質譜及其相關技術改進的制作方法

質譜及其相關技術改進的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種可與質譜儀結合使用的離子反射器，用于在兩條不同運動軸之間引導離子流。該反射器包括一個電場，可使向第一個空間區聚焦的離子流被聚焦到第二個空間區，從而使第一個空間區和第二個空間區分別對準相應的運動軸。
【專利說明】質譜及其相關技術改進

【技術領域】
[0001] 本發明涉及質譜分析中或與之相關的改進。更具體地說，本發明涉及與質譜分析 儀器結合使用的離子反射器裝置的改進。

【背景技術】
[0002] 在本說明書中，在提及或論述到文檔、知識條例或項目時，所述提及或論述并非承 認所述文檔、知識條例或項目或者其任意組合在 優先權日:已是公眾已知信息的一部分；或 者，已知是與嘗試解決與本說明書所涉及任何問題的努力相關。
[0003] 質譜儀是用于測量或分析帶電粒子的質荷比的設備，可確定含有帶電粒子的樣本 或分子的元素組成。
[0004] 有多種不同技術可用來滿足此類測量目的。質譜分析的一種形式是采用電感耦合 等離子體（ICP)焰炬，使要測量或分析的樣本產生等離子場。在這種形式中，等離子體將樣 本汽化和電離，使樣本中的離子進入質譜儀進行測量/分析（質譜分析）。
[0005] 由于質譜儀需要在真空環境下運行，從等離子體中提取和轉移離子是讓等離子體 形成的一小部分離子穿過取樣器上尺寸約1mm的孔，然后穿過截取器上尺寸約0. 4mm的孔 (通常分別稱為取樣器和截取錐）。
[0006] 對離子束穿過質譜分析裝置的引導，通常由施加了可控電壓且正確定位的電極所 產生的特定形狀的電場來控制。這種類型的裝置通常被稱為離子光學系統。
[0007] US6, 614, 021 (屬于Varian Australia Pty Ltd)中描述了一個眾所周知的離子光 學系統的典型示例。雖然US'021中所述裝置能夠勝任，但一些不足還是會限制其在某些離 子能級上的測量靈敏度。


【發明內容】

[0008] 根據本發明的一個主要方面，提供的離子反射器用于改變離子束在質譜儀中的運 動路徑，該反射器包括電場電感器，可通過對離子施加電場來反射在第一個空間區運動的 離子，使其從所述的第一個空間區的第一個焦點運動至第二個空間區的第二個焦點。
[0009] 根據本發明的另一個主要方面，提供的離子反射器用于改變離子束在質譜儀中的 運動路徑，反射器包括一個聚焦裝置，用于將來自離子源的在第一個空間區運動的離子聚 焦到第一個空間區的第一個焦點上，同時還包括一個電場電感器，用來對離子施加電場將 離子反射到第二個空間區的第二個焦點上。
[0010] 根據本發明的另一個主要方面，提供的離子反射器用于改變離子束在質譜儀中的 運動路徑，反射器包括一個聚焦裝置，用于將來自離子源的在第一個空間區運動的離子聚 焦到第一個空間區的第一個焦點上，同時還包括一個電場電感器，用來對離子施加電場將 一個或多個入射角度的離子反射到第二個空間區的第二個焦點。
[0011] 根據本發明的另一個主要方面，提供的離子反射器可與質譜儀結合使用，用來在 兩條不同軸之間引導離子流，反射器包含的電場能夠使向第一個空間區聚焦的離子流向第 二個空間區聚焦，從而使這兩個空間區對準上述離子的運動軸。
[0012] 對于本發明的上述各主要方面以及以下各方面，第一個空間區代表離子流向其聚 焦或集中的空間的第一個區（即第一個焦點），其目的是為了最大限度增加實際通過第一 個空間區的離子通量，并最大限度減少該區離子束的能量分布。第一個空間區通常位于入 口區或在其附近，通過該入口區可使用質譜儀采樣或測量從相應離子源提取的離子。
[0013] 優選方法是，通過離子熱化設備使離子流向第一個空間區集中或聚焦，諸如離子 漏斗、離子導向器或任何其他使用剩余壓力碰撞冷卻或碰撞聚焦功能的設備。通過這種方 式，可使從離子源提取的離子束聚焦或集中，從而基本通過第一個空間區。
[0014] 第二個空間區一般代表離子穿過空間的第一個區后，通過電場布置向空間的第二 個區（即第二個焦點）聚焦或集中。第二個空間區通常位于質量分析器或碰撞池裝置的入 口或在其附近，它們是質譜分析裝置整體配置的組成部分。在一個實施例中，這樣布置的電 場確保穿過第二個空間區的離子通量集中度與通過第一個空間區的離子通量基本相同。一 方面，電場布置配置為，使穿過第一個空間區的離子通量被映射到第二個空間區。換言之， 因為布置了電場的形狀，所以借助電場反射的方式，第一個空間區的離子的集中度被映射 到第二個空間區。電場的形狀最好是橢球形。
[0015] 通常，第二個空間區在空間上與第一個空間區明顯不同，這兩個空間區的位置關 系取決于電場布置的具體配置。在一個實施例中，電場的布置要確保第二個空間區與第一 個空間區之間有充分的間隔，使離子在所述的第一條和第二條離子運動軸之間反射。
[0016] 優選的方法是，電場的布置要確保能夠預先確定第二個空間區的位置，從而預先 確定離子流的方向。
[0017] 應當認識到，第一條和第二條運動軸之間的角度可根據所需的質譜分析裝置而改 變。例如，已知的為提高質譜儀靈敏度的離子束反射方法是通過僅反射目標離子，也就是將 不需要的粒子從離子束流中去除。因此，這種裝置可提高目標離子的密度，從而不再需要通 常通過碰撞環境才能實現的碰撞或反應池。此外，操縱或控制離子束的能力讓設計者在開 發質譜儀設備時擁有更高的靈活性，使其能夠更加緊湊并占據更少的工作臺空間。
[0018] 在一個實施例中，電場的布置可使離子在成90度的第一條和第二條運動軸之間 反射。
[0019] 電場布置可包含一個組件，其中含有多個可帶電的元件和一個電壓源，使其呈正 或負偏置電位。在優選實施例中，對第一個可帶電元件施加負偏置電位，對第二個可帶電元 件施加正偏置電位。
[0020] 電場布置可能包含一個電偶極場，場強度相對于離子束的軸呈軸向和徑向變化。
[0021] 在一個實施例中，組件包含的第一個可帶電元件的布置確保可對其施加正偏置電 位或負偏置電位。該組件還可能包含第二個可帶電元件，它被施加正偏置電位或負偏置電 位。
[0022] 第一個和第二個可帶電元件之間有充分的間隔，因此能夠產生電場，以預先確定 的方式反射離子束。一般來說，離子束的預期路徑在第一個和第二個可帶電元件之間流過。
[0023] 第二個帶電元件可能包含一個具有多個可帶電構件的組件。每個可帶電構件都可 布置電壓源，使其能夠擁有正或負偏置電位。每個可帶電構件的電位可能不同，但要確保第 一個和第二個可帶電元件之間的電場變化方式符合所需的離子束反射的特點要求。一般來 說，將對可帶電構件施加正偏置電位。
[0024] 根據本發明的另一個主要方面，提供的離子反射器可與質譜儀結合使用，用來在 兩條不同軸之間引導離子流，反射器包含的電場能夠使流過第一個空間區的離子流向第二 個空間區流動，使第二個空間區的離子通量與第一個空間區的離子通量基本相同，從而使 第一個和第二個空間區對準所述離子相應的運動軸。
[0025] 根據本發明的另一個主要方面，提供的離子反射器可與質譜儀結合使用，用來在 兩條不同軸之間引導離子流，反射器包含的電場能夠使流過第一個空間區的離子流向第二 個空間區流動，使第二個空間區中流動的離子流的能量分布與在第一個空間區中流動的離 子流完全相同，從而使第一個和第二個空間區對準所述離子相應的運動軸。
[0026] 根據本發明的另一個主要方面，提供了與質譜分析儀器結合使用的采樣接口，布 置的采樣接口能夠實現在質譜儀中進行離子采樣，采樣接口能夠接收從離子源提取的一定 數量的離子，以便提供一個離子束沿第一條運動軸運動，并沿預期路徑被引導至為接收沿 第二條運動軸移動的離子布置的離子檢測器，該接口還包含一個離子反射器，該反射器根 據本發明的任何上述主要方面的任何實施例，可在第一條和第二條運動軸之間反射離子 束。
[0027] 可布置采樣接口使其兼容下列質譜分析儀器中的至少一種：氣壓等離子體離子 源（可使用低壓或高壓等離子體離子源）質譜分析，諸如ICP-MS、微波等離子質譜分析 (MP-MS)或輝光放電質譜分析（GD-MS)或光學等離子質譜分析（如激光感應等離子體）、氣 相色譜質譜分析（GC-MS)、液相色譜質譜分析（LC-MS)和離子色譜質譜分析（IC-MS)。此外， 其他離子源包括但不局限于電子電離（EI)、實時直接分析（DART)、解吸電噴霧（DESI)、流 動大氣壓余輝（FAPA)、低溫等離子體（LTP)、介質阻擋放電（DBD)、氦等離子電離源（HPIS)、 解吸大氣壓光電離（DAPPI)和大氣解吸電離（ADI)。有經驗的讀者可能會意識到后面的清 單并未打算詳盡列明，因為質譜分析的其他開發領域也可能會從本發明的原理中獲益。
[0028] 根據本發明的其他主要方面，提供的質譜儀包括根據本發明布置的上述離子反射 器的任何實施例。
[0029] 根據本發明的其他主要方面，提供的電感耦合等離子體質譜儀包括根據本發明布 置的上述離子反射器的任何實施例。
[0030] 根據本發明的其他主要方面，提供的氣壓離子源包括根據本發明布置的上述離子 反射器的任何實施例。
[0031] 根據本發明的其他主要方面，提供的質譜儀包括根據本發明布置的上述采樣接口 的任何實施例。
[0032] 根據本發明的其他主要方面，提供的電感耦合等離子體質譜儀包括根據本發明布 置的上述采樣接口的任何實施例。
[0033] 根據本發明的其他主要方面，提供的氣壓離子源包括根據本發明布置的上述采樣 接口的任何實施例。
[0034] 根據本發明的另一個主要方面，提供了與質譜分析儀器結合使用的采樣接口，該 接口包括：
[0035] -個離子聚焦設備，布置確保將從離子源提取的離子聚焦到第一個空間區；以 及，
[0036] -個離子反射器，其產生的電場能夠將穿過第一個空間區的離子流向第二個空間 區聚焦。
[0037] 離子反射器可能包括本發明第一個、第二個或第三個主要方面所述的任何功能。
[0038] 離子聚焦設備可能包括任何離子熱化設備，諸如離子漏斗、離子導向器或任何其 他使用剩余壓力碰撞冷卻或碰撞聚焦功能的設備。
[0039] 根據本發明的另一個主要方面，提供的方法可改變離子束在質譜儀中的運動路 徑，該方法包括的反射步驟可通過對離子施加電場來反射離子，使其在第一個空間區中運 動，從所述的第一個空間區的第一個焦點移至第二個空間區的第二個焦點。
[0040] 根據本發明的另一個主要方面，提供的方法可改變離子束在質譜儀中的運動路 徑，該方法包括聚焦的步驟，將來自離子源的在第一個空間區運動的離子聚焦到第一個空 間區的第一個焦點上，并對離子施加電場將離子反射到第二個空間區的第二個焦點上。
[0041] 根據本發明的另一個主要方面，提供的方法可改變離子束在質譜儀中的運動路 徑，該方法包括聚焦的步驟，將來自離子源的在第一個空間區運動的離子聚焦到第一個空 間區的第一個焦點上，并對離子施加電場將一個或多個入射角度的離子反射到第二個空間 區的第二個焦點。
[0042] 根據本發明的另一個主要方面，提供的方法可在兩個不同運動軸之間反射離子束 中的離子，該方法包括：
[0043] 布置的電場能夠使流過第一個空間區的離子流向第二個空間區流動，使第二個空 間區的離子通量與第一個空間區的離子通量基本相同，從而使第一個和第二個空間區對準 所述離子相應的運動軸。
[0044] 該方法可能還包括引導從離子源中提取的離子流在穿過第一個空間區時聚焦或 集中的步驟。可通過使用任何離子熱化設備來提供此步驟，諸如離子漏斗、離子導向器或任 何其他使用剩余壓力碰撞冷卻或碰撞聚焦功能的設備。
[0045] 可適當配置布置的電場，使第一個空間區的離子的能量分布與第二個空間區完全 相同，從而使第一個和第二個空間區對準相應的運動軸。
[0046] 電場布置可能包括根據本發明的上述任何方面的任何所述的實施例。
[0047] 在本發明中，"反射"一詞及其在本文中使用的變體可理解為，在其范圍內，任何可 能包括或涉及離子在兩個不同運動軸之間偏轉的事件或動作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0048] 現在將僅通過示例的方式，參照一個或多個附圖進一步解釋和說明本發明的實施 例：
[0049] 圖1顯示了本發明一個實施例的示意（平面）圖；
[0050] 圖2顯示了根據本發明的一個實施例的示意圖，受橢球形電場作用，離子流反射 的兩條運動軸的對準；
[0051] 圖3顯示了根據本發明的一個實施例，計算機模擬的一個視圖；
[0052] 圖4顯示了圖3所示計算機模擬的另一個視圖；
[0053] 圖5顯示了圖3和圖4所示計算機模擬的透視圖；
[0054] 圖6顯示了圖3和圖5所示計算機模擬的另一個透視圖；
[0055] 圖7顯示了采用本發明的一個實施例的質譜分析裝置的示意圖；
[0056] 圖8顯示了采用本發明的一個實施例的質譜分析裝置的示意圖；
[0057] 圖9顯示了采用本發明的一個實施例的另一個質譜分析裝置的示意圖；
[0058] 圖10顯示了采用本發明的一個實施例的另一個質譜分析裝置的示意圖；
[0059] 圖11顯示了采用本發明的一個實施例的另一個質譜分析裝置的示意圖；
[0060] 圖12顯示了采用本發明的一個實施例的另一個質譜分析裝置的示意圖；
[0061] 圖13顯示了采用本發明的一個實施例的另一個質譜分析裝置的示意圖；
[0062] 圖14顯示了采用本發明的一個實施例的另一個質譜分析裝置的示意圖；
[0063] 圖15顯示了采用本發明的一個實施例的另一個質譜分析裝置的示意圖；以及
[0064] 圖16顯示了采用本發明的一個實施例的另一個質譜分析裝置的示意圖。

【具體實施方式】
[0065]為簡便起見，將具體針對電感耦合質譜分析（ICP-MS)設備描述本發明的多個實 施例。然而，應當認識到，上述實施例的內容可直接應用到任何質譜分析儀器，包括具有任 何碰撞環境布置的類型（包括但不限于多級碰撞或反應池），可用于選擇性離子顆粒物破 碎、稀釋、反應、碰撞散射、操縱以及為了修改質譜而進行的重新分配。因此，以下質譜分析 設備可從本發明的原理中獲益：氣壓等離子體離子源（可使用低壓或高壓等離子體離子 源）質譜分析，諸如ICP-MS、微波等離子質譜分析（MP-MS)或輝光放電質譜分析（GD-MS) 或光學等離子質譜分析（如激光感應等離子體）、氣相色譜質譜分析（GC-MS)、液相色譜質 譜分析（LC-MS)和離子色譜質譜分析（IC-MS)。此外，其他離子源包括但不局限于電子電 離（EI)、實時直接分析（DART)、解吸電噴霧（DESI)、流動大氣壓余輝（FAPA)、低溫等離子體 (LTP)、介質阻擋放電（DBD)、氦等離子電離源（HPIS)、解吸大氣壓光電離（DAPPI)和大氣解 吸電離（ADI)。有經驗的讀者可能會意識到后面的清單并未打算詳盡列明，因為質譜分析的 其他開發領域也可能會從本發明的原理中獲益。
[0066] 以ICP-MS設備為例做簡要說明，通常使用"Campargue"類型配置的等離子采樣接 口來生產離子并將其從測試樣本轉移到質譜儀。這種配置的接口通常包括兩個電氣接地組 件：第一個組件通常被稱為取樣器（或取樣錐），將其置于等離子體附近，充當接收等離子 體所產生離子的入口；第二個組件通常被稱為截取器（或截取錐），位于取樣器下游，使離 子穿過其進入質譜儀。截取器通常包含供離子穿過的孔。布置取樣器和截取錐之目的是讓 離子進入（通過相應的孔）質譜儀運行所需的真空環境。一般通過布置多級泵可產生和維 持真空，其中的第一級嘗試去除與等離子體有關的大多數氣體。一個或多個后續真空級可 用于在離子到達質譜儀之前，進一步凈化氣體。在大多數系統中具有離子光學系統或提取 透鏡裝置，這布置在截取器的下游，用于將離子與UV光子、高能中性粒子和任何其他可能 被從等離子體帶入儀器的固體粒子分離。
[0067] -般的ICP質譜儀從負離子源提取離子束，該離子束沿預期路徑作為單一離子束 運動，并相繼穿過所有質譜儀隔間。樣本引入系統為離子源供應要進行質譜分析的材料。離 子源是質譜儀設備的一部分，它將產生離子，然后再通過提取器或接口將離子提取到離子 光學隔間。離子可在等離子體中形成或通過其他已知方式生成，可采用的技術諸如，通過其 他粒子（電子、中性粒子、離子、光子、化學離子等）的感應或通過場（電場和/或磁場）。 離子源可在多種不同壓力條件下運行，如大氣壓或其他具有較高或較低壓力條件的環境。
[0068] 大多數質譜儀設備包括離子光學裝置，該裝置經過配置，會將離子聚焦并使其移 動到離子束操縱器（如果使用）中，諸如任何已知的碰撞或反應池。此組件的用途是通過 物理和/或化學方式修改離子束以滿足特定的光譜需要。例如，在ICP-MS場中，提供"干 涉"環境（包含特定氣體或通過不需要的粒子或已知在離子束中存在的粒子故意干涉的環 境）能夠改善特定種類"目標"離子的測量效果。
[0069] 通常，使用多個依次排列的質量分析器和不同類型的離子束操縱器將有助于質譜 分析。四極質量分析器部件依次運行。將依次獲得光譜，但一次僅能測量一項質荷比，因此 當需要測量多種質量時，可能花費大量時間。此外，當離子源和/或樣本引入系統振蕩或閃 爍時，產生的離子束對于后續測量不穩定（時間），使用這種序列方法測量精確的同位素比 可能存在問題。
[0070] 參照圖1和圖2,顯示了依照本發明布置的離子反射器5的一個實施例，供與質譜 儀裝置2結合使用。布置的離子反射器5用于在兩條不同運動軸（圖2中所示的A和B) 之間引導離子流。離子反射器5包括布置的電場，可使向第一個空間區6聚焦的離子流被 反射并聚焦到第二個空間區8,從而使第一個空間區6和第二個空間區8分別基本對準第一 條運動軸A和第二條運動軸B。
[0071] 質譜儀裝置2包括配有RF線圈15的電感耦合等離子（ICP)焰炬10。ICP焰炬10 產生等離子體20,用來提供一定數量的離子進行指定樣本的質譜分析。將通過采樣接口的 采樣錐25上的孔18 (通常尺寸為0. 8-1. 5mm)從等離子體中提取離子樣本。在采樣錐25 的下游，第一個真空腔室40(通常內部壓力在1-10托之間）內形成等離子膨脹射流30。然 后離子穿過截取錐38的孔35,在其下游形成另一個等離子膨脹射流45。在等離子膨脹射 流45中形成離子束50,離子束穿過提取透鏡裝置55和60。離子束50向另一個提取透鏡 65聚焦，該透鏡是包含離子反射器5的離子光學裝置的一部分。
[0072] 第一個空間區6代表離子流向其聚焦或集中的空間的第一個區（即第一個焦點）， 其目的是為了最大限度增加實際通過第一個空間區的離子通量，并最大限度減少該區離子 束的能量分布。第一個空間區6通常位于入口區或在其附近，通過該入口區可使用質譜儀 采樣或測量從離子源提取的離子。
[0073] 可通過離子熱化設備，諸如離子漏斗、離子導向器或任何其他使用剩余壓力碰撞 冷卻或碰撞聚焦功能的設備，使離子向第一個空間區6聚焦或集中。通過這種方式，可使從 離子源提取的離子束聚焦或集中，從而使離子基本通過第一個空間區。
[0074] 一般來說，第二個空間區8代表離子穿過空間的第一個區后，通過電場布置向空 間的第二個區（即第二個焦點）聚焦或集中。第二個空間區最好位于質量分析器或碰撞池 裝置的入口或在其附近，它們是傳統質譜儀設備的常見組件。在一個實施例中，這樣布置產 生的電場確保穿過第二個空間區8的離子通量集中度與通過第一個空間區6的基本相同。 從而使通過第一個空間區6的離子通量映射到第二個空間區8。
[0075] 通常，第二個空間區8在空間上與第一個空間區6明顯不同，這兩個空間區的位置 關系取決于電場布置的具體配置。在一個實施例中，電場的布置要確保第二個空間區8與 第一個空間區6之間有充分的間隔，使離子在所述的第一條A和第二條B離子運動軸之間 反射（如圖2所示）。優選的方法是，電場的布置要確保能夠預先確定第二個空間區8的位 置，從而預先確定離子流的方向。因而預期的焦點應在配備四極預濾片105的質量分析器 的入口（具有入口透鏡90和入口片95)或在其附近。
[0076] 應當認識到，第一條A和第二條B運動軸之間的角度可根據所需的質譜分析裝置 而改變。例如，已知的為提高質譜儀靈敏度的離子束反射方法是通過僅反射目標離子，也就 是將不需要的粒子從離子束流中去除。因此，這種裝置可提高目標離子的密度，從而不再需 要通常通過碰撞環境才能實現的碰撞或反應池。此外，操縱或控制離子束的能力讓設計者 在開發質譜儀設備時擁有更高的靈活性，使其能夠更加緊湊并占據更少的工作臺空間。
[0077] 電場布置可包含一個組件，其中含有多個可帶電的元件和一個電壓源，使其呈正 或負電位。電場布置可能包含一個電偶極場，場強度相對于離子束的軸呈軸向和徑向變化。
[0078] 在優選實施例中，因為布置了電場的形狀，所以借助電場反射的方式，第一個空間 區的離子的集中度被映射到第二個空間區。電場的形狀最好是橢球形，如圖2所示。
[0079] 在圖1所示的實施例中，組件包含第一個可帶電元件（例如角電極70)，該元件被 施加正偏置電位或負偏置電位。該組件還可能包含第二個可帶電元件80,它被施加正偏置 電位或負偏置電位。在優選實施例中，對第一個可帶電兀件（角電極70)施加負偏置電位， 對第二個可帶電元件80施加正偏置電位。
[0080] 角電極70與第二個可帶電元件80之間具有足夠的間距，所以其產生的電場能夠 形成一個橢球形電偶極場并相應地反射（85)離子束。一般來說，離子束的預期路徑在角電 極70和第二個可帶電元件80之間流過。第二個可帶電元件80由中空塑料結構75支撐。
[0081] 第二個帶電元件80可能包含一個具有多個可帶電構件的組件。該構件都可布置 一個電壓源，使其能夠擁有所需的正或負偏置電位。每個可帶電構件的電位可能不同，但要 確保第一個和第二個可帶電元件之間的電場變化方式符合所需的離子束反射的特點要求。
[0082] 根據優選形式，電場布置可配置提供橢球形電場（如圖2所示），能夠使聚焦到第 一個空間區6的離子流進行反射并聚焦到第二個空間區8。其中，橢球形電場使離子流穿過 第一個空間區6流向并基本通過第二個空間區8,從而使第二個空間區8的離子通量與第一 個空間區6的離子通量基本相同。其中，流過第一個空間區6的離子流將流過第二個空間 區8,從而使流過第二個空間區8的離子能量分布與流過第一個空間區6的基本相同。
[0083] 圖2顯示了離子束被橢球形110電場反射的示意圖。離子沿A軸流動并向第一個 空間區（或第一個焦點）115聚焦。離子繼續其運動軌跡，在到達橢球形電場110時被反射 (或反斥）向第二個空間區（或第二個焦點）120(對準B軸），從而實現了流過。如圖所示， A和B運動軸的空間位置不相同。
[0084] 圖3至圖6分別顯示了本發明其他實施例的不同視圖，它們是使用SMI0N建模軟 件以計算機模擬形式提供的示例。質譜儀裝置125包括與圖1所示裝置基本相同的離子反 射器裝置（5)。通過入口 130和提取表面135接收離子，從而提供離子束140。離子束140 穿過提取透鏡145和150并被聚焦，使離子束中的離子流向提取透鏡155內的第一個空間 區180 (第一個焦點）。然后離子束被角電極160 (第一個可帶電元件）和電極165 (第二個 可帶電元件）產生的橢球形電場反射。
[0085] 離子束受到橢球形電場的作用，將聚焦到第二個空間區185,該空間區位于質量分 析器190入口處的提取透鏡元件170和175上或在其附近。
[0086] 推薦的離子反射器的SMI0N建模建議，離子具有能量的范圍是從0. leV至10eV， 使離子能夠正確聚焦到第二個空間區185,從而幫助提高質譜分析的測量靈敏性。
[0087] 應當明確，本領域中的熟練的技術人員可以輕易地看出對本發明的修改和完善。 這種修改和完善都應屬于本發明。
[0088] 圖7至圖16分別顯示了包含本發明的離子反射器的不同裝置示例。
[0089] 圖7顯示了包含離子源210的質譜分析裝置，從該離子源中提取的離子穿過入口 215并穿過氣幕裝置220。然后這些離子進入熱化設備（如離子漏斗、錐形或漸尖的離子 導向器），其中包含改良的離子導向裝置230,它能夠將離子束聚焦到孔240,從而進入腔室 250。熱化設備位于腔室225中，該腔室由抽氣口 235調節。腔室250內的離子光學裝置含 有根據本發明配置的離子反射器裝置5 (和離子反射器鏡面電極245)，能夠反射離子流并 將其聚焦到質量分析器隔間265的入口 260。
[0090] 圖8顯示了類似的質譜分析裝置。但是腔室225被腔室275和290取代，其中包含 用于提煉離子束的相應熱化設備280、282。腔室275通過離子毛細管或離子運送設備270 接收離子，這些設備可促進來自離子源210的離子流動。腔室275和290各自由抽氣口 285 和295調節。
[0091] 圖9顯示了另一個質譜分析裝置，它保留了與圖7所示的類似結構。所示裝置采 用單一的熱化設備305,它使用離子毛細管或離子運送設備270接收離子。圖10所示的裝 置保留了熱化設備305,但配置在氣幕裝置220 (如圖7所示）的下游。
[0092] 也可布置圖11至圖14所示的質譜分析裝置，這能夠在熱化設備305與離子反射 器裝置5之間加入碰撞或反應池330。如果使用傳統的ICP-MS配置，當在CRI環境中使用 碰撞或反應氣體時，將由于碰撞性散射導致靈敏性降低，在運行期間能觀察到這種碰撞性 散射次數的范圍是10-100次。可布置該碰撞池或其他碰撞池使其能夠容納一種或多種反 應或碰撞氣體（通過氣體進口 335)，諸如氨氣、甲燒、氧氣、氮氣、氦氣、氖氣、氪氣、氣氣、氦 氣或氫氣或其中任何兩種或多種的混合氣體，用來與從等離子體中提取的離子進行反應。 應當認識到，后面幾個示例并非完整列舉，許多其他氣體或相關混合物都可能適用于這些 碰撞池。
[0093] 圖12顯示了一種質譜分析裝置，其中在離子接收氣幕220之后串聯放置了兩個熱 化設備305。
[0094] 圖13顯示的質譜分析裝置中，熱化裝置配置了漸尖或錐形導向元件，圖14顯示的 是含有兩個此類熱化配置的串聯裝置。
[0095] 應當認識到，當離子束被離子反射器5反射后，可使用其他質量過濾器來進一步 提煉。圖15和圖16顯示的質譜分析裝置，使用了之前所示的位于氣幕220下游的熱化裝 置形式。但是離子束被反射到三重四極質量分析器裝置360的入口。該質量分析器裝置 360包含預過濾裝置365,其中含有曲線邊緣桿，可將離子束引導至第一個四極質量分析器 370。然后，在離子束進入第二個四極質量分析器380之前穿過碰撞池375,碰撞池隨后引導 離子束最終到達離子檢測器部件385。
[0096] 熟練的技術人員應知曉，圖7至圖16中所示的裝置并非完整列舉，只是用來展示 本發明的離子反射器的原理可以如何簡單地運用到不同質譜分析裝置中。本領域熟練的技 術人員也能夠看出其他的改變。
[0097] 在本說明書和權利要求中所使用的詞語"包括"及其各種形式不會限制所要求的 本發明使用任何變體或擴充。
【權利要求】
1. 一種離子反射器，用于改變離子束在質譜儀中的運動路徑，該反射器包括電場電感 器，可通過對離子施加電場來反射在第一個空間區運動的離子，使其從所述的第一個空間 區的第一個焦點運動至第二個空間區的第二個焦點。
2. -種離子反射器，用于改變離子束在質譜儀中運動的路徑，反射器包括一個聚焦裝 置，用于將來自離子源的在第一個空間區運動的離子聚焦到第一個空間區的第一個焦點 上，同時還包括一個電場電感器，用來對離子施加電場將離子反射到第二個空間區的第二 個焦點上。
3. -種離子反射器，用于改變離子束在質譜儀中的路徑，反射器包括一個聚焦裝置，用 于將來自離子源的在第一個空間區運動的離子聚焦到第一個空間區的第一個焦點上，同時 還包括一個電場電感器，用來對離子施加電場將一個或多個入射角度的離子反射到第二個 空間區的第二個焦點上。
4. 一種離子反射器，可與質譜儀結合使用，用來在兩條不同軸之間引導離子流，反射器 包含的電場能夠使向第一個空間區聚焦的離子流向第二個空間區聚焦，從而使這兩個空間 區對準上述離子的運動軸。
5. -種離子反射器，可與質譜儀結合使用，用來在兩條不同軸之間引導離子流，反射器 包含的電場能夠使流過第一個空間區的離子流向第二個空間區流動，使第二個空間區的離 子通量與第一個空間區的離子通量基本相同，從而使第一個和第二個空間區對準所述離子 相應的運動軸。
6. -種離子反射器，可與質譜儀結合使用，用來在兩條不同軸之間引導離子流，反射器 包含的電場能夠使流過第一個空間區的離子流向第二個空間區流動，使流過第二個空間區 的離子能量分布與第一個空間區的能量分布基本相同，從而使第一個和第二個空間區對準 相應的運動軸。
7. 根據任何上述權利要求的一種離子反射器，其中通過熱化設備，諸如離子漏斗、離子 導向器或其他使用剩余壓力碰撞冷卻或碰撞聚焦功能的設備，將離子流集中或聚焦到第一 個空間區，從而將從離子源提取的離子束聚焦或集中，使其基本通過第一個空間區。
8. 根據任何上述權利要求的一種離子反射器，其中第二個空間區一般代表離子穿過空 間的第一個區后，通過電場布置向空間的第二個區聚焦或集中。
9. 根據任何上述權利要求的一種離子反射器，其中的第二個空間區位于質量分析器或 碰撞池裝置的入口或在其附近。
10. 根據任何上述權利要求的一種離子反射器，其中這樣布置的電場確保通過第二個 空間區的離子通量的集中度與通過第一個空間區的離子通量的集中度基本相同。
11. 根據任何上述權利要求的一種離子反射器，其中的電場布置配置為使穿過第一個 空間區的離子通量被映射到第二個空間區。
12. 根據任何上述權利要求的一種離子反射器，其中電場形狀基本為橢球形。
13. 根據任何上述權利要求的一種離子反射器，其中第二個空間區在空間上與第一個 空間區明顯不同，第一個和第二個空間區的位置關系取決于電場布置的具體配置。
14. 根據任何上述權利要求的一種離子反射器，電場的布置要確保能夠預先確定第二 個空間區的位置，從而預先確定離子流的方向。
15. 根據任何上述權利要求4至6的一種離子反射器，其中第一個空間區基本與所述離 子的第一條運動軸對準，第二個空間區基本與所述離子的第二條運動軸對準，并且電場的 布置要確保第二個空間區與第一個空間區之間有充分的間隔，使離子在所述的第一條和第 二條離子運動軸之間反射。
16. 根據權利要求15的一種離子反射器，其中第一條和第二條運動軸可根據所需的質 譜分析裝置來改變。
17. 根據權利要求15或16的一種離子反射器，電場的布置可使離子在成90度的第一 條和第二條運動軸之間反射。
18. 根據任何上述權利要求的一種離子反射器，其中電場布置可能包含一個電偶極場， 場強度相對于離子束的軸呈軸向和徑向變化。
19. 根據任何上述權利要求的一種離子反射器，其中電場布置可包含一個組件，其中含 有多個可帶電的元件和一個電壓源，使其呈正或負偏置電位。
20. 根據權利要求19的一種離子反射器，其中裝置包含第一個和第二個可帶電元件， 對第一個可帶電元件施加負偏置電位，對第二個可帶電元件施加正偏置電位。
21. 根據權利要求20的一種離子反射器，其中第一個和第二個可帶電元件之間有充分 的間隔，因此能夠產生電場，以預先確定的方式反射離子束。
22. 根據權利要求20或21的一種離子反射器，其中第二個可帶電元件包括一個具有多 個可帶電構件的組件，這些或每個可帶電構件都可布置電壓源，使其能夠擁有正或負偏置 電位。
23. 根據權利要求22的一種離子反射器，其中每個可帶電構件的電位可能不同，但可 確保第一個和第二個可帶電元件之間的電場變化方式符合所需的離子束反射的特點要求。
24. 根據權利要求22或23的一種離子反射器，其中每個可帶電構件都被施加了正偏置 電位。
25. -種與質譜分析儀器結合使用的采樣接口，布置的采樣接口能夠實現在質譜儀中 進行離子采樣，采樣接口能夠接收從離子源提取的一定數量的離子，以便提供一個離子束 沿第一條運動軸運動，并沿預期路徑被引導至為接收沿第二條運動軸移動的離子布置的離 子檢測器，該接口還包含根據任何上述權利要求的一種離子反射器，該反射器可在第一條 和第二條運動軸之間反射離子束。
26. -種與質譜分析儀器結合使用的采樣接口，該接口包括： 一個離子聚焦設備，布置確保將從離子源提取的離子聚焦到第一個空間區；以及， 一個離子反射器，其產生的電場能夠將穿過第一個空間區的離子流向第二個空間區聚 焦。
27. 根據權利要求26的采樣接口，其中離子聚焦設備包括任何離子熱化設備，諸如離 子漏斗、離子導向器或其他使用剩余壓力碰撞冷卻或碰撞聚焦功能的類似設備。
28. -種用于改變離子束在質譜儀中的運動路徑的方法，該方法包括的步驟可通過對 離子施加電場來反射在第一個空間區運動的離子，使其從所述的第一個空間區的第一個焦 點運動至第二個空間區的第二個焦點。
29. -種用于改變離子束在質譜儀中運動的路徑的方法，該方法包括的聚焦步驟將來 自離子源的在第一個空間區運動的離子聚焦到第一個空間區的第一個焦點上，并可對離子 施加電場將離子反射到第二個空間區的第二個焦點上。
30. -種用于改變離子束在質譜儀中運動的路徑的方法，該方法包括的聚焦步驟將來 自離子源的在第一個空間區運動的離子聚焦到第一個空間區的第一個焦點上，并可對離子 施加電場將一個或多個入射角度的離子反射到第二個空間區的第二個焦點上。
31. -種可在兩個不同運動軸之間反射離子束中離子的方法，該方法包括： 布置的電場能夠使流過第一個空間區的離子流向第二個空間區流動，使第二個空間區 的離子通量與第一個空間區的離子通量基本相同，從而使第一個和第二個空間區對準所述 離子相應的運動軸。
32. 根據權利要求31的一種方法，還包括引導從離子源中提取的離子流在穿過第一個 空間區時聚焦或集中的步驟。
33. 根據權利要求32的一種方法，其中引導從離子源中提取的離子的步驟是通過使用 熱化設備實現的，諸如離子漏斗、離子導向器或其他使用剩余壓力碰撞冷卻或碰撞聚焦功 能的類似設備。
34. 根據權利要求28至33的任何一項的一種方法，其中可適當配置布置的電場，使第 一個空間區的離子的能量分布與第二個空間區完全相同，從而使第一個和第二個空間區對 準相應的運動軸。
35. -種大致如前文描述并參考任意附圖的用于改變離子束在質譜儀中的運動路徑的 離子反射器。
36. -種大致如前文描述并參考任意附圖的與質譜分析儀器結合使用的采樣接口。
37. -種大致如前文描述并參考任意附圖的用于改變離子束在質譜儀中的運動路徑的 方法。
38. -種大致如前文描述并參考任意附圖的可在兩個不同運動軸之間反射離子束中離 子的方法。
【文檔編號】H01J49/22GK104067370SQ201280062491
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2011年12月22日
【發明者】羅瑞·卡利尼切科 申請人:布魯克化學分析有限公司