[發(fā)明專利]離子光學(xué)部件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410198059.6
• 申請(qǐng)日: 2014-05-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104157542B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: V·V·考弗土恩;A·W·思科莫;S·F·瑞茲威;P·M·瑞梅斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 薩默費(fèi)尼根有限公司
• 主分類號(hào): H01J49/06
• 分類號(hào): H01J49/06;H01J49/42;H01J9/02
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 姬利永

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及離子光學(xué)部件，并且更具體地涉及基于使用印刷電路板(PCB)技術(shù)制造的電極子組件的離子光學(xué)部件。

背景技術(shù)

質(zhì)譜儀(MS)是一種根據(jù)氣態(tài)離子的質(zhì)荷比(m/z)過(guò)濾氣態(tài)離子并且測(cè)量每種離子種類的相對(duì)豐度的裝置。一種典型的質(zhì)譜儀包括一個(gè)離子源，其中產(chǎn)生這些離子；一個(gè)濾質(zhì)器，其中將這些離子在空間或時(shí)間上分離；一個(gè)離子檢測(cè)器，其中收集過(guò)濾的離子并且測(cè)量它們的相對(duì)豐度；一個(gè)真空系統(tǒng)；以及一個(gè)用于為該質(zhì)譜儀供能的電源。取決于樣品的種類和將樣品引入該質(zhì)譜儀中的方法，離子可以在離子源中通過(guò)電子轟擊電離、光致電離、熱電離、化學(xué)電離、解吸電離、噴射電離、或其他方法而產(chǎn)生。

質(zhì)譜儀通常根據(jù)該質(zhì)量過(guò)濾是使用電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)來(lái)完成的基礎(chǔ)進(jìn)行分類。濾質(zhì)器類型包括磁性扇區(qū)、飛行時(shí)間、線性四極桿、離子回旋共振、以及離子阱。離子檢測(cè)典型地使用一個(gè)單點(diǎn)離子收集器，如法拉第杯或電子倍增器，或使用一個(gè)多點(diǎn)收集器，如陣列或微通道板收集器來(lái)完成，由此所有離子同時(shí)到達(dá)該收集器。

常規(guī)的質(zhì)譜儀使用利用標(biāo)準(zhǔn)金屬機(jī)加工技術(shù)制造的金屬部件。這些金屬部件導(dǎo)致此類質(zhì)譜儀大而笨重，這限制了此類裝置的廣泛應(yīng)用和部署。此外，制造這些金屬部件并將其組裝在一起是昂貴的。參照?qǐng)D1，示出了桿狀電極4的一個(gè)四極桿組件2的簡(jiǎn)化圖。每個(gè)電極4是一個(gè)具有圓形截面的金屬棒。這四個(gè)棒在兩個(gè)電極對(duì)中相對(duì)彼此精確排列，這兩個(gè)電極對(duì)與裝置中心線對(duì)齊并且跨過(guò)其相對(duì)。一個(gè)離子體積6被限定在這些電極4之間，在該體積內(nèi)這些離子在有或無(wú)質(zhì)量過(guò)濾的情況下沿z方向傳輸，這取決于施加到這些電極4上的具體電壓。

圖2示出了一個(gè)包括多個(gè)分段電極10的組件8。組件8與組件2類似，但每個(gè)電極10包括與彼此電隔離的多個(gè)單獨(dú)的區(qū)段18。施加適當(dāng)電壓到這些單獨(dú)的區(qū)段18上產(chǎn)生沿離子體積12內(nèi)的軸向方向(z方向)被引導(dǎo)的電壓梯度。該軸向引導(dǎo)的電壓梯度用于使離子沿組件8的長(zhǎng)度移動(dòng)。

電極組件2和8可以用作將離子在質(zhì)譜儀的不同階段之間轉(zhuǎn)移的離子導(dǎo)向器。當(dāng)然，除了圖1和2中示出的四極桿配置之外，包括六個(gè)電極(六極桿)或八個(gè)電極(八極桿)的離子導(dǎo)向器也是已知的。此外，之前已經(jīng)描述了具有堆疊環(huán)形電極幾何形狀的離子導(dǎo)向器，如例如離子漏斗和環(huán)形極離子導(dǎo)向器。上述所有類型的離子導(dǎo)向器必須被組裝在一起，要求不同電極和其他部件的精確對(duì)齊。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將毫無(wú)疑問(wèn)地認(rèn)識(shí)到，將一個(gè)離子導(dǎo)向器的分開(kāi)件組裝在一起是一個(gè)勞動(dòng)密集型和耗時(shí)的過(guò)程。此外，必須將在該組裝的離子導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)中這些單獨(dú)的電極各自進(jìn)行電連接，這易于產(chǎn)生誤差并且導(dǎo)致復(fù)雜的組件。

已經(jīng)將相當(dāng)多的努力投入于開(kāi)發(fā)特別用于包括法醫(yī)學(xué)、食品和環(huán)境分析、臨床試驗(yàn)分析等等的領(lǐng)域應(yīng)用中的小型質(zhì)譜儀。此類應(yīng)用要求具有高可靠性、穩(wěn)健性、高性能和低成本的特征的分析儀器。當(dāng)然，不言而喻，基于使用標(biāo)準(zhǔn)金屬機(jī)加工技術(shù)制造的金屬部件的質(zhì)譜儀并不很好地適合于小型化。具體地，小型化加重了使用標(biāo)準(zhǔn)金屬機(jī)加工技術(shù)來(lái)機(jī)加工部件和隨后將這些單獨(dú)部件組裝在一起的困難性。

在美國(guó)專利號(hào)6,967,326中，Pai等人披露了基于微電子加工技術(shù)的包括沉積在半導(dǎo)體或介電晶片基底上的多層結(jié)構(gòu)的小型化質(zhì)譜儀。Pai等人傳授了這些多層結(jié)構(gòu)是在多個(gè)汽相沉積或?yàn)R射步驟中建立的。犧牲材料用于保持在之前步驟中形成的結(jié)構(gòu)，這使得必需一個(gè)具有化學(xué)蝕刻劑的步驟來(lái)去除該犧牲材料并且產(chǎn)生開(kāi)放結(jié)構(gòu)。形成小型化質(zhì)譜儀的方法因此涉及許多步驟和潛在地危險(xiǎn)化學(xué)品的使用。此外，因?yàn)檫@些沉積步驟產(chǎn)生彼此上下地堆疊的平面特征，由Pai等人描述的可以使用該方法制造的電極幾何形狀的類型是相當(dāng)有限的。例如，接近四極桿離子導(dǎo)向器的桿狀電極的結(jié)構(gòu)不能容易地使用由Pai等人披露的技術(shù)來(lái)制造。