环堆叠离子加速器中产生的脉冲电场的均质化制造技术

本发明专利技术提供一种用于质谱仪中的环堆叠加速器，其包含被布置于堆叠中的多个环形板，且所述环堆叠加速器电耦合到分压器，在对所述堆叠通电时所述分压器允许产生大体上均质电场。所述分压器可包含电阻器及电容器，其中所述电容器经选择以补偿所述板经历的寄生电容。可使用RF脉冲对所述环堆叠加速器通电。所述环堆叠加速器可包含用于校正引起非线性的效应的一或多个平衡电容器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案本申请案主张2014年1月2日申请且标题为“环堆叠离子加速器中产生的脉冲电场的均质化(Homogenization of the Pulsed Electric Field Created in a Ring Stack Ion Accelerator)”的第61/922,973号美国临时申请案(其以全文引用方式并入本文中)及2014年12月19日申请且标题为“环堆叠离子加速器中产生的脉冲电场的均质化(Homogenization of the Pulsed Electric Field Created in a Ring Stack Ion Accelerator)”的第62/094,283号美国临时申请案(其以全文引用方式并入本文中)的优先权。
本专利技术大体上涉及质谱分析法，且更特定来说，涉及利用环堆叠加速器的方法及设备。
技术介绍
在质谱分析法中，固体、液体或气体样本含有作为研究(通常为量化或识别)目标的原子或分子。目标原子或分子被电离化且以气相引入到质谱仪中。电离化原子或分子(离子)被根据其荷质比分离，且由能够检测带电颗粒的机构检测。所得信号被处理且组织成光谱，所述光谱呈现不同离子的根据离子质荷比而变化的相对丰度。使用此信息以用于识别及量化。通过使检测到的质荷比与已知或期望质荷比相关来完成识别。替代地，可使用特性裂解模式，其中源于主要分子结构的结构分解的离子被类似地分离及检测。可通过许多技术完成基于质荷比的离子分离。一种此类技术为飞行时间(TOF)质谱分析法。在飞行时间技术中，不同质荷比的离子经受恒定能量加速。接着，在远离加速的位置的距离处检测离子。在检测位置处，离子将在根据以下公式的与离子质荷比有关的不同时间撞击检测器： t = m 1 / 2 · d · K E 2 ]]>其中：t为离子行进从加速点到检测器的距离所需的时间，m为离子质荷比，d为加速点与检测器之间的距离，且KE为离子在加速中接收的能量。在距离及能量为恒定的情况下，离子飞行时间将取决于质荷比的平方根。通常情况为离子进入加速器且随后被加速，从而使飞行时间技术为脉冲技术。此意味着以脉冲产生离子(例如在激光电离的情况中，或当对加速电场施以脉冲(迅速接通)时)。加速器是飞行时间技术的重要组件。通常情况为，在任何单个加速事件期间存在多个离子。不同离子可能不共享加速器中的相同位置。因此，加速器的任务是，不管离子位置为何都产生相同的加速电场。换句话来说，对于加速器的有效容积，加速器应具有大体上均质电场，有效容积为加速器中的空间，随后将被检测到的任何离子将通过其行进。理想地，由按某一距离Z分离、在X及Y上具有无穷尺寸、在其之间具有电势差的两个完全平行的板产生均质电场。实际上，维度X及Y为有限的，且此引入自板的边缘的场渗透问题。此外，通常由将允许多数离子穿过的栅格替换一个板。如果用十分小的Z间隔将板间隔开，那么场渗透将减少。然而，如果出于某一原因，希望具有较大的Z间隔，那么场渗透将破坏均质性且加速器将不会将相同的动能施加到加速器中不同位置处的离子。在此情况中，离子飞行时间的变化将较大，且光谱仪的分辨能力将减小。用于使自侧面的场渗透最小化的策略是，使用置于最初的两个板之间的“场均质化”板。这些场均质化板将具有取决于两个原始板之间的位置而线性地变化的所应用的电势。此组合件可称为环堆叠加速器(RSA)。在以脉冲产生离子的情况中(例如在激光电离中)，可通过电阻分压器网络将电势施加于场均质化板。在此模式中，欧姆定律将适用。但如果原子及分子在其它地方被电离化且被引入到RSA中，那么RSA中的场将必须被断开以允许离子进入，接着接通以提供加速。在此情况中，接通及断开将十分迅速地发生，且欧姆定律将不适用。分压将主要取决于全部板之间及板与周围环境之间的电容值。对于电场在RSA中接通及断开的情况，希望实现均质电场。
技术实现思路
一方面，揭示一种用于质谱仪中的加速器，其包含：第一多个导电板，其被布置于堆叠中，间隙分离任一对所述板；及第一电阻器分压器，其电耦合到板。多个电容器电耦合到板且经配置以允许响应于跨越所述堆叠的电压脉冲的施加(例如，RF电压脉冲)
在每一板处产生具有从所述堆叠中的第一板到所述堆叠的最后一板大体上线性地变化的幅度的电压脉冲。举例来说，电压可在下游方向上线性地减小。RF脉冲可具有在约1Hz到约200,000Hz的范围内的频率、在约100伏特到约10,000伏特的范围内的幅度及约1微秒到约100微秒的范围内的持续时间。在一些实施例中，跨越堆叠所施加的电压脉冲的幅度在所述脉冲持续时间内可为恒定的。通过实例，可通过将堆叠中的第一板电耦合到电压源且使堆叠中的最后一板电接地而跨越堆叠施加所述RF电压脉冲。电容器可经布置以提供与电阻器分压器并联的电容器分压器。在一些实施例中，电容器分压器中的电容器为具有大体上补偿所述第一多个板中的寄生电容的值的离散电容器。在一些实施例中，由多个导电板所产生的电场至少沿着堆叠的纵轴且优选地在堆叠的有效容积内是大体上均质的。在一些实施例中，电容器经配置使得板在RF脉冲的频率下展现大体上相等的电阻抗。电容器可具有在(例如)约20微微法拉到约10毫微法拉的范围内的电容。在一些实施例中，每一板包含开口(例如，中心开口)以允许多个离子穿过其。在一些实施例中，加速器可进一步包含：第二多个导电板，其被布置于堆叠中，间隙分离任一对所述板；及第二电阻器分压器，其电耦合到所述第二多个导电板，其中第二多个导电板经配置以经由将DC电压施加到其而通电。在有关方面中，可提供一种用于质谱仪中的加速器，所述加速器包括：第一多个导电板，其被布置于堆叠中，间隙分离任一对所述板；第一电阻器分压器，其电耦合到所述板；一或多个电容器，其耦合到所述板且经配置以允许响应于跨越所述堆叠的电压脉冲的施加在每一板处产生具有从所述堆叠中的第一板到所述堆叠中的最后一板大体上线性地变化的幅度的电压脉冲；及一或多个平衡电容器，其用于校正引起非线性的效应。在一些实施例中，电容器可经布置以提供与所述第一电阻器分压器并联的电容器分压器。在一些实施例中，电容器分压器中的电容器可为具有大体上补偿第一多个导电板中的寄生电容的值的离散电容器。在一些实施例中，当用所述RF脉冲对所述第一多个导电板进行通电时，由所述第一多个导电板所产生的电场可至少沿着所述堆叠的纵轴大体上均质。在一些实施例中，电容器可经配置使得板在所述RF脉冲的频率下展现大体上相等的电阻抗。在一些实施例中，所述板中的每一者可包括开口以允许多个离子穿过其。在一些实施例中，第一多个导电板中的第一板可电耦合到经配置以提供所述RF脉冲的源。在一些实施例中，加速器可进一步包括：第二多个导电板，其被布置于堆叠中，间隙分离任一对所述板；及第二电阻器分压器，其电耦合到所述第二多个导电板，其中所述第二多个导电板可经配置以经由将DC电压施加到其而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于质谱仪中的加速器，其包括：第一多个导电板，其被布置于堆叠中，间隙分离任一对所述板；第一电阻器分压器，其电耦合到所述板；一或多个电容器，其耦合到所述板且经配置以允许响应于跨越所述堆叠的电压脉冲的施加而在每一板处产生具有从所述堆叠中的第一板到所述堆叠中的最后一板大体上线性地变化的幅度的电压脉冲；及一或多个平衡电容器，其用于校正引起非线性的效应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.02 US 61/922,973;2014.12.19 US 62/094,2831.一种用于质谱仪中的加速器，其包括：第一多个导电板，其被布置于堆叠中，间隙分离任一对所述板；第一电阻器分压器，其电耦合到所述板；一或多个电容器，其耦合到所述板且经配置以允许响应于跨越所述堆叠的电压脉冲的施加而在每一板处产生具有从所述堆叠中的第一板到所述堆叠中的最后一板大体上线性地变化的幅度的电压脉冲；及一或多个平衡电容器，其用于校正引起非线性的效应。2.根据权利要求1所述的加速器，其中所述电容器经布置以提供与所述第一电阻器分压器并联的电容器分压器。3.根据权利要求2所述的加速器，其中所述电容器分压器中的所述电容器为具有大体上补偿所述第一多个导电板中的寄生电容的值的离散电容器。4.根据权利要求1所述的加速器，其中当用所述RF脉冲对所述第一多个导电板进行通电时，由所述第一多个导电板所产生的电场至少沿着所述堆叠的纵轴大体上均质。5.根据权利要求1所述的加速器，其中所述电容器经配置使得所述板在所述RF脉冲的频率下展现大体上相等的电阻抗。6.根据权利要求1所述的加速器，其中所述板中的每一者包括开口以允许多个离子穿过其。7.根据权利要求1所述的加速器，其中所述第一多个导电板中的第一板电耦合到经配置以提供所述RF脉冲的源。8.根据权利要求1所述的加速器，其进一步包括：第二多个导电板，其被布置于堆叠中，间隙分离任一对所述板；及第二电阻器分压器，其电耦合到所述第二多个导电板，其中所述第二多个导电板经配置以经由将DC电压施加到其而通电。9.一种质谱仪，其包括：环堆叠加速器，其用于接收多个离子及使所述离子加速，所述环堆叠加速器包括：第一多个导电板，其被布置于堆叠中，间隙分离任一对所述板，第一电阻器分压器，其电耦合到所述板，及电容器分压器，其与所述第一电阻器分压器并联电耦合到所述板，其中所述电容器分压器经配置使得由所述第一多个导电板响应于将电压脉冲施加到所述堆叠所产生的电场至少沿着所述堆叠的纵大体上均质；一或多个平衡电容器，其用于校正引起非线性的效应；及检测器，其被安置于所述加速器下游且经配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·E·霍伊夫勒，威廉·M·劳埃德，亚历山大·齐皮洛维奇，
申请(专利权)人：DH科技发展私人贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG