CN1060287C - 回旋质谱仪及其中使用的电离计 - Google Patents
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Abstract
一种回旋质谱仪，具有确定离子轨迹空间(4)的外壳(2)、在空间(4)中产生电场的电场产生器、和接收气体样品并将其转换成可穿过磁场并击中收集器(12)的离子的电离计(8)。使多个不同荷质比的离子大体同时击中收集器。处理器(16)确定击中收集器的离子的质量分布。多个电场板(20、22、24、26)彼此电绝缘并且密封以确定离子轨迹空间(4)，将电场板组件置于真空容器中。微型电离计最好有一个微型丝极(65)。该回旋质谱仪和电离计可以小型化。
Description
本申请是1992年7月17日递交序列号为No．07／915，590的美国专利申请的一个部分继续申请。
本发明涉及一种改进的回旋质谱仪以及其中可以使用的一种电离计，具体而论本发明涉及极易小型化的这样一种设备。
使用质谱仪确定气体、液体、或固体样品中的组成材料的成分和数量很早就是公知技术。就这样一些系统而论，在真空状态下把分子转换成离子形式、通过离子的荷质比分离离子、并令离子去轰击探测器，由此来分析样品的技术也已是公知的。一般而言可参见美国专利：No．2，882，410；No．3，070，951；No．3，590，243；和No．4，298，795。还可参见美国专利No．4，882，485和No．4，952，802。
一般来说，电离计包含一个接纳待分析样品的电离入口装置、一个与电离计入口装置协同动作的高真空室、以及一个设在高真空室内并且适于接纳来自电离计的离子的分析器装置。采用探测器装置对样品的组分进行确定，其中利用荷质比作为组分的区别特征。通过许多现有的装置中的一个装置，可把包含在电离计中的气体样品的分子转换成在该设备中进行分析的离子。
显然，就现有技术的回旋质谱仪而论，使用一个固定的收集器和斜坡电场一次只能监视一个荷质比。
在现有技术的质谱仪中，不管它们是否是回旋型的，电离计都是十分庞大的，因此对电离计的设计和测定都占和它们一道使用的整个系统的设计和测定的绝大部分。
除了上述系统外，的确还迫切需要一种改进的回旋质谱仪、以及与其一道使用的电离计，并且还需要、可与其它类型的质谱仪一道使用的电离计。
本发明满足了前述的需要。
本发明一方面提供一种回旋质谱仪，它具有一个确定离子轨迹空间的外壳、在该离子轨迹空间建立磁场的磁场产生装置、接纳被分析的气体样品并把该气体样品转变成离子的电离计装置、同时接纳多种质量不同的离子并使击中一一个收集装置的位置代表离子质量的收集器装置、把从收集装置处收到的信息转换成质量分布测定值的处理装置。
该质谱仪最好使用多个电场板，这些电场板彼此间密封连接并且用电绝缘材料分隔开相邻板的导电部分，从而可使这些电场板完成两项功能，即它们的常规功能和确定大的离子轨迹空间的配合功能，因此可不必使用为这样一些目的而设置的两个分开的结构。
最好在该回旋质谱仪的短程侧(short leg)中使用微型电离计。该电离计由陶瓷材料构成，并且最好有一个微小的金属线型的丝极。
本发明的一个目的是提供一种尺寸小的便携式回旋质谱仪。
本发明的另一个目的是提供一种可同时分析具有不同荷质比的多种离子的质谱仪。
本发明的再一个目的是提供一种其中的电场板用于密封离子轨迹空间并且确定真空系统的壁。
本发明的又一个目的是提供一种可使用有效的离子收集装置的系统。
本发明的又一个目的是提供一种微型电离计，它可用在回旋质谱仪中并且可用在其它需要产生离子的系统中。
本发明的再一个目的是提供一种微型电离计，它可在此通常认是理想的压力高的压力下工作，同时还能进行更为有效的电离。
从下述参照附图对本发明进行的详细描述，就可以更加全面地理解本发明的这些目的和其它一些目的。
图1是本发明的回旋质谱仪的离子轨迹空间的示意剖面图；
图2是本发明的回旋质谱仪的外部透视图；
图3是沿图2的回旋质谱仪的3-3线取的垂直剖面图；
图4表示定位在磁场产生装置的两个磁极之间的图2的回旋质谱仪的一种形式；
图5是本发明的收集装置的一种形式的部件分解视图；
图6是本发明的收集装置的一个实施例的示意图；
图7是本发明的收集装置的第二实施例的一个部件分解视图；
图8是本发明的收集装置的第三实施例的一个示意图；
图9是本发明的微型电离计的部件分解图；
图10是图8的微型电离计的顶视平面图；其中的注入器板尚未就位；
图11是本发明的回旋质谱仪的一种改进形式的示意图；
图12是图11的质谱仪和与其相关的外壳的示意图；
图13是图11的质谱仪的顶视平面图。
虽然这里公开的质谱仪中离子运动的实际路线最好作为“摆线”进行描述，但这样一种质谱仪称之为“回旋质谱仪”在本领域内已被采纳，这里使用的就是回旋质谱仪这一术语。
现在参照图1，其中表示一个回旋质谱仪，它有一个外壳2，外壳2确定了一个离子轨迹空间4，在空间4中有一个指向图面里边的磁场B和一个垂直于磁场B并指向附图顶部的板生(电)场E。该磁场确立了由电离计装置8产生的离子束6的流动。离子束6按照离子的荷质比分离，并且击中收集装置12的不同部分，其中较小质量的离子击中收集装置12的距离比质量较大的离子击中收集装置12的距离更加靠近电离计8。应该注意的是，收集装置12是同时接收到多个具有不同荷质比的离子的。离子击中在收集装置12上，将引起一个响应电流，这个电流经引线14流到处理装置16，在处理装置16中对离子在离子流6中的质量分布进行确定。这可以对列入电离计装置8中的气体样品的物质进行量和质的确定。
在说明的形式中，收集装置12设在外壳2内部的第1部分中，该部分具有第1尺寸；电离计装置8设在外壳2第2部分(短程80)内，该部分具有比第1尺寸大的第2尺寸。在说明的形式中，取图1外壳的取向，其第1第2尺寸是外壳内部的高度。电离计装置8将离子在所示形式中沿基本向下的方向排入第2部分，该方向通常是远离第1部分的。离子成离子束6形式运动到第1部分中的收集装置12。
再次参照图1，其中表示出多个环形的导电金属电场板20、22、24、26，它们借助于电绝缘材料28、30、32，可以是陶瓷、玻璃、低蒸汽压聚合物、或者它们的组合物，彼此电隔离。
在板20、22、24、26(涂有导电涂层的情况外)由电绝缘材料构成的情况下，材料本身就可起电绝缘材料的作用，勿需使用隔离材料。在板20、22、24、26由电绝缘材料(如氧化铝)构成的实施例中，板的下表面和板的内表面的环形延伸的下部要涂以导电材料。在板的上表面和板的内表面的环形延伸的上部涂以导电材料。在被涂敷的内表面的上部和下部之间留有一个间隙。采取适当的措施，如铜焊，将一个板的上表面接合到与其叠置的板的下表面上，从而在它们之间形成一个密封的接合。
电场板20、22、24、26按此方式配合，确定了在真空状态下的离子轨迹空间4。“离子轨迹空间”是在电场板中的被分析的离子从离子源出口移动到聚焦平面的空间。在确定回旋质谱仪外壳的电场形成部分时可以使用任何期望数目的这种电场板。由于对电场板进行了密封，所以勿须使用单独的真空室。
参照图1至图3，如图所示，按上述所确定的电场板(即离子轨迹空间4)处在回旋质谱仪的外壳2的下部。外壳2沿大致向上的方向逐渐变细并与带凸缘的上部44的开口42沟通，以便可与一个适宜的真空泵(表示出)连接。如图2所示，可按照所期望的最终分辨率来设置任何期望数目的收集器板，如一般由46、48、50、52、54、56所表示的。在图3中，沿竖直方向叠置的板58a-58p阵列的外周边形状按图中所示形式大致呈长方形，并且这些板上有大致长方形的开口。上板58a-58k的大小和形状大致相同并且具有大小相同的相互对齐的开口。下板58l-58p的大小和形状大致相同并且具有大小相同的相互对齐的开口。每个板58a-58p都有它自已的供电电源线60a-60p以便向它们供电。气体入口62向电离计8(图1)提供待分析的气体样品。处理装置16通过电接线14接收来自收集装置12(图1)的电信号。
如图2-4所示，外壳2的两个平行相对且大体平直的表面61、63定位在永久磁铁66(或一个电磁铁)的两个磁极62、64之间，从而在磁极62、64间的磁场中加进了电场板。如图1所示，从电离计装置8出来的离子在这个磁场的影响下移动到收集装置12。
现在参照图5，其中表示可用在本发明中的电场板排列的一种形式的部件分解视图。在该优选实施例中的这些板由非导电的非多孔的陶瓷材料(如高密度氧化铝)构成，在这些板的暴露到离子轨迹空间4的上、下表面和内表面上(在内表面上留有以前描述过的间隙)例如涂以钼、钼-锰、镍、和铜。在这些板上，相邻的导电涂层之间是电绝缘的。
丝极板68是最上边的一个板，并且按图中所示的形式大体呈长方形形状，板68确定了一个长方形的开口69。电离计板70位于丝极板68的下方，通过电绝缘材料可将板70与板68分隔开，电离计8就定位在板70中，电离计8的带有细长狭缝76的注入器板74固定在板70的下表面上。气体样品通过该气体入口62进入电离计8中。气体入口62是在板70中金属化通道72的延伸，气体入口管62的作用最好不仅仅是把气体样品引入电离计中，而且还能把电压加到板极上。加有电能的丝极65固定到丝极板68上并且被容纳在凹槽67中。应该理解，在电离计8中按此方式由引入的气体样品产生的离子将沿大致向下的方向排放到离子轨迹空间4的短程(侧)80(见图1和2)中，下面对此再进行描述。显然，电离计装置8是设在由板70确定的开口82中的，并且和开口82的内端84间隔开。
收集装置包括收集板88和与其相关的叠置的孔板90。收集板88呈大体长方形形状，并且最好和板68、70有大体相同的形状和大小。在收集板88中确定的开口92有多个探测器94、95、96、97、98、99、100，这些探测器位于设在聚焦平面的孔板90中的大体平行的狭缝104、106、108、110、112、114、116的下方，并且和这些狭缝按可操作的方式相关连。狭缝118与注入器板74的狭缝76对齐，并起该回旋系统的离子入口狭缝的作用。如果期望，可省去注入器板74，并且还可将狭缝118用作电离计的出口狭逢。
现在参看图1和5，束6中运动的离子将轰击孔板90的各个部分，但只能穿过孔板90的存在着大体平行的狭缝104、106、108、110、112、114、116的那些部分。穿过这些狭缝的离子击中下方的探测器94、95、96、97、98、100，并产生出多个响应电流，处理装置16通过电导线14(图1)接收这些响应电流，并且对这些响应电流进行处理，提供有关该气体样品的主要成分的定量和定性内容的期望信息。可将这个信息存贮在计算机内、可见显示在示波器上、提供在硬拷贝内，或者按任何其它期望的方式对这个信息进行处理。
图6详细表示了图5所示的收集装置的一部分的一个实施例。孔板90上有狭缝104、106、108、110、112、114、116，在每个狭缝的下边设有一个探测器94、95、96、97、98、99、100。在优选实施例中，收集器94、95、96、97、98、99、100是法拉第板离子收集器。在处理装置16中，通过一个单独的放大器(图中未示出)按照本领域普通技术人员公知的方式就可以读出每个收集器的电流，或者按照另一种方式，可以使用一个放大器和一个多路传输系统。
在本发明的这个实施例中，孔板90可由厚度约为0．002英寸的不锈钢板构成。狭缝104-108(只对偶数而言)的取向彼此不平行但却要平行于电离计装置的注入器板74(图5)中的狭缝76，这种情况也是优选的。这些狭缝的宽度最好约为0．003英寸。显然，狭缝的位置要由准备观测的特定离子的质量确定。
由此可知，这个系统可以同时探测具有不同荷质比的多个离子，因而提供出一种分析气体样品的高效装置。
在收集装置12的这个实施例和其它的实施例中，优选的作法是最好将孔板90的进入侧大致定位在该设备的聚焦平面内。
现在参考图7，其中表示本发明的收集装置的第二实施例。使用由电荷偶合器件构成的一个收集器阵列。在该实施例中，由于偶合到该电荷收集器阵列的直接的或感生的离子流的作用，该离子流激励了电荷偶合器件119。可以使用整个质谱，或者按另一种方式，仅使用该质谱中分离的期望部分。另外，如果期望，使电场高频振动并监视随时间微分的收集器信号，可实现比静态方式得到的分辨率还要高的分辨率。电荷偶合器件119可以有直接设置在板88′的陶瓷材料上的电荷偶合阵列，或者可以把器件119作成一个单独的部件并把它固定到板88′上。
如图7所示的收集装置的第二实施例省去了孔板，直接收集离子电荷或者在阵列上直接感生电荷。当现有技术的系统使用能够穿过非导电材料的光子时，这些系统是不适于进行直接的离子探测的。
现在参照图8，认真考虑本发明的收集装置的另一个实施例。在该实施例中，在孔板90的下方是一个沟道板130，在沟道130下边设有多个探测器132-138，这些探测器的位置与狭缝104-116(只对偶数而言)彼此对齐。沟道板130可以是铅玻璃板，并且最好紧挨在该回旋质谱仪的聚焦平面的下方定位。因为聚焦平面为地电位并且沟道板的前部必定是高的负电位，所以板90占据聚焦平面，在该实施例中板90是一个设有狭缝104-108(只对偶数而言)的接地的金属屏。由于涉及的是强磁场，所以最好使用小于10微米的沟道直径。在该沟道板实施例中，离子击在铅玻璃沟道上并引起一系列次级电子，每个次级电子沿沟道向下被加速，从而产生更多的电子。移动到探测器132-138的流将是一个电子流，电子流的大小比离子流大4个数量级左右。处理装置16而后对该电信号进行处理。
现在参照图9和10，更加详细地考虑本发明的电离装置8。可以理解，尽管本发明的微型电离计装置适于用在本发明的便携式回旋质谱仪中，但也可用于期望把气体样品转变成离子的其它设备中。离子空间组件150最好由电绝缘的且基本上刚性的材料构成，这种材料对反复引入的气体样品应是不活泼的。在适用的材料中有高密度的氧化铝，其纯度最好约为94-96％。离子空间块150是细长形的，它有一对直立的并且大体平行的侧壁152、154，一个基底169，和一对端壁158、160。这些部件相互配合确定了一个向上开口的凹槽164。在端壁158中形成一个气体样品引入开口，该引入开口与气体入口管180配合。靠近端壁160的部分侧壁152、154上有肩部170、172。在用作丝极板的基底156的这部分中有一个丝极177，丝极177可以是一种金属线的丝极，例如可由钨、涂钍铟(thoria coated indium)、或镀钍钨。丝极由柱178、179支撑。最好由一个适宜的金属线(未示出)向丝极177提供电能，以便可由几个安培数量级的电流对其实现电阻加热白炽程度。丝极177可以是约0．0254毫米厚、约0．127毫米宽、约2．54毫米长的带状物。
大体呈沟道形的主体部分或离子空间组件150与端壁158、160以及注入器板76配合以形成电离计室。
如果不使用丝极177，可以使电离计空间组件150的内表面涂有可提供电能的适宜的导电金属。通过给涂有金属的陶瓷高密度氧化铝壁施加电压来产生电场。涂在陶瓷上的金属产生了等势面和导电线路，因此可从设备的外部施加表面电位。借助于引入气体样品的连接通道(未示出)从入口管62接收样品气体的入口管180是和凹槽164沟通的。入口管180设在凹槽164的和丝极177相对的那一端，出口狭缝76设在两个端部之间。
在待审查的美国专利申请序列号07／911，469中(1992年7月10日的Kurzweg和Durye的名义递交，题目为“Inlet ValveApparatus for Vacuum System”)公开了将气体样品引入入口管62中的适宜装置，这里参考引用了该申请的公开的内容。电离计装置8也有注入器板74，板74和它的狭缝76一起大体平行于离子空间块150的纵向定位。
按本发明的这个优选实施例，该电离计装置的外部长度约为4．7625-12．7毫米，其外部宽度约为1．5875-4．7625毫米，外部高度约为4．7625-7．9375毫米。该电离计装置的内部通道长度小于5．08毫米左右。在大约10微米汞粒压力下电子-分子碰撞间的平均自由程大约就是这个长度。因此，这个装置在这样一些压力下能有效地发挥作用。可以理解，在质谱仪中的一个极小的空间内就可以按此方式使用这个小型的电离计，因此可以使尺寸减小，具有便携性，并摆高了效率。
本发明的回旋质谱仪的内部高度最好约为25．4-76．2毫米，其宽度约为9．525-15．875毫米，深度约为38．1-50．8毫米。
离子轨迹最好有约38．1-50．8毫米的内部长度、约50．8-101．6毫米7．62-17．78毫米的内部宽度、以及在收集器装置区的约15．24-38．1毫米的内部高度。
应该看到，从丝极177出来的电子在离子空间内由丝极177和离子空间电位间的电位差加速。这些电位是由设在该分析器装置的外边的电源施加的，并且是借助于设在陶瓷板上的金属涂层路径引向施加位置的。通过一个磁场(约为4000高斯数量级)使电子在离子空间的内部运动。
可以看出，待分析的样品气体是直接被引入该离子空间内的，除了注入器板74上的开口76外，样品气体没有其它的出口途径。通过注入器和离子空间电位的组合电位可从该电离计引出离子。
可以看出，虽然图中所示的注入器板74在某些应用中具有细长的直线狭缝76，但也可以设想和利用具有不同形状的狭缝。
可以看出，通过使用尺寸如此小的电离计装置8，可将电离计放在建立磁场的分析磁铁的内部或者放在靠近它的地方。分析磁铁的效果是产生了一个场，这个场还起电子束限制场的作用。放置磁场，使其平行于电子束的方向。偏离磁力线的电子速度的任何分量将使电子绕磁力线转动。结果使磁场对电子束起到了限制和导向的作用。如果没有一个已存在的磁场，就可以使用一个电离计磁铁来改善性能，这个磁铁的位置应使它的磁力线在电子来的方向。
本发明的设备是双聚焦型的，即具有一个荷质比的离子在收集装置上聚焦在一个位置，和初始离子的能量散布或离子注入角的展宽无关。
可以看出，本发明的设备便于微型的便携式设备的使用，操作效率高并且多个离子可同时击中在收集装置12上，因此便于同时测量具有不同荷质比的离子。进一步还可看出，所有这些全都是使用唯一的一个电离计装置实现的，这个电离计装置适于用在这里公开的设备中以及其它的要把气体样品转变成离子的设备中。
本发明的另一个优点是可使真空系统／离子轨迹空间比其它回旋质谱仪更窄小。该系统操作的磁场间隙的宽度约为使用分开的电场板和真空室壁的条件下一般需要的间隙宽度的1／2。该设备使用了极其均匀的磁场，该磁场的磁铁间隙宽度一般来说是相当小的，如约为9．525-15．875毫米数量级，因此便于使用小得多的磁铁。
本发明的回旋质谱仪和电离计装置的许多应用对本领域的普通技术人员来说都是显而易见的。其中包括：确定空气的纯度以满足法律确定的要求、排出气体的自动分析、在分析化学中(如在气体色谱学中)的应用、以及在医学领域中(如在麻醉气体监视器中)的应用。
可以看出，本发明提供的设备可测量同时击中在收集装置上的离子的荷质比。还有，独特的电场板可用于确定离子轨迹空间。此外，还提供尺寸可能是极小的唯一的电离计装置。
虽然本发明的优选特征是提供多个电场板，而每个电场板的内部都涂有导电的路径，但应理解，本发明并不局限于此。如果期望，可通过一个整体式的模注结构来确定离子空间，该结构可由一种低蒸汽压的弹性体(如适宜的橡胶或塑料)来构成。适宜的材料有E．I．Dupont de Nemours销售的商标为“Kalrez”的材料。整体式结构可由和组装的电场板阵列相同的大小和形状的结构构成，并涂有导电的路径。
现在参照图11和12，考虑本发明的另一个实施例。在先前的实施例中，重点放在使用陶瓷或其它非导电材料上，在该材料上涂有导电路径并且密封该结构以确定离子空间；而在本实施例中则采取一种不同的处理办法。具体来说，本实施例使用多个彼此电绝缘的导电板，并且使用一个单独的真空室以接纳板组件。这些板的形状和尺寸大体上与前边讨论过的那些板相同。负板阵列200-218(只对偶数而言)彼此间隔开。正板系列226、228、230、232也彼此间隔开。螺杆240和242穿过正板中的开口，这些板还带有多个电绝缘垫片250-270(只对偶数而言)，螺杆240在这些垫片中穿过，这些垫片起相应的两个板200-218(只对偶数而言)之间的隔离物的作用。如图13所示并且按下面将要更加详细描述的，杆400、402与杆240、242类似，并且分别和杆240、242间隔开。这些垫片按常规由氧化铝构成，厚度约为0．6096毫米。这些垫片250-270(只对偶数)最好超过该叠层伸出约0．381毫米，并用作这些板和真空外壳的金属表面(下面将要描述)之间的绝缘。螺母274、280用于固定安装架276、282，并用于固定板组件200-218(只对偶数而言)。类似地，螺杆242穿过多个垫片290-310(只对偶数而言)，在相应的板200-218(只对偶数而言)之间提供间隔和绝缘。另外，杆242还要穿过垫片320-328(只对偶数而言)，这些垫片将正板226-232(只对偶数而言)隔开。螺母332和334螺纹固定到杆242上，从而完成了该组件。将电离计340和丝极装置342插在负板200-218和正板226-232之间。借助于用作分压电阻器链的多个真空相容的电阻器350-376(只对偶数而言)来分配板200-218、和226-232的各个电位。最好把这些电阻器点焊到板200-218和226-232上，形成该法兰安装置的一个整体部分。
在本发明的这个实施例中，电场板200-218和226-232由不锈钢制成，并且最好由经过热处理的304型不锈钢制成，板厚约为1．8288毫米。螺杆240、242最好是56304型不锈钢螺杆，它与外部设置的氧化铝管绝缘。
由于本实施例根本没有前边描述的陶瓷实施例中介绍过的密封板，所以本实施例使用了一个单独的容纳钢板组件的真空容器360(图12)。真空容器360最好由304型不锈钢管形成，这种不锈钢管可以通过一个圆形的芯轴成型，真空容器360还有和其相对的端部焊接在一起的真空法兰362、364。法兰362可通过多个六方孔螺钉头螺钉(未示出)固定到前板366上，这种固定是为了在它们之间确立一个真空密封。法兰364可通过多个螺钉固定到离子泵368上以形成一个真空紧密封。在法兰362和前板366之间塞进一个金属O形圈(如，由银-锡、铜、或铝构成)，并通过螺钉紧固，从而就可产生真空密封。前板366例如通过图13中的螺钉396、398、或通过点焊固定到安装架上。
可以看出，在本实施例中按此方式通过真空容器360就确定了真空室，这个真空室不是由确定真空室的多个板整体式形成的。本实施例起作用的方式与前一个实施例相同。
电离计340中的离子源或者和先前所述的相同，或者可由不锈钢(如304型不锈钢)制成，并在它的内表面上涂以低蒸汽压的绝缘聚合物。适合于这一目的的聚合物是Varian“Torr Seal”(商标名)。提供真空是为通过正板电位、负板电位、丝极电流和丝极电位、板极电位、以及自大气压力引到高真空的气体创造条件。这些电流和电位是来源于电子单元(未示出)并通入高真空的。
当将固定到前板366的板组件放入真空容器36°中时，通过使用置于两个法兰之间的金属垫圈并用六方孔螺钉固定两个法兰来把该真空容器压力密封。
如图11和12所示，板202-218和226-232都有大体长方形的中心开口，这些开口在每一个板上由一对间隔开的垂直取向的平行虚线表示。顶部200按所示的形式没有这样的开口。
如图13所示，安装架276通过螺钉396，398固定到板366上。架282按相同方式固定到板316上。螺杆240、400穿过安装架276和下方的板200-218，螺杆240、400的上端分别由螺母274、404固定，螺杆240、400的下端由其它的螺钉(未示出)固定。类似地，螺杆242、402穿过板200-218和226-232，并且螺杆242、402的上端分别由螺母242、406固定，螺杆242、402的下端由其它螺钉(未示出)固定。
为了避免在板200-218、226-232和真空容器360的内部之间出现不期望的电接触，电绝缘垫片252-270和322-328(如图13中所示的垫片252和292)最好是连续的和长方形的，并且垫片的端部要从板的侧面410、412凸出出来。这些垫片的优选尺寸是：厚度约为0．762-0．508毫米、长度约为12．446-12．7毫米、宽度约为4．572-5．588毫米。
尽管为了说明的目的已经描述了本发明的特殊实施例，但在不脱离由所附权利要求书规定的范围的条件下还可能做出许多细节的变化，这对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。
Claims (48)
1．一种回旋质谱仪，包括：
它确定了离子轨迹空间的外壳；
其特征在于还包括：
磁场产生装置，用于在所述离子轨迹空间内建立一个磁场；
电离计装置，用于接纳待分析的气体样品并把它转换成从这里排放的离子；
收集装置，用于同时接纳具有不同荷质比的多个离子，离子击中所述收集装置的位置和离子的质量相关；以及
处理装置，响应于所述收集装置，用于确定所述离子的质量分布，
所述外壳具有第1尺寸的第1部分和第2尺寸的第2部分，第1部分中设置所述收集装置，第2部分中设置所述电离计装置，第2尺寸大于第1尺寸。
2．如权利要求1所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述收集装置包括一个具有多个大体平行的狭缝的板，并且
离子接收装置在所述狭缝的下方，用于接收穿过狭缝的离子并发出响应电流。
3．如权利要求2所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述板大体设置在所述回旋质谱仪的聚焦平面上。
4．如权利要求3所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述处理装置有放大从所述收集装置接收的电流并确定穿过每个所述狭缝的离子的数量的装置。
5．如权利要求4所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述放大装置对于每个所述狭缝都有一个放大器。
6．如权利要求4所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述放大装置只包括一个放大器和多路传输装置，用于依次接收和放大所述电流。
7．如权利要求2所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述离子接收装置有多个法拉第收集器。
8．如权利要求2所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电离计装置有一个带有狭缝的注入器板，用于排出所述离子；并且
所述狭缝大体上平行于所述收集器板狭缝。
9．如权利要求8所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电离计装置的狭缝大体和所述的细长板共面。
10．如权利要求1所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述收集器装置包括大体设置在所述质谱仪的聚焦平面上的一个收集器阵列。
11．如权利要求10所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述收集器阵列具有多个可由离子流激励的电荷偶合器件。
12．如权利要求11所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述处理装置具有放大所述电流并确定击中所述收集装置的选定部分的离子的数量的装置。
13．如权利要求1所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述收集装置包括一个板状部件，该部件具有多个大体设在所述聚焦平面上的大体平行的狭缝，并且在该板状部件的下方设有一个沟道板。
14．如权利要求13所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述收集装置具有多个位于所述沟道板下方的收集器，用于响应于穿过所述狭缝的离子发出一个电流。
15．如权利要求14所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述收集器是从由法拉第收集器和电荷偶合器件组成的这个组中选择出来的。
16．如权利要求13所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述板状部件是一个金属屏。
17．如权利要求1所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电离计装置排出离子的方式应使离子能穿过所述离子轨迹空间运动到所述收集装置；并且
所述外壳具有多个电场板，这些电场板确定所述离子轨迹空间的至少一部分。
18．如权利要求17所述的回旋质谱仪，其特征在于：
相邻的所述电场板彼此密封地接合。
19．如权利要求18所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电场板由导电材料构成，并且所述电场板通过一种材料彼此电隔离，这种材料是从由陶瓷、玻璃、和低汽压的聚合物组成的组中选择出来的。
20．如权利要求18所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电场板由陶瓷材料构成，在电场板面对所述离子轨道空间的表面上有一个导电涂层。
21．如权利要求20所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述陶瓷材料是高密度氧化铝，
所述导电材料是从由钼、钼-锰、镍、和铜组成的组中选择出来的。
22．如权利要求20所述的回旋质谱仪，其特征在于：
在所述电场板的上和下表面上有导电涂层；并且
所述导电涂层在面对所述离子轨迹空间的所述表面上有一个环形的间隙。
23．如权利要求18所述的回旋质谱仪，其特征在于：
磁场产生装置设在所述外壳的外部，用于在所述离子轨迹空间中建立一个磁场。
24．如权利要求18所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电场板包括一个大体为长方形的上丝极板、一个与其相邻的并且在其下方的电离计板、和一个在所述电离计板下方的收集器板，所述电离计板上有一个凹槽以容纳所述电离计和一个孔板。
25．如权利要求24所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述丝极板、所述电离计板。以及所述收集器板中的每一个板都大体是长方形的并且都有一个细长的内凹槽。
26．如权利要求25所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电离计装置沿纵向设在所述电离计板中，并且与所述电离计板中的凹槽的端部间隔开。
27．如权利要求26所述的回旋质谱仪，其特征在于：
收集器设在所述收集器板的凹槽中，收集器在该凹槽中的位置要在纵向偏离开所述电离计装置在所述电离计板中的位置。
28．如权利要求27所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电离计装置有一个注入器板，在其下端设有一个离子排出狭缝。
29．如权利要求21所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述离子轨迹空间的内部长度约为38．1-50．8毫米，内部宽度约为7．62-17．78毫米，在收集装置区域的内部高度约为15．24-38．1毫米。
30．如权利要求1所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电离计装置有一个离子空间块、丝极装置、和一个有孔的注入器板，为该离子空间块提供一个气体入口开口以便把气体样品引入所述的空间内。
31．如权利要求30所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述丝极装置有一个金属线的丝极。
32．如权利要求31所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述离子空间块由陶瓷材料构成；并且
所述丝极是在所述离子空间块的内表面上涂敷的导电材料。
33．如权利要求32所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述注入器板由导电材料构成，并且具有一个离子排出开口。
34．如权利要求32所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电离计装置的外部长度约为4．7625-12．7毫米，外部宽约为1．5875-4．7625毫米，外部高度约为4．7625-7．9375毫米。
35．如权利要求1所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电离计装置排出离子的方式应使离子能穿过所述离子轨迹空间移动到所述收集装置；并且
至少一部分所述离子轨迹空间是由具有多个彼此电绝缘的导电区的一个整体式模注的离子轨迹空间确定的。
36．如权利要求1所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述外壳具有多个导电的电场板；并且
在一个真空容器内放置所述外壳。
37．如权利要求36所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述导电的电场板由不锈钢构成；并且
将电绝缘的隔离物装置插在相邻的两个所述板之间，
所述真空容器由不锈钢板构成，并且和所述导电的钢板是电绝缘的。
38．如权利要求37所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述导电的电场板有负板和正板，
螺杆装置固定所述电场板，使其相对于相邻的电场板彼此隔开并且彼此绝缘。
39．如权利要求31所述的回旋质谱仪，其特征在于：
电阻器装置工作地与所述电场板相连，
所述电阻器装置用于向所述电场板分配各个板的电位。
40．电离计装置，其特征在于包括：
一个具有气体入口开口的离子空间，该开口用于把气体样品引入所述空间；和一个丝极装置；
所述离子空间有一个由陶瓷材料构成的电离计空间块；并且，
所述电离计装置的外部长度小于约4．7625-12．7毫米。
41．如权利要求40所述的电离计装置，其特征在于：
所述丝极装置为一个金属线丝极。
42．如权利要求41所述的电离计装置，其特征在于：
所述离子空间有一个注入器板，
所述注入器板有一个排放开口。
43．如权利要求42所述的电离计装置，其特征在于：
所述气体入口开口设在所述电离计装置的一端，而所述丝极装置靠近所述电离计装置的另一端设置。
44．如权利要求40所述的电离计装置，其特征在于：
所述丝极装置是在所述电离计空间的内部的一个导电的涂层。
45．如权利要求43所述的电离计装置，其特征在于：其中所述注入器板开口沿着所述电离计空间块的长度方向设在所述气体入口开口和所述丝极装置之间的一个位置。
46．如权利要求42所述的电离计装置，其特征在于：
所述离子空间有一个主体部分和两个端壁；并且所述主体部分大体呈沟道形，
所述电离计装置有一个注入器板，注入器板与所述端壁和所述主体部分配合以确定一个电离计室。
47．如权利要求42所述的电离计装置，其特征在于：
所述电离计装置的外部宽度约为1．587-4．7625毫米，其外部高度约为4．7625-7．9375毫米。
48．如权利要求1所述的回旋质谱仪，其特征在于：
所述电离计装置设置成将所这离子沿通常远离所述第1部分的方向排入外壳的所述第2部分，所述收集装置在外壳的所述第1部分中设置成接收所述离子。
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