在质谱仪的离子检测器中运行二次电子倍增器以延长使用寿命的方法技术

本发明专利技术涉及一种在质谱仪的离子检测器中运行二次电子倍增器以延长使用寿命的方法，其中向二次电子倍增器提供工作电压，使得产生每个撞击离子少于10

A Method of Running Secondary Electron Multiplier in Ion Detector of Mass Spectrometer to Extend Service Life

【技术实现步骤摘要】
在质谱仪的离子检测器中运行二次电子倍增器以延长使用寿命的方法
本专利技术涉及二次电子倍增器(SEM)在质谱仪的离子检测器中的电子结合以及工作电压的最佳设置，以延长SEM的使用寿命。
技术介绍
几种类型的无窗二次电子倍增器(通常简称为“倍增器”)可用于质谱仪中以测量非常低的离子电流。它们的共同之处在于它们在质谱仪的真空中运行时会老化。通过改变工作电压，可以在很宽的范围内调整市售倍增器的放大，极端情况下在104到108之间(通常为106)，尽管在高电压下运行倍增器会使它们很快老化。根据目前的认知，老化的发生是因为倍增电极上的涂层被电子崩塌改变，这增加了特殊调节过的表面的功函数并降低了二次电子的产量。对于某些类型的倍增器，可以观察到表面变色形式的变化。涂层的变化率很可能取决于撞击电子的电流密度，但也取决于它们的冲击能量，因此当工作电压较高时，即使设定了相同的电子电流，即相同的放大率，变化也会更快地发生。通过提高工作电压可以补偿由老化引起的放大率降低，但是这会逐渐加剧老化过程并且逐渐降低剩余使用寿命。二次电子倍增器的这种老化不仅仅是时间的函数，而且是它们被使用的时间长度的函数。对于某些类型的倍增器，使用寿命还取决于产生第一代电子的离子的类型和能量。老化过程中涉及的其他参数是温度，运行阶段之间的静止时间，真空中残余气体的类型，排气阶段等。因此，倍增器取决于所施加的电压的放大必须通过增加工作电压而在一段时间内复位。当达到工作电压的上限时，不再能够重新调节放大，并且必须更换倍增器。必须经常更换倍增器不仅成本高，而且由于运行中断而造成困扰，并且这可能在质谱仪排气后持续数小时甚至数天。制造商的服务部门也经常需要参与。特别造成困扰的是飞行时间质谱仪中的倍增器的老化，飞行时间质谱仪用于获取用于薄组织切片质谱的成像的数十万个质谱。这里，倍增器有时甚至不能承担在面积仅为几平方厘米的单个薄组织切片中光谱的采集。在具有大量单独制备样品的载板的情况下，如用于高通量分析或大规模平行分析，例如具有1536个或更多个单独的样品点，当快速连续分析板上的所有单个样品时，老化迹象也会变得明显。目前仍在使用的由J·S·Allen设计的最古老类型的二次电子倍增器由8至18个离散的倍增器电极(有时甚至更多)组成，通过分压器在其间施加每对倍增器电极100至200伏的电压。倍增电极的表面以特定方式调节以产生低功函并因此产生高产率的二次电子。离子撞击第一倍增器电极，在那里它们产生二次电子，该二次电子被加速然后撞击到第二倍增器电极上。然后，这些电子中的每一个平均产生几个二次电子，从而沿着倍增电极形成电子崩塌。放大率是每个撞击到第一倍增器电极上的离子的来自最终倍增器电极的电子数量。可以这样形成倍增电极，使得二次电子从一个倍增器电极飞到另一个倍增器电极所需的时间对于所有电子大致相同。这使得源自单个初级离子的电子脉冲的半峰全宽可能仅为约0.5纳秒或甚至更小。这允许在飞行时间质谱仪中实现R＝50,000和更高的高质量分辨率，尽管采用了具有每秒约4千兆样本的测量速率的每秒10,000个质谱的高采集率。其他类型的二次电子倍增器是所谓的“通道倍增器(ChanneltronMultipliers)”和多通道板。通道式倍增器(Channeltrons)不能作为飞行时间质谱仪的探测器，因为离子的穿透深度变化了很多个毫米，这就产生了路径长度的变化。例如，它们用于3D四极离子阱质谱仪。多通道板具有2至6微米的通道直径，并且通常在由两个板组成的实施例中提供，其顺次布置，并且通道方向彼此成微小角度(V字形布置)。在这两种类型的二次电子倍增器中，在内部通道的表面上存在电压降，在给定适当的形状和表面调节的情况下，电压降导致通道中的电子崩塌。放大率范围类似于倍增极二次电子倍增器。图1显示了双通道板的特征曲线，其通道直径仅为2微米。老化过程与倍增极倍增器具有相同的原因和影响，但通常仅限于第二个多通道板。这些多通道板倍增器也非常快。一个初级离子的出射电子脉冲的半峰全宽小于1纳秒。然而，离子进入各个小通道的不同穿透深度在此也产生问题，穿透深度的变化高达30微米。同样地，多通道板表面的不均匀性也可以产生高达30微米的路径长度的变化。对于具有两米飞行路径的飞行时间质谱仪，由于不同的路径长度，相同质量的离子的飞行时间因此可以变化大约30ppm(百万分比)，因此限制了质量分辨率和质量测定的准确性。为了消除穿透深度的变化，可以使离子撞击在非常平坦的转换板上并通过磁性装置将出现的二次电子引导到SEM上。这种布置的一个例子是来自ETPElectronMultipliersPty.Ltd.(澳大利亚)的称为MagneTOFTM的二次电子倍增器。倍增器提供高质量分辨率和高质量准确度，但可能易受老化过程的影响。二次电子倍增器具有特征曲线，其显示作为电源电压的函数的放大率对数。特征曲线或多或少是直的，即，无论输出电压如何，电源电压增加值ΔV以因数F增加放大率。老化会改变特征曲线的位置。当特征曲线已知时，因此通过将电压增加ΔV可以在一定程度上再次补偿由老化引起的放大率以因数F的减小。可以采取多种措施来延长倍增器的使用寿命。公开文献WO2012/021652A2(E.Kneedler和J.H.Orloff)提出，来自第一转换板的电子分布在多通道板的整个表面上，使得板被均匀地利用。该措施基于以下假设：老化取决于撞击流的密度。然而，申请人无法通过自己的调查证实这一假设。在公开文献EP2680295A2(A.Graupner等人)中，来自转换板的二次电子流可以互换地指向两个单独的多通道板，这旨在使装置的使用寿命加倍。在公开文献US2017/0025265A1(A.N.Verenchikov和A.Vorobyev)中，将使用真空玻璃管中的艾伦型倍增极的光电倍增管用在飞行时间质谱仪中。管中非常纯的真空意味着使用寿命比在质谱仪的真空中运行的倍增器的使用寿命长得多。磁场将转换板的二次电子引导到位于光电倍增管前面的闪烁体上。不幸的是，这些措施导致来自单个离子的电子崩塌的半峰全宽被扩展到大约5纳秒，这大大降低了上述采集条件下飞行时间质谱仪所能实现的质量分辨率。此外，产生约15％的缓慢衰减电流，其源自闪烁体中较慢的荧光过程。然而，不含上游多通道板的光电倍增器的这种使用没有考虑第一多通道板实际上不老化的事实。因此，可以将多通道板放置在高速光电倍增器的前面而不会显着老化。这种布置由Photonis(美国)以名称“BiPolarTOFDetector”提供。提供两种不同的版本，其中一种版本以特别高的速度运行，脉冲宽度为0.7纳秒，而另一种版本稍微慢一些，在1.7纳秒，但具有特别大的动态测量范围。然而，两种版本都存在穿透深度变化的问题。调整质谱仪中二次电子倍增器的放大率通常是主要的困难。大多数质谱仪既不能测量离子源中产生的离子数量，也不能单独测量SEM的放大率，但两者可以在很宽的范围内相互补偿。如果信号太大，则几乎不可能确定是否产生太多离子或者是否由于运行电压太高而将SEM的放大率设置得太高。然而，SEM的高放大率是有害的。首先，它缩短了SEM的寿命，其次，由于测量的离子太少，质谱不必要地产生噪声。二次电子倍增器的放大率在其寿命期间不保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在质谱仪的离子检测器中运行二次电子倍增器以延长使用寿命的方法，所述方法包括：‑向二次电子倍增器提供工作电压，使得产生每个撞击离子少于10

【技术特征摘要】
2018.03.29 DE 102018107529.41.一种在质谱仪的离子检测器中运行二次电子倍增器以延长使用寿命的方法，所述方法包括：-向二次电子倍增器提供工作电压，使得产生每个撞击离子少于106个二次电子的放大率，以及-使用安装在二次电子倍增器附近的电子前置放大器放大二次电子倍增器的输出电流，所述二次电子倍增器噪声水平很低，使得被检测到的撞击离子检测器的单个离子的电流脉冲高于数字化单元输入端的噪声。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述二次电子倍增器的放大率设定为每个撞击离子小于105个二次电子。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述二次电子倍增器的放大率设定为每个撞击离子小于2×104个二次电子。4.根据权利要求1所述的方法，其中通过在质谱仪的真空系统中靠近二次电子倍增器，或者在真空系统的壳体上放置前置放大器能够实现低噪声的放大。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安·博姆，安德烈亚斯·哈泽，延斯·赫恩多尔夫，
申请(专利权)人：布鲁克道尔顿有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE