Устройство для манипулирования заряженными частицами

Изобретение относится к области оптики заряженных частиц и масс-спектрометрии, а именно к радиочастотным системам транспортировки и манипулирования заряженными частицами. Технический результат заключается в обеспечении возможности объединения в едином транспортируемом пакете положительно и отрицательно заряженных частиц. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для манипулирования заряженными частицами содержит совокупность электродов, расположенных с образованием канала для перемещения заряженных частиц, а также средство электропитания, обеспечивающее приложение к электродам питающего напряжения, обуславливающего создание в канале неоднородного высокочастотного электрического поля, псевдопотенциал которого имеет один или более локальных экстремумов вдоль длины канала для перемещения заряженных частиц, по меньшей мере, на некотором интервале времени, причем, по меньшей мере, один из указанных экстремумов псевдопотенциала перемещается во времени, по меньшей мере, на некотором интервале времени, по меньшей мере, по части длины канала для перемещения заряженных частиц. 65 з.п. ф-лы, 80 ил.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Устройство для манипулирования заряженными частицами, содержащее совокупность электродов, расположенных с образованием канала для перемещения заряженных частиц, а также средство электропитания, обеспечивающее приложение к электродам питающего напряжения, обуславливающего создание в канале неоднородного высокочастотного электрического поля, псевдопотенциал которого имеет один или более локальных экстремумов вдоль длины канала для перемещения заряженных частиц, по меньшей мере, на некотором интервале времени, причем, по меньшей мере, один из указанных экстремумов псевдопотенциала перемещается во времени, по меньшей мере, на некотором интервале времени, по меньшей мере, по части длины канала для перемещения заряженных частиц.

2. Устройство по п.1, в котором указанный псевдопотенциал имеет вдоль длины канала для перемещения заряженных частиц чередующиеся максимумы и минимумы.

3. Устройство по п.1, в котором экстремум или экстремумы псевдопотенциала перемещаются во времени по заданному закону, по меньшей мере, по части длины канала, по меньшей мере, на некотором интервале времени.

4. Устройство по п.1, в котором направление перемещения экстремума или экстремумов псевдопотенциала, по меньшей мере, для части длины канала, в некоторый момент или некоторые моменты времени меняет знак.

5. Устройство по п.1, в котором перемещение экстремума или экстремумов псевдопотенциала, по меньшей мере, по части длины канала, по меньшей мере, на некотором интервале времени, имеет осциллирующий характер.

6. Устройство по п.1, в котором псевдопотенциал, по меньшей мере, на некотором интервале времени, по меньшей мере, на некоторой длине канала транспортировки, является однородным по длине канала.

7. Устройство по п.1, в котором последовательные экстремумы, или только последовательные максимумы, или только последовательные минимумы псевдопотенциала являются монотонно нарастающими, по меньшей мере, по части длины канала, по меньшей мере, на некотором интервале времени.

8. Устройство по п.1, в котором последовательные экстремумы, или только последовательные максимумы, или только последовательные минимумы псевдопотенциала являются монотонно убывающими, по меньшей мере, по части длины канала, по меньшей мере, на некотором интервале времени.

9. Устройство по п.1, в котором значение псевдопотенциала в одной или более точках локального максимума псевдопотенциала вдоль длины канала меняется, по меньшей мере, на некотором интервале времени.

10. Устройство по п.1, в котором значение псевдопотенциала в одной или более точках локального минимума псевдопотенциала вдоль длины канала меняется, по меньшей мере, на некотором интервале времени.

11. Устройство по п.1, в котором к электродам приложены дополнительные постоянные, и/или квазистатические, и/или переменные, и/или импульсные, и/или высокочастотные напряжения, обеспечивающие управление радиальным удержанием заряженных частиц в окрестности канала транспортировки заряженных частиц.

12. Устройство по п.1, в котором к электродам приложены дополнительные постоянные, и/или квазистатические, и/или переменные, и/или импульсные, и/или высокочастотные напряжения, отпирающие и/или блокирующие выход заряженных частиц через концы канала транспортировки заряженных частиц.

13. Устройство по п.1, в котором к электродам приложены дополнительные постоянные, и/или квазистатические, и/или переменные, и/или импульсные, и/или высокочастотные напряжения, обеспечивающие управление пространственной изоляцией пакетов заряженных частиц друг от друга вдоль длины канала транспортировки заряженных частиц.

14. Устройство по п.1, в котором к электродам приложены дополнительные постоянные, и/или квазистатические, и/или переменные, и/или импульсные, и/или высокочастотные напряжения, обеспечивающие управление временной синхронизацией транспортировки пакетов заряженных частиц.

15. Устройство по п.1, в котором к электродам приложены дополнительные постоянные, и/или квазистатические, и/или переменные, и/или импульсные, и/или высокочастотные напряжения, обеспечивающие дополнительное управление транспортировкой заряженных частиц.

16. Устройство по п.1, в котором к электродам приложены дополнительные постоянные, и/или квазистатические, и/или переменные, и/или импульсные, и/или высокочастотные напряжения, обеспечивающие управление движением заряженных частиц внутри локальных зон захвата заряженных частиц.

17. Устройство по п.1, в котором к электродам приложены дополнительные постоянные, и/или квазистатические, и/или переменные, и/или импульсные, и/или высокочастотные напряжения, обеспечивающие создание дополнительных потенциальных или псевдопотенциальных барьеров, и/или потенциальных или псевдопотенциальных ям вдоль канала транспортировки заряженных частиц, по крайней мере, в одной точке пути канала, по крайней мере, на каком-то интервале времени.

18. Устройство по п.17, в котором упомянутые потенциальные или псевдопотенциальные барьеры и/или потенциальные или псевдопотенциальные ямы меняются во времени или перемещаются во времени вдоль канала транспортировки, по крайней мере, на каком-то интервале времени.

19. Устройство по п.1, в котором к электродам приложены дополнительные постоянные, и/или квазистатические, и/или переменные, и/или импульсные, и/или высокочастотные напряжения, обеспечивающие создание дополнительных зон устойчивости и/или дополнительных зон неустойчивости вдоль канала транспортировки заряженных частиц, по крайней мере, в одной точке пути канала, по крайней мере, на каком-то интервале времени.

20. Устройство по п.19, в котором упомянутые зоны устойчивости и/или зоны неустойчивости меняются во времени или перемещаются во времени вдоль канала транспортировки, по крайней мере, на каком-то интервале времени.

21. Устройство по п.1, в котором к электродам приложены дополнительные постоянные, и/или квазистатические, и/или переменные, и/или импульсные, и/или высокочастотные напряжения, обеспечивающие селективный отбор заряженных частиц.

22. Устройство по п.1, в котором к электродам приложены дополнительные постоянные, и/или квазистатические, и/или переменные, и/или импульсные, и/или высокочастотные напряжения, обеспечивающие управление существенной зависимостью движения заряженных частиц от массы заряженных частиц.

23. Устройство по п.1, в котором к электродам приложено питающее напряжение, частота которого, по крайней мере, на каком-то интервале времени изменяется,
осуществляется перестройка частоты высокочастотного напряжения на каком-то интервале времени и/или на каком-то отрезке длины канала транспортировки.

24. Устройство по п.1, в котором канал для перемещения заряженных частиц имеет прямолинейную ориентацию.

25. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канал для перемещения заряженных частиц имеет криволинейную ориентацию.

26. Устройство по п.1, в котором канал для перемещения заряженных частиц имеет переменный профиль вдоль длины канала.

27. Устройство по п.1, в котором канал для перемещения заряженных частиц замкнут в петлю или кольцо.

28. Устройство по п.1, в котором в центральной части канала для перемещения заряженных частиц расположен дополнительный электрод или электроды.

29. Устройство по п.1, в котором канал для перемещения заряженных частиц разбит на сегменты.

30. Устройство по п.1, в котором канал для перемещения заряженных частиц состоит из нескольких состыкованных друг с другом каналов, возможно, разделенных дополнительными областями или устройствами.

31. Устройство по п.1, в котором канал для перемещения заряженных частиц образован несколькими параллельными каналами для перемещения заряженных частиц, по крайней мере, в какой-то части канала.

32. Устройство по п.1, в котором канал для перемещения заряженных частиц расщеплен на каком-то участке на несколько параллельных каналов.

33. Устройство по п.1, в котором несколько параллельных каналов для перемещения заряженных частиц соединены на каком-то участке в единый канал для перемещения заряженных частиц.

34. Устройство по п.1, в котором канал для перемещения заряженных частиц содержит область, выполняющую функцию накопительного объема для заряженных частиц, расположенную на входе канала, и/или выходе из канала, и/или внутри канала.

35. Устройство по п.1, в котором канал для перемещения заряженных частиц является заглушенным, по крайней мере, с одного из концов, по крайней мере, в течение некоторого интервала времени.

36. Устройство по п.35, в котором канал для перемещения заряженных частиц имеет управляемую электрическим полем заглушку, по крайней мере, с одного из концов.

37. Устройство по п.1, в котором канал для перемещения заряженных частиц содержит управляемое электрическим полем зеркало, размещенное в канале для перемещения заряженных частиц, по крайней мере, с одного из концов.

38. Устройство по п.1, содержащее устройство для ввода заряженных частиц, размещенное в канале для перемещения заряженных частиц, работающее в непрерывном режиме.

39. Устройство по п.1, содержащее устройство для ввода заряженных частиц, размещенное в канале для перемещения заряженных частиц, работающее в импульсном режиме.

40. Устройство по п.1, содержащее устройство для ввода заряженных частиц, размещенное в канале для перемещения заряженных частиц, способное переключаться между непрерывным режимом работы и импульсным режимом работы.

41. Устройство по п.1, содержащее устройство для вывода заряженных частиц, размещенное в канале для перемещения заряженных частиц, работающее в непрерывном режиме.

42. Устройство по п.1, содержащее устройство для вывода заряженных частиц, размещенное в канале для перемещения заряженных частиц, работающее в импульсном режиме.

43. Устройство по п.1, содержащее устройство для вывода заряженных частиц, размещенное в канале для перемещения заряженных частиц, способное переключаться между непрерывным режимом работы и импульсным режимом работы.

44. Устройство по п.1, содержащее устройство для генерирования заряженных частиц, размещенное в канале для перемещения заряженных частиц, работающее в непрерывном режиме.

45. Устройство по п.1, содержащее устройство для генерирования заряженных частиц, размещенное в канале для перемещения заряженных частиц, работающее в импульсном режиме.

46. Устройство по п.1, содержащее устройство для генерирования заряженных частиц, размещенное в канале для перемещения заряженных частиц, способное переключаться между непрерывным режимом работы и импульсным режимом работы.

47. Устройство по п.1, в котором в качестве питающего напряжения, обуславливающего создание в канале неоднородного высокочастотного электрического поля, используют высокочастотные гармонические напряжения, и/или периодические негармонические высокочастотные напряжения, и/или высокочастотные напряжения, содержащие в своем частотном спектре две или более частоты, и/или высокочастотные напряжения, содержащие в своем частотном спектре бесконечный набор частот, и/или высокочастотные импульсные напряжения, к которым применена амплитудная модуляция, или суперпозиция таких напряжений.

48. Устройство по п.1, в котором в качестве питающего напряжения, обуславливающего создание в канале неоднородного высокочастотного электрического поля, используют высокочастотные гармонические напряжения, и/или периодические негармонические высокочастотные напряжения, и/или высокочастотные напряжения, содержащие в своем частотном спектре две или более частоты, и/или высокочастотные напряжения, содержащие в своем частотном спектре бесконечный набор частот, и/или высокочастотные импульсные напряжения, к которым применена частотная модуляция, или суперпозиция таких напряжений.

49. Устройство по п.1, в котором в качестве питающего напряжения, обуславливающего создание в канале неоднородного высокочастотного электрического поля, используют высокочастотные гармонические напряжения, и/или периодические негармонические высокочастотные напряжения, и/или высокочастотные напряжения, содержащие в своем частотном спектре две или более частоты, и/или высокочастотные напряжения, содержащие в своем частотном спектре бесконечный набор частот, и/или высокочастотные импульсные напряжения, к которым применена фазовая модуляция, или суперпозиция таких напряжений.

50. Устройство по п.1, в котором в качестве питающего напряжения, обуславливающего создание в канале неоднородного высокочастотного электрического поля, используют высокочастотные гармонические напряжения, и/или периодические негармонические высокочастотные напряжения, и/или высокочастотные напряжения, содержащие в своем частотном спектре две или более частоты, и/или высокочастотные напряжения, содержащие в своем частотном спектре бесконечный набор частот, и/или высокочастотные импульсные напряжения, которые характеризуются двумя или более близкими базовыми частотами, или суперпозиция таких напряжений.

51. Устройство по п.1, в котором в качестве питающего напряжения, обуславливающего создание в канале неоднородного высокочастотного электрического поля, используют высокочастотные гармонические напряжения, и/или периодические негармонические высокочастотные напряжения, и/или высокочастотные напряжения, содержащие в своем частотном спектре две или более частоты, и/или высокочастотные напряжения, содержащие в своем частотном спектре бесконечный набор частот, и/или высокочастотные импульсные напряжения, которые превращены в синхронизированные во времени цуги высокочастотных напряжений, или суперпозиция таких напряжений.

52. Устройство по п.1, в котором в качестве питающего напряжения, обуславливающего создание в канале неоднородного высокочастотного электрического поля, используют высокочастотные напряжения, синтезированные цифровым способом.

53. Устройство по п.1, отличающееся тем, что совокупность электродов представляет собой периодически повторяющиеся электроды.

54. Устройство по п.1, отличающееся тем, что совокупность электродов представляет собой периодически повторяющиеся каскады электродов, при этом конфигурация электродов в отдельном каскаде необязательно является периодической.

55. Устройство по п.1, отличающееся тем, что некоторые или все электроды могут быть сплошными, тогда как остальные электроды или часть остальных электродов распадается на периодическую последовательность элементов.

56. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к некоторым электродам могут не прикладываться высокочастотные напряжения.

57. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в совокупности электродов некоторые или все электроды имеют мультипольный профиль.

58. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в совокупности электродов некоторые или все электроды имеют огрубленный мультипольный профиль, образованный плоскими, ступенчатыми, кусочно-ступенчатыми, линейными, кусочно-линейными, круговыми, скругленными, кусочно-скругленными, криволинейными, кусочно-криволинейными профилями или комбинацией указанных профилей.

59. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в совокупности электродов некоторые или все электроды представляют собой тонкие металлические пленки, нанесенные на непроводящую подложку.

60. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в совокупности электродов некоторые или все электроды являются проволочными и/или сеточными и/или имеют разрезы и/или другие дополнительные отверстия, делающие их прозрачными для потока газа или уменьшающие сопротивление, оказываемое электродами потоку газа.

61. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в канале для перемещения заряженных частиц создан вакуум.

62. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канал для перемещения заряженных частиц заполнен нейтральным и/или (частично) ионизированным газом.

63. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в канале для перемещения заряженных частиц создан поток нейтрального и/или (частично) ионизированного газа.

64. Устройство по п.1, в котором некоторые или все электроды имеют щели и/или отверстия, предназначенные для ввода в устройство и/или вывода из устройства заряженных частиц.

65. Устройство по п.1, в котором промежуток между электродами использован для ввода в устройство и/или вывода из устройства заряженных частиц.

66. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, к части электродов, по меньшей мере, на каком-то интервале времени, приложены дополнительные импульсные или ступенчатые напряжения, обуславливающие ввод в устройство и/или вывод из устройства и/или запирание внутри устройства заряженных частиц.