CN102047378A - 质谱仪 - Google Patents

Abstract

在此提供了一种在质量分析器电源的两个模式之间进行切换的方法。在一个第一工作模式中工作一个第一预定义的持续时间，连接到该质量分析器上的一个第一电源产生了一个第一非零电势，同时与该质量分析器断开连接的一个第二电源产生了一个第二非零电势。在一个第二工作模式中工作一个第二预定义的持续时间，该第二电势被连接到该质量分析器上，同时与该质量分析器断开连接的第一电源产生了该第一电势。这些预定义的持续时间被选择为使得在任何时间仅将该第一电势和该第二电势之一连接到该质量分析器上，并且使得在一个预定的时间长度之内该第一和第二工作模式执行至少一次。

Description

质谱仪

发明的技术领域

本发明涉及对带正电的和带负电的离子二者进行精确的质量分析的一种质谱仪，并且涉及将电势提供给这样一种质谱仪的质量分析器的一种方法。

发明背景

许多提供精确的质量测量的质量分析器使用由高压电源所产生的静电场。在一些应用中，例如在利用大气压下电离的液相色谱质谱法(LC/MS)中，用于分析的粒子的电离效率在不同的极性下可能是最佳的。在这类情况中，对所有离子的分析要求对质量分析器的静电场的极性进行切换。为了精确的质量分析，令人希望的是使静电场的稳定性最大化。

一些现有的技术使用具有相同极性的一个或多个电源来提供正电势和负电势二者。于是，可以通过将整个高压网络的电力降低、将继电器切换以使电源的输出极性反转、并且再次将该高压网络的电力升高来实现极性切换。还可能要求对脉冲器的布线或触发进行调整。此外，可以将一个不同的反馈电阻器链用于在不同极性之间的电压调节。一旦整个网络已经将电力升高，其加热和稳定可能要花费几个小时。在这个时间的过程中，在提供用于产生静电场的电势可能不稳定时，由于这些原因使该质量分析器的精确度是不良的。WO-2004/107388和WO-2008/081334也展示了用于将离子注入质量分析器的方案，这种质量分析器要求稳定和精确的电势。

在WO-A-2007/029327中说明了一种具有改进的切换速度的高压电源。它被设计用于为一个转换倍增极供电。使用了两个电源，每个电源提供一个电压，这个电压具有相对于另一个电源相反的极性。通过将提供不想要的极性的电源的电力降低并且将另一个电源的输出调节到所希望的水平来改变该电源输出的极性。因此，通过牺牲该输出电压的精准度而改善了极性的切换速度。

发明概述

针对这一背景，本发明提供了一种在质量分析器的电源的第一模式与第二模式之间进行切换的方法，该方法包括：在一个第一工作模式中，将由一个第一电源产生的一个第一非零电势连接到该质量分析器上，同时一个第二电源产生一个第二非零电势但该第二电源与该质量分析器是断开连接的；在一个第二工作模式中，将由该第二电源产生的该第二非零电势连接到该质量分析器上，同时该第一电源产生该第一电势但该第一电源与该质量分析器是断开连接的；在该第一工作模式下运行一个第一预定义的持续时间；并且在第二工作模式下运行一个第二预定义的持续时间。将该第一预定义的持续时间和第二预定义的持续时间选择为使得在任何时间仅将该第一电势和该第二电势之一连接到该质量分析器上，并且使得在一个预定的时间长度内将在该第一工作模式和该第二工作模式中的这些运行步骤执行至少一次。

使用两个连续运行的电源意味着来自每个电源的电势是连续并且立即可供使用的，尽管事实上这些电源从未在同一时间被连接。在一个电源需要将电力升高以便使另一个电势得以产生时，这缓和了切换迟延的问题。

然而，如果将一个电源保持空闲过长时间，则该电源的稳定性可能降低。在此背景下，“空闲”是指一个电源产生一个非零电势，但该电源是与一个负载断开连接的，这样使得它实际上供给零电流。通过将该质量分析器在该第一电源与该第二电源之间进行切换而使得在一个预定的时间长度上两个电源都被连接到该质量分析器上，由第一电源提供的平均电流以及由第二电源提供的平均电流都被保持在不低于一个预定的非零的水平上。这两个电源的稳定性并且因此其精确度由此而得到改善。这种切换是独立于该质量分析器的分析要求来执行的。

高度令人希望的是，有待呈现给该电源的负载阻抗是与该电源的阻抗相匹配的。通过定期地将没有正在用于质量分析的电源连接到质量分析器上，这有利地保持了由该电源所产生的电势的稳定性。

因此，这两个电源均可以提供精确的输出，这样使得两个高精确度的电势立即可供用于在两者间进行切换。当对于这两个电势都需要较大的再充电电流连同高精确度时，这些优点就是特别令人希望的。

优选的是，该第一电势的极性与该第二电势的极性是相反的。因此，这两个精确的电势对于带正电荷的以及带负电荷的粒子的分析都是可以使用的。可任选的是，该第一非零电势与该第二非零电势在幅值上是相等的。

在该优选的实施方案中，该第二预定义的持续时间的长度不长于该第一预定义的持续时间的长度。最优选的是，该第一预定义的持续时间的长度实质上等于该第二预定义的持续时间的长度。以此方式，由这两个电源所引出的平均电流是相似的。

有利的是，该方法进一步包括：在该第一预定义的持续时间的过程中在该质量分析器处接收带电粒子。优选的是，该方法进一步包括：使用该第一电势在该质量分析器中产生一个电场，以便由此而允许在该第一预定义的持续时间的过程中对这些带电粒子进行分析。以此方式，可以使用由一个电源产生的精确电势来对粒子进行分析。

可任选的是，如果该质谱仪是在该第一工作模式下工作一个预定义的次数，特别是这样使得在该质量分析器中对所接收的带电荷粒子执行了这个预定义次数的分析，则在该质谱仪未首先在该第二工作模式下工作的情况下，不再使该质谱仪在该第一工作模式下工作。优选的是，该预定义的次数是100或20或10。更优选的是，该预定义的次数是3或2。最优选的是，该预定义的次数是1。以此方式，这两个电源的稳定性被维持在一个基本相等的水平上。应当指出，典型地是只有该切换过程自身产生力电流的流动，并且一旦跨过该质量分析器的电势是恒定的，就没有电流流过这些电源。该预定的时间长度由此与一个单个的质量分析周期的持续时间是相关的。

一个优点是该第一预定义的持续时间的长度是基于用来执行接收带电粒子并且产生该电场以便允许对这些带电粒子进行分析的这些步骤所花费的时间长度。以此方式，该第一预定义的持续时间的长度取决于一次分析所要求的时间长度。优选的是，该第二预定义的持续时间的长度不长于该第一预定义的持续时间的长度。

有益的是，该第二预定义的持续时间的长度是独立于在该第一预定义的持续时间的过程中在该质量分析器处所接收的这些带电粒子的极性。

该预定的时间长度优选地是不大于该第一预定义的持续时间的长度与该第二预定义的持续时间长度之和。

有利的是，本方法进一步包括产生一个与所述第一电势极性相同的第三电势。于是，第一工作模式可以包括：在一个第一时间段的过程中将该第一电势连接到该质量分析器上，但是不将该第三电势连接到该质量分析器上，该第一时间段至少是该第一预定义的持续时间的一部分。优选的是，该第一工作模式还包括：在一个第二时间段的过程中将该第一电势连接到质量分析器上并且将该第三电势连接到质量分析器上，该第二时间段是该第一预定义的持续时间的一部分。在该优选的实施方案中，该第二时间段在该第一时间段之前，并且一个电源在该第一时间段的过程中继续产生该第三电势。同样有利的是，一个电源在该第二工作模式的过程中继续产生该第三电势。

该第三电势优选地通过一个第三电源产生，虽然可替代地，该第一电源也可以产生该第三电势。如果可能的话，该第一电源的稳定性和精确度是大于该第三电源的。由此有利地降低了流过该第一电势的电流。此外，该第三电势的幅值优选地是大于该第一电势的幅值。这有利地降低了不想要的寄生振荡(被称为“鸣振”)，因为在供应当第一电势时的电压阶跃是相对较小的。

同样有利的是，本方法可以进一步包括产生与该第二电势极性相同的一个第四电势。于是，该第二工作模式可以包括：在一个第三时间段的过程中，将该第二电势连接到该质量分析器上，但是未将该第四电势连接到该质量分析器上，该第三时间段是该第二预定义的持续时间的一部分。优选的是，该第二工作模式还包括：在一个第四时间段的过程中，将该第二电势连接到该质量分析器上并且将该第四电势连接到该质量分析器上，该第四时间段是该第二预定义的持续时间的一部分。在该优选的实施方案中，该第四时间段在该第三时间段之前，并且一个电源在该第三时间段的过程中继续产生该第四电势。该第三时间段和第四时间段优选地跟随在该第一时间段和第二时间段之后，这样使得该第一预定义的持续时间在该第二预定义的持续时间之前。同样有利的是，一个电源在该第一工作模式(该第一预定义的持续时间)的过程中继续产生该第四电势。该第四电势优选地是由一个第四电源产生的，虽然可替代地，该第二电源也可以产生该第四电势。如果可能的话，该第二电源的稳定性和精确度是大于该第四电源的。此外，该第四电势的幅值优选地是大于该第二电势的幅值。

在该优选的实施方案中，将该质谱仪安排为在该第一预定义的持续时间中(包括该第一时间段和第二时间段)在该第一工作模式下工作，并且在该第二预定义的持续时间中(包括该第三时间段和第四时间段)在第二工作模式下工作。

在该优选的实施方案中，该质量分析器代表一个实质上无功性负载，因此其阻抗主要是在数学术语中“虚数的”。在这类情况下，应当认识到，只有将该电源连接到该负载上时，才有明显的电流流动。因此，为了保持供电的稳定性，所希望的是将该电源定期地连接到一个阻抗匹配的负载上并且然后从其上断开连接。优选的是，该质量分析器代表一个实质上电容性负载，并且更优选的是，该质量分析器属于一种轨道阱的类型。可替代地，该质量分析器属于一台飞行时间的类型，并且可任选地该质量分析器包括一个静电阱。可任选的是，该质量分析器代表一个实质上电感性负载。

在另一个方面中，本发明存在于一种质谱仪中，该质谱仪包括：一个质量分析器；一个第一电源，它被安排用于产生一个第一电势；一个第二电源，它被安排用于产生一个第二电势；一个开关，它具有一个第一工作模式以及一个第二工作模式，在该第一工作模式中将该开关安排为将该第一电势连接到该质量分析器上并且将该第二电势与该质量分析器断开连接，并且在该第二工作模式中将该开关安排为将该第二电势连接到该质量分析器上并且将该第一电势与该质量分析器断开连接；以及一个控制器，该控制器被安排为将该开关配置为在其第一工作模式下持续一个第一预定义的持续时间，并且将该开关配置为在其第二工作模式下持续一个第二预定义的持续时间，将该第一预定义的持续时间和第二预定义的持续时间的选择为使得在一个预定时间长度之内，该第一工作模式和该第二工作模式被执行至少一次。将该第二电源安排为在该开关被安排在其第一工作模式时继续产生所述第二电势，并且将该第一电源安排为在该开关被安排在其第二工作模式时继续产生所述第一电势。

在本发明的又另一个方面中，在此提供了一种将电势提供给质谱仪的质量分析器的方法，该方法包括：从一个第一电源产生一个第一电势；从一个第二电源产生一个第二电势；从一个第一工作模式(其中该第一电势被连接到该质量分析器上)切换到一个第二工作模式(其中该第一电势未被连接到该质量分析器上)，但是该第一电源继续产生所述第一电势；以及从一个第三工作模式(其中该第二电势被连接到一个假负载上)切换到一个第四工作模式(其中该第二电势未被连接到该假负载上)，但是该第二电源继续产生所述第二电势。从所述第一工作模式切换到所述第二工作模式的步骤、以及从所述第三工作模式切换到所述第四工作模式的步骤在一个预定的时间长度的过程中各自至少发生一次。

该预定的时间长度可以按以上关于本发明的其他方面的说明来建立。优选的是，该质量分析器具有一个特性阻抗，并且该假负载具有该质量分析器的特性阻抗。

在一个实施方案中，该第一电势具有与该第二电势相反的极性。于是，本方法可任选地进一步包括：在该第二工作模式的过程中从该第三工作模式或该第四工作模式切换到一个第五工作模式，其中该第二电势被连接到该质量分析器上。

在一些实施方案中，本方法进一步包括从该第一工作模式或该第二工作模式切换到一个第六工作模式，其中该第一电势被连接到一个第二假负载上。当该第三工作模式和该第六工作模式不在同一时间发生时，该第二假负载可任选地是与该第一假负载一样。

优选的是，本方法进一步包括：从一个第三电源产生一个第三电势；以及从一个第七工作模式(其中该第三电势被连接到质量分析器上)切换到一个第八工作模式(其中该第三电势未被连接到质量分析器上)。有利的是，该第三电势具有与该第一电势相同的极性，并且该第七工作模式是与在使用该第一工作模式的同时使用的。

更优选的是，本方法进一步包括从该第七工作模式或该第八工作模式切换到一个第九工作模式，其中该第三电势被连接到一个第三假负载上。当该第九工作模式和该第六工作模式不同时发生时，该第三假负载可任选地与该第二假负载是一样的。当该第九工作模式和该第三工作模式不同时发生时，该第三假负载可任选地与该第一假负载是一样的。

优选的是，本方法进一步包括：从一个第四电源产生一个第四电势；以及从一个第十工作模式(其中该第四电势被连接到该质量分析器上)切换到一个第十一工作模式(其中该第四电势未被连接到该质量分析器上)。有利的是，该第四电势具有与该第二电势相同的极性并且在使用该第五工作模式的同时使用该第十工作模式。

更优选的是，本方法进一步包括从该第十工作模式或该第十一工作模式切换到一个第十二工作模式，其中该第四电势被连接到一个第四假负载上。当该第十二工作模式和该第三工作模式不同时发生时，该第三假负载可任选地与该第一假负载是一样的。当该第十二工作模式和该第六工作模式不同时发生时，该第三假负载可任选地与该第二假负载是一样的。

在一个相关的方面中，在此提供了一个质谱仪，该质谱仪包括：一个质量分析器；一个第一电源，它被安排用于产生一个第一电势；一个第二电源，它被安排用于产生一个第二电势；一个假负载；一个第一开关，该第一开关具有一个第一工作模式(其中该第一电势被连接到该质量分析器上)以及一个第二工作模式(其中该第一电势未被连接到该质量分析器上)；一个第二开关，该第二开关具有一个第三工作模式(其中该第二电势被连接到该假负载上)以及一个第四工作模式(其中该第二电势未被连接到该假负载上)；以及一个控制器，该控制器被安排为当该第一开关在其第二模式下工作时控制该第一电源以便继续产生所述第一电势，并且当该第二开关在其第四方式下工作时控制该第二电源以便继续产生所述第二电势；并且其中该控制器进一步被安排为在一个预定义时间段中控制所述第一开关以便从所述第一工作模式到所述第二工作模式切换至少一次，并且在该预定义的时间段的过程中控制所述第二开关以便从所述第三工作模式到所述第四工作模式切换至少一次。

有利的是，该假负载包括一个电阻器。可任选的是，该假负载包括一个电阻器，该电阻器与一个电容器、以及一个电感之一或二者并联。

在此进一步提供一种质谱仪，该质谱仪包括：一个质量分析器；一个第一电源，该第一电源被安排用于产生一个非零幅值V₁的以及一个第一极性的第一电势；一个第二电源，该第二电源被安排用于产生一个非零幅值V₂的以及一个第二的、相反极性的一个第二电势；以及一个控制器，该控制器被安排用于将该第一电势提供给该质量分析器，并且将提供给该质量分析器的电势直接地在(处于一个第一工作模式中的)所述非零幅值V₁的第一电势与(处于一个第二工作模式中的)所述非零幅值V₂的第二电势之间进行切换。

在此还构想了一种在质量分析器电源的第一模式与第二模式之间进行切换的方法，该方法包括：在一个第一工作模式中，将由一个第一电源产生的一个第一电势连接到该质量分析器上，同时一个第二电源产生一个第二电势但是该第二电源是与该质量分析器断开连接的；在一个第二工作模式中，将由一个第二电源产生的第二电势连接到该质量分析器上，同时该第一电源产生该第一电势但是该第一电源是与该质量分析器断开连接的；以及从该第一工作模式切换到该第二工作模式，这样使得在任何时间仅将该第一电势或该第二电势之一连接到该质量分析器上。

优选的是，该第一电势的极性是与该第二电势的极性是相反的。因此，这两个精确的电势可以用于带正电荷的和负电荷的粒子二者的分析。

在此额外地构思了一种将电势提供给质谱仪的质量分析器的方法，该方法包括：产生一个非零幅值V₁的和一个第一极性的一个第一电势；产生一个非零幅值V₂的和一个第二的、相反极性的一个第二电势；将该第一电势提供给该质量分析器，并且将提供给该质量分析器的电势直接地在(处于一个第一工作模式中的)所述非零幅值V₁的第一电势与(处于一个第二工作模式中的)所述非零幅值V₂的第二电势之间进行切换。

通过产生两个极性相反的分离的电势并且在它们之间进行直接切换，这样使得该质量分析器未被连接到任何其他电势上、或者未被允许处于从一个电势连接到另一个电势之间在一个不确定的电势上持续任何明显的时间长度，在质量分析器中在利用一个精确的电势前就无需等待电源预热。

可任选的是，该非零幅值V₁与该非零幅值V₂是相等的。

这些方面的一种组合也是可能的。

附图简要说明

本发明可以通过多种不同的方式来实现，这些方式之一将仅通过举例的方式并参见附图予以说明，在附图中：

图1示出了根据本发明的质谱仪的一个示意性简图；

图2示出了图1的实施方案的一个更详细的示意性示图；

图3示出了用于图2的实施方案的一种控制器；

图4示出了用在图3的控制器中的示例性信号；

图5示出了用在图2的实施方案之一示意性的切换安排；

图6示出了用在图5的示意性切换安排中的示例性信号；

图7示出了来自图5的示意性切换安排之一可替代的输出信号；并且

图8示出了本发明的一个可替代的实施方案。

优选实施方案的具体说明

现在参见图1，在此示出了一个质谱仪的示意性简图，该质谱仪包括一个第一电源10、一个第二电源20、一个由控制器40控制的开关30，以及一个质量分析器50。该第一电源的作用是产生一个第一电势15，并且该第二电源的作用是产生一个第二电势25。

第一电源10和第二电源20连续地工作。第一电势15具有一个相对接地电势的负极性，并且第二电势25具有一个相对接地电势的正极性。可以将该第一电势用于质量分析器50中的正离子分析，并且可以将该第二电势用于在质量分析器50中的负离子分析。控制器40确保了在一个预定义的时间段内第一电势15和第二电势25均被至少一次连接到质量分析器50上。

普通技术人员将认识到，为了展示本发明的这些关键特征，图1在某种程度上被简化。在图2中，在此示出了图1的实施方案的一个更详细的示意图。例如，普通技术人员应当理解，当使用一台轨道阱(TM)类型的质量分析器100时，要求不止一个电势。可以将一个粗调电势用以产生用于离子捕获的一个电场，同时将一个精确的电势用以提供用于离子测量的一个稳定的电场。

第一粗调电源60提供一个负粗调电势61，并且第二粗调电源70提供一个正粗调电势71。第一精确电源65提供一个负精确电势66，并且第二精确电源75提供一个正精确电势76。所提供的电势是由这些电源中的每一个来调节的。

控制器45控制着高压(HV)开关80、81、82和83。将负粗调电势61提供给第一HV开关80，并且控制器45提供了第一切换信号46以控制这个开关。将负精确电势66提供给第二HV开关81，并且控制器45提供了第二切换信号47以控制这个开关。

将正粗调电势71提供给第三HV开关82，并且控制器45提供用来控制这个开关的第三切换信号48。将正精确电势76提供给第四HV开关83，并且控制器45提供了用来控制这个开关的第四切换信号49。

将来自第二HV开关81和第四HV开关83的输出连接在一起并且作为输出90提供给质量分析器100。第一切换信号46和第二切换信号47不能与第三切换信号48和第四切换信号49在同一时间提供。换言之，输出90在任何一个时刻只能是一个正电势或一个负电势。

在本优选实施方案中，负精确电势66是-5kV，并且正精确电势76是+5kV。这两个电势的稳定性是高的(典型地+/-2ppm)。负粗调电势66和正粗调电势76在幅值上比各自的精确电势低大约800-1800V。这些粗调电势的稳定性比精确电势低很多(例如，+/-20-30ppm)。将这四个电源独立地进行调节，这改善了多个输出的稳定性，并且特别是改善了这些粗调电源与这些精确电源的分离。

这允许第一粗调电源60或第二粗调电源70在整个电压范围的80％上供给高得多的电荷，用于对该质量分析器负载电容进行再充电(大约50到100pF，包括导线加上相关联的晶体管的电容)。然后，负精确电源65或正精确电源75仅剩余一小部分的电压范围用于再充电。

在控制器45的设计中可以更好地理解该质谱仪的工作方法。在图3中，在此示出了一个控制器，该控制器具有用于控制输出90的三个输入信号。一个极性信号101指示输出90的极性，一个粗调供应器触发信号102指示了输出90应当包括该粗调电源的输出，并且一个精确供应器触发信号103指示输出90应当包括该精确电源的输出。

门极110接收极性信号101和粗调触发信号102，并且产生一个粗调供应器控制信号111。门极120接收极性信号101和精确触发信号103，并且产生一个精确供应器控制信号121。

在此提供了两个上升沿检测器131，它们检测从一个低逻辑电平变化到一个高逻辑电平的输入。一个上升沿检测器131接收粗调供应器控制信号111，并且另一个上升沿检测器131接收精确供应器控制信号121。

还提供了两个下降沿检测器132，它们检测从一个高逻辑电平变化到一个低逻辑电平的输入。一个下降沿检测器132接收粗调供应器控制信号111，并且另一个下降沿检测器132接收精确供应器控制信号121。

将每个上升沿检测器131和下降沿检测器132的输出提供给一个对应的晶体管输出级133。将该晶体管输出级133的这些输出提供给多个隔离器134，在这种情况下这些隔离器是变压器。将这些隔离器134的输出各自提供给一个对应的电荷积聚器135。这些提供了第一切换信号46、第二切换信号47、第三切换信号48和第四切换信号49。

控制器45的工作可以通过参照在正常工作的过程中该控制器中产生的这些信号而获得更好的理解。转至图4，它示出了用在控制器45中的多个示例性信号。

图4被一分为二。在图4的左手边，极性信号101是低的，指示负极性。最初通过该负精确电源的电势来提供输出90。粗调供应器触发信号102最初从一个低逻辑电平变化到一个高逻辑电平，这在粗调供应器触发信号111中引起一个正脉冲。这导致输出90从该精确的负供应器的电势向该粗调正电势的电平增长，该粗调负电源被切换为断开。输出90在一个短的时间段141内接近一个恒定的电压，并且可以在时间段141的一部分中停留在该电压上。在相对于粗调供应器触发信号102的一个10-10000微秒的延迟之后，精确供应器触发信号103从低变到高。这在精确供应器控制信号121中导致一个正脉冲，并且致使输出90的电平增长到该正精确供应器电势的电平，该正粗调电源仍然处于连接状态。

经过一段时间后，该粗调供应器触发信号102从一个高逻辑电平转变到一个低逻辑电平。这在该粗调供应器控制信号111中引起一个负脉冲并且致使输出90的电平减少了该负粗调电源的电势、该正精确电源和该正粗调电源都被切换断开。经过另一个延迟后，精确供应器触发信号103从一个高逻辑电平转变到一个低逻辑电平。这在该精确供应器控制信号121中引起一个负脉冲，并且致使该输出90的电平减少到该负精确电源的电平，该粗调的负的电源仍然处于连接状态。

在图4的右手边，极性信号101是高的，指示正极性。最初通过该正精确电源的电势来提供输出90。粗调供应器触发信号102最初从一个低逻辑电平变化到一个高逻辑电平，这在粗调供应器触发信号111中引起一个负脉冲。这导致输出90向该粗调的负电势的电平降低。输出90在一个短时间段151内接近一个恒定的电压，并且可以在时间段151的一部分中停留在该电压上。在相对于粗调供应器触发信号102的一个10至10000微秒的延迟之后，精确供应器触发信号103从低变化到高。这在精确供应器控制信号121中引起一个负脉冲，并且致使输出90的电平减少到该精确的负供应器电势的电平，该粗调的负电源仍然处于连接状态。

经过再一个迟延后，粗调供应器触发信号102从一个高逻辑电平转变到一个低逻辑电平。这在粗调供应器控制信号111中引起一个正脉冲，并且致使该输出90的电平增长到该粗调的正电源的电势的电平，该精确的负电源和该粗调的负电源都被切换为断开。最终，精确供应器触发信号103从一个高逻辑电平转变到一个低逻辑电平。这在精确供应器控制信号121引起一个正脉冲，并且致使该输出90的电平增长到该精确的正的电源的电势，该粗调的正的电源仍然处于连接状态。

如在图4中可见，只存在两个类型的斜坡。第一个是“向下的斜坡”，它可以用于在时间130处负离子的注入，随后是在时间140处负离子的检测。另一个是“向上的斜坡”，在它之后可以在时间150处进行正离子的注入并且在时间160处进行正离子的测量。

如从图4中可以观察到的，这些粗调电源提供了发生转变时所要求的大多数电压差，因此保护该快速切换和更精确的供应器免受不必要的负载。

转至图5，在此示出了一个示意性的切换安排。在此指示了与图2和3中的完全相同的那些部件，使用了相同的参考符号。这个示图示出了处于一个“空闲”状态的系统(所有这些开关都被设定在一个“打开”位置)。当这些粗调触发信号之一被设定到一个高逻辑电平时，该系统从正的分支切换到负的分支或反之亦然，取决于该极性信号的状态。当这些精确触发信号之一被设定到一个高逻辑电平，通过关闭对应的开关将该对应的精确电势增加。一个电阻器91和电容92充当一个低通滤波器，并且控制输出90处的电压斜坡。

在一个电势与一个相反的电势之间转变时，这些斜坡的梯度由电阻器171和电阻器181控制，它们对应地处于提供粗调正电源输出76和粗调负电源输出66的线路中。二极管170和二极管180防止了由于对应的精确电源而引起的寄生反向电流穿过粗调电源输出，该电流可能会损害这些粗调电源。结果是，当与对应极性的精确电源并联时，每个粗调电源不提供一个噪声源。其原因在于：二极管170和二极管180通过它们的反向偏压提供保护；其不稳定的影响由电阻器171和181来缓冲；并且对这些精确电源的输出进行调节，并且这将补偿任何剩余的影响。事实上，这些粗调电源实际上并不是噪声源、而是与这些精确电源相比较少有效地受到调节。

在该优选的实现方式中，图5所示的安排以下列方式工作：在第一步，第三切换信号48导致第三HV开关82关闭。所有其他三个开关都保留为打开，这样使得输出90向粗调的正电势71增长。

在第二步，第三切换信号48和第四切换信号49导致第三HV开关82和第四HV开关83被关闭。其他两个开关都被打开，这样使得输出90向该精确的正电势76增长。在第三步，第一切换信号46导致第一HV开关80被关闭。所有其他开关都被打开，这样使得输出90向该粗调的负电势61减少。

在第四步，第一切换信号46和第二切换信号47导致第一HV开关80和第二HV开关81关闭。其他两个开关都被打开，这样使得输出90向该负精确电势66增长。

现在参见图6，在此示出了用于图5的示意性开关安排的多个示例性信号。这些信号通过如图5中对应的信号相同的参考符号来标识。当使用这些信号时，产生了输出信号90’。这种信号安排可以获取更高的电压精确度和更快的切换。

虽然在图3中示出的实施方案使用了两个控制信号(粗调供应器控制信号111和精确供应器控制信号121)，其中上升沿和下降沿是触发事件，但图5的实施方案使用了四个控制线路(第一切换信号46、第二切换信号47、第三切换信号48、第四切换信号49)。使用额外的控制信号增加了系统工作的的灵活性并且允许更快的上升时间。本发明可以用于多种应用。这些应用可以包括：对一台质量分析器中的电极(包括倍增极)或栅极提供一个电势；对一台轨道阱(TM)类型的质量分析器的中心电极供应电压；对一台轨道阱(TM)类型的质量分析器的其他电极(例如偏转器、曲线离子阱、离子门)供应电压；对静电质量分析器、飞行时间(TOF)质量分析器(包括多反射或多折射类型的)中的多个电极供应电压；对一个Bradbury Nielsen门提供电压；对一个偏转器提供电压；供应电压用作一个检测器的偏移；为TOF仪器中的引出电极(包括栅极)供应电压；以及对单个或多个反射TOF仪器中的多个可切换的反射镜或扇区供应电压。

该实施方案因此基于以下方法来工作。这些电源按照在图4或图6中所示的一种循环类型，被循环地连接到一台轨道阱(TM)质量分析器100的中心电极上。在处于时间130的斜坡或处于时间150的斜坡的过程中(取决于电荷状态)，将这些离子注入质量分析器100中。在不同时间到达的不同质量的粒子因此被捕获在质量分析器100的中心电极周围的多个稳定轨道中。这在Hardman，M.& Makarov，A.A.：Interfacing the Orbitrap Mass Analyzer to an Electrospray Ion Source；Anal.Chem.，2003，75，1699-1705中有更为详细的解释。以此方式，这些精确的和粗调的电源组合还用于控制在该轨道阱(TM)质量分析器100中注射和捕获离子的目的。通过电阻器91和电容92与质量分析器100的电阻性的、电容性的和电感性的负载和导线组合使用，对该电压上升的斜坡进行控制。

虽然此处已经说明了一个具体的实施方案，普通技术人员也可以考虑不同的变更和替换。例如，普通技术人员将容易地认识到，在图5中所示的这些开关可以是继电器、晶体管或固态开关。

普通技术人员还将理解，可能令人希望的是为该质量分析器提供处于多个极性的其他高电压，这些电压不要求高的精确度和/或具有比该电场(例如透镜和脉冲器)所要求的明显更低的幅值。这些可以使用传统方法而配备有切换的极性，或者可以应用以上说明的技术。

普通技术人员应当认识到，在图5的工作中，在第二步骤之后，该系统可以返回该“空闲”状态。这可以用于帮助避免两个相反极性的电源被同时连接到该负载上的可能性。因此该“空闲”状态可以保护这些电源免受相反极性的反向电流的损害。此外，该系统可以在该第四步骤之后返回该“空闲”状态，并且随后可以再次开始第一步骤。普通技术人员应当理解，在该“空闲”状态中，首先将已经与该或这些电源断开连接的电极的电势保持在相同的电势，并且然后将衰减到一个未定义的状态。因此，正常的是不希望在该“空闲”状态中保持过长的时间。

在以上说明的运行方式的一种可替代的方法中，在图5中所示类型的一个网络被连接到一台飞行时间质谱仪的一个脉冲器电极上，例如一个将离子注射到飞行路径上的垂直加速器之一电极。该电源输出周期与在图4或图6中所示的相似。在恒定电压周期141(或恒定电压周期161)的过程中，将离子(例如)注射进入垂直加速器(或一个注射器阱)。可替代地，在图5所示的一个实施方案中，可以将这些控制信号的定时调整为包括一个“保持”时间，其中这些离子在保持该对应的粗调电源供应器的过程中被注入、并且然后对应地由这些斜坡130或150加脉冲到飞行路径上。

取决于条件，可以在接地处或附近引入另一个“休止”点，通过将该电极在此时直接地接地，或通过使用一个提供虚拟接地的额外的电源。于是，在该弹出脉冲之前将这些离子注入该脉冲器(垂直加速器、线性离子阱或非线性阱)中。

现在参见图7，在此示出了来自图5的示意性开关安排的一个可替代的输出信号。这个输出信号允许又一个休止点，在该点供应给该质谱仪电极的电压是稳定的。所示信号的第一半涉及到只使用两个电源的情况。与之相反，第二半涉及到使用四个电源，其结果是在输出信号之一特征性的“槽口”或“凹陷”。

随后该单级或双级脉冲将把离子引入到具有精确定义的能量的检测轨线上。相同的原理可以用于一个在将离子注入一台飞行时间质量分析器的过程中的“能量提升”。

相似地，本发明可以应用于一台飞行时间(TOF)质量分析器的其他多个部件，如一个离子反射镜的这些电极或一台反射器、多反射或多转动TOF装置的偏转器，因此允许在正与负离子方式之间进行更快的转换。

虽然本发明的这些优选的实施方案经常性地将每个电源连接到该质量分析器上，普通技术人员将认识到，一个具有与该质量分析器的阻抗相匹配的阻抗的负载可以被用作一个替代品。这被称为一个假负载。已经发现对该质量分析器的阻抗进行模仿以便制造一个假负载是相当困难的。具体的说，生产的容差允许该特征性的阻抗在质量分析器之间是不同的。而且，已经发现，模仿一台轨道阱(TM)类型的质量分析器的阻抗已被发现用于表示一个重大的挑战。

结果是，使用一个假负载不是一个优选的实施方案。然而，普通技术人员将认识到，也许能使用一个假负载，而不是将一个不被要求给该质量分析器提供电势的一个电源连接到该质量分析器上。

现在参见图8，在此示出了根据这一概念的本发明的一个替代的实施方案。该替代的实施方案与图5相似，并且在示出了相同特征的地方使用了完全相同的参考符号。高压(HV)开关190、191、192和193可以将四个电源的输出(电势61、71、66和67)连接到输出90上或者连接到一个假负载上。

在这个实施方案中，为每个电源提供了一个单独的假负载。额外的开关201、211、221和231被提供用于控制与每个对应的假负载电阻器202、212、222和232的连接。将一个对应的电容203、213、223和233提供为与每个假负载电阻器202、212、222和232相并联。

将HV开关190、191、192和193的“空闲”状态0连接到一个对应的假负载电阻器202、212、222和232上。额外的开关201、211、221和231是可任选的。这些假负载电阻器202、212、222和232可以是(由质量分析器50或轨道阱(TM)质量分析器100所提供的)真实负载的任何模型，包括该真实负载的一个复制品，如不与一台轨道阱(TM)质量分析器的精确要求相匹配的生产模型。可替代的是，可以使用多个电阻、电容和电感的一个网络。

同样，在此不必为每个电源提供一个假负载。可以使用更少的假负载，这取决于实际的需求和成本。例如，可以仅使用一个假负载、或每个极性一个假负载、或可以仅将这些精确的电源连接到假负载上。在一个可替代的工作模式中，可以将这些精确电源循环地连接到该质量分析器上，并且将这些粗调电源连接到这个假负载或这些假负载上。

Claims (24)

1.一种在质量分析器的电源的第一模式与第二模式之间进行切换的方法，该方法包括：

在一个第一工作模式中，将由一个第一电源产生的一个第一非零电势连接到该质量分析器上，同时一个第二电源产生一个第二非零电势但将该第二电源与该质量分析器断开连接；

在一个第二工作模式中，将由该第二电源产生的第二非零电势连接到该质量分析器上，同时该第一电源产生该第一电势但将该第一电源与该质量分析器断开连接；

在该第一工作模式中工作一个第一预定义的持续时间；并且

在该第二工作模式中工作一个第二预定义的持续时间；

其中，将该第一预定义的持续时间和第二预定义的持续时间选择为使得在任何时间仅将该第一电势和该第二电势之一连接到该质量分析器上，并且使得在一个预定的时间长度之内讲该第一工作模式和第二工作模式中的这些工作步骤执行至少一次。

2.如权利要求1所述的方法，其中该第一电势的极性与该第二电势的极性是相反的。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一非零电势在幅值上与所述第二非零电势是相等的。

4.如以上任何一项权利要求所述的方法，其中该第二预定义的持续时间的长度是不长于该第一预定义的持续时间的长度。

5.如以上任何一项利要求所述的方法，其中该第一预定义的持续时间的长度是实质上等于该第二预定义的持续时间的长度。

6.如以上任何一项利要求所述的方法，进一步包括：

在该第一预定义的持续时间的过程中，在该质量分析器处接收带电粒子。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

使用该第一电势在该质量分析器中产生一个电场，以便由此允许在该第一预定义的持续时间的过程中对这些接收的带电粒子进行分析。

8.如权利要求7所述的方法，其中该第一预定义的持续时间的长度是基于用来执行接收带电粒子以及产生该电场以便允许对这些带电粒子进行分析的这些步骤所花费的时间长度。

9.如权利要求6至8中任何一项所述的方法，其中该第二预定义的持续时间的长度是独立于在该第一预定义的持续时间的过程中在该质量分析器处所接收的这些带电粒子的极性。

10.如以上任何一项利要求所述的方法，进一步包括：

产生与所述第一电势极性相同的一个第三电势；并且

其中，在所述第一工作模式中，在一个第一时间段的过程中将该第一电势连接到该质量分析器上但不将该第三电势连接到该质量分析器上，该第一时间段至少是该第一预定义的持续时间的一个子集。

11.如权利要求10所述的方法，其中在该第一工作模式中，在一个第二时间段的过程中将该第一电势和该第三电势连接到该质量分析器上，该第二时间段是该第一预定义的持续时间的一个子集。

12.如权利要求11所述的方法，其中该第二时间段先于该第一时间段，并且其中一个电源在该第一时间段的过程中继续产生该第三电势。

13.如权利要求10至12中任何一项所述的方法，其中一个电源在该第二工作模式的过程中继续产生该第三电势。

14.如权利要求10至13中任何一项所述的方法，其中该第三电势的幅值是大于该第一电势的幅值。

15.如权利要求10至14中任何一项所述的方法，其中该第三电势是由一个第三电源产生的，并且其中该第一电源的精确度是大于该第三电源的精确度。

16.如以上任何一项利要求所述的方法，其中该质量分析器呈现出一个实质上无功的负载。

17.如权利要求16所述的方法，其中该质量分析器是属于一种轨道阱类型。

18.如权利要求1至16中任何一项所述的方法，其中该质量分析器属于一种飞行时间类型。

19.如权利要求18所述的方法，其中该质量分析器包括一个静电阱。

20.一种质谱仪，包括：

一个质量分析器；

一个第一电源，该第一电源被安排为产生一个第一非零电势；

一个第二电源，该第二电源被安排为产生一个第二非零电势；以及

一个开关，该开关具有一个第一工作模式以及一个第二工作模式，在该第一工作模式中该开关被安排为将该第一电势连接到该质量分析器上并且将该第二电势与该质量分析器断开连接，并且在该第二工作模式中该开关被安排为将该第二电势连接到该质量分析器上并且使该第一电势与该质量分析器断开连接，这样使得在任何时间仅将该第一电势或该第二电势之一连接到该质量分析器上；以及

一个控制器，该控制器被安排为将该开关配置到其第一工作模式持续一个第一预定义的持续时间，并且将该开关配置到其第二工作模式持续一个第二预定义的持续时间，将该第一预定义的持续时间和第二预定义的持续时间选择为使得在一个预定的时间长度内将该第一工作模式和该第二工作模式执行至少一次；并且

其中，将该第二电源安排为当按该开关被安排在其第一工作模式中时继续产生所述第二电势，并且其中该第一电源被安排为当该开关被安排为在其第二工作模式中时继续产生所述第一电势。

21.如权利要求20所述的质谱仪，其中该控制器被进一步安排为控制该质量分析器以便在该第一预定义的持续时间的过程中接受带电粒子。

22.一种将电势提供给质谱仪的质量分析器的方法，该方法包括：

从一个第一电源产生一个第一电势；

从一个第二电源产生一个第二电势；

从一个第一工作模式切换到一个第二工作模式，在该第一工作模式中该第一电势被连接到该质量分析器上，而在该第二工作模式中该第一电势未被连接到该质量分析器上，但是该第一电源继续产生所述第一电势；并且

从一个第三工作模式切换到一个第四工作模式，在该第三工作模式中该第二电势被连接到一个假负载上，而在该第四工作模式中该第二电势未被连接到该假负载上，但是该第二电源继续产生所述第二电势；并且

其中，从所述第一工作模式切换到所述第二工作模式的所述步骤、以及从所述第三工作模式切换到所述第四工作模式的所述步骤在一个预定的时间长度的过程中各自至少发生一次。

23.如权利要求22所述的方法，其中该质量分析器具有一个特性阻抗，并且该假负载具有该质量分析器的特性阻抗。

24.一种质谱仪，包括：

一个质量分析器；

一个第一电源，该第一电源被安排为产生一个第一电势；

一个第二电源，该第二电源被安排为产生一个第二电势；

一个假负载；

一个第一开关，该第一开关具有一个第一工作模式以及一个第二工作模式，在该第一工作模式中该第一电势被连接到该质量分析器上，并且在该第二工作模式中该第一电势未被连接到该质量分析器上；

一个第二开关，该第二开关具有一个第三工作模式以及一个第四工作模式，在该第三工作模式中该第二电势被连接到该假负载上，并且在该第四工作模式中该第二电势未被连接到该假负载上；以及

一个控制器，该控制器被安排为在该第一开关以其第二模式工作时控制该第一电源继续产生所述第一电势，并且在该第二开关以其第四方式工作时控制该第二电源继续产生所述第二电势；并且

其中，该控制器进一步被安排为控制所述第一开关在一个预定义的时间段的过程中从所述第一工作模式到所述第二工作模式切换至少一次，并且控制所述第二开关在该预定义的时间段的过程中从所述第三工作模式至所述第四工作模式切换至少一次。

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