離子源和質(zhì)譜儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型描述了用于質(zhì)譜儀的離子源。離子源包括：離子漏斗，該離子漏斗包括在第一端處的第一開口和在第二端處的第二開口，所述第一開口被配置為接收中性分析物分子；電離設(shè)備，該電離設(shè)備被配置為對(duì)所述離子漏斗中的所述中性分析物分子進(jìn)行電離。
【專利說明】離子源和質(zhì)譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請(qǐng)涉及用于質(zhì)譜儀的離子源。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)譜法(MS)是用于對(duì)樣本進(jìn)行定量元素分析的分析方法。樣本中的分子(通常被稱為分析物)被光譜儀基于它們各自的質(zhì)量進(jìn)行電離和分離。然后，分離后的分析物離子被檢測(cè)并且樣本的質(zhì)譜被產(chǎn)生。質(zhì)譜提供關(guān)于質(zhì)量的信息并且在某些情況下還提供關(guān)于構(gòu)成樣本的各種分析物粒子的數(shù)量的信息。尤其是，質(zhì)譜可以被用于確定分析物內(nèi)的分子和分子碎片的分子重量。
[0003]分析物離子由離子源提供。用于通過質(zhì)譜法進(jìn)行分析的分析物離子可以由多種離子化系統(tǒng)中的任一種來產(chǎn)生。例如，大氣壓基質(zhì)輔助激光解析電離(AP-MALDI)、大氣壓光電離(APPI)、電噴霧電離(ESI)、大氣壓化學(xué)電離(APCI)和電感耦合等離子(ICP)系統(tǒng)可以被用于產(chǎn)生質(zhì)譜系統(tǒng)中的離子。
[0004]需要一種不受分析物的極性和種類影響的、具有更高電離效率的離子源。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]根據(jù)代表性實(shí)施例，一種離子源包括離子漏斗和電離設(shè)備，該離子漏斗包括位于第一端的第一開口和位于第二端的第二開口，所述第一開口被配置為接收中性分析物分子；該電離設(shè)備被配置為對(duì)離子漏斗中的中性分析物分子進(jìn)行電離。
[0006]所述的離子源可以包括毛細(xì)管進(jìn)樣口，該毛細(xì)管進(jìn)樣口被配置為將所述中性分析物分子傳送到所述第一開口。
[0007]在所述的離子源中，所述毛細(xì)管進(jìn)樣口可以與氣相色譜儀流體連通。
[0008]在所述的離子源中，所述電離設(shè)備可以包括以下各項(xiàng)之一:電磁輻射源和電子源。
[0009]在所述的離子源中，所述電磁輻射源可以包括真空紫外輻射源。
[0010]在所述的離子源中，所述真空紫外源可以包括以下各項(xiàng)之一:微等離子真空紫外源、準(zhǔn)分子真空紫外源、直流激勵(lì)氣體放電源、交流激勵(lì)氣體放電源、激光源。
[0011]在所述的離子源中，所述真空紫外源可以被放置成使得來自所述真空紫外源的光子與所述離子漏斗內(nèi)的所述中性分析物分子相互作用。
[0012]在所述的離子源中，所述真空紫外源可以是第一真空紫外源，并且所述離子源還可以包括第二真空紫外源，所述第一真空紫外源和第二真空紫外源分別被放置為相對(duì)于所述離子漏斗的對(duì)稱軸有一角度。
[0013]所述的離子源還可以包括第三真空紫外源和第四真空紫外源，所述第三真空紫外源和第四真空紫外源分別被放置成使得來自所述第二真空紫外源、所述第三真空紫外源和所述第四真空紫外源的光子與所述離子漏斗內(nèi)的所述中性分析物分子相互作用。
[0014]在所述的離子源中，所述中性分析物分子可以是在與溶劑蒸氣的混合物中或者在載氣中提供的。[0015]在所述的離子源中，所述電離設(shè)備可以是第一電離設(shè)備，并且所述離子源還可以包括第二電離設(shè)備。
[0016]在所述的離子源中，所述第二電離設(shè)備可以包括電磁輻射源和電子源中的一項(xiàng)，并且所述第一電離設(shè)備不同于所述第二電離設(shè)備。
[0017]在所述的離子源中，所述第二電離設(shè)備可以包括電磁輻射源和電子源中的一項(xiàng)，并且所述第一電離設(shè)備與所述第二電離設(shè)備相同。
[0018]在所述的離子源中，所述電離設(shè)備還可以包括第三電離設(shè)備和第四電離設(shè)備。
[0019]在所述的離子源中，所述第三電離設(shè)備可以包括電磁輻射源和電子源中的一項(xiàng)，并且所述第四電離設(shè)備包括電磁輻射源和電子源中的一項(xiàng)。
[0020]在所述的離子源中，所述第一電離設(shè)備、所述第二電離設(shè)備、所述第三電離設(shè)備和所述第四電離設(shè)備可以是相同的。
[0021]在所述的離子源中，所述第一電離設(shè)備、所述第二電離設(shè)備、所述第三電離設(shè)備和所述第四電離設(shè)備中的至少一個(gè)可以是不同的。
[0022]根據(jù)另一種代表性實(shí)施例，公開了一種質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀包括上述的離子源。
[0023]所述的質(zhì)譜儀還可以包括與所述第一離子漏斗串列的第二離子漏斗，所述第二離子漏斗包括在第一端處的第一開口和在第二端處的第二開口，所述第一開口被配置為從所述第一離子漏斗的第二端接收分析物離子。
[0024]根據(jù)另一代表性實(shí)施例，公開了一種提供質(zhì)譜系統(tǒng)中的離子的方法。該方法包括:將中性分析物分子引致離子漏斗的第一端；對(duì)離子漏斗中的中性分析物分子進(jìn)行電離；并將分析物離子引導(dǎo)至離子漏斗的第二端。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)描述可以最佳地理解本實(shí)用新型。圖中的模塊不一定是按比例繪制的。在可行之處，由相似的標(biāo)號(hào)指代相似的模塊。
[0026]圖1示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的MS系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。
[0027]圖2示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的離子源的剖視圖。
[0028]圖3示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的離子源的剖視圖。
[0029]圖4示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的離子源的剖視圖。
[0030]圖5示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的離子源的剖視圖。
[0031]圖6示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的提供質(zhì)譜系統(tǒng)中的離子的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]術(shù)語定義
[0033]應(yīng)當(dāng)理解這里所使用的術(shù)語只是為了描述具體實(shí)施例的，而不希望是限制性的。所定義的術(shù)語不限于在本實(shí)用新型教導(dǎo)的【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)通常所理解和接受的所定義術(shù)語的技術(shù)和科學(xué)意義。
[0034]在說明書和所附權(quán)利要求中所使用的術(shù)語“一”和“這個(gè)”包括單數(shù)和復(fù)數(shù)指代含義，除非上下文清楚地說明了其它意思。因而，例如“設(shè)備”包括一個(gè)設(shè)備和多個(gè)設(shè)備。
[0035]如說明書和所附權(quán)利要求中所使用的，除了其普通的意思以外，術(shù)語“很大程度”或“在很大程度上”指的是有可接受的范圍或程度。例如，“在很大程度上被消除”是指本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)為消除是可接受的。
[0036]如說明書和所附權(quán)利要求中所使用的，除了其普通的意思以外，術(shù)語“大約”指在本領(lǐng)域技術(shù)人員可接受的范圍或量。例如，“大約是相同的”是指本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)為被比較的事物是相同的。
[0037]在以下詳細(xì)描述中，為了說明而非限制，公開具體細(xì)節(jié)的代表性實(shí)施例被描述以提供對(duì)本實(shí)用新型教導(dǎo)的完整理解。關(guān)于公知系統(tǒng)、設(shè)備、材料、操作方法和制造方法的描述可以被省略以避免模糊對(duì)示例性實(shí)施例的描述。然而，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的理解范圍內(nèi)的系統(tǒng)、設(shè)備、材料和方法可以根據(jù)代表性實(shí)施例而被使用。
[0038]在代表性實(shí)施例中，離子源包括離子漏斗和電離設(shè)備。電離設(shè)備被配置為對(duì)在離子漏斗的第一端處被弓丨入的中性分析物分子進(jìn)行電離。電離漏斗限制離子并將離子從第一端引導(dǎo)至第二端。離子最終被提供給MS系統(tǒng)的離子檢測(cè)器。電離設(shè)備可以是電磁輻射源(例如光電離(PI)設(shè)備)、電子電離(EI)設(shè)備或者Penning電離設(shè)備。下面將更全面地描述，多個(gè)電離設(shè)備可以被用于離子源中，并且不一定是相同類型的電離設(shè)備。在某些實(shí)施例中，電離設(shè)備被設(shè)置在位于離子漏斗的第一端的第一開口附近或者離子漏斗的外部，而在另一些實(shí)施例中，電離設(shè)備被置于離子漏斗中。在任一種情況下，粒子束(例如光子、電子)被引向位于離子漏斗的第一端的中性分析物分子并對(duì)中性分析物分子進(jìn)行電離以進(jìn)行MS系統(tǒng)中的測(cè)量。
[0039]下面將更全面地進(jìn)行描述，代表性實(shí)施例的離子源提供優(yōu)于某些已知離子源的明顯優(yōu)勢(shì)。例如，代表性實(shí)施例的離子源提供相對(duì)較高的通過離子漏斗的離子捕獲和傳送的效率。此外，離子漏斗中的較高氣壓和較低氣流提供了相對(duì)較長(zhǎng)的“駐留”時(shí)間，這促成了相對(duì)較高的分析物分子的電離效率。此外，因?yàn)榉治鑫锸窃跊]有凈電荷的情況下被引入離子漏斗的，并且是在固態(tài)或氣態(tài)下，所以代表性實(shí)施例的離子源在很大程度上對(duì)影響公知液相色譜(LC)電噴霧電離(ESI)設(shè)備的電荷競(jìng)爭(zhēng)和離子抑制是免疫的。
[0040]圖1示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的質(zhì)譜儀100的簡(jiǎn)化示意圖。該框圖是以一種較普通的格式來繪制的，因?yàn)楸緦?shí)用新型的教導(dǎo)可以被應(yīng)用于各種不同類型的質(zhì)譜儀。伴隨著這里所進(jìn)行的描述，應(yīng)當(dāng)理解代表性實(shí)施例的設(shè)備和方法可以結(jié)合質(zhì)譜儀100來使用。因而，質(zhì)譜儀100是用于幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)代表性實(shí)施例的設(shè)備和方法的功能和應(yīng)用的更全面的理解的，而不希望成為對(duì)這些功能和應(yīng)用的限制。質(zhì)譜儀100包括離子源101、質(zhì)量分析器102和檢測(cè)器103。離子源101包括電離設(shè)備104，該設(shè)備被配置為對(duì)氣體樣本(圖1中未被示出)進(jìn)行電離并將離子提供給質(zhì)量分析器102。關(guān)于電離設(shè)備104的細(xì)節(jié)在下面根據(jù)代表性實(shí)施例進(jìn)行描述。質(zhì)譜儀100的氣態(tài)組件包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的設(shè)備并且不進(jìn)行詳細(xì)描述以避免模糊化對(duì)代表性實(shí)施例的描述。例如，質(zhì)量分析器102可以是四極質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器或者飛行時(shí)間(TOF)質(zhì)量分析器等等。
[0041]圖2示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的離子源200的透視圖。離子源200可以被包括在上述質(zhì)譜儀100中。離子源200包括具有第一端202和第二端203的離子漏斗201。在所描述的實(shí)施例中，進(jìn)樣口毛細(xì)管204被設(shè)置在第一端202處并且被連接到氣相色譜(GC)柱(未被示出)或液相色譜(LC)柱(未被示出)。進(jìn)樣口毛細(xì)管204包括包含溶劑或載氣的蒸氣，所述溶劑或載氣包含中性分析物分子205，所述分析物分子205被提供到第一端202處的離子漏斗中。下面將更全面地描述，中性分析物分子205是電中性的并且呈氣態(tài)。
[0042]離子源200包括被置于離子漏斗201的第一開口 211附近的第一電離設(shè)備206以及可選的第二電離設(shè)備208。下面將更全面地描述，本實(shí)用新型的教導(dǎo)不局限于使用一個(gè)電離設(shè)備，而是可以使用多個(gè)電離設(shè)備。第一電離設(shè)備206和第二電離設(shè)備208用于對(duì)從進(jìn)樣口毛細(xì)管204產(chǎn)生的中性分析物分子205。
[0043]第一電離設(shè)備206發(fā)出入射到中性分析物分子205上的第一粒子束207且第二電離設(shè)備208發(fā)出入射到中性分析物分子205上的第二粒子束209。第一粒子束207和第二粒子束209呈現(xiàn)從第一電離設(shè)備206和第二電離設(shè)備208發(fā)射的類型的特征。本實(shí)用新型的教導(dǎo)構(gòu)想第一電離設(shè)備206和第二電離設(shè)備208被配置為提供電磁輻射、電子、離子和亞穩(wěn)原子中的一種或多種。因而，第一粒子束207和第二粒子束209可以是電磁輻射、電子、離子和亞穩(wěn)原子中的一種或多種。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，電離的機(jī)制(例如Penning、X射線、光、電子撞擊和尚子撞擊)根據(jù)所需要的中性分析物分子205的譜信息被選擇。在某些應(yīng)用中，用于電離的一種或多種機(jī)制被考慮使用。
[0044]在代表性實(shí)施例中，第一電離設(shè)備206和第二電離設(shè)備208都是光電離(PI)設(shè)備。一般來說，可用的PI源包括但不限于共振燈、激光器(例如準(zhǔn)分子激光器)、同步加速器、微等離子源、介質(zhì)阻擋放電(DBD)準(zhǔn)分子光子發(fā)生器、交流(AC)激勵(lì)氣體放電源和直流(DC)激勵(lì)放電源。
[0045]在一個(gè)代表性實(shí)施例中，第一粒子束207或第二粒子束209或者這兩個(gè)粒子束包括在電磁譜選擇的VUV光子(一般是6eV-12.4eV)的真空紫外(VUV)區(qū)域中的光子，這些光子有足夠的能量來對(duì)大多數(shù)化學(xué)物種進(jìn)行電子激發(fā)和/或電離。真空紫外(VUV)光通常被定義為波長(zhǎng)在100-200納米范圍內(nèi)的光。
[0046]值得注意的是，大多數(shù)化學(xué)物種的電離能在8eV_lleV的范圍內(nèi)；一些常見溶劑的電離能為12eV或者12eV以上；并且有些化學(xué)物種的電離能為15eV或者更大。因而，第一粒子束207、第二粒子束209或者其兩者的光子能可被選擇來電離大多數(shù)分析物，但是不能電離某些溶劑或載氣分子。對(duì)于本實(shí)用新型教導(dǎo)的很多可能的應(yīng)用而言，第一和/或第二粒子束207，209的光子能被選擇為在VUV范圍的中間能量區(qū)域，例如10eV。
[0047]在某些實(shí)施例中，第一電離設(shè)備206和/或第二電離設(shè)備208可以是包括有窗或“無窗”光電離設(shè)備的VUV光電離設(shè)備。所謂的“無窗”光電離設(shè)備允許更多部分的光譜入射到樣本上。例如，VUV電離源可以是以下共同所有的美國專利申請(qǐng)中的一個(gè)或多個(gè)中所描述的:James E.Cooley, et al.的美國專利申請(qǐng)公開 20110109226 “MicroplasmaDevice with Cavity for Vacuum Ultraviolet Irradiation of Gases and Methods ofMaking and Using the Same”;2011 年6月 28 日提交的“Windowless 1nization Device”,James E.Cooley, et al.(美國專利申請(qǐng) N0.13/170，202);以及 2011 年 11 月 30 日提交的“1nization Device，，，James E.Cooley, et al.(美國專利申請(qǐng) N0.13/307，641)。這些共同所有的專利申請(qǐng)和專利申請(qǐng)公開通過引用被合并于此。
[0048]所引用的Cooley等人的專利申請(qǐng)和專利申請(qǐng)公開是所謂的“微等離子設(shè)備”。這些設(shè)備產(chǎn)生等離子體離子、等離子體電子和光子。有時(shí)需要阻止等離子體離子和等離子體電子到達(dá)要被電離的中性分析物分子205，而只允許等離子體光子(例如VUV光子)入射到中性分析物分子上以引起電離。所引用的Cooley等人的專利申請(qǐng)被配置為只提供光子。本實(shí)用新型考慮采用這樣的電離設(shè)備作為第一電離設(shè)備206或第二電離設(shè)備208或者這兩者。
[0049]然而，不一定要使第一電離設(shè)備206或第二電離設(shè)備208或者其兩者被配置為只允許光子入射到中性分析物分子205上。在某些實(shí)施例中，除了光子以外，例如包括等離子體的離子和/或電子也可以從第一電離設(shè)備206和/或第二電離設(shè)備208被引至中性分析物分子205以得到由于對(duì)中性分析物分子205的電離和裂解而產(chǎn)生的不同的譜數(shù)據(jù)。因而，根據(jù)代表性實(shí)施例，第一粒子束207和/或第二粒子束209可以包括離子(例如等離子體離子)來引起離子漏斗201中的化學(xué)電離(類似于上述APCI)。類似地，第一粒子束207和/或第二粒子束可以包括電子束。值得注意的是，電子電離(EI)被廣泛地用作基準(zhǔn)電離源，并且使用電子束作為第一粒子束207和/或第二粒子束將有效地生成特征裂解模式。有可能這種電離源將允許使用現(xiàn)有譜庫。離子和/或電子可以來自于等離子源或者來自于其它源(即來自標(biāo)準(zhǔn)EI熱燈絲發(fā)射的電子)。
[0050]離子漏斗201包括用于時(shí)間相關(guān)的靜電場(chǎng)的電極(圖2中未被示出)，用于將分析物離子限制在沿對(duì)稱軸212的徑向上并且用于將分析物離子210引導(dǎo)至在離子漏斗201的第二端203處的第二開口 213。電源(未被示出)被配置為將時(shí)間相關(guān)的電壓(例如射頻(RF)電壓)的反向相位施加到電極上以在離子漏斗201中產(chǎn)生限制離子的電力場(chǎng)。在代表性實(shí)施例中，RF電壓的頻率(ω)通常在大約1.0MHz到大約100.0MHz的范圍內(nèi)。這個(gè)頻率是用于實(shí)現(xiàn)在分析物的徑向和質(zhì)量范圍內(nèi)的高效粒子束壓縮的多個(gè)離子引導(dǎo)參數(shù)中的一個(gè)。此外，直流(DC)電壓也被應(yīng)用并且產(chǎn)生在圖2中所示的坐標(biāo)系中的X方向上引導(dǎo)離子的電勢(shì)差。
[0051]在操作中，中性分析物分子205被提供在離子漏斗201的第一開口 211處。第一粒子束207或第二粒子束209或者兩者入射到中性分析物分子205上，中性分析物分子205被電離并形成分析物離子210。在離子漏斗201中產(chǎn)生的時(shí)間相關(guān)的DC電場(chǎng)用于在相對(duì)于對(duì)稱軸212的徑向上壓縮分析物離子210，并且沿對(duì)稱軸212在圖2中所示的坐標(biāo)系中的χ方向上推進(jìn)分析物離子210。
[0052]將第一電離設(shè)備206和第二電離設(shè)備208放在第一開口 211附近而不是離子漏斗201中是示例性的而非必要的。電離設(shè)備可以被設(shè)置在相對(duì)于離子漏斗201的其它位置處，如圖2中所示。例如，如圖2中所示，第一電離設(shè)備206’和第二電離設(shè)備208’可以被放置在相對(duì)于離子漏斗201的其它位置處。在所示出的代表性實(shí)施例中，來自第一電離設(shè)備206’的第一粒子束207’穿過第一側(cè)開口 214，該第一側(cè)開口可以包括窗口或者是無窗式的。第一粒子束207’入射到中性分析物分子205上，中性分析物分子205被電離并形成分析物離子210。類似地，除了第一電離設(shè)備206’以外或者代替第一電離設(shè)備206’，第二電離設(shè)備208’可以被放置在相對(duì)于離子漏斗201的其它位置處。在所示出的代表性實(shí)施例中，來自第二電離設(shè)備208’的第二粒子束209’穿過第二側(cè)開口 215，該第二側(cè)開口可以包括窗口或者是無窗式的。第二粒子束209’入射到中性分析物分子205上，中性分析物分子205被電離并形成分析物離子210。
[0053]注意圖2中所示的電離設(shè)備的數(shù)目和位置不是限制性的。兩個(gè)以上的電離設(shè)備可以被設(shè)置在離子源200中。此外，電離源可以被設(shè)置在相對(duì)于離子漏斗201的其它位置處并且以圖2中所具體示出的組合方式不同的組合方式被設(shè)置。最后，側(cè)開口(例如第一和第二側(cè)開口 214，215)的數(shù)目和位置由電離設(shè)備的數(shù)目和位置所決定。
[0054]在離子漏斗201中產(chǎn)生的時(shí)間相關(guān)的DC電場(chǎng)用于在相對(duì)于對(duì)稱軸212的徑向上壓縮分析物離子210，并且沿對(duì)稱軸212在圖2中所示的坐標(biāo)系中的χ方向上推進(jìn)分析物離子 210。
[0055]除其它優(yōu)點(diǎn)以外，離子源200還通過提供在離子漏斗201的第一端202處相對(duì)較長(zhǎng)的“駐留時(shí)間”實(shí)現(xiàn)對(duì)中性分析物分子205的更大程度的電離。具體而言，在代表性實(shí)施例中，離子漏斗201被利用惰性“緩沖”氣體(例如空氣、氮?dú)饣蚱渌线m的惰性氣體)加壓到大約I托至大約10托。與緩沖氣體的碰撞阻礙中性分析物分子205向離子漏斗201的第二端203的推進(jìn)(即，沿圖2中所示的坐標(biāo)系中的χ軸)。這些碰撞引起在第一粒子束207所對(duì)準(zhǔn)的進(jìn)樣口毛細(xì)管204的輸出附近的點(diǎn)附近或者在第一粒子束207和第二粒子束209匯合處的停滯。被注入或抽離漏斗的氣體的流體動(dòng)力以及漏斗內(nèi)部的其它條件可以修改以影響中性分析物分子205在位于離子漏斗201上的進(jìn)樣口毛細(xì)管204的輸出附近的駐留時(shí)間。在電離之后，離子漏斗201中的DC梯度電場(chǎng)用于分離出新形成的分析物離子210并迫使分析物離子210去往離子漏斗201的第二端203(即，沿圖2中所示的坐標(biāo)系中的χ軸)，并且因此去往位于與離子漏斗201并排放置的質(zhì)量分析器(例如圖1中所示的質(zhì)量分析器102)。中性溶劑和/或緩沖氣體分子最終被抽走。優(yōu)點(diǎn)是如果第一粒子束207和/或第二粒子束209包括在VUV譜中的光子，則中性分析物分子205優(yōu)先于其它物種(例如溶劑和/或緩沖氣體分子)被電離。
[0056]圖3示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的離子源300的透視圖。離子源300可以被包括在上述質(zhì)譜儀100中。離子源300的很多方面與上述離子源200是通用的。因而，這些通用的方面不被進(jìn)行詳細(xì)描述以避免模糊對(duì)代表性實(shí)施例的描述。
[0057]離子源300包括具有第一端202和第二端203的離子漏斗201。在所示實(shí)施例中，樣本探測(cè)器301被設(shè)置在第一端202處并且包括中性分析物分子205的固體樣本302，中性分析物分子205在第一端202處被提供到離子漏斗201中。與中性分析物分子205 —樣，固體樣本302的分析物分子是電中性的。
[0058]在操作中，固體樣本302被置于離子漏斗201的第一開口 211處。第一粒子束207或第二粒子束209或者兩者入射到固體樣本302上。包括固體樣本302的中性分析物分子205被電離并形成分析器離子210。在離子漏斗201中產(chǎn)生的時(shí)間相關(guān)的DC電場(chǎng)用于在相對(duì)于對(duì)稱軸212的徑向上壓縮分析物離子210，并且沿對(duì)稱軸212在圖2中所示的坐標(biāo)系中的χ方向上推進(jìn)分析物離子210。
[0059]將第一電離設(shè)備206和第二電離設(shè)備208置于第一開口 211附近或者在相對(duì)于離子漏斗201的其它位置處而非離子漏斗201 “內(nèi)部”是示例性的而非必要的。而電離設(shè)備也可以被置于離子漏斗201內(nèi)部，如圖3中所示(被示為第一電離設(shè)備206’和第二電離設(shè)備208’)。第一粒子束207’或第二粒子束209’或者兩者入射到固體樣本302上。
[0060]包括固體樣本302的中性分析物分子被電離并形成分析器離子210。在離子漏斗201中產(chǎn)生的時(shí)間相關(guān)的DC電場(chǎng)用于在相對(duì)于對(duì)稱軸212的徑向上壓縮分析物離子210，并且沿對(duì)稱軸212在圖2中所示的坐標(biāo)系中的χ方向上推進(jìn)分析物離子210。
[0061]注意圖2和圖3中所示的電離設(shè)備的數(shù)目和位置不是限制性的。兩個(gè)以上的電離設(shè)備可以被設(shè)置在離子源200，300中。此外，電離源可以被設(shè)置在相對(duì)于離子漏斗201的其它位置處并且以圖2和圖3中所具體示出的組合方式不同的組合方式被設(shè)置。此外，側(cè)開口(例如第一和第二側(cè)開口 214，215)的數(shù)目和位置由電離設(shè)備的數(shù)目和位置所決定。
[0062]圖4示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的離子源400的剖視圖。離子源400包括上述離子源200?；蛘撸绻腆w樣本302正在質(zhì)譜儀中被分析，則離子源300可以代替離子源200被提供。包括(第一)離子漏斗201的離子源200的很多細(xì)節(jié)與以上在對(duì)圖2中所示的代表性實(shí)施例的描述中所提供的是通用的。很多這些通用的細(xì)節(jié)不再被重復(fù)以避免模糊對(duì)當(dāng)前所描述的實(shí)施例的描述。
[0063]離子源400包括第二離子漏斗401。第二離子漏斗401與離子漏斗201并排放置，并且包括在第一端403處的第一開口 402和在第二端405處的第二開口 404。第一開口 402被配置為接收來自第一離子漏斗201的第二端203的分析物離子210。第二離子漏斗401被設(shè)置以進(jìn)一步限制分析物離子210并將分析物離子210提供給質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器(例如質(zhì)量分析器102)。
[0064]第二離子漏斗401是一種公知的離子引導(dǎo)設(shè)備，并且通過應(yīng)用在其中建立的時(shí)間相關(guān)的靜電場(chǎng)，第二離子漏斗401被配置為將分析物離子210限制在對(duì)稱軸212的徑向范圍內(nèi)，并且將離子推向質(zhì)量分析器(即，沿圖4中所示的坐標(biāo)系的χ方向)。例如，第二離子漏斗401可以是如2012年I月6日提交的共同所有的G.Perelman，et al.的標(biāo)題為“Radio Frequency(RF)1n Guide for Improved Performance in Mass Spectrometers，，的美國專利申請(qǐng)13/345，392中所描述的。或者，第二離子漏斗401可以是如共同所有的Bertsch, et al.的標(biāo)題為 “Converging Multipole 1n Guide for 1n Beam Shaping，，的美國專利申請(qǐng)公布20100301210中所描述的。又或者，第二離子漏斗401可以是如共同所有的 Crawford, et al.的標(biāo)題為 “Mass Spectrometer Multipole Device” 的美國專利7，064，322中所描述的。這些所引用的共同所有的專利申請(qǐng)、專利申請(qǐng)公布和專利的公開內(nèi)容具體地通過引用被合并于此。而且，其它公知的離子漏斗也可以被包括作為第二離子漏斗401。需要強(qiáng)調(diào)的是所引用的專利申請(qǐng)、專利申請(qǐng)公布和專利的離子引導(dǎo)設(shè)備僅僅是說明性的，并且在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的理解范圍內(nèi)的其它離子漏斗也可以被用作第二離子漏斗 401。
[0065]在操作中，中性分析物分子205被提供在離子漏斗201的第一開口 211處。第一粒子束207或第二粒子束209或者兩者入射到中性分析物分子205上，中性分析物分子205被電離并形成分析物離子210。在離子漏斗201中產(chǎn)生的時(shí)間相關(guān)的DC電場(chǎng)用于在相對(duì)于對(duì)稱軸212的徑向上壓縮分析物離子210，并且沿對(duì)稱軸212在圖4中所示的坐標(biāo)系中的χ方向上推進(jìn)分析物離子210。然后，分析物離子210被置于第二離子漏斗401的第一開口402處，進(jìn)一步限制分析物離子210并推進(jìn)這些離子通過第二開口 404以傳送給質(zhì)量分析器(圖4中未示出)。
[0066]有利的是，包括第二離子漏斗401提供了另一差動(dòng)泵浦級(jí)，從而離開第二開口 213的緩沖氣體分子中的很多氣體分子在它們能夠穿過第二離子漏斗401并進(jìn)入質(zhì)量分析器(例如質(zhì)量分析器102)或者可被用于將第二離子漏斗401耦接到質(zhì)量分析器的任何其它離子光學(xué)設(shè)備之前被抽走。第二離子漏斗401內(nèi)部的壓力比第一漏斗內(nèi)部的壓力低大約10倍，所以第二開口 404向后續(xù)的高度真空區(qū)域提供降低的氣體負(fù)載。
[0067]在代表性實(shí)施例中，第一離子漏斗201的對(duì)稱軸212偏離第二離子漏斗401的對(duì)稱軸406以使得分子沒有從第一離子漏斗201的第二開口 213到第二離子漏斗401的第二開口 404的直線視線。關(guān)于將第一離子漏斗201的對(duì)稱軸212偏離第二離子漏斗401的對(duì)稱軸406的更多細(xì)節(jié)可以在共同所有的A.Mordehai, et al.的標(biāo)題為“1n Funnel forMass Spectroscopy”的美國專利申請(qǐng)公開20110147575中找到。該專利申請(qǐng)公開具體地通過引用被合并于此。
[0068]圖5示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的離子源500的剖視圖。離子源500可以被包括在上述質(zhì)譜儀100中。離子源500的很多方面與上述離子源200，300是通用的。因而，這些通用的方面不再被詳細(xì)描述以避免模糊對(duì)代表性實(shí)施例的描述。此外，當(dāng)前所描述的代表性實(shí)施例涉及對(duì)在固態(tài)下的來自進(jìn)樣毛細(xì)管204的中性分析物分子205的電離。結(jié)合離子源500描述的原理同樣可應(yīng)用于對(duì)如結(jié)合圖3所述的位于探測(cè)器上的固態(tài)樣本的電離。
[0069]電離源500包括離子漏斗501，該離子漏斗501包括多個(gè)電極502。多個(gè)電極502可以是同心圓電極，例如以上所引用的Perelman, et al.的美國專利申請(qǐng)13/345，392中所描述的。此外，多個(gè)電極502、它們的配置和電連接可以是例如Smith，et al.的美國專利6，107，628和Kim, et al.的美國專利7，495，212中所描述的。Smith, et al.的專利和Kim, et al.的專利的相應(yīng)的全部公開具體地通過引用被合并于此。
[0070]電極502被連接到電源/電壓源(圖5中未示出)，該電源/電壓源被配置為將時(shí)間相關(guān)電壓的反向相位應(yīng)用于鄰近的電極對(duì)502,從而產(chǎn)生圍繞對(duì)稱軸212的徑向上的電力場(chǎng)。該電力場(chǎng)用于將分析物離子210限制在圍繞對(duì)稱軸212的徑向上。
[0071]電源/電壓源還可選擇地被連接到連續(xù)的電極502以建立在第一端503和第二端504之間的直流(DC)電壓。因而，DC電位降被建立在第一端503與第二端504之間以引起分析物離子210從離子漏斗501的第一端503到第二端504的漂移。
[0072]離子源500包括被置于離子漏斗501的第一端503處的第一開口 505附近的第一電離設(shè)備206以及可選的第二電離設(shè)備208。如上所述，本實(shí)用新型的教導(dǎo)不局限于使用一個(gè)電離設(shè)備，而是可以使用多個(gè)電離設(shè)備。第一電離設(shè)備206和第二電離設(shè)備208有效地對(duì)來自第一端503處的第一開口 505處的進(jìn)樣毛細(xì)管204的中性分析物分子205進(jìn)行電離。
[0073]第一電離設(shè)備206發(fā)射入射到中性分析物分子205上的第一粒子束207并且第二電離設(shè)備208發(fā)射入射到中性分析物分子205上的第二粒子束209。第一粒子束207和第二粒子束209呈現(xiàn)從第一電離設(shè)備206和第二電離設(shè)備208發(fā)射的類型的特征。本實(shí)用新型的教導(dǎo)構(gòu)想第一電離設(shè)備206和第二電離設(shè)備208被配置為提供電磁輻射、電子、離子和亞穩(wěn)原子中的一種或多種。因而，第一粒子束207和第二粒子束209可以是電磁福射、電子、離子和亞穩(wěn)原子中的一種或多種。如上所述，電離的機(jī)制(例如Penning、χ射線、光、電子撞擊和離子撞擊)根據(jù)所需要的中性分析物分子205的譜信息被選擇。在某些應(yīng)用中，用于電離的一種或多種機(jī)制被考慮使用。
[0074]在操作中，中性分析物分子205通過位于離子漏斗501的第一端503的第一開口505處的的進(jìn)樣毛細(xì)管204被提供。第一粒子束207或第二粒子束209或兩者入射到中性分析物分子205上，中性分析物分子205被電尚并形成分析物尚子210。在尚子漏斗501中產(chǎn)生的時(shí)間相關(guān)的DC電場(chǎng)用于在相對(duì)于對(duì)稱軸212的徑向上壓縮分析物離子210，并沿對(duì)稱軸212將分析物離子210向離子漏斗501的第二端504處的第二開口 506推進(jìn)(沿圖5中所示的坐標(biāo)系的X方向)。
[0075]圖6示出了根據(jù)代表性實(shí)施例的提供質(zhì)譜系統(tǒng)中的離子的方法600的流程圖。方法600用以上結(jié)合圖1?5所描述的離子源來實(shí)現(xiàn)。
[0076]在步驟601，該方法包括將中性分析物分子引入到離子漏斗的第一端。在步驟602，該方法包括對(duì)離子漏斗中的中性分析物分子進(jìn)行電離以形成分析物離子。在步驟603，該方法包括將分析物離子引導(dǎo)至離子漏斗的第二端。
[0077]基于本申請(qǐng)，注意到這些方法和設(shè)備可以以保持本實(shí)用新型的教導(dǎo)的方式被實(shí)現(xiàn)。此外，各種組件、材料、結(jié)構(gòu)和參數(shù)僅僅通過說明和示例的形式而非限制性地被包括。基于本公開，本實(shí)用新型的教導(dǎo)可以在其它應(yīng)用中被實(shí)現(xiàn)，并且實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用所需要的組件、材料、結(jié)構(gòu)和設(shè)備可以被確定，同時(shí)仍然在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種離子源，其特征在于包括: 離子漏斗，該離子漏斗包括在第一端處的第一開口和在第二端處的第二開口，所述第一開口被配置為接收中性分析物分子；以及 電離設(shè)備，該電離設(shè)備被配置為對(duì)所述離子漏斗中的所述中性分析物分子進(jìn)行電離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子源，還包括毛細(xì)管進(jìn)樣口，該毛細(xì)管進(jìn)樣口被配置為將所述中性分析物分子傳送到所述第一開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離子源，其中，所述毛細(xì)管進(jìn)樣口與氣相色譜儀流體連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子源，其中，所述電離設(shè)備包括以下各項(xiàng)之一: 電磁輻射源和電子源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離子源，其中，所述電磁輻射源包括真空紫外輻射源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的離子源，其中，所述真空紫外源包括以下各項(xiàng)之一: 微等離子真空紫外源、準(zhǔn)分子真空紫外源、直流激勵(lì)氣體放電源、交流激勵(lì)氣體放電源、激光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的離子源，其中，所述真空紫外源是第一真空紫外源，并且所述離子源還包括第二真空紫外源，所述第一真空紫外源和第二真空紫外源分別被放置為相對(duì)于所述離子漏斗的對(duì)稱軸有一角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的離子源，還包括第三真空紫外源和第四真空紫外源，所述第三真空紫外源和第四真空紫外源分別被放置成使得來自所述第二真空紫外源、所述第三真空紫外源和所述第四真空紫外源的光子與所述離子漏斗內(nèi)的所述中性分析物分子相互作用。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離子源，其中，所述電離設(shè)備是第一電離設(shè)備，并且所述離子源還包括第二電離設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的離子源，其中，所述第二電離設(shè)備包括電磁輻射源和電子源中的一項(xiàng)，并且所述第一電離設(shè)備不同于所述第二電離設(shè)備。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的離子源，其中，所述第二電離設(shè)備包括電磁輻射源和電子源中的一項(xiàng)，并且所述第一電離設(shè)備與所述第二電離設(shè)備相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的離子源，其中，所述電離設(shè)備還包括第三電離設(shè)備和第四電離設(shè)備。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的離子源，其中，所述第三電離設(shè)備包括電磁輻射源和電子源中的一項(xiàng)，并且所述第四電離設(shè)備包括電磁輻射源和電子源中的一項(xiàng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的離子源，其中，所述第一電離設(shè)備、所述第二電離設(shè)備、所述第三電離設(shè)備和所述第四電離設(shè)備是相同的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的離子源，其中，所述第一電離設(shè)備、所述第二電離設(shè)備、所述第三電離設(shè)備和所述第四電離設(shè)備中的至少一個(gè)是不同的。
16.一種質(zhì)譜儀，其特征在于包括權(quán)利要求1所述的離子源。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的質(zhì)譜儀，還包括: 與所述第一離子漏斗串列的第二離子漏斗，所述第二離子漏斗包括在第一端處的第一開口和在第二端處的第二開口，所述第一開口被配置為從所述第一離子漏斗的第二端接收分析物離子。
【文檔編號(hào)】H01J49/16GK203386713SQ201220736265
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月27日
【發(fā)明者】艾德里安·蘭德, 斯圖爾特·C·漢森 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司