CN112106171A - 具有改进的输入光学器件和组件布置的样品分析设备 - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及科学分析设备的组件。更特别地，本发明涉及诸如质谱仪的仪器，该仪器依赖于离子检测器及其修改，用于延长操作寿命或以其他方式改善性能。本发明可以实施为一种样品分析设备，其包括：离子源，其被配置成从输入到粒子检测设备中的样品产生离子；和离子检测器，其具有配置成接收从离子源产生的离子的输入端，其中样品分析设备被配置成使得与由离子源产生的离子混合并在与离子相同的大致方向上流动的污染物被抑制或阻止进入检测器输入端。

Description

具有改进的输入光学器件和组件布置的样品分析设备

技术领域

本发明总体上涉及科学分析设备的组件。更特别地，本发明涉及诸如质谱仪的仪器，该仪器依赖于离子检测器及其修改，用于延长操作寿命或以其他方式改善性能。

背景技术

在质谱仪中，分析物被电离形成一系列带电粒子(离子)。所得到的离子然后典型地通过加速和暴露于电场或磁场根据它们的质荷比被分离。分离的信号离子撞击离子检测器表面，以产生一个或多个二次电子。结果显示为作为质荷比函数的被检测离子的相对丰度的光谱。

在其他应用中，待检测的粒子可能不是离子，并且可能是中性原子、中性分子或电子。在任何情况下，仍然提供粒子撞击的检测器表面。

由输入粒子对检测器的撞击表面的撞击产生的二次电子典型地被电子倍增器放大。电子倍增器通常通过二次电子发射来操作，由此单个或多个粒子对倍增器撞击表面的撞击导致与撞击表面的原子相关联的单个或(优选地)多个电子被释放。

一种类型的电子倍增器被称为离散倍增极电子倍增器。这种倍增器包括一系列称为倍增极的表面，系列中的每个倍增极被设置为越来越多的正电压。每个倍增极能够在来自从先前倍增极发射的二次电子的撞击下发射一个或多个电子，从而放大输入信号。

另一种类型的电子倍增器使用单个连续倍增极操作。在这些版本中，连续倍增极本身的电阻材料被用作分压器，以沿着发射表面的长度分布电压。

连续倍增极倍增器的简单示例是通道电子倍增器(CEM,Channel ElectronMultiplier)。这种类型的倍增器由具有经处理表面的电阻材料的单个管组成。该管通常沿着其长轴线是弯曲的，以减轻离子反馈。本领域中有时使用术语“子弹检测器”。

CEM可以具有组合在一起形成通常称为多通道CEM的布置的多个管。这些管通常围绕彼此缠绕，而不是像在上面刚刚讨论的单管版本的情况中那样简单地弯曲。

另一种类型的电子倍增器是magneTOF检测器，它既是交叉场检测器，又是连续倍增极检测器。

另一种类型的电子倍增器是交叉场检测器。垂直于离子和电子的运动的电场和磁场的组合被用来控制带电粒子的运动。这种类型的检测器典型地被实现为离散或连续的倍增极检测器。

检测器可以包括微通道板检测器，其是用于检测单个粒子(电子、离子和中子)的平面组件。它与电子倍增器密切相关，因为两者都通过电子经由二次发射的倍增来增强单个粒子。然而，因为微通道板检测器具有许多独立的通道，所以它可以额外地提供空间分辨率。

本领域中的一个问题是，基于电子发射的检测器的性能随着时间的推移而降低。人们认为二次电子发射随着时间的推移而减少，导致电子倍增器的增益降低。为了补偿这一过程，必须定期增加施加到倍增器的操作电压，以保持所需的倍增器增益。然而，最终倍增器将需要替换。需注意，检测器增益可能急剧地和缓慢地受到负面影响。

现有技术人员已经通过增加倍增极表面积解决了倍增极老化的问题。表面积的增加用来将电子倍增过程的工作负荷分布在更大面积上，有效地减缓了老化过程并提高了操作寿命和增益稳定性。这种方法仅提供使用寿命的适度增加，并且当然会受到带有质谱仪器的检测器单元的尺寸限制。

本领域的另一个问题是内部离子反馈，对于微通道板检测器来说尤其如此。随着电子的数量通过检测器的放大装置指数级地增加，吸附的原子可以被电离。然后，这些离子被检测器偏压朝向检测器输入加速。除非采取具体措施，否则这些离子在与通道壁碰撞时可能有足够的能量来释放电子。碰撞引发了电子的第二次指数级增长。这些“假”后脉冲不仅干扰离子测量，还可能导致永久放电，并且随着时间的推移显著破坏检测器。

本发明的一个方面是通过提供具有延长的使用寿命和/或改善的性能的基于倍增极的检测器或其他基于电子发射的检测器来克服或改善现有技术的问题。另一个方面是提供一种有用的现有技术的替代方案。

文件、行为、材料、装置、制品等的讨论被包括在本说明书中，仅仅是为了提供本发明的上下文。没有暗示或表示任何或所有这些事项因为其在本申请的每个权利要求的优先权日之前就存在而形成了现有技术基础的一部分，或者是与本发明相关的领域中的公知常识。

发明内容

在第一方面，但不一定是最广泛的方面，本发明提供了一种样品分析设备，其包括：离子源，其被配置成从输入到粒子检测设备中的样品产生离子；和离子检测器，其具有配置成接收从离子源产生的离子的输入端，其中样品分析设备被配置成使得与由离子源产生的离子混合并在与离子相同的大致方向上流动的污染物被抑制或阻止进入检测器输入端。

在第一方面的一个实施例中，样品分析设备包括离子方向改变部件，该离子方向改变部件被配置成改变由离子源产生并在远离离子源的方向上传送的离子的方向，方向上的改变足以将离子从污染物分离或者至少降低离子周围空间中污染物的浓度。

在第一方面的一个实施例中，离子方向改变部件用于偏转由离子源产生并在远离离子源的方向上传送的离子的路径。

在第一方面的一个实施例中，偏转是由离子检测改变部件周围的磁场的建立引起的。

在第一方面的一个实施例中，样品分析设备包括污染物流动方向改变部件，其被配置成改变与由离子源产生的离子混合的污染物的方向，方向上的改变足以使离子从载气流分离。

在第一方面的一个实施例中，污染物流动方向改变部件形成污染物通过的屏障或部分屏障。

在第一方面的一个实施例中，屏障或部分屏障定位在离子源和检测器之间，并且屏障或部分屏障被配置成允许由离子源产生的离子通过但是阻止或抑制污染物通过。

在第一方面的一个实施例中，屏障或部分屏障用于将污染物偏转远离离子检测器输入端。

在第一方面的一个实施例中，屏障或部分屏障包括不连续部，该不连续部被配置成允许由离子源产生的离子通过但是阻止或抑制污染物通过。

在第一方面的一个实施例中，屏障或部分屏障基本上专用于允许由离子源产生的离子通过但是阻止或抑制污染物通过的目的。

在第一方面的一个实施例中，样品分析设备包括至少2个、3个或更多个屏障或部分屏障，每个屏障或部分屏障处于至少部分地重叠或堆叠的布置中。

在第一方面的一个实施例中，检测器被配置或定位或定向成使得由离子源产生并沿着基本上线性的路径从离子源传送的离子需要偏离其线性路径以便进入检测器输入端。

在第一方面的一个实施例中，检测器被配置或定位或定向成使得在离子源和检测器输入端之间不建立视线。

在第一方面的一个实施例中，检测器被配置或定位或定向成使得在样品载气流的起点和检测器输入端之间不建立视线。

在第一方面的一个实施例中，检测器输入端通常背向离子源，或者不通常面向离子源。

在第一方面的一个实施例中，样品分析包括：封闭离子源和检测器的真空室，真空室具有与真空泵气体连通的室出口端口，以允许在真空室中建立真空，其中室出口端口被配置或定位或定向成使得当真空泵在操作中时与由离子源产生的离子混合并在与离子相同的大致方向上流动的污染物优先于检测器分隔到室出口端口中。

在第一方面的一个实施例中，屏障或部分屏障在室出口端口和检测器输入端之间延伸。

在第一方面的一个实施例中，检测器至少部分地封闭，以防止或抑制污染物接触检测器的电子发射表面或电子收集器/阳极表面。

在第一方面的一个实施例中，检测器具有一个或多个相关联的屏蔽件，该屏蔽件被配置成将样品载气流偏转远离检测器输入端。

在第一方面的一个实施例中，样品分析设备包括样品入口端口，样品载气和样品通过该样品入口端口，样品入口端口被配置成将样品载气和样品的流导向离子发生器。

附图说明

图1是示出典型现有技术布置的高度示意性的框图，其中气相色谱仪耦接到质谱仪。

图2是高度示意性的框图，示出了优选的样品分析设备，该设备至少部分地依赖于该设备的光学器件和检测器输入端的定位，以抑制残余样品载气进入检测器。

图3和图4是高度示意性的框图，各自示出了优选的样品分析设备，该设备至少部分地依赖于屏蔽件的存在，以抑制残余样品载气进入检测器。

图5是高度示意性的框图，示出了优选的样品分析设备，该设备至少部分地依赖于检测器周围的外壳的存在，以抑制残余样品载气进入检测器。

图6和图7是高度示意性的框图，各自示出了优选的样品分析设备，该设备至少部分地依赖于重叠布置的多个屏蔽件的存在，以抑制残余样品载气进入检测器。

图8是高度示意性的框图，示出了优选的样品分析设备，该设备至少部分地依赖于透镜的存在，该透镜被配置成聚焦离子流以便穿过屏蔽件中的受限孔口。

图9和图10是高度示意性的框图，各自示出了优选的样品分析设备，该设备至少部分地依赖于反射器的使用，该反射器被配置成使离子流在屏蔽件周围转向。

具体实施方式

在考虑了该描述之后，对于本领域技术人员来说，如何在各种替代实施例和替代应用中实现本发明将是显而易见的。然而，尽管这里将描述本发明的各种实施例，但是应当理解，这些实施例仅作为示例而非限制地呈现。因此，对各种替代实施例的这种描述不应被理解为限制本发明的范围或广度。此外，优点或其他方面的陈述适用于特定的示例性实施例，并且不一定适用于权利要求书所覆盖的所有实施例。

在本说明书的整个描述和权利要求书中，词语“包括”和该词语的变体，诸如“包含”和“含有”，并不旨在排除其他添加剂、组分、整体或步骤。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指同一实施例，但是可以指同一实施例。

应当理解，并非本文描述的本发明的所有实施例都具有本文公开的所有优点。一些实施例可能具有单一优点，而其他实施例可能根本没有优点，并且仅仅是现有技术的有用替代。

本发明至少部分地基于这样的发现，即与由质谱仪的离子检测器发射的离子混合的污染物可以与离子一起朝向检测器载送。污染物可能进入检测器(经由离子输入端或任何其他途径)并接触电子发射表面(诸如倍增极)和/或电子收集器/阳极表面，从而不利地影响检测器的性能和/或使用寿命。

基于对该问题的认识，申请人已经发现，通过配置样品分析设备以允许从离子源发射的离子通过与在设备内流动的污染物(诸如残余载气)的路径分开的路径行进到检测器，检测器的性能和/或使用寿命得以提高。这样，检测器的内部可以暴露于更少量的污染物，并且对进入检测器的离子数量没有显著的负面影响。如将在本文其他地方所展示的，该结果可以通过多种方式来实现，包括设备内组件的重新布置、添加各种屏蔽件以提供针对污染物流的屏障或部分屏障、以及使用反射器和透镜来选择性地朝向检测器引导离子。这种方法与现有技术有显著不同，现有技术没有考虑到防止或抑制与离子束相关联的污染物进入检测器的需要。

在本发明的上下文中，污染物可以是残余样品载气和/或由残余样品载气载送的物类。可以理解，在质谱仪中使用诸如氦气、氢气或氮气的载气来输送分析物。在气相色谱质谱分析的上下文中，载气用于使分析物移动通过色谱介质。在离开介质之后，组合的载气和分离的分析物物类被注入到质谱仪的真空室中，之后被离子源电离。离子从离子源被加速到质量分析器中，根据质荷比进行分离。离开质量分析器的离子由粒子检测器检测。申请人已经发现，残余载气(和任何相关联的其它污染物)沿着与由离子源产生的离子基本上相同的路线行进到检测器，能够进入检测器，从而不利地影响检测器寿命和/或性能。

在本发明的上下文中，污染物可以是任何原子、亚原子或分子物类，或者能够不利地影响粒子检测器的性能和/或使用寿命的任何物类的复合物。污染物可以是例如来源于使用者的非目标肽(例如来自毛发和皮肤的角蛋白)，或者可以从制备用于分析的样品所需的试剂(诸如酶)得到。其他实验室试剂(诸如洗涤剂)可能作为污染物被引入到设备中。这样的污染物被引入到质谱仪的真空室中，因为它们是注入样品的成分。

污染物可以是供应到设备的载气中固有的杂质。虽然典型地要非常小心地确保载气的纯度，但是在重复的分析周期中，即使痕量的污染物也可能不利地影响检测器。

污染物可以是从样品所通过的色谱介质中解吸的物类。

替代地，甚至在注入样品之前，污染物就可能存在于真空室中。在这方面，众所周知，真空泵中使用的油可能增加质谱仪的污染物负荷。这样的油可能在分析结束时沉积在真空室中，并且进入在下一次分析中建立的载气流中。

申请人特别发现，配置样品分析设备使得检测器输入区域不直接“看见”离子源允许离子和污染物物理分离，从而通过最小化进入检测器的污染物的量来提高性能和/或检测器寿命。如已经讨论的，污染物通常与预定进入检测器的离子一起朝向检测器输入端行进。通过中断离子源和检测器之间的视线，有可能在允许离子进入检测器的同时防止或抑制污染物进入方面提供一定的选择性。

在本发明的其他形式中，只要允许离子束以线性路径从离子源行进到检测器输入端，视线就被保持，然而，流过设备并与离子混合的污染物流被转向以避开检测器输入端。

可以理解，该设备的真空室内的真空是由连接到该室的端口的真空泵建立和保持的。在本发明的一些实施例中，真空泵被用作从检测器和检测器输入端快速隔离污染物的手段。

除了上述机制之外，或者作为上述机制的替代，可以提高检测器的性能和/或寿命，因为这样的布置可以抑制或阻止内部离子反馈。在一些实施例中，本发明导致检测器内中性物类的量较低，并且在这种情况下，通过碰撞电离(即与检测器内部的电子碰撞)而被正电离的材料较少。

附图提供了许多非限制性和示例性的实施例，这些实施例将形成本发明的进一步描述的基础。

首先转向图2，该实施例不需要专用于从污染物中分离混合离子的任何物理结构，诸如其他附图中所示的各种屏蔽件和外壳。相反，使用一个或多个电场和磁场的组合来将离子远离残余样品载气流(本身是污染物)且朝向检测器输入端转向。残余样品载气的中性粒子不受电磁场的影响，并且沿着它们大致线性的路径继续。检测器输入端被定位成使得中性粒子经过它并且典型地朝向真空室的端部区域行进，在该端部区域设置有真空泵端口。

可以理解，现有技术的质谱仪可以包括磁体，以用于基于质荷比分离粒子的目的。然而，在现有技术设备中建立的磁场不用于此目的，并且也不用于如图2所示的具有检测器和离子源的任何布置中。

如前面暗示的，在离子和/或污染物的路径中或周围引入屏障或部分屏障(诸如屏蔽件)可以用于将预定进入检测器的离子从与其混合的污染物分离。

参考图3，示出了类似于图2的设备的设备，但是其具有设置在离子源和检测器之间的不透气屏蔽件。屏蔽件具有孔口(未示出)，其尺寸设计成正好允许离子束通过。如图所示，与离子一起流动的残余样品载气沿着屏蔽件的表面偏转，并且因此中断了其朝向检测器的路径。因此，虽然一部分样品载气可能进入孔口并朝向检测器输入端行进，但是另一部分将被屏蔽件阻止这样做。相应地，能够进入检测器的样品载气的量减少，并且因此提供对检测器的电子发射表面和电子收集器/阳极表面的更少的污染。

在图3的实施例中，屏蔽件不是大面积的，并且有可能一些残余的载气将绕过边缘并朝向检测器输入端迁移。在这种情况下，气体向检测器输入端内的直接流动仍然被阻止。此外，气体可以在检测器周围流动，并且仍然绕过检测器输入端并最终被真空泵从室中移除。

可以使用诸如图3所示那样的屏蔽件，其中检测器输入端直接面对离子源，并且通过屏蔽件中的孔口在离子源和检测器之间建立视线。然而，优选的是将检测器输入端定向为远离离子源，以便尽可能减少污染物进入检测器。

屏蔽件可以由受益于本说明书的技术人员认为合适的任何材料制成。优选地，该材料是不会造成“虚漏”的材料，因为该材料在真空下基本上不会将液体、蒸气或气体解吸到室中。这种材料在本领域中通常被称为“真空安全的”。解吸的物质可能对仪器的真空抽吸系统具有有害影响。示例性材料包括陶瓷和玻璃材料。

如图4所示，屏蔽件可以面积更大。在该实施例中，屏蔽件的下部部分向下延伸并到达检测器的下边缘下方的一点。这种布置在抑制残余载气向检测器的移动方面提供了渐进的改进。可以理解，检测器典型地不是封闭的，检测器周围的气体能够流入其内部区域以接触电子发射表面或电子收集器/阳极表面。将屏蔽件延伸超过检测器的下边缘降低了这种可能性。

在一些实施例中，屏蔽件可以充分延伸，以接触或几乎接触设置有该屏蔽件的室的壁。

在任何情况下，优选的是屏蔽件不太大，以免减慢在室中建立或释放真空的过程。气体仍然可以在没有显著干扰的情况下被允许绕过屏蔽件。

在图4的实施例中，检测器输入端与离子源相对，电磁场用于反转离子行进的方向。因此，即使残余样品载气流过屏蔽件，气流也需要反转方向才能进入检测器输入端。

诸如图4所示那样但是没有屏蔽件的实施例在给定检测器输入端的相反取向的情况下仍然会抑制气体直接流入检测器输入端，并且相比检测器输入端不远离离子源定向的设备提供一些优势。

现在转到图5的实施例，相对短的屏蔽件与第二屏蔽件结合使用，形成围绕检测器的外壳。外壳环绕检测器(但不一定连接到检测器)，以抑制残余载气经由检测器的侧面或端部进入检测器的内部区域。

应当理解，在附图的优选实施例中描绘的外壳可以或可以不在三维意义上封闭检测器。例如，充分延伸进入和离开页面的外壳可能仍然是完全可操作的，并且可能由于在端部处未被封锁而损失非常小的效果。然而，在外壳刚好大到足以环绕检测器的情况下，更重要的是封锁端部，以便形成三维意义上的完整外壳。

如图5所示，外壳包括允许离子进入检测器的孔口。该孔口无疑将允许一些残余载气进入，然而，在样品分析设备的操作期间，大部分载气很可能被连接到真空室的真空泵从检测器周围带走。

即使在第一屏蔽件被省略并且仅使用检测器周围的第二屏蔽件的情况下，也可以实现优点。在这种情况下，气流需要反向以进入检测器外壳孔口，并且气体经由检测器的侧面和端部进入检测器将被阻止。

如图5所示，在屏蔽件和检测器之间示出了间隙。显示该间隙是为了以图形方式强调本发明的屏蔽件和外壳不必附接到检测器。实际上，任何屏蔽件都靠近检测器对于本发明来说并不重要。在一些形式中，本发明的屏蔽件主要用于抑制来自离子源的污染物流到达检测器。例如，屏蔽件可以靠近离子源且远离检测器放置。一般来说，只要它抑制离子源特定的污染物到达检测器，屏蔽件就是有效的，并且无论屏蔽件是靠近离子源还是检测器，或者实际上是在中间，这种效果都是可实现的。

检测器外壳可以由“真空安全”材料制成，就像屏蔽件一样。

图6的实施例示出了多个堆叠的屏蔽件与在检测器周围形成外壳的屏蔽件的结合使用。在堆叠的屏蔽件之间形成的空间用于捕获在堆叠的边缘上方迁移的残余污染气体。至少一些气体可能保持被截留，直到样品分析完成并且真空室被吹扫。这样，堆叠的板充当了污染物的某种临时贮存器。

可以理解，每个堆叠的屏蔽件包括大小刚好足以使离子束通过的孔口，每个孔口配准，以允许离子束通过所有屏蔽件。进一步的潜在优势可以通过每个连续的屏蔽件的作用来实现，以便顺序地移除已经穿过叠堆中的前一屏蔽件的孔口的一定比例的气体。

在图6的实施例中，示出了堆叠的屏蔽件与环绕检测器的另一个屏蔽件相结合。应当理解，在单独使用堆叠屏蔽件，并且在检测器周围没有任何屏蔽件的情况下，可以实现优势。图7示出了这方面的示例性实施例。

现在转到图8的实施例，示出了一种布置，其中提供了带有插置的透镜的一系列三个屏蔽件(每个屏蔽件具有配准的孔口)。可以立即理解，这些不是光学透镜，而是能够通过使靠近中心的粒子比那些远离轴线通过透镜的粒子偏转得更弱来聚焦离子束的电磁透镜。考虑到聚焦的离子束将具有比输入束小的直径，这种方法允许在第二和第三屏蔽件中分别使用逐渐变小的孔口。当然，残余的样品载气不会被透镜聚焦，并且因此将与孔口外围的屏蔽件区域碰撞。

在一些实施例中，使用用于使离子束转向的部件，使得离子束通过间接路径行进到检测器输入端。在这些实施例中，转向保持束的直线性，但是改变束的方向。图9的实施例示出了这样的布置，其中使用离子束反射部件(具体地反射器)来迫使离子束沿着间接路径朝向检测器输入端移动。因此，这些实施例不同于转向导致弯曲束的实施例(例如，图2的实施例)。可以理解，反射器对与束中的离子混合的残余样品载气的路径没有影响，这导致气体与离子的分离。

使用一个或多个反射器可以在没有任何屏蔽件的情况下提供优势。然而，图9的优选实施例示出了与不提供屏蔽件的情况相比可以提供更好结果的屏蔽件(即，从检测器中排除载气)。图9中的屏蔽件不具有孔口，并且因此与它碰撞的所有残余样品载气都被偏转，如图所示。为了克服缺少孔口的问题，通过使用第一反射器将离子束转向到低于屏蔽件的下边缘的点，并使用第二反射器将离子束朝向检测器输入端转向，离子束围绕屏蔽件被转向。

图9的实施例还示出了使用屏蔽件来封闭检测器，尽管留下了允许离子进入检测器输入端的孔口。屏蔽件是任选的，尽管当与反射器的使用和屏蔽件的使用中的一者或两者结合时可以提供优势。

图10的实施例类似于图9的实施例，不同的是在样品载气的路径中放置楔形屏蔽件，以使气体偏转远离检测器。任选地，楔形屏蔽件可以被配置成将气体朝向引导至真空泵的室中的端口偏转，导致从室中净移除载气。

起到将载气朝向真空泵转向的作用的屏蔽件可以在该设备的任何实施例中使用，以便于从离子分离出的任何污染物的物理移除。这样，污染物在以后的任何时间都不能进入检测器。

申请人提出，组件的各种布置(即离子源、检测器、真空泵、磁体和任何屏蔽件、透镜或反射器)，以及新颖结构(诸如屏蔽件、透镜和反射器)的包括可以被结合到现有的大量分析设备的设计中，或者替代地作为此类设备的重新设计的基础。

应当理解，根据本发明的用于分离混合的离子和污染物的任何策略可以单独使用，或者与任何一种或多种其他策略结合使用。关于策略，列举如下：

1.离子源和/或检测器和/或电磁场和/或真空泵端口的相对空间布置

2.检测器输入端的取向

3.检测器输入端相对于离子源的取向

4.使用设置在离子源和检测器输入端之间的屏障或部分屏障

5.使用在离子源和检测器输入端之间的堆叠或重叠的屏障或部分屏障

6.使用在离子源和检测器输入端之间具有孔口的屏障或部分屏障

7.使用在离子源和检测器输入端之间不具有孔口的屏障或部分屏障

8.使用在检测器周围的屏障或部分屏障

9.使用在检测器周围的堆叠或重叠的屏障或部分屏障

10.使用在检测器周围具有孔口的屏障或部分屏障

11.使用在检测器周围不具有孔口的屏障或部分屏障

12.使用透镜聚焦离子束

13.与具有孔口的屏障或部分屏障结合使用透镜

14.使用离子束反射部件

15.使用带有屏蔽件的离子束反射部件，该反射部件被配置成在屏障或部分屏障周围引导离子束

16.使用屏障或部分屏障将流动的污染物偏转远离检测器

17.使用真空泵将流动的污染物远离检测器分隔开，并任选地将污染物快速隔离在真空室外部

18.使用真空泵将偏转的污染物远离检测器分隔开，并任选地将污染物快速隔离在真空室外部

关于上面定义的18个策略，应当理解，本说明书中定义了18！(即6.4x10¹⁵)种组合策略。每个单独的组合都被认为是本发明的分立实施例。

在样品分析设备的一些实施例中，检测器本身被配置成排除诸如样品载气的污染物。检测器附加地或协同地与各种组件布置、屏蔽件、反射器和透镜一起作用，以进一步降低污染检测器的电子发射表面和电子收集器/阳极表面的污染物水平。在这方面，粒子检测器可以被配置成使得在电子发射表面和/或电子收集器/阳极表面周围的环境不同于紧邻外壳外部的环境。

在一个实施例中，粒子检测器被配置成允许用户控制电子发射表面和/或电子收集器/阳极表面周围的环境，使得电子发射表面周围的环境不同于紧邻外壳外部的环境。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器包括用于在电子发射表面和/或电子收集器/阳极表面周围建立与紧邻外壳外部的环境不同的环境的部件。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器包括用于用户控制电子发射表面和/或电子收集器/阳极表面周围的环境使得电子发射表面周围的环境不同于紧邻外壳外部的环境的部件。

在样品分析设备的一个实施例中，电子发射表面和/或电子收集器/阳极表面周围的环境与紧邻外壳外部的环境在以下方面不同：相应的环境中气体物类的存在、不存在或分压；和/或相应的环境中污染物物类的存在、不存在或浓度。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器被配置成与没有如此配置的现有技术的相似或其他方面相同的粒子检测器相比增加或减少其真空传导率。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器被配置成允许用户控制粒子检测器的真空传导率。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器被配置成操作使得从粒子检测器外部到内部和/或从粒子检测器内部到外部流动的气体不具有常规流体的流动特性。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器被配置成操作使得从粒子检测器外部到内部和/或从粒子检测器内部到外部流动的气体具有分子流的流动特性。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器被配置成操作使得从粒子检测器外部到内部和/或从粒子检测器内部到外部流动的气体具有在常规流体流和分子流之间过渡的流动特性。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器被配置成或包括用于降低粒子检测器内部压力的部件。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器被配置成或包括用于降低粒子检测器内部的气体压力的部件，该气体压力足以改变从粒子检测器外部到内部和/或从粒子检测器内部到外部流动的气体的流动特性。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器包括一系列电子发射表面，这些表面布置成形成电子倍增器。

在样品分析设备的一个实施例中，外壳由约3个或更少的外壳部分或约2个或更少的外壳部分形成。

在样品分析设备的一个实施例中，外壳由单件材料形成。

在样品分析设备的一个实施例中，外壳包括一个或多个不连续部。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器包括用于中断粒子检测器外部的气体流进入一个或多个不连续部中的一个或全部的部件。

在样品分析设备的一个实施例中，一个或多个不连续部中的至少一个或者一个或多个不连续部中的全部尺寸设计成限制或防止粒子检测器外部的气体进入粒子检测器。

在样品分析设备的一个实施例中，一个或多个不连续部中的至少一个或者一个或多个不连续部中的全部不比其功能所需的更大。

在样品分析设备的一个实施例中，一个或多个不连续部中的至少一个或者一个或多个不连续部中的全部定位在外壳上和/或相对于粒子检测器定向，以便限制或防止粒子检测器外部的气体进入粒子检测器。

在样品分析设备的一个实施例中，一个或多个不连续部中的至少一个或者一个或多个不连续部中的全部具有与其相关联的气流屏障。

在样品分析设备的一个实施例中，气流屏障中的至少一个或所有气流屏障被配置成限制或防止粒子检测器外部的气体线性进入粒子检测器。

在样品分析设备的一个实施例中，气流屏障中的至少一个或所有气流屏障包括从不连续部的周边向外延伸的一个或多个壁。

在样品分析设备的一个实施例中，气流屏障中的至少一个或所有气流屏障是细长的和/或纤细的。

在样品分析设备的一个实施例中，气流屏障中的至少一个或所有气流屏障包括一个或多个弯曲部和/或一个或多个90度弯曲部。

在样品分析设备的一个实施例中，气流屏障中的至少一个或所有气流屏障包括挡板。

在样品分析设备的一个实施例中，气流屏障中的至少一个或所有气流屏障形成为具有远离不连续部的开口的管。

在样品分析设备的一个实施例中，远离不连续部的开口定位在管上和/或相对于粒子检测器定向，以便限制或防止粒子检测器外部的气体进入粒子检测器。

在样品分析设备的一个实施例中，气流屏障中的至少一个或所有气流屏障是弯曲的和/或在其上的外表面上没有拐角。

在样品分析设备的一个实施例中，其中，外壳的外表面是弯曲的，或者包括曲线，和/或没有拐角。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器包括内部挡板。

在样品分析设备的一个实施例中，内部挡板中断了通过粒子检测器的视线。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器包括输入孔口，其中，输入孔口具有小于约0.1cm²的横截面积。

在样品分析设备的一个实施例中，粒子检测器被配置成使得不存在通过粒子检测器的视线。

虽然本发明已经主要通过参考质谱仪中使用的类型的检测器进行了描述，但是应当理解，本发明不限于此。在其他应用中，待检测的粒子可能不是离子，并且可能是中性原子、中性分子或电子。在任何情况下，仍然提供粒子撞击的检测器表面。

本样品分析设备的检测器可以是本领域中用于检测粒子的任何类型的检测器。检测器典型地将被配置成通过二次电子发射来放大离子信号。潜在合适的检测器包括基于离散倍增极电子倍增、连续电子倍增和微通道板倍增的检测器。

应当理解，本发明的示例性实施例的描述、本发明的各种特征有时被组合在单个实施例、附图或其描述中，目的是简化公开内容并帮助理解各种发明方面中的一个或多个。然而，该公开方法不应被解释为反映所要求保护的发明需要比每个权利要求中明确陈述的更多特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，发明方面在于少于单个前述公开的实施例的所有特征。

此外，虽然本文描述的一些实施例包括其他实施例中包括的一些特征，但不包括其他特征，但是不同实施例的特征的组合意味着在本发明的范围内，并且形成不同实施例，如本领域技术人员将理解的。例如，在下面的权利要求中，任何要求保护的实施例可以以任何组合使用。

在本文提供的描述中，阐述了许多具体细节。然而，应当理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，没有详细示出公知的方法、结构和技术，以免混淆对本说明书的理解。

因此，虽然已经描述了被认为是本发明的优选实施例的内容，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对其进行其他和进一步的修改，并且意图要求所有这些变化和修改落入本发明的范围内。功能可以添加到图中或从图中删除，并且操作可以在功能框之间互换。在本发明的范围内，可以向所描述的方法添加或删除步骤。

尽管已经参照具体示例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，本发明可以以许多其他形式来体现。

Claims (20)

1.一种样品分析设备，包括：

离子源，其被配置成从输入到粒子检测设备中的样品产生离子；和

离子检测器，其具有配置成接收从所述离子源产生的离子的输入端，

其中，所述样品分析设备被配置成使得与由所述离子源产生的离子混合并在与所述离子相同的大致方向上流动的污染物被抑制或阻止进入所述检测器输入端。

2.根据权利要求1所述的样品分析设备，包括离子方向改变部件，所述离子方向改变部件被配置成改变由所述离子源产生并在远离所述离子源的方向上传送的离子的方向，方向上的所述改变足以将所述离子从所述污染物分离或者至少降低所述离子周围的空间中所述污染物的浓度。

3.根据权利要求2所述的样品分析设备，其中，所述离子方向改变部件用于偏转由所述离子源产生并在远离所述离子源的方向上传送的离子的路径。

4.根据权利要求3所述的样品分析设备，其中，所述偏转是由所述离子检测改变部件周围的电磁场的建立引起的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的样品分析设备，包括污染物流动方向改变部件，所述污染物流动方向改变部件被配置成改变与由所述离子源产生的离子混合的污染物的方向，方向上的所述改变足以使所述离子从载气流分离。

6.根据权利要求5所述的样品分析设备，其中，所述污染物流动方向改变部件形成污染物通过的屏障或部分屏障。

7.根据权利要求6所述的样品分析设备，其中，所述屏障或部分屏障定位在所述离子源和所述检测器之间，并且所述屏障或部分屏障被配置成允许由所述离子源产生的离子通过但是阻止或抑制污染物通过。

8.根据权利要求6或7所述的样品分析设备，其中，所述屏障或部分屏障用于将污染物偏转远离所述离子检测器输入端。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的样品分析设备，其中，所述屏障或部分屏障包括不连续部，所述不连续部被配置成允许由所述离子源产生的离子通过但是阻止或抑制污染物通过。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的样品分析设备，其中，所述屏障或部分屏障基本上专用于允许由所述离子源产生的离子通过但是阻止或抑制污染物通过的目的。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的样品分析设备，包括至少2个、3个或更多个屏障或部分屏障，所述屏障或部分屏障中的每一个处于至少部分地重叠或堆叠的布置中。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的样品分析设备，其中，所述检测器被配置或定位或定向成使得由所述离子源产生并沿着基本上线性的路径从所述离子源传送的离子需要偏离其线性路径以便进入所述检测器输入端。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的样品分析设备，其中，所述检测器被配置或定位或定向成使得在所述离子源和所述检测器输入端之间不建立视线。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的样品分析设备，其中，所述检测器被配置或定位或定向成使得在所述样品载气流的起点和所述检测器输入端之间不建立视线。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的样品分析设备，其中，所述检测器输入端通常背向所述离子源，或者不大致面向所述离子源。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的样品分析设备，包括：封闭所述离子源和所述检测器的真空室，所述真空室具有与真空泵气体连通的室出口端口，以允许在所述真空室中建立真空，其中，所述室出口端口被配置或定位或定向成使得当所述真空泵在操作中时与由所述离子源产生的离子混合并在与所述离子相同的大致方向上流动的污染物优先于所述检测器分到所述室出口端口中。

17.根据权利要求16所述的样品分析设备，其中，屏障或部分屏障在所述室出口端口和所述检测器输入端之间延伸。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的样品分析设备，其中，所述检测器至少部分地封闭，以防止或抑制污染物接触所述检测器的电子发射表面或电子收集器/阳极表面。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的样品分析设备，其中，所述检测器具有一个或多个相关联的屏蔽件，所述屏蔽件被配置成将样品载气流偏转远离所述检测器输入端。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的样品分析设备，包括样品入口端口，样品载气和样品通过所述样品入口端口，所述样品入口端口被配置成将样品载气和样品的流导向所述离子发生器。

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