多反射质谱仪制造技术

本发明专利技术提供一种多反射质谱仪，该多反射质谱仪包括两个离子光学反射镜，每个反射镜大体上沿一个漂移方向(Y)伸长，每个反射镜在一个X方向上与另一个反射镜相对，该X方向与Y正交，其特征在于，这些反射镜沿它们在该漂移方向上的长度的至少一部分在该X方向上并非彼此相距一个恒定距离。典型地，随着这些反射镜在该漂移方向上延伸远离一个离子注射器，这些反射镜沿它们的长度的至少一部分在该X方向上变得更靠近到一起。在使用中，离子是多次从一个相对的反射镜被反射到另一个反射镜，同时沿该漂移方向漂移，以便在该质谱仪内遵循一条大体上之字形路径。离子沿该漂移方向的运动受到一个电场抵制，该电场是由这些反射镜沿它们在该漂移方向上的长度的至少一部分彼此相距的该不恒定距离造成，该电场导致这些离子反转它们的方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多反射质谱仪专利
本专利技术涉及质谱法领域，具体来说，涉及利用用于延伸离子飞行路径的多反射技术的高质量分辨率飞行时间质谱法和静电阱质谱法。专利技术背景利用多反射来延伸质谱仪内离子的飞行路径的各种安排是已知的。飞行路径延伸是增加飞行时间(TOF)质谱仪内离子的飞行时间间隔或增加静电阱(EST)质谱仪内离子的陷获时间所希望的。在两种情况下，区分离子之间小的质量差的能力由此得以改进。一种具有两个平行的相对的反射镜的安排是由纳扎连科(Nazarenko)等人在专利SU1725289中描述。这些反射镜在一个漂移方向上伸长，并且离子遵循一个之字形飞行路径，从而在这些反射镜之间反射并同时沿这些反射镜在该漂移方向上的延伸的长度相对缓慢地漂移。每个反射镜是由平行棒电极构成。所达到的反射循环数量和质量分辨率能够通过更改离子注射角度来调整。该设计有利地是简单的，因为仅需要产生两个反射镜结构并使它们彼此对准。然而，这个系统缺乏防止该漂移方向上的射束发散的任何装置。由于这些所注射离子的初始角度扩展，在多次反射之后，射束宽度可能超过检测器的宽度，从而因灵敏度的丧失使得离子飞行时间的任何进一步增加变得不切实际。如果已经历了不同数量反射的离子的轨迹线重叠，由此使得仅检测已经历了给定数量振荡的离子是不可能的，那么离子射束发散是尤其不利的。因此，该设计具有一个有限的角度接受能力和/或有限的最大反射数量。此外，离子反射镜并不提供与折叠路径的平面上的初始离子射束扩展有关的飞行时间聚焦，从而导致对宽的初始射束角度发散的飞行时间分辨率的降级。在GB专利2080021中，沃尔尼克(Wollnik)描述了平行相对无栅离子反射镜的各种安排。描述了一个线性安排中的两排反射镜，以及两个相对的反射镜环。这些反射镜中的一些可以倾斜以便进行射束注射。每个反射镜是旋转对称的并被设计成产生空间聚焦特性，以便控制每次反射时的射束发散，从而能以低的射束损耗获得一条更长的飞行路径。然而，由于这些安排是由要求彼此精确对准的多个高公差反射镜组成，这些安排的制造是复杂的。离子穿过分析器一次时的反射数量是由反射镜的数量来确定并且无法更改。苏(Su)在《质谱法与离子法国际期刊》，88(1989)21-28中描述了一种在一个漂移方向上伸长的有栅平行板反射镜安排。这些相对离子反射器被安排成彼此平行，并且在到达一个检测器之前，离子遵循一条之字形飞行路径进行多次反射。该系统不具有用于控制漂移方向上的射束发散的装置，并且这与减少每次反射时的离子通量的有栅反射镜的使用一起限制了有效反射数量并因此限制了飞行路径长度。维兰特奇科夫(Verentchikov)在WO2005/001878和GB2403063中描述了位于两个平行的伸长的相对的反射镜之间的无场区域内的周期性地间隔开的透镜的使用。这些透镜的目的是控制每次反射之后在漂移方向上的射束发散，由此使得能在由纳扎连科等人和苏所描述的这些伸长反射镜结构上有利地获得一条更长的飞行路径。为了进一步增加路径长度，提出了将一个偏转器放置在反射镜结构的远离离子注射器的远端，这样使得离子可以偏转返回穿过该反射镜结构，从而使得飞行路径长度加倍。然而，以此方式使用偏转器易于引入射束像差，这些射束像差最终将会限制可获得的最大分辨能力。在该安排中，反射数量是由这些透反射镜的位置来设置，并且不可能通过更改离子注射角度来改变反射数量并由此改变飞行路径长度。由于要求多个透反射镜精确对准，该构造也是复杂的。此外，已知多个透镜和该末端偏转器会引入多个射束像差，并且最终，这对可使用的注射装置的类型造成限制并减小分析器的总接受能力。另外，射束保持紧密聚焦在整个路径上，从而使得该射束更易受空间电荷效应影响。马卡洛夫(Makarov)等人在WO2009/081143中描述了针对一个多反射伸长式TOF反射镜分析器引起漂移方向上的射束聚焦的方法。在此，一个第一无栅伸长反射镜是与一组单独无栅反射镜相对的，该组单独无栅反射镜在一个垂直方向上伸长、沿平行于该第一伸长反射镜的漂移方向并排地设置。这些单独反射镜提供在该漂移方向上的射束聚焦。同样，在此安排中，装置内的射束振荡数量是由单独反射镜的数量来设置并且无法通过更改射束注射角度来调整。虽然没有沃尔尼克和维兰特奇科夫的安排复杂，然而，这种构造比纳扎连科等人以及苏的安排复杂。戈里科夫(Golikov)在WO2009001909中描述了被安排成彼此平行的两个非对称的相对的反射镜。在此安排中，这些反射镜并非是旋转地对称的，同时它们并不在一个漂移方向上延伸，并且因为离子轨迹线在不同振荡时在空间上重叠并且无法分离，质量分析器典型地具有一个窄的质量范围。提出使用镜像电流检测。由维兰特奇科夫和亚沃(Yavor)在WO2010/008386中提供了用于在一个包括多个平行的伸长的相对的反射镜的系统中提供漂移方向上的射线聚焦的另一提议。在此安排中，通过沿着这些伸长反射镜结构在设定间距处周期性地调制一个或两个反射镜内的电场，将周期性透引入到一个或两个相对的反射镜之中。同样，在此构造中，因为射束必须与一个或两个反射镜内的这些调制器件(modulation)精确地对准，射束振荡的数量无法通过改变射束注射角度来更改。每个反射镜在构造上比由纳扎连科等人所提出的简单平面反射镜稍微复杂。由里斯托夫(Ristroph)等人在US2011/0168880中提出了一种某种程度上相关的方法。相对伸长离子反射镜包括多个反射镜单元室(unitcell)，每个反射镜单元室具有弯曲截面以便提供漂移方向上的聚焦并且部分地或完全地补偿与漂移方向有关的一个二阶飞行时间像差。与其他安排的共同之处在于，因为射束必须与这些单元室精确地对准，射束振荡的数量无法通过改变射束注射角度来更改。同样，这种反射镜构造比纳扎连科等人所提出的反射镜构造复杂。通过使用周期性结构来维持一个窄射束中的离子处于漂移方向上的所有安排必然经受离子之间的空间电荷排斥效应。由苏达科夫(Sudakov)在WO2008/047891中提出了用于通过使得离子沿着漂移长度返回来使飞行路径长度加倍并同时在漂移方向上引发射束会聚两者的一种替代装置。在此安排中，两个平行无栅反射镜进一步包括一个第三反射镜，该第三反射镜被定向成垂直于这些相对的反射镜并位于这些相对的反射镜的远离离子注射器的远端处。这些离子被允许在它们从该离子注射器前进穿过分析器时在漂移方向上发散，但是第三离子反射镜将这种发散复原，并在该第三反射镜中的反射之后，这些离子在回到离子注射器的附近时再次在漂移方向上会聚。这有利地允许离子射束在贯穿其穿过该分析器的行程的大部分的空间中展开，从而减少空间电荷相互作用，以及避免为了离子聚焦而沿这些反射镜或在这些反射镜之间使用多个周期性结构。第三反射镜还在漂移方向上引起与初始离子能量有关的空间聚焦。由于没有单独透镜或反射镜格，反射的数量可以是由注射角度来设置。然而，第三反射镜必须被建造到两个相对的伸长的反射镜的结构中，并使这些伸长的反射镜有效分段，即，这些伸长的反射镜不再是连续的，并且第三反射镜也不再是连续的。这具有因这些分段之间的间隙中的电场的逐步改变而对这些离子产生不连续的返回力的不利影响。这是尤其重要的，因为这些分段出现在漂移方向上的转点附近本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多反射质谱仪，包括两个离子光学反射镜，每个反射镜大体上沿一个漂移方向(Y)伸长，每个反射镜在一个X方向上与另一个反射镜相对，该X方向与Y正交，其特征在于，这些反射镜沿它们在该漂移方向上的长度的至少一部分在该X方向上并非彼此相距一个恒定距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.27 GB 1201403.11.一种多反射质谱仪，包括两个离子光学反射镜，每个反射镜大体上沿一个漂移方向Y伸长，每个反射镜在一个X方向上与另一个反射镜相对，该X方向与Y方向正交且该X方向和Y方向限定X-Y平面，其特征在于，这些反射镜沿它们在该漂移方向上的长度的至少一部分在该X方向上并非彼此相距一个恒定距离。2.如权利要求1所述的多反射质谱仪，进一步包括一个离子注射器，该离子注射器在该漂移方向上位于这些离子光学反射镜的一端处，随着这些伸长的离子光学反射镜在该漂移方向上延伸远离该离子注射器，这些伸长的离子光学反射镜沿它们的长度的至少一部分在该X方向上更靠近到一起。3.如权利要求1或权利要求2所述的多反射质谱仪，其中这些相对的反射镜在该漂移方向上大体上线性地伸长并且并不平行于彼此。4.如权利要求1或权利要求2所述的多反射质谱仪，其中至少一个反射镜沿它在该漂移方向上的长度的至少一部分朝向另一个反射镜弯曲。5.如权利要求1或权利要求2所述的多反射质谱仪，其中这两个反射镜被弯曲成遵循一个抛物线形状，以便随着它们在该漂移方向上延伸而朝向彼此弯曲。6.如权利要求1所述的多反射质谱仪，进一步包括一个或多个补偿电极，该一个或多个补偿电极在这些反射镜之间的空间中或该空间附近沿该漂移方向的至少一部分延伸。7.如权利要求6所述的多反射质谱仪，包括一对相对的补偿电极，每个电极位于在这些相对的反射镜之间延伸的一个空间的一侧。8.如权利要求7所述的多反射质谱仪，其中这些补偿电极中的每一个具有一个表面，该表面基本上平行于X-Y平面并且在该X-Y平面中具有一个多项式轮廓，这样使得所述表面在这些反射镜的一端或两端附近的区域中比在位于这些末端之间的中心区域中朝向每个反射镜延伸了一个更大的距离。9.如权利要求7所述的多反射质谱仪，其中这些补偿电极中的每一个具有一个表面，该表面基本上平行于X-Y平面并且在该X-Y平面中具有一个多项式轮廓，这样使得所述表面在这些反射镜的一端或两端附近的这些区域中比在位于这些末端之间的中心区域中朝向每个反射镜延伸了一个更小距离。10.如权利要求6所述的多反射质谱仪，其中这些补偿电极包括多个管道或隔室，该多个管道或隔室至少部分地位于在这些相对的反射镜之间延伸的该空间之中。11.如权利要求6至10中任一项所述的多反射质谱仪，其中该一个或多个补偿电极在使用中被电偏置，以便在这些相对的反射镜之间延伸的该空间的至少一部分中产生一个电位偏移，该电位偏移随着沿该漂移长度的距离变化。12.如权利要求6至10中任一项所述的多反射质谱仪，其中该一个或多个补偿电极在使用中被电偏置，以便补偿由这些相对的反射镜所产生的飞行时间像差中的至少一些。13.如权利要求6至10中任一项所述的多反射质谱仪，其中该一个或多个补偿电极在使用中被电偏置，以便补偿由这些相对的反射镜所产生的在该漂移方向上的一个飞行时间迁移，并且以便使该多反射质谱仪的一个总飞行时间迁移基本上独立于该X-Y平面中的一个初始离子射束轨迹线倾斜角度的变化。14.如权利要求2所述的多反射质谱仪，进一步包括位于邻近该离子注射器的一个区域中的一个检测器。15.如权利要求1-2,6-10，14中任一项所述的多反射质谱仪，进一步包括一个或多个透镜或光阑，该一个或多个透镜或光阑位于在这些反射镜之间的空间中，以便影响离子在该质谱仪内的相位空间体积。16.如权利要求1,6-10中任一项所述的多反射质谱仪，其中在使用中，一个离子注射器在该X-Y平面中以一个第一倾斜角度将离子从这些反射镜的一端注射到在这些反射镜之间的空间中，这样使得离子沿该漂移方向漂移远离该离子注射器的同时从一个相对的反射镜多次被反射到另一个相对的反射镜，以便在该质谱仪内遵循一条大体上之字形路径。17.如权利要求16所述的多反射质谱仪，其中该离子注射器进一步包括一个射束偏转器，并且其中该离子注射器被安排成在使用中在该X-Y平面中以一个第二倾斜角度喷射离子，以便进入到该射束偏转器中；该射束偏转器被安排成在使用中使这些离子在该X-Y平面中偏转一个第三倾斜角度，以便在该X-Y平面中以该第一倾斜角度进入到在这些反射镜之间的该空间中；该第二倾斜角度和该第三倾斜角度是相等的。18.如权利要求16所述的多反射质谱仪，其中离子沿该漂移方向的运动受到一个电场抵制，该电场是由这些反射镜沿它们在该漂移方向上的长度的至少一部分彼此相距的不恒定距离造成。19.如权利要求18所述的多反射质谱仪，其中所述电场致使这些离子反转它们的方向并且往回朝向该离子注射器行进。20.如权利要求19所述的多反射质谱仪，其中这些离子中的至少一些撞击在位于邻近该离子注射器的一个区域中的一个检测器上。21.如权利要求20所述的多反射质谱仪，其中该检测器具有一个检测表面，该检测表面被安排成平行于该漂移方向Y。22.一种根据权利要求1-2，6-10，14，17-21中任一项所述的多反射质谱仪，其中这两个反射镜被实现为一对印刷电路板，这对印刷电路板被安排成使它们的印刷表面彼此平行并且面向彼此。23.一种根据权利要求6至10，17-21中任一项所述的多反射质谱仪，其中这些补偿电极被实现为一对印刷电路板，这对印刷电路板被安排成使它们的印刷表面彼此平行并且面向彼此。24.一种根据权利要求1-2，6-10,14,17-21中任一项所述的多反射质谱仪，包括一个离子注射器，该离子注射器包括以下各项中的一项或多项：正交加速器；存储多极；线性离子阱；外存储阱。25.一种多反射飞行时间质谱仪，包括如以上权利要求中任一项所述的多反射质谱仪。26.一种静电阱质谱仪，包括两个或更多个如权利要求1至24中任一项所述的多反射质谱仪。27.如权利要求26所述的静电阱质谱仪，包括两个多反射质谱仪，这两个多反射质谱仪是围绕一条X轴线对称地端对端安排，这样使得它们对应的漂移方向是共线的，这些多反射质谱仪从而限定一个体积，在使用中，离子在该体积内在该漂移方向和一个离子飞行方向两者上具有等时性质地遵循一条闭合路径。28.一种复合质谱仪，包括两个或更多个如权利要求1至24中任一项所述的多反射质谱仪，这些多反射质谱仪被对准成使得每个质谱仪的X-Y平面是平行的并任选地在一个垂直方向Z上彼此错开，该复合质谱仪进一步包括用以将离子从一个多反射质谱仪引导到另一个多反射质谱仪的离子光学装置。29.一种分析系统，包括根据权利要求25或28所述的一个质谱仪，和位于该质谱仪上游的包括一个离子陷获装置的一个离子注射器，以及位于该质谱仪下游的一个脉冲离子门栅、一个高能碰撞室和一个飞行时间分析器。30.一种分析系统，包括根据权利要求25或28所述的一个质谱仪，和位于该质谱仪上游的包括一个离子陷获装置的一个离子注射器，以及位于该质谱仪下游的一个脉冲离子门栅和一个高能碰撞室，该高能碰撞室被配置成使得在使用中将离子从该碰撞室引导回到该离子陷获装置之中。31.一种质谱方法，包括以下步骤：将离子注射到一个多反射质谱仪中，该多反射质谱仪包括两个离子光学反射镜，每个反射镜大体上沿一个漂移方向Y伸长，每个反射镜在一个X方向上与另一个反射镜相对，该X方向与Y方向正交且该X方向和Y方向限定X-Y平面，其特征在于，这些反射镜沿它们在该漂移方向上的长度的至少一部分在该X方向上并非彼此相距一个恒定距离；并且在这些离子穿过该质谱仪过程中或之后，检测这些离子中的至少一些。32.如权利要求31所述的质谱方法，其中该多反射质谱仪进一步包括一个或多个电偏置的补偿电极，这些电偏置的补偿电极沿该漂移方向的至少一部分延伸，每个电极位于在这些反射镜之间的空间中或该空间附近。33.一种质谱方法，包括以下步骤：将离子注射到一个多反射质谱仪的一个离子注射区域中，该多反射质谱仪包括两个离子光学反射镜，每个反射镜大体上沿一个漂移方向Y伸长，每个反射镜在一个X方向上与另一个反射镜相对并且在两者之间具有一个空间，该X方向与Y方向正交且该X方向和Y方向限定X-Y平面，这样使得这些离子在这些相对的反射镜之间振荡，同时在该Y方向上沿一个漂移长度前进；其特征在于，在这些离子转向处的等位表面之间在+/-X方向上的距离并非沿整个漂移长度基本上恒定的；并且在这些离子穿过该质谱仪过程中或之后，检测这些离子中的至少一些。34.如权利要求33所述的质谱方法，其中随着离子前进远离该离子注射区域，沿X方向的运动的幅值沿该漂移长度的至少一部分减小。35.如权利要求33至34中任一项所述的质谱方法，其中该多反射质谱仪进一步包括一个或多个补偿电极，该一个或多个补偿电极沿该漂移长度的至少一部分延伸，每个电极位于在这些反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·格林菲尔德，A·马卡洛夫，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE