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用于质谱仪的可调整多极组合件

阅读：306发布：2021-03-13

专利汇可以提供用于质谱仪的可调整多极组合件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种被配置成安置在质谱仪中的多极组合件包含：多个细长电极，所述细长电极绕沿所述多个细长电极的纵向轨迹延伸的轴线布置，并且被配置成绕所述轴线径向地限制离子；以及压电致动器，其被配置成调整包含在所述多个细长电极中的第一电极的位置。，下面是用于质谱仪的可调整多极组合件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多极组合件，其被配置成安置在质谱仪中，所述多级组合件包括：
多个细长电极，其绕沿所述多个细长电极的纵向轨迹延伸的轴线布置，并且被配置成绕所述轴线径向地限制离子，以及
压电致动器，其被配置成调整包含在所述多个细长电极中的第一电极的位置。
2.根据权利要求1所述的多极组合件，其中所述压电致动器被配置成调整所述第一电极相对于包含在所述多个细长电极中的第二电极的平行对准。
3.根据权利要求1所述的多极组合件，其中所述多极组合件形成离子导向器、质量过滤器、碰撞室或离子阱中的全部或一部分。
4.根据权利要求1所述的多极组合件，其中
包含在所述多个细长电极中的所述第一电极和第二电极沿第一方向跨所述轴线彼此分离，并且
所述压电致动器被配置成基本上沿所述第一方向调整所述第一电极的所述位置。
5.根据权利要求4所述的多极组合件，其中所述压电致动器包括剪切堆叠，并且进一步被配置成沿与所述第一方向基本正交的另一个方向调整所述第一电极的所述位置。
6.根据权利要求4所述的多级组合件，其进一步包括：
额外压电致动器，其被配置成调整包含在所述多个细长电极中的第三电极的位置。
7.根据权利要求6所述的多极组合件，其中
包含在所述多个细长电极中的所述第三电极和第四电极沿与所述第一方向基本正交的第二方向跨所述轴线彼此分离，并且
所述额外压电致动器被配置成基本上沿所述第二方向调整所述第三电极的所述位置。
8.根据权利要求1所述的多级组合件，其进一步包括：
绝缘体，其被配置成使所述压电致动器与所述多个细长电极电绝缘。
9.根据权利要求1所述的多极组合件，其中所述压电致动器被保护以免受由所述多个细长电极生成的电场的影响。
10.根据权利要求1所述的多极组合件，其中所述压电致动器处于轴向预载荷下。
11.根据权利要求1所述的多级组合件，其进一步包括支撑构件，所述支撑构件被配置成绕所述轴线保持所述多个细长电极，
其中所述压电致动器定位在所述支撑构件与所述第一电极之间。
12.根据权利要求1所述的多级组合件，其进一步包括支撑构件，所述支撑构件被配置成绕所述轴线保持所述多个细长电极，
其中
所述支撑构件定位在所述压电致动器与所述第一电极之间，并且
所述压电致动器被配置成通过以下中的至少一个来调整所述第一电极的所述位置：使所述支撑构件变形和调整所述支撑构件的位置。
13.根据权利要求1所述的多极组合件，其中
所述压电致动器被配置成调整所述第一电极的所述位置，以用入射离子束或离子检测器调整所述多极组合件的同心对准和角度对准中的至少一个。
14.根据权利要求1所述的多极组合件，其中所述压电致动器被配置成调整所述第一电极的所述位置，以调整所述第一电极相对于包含在所述多个细长电极中的第二电极的纵向对准。
15.根据权利要求1所述的多级组合件，其进一步包括：
第一印刷电路板和第二印刷电路板，其定位成彼此相对，其间具有间隙，其中
所述第一电极布置在所述第一印刷电路板上，并且
所述压电致动器被配置成通过调整所述第一印刷电路板的所述位置来调整所述第一电极的所述位置。
16.根据权利要求15所述的多极组合件，其中所述压电致动器被配置成通过调整所述第一印刷电路板的位置来调整所述第一印刷电路板相对于所述第二印刷电路板的平行对准。
17.一种质谱仪，其包括：
离子源，其被配置成从样品产生离子；
质量分析器，其被配置成过滤从所述样品产生的所述离子，所述质量分析器包括：
多级组合件，其具有绕沿所述多个细长电极的纵向轨迹延伸的轴线布置的多个电极，并且被配置成绕所述轴线径向地限制所述离子，以及
压电致动器，其被配置成调整包含在所述多个电极中的第一电极的位置；以及检测器，其被配置成检测从所述质量分析器递送的离子。
18.根据权利要求17所述的质谱仪，其进一步包括：
振荡电压电源，其耦合到所述多个电极并且被配置成向所述多个电极供应RF电压；
DC电源，其耦合到所述压电致动器并且被配置成向所述压电致动器供应DC控制电压；
以及
控制器，其耦合到所述振荡电压电源和所述DC电源，并且被配置成：
控制所述振荡电压电源以向所述多个电极供应所述RF电压，并且
控制所述DC电源以向所述压电致动器供应所述DC控制电压以调整所述第一电极的所述位置。
19.根据权利要求18所述的质谱仪，其中所述控制器被配置成控制所述DC电源，以通过以下方式向所述压电致动器供应所述DC控制电压：
从通信地耦合到所述控制器的存储装置访问指示DC电压电平的预定校准值，所述预定校准值被配置成使所述第一电极与包含在所述多个细长电极中的第二电极预设对准，并且将所述DC控制电压调整到所述预定校准值。
20.根据权利要求18所述的质谱仪，其中：
所述DC电源进一步耦合到所述多个电极并且被配置成向所述多个电极供应质量分辨DC电压，并且
所述控制器被进一步配置成
通过控制所述振荡电压电源和所述DC电源在一系列质荷比的扫描期间随时间向所述多个电极供应一系列RF电压和质量分辨DC电压，基于所述离子的质荷比来控制从所述样品产生的所述离子的过滤，并且
通过控制所述DC电源在所述一系列质荷比的所述扫描期间随时间改变向所述压电致动器供应的所述DC控制电压，动态地改变所述第一电极的所述位置。
21.根据权利要求17所述的质谱仪，其进一步包括：
传感器，其被配置成检测所述多极组合件的操作状态，
其中所述控制器被配置成：
检测所述多极组合件的所述操作状态中的变化，并且
响应于检测到所述多极组合件的所述操作状态中的所述变化，致动所述压电致动器以调整所述第一电极的所述位置。
22.根据权利要求21所述的质谱仪，其中所述传感器包括以下中的至少一个：温度传感器，其被配置成检测所述多极组合件的温度；应变仪，其被配置成检测所述第一电极的所述位置；以及压电换能器，其被配置成检测所述第一电极的所述位置。
23.一种操作具有多极组合件的质谱仪的方法，所述多极组合件包括多个细长电极，所述细长电极绕沿所述多个细长电极的纵向轨迹延伸的轴线布置，并且被配置成绕所述轴线径向地限制离子；以及压电致动器，其被配置成调整包含在所述多个细长电极中的第一电极的位置，所述方法包括：
致动所述压电致动器以调整所述第一电极的所述位置。
24.根据权利要求23所述的操作所述质谱仪的方法，其进一步包括：
通过在一系列质荷比的扫描期间随时间向所述多个细长电极施加一系列RF电压和质量分辨DC电压，基于所述离子的质荷比来过滤从样品产生的离子，
其中所述压电致动器的所述致动包括在所述一系列质荷比的所述扫描期间向所述压电致动器施加DC控制电压。
25.根据权利要求24所述的操作所述质谱仪的方法，其进一步包括：
检测所述多极组合件的温度变化，并且
响应于检测到所述多极组合件的所述温度变化，改变在所述一系列质荷比的所述扫描期间施加到所述压电致动器的所述DC控制电压。

说明书全文

用于质谱仪的可调整多极组合件

背景技术

[0001] 质谱仪是可以用于样品的定性和/或定量分析的分析工具。质谱仪通常包含用于从样品生成离子的离子源、用于基于其质荷比分离离子的质量分析器，以及用于检测分离的离子的离子检测器。质谱仪使用来自离子检测器的数据构建质谱，所述质谱示出检测到的离子中的每一个的相对丰度作为其质荷比的函数。通过分析由质谱仪生成的质谱，用户可能能够识别样品中的物质、测量样品中存在的已知组分的相对量或绝对量和/或对未知组分进行结构阐明。

[0002] 实际上，所有质谱仪都包含一个或多个多极组合件，所述多极组合件具有多个电极，用于引导、捕获和/或过滤离子。作为一个实例，多极组合件可以是具有四个杆电极的四极杆，布置为两个相对的对。射频(RF)电压的相对相位可以施加到杆电极对，从而生成在四极的中心区域内引导或捕获离子的四极电场。在四极质量过滤器中，质量分辨直流(DC)电压也施加到杆电极对，从而在四极电场上叠加DC电场并且导致一些离子的轨迹变得不稳定并且导致离子对杆电极之一放电。在这种质量过滤器中，只有具有一定质荷比的离子将维持稳定的轨迹并且穿过四极的长度，使其相继由离子检测器检测。

[0003] 在多极组合件中，电场的精度(即，场近似于期望的“纯”场的程度)取决于电极的形状、位置和排列。当多极组合件作为离子导向或离子阱施用时，或当多极组合件用于质量分析器中分辨率、灵敏度和/或质量准确度不良时，可能由电极不良排列或电极形状和/或尺寸偏离理想形式引起的电场缺陷可能导致离子过多损失。以生成高精度电场所需的小公差加工和对准多极组合件可能是困难且昂贵的，并且质谱仪内存在的条件可以导致电极的相对定位和对准随时间变化。发明内容

[0004] 在一些示例性实施例中，被配置成安置在质谱仪中的多极组合件包含多个细长电极，所述细长电极绕沿所述多个细长电极的纵向轨迹延伸的轴线布置，并且被配置成绕所述轴线径向地限制离子；以及压电致动器，其被配置成调整包含在所述多个细长电极中的第一电极的位置。

[0005] 在一些示例性实施例中，所述压电致动器被配置成调整所述第一电极相对于包含在所述多个细长电极中的第二电极的平行对准。

[0006] 在一些示例性实施例中，所述多极组合件形成离子导向器、质量过滤器、碰撞室或离子阱中的全部或一部分。

[0007] 在一些示例性实施例中，包含在所述多个细长电极中的所述第一电极和第二电极沿第一方向跨所述轴线彼此分离，并且所述压电致动器被配置成基本上沿所述第一方向调整所述第一电极的所述位置。

[0008] 在一些示例性实施例中，所述压电致动器包含剪切堆叠，并且进一步被配置成沿与所述第一方向基本正交的另一个方向调整所述第一电极的所述位置。

[0009] 在一些示例性实施例中，所述多极组合件进一步包含被配置成调整包含在所述多个细长电极中的第三电极的位置的额外压电致动器。

[0010] 在一些示例性实施例中，包含在所述多个细长电极中的所述第三电极和第四电极跨沿与所述第一方向基本上正交的第二方向的所述轴线彼此分离，并且所述额外压电致动器被配置成基本上沿所述第二方向调整所述第三电极的所述位置。

[0011] 在一些示例性实施例中，所述多极组合件进一步包含被配置成将所述压电致动器与所述多个细长电极电绝缘的绝缘体。

[0012] 在一些示例性实施例中，所述压电致动器被保护以免受由所述多个细长电极生成的电场的影响。

[0013] 在一些示例性实施例中，所述压电致动器处于轴向预载荷下。

[0014] 在一些示例性实施例中，所述多极组合件包含被配置成绕所述轴线保持所述多个细长电极的支撑构件，其中所述压电致动器定位在所述支撑构件与所述第一电极之间。

[0015] 在一些示例性实施例中，所述多极组合件包含被配置成绕所述轴线保持所述多个细长电极的支撑构件。所述支撑构件定位在所述压电致动器与所述第一电极之间，并且所述压电致动器被配置成通过以下中的至少一个来调整所述第一电极的所述位置：使所述支撑构件变形和调整所述支撑构件的位置。

[0016] 在一些示例性实施例中，所述压电致动器被配置成调整所述第一电极的所述位置，以用入射离子束或离子检测器调整所述多极组合件的同心对准和角度对准中的至少一个。

[0017] 在一些示例性实施例中，所述压电致动器被配置成调整所述第一电极的所述位置，以调整所述第一电极相对于包含在所述多个细长电极中的第二电极的纵向对准。

[0018] 在一些示例性实施例中，所述多极组合件包含定位成彼此相对，其间具有间隙的第一印刷电路板和第二印刷电路板，其中所述第一电极布置在所述第一印刷电路板上，并且所述压电致动器被配置成通过调整所述第一印刷电路板的所述位置来调整所述第一电极的所述位置。

[0019] 在一些示例性实施例中，所述压电致动器被配置成通过调整所述第一印刷电路板的位置来调整所述第一印刷电路板相对于所述第二印刷电路板的平行对准。

[0020] 在一些示例性实施例中，质谱仪包含离子源，其被配置成从样品产生离子、质量分析器，其被配置成过滤从所述样品产生的所述离子、以及检测器，其被配置成检测从所述质量分析器递送的离子。所述质量分析器包含多极组合件，其具有多个绕沿所述多个细长电极的纵向轨迹延伸的轴线布置的电极，并且被配置成绕所述轴线径向地限制所述离子；以及压电致动器，其被配置成调整包含在所述多个电极中的第一电极的位置。

[0021] 在一些示例性实施例中，所述质谱仪进一步包含振荡电压电源，其耦合到所述多个电极并且被配置成向所述多个电极供应RF电压；DC电源，其耦合到所述压电致动器并且被配置成向所述压电致动器供应DC控制电压；以及控制器，其耦合到所述振荡电压电源和所述DC电源。所述控制器被配置成控制所述振荡电压电源以向所述多个电极供应所述RF电压，并且控制所述DC电源以向所述压电致动器供应所述DC控制电压以调整所述第一电极的所述位置。

[0022] 在一些示例性实施例中，所述控制器被配置成通过从通信地耦合到所述控制器的存储装置访问指示DC电压电平的预定校准值，所述预定校准值被配置成使所述第一电极与包含在所述多个细长电极中的第二电极预设对准，并且将所述DC控制电压调整到所述预定校准值，控制所述DC电源以向所述压电致动器供应所述DC控制电压。

[0023] 在一些示例性实施例中，所述DC电源进一步耦合到所述多个电极并且被配置成向所述多个电极供应质量分辨DC电压。所述控制器被进一步配置成通过控制所述振荡电压电源和所述DC电源在一系列质荷比的扫描期间随时间向所述多个电极供应一系列RF电压和质量分辨DC电压，并且通过控制所述DC电源在所述一系列质荷比的所述扫描期间随时间改变向所述压电致动器供应的所述DC控制电压，动态地改变所述第一电极的所述位置，基于所述离子的质荷比来控制从所述样品产生的所述离子的过滤。

[0024] 在一些示例性实施例中，所述质谱仪进一步包含被配置成检测所述多极组合件的操作状态的传感器。所述控制器被配置成检测所述多极组合件的所述操作状态中的变化，并且响应于检测到所述多极组合件的所述操作状态中的所述变化，致动所述压电致动器以调整所述第一电极的所述位置。

[0025] 在一些示例性实施例中，所述传感器包括以下中的至少一个：温度传感器，其被配置成检测所述多极组合件的温度；应变仪，其被配置成检测所述第一电极的所述位置；以及压电换能器，其被配置成检测所述第一电极的所述位置。

[0026] 本文所述的一些示例性实施例公开了一种操作具有多极组合件的质谱仪的方法，所述多极组合件包括多个细长电极，所述细长电极绕沿所述多个细长电极的纵向轨迹延伸的轴线布置，并且被配置成绕所述轴线径向地限制离子；以及压电致动器，其被配置成调整包含在所述多个细长电极中的第一电极的位置。所述方法包含致动所述压电致动器以调整所述第一电极的所述位置。

[0027] 在一些示例性实施例中，操作所述质谱仪的所述方法进一步包含通过在一系列质荷比的扫描期间随时间向所述多个细长电极施加一系列RF电压和质量分辨DC电压，基于所述离子的质荷比来过滤从样品产生的离子。所述压电致动器的所述致动包含在所述一系列质荷比的所述扫描期间向所述压电致动器施加DC控制电压。

[0028] 在一些示例性实施例中，操作所述质谱仪的所述方法进一步包含检测所述多极组合件的温度变化，并且响应于检测到所述多极组合件的所述温度变化，改变在所述一系列质荷比的所述扫描期间施加到所述压电致动器的所述DC控制电压。附图说明

[0029] 附图示出了各种实施例，并且是说明书的一部分。所示实施例仅是实例，并且不限制本公开的范围。贯穿本附图，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件。

[0030] 图1示出了根据本文所述原理的示例性质谱法系统。

[0031] 图2-4示出了根据本文所述原理可以包含在图1的质谱法系统内的示例性多极组合件。

[0032] 图5示出了根据本文所述原理可以包含在图1的质谱法系统内的另一个示例性多极组合件。

[0033] 图6示出了根据本文所述原理可以包含在图1的质谱法系统内的另一个示例性多极组合件。

[0034] 图7-9示出了根据本文所述原理可以包含在图1的质谱法系统内的另一个示例性多极组合件。

[0035] 图10-11示出了根据本文所述原理可以包含在图1的质谱法系统内的另一个示例性多极组合件。

[0036] 图12示出了根据本文所述原理可以在图1的质谱法系统内实施的示例性反馈控制系统。

[0037] 图13-14示出了根据本文所述原理的操作质谱法系统的示例性方法。

[0038] 图15-16示出了根据本文所述原理制造多极组合件的示例性方法。

[0039] 图17示出了根据本文所述原理的示例性计算系统。

具体实施方式

[0040] 如本文将详细所述，用于质谱法系统中的多极组合件可以包含绕沿多个细长电极的纵向轨迹延伸的轴线布置的所述多个细长电极。所述多个细长电极可以被配置成绕轴线径向限制离子。多极组合件包含被配置成调整包含在所述多个细长电极中的电极的位置的压电致动器。

[0041] 压电致动器可以调整电极相对于包含在所述多个细长电极中的另一个电极的位置。例如，可以调整第一电极和第二电极的平行对准。这种对准可以改善沿电极的纵向轨迹生成的电场的均匀性。作为另一个实例，可以调整第一电极和第二电极的纵向对准。这种对准可以改善离子进入多极组合件所遇到的电场的均匀性。更进一步，压电致动器可以被配置成使多极组合件与从离子源发射的离子束成角度对准和/或同心对准，使得从离子源发射的离子束平行于电极的纵向轨迹和/或以多极组合件的轴线为中心。

[0042] 具有被配置成调整电极的位置的压电致动器的多极组合件允许制造具有比没有压电致动器的多极组合件更大公差的多极组合件，因为压电致动器可以用于进行精准(例如，小于约20μ)对准调整(例如，平行对准调整、纵向对准调整、同心对准调整和角度对准调整)。因此，在维持高分辨率的同时，可以降低制造多极组合件的成本。另外，在制造具有小公差(例如，在约5μ内)的高精度多极组合件中，被配置成调整电极位置的压电致动器可以改善具有更小公差的电极的对准并且产生比之前没有压电致动器的多极组合件可能更高的分辨率。更进一步，与传统的多极组合件相比，更多种材料可以用于多极组合件部件(例如，电极、支撑构件等)，因为压电致动器可以进行位置调整以响应各种部件的热膨胀。因此，可以使用更便宜的材料和/或更容易用于机械制造和加工的材料。

[0043] 现在将参考附图更详细地描述各个实施例。本文所述的示例性多极组合件可以提供上述益处中的一个或多个和/或本文将使各种额外的和/或替代性的益处显而易见。

[0044] 本文所述的多极组合件可以作为质谱法系统的一部分或与质谱法系统结合实施。图1示出了示例性质谱法系统100(“系统100”)的功能部件。示例性系统100是说明性的而非限制性的。如所示出的，系统100包含离子源102、质量分析器104、离子检测器106和控制器
108。

[0045] 离子源102被配置成从待分析的样品产生多个离子并且将离子递送到质量分析器104。离子源102可以使用任何合适的电离技术，包含电子电离(EI)、化学电离(CI)、基质辅助激光解吸/电离(MALDI)、电喷雾电离(ESI)、大气压化学电离(APCI)、大气压光电离(APPI)、电感耦合等离子体(ICP)等。离子源102可以聚焦和加速从离子源102产生的离子的离子束110到质量分析器104。

[0046] 质量分析器104被配置成根据离子中的每一个的质荷比来分离离子束110中的离子。为此，质量分析器104可以包含四极质量过滤器(图1中未示出)、离子阱(例如，三维(3D)四极离子阱、圆柱形离子阱、线性四极离子阱、环形离子阱等)、飞行时间(TOF)质量分析器、静电阱质量分析器、傅里叶变换离子回旋共振(FT-ICR)质量分析器、扇形质量分析器等。

[0047] 在实施串联质谱仪的一些实施例中，质量分析器104和/或离子源102还可以包含碰撞室(图1中未示出)。如本文所用，术语“碰撞室”旨在涵盖被布置成通过受控解离过程产生产物离子的任何结构，并且不限于用于碰撞活化解离的装置。例如，碰撞室可以被配置成使用碰撞诱导解离(CID)、电子转移解离(ETD)、电子捕获解离(ECD)、光诱导解离(PID)、表面诱导解离(SID)等来对离子进行碎片化。碰撞室可以定位在基于离子的质荷比分离碎片化的离子的质量过滤器的上游。在一些实施例中，质量分析器104可以包含多个质量过滤器和/或碰撞室的组合，如三重四极质量分析器，其中碰撞室插入可独立操作的质量过滤器之间的离子路径中。

[0048] 离子检测器106被配置成检测由质量分析器104分离的离子，并且响应地生成表示离子丰度的信号。在一个实例中，质量分析器104将分离的离子的发射束112发射到离子检测器106，其被配置成检测发射束112中的离子并且生成或提供可以用于构造样品的质谱的数据。离子检测器106可以包含但不限于电子倍增器、法拉第杯等。

[0049] 离子源102和/或质量分析器104可以包含用于通过系统100聚焦、加速和/或引导离子(例如，离子束110或发射束112)的离子光学器件(图1中未示出)。离子光学器件可以包含，例如离子导向器、聚焦透镜、偏转器等。例如，离子源102可以包含用于将产生的离子聚焦成离子束110，加速离子束110，并且朝质量分析器104引导离子束110的离子光学器件。

[0050] 如以下将更详细所述，离子源102、质量分析器104和离子检测器106中的任何一个或多个可以包含具有多个细长电极的多极组合件和被配置成调整包含在所述多个细长电极中的电极的位置的压电致动器。这种多极组合件可以，例如形成质量过滤器、离子阱、碰撞室和/或离子光学器件(例如，离子导向器)中的全部或一部分。多极组合件可以耦合到被配置成向所述多个细长电极供应RF电压的振荡电压电源(未示出)。多极组合件还可以耦合到被配置成例如向所述多个细长电极供应质量分辨DC电压和/或向压电致动器供应DC控制电压的DC电源(未示出)。

[0051] 控制器108可以与离子源102、质量分析器104和/或离子检测器106通信地耦合，并且被配置成控制所述离子源、所述质量分析器和/或所述离子检测器的操作。控制器108可以包含硬件(例如，处理器、电路系统等)和/或被配置成控制系统100的各个部件的操作的软件。例如，控制器108可以被配置成启用/禁用离子源102。控制器108还可以被配置成控制振荡电压电源以向多极组合件供应RF电压，并且控制DC电源以向多极组合件供应质量分辨DC电压。控制器108还可以被配置成通过选择待检测的离子的质荷比的有效范围来控制质量分析器104。控制器108可以进一步被配置成调整离子检测器106的灵敏度，如通过调整增益，或者基于被检测的离子的极性调整离子检测器106的极性。

[0052] 控制器108还可以被配置成控制包含在多极组合件中的压电致动器的操作。作为实例，控制器108可以被配置成控制DC电源以向压电致动器供应DC控制电压，以便调整多极组合件中的电极的位置和/或调整多极组合件自身的位置。下文将更详细地描述包含在多极组合件中的压电致动器的各个操作和控制方法。

[0053] 现在将描述可以在系统100中使用的多极组合件的各种实施例。应该认识到，下文的实施例仅是示例性的而非限制性的。

[0054] 图2示出了可以在系统100中使用的示例性多极组合件的透视图。如图2所示，多极组合件可以是具有绕沿电极204的纵向轨迹延伸的轴线206布置的四个圆形细长杆电极204(例如，第一电极204-1、第二电极204-2、第三电极204-3和第四电极204-4)的四极202。电极204被布置成跨轴线206的相对电极对208(例如，第一电极对208-1和第二电极对208-2)。例如，第一电极对208-1包含定位成与第三电极204-3相对的第一电极204-1，并且第二电极对
208-2包含定位成与第四电极204-4相对的第二电极204-2。电极204可以由任何导电材料形成，如金属(例如，钼、镍、钛)、金属合金(例如，殷钢、钢)等。

[0055] 图2示出了相对于四极202的三维(3D)坐标系210。在3D坐标系210中，z轴对应于轴线206，第一电极204-1和第三电极204-3定位在y轴上并且第二电极204-2和第四电极204-4定位在x轴上。

[0056] 四极202包含用于保持电极204的刚性支撑构件212(例如，第一支撑构件212-1和第二支撑构件212-2)。第一支撑构件212-1可以定位在四极202的近端部分处(例如，在离子束接收侧处)，并且第二支撑构件212-2可以定位在四极202的远端部分处(例如，在离子束发射侧处)。图2中示出的支撑构件212是示例性的。在其它实例中可以使用另外的或替代性的刚性支撑构件212来保持电极204。

[0057] 电极204可以通过紧固件和/或粘合剂固定到支撑构件212。例如，电极204可以通过穿过支撑构件212中的螺孔(未示出)并且附接到电极204的固定螺钉214固定到支撑构件212。垫圈216可以设置在支撑构件212与固定螺钉214之间。垫圈216可以是允许固定螺钉
214移动的任何类型的垫圈或机构，如将在下文解释。例如，垫圈216可以包含但不限于弹簧、弹簧垫圈、波形垫圈、三波形垫圈、贝氏垫圈、锥形弹簧等。

[0058] 如图2所示，电极204的面对表面218(即，电极204的面向跨轴线206的相对电极204的表面)和背对表面220(即，电极204的面向支撑构件212的表面)都是圆形的，尽管在其它实施例中，它们可以是扁平的或任何其它合适的形状。

[0059] 图3示出了图2中所示四极202的侧视图。在图3中，相对于四极202示出了3D坐标系210。针对本说明书的目的，3D坐标系210的原点是四极202的中心点302，即，在x方向和y方向上与第一电极204-1、第二电极204-2、第三电极204-3以及第四电极204-4径向等距，并且与电极204的端面304纵向等距的点。第一电极204-1在+y方向上远离中心点302定位，第二电极204-2在+x方向上远离中心点302定位，第三电极204-3在-y方向上远离中心点302定位，并且第四电极204-4在-x方向上远离中心点302定位。四极202的近端部分在-z方向上远离中心点302定位，并且四极202的远端部分在+z方向上远离中心点302定位。如本文所用，“x方向”是指+x方向和/或-x方向，“y方向”是指+y方向和/或-y方向，并且“z-方向”是指+z方向和/或-z方向。

[0060] 在四极202的操作期间，射频(RF)电压的相反相位可以被施加到电极对208以生成在四极202的稳定区域306内引导或诱捕离子的RF四极电场。稳定区域306是电极对208之间的区域，其中离子可以被绕轴线206径向限制，使得受限离子不与任何电极204接触或放电。随着RF电压振荡，离子交替地被吸引到第一电极对208-1和第二电极对208-2，从而将离子限制在稳定区域306内。

[0061] 在一些实施例中，四极202可以用作质量分辨四极，即，被配置成基于其质荷比分离离子的四极。因此，质量分辨DC电压也可以施加到电极对208，从而在RF四极电场上叠加恒定电场。由质量分辨DC电压生成的恒定电场导致质荷比在有效范围之外的离子轨迹变得不稳定，使得不稳定离子最终对电极204中的一个放电并且不被离子检测器(例如，离子检测器106)检测到。只有质荷比处于有效范围内的离子在存在质量分辨DC电压的情况下维持稳定的轨迹并且绕轴线206径向限制在稳定区域306内，从而将这种将被离子检测器检测的离子分离。

[0062] 由电极204生成的RF和DC电场的对称性和均匀性取决于电极204的对准。如本文所用，彼此“平行对准”的杆电极在共同平面中平行并且彼此不歪斜。例如，第一电极对208-1的第一电极204-1和第三电极204-3可以在yz平面中彼此平行对准。类似地，第二电极对208-2的第二电极204-2和第四电极204-4可以在xz平面中彼此平行对准。平行对准的电极
204也可以位于不同的电极对208中。例如，第一电极204-1和第二电极204-2可以在与+xz平面和+yz平面相交的平面中彼此平行对准，并且第三电极204-3和第四电极204-4可以在与-xz平面和-yz平面相交的平面中彼此平行对准。类似地，第一电极204-1和第四电极204-4可以在与-xz平面和+yz平面相交的平面中彼此平行对准，并且第二电极204-2和第三电极
204-3可以在与+xz平面和-yz平面相交的平面中彼此平行对准。以这种方式，所有电极204可以彼此平行对准。

[0063] 应当注意的是，除非上下文另有说明，否则如本文所用，如“平行”、“对准”和“正交”等术语不旨在要求绝对精度。相反，这种术语允许小的变化。例如，被描述为处于“平行对准”的电极可能不是精确平行的，但是可能在可接受的公差范围内(例如，在约5μ内或约20μ内)平行。同样地，与另一个方向“正交”的方向可以在可接受的公差范围内正交。

[0064] 图4示出了沿图3中所示的IV-IV线截取的四极202的横截面视图。在图4中相对于四极202示出了3D坐标系210。如图所示，支撑构件212通常可以具有环形结构(例如，圆形、矩形、正方形、八边形或任何其它形状)。支撑构件212可以由刚性介电材料，如玻璃、陶瓷、氧化铝、二氧化硅(例如，石英、熔融石英等)等形成。支撑构件212的内表面402可以包含多个被配置成维持电极204的位置的凹槽404(例如，第一凹槽404-1、第二凹槽404-2、第三凹槽404-3和第四凹槽404-4)。凹槽404的形状可以实质上匹配电极204的背对表面220的形状，以进一步维持电极204的位置。固定螺钉214穿过支撑构件212中的螺孔408并且附接到电极204(例如电极204-1)，以使电极204由支撑构件212牢固地保持。垫圈216定位在固定螺钉214与支撑构件212之间。

[0065] 以精确操作四极202所需的小公差和所产生的质谱的高分辨率加工、组装和对准电极204和支撑构件212可能是困难且昂贵的。另外，当电极204固定到支撑构件212时，支撑构件212中的轻微缺陷可以导致支撑构件212褶驱(flex)或弯曲(bend)。可以调整固定螺钉214上的张力以补偿电极204的这种移动，但是调整固定螺钉214的张力可以调整四极202中的其它电极204的定位，从而改变电极204的对准，并且，因此，改变产生的质谱的分辨率。更进一步，电极204和支撑构件212可以在操作期间随着温度的变化而经历热膨胀，从而进一步改变电极204的对准。

[0066] 为了解决这些问题，四极202包含一个或多个被配置成调整一个或多个电极204的位置的压电致动器430。如图4所示，第一压电致动器430-1可以定位在第一电极204-1与支撑构件212的内表面402之间。例如，具有平坦表面的凹口(notch)或凹部(recess)410可以形成于支撑构件212的内表面402中，并且具有平坦表面的凹口或凹部412可以形成于第一电极204-2中。第一压电致动器430-1可以定位在凹部410和凹部412内部。绝缘体414可以定位在第一压电致动器430-1与第一电极204-1之间，以将第一压电致动器430-1与施加到第一电极204-1的高RF和/或DC电压电隔离。绝缘体414可以包含但不限于玻璃、陶瓷、氧化铝、二氧化硅(例如，石英、熔融石英等)等。

[0067] 第一压电致动器430-1可以是任何类型或形式的压电换能器，包含但不限于板、盘、环、块、堆叠、堆叠环、剪切堆叠、单压电晶片、双压电晶片等。在图4所示的实施例中，第一压电致动器430-1是在中心部分具有孔432的环致动器。孔432可以与支撑构件212中的螺孔408对准，使得固定螺钉214也穿过孔432。以这种方式，第一压电致动器430-1可以牢固地保持在支撑构件212与第一电极204-1之间。肩部垫圈416可以定位在第一压电致动器430-1与固定螺钉214之间的孔432中，以将第一压电致动器430-1与固定螺钉214(其电连接到电极204)电隔离。

[0068] 在另外的或替代性实施例中，可以通过如环氧树脂或树脂等粘合剂，将第一压电致动器430-1粘结到第一电极204-1、支撑构件212和/或绝缘体414。在一些实施例中，粘合剂可以是形成绝缘体414的介电材料。

[0069] 第一压电致动器430-1可以包含电连接到DC电源的(未示出)，所述电引线被配置成向第一压电致动器430-1供应DC控制电压。第一压电致动器430-1可以被配置成，当将DC控制电压施加到第一压电致动器430-1时，在任何方向或方向的组合上相对于其它电极204中的任何一个的位置调整第一电极204-1的位置。在一些实施例中，第一压电致动器430-1可以被配置成在与第一压电第一致动器430-1的接触表面434正交的方向上(即，与第一电极204或绝缘体414接触的表面)施加力。例如，第一压电致动器430-1可以被配置成调整第一电极204-1在y方向上的位置，如通过将第一电极推向第三电极204-3。

[0070] 在另外的或替代性实施例中，第一压电致动器430-1可以被配置成在平行于接触表面的方向上施加剪力。例如，第一压电致动器430-1可以是被配置成调整第一电极204-1在x方向或z方向上的位置的剪切元件。在一些实施例中，第一压电致动器可430-1可以是剪切堆叠，并且被配置成调整第一电极204-1在x方向、y方向或z方向中的两个或更多个的组合上的位置。因此，通过调整第一电极204-1的位置，可以调整和改善第一电极204-1相对于第二电极204-2、第三电极204-3和/或第四电极204-4的平行对准。

[0071] 另外，通过使用被配置成调整第一电极204-1在z方向上的位置的剪切堆叠，可以调整和改善第一电极204-1的纵向对准(即，第一电极204-1在z方向上的对准)。换句话说，电极204的端面304(参见图3)在相同的纵向位置处对准(例如，处于与z轴相交并且正交的同一平面中)，使得入射离子束(例如，离子束110)所遇到的四极电场是均匀且对称的。

[0072] 以与第一压电致动器430-1相似的方式，第二压电致动器430-2可以定位在第四电极204-4与支撑构件212的内表面402之间，以能够调整第四电极204-4的位置。例如，第二压电致动器430-2可以被配置成调整第四电极204-4在x方向上的位置，以调整第四电极204-4相对于第二电极204-2的平行对准。另外或替代性地，第二压电致动器430-2可以被配置成调整第四电极204-4在y方向上的位置以使其进入与第二电极204-2相同的平面中，并且可以被配置成调整第四电极204-4在z方向上的位置，以进一步调整第四电极204-4相对于其它电极204的纵向对准。

[0073] 在某些示例性实施方案中，通常压电致动器430在位移方向上的最大位移约为其厚度的0.1％。例如，1cm厚的压电堆叠将提供约10μ的最大位移，而3mm厚的压电致动器将提供约3μ的最大位移。位移的量还取决于施加于压电致动器的DC控制电压的量。通过改变DC控制电压的量，压电致动器430可以被配置成对电极204的位置进行小到几纳米多达约2μ，优选地多达约5μ，以及更优选地多达约10μ的精调。

[0074] 在刚才描述的实施例中，第一压电致动器430-1和第二压电致动器430-2使得能够分别调整第一电极204-1和第四电极204-4在x方向和y方向上的位置。因此，可以调整和改善两个电极对(例如，第一电极对208-1和第二电极对208-2)的平行对准。

[0075] 在前述实施例中，示出了具有定位在一个支撑构件212上的不同电极对208上的两个压电致动器430的四极202(参见图4)。然而，四极202不限于这种配置，并且可以以适合于特定实施方案的方式进行修改。

[0076] 例如，四极202不限于两个压电致动器430，但是可以具有定位在适合于特定实施方案的任何位置处的任何数量的压电致动器430。例如，四极202可以另外包含用于第三电极204-3和/或第四电极204-4的压电致动器430，或者可以仅包含一个压电致动器(例如，仅第一压电致动器430-1)。另外，四极202可以包含定位在四极202的每个端部处的压电致动器430。例如，压电致动器430可以定位在四极202的近端部分处的第一电极204-1上(例如，定位在第一支撑构件212-1上)，并且另一个压电致动器430可以定位在四极202的远端部分处的第一电极204-1上(例如，定位在第二支撑构件212-2上)(参见图3)。在另一个实例中，图4中所示的支撑构件212(具有四个电极204)可以定位在四极202的两个端部处，例如，第一支撑构件212-1和第二支撑构件212-2可以具有图4中所示的配置。在额外的实施例中，压电致动器430可以沿电极204的z方向安置在中间区域处，例如，在第一支撑构件212-1与第二支撑构件212-2之间。例如，一个或多个压电致动器430可以定位在中间区域处或其附近的电极204上(例如，与中心点302相对应的位置)。这种压电致动器430的致动可以使电极204在支撑构件212之间的中间区域处褶曲或弯曲。

[0077] 如图2-4所示，电极204基本上是圆形的，使得面对表面218的形状和背对表面220的形状各自形成一段圆形物。然而，面对表面218和/或背对表面220可以是任何其它合适的形状，包含但不限于双曲线形(参见例如图5和6)、椭圆形和扁平形(例如，“扁平极杆”)(参见例如图5和6)。

[0078] 鞍形垫圈(未明确示出)也可以用于将电极204固定到支撑构件212和/或压电致动器430。在这种实施例中，电极204可以固定到鞍形垫圈的凹面侧，并且压电致动器430可以安置在鞍形垫圈的相对平面侧与支撑构件212之间。鞍形垫圈可以由介电材料形成，和/或介电材料可以安置在鞍形垫圈与压电致动器430之间，以将压电致动器430与电极204电隔离。通过这种布置，不需要在电极204和/或支撑构件212中形成凹口或凹部(例如，凹部410和凹部412)。

[0079] 图5示出了可以在系统100中使用的另一个示例性多极组合件。如图5所示，多极组合件是包含绕沿电极204的纵向轨迹延伸的轴线506布置的四个电极504(例如，第一电极504-1、第二电极504-2、第三电极504-3和第四电极504-4)的四极502。相对于四极502示出了3D坐标系510。四极502包含用于保持电极504的位置的支撑构件512。电极504的面对表面
518基本上具有双曲线形状，而电极504的背对表面520是扁平的。

[0080] 四极502还包含定位在电极504与支撑构件512之间的多个压电致动器530(例如，第一压电致动器530-1、第二压电致动器530-2、第三压电致动器530-3和第四压电致动器530-4)。绝缘体514可以定位在压电致动器530与电极504之间。可以通过如环氧树脂或树脂等粘合剂，将压电致动器530粘结到电极504、支撑构件512和/或绝缘体514。在一些实施例中，粘合剂可以是介电材料并且形成绝缘体514。压电致动器530可以被配置成调整电极504中的一个或多个在x方向、y方向和/或z方向上的位置，并且从而调整电极504和/或四极502的平行对准、纵向对准、同心对准和/或角度对准。

[0081] 图6示出了可以在系统100中使用的另一个示例性多极组合件。如所示，多极组合件是包含绕沿电极604的纵向轨迹延伸的轴线606布置的四个电极604(例如，第一电极604-1、第二电极604-2、第三电极604-3和第四电极604-4)的四极602。相对于四极杆602示出了
3D坐标系610。四极602包含用于保持电极604的位置的支撑构件612。

[0082] 四极602还包含定位在支撑构件612外部上的多个压电致动器630(例如，第一压电致动器630-1、第二压电致动器630-2、第三压电致动器630-3和第四压电致动器630-4)，使得支撑构件612定位在每个电极604与压电致动器630之间。压电致动器630和电极604可以由支撑构件612以本文所述的任何方式保持(例如，由紧固件和/或粘合剂)。

[0083] 例如，固定螺钉622可以将第一压电致动器630-1固定到支撑构件612的外部。固定螺钉622可以插入支撑构件612中的螺孔624中并且附接到第一电极604-1。绝缘体614和/或弹簧垫圈(未明确示出)可以定位在第一电极604-1与支撑构件612之间。弹簧垫圈626可以定位在固定螺钉622的头部与第一压电致动器630-1之间。可以通过将第一压电致动器630-1与固定螺钉622电隔离的绝缘体，如肩部垫圈(未示出)，保护第一压电致动器630-1免受施加到电极604的RF电压和/或质量分辨DC电压的影响的。当第一压电致动器630-1用DC控制电压致动时，则它在支撑构件612的外部上施加抵靠固定螺钉622的力，这反过来又调整支撑构件612内部上的第一电极604-1的位置。

[0084] 另外或替代性地，可以用如环氧树脂或树脂粘合剂(未示出)等粘合剂将电极604和第一压电致动器630-1固定到支撑构件612。第一压电致动器630-1的致动可以使支撑构件612的邻接部分变形和/或相对于离子束或离子检测器调整支撑构件612(并且因此所有电极604)的位置。利用这种配置，第一压电致动器630-1可以用于调整四极602与入射离子束或与离子检测器的同心对准和/或角度对准。

[0085] 第二压电致动器630-2、第三压电致动器630-3和/或第四压电致动器630-4也可以以与第一压电致动器630-1相同的方式定位在支撑构件612的外部上并且固定到所述支撑构件的所述外部。因此，压电致动器630可以被配置成调整一个或多个电极604在x方向、y方向和/或z方向上的位置，并且从而调整四极602和/或电极604的平行对准、纵向对准、同心对准和/或角度对准。

[0086] 在一些实施例中，支撑构件612可以由如金属或金属合金等导电材料形成，以保护压电装置630免受由电极604生成的RF四极场和/或DC电场的影响。在图6的实施例中，支撑构件612可以电连接到如接地等恒定电压源，以保护压电致动器630免受由电极604生成的电场的影响。压电致动器630还可以通过一个或多个绝缘体(未明确示出)与支撑构件612电隔离。通过这种布置，可以防止施加到电极604的电压和所得电场影响(affecting/influencing)压电致动器630。

[0087] 图7-9示出了可以在系统100中使用的另一个示例性多极组合件。如图7所示，多极组合件是具有四个相同形成的电极体703的四极702(例如，第一电极体703-1、第二电极体703-2、第三电极体703-3和第四电极体703-4)，所述电极体中的每一个包含形成于电极体
703的中心部分处的细长电极704(例如，第一电极704-1、第二电极704-2、第三电极704-3和第四电极704-4)。当电极704绕沿电极704的纵向轨迹延伸的轴线706布置时，电极体703的侧部彼此依靠。图7示出了相对于四极702的3D坐标系710。

[0088] 电极体703包含沿电极体703的第一侧从与电极体703的纵向方向正交的方向上的电极体703突出的邻接构件714(例如，第一邻接构件714-1、第二邻接构件714-2、第三邻接构件714-3和第四邻接构件714-4)。电极体703还包含沿电极体703的第二侧从与电极体703的纵向方向正交并且与邻接构件714的突出方向正交的方向上的电极体703突出的轴承构件716(例如，第一轴承构件716-1、第二轴承构件716-2、第三轴承构件716-3和第四轴承构件716-4)。轴承构件716通过轴承体718(例如，第一轴承体718-1、第二轴承体718-2、第三轴承体718-3和第四轴承体718-4)支撑在电极体703上。轴承体718可以包含由介电材料形成的一个或多个层，如玻璃、陶瓷、氧化铝、二氧化硅(例如，石英、熔融石英等)等，以使当RF电压和/或质量分辨DC电压施加到电极704时，轴承构件716与电极704电绝缘。

[0089] 图8示出了单独电极体703的横截面视图。如图8所示，电极703的面对表面802具有基本上双曲线的横截面。邻接构件714具有邻接表面814，并且轴承构件716具有轴承表面816。当全部四个电极体703绕轴线706布置时(如图7所示)，邻接表面814被配置成抵靠相邻电极体703的轴承表面816。邻接表面814的形状可以与轴承表面816的形状相匹配，以有助于电极体703的定位，并且因此有助于电极704的定位。例如，邻接表面814可以是凹面的，而轴承表面816可以是凸面的，或反之亦然。邻接构件714包含用于固定螺钉(未示出)的螺孔
804，以将电极体703固定到电极体703的第一侧上的相邻电极体。轴承构件716包含用于另一个固定螺钉(未示出)的螺孔806，以将电极体703固定到电极体703的第二侧上的另一个相邻电极体。

[0090] 电极704和包含邻接表面814的邻接构件714可以彼此整体地形成。然而，当电极体703用于四极702中时，以产生均匀电场以获得高分辨率质谱所需的小公差加工电极704和包含邻接表面814的邻接构件714，以及轴承构件716和轴承体718可能是困难且昂贵的。因此，四极702包含一个或多个压电致动器，其被配置成调整电极704的位置，并且从而调整电极704和/或四极702的平行对准、纵向对准、同心对准和/或角度对准。

[0091] 例如，如图8所示，轴承体718包含定位在第一绝缘层808与第二绝缘层810之间的压电致动器830。可以通过如环氧树脂或树脂等粘合剂，将压电致动器830固定到第一绝缘层808和第二绝缘层810。压电致动器830可以是如本文所述的任何类型或形式的压电致动器，并且可以被配置成调整电极704在任何方向(例如，在x方向、y方向和/或z方向上)上的位置。

[0092] 图9示出了图7的四极702的侧视图。图9示出了相对于四极702的3D坐标系710。如图9所示，第二电极体703-2和第三电极体703-3彼此依靠。第二电极体703-2包含第二电极704-2和沿第二电极体703-2的纵向长度定位的多个轴承体718(例如，轴承体718-1到718-
5)上的多个轴承构件716(例如，轴承构件716-1到716-5)。第三电极体703-3包含第三电极
704-3和沿第三电极体703-3的纵向长度定位的多个邻接构件714(例如，邻接构件714-1到
714-5)。第二电极体703-2的轴承构件716抵靠第三电极体703-3的邻接构件714。第二电极体703-2和第三电极体703-3通过邻接构件714中的固定螺钉724和轴承构件718保持在一起。尽管图9中未示出，第一电极体703-1和第四电极体703-4也以类似的方式保持在一起并且保持到第二电极体703-2和第三电极体703-3，从而形成四极702。

[0093] 如图9所示，第二电极体703-2包含轴承体718-1上的第一压电致动器830-1以及轴承体718-5上的第二压电致动器830-2。压电致动器830被配置成调整第二电极体703-2在x方向、y方向和/或z方向上的位置。以这种方式，可以调整第二电极704-2的平行对准和/或纵向对准。另外，可以调整四极702的同心对准和/或角度对准。在另外的或替代性实施方案中，任何一个或多个其它轴承体718还可以包含压电致动器。另外，第二电极体703-2、第三电极体703-3和第四电极体703-4中的任何一个或多个可以包含一个或多个适合于特定实施方案的压电致动器。

[0094] 上文参考图2-9所述的示例性多极组合件在布置上是四极的。然而，系统100中使用的多极组合件不限于这种配置。在另外的或替代性实施例中，系统100中使用的多极组合件可以具有任何数量的电极，并且可以包含但不限于六极杆、八极杆、十极杆、十二极杆等。

[0095] 图10示出了可以在系统100中使用的另一个示例性多极组合件1000的分解透视图，并且图11示出了沿XI-XI线截取的多极组合件1000的横截面视图。在此实施例中，多极组合件1000可以是平面多极组合件，如形成于一对印刷电路板(PCB)上的离子导向器，其印刷表面彼此平行且相对。

[0096] 多极组合件1000包含彼此相对定位的第一PCB 1002-1和第二PCB 1002-2，其间具有间隙1008。PCB 1002可以由PCB材料、陶瓷、玻璃等形成。多个电极1004(例如，第一电极1004-1和第二电极1004-2)可以形成(例如，沉积、拧紧、印刷等)于第一PCB 1002-1上，并且另一个多个电极1004(例如，第三电极1004-3和第四电极1004-4)可以形成于第二PCB
1002-2上。电极1004可以是分段的或连续的，并且可以呈任何形状，包含直线、弧形、曲线、S形曲线或其任何组合或其它合适的配置。

[0097] 电极1004绕沿电极1004的纵向轨迹延伸的轴线1006(参见图11)布置。在图10所示的实施例中，电极1004的纵向轨迹是90°曲线。电极1004沿电极1004的纵向轨迹彼此平行延伸。电极1004的面对表面1005(即，面对相对的PCB 1002上的相对电极1004的电极1004的表面)可以是平坦的。电极1004被布置为跨轴线1006的相对电极对。例如，第一电极对可以包含定位成与第三电极1004-3相对的第一电极1004-1，并且第二电极对可以包含定位成与第四电极1004-4相对的第二电极1004-2。RF电压以及任选地质量分辨DC电压可以施加到每个电极对，其中施加到电极对的电压具有相反的相位或极性，从而生成被配置成绕沿电极1004的纵向轨迹的轴线1006径向限制离子的电场。

[0098] PCB 1002可以彼此对准并且保持在适当位置以维持电极1004的对准。例如，可以通过装配螺栓1012(通过安装孔1014插入)和螺母1016对准并且保持PCB 1002的位置。替代性地，可以通过金属板、间隔物、粘合剂或任何其它合适的装置对准并且保持PCB 1002的位置。使用上述配置，多极组合件1000可以用作离子导向器、四极质量过滤器、碰撞室或离子阱。

[0099] 然而，PCB 1002有时弓曲(bow)、褶曲(flex)或翘曲(warp)，从而导致由电极1004生成的电场不对称，所述不对称可以阻碍所需离子传输通过多极组合件1000。因此，多极组合件1000可以包含一个或多个被配置成调整电极1004相对于另一个电极1004的位置的压电致动器1030。例如，这可以通过调整PCB 1002中靠近弓曲或其它形变的位置处的PCB 1002的位置来实现。

[0100] 例如，多极组合件1000可以包含定位在间隙1008中的第一压电致动器1030-1，使得其被配置成将PCB 1002(例如，第一PCB 1002-1)推离另一个PCB 1002(例如，第二PCB 1002-2)。压电致动器1030-1可以定位在电极1004附近的位置处，以对准在电极1004附近发生的任何弓曲。

[0101] 多极组合件1000可以另外或替代性地包含定位在多极组合件1000的外部上的压电致动器(例如，在与面对间隙1008的一侧相对的PCB 1002的一侧上)。例如，第二压电致动器1030-2可以安装在第一PCB 1002-1的外表面上并且与调整杆1022的近端(例如，装配螺栓1012)接合。调整杆1022可以插入第一PCB 1002-1中的通孔1024中，使得调整杆1022可以在第二压电致动器1030-2致动时独立于第一PCB 1002-1移动。

[0102] 通过致动第二压电致动器1030-2，调整杆1022可以向上或向下移动。调整杆1022的远端可以与第二PCB 1002-2接合以推动和/或拉动第二PCB 1002-2。例如，调整杆1022的远端可以被配置成通过如用凸缘、调整杆1022的端面、或固定到间隙1008内的调整杆1022的螺母和垫圈按压第一PCB 1002-1的内表面将第二PCB 1002-2推离第一PCB 1002-1。另外或替代性地，调整杆1022的远端可以被配置成通过如用固定到第二PCB 1002-2的外表面上的调整杆1022的螺母1016和垫圈拉动第二PCB 1002-2的外表面，将第二PCB 1002-2拉向第一PCB 1002-1。因此，通过致动第二压电致动器1030-2，可以根据需要推动或拉动第二PCB 1002-2中的弓曲，以调整第二PCB 1002-2与第一PCB 1002-1的平行对准。以这种方式，第二压电致动器1030-2可以调整第二PCB 1002-2上的第三电极1004-3和第四电极1004-4的位置。以相似的方式，压电致动器也可以定位在第二PCB 1002-2的外部上，以便调整第一PCB
1002-1的位置，并且因此调整第一电极1004-1和第二电极1004-2的位置。

[0103] 在一些实施例中，压电致动器可以是被配置成调整第一PCB 1002-1和/或第二PCB 1002-2的位置的压电双晶致动器。例如，图11的压电致动器1030-2可以是安装在靠近间隔物或装配螺栓(例如，装配螺栓1012)的第一PCB 1002-1的外表面上的压电双晶致动器，以提供压电致动器1030-2可以直接提起或推动PCB 1002安装的固定位置(例如，第一PCB
1002-1)，和/或如通过调整杆1022间接提起或推动相对的PCB 1002(例如，第二PCB 1002-
2)。

[0104] 多极组合件1000可以包含定位在适合于特定实施方案的PCB 1002中的任一个或两个上的任何数量和类型的压电致动器。此外，在一些实例中，为了补偿由电极1004生成的电场中的大的不对称性和缺陷，压电致动器1030可以被配置成将PCB 1002的位置调整多达约5μ，优选地多达约10μ，并且更优选地多达约20μ。

[0105] 如以上示例性实施例中所述的多极组合件使得能够在系统100的操作之前和/或期间校准和调整多极组合件和/或多极组合件的各个电极的对准。

[0106] 例如，为了校准多极组合件，可以在制造之后测量多极组合件以确定包含在多极组合件中的电极的对准。可以使用任何合适的测量电极的装置。在一个实例中，可以通过使用气压计来执行测量，所述气压计使用漂浮在电极之间的圆盘并且测量跨圆盘泄漏的空气的回压。基于测量结果，可以向一个或多个压电致动器供应DC控制电压，以调整一个或多个电极的位置，直到获得多极组合件的所需预定对准。然后可以记录和存储向压电致动器供应的使电极进入预设对准的DC控制电压的值(称为“校准值”)，如在控制器108的存储装置或存储器中。当操作系统100执行质量分析时，控制器108可以访问DC控制电压的所记录的校准值，以控制DC电源向电极供应DC控制电压，以使多极组合件进入到预设对准中。通过这种校准，即使在其中使用多极组合件的质谱系统的制造和组装之后，也可以获得多极组合件的预设对准。

[0107] 然而，在一些情况下，校准的多极组合件在质量分析期间可能无法以最佳方式运行。这可能是由于例如环境变化(例如，引起电极热膨胀的温度变化)或机械变化(例如，在传输期间电极移位，或用离子束110对同心对准或角度对准的调整等)。例如，尽管多极组合件中的电极可以由具有低热膨胀系数的材料形成，但是电极附近的环境温度的增加仍然可以导致电极的热膨胀并且因此影响其对准。为了解决这种问题，系统100(例如，控制器108)可以包含反馈控制系统，所述反馈控制系统被配置成响应于检测到质谱系统100的操作状态中的变化，控制多极组合件以调整一个或多个电极或整个多极组合件的位置。

[0108] 图12示出了可以包含被配置成检测系统100的操作状态的一个或多个传感器1210的反馈控制系统1200。传感器1210可以是被配置成检测系统100的操作状态(例如，温度、压力、水分含量、电阻、电流、电压、位置等)的任何类型的传感器。传感器1210可以定位在系统100中的任何合适的位置处(例如，定位在离子源102、质量分析器104和/或离子检测器106中)并且与控制器108通信地耦合。作为实例，质量分析器104可以包含被配置成检测由质量分析器104实施的多极组合件1202附近的环境温度的温度传感器1210。控制器108可以从温度传感器1210接收和收集表示检测到的温度的温度数据。控制器108可以使用温度数据来检测温度何时发生变化。当检测到温度变化时，或者当温度变化超过预定阈值量时，控制器
108可以控制DC电源1220以向包含在多极组合件1202中的一个或多个压电致动器供应补偿DC控制电压1222，以调整包含在多极组合件1202中的一个或多个电极的位置。

[0109] 在一些实施例中，可以从查找表(LUT)获得施加到压电致动器的补偿DC控制电压1222的量，所述查找表使给定的温度变化与施加到每个压电致动器的适当的补偿DC控制电压相关。LUT可以通过实验生成，如通过使系统100处于受控条件下对已知样品进行质量分析。可以基于质量位置的分析和所得质谱上的峰宽来确定补偿DC控制电压。例如，在质量分析期间，如由温度传感器1210检测的系统100的环境温度可以由已知量改变，并且可以迭代地调整施加到一个或多个压电致动器的DC控制电压1222，直到质谱上的质量位置和峰宽显示最佳分辨率和/或与温度变化之前的质谱上的质量位置和峰宽相匹配。此分析可以由用户手动和/或由系统100自动完成。然后可以用表示检测到的温度变化的特定值的补偿DC控制电压的数据来更新LUT。LUT可以基于并且特定于特定的多极组合件和/或系统100，或者LUT可以是通用的并且适用于包含在不同质谱系统中的特定类型的多极组合件。

[0110] 在其它实施例中，响应于检测到温度变化，补偿DC控制电压1222可以在系统100的操作期间实时迭代地确定，无论是通过手动还是自动。

[0111] 作为系统100的反馈控制系统1200的另一个实例，质量分析器104可以包含被配置成检测包含在多极组合件1202中的电极的位置呈测力传感器形式的传感器1210。测力传感器可以是例如应变仪或压电换能器。在一些实施例中，测力传感器可以是内置的或者被配置成调整电极位置的压电致动器(例如，压电致动器430)的一部分。控制器108可以周期性地或连续地接收和收集指示由多极组合件1202中的电极施加到测力传感器的力的受力数据(例如，电压电平)。控制器108可以分析受力数据以确定多极组合件1202和/或包含在多极组合件1202中的电极的对准何时发生变化。当检测到对准变化时，控制器108可以控制DC电源1220以向包含在多极组合件1202中的一个或多个压电致动器供应补偿DC控制电压1222，以调整多极组合件1202和/或包含在多极组合件1202中的一个或多个电极的位置。

[0112] 例如，当控制器108确定受力数据从受力数据的预定基线值(或值的范围)变化时，可以检测到对准变化。预定基线值可以指示多极组合件1202或包含在多极组合件1202中的电极的对准状态。可以通过对已知样品进行质量分析并且分析质谱以确定质量位置和峰宽通过实验确定预定基线值。当获得期望的质谱分辨率时，可以将由测力传感器指示的力值记录并存储(例如，在控制器108的存储装置或存储器中)为预定基线值。替代性地，如上所述，可以基于多极组合件的测量和/或校准来确定预定基线值，以获得预设对准。

[0113] 响应于检测到对准变化而施加到多极组合件1202中的压电致动器的补偿DC控制电压1222可以从查找表(LUT)确定，所述查找表使力值与适当的补偿DC控制电压相关。LUT可以以类似于上述用于生产温度变化LUT的方法生成。替代性地，响应于检测到对准变化，补偿DC控制电压1222可以实时迭代地确定，无论是通过手动还是自动。

[0114] 利用上述校准和反馈控制，系统100可以调整多极组合件的对准(例如，与离子束110或离子检测器106的同心对准、与离子束110或离子检测器106的角度对准、电极的纵向对准和/或电极的平行对准)并且在系统100的操作期间(例如，在质量分析期间)维持对准。

[0115] 在系统100的操作期间，控制器108控制振荡电压电源以向包含在多极组合件中的电极对供应RF电压的相反相位，以引导或捕获多极组合件内的离子。当多极组合件用作质量过滤器时，控制器108还控制DC电源以向待选择性地滤出的杆电极对供应质量分辨DC电压，用于检测具有有效范围质荷比的离子。在此质量分析期间，系统100可以通过随时间改变RF电压和向电极供应的质量分辨DC电压来扫描质荷比的范围。

[0116] 如上文所述，系统100的反馈控制系统可以响应于检测到操作状态中的变化在系统操作期间(例如，在扫描期间)调整一个或多个电极的位置。另外，控制器108可以被配置成在质荷比的范围扫描期间动态地调整电极的位置。例如，对于所分析的质荷比的每个范围，通过改变向被配置成调整电极位置的压电致动器供应的DC控制电压，可以跨一系列位置动态地调整电极的位置。当在扫描中分析下一个质荷比范围时，电极的位置跨位置范围再次被调整。以这种方式，在扫描期间可以补偿质谱中较差的分辨率。

[0117] 在一些实施例中，为了使压电致动器能够在扫描期间对一系列位置进行采样，对压电致动器施加轴向预载荷。施加轴向预载荷允许压电致动器施加最大位移，同时以对扫描来说足够快的速率(例如，1000 Hz或更高)进行采样而不会发生故障。轴向预载荷可以通过任何合适的装置施加，如通过将弹簧或弹簧式机构(例如，弹簧垫圈)定位在压电致动器与支撑构件、电极和紧固件中的一个或多个之间(参见例如图6)。

[0118] 现在将描述操作和制造多极组合件的各种方法。

[0119] 图13示出了一种操作具有多极组合件的质谱仪的示例性方法，所述多极组合件包括多个细长电极，所述细长电极绕沿所述多个细长电极的纵向轨迹延伸的轴线布置，并且被配置成绕所述轴线径向地限制离子；以及压电致动器，其被配置成调整包含在所述多个细长电极中的第一电极的位置。虽然图13标识了根据一个实施例的示例性步骤，但是其它实施例可以省略、添加、重新排序、组合和/或修改图13中所示的任何步骤。

[0120] 在步骤1310中，致动压电致动器以调整包含在所述多个细长电极中的电极的位置。这可以以本文所述的任何方式执行，如通过向压电致动器施加DC控制电压以调整电极的位置。可以调整电极在如本文所述的任何一个或多个方向上的位置。

[0121] 在步骤1320中，基于离子的质荷比过滤从样品产生的离子。这可以以本文所述的任何方式完成，如通过在扫描质荷比的范围期间随时间向所述多个电极施加一定范围的RF电压和质量分辨DC电压。在一些实施例中，可以在扫描质荷比的范围期间执行压电致动器的致动以调整电极的位置。

[0122] 在步骤1330中，在离子过滤期间电极的位置动态地改变。这可以以本文所述的任何方式执行，如通过在扫描期间动态地改变施加到压电致动器的DC控制电压。

[0123] 图14示出了一种操作具有多极组合件的质谱仪的另一个示例性方法，所述多极组合件包括多个细长电极，所述细长电极绕沿所述多个细长电极的纵向轨迹延伸的轴线布置，并且被配置成绕所述轴线径向地限制离子；以及压电致动器，其被配置成调整包含在所述多个细长电极中的第一电极的位置。虽然图14标识了根据一个实施例的示例性步骤，但是其它实施例可以省略、添加、重新排序、组合和/或修改图14中所示的任何步骤。

[0124] 在步骤1410中，基于离子的质荷比过滤从样品产生的离子。这可以以本文所述的任何方式执行，如通过在扫描质荷比的范围期间随时间向所述多个电极施加一定范围的RF电压和质量分辨DC电压。

[0125] 在步骤1420中，检测到多极组合件的操作状态的变化。可以以本文所述的任何方式检测操作状态的变化，如通过检测多极组合件的温度变化或检测电极位置的变化。在其它实施方案中，所监测到的操作状态可以是受多极组合件的电极的对准和定位影响的质谱仪性能度量(例如，灵敏度、分辨率或质量准确度)。

[0126] 在步骤1430中，响应于检测到多极组合件的操作状态变化，致动压电致动器以基于检测到操作状态的变化调整包含在所述多个细长电极中的电极的位置。这可以以本文所述的任何方式执行，如通过向压电致动器施加DC控制电压以基于检测到温度变化或检测到电极的位置变化来调整电极的位置。可以调整电极在如本文所述的任何一个或多个方向上的位置。

[0127] 图15示出了制造多极组合件的示例性方法1500。虽然图15标识了根据一个实施例的示例性步骤，但是其它实施例可以省略、添加、重新排序、组合和/或修改图15中所示的任何步骤。

[0128] 在步骤1510中，多个细长杆电极和支撑构件定位在间隔物周围。图16示出了可以用于形成四极(例如四极502，参见图5)的示例性间隔物1602。如所示，间隔物1602是被配置成支撑绕沿电极1604的纵向轨迹的轴线1606布置的多个细长杆电极1604的细长构件。间隔物1602包含与电极1604相对应的多个细长凹槽1608，以便于电极1604的定位。凹槽1608可以具有横截面形状(例如，双曲线形、圆形、椭圆形、扁平形等)和尺寸以匹配并适用于电极1604的面对表面1605的横截面形状和尺寸，从而维持电极1604的对准。

[0129] 回到图15，在步骤1520中，一个或多个压电致动器1630定位在电极1604上。压电致动器1630可以以本文所述的任何配置和任何布置定位在电极1604上。如图16所示，压电致动器1630可以定位在支撑构件1612与电极1604之间的每个电极1604上。绝缘体1632可以定位成将压电致动器1630与电极1604电隔离，这适合于特定实施方案。

[0130] 再次回到图15，在步骤1530中，施加粘合剂以将支撑构件1612和/或压电致动器1630固定到所述多个电极1604。例如，粘合剂可以施加到支撑构件1612与压电致动器1630之间的间隙，以及压电致动器1630与电极1604之间的间隙。粘合剂可以是任何合适的粘合剂，如在固化时硬化的环氧粘合剂。

[0131] 再次回到图15，在步骤1540中，粘合剂固化，同时DC控制电压被施加到压电致动器1630中的一个或多个。粘合剂可以通过任何合适的手段固化，如通过紫外(UV)线照射。DC控制电压被配置成致动压电致动器1630以朝间隔物1602调整电极1604的位置。DC控制电压可以是高达最高额定工作电压的任何电压，但优选地是中等电平电压(mid-level voltage)。
例如，如果压电致动器1630的最大额定工作电压是150 V，则DC控制电压可以大于0 V高达
150 V，优选地约50 V-100 V(最大额定工作电压的1/3到2/3)，并且更优选地约75 V。可以记录和存储在组装期间施加的DC控制电压，如在控制器108的存储装置或存储器中。

[0132] 在步骤1550中，在粘合剂已经固化之后，从所述多个电极1604移除间隔物1602。这是通过首先从压电致动器1630移除DC控制电压完成的，从而放松电极1604在间隔物1602上的抓握。然后可以从所述多个电极1604移除间隔物1602。

[0133] 通过在粘合剂固化期间致动一个或多个压电致动器1630，电极1604的“静止”位置(即，当没有DC控制电压施加到压电致动器1630时电极1604的位置)具有比目标或期望的r0值稍大的r0值，其中r0是轴线1606到电极1604的面对表面1605的距离。因此，在不破坏电极1604的对准的情况下，可以容易地移除间隔物1602。在这样形成的多极组合件的操作期间，可以将DC控制电压施加到压电致动器1630，以调整电极1604的位置达到目标r0值。

[0134] 虽然刚刚已经描述了组装类似于四极502(参见图5)的多极组合件的方法，但是方法不限于这种配置。本文所述的方法可以被修改并应用于本文所述的任何多极组合件的制造和组装，包含但不限于四极202(参见图2-4)、四极602(参见图6)和四极702(参见图7-9)。

[0135] 在某些实施例中，本文所述的系统、部件和/或过程中的一个或多个可以由一个或多个适当配置的计算装置来实施和/或执行。为此，上述系统和/或部件中的一个或多个可以包含或由在至少一个被配置成执行本文所述的过程中的一个或多个的非暂时性计算机可读介质上体现的任何计算机硬件和/或计算机实施指令(例如，软件)实施。具体地说，系统部件可以在一个物理计算装置上实施，或者可以在多于一个物理计算装置上实施。因此，系统部件可以包含任何数量的计算装置，并且可以使用任何数量的计算机操作系统。

[0136] 在某些实施例中，本文所述的过程中的一个或多个可以至少部分地实施为体现在非暂时性计算机可读介质中并且可由一个或多个计算装置执行的指令。通常，处理器(例如，微处理器)从非暂时性计算机可读介质(例如，存储器等)接收指令，并且执行那些指令，从而执行包含本文所述的过程中的一个或多个的一个或多个过程。可以使用各种已知的计算机可读介质中的任何一种存储和/或传输这种指令。

[0137] 计算机可读介质(也称为处理器可读介质)包含参与提供可以由计算机(例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)的任何非暂时性介质。这种介质可以采取许多形式，包含但不限于非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质可以包含例如光盘或磁盘以及其它永久存储器。易失性介质可以包含例如通常构成主存储器的动态随机存取存储器(“DRAM”)。计算机可读介质的常见形式包含，例如磁盘、硬盘、磁带、任何其它磁介质、光盘只读存储器(“CD-ROM”)、数字视频盘(“DVD”)、任何其它光学介质、随机存取存储器(“RAM”)、可编程只读存储器(“PROM”)、带电可擦可编程只读存储器(“EPROM”)、FLASH-EEPROM、任何其它存储器芯片或磁带盒或计算机可以读取的任何其它有形介质。

[0138] 图17示出了示例性计算装置1700，其可以被具体配置成执行本文所述的过程中的一个或多个。如图17所示，计算装置1700可以包含通信接口1702、处理器1704、存储装置1706和通过通信基础设施1710通信地连接的输入/输出(“I/O”)模块1708。虽然图17中示出了示例性计算装置1700，但是图17中示出的部件并不旨在是限制性的。在其它实施例中可以使用另外的或替代性的部件。现在将更详细地描述图17中所示的计算装置1700的部件。

[0139] 通信接口1702可以被配置成与一个或多个计算装置通信。通信接口1702的实例包含但不限于有线网络接口(如网络接口卡)、无线网络接口(如无线网卡)、调制解调器、音频/视频连接以及任何其它合适的接口。

[0140] 处理器1704通常表示能够处理数据或解读、执行和/或指导本文所述的指令、过程和/或操作中的一个或多个的执行的任何类型或形式的处理单元。处理器1704可以根据一个或多个应用程序1712或如可以存储在存储装置1706或另一个计算机可读介质中的其它计算机可执行指令来指导操作的执行。

[0141] 存储装置1706可以包含一个或多个数据存储介质、装置或配置，并且可以采用任何类型、形式和组合的数据存储介质和/或装置。例如，存储装置1706可以包含但不限于硬盘驱动器、网络驱动器、闪存驱动器、磁盘、光盘、RAM、动态RAM、其它非易失性和/或易失性数据存储单元或其组合或子组合。包含本文所述数据的电子数据可以临时和/或永久地存储在存储装置1706中。例如，表示被配置成指示处理器1704执行本文所述的任何操作的一个或多个可执行应用程序1712的数据可以存储在存储装置1706内。在一些实例中，数据可以布置在驻留于存储装置1706内的一个或多个数据库中。

[0142] I/O模块1708可以包含被配置成接收用户输入并且提供用户输出的一个或多个I/O模块。可以使用一个或多个I/O模块来接收针对单个虚拟现实体验的输入。I/O模块1708可以包含支持输入和输出能力的任何硬件、固件、软件或其组合。例如，I/O模块1708可以包含用于捕获用户输入的硬件和/或软件，包含但不限于键盘或小键盘、触摸屏部件(例如，触摸屏显示器)、接收器(例如，RF或红外接收器)、运动传感器和/或一个或多个输入按钮。

[0143] I/O模块1708可以包含用于向用户呈现输出的一个或多个装置，包含但不限于图形引擎、显示器(例如，显示屏)、一个或多个输出驱动器(例如，显示驱动器)、一个或多个音频扬声器以及一个或多个音频驱动器。在某些实施例中，I/O模块1708被配置成向显示器提供图形数据以呈现给用户。图形数据可以表示一个或多个图形用户界面和/或可以用于特定实施方案的任何其它图形内容。

[0144] 在一些实例中，控制器108(参见图1)可以由计算装置1700的一个或多个部件实施或在其内实施。例如，驻留在存储装置1706内的一个或多个应用程序1712可以被配置成指示处理器1704执行与系统100的控制器108相关联的一个或多个过程或功能。同样，系统100或控制器108的存储装置或存储器可以由存储装置1706或其部件实施。在一些实例中，存储装置1706可以是耦合到通信地耦合到多极组合件的一个或多个压电致动器的带状电缆(或其它引出线)的端部的ROM芯片。带状电缆可以被配置成向所述一个或多个压电致动器供应DC控制电压。由ROM芯片存储的数据可以包含但不限于校准值、受力数据的预定基线值、一个或多个LUT(例如，温度变化LUT、受力数据LUT等)、DC控制电压数据等。在一些实例中，由特定ROM芯片存储的数据适合于ROM芯片耦合到的特定多极组合件。控制器108可以访问存储在ROM芯片上的数据以校准多极组合件并且调整多极组合件和/或包含在多极组合件中的一个或多个电极的对准。

[0145] 本领域普通技术人员将认识到，尽管前述描述是指具有四个电极的多极组合件，但是本发明的实施例可以有利地与具有更多数量的电极的多极组合件结合使用，例如，分别具有六个和八个电极的六极组合件或八极组合件。

[0146] 更一般地，在前述的描述中，已经参考附图描述了各种示例性实施例。然而，显而易见的是，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变，并且可以实施另外的实施例。例如，本文所述的一个实施例的某些特征可以与本文所述的另一个实施例的特征组合或由其替代。因此，描述和附图应被视为说明性的而非限制性的。

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用于质谱仪的可调整多极组合件

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