CN107068534A - 质谱仪真空接口方法以及设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了质谱仪真空接口方法以及设备。一种操作质谱仪真空接口的方法，该真空接口包括一个截取设备‑优选一个截取锥(133)，该截取设备具有一个截取孔(134)和下游离子提取光学器件(150)。一种膨胀的等离子体通过该截取孔进行截取。在该截取设备中，通过提供器件将邻近该截取设备的经截取的等离子体的一部分(142)与剩余的经截取的等离子体(126)分离，以在允许该剩余部分朝该离子提取光学器件膨胀的同时防止、抑制或阻止被分离的部分到达该离子提取光学器件。这允许将从该截取设备表面(135)上的沉积材料释出的离子去除，由此区别这样的离子，并且提供减少的记忆效应。等离子体的剩余部分可以朝向提取光学器件膨胀，于是可以减少或最小化在边界层与等离子体的剩余部分之间的相互作用和混合，由此减少先前沉积的、通向该截取设备下游并进入提取光学器件的离子的数目。

Description

质谱仪真空接口方法以及设备

本发明专利申请是国际申请号为PCT/EP2012/075301，国际申请日为2012年12月12日，进入中国国家阶段的申请号为201280061124.X，名称为“质谱仪真空接口方法以及设备”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及一种质谱仪的大气到真空接口，以及方法，主要与一种等离子体离子源(例如一种电感耦合、微波诱导、或者激光诱导的等离子体离子源)一起使用。这样一种接口也可以被称为等离子体-真空接口。以下讨论将集中于使用电感耦合的等离子体质谱(ICP-MS)的实施例。

发明背景

ICP-MS的一般原理是众所周知的。ICP-MS仪器为样品提供稳健的高灵敏度的元素分析，直到万亿分之几(ppt)及更进一步的范围。典型地，该样品是一种液体溶液或悬浮液，并且以载气(通常为氩气或者有时为氦气)中气溶胶形式由一个喷洒器提供。该喷洒的样品进入一个等离子体喷枪，该等离子体喷枪典型地包括多个形成相应的通道的同心管，并且朝向下游端被一个螺旋的感应线圈包围。一种等离子体气体，典型地为氩气，在外通道中流动，并且对其施加放电以使部分等离子体气体电离。将一种射频电流提供到该喷枪线圈，并且所产生的交变磁场使自由电子被加速以引起等离子体气体的进一步电离。此过程继续，直到在典型地在5,000K与10,000K之间的温度下获得一种稳定的等离子体状态。该载气和喷洒的样品流经该中心喷枪通道并且进入该等离子体的中心区域，在该中心区域，温度高到足以引起样品的雾化以及随后电离。

下一步需要将该等离子体中的样品离子形成为一个离子束，用于由该质谱仪进行离子分离和检测，其中该离子分离和检测除其他之外由一个四极质量分析器、一个磁和/或电扇形分析器、一个飞行时间分析器、或者一个离子阱分析器提供。这典型地涉及多个阶段：压力降低、从等离子体中提取离子以及离子束形成，并且可能包括一个用于去除潜在干扰离子的碰撞/反应池阶段。

第一阶段压力降低是通过一个真空接口中的第一孔对等离子体进行采样来实现的，典型地该第一孔由一个具有内径为0.5至1.5mm的有孔尖端的采样锥提供。该被采样的等离子体在该采样锥的下游膨胀，进入一个已抽真空的膨胀室。然后该膨胀等离子体的中心部分穿过由一个截取锥(skimmer cone)提供的一个第二孔，进入具有更高真空度的第二抽真空室。因为该等离子体经过该截取锥膨胀，所以其密度充分降低，以允许使用由该截取锥下游的离子透镜产生的强电场来提取离子以形成一个离子束。通过一个或多个可以用静止或时变场来操作的离子偏转器、离子透镜、和/或离子导向器，可以将所产生的离子束偏转和/或引导为朝该质谱仪前进。

如所提及的，可以在该质谱仪上游提供一个碰撞/反应池，以从离子束去除潜在干扰离子。这些典型地是基于氩的离子(例如Ar⁺、Ar₂ ⁺、ArO⁺)，但是可以包括其他，例如电离的碳氢化合物类、金属氧化物类或金属氢氧化物类。该碰撞/反应池促进了离子中和碰撞/反应，借此，不想要的分子离子(以及Ar⁺)优先被中和并且与其他中性气体组分一起被抽走，或者离解成更低质荷比(m/z)的离子并且在下游m/z区别阶段被弃去。US 7,230,232和US7,119,330提供了ICP-MS中使用的碰撞/反应池的实例。

ICP-MS仪器应该优选满足多个分析要求，包括高传输、高稳定性、来自等离子体中的样品基体(该样品的本体组成包括，例如，水、有机化合物、酸类、溶解的固体、以及盐类)的低影响、以及低的氧化物离子或双电荷离子的通量，等等。这些参数可以高度取决于采样锥和截取锥的几何形状和构造，以及后续的离子光学器件。

鉴于日益增长的ICP-MS的常规使用，仪器的通量已经成为最重要的参数之一。维护、清洁和/或零件替换的需要可能降低仪器的工作时间并且因此影响它的通量。这个参数强烈地取决于由来自先前的样品的材料沿着从样品输入到检测器的仪器整体长度、但是特别是在该等离子体喷枪的玻璃器皿上以及该采样锥和该截取锥的内表面和外表面上的沉积所引起的记忆效应。对于使用更多封闭的或拉长的截取锥的仪器，对截取锥的影响变得更加显著，例如像在US 7,119,330和US 7,872,227以及赛默飞世尔科技公司技术备忘录(Thermo Fisher Scientific Technical Note)Nr.40705中。

因此，希望提供一种降低在仪器上的此类沉积或降低此类沉积对该仪器的影响的方法，使得可以降低所引起的通量损失。本发明目的是，通过提供一种改进的或者替代性的截取锥设备和方法，以着手解决上述或者其他目的。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种操作质谱仪真空接口的方法，该质谱仪真空接口包括一个具有一个截取孔的截取设备以及下游离子提取光学器件，该方法包括：通过该截取孔对膨胀等离子体进行截取，并且通过提供器件在该截取设备内将邻近该截取设备的经截取的等离子体部分与剩余的经截取的等离子体分离，以在允许剩余部分朝该离子提取光学器件膨胀的同时防止(即，抑制或阻止)被分离的部分到达该离子提取光学器件，其中该器件包括由设置在该截取设备内的通道构件提供的一个或多个通道，并且邻近该截取设备的经截取的等离子体部分通过使该部分转向到该一个或多个通道中来进行分离。该截取设备优选是一个具有截取孔的截取锥。

如上所述，被该截取设备截取的等离子体内包括的一些材料可能被沉积在该截取设备上；特别是，在该截取设备的内表面，也就是包括该截取设备的下游表面的表面上。特别是，已经发现，相当可观的沉积发生在邻近该截取孔的截取设备的下游部分。当后续的等离子体通过该截取设备被截取时，如果该材料被散开、移除或者以其他方式从该截取设备表面被释出，并且能够与等离子体一起通过该装置前进，则如此沉积的材料可能是成问题的，这是因为后续分析可能因此受影响。诸位发明人已经认识到，源自该截取设备表面上的此类沉积的离子最初集中在该截取设备的内表面附近的等离子体流的边界层中(而不是散布或分散在该截取设备中的整个等离子体膨胀部分上)。因此，在该截取设备内将邻近该截取设备表面的经截取的等离子体部分与剩余的等离子体分离允许去除大部分的这些沉积离子，从而显著地区别此类离子，并且给出减小的记忆效应。通过允许剩余等离子体继续向下游离子提取光学器件膨胀，可以有利地降低或最小化该边界层与剩余等离子体的相互作用和混合，目的是降低经过该截取设备的下游并且进入该离子提取光学器件的先前沉积的离子的数量。

将理解的是，鉴于截取器在使用中使材料沉积在内侧的问题，本发明目的是防止或减少此类沉积物可能以后与向该离子提取光学器件膨胀的等离子体接触的程度，并且因此使得它们不能加剧记忆效应。就是说，本发明的实施例在该截取设备孔口的下游附近或正好在下游处分离由沉积区域释出(通过各种过程，包括与等离子体相互作用)的沉积材料，以便在一个更远的下游区域处去除或者捕集，其中该沉积材料可能会阻塞该孔口或者被再引入该等离子体中。在该下游区域处，该材料可以在具有小得多的对系统的污染风险的情况下被沉积：它不干扰该离子提取区域里的场(或者至少程度更低地干扰)；空间限制更少成为问题，这意味着更多材料可以被沉积在那里而不堵塞系统；并且，即使该材料被再次释出，其“向回”(即向上游或径向往内地)流而影响测量的可能性也被大大降低。

易于被先前沉积在该截取设备内表面上的材料所污染的经截取的等离子体部分在该截取设备内被去除或与经截取的等离子体的剩余部分相分离。该分离发生在该截取设备自身的内部体积里，使得该潜在污染性的材料可以在该离子提取光学器件的上游被去除，否则，该污染材料可能为下游处理和分析引入不希望的非样品离子。以此方式，此类沉积物质在提取前与经截取的样品等离子体混合的机会显著减少。

将理解的是，被该截取设备截取的膨胀等离子体典型地已经先通过了一个采样设备(例如，一个采样锥)。该采样设备是在大气压或相对高压下与该等离子体源交界的典型部件。因此，到达该截取设备的膨胀等离子体的压力下降；典型地，到几毫巴。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于质谱仪真空接口的截取设备，包括：一个具有内表面和截取孔的截取设备，用来对从其中经过的等离子体进行截取，以在该截取孔的下游提供经截取的等离子体；以及一个设置于该截取设备内表面上的等离子体分离装置，用来在该截取设备内将邻近该截取设备的内表面的经截取的等离子体部分与剩余的经截取的等离子体相分离，同时允许该剩余部分向下游膨胀，其中该等离子体分离器件包括由设置在该截取设备内的通道构件限定的一个或多个通道。

通过沉积于其上；附着、贴附或附接于其上；或者另外地物理联接、接合或连接于其上，来将该等离子体分离装置设置或形成在该截取设备的内表面上，或与其相联结。以此方式，包括不想要的先前沉积物质的经截取等离子体的通过边界层受到该截取设备内的一个吸附剂区域的作用以便从该边界层去除物质。此分离发生在该截取设备自身内部，使得潜在污染性材料可以在该离子提取光学器件的上游被去除，从而降低上此类沉积物质在提取前与截取的样品等离子体混合并将其污染的机会。

该截取设备优选为一个具有锥孔的截取锥。在此使用术语“锥(cone)”来指在其上游端包括至少一个总体上锥形的部分的任何实体，无论该实体的剩余部分是否为锥形。因此，术语“截取锥”应被理解为这样一个实体，该实体在质谱仪真空接口中执行截取功能，并且至少在其上游的一个区域处、或者面对大气/等离子体的侧面处具有锥形的形态。

根据本发明的另一方面，提供了一种操作质谱仪等离子体真空接口的方法，该质谱仪真空接口包括一个具有一个截取孔和一个内表面的截取设备，该方法包括：在该截取设备中提供形成通道的构件来建立一个沿着该截取设备的内表面向外指向的流。优选地，该向外指向的流为一个层流。

如在此所用的，向外指向的流意指一个大体向下游指向和/或从该截取锥设备的轴线径向往外的流。因此，在该截取设备包括一个锥孔的实施例中，当向外指向的流沿着该截取设备的内表面被定向时，该流被建立为向下游并且从该截取锥设备的轴线径向往外。

在该截取设备包括一个在平面式表面内的孔的其他实施例中，该平面式表面总体上垂直于该截取锥设备的轴线，当向外指向的流沿着该截取设备的内表面被定向时，该流被建立为从该截取锥设备的轴线径向往外。

有利地，该方法还包括在该内表面上设置一种吸附剂或吸气剂材料的步骤。优选地，该内表面包括一个来自先前或目前等离子体流的物质可以被沉积其中的沉积区域，并且该材料被设置在该内表面的至少该沉积区域的至少一部分(更优选全部)上。该设置步骤可以间歇进行，以更新先前设置的材料。

在该内表面上提供一种吸附剂或吸气剂材料有许多有益效果。第一，它用来捕集或者收集可能无论如何都会沉积的沉积物质但是其方式使得防止或至少减少此物质的后续释出。第二，当在该截取设备操作过程中提供该材料时，它用来在这样的程度上覆盖或者‘掩埋’已沉积到该截取设备内表面上的物质，以便有效地防止或至少显著阻碍此物质后续释出而进入该等离子体流。第三，当在以前沉积的吸附剂或吸气剂材料上第二次或后续施加该材料时，它用来更新或者复原该截取设备的内表面上初始提供的材料，以帮助维持吸附/捕集效果。

优选地，该截取设备还包括设置在该截取设备的内表面上的吸附剂或吸气剂材料。

本发明其他优选的特征和优点在说明书和所附的从属权利要求中陈述。

附图简要说明

可以通过多种方式实施本发明，并且现在将参照以下附图，以仅仅作为非限制性实例的方式描述某些实施例，其中：

图1示意性地显示根据本发明的一个实施例的质谱仪装置；

图2显示根据本发明的另一个实施例的包括一个截取锥设备的等离子体离子源的一部分；

图3显示了通过现有技术的截取锥的流的示意性图示；

图4显示了通过根据本发明的一个实施例的截取锥的流的示意性图示；

图5显示了通过根据本发明的另一个实施例的截取锥的流的示意性图示；并且

图6显示了根据本发明的进一步的实施例的包括一个截取锥设备的等离子体离子源的一部分。

优选实施例的说明

参照图1，示意性地显示根据第一实施例的一个质谱仪装置1。样品输入端10向等离子体发生器20提供处于适合形式的待分析样品。该等离子体发生器提供等离子体中处于电离形式的样品，用于下游处理和分析。通过一个采样和截取接口30，对该等离子体进行采样并且使其进入一个逐步降压的环境。在此接口之后，由离子提取光学器件50使该等离子体受到一个离子提取场的作用，该离子提取场从该等离子体中抽取正离子成为一个离子束，排斥电子，并且允许中性组分被泵出。然后通过离子运输器60将该离子束运输到下游进行质量分析，该离子运输器60可以包括静态的或者时变的离子透镜、光学器件、偏转器和/或导向器。离子运输器60还可以包括一个用于去除该离子束中不想要的潜在干扰离子的碰撞/反应池。从离子运输器60，该离子束通到一个质量分离器和检测器70以进行质谱分析。

质谱仪装置1的以上阶段可以大体如以上本发明背景部分所描述地来提供；特别是以使用电感耦合等离子体质谱的实施例来提供。然而，等离子体发生器20可以替代性地由一个微波诱导源或者一个激光诱导源来提供。

在此实施例中，在该截取接口的入口的下游，但是在离子提取光学器件50之前，提供了一个等离子体分离器40，用来在该截取接口内分离经过其下游的等离子体。经过该截取接口膨胀的等离子体中包括的一些材料可以被沉积在该截取接口自身上。这可能包括样品离子，以及来自样品基体和该等离子体发生器的材料。在一个样品的分析过程中，典型地，由于流过该接口的等离子体和其他物质对沉积材料的粒子轰击，或者可能由来自该截取设备的下游释出的电子的电子轰击，来自一个先前样品(或者多个先前样品)的分析的沉积材料可能从该截取接口表面被释出或逃逸。诸位发明人已经发现，从先前的沉积物释放的离子(沉积离子)倾向于至少最初集中在等离子体流与截取接口表面的一个边界层中。如此，在该截取接口自身内提供一个等离子体分离器40，用来分离向该截取接口的下游膨胀的等离子体，使得可以在该截取接口内对邻近该截取接口的部分与经截取的等离子体的剩余部分不同地进行处理，允许该剩余部分继续朝向该离子提取光学器件50膨胀。特别地，该等离子体的经分离的部分在边界层去除器42处被去除，使得该部分中包括的任何沉积离子不能被该离子提取光学器件50接收并干扰下游分析。该等离子体流的边界层部分的去除，提供了对沉积离子的显著区别，使得可以有利地减少该截取接口中的记忆效应。

等离子体分离器40可以被安排为使该等离子体流的边界层部分从该截取接口中的等离子体流的剩余部分改变方向离开，该剩余部分继续向该离子提取光学器件50膨胀。可替代地，等离子体分离器40可以被安排来收集该等离子体流的边界层部分中的物质、或者至少该部分内包括的沉积离子，以防止所收集材料进一步向下游前进。鉴于本披露内容，等离子体分离的其他方法和设备对技术人员来说将是清楚的。

参考图2，显示了根据本发明的第二实施例的一个等离子体离子源的真空接口部分。本图显示了一个实施例，其中使该等离子体流的一个边界层部分改变方向离开该等离子体流的剩余部分。确切地，显示了一个采样锥131、一个截取锥133、以及一个提取透镜150。采样锥131具有一个锥形的外表面以及一个锥形的内(下游)表面，并且在这些表面之间的相交处提供了一个采样孔132。

截取锥133具有一个总体上锥形的第一部分和一个总体上圆柱形的第二部分。该锥形的部分具有一个锥形的外表面以及一个锥形的内(下游或后侧)表面135，在它们的相交处提供了一个截取孔134。该锥形部分合并入该总体上圆柱形的部分(在一些实施例中，该截取锥的外表面可以保持锥形)。该总体上圆柱形的部分具有一个形成在其中的圆柱形的凹陷，用来以与其隔开的方式容纳一个大总体上环状的构件140。该大致圆柱形凹陷部分处的截取锥133的内表面与环状构件140的表面轮廓基本上互补。一个通道141形成于该凹部与环状构件140之间，以提供一个使气体通过截取锥133的分开的流动路径。

在截取锥133的下游，离子提取透镜150被配置为从等离子体中取出样品离子成为沿着轴线A的一个离子束以用于下游分析，如箭头128所示。通道141在截取锥133的一个下游端打开，以便由一个合适地安排的真空泵进行泵送。有利的是朝向或者在提取透镜150外围区域处安排该下游通道开口的位置，以减少或防止离开通道141的离子通过提取透镜150被其提取场抽取。

在工作中，通过采样锥131的采样孔132对来自一个上游等离子体发生器的等离子体122进行采样。所采样的等离子体形成一个等离子体膨胀部分124，然后通过截取锥133的截取孔134对该等离子体膨胀部分进行截取。所截取的等离子体膨胀部分126，有时称为二次等离子体膨胀部分，显示在截取孔134的下游。当膨胀部分126中的等离子体接近截取锥133的下游端时，该等离子体变得愈加稀疏。离子提取透镜150产生一个提取场，该提取场导致在该等离子体中形成一个稳定的双层，从而限定该等离子体边界或等离子体边缘，样品离子从该等离子体边界或等离子体边缘被提取透镜150提取并且聚焦。

如以上所讨论的，来自所截取的或二次等离子体膨胀部分126的材料可能被沉积在内截取表面135上。一段时间的沉积物堆积导致对等离子体离子源质谱仪中的截取锥(和该采样锥)的常规清洁和/或替换的一般要求。同时，典型地由于来自该等离子体膨胀部分内的离子、气体或电子的粒子轰击，先前沉积的材料可能被释出或释放入等离子体膨胀部分126中，由此向该等离子体中引入污染离子。此类记忆效应能够潜在干扰目前样品的分析，这当然是不希望的。

诸位发明人已经发现，一旦被释放，这些沉积离子倾向于沿着大体上紧邻内截取表面135的膨胀等离子体流被运送或扫过-并且因此被集中于其中；即，该等离子体膨胀部分与该截取锥内的该表面的边界层中。因此，诸位发明人认识到，去除此边界层将是有利的，因为这也可以从该等离子体膨胀部分中去除显著比例的沉积离子。

如箭头142a-c所指示的，通过使该等离子体的边界层转向进入形成在截取锥133与环状构件140之间的通道141中，将其与截取锥133内的剩余的等离子体膨胀部分相分离。该等离子体的经分离的部分沿着通道141前行到其下游开口，离开离子提取透镜150的提取场有效的区域。该等离子体的经分离的部分可以由一个真空泵从该通道开口泵出；优选地，常规地采用该真空泵来在一个等离子体离子源质谱仪中的截取接口的下游提供压力降低。替代于被泵出，离开该通道开口的一些沉积材料可能被沉积在下游部件(例如离子提取透镜150)上，但是无论如何，被实质性地防止受到离子提取透镜150的提取场的作用。

二次等离子体膨胀部分126的边界层的分离和去除应该优选地发生在大多数沉积发生的区域的下游，这通常是在截取锥133的内表面135的前几毫米左右。此外，在所有的工作条件下(例如，对于所有的样品以及该提取光学器件上的所有电压)，该分离和去除应该优选地发生在该等离子体边界的上游，以便降低或防止源自沉积物的离子被抽取入该离子提取光学器件并且随后被检测。

在一种替代性安排中，总体上环状的构件140可以配备有一个或多个沿着该构件的本体延伸的开口或通道。以此方式，该等离子体的边界层可以转向进入通道141，如箭头142a所示，然后通过该构件中的开口被排出。可以如此确定构件140的尺寸，使得除了贯穿该构件自身的本体的开口之外，在它与该截取锥凹部之间还形成一个通道，如箭头142b所示。可替代地，可以使构件140的尺寸确定为在不提供此类中间通道的情况下被容纳在该截取锥凹陷内，使得只有贯穿其中的开口提供排气。可替代地或另外地，该排气通道可以形成在大体上环状的构件140的外表面中形成的一个或多个槽与该截取锥凹陷之间。

如图2的实施例所示，截取锥133的内表面135具有一个锥形部，在该锥形部的下游端提供了一个总体上横过轴线A的环形壁。在该环形壁的径向外边缘处，提供另一个壁，与截取锥133的内表面135相比，该另一个壁对于轴线A具有减小的角度；在一个实施例中，例如图2所示，该另一个壁总体上为圆柱形，并且总体上与轴线A同轴。该另一个壁与环形壁一起形成了环状构件140被设置于其中的凹陷。优选地，环状构件140的内(中空)直径大于截取锥133的锥形内表面的下游端的直径。这允许二次等离子体膨胀部分126膨胀通过截取锥133，特别是在没有碰到任何直接阻碍(例如挡板或类似物)的情况下。

然而，锥角(即，截取锥133的总体上锥形的内部区域的表面的角度，包括内表面135和构件140的内表面)的不连续的逐步降低干扰所截取的等离子体的自由喷射膨胀。这导致在通道141的下游-即，在该内部区域的角度改变之后-但是仍然在构件140内形成冲击波。此冲击波的位置取决于截取锥孔134的内径、截取锥几何形状等，并且当该截取锥被污染时，它可能随着时间变化。尽管如此，该冲击波保持被约束在构件140的内部体积里，并且因此，用于从等离子体中提取离子的条件保持总体相同，因而确保接口的高稳定性。

优选地，截取锥133的内表面135的锥形部分相对轴线A的角度α在15°与30°之间；最优选地，为23.5°(截取锥133的外锥面也可以位于相对轴线A的一个角度范围内，但是最优选为40°)。在环状构件140的内表面与轴线A之间的角度β优选位于-α/2<β<α范围内(因此在-15°与+30°之间)；最优选为3°。

常规的截取锥倾向于完全具有一个锥形的内表面。在图2的实施例中，把截取锥133的锥形部分和环状构件140内的区域作为有效的膨胀区，可以看出该膨胀区不再全部是锥形的，而是存在角度α-β的变化。这样一种角度的变化可能导致由该截取接口中的等离子体膨胀形成的冲击波。如果通道141的宽度足以允许在不破坏总体上沿着轴线A的等离子体膨胀流的情况下泵出在该截取锥的内表面135附近形成的任何涡流，则并不认为这是一个问题。在这些条件下，并且如以上所讨论的，角度α和β不需要相同。

优选地，采样锥孔132的内径是从0.5至1.5mm；最优选是1mm。优选地，截取锥孔134的内径d是0.25mm至1.0mm；最优选是0.5mm。此孔134可以纵向延伸以形成一个最高达1mm长的圆柱形的通道。优选地，通道141的宽度是内径d的一到二倍，并且因此位于0.3至1mm的范围内；最优选0.5mm。优选地，从截取锥133的尖端(即，孔134)到通道141的距离在d*tan(α)的14到20倍的范围内，或者在1到6mm之间；最优选为3.5mm。优选地，从截取锥133的尖端(即，孔134)到环状构件140的下游端的距离在d*tan(α)的25到40倍的范围内，或者在2到12mm之间；最优选为7.5mm。

将被理解的是，虽然图2的实施例将通道141显示为一个放射状地全面打开的通道，它可能被多个单独的分布在该截取锥的内表面周围的通道代替。

提供通道141、或者多个通道的另外优点是，这可以允许调节沿着该截取锥的热流。例如，通道141可以从内侧如此接近截取锥133的外表面，以至于可以减少从该截取锥尖端到该下游基座的热流。

通道141不需要具有圆对称性。例如，边界层去除功能可以通过具有多个小泵送孔(像“胡椒罐”)、多个狭槽，或使用多孔材料等来实现。并且，虽然排出边界层对降低记忆效应有利，但也可以使用相同结构的零件来实现其他功能。例如，在一些泵送孔可以用来泵走气体的同时，其他孔可以用来以其他气体替代所去除的气体，例如，引起离子-分子反应的反应气体(例如，氦气、氢气等)，或者用来聚焦等离子体喷射膨胀使其更靠近轴线A，并且因此改善离子提取效率。在前一种情况下，该反应气体可以是从一个专用的气体供应源供应的，对后一种情况也可能如此，或者它可能替代地源自前一压力区域。

优选地，此类气体进口位于泵送孔稍微下游处，使得可以在该冲击波下游很好地混合该反应气体。与US 7,119,330或US 7,872,227不同，这种在冲击波之前反应气体的早期引入允许消除对具有升高压力的密闭室的需求；就是说，通过这种安排，不需要限制该等离子体膨胀，因此不需要全部或部分密闭的碰撞室。此类气体入口的一个另外的用途是提供通过该截取器的‘向回’的气体流以用于清洁目的，特别是在不处理样品等离子体的时候。

优选地，环状构件140是电中性的(相对截取锥133，环状构件典型地与截取锥处于导电接触)，使得它对离子提取光学器件150产生的提取场没有影响，并且不受其影响。相对于环状构件140形成一个或多个通道的功能来说(通过这些通道，沉积离子可以被去除)，这对帮助最小化该离子提取光学器件对环状构件140的影响是有利的。

如以上所讨论的，任何被释出的沉积物质至少最初集中在与该截取锥的内表面的一个边界层中。在工作中，提供该环状构件来在该截取锥中创造一个通道，以在该截取锥的内表面上建立一个层流。该层流是一种径向往外的流，从该截取锥的入口孔朝向该通道。这种层流提供了用来带走先前被沉积在该内表面上的边界层中所释出的材料的机制。

然而，此机制提供的另一个优点是首先减少了在该内表面上的材料的沉积。诸位发明人了解到，材料在传统的截取锥的内表面上的沉积至少部分归因于该截取锥内的一个紊流区和/或一个相对“静止”或“安静”的区，该紊流典型地包括一个在该内表面处或附近的远离轴线的材料回流。图3显示了其示意性图示。此图显示了一个截取锥33和一个离子提取光学器件51，它们之间具有大体上轴向/近轴的样品等离子体流35。沿着截取锥33的下游内表面，一些不经过离子提取光学器件51的流可能是紊流37或者相对不动的流39。物质向该内表面上的沉积被理解为至少部分由于这些流37，39中的物质在该截取锥的内表面附近停留相对延长的时间而引起。

图4显示了根据本发明的一个实施例的多个流与截取锥的示意性图示。在此实施例中，提供了一个截取锥133、离子提取光学器件150、以及一个形成通道的构件144。将指出的是，截取锥133和形成通道的构件144具有与图2的实施例不同的形式。这里，截取锥133的内表面全部保持锥形，并且形成通道的构件144是环状的，在其上游端具有锥形的内和外轮廓。如将理解的，该形成通道的构件的功能是将该截取设备内的区域分成一个中心区域和一个与该截取设备的内表面相邻的向外延伸的通道区域，希望通过该中心区域传送样品等离子体，希望通过该向外延伸的通道区域传送所释出的沉积物质。

通道的形成产生了一个径向往外的层流145。该流145携带走所释出的材料，如上所说明的。然而，通过层流145，紊流区和/或相对不动的流的区已经被去除，或者至少被移到在该截取锥的内表面上的更下游处(取决于该形成通道的构件向下游延伸多远和它的几何形状)。该层流导致消除或者显著降低材料沉积在该截取锥的内表面上的机会，特别是靠近或者刚好在该锥入口孔的下游处。这进而减少了沉积材料从这个区域被释出并且与样品等离子体混合的机会。

此层流可以从该截取锥入口孔向下游延伸最初的0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm、2mm或5mm。可以通过改变该形成通道的构件在该截取锥内的位置和/或通过调整该真空泵在该区域内泵送的程度来调整这个距离。将理解的是，技术人员可以优化该截取锥几何形状、该形成通道的构件几何形状以及泵送速率/流速。

图5显示本发明的一个进一步的实施例，其中该形成通道的构件由截取锥133内在轴向上分开的两个锥146a，146b提供。从而在该截取锥的内表面与第一形成通道的构件146a之间形成一个第一通道147a，并且在第一形成通道的构件146a与第二形成通道的构件146b之间形成一个第二通道147b。该第二通道提供了一个第二层流，用来额外地去除不希望的材料。

参照图6，根据本发明的一个第三实施例，显示了该截取锥设备的一种替代性安排。该图显示了一个实施例，其中在该截取锥内，该等离子体分离器被安排为收集来自该等离子体流的边界层部分的材料，或者至少收集包括在那部分内的沉积离子。图6中显示的仪器的部分与图2显示的总体上相同，因此，类似项目用相同的参考数字指代。在图6的实施例中，该等离子体分离器由一个收集器机构提供，代替一个转向器机构。确切地，截取锥160具有一个总体上锥形的内表面162，并且在或朝向下游端分布有一种吸附剂材料170。优选使用一种多孔材料，例如金属(优选地，钛吸气剂，特别是当通过钛升华或溅射施加时)、可蒸散型或者不可蒸散型吸气剂、玻璃或者陶瓷，作为该吸附剂材料。其他适合的材料包括可能带有吸气剂材料的沸石、吸气剂覆盖的海绵、铝海绵、以及(如果在无氧情况下工作)甚至碳或者活性炭。如将理解的，可以用多种方式将吸附剂材料170沉积在内表面162上，具体取决于所用材料的类型。例如，通过烧结、化学或物理气相淀积、或者其他化学或电化学技术，该材料可以在该内表面上形成一个层或者涂层。可替代地，该材料可以机械附着、附接、或结合到该内表面上。

与前一个实施例类似，等离子体122通过一个采样锥131被采样，并且在其下游形成一个等离子体膨胀部分124。然后，该等离子体被截取锥160截取，并且在其下游形成一个截取的或者二次等离子体膨胀部分126。离子提取光学器件150产生了一个提取场，该提取场从等离子体中抽取离子以形成一个用于后续分析的离子束。

来自以前样品分析的材料沉积物会堆积在截取锥160的内表面162上，导致记忆效应的问题。以前沉积的或沉积离子从这个区域的释放被理解为集中在所截取的或者二次等离子体膨胀部分126的等离子体边界层中。因此，包括在该边界内的沉积材料遇到吸附剂材料170，并且被收集于其上或其中，从而从该截取锥内的等离子体膨胀部分去除该沉积材料。这由箭头172示意性地示出。剩余等离子体被允许贯穿截取锥160膨胀，并且然后该剩余部分中包括的样品离子被离子提取光学器件150提取，以向前传输穿过该仪器。

用来去除所沉积的材料的机制之一为加速扩散；例如，通过多孔材料，像沸石类或其他由金属、玻璃或陶瓷制成的纳米结构材料。在工作中，这种扩散由该截取锥的升高的温度所促进。

在一个实施例中，该收集器器件的工作寿命(或者该截取设备需要被清洁或替换之前的时间)可以通过在样品的分析之间间歇地更新或复原该收集器机构来延长。也就是说，可以在给定的时间间隔用新鲜的收集器材料来覆盖在其上提供收集器材料以捕捉所释出的沉积物质的截取设备的内表面。该附加的覆盖物优选是一种以单层厚度或者接近单层厚度的材料薄膜。优选通过溅射或升华，通过对该截取设备内的一个或多个该材料的丝、棒、或者球粒施加局部加热，或通过将后者机械引入该膨胀等离子体中来施加该覆盖材料。优选在一个非样品阶段期间或多次分析之间进行此类施加，例如在样品的吸取时间或者清洁阶段期间。许多吸气剂/吸附剂材料可以用于此，但是钛特别适用于此目的，因为它不与氩气反应，氩气典型地在ICP源中用作载气和/或等离子体气体。以上技术在真空工艺中是已知的，但是人们还不知道它已经以此方式被用于减少记忆效应。

此覆盖层具有两个有益效果。第一，它用来覆盖或者‘掩埋’已沉积到该截取设备的内表面上的任何材料，以有效地防止或至少显著地阻碍该材料后续释出而进入该等离子体流中。第二，它用来更新或者复原该截取设备的内表面上原始提供的吸附剂或者吸气剂材料，以帮助维持吸附/捕集效果。

虽然图6的实施例描述了在或朝向该截取锥的内表面的下游端提供一种吸附剂或吸气剂材料170，本发明的其他实施例替代性地或者额外地具有在该截取锥的内表面的更上游、靠近或邻近该截取锥入口孔处提供的一种吸附剂或吸气剂材料。实际上，吸附剂或吸气剂材料可以被提供在该截取锥的后侧(内表面)的全体上。可以看出，靠近该入口孔提供这种材料可以具有显著的优点，因为它可以首先有效地捕集或者收集将会在此沉积的物质，并且防止或至少阻止其被释出(并且因此需要在下游被去除)。

实际上，在本发明的一个方面中，截取设备的内表面的至少第一区域被一种吸附剂或吸气剂材料所覆盖。该第一区域包括至少一部分、或者全部沉积区域，来自先前或目前的等离子体流的物质可能被沉积在该沉积区域。可以在首次使用该截取设备前和/或在该截取设备的工作过程中间歇地施加该材料覆盖物或层。

虽然已经通过总体上同心地关于轴线A安排的不同部件或者等效物来描述以上实施例，这种情况并非必需的。不要求采样锥、截取锥、一个或多个通道、或者一个或多个透镜为轴向对称；其他截面的安排可以达到同样的效果。例如，不是使图2、4、5和/或6的实施例关于轴线A旋转对称，而是可以沿着垂直于附图平面的方向延伸来安排(使得在进入或离开附图平面的距离范围内将提供同样的横截面)，具有的效果为，例如，这些“锥”形成狭槽或者“椭圆形的锥”。如技术人员将容易地理解的，尽管在这样一种安排中，优选的尺寸可能不同，本发明的概念仍然可适用。

如所讨论的，虽然已经参照使用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)的实施例主要地描述了本发明，本发明可与多种离子源一起应用。例如，实施例可以用大气压离子源实现，在这些大气压离子源中，高样品流/通量区域中存在膜片(截取器、孔板、电极、透镜等)，例如用于等离子体电离的离子源，包括氩气ICP、氦ICP、微波诱导等离子体、和激光诱导等离子体，以及用于电喷射电离和大气压化学电离的离子源。实例包括US5,756,994和US 7,915,580中的那些。实施例还可以通过使用激光解吸的离子源来实现，优选大气压下、减压下、或者真空压力下的MALDI(基质辅助激光解析/电离)。

其他变化、修改和实施例对技术人员来说将是清楚的并且旨在形成本发明的一部分。

Claims (6)

1.一种用于操作质谱仪真空接口的方法，所述质谱仪真空接口包括一个具有内表面和截取孔的截取设备和下游的离子提取光学器件，所述方法包括：

截取通过所述截取孔的膨胀等离子体，并且

通过提供器件在所述截取设备内将邻近所述截取设备的经截取的等离子体部分与剩余的经截取的等离子体分离，以在允许剩余部分朝所述离子提取光学器件膨胀的同时防止被分离的部分到达所述离子提取光学器件，其中所述器件包括由设置在所述截取设备内的形成通道的构件提供的一个或多个通道，并且邻近所述截取设备的经截取的等离子体部分通过使邻近所述截取设备的经截取的等离子体部分转向到所述一个或多个通道中来进行分离，其中剩余的经截取的等离子体朝所述离子提取光学器件膨胀而没有碰到任何直接阻碍。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成通道的构件是环状的形成通道的构件。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述形成通道的构件设置在所述截取设备的内表面中的凹陷内，其中所述截取设备的内表面具有锥形部分，并且所述截取设备的内表面中的凹陷在锥形部分的下游。

4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述形成通道的构件的内直径大于内表面的锥形部分的下游端的直径。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述凹陷是总体上圆柱形的凹陷。

6.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述形成通道的构件配备有一个或多个沿着所述形成通道的构件的本体延伸的开口，其中等离子体的被分离的部分通过所述一个或多个开口被排出。