[發明專利]用于質譜法的具有伸長捕集區域的微型帶電粒子阱

有效

• 申請號: 201810784433.9
• 申請日: 2013-05-21
• 公開（公告）號: CN109148255B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: J.M.拉姆齊;K.舒爾策
• 申請（專利權）人: 北卡羅來納－查佩爾山大學
• 主分類號: H01J49/00
• 分類號: H01J49/00;H01J49/06;H01J49/42
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 譚祐祥

公開了一種用于捕集帶電粒子的微型電極設備，所述設備沿縱向方向包括：第一端蓋電極；具有孔口的中心電極；以及第二端蓋電極。所述孔口在側向平面中伸長并沿縱向方向延伸穿過中心電極，且中心電極在垂直于縱向方向的側向平面中包圍孔口以限定用于捕集帶電粒子的橫向腔體。

本申請是申請號為201380076616.0，申請日為2013年05月21日、名稱為“用于質譜法的具有伸長捕集區域的微型帶電粒子阱”的專利申請的分案申請。

關于聯邦政府資助的研究或開發的聲明

本發明是在政府支持下由U.S. Army Research Office資助的合同W911NF-10-1-0447所作出。政府在本發明中享有一定的權利。

相關申請的交叉引用

本申請要求在2013年3月15日提交的標題為MINIATURE CHARGED PARTICLE TRAPWITH ELONGATED TRAPPING REGION FOR MASS SPECTROMETRY的美國臨時申請號13/840653的權益，其全部內容通過引用并入本文中。

背景技術

提供此背景技術部分僅僅是出于信息資料的目的，且其并不構成以及承認本文中所包括的任一主題適于作為本申請的現有技術。

質譜法（MS）是信息量最豐富的分析技術之一。由于MS的速度、選擇性和靈敏度三者的組合，其在例如痕量元素分析、高度復雜樣本中的生物分子特征和同位素比值確定的領域中具有廣泛應用。然而，在一些MS系統中發現的大尺寸、重量和功耗（SWaP）通常將分析限制到實驗室環境。對于那些需要現場快速測量或實驗室分析并不是最優的應用而言，其將受益于手持便攜式微型MS系統的開發。

MS操作中的大部分SWaP和復雜性在于獲得對于大多數質譜分析儀所需的高真空（10^-5到10^-9托）而言所必需的真空系統。因此，一種減小SWaP的方法是在更高壓力下實施MS的能力。離子阱可在大于10^-4托的壓力下操作，因此可用作微型系統的質譜分析儀。然而，在一些情況下，將離子阱中的壓力顯著增加幾個毫托以上對分辨率和信號強度具有不利影響。在更高壓力下與緩沖氣體碰撞的次數增加抑制了電場控制離子軌跡的能力。增加阱的操作頻率（通常射頻或“RF”）使得每個周期產生更少的中性碰撞，從而減少高壓操作的負面影響，但可能需要相應地減小阱尺寸，以便減小所需的RF電壓幅值。

發明內容

申請人已認識到，僅僅減小具有常規尺寸的厘米級的阱的幾何形狀尺寸會變得成問題的。當減小阱尺寸時，變得越來越難以用常規機械加工技術來制造離子阱電極的傳統雙曲線形狀。為了簡化阱的幾何形狀，可用平面電極來代替這些雙曲線形狀。

然而，使離子阱微型化的限制在于：當減小阱尺寸時，由于空間電荷效應，離子捕集能力減小。仿真結果預測，1-μm級別的阱將具有接近單個離子的電荷容量。

申請人已認識到，可通過提供在一個維度中具有伸長的捕集腔體的微型化的阱來減小或克服此限制。相比于類似的具有對稱捕集腔體的阱，維度增加可產生更高的存儲容量，同時維持相同的制造情況。因此，本文中所描述的離子阱的實施例既可提供微型化的高水平，又可有利地提供大的充電容量。

在一個方面中，公開了用于捕集帶電粒子的微型電極設備。在一些實施例中，所述設備沿縱向方向包括：第一端蓋電極；具有孔口的中心電極；以及第二端蓋電極。

在一些實施例中，孔口沿縱向方向延伸穿過中心電極，且中心電極在垂直于縱向方向的側向平面中包圍孔口以限定用于捕集帶電粒子的橫向腔體。

在一些實施例中，中心電極中的孔口在側向平面中伸長。在各種實施例中，伸長孔口的特征可在于以下任一種方式。