轴向磁离子源及相关电离方法技术

一种离子源，其配置成用于电子电离并产生同轴的电子和离子束。该离子源包括沿轴线的电离室、配置成用于在所述电离室中产生轴向磁场的磁体组件、电子源、以及透镜组件，其配置成用于沿着轴线将离子束从电离室引出，朝向电子源将电子束反射回，以及将更高能量的离子从离子源传送出同时朝向透镜元件反射更低能量的离子进行中和。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用电子束的离子源，比如可以用于质谱，更具体地，涉及产生与电子 束同轴的离子束的离子源。
技术介绍
一般而言，质谱（MS)系统包括：离子源，用于电离目的样品的组分；质量分析器， 用于基于离子的不同质荷比（或m/z比、或者更简单地说质量）而将其分开；离子检测 器，用于计数所分开的离子；以及电子，用于根据需要处理来自离子检测器的输出信号产生 用户可解释的质谱。通常，质谱是一系列峰，其表示作为m/z比的函数的所检测到的离子的 相对丰度。质谱可被用来确定样品组分的分子结构，从而使样品能够定性和定量地表征。 离子源的一实例是电子电离（EI)源。在典型的EI源中，样品材料以分子蒸汽的形 式被引入室。被加热的灯丝用来发射高能电子，其作为光束在加于灯丝与阳极之间的电势 差的作用下被校准和加速进入室。样品材料沿着与电子束路径交叉的路径被引入到室中。 由于电子束在样品和电子路径相交叉的区域中轰击样品材料而产生样品材料的电离。电离 过程的主要反应可以由下列关系式来描述- 1^++2^,其中Μ表示分析物分子，表示 电子，M*+表示所得到的分子离子。也就是说，电子足够亲近地接近分子，以通过静电斥力促 使分子失去电子，因此，单电荷的正离子得以形成。电位差被用来吸引形成于室中朝向出射 孔的离子，然后将所得的离子束加速到下游设备比如质量分析器中，或者首先至中间部件 比如离子导向器、质量过滤器等。 在广泛使用的交叉束、或尼尔型EI源中，离子束在与电子束正交的方向上产生。 这种类型的设计容易造成离子的损失，因为在与EI源的电离室的内表面碰撞时大量的离 子被抽出至灯丝或散焦和中和（丢失）。对于许多应用来说，将更有利的是产生在轴线上的 电子束，即，与所得到的离子束并且与离子被传送到其中的下游设备比如例如四极质量过 滤器同轴的电子束。轴向电子束可以更容易地创建将具有从EI源被成功传送到下游设备 中的更高可能性的离子。 因此，需要产生与诱导电离的电子束同轴的离子束的离子源，其中的离子损失降 低了。
技术实现思路
为了全部地或部分地解决上述问题和/或可能已由本领域技术人员观察到的其 他问题，本公开提供了方法、过程、系统、设备、仪器和/或装置，如通过在所阐述的实施方 式中的实例所述。 根据一实施例，一种离子源包括：主体，其包括电离室和通入所述电离室的样品入 口，所述电离室包括第一端和第二端，并且具有沿着源轴线从所述第一端至第二端的长度； 磁体组件，其围绕着所述主体并且配置成用于在所述电离室中产生轴向磁场；电子源，其定 位在所述第一端并且包括热离子阴极和电子反射器，所述电子源配置成用于沿着所述源轴 线加速电子束通过电离室；以及透镜组件，其包括位于所述第二端的提取器、在所述电离室 外部并且沿着所述源轴线与所述提取器间隔开的第一透镜元件、以及沿着所述源轴线与所 述第一透镜元件间隔开的第二透镜元件，其中，所述提取器配置成用于沿着所述源轴线将 离子束从所述电离室引出，所述第一透镜元件配置成用于朝向所述电子源反射电子束，所 述第二透镜元件配置成用于传送更高能量的离子同时朝向第一透镜元件反射更低能量的 离子。 根据另一实施例，离子处理系统包括与所述透镜组件连通的离子处理装置。 根据另一实施例，一种用于执行电子电离的方法包括：引导作为电子束的电子从 电子源通过具有沿着电子源与透镜组件之间的源轴线的长度的电离室；通过将轴向磁场施 加至所述电离室，沿着所述源轴线聚焦电子束；沿着所述源轴线在所述电子源与透镜组件 之间来回反射电子；通过将样品材料引入所述电离室朝向电子束来产生离子，其中，所述离 子沿着所述源轴线聚焦成离子束；沿着所述源轴线通过透镜组件传送离子；以及反射俘获 在透镜组件中的离子，以防止这些被俘获的离子离开透镜组件，同时将非俘获的离子从所 述透镜组件传送出。 对于本领域技术人员来说，通过研究以下附图和详细描述，本专利技术的其它装置、设 备、系统、方法、特征以及优点将是或将变得显而易见。意在将所有这些额外的系统、方法、 特征以及优点包括在本说明书内、在本专利技术的范围之内，并且由所附权利要求保护。 【附图说明】 通过参照以下附图可以更好地理解本专利技术。附图中的组件不一定按比例绘制，而 是将重点放在说明本专利技术的原理上。在附图中，相同的参考标号表示整个不同视图中相应 的部件。 图1是根据一些实施例的离子源的示例的透视图。 图2是图1中所示的离子源的透视剖视图。 图3是由离子模拟软件所生成的离子源的模型。 图4是与图3相同的模型，但是示出了离子轨迹，包括沿着源轴线所约束的离子 束。 图5是透镜组件周围区域的更近的视图。 图6是由离子模拟软件所生成的离子源的另一模型。 图7是可以设置有离子源的硬件的示例的示意图。 图8是根据另一实施例的在图1和2中所示的离子源的一部分的示意图。 图9是质谱（MS)系统的示例的示意图，其中可以提供如本文所公开的离子源。 【具体实施方式】 图1是根据一些实施例的离子源1〇〇的实例的透视图。图2是图1所示的离子源 100的透视剖视图。在所示的实施例中，离子源100通常包括限定内部电离室或容积208的 主体104、磁体组件112、电子源116以及透镜组件1 2〇。 离子源100可以具有通常围绕源轴线124所布置的整体几何形状或结构。在操作 中，离子源1〇〇产生沿着源轴线124的电子束，并且可以允许在相对于源轴线丨24的任何方 向上对样品材料流进行电离。要被分析的样品材料可以通过任何合适的手段而被引入至离 子源100,包括其中样品材料是分析分离仪器比如例如气相色谱（GC)仪器的输出的带连接 符的技术。离子源100随后产生离子，并且沿着源轴线将这些离子聚焦到离子束中。 离子沿着源轴线124离开离子源100,并进入下一个离子处理装置，其可能具有沿着源轴线 124的离子入口。 电离室208具有沿着源轴线124从第一端至第二端的长度。样品入口 2?通过主 体104形成在任何适当的位置，以提供用于从样品源引导样品材料到电离室208中的路径， 其中所述样品材料与电子束相互作用。电离室208的轴向长度可以选择成提供可用于电离 所需分析物分子的相对较长的存活电子束区域，从而增加离子源1〇〇的电离效率且因而仪 器作为整体的灵敏度。 磁体组件112同轴地围绕着主体104。磁体组件112配置成用于在电离室208中 产生均匀的轴向磁场，其沿着源轴线124聚集并压缩电子束和所得到的离子束。磁约束电 子束和相对较长的电离室208可以使得离子束的产生能够非常适于从电离室 2〇8的改进提 取（发射）并最终进入下游离子处理装置，比如例如质量分析器或者质量分析器之前的另 一类型的装置，比如离子导向器、离子阱、质量过滤器、碰撞室等。可以提取离子束，而不会 遭遇公知发生在尼尔型离子源中的离子损失，其中在与电离室208的内表面碰撞时大量的 离子被抽出至灯丝或者散焦并中（丢失）。磁体组件112可以包括绕着源轴线124沿周向 彼此隔开的多个磁体132。所示的实施例包括固定至环形辄部134的对称布置的四个磁体 132。磁体132可以是永磁体或电磁体。样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子源，包括：主体，其包括电离室和通入所述电离室的样品入口，所述电离室包括第一端和第二端，并且具有沿着源轴线从所述第一端至第二端的长度；磁体组件，其围绕着所述主体并且配置成用于在所述电离室中产生轴向磁场；电子源，其定位在所述第一端并且包括热离子阴极和电子反射器，所述电子源配置成用于沿着所述源轴线加速电子束通过电离室；以及透镜组件，其包括位于所述第二端的提取器、在所述电离室外部并且沿着所述源轴线与所述提取器间隔开的第一透镜元件、以及沿着所述源轴线与所述第一透镜元件间隔开的第二透镜元件，其中，所述提取器配置成用于沿着所述源轴线将离子束从所述电离室引出，所述第一透镜元件配置成用于朝向所述电子源反射电子束，所述第二透镜元件配置成用于传送更高能量的离子同时朝向第一透镜元件反射更低能量的离子。

【技术特征摘要】
2013.06.24 US 13/925,6231. 一种离子源，包括： 主体，其包括电离室和通入所述电离室的样品入口，所述电离室包括第一端和第二端， 并且具有沿着源轴线从所述第一端至第二端的长度； 磁体组件，其围绕着所述主体并且配置成用于在所述电离室中产生轴向磁场； 电子源，其定位在所述第一端并且包括热离子阴极和电子反射器，所述电子源配置成 用于沿着所述源轴线加速电子束通过电离室；以及 透镜组件，其包括位于所述第二端的提取器、在所述电离室外部并且沿着所述源轴线 与所述提取器间隔开的第一透镜元件、以及沿着所述源轴线与所述第一透镜元件间隔开的 第二透镜元件，其中，所述提取器配置成用于沿着所述源轴线将离子束从所述电离室引出， 所述第一透镜元件配置成用于朝向所述电子源反射电子束，所述第二透镜元件配置成用于 传送更高能量的离子同时朝向第一透镜元件反射更低能量的离子。2. 根据权利要求1所述的离子源，其中，所述电离室具有沿长度恒定的横截面面积或 者沿至少一部分长度增大的横截面面积。3. 根据权利要求1或2所述的离子源，其中，所述磁体组件包括以下中的至少一个： 多个磁体，其绕着所述源轴线沿周向彼此间隔开；以及 在轴线上的磁体，其定位在所述电离室外面的源轴线上并且配置成用于修改所述轴向 磁场，以使得电子束在朝向所述提取器的方向上发散。4. 根据前述权利要求中任一项所述的离子源，包括定位在所述阴极与提取器之间的第 一端的离子排斥器。5. 根据前述权利要求中任一项所述的离子源，包括与所述电子源和透镜组件信号连通 的电压源，以及配置成用于控制电压源操作的控制器，所述电压源选自由以下构成的组： 调节施加至所述阴极的电压； 维持所述阴极与定位在所述阴极与提取器之间的第一端的离子排斥器之间的固定电 位差，同时调节施加至所述阴极的电压； 基于对施加至所述阴极的电压的调节，调节施加至所述第一透镜元件的电压； 将施加至所述阴极和第一透镜元件的电压设定成足以维持电子束在所述阴极与第一 透镜元件之间反射的相应值； 将施加至所述阴极和第一透镜元件的电压设定成足以维持电子束在所述阴极与第一 透镜元件之间反射的相应值，并且相对于所述阴极将电压偏移添加至所述第一透镜元件， 以增加电子束从第一透镜元件的反射； 将施加至所述第二透镜元件的电压设定成足以用于朝向所述第一透镜元件加速被俘 获在所述第二透镜元件与提取器之间的离子的值； 将电压脉冲施加至所述电子源的导电元件； 将电压脉冲施加至所述透镜组件的导电元件； 将电压脉冲施加至所述主体； 选通电子束；以及 前述中的两个或更多个。6. -种用于执行电子电离的方法，所述方法包括： 引导作为电子束的电子从电子源通过具有沿着电子源与透镜组件之间的源轴线的长 度的电离室； 通过将轴向磁场施加至所述电离室，沿着所述源轴线聚焦电子束； 沿着所...

【专利技术属性】
技术研发人员：CW鲁斯，HF普雷斯特，JT科南，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US