本发明专利技术提供了一种多反射ＴＯＦ质量分析器，具有两个平行无栅的离子反射镜，每个离子反射镜具有在漂移方向（Ｚ）上伸长的结构。所述离子反射镜提供了由在与漂移方向（Ｚ）正交的飞行方向（Ｘ）上离子的多次反射而形成的折叠的离子路径。所述分析器还具有另外的无栅离子反射镜，用于在所述漂移方向（Ｚ）上反射离子。在操作中，由于离子沿所述折叠的离子路径具有不同的飞行时间而根据质荷比将离子在空间上分离，并且，相对于飞行方向和漂移方向，对具有实质上相同质荷比的离子进行能量聚焦。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及质谱测量领域，尤其是飞行时间质谱测量。具体地，本专利技术涉及一种TOF质量分析器，具有由于多次反射而增大的飞行路 径。
技术介绍
质谱测量中的飞行时间(TOF)方法基于对离子从离子源沿相同 路径飞行至检测器所花费时间的测量。离子源同时产生具有不同质荷 比(mass-to-charge ratio)但具有相同平均能量的离子脉冲。因此，由 于静电场中的运动定律，具有不同质荷比(m/e)的离子的飞行时间与 m/e的平方根成反比。到达检测器的离子产生电流脉冲，控制系统对 该电流脉冲进行测量并将其呈现为频谱形式。对于所研究的离子，可 以通过将所研究的离子的波峰(peak)位置与已知离子的波峰位置进 行比较(相对校准)，或通过直接测量到达时间(绝对校准)，来导出 所研究的离子的质荷比。在供电电压和系统尺寸稳定的情况下，质量 相似的离子的波峰越窄，质量测量的精度越高。对于各种质谱仪，使 用分辨能力来表征相对峰宽，其中分辨能力为表观质量与峰宽(以质 量单位表示)之比T^zm/Am。在TOF质谱仪的情况下，质量分辨能力等于总飞行时间与峰宽(以时间单位表示)之比的一半 & = 0.5〃&。因此，为了实现更高的精度，必需尽可能减小峰宽，或 增大飞行时间。对于减小TOF质谱仪中的峰宽存在特定限制。即使对于具有相同 质荷比的离子，离子源产生相似的、但具有略微不同的能量的粒子。 这是由于在射出离子之前在离子源中离子的初始空间扩散导致的。将 TOF质谱仪中的静电场优化为使具有相同质荷比但具有不同能量的离 子同时到达检测器是非常重要的。因此，TOF质谱仪中的离子光路沿飞行路径方向是"能量等时(energy isochronous)"的。通过合适的优化，可以实现高度等时性，使得离子到达检测器的时刻对其在离子源内的初始位置仅有非常小的依赖性。离子的初速度扩散进一步限制了峰宽的减小。该速度扩散产生了所谓的"转向时间"，该转向时间是具有沿飞行路径方向的初速度v,的离子的到达时间与具有沿飞行路径相反方向的初速度-v,的离子的到达时间之间的差值。该差值与从离子源抽取离子的时刻的电场强度成反比C =2v,/(e￡/W)。减小转向时间的一种方式是减小初速度v,(例如通过对源内的离子进行冷却)，另一种方式是增大场强。这两种方式具有特定的实现限制，在现代TOF质谱仪中几乎不再使用。提高质量分辨能力的另一种方式是使用更长的飞行路径来增大飞行时间。尽管可以简单地通过增大仪器的尺寸来增大飞行路径，但是由于现代TOF系统己经具有lm的典型尺寸，因此这种方法并不现实。增大飞行路径的一种较好方式是使用静电反射镜处的多次反射。 一些已知的多反射系统试图同时满足多个条件；即，多折叠离子束轨迹(multiply-folded beam traj ectory )，具有相同质荷比但具有不同能量的离子沿该轨迹的飞行时间实质上独立于离子源所产生的能量范围内的能量(纵向等时性(longitudinal isochronicity));横向(transverse)上的稳定离子运动，使得离子束可以承受多次反射；以及飞行时间，实质上独立于侧向(lateral)上的离子束的角度和空间扩散(最小侧向偏差(minimum lateral aberration))。已经证明，这些条件难以同时满足，己经知道，确实满足这些条件的系统往往难以制造和/或缺乏灵活性。可以使用脉冲电源(H.Wollnik, Int丄of Mass Spectrom. And IonProc., 227, (2003), 217)来实现具有多次反射的多折叠轨迹。在具有两个轴向对称的同轴反射镜的系统中(图1)，通过在短时间内减小入口反射镜I上的电压来将离子注入系统。在离子进入系统之后，反射镜I上的电压恢复，使离子在两个反射镜之间振荡充分长的时间。最终，通过减小出口反射镜II上的电压来从系统中释放离子以在检测器处进行检测。不幸的是，这种方法受到质量范围的限制，这是由于在单次6实验中，仅有较小质量范围内的离子能够从系统中射出。质量较小的离子行进较快，从而比较重的离子进行了更多次折返(tum)。在特定次数(N次)的折返之后，不可能在已进行N次折返的较重离子与已进行N+1次折返的较轻离子之间进行区分。因此，在单次尝试中，从系统中射出的离子的质量范围(质量子范围不重叠)与折返次数成反比。对于离子在多次行程中沿相同轨迹并由脉冲电压将离子从系统中释放的所有系统而言，都存在这种不足(M.Toyoda et.all, Journal ofMass Spectrometry, 2003, v.38, pp. 1125-1142)。H. Wollnik在英国专利GB208002 l中提出了具有多次反射的多种静电系统。H. Wollnik描述的系统需要复杂的制造和细致的优化。Nazarenko等人的苏联专利SU1725289中描述了一种更简单的系统(图2)。该系统具有两个平行的无栅离子反射镜来实现多次反射。将反射镜电极ll、 12、 13和21、 22、 23上的电压优化为使得在具有上反射镜和下反射镜处的反射的完整单次循环的周期实质上独立于X(飞行)方向上的离子能量。由于这一点，在每次完整循环之后，将离子包压縮(能量聚焦)在反射镜之间的某个点。以相对于X轴的较小角度将离子束注入系统。由此，离子束在Z (漂移)方向上行进相对较慢，而在两个平行反射镜处被重复性反射，从而创建了具有增大的飞行时间的多折叠Z形轨迹。该系统的优点在于，可以通过改变注入角度来调整离子到达检测器之前发生的反射次数。同时，该系统缺少用于防止离子束在漂移方向上发散的任何装置。由于初始角度扩散，离子束宽度可能超过检测器的宽度，从而由于灵敏度损失而使得无法增大离子飞行时间。A.Verentchikov和M.Yavor在WO001878A2中提出了对基于两个平行平面离子反射镜的多反射系统的重大改进。通过位于反射镜之间的无场区中的一组透镜来补偿Z方向上的离子束角度发散(angularbeam divergence)(图3)。与Nazarenko的系统中一样，以相对于X轴的较小角度将离子束注入反射镜之间的空间，但是将该角度选择为使离子束通过该组透镜L1， L2， ...， LD2。由此，在每次反射之后，离子束重新聚焦而不会在漂移方向上发散。该系统中的最后的透镜LD2还充当偏转器，以将离子束漂移的方向反转向系统的出口。在这 种操作模式下，该系统为整个质量范围的操作提供了延长的飞行路径。偏转器LD2也可以用于约束系统端部(end section)的离子束，以允 许在端部进行多次反射。在这种操作模式下，通过对偏转器施加脉冲 电压来将离子束从该端部释放。在这种情况下，该系统受到与H. Wollnik的系统相同形式的质量范围限制。如实验所示，在这种操作模 式下，可以以小于50%的传输损耗实现200,000的分辨能力。平面反 射镜的最优设计得到了高分辨能力，这不仅提供了三阶能量聚焦，而 且具有高达二阶的最小侧向偏差。相对于Nazarenko的原系统， WO001878A2中提出的设计具有许多优点，但是这些优点是通过牺牲 原系统的非常有用的特性来实现的；g卩，通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多反射ＴＯＦ质量分析器，包括：静电场产生装置，被配置为限定两个平行无栅的离子反射镜，每个离子反射镜具有在漂移方向上伸长的结构，所述离子反射镜提供由在与漂移方向正交的飞行方向上离子的多次反射以及漂移方向上离子的位移而形成的折叠的离子路径，所述静电场产生装置还被配置为限定另外的无栅离子反射镜，所述另外的无栅离子反射镜用于在所述漂移方向上反射离子，从而在操作中，由于离子沿所述折叠的离子路径具有不同的飞行时间而根据质荷比将离子在空间上分离，并且，相对于所述飞行方向和所述漂移方向，对具有实质上相同质荷比的离子进行能量聚焦。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔苏达科夫，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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