CN105702556A - 用于软电子电离的离子源和有关系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种离子源配置为用于软电子电离并且产生低电子能量却高强度的电子射束。所述离子源包括：电子源，其产生所述电子射束并且将其发送到电离腔室中。所述电子射束在所述电离腔室中与样品材料交互，以产生可以发送到下游设备的离子射束。所述电子源配置为用于在所述电离腔室的上游生成虚拟阴极，其增强所述电子射束的强度。

Description

用于软电子电离的离子源和有关系统和方法

相关申请

本申请要求2014年12月12日提交的题为“IONSOURCEFORSOFTELECTRONIONIZATIONANDRELATEDSYSTEMSANDMETHODS”的美国临时专利申请序号No.62/091,204的权益，其全部内容通过引用的方式合并到此。

技术领域

本发明涉及例如可以在质谱仪中采用的利用电子射束的离子源，更具体地，涉及配置为用于软电子电离的离子源。

背景技术

质谱仪(MS)系统一般包括：离子源，其用于电离兴趣样品的成分；质量分析器，其用于基于离子的不同质荷比(或m/z比率，或更简单地，“质量”)来分离它们；离子检测器，其用于对分离开的离子进行计数；电子电路，其用于根据需要处理来自离子检测器的输出信号，以产生用户可解释的质量谱。典型地，质量谱是指示所检测到的离子的作为它们的m/z比的函数的相对丰度的一系列峰值。质量谱可以用于确定样品的成分的分子结构，由此使得能够定性和定量地表征样品。

MS中广泛使用的离子源的一个示例是电子电离(EI)源。在典型EI源中，样品材料得以分子蒸汽的形式引入到电离腔室中。电子发射器(典型地，用折射材料(例如钨)构成的加热细丝之类的热离子阴极)用于发射有能量的电子。在细丝与阳极之间外加的电势差的影响下，所发射的电子然后受准直并且作为射束加速到电离腔室中。样品材料沿着与电子射束的路径相交的路径引入到电离腔室中。作为电子射束在样品和电子路径相交的区域中轰击样品材料的结果，样品材料的电离产生。可以通过以下关系描述电离处理的主要反应：M+e^-→M^*++2e^-，其中，M指定分析物分子，e^-指定电子，M^*+指定所得到的分子离子。也就是说，电子足够靠近地接近分子，以使得分子因静电排斥而失去电子，因此，形成带单电荷的正离子。采用电势差以朝向出口孔径吸引电离腔室中所形成的离子，此后，所得离子射束加速至下游设备(例如质量分析器)，或首先加速到中间组件(例如离子引导器、质量过滤器等)。

通常由相对于电离腔室电压为负(或更小正)的细丝电压生成用于将电子加速到电离腔室中的电场。在很多EI离子源中，位于更远离电离腔室的更负的电子排斥器用于推送更多的电子以进入电离腔室。在一些已知EI离子源中，电子透镜部署在细丝与电离腔室之间，以将电子拉动远离细丝。在电子与气体样品碰撞的同时，如果电子能量大于样品电离电势，则样品中子受电离。一般，由于典型样品电离电势介于7.5至15eV之间，因此电子射束以20-150eV左右的能量进入电离腔室。在该EI离子源中，分子强烈地裂解，并且实现库可搜索的(library-searchable)质量谱。然而，在例如结构鉴别或未知标识的一些情况下，具有富分子离子和/或更高质量诊断离子的质量谱是优选的。通过处于称为“低电子能量EI”或“软EI”的较低电子能量(8-20eV)的操作，这已经在一些已知EI离子源中加以实践。在软EI模式下，细丝与电离腔室之间的电压差需要设置在接近样品电离电势(例如10eV)，这在细丝与电离腔室之间产生低电场强度。遗憾的是，低电场强度防止EI源生成稳定的较高强度电子射束。因此，经由EI实现软电离的过往尝试已经受限于产生不期望低的EI信号强度。

通常，当电子能量大于20eV时，已知EI离子源表现出合理的性能。然而，当电子能量小于20eV时，已知EI离子源难以生成稳定的高强度低电子能量电子射束。因此，已知EI离子源对于软EI并非是优化的。

因此，需要对于实现软电离而言更有效的EI离子源。

发明内容

为了全部或部分解决前述问题和/或本领域技术人员已经观察到的其它问题，本公开提供如在以下所阐述的实现方式中通过示例的方式所描述的方法、处理、系统、装置、仪器和/或设备。

根据一个实施例，一种离子源，其包括：主体，其环绕电离腔室；电子提取器，其配置为用于将电子加速到所述电离腔室中；电子源，其处于所述电离腔室外部，并且包括电子排斥器、热离子阴极以及所述热离子阴极与所述电子提取器之间的电子透镜；以及电压源，其配置为用于将相应电压施加到所述电子排斥器、所述热离子阴极、所述电子透镜以及所述电子提取器，以用于对于以下操作有效：从所述热离子阴极发射电子；朝向所述电离腔室加速所述电子；以及在所述电子透镜处生成电势谷，以用于对于以下操作有效：减速所述电子，并且在所述电子透镜处形成包括减速后的电子的虚拟阴极。

根据另一实施例，一种质谱仪(MS)，其包括：如在此所公开的任何实施例所述的离子源；以及质量分析器，其距所述电离腔室处于下游。

根据另一实施例，一种用于产生用于电子电离的电子射束的方法，其包括：产生电子；朝向电离腔室加速所述电子；将所述电子减速到对于在所述电离腔室外部形成虚拟阴极有效的等级，所述虚拟阴极包括所述减速后的电子；以及将所述电子从所述虚拟阴极加速到所述电离腔室中。

根据另一实施例，一种用于分析样品材料的方法，其包括：根据权利要求14所述的方法产生电子射束；通过将样品材料朝向所述电子导向到所述电离腔室中来产生离子；以及将所述离子从所述电离腔室发送到质量分析器。

在审阅以下附图和具体实施方式时，本发明的其它设备、装置、系统、方法、特征以及优点对于本领域技术人员将是或将变得清楚。意图所有这些附加系统、方法、特征和优点包括于该描述内、在本发明的范围内，并且受所附权利要求所保护。

附图说明

通过参照以下附图，可以更好地理解本发明。附图中的组件并不一定成比例，而是着重示出本发明的原理。在附图中，相同的附图标记贯穿不同附图指定相应的部分。

图1是根据一些实施例的离子源的示例的透视图。

图2是图1所示的离子源的透视截面图。

图3是离子仿真软件所生成的离子源的模型。

图4是与图3相同的但示出包括沿着源轴所约束的离子射束的离子轨迹的模型。

图5是透镜组件周围的区域的更靠近的视图。

图6是离子仿真软件所生成的离子源的另一模型。

图7是可以配备有离子源的硬件的示例的示意图。

图8是根据另一实施例的图1和图2所示的离子源的部分的示意图。

图9是可以提供在此所公开的离子源的质谱仪(MS)系统的示例的示意图。

图10A是已知EI离子源的示意性截面侧(长度向)视图。

图10B是绘制作为轴向位置(或电极位置)的函数的图10A所示的离子源中的电势或“空间的电势”(以伏特为单位)的量值的曲线图。

图11A是根据本公开实施例的配置为用于软EI的EI离子源的示例的示意性截面侧(长度向)视图。

图11B是绘制作为轴向位置(或电极位置)的函数的图11A所示的离子源中的电势或“空间的电势”(以伏特为单位)的量值的曲线图。

图12A是根据本公开另一实施例的配置为用于软EI的EI离子源的示例的示意性截面侧(长度向)视图。

图12B是绘制作为轴向位置(或电极位置)的函数的图12B所示的离子源中的电势或“空间的电势”(以伏特为单位)的量值的曲线图。

图13A是包括具有与图10A和图10B所示的离子源一致的配置的传统离子源的质谱仪所测量的化合物N-三十二烷的质量谱。

图13B是通过与属于图13A相同的质谱仪但利用具有与图11A至图12B所示的离子源一致的配置的离子源所测量的同一化合物N-三十二烷的质量谱。

具体实施方式

图1是根据一些实施例的离子源100的示例的透视图。图2是图1所示的离子源100的透视截面图。在所示实施例中，离子源100一般包括：主体104，其限定内部电离腔室或体积208；磁体组件112；电子源116；透镜组件120。

离子源100可以具有一般相对于源轴124布置的整体几何形状或配置。在操作中，离子源100沿着源轴124产生电子射束，并且可以许可样品材料流在相对于源轴124的任何方向上电离。待分析样品材料可以通过任何合适方式引入到离子源100，包括样品材料是诸如气体色谱(GC)仪器之类的分析物分离仪器的输出的联用技术。离子源100随后产生离子，并且沿着源轴124将离子汇聚到离子射束。离子沿着源轴124退出离子源100，并且进入下一离子处理设备，其可以具有沿着源轴124的离子入口。

电离腔室208具有沿着源轴124从第一端到第二端的长度。样品入口228在任何合适的位置形成为通过主体104，以提供用于将样品材料从样品源导向到样品材料与电子射束相交的电离腔室208中的路径。可以选择电离腔室208的轴向长度，以提供对于电离期望分析物分子可用的相对长的有效电子射束区域，由此增加离子源100的电离效率，因此整体上增加仪器的灵敏度。

磁体组件112同轴地环绕主体104。磁体组件112配置为用于在电离腔室208中生成均匀的轴向磁场，其沿着源轴124汇聚并且压缩电子射束和所得离子射束。受磁约束的电子射束和相对长的电离腔室208可以使得能够生成良好地适合于改进的从电离腔室208提取(发射)出并且最终进入下游离子处理设备(例如比如质量分析器或超前于质量分析器的另一类型的设备(例如离子引导器、离子捕集器、质量过滤器、碰撞单元等))的离子射束。可以提取离子射束，而不遭受已知在Nier型离子源中出现的离子损耗，在Nier型离子源中，大量离子被抽出到细丝或在与电离腔室208的内表面碰撞时散开并且被中和(损耗)。磁体组件112可以包括多个磁体132，其相对于源轴124彼此在圆周上间隔。所示实施例包括附接到环形轭134的四个磁体132的对称布置。磁体132可以是永磁体或电磁体。样品入口228以及其它组件(例如电导管)可以位于任何成对的相邻磁体132之间的缝隙中。磁体132虽然通过缝隙而彼此间隔，但相对于源轴124对称地布置，并且所生成的轴向磁场是均匀的。

电子源116可以是任何配置为用于产生电子并且将电子射束从第一端引导通过电离腔室208的设备。在所示实施例中，电子源116包括一个或多个阴极238。阴极238配置为用于热离子发射，因此可以是或可以包括用热离子发射材料(例如比如铼或钨铼合金)构成的一个或多个细丝(或可替代地，内核上的涂层)。阴极238受加热到足以产生热离子发射的温度。典型地通过使得电流流过阴极238来完成加热。电流可以受调整，以调整电子能量，其典型地设置为70eV左右，但可以更低或更高。电子源116还包括离子排斥器240和电子反射器244(板或电极)。阴极238位于电子反射器244与离子排斥器240之间，这样可以看作通过离子排斥器240与电离腔室208分离的电子源区域。离子排斥器240(其也可以看作电子提取器)可以配置为在源轴124上具有孔径的壁或板。通过施加到离子排斥器240和电子反射器244的电压设置电子能量。施加到电子反射器244的电压朝向透镜组件120加速如此生成的电子。为此目的，轴向电压梯度可以施加于电子反射器244与阴极238下游的任何合适导电元件(阳极)(例如下述透镜组件120的“提取器”)之间。施加到电子反射器244的电压典型地是负的，但更通常是比离子排斥器240和上至透镜组件120的“第一透镜元件”的其它下游光器件更小正的，如下所述。电子反射器244和阴极238可以在相等电势工作，或电子反射器244可以比阴极238更负，以协助将电子排斥到电离腔室208中。

透镜组件120位于与电子源116轴向相反的电离腔室208的第二端。其中，透镜组件120配置为用于将离子射束从电离腔室208沿着源轴124导向出并且进入下一离子处理设备中。为此目的，透镜组件120包括可由电压源独立寻址的多个透镜元件(或电极)。每个透镜元件可以在源轴124上具有孔径或槽。在所示实施例中，透镜组件120包括：离子提取透镜(或离子提取器)248；第一透镜元件(或电子反射器)250，其沿着源轴124与提取器248间隔；第二透镜元件(或离子反射器)252，其沿着源轴124与第一透镜元件250间隔；离子源出口透镜元件(或离子射束汇聚透镜元件)256，其沿着源轴124与第二透镜元件252间隔。离子源出口透镜元件256可以配置或还用作离子处理设备的入口透镜元件。透镜组件120可以在第二透镜元件252与离子源出口透镜元件256之间还包括一个或多个附加离子汇聚透镜元件254，其可以用于汇聚离子射束。离子排斥器240和提取器248可以看作分别是电离腔室208的轴向第一和第二端。本领域技术人员应理解，适当量值的电压可以施加到提取器248，以协助从电离腔室208抽取出离子射束。

第一透镜元件250恰位于电离腔室208外部，并且在其下游侧直接与提取器248相邻。适当量值的电压可以施加到第一透镜元件250，以将电子射束反射回到电离腔室208中。于是，阴极238(或阴极238和电子反射器244)和第一透镜元件250协同地工作，以将电子射束沿着源轴124前后反射通过电离腔室208，由此增强对于电离腔室208中的分析物的EI电离可用的电子密度。

为了将电子反射回到电离腔室208中，相对高的量值的电压可以施加到第一透镜元件250。这可能导致通常在第一透镜元件250与提取器248之间区域(其可以称为离子捕集区域)中产生离子。与电离腔室208相比，该区域中的能量是低的，因此，该区域中所产生的离子可能具有不期望地低的离子能量。因此，这些离子在该区域中遭遇捕集。这些离子在此可以称为“低能量”或“较低能量”或“被捕集”离子，其在本上下文中指代在针对离子源100考虑的工作条件下能量低到足以能够在捕集区域中受捕获的离子。通过比较，“高能量”或“较高能量”或“未捕集的”离子(典型地，电离腔室208中所产生的那些离子)能够穿透透镜组件120并且进入下游离子处理设备。离子捕集可能带来不期望的空间电荷和离子电流不稳定性，因此产生不期望的无规律的性能。

提供第二透镜元件252，以基本上减少或消除第二透镜元件252与提取器248之间的区域中的离子捕集。第二透镜元件252上所设置的电压可以比第一透镜元件250上所设置的电压更大正。因此，第二透镜元件252朝向第一透镜元件250反射回低能量离子，并且这些离子然后与第一透镜元件250碰撞而且受中和。此外，第一透镜元件250可以尽量可行地靠近提取器248，以使得捕集区域中的离子捕集最小化。

图3是离子仿真软件所生成的离子源300的模型。该模型对应于离子源300的截面侧视图。离子源300总体上与以上所描述的图1和图2所示的离子源100相似，相应地，相同的组成部分用相同的附图标记指定。该模型包括射频(RF)四极质量过滤器360，其位于与正好在出口透镜元件256下游的离子源300同轴。图3示出强电子射束362，其沿着源轴聚集，其中，电子在阴极238与第一透镜元件250前后受反射。在该仿真中，磁场强度是750高斯。在实践中，可以采用更强或更弱的磁场。

图3还示出这样的实施例：电离腔室208的至少一部分364(例如主体104的一个或多个内表面所限定的部分)是锥形或圆锥形的，在透镜组件120的方向上发散。也就是说，电离腔室208的截面面积在透镜组件120的方向上逐渐增加。这种变化的几何形状轻微地衰减电场，这样可以使得离子优先地在透镜组件120和后续离子处理设备的方向上行进。

图4是与图3相同的但示出包括沿着源轴所约束的离子射束466的离子轨迹的模型。图5是透镜组件120周围的区域的更靠近的视图。圆形568指示离子捕集区域。低能量离子470在图4和图5中示出为从第二透镜元件252反射并且与第一透镜元件250碰撞。图4和图5展示在此所公开的离子源能够在保持离子源的离子体积中所产生的较高能量离子的高度高效传输的同时显著减少或消除离子捕集。注意，虽然使用圆锥形离子体积几何形状对图3-图5中的离子源300建模，但其它模型通过使用例如图2所示的笔直穿孔(恒定内径)几何形状加以仿真，并且产生相似结果。

在另一实施例中，轴向磁场可以修改为以期望的方式对电子射束以及随后所产生的离子射束进行成形。这例如可以通过修改磁体组件的配置加以实现。图6是根据另一实施例的离子仿真软件所生成的离子源600的示出轴向电子射束672和磁体组件612的另一模型。除了相对于源轴径向地定位的磁体(径向磁体132)之外，磁体组件612还包括后部或同轴磁体674。同轴磁体674在与电离腔室208相对的电子反射器244的一侧上位于电离腔室208外部的源轴上。在该示例中，同轴磁体674是盘形的，源轴穿过其中心。通过加入同轴磁体674，电子射束672更多地汇聚在电子源端，并且在透镜组件120的方向上逐渐扩展或发散。扩展电子射束672的包络产生更大的电离区域，这样可以改进电离概率。这对于解决空间电荷对电离处理的不利效果可能是有用的。

图7是可以配备有在此所公开的离子源的硬件或电子电路700的示例的示意图。施加到离子源的各种组件的各个电压描述为各自电压源776-792(其可以在此通称为电源或电压源)。在一些实施例中，一个或多个电压786可以施加到主体104的一个或多个导电元件。电压源776-792示出为处于与控制器794(例如基于电子处理器的控制器或计算机)通信，以展现电压源776-792中一个或多个的参数可以受控于控制器794。参数例如可以包括：电压量值的设置和调整；所施加电压的开/关状态、时序和持续时间；电压施加到电压源776-792中两个或更多个的协调或同步；等。控制器794可以包括计算机可读介质或软件796，用于实现电压源776-792的编程控制。在一些实施例中，控制器794可以整体地或部分地实现(例如通过利用固件和/或软件)在此所公开的各方法中的一种或多种。

在一些实施例中，当发起电子发射时，“初始”电子能量可以设置为热离子阴极238与离子排斥器240之间的电势差。通过调整其它组件上的电压，可以随着阴极238或离子排斥器240的电压改变而将该电势差保持在期望的固定值处。例如，通过调整阴极238上的电压使得其跟踪电子反射器244的电压，可以在仍保持正确电子能量偏移的同时斜变(ramp)并且优化离子排斥器240。此外，关于第一透镜元件250的电压可以跟踪阴极电压，以优化第一透镜元件250的电子反射功能。可以例如通过图7中示意性地描述的控制器794来实现跟踪功能。作为默认操作，控制器794可以读取阴极电压并且将相同的值施加到第一透镜元件250。为了进一步允许第一透镜元件250的优化的细化，另外施加的偏移电压可以斜变并且与默认的所施加的阴极匹配电压求和，即V_{第一透镜元件}＝V_阴极+V_偏移。施加偏移电压可以在第一透镜元件250处提供电子的更强反射，以使得侵入第一透镜元件250与提取器248之间的离子捕集区域中的电子最小化，由此进一步增加更多有效高能量离子的量并且减少不期望的低能量离子的量。相似地，斜变电子能量使得阴极电压变化，并且施加到第一透镜元件250的电压可以同样跟踪斜变阴极。

在一些应用中，可能期望减少或消除在离子源中发展的电子空间电荷的效应。例如，空间电荷效应可能显著到足以使得电子射束不受控地调制并且不利地影响离子射束的稳定性。为了解决该问题，在一些实施例中，周期性电压可以施加到电子源116、透镜组件120和/或主体104的各导电元件中的一个或多个。周期性电压可以是周期性DC脉冲(具有在经验上优化的脉宽、周期和幅度)或高频(例如，RF)电势。周期性电压可以使得源自增加的污染级别所建立的不想要的表面电荷放电。可替代地，例如通过采用适当的电子光器件以将电子射束周期性地偏转远离源轴，可以门控电子射束，以减缓所建立的空间电荷。在一些实施例中，可以通过实施美国专利No.7,291,845中所公开的技术来解决空间电荷效应，其完整内容通过引用合并到此。

图8是根据另一实施例的图1和图2所示的离子源100的部分的示意图。在该实施例中，附加电极(或电子提取器)802加入到阴极(细丝)238与离子排斥器240之间的电子源116。特别是当在低电子能量(例如9eV至25eV)工作时，通过将适当的电压施加到电子提取器802，电子提取器802可以用于调谐电子源116的电场状况。例如，电子提取器802可以协助远离阴极238并且朝向电离腔室208抽取电子，而且将源主体104与离子排斥器240之间的电势差保持得很低。

图9是可以提供在此所公开的离子源100的质谱仪(MS)系统900的示例的示意图。MS系统900总体上包括：样品源902；离子源100；质谱仪(MS)906；真空系统，其用于将离子源100和MS906的内部维持在受控的亚大气压力等级。真空系统分别由从离子源100和MS906引出的真空线908和910示意性描述。真空线908和910示意性表示一个或多个真空生成泵浦和关联管件以及本领域技术人员理解的其它组件。还应理解，可以在离子源100与MS906之间提供一种或多种其它类型的离子处理设备(未示出)。各种类型的样品源、质谱仪以及关联组件的结构和操作通常为本领域技术人员所理解，因此将仅关于理解本公开的主题内容所必须的而简要地加以描述。实际上，离子源100可以与MS906集成，或另外看作MS906的前端或入口，因此在一些实施例中可以看作MS906的组件。

样品源902可以是用于将待分析的样品供应给离子源100的任何设备或系统。可以通过从样品源902流入离子源100中的气相或蒸气形式提供样品。在带连字号的系统(例如气体色谱-质谱仪(GC-MS)系统)中，样品源902可以是GC系统，在此情况下，GC系统的分析柱通过合适的硬件与离子源100进行接口连接。

MS906一般可包括外壳916中所包围的质量分析器912和离子检测器914。真空线910将质量分析器912的内部维持在十分低的(真空)压力。在一些实施例中，质量分析器912压力范围从10^-4到10^-9Torr。真空线910也可以从MS906移除任何残余非分析中性分子。质量分析器912可以是配置为用于基于分析物离子的相应m/z比率来分离、挑选或过滤它们的任何设备。质量分析器的示例包括但不限于多极电极结构(例如四极质量过滤器、离子捕集器等)、飞行时间(TOF)分析器以及离子回旋加速谐振(ICR)捕集器。特别是当期望离子裂解分析时，质量分析器912可以包括多于一个的质量分析器的系统。作为示例，本领域技术人员应理解，质量分析器912可以是级联MS或MSⁿ系统。作为另一示例，级联质量分析器912可以包括质量过滤器，后接碰撞单元，碰撞单元进而后接质量过滤器(例如三元四重或QQQ系统)或TOF设备(例如qTOF系统)。离子检测器914可以是任何配置为用于收集并且测量从质量分析器912输出的质量差别离子的通量(或流)的设备。离子检测器914的示例包括但不限于电子乘法器、光子乘法器和法拉第杯。

在此所公开的轴向EI源在一些实施例中可以以高电子能量或低电子能量工作。可以通过调整施加到细丝的电压来调整电子射束的能量，由此调整通过细丝的电流。在一些实施例中，电子射束可以在从9eV到150eV的范围上调整。小于70eV(例如在从9eV到25eV的范围中)的电子能量可以看作处于软电离的区域内。在此所公开的轴向EI源能够在这些电子能量的范围上有效地实现EI。即使在十分低的能量处，EI源也能够产生具有对于很多实验足够的强度和电离收益(yield)的电子射束。这些轴向EI源因此能够实现硬电离或软电离，并且能够在硬电离与软电离之间切换(包括在相同实验期间)，如对于给定分析物或分析物集合优化电离和质量分析处理所期望或需要的那样。因此，可以在很多情况下采用轴向EI源，其中，取代传统软电离处理(例如化学电离(CI))而在传统上放弃EI。相应地，与其它设备(例如CI源和传统EI源)相比，在此所公开的轴向EI源可以是更普适的电离设备。例如，轴向EI源可以操作于喜欢期望的电离途径(例如形成分子离子或其它高质量离子)的低电子能量处。与以低电子能量操作轴向EI源有关的方法公开于2013年6月24日提交的题为“ELECTRONIONIZATION(EI)UTILIZINGDIFFERENTEIENERGIES”的美国专利申请No.13/925,470中，其完整内容通过引用合并到此。

在此公开的轴向EI源可以提供优于在与电子射束正交的方向上生成离子射束的广泛使用的交叉射束或Nier型EI源的优点。归因于大量离子被抽出到细丝或在与EI源的电离腔室的内表面碰撞时散开并且受中和(损失)，Nier型是趋于损失离子的EI源。通过对比，在此所公开的轴向EI源生成同轴电子射束(即与所得离子射束以及离子发送到的下游设备(例如比如四极质量过滤器)同轴的电子射束)。轴向电子射束可以远更可能产生将具有远更高的从EI源传送到下游设备中的成功似然率。

图10A是已知EI离子源1000的示意性截面侧(长度向)视图。离子源1000一般包括：源主体1004，其限定内部电离腔室1008；磁体组件1012，其同轴地环绕源主体1004；电子源1016；透镜组件1020。离子源1000具有通常相对于源轴1024布置的整体几何形状或配置。电离腔室1008具有沿着源轴1024从第一端到第二端的长度。样品入口(未示出)在合适的位置形成得通过源主体1004，以提供用于将样品材料从样品源导向到样品材料与电子射束相交的电离腔室1008中的路径。离子排斥器(电子提取器)1040位于第一端，并且通常保持在将离子电子从电子源1016抽取到电离腔室1008中而且防止离子进入电子源1016的电压(电势)处。离子提取器1048位于第二端，并且保持在将离子从电离腔室1008抽取到透镜组件1020中的电压(电势)处。电子源1016包括热离子阴极1038(例如细丝)，其当如上所述受电流加热时产生热离子发射。电子源1016还包括电子排斥器(或电子反射器)1044，其有助于在电离腔室1008的方向上加速电子。阴极1038位于电子排斥器1044与离子排斥器1040之间。电子排斥器1044和阴极1038可以在相等电势处操作，或电子反射器1044可以比阴极1038更负，以协助将电子排斥到电离腔室1008中。电压(电势)施加到电子排斥器1044、离子排斥器1040、源主体1004和离子提取器1048，以在电子反射器1044与透镜组件1020之间建立轴向电压梯度。施加到电子排斥器1044的电压典型地是负的，但更通常是比离子排斥器1040和上至透镜组件1020的第一透镜元件的其它下游光器件更小正的。已知EI离子源中的一些也可以包括附加电子透镜1050，其介于阴极1038与离子排斥器1040之间，其连同离子排斥器1040一起用作电子提取器。

图10B是绘制作为轴向位置(或电极位置)的函数的离子源1000中的(以伏特为单位的)电势或“空间的电势”的量值的曲线图。如所示，施加到传统离子源1000的电极的电压设置使得电势从电子排斥器1044到电离腔室1008的入口(例如离子排斥器1040，图10A)上升(变得更大正)。无论是否在阴极1038(细丝)与离子排斥器1040之间提供附加电子透镜1050，情况都是这样。如果离子源1000操作于具有大于20eV或更小的电子能量的软EI模式下，则阴极1038与离子排斥器1040之间的所得低电场强度可能不能生成稳定的高强度电子射束，因此离子信号强度可能是不可接受地低的。

为了解决此问题，本公开的实施例提供一种生成稳定并且高强度低电子能量电子射束的用于软EI的EI离子源和方法。与传统EI离子源相比，高强度低电子能量电子射束导致更高的样品信号，并且产生更大数量的分子离子和高质量诊断离子。例如，高强度低电子能量电子射束导致分子离子对于从给定样品产生的裂解离子的改进的比率。并非如传统EI离子源中那样将电子直接注入到电离腔室中，本公开的EI离子源控制所生成的电子，使得它们首先由电势谷(阱)或坪(plateau)减低(在一些实施例中，减低到近于零速度)，然后进入电离腔室。以此方式，空间电荷云在电势谷空间周围发展，以形成高电子密度所表征的“虚拟阴极”。从虚拟阴极，电子然后作为高强度电子射束加速到电离腔室中。电子射束的强度可以显著高于在低电子能量处操作的传统离子源可达到的强度。本公开的离子源的较高强度电子射束提升样品信号的强度并且改进软EI性能，由此促进结构鉴别以及级联MS(MS/MS)或有关的连续裂解实验。此外，本公开的软EI离子源的电子能量可以被编程，以产生给定实验所想要的最喜好离子。

图11A是根据本公开实施例的配置为用于软EI的EI离子源1100的示例的示意性截面侧(长度向)视图。离子源1100总体上包括：源主体1104，其限定内部电离腔室1108；磁体组件1112；电子源1116；以及透镜组件1120。电离腔室1108总体上包括：电子入口或入口，其与电子源1116连通；以及离子出口或出口，其可以与例如本公开中另外描述的下游设备连通。

在操作中，电子源1116产生电子射束，并且经由电子入口将其发送到电离腔室1108中，待电离的样品材料的流被许可进入样品材料遭遇电子射束的电离腔室1108中。离子源1100随后从样品材料产生离子，并且沿着源轴1124将离子汇聚到离子射束中。离子沿着源轴1124经由离子出口退出离子源1100，并且进入下一离子处理设备，其可以具有沿着源轴1124的离子入口。在一些实施例中并且如图11A所示，离子源1100可以是如上述其它实施例的情况下的轴向离子源。在这些实施例中，离子源1100可以具有总体上相对于源轴1124布置的整体几何形状或配置。在此情况下，电子入口以及离子入口位于源轴1124上，离子源1100沿着源轴1124产生电子射束。

电离腔室1108具有沿着源轴1124从第一端到第二端的长度。在轴向离子源几何形状的情况下，电子入口可以位于第一端处，离子出口可以位于第二端处。样品入口(未示出)在合适的位置处形成得通过源主体1104，以提供用于将样品材料从样品源导向到样品材料与电子射束相交的电离腔室1108中的路径。离子排斥器(电子提取器)1140位于第一端处，并且保持在将电子从电子源1116抽取到电离腔室1108中而且防止离子进入电子源1116的电压处。离子提取器1148位于第二端处，并且保持在将离子从电离腔室1108抽取到透镜组件1120中的电压处。在轴向几何形状的所示示例中，离子排斥器1140和离子提取器1148可以分别看作是电离腔室1108的轴向第一和第二端，并且进一步可以看作分别对应于电子入口和离子出口。

磁体组件1112可以同轴地环绕源主体1104。磁体组件1112可以配置为用于在电离腔室1108中生成均匀的轴向磁场，以沿着源轴1124汇聚并且压缩电子射束和所得离子射束。可以根据在此所描述的其它实施例来配置磁体组件1112。

透镜组件1120位于与电子源1116轴向相反的电离腔室1108的第二端处。透镜组件1120通常可以配置为用于将离子射束从电离腔室1108沿着源轴1124导向出并且进入下一离子处理设备中。为此目的，透镜组件1120可以包括多个透镜元件(或电极)，其可由电压源独立地寻址。每个透镜元件可以具有源轴1124上的孔径或槽。根据在此所描述的其它实施例，可以配置透镜组件1120，并且电压施加到其透镜元件。因此，透镜元件可以用作各种功能(例如比如离子提取、离子射束汇聚、电子反射等)。透镜组件1120的最后透镜元件(例如出口透镜元件)可以配置或可以还用作进入离子处理设备的入口透镜元件。

电子源1116包括热离子阴极1138(例如细丝)，其当如上所述受电流加热时产生热离子发射。电子源1116还包括电子排斥器(或电子反射器)1144，其有助于在电离腔室1108的方向上加速电子。阴极1138位于电子反射器1144与离子排斥器1140之间。电子反射器1144和阴极1138可以操作于相等电势处(并且在一些实施例中，可以电互连)，或电子反射器1144可以比阴极1138更负，以协助将电子排斥到电离腔室1108中。电子源1116还包括阴极1138与离子排斥器1140之间的一个或多个电子透镜(例如以下进一步描述的电子透镜1154)。通常，这些电子透镜可以具有任何能够受电压源供能并且从阴极1138朝向电离腔室1108为电子提供轴向路径的配置。作为示例，电子透镜可以是具有同轴孔径的板或一对由同轴缝隙或槽分离的板。

图11B是绘制作为轴向位置(或电极位置)的函数的离子源1100中的(以伏特为单位的)电势或“空间的电势”的量值的曲线图。如所示，相应电压施加到电子排斥器1144、电子透镜1154、适当定位的电子提取器(例如离子排斥器1140和/或源主体1104)以及离子提取器1148，以在电子排斥器1144与透镜组件1120之间建立总的轴向电压梯度。然而，施加到电子透镜1154的电压的量值比施加到离子排斥器1140的电压更低(更小正)，或比施加到热离子阴极1138(和电子排斥器1144)以及离子排斥器1140的两个电压更低(更小正)。如图11B所示，这种电压编程在电子透镜1154处产生电势谷或阱1158。在该上下文中，术语“在……处”或“在……周围”涵盖短语“在……附近”，并且可与之互换地使用。因此，从热离子阴极1138发射的电子初始地朝向电离腔室1108加速，但然后遭遇电子快速地损失动能并且减低的电势谷1158(即电势谷1158减速电子)。在一些实施例中，电势谷1158可以具有使得电子减低到近于零速度的大小(量值差)和形状或轮廓。电势谷1158进而产生虚拟阴极1162在电子透镜1154处(附近)的快速发展。故此，电子透镜1154也可以称为虚拟阴极生成透镜。虚拟阴极1162可以表征为电势谷1158中减速的电子的高密度累积。虚拟阴极1162也可以表征为与热离子阴极1138组合地操作增强的电子的源，用于发送到电离腔室1108中的电子射束。在该上下文中，“电子提取器”是任何配置并且定位用于当适当电势施加到“电子提取器”时将电子加速到电离腔室1108中的导电元件。因此，在该实施例中，离子排斥器1140用作电子提取器(并且防止离子从电离腔室1108穿入电子源1116中，如上所述)。在一些实施例中，源主体1104也可以看作电子提取器。

在虚拟阴极1162处减低并且累积之后，在电子透镜1154与离子排斥器1140之间的电势差的影响下，电子从虚拟阴极1162加速到电离腔室1108中。与虚拟阴极1162关联的空间电荷条件也可以贡献于经由排斥力将电子加速到电离腔室1108中。归因于生成高强度虚拟阴极1162，即使当离子源1100设置为操作在软EI所需的低电子能量处时，进入电离腔室1108的电子射束也是稳定的高强度电子射束。

作为一个非限定性示例，施加到离子源1100的电极的电压量值可以是如下的：在热离子阴极1138上的28V(用于12eV的电子电离能量)、在电子透镜1154上的26V、在离子排斥器1140上的45V、在源主体1104上的40V以及在离子提取器1148上的38V。如上所述，电子排斥器1144上的电压可以与热离子阴极1138上的电压相同或不同。在该示例中，所有电压量值都为正值，但在其它示例中，电压中的一个或多个可以是负值。

图12A是根据本公开另一实施例的配置为用于软EI的EI离子源1200的示例的示意性截面侧(长度向)视图。与图11B相似，图12B是绘制作为轴向位置(或电极位置)的函数的离子源1200中的(以伏特为单位的)电势或“空间的电势”的量值的曲线图。离子源1200的配置可以总体上与以上所描述的并且图11A和图11B所示的离子源1100的配置相似。相应地，在图12A和图12B中，相同或相似标号指定图11A和图11B所示的相同或相似特征。参照图12A，离子源1200包括：两个电子透镜——第一电子透镜1266和第二电子透镜1270，其介于阴极1138与离子排斥器1140之间。第一电子透镜1266轴向地位于热离子阴极1138与第二电子透镜1270之间，第二电子透镜1270轴向地位于第一电子透镜1266与离子排斥器1140之间。还参照图12B，第一电子透镜1266上的电势可以比热离子阴极1138上的电势更高(更大正)，而第二电子透镜1270上的电势比第一电子透镜1266上的电势更低(更小正)(并且也可以比热离子阴极1138上的电势更低)。这种配置导致电势谷1158和伴随的虚拟阴极1162位于第二电子透镜1270处(或附近)。故此，第二电子透镜1270也可以称为虚拟阴极生成透镜。与图11A和图11B所示的配置相比，这种配置可以期望用于将虚拟阴极1162定位在距热离子阴极1138更大轴向距离处。在此情况下，加入第一电子透镜1266并且比热离子阴极1138将更高的电势施加到第一电子透镜1266可以促进在增加的轴向距离上将电子从热离子阴极1138加速到第二电子透镜1270。对于防止与虚拟阴极1162关联的空间电荷效应削弱来自热离子阴极1138的热离子发射，增加的轴向距离可能是期望的。

图13A是包括具有与以上所描述的并且图10A和图10B所示的离子源1000一致的配置的传统离子源的质谱仪所测量的化合物N-三十二烷的质量谱。电子能量设置为15eV。如所示，分子离子的丰度(m/z＝450.6)是大约1.8x10³(离子信号强度)。通过比较，图13B是同一质谱仪所测量的但利用具有与以上所描述的并且图11A至图12B所示的离子源1100和1200一致的配置而且因此随电势谷和虚拟阴极而操作的离子源的同一化合物N三十二烷的质量谱。电子能量再次设置为15eV。如所示，分子离子的丰度超过1x10⁴。因此，在该示例中，在此所公开的离子源所产生的稳定的高强度电子射束生成超过五倍的传统离子源所生成的分子离子的数量，电离同一化合物并且处于同一电子能量和其它操作条件。

在一些实施例中，可以为离子源1100或1200提供与以上所描述的并且图7所示的相似的硬件或电子电路。单独电压可以施加到离子源1100或1200的各个组件(例如电子排斥器1144、热离子阴极1138、离子源1100的电子透镜1154或离子源1200的第一电子透镜1266和第二电子透镜1270、离子排斥器1140、源主体1104、离子提取器1148以及透镜组件1120的电极/透镜元件)。如上所述，电压可以由与控制器794(例如基于电子处理器的控制器、计算设备、计算机等)通信的电压源施加。因此，控制器794可以配置为控制电压源中的一个或多个的操作参数(例如比如电压量值的设置和调整、打开/关闭状态、所施加的电压的时序和持续时间、电压施加到电压源中的两个或更多个的协调或同步等)。控制器794可以包括计算机可读介质或软件796，其用于实现电压源的编程控制。在一些实施例中，控制器794可以(例如利用固件和/或软件)整体地或部分地实现在此所公开的各方法中的一种或多种。

在一些实施例中，提供包括按以上所描述的并且图11A至图12B所示的离子源1100或1200的方式所配置的离子源的质谱仪(MS)或质谱仪(MS)系统。该MS系统的代表性示例是以上所描述的并且图9所示的MS系统900。在此情况下，图9中的离子源100对应于离子源1100或1200。MS系统900可以还包括控制器794、计算机可读介质或软件796以及以上结合图7所描述的其它硬件或电子电路。

在轴向离子源配置的上下文中已经基本上描述了以上所描述的并且图11A至图12B所示的离子源1100和1200的实施例。然而，应理解，在此所公开的主题内容也可以应用于电子射束与离子射束正交而非两个射束在同一轴上对准的其它实施例。例如，电子入口和关联电极或透镜可以定向得与源轴1124正交，而离子出口和关联电极或透镜可以定向在源轴1124上。

还应理解，虽然在EI的上下文中以上基本上描述了离子源的示例，但在此所教导的离子源可以附加地或替代地配置为用于化学电离(CI)，其为也利用电子射束的公知技术。在CI的情况下，离子源可以包括入口，其用于许可试剂气体进入电离腔室中。

示例性实施例

根据本公开的主题内容提供的示例性实施例包括但不限于以下：

1.一种离子源，其包括：主体，其环绕电离腔室；电子提取器，其配置为用于将电子加速到所述电离腔室中；电子源，其处于所述电离腔室外部，并且包括电子排斥器、热离子阴极以及所述热离子阴极与所述电子提取器之间的电子透镜；电压源，其配置为用于将相应电压施加到所述电子排斥器、所述热离子阴极、所述电子透镜以及所述电子提取器，用于对于以下操作有效：从所述热离子阴极发射电子；朝向所述电离腔室加速所述电子；在所述电子透镜处生成电势谷，以用于对于以下操作有效：减速所述电子，并且在所述电子透镜处形成包括减速后的电子的虚拟阴极。

2.如实施例1所述的离子源，其包括：样品入口，其通向到所述电离腔室中。

3.如实施例1或2所述的离子源，其包括：磁体组件，其环绕所述主体并且配置为用于在所述电离腔室中生成轴向磁场。

4.如实施例1至3中的任一项所述的离子源，其中，所述电离腔室包括：离子出口，其与所述电子提取器正交地定向。

5.如实施例1至3中的任一项所述的离子源，其中，所述电离腔室包括：离子出口，其沿着轴与所述电子提取器对准。

6.如前述实施例中的任一项所述的离子源，其中，所述电离腔室包括：离子提取器，其配置为用于从所述电离腔室导向出离子射束。

7.如实施例1至6中的任一项所述的离子源，其中，所述热离子阴极位于所述电子排斥器与所述电子提取器之间。

8.如实施例1至6中的任一项所述的离子源，其中，所述热离子阴极与所述电子排斥器正交地定向。

9.如前述实施例中的任一项所述的离子源，其中，所述电压源配置为用于在所述电势谷中将所述电子减速到近于零速度。

10.如前述实施例中的任一项所述的离子源，其中，所述电子透镜包括：第一电子透镜，其介于所述热离子阴极与所述电子提取器之间；第二电子透镜，其介于所述第一电子透镜与所述电子提取器之间，并且其中，所述电压源配置为用于将相应电压施加到所述第一电子透镜和所述第二电子透镜，以对于以下操作有效：将所述电子从所述热离子阴极朝向所述第二电子透镜加速；以及生成所述电势谷并且在所述第二电子透镜处形成所述虚拟阴极。

11.如前述实施例中的任一项所述的离子源，其中，所述电子提取器包括离子排斥器、所述主体或离子排斥器和所述主体二者。

12.如前述实施例中的任一项所述的离子源，其包括：控制器，其配置为用于控制所述电压源。

13.一种质谱仪(MS)，其包括：如前述实施例中的任一项所述的离子源；质量分析器，其处于所述电离腔室下游。

14.如实施例13所述的MS，其包括：控制器，其配置为用于控制所述电压源。

15.一种用于产生电子电离的电子射束的方法，所述方法包括：产生电子；朝向电离腔室加速所述电子；将所述电子减速到对于在所述电离腔室外部形成虚拟阴极有效的等级，所述虚拟阴极包括所述减速后的电子；以及将所述电子从所述虚拟阴极加速到所述电离腔室中。

16.如实施例15所述的方法，其包括：在大约20eV或更低的电子能量处产生所述电子。

17.如实施例15或16所述的方法，其中，产生所述电子包括：从热离子阴极发射所述电子。

18.如实施例15至17中的任一项所述的方法，其包括：在形成所述虚拟阴极的区域处将所述电子减速到近于零速度。

19.如实施例15至18中的任一项所述的方法，其中，朝向所述电离腔室加速所述电子包括：将电压施加到电子提取器，减速所述电子包括：将比施加到所述电子提取器的电压更小量值的电压施加到电子透镜，并且其中，所述虚拟阴极形成于所述电子透镜处。

20.如权利要求19所述的方法，其中，产生所述电子包括：将电压施加到热离子阴极，并且其中，施加到所述电子透镜的电压是比施加到所述热离子阴极的电压更小量值的。

21.如实施例19或20所述的方法，其包括：操作控制器以改变施加到所述电子提取器和所述电子透镜的电压。

22.如实施例15至21中的任一项所述的方法，其中，所述电子提取器包括离子排斥器、所述主体或离子排斥器和所述主体二者。

23.如实施例15至22中的任一项所述的方法，其中，朝向所述电离腔室加速所述电子包括：将相应电压施加到第一电子透镜和电子提取器，减速所述电子包括：将电压施加到所述第一电子透镜与所述电子提取器之间的第二电子透镜，并且其中，施加到所述第二电子透镜的电压是比施加到所述电子提取器的电压更小量值的，并且所述虚拟阴极形成于所述第二电子透镜处。

24.如实施例23所述的方法，其中，施加到所述第二电子透镜的电压是比施加到所述第一电子透镜的电压更小量值的。

25.如实施例23或24所述的方法，其中，产生所述电子包括：将电压施加到热离子阴极，并且其中，施加到所述第一电子透镜的电压是比施加到所述热离子阴极的电压更大量值的。

26.如实施例15至24中的任一项所述的方法，其包括：通过将轴向磁场施加到所述电离腔室而沿着所述电离腔室的轴将电子汇聚为射束。

27.如实施例26所述的方法，其包括：通过将样品材料朝向所述电子导向到所述电离腔室中来产生离子，其中，施加所述轴向磁场沿着所述轴将所述离子汇聚为射束。

28.如实施例15至27中的任一项所述的方法，其包括，通过朝向所述电子将样品材料导向到所述电离腔室中来产生离子。

29.如实施例28所述的方法，其中，所述电子沿着轴加速到所述电离腔室中作为电子射束，并且还包括：沿着所述轴将所述离子汇聚为离子射束。

30.如实施例28所述的方法，其中，所述电子加速到所述电离腔室中作为电子射束，并且还包括：将所述离子汇聚为与所述电子射束正交的离子射束。

31.如实施例28至30中的任一项所述的方法，其包括：将所述离子从所述电离腔室发送到下游设备。

32.一种用于分析样品材料的方法，所述方法包括：根据如实施例15至31中的任一项所述的方法来产生电子射束；通过将样品材料朝向所述电子导向到所述电离腔室中来产生离子；以及将所述离子从所述电离腔室发送到质量分析器。

33.如实施例32所述的方法，其包括：根据质荷比的谱来测量所述质量分析器所处理的离子的相应丰度。

应理解，图7中示意性地描述的系统控制器794可以表示配置为用于控制、监控、定时、同步和/或协调离子源的各个功能方面的一个或多个模块。系统控制器794也可以表示配置为用于控制关联质谱仪系统的功能或组件的一个或多个模块，包括例如接收离子测量信号并且执行与生成表征待分析的样品的质量谱所必须的数据获取和信号分析有关的其它任务。

出于所有这些目的，控制器794可以包括计算机可读介质，其包括用于执行在此所公开的任何方法的指令。控制器794示意性地示出为经由有线或无线通信链路与离子源的各个组件进行信号通信。也是出于这些目的，控制器794可以包括一种或多种类型的硬件、固件和/或软件以及一个或多个存储器和数据库。控制器794典型地包括提供全局控制的主电子处理器，并且可以包括配置为用于专用控制操作或特定信号处理任务的一个或多个电子处理器。系统控制器794也可以示意性地表示将电压施加到各个组件所需的未具体示出的所有电压源以及时序控制器、时钟、频率/波形发生器等。控制器794也可以表示一种或多种类型的用户接口设备，例如用户输入设备(例如键区、触摸屏、鼠标等)、用户输出设备(例如显示屏、打印机、视觉指示器或告警器、听觉指示器或告警器等)、受控于软件的图形用户接口(GUI)以及用于加载可由电子处理器读取的介质(例如软件中所实施的逻辑指令、数据等)的设备。控制器794可以包括用于控制并且管理控制器794的各种功能的操作系统(例如Microsoft软件)。

应理解，如在此使用的术语“通过信号通信”表示两个或更多个系统、设备、组件、方法或子模块能够经由在某种类型的信号路径上行进的信号而彼此进行通信。信号可以是通信、功率、数据或能量信号，其可以沿着第一与第二系统、设备、组件、模块或子模块之间的信号路径将信息、功率或能量从第一系统、设备、组件、模块或子模块传送到第二系统、设备、组件、模块或子模块。信号路径可以包括物理、电、磁、电磁、电化学、光、有线或无线连接。信号路径可以在第一与第二系统、设备、组件、模块或子模块之间还包括附加系统、设备、组件、模块或子模块。

更一般地，例如“连通”以及“与……连通”的术语(例如第一组件与第二组件“连通”或“处于连通”)在此用于指示两个或更多个组件或要素之间的结构、功能、机械、电、信号、光、磁、电磁、离子或流控关系。故此，一个组件被称为与第二组件连通的事实并非意图排除附加组件可以在第一与第二组件之间出现和/或与之可操作地关联或结合的可能性。

应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，前面的描述目的仅是说明，而并非限制的目的—本发明由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种离子源，其包括：

主体，其环绕电离腔室；

电子提取器，其配置为用于将电子加速到所述电离腔室中；

电子源，其处于所述电离腔室的外部，并且包括电子排斥器、热离子阴极以及所述热离子阴极与所述电子提取器之间的电子透镜；以及

电压源，其配置为用于将相应电压施加到所述电子排斥器、所述热离子阴极、所述电子透镜以及所述电子提取器，以用于对于以下操作有效：

从所述热离子阴极发射电子；

朝向所述电离腔室加速所述电子；以及

在所述电子透镜处生成电势谷，以用于对于以下操作有效：减速所述电子，并且在所述电子透镜处形成包括减速后的电子的虚拟阴极。

2.如权利要求1所述的离子源，其包括以下配置中的至少一个：

样品入口，其通向到所述电离腔室中；

磁体组件，其环绕所述主体并且配置为用于在所述电离腔室中生成轴向磁场；

所述电离腔室包括离子出口，其与所述电子提取器正交地定向或沿着轴与所述电子提取器对准；

所述电离腔室包括离子提取器，其配置为用于从所述电离腔室导向出离子射束。

3.如权利要求1或2所述的离子源，其中，所述热离子阴极具有选自由以下构成的组的配置：所述热离子阴极位于所述电子排斥器与所述电子提取器之间；所述热离子阴极与所述电子排斥器正交地定向；前述两者。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的离子源，其中，所述电压源配置为用于在所述电势谷中将所述电子减速到近于零速度。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的离子源，其中，所述电子透镜包括所述热离子阴极与所述电子提取器之间的第一电子透镜、所述第一电子透镜与所述电子提取器之间的第二电子透镜，其中，所述电压源配置为用于将相应电压施加到所述第一电子透镜和所述第二电子透镜，以用于对于以下操作有效：

将所述电子从所述热离子阴极朝向所述第二电子透镜加速；以及

生成所述电势谷并且在所述第二电子透镜处形成所述虚拟阴极。

6.如权利要求1-5中的任一项所述的离子源，其中，所述电子提取器包括离子排斥器、所述主体或离子排斥器和所述主体二者。

7.一种用于产生电子电离的电子射束的方法，所述方法包括：

产生电子；

朝向电离腔室加速所述电子；

将所述电子减速到对于在所述电离腔室的外部形成虚拟阴极有效的等级，所述虚拟阴极包括所述减速后的电子；以及

将所述电子从所述虚拟阴极加速到所述电离腔室中。

8.如权利要求7所述的方法，其包括：在大约20eV或更低的电子能量处产生所述电子。

9.如权利要求7或8所述的方法，其包括：在形成所述虚拟阴极的区域处将所述电子减速到近于零速度。

10.如权利要求7-9中的任一项所述的方法，其中，朝向所述电离腔室加速所述电子包括：将电压施加到电子提取器，减速所述电子包括：将比施加到所述电子提取器的更小量值的电压施加到电子透镜，并且其中，所述虚拟阴极形成于所述电子透镜处。