用于质谱仪的高速极性切换双转换倍增极离子检测器制造技术

一种双极性离子检测器包括：入口电极，其设置成接收离子并维持在参考电压V0；第一倍增极，其维持在相对于V0为负的电压V1；第二倍增极，其维持在相对于V0为正的电压V2；屏蔽电极，其设置在所述第一倍增极与第二倍增极之间并维持在电压V3；以及离子检测器，其包括被配置成接收来自所述第一倍增极的第一二次粒子和来自所述第二倍增极的第二二次粒子的入口孔，所述入口孔维持在介于所述电压V1与所述电压V2之间的电压V

【技术实现步骤摘要】
用于质谱仪的高速极性切换双转换倍增极离子检测器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2021年10月6日提交的标题为“用于质谱仪的高速极性切换双转换倍增极离子检测器(High
‑
Speed Polarity Switching Dual Conversion Dynode Ion Detector for Mass Spectrometer)”的第63/253,056号美国临时申请的优先权。


[0003]本公开涉及质谱分析。更具体地说，本专利技术涉及用于质谱分析的离子检测器。

技术介绍

[0004]在电子倍增器(EM)前面包括转换倍增极的离子检测器配置极为普遍地用在各种类型的质谱仪系统中，例如最先进的单四极杆和三重四极杆、离子阱系统以及包括多于一种类型的质量分析器的混合质谱仪系统。例如，图1示意性地示出总体上由附图标号1表示的三重四极杆质谱仪系统，其可采用电子倍增器检测器10。质谱仪1的操作以及数据11的收集和分析可由实施为一个或多个可编程处理器93的控制和数据系统控制。一个或多个可编程处理器93可包括通用计算机或专用处理器(数字信号处理器(DSP))、固件和/或软件中的任何一种或组合，以为质谱仪和/或相关仪器提供仪器控制和数据分析。含有一种或多种所关注的分析物的样品可以通过在大气压或接近大气压下操作的离子源5进行电离。所得离子通过例如参考标号6和7的通常可包含管透镜、区隔器(skimmer)和多极的离子光学件引导，以便被推动通过一系列压力逐渐降低的室，例如室2、3和4，这些室以操作方式导引和聚焦此类离子，以提供良好的传输效率。各个室与耦接到一组真空泵(未示出)的对应端口12(在图1中表示为箭头)连通以将压力维持在期望值。
[0005]示出图1的示例质谱仪系统1在高真空室9内具有三级配置8，所述三级配置具有电耦合到一个或多个电源91的标记为Q1、Q2和Q3的区段。Q1、Q2和Q3阶段可以分别作为第一四极杆质量过滤器、碎裂池和第二四极杆质量过滤器操作。在一个或多个阶段中被过滤、被过滤和碎裂或被碎裂和过滤的离子被传递到检测器10。此类检测器可有利地放置在最终四极杆(例如，图1的Q3)的通道出口处，以提供可被处理成丰富质谱11的数据，所述丰富质谱显示离子丰度相对于m/z比的变化。在多极质量过滤器(如图1所示的四极杆质量过滤器Q3)的常规操作期间，为了产生质谱，在扫描RF和DC电压幅度时使用检测器10将完全穿过质量过滤器的离子数量测量为时间的函数。
[0006]总的来说，质谱仪系统1的部件的各种操作可通过施加和/或调整由一个或多个电源91供应到质谱仪系统的各个电极的电压来控制。此类电极不仅包含三重四极杆部件Q1、Q2和Q3的电极，还包括离子源5、检测器10和控制离子通过质谱仪系统1的流动的各种离子光学透镜、导引件和门(未具体示出)的电极。可借助于在一个或多个可编程处理器93的计算机可读指令的逻辑控制下由一个或多个可编程处理器发送到一个或多个电源的电子信号或其它电信号来控制对此类电压的施加和/或调整的施加定时和量值。计算机可读指令可被配置成使得一个或多个可编程处理器93向一个或多个电源91提供信号，所述信号使得
所述一个或多个电源向质谱仪系统1的电极施加电压，所述电压使得系统实施所要分析方法或程序。具体地说，计算机可读指令可被配置成使得质谱仪系统实施根据本专利技术教示的方法。
[0007]通常，质谱仪1的检测器10是电子倍增器型检测器，例如图2所示的连续倍增极电子倍增器10.1。连续倍增极电子倍增器10.1总体上包括管状结构15，所述管状结构容纳在真空室13内并且具有入口端14和较窄出口端19。管状结构的内部17的内表面12涂布有可响应于带电粒子的撞击而发射二次电子的电子发射材料，例如BeO或MgO。任何发射的二次电子通过朝向出口端(图2的下半部分)增加的电势分布推向设备的出口端19。在操作中，将离子的入射束16沿着使离子撞击内表面12的方向引导到设备的入口端14中。响应于离子的撞击，少量电子沿着多个电子轨迹18从电子发射材料中脱离。内表面12定形成截头锥或弯曲截头锥的形式，使得大多数二次电子轨迹18使二次电子进一步撞击内表面，由此生成更大数目的电子，这些电子沿着更大数目的二次电子轨迹行进。二次电子与内表面12的多次撞击可引起原始离子电流放大高达一百万倍。由大量电子表示的放大后的电流通过设备的出口端19离开设备并由电荷检测器检测。
[0008]或者，检测器10可以是利用高能倍增极倍增器的类型，例如可从澳大利亚新南威尔士州克莱德(Clyde,New South Wales,Australia)的Adaptas Solutions商购的质谱仪检测器。这些检测器采用施加到转换倍增极的高电压(
±
10kV)，以在离子与倍增极表面相互作用之前对离子进行加速。此类检测器能够检测正离子和负离子，并且设计成对极宽范围的离子能量敏感。倍增极发射的二次离子在正离子检测模式下多为电子，而在负离子检测模式下一般为带正电粒子(多为质子和轻的正碎片离子)。
[0009]在质谱分析仪器的发展中，有一个长期趋势是提高分析数据的生成速度，以便在越来越短的时间内生成越来越多的分析。根据被分析样本的类型和分析人员的数据要求，可能有必要在带正电离子的分析与带负电离子的分析之间切换或交替。因此，正在积极寻求减少质谱仪从第一离子极性测量切换到相反极性测量所需时间的机会，并已引起行业标准极性切换时间从25毫秒新近改变为5毫秒。毫无疑问，即使以对应硬件成本增加为代价，此过程也不会停止，直到达到最终物理极限。
[0010]一种减少极性切换时间的可能方法是将检测器耦合到极性切换电源，所述电源的切换时间约为切换或转换各种内部质谱仪部件的电压所需的时间。然而，检测器中的转换倍增极通常具有量值超过10kV的施加电压，因此此类解决方案存在以下缺点：成本高，特别是极性切换时间接近1ms时；高功耗伴随着增加的冷却要求；以及增加的大小。因此，本领域仍然需要开发接近最终极性切换速度而不引入这些不利影响的检测器配置。

技术实现思路

[0011]为了解决本领域的上述需求，本公开描述了利用常规转换倍增极和电子倍增器的组合同时仍允许显著减少质谱仪检测系统的极性切换时间的设备和方法。以下概述呈现了本文描述的方法和系统的一个或多个方面的简化描述，以便提供对此类方面的基本理解。此概述不是所有所涵盖方面的广泛综述，并且既不希望标识所有方面的关键或决定性要素，也不希望划定任何或所有方面的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本文所描述的方法和系统的一个或多个方面的一些概念，作为下文呈现的更详细描述的序言。
[0012]根据本专利技术教示的第一方面，公开了一种可检测正离子或负离子的离子检测器，所述离子检测器包括：
[0013]入口电极，其设置成接收离子并维持在参考电压V0；
[0014]第一倍增极，其维持在相对于V0为负的电压V1；
[0015]第二倍增极，其维持在相对于V0为正的电压V2；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极性离子检测器，其包括：入口电极，其设置成接收离子并维持在参考电压V0；第一倍增极和第二倍增极；屏蔽电极，其设置在所述第一倍增极与第二倍增极之间；第一电源，其被配置成将所述第一倍增极维持在相对于V0为负的电压V1；第二电源，其被配置成将第二倍增极维持在相对于V0为正的电压V2；以及离子检测器，其包括被配置成接收来自所述第一倍增极的第一二次粒子和来自所述第二倍增极的第二二次粒子的入口孔；其中所述第一电源或第二电源或一个或多个额外电源被配置成将所述离子检测器的所述入口孔维持在介于所述电压V1与所述电压V2之间的电压V
孔
。2.根据权利要求1所述的双极性离子检测器，其中所述入口电极包括离子聚焦透镜。3.根据权利要求1所述的双极性离子检测器，其中所述参考电压V0是接地电势。4.根据权利要求1所述的双极性离子检测器，其中V
孔
<V1。5.根据权利要求1所述的双极性离子检测器，其中所述第一倍增极和所述第二倍增极中的每一者包括面对所述离子检测器的相应凹形表面。6.根据权利要求1所述的双极性离子检测器，其中所述离子检测器是电子倍增器。7.根据权利要求1所述的双极性离子检测器，其另外包括设置在离子检测器与所述第一倍增极和第二倍增极中的每一倍增极之间的透镜电极。8.根据权利要求1所述的双极性离子检测器，其中所述屏蔽电极设置在所述第一倍增极与第二倍增极之间的中间位置。9.根据权利要求1所述的双极性离子检测器，其中所述屏蔽电极维持在接地电势。10.一种检测离子的方法，其包括：将具有第一电荷极性的第一批离子从质量分析器转移到第一倍增极；响应于所述第一批离子冲击到所述第一倍增极上，从所述第一倍增极生成第一组二次粒子；将所述第一组二次粒子引导到电荷检测装置并使用所述电荷检测装置检测由所述第一组二次粒子携带的电荷量；将具有与所述第一电荷极性相反的第二电荷极性的第二批离子从所述质量分析器转移到第二倍增极；响应于所述第二批离子冲击到所述第二倍增极上，从所述第二倍增极生成第二组二次粒子，第二二次粒子与所述第一组二次粒子不同；以及将所述第二组二次粒子引导到所述电荷检测装置并使用所述电荷检测装置检测由所述第二组二次粒子携带的电荷量。11.根据权利要求10所述的检测离子的方法，其中在将所述第一批离子从所述质量分析器转移到所述第一倍增极之后不存在改变施加于所述第一倍增极或所述第二倍增极的电压的情况下执行将所述第二批离子从所述质量分析器...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：萨默费尼根有限公司，
类型：发明
国别省市：