在质谱仪中用于减小背景噪音的组件制造技术

在质谱仪系统中减少由亚稳定实体轰击产生的二次离子产生的背景噪音的新组件。用于出口电极和偏转板的分层结构将二次离子限制在局部低能阱中，从而防止二次离子进入检测器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及质谱仪。特别地，本专利技术提供用于在质谱仪中减小由中性亚稳定实体 引起的背景噪音的装置及方法。更特别地，描述了用于捕获由亚稳定实体对组件的轰击产 生的二次离子的仪器组件。
技术介绍
质谱仪是一种分析技术，其根据离子质荷比开发通过电场和磁场的离子轨道的相 关性。典型地，组件离子的传播计算为质荷比的函数，并且数据被汇编以形成物理样本的质 谱。质谱例如对于未知特性的化合物的识别、确定已知化合物的元素的同位素组成、解析化 合物的结构是有用的，以及利用校准的标准估计样本中化合物的数量。利用质谱仪的分析需要连续的三个组件过程，每个组件过程可以由几种类型的装 置的任一种执行。首先，离子源将样本转成成组分离子。其次，离开离子源之后，在质量分 析器中碎裂的样本中的带电粒种根据质荷比受到分类。最后分类的离子进入检测器室，在 检测器室中检测器将各分离的碎片离子转变成表示其相对丰度的信号。被组装构成质谱仪 的特定的离子源、质量分析器和检测器的属性适应用于分析特定样本类型或获取专门数据 的仪器的性能。对于一些应用，通过与在质谱仪中电离之前将样本分离成组分的其他分析技术结 合，能使通过质谱仪的分析得到增强。例如，在普通的增强中，气相色谱仪将样本在遇见质 谱仪离子源之前分离成构成组分，以提高相对低的分子量的组分之间的差别。这种设置，称 为气相色谱-质谱仪(“GC/MS”)，广泛地用于识别特别是环境分析以及药物、火和爆炸研 究中的未知样本。气相色谱仪的分离能力使GC/MS识别物质达到的确定性与单独使用质谱仪装置 可能的达到的确定性相比大得多。但是，惰性载气的必需使用也引入了背景噪音形式的分 析困难。在质谱仪中惰性载气的一些原子(例如氦)由于例如在离子源中的电子冲击或由 与通过聚焦元件加速的氦离子碰撞而被激发到更高能亚稳状态。通常的氦亚稳状态(例如 23S1)具有大约20eV的能量级并能持续几秒钟。亚稳原子不带电荷并因此不能由任何离子光学聚焦。其容易遵循视线路径并在其 路径中轰击仪器组件。碰撞通过已知为彭宁电离(Perming ionization)的过程产生二次 离子，由此由于在激发的亚稳态原子和二次离子源之间的势能的转移而发生电离。二次离 子源被确认主要会是组件表面上的由泵油、样本残留物和减压大气引起的杂质(例如碳氢 化合物)。在物质束中(例如在离子源中或在分析器的上游部分中)早产生的二次离子有机 会被分析器分类并由检测器计算为表示其化学组分和结构。但是，如果二次离子相反不产 生在分析器的出口附近，例如通过穿透作为检测器室的门的离子聚焦透镜，或在检测器室本身内，那么二次离子就不能由分析器分辨。如果这些晚产生的二次离子进入检测器，它们 确实非常无规则，从而产生背景噪音。亚稳定氦原子是使用氦载气的GC/MS系统中的主要 噪音源。二次离子也会由引入的其他元件的被激发的中性粒子产生，其他元素通过感应耦 合等离子体(“ICP”)离子源或由液相色谱-质谱仪(“LC/MS”)以及在大气压或减小的 压力下电离样本的其他方法引入。
技术实现思路
本专利技术提供了用于减少在质谱仪系统中由亚稳定中性原子和分子导致的背景噪 音的新组件，以及相关的新的质谱仪分析方法。在本专利技术的一个方面提供了一种新的多层透镜，用于允许离子从质量分析器到达 检测器系统。具有用于传送对象离子(subject ion)的中心孔的透镜具有被偏置以在透镜 内产生用于二次离子的局部势能阱的外部和中部电极。由粒子轰击中间电极产生的二次离 子被捕获到势能阱中并保持限定在中间电极的表面上。因此，该二次离子不能在检测器中 造成背景噪音。特别地，透镜包括相互电隔离的前部电极、中间电极和后部电极的分层结构。前部 电极包括格栅，格栅将前部电极的电势分配到透镜的前部上以提供中间电极的静电屏蔽， 但允许中性粒子和带电粒子通过。对象离子被聚焦到中间孔，同时中性粒子穿过前部电极 并穿透格栅后面的中间电极的表面。中间电极相对于前部电极和后部电极被偏置以使得中间电极中的二次离子与其 在前部电极和后部电极中的任一个中相比处于更低的电势。即，当负的带电的二次离子要 被捕获时，中间电极与前部电极和后部电极中的每一个相比处于较高电势；相反地，对于正 的带电的二次离子，中间电极与前部电极和后部电极中的每一个相比处于较低电势。在优选的实施例中，将对象离子从势能阱屏蔽的外部电极是接地的。这种构造包 括由中间电极产生的电场并限制中间电极对对象离子通过中心孔的轨道的影响，以使得对 于离子结构呈现出与单个接地电极相似。类似的分层的偏转板限定由亚稳定中性粒子从质量分析器输送到检测器室内的 撞击产生的二次离子。分层的偏转板的格栅覆盖的低电势的中间电极表面面对进入孔以使 得中性粒子进入室穿过格栅并穿透表面。因此产生的二次离子被限制到偏转板中间电极表这些分层的偏置结构减小了由亚稳定中性实体导致的系统背景噪音。改善的信号 噪音率转化为本专利技术的质谱仪系统的更低的检测能力限制。附图简要说明下面本专利技术的描述对照附图，其中附图说明图1示意地描绘了与本专利技术的相容的质谱仪系统；图2为根据本专利技术的实施例构造的离子聚焦透镜的分解图；图3A-3B示出了本专利技术的离子聚焦透镜的实施例的透视图，图3A示出了完整的组 件而图3B示出了移除了格栅以容易观察的透镜；图4示出了具有根据本专利技术的实施例构造的具有偏转板的质谱仪系统；以及图5描绘了本专利技术的偏转板实施例的截面图。图中的特征大体上不是按比例绘制。具体实施例方式参照图1，现有技术的质谱仪系统10包括三个主要部件离子源16、质量分析器 18和检测器系统20。实现样本电离、离子分离和检测技术以及通过质谱仪执行分析的这些 技术的因素通知装置对于质谱仪领域内的技术人员是已知的。离子源16通过几种技术中的任一项来实现样本的电离，这几种技术包括电子电 离、化学电离、电喷雾电离、基质辅助激光解析/电离以及等离子的感应耦合。电离技术可附带地将与物理样本无关的中性粒子引入到进入质谱仪的离子束内。 例如，氩或氦原子通常出现在ICP离子源的下游，而由以大气压力操作的离子源传递的离 子处于被氮分子污染的危险中。预电离分离技术是外来中性粒子(例如对于典型地使用氦 载气的GC/MS通常可见的激发的氦原子)另外的来源。LC/MS还会从离子源的活化剂(例 如雾化气)或从其操作的大气引入氮分子。由离子源16处理后，外来的中性粒子与样本的组分离子一起被静电地推进通过 门24中的入口 22进入质量分析器18。门24可以是聚焦透镜、准直仪或任何其它已知的与 质谱仪系统的其它部件的功能相容的装置，用于离子进入分析器。质量分析器18(例如扇形磁场、时间飞行或四极分析器)根据离子的质荷比将其 分类。分类的离子通过出口透镜30中的孔(例如具有标准8mm中心孔的接地板)以由检 测器系统20计算。分析器18中的中性粒子不会被施加的电场和磁场分类并且主要沿碰撞之间的直 的路径移动通过分析器18。穿透仪器部件上的表面杂质的充足高能的中性粒子产生二次离 子。在透镜30孔附近由于对透镜的轰击产生的二次离子通过孔排出分析器。而且，通过孔 离开的激发的中性粒子会通过穿透检测器系统20的元件而产生二次离子。源于这些位置 的二次离子进入检测器而未被分类并由检测器系统20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种限制具有电荷的二次离子的装置，包括：ａ．处于后电势的后部电极；ｂ．处于前电势的前部电极，包括格栅；ｃ．处于中间电势的中间电极，其位于所述前部电极和所述后部电极之间并与所述前部电极和后部电极电绝缘，并具有位于所述格栅后面的表面，在所述中间电势下二次离子被限制在所述表面上，所述二次离子通过由中性粒子对所述表面的轰击产生，当电荷是负时所述中间电势比所述后电势和前电势中的每一个高，当电荷是正时所述中间电势比所述后电势和前电势中的每一个低。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-1-24 12/019308一种限制具有电荷的二次离子的装置，包括a.处于后电势的后部电极；b.处于前电势的前部电极，包括格栅；c.处于中间电势的中间电极，其位于所述前部电极和所述后部电极之间并与所述前部电极和后部电极电绝缘，并具有位于所述格栅后面的表面，在所述中间电势下二次离子被限制在所述表面上，所述二次离子通过由中性粒子对所述表面的轰击产生，当电荷是负时所述中间电势比所述后电势和前电势中的每一个高，当电荷是正时所述中间电势比所述后电势和前电势中的每一个低。2.权利要求1的装置，其中，公共孔穿过所述中间电极和所述后部电极。3.权利要求2的装置，其中，所述格栅具有开口，所述公共孔延伸通过所述开口。4.权利要求2的装置，其中，所述装置是离子聚焦透镜，用于在质谱仪中允许物质束中 的离子从质量分析器进入检测器系统内，所述表面面对所述物质束。5.权利要求1的装置，其中，所述装置是质谱仪的检测器室中的偏转板，所述中间电极 的所述表面与所述质量分析器的出口相对地定位。6.权利要求1的装置，其中，所述中间电势以至少20伏不同于所述前电势和后电势中 的每一个。7.权利要求1的装置，其中，所述前部电极和后部电极处于接地电势。8.权利要求4的装置，其中，所述质量分析器为四极分析器。9.权利要求1的装置，还包括a.在所述后部电极和所述中间电极之间的后绝缘层；以及b.在所述前部电极和所述中间电极之间的前绝缘层。10.一种离子聚焦透镜，用于在质谱仪中允许物质束中的离子从质量分析器进入检测 器系统内以及用于限制由中性粒子与所述透镜碰撞所产生的二次离子，所述透镜包括a.处于后电势的后部电极；b.处于前电势的前部电极，包括格栅；c.处于中间电势的中间电极，其位于所述前部电极和所述后部电极之间并与所述前部 电极和所述后部电极电绝缘，并具有位于所述格栅后面的表面，在所述中间电势下二次离 子被限制在所述表面上，所述二次离子通过由中性粒子轰击所述表面产生，当电荷是负时 所述中间电势比所述后电势和前电势中的每一个高，当电荷是正时所述中间电势比所述后 电势和前电势中的每一个低；以及d.通过所述中间电极和所述后部电极的公共孔。11.权利要求10的装置，其中，所述中间电势以至少20伏不同于所述前电势和所述后 电势中的每一个。12.权利要求10的透镜，其中，所述前部电极和所述后部电极是接地的。13.权利要求11的透镜，其中，所述前部电极和所述后部电极是接地的。14.权利要求10的装置，其中，所述质量分析器是四极分析器。15.权利要求10的装置，其中，所述公共孔穿过所述格栅。16.权利要求10的装置，还包括a.在所述后部电极和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：PJ莫里斯勒，JL德塞萨雷，
申请(专利权)人：珀金埃尔默保健科学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]