用于质谱仪的电极组合件

本申请要求于2019年2月1日提交的英国专利申请第1901411.7号的优先权和其利益。此申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于产生电场以操纵如离子等带电粒子的电极组合件，并且涉及使用这种电极组合件来操纵带电粒子的相应方法。本公开的实施例包含包括所述电极组合件的质谱或迁移谱仪，以及相应的质谱或迁移谱方法。

背景技术

为了提供小型化和/或精准的仪器，有必要提供具有相对较小和/或精确的电极结构的离子光学装置。如微机电系统(MEMS)和印刷电路板等技术已被用于实现这一目标。

具有电绝缘基板和沉积在其上的电极的印刷电路板(PCB)先前已被用于形成质谱法中的电极结构，例如参见US 6607414。然而，如离子等带电粒子撞击电极之间的区域中的绝缘基板，导致这些区域带电并因此影响这些区域附近的电势分布。为了避免这个问题，已知的是，在电极之间的区域中切割绝缘基板以形成间隙，使得电荷不会在这些区域中积聚。然而，外部电场随后能够穿过这种间隙并进入离子光学装置，这通常是不期望的。为了减少这种情况，与间隙在穿过基板的方向上的深度相比，间隙的宽度可以做得相对较小。令人期望的是，间隙的宽度比间隙的深度小2.5到3倍。然而，间隙的深度由绝缘基板的厚度设定并且相对较小。并非总是可以将间隙的宽度设定为比深度小2.5到3倍，例如，因为间隙任一侧的PCB上的电极之间的电势差可能很高，并且这样做可能会导致电极之间的电击穿和电弧。

另一种已知的方法是在基板表面提供凹槽，以便带电粒子进入凹槽，而不是在外表面上积聚电荷，如在US 9653273中。由于凹槽没有完全延伸穿过基板，因此该技术可以防止外部电场穿透离子光学装置。然而，为了良好地发挥作用，要求凹槽的深度与其宽度相比相对较大。例如，令人期望的是，凹槽的深度超过其宽度的三倍或更多倍。然而，由于凹槽的深度受到基板厚度的限制，因此凹槽的宽度以及PCB上电极之间的间距也被限制为相对较小。这再次限制了可以施加到凹槽任一侧的电极上的电压。

另一种已知的方法是在电极之间的空间涂上一层电阻层，将电荷转移到电极，如以下文献中所述：Austin等人《美国质谱学会杂志(JASMS)》19,1435-1441,2008。然而，当使用这种电阻涂层，难以支持期望的电场精度。此外，此类技术只能使用中等电场以避免表面放电。

发明内容

本发明提供了一种电极组合件，其包括：

第一层，所述第一层具有被一个或多个间隙隔开的多个电极；

至少一个第二层，所述至少一个第二层被布置成覆盖所述一个或多个间隙并防止电场穿过所述一个或多个间隙，所述至少一个第二层具有被定位成与所述第一层中的所述一个或多个间隙重合的导电材料。

由于在所述第一层的所述电极之间提供间隙，因此指向所述第一层的任何带电粒子，如离子，要么撞击所述电极，要么穿过所述电极之间的所述间隙。因此，不需要的电荷不会在所述第一层的内表面上积聚并且不会影响由所述第一层的所述电极产生的电场。所述第二层防止电场在任一方向上穿过所述间隙，这可能是不期望的。所述第二层的所述导电材料还可以防止不需要的电荷积聚并影响由所述第一层的所述电极产生的电场。

所述第二层的所述导电材料可以覆盖所述第一层中的所述一个或多个间隙。

任选地，所述第一层的所述间隙中不提供固体材料。

所述多个电极可以是细长电极并且所述间隙可以是细长槽。

所述第一层可以仅包括电极材料，如间隔开的电极。

可替代地，所述第一层可以包括具有电绝缘基板的印刷电路板(PCB)，其中所述多个电极沉积、蚀刻、印刷、层压或以其它方式形成在所述基板上；并且其中所述基板可以具有穿过其中的一个或多个孔，所述一个或多个孔分别与所述一个或多个间隙重合。

相对于机械加工电极，PCB允许生产更精细、更精准的特征。例如，在所述电极组合件用于离子镜的情况下，所述电极组合件能够在镜的边缘产生相对高的离子聚焦。

PCB基板可以由真空兼容材料制成，如陶瓷。

由于所述基板包含与所述一个或多个间隙重合的一个或多个孔，因此进入所述间隙的带电粒子能够穿过所述基板并远离所述第一层。

所述第一层的所述电极可以延伸以覆盖所述基板中的所述孔的侧边缘。

单个所述第二层可以覆盖所述第一层中的多个间隙或所有间隙。

所述第二层中的单独一层可以覆盖所述第一层中的每个间隙。

所述至少一个第二层可以包括具有电绝缘基板的印刷电路板(PCB)，其中所述导电材料沉积、蚀刻、印刷、层压到或以其它方式形成在所述基板上。

将PCB用所述于第一层和所述第二层(以及任何中间层)，使得制造容易、成本低，并允许电极层轻松地精准对准。

所述第一层可以是多个间隔开的金属片材或金属板电极；和/或所述第二层可以是至少一个金属片材或金属板电极。

所述导电材料可以至少在所述第二层的面向所述第一层的一侧上。

这可用于防止所述第二层上的电荷积聚，所述电荷积聚可能以其它方式影响来自所述第一层上的所述多个电极的电场。

可替代地，所述导电材料可以在所述第二层的背离所述第一层的一侧上，其可以被布置成防止电场穿过所述间隙。还考虑了整个第二层可以是导电的。

所述导电材料可以电接地或连接到电压源，以便在使用中保持在一定电势。

所述第一层可以包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极在所述第一层中每个间隙的相对侧上并且连接到电压源以便在使用中保持在不同电势，并且所述第二层中与所述间隙重合的位置处的所述导电材料可以连接到电压源，以便在使用中保持在介于所述不同电势之间的电势。

所述导电材料可以连接到电压源，以便在使用中保持在基本上处于所述不同电势中间的电势。

所述电极组合件可以包括布置在所述第一层和所述第二层之间的至少一个中间层，所述至少一个中间层用于将所述第一层与所述至少一个第二层隔开；任选地，其中所述至少一个中间层是PCB。

所述第一层、第二层和中间层可以基本上平行并且可以各自基本上是平面的。

所述至少一个中间层可以是至少一个电绝缘层。

如果所述至少一个中间层是PCB层，则所述中间层可以在其一个或多个表面上包括导电材料，或者可以仅是PCB基板材料。

所述至少一个中间层中的每一层可以在其中包括多个孔，其中每个孔被定位成与所述第一层中的所述间隙之一和所述第二层上的所述导电材料两者重合。

所述孔可以是开槽孔。

所述至少一个中间层中的每一层可以包括介于所述孔之间的多个肋条。所述肋条可以被定位成与所述第一层中的所述电极重合，并且任选地介于所述第二层上的间隔开的导电材料之间。

所述第一层、第二层和存在的任何一个或多个中间层可以粘附或以其它方式结合在一起以提供复合层状结构。这种复合层状结构可以粘附或以其它方式连接到刚性支撑件，例如，以为复合层状结构提供精准的形状和/或平坦度。

所述第一层和/或第二层(和/或存在的任何中间层)可以通过3D打印形成。

一个或多个电气部件，如电阻器或电容器等，可以连接所述第一层中的所述电极或所述第二层中的所述电极(或存在的任何中间层中的任何电极)。例如，一个或多个电气部件，如电阻器，可以连接所述第一层中每个间隙的任一侧上的电极。所述第一层中的所述电极可以通过这种电气部件彼此连接，使得当连接到电压源时，这些电极产生期望的电场(例如，当电极组合件用于离子镜时，产生离子反射场)。另外或可替代地，所述第二层中的所述电极可以通过电阻器彼此连接。

所述电极组合件可以包括从所述第二层的外部到所述第一层中的所述一个或多个间隙的气体导管，所述气体导管用于将气体从所述间隙泵送到所述第二层的外部。因此，实施例可以包含被布置成执行这种气体泵送的气泵。例如，这使得所述电极组合件能够用于需要抽真空的离子光学装置中。

所述第二层(和可能存在的任何中间层)可以包括与所述第一层中的所述间隙流体连通的孔，使得气体可以通过所述孔泵送至所述第二层的外部。

本发明还提供了一种离子光学元件，其包括：

上文所述形式的第一电极组合件；以及

上文所述形式的第二电极组合件；

其中所述第一电极组合件和所述第二电极组合件间隔开，以在其间限定离子接收区域。

所述第一电极组合件和所述第二电极组合件可以是平面的和/或彼此平行。

所述第一电极组合件的所述第一层可以面对所述第二电极组合件的所述第一层。

所述离子光学元件可以是离子镜，所述离子镜包括连接到所述第一电极组合件和所述第二电极组合件中的每一个电极组合件中的所述多个电极的电压源，所述电压源用于向这些电极施加不同的电压以反射所述离子镜内的离子。可替代地，所述离子光学元件可以是离子透镜、离子偏转器、离子反射器、离子加速器、正交离子加速器或离子检测器。

所述第一电极组合件和所述第二电极组合件可以通过一个或多个附加电极或绝缘体层彼此连接。例如，这种组合件中的所有层可以是PCB层，以便用于中空的多层PCB装置。例如，所述离子光学装置可以是离子质量或迁移率分析器，并且整个分析器(任选地，除了存在的任何离子检测器)可以由多层PCB结构形成。

所述离子光学元件可以包括在所述第一电极组合件和所述第二电极组合件之间延伸和/或连接到所述第一电极组合件和所述第二电极组合件的一个或多个金属电极。

所述一个或多个金属电极可以是金属片材或金属板电极。

本发明还提供了一种飞行时间(TOF)质量分析器、多反射TOF质量分析器、静电阱、质谱仪或迁移谱仪，其包括如上所述的电极组合件或离子光学元件。

在较不优选的实施例中，考虑了所述至少一个第二层不具有被定位成与所述第一层中的所述一个或多个间隙重合的导电材料。

因此，本发明的第二个方面提供了一种电极组合件，其包括：

第一层，所述第一层具有被一个或多个间隙隔开的多个电极；以及至少一个第二层，所述至少一个第二层被布置和配置成覆盖所述一个或多个间隙并防止电场穿过所述一个或多个间隙。

附图说明

现在将仅通过实例并参考附图来描述各个实施例，在附图中：

图1A和1B示出了根据本发明实施例的MRTOF质量分析器的示意图；

图2示出了根据本发明实施例的MRTOF质量分析器的一部分的透视图；

图3A示出了MRTOF质量分析器的一个实施例的截面，其说明了离子镜和正交加速器的结构，图3B示出了用于形成每个离子镜的四种不同类型的层，并且图3C示出了离子镜结构的一部分；

图4示出了图2所示的正交加速器和偏转器的实施例的Simion(RTM)绘图；

图5以图2中的视图B所示的横截面图示出了离子偏转器12的Simion(RTM)绘图；并且

图6示出了离子镜的另一个实施例。

具体实施方式

尽管本发明可用于在任何离子光学装置中形成电极结构，如用于质谱仪或离子迁移谱仪或在其中使用，但现在将描述其中电极结构形成飞行时间(TOF)质量分析器的一部分的实施例。具体地说，现在将描述其中电极结构形成多反射飞行时间(MRTOF)质量分析器的一部分的实施例。图1A示出了根据本发明实施例的MRTOF质量分析器的示意图。该仪器包括两个无栅离子镜2，二者在X维度上被无场区域3隔开。每个离子镜2包括多个电极，这些电极被布置成使得可以将不同的电压施加到不同的电极上，从而使离子被反射在X维度上。电极在Z维度上被拉长，这允许离子在其穿过装置时被每个反射镜2反射多次，如下文将更详细地描述。每个离子镜2可以在X-Y平面中形成二维静电场。布置在离子镜2之间的漂移空间3可以是基本上无电场的，使得当离子被反射并在离子镜2之间的空间中行进时，离子行进通过基本上无场的区域3。离子加速器6(如例如正交加速器)可以布置在质量分析器的一端(在Z维度上)，并且离子检测器8可以布置在分析器的另一端。

在实施例中，离子源沿着Z维度将离子9传送到正交离子加速器6，所述正交离子加速器朝离子镜中的第一个离子镜脉冲发射离子包10。因此，离子在X维度上有速度，并在Z维度上有漂移速度。离子进入第一个离子镜并被反射回第二个离子镜。离子在向第二离子镜行进时穿过反射镜2之间的无场区域3，并且离子根据其质荷比以发生在无场区域中的已知方式分离。离子然后进入第二反射镜并被反射回第一离子反射镜，当离子朝向第一离子反射镜行进时再次穿过反射镜之间的无场区域3。然后第一离子镜将离子反射回第二离子镜。这继续发生，并且离子在两个离子镜2之间连续反射，因为离子在Z维度上沿着装置漂移，直到离子撞击到离子检测器8上。因此，离子在正交加速器和离子检测器8之间的X-Z平面内遵循基本正弦的平均轨迹。

MRTOF质量分析器可以使用从正交加速器6脉冲给定离子到检测到该离子的时间之间经过的持续时间，连同其飞行路径长度的知识，来计算该离子的质荷比。

图1B示出了根据本发明另一实施例的MRTOF质量分析器的示意图。本实施例与图1A所示的实施例相同，不同之处在于，正交加速器6的离子接收轴相对于Z维度倾斜。另外或可替代地，提供离子偏转器12用于偏转已经由正交加速器6在Z维度上脉冲的离子。该偏转器12降低了离子在Z维度上的速度，从而增加了离子撞击检测器8之前的离子镜反射次数。偏转器12可以被布置成在离子进入任何离子镜2之前在正交加速器6的出口处偏转离子。

为了使这种MRTOF仪器获得高质量分辨率和质量精度，重要的是，离子镜2的电极以相对高的精度形成和对准。通常，使用块状金属板电极组装TOF质量分析器中的离子镜。对于可以聚焦具有相对宽的动能分布的离子的相对高质量的MRTOF离子镜，在离子反射区域附近提供精确定位且相对窄的电极是有利的。例如，一些电极可能只需要在X维度上具有2-3mm宽。电极可以在漂移(Z-)维度上被拉长，并且可能需要在漂移(Z-)维度上具有高平行度，例如达到比50微米更高的精度。使用块状金属的常规机械处理或使用金属片材难以提供这种电极结构。例如，传统的离子镜电极由堆叠的平行板电极制成，每个平行板电极在其中具有大孔，以形成穿过所述孔的离子反射路径。堆叠的板被由电绝缘材料形成的间隔件隔开。然而，除非电极相对较厚，否则很难使电极精确地平坦。此外，板之间的绝缘体需要距离反射镜内部的离子入口相对较远，以防止电场穿透板之间的区域，并最大限度地减少寄生电场，所述寄生电场以其它方式通过离子撞击绝缘隔板并使绝缘间隔件带电而引起。这使得离子镜组合件相对较大和较重。

本发明的实施例可以使用印刷电路板(PCB)来提供离子光学装置的多个电极。PCB可以穿过其整体开槽或以其它方式开孔，以便在不同电极之间提供间隙。可以在PCB中的所述间隙后面提供一个层，以防止电场穿过所述间隙。该层理想地与带孔PCB间隔开，尽管考虑了所述层可以直接与带孔PCB相邻。该层可以是导电片材。可替代地，该层可以是涂覆在面向PCB电极的基板表面上的导电材料，所述涂层至少在与带孔PCB中的间隙重合的区域中。与任何给定间隙重合的导电片材或导电材料可以接地或施加有另一电势，如间隙任一侧上的电极的电势中间的电势。这可以防止电荷在层上积聚并影响离子光学装置内部的电场。

图2示出了图1A-1B中所示并且根据本发明实施例的类型的MRTOF质量分析器的一部分的示意图。离子镜2的部分被示出为具有布置在其间的正交加速器6和偏转器12。如箭头所示，在使用中，离子被输送到正交离子加速器6，并从那里被正交喷射到离子镜2之一中。然后离子在离子镜之间反射多次，如上文关于图1A-1B所述。

为了在X维度上反射离子，每个离子镜2包括在X维度上间隔开并且在Z维度上被拉长的多个电极14。将不同的电压施加到不同的电极上，以在离子镜内产生电场，用于反射离子。从图2可以看出，在离子镜2的相邻电极14之间提供开槽间隙16。这些开槽间隙16是敞开的并且没有填充任何固体材料。例如，在这些间隙16中不存在电绝缘材料。导电层18布置在离子镜2的外侧上与每个间隙16重合(并重叠)的位置处，以覆盖间隙16。如图所示，可以为每个间隙16提供单独的层，或者可以提供单个层以覆盖多个间隙或所有间隙。每个层18可以防止或抑制电场穿过其覆盖的一个或多个间隙16，从而防止或抑制这种电场进入离子镜2。层18可以在Y维度上与电极14间隔开，或者可以与所述电极直接相邻。另外或可替代地，层18可以是在面向电极14的基板表面上的导电材料涂层，所述涂层至少在与间隙16重合的区域中。例如，层18可以是在电绝缘基板上形成的导电图案(换言之，由PCB形成)。与任何给定间隙重合的导电层可以接地或对施加有，如间隙任一侧上的电极的电势中间的电势。这可以防止电荷在层上积聚并影响离子镜内部的电场。

电极14可以由金属片材电极、金属板电极或PCB形成。另外或可替代地，一个或多个层18可以由金属片材电极、金属板电极或PCB形成。在一个或多个层18与形成离子镜2的内表面的电极14直接接触并且所述一个或多个层在内表面上是导电的实施例中，一个或多个层18与形成内表面的电极14电绝缘。

考虑了这样的实施例，其中形成离子镜内表面的电极和覆盖间隙的一个或多个层均由复合分层PCB结构形成。

图3A示出了MRTOF质量分析器的实施例的截面，其说明了离子镜2和正交加速器6的结构的部分。每个离子镜2包括两个多层PCB组合件20，所述组合件各自布置在X-Z平面中并在Y维度上间隔开，以便在其间限定离子接收区域，用于反射离子。每个组合件20包括多个电极14，所述多个电极在Z方向上被拉长，并且在X方向上由电极之间的间隙16隔开。向这些电极施加电压以反射离子镜中的离子。每个组合件的结构将在下文结合图3B-3C更详细地描述。每个离子镜2还可以包括位于离子镜的X维末端处的端盖22(离子在所述末端处被转向)，并且可以包括位于离子镜的Z维末端处的侧壁(未示出)。这些结构可以由PCB、金属片材电极或金属板电极的堆叠形成，如下所述。

图3B示出了四种不同类型的PCB片材，用于形成图3A右侧(X维度上)所示的离子镜。如上所述，所述离子镜中的每一个离子镜包括两个各自布置在X-Z平面中的PCB组合件20。每个PCB组合件包括在离子镜2的内表面处的第一PCB片材24。该第一PCB片材24包括上述多个不同的电极14。第一PCB片材24的绝缘基板的介于电极之间的部分已经被移除，以在延伸穿过第一PCB片材24的电极14之间形成开槽间隙16。第二PCB片材26被布置成抵靠第一PCB片材24的外表面。第二PCB片材26具有多个布置在其中的开槽间隙28，所述开槽间隙在X维度上间隔开并且被PCB的肋条30(如绝缘基板的肋条)分开。第二PCB片材26的大部分(或全部)，或者至少其肋条30，可以不涂覆有导电材料。第二PCB片材26充当间隔层并且抵靠第一PCB片材24的外侧布置，使得第二PCB片材26的开槽间隙28与第一PCB片材24中的开槽间隙16重合，并且第二PCB片材26的肋条30抵靠第一PCB片材24的电极14所在的部分。第三PCB片材32被布置成抵靠第二PCB片材26的外表面。第三PCB片材32具有布置在其上的多个不同的电极34(其可以对应于先前实施例中的层18)，所述电极在X维度上间隔开并由电极34之间的绝缘基板36隔开。第三PCB片材32被布置成抵靠第二PCB片材26，使得第二PCB片材的开槽间隙28与第三PCB片材32的电极34重合，并且第二PCB片材26的肋条30可以抵靠第三PCB片材32的绝缘基板部分36。换言之，在X-Z平面中，第三PCB片材32的电极34布置在第一PCB片材24中的间隙16内。PCB组合件20的一部分在图3C中示出。

还考虑了可以在第一PCB片材24和第三PCB片材32之间提供额外的PCB片材，以便增加电极14和电极34之间的间距。可替代地，考虑了可以省略第二PCB片材26，但仍然必须确保第一PCB片材24上的电极14被布置成与第三PCB片材32上的任何电极34电隔离。

图3B还示出了第四种类型的PCB 40，其中的多个PCB可以堆叠在一起并布置在每个离子镜2中的相对PCB组合件20之间，从而形成离子镜2的端盖22和Z维侧壁。这在图3A中示出，不同之处在于，该截面图没有示出离子镜的Z维侧壁。所述第四PCB类型40对应于第一PCB类型24，不同之处在于，其中心部分以及X维侧壁中的一个侧壁不存在。第四PCB类型40由第一细长条状部分42和在所述第一细长条状部分42的任一纵向末端处正交布置的细长条状部分44组成，前者用于形成离子镜的端盖壁22，而后者用于形成Z维离子镜的侧壁。换言之，第四PCB 40大致呈C形。第一细长条形部分42包括布置在绝缘基板上的电极46，端盖电压可以施加到所述电极上。每个正交排布置的细长条形部分44具有布置在其上的多个电极48，所述多个电极在X维度上间隔开并由电极之间的绝缘基板隔开。这些电极48可以被布置成使得当第四PCB 40定位在离子镜中时，这些电极与第一PCB 24上的电极14位于相同的位置(在X维度上)。施加到任何给定的第四PCB40上的电极48之一的电压可以与在X维度上的相同位置处施加到第一PCB 24上的电极14的电压相同。

应当理解，图3B中所示的PCB层的镜像用于形成图3A的左侧(在X维度上)所示的离子镜。

在使用中，各种不同的电压被施加到离子镜的第一PCB 24和第四PCB 40的电极上，以产生用于反射离子镜中的离子的电场。由于在第一PCB上的电极14之间提供间隙16，向第一PCB散射的任何离子(或其它带电粒子)要么撞击电极14，要么穿过电极之间的间隙16。因此，不需要的电荷无法在第一PCB 24的内表面上积聚。定位在第一PCB 24外侧的第三PCB 32重叠并覆盖第一PCB中的间隙16。所述第三PCB 32可以被配置成防止电场穿过第一PCB 24中的间隙16从离子镜2的外部传递到离子镜的内部。例如，第三PCB 32可以具有布置在与第一PCB 24中的间隙16重合的位置处(在X-Z平面中)的电导体/电极34。电势可以施加到第三PCB 32上的这些电极34。例如，施加到第三PCB 32上的任何给定电极34的电势可以介于施加到间隙16的相对侧上的两个相应电极34的两个电势之间，第三PCB上的电极与所述间隙重合。例如，施加到第三PCB上的任何给定电极的电势可以基本上处于施加到间隙的相对侧上的两个电极的两个电势之间，第三PCB上的电极与所述间隙重合。这可以减少对由第一PCB层上的电极产生的离子镜内电场的影响。

有利的是，将PCB绝缘基板暴露于散射离子的可能性降至最低。为此，第一PCB 24的电极14可以沿着第一PCB 24中的间隙16的边缘壁50向下延伸(如图3C所示)。可替代地，边缘可被切割成使得间隙的壁50不与第一层的内表面正交，而是成角度，从而使得边缘壁50隐藏在第一层下方。

第二PCB 26使得第三PCB 32能够与第一PCB 24间隔开。由于第一PCB 24的电极14可以沿着第一PCB 24中的间隙16的边缘壁50向下延伸(如图3C所示)，因此第二PCB 26的使用使得第三PCB 32上的电极34能够与第一电极14间隔开并且因此与所述第一电极电隔离(具体地说，在间隙16的边缘50处)。第二PCB 26可以在其上基本上没有导电材料并且可以基本上只是绝缘基板片材。

在上述实施例的替代实施例中，可以使用除PCB之外的片材或者可以使用单独的间隔元件来将第一PCB 24与第三PCB 32隔开，而不提供第二PCB片材26。

图3A还示出了无网格正交加速器6的结构的实施例。正交加速器包括两个PCB组合件20'，所述组合件各自布置在X-Z平面中并在Y维度上间隔开，以便在其间限定离子接收区域。每个组合件20'包括多个电极，所述多个电极各自在Z方向上伸长，并且在X方向上被电极之间的间隙隔开。向这些电极施加电压以加速离子进入其中一个离子镜。每个PCB组合件的结构可以以与离子镜中的PCB组合件相同的方式形成。可以在每个第一PCB片材的内表面的一部分上提供附加的PCB层52，以便在Y-Z平面中提供限制孔，离子通过所述孔被脉冲。正交加速器6还包括位于X维末端处的推动电极壁54，离子从所述末端处被脉冲，并且还可以包括Z维侧壁(未示出)。这些可以使用图3B中所示的第四类型PCB 40形成，方式与形成离子镜2的端盖22和侧壁的方式相同。可替代地，这些可以由金属片材电极或金属板电极形成。

在使用中，各种不同的电压被施加到正交加速器内表面处的电极上以产生电场，所述电场对进入正交加速器的离子进行正交加速。

如图3A所示，考虑了质量分析器外壳的刚性壁56可用于提供PCB电极的平坦度和精确定位。离子镜PCB组合件20和正交加速器6因此可以完全由夹在刚性壁56之间的PCB组合件形成。任选地，离子镜PCB组合件20和正交加速器6可以夹在另外的PCB片材(未示出)之间，所述PCB片材本身夹在刚性壁56之间。

如上所述，考虑了常规电极可以与PCB电极组合件结合使用，特别是例如在与PCB分层表面正交或倾斜的方向上需要良好的表面平整度的情况下。例如，常规的金属片材或金属板电极可以用于离子镜端盖、每个离子镜侧壁、正交加速器推动电极壁或用于正交加速器的其它电极。这些电极可以焊接或以其它方式固定在相对的PCB组合件之间，任选地在固定到位之前作往复运动。这些常规电极可以充当PCB电极组合件之间的间隔件。

图2示出了正交加速器6的实例，其具有用于正交加速离子的常规金属片材或金属板电极和用于在Z维度上偏转离子的PCB电极的组合。常规电极可以焊接或以其它方式固定在PCB层之间。

图4示出了图2中所示的正交加速器6和偏转器12的实施例的Simion(RTM)图，其示出了离子的电势和离子轨迹。图4对应于图2中的视图A所示的横截面图。正交加速器6可以包括在Y维度上间隔开的相对PCB片材60和在Y-Z平面中延伸的多个电极62，所述平面布置在所述多个电极之间。布置在Y-Z平面中的一些或所有电极62可以是例如通过焊接固定到PCB片材60的金属片材或金属板电极。可以向这些电极62施加电压以控制离子在X维度上的运动。如关于图1B所描述的，还可以提供离子偏转器12，用于在Z维度上偏转离子。所述偏转器12可以包括PCB片材60的电极64，即沉积在PCB基板上的电极。

图5以图2中的视图B所示的横截面图示出了离子偏转器12的Simion(RTM)图。示出了离子偏转器内的电势。从该视图中可以看出，偏转器12可以包括沿每个PCB片材60在Z维度上间隔开的多个电极64。不同的电压可以作为其在Z维度上的位置的函数被施加到不同的电极64，以产生几乎均匀的电场，所述电场使离子在Z维度上基本均匀地偏转。偏转器12可以包括布置在X-Y平面中的相对的侧壁电极66。这些电极66可以是金属板或金属片材电极，并且可以例如通过焊接固定到PCB片材60上和所述PCB片材之间。

考虑了至少在Z维度上间隔开的偏转电极64可以包括相对的PCB组合件，所述组合件具有上述类型的关于离子镜的薄电极层。

图6示出了离子镜2的另一个实施例，其在离子被转向的区域中具有精细电极结构，没有示出Z维侧壁。如在一些先前描述的实施例中一样，离子镜可以包括两个PCB组合件，所述组合件各自布置在X-Z平面中并在Y维度上间隔开，以便在其间限定离子接收区域。端盖电极22以可由金属片材、金属板或正交安装的镀金属板(如PCB)形成。端盖电极22可以焊接在PCB组合件的末端之间或焊接到PCB组合件的末端。PCB组合件的外表面可以电接地，以将其安全地安装在刚性支撑壁56之间(如图3A中所示)。槽可以被制成穿过外层，以使得气体能够被泵送穿过电极组合件，从而抽空质量分析器的内部。

尽管已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求中所示的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上作出各种改变。

例如，虽然已经描述了其中离子沿线性Z轴漂移同时在离子镜之间反射的MRTOF质量分析器的实施例，但可以替代地考虑每个离子镜可以限定圆柱形离子接收区域，使得离子围绕圆柱镜沿圆周方向漂移。这种实施例不需要上述的Z维端壁。

尽管已经关于用于MRTOF质量分析器的离子光学部件描述了离子镜、无栅正交加速器和离子偏转器的实施例，但是离子光学部件也可以用于单反射TOF质量分析器。此外，本文描述的分层结构可用于本文描述的那些其它类型的离子光学部件(如离子透镜)中的电极结构，或用于除质谱或迁移谱仪中的离子光学部件以外的离子光学部件。本文描述的分层结构可用于例如需要精细/精确电极结构或电场的任何装置中。

如本文所使用的，PCB可以指包括从非导电基板蚀刻、印刷、沉积或层压到所述非导电基板上的电极(如导电轨道、焊盘和其它特征)的部件。

本文所述的非导电基板可以是片材或块状材料，或者可以通过任何其它方法3D打印或沉积在另一基板上。