電極104和第二出口蓋電極106。中心電極104包括伸長孔口 108。孔口 108沿縱向z方向延伸穿過中心電極104，且中心電極104在垂直于縱向方向的側(cè)向平面(如所示出的x-y平面)中包圍孔口 108，以限定用于捕集帶電粒子的橫向腔體。
[0105]設備100安置在支撐構件201上。提供非導電間隔片202，以間隔開電極102、104和106。任何合適的非導電材料可用于間隔片202中，例如聚合物膜(例如，聚酰亞胺、聚酰胺、聚酰亞胺(kapton)或聚四氟乙稀(teflon)膜)或絕緣材料(例如，陶瓷或云母)。在其它實施例中，例如使用半導體處理領域中已知的技術，可使非導電材料生長或沉積在電極中的一個或更多個上，例如，氧化硅或氮化硅膜的生長。雖然示出了六個間隔片202，但在各種實施例中，可使用任何合適的數(shù)量。
[0106]由電極102、104和106以及間隔片202構成的夾層結構可使用任何合適的附接設施緊固到支撐構件201，例如，延伸穿過夾層結構進入到支撐構件201中的一個或更多個螺釘。在一些實施例中，螺釘可安置成關于夾層結構的縱向軸線對稱，并且以相等扭矩收緊以維持電極102、104、106的平行對準。
[0107]在一些實施例中，支撐構件201可包括一個或更多個對準特征部以幫助安裝設備100。例如，在一些實施例中，支撐構件201可包括用于安裝導桿的一個或更多個孔。然后電極102、104和106可包括導孔，其允許電極在導桿上方滑動以在裝配期間維持所需的對準。在一些實施例中，在電極緊固到支撐構件201之后，可移除這些導桿。
[0108]圖3是離子阱200的照片，該離子阱200包括用于捕集帶電粒子的微型電極設備100。如上所提及的，在所示的實施例中，端蓋電極102和106中的網(wǎng)格110定位在端蓋電極102和106中的圓形孔口中，其直徑大于中心電極104中的孔口 108的較大尺寸。電連接301連接至端蓋電極102和106。如所示的，該連接是至捕集電極的焊料連接，但在各種實施例中，可使用任何合適的連接。
[0109]雖然以上示例特征在于中心電極104中的形成為狹縫的單個的伸長孔口 108，但在其它實施例中，可提供其它孔口形狀和/或一個以上的孔口。圖4示出圖1A-圖1E中所示類型的微型電極設備的中心電極的幾個可替代設計的示意圖。
[0110]中心電極401包括多個孔口，每個孔口限定用于捕集帶電粒子的分開的橫向腔體。如所示的，孔口是布置成規(guī)則線性陣列的伸長狹縫。然而，在各種實施例中，可使用其它孔口形狀和布置，包括孔口的二維陣列或不規(guī)則或隨機定位的孔口。
[0111]中心電極402包括蛇形孔口。如所示的，蛇形包括由相對較短的曲線部分連接的相對較長的直線部分。蛇形是有利的在于，其能夠提供具有極長有效長度的捕集腔體(即，在拉直蛇形的情況下孔口將具有的長度)，同時仍適合于相對緊湊的空間。
[0112]類似地，中心電極403包括螺旋狀孔口。中心電極404包括形成為圓的數(shù)個部分的多個狹縫狀孔口。在各種實施例中，可使用其它彎曲的孔口形狀。
[0113]在一些實施例中，例如，中心電極可包括一個或更多個相交的狹縫狀孔口。例如，中心電極405具有在公共端點處相交的兩個狹縫。中心電極406具有布置成星形的相交的三個狹縫。在各種實施例中，可使用任何合適數(shù)量的和任何合適布置的相交狹縫。
[0114]應注意到，在各種實施例中，孔口的狹縫狀部分可具有任何合適形狀。例如，狹縫的垂直高度、側(cè)向長度和側(cè)向?qū)挾瓤纱笾率蔷鶆虻?。在一些實施例中，狹縫的垂直高度、側(cè)向長度和側(cè)向?qū)挾戎械囊粋€或更多個可變化。
[0115]圖5A是質(zhì)譜設備500的示意圖。質(zhì)譜設備500包括阱200，該阱200具有例如上文參照圖1A到圖2C所述類型的用于捕集帶電粒子的微型電極設備100。電信號源501聯(lián)接到離子阱組件，以傳送電信號。電極設備100響應于信號產(chǎn)生電磁場。電磁場包括位于由電極形成的橫向腔體內(nèi)的離子捕集區(qū)域。例如，在一些實施例中，信號源操作為聯(lián)接到電極的電力供應器，以在中心電極與端蓋電極之間提供振蕩場。在一些實施例中，該場在RF頻率下振蕩，例如，在I MHz到1000 GHz的范圍中，或在其任何子范圍中。應注意到，對于高壓下的操作而言，可需要高頻率，使得捕集場發(fā)生一次振蕩的周期遠遠短于使捕集到的粒子與背景氣體中的粒子碰撞的平均時間。
[0116]控制器502可操作地聯(lián)接到電信號源501，且被配置成調(diào)制信號源，以提供離子從捕集區(qū)域的質(zhì)量選擇性排出。在各種實施例中，可使用任何合適的技術來實現(xiàn)質(zhì)量選擇性排出。例如，在一些實施例中，施加至阱200的RF電位傾斜，使得具有質(zhì)量a > b的離子軌道是穩(wěn)定的，而具有質(zhì)量b的離子則變得不穩(wěn)定并且在縱向軸線(例如，穿過端蓋電極中的一個)上排出到檢測器503上(詳述于下文中)。在其它實施例中，可使用其它技術，包括跨越端蓋電極施加第二軸向RF信號，以便在阱內(nèi)產(chǎn)生偶極電場。當離子的長期頻率變得等于軸向RF頻率時，此偶極場能夠?qū)⑵渑懦觥?br>[0117]系統(tǒng)500包括離子源504，該離子源504被配置成注入或形成待捕集于捕集區(qū)域中的離子。在各種實施例中，可使用任何合適的源。例如，在一些實施例中，使用電子源，以將電子導引到阱200中(例如，經(jīng)由端蓋電極中的一個)。這些電子能夠電離阱200的橫向腔體中的分析物種類，以形成離子，這些離子轉(zhuǎn)而被捕集在電極結構內(nèi)。離子源505可操作地聯(lián)接到控制器，例如以在操作期間在需要時接通和關斷該離子源。
[0118]系統(tǒng)500還包括檢測器505，該檢測器505配置來檢測從阱200排出的帶電粒子，例如，離子。在各種實施例中，可使用任何合適的檢測器。對于高壓應用而言，使用能夠在高背景壓力下操作的檢測器可以是有利的，例如，F(xiàn)araday杯檢測器。對于更低壓力的應用而言，可使用其它類型的檢測器，例如，電子倍增器檢測器。檢測器可操作地聯(lián)接到控制器502，例如以將信號傳輸?shù)娇刂破鞑⑶疫M行處理以產(chǎn)生質(zhì)譜。
[0119]系統(tǒng)500可包括含有離子捕集組件的室(未示出)。該室可維持在所選擇的背景壓力下。在一些實施例中，背景壓力大于5毫托、10毫托、100毫托、I托、10托、100托、500托或760托。例如，在一些實施例中，背景壓力是在100毫托到1000毫托的范圍中，或在其任何子范圍中。
[0120]在一些實施例中，系統(tǒng)500可包括如上所描述的特征在于一個以上的捕集腔體的離子阱200。在一些此類情況下，可通過單個檢測器505檢測來自每個腔體的質(zhì)量排出，以產(chǎn)生組合的增強質(zhì)譜信號。例如，在一些實施例中，可基于來自至少2、5、10、15、20、25、50或100個或更多個阱的組合輸出來產(chǎn)生信號。
[0121]在一些實施例中，可通過分開的專用檢測器505檢測來自多個腔體中的每個(或其子集)的質(zhì)量排出。這種布置在其中每個腔體(或腔體的子集)具有不同捕集性質(zhì)的情況下可以是有用的。例如，在一些情況下，這種類型的布置可擴大能夠由系統(tǒng)500分析的離子質(zhì)量的范圍。
[0122]在特征在于伸長的捕集區(qū)域的一些實施例中，可優(yōu)先地從捕集區(qū)域的局部部分(例如，端部部分或中心部分)排出離子。因此，在一些實施例中，可在捕集區(qū)域中的多個位置處形成或注入離子，并且實質(zhì)上將離子從捕集區(qū)域中的單個位置排出。在一些實施例中，可在捕集區(qū)域的第一部分中形成或注入離子，并且將離子從捕集區(qū)域的第二部分排出，該第二部分的體積小于第一部分的體積。
[0123]在一些情況下，空間上局部排出可以是有利的。例如，在一些實施例中，可改進所獲得的質(zhì)譜的分辨率。在不希望受到理論約束的情況下，在一些實施例中，預期到此改進的分辨率與局部區(qū)域中的電極對準方面的相對微小的變化相關。
[0124]在例如其中優(yōu)先地從局部區(qū)域排出離子的一些實施例中，可放置一個或更多個屏蔽元件以阻止從阱的所選擇區(qū)域(例如，除局部排出區(qū)域以外的區(qū)域)排出的離子到達檢測器505。在一些實施例中，這可改進所檢測質(zhì)譜的分辨率。
[0125]例如，如上所述(例如，參照圖4)，在一些實施例中，捕集區(qū)域可包括在一對端點之間延伸的蛇形區(qū)域，該蛇形區(qū)域具有多個大致直線部分和連接數(shù)對大致直線部分的多個曲線部分。在一些此類情況下，阻止從曲線部分和/或端點排出的離子到達檢測器505，同時允許從直線部分排出的離子到達檢測器505，這可以是有利的。在其它實施例中，可使用相反的布置，其中阻止從直線部分排出的離子到達檢測器505，同時允許從曲線部分和/或端點排出的離子到達檢測器505。
[0126]在各種實施例中，可將系統(tǒng)500實施為便攜式單元，例如，手持式單元。系統(tǒng)500可用來從任何合適的分析物獲得質(zhì)譜，該分析物包括例如無機化合物、有機化合物、爆炸物、環(huán)境污染物和有害物質(zhì)。
[0127]在一些實施例中，可將系統(tǒng)500實施為待定位在所選擇區(qū)域內(nèi)以監(jiān)控所選擇條件(例如，一種或更多種所選擇目標物質(zhì)的存在或含量)的監(jiān)控單元。在一些實施例中，系統(tǒng)500可包括數(shù)據(jù)傳輸裝置，例如，有線或無線通信裝置，其能夠用來傳輸對所選條件的檢測情況。
[0128]圖5B圖示質(zhì)譜系統(tǒng)7100(例如，便攜式系統(tǒng))，其具有殼體7100h，該殼體7100h將質(zhì)譜組件710通常封閉在真空室7105(由組件710周圍的虛線所示)的內(nèi)部。殼體710h能夠可釋放地附接加壓緩沖氣體“B”罐7110 (或其它源)，該罐7110連接到進入真空室7105中的流動路徑。殼體7100h可以容納控制電路7200和各種電力供應器7205、7210、7215、7220，其連接到導體以實施電離、質(zhì)量分析及檢測。殼體7100h能夠容納一個或更多個放大器，包括連接到用于產(chǎn)生質(zhì)譜輸出的處理器7255的輸出放大器7250。系統(tǒng)7100能夠是便攜且輕質(zhì)的，通常在約1-15鎊之間(不包括真空栗)，在使用的情況下包括緩沖氣體供應7110。殼體7100h能夠配置為手持式殼體，例如游戲控制器、筆記本電腦或智能手機，且可任選地具有容納控制電路7200的手槍式手柄7100g。然而，可使用其它構型的殼體以及控制電路的其它布置。殼體7100h容納顯示屏，且能夠具有用戶界面，例如，圖形用戶界面。
[0129]系統(tǒng)7100還可以配置成與智能手機或其它普遍的計算裝置通信，以傳送數(shù)據(jù)或用于操作的控制，例如，使用安全APP或其它無線可編程通信協(xié)議。
[0130]系統(tǒng)7100能夠配置成在處于或大于約100毫托直至高達大氣壓的壓力下操作。
[0131]在一些實施例中，質(zhì)譜儀7100配置使得離子源(電離器)730、(本文所述的任何類型的)離子阱質(zhì)量分析儀720和檢測器740在近似等壓條件下和在大于100毫托的壓力下操作。術語“近似等壓條件”包括其中任何兩個相鄰室之間的壓力相差不超過100倍，而且通常不超過10倍的那些條件。
[0132]如圖5C中所示，質(zhì)譜儀100能夠包括質(zhì)譜組件710和任意的函數(shù)發(fā)生器215g，以在質(zhì)量掃描期間將低電壓軸向RF輸入215提供給離子講720以實現(xiàn)共振排出。低電壓軸向RF能夠在約100 mVpp到約8000 mVpp之間，通常在200到2000 mVpp之間。在質(zhì)量掃描期間，軸向RF 215s能夠施加到端蓋722或823，通常施加到端蓋723或施加在兩個端蓋722與723之間，以促進共振排出。
[0133]如圖5B和圖5C中所示，裝置7100包括RF功率源7205，該RF功率源7205將輸入信號提供給離子阱720的中心電極721。RF源7205能夠包括RF信號發(fā)生器、RF放大器和RF功率放大器。這些部件件中的每個能夠容納在殼體710h中的電路板上，該殼體將離子阱720封閉在真空室7105中。在一些實施例中，能夠?qū)⒎敌逼虏ㄐ翁峁橹罵F信號發(fā)生器的輸入，以調(diào)制RF幅值。能夠通過RF前置放大器以及然后功率放大器來放大低電壓RF，以產(chǎn)生所需的RF信號。根據(jù)環(huán)形電極特征部的尺寸，RF信號能夠在約I MHz到1000MHz之間。如本領域的技術人員眾所周知的，RF頻率可取決于中心電極中的孔口的尺寸。對于圖1A-圖15中所示類型的具有尺寸X。500 Pm的狹縫形孔口的典型RF頻率將為5_20MHz。電壓能夠在100 Vqp到約1500 V Qp之間，通常高達約500 V0p。
[0134]通常所述的，通過源30以眾所周知的方式產(chǎn)生電子，并且通過加速電位將電子引導朝向質(zhì)量分析儀(例如，離子講)720。電子在質(zhì)量分析儀720中電離樣本氣體S。對于離子阱構型而言，RF捕集和排出電路聯(lián)接到質(zhì)量分析儀720，以在離子阱720內(nèi)產(chǎn)生交變電場，從而以與離子的質(zhì)電比成比例的方式首先捕集離子且隨后排出離子。離子檢測器40記錄在不同時間間隔(對應于特定離子質(zhì)量)排出的離子的數(shù)量，以實施質(zhì)譜化學分析。離子阱使用由RF驅(qū)動信號7205s產(chǎn)生的動態(tài)電場來動態(tài)地捕集來自測量樣本的離子。通過改變正捕集離子的射頻(RF)電場的特征(例如，幅值、頻率等)這些離子以與其質(zhì)電比(質(zhì)量(m)/電荷(Z))對應的方式被選擇性地排出。能夠?qū)⑦@些離子數(shù)量數(shù)字化以供分析，且能夠在機載和/或遠程處理器7255上將其顯示為譜。
[0135]以最簡單的形式，可以將具有恒定RF頻率的信號205s施加到相對于兩個端蓋電極22、23的中心電極21。中心電極信號205s的幅值能夠線性地斜升，以便選擇性地使離子阱內(nèi)所容納的不同m/z的離子變得不穩(wěn)定。這種幅值排出構型可能不產(chǎn)生最優(yōu)性能或分辨率。然而，可通過跨越端蓋22、23差動地施加第二信號215s來改進這種幅值排出方法。這個軸向RF信號215s在使用的情況下引起偶極軸向激勵，當離子阱內(nèi)離子的長期振蕩頻率與端蓋激勵頻率匹配時，其能夠引起離子從離子阱的共振排出。
[0136]離子阱720或質(zhì)量過濾器能夠具有呈現(xiàn)出接近純電容的等效電路。用于驅(qū)動離子阱720的電壓7205s的幅值可以是高的(例如，100 V-1500伏特)，并且能夠采