入均三甲苯（Sigma Aldrich）和10% Xe/90% He混合物（Air Liquide，99.999%纯度）的气体样本，并且使用全范围真空计（FRG-700，Varian）进行测量且报告为不正确值。容许氦气或氮气缓冲气体穿过100 sccm（标况毫升/分钟）质量流量控制器（Omega FMA5408），并且使用精度为0.12%的2托的全刻度电容压力计（MKS 627D）来测量绝对压力。在典型阱内电子电离方案中进行仪器操作。将涂有氧化钇的铱盘形发射极（ES-525，Kimball Physics）与80 LPI不锈钢网格栅级电极结合使用，以便照射具有电子的捕集区域。所有关于1/3六角形共振的实验均利用6.4 MHz捕集RF频率和
非线性共振排出，其中2.23 MHz的轴向RF应用至前端盖，同时使后端盖接地到室，然而，针对每个单独的阱观测到共振轴向RF频率的略微变化。通过多种方法来检测质量选择性排出
的离子。对于100毫托以下的低压操作而言，使用电子倍增器（2300，DeTech）来检测离子，且所得信号被放大（SR570，Stanford Research Systems）并且经由16位模拟输入卡（PXI-
6122，National Instruments）来数字化。为了进行比较，也使用此实验设置来实施CIT的实验。对于将高压氮气用作缓冲气体的实验而言，使用法拉第杯检测器，且其包括用来收集离子的直径为12.5 mm的黄铜板。使用电荷灵敏的前置放大器（CoolFET A250CF，AmpTek），以将收集到的电荷转换成适合于以模拟输入卡进行监控的电压。在法拉第杯检测器的情况
下，通过打开两个室中间的阀，在相同压力下操作这两个室。对于100毫托以上的更高压力的氦缓冲气体实验而言，再次使用电子倍增器。由于SLIT比CIT具有高得多的气体电导，因此进行了几次修改。为了限制两个室之间的电导，在厚度为0.250 mm的电极中机械加工出5 mm×0.2 mm的狭槽并且将其置于检测器侧端盖电极后面。另外，以更耐压的
MegaSpiraltron电子倍增器（Photonis，Sturbridge MA）来代替DeTech电子倍增器。
非线性共振排出，其中2.23 MHz的轴向RF应用至前端盖，同时使后端盖接地到室，然而，针对每个单独的阱观测到共振轴向RF频率的略微变化。通过多种方法来检测质量选择性排出
的离子。对于100毫托以下的低压操作而言，使用电子倍增器（2300，DeTech）来检测离子，且所得信号被放大（SR570，Stanford Research Systems）并且经由16位模拟输入卡（PXI-
6122，National Instruments）来数字化。为了进行比较，也使用此实验设置来实施CIT的实验。对于将高压氮气用作缓冲气体的实验而言，使用法拉第杯检测器，且其包括用来收集离子的直径为12.5 mm的黄铜板。使用电荷灵敏的前置放大器（CoolFET A250CF，AmpTek），以将收集到的电荷转换成适合于以模拟输入卡进行监控的电压。在法拉第杯检测器的情况
下，通过打开两个室中间的阀，在相同压力下操作这两个室。对于100毫托以上的更高压力的氦缓冲气体实验而言，再次使用电子倍增器。由于SLIT比CIT具有高得多的气体电导，因此进行了几次修改。为了限制两个室之间的电导，在厚度为0.250 mm的电极中机械加工出5 mm×0.2 mm的狭槽并且将其置于检测器侧端盖电极后面。另外，以更耐压的
MegaSpiraltron电子倍增器（Photonis，Sturbridge MA）来代替DeTech电子倍增器。
[0151] 实验结果
[0152] 已经发现，CIT的三个电极的对准与阱性能极为相关。如果将带狭槽的紧密的端盖电极用于离子排出，则SLIT电极结构增加另一自由度且对准起来更为复杂。使用精细的电
铸铜网格（如图3中所示）来仿真平面端盖电极，且因此从对准中移除三个自由度，即，一个旋转自由度和两个侧向自由度。对于所描述的所有实验而言，仅将螺孔对准用于电极组件。
所关注的主要对准公差是跨越阱全长的zo距离。跨越阱长度的变量zo值将使得离子排出取
决于其y轴位置，从而潜在地导致谱分辨率退化。
铸铜网格（如图3中所示）来仿真平面端盖电极，且因此从对准中移除三个自由度，即，一个旋转自由度和两个侧向自由度。对于所描述的所有实验而言，仅将螺孔对准用于电极组件。
所关注的主要对准公差是跨越阱全长的zo距离。跨越阱长度的变量zo值将使得离子排出取
决于其y轴位置，从而潜在地导致谱分辨率退化。
[0153] 在捕集场缺乏任何（dc）分量的情况下，支配二维四极场中离子的捕集和排出的方程与三维情况相同。因此，最优电极间距（250 µm）被认为与先前对于CIT所确定的最优间距相同。这已通过观测不同zo/xo比值当中的最优谱分辨率以实验方法得到了证实。通过将SLIT铣削成具有范围从0.94 mm至1.17 mm的宽度，并且观测图7中所示的所产生的Xe谱的
分辨率改变，确定这个特定的zo/xo比值是最优的。以实验方法观测到的产生最佳谱分辨率的z0/x0比值的值是1.3，且与类似于对于CIT所观测到的z0/r0值的伸展构型相对应，例如，如在2002年10月22日发布的美国专利号6,469,298中所描述的。对于所调查的y0（SLIT伸展距离的长度）的所有值而言，这个比值被观测到是最优的。
分辨率改变，确定这个特定的zo/xo比值是最优的。以实验方法观测到的产生最佳谱分辨率的z0/x0比值的值是1.3，且与类似于对于CIT所观测到的z0/r0值的伸展构型相对应，例如，如在2002年10月22日发布的美国专利号6,469,298中所描述的。对于所调查的y0（SLIT伸展距离的长度）的所有值而言，这个比值被观测到是最优的。
[0154] 图8A中示出了直接比较SLIT和CIT的代表性的氙气谱，其中xo (SLIT) = ro -4
(CIT)且电极间距相同。在50毫托He的情况下，获得1.0 × 10 托的Xe/He混合物的500个扫
描平均值，且两者被标准化以更好地比较相对分辨率。在Xe SLIT谱中，五个主峰的FWHM处的平均峰宽是0.41 Th，这与CIT的0.44 Th形成对比。通常，对于相同条件，观测到SLIT谱的信号强度大于对于CIT所获得的信号强度，同时保持相似的分辨率。这个增加的灵敏度在图
8B中被量化，其中标绘了SLIT和CIT两者的总集成信号对样本压力的改变。捕集离子中固有的捕集能力沿线性尺寸而不是某个点的增加通过接近10倍的灵敏度增加清楚地示出。此外
预期到，总离子信号应与SLIT的yo参数值呈线性相关，从而允许设计电极结构以解决灵敏
度要求。为了测试这个假设，机械加工出具有不同长度（yo值）的几个SLIT电极，同时所有其它尺寸仍然相等。图9显示对于Xe谱的随yo长度变化的集成离子电流。这些数据实际上示出信号对捕集长度的接近线性的依赖性，这意味着：假设恒定的阱长度yo，当阱的宽度变得更窄时，SLIT超过CIT的信号中的相对增益将持续增加。
(CIT)且电极间距相同。在50毫托He的情况下，获得1.0 × 10 托的Xe/He混合物的500个扫
描平均值，且两者被标准化以更好地比较相对分辨率。在Xe SLIT谱中，五个主峰的FWHM处的平均峰宽是0.41 Th，这与CIT的0.44 Th形成对比。通常，对于相同条件，观测到SLIT谱的信号强度大于对于CIT所获得的信号强度，同时保持相似的分辨率。这个增加的灵敏度在图
8B中被量化，其中标绘了SLIT和CIT两者的总集成信号对样本压力的改变。捕集离子中固有的捕集能力沿线性尺寸而不是某个点的增加通过接近10倍的灵敏度增加清楚地示出。此外
预期到，总离子信号应与SLIT的yo参数值呈线性相关，从而允许设计电极结构以解决灵敏
度要求。为了测试这个假设，机械加工出具有不同长度（yo值）的几个SLIT电极，同时所有其它尺寸仍然相等。图9显示对于Xe谱的随yo长度变化的集成离子电流。这些数据实际上示出信号对捕集长度的接近线性的依赖性，这意味着：假设恒定的阱长度yo，当阱的宽度变得更窄时，SLIT超过CIT的信号中的相对增益将持续增加。
[0155] 已证明了具有500 μm的ro值的CIT在超过1托的压力下产生质谱。由于SLIT以与CIT类似的方式起作用，所以也预期到它们在更高压力下操作。图10中示出在范围从0.2-1
托的He缓冲气体压力下的SLIT质谱。通过在减小的泵送速度下漏进1.3 × 10-4托的Xe/He
混合物并且将He缓冲流速从1调节至70 sccm来实施该实验。当压力增加时，由于对热离子
发射极的冷却增加和电子的平均自由程减小，可用于电离的电子通量减小。我们试图通过
关于具有上升压力的阱来增加发射极电流、电离时间和发射极偏电压来补偿对压力的电子
电离损耗。为进一步改进在这些高压下的谱，也随压力增加轴向RF幅值。在图11中所示的表格中给出了图10中每个谱的实验条件。如所预料到的，对分辨率的分析显示峰随着更高压
力而加宽，因为与缓冲气体的碰撞与电场争夺离子轨迹的控制。依据CIT中的高压数据，仍分辨出高达400-500毫托的五个主要同位素峰，其中平均峰宽是0.87 Th。
托的He缓冲气体压力下的SLIT质谱。通过在减小的泵送速度下漏进1.3 × 10-4托的Xe/He
混合物并且将He缓冲流速从1调节至70 sccm来实施该实验。当压力增加时，由于对热离子
发射极的冷却增加和电子的平均自由程减小，可用于电离的电子通量减小。我们试图通过
关于具有上升压力的阱来增加发射极电流、电离时间和发射极偏电压来补偿对压力的电子
电离损耗。为进一步改进在这些高压下的谱，也随压力增加轴向RF幅值。在图11中所示的表格中给出了图10中每个谱的实验条件。如所预料到的，对分辨率的分析显示峰随着更高压
力而加宽，因为与缓冲气体的碰撞与电场争夺离子轨迹的控制。依据CIT中的高压数据，仍分辨出高达400-500毫托的五个主要同位素峰，其中平均峰宽是0.87 Th。
[0156] 我们已证明在高压下捕获谱，但将最终需要在仪器操作方面作出进一步调节，以便产生实用的、高度便携的质谱仪。一个操作改变将是将氮气或空气代替氦气来用作缓冲
气体。干净的氮气和空气两者均能够在使用时产生，从而省去了携带氦气源的需要。另一个改变将是使用更耐压的检测器，例如，法拉第杯检测器。因此，探索在以氮气作为缓冲气体分析有机样本并且使用耐压法拉第杯检测器的同时如何实施SLIT设计是有用的。图12中示
出在氮气缓冲气体中的9、80和1000毫托下收集到的均三甲苯的谱。由于与氮气分子碰撞相关联的动量交换更大，因此即使处于低压，峰宽仍宽于He缓冲气体谱。再次，峰宽随压力显著增加。应注意到，背景的不规则形状是检测器的CoolFET前置放大器如何操作的伪影，且在其它实验设计中能够容易地得到解决。
气体。干净的氮气和空气两者均能够在使用时产生，从而省去了携带氦气源的需要。另一个改变将是使用更耐压的检测器，例如，法拉第杯检测器。因此，探索在以氮气作为缓冲气体分析有机样本并且使用耐压法拉第杯检测器的同时如何实施SLIT设计是有用的。图12中示
出在氮气缓冲气体中的9、80和1000毫托下收集到的均三甲苯的谱。由于与氮气分子碰撞相关联的动量交换更大，因此即使处于低压，峰宽仍宽于He缓冲气体谱。再次，峰宽随压力显著增加。应注意到，背景的不规则形状是检测器的CoolFET前置放大器如何操作的伪影，且在其它实验设计中能够容易地得到解决。
[0157] 从一个中间电极和两个端盖电极形成多个SLIT的平行阵列可增加捕集的离子的数量，其由此最终检测到信号，而没有来自单个捕集装置的操作差异。例如，图13A显示三个SLIT阵列的中间电极。这是通过加工3个相同的1-mm宽的SLIT特征部使其分开0.5mm制成
的。SLIT阵列利用如上所述的相同的电铸网格端盖。图13B显示使用此构型对于30毫托He缓冲气体所获得的质谱。数据显示良好的信号。与单个阱相比的峰宽的适度增加是由于因加
工精度引起的阱公差中的略微差异。
的。SLIT阵列利用如上所述的相同的电铸网格端盖。图13B显示使用此构型对于30毫托He缓冲气体所获得的质谱。数据显示良好的信号。与单个阱相比的峰宽的适度增加是由于因加
工精度引起的阱公差中的略微差异。
[0158] 参照图14A，实施实验，其中使用1.0 mm的立铣刀以常规方式机械加工出用于SLIT的中心电极以包括蛇形孔口，该蛇形孔口具有由两个曲线区段连接的3个4 mm的直线区段。
每个直线区段通过宽度为0.5 mm的支柱彼此分隔开。阱由与上述常规SLIT相同的端盖电极
-5
和间隔片构造且被置于图6中所示的室内部。实施对30毫托He中的8.0×10 托Xe的质谱分
析且产生所示的谱。结果具有适当的分辨率和良好的信号强度。
每个直线区段通过宽度为0.5 mm的支柱彼此分隔开。阱由与上述常规SLIT相同的端盖电极
-5
和间隔片构造且被置于图6中所示的室内部。实施对30毫托He中的8.0×10 托Xe的质谱分
析且产生所示的谱。结果具有适当的分辨率和良好的信号强度。
[0159] 参照图14B，为了观测贯穿蛇形阱的全长的离子行程，使用图14A中所示的相同电极组来设置以下实验。添加额外的带电粒子屏蔽元件，以控制电离和离子排出位置。将单个铜屏蔽元件放置在电离侧端盖上方以允许仅在捕集体积的第三顶部中发生电离。将第二铜
屏蔽元件放置在检测器侧端盖上方，以阻止离子从阱的除了第三底部外的其它地方排出。
以此方式，能够在检测器处看到离子信号的唯一方法是使离子形成在蛇形SLIT结构的第三
顶部中，并且使其中的至少一小部分在排出之前一直迁移到第三底部处。这是使用30毫托
He缓冲气体中的3.5×10-5托Xe所观测到的，且图14B中示出Xe谱。
屏蔽元件放置在检测器侧端盖上方，以阻止离子从阱的除了第三底部外的其它地方排出。
以此方式，能够在检测器处看到离子信号的唯一方法是使离子形成在蛇形SLIT结构的第三
顶部中，并且使其中的至少一小部分在排出之前一直迁移到第三底部处。这是使用30毫托
He缓冲气体中的3.5×10-5托Xe所观测到的，且图14B中示出Xe谱。
[0160] 为了测试使离子填充整个捕集体积所花费的最少时间，使用相同实验设置，并且尽可能地缩短电离开始与排出的第一Xe峰之间的时间。离子仍被排出且在低至1.5 ms的时
间在检测器处观测到离子，这是该设置的实验限制。因此，可以得出如下结论：离子能够形成并且行进此蛇形阱的全长历时至少快至1.5 ms。
间在检测器处观测到离子，这是该设置的实验限制。因此，可以得出如下结论：离子能够形成并且行进此蛇形阱的全长历时至少快至1.5 ms。
[0161] 参照图15，将与上述5 mm的单个SLIT相同的三个SLIT阵列机械加工成一个中间电极，间隔开0.50 mm。所示的实验图示跨越三个阱变化的zo引起在质量斜坡中的不同点处发生离子排出。使用这个中间电极来装配阱（顶部插图），采取一切预防措施以保证端盖最平行。顶部图表中示出在30毫托He中的3.0×10-5托Xe的所产生的谱。然后打开室，且在不作其它修改的情况下，使顶部SLIT对准螺钉（底部插图）过度扭转（over-torqued），使得相对于中间电极在两个端盖中产生斜面，从而引起每个阱中的zo值不同。正如理论所预测的，在质谱操作期间，离子在RF斜坡中的不同点处排出，从而引起总谱由叠加于彼此之上的三个单
独的谱构成。这个实验还说明，这种过度扭转技术引起z尺寸中充分变化以明显影响质谱。
独的谱构成。这个实验还说明，这种过度扭转技术引起z尺寸中充分变化以明显影响质谱。
[0162] 参照图16，实施额外的实验，以示出沿单个阱改变zo尺寸的效果。除了使单个SLIT转动90°使得zo变化是沿着其yo尺寸以外，以与前述的3 SLIT阵列相同的方式来装配和测试上述类型的标准5 mm SLIT。在此情况下，不管端盖是平行还是倾斜的，对于在30毫托He中的3.0×10-5托Xe所获得的谱是相同的。这既适用于中等数量的捕集离子（1 ms电离）也适用于较大数量的捕集粒子（50 ms电离）。
[0163] 参照图17，制造单孔口SLIT，其中xo尺寸跨越整个yo尺寸改变了10%，从而使其成为图16中所述实验的互补实验。再次，实施基本质谱实验，分析在30毫托He中的3.0×10-5托Xe。示出了所产生的谱。虽然此谱的分辨率不如所示的先前所示的谱那么良好，但是理论上预测到大于5 Th的单个峰宽，从而导致完全未分辨出的谱。这个实验与图16实验中所示的
结果相结合显示出，SLIT几何形状受到欠佳的机械公差的影响远小于最初可能预期到的影
响。
结果相结合显示出，SLIT几何形状受到欠佳的机械公差的影响远小于最初可能预期到的影
响。
[0164] 据信在一些构型中SLIT性能对xo和zo尺寸两者中变化的容限是归因于空间上特定的离子排出，即，所有离子是在yo尺寸的窄范围上被排出。虽然在图16和图17中所概述的实验中能够看到xo和zo尺寸在整个yo范围上显著改变，但这种变化在实际上离子被排出的yo
范围上是可以忽略的。使用图16中所示的设置，通过将铜垫片电极放置在阱的一半的后面
来阻止从那个区段的所有离子排出，得以进一步研究这种空间上特定的排出。针对阱的第
二半重复这个实验，且确定完整阱中所观测到的整个离子信号是仅从一半排出的结果。据
信在一些构型中，能够从任何所需的点向离子排出的目标来裁剪阱的尺寸，并且装置的分
辨功率由在排出区域中阱的几何形状来确定，且对离子未排出的区域的几何形状相对不灵
敏。此外，虽然此类结构变得对总体捕集电极结构对准容限不那么灵敏，但其仍提供SLIT结构的总体尺寸的充电容量。
范围上是可以忽略的。使用图16中所示的设置，通过将铜垫片电极放置在阱的一半的后面
来阻止从那个区段的所有离子排出，得以进一步研究这种空间上特定的排出。针对阱的第
二半重复这个实验，且确定完整阱中所观测到的整个离子信号是仅从一半排出的结果。据
信在一些构型中，能够从任何所需的点向离子排出的目标来裁剪阱的尺寸，并且装置的分
辨功率由在排出区域中阱的几何形状来确定，且对离子未排出的区域的几何形状相对不灵
敏。此外，虽然此类结构变得对总体捕集电极结构对准容限不那么灵敏，但其仍提供SLIT结构的总体尺寸的充电容量。
[0165] 回顾一下，已通过使CIT在水平尺寸上伸展来成功地开发高容量离子阱。具有zo = 0.650 µm、xo = 500 µm且yo = 5.00的临界尺寸的此阱已被表征并且与在类似条件下操作
的类似尺寸的CIT进行了比较。发现信号增加了一个数量级，同时保持与CIT相同的分辨率。
发现随着y尺寸的延伸捕集能力线性地增加。
的类似尺寸的CIT进行了比较。发现信号增加了一个数量级，同时保持与CIT相同的分辨率。
发现随着y尺寸的延伸捕集能力线性地增加。
[0166] 使用处于高达1托的缓冲气体压力下的氦气和氮气两者，成功地实施了在增加的缓冲气体压力下对SLIT的操作。通过分别在差动泵真空室中使用高压电子倍增器以及在等
压室中使用法拉第杯，得以分析氙气和均三甲苯两者。
压室中使用法拉第杯，得以分析氙气和均三甲苯两者。
[0167] 虽然本文已描述和说明了本发明的各种实施例，但本领域的普通技术人员将容易地预想到用于实施功能和/或获得结果和/或本文所描述的一个或更多个优点的多种其它
构件和/或结构，且每个此类变型和/或修改被认为是在本文所描述的本发明实施例的范围
内。更通常地，本领域的技术人员将容易地领会到，本文所描述的所有参数、尺寸、材料和构型意味着示例性的，且实际参数、尺寸、材料和/或构型将取决于使用本发明教导的一个或更多个特定应用。本领域的技术人员将认识到或能够仅仅使用常规实验便确定本文所描述
的本发明的特定实施例的许多等效物。因此，应理解到，仅以举例的方式呈现前述描述，且在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以不同于如具体描述和要求保护的方式来实践
本发明的实施例。本公开的有创造性的实施例是针对本文所描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外，如果此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法互相一致，则两种或两种以上此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合被包括在本公开的发明范围内。
构件和/或结构，且每个此类变型和/或修改被认为是在本文所描述的本发明实施例的范围
内。更通常地，本领域的技术人员将容易地领会到，本文所描述的所有参数、尺寸、材料和构型意味着示例性的，且实际参数、尺寸、材料和/或构型将取决于使用本发明教导的一个或更多个特定应用。本领域的技术人员将认识到或能够仅仅使用常规实验便确定本文所描述
的本发明的特定实施例的许多等效物。因此，应理解到，仅以举例的方式呈现前述描述，且在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以不同于如具体描述和要求保护的方式来实践
本发明的实施例。本公开的有创造性的实施例是针对本文所描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外，如果此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法互相一致，则两种或两种以上此类特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合被包括在本公开的发明范围内。
[0168] 能够以众多方式中的任一种来执行上述实施例。例如，可使用硬件、软件或其组合来执行这些实施例。当以软件方式执行时，能够在任何合适的处理器或处理器集合上执行软件代码，不管是设在单个计算机上还是分布在多个计算机当中。
[0169] 而且，计算机可具有一个或更多个输入和输出装置。此外，能够使用这些装置以呈现用户界面。能够用来提供用户界面的输出装置的示例包括用于输出的视觉呈现的打印机或显示屏以及用于输出的声音呈现的扬声器或其它发声装置。能够用于用户界面的输入装
置的示例包括键盘和指示装置，例如鼠标、触摸板及数字化板。列举另一示例，计算机可通过语音辨识或以其它可听格式来接收输入信息。
置的示例包括键盘和指示装置，例如鼠标、触摸板及数字化板。列举另一示例，计算机可通过语音辨识或以其它可听格式来接收输入信息。
[0170] 此类计算机可通过呈任何合适形式的一个或更多个网络来互连，该网络包括局域网或广域网，例如企业网络和智能网络（IN）或因特网。此类网络可基于任何合适的技术并且可根据任何合适的协议来操作，且可包括无线网络、有线网络或光纤网络。
[0171] 采用来执行本文所述功能的至少一部分的计算机可包括存储器、一个或更多个处理单元（本文也简单地称为“处理器”）、一个或更多个通信界面、一个或更多个显示单元以及一个或更多个用户输入装置。存储器可包括任何计算机可读媒介，且可存储用于执行本
文所描述的各种功能的计算机指令（本文也称为“处理器可执行指令”）。处理单元可用来执行指令。通信界面可联接到有线或无线网络、总线或其它通信机构，且可因此允许计算机将通信内容传输到其它装置和/或从其它装置接收通信内容。可提供显示单元，例如以允许用户查看关于指令执行的各种信息。可提供用户输入装置，例如以允许用户在指令执行期间
进行手动调节、做出选择、输入数据或各种其它信息，和/或以多种方式中的任一种与处理器交互。
文所描述的各种功能的计算机指令（本文也称为“处理器可执行指令”）。处理单元可用来执行指令。通信界面可联接到有线或无线网络、总线或其它通信机构，且可因此允许计算机将通信内容传输到其它装置和/或从其它装置接收通信内容。可提供显示单元，例如以允许用户查看关于指令执行的各种信息。可提供用户输入装置，例如以允许用户在指令执行期间
进行手动调节、做出选择、输入数据或各种其它信息，和/或以多种方式中的任一种与处理器交互。
[0172] 本文所概述的各种方法或过程可编码为软件，软件可在采用多种操作系统或平台中的任一种的一个或更多个处理器上执行。另外，可使用许多合适的编程语言和/或编程或脚本编写工具中的任一种来撰写此类软件，并且可将其编译为在框架或虚拟机器上执行的
可执行机器语言代码或中间代码。
可执行机器语言代码或中间代码。
[0173] 就此而言，各种发明概念可体现为编码有一个或更多个程序的计算机可读存储媒介（或多个计算机可读存储媒介）（例如，计算机存储器、一个或更多个软盘、压缩光盘、光盘、磁带、闪存存储器、现场可编程门阵列或其它半导体装置中的电路构型，或其它非暂时性媒介或有形计算机存储媒介），当其在一个或更多个计算机或其它处理器上执行时，实施执行上文所论述的本发明的各种实施例的方法。一个或更多个计算机可读媒介能够是可传
送的，使得能够将存储于其上的一个或更多个程序加载到一个或更多个不同计算机或其它
处理器上，以执行如上文所论述的本发明的各个方面。
送的，使得能够将存储于其上的一个或更多个程序加载到一个或更多个不同计算机或其它
处理器上，以执行如上文所论述的本发明的各个方面。
[0174] 本文中所使用的术语“程序”或“软件”在一般意义上指能够采用来对计算机或其它处理器进行编程以执行如上文所论述的实施例的各个方面的任何类型的计算机代码或任何计算机可执行指令组。另外，应领会到，根据一个方面，在执行时实施本发明的方法的一个或更多个计算机程序无需存在于单个计算机或处理器上，而是可以模块化方式分布在
许多不同计算机或处理器当中，以执行本发明的各种方面。
许多不同计算机或处理器当中，以执行本发明的各种方面。
[0175] 计算机可执行指令可呈许多形式，例如由一个或更多个计算机或其它装置执行的程序模块。通常，程序模块包括实施特定任务或执行特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。通常在各种实施例中可根据需要组合或分配程序模块的功能。
[0176] 而且，可以任何合适形式将数据结构存储在计算机可读媒介中。出于简化说明的目的，可将数据结构示出为具有通过数据结构中的位置相关的域（field）。通过为域指派存储器同样可实现此类关系，其中计算机可读媒介中的位置传达域之间的关系。然而，可使用任何合适机制来建立数据结构的域中的信息之间的关系，包括通过使用指针、标签或建立
数据元之间的关系的其它机制。
数据元之间的关系的其它机制。
[0177] 而且，各种发明概念可体现为一种或更多种方法，并且已提供了方法的示例。可以任何合适的方式对作为本方法的一部分所实施的动作进行排序。因此，可建构其中动作实施次序不同于所说明的次序的实施例，该实施例可包括同时实施一些动作，即使这些动作
在说明性的实施例中被示为循序的动作。
在说明性的实施例中被示为循序的动作。
[0178] 如本文所定义和使用的，所有定义应理解为包括词典定义、以引用方式并入的文献中的定义和/或所定义术语的一般意义。
[0180] 如本文在说明书和权利要求书中所使用的短语“和/或”应理解为意指如此结合的元件（即，在一些情况下结合存在，且在其它情况下分开存在的元件）中的“任一者或两者”。
以“和/或”列举的多个元件应以相同方式来解释，即，如此结合的元件中的“一个或更多个”。可选地，可存在除由“和/或”从句所明确指出的元件之外的其它元件，而不管这些元件是与明确指出的那些元件相关还是无关。因此，以非限制性示例的方式，当结合开放式语言（例如，“包括”）使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施例中能够仅指A（可选地包括除B以外的元件）；在另一实施例中能够仅指B（可选地包括除A以外的元件）；在又另一实施例中能够指A和B两者（可选地包括其它元件）；等。
以“和/或”列举的多个元件应以相同方式来解释，即，如此结合的元件中的“一个或更多个”。可选地，可存在除由“和/或”从句所明确指出的元件之外的其它元件，而不管这些元件是与明确指出的那些元件相关还是无关。因此，以非限制性示例的方式，当结合开放式语言（例如，“包括”）使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施例中能够仅指A（可选地包括除B以外的元件）；在另一实施例中能够仅指B（可选地包括除A以外的元件）；在又另一实施例中能够指A和B两者（可选地包括其它元件）；等。
[0181] 如本文在说明书和权利要求书中所使用的，“或”应理解为具有与如上文所定义的“和/或”相同的意义。例如，当分开列表中的各项时，“或”或“和/或”应解释为包括性的，即包括许多元件或元件列表中的至少一个，但也包括一个以上，以及可选地额外未列举的项。仅明确指示为相反情况的术语（例如，“……中的仅一个”或“……中的恰好一个”或当在权利要求书中使用时的“由……组成”）将指包括许多元件或元件列表中的恰好一个元件。通常，当前面有排它性术语（例如，“任一”、“……中的一个”、“中的仅一个”或“中的恰好一个”）时，如本文所使用的术语“或”应仅解释为指示排它性的可替代例（即，“一个或另一个但不是两者”）。当在权利要求书中使用时，“大致由……组成”应具有其在专利法领域中所使用的一般意义。
[0182] 如本文在说明书和权利要求书中所使用的，关于一个或更多个元件的列表，短语“至少一个”应理解为意味着选自元件列表中的任何一个或更多个元件的至少一个元件，但未必包括在元件列表内具体列举的各种以及每种元件中的至少一个，但不排除元件列表中
的元件的任何组合。此定义还允许可任选地存在除元件列表内明确指出的短语“至少一个”所指的元件以外的元件，而不管这些元件是与明确指出的那些元件相关还是无关。因此，以非限制性示例的方式，“A和B中的至少一个”（或等效地，“A或B中的至少一个”，或等效地“A和/或B中的至少一个”）在一个实施例中能够指至少一个（可选地包括一个以上的）A，且不存在B（及可选地包括除B以外的元件）；在另一实施例中指至少一个（可选地包括一个以上的）B，且不存在A（及可选地包括除A以外的元件）；在又另一实施例中指至少一个（可选地包括一个以上）A和至少一个（可选地包括一个以上的）B（及可选地包括其它元件）；等。
的元件的任何组合。此定义还允许可任选地存在除元件列表内明确指出的短语“至少一个”所指的元件以外的元件，而不管这些元件是与明确指出的那些元件相关还是无关。因此，以非限制性示例的方式，“A和B中的至少一个”（或等效地，“A或B中的至少一个”，或等效地“A和/或B中的至少一个”）在一个实施例中能够指至少一个（可选地包括一个以上的）A，且不存在B（及可选地包括除B以外的元件）；在另一实施例中指至少一个（可选地包括一个以上的）B，且不存在A（及可选地包括除A以外的元件）；在又另一实施例中指至少一个（可选地包括一个以上）A和至少一个（可选地包括一个以上的）B（及可选地包括其它元件）；等。
[0183] 在权利要求书以及以上说明书中，所有连接短语将理解为开放式的，即意指包括但不限于，例如，“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”、“构成”等等。仅连接短语“由……组成”和“基本由……组成”应分别是封闭式或半封闭式的连接短语，如在美国专利局专利审查程序手册（章节2111.03）中所阐述的。
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