[发明专利]用于质谱法的具有伸长捕集区域的微型带电粒子阱

说明书

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。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

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。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2013年3月15日提交的标题为MINIATURE CHARGED PARTICLE TRAPWITH 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。

背景技术

提供此背景技术部分仅仅是出于信息资料的目的，且其并不构成以及承认本文中所包括的任一主题适于作为本申请的现有技术。

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。

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。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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。