CN104412356A - 一种供质谱仪使用的离子偏转器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可与质谱仪结合使用的离子偏转器，用于在两条不同运动轴之间引导离子流。该离子偏转器一个电场诱导器，其布置可确保建立至少一个静电场，其能够使基本沿第一条预定运动通路运动的离子偏离朝向，基本沿第二条预定运动通路运动。

Description

一种供质谱仪使用的离子偏转器

技术领域

本发明涉及质谱分析中或与之相关的改进。更具体地说，一方面，本发明涉及与质谱分析仪器结合使用的离子偏转器装置的改进。

背景技术

在本说明书中，在提及或论述到文档、知识条例或项目时，所述提及或论述并非承认所述文档、知识条例或项目或者其任意组合在优先权日已是公众已知信息的一部分；或者，已知是与尝试解决与本说明书所涉及任何问题的努力相关。

质谱仪是用于测量或分析带电粒子的质荷比的设备，可确定样本或分子的元素或分子组成。

有多种不同技术可用来满足此类测量目的。一种质谱仪涉及使用电感耦合等离子体(ICP)生成等离子体。在这种形式中，等离子体将样本汽化和电离，使样本中的离子进入质谱仪进行测量/分析(质谱分析)。

由于质谱仪需要在真空环境下运行，从等离子体中提取和转移离子是让等离子体形成的一小部分离子穿过取样器上尺寸约1mm的孔，然后穿过截取器上尺寸约0.5mm的孔(通常分别称为取样器和截取锥)。

对离子束穿过质谱分析装置的引导，通常由施加了可控电压且正确定位的电极所产生的特定形状的电场来控制。这种类型的装置通常被称为离子光学系统。

Varian Australia Pty Ltd.的美国专利编号6,614,021中描述了一种离子光学系统的示例。虽然在US'021中所述布置被认为足以进行操作，但在一些离子能量水平上其测量灵敏度受限。

发明内容

根据本发明的一个主要方面，本专利提供一种修改质谱仪内离子束运动通路的离子偏转器，偏转器包括一个布置的电场诱导器，从而建立多个静电场，其能够使基本沿第一条预定运动通路运动的离子偏离朝向，基本沿第二条预定运动通路运动。

根据本发明的另一个主要方面，本专利提供一种修改质谱仪内离子束运动通路的离子偏转器，偏转器包括一个布置的电场诱导器，从而建立多个静电场，其能够使离子从一个或多个入射角度朝向一个预定的焦点运动。

根据本发明的另一个主要方面，本专利提供一种可与质谱仪联用的离子偏转器，其可在2条不同的运动轴之间使离子流偏转，从而建立多个静电场，其可使沿第一所述运动轴聚焦的离子流朝向预定焦点的空间区域运动，后者基本与另一所述运动轴共线。

电场诱导器可包含一个可充电部件，其包括多个(或数个)可充电部件。可布置每一可充电部件配备一个电压源，从而均具有正电或负电的偏置电压。

在一个实施例中，每一可充电元件可代表一个可充电部件部分。因此，可充电部件可包含多个可充电部分。

应当认识到，当可充电部件(或部分)提供一个偏置电压时，产生的电场为一个单极电场，其中电场线方向取决于施加的偏置电压是否为正电(其中电场线从可充电部件向外呈放射状)或负电(电场线从可充电部件向内呈放射状)。

根据本发明上述以及下述主要方面，优选布置电场诱导器从而建立多个电场单极区域。在这方面，三维空间内的离子导向，至少部分，可通过已建立的电场的获得的影响或净效应获得。因此，在一个实施例中，离子束所选操作(或转向)和/或所选聚焦，至少部分，来自于电场诱导器的每一可充电部件(或部分)建立的电场的叠加。因此，可布置电场诱导器从而建立多个静电单极区域，其叠加能够使离子在所需三维空间内朝所选方向转向。

在一个优选的实施例中，每一可充电部件提供更有一个与进入质谱仪离子电势(即离子源电势)相关的基本为负电的偏置电压。

优选的方法是，同一平面或离子流平面内具有离子运动的第一条和第二条预定通路。应当认识到，可布置和采用本发明的偏转器从而产生平面外偏转，后者取决于质谱仪器的特定布置，例如质量检测器装置与离子源的相对位置。

在一个实施例中，可充电部件包括4个可充电元件，每一个可充电元件的布置方式可提供一个离子源测量时电压相关的负电偏置电压。在此布置中，电场诱导器可提供4个电场单极区域。

在一个实施例中，可充电元件在操作上可布置为成对，其中每一对(包括组成的可充电元件)布置为相对位置。通过向成对的可充电元件施加偏置电压，可采用静电场来控制离子束的方向和/或聚焦。

可布置一个可操作对从而使组成的可充电元件上施加的偏置电压多变，呈指定或预定量。偏置电压的多变性可在成对的组成性可充电元件之间产生电压差，这样离子束能够被操作或“转向”，从而朝一个预定的空间区域聚焦。根据彼此位置，布置每一可充电元件对的可充电部件，根据离子束流情况配置几何位置，从而在施加电压差时操作离子束朝所需方向运动。

在一个实施例中，可充电元件为圆形，包括4个等形可充电元件。因此，在该实施例中的可充电部件包含2个对称轴。

在该实施例的一个布置中，可充电部件共线，这样2个对称轴与离子流平面不共线。在该布置中，相对的可充电元件(例如顶点对顶点的各元件)可按相应的配对进行操作上的布置。在可充电元件(或对)之间施加一个偏置电压，其一般位于离子流平面内，这样离子束可在该平面内被操作。而且，在可充电元件(或对)之间施加一个偏置电压，其一般位于离子流平面外，这样离子束可被操作为与离子流平面基本呈直角方向。

在另一布置中，一个对称轴基本与离子流平面共线，而另一对称轴与离子流平面基本呈直角方向。在该布置中，离子流平面内的离子束操作可通过在一个或多个相对的可充电部件之间建立一个偏置电压来完成，其对称轴与离子流平面基本呈直角方向。类似地，离子流平面外的离子束操作可通过在一个或多个相对的可充电部件之间建立一个偏置电压来完成，其对称轴与离子流平面基本共线。

可充电部件还可以基本呈圆锥形或部分圆锥形的形状。在该配置中，以及对于可充电部件包括4个可充电元件时，每一可充电元件代表圆锥形的四分之一。熟练的技术人员可以理解，可充电部件还可以呈其它几何或其部分形状。

对于可充电部件包含多个可充电元件的情况，每一可充电部件可通过绝缘底物来使彼此电隔离。在这种情况下，在中间或毗邻个可充电元件处可安放绝缘体或类似材料。

可充电部件充分相对于离子束来定位，因此能够产生电场，以预先确定的方式偏转离子束。一般来说，离子束的预期路径为可充电部件的一个圆周部分。

离子偏转器可包含一个，一般情况下会布置的电气接地元件。在一些实施例中，接地元件具有一个轻度的偏置电压，取决于所采用的布置方式。但是，在接地元件(如有)上施加的偏置电压与在每一可充电元件上施加的量级不一致。

在接地元件上施加的偏置电压可以为正电或负电。但优选地，在接地元件上施加的偏置电压可以为负电。

一部分接地元件可包括一个通过网状元件提供的网状区或类似结构。网状元件可与一个电压源一同布置，这样其能够向接地元件提供所需(如有需要)偏置电压。

接地元件和/或网状元件可使用任何适宜的金属材料制备，例如镍或不锈钢。而且，网状元件的网孔大小可以为5mm或更大。

在其他实施例中，接地的元件可能具有一个或多个孔。例如，在该实施例中，接地元件可包括一个单孔，其布置可基本与第一条或第二条预定运动通路中的一个或两个同心。这个空的形状可以是任何适宜的形状，例如圆形或椭圆形。

在一个实施例中，接地元件可在几何上呈圆形或椭圆形，而且其安装和/或布置的方式可以与可充电部件相对。在这类配置中，根据彼此位置布置接地元件和可充电部件，从而使离子束从中间通过。当可充电部件基本呈圆锥形时，可配置接地元件和可充电部件使圆锥面朝向接地元件。

接地元件可基本呈二维形状，和任何平面(基本平坦)形状，例如圆形、椭圆形或类似形状。接地元件的圆周形状可以分段(例如具有基本为直线的多段)或基本为曲线。

接地元件还可具有一个深度元素，这样就具有三维特点。在这方面，作为平面形状的函数，深度元素可以为分段或曲线形(例如内凹或外凸形)。因此，应当认识到，接地元件可包含多个三维形状。

不限制的示例可包括球形、抛物线形或椭球形的二维或三维形状。熟练的技术人员可以理解，接地元件还可以呈多种不同的二维或三维形状。

对于本发明的上述各主要方面以及以下各方面，预定焦点的空间区域代表离子流向其聚焦或集中的空间的一个区域(即焦点)，其目的是为了增加实际通过空间区域的离子通量，并减少该区离子束的空间分布。通常预定焦点的空间区域位于离子被引导进行后续光谱分析的入口区域处或附近。在一些实施例中，空间区域通常位于质量分析器或碰撞池装置的入口或在其附近，它们是质谱分析装置整体配置的组成部分。

优选方法是，通过离子热化设备使离子流向离子偏转器集中或聚焦，诸如离子漏斗、离子导向器或任何其他使用剩余压力碰撞冷却或碰撞聚焦功能的设备。通过这种方式，可使从离子源提取的离子束聚焦或集中，从而使其朝向离子偏转器，后者具有增强离子流和/或降低能量分布的特性。

通常地，预定焦点的空间区域在空间上与离子偏转器入口明显不同，两者位置关系取决于电场诱导器布置的具体配置。在一个实施例中，电场诱导器的布置要确保预定焦点的空间区域在空间上与离子偏转器入口有充分的间隔，使离子在所述的第一条和第二条运动轴之间偏转。

优选的方法是，电场诱导器的布置要确保能够预先确定预定焦点的空间区域，从而预先确定离子流的方向。

应当认识到，第一条和第二条运动轴之间的角度可根据所需的质谱分析装置而改变。例如，已知的为提高质谱仪灵敏度的离子束偏转方法是通过仅偏转目标离子，也就是将不需要的粒子从离子束流中去除。因此，这种装置可提高目标离子的密度，从而不再需要通常通过碰撞环境才能实现的碰撞或反应池。此外，操纵或控制离子束的能力让设计者在开发质谱仪设备时拥有更高的灵活性，使其能够更加紧凑并占据更少的工作台空间，或者是其具有灵活的机械容差。

在一个实施例中，可布置电场诱导器从而使离子在第一条和第二运动轴(或第一条和第二条预定运动通路)之间偏转，此时两个轴彼此基本呈90度。

根据本发明的另一个主要方面，本专利提供一种可与质谱仪联用的离子偏转器，其可在2条不同的运动轴之间使离子流导向，从而建立多个静电场，其可使沿第一条运动轴聚焦的离子流朝向预定焦点的空间区域运动，这样相对于进入质谱仪的离子，通过预定焦点空间区域的离子空间分布会大大减少。

根据本发明的另一个主要方面，本专利提供一种可与质谱仪联用的离子偏转器，其可在2条不同的运动轴之间使离子流导向，从而建立多个静电场，其可使沿第一条运动轴聚焦的离子流朝向预定焦点的空间区域运动，这样相对于进入质谱仪的离子，通过空间区域的离子流会大大减少。

根据本发明的另一个主要方面，提供了与质谱分析仪器结合使用的采样接口，布置的采样接口能够实现在质谱仪中进行离子采样从而进行质谱分析，采样接口能够接收从离子源提取的一定数量的离子，以便提供一个离子束沿第一条运动轴运动，并沿预期路径被引导至为接收沿第二条运动轴移动的离子布置的离子检测器，该接口还包含一个离子反射器，该反射器根据本发明的任何上述主要方面的任何实施例，可在第一条和第二条运动轴之间反射离子束。

可布置采样接口使其兼容下列质谱分析仪器中的至少一种：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，诸如电感耦合质谱(ICP-MS)、微波等离子质谱分析(MP-MS)、辉光放电质谱分析(GD-MS)或光学等离子质谱分析(如激光感应等离子体)、气相色谱质谱分析(GC-MS)、液相色谱质谱分析(LC-MS)和离子色谱质谱分析(IC-MS)。而且，其它离子源可能包括但不限于,电子轰击(EI)，实时直接分析(DART)，解吸附电喷雾(DESI)，流动大气压辉光(FAPA)，低温等离子体(LTP)，介质阻挡放电(DBD)，氦等离子体(HPIS)，解吸附大气压光子(DAPPI)，大气压或者常压解吸附(ADI)。有经验的读者可能会意识到后面的清单并未打算详尽列明，因为质谱分析的其他开发领域也可能会从本发明的原理中获益。

根据本发明的其他主要方面，提供的质谱仪包括根据本发明布置的上述离子偏转器的任何实施例。

根据本发明的其他主要方面，提供的电感耦合等离子体质谱仪包括根据本发明布置的上述离子偏转器的任何实施例。

根据本发明的其他主要方面，提供的气压离子源包括根据本发明布置的上述离子偏转器的任何实施例。

根据本发明的其他主要方面，提供的质谱仪包括根据本发明布置的上述采样接口的任何实施例。

根据本发明的其他主要方面，提供的电感耦合等离子体质谱仪包括根据本发明布置的上述采样接口的任何实施例。

根据本发明的其他主要方面，提供的气压离子源包括根据本发明布置的上述采样接口的任何实施例。

根据本发明的另一主要方面，本发明提供一种与质谱仪器联用的采样接口，该接口包括：一个用于将离子源提取的焦点朝离子偏转器聚焦的离子聚焦装置、一个具有能够电场诱导器的离子偏转器，其可提供多个使离子流朝预定焦点空间区域聚焦的电场。

离子偏转器可能包括本发明上述主要方面所述相关的任何功能。

离子聚焦设备可能包括任何离子热化设备，诸如离子漏斗、离子导向器或任何其他使用剩余压力碰撞冷却或碰撞聚焦功能的设备。这类装置还可整合澳大利亚临时专利申请号2011904560所述的装置，这些内容已在本专利中交叉引用。

根据本发明的另一个主要方面，本专利提供一种修改质谱仪内离子束运动通路的方法，该方法包括建立多个静电场用于质谱分析，其能够使基本沿第一条预定运动通路运动的离子偏离朝向，基本沿第二条预定运动通路运动。

根据本发明的另一个主要方面，提供的方法可改变离子束在质谱仪中的运动路径，该方法包括通过向离子施加多个静电场，从而使离子运动从基本沿第一条预定运动通路朝向预定焦点的空间区域偏转的步骤。

根据本发明的另一个主要方面，本专利提供一种修改质谱仪内离子束运动通路的方法，该方法包括通过向离子施加多个静电场，从而使一个或多个入射角的离子偏转朝向预定焦点的空间区域运动的步骤。

根据本发明的另一主要方面，本发明提供一种使两条不同运动轴之间的离子束中的离子偏转的方法，该方法包括提供一个具有电场诱导器的离子偏转器的步骤，电场诱导器可建立多个静电场，从而能够使两条不同运动轴之间的离子流偏转。

在一个实施例中，根据上述本发明任一主要方面相关的所述任何实施例布置离子偏转器。

该方法可能还包括引导从离子源中提取的离子流这一步骤，使离子流向离子偏转器入口区域集中或聚焦。可通过使用任何离子热化设备来提供此步骤，诸如离子漏斗、离子导向器或任何其他使用剩余压力碰撞冷却或碰撞聚焦功能的设备。

该方法还可包含布置离子偏转器的步骤，从而使离子束朝位于质量分析器(例如四级杆质量分析器装置)或碰撞池装置入口处或附近的预定焦点空间区域集中或聚焦。

可适当配置电场诱导器，从而使离子偏转器入口区域处的离子能量分布基本与预定焦点空间区域一致。

电场诱导器可能包括根据本发明的上述任何方面的任何所述的实施例。

附图说明

现在将仅通过示例的方式，参照一个或多个附图进一步解释和说明本发明的实施例：

图1示使用计算机建模软件制备的本发明的一个实施例的示意透视图。

图2显示了根据本发明的一个实施例的示意(截面)图，在根据本发明一个实施例布置的一个离子偏转器影响下，离子流在两条运动轴之间运动的对准；

图3显示了本发明另一个实施例的示意图；

图4示图3所示实施例的透视图；

图5显示了本发明另一个实施例的示意图；

图6示图5所示实施例的透视图；

图7显示了采用本发明的一个实施例布置的整合一个离子偏转器的质谱分析装置的示意(截面)图；

图8显示了采用本发明的一个实施例布置的整合离子偏转器的另一个质谱分析装置的示意(截面)图；

图9显示了采用本发明的一个实施例布置的整合离子偏转器的另一个质谱分析装置的示意(截面)图；

图10显示了采用本发明的一个实施例布置的整合离子偏转器的另一个质谱分析装置的示意(截面)图；

图11显示了采用本发明的一个实施例的另一个质谱分析装置的示意(截面)图；

图12显示了采用本发明的一个实施例布置的整合离子偏转器的另一个质谱分析装置的示意(截面)图；

图13显示了采用本发明的一个实施例布置的整合离子偏转器的另一个质谱分析装置的示意(截面)图；

图14显示了采用本发明的一个实施例布置的整合离子偏转器的另一个质谱分析装置的示意(截面)图；

图15显示了采用本发明的一个实施例布置的整合离子偏转器的另一个质谱分析装置的示意(截面)图；以及

图16显示了采用本发明的一个实施例布置的整合离子偏转器的另一个质谱分析装置的示意(截面)图。

具体实施方式

为简便起见，将具体针对大气压质谱仪器描述本发明的多个实施例。然而，应当认识到，上述实施例的内容可直接应用到任何质谱分析仪器，包括具有任何碰撞环境布置的类型(包括但不限于多级碰撞或反应池)，可用于选择性离子颗粒物破碎、稀释、反应、碰撞散射、操纵以及为了修改质谱而进行的重新分配。因此，以下质谱分析设备可从本发明的原理中获益：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，诸如电感耦合等离子体(ICP-MS)、微波等离子质谱分析(MP-MS)或辉光放电质谱分析(GD-MS)或光学等离子质谱分析(如激光感应等离子体)、气相色谱质谱分析(GC-MS)、液相色谱质谱分析(LC-MS)和离子色谱质谱分析(IC-MS)。而且，其它离子源可能包括但不限于,电子轰击(EI)，实时直接分析(DART)，解吸附电喷雾(DESI)，流动大气压辉光(FAPA)，低温等离子体(LTP)，介质阻挡放电(DBD)，氦等离子体(HPIS)，解吸附大气压光子(DAPPI)，大气压或者常压解吸附(ADI)。有经验的读者可能会意识到后面的清单并未打算详尽列明，因为质谱分析的其他开发领域也可能会从本发明的原理中获益。

大多数质谱仪设备包括离子光学装置，该装置经过配置，会将离子聚焦并使其移动到离子束操纵器(如果使用)中，诸如任何已知的碰撞或反应池。此组件的用途是通过物理和/或化学方式修改离子束以满足特定的光谱需要。例如，在ICP-MS场中，提供“干涉”环境(即包含特定气体或通过不需要的粒子或已知在离子束中存在的粒子故意干涉的环境)能够改善特定种类“目标”离子的测量效果。

通常，使用多个依次排列的质量分析器和不同类型的离子束操纵器将有助于质谱分析。四极质量分析器部件依次运行。将依次获得光谱，但一次仅能测量一项质荷比，因此当需要测量多种质量时，可能花费大量时间。此外，当离子源和/或样本引入系统振荡或闪烁时，产生的离子束对于后续测量不稳定(时间)，使用这种序列方法测量精确的同位素比可能存在问题。

参照图1和图2，显示了依照本发明布置的离子偏转器5的一个实施例，供与质谱仪装置2结合使用(其作为一种大气压等离子体质谱仪器配置)。离子偏转器5的布置能够确保2条不同运动轴(图2所示轴A和B)之间的离子流导向，该离子偏转器包括一个电池诱导器10，其用于使基本沿轴A运动的离子流(从离子源4)偏转(基本在区域60内)，从而基本沿轴B向质量分析器48运动。

应当认识到，第一条A和第二条B运动轴之间的角度可根据所需的质谱分析装置而改变。例如，已知的为提高质谱仪灵敏度的离子束偏转方法是通过仅偏转目标离子，也就是将不需要的粒子从离子束流中去除。因此，这种装置可提高目标离子的密度，从而不再需要通常通过碰撞环境才能实现的碰撞或反应池。此外，操纵或控制离子束的能力让设计者在开发质谱仪设备时拥有更高的灵活性，使其能够更加紧凑并占据更少的工作台空间。

离子源4包括电极或线圈，其可从特定样本提供大量离子用于质谱分析。离子被提取(6)入一个离子热化装置8中，其包括一个离子冷却器或聚焦装置68，后者用于使来源于等离子体的离子聚焦，从而沿预定通路运动——基本沿轴A。离子冷却器或聚焦装置68可包含利用具有双极或多极离子隧道或离子引导器(细的或其他类型)益处的装置。任何离子热化装置8一般将包括一个抽气口64。

在操作中，通过设备28内的一个离子提取装置27从离子热化装置8中通过一个小孔76提取离子样本入质谱仪2中，离子提取装置27包括提取电极16和20，其用于提取和聚焦离子，从而形成离子束12，后者通过区域24进入离子偏转器5。应当认识到，区域24可布置一个或多个其它类型的离子光学透镜装置。离子偏转器5还包括，在其上游末端，一个透镜32，离子束(84处)从离子提取装置27通过该透镜进入离子偏转器5。

电场诱导器10可包含可充电元件36，其中含有多个可充电元件88，后者可布置一个电压源，使其呈正或负偏置电位。在所示实施例中，每一可充电元件88(图中实施例所示4)提供一个相对进入质谱仪2的离子电势基本为负电的偏置电压(即区域4/6中的离子电势)。可以理解的是，可使用或多或少的可充电元件88。

熟悉本领域的技术人员应当认识到，当可充电部件88提供一个偏置电压时，产生的电场为一个单极电场，其中电场线方向取决于施加的偏置电压是否为正电(从可充电部件向外呈放射状)或负电(从可充电部件向内呈放射状)。

因此布置电场诱导器10从而建立多个单极电场。在这方面，三维空间内的离子导向，至少部分，可通过已建立的电场的获得的影响或净效应获得。因此，离子束所选操作(或转向)和/或所选聚焦，至少部分，来自于电场诱导器10的每一可充电部件(或部分)建立的电场的叠加。因此，可布置电场诱导器10从而建立多个静电单极区域，其叠加能够使离子在所需三维空间内朝所选方向转向。

通过电场诱导器10提供的单极电场可使离子在第一条运动轴A和第二条运动轴B之间偏转。布置电场诱导器10从而使离子偏转，并适当地朝位于质量分析器48上游的入口区域80处或附近的预定焦点42空间区域聚焦。入口透镜聚焦电极52和56位于入口区域80内，布置每一电极使离子束可聚焦进入质量分析器48(例如，碰撞池或其他腔室)。或者，例如入口区域80可位于碰撞池或位于质量分析器装置之前的任何其他所需腔室的上游。

图3和图4示意电场诱导器10的一个实施例。在2个图中，离子束在PF平面内流动，进入参考编号92代表的区域离子偏转器5。可充电部件36包含可充电元件88a-88d。在所示布置中，在操作中可成对布置可充电元件88a-88d——第一对包括可充电元件88a和88c，第二对包括可充电元件88b和88d。如图中所示，布置每一对从而使组成的可充电元件彼此相对(即按顶点对顶点的配置方式来成对布置相对的可充电元件)。

可布置一对或两对从而使组成该对的可充电元件上施加的偏置电压差按指定量变化。偏置电压可变性可以使一个区域或离子束尾(一般标记的参考编号为96)可被选择性地操纵或“转向”从而使区域96向一个预定空间区域(即一个焦点)合适地聚焦。如图3所示，在操作时可布置由包括可充电元件88b和88d组成的可充电元件对，这样可操纵或“转向”离子束通路至PF平面外，方向为128/132(如图3所示)。例如，当调节离子偏转器5时，这可能是必须的，从而确保离子束正确地朝预定焦点聚焦(一般位于质量分析器48的入口区域80处)。类似地，在操作时可布置由包括可充电元件88a和88c组成的可充电元件对，这样可操纵或“转向”离子束通路至PF平面内，方向为116或112(如图4所示)。

此外，可通过在可充电元件88b,88d(两个可充电元件可作为单一电极有效操作)以及可充电元件88a,88c(两个可充电元件也可作为单一电极有效操作)之间施加一个电压差，来进一步操作离子束。

在不受特定的最初配置约束的情况下，当可充电元件36包括2个如图3和4所示的可充电元件对时，在操作时，布置一个可充电元件对上的偏置电压相差为-200V，施加至两个组成的可充电元件(例如包括可充电元件88a和88c的可充电元件对)，而可布置其余可充电元件对(包括可充电元件88b和88d的可充电元件对)上的偏置电压相差约为-200V±一个指定的10V电压(这样可转向至方向128或132)。应当认识到，可根据所使用的(至少部分)可充电元件36(和/或其各自电极)的特定设计和配置来使用任何偏置电压(或范围)。

可充电元件36的另一布置如图5和6所示。在该配置中，可充电元件36被均分为4个可充电元件124a-124d。如该配置中所示，可充电元件36具有2个对称轴，第一个对称轴S₁基本与PF平面共线，第二个对称轴S₂基本与流动平面垂直。在该布置中，可充电元件124b和124c与可充电元件124a和124d分别绕对称轴S₁对称，而可充电元件124a和124b与可充电元件124d和124c分别绕对称轴S₂对称。在操作上合适布置可充电元件124b至124d从而使离子束区域96可在方向128/132(PF平面外)上和/或116/112(PF平面内)被选择性操作或转向。

当离子束在方向128/132(PF平面外)上被选择性转向时，可在可充电元件124a和124b之间布置一个偏置电压(彼此绕对称轴S₁对称)，其可使离子束区域96在方向128/132上移动。应当认识到，类似的效应可通过在可充电元件124d和124c之间布置一个偏置电压，或者如果可充电元件124a和124d成对从而操作可充电元件124b和124c来建立。因此，离子流PF平面外的离子束操作可通过在一个或多个相对(对称轴为S₁)的可充电部件之间建立一个偏置电压来完成。

对于离子束在方向116/112(离子流PF平面内)选择性转向，在可充电元件124a，124b以及可充电元件124c，124d之间分别布置一个偏置电压。在该布置中，可充电元件124a，124b和可充电元件124c，124d作为单电极操作，从而使离子束区域96在方向116/112上移动。因此，离子流PF平面内的离子束操作可通过在一个或多个相对(对称轴为S₂)的可充电部件之间建立一个偏置电压来完成。应当认识到，可适当布置可充电元件36的实施例从而包括几乎为4个可充电元件。因此，可根据其特定的几何配置，至少部分，在操作时彼此布置可充电元件，并适当地布置，从而使离子束可被适当地操作或转向。

对于所示的实施例，可充电元件36基本呈圆柱形，其中每一可充电元件88/124代表可充电部件36的四分之一。而且，应当很容易理解，可充电元件36可以称其他适宜的几何形状。

使用一种绝缘介质(未显示)使可充电元件88/124彼此绝缘。在这方面，布置可充电元件36使可充电元件88/124彼此通过一种绝缘材料来分隔开来，这样每一可充电元件88/124彼此绝缘。熟悉本领域的专业人士可以很容易理解,可充电元件88/124可以使用任何能够接收偏置电压的材料制成。

离子偏转器5可包含一个，一般情况下会布置的电气接地元件40。在一些实施例中，接地元件40具有一个轻度的偏置电压，取决于所采用的布置方式。但是，在接地元件40(如有)上施加的偏置电压与在可充电元件124上施加的量级不一致。在接地元件40上施加的偏置电压可以为正电或负电。优选方法是，在接地元件上施加的偏置电压可以为负电。

一部分接地元件40可包括一个通过网状元件30提供的网状区域26。网状元件30可与一个电压源一同布置，这样其能够向接地元件40提供所需(如有需要)偏置电压。

接地元件40和/或网状元件30可使用任何适宜的金属材料制备，例如镍或不锈钢。而且，网状元件30的网孔大小可以为5mm或更大。

接地元件40可在几何上呈圆形或椭圆形，而且其安装和/或布置的方式可以与可充电部件36相对。在该配置中，根据彼此位置布置接地元件40和可充电部件36，从而使离子束从中间通过。当可充电部件36基本呈圆锥形时，可配置接地元件40和可充电部件36使圆锥面朝向接地元件40。

熟悉本领域的人士应当很容易理解，接地元件40可基本呈二维形状，和任何平面(基本平坦)形状，例如圆形、椭圆形或类似形状。接地元件的圆周形状可以分段(例如具有直线的多段)或曲线。

在其他实施例中，接地元件40还可具有一个深度元素，这样就具有三维特点。在这方面，作为平面形状的函数，深度元素可以为分段或曲线形(例如内凹或外凸形)。因此，应当认识到，接地元件40可包含多个三维形状。不限制的示例可包括球形、抛物线形或椭球形的二维或三维形状。因此，熟练的技术人员可以理解，接地元件40还可以呈多种不同的二维或三维形状。

应当明确，本领域中的熟练的技术人员可以轻易地看出对本发明的修改和完善。这种修改和完善都应属于本发明。图7至图16分别显示了包含上述离子偏转器5实施例的不同装置示例。

图7显示了包含离子源210的质谱分析装置，从该离子源中提取的离子穿过入口215并穿过气幕装置220。然后这些离子进入热化设备(如离子漏斗、锥形或渐尖的离子导向器)，其中包含改良的离子导向装置230，它能够将离子束聚焦到孔240，从而进入腔室250内的离子光学装置。热化设备位于腔室225中，其连接至抽气口235。腔室250内的离子光学装置含有根据本发明配置的离子偏转器装置，能够偏转离子流并将其聚焦到质量分析器隔间265的入口260。离子束流的方向基本可标准为编号85。

图8显示了类似的质谱分析装置。但是腔室225被腔室275和290取代，其中包含用于提炼离子束的相应热化设备280。腔室275通过离子毛细管或离子运送设备270接收离子，这些设备可促进来自离子源210的离子流动。腔室275和290各自由抽气口285和295调节。

图9显示了另一个质谱分析装置，它保留了与图7所示的类似结构。所示装置采用单一的热化设备305，它使用离子毛细管或离子运送设备270接收离子。图10所示的装置保留了热化设备305，但配置在气幕装置220(如图7所示)的下游。

也可布置图11至图14所示的质谱分析装置，这能够在热化设备305与离子偏转器装置5之间加入碰撞或反应池330。可布置该碰撞池或其他碰撞池使其能够容纳一种或多种反应或碰撞气体(通过气体进口335)，诸如氨气、甲烷、氧气、氮气、氩气、氖气、氪气、氙气、氦气或氢气或其中任何两种或多种的混合气体，用来与从等离子体中提取的离子进行反应。可以理解的是，这里不能列举所有示例，但还有许多其它气体或者其组合可为在此碰撞池中使用。

图12显示了一种质谱分析装置，其中在离子接收气幕220之后串联放置了两个热化设备305。

图13显示的质谱分析装置中，热化装置配置了渐尖或锥形导向元件325和350，图14显示的是含有两个此类热化配置的串联装置。

应当认识到，当离子束被离子偏转器5偏转后，可使用其他质量过滤器来进一步提炼。图15和图16显示的质谱分析装置，使用了之前所示的位于气幕220下游的热化装置形式。但是离子束被偏转到三重四极质量分析器装置360的入口。该质量分析器装置360包含预过滤装置365，其中含有曲线边缘杆，可将离子束引导至第一个四极质量分析器370。然后，在离子束进入第二个四极质量分析器380之前穿过碰撞池375，碰撞池随后引导离子束最终到达离子检测器部件385。

熟练的技术人员应知晓，图7至图16中所示的装置并非完整列举，只是用来展示本发明的离子偏转器的原理可以如何简单地运用到不同质谱分析装置中。本领域熟练的技术人员也能够看出其他的改变。

在本说明书和权利要求中所使用的词语“包括”及其各种形式不会限制所要求的本发明使用任何变体或扩充。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种修改质谱仪内离子束运动通路的离子偏转器，偏转器包括一个布置的电场诱导器，从而建立多个静电场，其能够使基本沿第一条预定运动通路运动的离子偏离朝向，基本沿第二条预定运动通路运动。

2.一种修改质谱仪内离子束运动通路的离子偏转器，偏转器包括一个布置的电场诱导器，从而建立多个静电场，其能够使离子从一个或多个入射角度朝向一个预定的焦点运动。

3.一种可与质谱仪联用的离子偏转器，其可在2条不同的运动轴之间使离子流偏转，从而建立多个静电场，其可使沿第一所述运动轴聚焦的离子流朝向预定焦点的空间区域运动，后者基本与另一所述运动轴共线。

4.一种根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中电场诱导器包括一个可充电部件，其包括多个可充电元件。

5.一种根据权利要求4的离子偏转器，其中可布置每一可充电部件配备一个电压源，从而均具有正电或负电的偏置电压。

6.一种根据权利要求4或权利要求5的离子偏转器，其中每一可充电元件代表一个可充电部件的一部分。

7.一种当取决于权利要求5时根据权利要求5或权利要求6的离子偏转器，其中当可充电元件通过偏置电压时,产生的电场为单极电场,其中电场线的方向取决于施加的偏置电压为正电或负电。

8.一种根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中电场诱导器的布置能够确保建立多个单极电场。

9.一种根据权利要求4至8中任一权利要求的离子偏转器，其中每一可充电元件具有一个相对于进入质谱仪的离子电势为负电的偏置电压。

10.一种取决于权利要求1的根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中离子第一条和第二条运动路径位于同一平面或离子流平面内。

11.一种取决于权利要求4的根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中可充电部件包括4个可充电元件，其布置方式能够确保其具有基本上相对离子源处测量的电压差为负电的偏置电压。

12.一种根据权利要求11的离子偏转器，其中在操作中成对布置可充电元件，每对中的可充电元件彼此相对。

13.一种根据权利要求12的离子偏转器，其中可布置一个可操作对从而使组成的可充电元件上施加的偏置电压多变，呈指定或预定量。

14.一种根据权利要求13的离子偏转器，根据彼此位置，布置每一可充电元件的可充电部件，根据离子束流情况配置几何位置，从而在施加电压差时操作离子束朝所需方向运动。

15.一种根据权利要求11至14中任一要求的离子偏转器，其中可充电元件为圆形，包括四个相同形状的可充电元件。

16.一种根据权利要求11至15中任一要求的离子偏转器，其中可充电部件的形状基本呈圆锥形或部分圆锥形。

17.一种取决于权利要求4的根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中可充电部件充分相对于离子束来定位，因此能够产生电场，以预先确定的方式偏转离子束。

18.一种根据前述任一权利要求的离子偏转器，其还包括一个接地元件，其布置方式与可充电部件相对，接地元件布置有一个电压源，其能够(如需要)向所述元件通过所需偏置电压。

19.一种根据权利要求18的离子偏转器，其中接地元件的圆周形状基本为分段式。

20.一种根据权利要求18或权利要求19的离子偏转器，其中接地元件的圆周形状基本为曲线形。

21.一种取决于权利要求3的根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中预定焦点的空间区域代表离子流向其聚焦或集中的空间的一个区域，其目的是为了增加实际通过空间区域的离子通量，并减少该区离子束的空间分布。

22.一种取决于权利要求1的根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中可布置电场诱导器从而使离子在第一条和第二条运动轴(或第一条和第二条预定运动通路)之间偏转，此时两个轴彼此基本呈90度。

23.一种可与质谱仪联用的离子偏转器，其可在2条不同的运动轴之间使离子流导向，从而建立多个静电场，其可使沿第一条运动轴聚焦的离子流朝向预定焦点的空间区域运动，这样相对于进入质谱仪的离子，通过预定焦点空间区域的离子空间分布会大大减少。

24.一种根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中电场诱导器的布置能够确保建立多个静电单极区域，其叠加能够使离子在所需三维空间内朝所选方向转向。

25.一种可与质谱仪联用的离子偏转器，其可在2条不同的运动轴之间使离子流导向，该偏转器包括一个电场诱导器，电场诱导器的布置能够确保建立多个静电场，其可使沿第一条运动轴聚焦的离子流朝向预定焦点的空间区域运动，这样相对于进入质谱仪的离子，通过空间区域的离子流会大大增多。

26.一种整合了根据前述任一权利要求的离子偏转器的电感耦合等离子体质谱仪。

27.一种与质谱分析仪器结合使用的采样接口，布置的采样接口能够实现在质谱仪中进行离子采样从而进行质谱分析，采样接口能够接收从离子源提取的一定数量的离子，以便提供一个离子束沿第一条运动轴运动，并沿预期路径被引导至为接收沿第二条运动轴移动的离子布置的离子检测器，该接口还包含一个离子偏转器，该偏转器根据本发明权利要求1至25中任一要求布置，可在第一条和第二条运动轴之间偏转离子束。

28.一种修改质谱仪内离子束运动通路的方法，该方法包括建立多个静电场用于质谱分析，其能够使基本沿第一条预定运动通路运动的离子偏离朝向，基本沿第二条预定运动通路运动。

29.一种可改变离子束在质谱仪中的运动路径的方法，该方法包括通过向离子施加多个静电场，从而使离子运动从基本沿第一条预定运动通路朝向预定焦点的空间区域偏转的步骤。

30.一种修改质谱仪内离子束运动通路的方法，该方法包括通过向离子施加多个静电场，从而使一个或多个入射角的离子偏转朝向预定焦点的空间区域运动的步骤。

31.一种使两条不同运动轴之间的离子束中的离子偏转的方法，该方法包括提供一个具有电场诱导器的离子偏转器的布置，电场诱导器可建立多个静电场，从而能够使两条不同运动轴之间的离子流偏转。

32.根据权利要求28至31中任一要求的方法，其中离子偏转器为权利要求1至25中任一要求中界定的类型。

33.根据权利要求32的一种方法，该方法可能还包括引导从离子源中提取的离子流这一步骤，使离子流向离子偏转器入口区域集中或聚焦。

34.根据权利要求32或权利要求33的一种方法，该方法还可包含布置离子偏转器的步骤，从而使离子束朝位于质量分析器或碰撞池装置入口处或附近的预定焦点空间区域集中或聚焦。

Claims (34)

1.一种修改质谱仪内离子束运动通路的离子偏转器，偏转器包括一个布置的电场诱导器，从而建立多个静电场，其能够使基本沿第一条预定运动通路运动的离子偏离朝向，基本沿第二条预定运动通路运动。

2.一种修改质谱仪内离子束运动通路的离子偏转器，偏转器包括一个布置的电场诱导器，从而建立多个静电场，其能够使离子从一个或多个入射角度朝向一个预定的焦点运动。

3.一种可与质谱仪联用的离子偏转器，其可在2条不同的运动轴之间使离子流偏转，从而建立多个静电场，其可使沿第一所述运动轴聚焦的离子流朝向预定焦点的空间区域运动，后者基本与另一所述运动轴共线。

4.一种根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中电场诱导器包括一个可充电部件，其包括多个可充电元件。

5.一种根据权利要求4的离子偏转器，其中可布置每一可充电部件配备一个电压源，从而均具有正电或负电的偏置电压。

6.一种根据权利要求4或权利要求5的离子偏转器，其中每一可充电元件代表一个可充电部件的一部分。

7.一种当取决于权利要求5时根据权利要求5或权利要求6的离子偏转器，其中当可充电元件通过偏置电压时,产生的电场为单极电场,其中电场线的方向取决于施加的偏置电压为正电或负电。

8.一种根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中电场诱导器的布置能够确保建立多个单极电场。

9.一种根据权利要求4至8中任一权利要求的离子偏转器，其中每一可充电元件具有一个相对于进入质谱仪的离子电势为负电的偏置电压。

10.一种取决于权利要求1的根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中离子第一条和第二条运动路径位于同一平面或离子流平面内。

11.一种取决于权利要求4的根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中可充电部件包括4个可充电元件，其布置方式能够确保其具有基本上相对离子源处测量的电压差为负电的偏置电压。

12.一种根据权利要求11的离子偏转器，其中在操作中成对布置可充电元件，每对中的可充电元件彼此相对。

13.一种根据权利要求12的离子偏转器，其中可布置一个可操作对从而使组成的可充电元件上施加的偏置电压多变，呈指定或预定量。

14.一种根据权利要求13的离子偏转器，根据彼此位置，布置每一可充电元件的可充电部件，根据离子束流情况配置几何位置，从而在施加电压差时操作离子束朝所需方向运动。

15.一种根据权利要求11至14的离子偏转器，其中可充电元件为圆形，包括四个相同形状的可充电元件。

16.一种根据权利要求11至15的离子偏转器，其中可充电部件的形状基本呈圆锥形或部分圆锥形。

17.一种取决于权利要求4的根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中可充电部件充分相对于离子束来定位，因此能够产生电场，以预先确定的方式偏转离子束。

18.一种根据前述任一权利要求的离子偏转器，其还包括一个接地元件，其布置方式与可充电部件相对，接地元件布置有一个电压源，其能够(如需要)向所述元件通过所需偏置电压。

19.一种根据权利要求18的离子偏转器，其中接地元件的圆周形状基本为分段式。

20.一种根据权利要求18或权利要求19的离子偏转器，其中接地元件的圆周形状基本为曲线形。

21.一种取决于权利要求3的根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中预定焦点的空间区域代表离子流向其聚焦或集中的空间的一个区域，其目的是为了增加实际通过空间区域的离子通量，并减少该区离子束的空间分布。

22.一种取决于权利要求1的根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中可布置电场诱导器从而使离子在第一条和第二条运动轴(或第一条和第二条预定运动通路)之间偏转，此时两个轴彼此基本呈90度。

23.可与质谱仪联用的离子偏转器，其可在2个不同的运动轴之间使离子流导向，从而建立多个静电场，其可使沿第一运动轴聚焦的离子流朝向预定焦点的空间区域运动，这样相对于进入质谱仪的离子，通过预定焦点空间区域的离子空间分布会大大减少。

24.一种根据前述任一权利要求的离子偏转器，其中电场诱导器的布置能够确保建立多个静电单极区域，其叠加能够使离子在所需三维空间内朝所选方向转向。

25.一种可与质谱仪联用的离子偏转器，其可在2条不同的运动轴之间使离子流导向，该偏转器包括一个电场诱导器，电场诱导器的布置能够确保建立多个静电场，其可使沿第一条运动轴聚焦的离子流朝向预定焦点的空间区域运动，这样相对于进入质谱仪的离子，通过空间区域的离子流会大大增多。

26.一种整合了根据前述任一权利要求的离子偏转器的电感耦合等离子体质谱仪。

27.一种与质谱分析仪器结合使用的采样接口，布置的采样接口能够实现在质谱仪中进行离子采样从而进行质谱分析，采样接口能够接收从离子源提取的一定数量的离子，以便提供一个离子束沿第一条运动轴运动，并沿预期路径被引导至为接收沿第二条运动轴移动的离子布置的离子检测器，该接口还包含一个离子反射器，该反射器根据本发明的任何上述主要方面的任何实施例，可在第一条和第二条运动轴之间反射离子束。

28.一种修改质谱仪内离子束运动通路的方法，该方法包括建立多个静电场用于质谱分析，其能够使基本沿第一条预定运动通路运动的离子偏离朝向，基本沿第二条预定运动通路运动。

29.一种可改变离子束在质谱仪中的运动路径的方法，该方法包括通过向离子施加多个静电场，从而使离子运动从基本沿第一条预定运动通路朝向预定焦点的空间区域偏转的步骤。

30.一种修改质谱仪内离子束运动通路的方法，该方法包括通过向离子施加多个静电场，从而使一个或多个入射角的离子偏转朝向预定焦点的空间区域运动的步骤。

31.一种使两条不同运动轴之间的离子束中的离子偏转的方法，该方法包括提供一个具有电场诱导器的离子偏转器的布置，电场诱导器可建立多个静电场，从而能够使两条不同运动轴之间的离子流偏转。

32.根据权利要求28至31中任一要求的方法，其中离子偏转器为权利要求1至25中任一要求中界定的类型。

33.根据权利要求32的一种方法，该方法可能还包括引导从离子源中提取的离子流这一步骤，使离子流向离子偏转器入口区域集中或聚焦。

34.根据权利要求32或权利要求33的一种方法，该方法还可包含布置离子偏转器的步骤，从而使离子束朝位于质量分析器或碰撞池装置入口处或附近的预定焦点空间区域集中或聚焦。