質(zhì)量分析儀、質(zhì)譜儀和相關(guān)方法
【專利摘要】一種用于在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀。質(zhì)量分析儀具有包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極的電極集合，該電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，電極集合沿著局部垂直于參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，電極集合提供3D靜電場(chǎng)區(qū)域。質(zhì)量分析儀被配置為在使用中由電極集合提供的3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
【專利說明】質(zhì)量分析儀、質(zhì)譜儀和相關(guān)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀、包括這種質(zhì)量分析儀的質(zhì)譜儀和相關(guān)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于高靈敏度、質(zhì)量分辨率和質(zhì)量精度，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(TOF MS)廣泛用于現(xiàn)代質(zhì)譜儀。在離子電荷生產(chǎn)率>每秒IO9個(gè)離子和無限質(zhì)量范圍的情況下實(shí)現(xiàn)100，000或更高的質(zhì)量分辨率是現(xiàn)代TOF MS儀器的典型要求。由于離子的初始空間和速度跨距引起的短飛行時(shí)間和大時(shí)間跨距，早期TOF MS儀器的質(zhì)量分辨率通常只是幾百的量級(jí)。TOF質(zhì)譜儀在過去50多年來令人印象深刻的進(jìn)步至少部分地由于能夠利用小的橫向發(fā)射產(chǎn)生非常短的離子束的脈沖離子源的研發(fā)、采用伸長(zhǎng)的離子軌道(在離子反射鏡之間折疊或者在扇區(qū)場(chǎng)中的多匝)從而允許更高的飛行時(shí)間并因此允許可接受的儀器尺寸下的質(zhì)量分辨率，并且創(chuàng)造了改進(jìn)的電極幾何結(jié)構(gòu)從而提供具有將由光學(xué)象差引起的時(shí)間跨距最小化的改進(jìn)等時(shí)性質(zhì)的靜電場(chǎng)。同時(shí)，電極機(jī)械設(shè)計(jì)的精度方面(特別是在穩(wěn)定的高電壓電源的研發(fā))的進(jìn)展已經(jīng)用于實(shí)現(xiàn)百萬分之一級(jí)別或以下的TOFMS的質(zhì)量精度。
[0003]靜電TOF MS儀器通?？梢苑譃閮山M。第一組(最常使用的)通常采用離子反射鏡來提供由多次反射(MR)或單次反射引起的折疊離子軌跡。這些通常分別稱作MR-TOF MS或者反射(reflection)。第二組(通常明顯小于第一組)通常使用靜電扇區(qū)場(chǎng)來提供離子的單匝或多匝(MT)等時(shí)運(yùn)動(dòng)。在后一種情況下，這些質(zhì)譜儀可以稱作MT-TOF MS?？梢酝ㄟ^與扇區(qū)場(chǎng)相比更加簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)計(jì)和由光學(xué)象差引起的小時(shí)間跨距來解釋離子反射鏡的普及。除了純反射鏡或者純扇區(qū)場(chǎng)TOF MS之外，一些作者還提出了包括反射鏡和扇區(qū)場(chǎng)的混合儀器。與純扇區(qū)場(chǎng)TOF MS相比，通常可以更有效地最小化光學(xué)象差。
[0004]Alikhanov [Alikhanov, S.G.Sov.Phys.JETP, 1956,4,452-453]首次提出 了使用同軸離子反射鏡來補(bǔ)償飛行時(shí)間的能量依賴性。他還提出了使用多次反射來延長(zhǎng)離子的總飛行路徑。所提出的反射鏡隨后被Mamyrin在反射OTFMS中實(shí)現(xiàn)[Mamyrin, B.A.等人,Sov.Phys.JETP，1973，37，45]。近來已經(jīng)使用具有同軸離子反射鏡和閉合參考軌跡[Wollnik，H.和Casares, A.1nt.J.Mass Spectrom, 227 (2)]實(shí)現(xiàn)了多次反射方案的實(shí)際實(shí)現(xiàn)[Casares, A等人Int.J.Mass Spectrum.206(3) ,267-273]。隨后將形成在反射鏡子之間折疊的豎線鋸軌跡的思想[Wollnik，H.英國(guó)專利GB2080021，1981]應(yīng)用于具有采用網(wǎng)格的平面反射鏡的 TOF MS 系統(tǒng)[Shing-Shen, Su.1nt, J.Mass Spectrom, 1n Porcesses88, 21-28,1989]或者應(yīng)用于沒有采用網(wǎng)格的平面反射鏡的TOF MS系統(tǒng)[Nazarenko，L.M.等人的USSR專利SU1725289，1992]。所提出的平面系統(tǒng)不在沿漂移方向上提供聚焦。通過在反射鏡之間的漂移空間中添加一組聚焦透鏡[Verentchikov，A.N.等人的專利W02005001878]，或者替代地通過在平面反射鏡內(nèi)部沿漂移方向提供周期性的場(chǎng)變化[Verentchikov，A.N.和Yaovor, Μ.1.的專利W02010/008386]，來解決漂移聚焦問題。
[0005]Moorman和Parmater [專利US3576992,1971]提出了使用靜電扇區(qū)而不是離子反射鏡的能量等時(shí)TOF質(zhì)譜儀。Poschenrieder考慮了使用靜電扇區(qū)場(chǎng)的幾種能量等時(shí)TOF MS系統(tǒng)。他還提出了在由靜電扇區(qū)場(chǎng)構(gòu)成的MT-TOF MS中將離子軌跡閉合為回路[Poschenrieder, W.P.1nt.J.Mass Spectrom.1on Phys.9, 357-373,1972]。Matsuda 研究了包括二階象差在內(nèi)的扇區(qū)場(chǎng)和四極[Matsuda, H.等人Int.J.Mass Spectrom.1on Phys.，42，157-168，1982] Aacurai還提出了幾種擁有對(duì)稱性的TOF MS系統(tǒng)的幾何形狀[Sacurai，T.等人 Int.J.Mass Spectrom.1on Phys.，63，273-287，1985]以及構(gòu)建有四個(gè)圓柱形扇區(qū)的 TOF 質(zhì)譜儀[Sacurai, T.等人 Int.J.Mass Spectrom.1on Phys., 66, 283-290,1985]。隨后，Sakurai等人設(shè)計(jì)和建立了較大的MT-TOF MS “0VAL”，其由形成7.4m的橢圓閉合軌道的六個(gè)靜電扇區(qū)構(gòu)成[Sacurai,T.等人Nucl.1nstrum.&Meth.A,427,182-186,1999]。幾乎同時(shí)，研發(fā)了由四個(gè)圓柱形靜電扇區(qū)和16個(gè)靜電四極透鏡構(gòu)成的緊湊MT-TOF MS "MULTUM線性疊加” [Toyoda, M.等人的 J.Mass Spectrom.,35,163-167,2000]。數(shù)字 8 形的閉合離子軌道具有每一匝1.308m的飛行路徑長(zhǎng)度。針對(duì)m/z = 28個(gè)離子的501.5個(gè)匝已經(jīng)報(bào)告了 350,000的高質(zhì)量分辨率。在稱作“MULTUM II”的下一代質(zhì)譜儀中[Okumura，D.等人的 J.Mass.Spectrom.Soc.Jpn.,51, 349-353, 2003]，通過用具有 Matsuda 板的環(huán)形扇區(qū)代替圓柱形靜電扇區(qū)簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)[Matsuda, H.Rev.Sc1.1nstrum.32,850-852,1961]，并且消除了四極透鏡。兩個(gè)“MULTUM”的設(shè)計(jì)基于“完全空間和能量聚焦” [Ishihara，M等人的 Int.J.Mass Spectrom., 197,179-180, 2000 ；Toyoda, M.等人的 J.Mass Spectrom.38,1125-1142,2003]。M.1shihara [專利 US6300625，2001]、Sh.Yamaguchi 等人[專利US7928372，2011]和V.Kovtoun等人[專利US7932487，2011]提出了幾種其他的具有閉合軌道的MT-TOF MS儀器。
[0006]所有具有閉合軌道的MT-TOF具有共同的缺點(diǎn)。在一定的匝數(shù)之后，具有質(zhì)量電荷比Hi1ZiZ1的離子會(huì)被具有m2/z2 < XalZzl的較快離子趕上，與第一組離子相比，較快的離子通過了更多的匝，所述效應(yīng)稱作“超車”。在存在“超車”的情況下，根據(jù)TOF譜來明確地識(shí)別質(zhì)量是復(fù)雜的問題。存在三種解決問題的主要方式:(i)通過將注入離子的質(zhì)量范圍限制為與匝數(shù)成反比；(ii通過在存在超車的情況下對(duì)TOF譜進(jìn)行解密；以及(iii)設(shè)計(jì)具有開路參考軌跡(軌道)的MT-TOF MS。盡管第一種方法導(dǎo)致了非常不希望的質(zhì)量范圍限制，并且第二種方法具有質(zhì)量識(shí)別問題，但是構(gòu)建具有開路軌跡的儀器的第三種方法沒有這些問題。
[0007]基于開路螺旋形軌跡的MT-OTF MS的第一種提議由Bakker在螺旋管中提出[Bakker, J.M.B.Ph.D.Thesis, University of Warwick, 1969]。兩年前，Oakey 和MacFarlane報(bào)告了具有螺旋軌跡的簡(jiǎn)單TOF質(zhì)譜儀[Oakey, N.S.和MacFarlane, R.D.Nucl.1nstr.&Meth.49，220-228，1967]。在2000年，Matsuda提出了具有螺旋形類型和蚊香形類型開路軌道的兩種類型的TOF質(zhì)譜儀。[Matsuda, H.J.Mass Spectrom.Soc.Jpn.2000,48 (5)，303-305, 2000]。最近，Satoh等人開發(fā)和建立了具有開路螺旋形軌跡的MT-TOF MS儀器[Satoh, et al.J.Am.Soc.Mass Spectrom.18，1318-1323，2007]。它包括十五個(gè) “MULTUMII”單元，每一個(gè)單元具有四個(gè)環(huán)形扇區(qū)，離子沿著17m長(zhǎng)的參考軌道連續(xù)地通過這些環(huán)形扇區(qū)。每一個(gè)單元基于具有“理想空間和能量聚焦”的“MULTUM II”的離子光學(xué)。報(bào)告了高達(dá)80，000的質(zhì)量分辨率。然后，由Satoh等人在專利US2011/0133073A1中公開了螺旋形MT-TOF MS的更新版本。還在其他提出的MT-TOF MS實(shí)施例中使用了使離子連續(xù)通過構(gòu)建有扇區(qū)場(chǎng)的幾個(gè)等時(shí)單元的思想[Brown, J.M.的專利US 2009/0314934以及Yamaguchi,Sh.和 Nishiguchi，M.的專利 US 2010/0148061]。
[0008]一些作者還提出了包括靜電離子反射鏡和扇區(qū)場(chǎng)的混合多通道質(zhì)譜儀(MP-T0FMS)。Sakurai 在[Sakurai, T and Baril, M.Nucl.1nstr.and Meth.A363,473-476,1995]中考慮了具有閉合軌道的MP-TOF MS,其另外包括偶極磁鐵。Verentchikov和Yavor提出了具有由平面反射鏡和空間同時(shí)扇區(qū)場(chǎng)構(gòu)成的開路軌跡的平面系統(tǒng)[專利WO 2006/102430]。最近，Verenchikov提出了更廣泛的混合質(zhì)譜儀[專利WO 2011/086430]。
[0009]為了提供高質(zhì)量分辨率，TOF質(zhì)量分析儀通常必須是“等時(shí)的”，即，被配置為提供離子沿著給定軌跡移動(dòng)的“等時(shí)性”。該給定的軌跡可以是開路或閉合。
[0010]在本文中，離子沿著給定軌跡移動(dòng)的“等時(shí)性”優(yōu)選地被理解為意味著離子在軌跡上的兩個(gè)點(diǎn)之間移動(dòng)的飛行時(shí)間實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于離子的至少一個(gè)空間坐標(biāo)/速度分量。實(shí)質(zhì)上，優(yōu)選地應(yīng)當(dāng)理解的是，在數(shù)學(xué)上飛行時(shí)間獨(dú)立于泰勒展開的至少一階項(xiàng)的所述坐標(biāo)，參見下文以得到進(jìn)一步解釋。
[0011]本文考慮了兩種不同類型的等時(shí)性。除非另外指示，否則離子沿著給定軌跡移動(dòng)的“空間等時(shí)性”優(yōu)選地被理解為意味著離子在軌跡上的兩個(gè)點(diǎn)(例如,起(初始)點(diǎn)和終(最終)點(diǎn))之間移動(dòng)的飛行時(shí)間實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于垂直于軌跡的平面中的離子的初始坐標(biāo)和速度(例如，圖4C(右側(cè))中的坐標(biāo)δΖ(ι和速度vy(l、vJ。離子沿著給定軌跡移動(dòng)的“能量等時(shí)性”優(yōu)選地被理解為意味著離子在軌跡上的兩個(gè)點(diǎn)之間移動(dòng)的飛行時(shí)間實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于軌跡方向上離子的初始能量/速度(例如，在圖4C(右側(cè))中，能量=KxQ = mVxQ/2)。
[0012]“等時(shí)性”可以僅存在于軌跡上的兩個(gè)特定點(diǎn)之間，或者可以是“周期性的”?！爸芷谛缘摹?空間和/或能量)等時(shí)性優(yōu)選地被理解為意味著等時(shí)性在給定軌跡上以定期(即，周期)間隔重復(fù)。
[0013]可以通過基于優(yōu)選地按照飛行時(shí)間關(guān)于初始坐標(biāo)和速度的泰勒展開的至少一階項(xiàng)以及可能計(jì)算為泰勒展開的二階項(xiàng)計(jì)算的理論調(diào)整電極(的例如電壓設(shè)置)來實(shí)現(xiàn)等時(shí)性。然而，一旦在理論上計(jì)算出來，可以例如基于實(shí)驗(yàn)證據(jù)來對(duì)電極(的例如電壓設(shè)置)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，以例如進(jìn)一步減小等時(shí)點(diǎn)處飛行方向上的束寬度和/或改善質(zhì)量分析儀的
質(zhì)量分辨率。
[0014]圖1A至圖1C、圖2A和圖2B給出了已知質(zhì)量分析儀的示例，其中，離子繞平面閉合軌道的振蕩是空間和能量等時(shí)的。在第三方向上擴(kuò)展平面運(yùn)動(dòng)(在螺旋形MT-TOF MS(圖2B)中實(shí)現(xiàn)以保留無限質(zhì)量范圍)將數(shù)字8閉合軌道(圖1C右側(cè))轉(zhuǎn)換為3維開路參考軌跡。在該系統(tǒng)中保留了等時(shí)性屬性。
[0015]在本文中，靜電扇區(qū)(其也可以被稱作“電扇區(qū)”)優(yōu)選地被定義為至少兩個(gè)片狀電極的布置，所述兩個(gè)片狀電極在一個(gè)或多個(gè)方向上彎曲并且被配置為具有向其施加的不同電勢(shì)以在其間提供用于沿著一個(gè)或多個(gè)平面軌跡或三維軌跡引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)。
[0016]鑒于以上考慮設(shè)想本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]總體上，本發(fā)明的一些方面涉及一種在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀，所述質(zhì)量分析儀具有電極集合，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D (三維)靜電場(chǎng)區(qū)域。
[0018]發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，如果電極沿著彎曲漂移路徑延伸(參見下面的討論)，則在漂移方向上更緊湊地封裝離子軌跡是可實(shí)現(xiàn)的。具體地，與電極沿著直線漂移路徑延伸的系統(tǒng)相比，針對(duì)電極沿著彎曲漂移路徑延伸的MT TOF MS質(zhì)量分析儀的特征長(zhǎng)度L可以實(shí)現(xiàn)開路軌跡的更多匝和更長(zhǎng)飛行時(shí)間(比較圖5的左側(cè)和圖5的右側(cè))。針對(duì)特征長(zhǎng)度L的開路軌跡的總長(zhǎng)度可以大至例如50-150或者更大。
[0019]在本發(fā)明的第一方面，質(zhì)量分析儀被配置為在使用中，由所述電極集合提供的3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
[0020]因此，本發(fā)明的第一方面可以提供:
[0021]一種在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀，所述質(zhì)量分析儀具有:
[0022]電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域；
[0023]其中，所述質(zhì)量分析儀被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
[0024]通過將質(zhì)量分析儀配置為沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子，能夠比更傳統(tǒng)的電極布置更緊湊地封裝所述參考軌跡(比較圖5的左側(cè)和圖5的右側(cè))，從而允許質(zhì)量分析儀使用更小的真空空間體積，由此允許減小質(zhì)量分析儀的大小和重量。
[0025]為了在參考軌跡的封裝中獲得較大的改善，電極優(yōu)選地沿著實(shí)質(zhì)上繞所述參考軸彎曲的漂移路徑延伸，優(yōu)選地，這意味著漂移方向上的曲率與參考平面中的曲率相當(dāng)(參見例如圖4E)。
[0026]在這里，應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子均應(yīng)當(dāng)沿著單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡被引導(dǎo)，但是實(shí)際上例如由于離子的初始位置或速度的較小變化，離子可能與該軌跡略微偏尚。
[0027]此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，預(yù)定3D參考軌跡可以具有一個(gè)或多個(gè)直線(即，非彎曲)部分，例如，在這些部分中，電極集合不使離子沿著預(yù)定3D參考軌跡移動(dòng)的路徑彎曲。
[0028]可以通過配置電極集合和/或注入接口(如果存在的話，參見下文)使得在使用中由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子，來實(shí)現(xiàn)將質(zhì)量分析儀配置為使得在使用中由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。例如，注入接口(如果存在的話，參見下文)可以被配置為將由離子源產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至3D靜電場(chǎng)區(qū)域中與參考平面偏離的位置，使得接下來由3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)離子(參見例如下文關(guān)于圖4D的討論)。優(yōu)選地，電極集合包括被配置為提供漂移聚焦(例如，如下文更詳細(xì)討論的)的電極，這是因?yàn)檫@可以有助于使離子接近預(yù)定3D參考軌跡和/或?qū)崿F(xiàn)完全等時(shí)性，從而增加質(zhì)量分辨率(參見下文的討論)。
[0029]雖然電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于使離子繞參考平面中的閉合軌道轉(zhuǎn)向的靜電場(chǎng)，但是這并不意味著電極集合實(shí)際上已經(jīng)(例如，電壓設(shè)置已經(jīng))為此目的而被最佳調(diào)整。這是因?yàn)槔鐚①|(zhì)量分析儀配置為使得在使用中3D靜電場(chǎng)區(qū)域被最優(yōu)化以沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子(例如，被最優(yōu)化以提供這些離子的等時(shí)性)，通常會(huì)導(dǎo)致靜電場(chǎng)區(qū)域未被最優(yōu)化以沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子(例如，對(duì)于具有這種軌道的離子，可能失去等時(shí)性)。
[0030]此外，當(dāng)電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于使離子繞參考平面中的閉合軌道轉(zhuǎn)向的靜電場(chǎng)時(shí)，這并不排除在平面軌道的路徑中放置障礙物以防止離子實(shí)際上沿著閉合軌道移動(dòng)的可能性。
[0031]3D參考軌跡可以被定義為在起點(diǎn)與終點(diǎn)之間延伸。3D參考軌跡的起點(diǎn)可以被定義為離子源處或內(nèi)部的位置。該點(diǎn)通常將處于離子源(如果存在的話)的外部和質(zhì)量分析儀的外部。3D參考軌跡的終點(diǎn)可以被定義為離子檢測(cè)器處或附近的位置，所述離子檢測(cè)器用于檢測(cè)已經(jīng)沿著預(yù)定參考軌跡被引導(dǎo)的離子。該點(diǎn)可以在質(zhì)量分析儀外部或內(nèi)部。當(dāng)然，例如如果離子源和/或離子檢測(cè)器位于質(zhì)量分析儀內(nèi)部，則起點(diǎn)和/或終點(diǎn)均可以位于質(zhì)量分析儀內(nèi)部。
[0032]優(yōu)選地，電極集合被配置為提供離子沿著3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的等時(shí)性。提供的等時(shí)性可以是空間等時(shí)性或能量等時(shí)性。但是提供空間等時(shí)性和能量等時(shí)性二者是非常優(yōu)選的。例如，由于質(zhì)量分析儀中的離子運(yùn)動(dòng)的周期性，提供的等時(shí)性可以是周期性的。
[0033]電極集合可以被配置為提供離子在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的泰勒展開的至少一階項(xiàng)(可能甚至二階項(xiàng)中的一些或全部)的空間和/或能量等時(shí)性。
[0034]通過使用已經(jīng)提供的“等時(shí)性”的定義，將電極集合配置為提供離子沿著3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的等時(shí)性可以被理解為將電極集合配置為使得離子沿著3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的飛行時(shí)間實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于在3D參考軌跡的起點(diǎn)處的離子的至少一個(gè)空間坐標(biāo)/速度分量。如上所述，除非另外指示，否則空間等時(shí)性優(yōu)選地被理解為飛行時(shí)間實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于垂直于3D參考軌跡的平面中的離子的所有初始坐標(biāo)和速度。如上所述，能量等時(shí)性優(yōu)選地被理解為飛行時(shí)間實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于3D參考軌跡方向上的離子的初始能量。
[0035]通常，實(shí)際上不能實(shí)現(xiàn)給定質(zhì)量分析儀的理想等時(shí)性(離子沿著給定軌跡移動(dòng)的飛行時(shí)間完全獨(dú)立于離子的所有初始坐標(biāo)和速度)。然而，通過細(xì)致地配置電極，通?？梢垣@得期望級(jí)別的等時(shí)性。通常不能直接測(cè)量由給定質(zhì)量分析儀提供的等時(shí)性級(jí)別，而是可以例如通過質(zhì)量分析儀的質(zhì)量分辨率(或者離子束的時(shí)間跨距)來表征等時(shí)性級(jí)別。在這里，應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然通過質(zhì)量分析儀的質(zhì)量分辨率來表征等時(shí)性級(jí)別，但是質(zhì)量分辨率通常將取決于其他因素，例如，質(zhì)量分析儀的大小、初始束參數(shù)、離子之間的空間電荷力等。[0036]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的質(zhì)量分析儀提供了等時(shí)性級(jí)別，使得由質(zhì)量分析儀提供的質(zhì)量分辨率是40，000或者更高，更優(yōu)選地，100，000或者更高。在這里，將認(rèn)識(shí)至IJ，給定質(zhì)量分析儀的實(shí)際質(zhì)量分辨率將不僅取決于達(dá)到的等時(shí)性級(jí)別，而且還取決于其他參數(shù)，例如，質(zhì)量分析儀的大小、初始束參數(shù)、離子之間的空間電荷力等。已經(jīng)在仿真中使用例如本文所討論的質(zhì)量分析儀幾何結(jié)構(gòu)獲得了 200，000或者更高的質(zhì)量分辨率。
[0037]電極集合優(yōu)選地包括被配置為提供漂移聚焦的電極(例如，如下文更詳細(xì)討論的)，因?yàn)檫@可以幫助實(shí)現(xiàn)等時(shí)性(參見下面的討論)。
[0038]電極集合可以被配置為根據(jù)以下方法提供離子沿著3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的等時(shí)性:
[0039]調(diào)整所述電極集合以提供離子沿著所述參考平面中的閉合軌道移動(dòng)的等時(shí)性；以及
[0040]進(jìn)一步調(diào)整所述電極集合以提供離子沿著3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的等時(shí)性。
[0041]對(duì)電極集合進(jìn)行初始調(diào)整以提供離子沿著參考平面中的閉合軌道移動(dòng)的等時(shí)性(優(yōu)選地，周期等時(shí)性)可以例如涉及調(diào)整電極集合(的例如電壓設(shè)置)以提供(例如，按照泰勒展開的至少一階項(xiàng)計(jì)算的)離子沿著平面中的閉合軌道移動(dòng)的周期空間和/或能量等時(shí)性(優(yōu)選地，這二者)。
[0042]對(duì)電極集合進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整以提供沿著3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的離子的等時(shí)性可以例如包括:調(diào)整電極集合(的例如電壓設(shè)置)以提供(例如，按照泰勒展開的至少一階項(xiàng)計(jì)算的)沿著3D參考軌跡移動(dòng)的離子的空間等時(shí)性，然后進(jìn)一步調(diào)整電極集合(的例如電壓設(shè)置)以另外優(yōu)選地以維持周期空間等時(shí)性的方式提供(例如，按照泰勒展開的至少一階項(xiàng)計(jì)算的)離子沿著3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的能量等時(shí)性。
[0043]注意，對(duì)電極集合進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整以提供離子沿著3D參考軌跡移動(dòng)的等時(shí)性破壞通過對(duì)電極集合進(jìn)行初始調(diào)整所實(shí)現(xiàn)的離子沿著參考平面中的閉合軌道移動(dòng)的等時(shí)性。
[0044]還注意，當(dāng)電極集合(的例如電壓設(shè)置)可以基于理論(例如，按照泰勒展開的至少一階項(xiàng)計(jì)算)被調(diào)整時(shí)，優(yōu)選地接下來基于例如實(shí)驗(yàn)證據(jù)對(duì)電極進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整以例如進(jìn)一步改善質(zhì)量分析儀的質(zhì)量分辨率。
[0045]優(yōu)選地，電極集合包括被配置為提供漂移聚焦以例如在沿著預(yù)定3D參考軌跡的一個(gè)或多個(gè)位置處在漂移方向(其可以被定義為關(guān)于參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向，參見下文)上聚焦離子的電極。優(yōu)選地，在沿著3D參考軌跡的一個(gè)或多個(gè)位置處將離子聚焦至3D參考軌跡。這可以幫助使離子接近預(yù)定3D參考軌跡(參見例如圖14B)并且還可以幫助實(shí)現(xiàn)等時(shí)性。
[0046]優(yōu)選地，電極被配置為通過產(chǎn)生電勢(shì)具有非零(優(yōu)選地，正)二階導(dǎo)數(shù)和/或高階導(dǎo)數(shù)的靜電場(chǎng)從而在漂移方向上產(chǎn)生聚焦來提供漂移聚焦，所述漂移方向被定義為關(guān)于所述參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向。
[0047]被配置為提供漂移聚焦的電極可以例如包括以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng):
[0048]聚焦透鏡；
[0049]周期性或非周期性透鏡集合，被并入到至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極中或之間；[0050]電極集合(優(yōu)選地是電極段)，被周期性地或非周期性地定位在漂移方向上，所述漂移方向被定義為關(guān)于所述參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向；
[0051]一對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱電極，在漂移方向上分成多個(gè)小段，所述漂移方向被定義為關(guān)于所述參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向；和/或
[0052]產(chǎn)生靜電場(chǎng)的裝置，所述靜電場(chǎng)的電勢(shì)具有非零(優(yōu)選地，正)二階導(dǎo)數(shù)和/或高階導(dǎo)數(shù)，從而在漂移方向(優(yōu)選地，被定義為關(guān)于所述參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向)上產(chǎn)生聚焦。
[0053]如上文所討論的，具有被配置為提供漂移聚焦的電極可以幫助沿著單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子并且還可以幫助提供離子沿著3D參考軌跡在3D參考軌跡的起點(diǎn)與3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的等時(shí)性。下面更詳細(xì)地討論了被配置為提供漂移聚焦的電極的一些示例。通過下面所討論的示例將清楚的是，質(zhì)量分析儀和預(yù)定3D軌跡可以采用多種不同的形式和幾何形狀。
[0054]可以關(guān)于參考平面中的閉合軌道定義質(zhì)量分析儀的幾何形狀，其中，可以由電極集合沿著該閉合軌道引導(dǎo)離子，如上所述，所述電極集合優(yōu)選地包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極在空間上被布置為能夠提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)尚子的靜電場(chǎng)。
[0055]可以使用參考平面中的閉合軌道與參考軸之間的關(guān)系來定義該閉合軌道，例如，參考平面中的閉合軌道可以:
[0056]在單個(gè)點(diǎn)處與所述參考軸相交；
[0057]在兩個(gè)點(diǎn)處與所述參考軸相交；或者
[0058]在三個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)處與所述參考軸相交。
[0059]舉另一個(gè)例子，所述參考平面中的所述閉合軌道不(在任何點(diǎn)處)與所述參考軸相交。
[0060]電極集合的優(yōu)選幾何形狀涉及被配置為使得參考平面中的閉合軌道是O形的電極，其中，閉合軌道在兩個(gè)點(diǎn)處與參考軸相交。注意，閉環(huán)軌道不必為了成為O形而是圓形，參見例如圖4B和圖9A。該幾何形狀通常將涉及包括被布置為形成兩個(gè)同軸殼的O形電極的電極集合，參見圖4A、圖4B和圖9B。該幾何形狀是優(yōu)選的，這是因?yàn)樵搸缀涡螤罹o湊且實(shí)際中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。
[0061]因此，電極集合優(yōu)選地包括被布置為形成兩個(gè)同軸殼的(例如，O形)電極。
[0062]優(yōu)選地，電極集合被布置為提供連續(xù)3D靜電場(chǎng)區(qū)域，S卩，使得3D靜電場(chǎng)區(qū)域不包括由無場(chǎng)空間分隔開的兩個(gè)或更多個(gè)分離的靜電場(chǎng)區(qū)域(如例如W02011/086430所教導(dǎo)的)。優(yōu)選地，電極集合不包括由無場(chǎng)空間分隔開的兩個(gè)平行電極集合(如例如W02011/086430 所教導(dǎo)的)。
[0063]優(yōu)選地，電極集合和電極集合的電壓設(shè)置關(guān)于垂直于參考軸的中間平面鏡像對(duì)稱。優(yōu)選地，所述電極集合包括被布置為形成與所述中間平面相交的至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極。這些特征可以有助于獲得空間等時(shí)性并且簡(jiǎn)化電極的機(jī)械設(shè)計(jì)。
[0064]電極集合優(yōu)選地沿著繞參考軸以恒定曲率半徑彎曲的漂移路徑延伸。因此，優(yōu)選地，電極集合和/或電極集合的電壓設(shè)置關(guān)于參考軸具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。這些特征優(yōu)選地用于避免在沒有這種對(duì)稱性時(shí)可能需要的非常復(fù)雜的電極形狀。因?yàn)閰⒖驾S可以是電極的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，因此參考軸可以被稱作“公共”旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，或者更簡(jiǎn)單地，稱作“公共”軸。
[0065]在一些實(shí)施例中，電極集合可以繞參考軸完全(即，360° )延伸，以例如最大化預(yù)定3D軌跡的長(zhǎng)度(參見例如圖1IA至11C)。在其他實(shí)施例中，電極集合可能不能繞參考軸完全(即，360° )延伸，例如，僅占用繞參考軸的有限扇區(qū)區(qū)域(參見圖12)。在后一種情況下，軌跡在漂移方向上占用的自由空間可以例如用于放置用于離子注入和引出的元件、電線、輔助機(jī)械和真空元件等。
[0066]可以進(jìn)一步關(guān)于預(yù)定3D參考軌跡來定義質(zhì)量分析儀的幾何結(jié)構(gòu)。
[0067]3D參考軌跡可以是開路軌跡或閉合軌跡。在該上下文中，“閉合”3D參考軌跡優(yōu)選地是指沿著3D參考軌跡移動(dòng)的參考離子沿著其以實(shí)質(zhì)上相同的速度返回實(shí)質(zhì)上相同點(diǎn)的軌跡。相反，“開路” 3D參考軌跡優(yōu)選地是指沿著3D參考軌跡移動(dòng)的參考離子沿著其以實(shí)質(zhì)上相同的速度不返回實(shí)質(zhì)上相同點(diǎn)的軌跡。
[0068]3D參考軌跡可以包括多個(gè)匝，在該情況下，質(zhì)量分析儀可以被視為“多匝”質(zhì)量分析儀。若不是繞參考軸的3D參考軌跡的曲率，匝可以被認(rèn)為是3D參考軌跡的與參考平面中的單個(gè)閉合軌道相對(duì)應(yīng)的部分。
[0069]可以通過漂移角度(α )來表征預(yù)定3D參考軌跡的匝的封裝?？梢躁P(guān)于垂直于參考軸的漂移平面將漂移角度(α)定義為3D參考軌跡在參考軌跡的由半匝分隔開的兩個(gè)點(diǎn)處在漂移平面上的投影之間的角度。
[0070]可以選擇漂移角度(α )以使3D參考軌跡開路或閉合。
[0071]還可以通過離子的漂移速度來表征匝的封裝，其中，漂移速度是離子的速度在漂移方向上的分量。優(yōu)選地，漂移速度實(shí)質(zhì)上小于離子在預(yù)定3D參考軌跡方向上的速度，例如，使得預(yù)定3D參考軌跡的匝被緊密地封裝，例如使得漂移角度(α)較小(例如，10°或者更小)。
[0072]質(zhì)量分析儀可以被配置為TOF質(zhì)量分析儀和/或E阱質(zhì)量分析儀。由于離子通過質(zhì)量分析儀的飛行時(shí)間取決于其質(zhì)荷比，因此TOF質(zhì)量分析儀可以被視為用于根據(jù)其質(zhì)荷比分離離子的質(zhì)量分析儀。E阱質(zhì)量分析儀可以被視為用于在一個(gè)或多個(gè)軌道中捕獲離子的質(zhì)量分析儀。在E阱質(zhì)量分析儀中，可以使用鏡像電流檢測(cè)技術(shù)來測(cè)量離子的質(zhì)荷比。
[0073]在質(zhì)量分析儀被配置為TOF質(zhì)量分析儀的情況下，預(yù)定3D參考軌跡可以是開路的或閉合的。具有閉合的預(yù)定參考軌跡對(duì)于在TOF質(zhì)量分析儀中延伸路徑長(zhǎng)度的離子移動(dòng)可能是有利的。
[0074]質(zhì)量分析儀可以被配置為具有“多通道”操作模式，在該操作模式中，沿著具有閉合部分的預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)離子，其中，離子重復(fù)通過預(yù)定3D參考軌跡的閉合部分多次，從而增加總飛行時(shí)間(參見圖1lA至圖11Β)。在這里，3D參考軌跡的每一個(gè)重復(fù)的閉合部分可以被視為“通道”。
[0075]質(zhì)量分析儀可以(替代地或附加地)被配置為具有“準(zhǔn)多通道”模式，在該模式中，沿著開路的預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)離子，其中，離子重復(fù)通過開路的預(yù)定3D參考軌跡的一部分多次，其中，每一個(gè)重復(fù)的部分關(guān)于前一個(gè)和/或后一個(gè)重復(fù)部分繞參考軸旋轉(zhuǎn)小角度(例如，5°或更小)(參見圖10C)。在這里，3D參考軌跡的每一個(gè)重復(fù)部分可以被視為“準(zhǔn)通道”。注意，在“準(zhǔn)多通道”模式中，3D參考軌跡開路，使得沿著3D參考軌跡移動(dòng)的參考離子不返回實(shí)質(zhì)上相同的點(diǎn)。[0076]在“多通道”或“準(zhǔn)多通道”模式中，引出接口(如果存在的話，參見下文)優(yōu)選地用于在TOF質(zhì)量分析儀中離子已經(jīng)完成預(yù)定次數(shù)的“通道”或“準(zhǔn)通道”之后，將離子從質(zhì)量分析儀引導(dǎo)至離子檢測(cè)器。
[0077]在質(zhì)量分析儀被配置為E阱質(zhì)量分析儀的情況下，預(yù)定3D參考軌跡優(yōu)選地是閉合的，優(yōu)選地，質(zhì)量分析儀在“多通道”模式下操作(參見上文)。
[0078]質(zhì)量分析儀可以具有一個(gè)或多個(gè)偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器被配置為在使用中使離子繞參考軸的漂移反向，例如，從順時(shí)針到逆時(shí)針。這可以幫助延長(zhǎng)預(yù)定3D參考軌跡。下面描述一些示例性實(shí)現(xiàn)(例如，參見圖16B)。
[0079]質(zhì)量分析儀優(yōu)選地具有至少一個(gè)散射場(chǎng)校正器，所述散射場(chǎng)校正器被配置為補(bǔ)償由一個(gè)或多個(gè)電極集合在離子進(jìn)入和/或離開所述質(zhì)量分析儀的區(qū)域中(例如，在漂移方向上)的終止所引起的靜電場(chǎng)的失真。所述散射場(chǎng)校正器或每一個(gè)散射場(chǎng)校正器可以分別包含在例如注入接口和/或引出接口(如下所述)中。
[0080]所述散射場(chǎng)校正器或者每一個(gè)散射場(chǎng)校正器可以例如包括:
[0081]印刷電路板上的跡線集合，每一個(gè)跡線具有相應(yīng)獨(dú)立電勢(shì)，例如，通過劃分靜電場(chǎng)要被校正的靜電扇區(qū)的兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差的電阻器鏈來定義電勢(shì)在所述跡線上的分布；或者
[0082]高阻抗(例如，IO10 Ω或更高)導(dǎo)電材料，電連接到靜電場(chǎng)要被校正的靜電扇區(qū)的兩個(gè)主電極。
[0083]可以在質(zhì)譜儀中包括質(zhì)量分析儀。因此，本發(fā)明的第一方面可以提供:
[0084]質(zhì)譜儀，具有:
[0085]離子源，用于產(chǎn)生具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子；
[0086]可選擇地，注入接口，用于將由所述離子源產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至質(zhì)量分析儀中；
[0087]質(zhì)量分析儀，例如如本文所述的質(zhì)量分析儀；
[0088]可選擇地，引出接口，用于將離子從所述質(zhì)量分析儀引導(dǎo)至離子檢測(cè)器；
[0089]離子檢測(cè)器，用于在所述離子已經(jīng)沿著所述單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡移動(dòng)之后檢測(cè)由所述離子源產(chǎn)生的離子。
[0090]離子源可以位于由空間布置的電極集合限定的外殼內(nèi)，在該情況下，可選的注入接口可以被省略。
[0091]所述離子檢測(cè)器位于由所述空間布置的電極集合限定的外殼內(nèi)，在該情況下，可選的引出接口可以被省略。
[0092]優(yōu)選地，質(zhì)譜儀具有注入接口，用于將由(例如，3D參考軌跡的起點(diǎn)處的)離子源產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至質(zhì)量分析儀中。所述注入接口可以是彎曲的，優(yōu)選地，質(zhì)譜儀被配置為提供由注入接口引導(dǎo)的離子的等時(shí)性。注入接口可以是非彎曲的，優(yōu)選地，質(zhì)譜儀被配置為提供由注入接口引導(dǎo)的離子的等時(shí)性。注入接口可以包括以下各項(xiàng)中的任意一項(xiàng)或多項(xiàng):多極透鏡；聚焦透鏡；以及偏轉(zhuǎn)器；用于對(duì)由所述離子源產(chǎn)生的離子進(jìn)行聚焦、轉(zhuǎn)向和/或平移。下面更詳細(xì)地討論了一些示例。
[0093]優(yōu)選地，質(zhì)譜儀具有引出接口，用于將離子從質(zhì)量分析儀引導(dǎo)至(例如，在3D參考軌跡的終點(diǎn)處的)離子檢測(cè)器。所述引出接口可以是彎曲的，優(yōu)選地，質(zhì)譜儀被配置為提供由引出接口引導(dǎo)的離子的等時(shí)性。引出接口可以是非彎曲的，優(yōu)選地，質(zhì)譜儀被配置為提供由引出接口引導(dǎo)的離子的等時(shí)性。引出接口可以包括以下各項(xiàng)中的任意一項(xiàng)或多項(xiàng):多極透鏡；聚焦透鏡；以及偏轉(zhuǎn)器；用于對(duì)由所述離子源產(chǎn)生的離子進(jìn)行聚焦、轉(zhuǎn)向和/或平移。下面更詳細(xì)地討論了一些示例。
[0094]例如，如果離子源和離子檢測(cè)器位于質(zhì)量分析儀外部，則注入接口和引出接口可以是有用的。然而，離子源和/或離子檢測(cè)器可以位于質(zhì)量分析儀的外邊界的內(nèi)部(例如，如圖12中所示)，在該情況下，可以不需要注入接口和/或引出接口。
[0095]質(zhì)譜儀可以具有處理裝置，用于基于所述離子檢測(cè)器的輸出獲取表示由所述離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。
[0096]離子源可以包括真空電離源或者大氣壓離子源。
[0097]優(yōu)選地，離子源被配置為在短束中產(chǎn)生具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子，例如，每一個(gè)離子束是在短時(shí)間段內(nèi)(例如，在I納秒(或更短)的時(shí)間段內(nèi))產(chǎn)生的。可以使用諸如MALDI離子源或者正交TOF離子源、2D或3D離子阱設(shè)備等的脈沖離子源來產(chǎn)生這些束。
[0098]可以使用以下各項(xiàng)中的任意一項(xiàng)來選擇離子束:正交柵網(wǎng)、MALDI離子源、RF離子導(dǎo)向器、RF離子阱。
[0099]離子檢測(cè)器可以包括飛行時(shí)間離子檢測(cè)器，用于產(chǎn)生表示由所述離子源產(chǎn)生的離子(通過所述質(zhì)量分析儀)的飛行時(shí)間的輸出，和/或鏡像電流離子檢測(cè)器，用于產(chǎn)生表示由所述離子源產(chǎn)生的離子所引起的鏡像電流的輸出。
[0100]如果質(zhì)量分析儀被配置為TOF質(zhì)量分析儀(參見上文)，則處理裝置優(yōu)選地用于基于TOF離子檢測(cè)器的輸出來獲取表示由所述離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。用于以這種方式獲取數(shù)據(jù)的方法在本領(lǐng)域中是公知的。
[0101]如果質(zhì)量分析儀被配置為E阱質(zhì)量分析儀(參見上文)，則所述處理裝置優(yōu)選地用于基于對(duì)表示所述離子源產(chǎn)生的離子所引起的鏡像電流的輸出的分析(例如，傅里葉分析)來獲取表示由所述離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。用于以這種方式獲取數(shù)據(jù)的方法在本領(lǐng)域中是公知的。
[0102]示例性高阻抗導(dǎo)電材料是導(dǎo)電玻璃。
[0103]本發(fā)明的第一方面還可以提供一種配置根據(jù)本發(fā)明的第一方面的質(zhì)量分析儀(或質(zhì)譜儀)的方法。
[0104]例如，本發(fā)明的第一方面可以提供:
[0105]配置質(zhì)量分析儀的方法，該質(zhì)量分析儀具有:
[0106]電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域；
[0107]其中，所述方法包括:
[0108]配置所述質(zhì)量分析儀，使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
[0109]所述方法可以包括執(zhí)行或?qū)?yīng)于結(jié)合本發(fā)明的任意上述方面所述的任意裝置特征的任意方法步驟。[0110]例如，所述方法可以包括例如以上述方式將電極集合和/或注入接口(如果存在的話)配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
[0111]例如，所述方法可以包括:例如以上述方式(例如，通過以下方式)將電極集合配置為提供離子沿著3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的(例如，空間和/或能量)等時(shí)性:
[0112]調(diào)整所述電極集合以提供離子沿著所述參考平面中的閉合軌道移動(dòng)的等時(shí)性；以及
[0113]進(jìn)一步調(diào)整所述電極集合以提供離子沿著3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的等時(shí)性。
[0114]本發(fā)明的第一方面還可以提供一種與使用根據(jù)本發(fā)明的第一方面的質(zhì)量分析儀(或質(zhì)譜儀)相對(duì)應(yīng)的方法。
[0115]例如，本發(fā)明的第一方面可以提供:
[0116]一種操作質(zhì)量分析儀的方法，所述方法包括:
[0117]使用包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極的電極集合提供3D靜電場(chǎng)區(qū)域，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸；
[0118]沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
[0119]所述方法可以包括執(zhí)行或?qū)?yīng)于結(jié)合本發(fā)明的第一方面所述的任意裝置特征的任意方法步驟。
[0120]例如，所述方法可以包括以下步驟中的任意一個(gè)或多個(gè):
[0121]例如使用離子源產(chǎn)生具有不同質(zhì)荷比的離子；
[0122]例如使用注入接口將由離子源產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至質(zhì)量分析儀中；
[0123]例如使用引出接口將離子從質(zhì)量分析儀引導(dǎo)至離子檢測(cè)器；
[0124]基于離子檢測(cè)器的輸出獲取表示由離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。
[0125]本發(fā)明的第一方面可以提供一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，具有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被配置為使處理裝置(例如，包括計(jì)算機(jī))執(zhí)行本文所述的方法。
[0126]本發(fā)明的第二方面涉及根據(jù)本發(fā)明的第一方面的質(zhì)量分析儀，但是不具有被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子的質(zhì)量分析儀。
[0127]因此，本發(fā)明的第二方面可以提供:
[0128]一種在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀，所述質(zhì)量分析儀具有:電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了3D靜電場(chǎng)區(qū)域。
[0129]與在本發(fā)明的第一方面中一樣，電極集合優(yōu)選地包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)。
[0130]不是質(zhì)量分析儀被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子，而是質(zhì)量分析儀(的例如電極集合)可以被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的不同3D軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。如果質(zhì)量分析儀被配置為例如E阱質(zhì)量分析儀，則這種配置可以是有用的。
[0131]優(yōu)選地，電極集合被配置為提供離子沿著繞參考軸彎曲的不同軌跡移動(dòng)的至少部分(例如，部分空間和/或能量，優(yōu)選地，部分空間和能量)等時(shí)性。等時(shí)性(優(yōu)選地，部分空間和能量等時(shí)性)是非常優(yōu)選的，這是因?yàn)樗兄谶_(dá)到良好的質(zhì)量分辨率。
[0132]本發(fā)明的第二方面可以提供一種質(zhì)量分析儀，具有結(jié)合本發(fā)明的第一方面所述的任意特征或特征組合，但是不具有被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的尚子的質(zhì)量分析儀。
[0133]例如，電極可以被配置為使得參考平面中的閉合軌道是O形的，其中，閉合軌道在兩個(gè)點(diǎn)處與參考軸相交，例如，電極集合包括被布置為形成兩個(gè)同軸殼的O形電極。
[0134]例如，電極集合可以被布置為提供連續(xù)3D靜電場(chǎng)區(qū)域，S卩，使得3D靜電場(chǎng)區(qū)域不包括由無場(chǎng)空間分隔開的兩個(gè)或更多個(gè)分尚的靜電場(chǎng)區(qū)域(與例如W02011/086430所教導(dǎo)的相反)。例如，電極集合可以不包括由無場(chǎng)空間分隔開的兩個(gè)平行電極集合(與例如W02011/086430所教導(dǎo)的相反)。
[0135]本發(fā)明的第二方面還可以提供一種配置根據(jù)本發(fā)明的第二方面的質(zhì)量分析儀的方法。例如，本發(fā)明的第二方面可以提供:
[0136]—種配置質(zhì)量分析儀的方法,該質(zhì)量分析儀具有:
[0137]電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域；
[0138]其中，所述方法可選擇地包括:
[0139]配置所述質(zhì)量分析儀，使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的3D軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子，所述3D軌跡對(duì)于具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子是不同的。
[0140]優(yōu)選地，所述方法可以包括:將電極集合配置為提供離子沿著繞參考軸彎曲的不同軌跡移動(dòng)的至少部分(例如，部分空間和/或能量，優(yōu)選地，部分空間和能量)等時(shí)性。等時(shí)性(優(yōu)選地，部分空間和能量等時(shí)性)是非常優(yōu)選的，這是因?yàn)樗兄谶_(dá)到良好的質(zhì)量分辨率。
[0141]該方法可以包括執(zhí)行或?qū)?yīng)于結(jié)合本發(fā)明的任意上述方面所述的任何裝置特征的任何方法步驟。
[0142]本發(fā)明的第二方面還可以提供與根據(jù)本發(fā)明的第一方面的裝置相對(duì)應(yīng)的方法。例如，本發(fā)明的第二方面可以提供:[0143]一種操作質(zhì)量分析儀的方法，所述方法包括:
[0144]使用包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極的電極集合提供3D靜電場(chǎng)區(qū)域，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸；
[0145]關(guān)于本發(fā)明的任意方面所述的任何操作步驟。
[0146]所述方法可以包括執(zhí)行或?qū)?yīng)于結(jié)合本發(fā)明的第一方面所述的任何裝置特征的任何方法步驟。
[0147]本發(fā)明的第三方面涉及一種質(zhì)量分析儀，包括至少一個(gè)散射場(chǎng)校正器，所述散射場(chǎng)校正器被配置為補(bǔ)償由質(zhì)量分析儀的一個(gè)或多個(gè)電極集合在離子進(jìn)入和/或離開所述質(zhì)量分析儀的區(qū)域中的終止所引起的靜電場(chǎng)的失真。
[0148]因此，本發(fā)明的第三方面可以提供:
[0149]一種在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀，所述質(zhì)量分析儀具有:
[0150]電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的靜電場(chǎng)區(qū)域沿著單個(gè)(可選擇地，閉合)預(yù)定參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子；
[0151]至少一個(gè)散射場(chǎng)校正器，被配置為補(bǔ)償由一個(gè)或多個(gè)電極集合在離子進(jìn)入和/或離開所述質(zhì)量分析儀的區(qū)域中的終止所引起的靜電場(chǎng)的失真。
[0152]注意，如果預(yù)定參考軌跡是閉合的，則質(zhì)量分析儀可以被認(rèn)為是“多通道”質(zhì)量分析儀。
[0153]可以如結(jié)合本發(fā)明的第一方面和第二方面所述的配置電極集合，但是無需是這種情況。質(zhì)量分析儀可以具有結(jié)合本發(fā)明的第一方面或第二方面所述的任意特征或特征組合，但是不一定使用相同的電極配置。
[0154]例如，所述散射場(chǎng)校正器或每一個(gè)散射場(chǎng)校正器包括:
[0155]印刷電路板上的跡線集合，每一個(gè)跡線具有相應(yīng)獨(dú)立電勢(shì)，例如，通過劃分靜電場(chǎng)要被校正的靜電扇區(qū)的兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差的電阻器鏈來定義電勢(shì)在所述跡線上的分布；或者
[0156]高阻抗(例如，IO10 Ω或更高)導(dǎo)電材料，電連接到靜電場(chǎng)要被校正的靜電扇區(qū)的兩個(gè)主電極。
[0157]示例性高阻抗導(dǎo)電材料是導(dǎo)電玻璃。
[0158]本發(fā)明的第三方面還可以提供與上述質(zhì)量分析儀相對(duì)應(yīng)的方法。
[0159]本發(fā)明的第四方面涉及一種質(zhì)量分析儀，包括被配置為提供漂移聚焦的電極。
[0160]因此，本發(fā)明的第四方面可以提供:
[0161]一種在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀，所述質(zhì)量分析儀具有:
[0162]電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面(并且可選擇地繞參考軸彎曲)的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域；
[0163]其中，所述質(zhì)量分析儀被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著(可選擇地繞參考軸彎曲的)單個(gè)(優(yōu)選地，閉合)預(yù)定參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子；
[0164]其中，所述電極集合優(yōu)選地包括被配置為提供漂移聚焦的電極。
[0165]注意，預(yù)定參考軌跡是閉合的，因此質(zhì)量分析儀可以被認(rèn)為是“多通道”質(zhì)量分析儀。
[0166]可以如結(jié)合本發(fā)明的第一方面、第二方面或第三方面所述的配置電極集合，但是無需是這種情況。質(zhì)量分析儀可以具有結(jié)合本發(fā)明的第一方面或第二方面所述的任意特征或特征組合，但是不一定使用相同的電極配置。
[0167]例如，被配置為提供漂移聚焦的電極可以例如包括以下各項(xiàng)中的任意一項(xiàng)或多項(xiàng):
[0168]聚焦透鏡；
[0169]周期性或非周期性透鏡集合，被并入到至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極中或之間；
[0170]電極集合(優(yōu)選地，是電極段)，被周期性地或非周期性地定位在漂移方向上，所述漂移方向被定義為關(guān)于所述參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向；
[0171]一對(duì)電極，在漂移方向(被定義為漂移路徑的局部方向)上延伸，在漂移方向(被定義為關(guān)于所述參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向)上分成多個(gè)小段；和/或
[0172]產(chǎn)生靜電場(chǎng)的裝置，所述靜電場(chǎng)的電勢(shì)具有非零(優(yōu)選地，正)二階導(dǎo)數(shù)和/或高階導(dǎo)數(shù)，從而在漂移方向上產(chǎn)生聚焦，所述漂移方向被定義為關(guān)于所述參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向。
[0173]本發(fā)明的第四方面還可以提供與上述質(zhì)量分析儀相對(duì)應(yīng)的方法。
[0174]除非所述的方面和優(yōu)選特征的任意組合是清楚地不許可的或者明確避免的，否則本發(fā)明還包括此類組合。下面的示例中的任意一個(gè)可以與本發(fā)明的任何前述方面相結(jié)合。還可以提供配置的方法或者與以下示例中的任意一個(gè)相對(duì)應(yīng)的方法。
[0175]作為上述方面的示例性組合，本發(fā)明可以提供:
[0176]一種TOF質(zhì)譜儀，包括:
[0177]離子源，用于產(chǎn)生具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子；
[0178]可選擇地，注入接口，用于將由所述離子源產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至質(zhì)量分析儀中；
[0179]質(zhì)量分析儀，具有電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域，其中，所述質(zhì)量分析儀被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子；
[0180]可選擇地，引出接口，用于將離子從所述質(zhì)量分析儀引導(dǎo)至離子檢測(cè)器；
[0181]飛行時(shí)間離子檢測(cè)器，用于產(chǎn)生表示由所述離子源產(chǎn)生的離子通過所述質(zhì)量分析儀的飛行時(shí)間的輸出；
[0182]處理裝置，用于基于所述飛行時(shí)間離子檢測(cè)器的輸出獲取表示由所述離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。
[0183]舉另一個(gè)例子，本發(fā)明可以提供:[0184]一種E阱質(zhì)譜儀，包括:
[0185]離子源，用于產(chǎn)生具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子；
[0186]可選擇地，注入接口，用于將由所述離子源產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至質(zhì)量分析儀中；
[0187]質(zhì)量分析儀，具有電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域；
[0188]可選擇地，引出接口，用于將離子從所述質(zhì)量分析儀引導(dǎo)至離子檢測(cè)器；
[0189]鏡像電流離子檢測(cè)器，用于產(chǎn)生表示由所述離子源產(chǎn)生的離子所引起的鏡像電流的輸出；
[0190]其中，所述質(zhì)量分析儀被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
[0191]舉另一個(gè)例子，本發(fā)明可以提供:
[0192]一種E阱質(zhì)譜儀，包括:
[0193]離子源，用于產(chǎn)生具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子；
[0194]可選擇地，注入接口，用于將由所述離子源產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至質(zhì)量分析儀中；
[0195]質(zhì)量分析儀，具有電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域；
[0196]鏡像電流離子檢測(cè)器，用于產(chǎn)生表示由所述離子源產(chǎn)生的離子所引起的鏡像電流的輸出；
[0197]其中，所述質(zhì)量分析儀被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的不同3D軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
[0198]在該示例中，引出接口不是優(yōu)選的，這是因?yàn)殡y以引出不遵循預(yù)定軌跡的離子。
[0199]在E阱質(zhì)譜儀的情況下，E阱質(zhì)譜儀優(yōu)選地包括處理裝置，用于基于對(duì)表示所述離子源產(chǎn)生的離子所引起的鏡像電流的輸出的分析來獲取表示由所述離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。
[0200]上述E阱質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析儀可以例如被配置為具有多通道和/或準(zhǔn)多通道模式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0201]下面參考附圖討論提議的示例，在附圖中:
[0202]圖1A至圖1C示出了已知質(zhì)量分析儀的示例。
[0203]圖2A和圖2B也示出了已知質(zhì)量分析儀的示例。
[0204]圖3A是TOF質(zhì)譜儀的簡(jiǎn)化示意圖。
[0205]圖3B是E阱質(zhì)譜儀的簡(jiǎn)化示意圖。
[0206]圖3C是T0F/E阱質(zhì)譜儀的簡(jiǎn)化示意圖。[0207]圖4A示出了沿著繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸的O形平面電極。
[0208]圖4B示出了具有預(yù)定開路3D參考軌跡(3D剖面圖、左側(cè))和在參考軸附近的預(yù)定3D參考軌跡(右側(cè))的關(guān)于參考軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的O形電極。
[0209]圖4C示意性地示出了 O形等時(shí)平面閉合軌道的示例。
[0210]圖4D示意性地示出了投影在O形平面軌道的漂移平面上的預(yù)定開路3D參考軌跡(半匝)。
[0211]圖4E示出了具有平面閉合軌道的圖4C的扇區(qū)S1 (S3)的電極。
[0212]圖4F是圖4C中的扇區(qū)S2的電極的3D剖面圖。
[0213]圖4G是圖4C中的透鏡的L1 (L4)電極的3D剖面圖(左側(cè))和圖4C中的透鏡的L2 (L3)電極的3D剖面圖(右側(cè))。
[0214]圖4H是圖4B中所示的電極的預(yù)定3D參考軌跡。
[0215]圖5是預(yù)定3D參考軌跡在沿著繞參考軸以恒定曲率半徑彎曲的漂移路徑延伸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱電極的漂移平面上的投影(左側(cè))和預(yù)定3D參考軌跡在沿著直線漂移路徑延伸的電極的漂移平面上的投影(右側(cè))。
[0216]圖6示出了參考平面中的不同閉合軌道的形狀及其關(guān)于參考軸的定位。
[0217]圖7A示出了在被定位為不與參考軸相交(左側(cè))的O形平面閉合軌道的情況下的預(yù)定3D參考軌跡(中間、右側(cè))。
[0218]圖7B示出了圖7A的環(huán)形電極和與圖7A中一樣的仿真3D參考軌跡。
[0219]圖8A示出了在被定位為在單個(gè)點(diǎn)與參考軸相交(左側(cè))的8形平面閉合軌道的情況下的預(yù)定3D參考軌跡(中間、右側(cè))。
[0220]圖8B示出了圖8A的電極和與圖8A中一樣的仿真3D參考軌跡。
[0221]圖9A示出了在被定位為在兩個(gè)點(diǎn)與參考軸相交(左側(cè))的O形平面閉合軌道的情況下的預(yù)定3D參考軌跡(中間、右側(cè))。
[0222]圖9B示出了圖9A的電極和與圖9A中一樣的仿真3D參考軌跡。
[0223]圖9C示出了在被定位為在兩個(gè)點(diǎn)與參考軸相交的O形平面閉合軌道的情況下的預(yù)定3D參考軌跡。
[0224]圖9D示出了圖9C的電極和與圖9C中一樣的仿真3D參考軌跡。
[0225]圖1OA示出了在被定位為在三個(gè)點(diǎn)與參考軸相交(左側(cè))的8形平面閉合軌道的情況下的預(yù)定3D參考軌跡(中間、右側(cè))。
[0226]圖1OB示出了圖1OA的電極和與圖1OA中一樣的仿真3D參考軌跡。
[0227]圖1lA示出了在1.5、2.5、3.5和4.5匝的情況下預(yù)定3D參考軌跡在漂移平面上的示意性投影。
[0228]圖1lB示出了在2、4和6個(gè)匝的情況下預(yù)定3D參考軌跡在漂移平面上的示意性投影。
[0229]圖1lC示出了在漂移平面中的4個(gè)通道的情況下預(yù)定3D參考軌跡在漂移平面上的示意性投影。
[0230]圖12示出了在僅占用有限扇區(qū)區(qū)域的軌跡的情況下預(yù)定3D參考軌跡在漂移平面上的示意性投影。
[0231]圖13A和圖13B示出了在漂移平面X-Z中分段以在漂移方向上創(chuàng)建場(chǎng)變化的電極。
[0232]圖13C示出了在漂移平面X-Z中非周期性地被定位以在漂移方向上創(chuàng)建場(chǎng)變化的幾個(gè)小電極(電極段)。
[0233]圖14A示出了表2的涉及從O至2的20.5個(gè)匝、在起點(diǎn)I處δ Z(l = 0.5mm的情況2中的仿真離子軌跡。
[0234]圖14B示出了表2的涉及從點(diǎn)I至點(diǎn)2的注入路徑、從點(diǎn)2至點(diǎn)3的20.5個(gè)匝以及從點(diǎn)3至點(diǎn)4的引出路徑的情況4中的仿真離子軌跡。
[0235]圖15A是直線注入接口的示意圖。
[0236]圖15B和圖15C是相應(yīng)彎曲注入接口的示意圖。
[0237]圖1?示意性地示出了在PCB上具有跡線的散射場(chǎng)校正器，其補(bǔ)償扇區(qū)場(chǎng)電極在方位角方向上的終止附近的場(chǎng)失真。
[0238]圖15E示出了扇區(qū)場(chǎng)電極的可切換注入部分，其中，扇區(qū)場(chǎng)電極與用于注入(類似地，引出)離子的(“主”)電極電力無關(guān)。
[0239]圖16A示出了針對(duì)20.5個(gè)匝(頂部)和40.5個(gè)匝(底部)的仿真離子軌跡，其中，通過使用束控制元件改變注入離子的偏移來改變?cè)褦?shù)。
[0240]圖16B示出了針對(duì)定位“反向”偏轉(zhuǎn)器兩種情況的仿真離子軌跡，其中，這兩種情況是具有兩個(gè)頂部和底部偏轉(zhuǎn)器的情況(左側(cè))和在中間平面中具有一個(gè)偏轉(zhuǎn)器的情況(右側(cè))。
[0241]圖17是使用圖9B的優(yōu)選質(zhì)量分析儀作為利用鏡像電流檢測(cè)的E阱質(zhì)量分析儀的示意性示例。
【具體實(shí)施方式】
[0242]一般地，下面的討論描述了提議的示例，這些提議主要涉及飛行時(shí)間(TOF)質(zhì)譜儀的領(lǐng)域并且還涉及利用鏡像電流檢測(cè)和例如傅里葉分析的靜電阱質(zhì)譜儀。
[0243]圖3A是TOF質(zhì)譜儀100的簡(jiǎn)化示意圖。
[0244]TOF質(zhì)譜儀100優(yōu)選地包括離子源110,離子源110用于產(chǎn)生具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。優(yōu)選地，離子源110被配置為在短束中產(chǎn)生具有不同質(zhì)荷比的離子，例如，每一個(gè)離子束是在短時(shí)間段內(nèi)(例如，在約I納秒的時(shí)間段內(nèi))產(chǎn)生的?？梢允褂弥T如MALDI離子源等的脈沖離子源來產(chǎn)生這些束。
[0245]TOF質(zhì)譜儀100優(yōu)選地包括注入接口 120，將由離子源110產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至質(zhì)量分析儀130中。
[0246]由于離子通過質(zhì)量分析儀的飛行時(shí)間取決于其質(zhì)荷比，因此質(zhì)量分析儀130優(yōu)選地被配置為用于根據(jù)其質(zhì)荷比來分離離子的TOF質(zhì)量分析儀。為此，質(zhì)量分析儀130優(yōu)選地具有電極集合(未示出)，該電極集合被配置為使得在使用中由電極集合提供的靜電場(chǎng)區(qū)域沿著單個(gè)預(yù)定參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
[0247]電極集合優(yōu)選地包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，該電極集合優(yōu)選地在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)。此外，電極集合優(yōu)選地沿著局部垂直于參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，電極集合提供3D靜電場(chǎng)區(qū)域。質(zhì)量分析儀130優(yōu)選地被配置為使得在使用中，由電極集合提供的3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。下面詳細(xì)討論可以如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的示例。
[0248]預(yù)定3D參考軌跡可以是開路的或閉合的。對(duì)于TOF質(zhì)譜儀而言，開路的預(yù)定3D參考軌跡通常是優(yōu)選的。
[0249]然而，具有閉合的預(yù)定3D參考軌跡有時(shí)對(duì)于在質(zhì)量分析儀130中延伸路徑長(zhǎng)度離子移動(dòng)是有利的。
[0250]如果預(yù)定3D參考軌跡是閉合的，則質(zhì)量分析儀130可以被配置為具有“多通道”操作模式，在該操作模式中，沿著具有閉合部分的預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)離子，其中，離子重復(fù)通過預(yù)定3D參考軌跡的閉合部分多次，從而增加總飛行時(shí)間(參見圖1lA至圖11B)。在這里，3D參考軌跡的每一個(gè)重復(fù)的閉合部分可以被視為“通道”。
[0251]質(zhì)量分析儀130可以(替代地或附加地)被配置為具有“準(zhǔn)多通道”模式，在該模式中，沿著開路的預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)離子，其中，離子重復(fù)通過開路的預(yù)定3D參考軌跡的一部分多次，其中，每一個(gè)重復(fù)的部分關(guān)于前一個(gè)和/或后一個(gè)重復(fù)部分繞參考軸旋轉(zhuǎn)小角度(例如，5°或更小)(參見圖10C)。在這里，3D參考軌跡的每一個(gè)幾乎重復(fù)的部分可以被視為“準(zhǔn)通道”。注意，在“準(zhǔn)多通道”模式中，3D參考軌跡是開路的，使得沿著3D參考軌跡移動(dòng)的參考離子不返回實(shí)質(zhì)上相同的點(diǎn)。
[0252]TOF質(zhì)譜儀100優(yōu)選地還具有引出接口 140，引出接口 140用于將離子從質(zhì)量分析儀130引導(dǎo)至TOF離子檢測(cè)器150，T0F離子檢測(cè)器150用于產(chǎn)生表示由離子源產(chǎn)生的離子(通過質(zhì)量分析儀130)的飛行時(shí)間的輸出。
[0253]在“多通道”或“準(zhǔn)多通道”模式中，引出接口 140優(yōu)選地用于在TOF質(zhì)量分析儀中離子已經(jīng)完成預(yù)定數(shù)量的“通道”或“準(zhǔn)通道”之后，將離子從質(zhì)量分析儀130引導(dǎo)至離子檢測(cè)器150。
[0254]TOF質(zhì)譜儀100優(yōu)選地還具有處理裝置160，處理裝置160用于例如根據(jù)傳統(tǒng)方法基于TOF離子檢測(cè)器150的輸出獲取表示由離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。
[0255]圖3B是靜電阱(E阱)質(zhì)譜儀100'的簡(jiǎn)化示意圖。
[0256]E阱質(zhì)譜儀100'的一些特征與TOF質(zhì)譜儀的一些特征類似。因此，相同的特征具有相應(yīng)的附圖標(biāo)記，并且無需被進(jìn)一步詳細(xì)地討論。
[0257]與TOF質(zhì)譜儀100不同，E阱質(zhì)譜儀100'具有E阱質(zhì)量分析儀130'和鏡像電流離子檢測(cè)器150'，鏡像電流離子檢測(cè)器150'用于產(chǎn)生表示由離子源產(chǎn)生的離子所引起的鏡像電流的輸出。
[0258]E阱質(zhì)量分析儀優(yōu)選地具有電極集合，電極集合被配置為使得在使用中，由電極集合提供的靜電場(chǎng)區(qū)域沿著單個(gè)閉合的預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。通常，可能需要多于1000匝以得到來自鏡像電流檢測(cè)器的足夠輸出，因此質(zhì)量分析儀130'優(yōu)選地具有如上所述的多通道模式。
[0259]然而，由于E阱質(zhì)譜儀的屬性，如果E阱質(zhì)譜儀13(V (的例如電極集合)被配置為使得在使用中，由電極集合提供的靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞參考平面中適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)彎曲的不同3D軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子，則E阱質(zhì)量分析儀130'也能夠工作。
[0260]與TOF質(zhì)量分析儀130 —樣，電極集合優(yōu)選地包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，該電極集合優(yōu)選地在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)。此外，電極集合優(yōu)選地沿著局部垂直于參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，電極集合提供3D靜電場(chǎng)區(qū)域。
[0261]E阱質(zhì)譜儀的鏡像電流離子檢測(cè)器150'優(yōu)選地位于E阱質(zhì)譜儀130'中，因此可以不需要引出接口 140。
[0262]E阱質(zhì)譜儀100'的處理裝置160'優(yōu)選地用于例如根據(jù)傳統(tǒng)方法對(duì)基于鏡像電流離子檢測(cè)器150'的輸出的分析(例如基于對(duì)鏡像電流離子檢測(cè)器150'的輸出的傅里葉分析)獲取表示由離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。
[0263]圖3C是T0F/E阱質(zhì)譜儀100"的簡(jiǎn)化示意圖。
[0264]T0F/E阱質(zhì)譜儀100"的大多數(shù)特征與上述TOF質(zhì)譜儀100和E阱質(zhì)譜儀100'的特征類似。因此，相同的特征具有相應(yīng)的附圖標(biāo)記，并且無需被進(jìn)一步詳細(xì)地討論。
[0265]T0F/E阱質(zhì)譜儀100 "優(yōu)選地被配置為例如以已經(jīng)描述的方式作為TOF質(zhì)譜儀或E阱質(zhì)譜儀操作。
[0266]下面的討論解釋了質(zhì)譜儀可以如何被配置為使得在使用中，由電極集合提供的3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡(例如，針對(duì)T0F/E阱質(zhì)譜儀)或者沿著繞參考軸彎曲的一個(gè)或多個(gè)閉合3D軌跡(例如，針對(duì)E阱質(zhì)譜儀)引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
[0267]可以使用相互垂直的軸X、Y、Z來定義通常關(guān)于質(zhì)量分析儀固定的“固定”坐標(biāo)系。
[0268]在附圖中，使用Y軸用作參考軸并且包括Y軸和X軸的X-Y平面用作參考平面之一的“固定”坐標(biāo)系(如下文所解釋的)。在附圖中，局部垂直于參考平面X-Y并且繞參考Y軸彎曲的漂移路徑被標(biāo)記為P，繞參考Y軸彎曲的預(yù)定3D參考軌跡被標(biāo)記為R，并且垂直于參考Y軸并且包括X軸和Z軸的中間平面被標(biāo)記為Χ-Ζ。漂移平面可以被定義為垂直于參考Y軸的任意平面。漂移方向可以被定義為關(guān)于參考Y軸的局部旋轉(zhuǎn)方向。因?yàn)閰⒖糦軸可以是電極的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，因此參考Y軸可以被稱作“公共”旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸或簡(jiǎn)單地稱作“公共”軸。
[0269]還可以關(guān)于沿著預(yù)定3D參考路徑(軌跡)R移動(dòng)的參考離子來定義“參考離子”坐標(biāo)系。在參考離子坐標(biāo)系中，X'軸可以被定義在預(yù)定參考路徑的方向(其通常是與參考離子的速度方向相同的方向)上。類似地，Y'軸可以被定義為在由參考Y軸和參考離子的瞬時(shí)位置定義的瞬時(shí)參考平面中局部垂直于X'軸，所述Y'軸從而指向位于瞬時(shí)參考平面內(nèi)的閉合軌道之外的方向。類似地，Z'軸可以被定義為垂直于X'軸和Y'軸以形成右手局部坐標(biāo)系。參考離子坐標(biāo)系X'、r、V可以如圖4C和圖4D所示。從圖4C和圖4D可以看出，參考離子坐標(biāo)系通常將關(guān)于固定坐標(biāo)系移動(dòng)并改變方位。
[0270]例如，在O形平面軌道的情況下，參考離子通?？梢员欢x為在多匝運(yùn)動(dòng)期間的某一時(shí)間點(diǎn)具有“固定”坐標(biāo)系z(mì) = Z0ffse0X = O、與電極之間的位置相對(duì)應(yīng)的y(圖4C)以及與固定X軸平行或近似平行的速度的離子(圖4D)。 [0271]本發(fā)明的各個(gè)方面優(yōu)選地涉及形成預(yù)定3D參考軌跡(優(yōu)選地，開路的預(yù)定3D參考軌跡)，而不會(huì)伴隨由預(yù)定3D參考軌跡占用的體積的成比例增加。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在參考平面X-Y(其可以被稱作“等時(shí)”平面)中形成多匝穩(wěn)定且等時(shí)運(yùn)動(dòng)的電極(優(yōu)選地，平面電極)可以沿著局部垂直于參考平面X-Y并且繞參考Y軸(其優(yōu)選地是公共旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)彎曲的漂移路徑P延伸(參見例如圖4A至圖4B)。電極的這種同軸布置與Satoh等人實(shí)現(xiàn)的在無彎曲的情況下延伸電極(圖2B)不同，并且具有在漂移方向上更緊湊地封裝離子軌跡的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，在漂移方向上(即，繞參考Y軸)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的情況下(參見例如圖5的左側(cè))，限定參考軌跡在漂移平面X-Z上的星形投影的圓的面積S。可以經(jīng)由漂移角度α和特征長(zhǎng)度L表達(dá)為S。= ( π /4) LVcos2 ( α /2)或者通常在α較小處表達(dá)為S。~(π /4)L2，而在無彎曲的情況下延伸的參考軌跡(圖5的右側(cè))的包含豎線鋸形投影的矩形的面積S1?被計(jì)算為Sr= O/2)L2sin(a )/α或者在α較小處為Sr 0/2)L2。因子Sr/Sc ^ 2給出了與線性延伸的電極的離子軌跡所覆蓋的區(qū)域相比，由沿著彎曲漂移路徑P延伸的電極的離子軌跡所覆蓋的區(qū)域減小。同時(shí)，具有相同特征長(zhǎng)度L和漂移角度a的兩個(gè)幾何形狀中的相鄰頂點(diǎn)分離相同的距離d = 2Lsin (a /2) ^La ,從而為放置額外的電極以例如用于聚焦、注入和引出留下了相同的機(jī)會(huì)。漂移平面X-Z中的軌跡所覆蓋的區(qū)域的減小導(dǎo)致例如MT-TOF MS的真空空間的體積、大小和重量減小。在沿著彎曲漂移路徑P延伸的電極關(guān)于參考Y軸完全旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的情況下，電極的機(jī)械設(shè)計(jì)能夠是魯棒的并且使用可行的機(jī)械公差抵抗機(jī)械未對(duì)準(zhǔn)。
[0272]因此，參照?qǐng)D4A至圖4G中所示的幾何形狀，在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀優(yōu)選地具有電極集合U、L2、L3> L4, Sp S2、S3,該電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面X-Y中提供適合于沿著參考平面X-Y中的閉合軌道(圖4C)引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，電極集合沿著局部垂直于參考平面X-Y并且繞參考Y軸(優(yōu)選地以恒定曲率半徑)彎曲的漂移路徑P(圖4A)延伸，使得在使用中，電極集合提供3D靜電場(chǎng)區(qū)域。更優(yōu)選地，質(zhì)量分析儀被配置為(例如，如下面更詳細(xì)地描述的)使得在使用中，由電極集合提供的3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞參考Y軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡R (圖4B)引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
[0273]在繼續(xù)描述之前，進(jìn)一步澄清與平面閉合軌道(2d_C0)有關(guān)的術(shù)語(yǔ)是有幫助的。平面X-Y中的電極的電壓設(shè)置和幾何形狀可以被調(diào)整為使離子繞2d_C0的周期振蕩是空間和能量等時(shí)的(圖4C給出了 O形2d-C0的示意性示例)。在下文中，這種軌道可以被稱作“等時(shí)平面軌道”。在關(guān)于參考Y軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的情況下，將平面X-Y以及位于平面X-Y中的2d-C0繞Y軸旋轉(zhuǎn)任意角度φ將平面X-Y和2d-C0分別轉(zhuǎn)換為另一平面X1-Y和另一平面軌道2(1-(? (圖4A)。在漂移平面X-Z(圖4D)中，離子沿著平面閉合軌道的運(yùn)動(dòng)與沿著Z =O處的X軸或者通過將軸X繞Y軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)所獲得的另一軸X1的運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。通常，優(yōu)選地在這種旋轉(zhuǎn)時(shí)保留等時(shí)屬性。在下文的文檔中，除非另外指定，否則“平面閉合軌道”或“等時(shí)平面閉合軌道”意味著通過將彼此繞Y軸旋轉(zhuǎn)所獲得的多個(gè)平面閉合軌道之一。
[0274]理解如何將平面閉合軌道轉(zhuǎn)換為預(yù)定3D參考軌跡并且等時(shí)屬性如何在這種轉(zhuǎn)換時(shí)改變是有用的?？梢酝ㄟ^將平面X-Y中的平面軌道的初始坐標(biāo)在X = O處在Z方向上從Zref = O平移至Zref = Δ Z0ffset來根據(jù)該平面軌道獲得預(yù)定3D參考軌跡(圖4D)。當(dāng)離子沿著扇區(qū)場(chǎng)內(nèi)的這種軌跡移動(dòng)時(shí)，它受到電場(chǎng)分量Ep該電場(chǎng)分量在方位角漂移方向上推動(dòng)離子，使得在半匝(在O形平面軌道的情況下)之后，其在平面X-Z中的位置可以由半徑矢量給出:
[0275]rref = (zref, Xref) = (_r*cos ( a/2), r*sin ( a/2))
[0276] 其中，r= rref = AZwfset，并且a是在方位角方向上的漂移角度。在每半匝之后，離子優(yōu)選地以最小距離r通過參考Y軸而不會(huì)與參考Y軸相交(圖4B (右側(cè))、圖4D)。因此，在多個(gè)半匝之后，可以形成3D軌跡(圖5左側(cè))，3D軌跡在漂移平面上的投影是具有多個(gè)頂點(diǎn)的星形。漂移角度α可以被選擇為使在特定數(shù)量的匝之后三維軌跡是開路的或閉合的(3D閉合軌道)?？偠灾?，參考軌跡在漂移方向上的小偏移與該方向上的場(chǎng)彎曲相結(jié)合產(chǎn)生所需的離子漂移運(yùn)動(dòng)。
[0277]雖然可以通過優(yōu)化電極幾何結(jié)構(gòu)和電壓設(shè)置來使繞平面閉合軌跡的振蕩具有能量和空間等時(shí)性，但是在針對(duì)等時(shí)平面軌道所發(fā)現(xiàn)的電壓設(shè)置處，繞預(yù)定3D參考軌跡的振蕩通常既不是空間等時(shí)的也不是能量等時(shí)的。然而，與等時(shí)性的偏離在通常較小的比率r/L處較小(圖4D)。這是通過z = O處的平面軌道和在z = Δ Zoffset起始的偏移軌跡感測(cè)到電場(chǎng)分量E11的較小差別來解釋的。通過對(duì)針對(duì)等時(shí)性平面軌道所發(fā)現(xiàn)的電極電壓設(shè)置進(jìn)行細(xì)微調(diào)整(通常在幾個(gè)百分比內(nèi))，可以針對(duì)一個(gè)或多個(gè)匝獲得針對(duì)預(yù)定3D參考軌跡的坐標(biāo)S (圖4C)的等時(shí)性。同時(shí)，由于漂移方向上的彎曲，因此漂移平面X-Z中的離子運(yùn)動(dòng)通常關(guān)于初始坐標(biāo)32(|(圖40)是非等時(shí)的。通?？梢栽诎ㄗ⑷肼窂胶鸵雎窂降腗T-TOFMS系統(tǒng)中多個(gè)匝之后，在TOF檢測(cè)器處有效地最小化漂移方向上的這種非等時(shí)性。類似地，優(yōu)選地在TOF檢測(cè)器位置處而不是周期性地在MT-TOF MS內(nèi)實(shí)現(xiàn)在離子束中關(guān)于縱向能量擴(kuò)散(其中，縱向能量是Kx(l = mvx(l/2，參見例如圖4C)的能量等時(shí)性?？梢岳缤ㄟ^將針對(duì)等時(shí)閉合軌道所發(fā)現(xiàn)的電壓設(shè)置用作初始近似對(duì)電壓設(shè)置進(jìn)行適合的重新調(diào)整，來實(shí)現(xiàn)這種能量等時(shí)性。然而，為了實(shí)現(xiàn)完全(空間和能量)等時(shí)性，通常需要采用漂移聚焦，下面對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
[0278]可以通過組合各種離子光學(xué)和諸如以下各項(xiàng)等的幾何選項(xiàng)(圖6至圖12)來選擇在漂移方向上彎曲地(即，沿著彎曲漂移路徑P)延伸的平面電極的特定實(shí)施例:
[0279]a)平面閉合軌道的形狀，
[0280]b)關(guān)于參考Y軸(其優(yōu)選地是公共旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)定位平面閉合軌道，
[0281]c)在漂移路徑P的方向上定位預(yù)定3D參考軌跡。
[0282]雖然離子運(yùn)動(dòng)的等時(shí)性的優(yōu)選要求可以對(duì)平面閉合軌道的形狀施加特定約束，但是它仍然可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)改變。為了易于制造電極，僅仔細(xì)地考慮最簡(jiǎn)單的O形和數(shù)字8形(8形)閉合軌道(圖6)是合理的，但是存在其他可能性?？梢愿鶕?jù)參考Y軸與閉合軌道相交的點(diǎn)的數(shù)量來分類/歸類關(guān)于Y軸(其優(yōu)選地是公共旋轉(zhuǎn)軸)定位平面閉合軌道的可能性。在沒有此類相交點(diǎn)的情況下(圖6.1)，預(yù)定3D參考軌跡位于環(huán)形表面上(圖7A)。電極的環(huán)形布置(圖7B)在機(jī)械上是可行的，然而，從這種系統(tǒng)的大小的角度來看，這通常不是最佳的。其他選項(xiàng)提供了離子軌跡的更緊湊封裝。這些選項(xiàng)包括Y軸與平面閉合軌道相交一次(圖6.2)、相交兩次(圖6.3)或者相交三次(圖5.4)的情況。圖7至圖10給出了仿真的參考軌跡和電極布置的相應(yīng)示例。(與參考Y軸)具有更大數(shù)量的相交點(diǎn)的情況看起來具有有限的實(shí)際使用，這是因?yàn)樵黾恿穗姌O制造的復(fù)雜度。
[0283]圖6中所示的O形和8形平面閉合軌跡優(yōu)選地關(guān)于X軸和Y軸鏡像對(duì)稱。通常，平面閉合軌跡關(guān)于至少一個(gè)軸鏡像對(duì)稱是優(yōu)選的，這是因?yàn)樗梢杂兄讷@得離子運(yùn)動(dòng)的等時(shí)性。平面閉合軌跡關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸Y的對(duì)稱性是非常優(yōu)選的，以避免在不存在這種對(duì)稱性的可設(shè)想的情況下非常復(fù)雜的電極形狀。平面閉合軌道關(guān)于X軸的對(duì)稱性通常不是必須的，而是優(yōu)選的，這是因?yàn)檫@有助于簡(jiǎn)化電極的機(jī)械設(shè)計(jì)并且還可以幫助實(shí)現(xiàn)更好的等時(shí)屬性。[0284]在漂移平面X-Z中，如果電極完全旋轉(zhuǎn)對(duì)稱或者僅占用有限的扇區(qū)(圖11、圖7A至圖1OA中間、以及圖12)，則軌跡可以覆蓋整個(gè)漂移空間(圖7A至圖1OA右側(cè))。在后一種情況下，未被漂移方向上的軌跡占用的自由空間可以例如用于放置用于離子注入和引出(例如，注入接口、引出接口)的元件、電線、輔助機(jī)械和真空元件等。
[0285]漂移方向上的預(yù)定3D參考軌跡優(yōu)選地被定位使得其在漂移平面X-Z上投影的頂點(diǎn)是等距的(圖1lA和圖11B)。這在漂移方向上提供了相鄰匝的最大間距，并且允許采用周期性電極在漂移方向上聚焦(“漂移聚焦”)。預(yù)定3D參考軌跡在漂移方向上的另一優(yōu)選定位是使得它在給定數(shù)量的匝之后閉合。圖11A、圖1lB中示意性示出的所有軌跡圖案是閉合的。利用這種軌跡布置，一個(gè)軌跡布置優(yōu)選地能夠使用專用切換電極(參見例如圖15E)在漂移方向上的單個(gè)離子通道與該方向上的多個(gè)通道(具有質(zhì)量范圍限制)之間切換。這有助于提供在漂移方向上在多通道模式中操作MT-TOFMS的額外靈活性。
[0286]圖1lC示出了在沒有質(zhì)量范圍限制的情況下在漂移方向上的多通道的另一種可能性。在這里，當(dāng)在漂移方向上的每一個(gè)完整通道之后，參考軌跡未閉合，而是前進(jìn)至不同的下一個(gè)通道，使得X-Z平面內(nèi)的每一下個(gè)通道的軌跡圖案關(guān)于前一次通道的軌跡圖案繞Y軸略微旋轉(zhuǎn)較小角度。然而，在漂移方向上通道數(shù)量可能受到注入/引出要求所施加的相鄰軌跡之間的最小距離的限制。
[0287]雖然與平面運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和等時(shí)性有關(guān)的要求對(duì)于所有MR-TOF和MT-TOF MS系統(tǒng)是公共的，但是形成靜電場(chǎng)以達(dá)到這些要求的特定方式可能明顯不同。例如，在螺旋形MT-TOF MS [Satoh 等人的 J.Am.Soc.Mass Spectrom.18，1318-1323，2007](圖 2B)中，通過具有恒定環(huán)形因子c的扇區(qū)場(chǎng)單元集合來提供曲面X-Y中的等時(shí)和聚焦屬性以及漂移方向Z中的聚焦。環(huán)形因子被定義為X-Y平面中的等電勢(shì)表面的曲率與沿著參考軌道觀察的漂移平面中的等電勢(shì)表面的曲率之比。在Satoh等人的螺旋形MT-TOF MS中，使用Matsuda板在每一個(gè)扇區(qū)場(chǎng)單元 內(nèi)局部地創(chuàng)建漂移方向上的彎曲。
[0288]在本文提出的MT-TOF MS系統(tǒng)中，X-Y平面和漂移平面中的等電勢(shì)表面曲率之比通常不是恒定的，并且可以沿著參考軌跡而改變。例如，圖4E示出了在圖4C的系統(tǒng)中使用的扇區(qū)場(chǎng)電極SpS3的示例性形狀?？梢葬槍?duì)這些扇區(qū)將曲率之比計(jì)算為^/(d+RiSir^ Θ ))。當(dāng)離子沿著參考軌跡移動(dòng)時(shí)，該因子隨著角度Θ連續(xù)地改變。這種扇區(qū)場(chǎng)被稱作“極性-環(huán)形”，并且已經(jīng)在能量-角度分析儀中被采用。
[0289]可以例如使用以下各項(xiàng)之一來實(shí)現(xiàn)漂移聚焦(參見上文的定義):
[0290].優(yōu)選地放置在漂移平面X-Z中的這些方位角位置處的分離的聚焦透鏡，其中，相鄰匝在漂移方向上優(yōu)選地接近參考軌跡在漂移X-Z平面上的星形投影的頂點(diǎn)處被最佳地分離；
[0291]?將周期性的或非周期性的透鏡并入到至少一個(gè)扇區(qū)場(chǎng)的或者扇區(qū)場(chǎng)之間的電極中；
[0292].并入周期性地或非周期地定位在漂移方向上的小電極(電極段)集合，其中，漂移方向被定義為關(guān)于參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向(參見例如圖13C)；
[0293].在漂移方向上將一對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱電極分成多個(gè)小段，并且在該方向上施加周期性電勢(shì)變化(參見例如圖13)；
[0294].在漂移方向上的場(chǎng)變化的其他手段，周期性的或非周期性的。[0295]為了實(shí)現(xiàn)100,000或者更高量級(jí)的高質(zhì)量分辨率，MT-TOF MS的大小優(yōu)選地足夠大。對(duì)于所提出的MT-TOF系統(tǒng)，優(yōu)選的特征長(zhǎng)度L(圖5)是30em(質(zhì)量分辨率^ 40，000-50，000)、60em(質(zhì)量分辨率~80，000-100，000)、> 80em(質(zhì)量分辨率 >100，000)，其中，質(zhì)量分辨率是相對(duì)于彼此而不是精確地定義的，這是因?yàn)樗鼈冞€取決于注入束的參數(shù)、電源的穩(wěn)定性、空間電荷等。匝的優(yōu)選數(shù)量處于15至60的范圍內(nèi)。
[0296]連接外部離子源和MT-TOF分析儀的注入接口可以例如是以下各項(xiàng)之一:
[0297]?無彎曲的直線注入接口(例如，如圖15A中所示)，例如包括:至少一個(gè)透鏡121、用于在(兩個(gè)橫向方向122中的)至少一個(gè)橫向方向122上進(jìn)行束控制的至少一個(gè)元件、以及至少一個(gè)散射場(chǎng)校正器123 ；
[0298]?具有彎曲軸的注入接口(例如,如圖15B中所示)，例如包括:至少一個(gè)透鏡121、用于在(兩個(gè)橫向方向122中的)至少一個(gè)橫向方向122上進(jìn)行束控制的至少一個(gè)元件、轉(zhuǎn)向場(chǎng)元件124以及可選的散射場(chǎng)校正器123 ；
[0299].所述彎曲接口(例如，如圖15B中所示)，其另外具有至少一個(gè)散射場(chǎng)校正器123 ;或者
[0300]?具有彎曲軸的注入接口(例如,如圖15C中所示)，例如包括:至少一個(gè)透鏡121、用于在(兩個(gè)橫向方向122中的)至少一個(gè)橫向方向122上進(jìn)行束控制的至少一個(gè)元件和用于在垂直于Y軸的平面內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向場(chǎng)元件126 ；
[0301]將MT-TOF分析儀連接到外部TOF檢測(cè)器的引出接口可以例如是以下各項(xiàng)之一:
[0302].無彎曲的直線接口，包括至少一個(gè)散射場(chǎng)校正器；
[0303].具有彎曲軸的接口 ；或者
[0304].所述彎曲接口，其另外具有至少一個(gè)散射場(chǎng)校正器。
[0305]散射場(chǎng)校正器的優(yōu)選目的是補(bǔ)償由MT-TOF MS的電極在離子進(jìn)入分析儀或從分析儀中被引出的區(qū)域中在方位角方向上終止所引起的靜電場(chǎng)的失真。當(dāng)離子在注入之后的第一匝期間通過這種場(chǎng)失真的區(qū)域時(shí)，離子束的定時(shí)屬性可能變差。散射場(chǎng)校正器可以例如被制造為:
[0306].印刷電路板(PCB)上的跡線集合，每一個(gè)跡線具有相應(yīng)獨(dú)立電勢(shì)；通過劃分校正的扇區(qū)場(chǎng)的兩個(gè)主電極之間的電勢(shì)差的電阻器鏈來定義電勢(shì)在所述跡線上的分布；或者
[0307].高阻抗導(dǎo)電材料，電連接到校正的扇區(qū)場(chǎng)的兩個(gè)主電極。
[0308]本發(fā)明的另一方面是使用鏡像電流檢測(cè)和例如傅里葉分析測(cè)量離子質(zhì)量的可能性。如上文所指出的，可以例如通過使用脈沖電極(例如，參見圖15E)將預(yù)定3D參考軌跡閉合為回路。在這種情況下，在系統(tǒng)中捕獲離子并且離子在漂移方向上經(jīng)過多個(gè)通道。為了改善離子阱模式下的信噪比，鏡像電流檢測(cè)器的提取電極優(yōu)選地很小并且優(yōu)選地被定位在離子很好地聚焦在小焦斑中的地方。在本文所提出的系統(tǒng)中，這種位置通常接近平面閉合軌道與Y軸相交的點(diǎn)(圖6)以及3維參考軌跡集中的點(diǎn)(圖14A、圖14B、圖4B(右側(cè)))。
[0309] 在利用鏡像電流離子檢測(cè)的離子阱模式中，根據(jù)漂移聚焦，存在兩種可能的設(shè)備操作模式。在第一模式中，離子沿著閉合的預(yù)定3D參考軌道移動(dòng)。該操作模式可能需要漂移聚焦，如上所述。在該模式中可以例如通過兩種方式(例如，通過在漂移方向上的給定數(shù)量的通道之后在TOF檢測(cè)器上和/或使用鏡像電流檢測(cè)器引出離子束)來定義離子質(zhì)量。在第二模式中，離子沿著不同(即，單獨(dú)的)軌跡在漂移方向上移動(dòng)，因此在該模式中不需要漂移聚焦。在該模式中，只有鏡像電流離子檢測(cè)器可以用于質(zhì)量測(cè)量。在優(yōu)選的匝數(shù)N>iOOO的情況下，在利用鏡像電流檢測(cè)的離子阱模式中運(yùn)行的系統(tǒng)的優(yōu)選特征長(zhǎng)度L是30cm或者更小。
[0310]現(xiàn)在將討論關(guān)于本發(fā)明的示例的一些其他細(xì)節(jié)(包括仿真數(shù)據(jù))。
[0311]參照?qǐng)D4C，在O形平面閉合軌道的情況下的優(yōu)選實(shí)施例優(yōu)選地包括關(guān)于Y軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的扇區(qū)的電極S1-S3和透鏡L1-LJ圖9A至圖9B)。在圖4E至圖4G中示出了這些電極的示例性3D形狀。電極S1-S3的曲率通常在漂移方向上并且在參考平面X-Y中是不同的。
[0312]圖4H示出了在y = O附近的參考離子坐標(biāo)系X1'、Y/、Ζ/，并且示出了 Z1'軸由于在漂移方向上的非零速度分量而不完全平行于軸Ζ。
[0313]可以通過利用關(guān)于漂移平面X-Z的對(duì)稱性來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化。此外，利用對(duì)稱性可以幫助減小高階飛行時(shí)間象差并因此改善質(zhì)量分辨率。系統(tǒng)的兩半(從點(diǎn)O至點(diǎn)I以及從點(diǎn)I至點(diǎn)2)優(yōu)選地關(guān)于軸X鏡像對(duì)稱，更一般地，關(guān)于平面X-Z鏡像對(duì)稱。因?yàn)檫@是根據(jù)對(duì)稱離子光學(xué)系統(tǒng)[J.C.Herrera 和 Ε.E.Bliamptis, Rev.Sc1.1nstr., 1966,37 (2)，183-188]的一般考慮推斷以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)2處平面軌道關(guān)于點(diǎn)O處的Sytl和δ Vy(l的空間等時(shí)性(圖4C)，因此滿足僅一個(gè)條件通常是足夠的:點(diǎn)I處在X方向上的零角色散。角色散可以被定義為在閉合軌道上求得的導(dǎo)數(shù)dvxl/dKx(l，其中，Vxl是離子在點(diǎn)I處在X方向上的速度，動(dòng)能的Kxtl分量在點(diǎn)O處在X方向上。扇區(qū)S1 (S3)和S2的幾何參數(shù)(曲率半徑、轉(zhuǎn)向角度、扇區(qū)在飛行方向上的距離等)以及電極電壓設(shè)置優(yōu)選地被選擇為使得dvxl/dKx(l = 0。點(diǎn)2處關(guān)于點(diǎn)O處的其他坐標(biāo)δ ζ0和速度δ νζ0的空間等時(shí)性(圖4)優(yōu)選地由于閉合軌道是平面的而優(yōu)選地自動(dòng)滿足。除了空間等時(shí)性之外，還可以在點(diǎn)2處例如通過調(diào)整透鏡電極L1-L4上的電勢(shì)(圖4G)將系統(tǒng)調(diào)整為關(guān)于點(diǎn)O處的離子能量Kxtl等時(shí)(能量等時(shí)性)。在這種情況下，繞平面閉合軌道的離子振蕩優(yōu)選地完全(即，空間和能量)等時(shí)。
[0314]關(guān)于X-Z漂移平面不對(duì)稱的MT-TOF系統(tǒng)也是可行的。由于關(guān)于Y軸的優(yōu)選旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，因此優(yōu)選地在每一個(gè)平面X1-Y中存在關(guān)于Y軸的鏡像對(duì)稱(圖4Α右側(cè))。與上文類似地對(duì)稱性考慮可以分別用于設(shè)計(jì)關(guān)于X-Z平面對(duì)稱并且能夠在一個(gè)或多個(gè)匝上提供完全等時(shí)性的MT-TOF系統(tǒng)。
[0315]與圖1中的現(xiàn)有平面設(shè)計(jì)不同，圖4C中的優(yōu)選實(shí)施例優(yōu)選地采用透鏡L1-LJ圖4G)，其電壓設(shè)置可以用于重新調(diào)整等時(shí)且橫向的聚焦屬性。雖然對(duì)U、L4的動(dòng)作通常不能完全與L2、L3的動(dòng)作解耦合，但是第一對(duì)優(yōu)選地主要用于調(diào)整關(guān)于平面軌道或預(yù)定3D軌跡具有不同S %或Svytl的離子的橫向聚焦，而第二對(duì)優(yōu)選地主要用于調(diào)整等時(shí)性。利用L1-L4進(jìn)行此類調(diào)整的可用性對(duì)于儀器的實(shí)際調(diào)諧是優(yōu)選的，這是因?yàn)?i)電極的實(shí)際維度和定位可能與計(jì)算機(jī)模型中的維度和定位略微不同，或者(ii)計(jì)算機(jī)模型可能不夠精確，以及
(iii)優(yōu)選地，應(yīng)當(dāng)可以針對(duì)不同匝數(shù)、和/或不同注入條件和引出條件來調(diào)整系統(tǒng)。L1-L4的聚焦動(dòng)作優(yōu)選地與Einzel透鏡中的聚焦動(dòng)作相同，例如，通過將兩個(gè)電極上的電勢(shì)設(shè)置為比透鏡之前和之后的參考軌道上的電勢(shì)更低或更高來提供聚焦動(dòng)作(圖4C)。采用不同形狀或不同類型的透鏡也是可能的。表I給出了實(shí)現(xiàn)圖4C中所示的實(shí)施例的幾何參數(shù)的示例。
[0316]
【權(quán)利要求】
1.一種在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀，所述質(zhì)量分析儀包括: 電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著所述參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域； 其中，所述質(zhì)量分析儀被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述電極集合被配置為提供離子沿著所述3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的等時(shí)性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述電極集合被配置為提供離子沿著所述3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的空間和/或能量等時(shí)性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述電極集合被另外配置為按泰勒展開的二階項(xiàng)提供離子沿著所述3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的能量等時(shí)性。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述電極集合和/或注入接口被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述電極集合包括被配置為提供漂移聚焦以在沿著所述預(yù)定3D參考軌跡的一個(gè)或多個(gè)位置處在所述漂移方向上聚焦離子的電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述被配置為提供漂移聚焦的電極包括以下各項(xiàng)中的任意一項(xiàng)或多項(xiàng): 聚焦透鏡； 周期性或非周期性透鏡集合，被并入到至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極中或之間； 電極集合，被周期性地或非周期性地定位在漂移方向上，所述漂移方向被定義為關(guān)于所述參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向； 一對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱電極，在漂移方向上被分為多個(gè)小段，所述漂移方向被定義為關(guān)于所述參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向；和/或 產(chǎn)生靜電場(chǎng)的裝置，所述靜電場(chǎng)的電勢(shì)具有非零二階導(dǎo)數(shù)和/或高階導(dǎo)數(shù)，從而在漂移方向上產(chǎn)生聚焦，所述漂移方向被定義為關(guān)于所述參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述參考平面中的所述閉合軌道: 在單個(gè)點(diǎn)處與所述參考軸相交； 在兩個(gè)點(diǎn)處與所 述參考軸相交；或者 在三個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)處與所述參考軸相交。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述參考平面中的所述閉合軌道不與所述參考軸相交。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述電極集合被布置為提供連續(xù)的3D靜電場(chǎng)區(qū)域。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述電極集合和所述電極集合的電壓設(shè)置關(guān)于垂直于所述參考軸的中間平面具有鏡像對(duì)稱性。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述電極集合優(yōu)選地沿著繞所述參考軸以恒定曲率半徑彎曲的漂移路徑延伸。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述電極集合包括被布置為形成與中間平面相交的至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述質(zhì)量分析儀被配置為具有: 多通道操作模式，在所述多通道操作模式中，沿著具有閉合部分的預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)離子，其中，所述離子重復(fù)通過所述 預(yù)定3D參考軌跡的所述閉合部分多次；和/或 準(zhǔn)多通道模式，在所述準(zhǔn)多通道模式中，沿著開路的預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)離子，其中，所述離子重復(fù)通過所述開路的預(yù)定3D參考軌跡的一部分多次，每一個(gè)重復(fù)部分關(guān)于前一個(gè)和/或后一個(gè)重復(fù)部分繞所述參考軸旋轉(zhuǎn)較小角度。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述質(zhì)量分析儀具有一個(gè)或多個(gè)偏轉(zhuǎn)器，所述一個(gè)或多個(gè)偏轉(zhuǎn)器被配置為在使用中使所述離子繞所述參考軸的漂移反向。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述質(zhì)量分析儀具有至少一個(gè)散射場(chǎng)校正器，所述散射場(chǎng)校正器被配置為補(bǔ)償由一個(gè)或多個(gè)電極集合在離子進(jìn)入和/或離開所述質(zhì)量分析儀的區(qū)域中的終止所引起的靜電場(chǎng)失真。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的質(zhì)量分析儀，其中，所述散射場(chǎng)校正器或者每一個(gè)散射場(chǎng)校正器包括: 印刷電路板上的跡線集合，每一個(gè)跡線具有相應(yīng)獨(dú)立電勢(shì)，例如，通過劃分靜電場(chǎng)要被校正的靜電扇區(qū)的兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差的電阻器鏈來定義電勢(shì)在所述跡線上的分布；或者 高阻抗導(dǎo)電材料，電連接到靜電場(chǎng)要被校正的靜電扇區(qū)的兩個(gè)主電極。
18.—種質(zhì)譜儀,包括: 離子源，用于產(chǎn)生具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子； 可選擇地，注入接口，用于將由所述離子源產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至質(zhì)量分析儀中； 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析儀； 可選擇地，引出接口，用于將離子從所述質(zhì)量分析儀引導(dǎo)至離子檢測(cè)器； 離子檢測(cè)器，用于在由所述離子源產(chǎn)生的離子已經(jīng)沿著所述單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡移動(dòng)之后檢測(cè)所述離子； 處理裝置，用于基于所述離子檢測(cè)器的輸出獲取表示由所述離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的質(zhì)譜儀，其中，所述離子源位于由所述空間布置的電極集合限定的外殼內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的質(zhì)譜儀，其中，所述離子檢測(cè)器位于由所述空間布置的電極集合限定的外殼內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)譜儀，其中，所述注入接口和/或引出接口是彎曲的，并且所述質(zhì)譜儀被配置為提供由所述注入接口和/或引出接口引導(dǎo)的離子的等時(shí)性。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)譜儀，其中，所述注入接口和/或引出接口是非彎曲的，并且所述質(zhì)譜儀被配置為提供由所述注入接口和/或引出接口引導(dǎo)的離子的等時(shí)性。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)譜儀，其中，所述注入接口和/或引出接口包括以下各項(xiàng)中的任意一項(xiàng)或多項(xiàng)，以對(duì)由所述離子源產(chǎn)生的離子進(jìn)行聚焦、轉(zhuǎn)向和/或平移: 多極透鏡； 聚焦透鏡； 偏轉(zhuǎn)器。
24.根據(jù)權(quán)利要求18至23中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)譜儀，其中，所述離子源包括真空電離源或者大氣壓離子源。
25.根據(jù)權(quán)利要求18至24中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)譜儀，其中， 所述質(zhì)譜儀是TOF質(zhì)譜儀； 所述離子檢測(cè)器包括飛行時(shí)間離子檢測(cè)器，用于產(chǎn)生表示由所述離子源產(chǎn)生的離子通過所述質(zhì)量分析儀的飛行時(shí)間的輸出；以及 所述處理裝置用于基于TOF離子檢測(cè)器的輸出來獲取表示由所述離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求18至25中任意一項(xiàng)所述的質(zhì)譜儀，其中， 所述質(zhì)譜儀是E阱質(zhì)譜儀； 所述離子檢測(cè)器包括鏡像電流離子檢測(cè)器，用于產(chǎn)生表示由所述離子源產(chǎn)生的離子所引起的鏡像電流的輸出；以及 所述處理裝置用于基于分析對(duì)由所述離子源產(chǎn)生的離子所引起的鏡像電流加以表示的輸出，來獲取對(duì)由所述離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比加以表示的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。
27.一種配置質(zhì)量分析儀的方法，所述質(zhì)量分析儀具有: 電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著所述參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域； 其中，所述方法包括: 配置所述質(zhì)量分析儀，使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，配置所述質(zhì)量分析儀包括: 調(diào)整所述電極集合以提供離子沿著所述參考平面中的閉合軌道移動(dòng)的等時(shí)性；以及進(jìn)一步調(diào)整所述電極集合以提供離子沿著所述3D參考軌跡在所述3D參考軌跡的起點(diǎn)與所述3D參考軌跡的終點(diǎn)之間移動(dòng)的等時(shí)性。
29.一種操作質(zhì)量分析儀的方法，所述方法包括: 使用包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極的電極集合來提供3D靜電場(chǎng)區(qū)域，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著所述參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸； 沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
30.一種在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀，所述質(zhì)量分析儀包括: 電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著所述參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域。
31.一種在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀，所述質(zhì)量分析儀包括: 電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的靜電場(chǎng)區(qū)域沿著單個(gè)預(yù)定參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子； 至少一個(gè)散射場(chǎng)校正器，被配置為補(bǔ)償由一個(gè)或多個(gè)電極集合在離子進(jìn)入和/或離開所述質(zhì)量分析儀的區(qū)域中的終止所引起的靜電場(chǎng)失真； 其中，所述散射場(chǎng)校正器或每一個(gè)散射場(chǎng)校正器包括: 印刷電路板上的跡線集合，每一個(gè)跡線具有相應(yīng)獨(dú)立電勢(shì)，其中，通過劃分靜電場(chǎng)要被校正的靜電扇區(qū)的兩個(gè)電極之間的電勢(shì)差的電阻器鏈來定義電勢(shì)在所述跡線上的分布；或者 高阻抗導(dǎo)電材料，電連接到靜電場(chǎng)要被校正的靜電扇區(qū)的兩個(gè)主電極。
32.—種在質(zhì)譜儀中使用的質(zhì)量分析儀，所述質(zhì)量分析儀包括: 電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著所述參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域； 其中，所述質(zhì)量分析儀被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著單個(gè)閉合的預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子； 其中，所述電極集合優(yōu)選地包括被配置為提供漂移聚焦的電極，所述被配置為提供漂移聚焦的電極包括以下各項(xiàng)中的任意一項(xiàng)或多項(xiàng): 聚焦透鏡； 周期性或非周期性透鏡集合，被并入到至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極中或之間； 電極集合，被周期性地或非周期性地定位在漂移方向上，所述漂移方向被定義為關(guān)于所述參考軸的局部旋轉(zhuǎn)方向； 一對(duì)電極，在被定義為所述漂移路徑的局部方向的漂移方向上延伸，在漂移方向上被分為多個(gè)小段；和/或 產(chǎn)生靜電場(chǎng)的裝置，所述靜電場(chǎng)的電勢(shì)具有非零二階導(dǎo)數(shù)和/或高階導(dǎo)數(shù)，從而在漂移方向上產(chǎn)生聚焦，所述漂移方向被定義為所述漂移路徑的局部方向。
33.一種TOF質(zhì)譜儀，包括: 離子源，用于產(chǎn)生具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子； 可選擇地，注入接口，用于將由所述離子源產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至質(zhì)量分析儀中； 質(zhì)量分析儀，具有電極集合，包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著所述參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域，其中，所述質(zhì)量分析儀被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子； 可選擇地，引出接口，用于將離子從所述質(zhì)量分析儀引導(dǎo)至離子檢測(cè)器； 飛行時(shí)間離子檢測(cè)器，用于產(chǎn)生表示由所述離子源產(chǎn)生的離子通過所述質(zhì)量分析儀的飛行時(shí)間的輸出； 處理裝置，用于基于所述飛行時(shí)間離子檢測(cè)器的輸出獲取表示由所述離子源產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。
34.一種E阱質(zhì)譜儀，包括: 離子源，用于產(chǎn)生具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子； 可選擇地，注入接口，用于將由所述離子源產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至質(zhì)量分析儀中； 質(zhì)量分析儀，具有電極集合，所述電極集合包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著所述參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域； 可選擇地，引出接口，用于將離子從所述質(zhì)量分析儀引導(dǎo)至離子檢測(cè)器； 鏡像電流離子檢測(cè)器，用于產(chǎn)生表示由所述離子源產(chǎn)生的離子所引起的鏡像電流的輸出； 其中，所述質(zhì)量分析儀被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的所述3D靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的單個(gè)預(yù)定3D參考軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
35.一種E阱質(zhì)譜儀，包括: 離子源，用于產(chǎn)生具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子； 可選擇地，注入接口，用于將由所述離子源產(chǎn)生的離子引導(dǎo)至質(zhì)量分析儀中； 質(zhì)量分析儀，具有電極集合，所述電極集合包括被布置為形成至少一個(gè)靜電扇區(qū)的電極，所述電極集合在空間上被布置為能夠在參考平面中提供適合于沿著所述參考平面中的閉合軌道引導(dǎo)離子的靜電場(chǎng)，其中，所述電極集合沿著局部垂直于所述參考平面并且繞參考軸彎曲的漂移路徑延伸，使得在使用中，所述電極集合提供了 3D靜電場(chǎng)區(qū)域； 鏡像電流離子檢測(cè)器，用于產(chǎn)生表示由所述離子源產(chǎn)生的離子所引起的鏡像電流的輸出； 其中，所述質(zhì)量分析儀被配置為使得在使用中，由所述電極集合提供的靜電場(chǎng)區(qū)域沿著繞所述參考軸彎曲的不同3D軌跡引導(dǎo)具有不同初始坐標(biāo)和速度的離子。
36.一種裝置，實(shí)質(zhì)上如在本文中參照附圖所述以及在附圖所示的任意一個(gè)實(shí)施例所述。
37.一種方法，實(shí)質(zhì)上如在本文中參照附圖所述以及在附圖所示的任意一個(gè)實(shí)施例所述。
【文檔編號(hào)】H01J49/40GK104011832SQ201280063559
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月21日
【發(fā)明者】維切斯拉夫·斯切普諾夫, 羅杰·吉勒斯 申請(qǐng)人:株式會(huì)社島津制作所