CN103329242A - 质谱分析设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种质谱分析设备，其包括离子源、离子过滤装置和离子导向器，离子源设置在基本水平的方向上，并且一定数量的离子可来源于该离子源，离子过滤装置设置为用于接收离子流，以便对其进行过滤；并且离子导向器设置为用于将源自离子源的离子引向离子过滤装置。离子源和离子过滤装置彼此相对设置，使得该设备的剖面得以减少，从而最大限度地减小该设备的有效占位面积。

Description

质谱分析设备

技术领域

本发明涉及质谱分析或质谱分析的改进。更具体地说，本发明涉及对用于质谱分析的设备的改进，这种设备并非详尽无遗漏地包括电感耦合式等离子体质谱仪。

背景技术

在本说明书中引用或论述了知识文献、条例或条目，这种引用或论述并非承认这些知识文献、条例或条目或任何其组合在优先权日期内是公知常识的一部分，或者被认为与为了解决本说明书所涉及的任何问题的尝试相关。

质谱仪是用于测量带电粒子的质荷比，以便确定样品或分子的元素成分的专门装置。存在用于这种目的许多不同的技术。质谱分析的一种形式涉及使用电感耦合式等离子体(ICP)喷枪，以便产生等离子体场，其中试验样品被引入到等离子体场中。在这种形式中，等离子体使样品蒸发和电离，从而可将离子从样品提取并引入到质谱仪中。

质谱仪还包括滤质器或质量分析器，其中离子通过离子光学透镜而被引导至质量分析器中。质量分析器用于基于离子的质荷比而过滤离子。通常，质量分析器包括许多极柱。例如，基于四极柱的质量分析器具有四个平行杆。

一旦离子已经在质量分析器的长度上行进，它们将被检测器单元接收，以用于分析。

已经发现这种质谱仪的典型布置是有问题的，其在于，由于相应构件的几何形状(即质量分析器和检测器单元的相应长度)，传统的质谱分析装置倾向于是庞大的，并且当在传统实验室工作空间，例如工作桌面或工作台面上使用或储存时通常是不方便的。

发明内容

根据本发明的第一原理方面所述，提供了一种质谱分析设备，包括：

离子源，设置在基本水平方向上，并且一定数量的离子可来源于该离子源；

离子过滤装置，设置为接收离子流，以便对其进行过滤；和

离子导向器，设置为将源自离子源的离子导向离子过滤装置；

其中离子源和离子过滤装置彼此相对设置，使得该设备的剖面得以减少，从而最大限度地减小该设备的有效占位面积。

在一个实施例中，可提取和设置来自离子源的离子，使其沿着第一预期行进路径而流动。

在另一实施例中，可被离子过滤装置接收的离子设置为沿着第二预期行进路径而流动，从而被离子分析装置接收。因此可布置离子导向器，以使离子从第一预期行进路径转向或引导为沿着第二预期行进路径而流动，这种布置使得该设备在支撑于特定的支撑面，例如工作台面或桌面上时具有减少的占位面积。

根据本发明的第二主要方面所述，提供了一种质谱分析设备，包括：

离子源，其中一定数量的离子可来源于该离子源，用于提供沿着第一预期行进路径而移动的离子流；

离子过滤装置，用于接收沿着第二预期行进路径而移动的离子流，从而在离子分析装置分析之前过滤离子流；和

离子导向器，设置为使沿着第一预期行进路径移动的离子转向为沿着第二预期行进路径而移动；

其中第一预期行进路径和第二预期行进路径彼此相对设置，使得该设备在与第二预期行进路径基本正交对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小设备的有效占位面积。

根据本发明的第三主要方面所述，提供了一种质谱分析设备，包括：

离子源，其中一定数量的离子可来源于该离子源，用于提供能够沿着第一预期行进路径而移动的离子流；

离子过滤装置，用于接收沿着第二预期行进路径而移动的离子流，从而在离子分析装置分析之前过滤离子流；和

离子导向器，设置为使沿着第一预期行进路径移动的离子转向为沿着第二预期行进路径而移动；

其中第一预期行进路径和第二预期行进路径彼此相对设置，使得该设备在基本水平对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小设备的有效占位面积。

在根据这种布置的一个实施例中，离子源包括一种电感耦合式等离子体(ICP)，对准所述电感耦合式等离子体，使得第一预期行进路径基本上与水平面对准。

因此，外壳在水平面中的剖面因而可得以减少，从而最大限度地减小外壳的有效占位面积。

这种质谱分析设备根据第三主要方面所述可包括外壳，配置为封装所有相关的内部构件。因此，在这个实施例中，第一预期行进路径和第二预期行进路径彼此相对设置，使得外壳在与第一预期行进路径基本平行的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小外壳的有效占位面积。

本发明第一、第二和第三主要方面的实施例可设置有以下任一或多个特征：

在一个实施例中，第一预期行进路径和第二预期行进路径通常是线性的。第一预期行进路径可以是在第一平面中具有所需方向的路径，并且第二预期行进路径可以是在第二平面中具有所需方向的路径。

在一个实施例中，第一平面和第二平面对准为基本上彼此正交。第一平面可对准为基本上平行于水平面，并且第二平面可对准为基本上平行于竖直平面。

离子源可由电感耦合式等离子体来提供。在这种实施例中，电感耦合式等离子体通常定向在基本水平面上。

在其它实施例中，离子源可包括任何已知的设备或装置，能够提供用于分析的离子。这种设备或装置可包括电子轰击、微波等离子体、光照等离子体、辉光放电、电容放电、电子喷涂、化学电离和/或激光消融装置。

在一个实施例中，离子沿着第一预期行进路径所行进的距离远小于离子沿着第二预期行进路径所行进的距离。

离子分析装置可包括质谱分析离子检测器单元。

离子过滤装置可包括滤质器或质量分析器，例如四极柱质谱分析器，设置为接收来自离子导向器的离子流，以用于过滤目的。在这种实施例中，质量分析器接收沿着第二预期行进路径在离子分析装置的方向上行进的离子。因此，离子过滤装置可定位在离子分析装置附近，使得穿过离子过滤装置的离子之后立即直接行进到离子分析装置或离子检测器单元中。

离子过滤装置可包括两个或更多个极柱元件，例如以彼此间隔开但相互平行的关系而设置的金属杆。在一个实施例中，质量分析器是四极柱质谱分析器，其具有四个间隔开但平行的金属杆。

用于离子过滤装置的金属杆可被成形为具有基本圆形或双曲线形的横截面。然而，应该懂得，这些杆可由适合于操作的任何横截面形状来形成。

离子过滤装置可设置为与竖直平面基本平行对准。在这个实施例中，离子过滤装置的纵向轴线(离子过滤装置的杆可关于此纵向轴线而间隔开)设置为与竖直平面基本平行。

通常，离子过滤装置的布置在其纵向尺寸方面大于其高度和宽度尺寸。因此，当离子过滤装置在竖直平面中对准时，可实现节省相当大的空间(例如工作台空间或地面空间)，并且可减少设备的有效占位面积。因此，这种设备的用户可能受益，因为需要较少的存储空间，并且/或者当设备储存或支撑在诸如通常的试验室工作台面/桌面等工作表面上时可获得更大的工作空间。

离子导向器可包括能够使离子束或离子流在第一预期行进路径和第二预期行进路径之间进行定向、重新定向或转向(通过例如偏转和/或反射)的任何装置(例如离子镜或光学透镜装置)。

在一个实施例中，离子导向器包括离子光学透镜装置，能够提供(例如在第一预期行进路径和第二预期行进路径之间或来自于第一预期行进路径和第二预期行进路径的)离子束的偏转和/或反射。这种离子光学装置可包括例如离子镜、反射器、偏转器、四极柱离子偏转器、静电能量分析器、磁离子光学器件、离子多向导向器，及类似物等装置。应该懂得，后面的示例并非详尽无遗漏的，相反对于本发明的实施例或装置而言可采用能够使一定数量的离子在两个非平行的平面之间偏转的任何装置。例如，离子导向器可包括美国专利No.6,614,021(通过引用而结合在本文中)中所述的某些ICP-MS质谱分析装置中所采用的离子光学器件“离子镜”装置的一种布置或其合适的变型。

此外，尤其关于ICP-MS，可设置例如以下美国专利中所述的那些装置，以便与本发明的实施例协同工作：US5,559,337、US5,773,823、US5,804,821，US6,031,379、US6,815,667、US6,630,665、US6,6306,651。

在一个实施例中，离子导向器包括弯曲元件，例如弯曲的金属边缘杆，设置为在第一预期行进路径和第二预期行进路径之间引导或定向离子流。弯曲元件可以被成形为与离子流的预期路径的一部分或一段是相称的。

根据本发明的质谱分析设备可进一步包括一个或多个碰撞池，一个或多个碰撞池设置为从离子流中过滤干扰粒子，从而寻求提高离子分析装置或离子检测器单元处的离子流的信号强度。这里所述的质谱分析设备的任何装置都可包括一个或多个碰撞池。

这种或各个碰撞池可设置为容纳一种或多种反应气体或碰撞气体，例如氨、甲烷、氧、氮、氩、氖、氪、氙、氦或氢、或其任何两种或多种混合物，用于与提取自等离子体中的离子起反应。应该懂得，后面的示例决不是详尽无遗漏的，而且许多其它气体或其组合都可适合于在这种碰撞池中使用。

这种或各个碰撞池可放置在沿着离子流的第一预期行进路径和/或第二预期行进路径的任何所需的位置上，从而除去离子流中不需要的粒子。

在一种布置中，在离子源和离子分析装置之间放置了至少一个碰撞池。

在进一步的实施例中，在离子导向器和离子分析装置之间放置了至少一个碰撞池。

在进一步的实施例中，在离子导向器和质量分析器之间放置了至少一个碰撞池。

在一个实施例中，可设置质谱仪，使得在与竖直平面基本对准时，沿着第二预期行进路径移动的离子流处于相对竖直平面基本向下的方向上(即在重力作用下移动)。在一个可选实施例中，可设置质谱仪，使得沿着第二预期行进路径移动的离子流相对于竖直平面是基本向上的(即克服重力作用而移动)。因而，当第二预期行进路径在竖直平面中基本对准时，可设置质谱仪，使得离子流相对于竖直平面向上或向下流动。应该懂得，在这种布置中，离子源的位置将是不同的。对于离子沿着第二预期行进路径向下流动的布置，离子源将定位在离子分析装置的上方，并且优选定位在设备外壳的上部区域中。此外，对于离子沿着第二预期行进路径向上流动的布置，离子源将定位在离子分析装置的下方，并且优选定位在设备外壳的下部区域中。

根据本发明的质谱分析设备通常包括外壳，配置为用于封装该设备的所有内部构件，例如至少离子源、离子分析装置和离子导向器。因此，在这个实施例中，第一预期行进路径和第二预期行进路径彼此相对设置，使得外壳在与第二预期行进路径基本正交的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小外壳的有效占位面积。

根据本发明进一步的主要方面所述，提供了一种电感耦合式等离子体质谱分析设备，其包括：

离子源，设置在基本水平方向上，并且一定数量的离子可来源于该离子源；

离子过滤装置，设置为接收离子流，以便对其进行过滤；和

离子导向器，设置为将源自离子源的离子引导向离子过滤装置；

其中离子源和离子过滤装置彼此相对设置，使得该设备在基本水平对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小该设备的有效占位面积。

根据本发明的另一主要方面所述，提供了一种电感耦合式等离子体质谱分析设备，其包括：

离子源，设置在基本水平方向上，并且一定数量的离子可来源于该离子源；

离子过滤装置，设置在基本竖直的方向上，用于接收离子流，以便对其进行过滤；和

离子导向器，设置为引导源自离子源的离子朝着离子过滤装置移动；

其中离子源和离子过滤装置彼此相对设置，使得该设备在基本水平对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小该设备的有效占位面积。

根据本发明进一步的主要方面所述，提供了一种电感耦合式等离子体质谱分析设备，包括：

离子源，其中一定数量的离子可来源于该离子源，用于提供沿着第一预期行进路径而移动的离子流；

离子过滤装置，设置为接收沿着第二预期行进路径而移动的离子流，从而在离子分析装置分析之前过滤离子流；和

离子导向器，设置为使沿着第一预期行进路径移动的离子转向为沿着第二预期行进路径而移动；

其中第一预期行进路径和第二预期行进路径彼此相对设置，使得该设备在与第二预期行进路径基本正交对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小设备的有效占位面积。

在一个实施例中，第一预期行进路径与水平面基本对准，并且第二预期行进路径与竖直平面基本对准，从而使沿着第二预期行进路径移动的离子流在相对于竖直平面基本向上的方向上移动。

在另一实施例中，离子导向器是离子镜。

在进一步的实施例中，离子过滤装置是四极柱质谱分析器。

在另一实施例中，该设备包括定位在离子导向器(例如离子镜)和离子过滤装置(例如四极柱质谱分析器)中间的碰撞池。

根据本发明进一步的原理方面所述，提供了一种电感耦合式质谱分析设备，其包括：

离子源，其中一定数量的离子可来源于该离子源，其用于提供沿着与水平面基本对准的第一预期行进路径而移动的离子流；

四极柱质谱分析器，用于接收沿着第二预期行进路径而移动的离子流，以便在离子分析装置进行分析之前过滤离子流，第二预期行进路径与竖直平面基本对准，并且沿此移动的离子流设置为在相对于竖直平面基本向上的方向上移动；

离子镜，设置为使沿着第一预期行进路径移动的离子转向为沿着第二预期行进路径而移动；和

碰撞池，定位在离子镜和四极柱质谱分析器中间；且

其中第一预期行进路径和第二预期行进路径彼此相对设置，使得该设备在与第二预期行进路径基本正交对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小设备的有效占位面积。

根据本发明进一步的方面所述，提供了一种电感耦合式等离子体质谱分析设备，包括：

离子源，其中一定数量的离子可来源于该离子源，用于提供能够沿着第一预期行进路径而移动的离子流；

离子过滤装置，用于接收沿着第二预期行进路径而移动的离子流，从而在离子分析装置分析之前过滤离子流；和

离子导向器，设置为用于使沿着第一预期行进路径移动的离子转向为沿着第二预期行进路径而移动；

其中第一预期行进路径和第二预期行进路径彼此相对设置，使得该设备在基本水平对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小设备的有效占位面积。

应该懂得上面限定的本发明的电感耦合式等离子体质谱分析设备可设有上面限定的任何特征，其可设有本发明第一、第二或第三主要方面的任何特征。

附图说明

现在将参照其中任一个或多个附图，仅通过示例进一步解释和说明本发明的实施例，其中：

图1A显示了根据本发明一个实施例设置的电感耦合式等离子体质谱分析(ICP-MS)设备的示意图；

图1B显示了根据本发明设置的ICP-MS设备的另一实施例的示意图；

图1C显示了根据本发明设置的ICP-MS设备的进一步实施例的示意图；

图2A显示了图1A中所示的ICP-MS设备的实施例的变型；

图2B显示了图1B中所示的ICP-MS设备的实施例的变型；

图2C显示了图1C中所示的ICP-MS设备的实施例的变型；

图3A显示了根据本发明设置的ICP-MS设备的另一实施例的示意图；

图3B显示了根据本发明设置的ICP-MS设备的进一步实施例的示意图；

图4A显示了图3A中所示的ICP-MS设备的实施例的变型；

图4B显示了图3B中所示的ICP-MS设备的实施例的变型；

图5显示了图1C中所示的ICP-MS设备的实施例变体的透视图；

图6显示了图1B中所示的ICP-MS设备的实施例变体的透视图；

图7显示了图3B中所示的ICP-MS设备的实施例变体的透视图；且

图8显示了图1C中所示的ICP-MS设备的示意图。

具体实施方式

出于简洁起见，现在将特别参照电感耦合式质谱分析(ICP-MS)来描述根据本发明而设置的质谱分析设备的若干个实施例。然而，应该懂得，这种采样接口装置可以容易地应用于任何质谱分析仪器，包括具有任何类型的碰撞环境(包括但不局限于多极碰撞或反应池)的装置，其用于质谱修改目的的选择性离子粒子分裂、衰减、反应、碰撞性散射、操控和重新分布。

因此，以下质谱分析装置可受益于本发明的原理：大气压等离子体离子源(可使用低压或高压等离子体离子源)质谱分析，例如ICP-MS、微波等离子体质谱分析(MP-MS)或辉光放电质谱分析(GD-MS)或光学等离子体质谱分析(例如激光感应的等离子体)、气相色谱质谱分析(GC-MS)、液相色谱质谱分析(LC-MS)和离子相色谱质谱分析(IC-MS)、电子电离(EI)、实时直接分析(DART)、解析电子喷雾(DESI)、大气压流动余辉(FAPA)、低温等离子体(LTP)、电介质势垒放电(DBD)、氦等离子体电离源(HPIS)、球压力光致电离(DAPPI)、以及大气解析电离(ADI)。技术熟练的读者应该懂得，后面的列举并非是详尽无遗漏的，因为质谱分析的其它研究领域可受益于本发明的原理。

通过简要的解释，在ICP-MS装置中，'Campargue'型结构的等离子体采样接口经常用于为从测试样品中产生离子和转移离子至质谱仪中做准备。这种结构的接口通常由两个电气接地的构件组成：第一构件通常被称为采样器(或采样锥)，其放置在等离子体附近，用作入口，以用于接收由等离子体产生的离子；以及第二构件通常被称为撇取器(或撇取锥)，其定位在采样器的下游，使得离子穿过它而处于通向质谱仪的途中。撇取器通常包括可供离子穿过的孔。这种采样器和撇取器布置的目的是容许离子(通过相应的孔)穿入到质谱仪操作所需要的真空环境中。真空通常由一种多级泵装置来产生并保持，其中第一级试图除去与等离子体相关联的大部分气体。一个或多个进一步的真空级可用于在离子到达质谱仪检测器单元之前进一步净化环境。在大多数系统中，提供了离子光学装置或提取透镜装置，并紧接地定位在撇取器的下游，用于将离子与UV光子、高能中性粒子以及可能从等离子体携带到仪器中的任何其它固体粒子分隔开。

参照图1A，其显示了根据本发明而设置的质谱分析设备2A的一个实施例。出于一致性和易于解释的目的，附图中所示的本发明的实施例配置为与包括电感耦合式等离子体(ICP)的离子源协同工作。因此，(上面概括论述的)传统的“Campargue”采样器装置用作一种从ICP离子源中提取离子的装置。然而，应该懂得，这里所述和通过附图举例说明的本发明原理并不局限于基于ICP的装置。本领域中的技术人员应该懂得，其它形式的质谱分析可以很容易从这里所述的本发明的核心方面获益。其它离子源可包括能够提供用于质谱分析的离子的任何已知的设备或装置。作为简要示例，这种设备或装置可包括电子轰击、微波等离子体、光照等离子体、辉光放电、电容放电、电子喷涂、化学电离和激光消融装置。

质谱仪2A包括：离子源12，其中一定数量离子可源自该离子源，以提供沿着第一预期行进路径16A而移动的离子流22；离子过滤装置20，其用于接收沿着第二预期行进路径16B通向离子分析装置44的途中而移动的离子流；以及离子光学单元，例如离子导向器26，其设置为用于使沿着第一预期行进路径16A移动的离子转向为沿着第二预期行进路径16B而移动。离子源12和离子过滤装置20彼此相对设置，使得质谱仪2A的剖面得以减小，从而最大限度地减小质谱仪2A的有效占位面积。

对于商业实施例，质谱仪2A包括外壳32，其中至少容纳了离子源12、离子过滤装置20和离子导向器26。因此，通过离子源12和离子过滤装置20的布置，减小了外壳在基本水平对准的平面35中的剖面，从而最大限度地减小质谱仪2A在支撑表面(例如以下称为表面52)上的有效占位面积。因此，图1-8中所示的本发明的布置和实施例可能有利于提供具有减少的工作台面占位面积的独特的质谱分析装置，其可用于增加例如通常储存和使用这种设备的实验室中及类似地方的可用工作空间。

对于所示的质谱仪2A的实施例，第一预期行进路径16A和第二预期行进路径16B的每一个通常均是线性的。离子提取自离子源12中，并穿过接口装置，其包括采样锥和撇取锥(两者都未显示，但通常由接口区域18来表示)。在传统的Campargue采样装置的情况下，一定数量的离子提取自离子源12中，并沿着与第一预期行进路径16A相符的路径穿过接口区域18(采样锥和撇取锥)。在所示的实施例中，第一预期行进路径16A具有居于水平面中的总体方向。

在穿过接口区域18时，离子通过孔34而传送到离子光学透镜25中。离子光学透镜25包括离子导向器26，其用于使离子转向大约90度的角度，从而将它们的行进路径从第一预期行进路径16A改变为第二预期行进路径16B。第二预期行进路径16B具有总体在竖直平面中的所需方向。

离子通过孔28离开离子导向器26，并传送到离子过滤装置20中，其包括四极柱质谱分析器36。在所示的实施例中，四极柱质谱分析器36包括一组初级边缘杆38，其后面跟随一组主过滤器杆40。本领域中的技术人员应该很容易懂得，四极柱质谱分析器36的功能是基于离子流中的目标离子的质荷比而过滤掉离子流中不需要的粒子。此外，四极柱质谱分析器36的具体布置对于这里所述的本发明原理是根本不重要的，并且可按照手边合适情形下的任何合适的布置进行配置。

熟练技术人员还应该懂得，还可实现对所示四极柱质谱分析器36布置的变化。合适的质量分析器装置可包括一个或多个极柱，其设置为彼此间隔开但相互平行的关系。此外，用于质量分析器的极柱例如金属杆可成形为具有基本圆形或双曲线形的横截面。然而，在其它实施例中，这些杆可由给定的应用中适合于操作的任何横截面形状来形成。

如遍及附图的实施例中所示，四极柱质谱分析器36设置为基本上居于竖直平面中。在这个实施例中，四极柱质谱分析器36的纵向轴线41(或与四极柱质谱分析器36的杆间隔开的轴线)设置为基本对准在竖直平面中，或设置为基本平行于竖直平面，并且与离子的第二预期行进路径16B是基本同心的。通常，四极柱质谱分析器装置的纵向尺寸的长度(长度方面)大于其横向尺寸。

一旦离子穿过四极柱质谱分析器36，它们就被导向到离子分析装置44上，在这里对离子进行分析。

当四极柱质谱分析器36对准在竖直平面中时，可实现节省相当大的空间(例如工作台空间或地面空间)。这种单元通常储存在实验室桌面或工作台面上，以备操作。因此，这种设备的用户可受益于本发明的质谱分析装置，因为需要较少的存储空间，从而提供了更多可用的工作空间。因此，应该注意，对于滤质器装置设置在水平面中的传统的质谱仪装置而言，这种外壳32的剖面小得多。

此外，在这种传统的装置中，离子源、质量分析器和质量检测器设置为直列式配置，导致一种在纵向方向上(对准在水平面中)具有相对极大尺寸的布置。因此，当这种构件封装在合适的外壳中时，导致这种装置在支撑于工作表面例如典型的实验室工作台上时的占位面积覆盖了大量的面积(和体积)。

相反，附图中所示的质谱仪装置的布置均用于减少当放置于支撑的工作台或相似物上时所造成的相应装置的占位面积。因此，通过将第二预期行进路径16B(即离子沿着该路径穿过四极柱质谱分析器36而处于通向离子分析装置44的途中)定向在竖直平面中，可减少外壳在水平面中的有效横截面，从而最大限度地减小所导致的装置的占位面积(其如图5-8中所示放置在工作表面52上)。

一方面，特别参照ICP配置的离子源(众所周知，这种离子源比其它形式的质谱分析提高了信号灵敏度)，其中离子源必须是水平定向的，附图中所示的布置利用了离子导向器26的优点，使离子流22从水平面中行进转向为在竖直平面中行进。因此，这容许四极柱质谱分析器36和相关联的构件(彼此直列式设置)在竖直平面中对准，从而减少外壳32在平面35(通常与水平面基本对准)中的有效剖面。对于所示的布置，离子沿着第一预期行进路径16A所行进的距离远小于离子沿着第二预期行进路径16B所行进的距离。

在图1B和1C中显示了可选实施例，其就绝大部分而言包括与图1A中所示相类似的装置。图1B显示了质谱仪2B，其设置为包括定位在离子导向器26和四极柱质谱分析器36之间的碰撞池30。离子流22因此通过离子导向器26进行转向，使得离子流通过孔33而进入碰撞池30中。作为备选，图1C显示了质谱仪2C，其中碰撞池30定位在接口区域18和离子导向器26之间。

本领域中的技术人员还应该懂得，碰撞池30用于过滤离子流22中的干扰粒子，从而试图提高离子分析装置44处的离子流的信号强度。这里所述的质谱仪的任何装置都可包括一个或多个碰撞池。这个或各个碰撞池30可设置为容纳一种或多种反应气体或碰撞气体，例如氨、甲烷、氧、氮、氩、氖、氪、氙、氦或氢，或其任何两种或更多种混合物，用于与提取自等离子体中的离子起反应。还应该懂得后面的示例决不是详尽无遗漏的，而且许多其它气体或其组合都可适于在这种碰撞池中使用。

对于图1A至1C中所示的本发明的所有实施例，离子源12设置为定位在该布置的最上部区域中，高于离子分析装置44，即，使得离子流在重力方向上朝着离子分析装置44沿着第二预期行进路径16B而流动。可改变离子源12和离子分析装置44的定位，使得离子源12定位在离子分析装置44的下面。在图2A至2C所示的各个实施例中反映了这种布置。例如，图2A显示了质谱仪4A，其中离子源12(对准于水平面中)定位在该装置的最下面，并且离子流22一旦通过离子导向器26进行转向，就将克服重力而向上流向离子分析装置44。因此，在这种布置中，沿着第二预期行进路径16B的离子的流动方向是反向的。在离子反重力方向流动的条件下，本发明人已经发现同图1A至1C中所示布置相比，信号灵敏度并没有受损。

图2B和2C分别显示了质谱仪布置4B和4C，并且其反映了图1B和1C中所示包含碰撞池30的相对应的布置。

图3A和3B分别显示了质谱仪布置6A和6B。对于所示的各种布置，离子导向器26包含在四极柱质谱分析器36中，其中初级边缘杆38是作为弯曲元件而提供的，其用于将离子流22从第一预期行进路径16A引导至第二预期行进路径16B。对于质谱仪6A的情况，离子光学透镜25定位在四极柱质谱分析器36的入口附近，并且用于确保从接口区域18中提取出离子流22。关于质谱仪6B，碰撞池30定位在离子光学透镜25和四极柱质谱分析器36的入口之间。

图4A和4B分别展现了质谱仪布置8A和8B，其均反映了将离子源12放置在离子分析装置44下面的情形。如关于图2A至2C中所示的实施例进行论述的那样，离子流22的方向是沿着第二预期行进路径16B而被反向的。

图5至7各分别显示了质谱仪2C，2B，6B的透视图，其均可能作为商业产品而呈现。在各种情况下均显示质谱仪2C支撑于表面52上，其表示传统实验室环境中的典型的工作桌面/工作台面。

因此，从图5-7中清楚看出，通过将四极柱质谱分析器36和离子分析装置44对准设置在竖直平面中，所示质谱仪布置的相应的占位面积远小于传统装置。

图8显示了当定位在工作台表面下方时质谱仪2C(图1C中所示)–可能呈现的透视图–这在实验室环境中是有时出现的情形。同样从图8中将再次清晰看出，该装置在水平面中减少的剖面节省了相当大量的空间，而不论其在何处定位。质谱仪2C可支撑于地板上，或者可能利用支撑装置，例如恰当配置的捆束组件(其设置为用于确保该装置根据要求保持尽可能稳定操作)而支撑在工作台的下面。应该懂得，可研究许多形式的支持结构，用于以所示方式支撑这种装置。

对于附图中所示的所有实施例，离子导向器26包括离子光学装置，其能够在水平面和竖直平面之间提供离子束所需要的偏转。这种离子光学装置可包括例如离子镜、反射器、四极柱离子偏转器、静电能量分析器、磁离子光学器件、离子多向导向器，及类似装置。应该懂得，后面的示例并非详尽无遗漏的，而对于本发明的实施例而言可采用能够使一定数量的离子在两个非平行的平面之间偏转的任何装置。例如，离子导向器26可包括US6,614,021(通过引用而结合在本文中)中所述的某些ICP-MS质谱分析装置中所采用的离子光学器件“离子镜”装置的一种布置或其合适的变体。此外，尤其关于ICP-MS，可设置例如以下美国专利：US5,559,33、US5,773,823、US5,804,821、US6,031,379、US6,815,667、US6,630,665、US6,6306,651中所述的那些装置，以便与本发明的实施例协同工作。

在本说明书和权利要求中所使用的词语“包括”和其各种语法形式并不限制所申明的本发明排除任何变体或扩充。本领域中的技术人员对本发明的修改和完善将是显而易见的。这种修改和完善都应在本发明的范围内。

Claims (36)

1.一种质谱分析设备，包括：

离子源，设置在基本水平方向上并且一定数量的离子可来源于所述离子源；

离子过滤装置，设置为用于接收离子流，以便对其进行过滤；和

离子导向器，设置为将源自所述离子源的离子导向所述离子过滤装置；

其中所述离子源和所述离子过滤装置彼此相对设置，使得所述设备的剖面得以减少，从而最大限度地减小所述设备的有效占位面积。

2.根据权利要求1所述的质谱分析设备，其特征在于，来自所述离子源的离子被提取和设置为沿着第一预期行进路径而流动，并且其中可被所述离子过滤装置接收的所述离子设置为沿着第二预期行进路径而流动，从而被离子分析装置所接收，以用于光谱分析。

3.根据权利要求2所述的质谱分析设备，其特征在于，所述设备布置为使所述离子从所述第一预期行进路径转向或引导为沿着所述第二预期行进路径而流动，所述布置使得所述设备在支撑于特定的支撑面例如工作台面或桌面上时具有减少的占位面积。

4.一种质谱分析设备，包括：

离子源，其中一定数量的离子可来源于所述离子源，用于提供沿着第一预期行进路径而移动的离子流；

离子过滤装置，用于接收沿着第二预期行进路径而移动的离子流，从而在离子分析装置进行分析之前对所述离子流进行过滤；和

离子导向器，设置为使沿着所述第一预期行进路径移动的离子转向为沿着所述第二预期行进路径而移动；

其中所述第一预期行进路径和所述第二预期行进路径彼此相对设置，使得所述设备在与所述第二预期行进路径基本正交对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小所述设备的有效占位面积。

5.一种质谱分析设备，包括：

离子源，其中一定数量的离子可来源于所述离子源，用于提供能够沿着第一预期行进路径而移动的离子流；

离子过滤装置，用于接收沿着第二预期行进路径而移动的离子流，从而在离子分析装置进行分析之前对所述离子流进行过滤；和

离子导向器，设置为使沿着所述第一预期行进路径移动的离子转向为沿着所述第二预期行进路径而移动；

其中所述第一预期行进路径和所述第二预期行进路径彼此相对设置，使得所述设备在基本水平对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小所述设备的有效占位面积。

6.根据权利要求2，或者根据引用权利要求2时的权利要求3至5中的任一权项所述的质谱分析设备，其中，所述离子导向器包括能够在所述第一预期行进路径和所述第二预期行进路径之间引导离子束或离子流的任何装置。

7.根据权利要求2，或者根据引用权利要求2时的权利要求3至6中的任一权项所述的质谱分析设备，其中，所述第一预期行进路径和所述第二预期行进路径通常是线性的，由此所述第一预期行进路径可以是在第一平面中具有所需方向的路径，并且所述第二预期行进路径可以是在第二平面中具有所需方向的路径。

8.根据权利要求7所述的质谱分析设备，其中，所述第一平面和所述第二平面对准为基本彼此正交。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的质谱分析设备，其中，所述第一平面对准为基本上平行于水平面，并且所述第二平面对准为基本上平行于竖直平面。

10.根据权利要求2，或者根据引用权利要求2时的权利要求3至9中的任一权项所述的质谱分析设备，其中，离子沿着所述第一预期行进路径所行进的距离远小于离子沿着所述第二预期行进路径所行进的距离。

11.根据前述任一权利要求所述的质谱分析设备，其中，所述离子过滤装置包括滤质器或质量分析器，设置为用于接收来自所述离子导向器的离子流，以用于过滤目的。

12.根据引用权利要求2时的权利要求11所述的质谱分析设备，其中，所述质量分析器设置为接收沿着第二预期行进路径而在所述离子分析装置的方向上行进的离子。

13.根据前述任一权利要求所述的质谱分析设备，其中，所述离子过滤装置可包括两个或更多个极柱元件，例如金属杆，所述金属杆设置为彼此间隔开但相互平行的关系。

14.根据权利要求11至13中的任一权项所述的质谱分析设备，其中，所述质量分析器是四极柱质谱分析器，所述四极柱质谱分析器具有四个间隔开但平行的金属杆。

15.根据前述任一权利要求所述的质谱分析设备，其中，所述离子过滤装置可设置为与竖直平面基本平行对准，由此将所述离子过滤装置的纵向轴线设置为基本平行于竖直平面。

16.根据权利要求2至15中的任一权项所述的质谱分析设备，其中，所述离子导向器包括能够将所述离子束从所述第一预期行进路径引导至所述第二预期行进路径上的离子光学透镜装置。

17.根据权利要求2至16中的任一权项所述的质谱分析设备，其中，所述离子导向器包括弯曲元件，所述弯曲元件设置为在所述第一预期行进路径和所述第二预期行进路径之间引导或使所述离子流定向。

18.根据权利要求17所述的质谱分析设备，其中，所述弯曲元件被成形为与所述离子流的预期路径的一部分或一段相称。

19.根据前述任一权利要求所述的质谱分析设备，其中，所述设备还包括一个或多个碰撞池，所述一个或多个碰撞池设置为过滤所述离子流中的干扰粒子，从而用于提高所述离子分析装置处的离子流的信号强度。

20.根据权利要求19所述的质谱分析设备，其中，所述碰撞池或各个碰撞池设置为容纳以下一种或多种反应气体或碰撞气体：氨、甲烷、氧、氮、氩、氖、氪、氙、氦或氢、或其任何两种或多种混合物，用于与提取自等离子体中的离子起反应。

21.根据引用权利要求2时的权利要求19或根据权利要求20所述的质谱分析设备，其中，所述碰撞池或各个碰撞池放置在沿着所述离子流的第一预期行进路径和/或所述第二预期行进路径的任何所需位置上，从而除去所述离子流中不需要的粒子。

22.根据前述任一权利要求所述的质谱分析设备，其中，所述离子源可通过电感耦合式等离子体来提供，由此将所述电感耦合式等离子体设置为定向在基本水平面上。

23.根据权利要求2，或者根据引用权利要求2时的权利要求3至22中的任一权项所述的质谱分析设备，其中，所述第一预期行进路径和所述第二预期行进路径彼此相对设置，使得外壳在与所述第一预期行进路径基本平行的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小所述外壳的有效占位面积。

24.根据权利要求2，或者根据引用权利要求2时的权利要求3至22中的任一权项所述的质谱分析设备，其中，所述第一预期行进路径和所述第二预期行进路径彼此相对设置，使得外壳在与所述第二预期行进路径基本正交的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小所述外壳的有效占位面积。

25.根据前述任一权利要求所述的质谱分析设备，其中，所述离子源可包括能够提供离子以用于分析的任何已知的设备或装置。

26.根据前述任一权利要求所述的质谱分析设备，其中，所述离子分析装置可包括质谱分析离子检测器单元。

27.根据权利要求2，或者根据引用权利要求2时的权利要求3至26中的任一权项所述的质谱分析设备，其中，所述设备是电感耦合式等离子体(ICP)质谱仪类型，由此所述离子源包括电感耦合式等离子体，对准所述电感耦合式等离子体，使得所述第一预期行进路径与水平面基本对准。

28.一种电感耦合式等离子体质谱分析设备，包括：

设置在基本水平方向上的离子源，并且一定数量的离子可来源于所述离子源；

离子过滤装置，设置为用于接收离子流，以便对其进行过滤；和

离子导向器，其设置为将源自所述离子源的离子引向所述离子过滤装置；

其中所述离子源和所述离子过滤装置彼此相对设置，使得所述设备在基本水平对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小所述设备的有效占位面积。

29.一种电感耦合式等离子体质谱分析设备包括：

离子源，其中一定数量的离子可来源于所述离子源，用于提供沿着第一预期行进路径而移动的离子流；

离子过滤装置，用于接收沿着第二预期行进路径而移动的离子流，从而在离子分析装置进行分析之前对所述离子流进行过滤；和

离子导向器，设置为使沿着所述第一预期行进路径移动的离子转向为沿着所述第二预期行进路径而移动；

其中所述第一预期行进路径和所述第二预期行进路径彼此相对设置，使得所述设备在与所述第二预期行进路径基本正交对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小所述设备的有效占位面积。

30.根据权利要求29所述的电感耦合式等离子体质谱分析设备，其中，所述第一预期行进路径与水平面基本对准，并且所述第二预期行进路径与竖直平面基本对准，从而使沿着所述第二预期行进路径移动的离子流在相对于所述竖直平面基本向上的方向上移动。

31.根据权利要求29或权利要求30所述的电感耦合式等离子体质谱分析设备，其中，所述离子导向器是离子镜。

32.根据权利要求29至31中的任一权项所述的电感耦合式等离子体质谱分析设备，其中，所述离子过滤装置是四极柱质谱分析器。

33.根据权利要求29至32中的任一权项所述的电感耦合式等离子体质谱分析设备，其中，所述设备还包括定位在所述离子导向器和所述离子过滤装置中间的碰撞池。

34.一种电感耦合式等离子体质谱分析设备，包括：

离子源，其中一定数量的离子可来源于所述离子源，其用于提供沿着与水平面基本对准的第一预期行进路径而移动的离子流；

四极柱质谱分析器，用于接收沿着第二预期行进路径而移动的离子流，以便在离子分析装置进行分析之前过滤所述离子流，所述第二预期行进路径与竖直平面基本对准，并且沿此移动的所述离子流设置为在相对于所述竖直平面基本向上的方向上移动；

离子镜，设置为使沿着所述第一预期行进路径移动的离子转向为沿着所述第二预期行进路径而移动；和

碰撞池，定位在所述离子镜和所述四极柱质谱分析器中间；且

其中所述第一预期行进路径和所述第二预期行进路径彼此相对设置，使得所述设备在与所述第二预期行进路径基本正交对准的平面中的剖面得以减少，从而最大限度地减小所述设备的有效占位面积。

35.一种质谱分析设备，基本上如前文所述，并参照其中任一张附图。

36.一种电感耦合式等离子体质谱分析设备，基本上如前文所述，并参照其中任一张附图。

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