CN112154531B - 质谱仪 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于驱动质谱仪的加速度电极的驱动单元。所述驱动单元包含：功率转换器，其包括开关元件；以及脉冲控制电路系统，其可形成适于驱动质谱仪的加速度电极的输出脉冲。所述驱动单元还包含被配置成使所述开关元件的操作与所述脉冲控制电路系统同步的控制器。

Description

质谱仪
相关申请的交叉参考
本申请要求2018年5月31日提交的第1808889.8号英国专利申请以及2018年11月5日提交的第1818003.4号英国专利申请的优先权和权益。这些申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及例如质谱仪等分析型仪器，且特定来说涉及一种用于驱动质谱仪的加速度电极的驱动单元。
背景技术
提供稳定的电力供应对于质谱仪的各个组件很重要。举例来说，在飞行时间(“ToF”)质谱法中，通过将高电压脉冲供应到加速度电极而将离子包加速到漂移区中。离子的所得漂移速度及因此其穿过漂移区的漂移时间与离子的质荷比相关。
被供应到加速度电极的高电压脉冲使用例如阶跃转换器等高电压电力供应来提供。高电压供应的输出的变化可能降低脉冲形状均匀度，且最终降低质量分辨率。
为了减小电压纹波和改进脉冲形状均匀度，包括相对大的电容器的滤波器通常添加到此转换器的输出。
申请人认为，质谱仪和用于质谱仪加速度电极的驱动单元仍然存在改进空间。
发明内容
根据一方面，提供一种用于产生用于质谱仪的加速度电极的电脉冲的驱动单元，所述驱动单元包括：
功率转换器，其包括开关元件；以及
脉冲控制电路系统，其可操作以针对质谱仪的加速度电极从功率转换器的输出形成电输出脉冲：
其中驱动单元被配置成使得开关元件与脉冲控制电路系统同步操作。
各种实施例针对一种可生成高电压脉冲来驱动质谱仪的例如推送器和/或拉动器电极等加速度电极的驱动单元。所述驱动单元包括：功率转换器，其包括开关元件，例如开关模式电力供应或正激转换器；以及脉冲控制电路系统，其例如包括开关，且被配置成从功率转换器的输出形成脉冲，例如以便形成适于驱动质谱仪的加速度电极的输出脉冲。
根据各种实施例，驱动单元被配置成使得开关元件与脉冲控制电路系统同步操作，例如使得开关元件的切换与脉冲控制电路系统形成输出脉冲同步执行。
在此方面，常规功率转换器通常在比脉冲控制电路系统的操作频率相对高的频率下操作。这是因为，功率转换器的例如功率转换效率和纹波等性能通常通过使用此类频率而得以改进。
申请人现已认识到，有可能在对应于脉冲控制电路系统的操作频率(例如大约1到100kHz)的频率下操作驱动单元的功率转换器，且此外，如此操作可改进总体质谱仪的性能(尽管降低了功率转换器的性能，包含效率和纹波)。
确切地说且如将在下文更详细地描述，通过使开关元件的操作与脉冲控制电路系统同步(例如，通过使输出脉冲的形成与开关元件的切换同步)，可在功率转换器的切换循环及(因此)输出纹波循环中的相同点处生成由驱动单元输出的每一电脉冲。这具有实质上改进由驱动单元产生的输出脉冲的均匀度的效应，且意味着(例如)驱动单元可输出各自具有大体上相同脉冲形状的脉冲，即使在功率转换器的输出遭受纹波的情况下也如此。
这还意味着，对来自功率转换器的输出进行滤波(即，减少纹波)的要求可降低。因此，举例来说，较少和/或较小电容器可用于输出滤波，同时维持足够的脉冲形状均匀度。相应地，各种实施例可提供用于质谱仪的加速度电极的相对简单且便宜的驱动单元。
因此，应了解，各种实施例提供一种改进的质谱仪，且确切地说一种用于质谱仪的加速度电极的改进的驱动单元。
功率转换器可包括阶跃转换器。
功率转换器可被配置成阶跃输入的电压以提供输出，其中输出的电压高于输入的电压。
功率转换器可包括DC-DC阶跃转换器，其被配置成阶跃DC输入的电压以提供DC输出，其中DC输出的电压高于DC输入的电压。
功率转换器可包括正激转换器。
功率转换器可包括电压倍增器。
正激转换器可包括平面变压器。
脉冲控制电路系统可包括开关。
所述开关可被切换或进行脉冲控制以形成输出脉冲。
所述开关可以是转换开关。
脉冲控制电路系统可进一步包括被配置成控制输出脉冲的极性的极性电路系统。
输出脉冲的极性可为正或负。
脉冲控制电路系统可进一步包括被配置成控制输出脉冲的偏移电压Voffset的偏移电路系统。
偏移电压Voffset可选自以下组成的组：(i)<-10V；(ii)-10V到-5V；(iii)-5V到0V；(iv)0V到5V；(v)5V到10V；以及(vi)>10V。
输出脉冲可为大体上方波电压脉冲。
输出脉冲的峰值电压振幅可选自以下组成的组：(i)<600V；(ii)600V到700V；(iii)700V到800V；(iv)800V到900V；(v)900V到1000V；(vi)1000V到1100V；以及(vii)>1100V。
输出脉冲可按周期Tpulse周期性地形成。
周期Tpulse可选自以下组成的组：(i)<1μs；(ii)1μs到2μs；(iii)2μs到10μs；(iv)10μs到20μs；(v)20μs到50μs；(vi)50μs到70μs；(vii)70μs到85μs；(viii)85μs到100μs；以及(ix)>100μs。
开关元件和脉冲控制电路系统可在相同频率下操作。
开关元件可按周期Tswitch周期性地切换，其中Tswitch＝Tpulse。
开关元件可在由脉冲控制电路系统形成输出脉冲之后预定时间延迟Tdelay之后切换。
Tdelay可选自以下组成的组：(i)<0ns；(ii)0ns到50ns；(iii)50ns到100ns；(iv)100ns到1μs；(v)1μs到10μs；(vi)10μs到50μs；(vii)50μs到85μs；(viii)85μs到100μs；以及(ix)>100μs。
预定时间延迟Tdelay和脉冲控制周期Tpulse之间的比率Tdelay/Tpulse可选自以下组成的组：(i)<0.001％；(ii)0.001％到0.01％；(iii)0.01％到0.1％；(iv)0.1％到0.5％；(v)0.5％到1％；(vi)1％到10％；以及(vii)>10％。
可通过使用相同时钟信号操作开关元件和脉冲控制电路系统而使开关元件和脉冲控制电路系统同步操作。
驱动单元可包括被配置成使开关元件与脉冲控制电路系统同步的控制电路系统。
控制电路系统可包括现场可编程门阵列(“FPGA”)。
控制电路系统可被配置成通过与脉冲控制电路系统同步致使将栅极脉冲施加到开关元件的栅极电极，而使开关元件与脉冲控制电路系统同步。
控制电路系统可进一步包括被配置成控制输出的电压的反馈和/或前馈电路系统。
反馈和/或前馈电路系统可被配置成通过基于输出电压反馈信号和/或输入电压前馈信号控制栅极脉冲的宽度来控制输出的电压。
栅极脉冲的宽度可选自以下组成的组：(i)<1μs；(ii)1μs到3μs；(iii)3μs到5μs；(iv)5μs到7μs；(v)7μs到8μs；以及(vi)>8μs。
反馈和/或前馈电路系统可以可操作以利用选自以下组成的组的分辨率来控制栅极脉冲的宽度：(i)<1ns；(ii)1ns到5ns；(iii)5ns到10ns；(iv)10ns到20ns；以及(v)>10ns。
驱动单元可被配置成通过控制施加到开关元件的栅极电极的栅极脉冲的宽度来控制功率转换器。
驱动单元可被配置成响应于电输出脉冲的所要参数的改变，致使在选定速率下将栅极脉冲施加到开关元件的栅极电极持续选定时间周期。
驱动单元可包括：
处理电路系统，其被配置成预测电输出脉冲的所要参数的改变对功率转换器的输出电压的影响；以及
控制电路系统，其被配置成基于所述预测控制功率转换器。
电输出脉冲的参数包括电输出脉冲的：(i)电压振幅；(ii)电压极性；(iii)脉冲周期；(iv)脉冲宽度；和/或(v)脉冲间周期。
控制电路系统可进一步包括示波器，其中驱动单元被配置成使得由驱动单元产生的电输出脉冲被供应到示波器。
驱动单元可包括：
测量电路系统，其被配置成测量功率转换器的输出电压；以及
控制电路系统，其被配置成基于测得的输出电压控制功率转换器。
驱动单元可包括：
测量电路系统，其被配置成测量到功率转换器的输入电压；以及
控制电路系统，其被配置成基于测得的输入电压控制功率转换器。
根据另一方面，提供一种质谱仪，所述质谱仪包括：
飞行时间(ToF)质量分析仪，包括加速度电极；以及
如上文所描述的驱动单元：
其中质谱仪被配置成使得由驱动单元产生的电输出脉冲被供应到加速度电极。
质谱仪可包括阻尼电路系统，其被配置成在电输出脉冲被供应到加速度电极之前抑制由驱动单元产生的电输出脉冲。阻尼电路系统可包括一个或多个阻尼电阻器。
质谱仪可包括导电引脚，其被配置成将由驱动单元产生的电输出脉冲供应到加速度电极。
导电引脚可以是弹簧负载的。
飞行时间(“ToF”)质量分析仪可包括无场区或漂移区。
飞行时间(“ToF”)质量分析仪可被配置成作为输出脉冲被供应到加速度电极的结果致使将离子加速到无场区或漂移区中。
根据另一方面，提供一种生成用于质谱仪的加速度电极的电脉冲的方法，所述方法包括：
从包括开关元件的功率转换器的输出形成用于质谱仪的加速度电极的电输出脉冲；以及
与电输出脉冲同步操作开关元件。
功率转换器可包括阶跃转换器。
所述方法可包括功率转换器阶跃输入的电压以提供输出，其中输出的电压高于输入的电压。
所述方法可包括功率转换器阶跃DC输入的电压以提供DC输出，其中DC输出的电压高于DC输入的电压。
功率转换器可包括正激转换器。
功率转换器可包括电压倍增器。
正激转换器可包括平面变压器。
所述方法可包括通过对开关进行切换或脉冲控制来形成输出脉冲。
所述开关可包括转换开关。
所述方法可包括控制输出脉冲的极性。
输出脉冲的极性可为正或负。
所述方法可包括控制输出脉冲的偏移电压Voffset。
偏移电压Voffset可选自以下组成的组：(i)<-10V；(ii)-10V到-5V；(iii)-5V到0V；(iv)0V到5V；(v)5V到10V；以及(vi)>10V。
输出脉冲可为大体上方波电压脉冲。
输出脉冲的峰值电压振幅可选自以下组成的组：(i)<600V；(ii)600V到700V；(iii)700V到800V；(iv)800V到900V；(v)900V到1000V；(vi)1000V到1100V；以及(vii)>1100V。
所述方法可包括按周期Tpulse周期性地形成输出脉冲。
脉冲控制周期Tpulse可选自以下组成的组：(i)<1μs；(ii)1μs到2μs；(iii)2μs到10μs；(iv)10μs到20μs；(v)20μs到50μs；(vi)50μs到70μs；(vii)70μs到85μs；(viii)85μs到100μs；以及(ix)>100μs。
所述方法可包括在相同频率下形成输出脉冲和操作开关元件。
所述方法可包括按周期Tswitch周期性地切换开关元件，其中Tswitch＝Tpulse。
所述方法可包括在自从形成输出脉冲后的预定时间延迟Tdelay之后切换开关元件。
Tdelay可选自以下组成的组：(i)<0ns；(ii)0ns到50ns；(iii)50ns到100ns；(iv)100ns到1μs；(v)1μs到10μs；(vi)10μs到50μs；(vii)50μs到85μs；(viii)85μs到100μs；以及(ix)>100μs。
预定时间延迟Tdelay和脉冲控制周期Tpulse之间的比率Tdelay/Tpulse可选自以下组成的组：(i)<0.001％；(ii)0.001％到0.01％；(iii)0.01％到0.1％；(iv)0.1％到0.5％；(v)0.5％到1％；(vi)1％到10％；以及(vii)>10％。
所述方法可包括通过使用相同时钟信号操作开关元件和形成输出脉冲而与电输出脉冲同步操作开关元件。
所述方法可包括通过与输出脉冲同步致使将栅极脉冲施加到开关元件的栅极电极而与电输出脉冲同步操作开关元件。
所述方法可包括使用反馈和/或前馈电路系统控制功率转换器的输出的电压。
所述方法可包括通过基于输出电压反馈信号和/或输入电压前馈信号控制栅极脉冲的宽度来控制功率转换器的输出的电压。
栅极脉冲的宽度可选自以下组成的组：(i)<1μs；(ii)1μs到3μs；(iii)3μs到5μs；(iv)5μs到7μs；(v)7μs到8μs；以及(vi)>8μs。
所述方法可包括利用选自以下组成的组的分辨率来控制栅极脉冲的宽度：(i)<1ns；(ii)1ns到5ns；(iii)5ns到10ns；(iv)10ns到20ns；以及(v)>10ns。
所述方法可包括通过控制施加到开关元件的栅极电极的栅极脉冲的宽度来控制功率转换器.
所述方法可包括响应于电输出脉冲的所要参数的改变致使在选定速率下将栅极脉冲施加到开关元件的栅极电极持续选定时间周期。
所述方法可包括：
预测电输出脉冲的所要参数的改变对功率转换器的输出电压的影响；以及
基于所述预测控制功率转换器。
电输出脉冲的参数包括电输出脉冲的：(i)电压振幅；(ii)电压极性；(iii)脉冲周期；(iv)脉冲宽度；和/或(v)脉冲间周期。
所述方法可包括将电输出脉冲供应到示波器。
所述方法可包括：
测量功率转换器的输出电压；以及
基于测得的输出电压控制功率转换器。
所述方法可包括：
测量到功率转换器的输入电压；以及
基于测得的输入电压控制功率转换器。
根据另一方面，提供一种质谱的方法，其包括：
使用如上文所描述的方法生成电输出脉冲；以及
将电输出脉冲供应到飞行时间(ToF)质量分析仪的加速度电极。
所述方法可包括阻尼被供应到质量分析仪的加速度电极的输出脉冲。
所述方法可包括作为输出脉冲被供应到加速度电极的结果将离子加速到飞行时间(“ToF”)质量分析仪的无场区或漂移区中。
根据一方面，提供一种用于产生用于质谱仪的加速度电极的电脉冲的驱动单元，所述驱动单元包括：
功率转换器：
脉冲控制电路系统，其可操作以针对质谱仪的加速度电极从功率转换器的输出形成电输出脉冲；以及
示波器，其中驱动单元被配置成使得由驱动单元产生的电输出脉冲被供应到示波器。
根据一方面，提供一种质谱仪，所述质谱仪包括：
飞行时间(ToF)质量分析仪，包括加速度电极；以及
上文描述的驱动单元：
其中质谱仪被配置成使得由驱动单元产生的电输出脉冲被供应到加速度电极。
驱动单元和/或示波器可包括被配置成使电输出脉冲数字化的模/数转换器。
脉冲控制电路系统可被配置成形成按周期Tpulse周期性地重复的电输出脉冲。
示波器和/或模/数转换器可被配置成在第一脉冲周期T1 pulse期间使用第一取样点序列使电输出脉冲数字化，且在第二脉冲周期T2 pulse期间使用第二取样点序列使电输出脉冲数字化。
第二脉冲周期T2 pulse可紧密地跟随第一脉冲周期T1 pulse。
示波器和/或模/数转换器可被配置成在一个或多个第三脉冲周期期间使电输出脉冲数字化。
所述一个或多个第三周期可紧密地跟随第二脉冲周期。
示波器和/或模/数转换器可被配置成在每一脉冲周期期间按取样周期Tsampling周期性地使电输出脉冲数字化(取样)。
第一取样点序列的初始取样点可具有相对于第一脉冲周期T1 pulse的开始时间的第一偏移时间，且第二取样点序列的初始取样点可具有相对于第二脉冲周期T2 pulse的开始时间的第二不同偏移时间。
所述一个或多个第三取样点序列中的每一个的每一初始取样点可具有相对于所述一个或多个第三脉冲周期的相应开始时间的一个或多个第三不同偏移时间。
驱动单元和/或质谱仪可被配置成组合(交错)来自第一、第二和任选地一个或多个第三取样点序列的样本以产生电输出脉冲的数字化表示。
驱动单元和/或质谱仪可被配置成分析电输出脉冲的数字化表示以确定电输出脉冲的一个或多个诊断参数。所述一个或多个诊断参数可选自电输出脉冲的：(i)上升时间；(ii)下降时间；(iii)峰值振幅；和/或(iv)一个或多个其它特性。所述一个或多个其它特性可选自：(i)过冲；(ii)下冲；(iii)下垂；(iv)推前扰动；(v)推后扰动；以及(vi)另一(些)特性。
根据另一方面，提供一种操作用于产生用于质谱仪的加速度电极的电脉冲的驱动单元的方法，所述方法包括：
所述驱动单元形成用于质谱仪的加速度电极的电输出脉冲；以及
将电输出脉冲供应到驱动单元的示波器。
根据另一方面，提供一种操作质谱仪的方法，所述方法包括：
形成用于质谱仪的加速度电极的电输出脉冲；以及
将电输出脉冲供应到质谱仪的示波器。
所述方法可包括将电输出脉冲供应到质谱仪的飞行时间(ToF)质量分析仪的加速度电极。
所述方法可包括使用模/数转换器使电输出脉冲数字化。
所述方法可包括形成按脉冲周期Tpulse周期性地重复的电输出脉冲。
所述方法可包括在第一脉冲周期T1 pulse期间使用第一取样点序列使电输出脉冲数字化，以及在第二脉冲周期T2 pulse期间使用第二取样点序列使电输出脉冲数字化。
第二脉冲周期T2 pulse可紧密地跟随第一脉冲周期T1 pulse。
所述方法可包括在一个或多个第三脉冲周期期间使电输出脉冲数字化。
所述一个或多个第三周期可紧密地跟随第二脉冲周期。
所述方法可包括在每一脉冲周期期间按取样周期Tsampling周期性地使电输出脉冲数字化(取样)。
第一取样点序列的初始取样点可具有相对于第一脉冲周期T1 pulse的开始时间的第一偏移时间，且第二取样点序列的初始取样点可具有相对于第二脉冲周期T2 pulse的开始时间的第二不同偏移时间。
所述一个或多个第三取样点序列中的每一个的每一初始取样点可具有相对于所述一个或多个第三脉冲周期的相应开始时间的一个或多个第三不同偏移时间。
所述方法可包括组合(交错)来自第一、第二和任选地一个或多个第三取样点序列的样本以产生电输出脉冲的数字化表示。
所述方法可包括分析电输出脉冲的数字化表示以确定电输出脉冲的一个或多个诊断参数。所述一个或多个诊断参数可选自电输出脉冲的：(i)上升时间；(ii)下降时间；(iii)峰值振幅；和/或(iv)一个或多个其它特性。所述一个或多个其它特性可选自：(i)过冲；(ii)下冲；(iii)下垂；(iv)推前扰动；(v)推后扰动；以及(vi)另一(些)特性。
尽管各种实施例涉及由示波器测量由加速度电极驱动单元产生的输出脉冲，但还预期其它实施方案：例如施加到离子导引件的电压等其它质谱仪电压也由示波器或改为由示波器测量。
因此，根据本发明的另一方面，提供一种质谱仪，所述质谱仪包括：
一个或多个电极：
输出电路系统，其可操作以形成一个或多个输出电压，且将所述一个或多个输出电压施加到质谱仪的所述一个或多个电极；以及
示波器，其中所述质谱仪被配置成使得由输出电路系统产生的所述一个或多个输出电压被供应到示波器。
所述一个或多个电极可包括以下中的一个或多个的一个或多个电极：离子源、离子导引件、离子光学件、ToF加速度电极等。
示波器可使所述一个或多个输出电压数字化以形成所述一个或多个输出电压的一个或多个数字化表示。
示波器和/或质谱仪可包括处理器，其被配置成自动分析所述一个或多个输出电压的所述一个或多个数字化表示以确定一个或多个诊断参数。
根据本发明的另一方面，提供一种质谱的方法，其包括：
提供包括一个或多个电极和示波器的质谱仪；
形成一个或多个输出电压；
将所述一个或多个输出电压施加到所述一个或多个电极；以及
将所述一个或多个输出电压供应到示波器。
所述一个或多个电极可包括以下中的一个或多个的一个或多个电极：离子源、离子导引件、离子光学件、ToF加速度电极等。
示波器可使所述一个或多个输出电压数字化以形成所述一个或多个输出电压的一个或多个数字化表示。
所述方法可包括自动分析所述一个或多个输出电压的所述一个或多个数字化表示以确定一个或多个诊断参数。
尽管各种实施例涉及与脉冲控制电路系统同步操作加速度电极驱动单元的功率转换器的开关元件，但还预期其它实施方案：与脉冲控制电路系统同步操作另一质谱仪功率转换器的开关元件。
因此，根据本发明的另一方面，提供一种质谱仪，所述质谱仪包括：
功率转换器，其包括开关元件；以及
脉冲控制电路系统，其可操作以形成用于质谱仪的加速度电极的电输出脉冲：
其中质谱仪被配置成使得与脉冲控制电路系统同步操作开关元件。
脉冲控制电路系统可以可操作以从功率转换器的输出形成电输出脉冲。或者，脉冲控制电路系统可以可操作以从第二不同功率转换器的输出形成电输出脉冲。
功率转换器的输出可被供应到质谱仪的以下组件中的一个或多个：离子源；一个或多个离子导引件；检测器；离子光学件等。
根据本发明的另一方面，提供一种质谱的方法，其包括：
形成用于质谱仪的加速度电极的电输出脉冲；以及
与电输出脉冲同步操作质谱仪的功率转换器的开关元件。
电输出脉冲可从功率转换器的输出形成。或者，电输出脉冲可从第二不同功率转换器的输出形成。
功率转换器的输出可被供应到质谱仪的以下组件中的一个或多个：离子源；一个或多个离子导引件；检测器；离子光学件等。
根据一方面，提供一种质谱仪，所述质谱仪包括：
功率转换器，其被配置成将输入电压转换为输出电压：
测量电路系统，其被配置成测量输入电压；以及
控制电路系统，其被配置成基于测得的输入电压控制功率转换器。
功率转换器的输出可被供应到质谱仪的以下组件中的一个或多个：离子源；一个或多个离子导引件；检测器；离子光学件等。
质谱仪可包括脉冲控制电路系统，其可操作以从功率转换器的输出形成电输出脉冲。输出脉冲可适于供应到质谱仪的加速度电极。
质谱仪可包括：
处理电路系统，其被配置成预测电输出脉冲的所要参数的改变对功率转换器输出电压的影响；以及
控制电路系统，其被配置成基于所述预测控制功率转换器。
根据一方面，提供一种质谱仪，所述质谱仪包括：
功率转换器，其被配置成将输入电压转换为输出电压；
脉冲控制电路系统，其可操作以从功率转换器的输出形成电输出脉冲；
处理电路系统，其被配置成预测电输出脉冲的所要参数的改变对功率转换器输出电压的影响；以及
控制电路系统，其被配置成基于所述预测控制功率转换器。
各种实施例针对一种质谱仪，其具有功率转换器，所述功率转换器基于其输入电压和/或基于待从输出电压形成的电输出脉冲的所要参数的改变(例如，所要输出电压(输出电压设定点)的改变)对输出电压的影响的预测来控制。
因此，可基于对输入电压的改变和/或基于对一个或多个所要电输出脉冲参数的改变来控制功率转换器的输出电压。换句话说，各种实施例针对一种质谱仪，其具有功率转换器，所述功率转换器(和其输出电压)基于前馈信号(前馈到功率转换器的信号)来控制，所述前馈信号是基于输入电压和/或基于对所要电输出脉冲参数的改变(的影响的预测)。
通过基于前馈信号控制功率转换器，可调整功率转换器的操作以考虑已知(事先)将影响功率转换器的输出的输入变化。这可与基于反馈信号控制功率转换器(借此根据功率转换器的输出上测得的变化来调整功率转换器的操作)形成对比。
因此，在各种实施例中，可基于被供应到功率转换器的输入电力的(DC)电压来控制功率转换器，借此将输入电压的改变前馈到功率转换器，且相应地调整功率转换器的操作使得由功率转换器生成的输出电压保持大体上恒定，而不管输入电压的改变如何。
通过以此方式使用前馈信号，可在输出电压上看见输入电压的改变的任何影响之前，且因此在任何反馈信号已经有机会补偿所述改变之前考虑(且补偿)所述改变。
在此方面，申请人已经认识到，到功率转换器的输入电压可能影响输出电压，且基于输入电压的前馈信号可用于比原本通过仅使用基于输出电压的反馈信号可能实现的更早地校正输出电压。
在各种实施例中，可另外或替代地基于对所要电压脉冲参数的改变的效应的预测来控制功率转换器。
电压脉冲参数可以是任何参数，其改变可能影响输出脉冲形成。电压脉冲参数可以是已知改变参数将致使功率转换器的输出(电压)改变的参数。此外，改变电压脉冲参数对功率转换器输出的影响可以是可预测的。
因此，在各种实施例中，控制电路系统可操作以根据改变电压脉冲参数对功率转换器输出(电压)的影响的预测来控制功率转换器。
在此方面，申请人已经认识到，对所要电压脉冲参数(例如输出电压设定点)的改变可能影响功率转换器的输出的稳定性。此外，此些影响可以是可预测的。相应地，通过使用基于对电压脉冲参数的此改变(的效应的预测)的前馈信号，可比原本通过仅使用基于输出电压的反馈信号可能实现的更早地校正由于对电压脉冲参数的改变而引起的对功率转换器的输出电压的任何变化。
因此，应了解，通过基于输入电压和/或基于以各种实施例的方式待从输出电压形成的电输出脉冲的所要参数的改变对输出电压的影响的预测来控制功率转换器，可使功率转换器的输出相对于输入变化更稳健和稳定。
这意味着，对来自功率转换器的输出进行滤波(即，减少纹波)的要求可降低。因此，举例来说，较少和/或较小电容器可用于输出滤波，同时维持足够的输出均匀度。相应地，各种实施例可提供用于质谱仪的相对简单、便宜且稳定的电力供应。
因此，应了解，各种实施例提供一种改进的质谱仪，且确切地说一种用于质谱仪的加速度电极的改进的驱动单元。
电输出脉冲的参数可包括电输出脉冲的：(i)电压振幅；(ii)电压极性；(iii)脉冲周期；(iv)脉冲宽度；和/或(v)脉冲间周期。
质谱仪可包括包含加速度电极的飞行时间(ToF)质量分析仪。
质谱仪可被配置成使得电输出脉冲被供应到加速度电极。
申请人已经认识到，尤其需要能够控制正生成用于形成用于供应到飞行时间(ToF)质谱仪的加速度电极的电输出脉冲的输出的功率转换器的稳定性。通过基于前馈信号控制功率转换器的输出电压，可改进功率转换器输出均匀度及因此脉冲均匀度。举例来说，这可有助于提供改进的质量分辨率。
功率转换器可包括包含开关元件的阶跃转换器。因此，功率转换器可以是开关模式电力供应。
质谱仪可包括被配置成使开关元件与脉冲控制电路系统同步的同步电路系统。使开关元件与脉冲控制电路系统同步可改进输出脉冲的均匀度，因为可在功率转换器的切换循环及(因此)输出纹波循环中的相同点处生成每一输出脉冲。
开关元件可包括栅极电极。
控制电路系统可包括被配置成生成待施加到开关元件的栅极电极的栅极脉冲的脉冲生成电路系统。
控制电路系统可被配置成通过(基于前馈(和反馈)信号)控制施加到开关元件的栅极电极的栅极脉冲的一个或多个性质来控制功率转换器。
控制电路系统可被配置成通过控制施加到开关元件的栅极电极的栅极脉冲的宽度基于测得的输入电压控制功率转换器。
控制电路系统可被配置成响应于电输出脉冲的所要参数的改变致使脉冲生成电路系统在选定(预定(固定))速率下生成(施加)栅极脉冲持续选定时间周期。选定时间周期可以是预定(固定)时间周期，或可持续直至已经满足输出电压标准。输出电压标准可包括达到预定输出电压。
质谱仪可包括被配置成将输入电压供应到功率转换器的主电力供应。主电力供应可以是干线电力供应，例如AC到DC PSU。
质谱仪可包括一个或多个操作单元，其中主电力供应被配置成将(DC)电力供应到所述一个或多个操作单元中的每一个。
主电力供应可将相同(DC)电压供应到所述一个或多个操作单元中的每一个以及供应到功率转换器。
所述一个或多个操作单元中的至少一个可包括加热器。因此，所述一个或多个操作单元中的至少一个可以是加热器单元。加热器可以是例如离子源加热器和/或去溶剂化加热器。
控制电路系统可基于对所述一个或多个操作单元的输入操作参数的改变(归因于所述改变而引起的输入电压的测得的改变，或所述改变对功率转换器输出电压的影响的预测)来控制功率转换器。
在此方面，申请人已经认识到，在单个主电力供应正向功率转换器以及向质谱仪的另一(或多个)操作单元(例如且确切地说，一个或多个加热器单元)供应(DC)电力的情况下，操作单元(加热器单元)的操作的改变可能影响由主电力供应供应到功率转换器的(DC)输入。这可例如在操作单元(加热器单元)(突然)增加或减小其在主电力供应上的负载时发生。
举例来说，加热器单元的加热器接通和/或关断可能导致大的负载改变，所述大的负载改变可能导致由主电力供应供应到功率转换器的输入电力的(DC)电压的变化，从而可能引起功率转换器的输出的变化。
申请人已经认识到，在包括向一个或多个加热器以及向正操作以生成用于驱动飞行时间(ToF)质谱仪的加速度电极的输出电压的功率转换器供应(DC)电力的主电力供应的质谱仪的特定情况中，加热器接通和/或关断可能导致功率转换器的输出的变化，这可能使被供应到加速度电极的输出脉冲的均匀度降级。这最终可能使飞行时间(ToF)质谱仪的质量分辨率降级。
根据基于被供应到功率转换器的输入电压的测得的改变和/或基于加热器的接通和/或关断的效应的预测的前馈信号控制功率转换器可相应地有助于控制可能由于加热器接通和/或关断而引起的功率转换器的输出的任何变化。这可产生改进的脉冲均匀度，以及改进的质量分辨率。
质谱仪可包括：
测量电路系统，其被配置成测量输出电压；以及
控制电路系统，其被配置成基于测得的输出电压控制功率转换器。
因此，控制电路系统可另外可操作以基于反馈信号控制功率转换器。所述反馈信号应基于功率转换器的输出(电压)。所述反馈信号可基于输出脉冲的(峰值)输出电压。所述反馈信号可基于以下中的至少一个或全部：(i)比例项；(ii)积分项；以及(iii)导数项。
根据一方面，提供一种质谱的方法，其包括：
使用功率转换器将输入电压转换为输出电压：
测量输入电压；以及
基于测得的输入电压控制功率转换器。
所述方法可包括从功率转换器的输出形成电输出脉冲。
所述方法可包括预测电输出脉冲的所要参数的改变对功率转换器输出电压的影响，以及基于所述预测控制功率转换器。
根据一方面，提供一种质谱的方法，其包括：
使用功率转换器将输入电压转换为输出电压：
从功率转换器的输出形成电输出脉冲；
预测电输出脉冲的所要参数的改变对功率转换器输出电压的影响；以及
基于所述预测控制功率转换器。
电输出脉冲的参数可包括电输出脉冲的：(i)电压振幅；(ii)电压极性；(iii)脉冲周期；(iv)脉冲宽度；和/或(v)脉冲间周期。
控制电路系统可基于上述(和其它)参数中的一个或多个或全部来控制功率转换器。
所述方法可包括将电输出脉冲供应到飞行时间(ToF)质量分析仪的加速度电极。
功率转换器可包括阶跃转换器，其包括包含栅极电极的开关元件。
所述方法可包括使开关元件与脉冲控制电路系统同步。
开关元件可包括栅极电极。
所述方法可包括生成待施加到开关元件的栅极电极的栅极脉冲。
所述方法可包括通过控制施加到开关元件的栅极电极的栅极脉冲的一个或多个性质来控制功率转换器。
所述方法可包括通过控制施加到栅极电极的栅极脉冲的宽度基于测得的输入电压来控制功率转换器。
所述方法可包括响应于电输出脉冲的所要参数的改变，在选定速率下生成栅极脉冲持续选定时间周期。
所述方法可包括主电力供应将输入电压供应到功率转换器。
所述方法可包括主电力供应将电力供应到质谱仪的一个或多个操作单元中的每一个。
所述一个或多个操作单元中的至少一个可包括加热器。
所述方法可包括测量输出电压，以及基于测得的输出电压控制功率转换器。
根据一方面，提供一种用于产生用于质谱仪的加速度电极的电脉冲的驱动单元，所述驱动单元包括：
功率转换器，其被配置成将输入电压转换为输出电压：
测量电路系统，其被配置成测量输入电压；以及
控制电路系统，其被配置成基于测得的输入电压控制功率转换器。
根据一方面，提供一种用于产生用于质谱仪的加速度电极的电脉冲的驱动单元，所述驱动单元包括：
功率转换器，其被配置成将输入电压转换为输出电压；
脉冲控制电路系统，其可操作以从功率转换器的输出形成电输出脉冲；
处理电路系统，其被配置成预测电输出脉冲的所要参数的改变对功率转换器输出电压的影响；以及
控制电路系统，其被配置成基于所述预测控制功率转换器。
根据一方面，提供一种质谱仪，所述质谱仪包括：
飞行时间(ToF)质量分析仪，包括加速度电极；以及
上文描述的驱动单元：
其中质谱仪被配置成使得由驱动单元产生的电输出脉冲被供应到加速度电极。
驱动单元可被配置成使得开关元件与脉冲控制电路系统同步操作。
功率转换器可包括阶跃转换器。
功率转换器可被配置成阶跃输入的电压以提供输出，其中输出的电压高于输入的电压。
功率转换器可包括DC-DC阶跃转换器，其被配置成阶跃DC输入的电压以提供DC输出，其中DC输出的电压高于DC输入的电压。
功率转换器可包括正激转换器。
功率转换器可包括电压倍增器。
正激转换器可包括平面变压器。
脉冲控制电路系统可包括开关。
所述开关可被切换或进行脉冲控制以形成输出脉冲。
所述开关可以是转换开关。
脉冲控制电路系统可进一步包括被配置成控制输出脉冲的极性的极性电路系统。
输出脉冲的极性可为正或负。
脉冲控制电路系统可进一步包括被配置成控制输出脉冲的偏移电压Voffset的偏移电路系统。
偏移电压Voffset可选自以下组成的组：(i)<-10V；(ii)-10V到-5V；(iii)-5V到0V；(iv)0V到5V；(v)5V到10V；以及(vi)>10V。
输出脉冲可为大体上方波电压脉冲。
输出脉冲的峰值电压振幅可选自以下组成的组：(i)<600V；(ii)600V到700V；(iii)700V到800V；(iv)800V到900V；(v)900V到1000V；(vi)1000V到1100V；以及(vii)>1100V。
输出脉冲可按周期Tpulse周期性地形成。
周期Tpulse可选自以下组成的组：(i)<1μs；(ii)1μs到2μs；(iii)2μs到10μs；(iv)10μs到20μs；(v)20μs到50μs；(vi)50μs到70μs；(vii)70μs到85μs；(viii)85μs到100μs；以及(ix)>100μs。
开关元件和脉冲控制电路系统可在相同频率下操作。
开关元件可按周期Tswitch周期性地切换，其中Tswitch＝Tpulse。
开关元件可在由脉冲控制电路系统形成输出脉冲之后预定时间延迟Tdelay之后切换。
Tdelay可选自以下组成的组：(i)<0ns；(ii)0ns到50ns；(iii)50ns到100ns；(iv)100ns到1μs；(v)1μs到10μs；(vi)10μs到50μs；(vii)50μs到85μs；(viii)85μs到100μs；以及(ix)>100μs。
预定时间延迟Tdelay和脉冲控制周期Tpulse之间的比率Tdelay/Tpulse可选自以下组成的组：(i)<0.001％；(ii)0.001％到0.01％；(iii)0.01％到0.1％；(iv)0.1％到0.5％；(v)0.5％到1％；(vi)1％到10％；以及(vii)>10％。
可通过使用相同时钟信号操作开关元件和脉冲控制电路系统而使开关元件和脉冲控制电路系统同步操作。
驱动单元可包括被配置成使开关元件与脉冲控制电路系统同步的控制电路系统。
控制电路系统可包括现场可编程门阵列(“FPGA”)。
控制电路系统可被配置成通过与脉冲控制电路系统同步致使将栅极脉冲施加到开关元件的栅极电极，而使开关元件与脉冲控制电路系统同步。
控制电路系统可包括被配置成控制功率转换器的输出电压的电路系统。
控制电路系统可被配置成通过控制栅极脉冲的宽度(工作循环)来控制输出电压。
栅极脉冲的宽度可选自以下组成的组：(i)<1μs；(ii)1μs到3μs；(iii)3μs到5μs；(iv)5μs到7μs；(v)7μs到8μs；以及(vi)>8μs。
控制电路系统可以可操作以利用选自以下组成的组的分辨率来控制栅极脉冲的宽度：(i)<1ns；(ii)1ns到5ns；(iii)5ns到10ns；(iv)10ns到20ns；以及(v)>10ns。
控制电路系统可进一步包括示波器，其中质谱仪可被配置成使得电输出脉冲被供应到示波器。
质谱仪可包括阻尼电路系统，其被配置成在电输出脉冲被供应到加速度电极之前抑制电输出脉冲。阻尼电路系统可包括一个或多个阻尼电阻器。
飞行时间(“ToF”)质量分析仪可包括无场区或漂移区。
飞行时间(“ToF”)质量分析仪可被配置成作为输出脉冲被供应到加速度电极的结果致使将离子加速到无场区或漂移区中。
根据一方面，提供一种生成用于质谱仪的加速度电极的电脉冲的方法，所述方法包括：
功率转换器将输入电压转换为输出电压；
测量输入电压；以及
基于测得的输入电压控制功率转换器。
根据一方面，提供一种生成用于质谱仪的加速度电极的电脉冲的方法，所述方法包括：
功率转换器将输入电压转换为输出电压；
从功率转换器的输出形成用于质谱仪的加速度电极的电输出脉冲：
预测电输出脉冲的所要参数的改变对功率转换器输出电压的影响；以及
基于所述预测控制功率转换器。
功率转换器可包括开关元件。功率转换器可以是开关模式电力供应。
所述方法可包括与输出脉冲的形成同步操作开关元件。
功率转换器可包括阶跃转换器。
所述方法可包括功率转换器阶跃输入的电压以提供输出，其中输出的电压高于输入的电压。
所述方法可包括功率转换器阶跃DC输入的电压以提供DC输出，其中DC输出的电压高于DC输入的电压。
功率转换器可包括正激转换器。
功率转换器可包括电压倍增器。
正激转换器可包括平面变压器。
所述方法可包括通过对开关进行切换或脉冲控制来形成输出脉冲。
所述开关可包括转换开关。
所述方法可包括控制输出脉冲的极性。
输出脉冲的极性可为正或负。
所述方法可包括控制输出脉冲的偏移电压Voffset。
偏移电压Voffset可选自以下组成的组：(i)<-10V；(ii)-10V到-5V；(iii)-5V到0V；(iv)0V到5V；(v)5V到10V；以及(vi)>10V。
输出脉冲可为大体上方波电压脉冲。
输出脉冲的峰值电压振幅可选自以下组成的组：(i)<600V；(ii)600V到700V；(iii)700V到800V；(iv)800V到900V；(v)900V到1000V；(vi)1000V到1100V；以及(vii)>1100V。
所述方法可包括按周期Tpulse周期性地形成输出脉冲。
脉冲控制周期Tpulse可选自以下组成的组：(i)<1μs；(ii)1μs到2μs；(iii)2μs到10μs；(iv)10μs到20μs；(v)20μs到50μs；(vi)50μs到70μs；(vii)70μs到85μs；(viii)85μs到100μs；以及(ix)>100μs。
所述方法可包括在相同频率下形成输出脉冲和操作开关元件。
所述方法可包括按周期Tswitch周期性地切换开关元件，其中Tswitch＝Tpulse。
所述方法可包括在自从形成输出脉冲后的预定时间延迟Tdelay之后切换开关元件。
Tdelay可选自以下组成的组：(i)<0ns；(ii)0ns到50ns；(iii)50ns到100ns；(iv)100ns到1μs；(v)1μs到10μs；(vi)10μs到50μs；(vii)50μs到85μs；(viii)85μs到100μs；以及(ix)>100μs。
预定时间延迟Tdelay和脉冲控制周期Tpulse之间的比率Tdelay/Tpulse可选自以下组成的组：(i)<0.001％；(ii)0.001％到0.01％；(iii)0.01％到0.1％；(iv)0.1％到0.5％；(v)0.5％到1％；(vi)1％到10％；以及(vii)>10％。
所述方法可包括通过使用相同时钟信号操作开关元件和形成输出脉冲而与电输出脉冲同步操作开关元件。
所述方法可包括通过与输出脉冲同步致使将栅极脉冲施加到开关元件的栅极电极而与电输出脉冲同步操作开关元件。
所述方法可包括控制功率转换器的输出的电压。
所述方法可包括通过控制栅极脉冲的宽度(工作循环)来控制功率转换器的输出的电压。
栅极脉冲的宽度可选自以下组成的组：(i)<1μs；(ii)1μs到3μs；(iii)3μs到5μs；(iv)5μs到7μs；(v)7μs到8μs；以及(vi)>8μs。
所述方法可包括利用选自以下组成的组的分辨率来控制栅极脉冲的宽度：(i)<1ns；(ii)1ns到5ns；(iii)5ns到10ns；(iv)10ns到20ns；以及(v)>10ns。
所述方法可包括将电输出脉冲供应到示波器。
根据另一方面，提供一种质谱的方法，其包括：
使用如上文所描述的方法生成电输出脉冲；以及
将电输出脉冲供应到飞行时间(ToF)质量分析仪的加速度电极。
所述方法可包括阻尼被供应到质量分析仪的加速度电极的输出脉冲。
所述方法可包括作为输出脉冲被供应到加速度电极的结果将离子加速到飞行时间(“ToF”)质量分析仪的无场区或漂移区中。
功率转换器的输出可被供应到质谱仪的以下组件中的一个或多个：离子源；一个或多个离子导引件；检测器；离子光学件等。
本文中所描述的方面中的每一个可以且在各种实施例中确实包含本文中所描述的任选特征中的一个或多个或全部。
根据各种实施例，提供具有相对高分辨率的相对小占据面积或紧密的飞行时间(“TOF”)质谱仪(“MS”)或分析仪器。质谱仪可具有生物医药工业以及一般分析型电喷雾电离(“ESI”)和后续质量分析的领域中的特定应用。根据各种实施例的质谱仪是高性能仪器，其中制造成本已经减小而不损害性能。
根据各种实施例的仪器相比于大部分其它常规仪器尤其用户友好。仪器可具有单个按钮，其可由用户激活以便接通仪器且同时起始仪器自行设置例程。确切地说，仪器可具有健康诊断系统，其对于用户是有帮助的，而且同时提供改进的诊断和故障分辨率。
根据各种实施例，仪器可具有健康诊断或健康检查，其被布置成使总体仪器且确切地说质谱仪和质量分析仪在非活动或省电周期之后进入就绪状态。该健康诊断系统还可用以使仪器在维护之后或仪器从维护操作模式切换到操作状态之后进入就绪状态。此外，健康诊断系统还可以用于周期性地监测仪器、质谱仪或质量分析仪以便确保仪器在限定的操作参数内操作，且因此质谱仪的完整性或所获得的其它数据不受威胁。
健康检查系统可确定应自动执行或呈现给用户的各种动作以决定是否继续。举例来说，健康检查系统可确定不需要校正动作或其它措施，即仪器正在限定的操作限制内正如期望操作。健康检查系统还可确定应执行自动操作以便例如响应于检测到的错误警示、错误状态或异常来校正或调整仪器。健康检查系统还可告知用户：用户应采取特定动作过程或批准控制系统采取特定动作过程。还预期各种实施例，其中健康检查系统寻求否定批准，即健康检查系统可告知用户任选地在限定的时间延迟之后将采取特定动作过程，否则用户以其它方式指示或取消控制系统所建议的所提出的动作。
还预期其中提供到用户的细节水平可取决于用户的体验水平而变化的实施例。举例来说，健康检查系统可向相对不熟练的用户提供非常详细的指令或简化的指令。
健康检查系统可向例如维修工程师等高度熟练的用户提供不同细节水平。确切地说，额外数据和/或指令可提供到维修工程师，其可不提供给常规用户。还预期，提供给常规用户的指令可包含图标和/或移动的图形图像。举例来说，用户可由健康检查系统导引以便校正故障，且一旦确定用户已完成步骤，则控制系统可改变显示给用户的图标和/或移动的图形图像以便继续导引用户经过所述过程。
根据各种实施例的仪器已被设计成尽可能小，同时还大体与现有UPLC系统兼容。所述仪器容易操作且已被设计成具有高可靠性水平。此外，仪器已被设计成简化诊断和维修，借此使仪器停工时间和操作成本最小化。
根据各种实施例，仪器特定用于健康服务市场，且可与解吸电喷雾电离(“DESI”)和快速蒸发电离质谱(“REIMS”)离子源集成以便为目标应用递送市售体外诊断医疗装置(“IVD”)/医疗装置(“MD”)解决方案。
质谱仪可例如用于微生物识别目的、组织病理学、组织成像和手术(场所)应用。
所述质谱仪相比于常规质谱仪具有显著增强的用户体验，且具有高稳健性。仪器尤其容易使用(特别是针对非专家用户)，且具有高可及性。
质谱仪已被设计成容易与液相层析(“LC”)分离系统集成使得可提供LC-TOF MS仪器。仪器尤其适合于生物医药工业中的例程表征和监测应用。所述仪器使非专家用户能够收集高分辨率准确质量数据，且从所述数据快速且容易地导出有意义的信息。这可以改进对产品和工艺的理解，从而潜在地缩短上市时间并减小成本。
仪器可用于生物医药上一级开发和质量控制(“QC”)应用中。仪器还特定地应用于小分子医药、食品和环境(“F&E”)及化学材料分析。
仪器具有增强的质量检测能力，即高质量分辨率、准确质量和扩展的质量范围。仪器还能够将母离子碎裂为子离子或碎片离子，使得可执行MS/MS型实验。
附图说明
现将仅借助于实例且参考附图描述各种实施例以及仅出于说明性目的给出的其它布置，附图中：
图1展示联接到常规台式液相层析(“LC”)分离系统的根据各种实施例的台式飞行时间质谱仪的透视图；
图2A展示根据各种实施例的台式质谱仪的前视图，其展示加载到仪器中的三个溶剂瓶和前显示面板，图2B展示根据各种实施例的质谱仪的透视图，且图2C更详细地示出各种图标，所述图标可显示于前显示面板上以便向用户突出显示仪器的状态并指示是否已检测到潜在故障；
图3展示根据各种实施例的质谱仪的示意性表示，其中所述仪器包括电喷雾电离(“ESI”)或其它离子源、结合环离子导引件、分段四极杆组离子导引件、一个或多个传递透镜和飞行时间质量分析仪，所述飞行时间质量分析仪包括推送器电极、反射器和离子检测器：
图4展示可与根据各种实施例的质谱仪一起使用的已知大气压电离(“API”)离子源；
图5展示与根据各种实施例的离子入口组合件共享特征的第一已知离子入口组合件；
图6A展示第一已知离子入口组合件的分解视图，图6B展示具有分离阀的第二不同已知离子入口组合件，图6C展示根据各种实施例的离子入口组合件的分解视图，图6D展示根据各种实施例的离子块附接到容纳第一离子导引件的真空腔室上游的抽吸块的布置，图6E更详细地展示根据各种实施例保持在离子块内的固定阀组合件，图6F展示由用户移除附接到夹具的锥组合件以暴露具有气流限制孔隙的固定阀，所述气流限制孔隙足以在移除锥时维持下游真空腔室内的低压力，且图6G示出根据各种实施例固定阀可如何通过吸入压力保持在适当位置；
图7A展示根据各种实施例的抽吸布置，图7B展示可实施的气体处理系统的另外细节，图7C展示流程图，其示出可遵循用户请求而执行以接通大气压电离(“API”)气体的步骤，且图7D展示流程图，其示出根据各种实施例可执行的源压力测试；
图8更详细地展示根据各种实施例的质谱仪；
图9展示飞行时间质量分析仪组合件，其包括推送器板组合件，所述推送器板组合件具有安装到其上的推送器电子模块和离子检测器模块，且其中反射器组合件从挤压成型的飞行管悬置，挤压成型的飞行管继而从推送器板组合件悬置；
图10A更详细地展示推送器板组合件，图10B展示根据各种实施例的单片推送器板组合件，且图10C展示具有安装到其上的推送器电极组合件或模块和离子检测器组合件或模块的推送器板组合件；
图11展示流程图，其示出根据各种实施例在用户按压仪器的前面板上的开始按钮后发生的各种过程；
图12A更详细地展示根据各种实施例的涡轮分子泵的三个单独的抽吸端口，且图12B更详细地展示被布置成抽吸单独的真空腔室的三个抽吸端口中的两个；
图13更详细地展示传递透镜布置；
图14A展示已知内部真空配置的细节，且图14B展示根据各种实施例的新内部真空配置的细节；
图15A展示形成第一离子导引件的环电极和结合环电极的布置的示意图，所述第一离子导引件被布置成从非所要中性粒子分离带电离子，图15B展示可用于沿着第一离子导引件的第一部分的长度产生线性轴向DC电场的电阻器链，且图15C展示可用于沿着第一离子导引件的第二部分的长度产生线性轴向DC电场的电阻器链：
图16A更详细地展示根据各种实施例的分段四极杆组离子导引件，其可提供在第一离子导引件的下游且包括多个棒电极，图16B示出施加到飞行时间质量分析仪的推送器电极的电压脉冲可如何与从分段四极杆组离子导引件的端部区捕集和释放离子同步，图16C更详细地示出推送器电极几何结构且展示栅格和环透镜或电极的布置及其相对间隔，图16D更详细地示出飞行时间质量分析仪的总体几何结构，所述飞行时间质量分析仪包含推送器电极和相关联电极、反射器栅格电极和离子检测器的元件的相对间隔，图16E是示出根据各种实施例的推送器电极及相关联栅格和环电极以及形成反射器的栅格和环电极的布线布置，图16F示出根据各种实施例例如电喷雾毛细管探针、差动抽吸孔隙、传递透镜电极、推送器电极、反射器电极和检测器等各种离子光学组件维持在的相对电压和绝对电压范围，图16G是根据各种实施例的离子检测器布置的示意图，且其展示到位于飞行时间壳体内和外的离子检测器的各种连接，且图16H展示说明性势能图；
图17A示意性地展示根据各种实施例的飞行时间(“ToF”)质谱仪的各种元件；
图17B示意性地展示根据各种实施例的飞行时间(“ToF”)质谱仪的各种元件；
图18示意性地展示根据各种实施例的飞行时间(“ToF”)质量分析仪；
图19示意性地展示根据各种实施例的加速度电极驱动单元；
图20示意性地展示根据各种实施例由加速度电极驱动单元生成的输出脉冲；
图21示意性地展示根据各种实施例的加速度电极驱动单元；
图22示意性地展示根据各种实施例由加速度电极驱动单元生成的输出脉冲和用于切换加速度电极驱动单元的开关元件的栅极脉冲之间的同步：
图23A示意性地展示根据各种实施例用于控制加速度电极驱动单元的输出电压的反馈电路系统：
图23B示意性地展示根据各种实施例用于控制加速度电极驱动单元的输出电压的电路系统：
图24示意性地展示根据各种实施例的加速度电极驱动单元的控制电路系统；
图25示意性地展示根据各种实施例用于监测加速度电极驱动单元的输出电压的示波器电路系统：
图26示意性地展示根据各种实施例使用示波器来对多个输出脉冲进行取样；以及
图27示意性地展示根据各种实施例可使用示波器测量的输出脉冲的特性。
具体实施方式
公开一种新开发的质谱仪的各个方面。所述质谱仪可包括经修改和改进的离子入口组合件、经修改的第一离子导引件、经修改的四极杆组离子导引件、改进的传递光学件、新颖的悬臂式飞行时间布置、经修改反射器布置连同先进电子器件和改进的用户界面。
质谱仪已被设计成具有高性能水平，极其可靠，相比于大部分常规质谱仪提供显著改进的用户体验，具有非常高的EMC兼容水平，且具有先进的安全性特征。
所述仪器包括极其准确的质量分析仪，且总体上所述仪器较小且紧密，具有高度稳健性。所述仪器已被设计成减小制造成本，而不会损害性能，同时使仪器更可靠且更容易维修。所述仪器尤其容易使用、容易维护且容易维修。所述仪器构成下一代台式飞行时间质谱仪。
图1展示根据各种实施例的台式质谱仪100，其展示为联接到常规台式液相层析分离装置101。质谱仪100在设计时考虑了易用性。确切地说，提供简化的用户界面和前显示器，且仪器可维修性已相对于常规仪器显著改进和优化。质谱仪100具有零件数减小的改进的机械设计，且受益于简化的制造过程，借此产生成本减小的设计、改进可靠性并简化维修程序。质谱仪已被设计成高度电磁兼容(“EMC”)，且展现出极低电磁干扰(“EMI”)。
图2A展示根据各种实施例的质谱仪100的前视图，且图2B展示根据各种实施例的质谱仪的透视图。三个溶剂瓶201可联接、插塞或以其它方式连接或插入到质谱仪100中。溶剂瓶201可背部照亮以便向用户突出显示溶剂瓶201的填充状态。
具有多个溶剂瓶的已知质谱仪的一个问题是，用户可能在错误的位置或定位中连接溶剂瓶。此外，用户可安装溶剂瓶，但常规安装机构将不能确保溶剂瓶前部的标签将定位成使得其可由用户检视，即常规仪器可能允许溶剂瓶被连接成前向标签最终背对用户。相应地，常规仪器的一个问题是，归因于溶剂瓶最终定位成溶剂瓶的标签背对用户这一事实，用户可能无法读取溶剂瓶上的标签。根据各种实施例，常规地用于安装溶剂瓶的常规螺杆安装件已经被允许溶剂瓶201无旋转地连接的弹性弹簧安装机构替代。
根据各种实施例，溶剂瓶201可由LED灯片照明以便向用户指示溶剂瓶201的填充水平。应理解，照明瓶的单个LED将不足够，因为溶剂瓶201中的流体可能使来自LED的光衰减。此外，不存在用于定位单个LED的良好的单个位置。
质谱仪100可具有显示面板202，当由仪器控制系统照明时各种图标可显示于所述显示面板上。
开始按钮203可定位于前显示面板202上或邻近前显示面板202。用户可按压开始按钮203，这将接着起始加电序列或例程。加电序列或例程可包括为所有仪器模块加电且起始仪器抽真空，即在质谱仪100的主体内的真空腔室中的每一个中生成低压力。
根据各种实施例，加电序列或例程可或可不包含运行源压力测试以及将仪器切换到Operate操作模式。
根据各种实施例，用户可按住开始按钮203持续某一时间周期(例如，5秒)，以便起始断电序列。
如果仪器处于维护操作模式，则按压仪器的前面板上的开始按钮203可起始加电序列。此外，当仪器处于维护操作模式时，则按住仪器的前面板上的开始按钮203持续某一时间周期(例如5秒)可起始断电序列。
图2C更详细地示出可显示于显示面板202上且可在仪器硬件和/或软件的控制下照明的各种图标。根据各种实施例，显示面板202的一侧(例如左手侧)可具有各种图标，其通常涉及仪器或质谱仪100的状态。举例来说，图标可显示为绿色以指示仪器处于初始化操作模式、就绪操作模式或运行操作模式。
如果检测到可能需要用户交互或用户输入的错误，则可显示黄色或琥珀色警示消息。黄色或琥珀色警示消息或图标可显示于显示面板202上，且可传达仅相对一般信息给用户，例如指示存在潜在故障，以及仪器的什么组件或方面可能正发生故障的一般指示。
根据各种实施例，可能需要用户参考相关联计算机显示器或监测器来获得更全面的细节或获得故障的性质的更全面了解，且接收被建议执行以便校正故障或使仪器置于所要操作状态的潜在校正动作的细节。
用户可被邀请以确认应执行校正动作，和/或用户可被告知正执行特定校正动作。
如果检测到的错误无法由用户容易地校正且其实际上需要熟练的维修工程师进行维修，则可显示指示需要呼叫维修工程师的警示消息。指示需要维修工程师的警示消息可显示为红色，且还可显示或照明横幅或其它图标以向用户指示需要工程师。
显示面板202还可显示这样的消息：应按压电源按钮203以便关断仪器。
根据一实施例，显示面板202的一侧(例如右手侧)可具有各种图标，其指示其中已检测到错误或故障的仪器的不同组件或模块。举例来说，可显示或照明黄色或琥珀色图标以便指示离子源的错误或故障、入口锥区中的故障、流体系统的故障、电子器件故障、溶剂或其它瓶子201中的一个或多个的故障(即，指示一个或多个溶剂瓶201需要再填充或排空)、与真空腔室中的一个或多个相关联的真空压力故障、仪器设置错误、通信错误、气体供应的问题或排气的问题。
应理解，显示面板202可仅指示仪器的一般状态和/或故障的一般性质。为了能够解决故障或理解错误或故障的准确的性质，用户可能需要参考相关联计算机或其它装置的显示屏。举例来说，如所属领域的技术人员将理解，相关联计算机或其它装置可被布置成接收并处理来自仪器或质谱仪100的质谱和其它数据输出，且可在计算机显示屏上为用户显示质谱数据或图像。
根据各种实施例，状态显示器可指示仪器是否处于以下状态中的一个：运行、就绪、正准备就绪、就绪阻滞或错误。
状态显示器可显示健康检查指示符，例如需要维修、锥、源、设置、真空、通信、流体学装置、气体、排气、电子器件、锁定质量、校准物和洗液。
图2C中展示“按住电源按钮以关断”LED片，且其可在按压电源按钮203时保持照明，并可保持照明直至释放电源按钮203或直至已经过去某一时间周期(例如5秒)，无论哪种情况更早发生。如果在设定时间周期(例如，按压之后小于5秒)释放电源按钮203，则“按住电源按钮以关断”LED片可在例如2s的时间周期内变淡。
初始化LED片可在经由电源按钮203启动仪器时被照明，且可保持接通直至软件采取状态面板的控制或直至加电序列或例程超时。
根据各种实施例，可执行仪器健康检查，且可经由计算机监测器(其可与前显示面板202分离)的显示屏向用户提供打印机样式错误校正指令以便帮助引导用户经过用户可能需要执行的任何步骤。
仪器可尝试自行诊断任何错误消息或警示状态警报，且可尝试在通知用户或不通知用户的情况下矫正任何问题。
取决于任何问题的严重度，仪器控制系统可尝试校正问题本身，请求用户实行某一形式的干预以便尝试校正难题或问题，或可告知用户仪器需要维修工程师。
如果校正动作可由用户采取，则仪器可向用户显示要遵循的指令，且可提供应执行的方法或步骤的细节，这些细节可以允许用户修正或以其它方式解决问题或错误。解决按钮可设置在显示屏上，其可由已经遵循所建议解决指令的用户按压。仪器接着可再次运行测试和/或可检查问题是否确实已经校正。举例来说，如果用户即将触发互锁，则一旦互锁闭合，则可初始化压力测试例程，如下详述。
图3展示根据各种实施例的质谱仪100的高级示意图，其中仪器可包括离子源300，例如电喷雾电离(“ESI”)离子源。然而，应理解，电喷雾电离离子源300的使用并不是必需的，且根据其它实施例，可使用不同类型的离子源。举例来说，根据各种实施例，可使用解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源。根据另外其它实施例，可使用快速蒸发电离质谱(“REIMS”)离子源。
如果提供电喷雾离子源300，则离子源300可包括电喷雾探针和相关联电力供应。
相关联质谱仪100的初始级包括离子块802(如图6C所示)，且如果提供电喷雾电离离子源300，则可提供源罩壳。
如果提供解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源，则离子源可包括DESI源、DESI喷雾器和相关联DESI电力供应。相关联质谱仪的初始级可包括如图6C中更详细展示的离子块802。然而，根据各种实施例，如果提供DESI源，则离子块802可不由源罩壳围封。
应理解，REIMS源涉及产生自可包括组织样本的样本的分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、手术烟雾、气溶胶或蒸汽的传递。在一些实施例中，REIMS源可被布置和调适成以大体上脉冲式方式吸出所述分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、手术烟雾、气溶胶或蒸汽。REIMS源可布置和调适成大体上仅当电外科切割施加的电压或电位被供应到一个或多个电极、一个或多个电外科尖端或一个或多个激光器或其它切割装置时吸出所述分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、手术烟雾、气溶胶或蒸汽。
质谱仪100可被布置成能够获得样本的离子图像。举例来说，根据各种实施例，可依据跨样本的一部分的位置获得质谱和/或其它物理-化学数据。相应地，可确定样本的性质可如何依据沿着样本、跨样本或样本内的位置而变化。
质谱仪100可包括第一离子导引件301，例如阶梯波(RTM)离子导引件301，其具有多个环和结合环电极。质谱仪100可进一步包括分段四极杆组离子导引件302、一个或多个传递透镜303和飞行时间质量分析仪304。四极杆组离子导引件302可在离子导引操作模式中和/或质量过滤操作模式中操作。飞行时间质量分析仪304可包括线性加速度飞行时间区或正交加速度飞行时间质量分析仪。
如果飞行时间质量分析仪包括正交加速度飞行时间质量分析仪304，则质量分析仪304可包括推送器电极305、反射器306和离子检测器307。离子检测器307可被布置成检测已经由反射器306反射的离子。然而，应理解，反射器306的提供尽管是合乎需要的，但不是必需的。
根据各种实施例，第一离子导引件301可设置在大气压界面的下游。大气压界面可包括离子入口组合件。
第一离子导引件301可位于第一真空腔室或第一差动抽吸区中。
第一离子导引件301可包括部分环、部分结合环离子导引件组合件，其中离子可在大体径向方向中从形成于第一多个环或结合环电极内的第一离子路径传递到由第二多个环或结合环电极形成的第二离子路径中。第一和第二多个环电极可沿着其长度的至少一部分结合。离子可径向受限于第一和第二多个环电极内。
第二离子路径可与可导向第二真空腔室或第二差动抽吸区中的差动抽吸孔隙对准。
第一离子导引件301可用以从不合需要的中性粒子分离带电分析物离子。不合需要的中性粒子可被布置成朝向排气口流动，而分析物离子被引导到不同流路径上且被布置成最佳地传输穿过差动抽吸孔隙进入邻近的下游真空腔室。
还预期根据各种实施例，离子可在操作模式中在第一离子导引件301内碎裂。确切地说，质谱仪100可在操作模式中操作，其中维持容纳第一离子导引件301的真空腔室中的气体压力，使得当电压供应致使离子加速到第一离子导引件301中或沿着第一离子导引件301加速时，离子可被布置成与真空腔室中的背景气体碰撞且碎裂以形成碎片离子、子离子或产物离子。根据各种实施例，可沿着第一离子导引件301的至少一部分维持静态DC电压梯度，以便沿着并穿过第一离子导引件301推动离子且任选地致使离子在操作模式中碎裂。
然而，应理解，质谱仪100布置成能够执行操作模式中第一离子导引件301中的离子碎裂并不是必需的。
质谱仪100可包括在第一离子导引件302的下游的第二离子导引件302，且第二离子导引件302可位于第二真空腔室或第二差动抽吸区中。
第二离子导引件302可包括分段四极杆组离子导引件或滤质器302。然而，预期其它实施例，其中第二离子导引件302可包括四极离子导引件、六极离子导引件、八极离子导引件、多极离子导引件、分段多极离子导引件、离子漏斗离子导引件、离子隧道离子导引件(例如，包括多个环电极，其各自具有离子可从中穿过的孔隙或以其它方式形成离子导引区)或结合环离子导引件。
质谱仪100可包括位于第二离子导引件302的下游的一个或多个传递透镜303。传递透镜303中的一个或多个可位于第三真空腔室或第三差动抽吸区中。离子可穿过另一差动抽吸孔隙进入第四真空腔室或第四差动抽吸区。一个或多个传递透镜303还可位于第四真空腔室或第四差动抽吸区中。
质谱仪100可包括位于所述一个或多个传递透镜303的下游的质量分析仪304，且可位于例如第四或另一真空腔室或者第四或另一差动抽吸区中。质量分析仪304可包括飞行时间(“TOF”)质量分析仪。飞行时间质量分析仪304可包括线性或正交加速度飞行时间质量分析仪。
根据各种实施例，可提供正交加速度飞行时间质量分析仪304，其包括通过无场漂移区分隔的一个或多个正交加速度推送器电极305(或作为替代和/或另外，一个或多个拉动器电极)和离子检测器307。飞行时间质量分析仪304可任选地包括在推送器电极305和离子检测器307中间的一个或多个反射器306。
尽管非常合乎需要，但应认识到，质量分析仪不必包括飞行时间质量分析仪304。更一般地说，质量分析仪304可包括以下中的任一个：(i)四极质量分析仪；(ii)2D或线性四极质量分析仪；(iii)Paul或3D四极质量分析仪；(iv)Penning阱质量分析仪；(v)离子阱质量分析仪；(vi)磁性扇区质量分析仪；(vii)离子回旋共振(“ICR”)质量分析仪；(viii)傅里叶变换离子回旋共振(“FTICR”)质量分析仪；(ix)静电质量分析仪，其被布置成产生具有四角对数电位分布的静电场；(x)傅里叶变换静电质量分析仪；(xi)傅里叶变换质量分析仪；(xii)飞行时间质量分析仪；(xiii)正交加速度飞行时间质量分析仪；以及(xiv)线性加速度飞行时间质量分析仪。
尽管在图3中未图示，但质谱仪100还可包括一个或多个任选的另外的装置或级。举例来说，根据各种实施例，质谱仪100可另外包括一个或多个离子迁移分离装置和/或一个或多个场不对称离子迁移谱仪(“FAIMS”)装置，和/或用于根据一个或多个物理-化学性质在时间上和/或空间上分离离子的一个或多个装置。举例来说，根据各种实施例的质谱仪100可包括一个或多个分离级，其用于根据其质量、碰撞横截面、构象、离子迁移、差动离子迁移或另一物理-化学参数在时间上或以其它方式分离离子。
质谱仪100可包括一个或多个离散离子阱或一个或多个离子捕集区。然而，如将在下文更详细地描述，轴向捕集电压可施加到第一离子导引件301和/或第二离子导引件302的一个或多个区段或一个或多个电极以便在短时间周期内轴向限制离子。举例来说，离子可被捕集或轴向受限持续某一时间周期且接着被释放。离子可以与下游离子光学组件同步的方式释放。举例来说，为了增强所关注的分析物离子的工作循环，轴向捕集电压可施加到第二离子导引件302的上一电极或级。轴向捕集电压接着可被移除，且电压脉冲到飞行时间质量分析仪304的推送器电极305的施加可与离子的脉冲释放同步，以便增加所关注的分析物离子的工作循环，所述分析物离子接着随后由质量分析仪304进行质量分析。此方法可被称为增强型工作循环(“EDC”)操作模式。
此外，质谱仪100可包括一个或多个碰撞、碎裂或反应室，其选自由以下组成的组：(i)碰撞诱导解离(“CID”)碎裂装置；(ii)表面诱导解离(“SID”)碎裂装置；(iii)电子转移解离(“ETD”)碎裂装置；(iv)电子捕获解离(“ECD”)碎裂装置；(v)电子碰撞或撞击解离碎裂装置；(vi)光诱导解离(“PID”)碎裂装置；(vii)激光诱导解离碎裂装置；(viii)红外辐射诱导解离装置；(ix)紫外辐射诱导解离装置；(x)喷嘴-撇渣器界面碎裂装置；(xi)源内碎裂装置；(xii)源内碰撞诱导解离碎裂装置；(xiii)热源或温度源碎裂装置；(xiv)电场诱导碎裂装置；(xv)磁场诱导碎裂装置；(xvi)酶消化或酶降解碎裂装置；(xvii)离子-离子反应碎裂装置；(xviii)离子-分子反应碎裂装置；(xix)离子-原子反应碎裂装置；(xx)离子-亚稳态离子反应碎裂装置；(xxi)离子-亚稳态分子反应碎裂装置；(xxii)离子-亚稳态原子反应碎裂装置；(xxiii)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-离子反应装置；(xxiv)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-分子反应装置；(xxv)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-原子反应装置；(xxvi)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳态离子反应装置；(xxvii)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳态分子反应装置；(xxviii)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳态原子反应装置；和(xxix)电子电离解离(“EID”)碎裂装置。
质谱仪100可包括一个或多个滤质器，其选自由以下组成的组：(i)四极滤质器；(ii)2D或线性四极离子阱；(iii)Paul或3D四极离子阱；(iv)Penning离子阱；(v)离子阱；(vi)磁性扇区滤质器；(vii)飞行时间滤质器；以及(viii)Wien过滤器。
第四或另外的真空腔室或者第四或另外的差动抽吸区可维持在比第三真空腔室或第三差动抽吸区低的压力下。第三真空腔室或第三差动抽吸区可维持在比第二真空腔室或第二差动抽吸区低的压力下，且第二真空腔室或第二差动抽吸区可维持在比第一真空腔室或第一差动抽吸区低的压力下。第一真空腔室或第一差动抽吸区可维持在比环境压力低的压力下。环境压力可被视为在海平面处近似1013毫巴。
质谱仪100可包括被配置成生成分析物离子的离子源。在各种特定实施例中，离子源可包括大气压电离(“API”)离子源，例如电喷雾电离(“ESI”)离子源或大气压化学电离(“APCI”)离子源。
图4以一般形式展示已知大气压电离(“API”)离子源，例如电喷雾电离(“ESI”)离子源或大气压化学电离(“APCI”)离子源。离子源可包括例如电喷雾电离探针401，其可包括可穿过其供应分析物液体的内部毛细管402。分析物液体可包括来自LC柱或输注泵的流动相。分析物液体经由内部毛细管402或探针进入，且以气动方式转换为静电带电气溶胶喷雾。溶剂借助于被加热的去溶剂化气体从喷雾蒸发。去溶剂化气体可经由环状物提供，所述环状物环绕内部毛细管402和雾化器气体从中射出的中间环绕雾化器管件403两者。去溶剂化气体可由环形电去溶剂化加热器404加热。所得分析物和溶剂离子接着导向安装到离子块405中的样本或取样锥孔隙，从而形成质谱仪100的初始级。
内部毛细管402优选地被雾化器管件403环绕。内部毛细管402的发射端可突出超出雾化器管件403。内部毛细管402和雾化器管件403可被如图4所示的去溶剂化加热器布置404环绕，其中去溶剂化加热器404可被布置成加热去溶剂化气体。去溶剂化加热器404可被布置成将去溶剂化气体从环境温度一直加热到约600℃的温度。根据各种实施例，去溶剂化加热器404在API气体关断时始终关断。
去溶剂化气体和雾化器气体可包括氮、空气或另一气体或气体的混合物。该气体(例如氮、空气或另一气体或气体的混合物)可用作去溶剂化气体、雾化器气体和气帘气体(cone gas)两者。气帘气体的功能将在下文更详细地描述。
内部探针毛细管402可由不熟练的用户容易地更换，而不需要使用任何工具。电喷雾探针402可支持0.3到1.0mL/分钟范围内的LC流动速率。
根据各种实施例，光检测器可用于与质谱仪100串联。应理解，光检测器可具有近似1000psi的最大压力能力。相应地，考虑到其它系统组件所导致的背压，电喷雾电离探针401可被布置成不会导致大于约500psi的背压。仪器可被布置成使得1.0mL/分钟下50:50甲醇/水的流不形成大于500psi的背压。
根据各种实施例，可利用106到159L/小时之间的雾化器流动速率。
ESI探针401可由可具有0.3到1.5kV的操作范围的电力供应供电。
然而，应理解，可改为将各种其它不同类型的离子源联接到质谱仪100。举例来说，根据各种实施例，离子源可更一般地说包括以下中的任一个：(i)电喷雾电离(“ESI”)离子源；(ii)大气压光电电离(“APPI”)离子源；(iii)大气压化学电离(“APCI”)离子源；(iv)基质辅助激光解吸电离(“MALDI”)离子源；(v)激光解吸电离(“LDI”)离子源；(vi)大气压电离(“API”)离子源；(vii)硅上解吸电离(“DIOS”)离子源；(viii)电子撞击(“EI”)离子源；(ix)化学电离(“CI”)离子源；(x)场电离(“FI”)离子源；(xi)场解吸(“FD”)离子源；(xii)电感耦合等离子体(“ICP”)离子源；(xiii)快速原子轰击(“FAB”)离子源；(xiv)液体二次离子质谱(“LSIMS”)离子源；(xv)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(xvi)镍-63放射性离子源；(xvii)大气压基质辅助激光解吸电离离子源；(xviii)热喷雾离子源；(xix)大气取样辉光放电电离(“ASGDI”)离子源；(xx)辉光放电(“GD”)离子源；(xxi)撞击器离子源；(xxii)实时直接分析(“DART”)离子源；(xxiii)激光喷雾电离(“LSI”)离子源；(xxiv)超声喷雾电离(“SSI”)离子源；(xxv)基质辅助入口电离(“MAII”)离子源；(xxvi)溶剂辅助入口电离(“SAII”)离子源；(xxvii)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(xxviii)激光烧蚀电喷雾电离(“LAESI”)离子源；(xxix)表面辅助激光解吸电离(“SALDI”)离子源；或(xxx)低温等离子体(“LTP”)离子源。
层析或其它分离装置可设置在离子源300的上游，且可联接以便将流出物提供到离子源300。层析分离装置可以包括液相层析法或气相层析法装置。或者，分离装置可包括：(i)毛细管电泳(“CE”)分离装置；(ii)毛细管电层析(“CEC”)分离装置；(iii)基本上刚性的陶瓷基多层微流体基板(“瓷片”)分离装置；或(iv)超临界流体层析分离装置。
质谱仪100可包括在离子源300的下游的大气压界面或离子入口组合件。根据各种实施例，大气压界面可包括位于离子源401的下游的样本或取样锥406、407。由离子源401生成的分析物离子可经由样本或取样锥406、407通过进入或向前朝向质谱仪100的第一真空腔室或第一差动抽吸区。然而，根据其它实施例，大气压界面可包括毛细管界面。
如图4中所展示，由离子源401生成的离子可导向大气压界面，其可包括外部气体锥406和内部样本锥407。气帘气体可被供应到内部样本锥407和外部气体锥406之间的环形区。气帘气体可在大体与离子行进到质谱仪100中的方向相反的方向上从环状物射出。气帘气体可充当分簇气体，其有效地推除大污染物，借此防止大污染物撞击外部锥406和/或内部锥407，并且还防止大污染物进入质谱仪100的初始真空级。
图5更详细展示类似于根据各种实施例的离子入口组合件的第一已知离子入口组合件。提供如下文参考图5和6A展示和描述的已知离子入口组合件是为了强调根据各种实施例的离子入口组合件的各个方面，并且还使得可完全理解如下文参考图6C展示和论述的根据各种实施例的离子入口组合件之间的差异。
参看图5，应理解，离子源(未图示)生成导向质谱仪100的真空腔室505的分析物离子。
提供气体锥组合件，其包括具有孔隙515的内部气体锥或取样锥513和具有孔隙521的外部气体锥517。可弃式盘片525布置在内部气体锥或取样513的下方或下游，且通过安装元件527固持在适当位置。盘片525覆盖真空腔室505的孔隙511。盘片525通过安置在安装元件527上的内部气体锥513可移除地固持在适当位置。
如将在下文参考图6C更详细地论述，根据各种实施例，安装元件527并不设置在优选的离子入口组合件中。
盘片525具有离子可穿过的孔隙或取样孔口529。
托架531布置在盘片525的底部或下方。托架531被布置成覆盖真空腔室505的孔隙511。在移除盘片525后，托架531可归因于吸入压力而保持在适当位置。
图6A展示第一已知离子入口组合件的分解视图。外部气体锥517具有锥孔隙521且可滑动地安装在夹具535内。夹具535允许用户移除外部气体锥517，而不必实际上触碰外部气体锥517(其将在使用期间变热)。
内部气体锥或取样锥513展示为安装在外部气体锥517后方或下方。
已知布置利用具有1mm直径孔隙的托架531。离子块802也展示为具有校准端口550。然而，校准端口550并不设置在根据各种实施例的离子入口组合件中。
图6B展示如具有隔离阀560的不同仪器上所使用的第二不同已知离子入口组合件，当外部锥气体喷嘴517和内部喷嘴513被移除以进行维修时所述隔离阀需要保持真空压力。内部锥513具有到质谱仪的后续级中的气体限制孔口。内部气体锥513包括需要例行移除和清洁的高成本高精度零件。内部气体锥513不是可弃式物品或消耗品。在移除内部取样锥513之前，隔离阀560必须旋转到闭合位置以便使质谱仪的下游真空级与大气压隔离。因此需要隔离阀560以便在移除内部气体取样锥513以进行清洁时保持真空压力。
图6C展示根据各种实施例的离子入口组合件的分解视图。根据各种实施例的离子入口组合件大体上类似于如上文参考图5和6A展示和描述的第一已知离子入口组合件，只是存在若干差异。一个差异是，校准端口550并不设置在离子块802中，且不提供安装部件或安装元件527。
相应地，离子块802和离子入口组合件已经简化。此外，重要的是，盘片525可包括相比于常规布置直径实质上较小的0.25或0.30mm直径孔隙盘片525。
根据各种实施例，盘片525和真空固持部件或托架531两者可具有相比于例如上文参考图5和6A展示和描述的第一已知布置等常规布置实质上较小直径孔隙。
举例来说，第一已知仪器利用具有1mm直径孔隙的真空固持部件或托架531。相比而言，根据各种实施例，根据各种实施例的真空固持部件或托架531可具有小得多的直径孔隙，例如0.3mm或0.40mm直径孔隙。
图6D更详细展示根据各种实施例的离子块组合件802可如何围封在大气压源或壳体中。离子块组合件802可安装到抽吸块或热界面600。离子通过离子块组合件802且接着通过抽吸块或热界面600进入质谱仪100的第一真空腔室601。第一真空腔室601优选地容纳如图6D所示且可包括结合环离子导引件301的第一离子导引件301。图6D还指示离子进入603质谱仪100如何还表示潜在泄漏路径。具有真空抽吸系统的配置的离子入口组合件中的各种气流限制孔隙的直径之间需要适当压力平衡。
图6E展示根据各种实施例的离子入口组合件，且示出离子在通过穿孔盘片525之前如何通过外部气体锥517和内部气体锥或取样锥513。不同于如上文所描述的第一已知离子入口组合件，不提供安装部件或安装元件。
离子接着通过固定阀690中的孔隙。固定阀690通过吸入压力固持在适当位置，且不可由用户在正常操作中移除。展示三个O型环真空密封件692a、692b、692c。固定阀690可由不锈钢形成。通常指示质谱仪100的真空区695。
图6F展示外部锥517、内部取样锥513和穿孔盘片525已经由用户通过撤回或移除至少外部锥517可滑动地插入到的夹具535而移除。根据各种实施例，内部取样锥513还可附接或固定到外部锥517使得两者同时被移除。
代替于利用常规可旋转隔离阀，固定不可旋转阀690设置或以其它方式保持在离子块802中。展示O型环密封件692a，其确保在固定阀690的外部主体和离子块802之间提供真空密封。还展示离子块电压触点696。还展示用于内部锥和外部锥513、517的O型环密封件692b、692c。
图6G示出根据各种实施例固定阀690可如何保持在离子块802内以及可如何借助于O型环密封件692a形成与离子块的气密密封。归因于仪器的真空腔室695内的真空压力，当操作仪器时，用户不能够从离子块802移除固定阀690。展示在正常操作期间抵着离子块802将固定阀690固持在固定位置的吸力的方向。
到固定阀690中的入口孔隙的尺寸被设计成实现最佳操作条件和组件可靠性。预期其中入口孔隙的形状可为圆柱形的各种实施例。然而，预期其它实施例，其中可存在一个以上入口孔隙和/或其中到固定阀690的所述一个或多个入口孔隙可具有非圆形孔隙。还预期其中所述一个或多个入口孔隙可与固定阀690的纵向轴线成非零角度的角的实施例。
应理解，从离子块802整体移除固定阀690将在质谱仪100内快速产生真空压力的总损失。
根据各种实施例，离子入口组合件可暂时密封以便允许质谱仪100内的真空壳体被填充干燥氮气以进行运输。应了解，用干燥氮气填充真空腔室允许在用户初始仪器安装期间较快地初始抽真空。
应了解，因为根据各种实施例真空固持部件或托架531中的内部孔隙的直径实质上小于常规布置，所以当移除和/或更换盘片525时仪器的第一和后续真空腔室内的真空可维持比常规情况下可能的时间周期实质上更长的时间周期。
相应地，相比于其它已知质谱仪，根据各种实施例的质谱仪100不需要隔离阀来在移除例如外部气体锥517、内部气体锥513或盘片525等组件时维持仪器内的真空。
根据各种实施例的质谱仪100因此使得能够提供成本减小的仪器，而且用户操作起来较简单，因为不需要隔离阀。此外，用户不需要理解或学习如何操作此隔离阀。
离子块组合件802可包括加热器以便保持离子块802高于环境温度，从而防止分析物、溶剂、中性粒子或冷凝物的液滴形成于离子块802内。
根据一实施例，当用户希望更换和/或移除外部锥517和/或内部取样锥513和/或盘片525的任一个时，源或离子块加热器和去溶剂化加热器404两者可关断。离子块802的温度可由热电偶监测，所述热电偶可设置在离子块加热器内或可以其它方式设置在离子块802中或设置成邻近于离子块802。
当确定离子块的温度已经下降到例如55℃等特定温度以下时，可告知用户夹具535、外部气体锥517、内部气体取样锥513和盘片525充分冷却下来，使得用户可触碰它们，而不会有受伤的重大风险。
根据各种实施例，用户可简单地在不到两分钟内移除和/或更换外部气体锥517和/或内部气体取样锥513和/或盘片525，而不需要对仪器进行排气。确切地说，仪器内的低压力通过固定阀690中的孔隙维持足够的时间周期。
根据各种实施例，仪器可被布置成使得样本锥维护期间到源或离子块802中的最大泄漏速率近似7毫巴L/s。举例来说，假定9m3/小时(2.5L/s)的前级泵速度和3毫巴的最大可接受压力，则取样锥维护期间的最大泄漏速率可近似2.5L/s x 3毫巴＝7.5毫巴L/s。
离子块802可包括具有K型热敏电阻的离子块加热器。如将在下文更详细地描述，根据各种实施例，可停用源(离子块)加热器以允许源或离子块802的强制性冷却。举例来说，当API气体被供应到离子块802以便使其冷却下来时，可切断去溶剂化加热器404和/或离子块加热器。根据各种实施例，来自探针401的去溶剂化气体流和/或雾化器气体流任一个可导向离子块802的锥区517、513。另外和/或作为替代，气帘气体供应可用于使离子块802和内部锥及外部锥513、517冷却。确切地说，通过关断去溶剂化加热器404但维持来自探针401的雾化器和/或去溶剂化气体的供应以便用环境温度氮气或其它气体填充容纳离子块的罩壳将对于形成离子入口组合件的可在维修期间由用户触碰的金属和塑料组件具有快速冷却效应。还可供应环境温度(例如18-25℃范围内)气帘气体以便辅助快速地冷却离子入口组合件。常规仪器不具有引起离子块802和气体锥521、513的快速冷却的功能性。
来自源罩壳的液体和气态排气可馈送到捕集瓶中。可布设泄放管道以避免电子组件和布线。仪器可被布置成使得源罩壳中的液体始终泄放出去，即使在仪器被切断时也如此。举例来说，应理解，到源罩壳中的LC流可在任何时间存在。
可提供排气止回阀使得当API气体关断时，排气止回阀防止在源罩壳和捕集瓶中形成真空。排气捕集瓶可具有≥5L的容量。
流体系统可包括活塞泵，其允许设定的溶液自动引入到离子源中。活塞泵可具有0.4到50mL/分钟的流动速率范围。可提供转向/选择阀，其允许在LC流和到源中的一个或两个内部设定溶液流之间的快速自动转换。
根据各种实施例，可提供三个溶剂瓶201。溶剂A瓶可具有范围250-300mL内的容量，溶剂B瓶可具有范围50-60内的容量，且溶剂C瓶可具有范围100-125mL内的容量。溶剂瓶201可容易由可容易地再填充溶剂瓶的用户观察。
根据一实施例，溶剂A可包括锁定质量，溶剂B可包括校准物，且溶剂C可包括洗液。溶剂C(洗液)可连接到冲洗端口。
可设置驱动器PCB以便控制活塞泵和转向/选择阀。在加电时，活塞泵可归位，且可设定各种吹扫参数。
流体学装置可由软件控制，且可依据仪器状态和API气体阀状态以如下详述的方式实现：
当停用流体学装置的软件控制时，阀被设定到转向位置且泵停止。
图7A示出根据各种实施例的真空抽吸布置。
分流式涡轮分子真空泵(通常被称为“涡轮”泵)可用于抽吸第四或另外的真空腔室或者第四或另外的差动抽吸区、第三真空腔室或第三差动抽吸区，以及第二真空腔室或第二差动抽吸区。根据一实施例，涡轮泵可包括装配有TC110控制器的Pfeiffer(RTM)分流式涡轮泵310或Edwards(RTM)nEXT300/100/100D涡轮泵。涡轮泵可通过冷却风扇进行空气冷却。
涡轮分子真空泵的前级可以是例如旋转式轮叶真空泵或隔膜真空泵等粗抽泵或前级泵。粗抽泵或前级泵还可以用于抽吸容纳第一离子导引件301的第一真空腔室。粗抽泵或前级泵可包括Edwards(RTM)nRV14i前级泵。前级泵可设置在仪器外部，且可经由如图7A中所示的前级线路700连接到容纳第一离子导引件301的第一真空腔室。
例如冷阴极计量器702等第一压力计可被布置成且适于监测第四或另外的真空腔室或者第四或另外的差动抽吸区的压力。根据一实施例，飞行时间壳体压力可由Inficon(RTM)MAG500冷阴极计量器702监测。
例如Pirani计量器701等第二压力计可被布置成且适于监测前级泵线路700及因此第一真空腔室的压力，所述第一真空腔室与上游抽吸块600和离子块802成流体连通。根据一实施例，仪器前级压力可由Inficon(RTM)PSG500 Pirani计量器701监测。
根据各种实施例，观察到的泄漏加上飞行时间腔室的除气速率可被布置成小于4x10-5毫巴L/s。假定200L/s有效涡轮泵速，则可允许的泄漏加上除气速率为5x10-7毫巴x200L/s＝1x10-4毫巴L/s。
可使用例如Edwards(RTM)nEXT300/100/100D涡轮泵等涡轮泵，其具有400L/s的主端口泵速。如下文将更详细描述，EMC屏蔽措施可使泵速减小近似20％使得有效泵速为320L/s。相应地，根据各种实施例的最终真空可为4x10-5毫巴L/s/320L/s＝1.25x10-7毫巴。
根据一实施例，抽真空序列可包括如图7B所示闭合软排气电磁阀，从而启动前级泵且等待直至前级压力下降到32毫巴。如果在启动前级泵的3分钟内未达到32毫巴，则可执行排气序列。假定在3分钟内达到32毫巴的压力，则接着启动涡轮泵。当涡轮速度超出最大速度的80％时，接着可接通飞行时间真空计702。应理解，真空计702是灵敏的检测器，且因此仅在真空压力使得真空计702不会被损坏时接通。
如果涡轮速度在8分钟内未达到最大速度的80％，则可执行排气序列。
一旦确定飞行时间真空腔室压力<1x10-5毫巴，则可认为抽真空序列完成。
如果将执行排气序列，则仪器可切换到待用操作模式。飞行时间真空计702可切断，且涡轮泵也可切断。当涡轮泵速度下降到小于最大值的80％时，可打开如图7B所示的软排气电磁阀。系统接着可等待10秒，然后切断前级泵。
所属领域的技术人员将理解，如图7B所示的涡轮软排气电磁阀和软排气线路的目的是使得能够在受控的速率下对涡轮泵进行排气。应理解，如果以太快的速率对涡轮泵进行排气，则涡轮泵可能被损坏。
仪器可切换到维护操作模式，维护操作模式允许工程师对除真空系统或并入有真空系统的子系统外的所有仪器子系统执行维修工作，而不必对仪器进行排气。仪器可在维护模式中抽真空，且相反仪器也可在维护模式中排气。
可提供真空系统保护机构，其中如果涡轮速度下降到小于最大速度的80％，则起始排气序列。类似地，如果前级压力增加到大于10毫巴，则也可起始排气序列。根据一实施例，如果涡轮功率超出120W超过15分钟，则也可起始排气序列。如果在仪器加电时涡轮泵速度>最大值的80％，则仪器可设定到抽吸状态，否则仪器可设定到排气状态。
图7B展示可根据各种实施例利用的气体处理系统的示意图。可提供储存止回阀721，其允许用氮气填充仪器以供储存和运输。储存止回阀721与线内过滤器成流体连通。
可提供软排气流量限制器，其可将最大气流限制为小于软排气释放阀的容量以便防止在单个故障条件下分析仪压力超过0.5巴。软排气流量限制器可包括直径在0.70到0.75mm范围内的孔口。
可提供供应压力传感器722，其可指示氮气压力是否已经降到4巴以下。
可提供API气体电磁阀，其常闭且具有不低于1.4mm的孔隙直径。
展示优选地包括氮气入口的API气体入口。根据各种实施例，雾化器气体、去溶剂化气体和气帘气体全部从共同氮气源供应。
可提供软排气调节器，其可用以防止在正常条件下分析仪压力超过0.5巴。
可提供软排气止回阀，其可以允许仪器在氮气供应关断的情况下向大气进行排气。
可提供可具有345毫巴的破裂压力的软排气释放阀。软排气释放阀可用以防止在单个故障条件下分析仪中的压力超过0.5巴。穿过软排气释放阀的气体流动速率可被布置成在0.5巴的差压下不会小于2000L/h。
软排气电磁阀可通常处于打开位置。软排气电磁阀可被布置成限制气体流动速率以便允许在100％旋转速度下涡轮泵的排气，而不会对泵造成损坏。最大孔口直径可为1.0mm。
最大氮气流量可受限，使得如果气体处理发生灾难性故障，则进入实验室的氮气的最大泄漏速率应小于最大安全流动速率的20％。根据各种实施例，可使用具有1.4到1.45mm的直径的孔口。
可提供源压力传感器。
可提供具有345毫巴的破裂压力的源释放阀。源释放阀可被布置成防止在单个故障条件下源中的压力超过0.5巴。穿过源释放阀的气体流动速率可被布置成在0.5巴的差动抽吸压力下不会小于2000L/h。合适的阀为Ham-Let(RTM)H-480-S-G-1/4-5psi阀。
可提供锥限制器来针对7巴的输入压力将锥流动速率限制为36L/小时。锥限制器可包括0.114mm孔口。
去溶剂化流量可由去溶剂化流量限制器针对7巴的输入压力限制为940L/小时的流动速率。去溶剂化流量限制器可包括0.58mm孔口。
可提供具有至少4到7巴表压的先导操作压力范围的夹捏阀。夹捏阀可常开且可具有至少0.5巴表压的最大入口操作压力。
当请求仪器关断API气体时，控制软件可闭合API气体阀，等待2秒且接着闭合源排气阀。
如果发生压力开关断开(压力<4巴)的API气体故障，则可停用API气体的软件控制且可闭合API气体阀。系统接着可等待2秒，然后闭合排气阀。
为了接通API气体，可接通源压力监测器，在执行源压力测试时除外。来自软件的API气体接通或关断请求可作为API气体请求状态(其可为接通或关断中的任一个)存储。在下文呈现另外的细节：
API气体请求状态 API气体控制状态 API气体阀
接通 启用 打开
接通 停用 闭合
关断 启用 闭合
关断 停用 闭合
图7C展示流程图，其展示仪器对用户接通API气体的请求的响应。可确定是否启用API气体的软件控制。如果未启用软件控制，则可拒绝请求。如果启用API气体的软件控制，则可打开开放式源排气阀。接着，在2秒的延迟之后，可打开API气体阀。接着监测压力。如果确定压力在20-60毫巴之间，则可传送或发布警示消息。如果压力大于60毫巴，则可接着闭合API气体阀。接着在2秒的延迟之后，可闭合源排气阀，且可发生高排气压力行程。
可通过运行源压力测试使高排气压力行程复位。
根据各种实施例，API气体阀可在源压力传感器感测到过大压力的100ms内闭合。
图7D展示流程图，其示出根据各种实施例可执行的源压力测试。可开始源压力测试，且可停用流体学装置的软件控制，使得没有流体流到电喷雾探针401中。还可停用API气体的软件控制，即关断API。接着可检查压力开关。如果压力超过4巴持续超过1秒，则可打开API气体阀。然而，如果压力小于4巴持续超过1秒，则源压力测试可归因于低API气体压力而移动到失败状态。
假定API气体阀打开，则接着可监测压力。如果压力处于18-100毫巴范围，则可输出指示可能的排气问题的警示消息。如果警示状态持续超过30秒，则系统可得出结论：源压力测试已经归因于排气压力过高而失败。
如果监测到的压力确定为小于18毫巴，则闭合源排气阀。
接着可再次监测压力。如果压力小于200毫巴，则可发布指示可能的源泄漏的警示消息。
如果确定压力大于200毫巴，则可闭合API气体阀且可打开源排气阀，即系统期望构建压力且对泄漏进行测试。系统接着可等待2秒，然后确定通过源压力测试。
如果源压力测试已确定为已经通过，则高压力排气行程可复位且可启用流体学装置的软件控制。接着可启用API气体的软件控制，且源压力测试接着可结束。
根据各种实施例，API气体阀可在源压力传感器感测到过大压力的100ms内闭合。
如果发生源压力测试故障，则转向阀位置可设定为转向且阀可保持在此位置中直至通过源压力测试或测试被越驰。
预期在某些情形中，源压力测试可被越驰。相应地，在用户已经将任何潜在风险评估为可接受的情况下，可准许他们继续使用仪器。如果准许用户继续使用仪器，则仍可显示源压力测试状态消息以便展示原始故障。因此，可提醒用户持续的故障状态，使得用户可继续重新评估任何潜在风险。
在用户请求源压力测试越驰的情况下，系统可复位高压力排气行程且接着启用转向阀的软件控制。系统接着可启用API气体的软件控制，然后确定源压力测试越驰完成。
源压力测试和源压力监测中使用的压力读数可包含零偏移校正。
可如下详述概括气体和流体学装置控制职责：
操作模式 软件 电子器件
Operate 气体和流体学装置 无
省电 气体 流体学装置
待用 气体 流体学装置
SPT/故障 无 气体和流体学装置
真空损耗 无 气体和流体学装置
气体故障状态 无 气体和流体学装置
Operate气体关断 气体 流体学装置
可在用户触发互锁的情况下起始压力测试。
仪器可在各种不同操作模式下操作。如果在Operate、过压或省电模式中时涡轮泵速度下降到小于最大速度的80％，则仪器可进入待用状态或操作模式。
如果飞行时间真空腔室中的压力大于1x10-5毫巴和/或涡轮速度小于最大速度的80％，则可防止仪器在Operate操作模式中操作。
根据各种实施例，仪器可在省电模式中操作。在省电操作模式中，可停止活塞泵。如果在转向阀处于LC位置时仪器切换到省电模式，则转向阀可改变到转向位置。省电操作模式可被视为默认操作模式，其中所有反电压保持接通，正电压关断且气体关断。
如果仪器从省电操作模式切换到Operate操作模式，则活塞泵转向阀可返回到其先前状态，即其紧接在进入省电操作模式之前的状态。
如果在仪器处于Operate操作模式时飞行时间区压力升高到高于1.5x10-5毫巴，则仪器可进入过压操作模式或状态。
如果在仪器处于过压操作模式时飞行时间压力进入1×10-8到1×10-5毫巴范围，则仪器可进入Operate操作模式。
如果在仪器处于Operate操作模式时API气体压力降到其行程水平以下，则仪器可进入气体故障状态或操作模式。仪器可保持在气体故障状态直至以下两种情况：(i)API气体压力高于其行程水平；以及(ii)仪器在待用或省电模式中的任一个中操作。
根据一实施例，当源覆盖件打开时，仪器可从Operate操作模式过渡到源互锁打开的Operate操作模式。类似地，当源覆盖件闭合时，仪器可从源互锁打开的Operate操作模式过渡到Operate操作模式。
根据一实施例，当源覆盖件打开时，仪器可从过压操作模式过渡到源互锁打开的过压操作模式。类似地，当源覆盖件闭合时，仪器可从源互锁打开的过压操作模式过渡到过压操作模式。
仪器可在若干不同操作模式中操作，所述若干不同操作模式可概括如下：
对前端电压的提及涉及施加到电喷雾毛细管电极402、源偏移、源或第一离子导引件301、孔隙#1(参看图15A)和四极离子导引件302的电压。
对分析仪电压的提及涉及除前端电压外的所有高电压。
对API气体的提及指代去溶剂化、锥和雾化器气体。
对不抽吸的提及指代除抽吸外的所有真空状态。
如果任何高电压电力供应失去与总体系统或全局电路系统控制模块的通信，则高电压电力供应可被布置成切断其高电压。全局电路系统控制模块可被布置成检测例如电力供应单元(“PSU”)、泵或计量器等任何子系统的通信损耗。
根据各种实施例，如果系统不能够验证所有子系统处于待用状态，则系统将不会将其状态或操作模式指示为待用。
从上表显而易见，当仪器在Operate操作模式中操作时，所有电压接通。当仪器过渡到在Operate操作模式中操作时，接着接通以下电压，即传递透镜电压、离子导引件电压、施加到第一离子导引件301和毛细管电极402的电压。此外，去溶剂化气体和去溶剂化加热器全部接通。
如果将发生严重故障，则仪器可切换到待用操作模式，其中除设置于离子块802中的源加热器之外的所有电压关断，且仅维修工程师可解决所述故障。应理解，仅当发生严重故障时或在维修工程师指定仪器应置于待用操作模式的情况下，仪器才可置于待用操作模式，其中除离子块802中的源加热器之外的电压关断，用户或消费者可(或可能不)能够将仪器置于待用操作模式。相应地，在待用操作模式中，所有电压关断，且去溶剂化气体流和去溶剂化加热器404全部关断。仅离子块802中的源加热器可保持接通。
仪器可默认地保持在省电模式，且可切换以便在Operate操作模式中操作，其中所有相关电压和气流接通。此方法显著缩短使仪器置于可用状态所花费的时间。当仪器过渡到省电操作模式时，以下电压接通-推送器电极305、反射器306、离子检测器307以及更一般地各种飞行时间质量分析仪304电压。
飞行时间质量分析仪304、离子检测器307和反射器306的电力供应的稳定性可影响仪器的质量准确性。当在已知常规仪器上接通或切换极性时的稳定时间为约20分钟。
已确认，如果电力供应为冷或已经保持关断持续长时间周期，则其可需要达10小时来升温和稳定。出于此原因，可防止消费者进入待用操作模式，进入待用操作模式将切断到飞行时间分析仪304的电压，包含反射器306和离子检测器307电力供应。
在启动时仪器可尽可能快地移动到省电操作模式，因为这使得在仪器正在抽真空的同时电力供应有足够的时间升温。因此，到仪器已达到实行仪器设置的所需压力的时候，电力供应将已经稳定，因此减少与质量准确性相关的任何问题。
根据各种实施例，如果容纳飞行时间质量分析仪304的真空腔室中发生真空故障，则可切断或关断到所有外围设备或子模块的功率，所述外围设备或子模块例如离子源300、第一离子导引件301、分段四极杆组离子导引件302、传递光学件303、推送器电极305高电压供应、反射器306高电压供应和离子检测器307高电压供应。出于仪器保护且确切地说保护飞行时间质量分析仪307的敏感组件不受高电压放电损坏的原因，电压基本上全部关断。
应理解，高电压可施加到飞行时间质量分析仪304中的紧密间隔的电极，这是基于这样的假设；操作压力将极低且因此将不存在火花或放电效应的风险。相应地，如果容纳飞行时间质量分析仪304的真空腔室中发生严重真空故障，则仪器可移除或关断到以下模块或子模块的功率：(i)离子源高电压供应模块；(ii)第一离子导引件301电压供应模块；(iii)四极离子导引件302电压供应模块；(iv)高电压推送器电极305供应模块；(v)高电压反射器306电压供应模块；以及(vi)高电压检测器307模块。仪器保护操作模式不同于待用操作模式，在待用操作模式中电力仍被供应到各种电力供应或模块或子模块。相比而言，在仪器保护操作模式中，通过全局电路系统控制模块的动作移除到各种电力供应模块的功率。相应地，如果电力供应模块中的一个发生故障，则其在故障条件中将仍不能接通电压，因为全局电路系统控制模块将拒绝到所述模块的功率。
图8更详细地展示根据各种实施例的质谱仪100的视图。质谱仪100可包括：第一真空PCB界面801a，其具有用于将第一真空界面PCB 801a直接连接到第一本地控制电路系统模块(未图示)的第一连接器817a；以及第二真空PCB界面801b，其具有用于将第二真空界面PCB 801b直接连接到第二本地控制电路系统模块(未图示)的第二连接器817b。
质谱仪100可进一步包括安装到抽吸块或热隔离级(图8中不可检视)的抽吸或离子块802。根据各种实施例，可提供一个或多个梢钉或凸起802a，其使源罩壳(未图示)能够连接到并保护和容纳离子块802。源罩壳可起到防止用户无意中接触与电喷雾探针402相关联的任何高电压的作用。微动开关或其它形式的互锁可用于检测用户打开源罩壳以便实现源接取，于是接着可出于用户安全原因关断到离子源402的高电压。
离子经由可包括结合环离子导引件的初始或第一离子导引件301且接着经由分段四极杆组离子导引件302传输到传递透镜或传递光学件布置303。传递光学件303可设计成提供高效离子导引件且介接到飞行时间质量分析仪304中，同时还减小制造成本。
离子可经由传递光学件303传输使得离子到达推送器电极组合件305。推送器电极组合件305还可设计成提供高性能，同时减小制造成本。
根据各种实施例，可提供悬臂式飞行时间堆叠807。悬臂式布置可用于安装飞行时间堆叠或飞行管807，且具有以热方式和电学方式这两种方式隔离飞行时间堆叠或飞行管807的优点。悬臂式布置表示独立于常规仪器的有价值的设计，且产生仪器性能的相当大的改进。
根据一实施例，可使用氧化铝陶瓷间隔物和塑料(PEEK)梢钉。
根据一实施例，当引入锁定质量且仪器经校准时，飞行时间堆叠或飞行管807将不经受热膨胀。根据各种实施例的悬臂式布置与已知布置形成对比，在已知布置中反射器306和推送器组合件305两者安装到侧凸缘的两端。因此，常规布置经受热冲击。
离子可被布置成传递到飞行管807中且可由反射器306朝向离子检测器811反射。来自离子检测器811的输出被传递到预放大器(未图示)，然后到达模数转换器(“ADC”)(同样未图示)。反射器306优选地设计成提供高性能，同时还减小制造成本和改进可靠性。
如图8所示，共同地形成反射器子组合件的各种电极环和间隔物可安装到多个PEEK支撑杆814。反射器子组合件接着可使用一个或多个开尾销813夹持到飞行管807。因此，反射器子组合件的组件保持在压缩下，这使形成反射器的个别电极能够以高精度维持彼此平行。根据各种实施例，组件可保持在弹簧负载压缩下。
推送器电极组合件305和检测器电子器件或离散检测器模块可安装到共同推送器板组合件1012。这在下文参考图10A-10C更详细地描述。
飞行时间质量分析仪304可具有全长覆盖件809，其可容易地移除从而实现大范围维修接取。全长覆盖件809可由多个螺杆(例如，5个螺杆)固持在适当位置。维修工程师可撤去五个螺杆以便暴露飞行时间管件807和反射器306的全长。
质量分析仪304可进一步包括可移除盖810以便实现快速维修接取。确切地说，可移除盖810可为维修工程师提供接取使得维修工程师可更换如图10C所示的入口板1000。确切地说，入口板1000可能归因于离子冲击在入口板1000的表面上而被污染，从而产生表面充电效应且潜在地减小从传递光学件303到邻近于推送器电极305的推送器区中的离子传递的效率。
展示SMA(超小型A)连接器或壳体850，但从视图遮蔽AC联接器851。
图9展示推送器板组合件912、飞行管907和反射器堆叠908。还展示具有推送器屏蔽覆盖件的推送器组合件905。飞行管907可包括挤压成型或塑料飞行管。反射器306可利用比常规反射器少的陶瓷组件，借此减小制造成本。根据各种实施例，相比于常规反射器布置，反射器306可更好地利用PEEK。
展示SMA(超小型A)连接器或壳体850，但从视图遮蔽AC联接器851。
根据其它实施例，反射器306可包括结合反射器。根据另一实施例，反射器306可包括金属化陶瓷布置。根据另一实施例，反射器306可包括急动而后结合(jigged thenbonded)布置。
根据替代实施例，代替于堆叠、安装和固定多个电极或环，可提供例如陶瓷等绝缘材料的单个块状件。接着可为表面上的导电金属化区提供到这些区的电连接以便限定所要电场。举例来说，由于如常规所知堆叠多个个别环，单件圆柱形陶瓷的内表面可具有沉积的多个平行金属化导电环，作为提供潜在表面的替代方法。块状陶瓷材料提供施加到不同表面区的不同电位之间的绝缘。替代的布置减小组件数目借此简化总体设计、改进容差累积并减小制造成本。此外，预期可以此方式构造多个装置，且所述多个装置可与设置于其间的栅格或透镜组合，或不存在设置于其间的栅格或透镜。举例来说，根据一个实施例，可提供第一栅电极，继之以第一陶瓷圆柱形元件，继之以第二栅电极，继之以第二陶瓷圆柱形元件。
图10A展示根据各种实施例包括三个部分的推送器板组合件1012。根据替代实施例，可如图10B所示提供单片支撑板1012a。单片支撑板1012a可通过挤压制成。支撑板1012a可包括具有多个(例如四个)固定点1013的马蹄形托架。根据一实施例，四个螺杆可用于将马蹄形托架连接到质谱仪的壳体且使得能够提供悬臂式布置。托架可维持在可与飞行时间电压(即4.5kV)相同的电压。对比之下，质谱仪壳体可维持在接地电压，即0V。
图10C展示具有安装在其上的推送器电极组合件和离子检测器组合件1011的推送器板组合件1012。展示具有离子入口缝隙或孔隙的入口板1000。
推送器电极可包括双重栅电极布置，其具有如图16C中更详细地展示的第二和第三栅电极之间的2.9mm无场区。
图11展示流程图，其示出一旦已按压开始按钮就可发生的各种过程。
根据一实施例，当前级泵接通时，可检查压力在三分钟操作内<32毫巴。如果在三分钟操作内未实现或确认<32毫巴的压力，则可发布粗抽逾时(琥珀色)警示。
图12A展示根据各种实施例的涡轮分子泵的三个不同抽吸端口。第一抽吸端口H1可被布置成邻近于分段四极杆组302。第二抽吸端口H2可被布置成邻近于传递透镜布置303的第一透镜组。第三抽吸端口(其可称为H端口或H3端口)可直接连接到飞行时间质量分析仪304真空腔室。
图12B从不同视角展示第一抽吸端口H1和第二抽吸端口H2。展示在使用中安装到离子块802的用户夹具535。还指示第一离子导引件301和四极杆组离子导引件302。还展示雾化器或气帘气体输入1201。提供用于测量源中的压力的接取端口1251。提供(未完全展示)直接压力传感器，用于测量容纳初始离子导引件301且与离子块802的内部体积成流体连通的真空腔室中的压力。还展示肘管配件1250和过压释放阀1202。
可提供一个或多个部分刚性和部分柔性印刷电路板(“PCB”)。根据一实施例，可提供印刷电路板，其包括刚性部分1203a，所述刚性部分位于四极杆组区302的出口处且任选地至少部分布置成垂直于光学轴或离子行进穿过四极杆组302的方向。印刷电路板的上部或其它部分可包括柔性部分1203b，使得印刷电路板的柔性部分1203b在如图12B所示的侧构型中具有阶梯式形状。
根据各种实施例，H1和H2抽吸端口可包括EMC防裂护板。
还预期，涡轮泵可包括H或H3端口的动态EMC密封件。确切地说，EMC网状物可设置在H或H3端口上。
图13更详细地展示传递透镜布置303，且展示第二差动抽吸孔隙(孔隙#2)1301，其使容纳分段四极杆组302的真空腔室与可包括两个加速度电极的第一传递光学件分隔。展示根据一实施例的透镜元件的相对间隔、其内部直径和厚度。然而，应理解，电极或透镜元件的相对间隔、孔隙尺寸和厚度可相对于图13中指示的特定值变化。
第二孔隙(孔隙#2)1301上游的区可与涡轮泵的第一抽吸端口H1成流体连通。第三差动抽吸孔隙(孔隙#3)1302可设置于与第一传递光学件和第二传递光学件之间。
第二孔隙(孔隙#2)1301和第三孔隙(孔隙#3)1302之间的区可与涡轮泵的第二抽吸端口H2成流体连通。
布置在第三孔隙1302的下游的第二传递光学件可包括透镜布置，所述透镜布置包括与第三孔隙(孔隙#3)1302电连接的第一电极。透镜布置可进一步包括第二(运送)透镜和第三(运送/转向)透镜。通过第二传递光学件的离子接着通过管件透镜，然后通过入口孔隙1303。通过入口孔隙1303的离子通过缝隙或入口板1000进入推送器电极组合件模块。
孔隙#3 1302之后的透镜孔隙可包括水平缝隙或板。运送2/转向透镜可包括一对半板。
入口板1000可被布置成可相对容易地由维修工程师移除以进行清洁。
可通过引入5％的过度补偿蚀刻来制造形成总体传递光学件303的一部分的透镜板或电极中的一个或多个。还可执行额外后段蚀刻。常规透镜板或电极可由于制造工艺而具有相对尖锐的边缘。尖锐边缘可对于常规布置导致电崩溃。可根据各种实施例使用过度补偿蚀刻方法和/或额外后段蚀刻制造的透镜板或电极可具有显著减小的尖锐边缘，这减小了电崩溃的可能性并且降低了制造成本。
图14A展示已知内部真空配置的细节，且图14B展示根据各种实施例的新内部真空配置的细节。
图14A中展示常规布置，其中从前级泵到质谱仪的第一真空腔室的连接700在达到前级压力时形成到涡轮泵中的T形连接。然而，这需要多个组件使得建立多个单独的潜在泄漏点。此外，T形连接增加了额外制造和维护成本。
图14B展示实施例，其中前级泵700仅直接连接到第一真空腔室，即移除T形连接。单独的连接1401设置于第一真空腔室和涡轮泵之间。
展示高电压供应馈通1402，其将高电压(例如1.1kV)提供到推送器电极模块305。还展示上部接取面板810。Pirani压力计701被布置成测量容纳第一离子导引件301的真空腔室中的真空压力。展示可穿过其中供应去溶剂化/气帘气体的肘管气体配件1250。参看图14B，在肘管气体配件1250后方展示过压释放阀1202，且在过压释放阀1202后方展示另一肘管配件，其使得能够直接测量来自源的气体压力。
图15A展示离子块802和源或第一离子导引件301的示意图。根据一实施例，源或第一离子导引件301可包括六个初始环电极，继之以38-39个开放环或结合电极。源或第一离子导引件301可以另外23个环结束。然而，应了解，图15A中展示的特定离子导引件布置301可以若干不同方式变化。确切地说，初始环电极的数目(例如6)和/或最终级环电极的数目(例如23)可变化。类似地，中间开放环或结合环电极的数目(例如38-39)也可变化。
应理解，图15A上示出的各种尺寸仅出于说明性目的且并不希望是限制性的。确切地说，预期其中环和/或结合环电极的尺寸可不同于图15A中展示的尺寸的实施例。
图15A中还展示单个结合环电极。
根据各种实施例，初始级可包括0-5、5-10、10-15、15-20、20-25、25-30、30-35、35-40、40-45、45-50或>50个环电极或其它形状的电极。中间级可包括0-5、5-10、10-15、15-20、20-25、25-30、30-35、35-40、40-45、45-50或>50个开放环电极、结合环电极或其它形状的电极。最终级可包括0-5、5-10、10-15、15-20、20-25、25-30、30-35、35-40、40-45、45-50或>50个环电极或其它形状的电极。
环电极和/或结合环电极可具有0.5mm的厚度和1.0mm的间隔。然而，电极可具有其它厚度和/或不同间隔。
孔隙#1板可包括差动抽吸孔隙且可具有0.5mm的厚度和1.50mm的孔口直径。再次，这些尺寸为说明性的且并不希望是限制性的。
源或第一离子导引件RF电压可以如图15A所示的方式施加到所有步阶1和步阶2电极。源或第一离子导引件RF电压可包括1.0MHz下200V峰-峰。
预期其中线性电压斜坡可施加到步阶2偏移(锥)的实施例。
可使步阶2偏移(锥)电压斜坡持续时间等于扫描时间，且斜坡可在扫描开始时开始。步阶2偏移(锥)斜坡的初始和最终值可指定在步阶2偏移(锥)的完整范围之上。
根据各种实施例，如图15B所示的电阻器链可用于沿着步阶1的长度产生线性轴向场。邻近的环电极可具有施加到其的RF电压的相对相位。
电阻器链还可以用于沿着步阶2的长度产生线性轴向场，如图15C所示。邻近的环电极可具有施加到其的RF电压的相对相位。
预期这样的实施例：施加到形成第一离子导引件301的一些或大体上所有环和结合环电极的RF电压可减小或变化以便执行离子束的非质荷比特定衰减。举例来说，如将了解，利用飞行时间质量分析仪304，如果在推送器电极305处接收强离子束，则离子检测器307可经历饱和效应。相应地，可通过改变施加到形成第一离子导引件301的电极的RF电压来控制邻近于推送器电极305到达的离子束的强度。还预期其它实施例，其中施加到形成第二离子导引件302的电极的RF电压可另外和/或替代地减小或变化以便使离子束衰减或以其它方式控制离子束的强度。确切地说，期望控制如推送器电极305区中接收的离子束的强度。
图16A更详细展示根据各种实施例的四极离子导引件302。四极杆可具有6.0mm的直径且可被布置成具有2.55mm的内切圆半径。可包括差动抽吸孔隙的孔隙#2板可具有0.5mm的厚度和1.50mm的孔口直径。图16A中展示的各种尺寸希望是说明性而非限制性的。
施加到杆电极的离子导引件RF振幅可在0到800V峰-峰范围内控制。
离子导引件RF电压可具有1.4MHz的频率。RF电压可从一个值线性地斜变到另一值，且接着保持在第二值直至扫描结束。
如图16B所示，孔隙#2板上的电压可在增强型工作循环模式操作中从孔隙2电压脉冲控制到孔隙2捕集器电压。提取脉冲宽度可在1-25μs范围内控制。脉冲周期可在22-85μs范围内控制。推送器延迟可在0-85μs范围内控制。
图16C更详细展示推送器电极布置。栅电极可包括具有92％传输的平行电线(0.25mm间距下的/>平行电线)。所示尺寸希望是说明性而非限制性的。
图16D更详细展示飞行时间几何结构。推送器第一栅格、反射器第一栅格和检测器栅格之间的区优选地包括无场区。离子检测器307的位置可在MagneTOF(RTM)离子检测器的情况下由离子冲击表面限定，或在MCP检测器的情况下由前MCP的表面限定。
反射器环透镜可为5mm高，其间具有1mm空间。图16D中展示的各种尺寸希望是说明性而非限制性的。
根据各种实施例，平行电线栅格可与其平行于仪器轴线的电线对准。应理解，仪器轴线延伸穿过源或第一离子导引件301到达推送器电极组合件305。
可提供飞行管电力供应，其可具有+4.5kV或-4.5kV的操作输出电压，这取决于所请求的极性。
可提供反射器电力供应，其可具有1625±100V或-1625±100V范围内的操作输出电压，这取决于所请求的极性。
图16E是根据一实施例的飞行时间布线的示意图。各种电阻器值、电压、电流和电容希望是说明性而非限制性的。
根据各种实施例，可沿着反射器306的长度维持线性电压梯度。在一特定实施例中，反射器夹具板可维持在反射器电压下。
反射器306的初始电极和相关联栅格1650可维持在与飞行管807和推送器电极组合件305的最后电极相同的电压或电位下。根据一实施例，反射器306的初始电极和相关联栅格1650、飞行管807以及推送器电极组合件305的最后电极和相关联栅格可维持在与仪器或操作模式相反极性的例如4.5kV的电压或电位下。举例来说，在正离子模式中，反射器306的初始电极和相关联栅格1650、飞行管807以及推送器电极组合件305的最后电极和相关联栅格可维持在-4.5kV的电压或电位下。
反射器306的第二栅电极1651可维持在接地或0V下。
反射器306的最终电极1652可维持在与仪器相同极性的1.725kV的电压或电位下。举例来说，在正离子模式中，反射器306的最终电极1652可维持在+1.725kV的电压或电位下。
所属领域的技术人员将理解，反射器306用以使从飞行时间区到达的离子减速，且在离子检测器307的方向上往回重导向离子离开反射器306。
根据各种实施例施加到反射器306且将反射器的第二栅电极1651维持在接地或0V的电压和电位不同于常规反射器布置中采用的方法。
离子检测器307可始终相对于飞行管电压或电位维持在正电压下。根据一实施例，离子检测器307可相对于飞行管维持在+4kV电压下。
相应地，在正离子操作模式中，如果飞行管维持在-4.5kV的绝对电位或电压下，则检测器可维持在-0.5kV的绝对电位或电压下。
图16F展示根据一实施例的DC透镜供应。应理解，相同极性意味着与仪器极性相同，且相反极性意味着与仪器极性相反。正意味着随着控制值增加正得更多，且负意味着随着控制值增加负得更多。图16F中展示的特定值希望是说明性而非限制性的。
图16G展示根据各种实施例的离子检测器布置的示意图。检测器栅格可形成离子检测器307的一部分。举例来说，离子检测器307可包括MagneTOF(RTM)DM490离子检测器。内部栅电极可经由一系列齐纳二极管和电阻器相对于检测器栅格和飞行管保持在+1320V的电压下。离子检测器307可连接到SMA 850和AC联接器851，这两者可设置在质量分析仪壳体内或内部或者质量分析仪真空腔室内。AC联接器851可连接到外部定位的前置放大器，所述外部定位的前置放大器可连接到模数转换器(“ADC”)模块。
图16H展示根据各种实施例的仪器的势能图。势能图表示正离子模式中的仪器。在负离子模式中，所有极性反转，检测器极性除外。图16H中展示的特定电压/电位希望是说明性而非限制性的。
仪器可包含模数转换器(“ADC”)，其可在具有固定峰值检测滤波器系数的峰值检测ADC模式中操作。ADC还可在时数转换器(“TDC”)操作模式中运行，其中所有检测到的离子被指派单位强度。获取系统可支持高达20谱/秒的扫描速率。扫描周期可在40ms到1s范围内。获取系统可支持7x106事件/秒的最大输入事件速率。
根据各种实施例，仪器可具有2-5ppm的质量准确性，可具有104的色谱动态范围。仪器可具有高质量分辨率，对于肽图谱(peptide mapping)分辨率在10000-15000范围内。质谱仪100优选地能够对完整蛋白质、糖型和离胺酸变异进行质量分析。仪器可具有近似8000的质荷比范围。
以装配有ESI源401的仪器执行仪器测试。在400mL/分钟的流动速率下灌注样本，质量范围设定成m/z 1000。仪器在正离子模式中操作且获得高分辨率质谱数据。
根据各种实施例，仪器可具有单个分析仪调谐模式，即无敏感度和分辨率模式。
根据各种实施例，对于例如肽图谱应用等高质量或质荷比离子，仪器的分辨率可以在10000-15000的范围内。可通过在具有550-650范围内的质荷比的任何单电荷离子上测量来确定分辨率。
对于低质量离子，仪器的分辨率可为约5500。可通过在具有120-150范围内的质荷比的任何单电荷离子上测量来确定低质量离子的仪器的分辨率。
根据各种实施例，仪器可具有MS正离子模式中近似11,000计数/秒的敏感度。质谱仪100可具有近似2-5ppm的质量准确性。
根据各种实施例获得的质谱数据被观察为相比于常规仪器在源碎裂方面已经减少。相比于常规仪器，加合物减少。对于mAb糖型，质谱数据还具有较清洁的谷(<20％)。
如内容以引用的方式并入本文中的US 2015/0076338(Micromass)中所公开，根据各种实施例的仪器可包括多个离散功能模块。功能模块可包括例如电、机械、机电或软件组件。所述模块可在网络中单独寻址和连接。调度器可被布置成在预定时间处将离散指令包引入到网络以便指示一个或多个模块执行各种操作。时钟可与调度器相关联。
功能模块可在层次结构中一起联网使得最高层次包括最为时间关键的功能模块，且最低层次包括最不时间关键的功能模块。调度器可在最高层次处连接到网络。
举例来说，最高层次可包括例如真空控制系统、透镜控制系统、四极控制系统、电喷雾模块、飞行时间模块和离子导引件模块等功能模块。最低层次可包括例如电力供应、真空泵和用户显示器等功能模块。
根据各种实施例的质谱仪100可包括用于控制谱仪的各个元件的多个电子模块。如此，质谱仪可包括多个离散功能模块，每一离散功能模块可操作以执行质谱仪100的预定功能，其中功能模块可在网络中单独寻址和连接且进一步包括调度器，所述调度器可操作以在预定时间处将离散指令包引入到网络以便指示至少一个功能模块执行预定操作。
质谱仪100可包括用于控制(和用于供应适当电压到)以下中的一个或多个或每一个的电子模块：(i)源；(ii)第一离子导引件；(iii)四极离子导引件；(iv)传递光学件；(v)推送器电极；(vi)反射器；以及(vii)离子检测器。
此模块化布置可以允许简单地重新配置质谱仪。举例来说，可移除、引入或改变谱仪的一个或多个不同功能元件，且谱仪可被配置成自动辨识哪些元件存在并恰当地配置其自身。
仪器可以允许在获取期间的特定时间和间隔处将包的调度表发送到网络上。这减少或消除对具有实时操作系统来控制数据获取的方面的主机计算机系统的需要。发送到个别功能模块的信息包的使用还降低了主机计算机的处理要求。
模块化性质方便地允许设计和/或重新配置质谱仪的过程中的灵活性。根据各种实施例，至少一些功能模块可跨一系列质谱仪是共同的，且可集成到具有其它模块的最少重新配置的设计中。相应地，当设计新质谱仪时，不必所有组件的整体再设计和订制的控制系统。可通过将网络中的多个离散功能模块与调度器连接在一起来组装质谱仪。
此外，根据各种实施例的质谱仪100的模块化性质允许容易地更换有缺陷的功能模块。新功能模块可简单地连接到接口。或者，如果控制模块物理连接到功能模块或与功能模块成一体，则可更换两者。
各种实施例针对一种用于驱动质谱仪的加速度电极的驱动单元，所述驱动单元包括：功率转换器，其包括开关元件；以及脉冲控制电路系统，其可操作以从功率转换器的输出形成电输出脉冲以便形成适于驱动质谱仪的加速度电极的输出脉冲。驱动单元被配置成使得(例如包括控制电路系统，所述控制电路系统被配置成使得)与脉冲控制电路系统同步操作开关元件。
各种实施例针对一种质谱仪，其包括功率转换器，所述功率转换器是基于(对)到功率转换器的输入电压(的改变)和/或基于对所要电压脉冲参数的改变来控制(基于前馈信号)。
各种实施例针对一种用于驱动质谱仪的加速度电极的驱动单元，所述驱动单元包括：功率转换器，其被配置成将输入电压转换为输出电压；以及脉冲控制电路系统，其可操作以从功率转换器的输出形成电输出脉冲，以便形成适于驱动质谱仪的加速度电极的输出脉冲。驱动单元进一步包括控制电路系统，其被配置成使得基于输入电压和/或基于对操作参数的改变对于输出电压的影响的预测来控制功率转换器。
各种实施例针对一种质谱仪，其包括驱动单元，以及包括加速度电极的飞行时间(ToF)质量分析仪，其中由驱动单元产生的电输出脉冲被供应到加速度电极。在特定实施例中，“ToF”质量分析仪可以是正交加速度“ToF”质量分析仪。
根据各种实施例，驱动单元可操作以在输出脉冲被供应到加速度电极时生成适于致使将离子加速离开加速度电极的输出脉冲。应了解，在此些实施例中，驱动单元作为“推送器驱动单元”操作，且加速度电极包括“推送器电极”。然而，驱动单元还可或改为可操作以在输出脉冲被供应到加速度电极时生成适于致使朝向加速度电极加速离子的输出脉冲。应了解，在此些实施例中，驱动单元作为“拉动器驱动单元”操作，且加速度电极包括“拉动器电极”。
因此，根据各种实施例，驱动单元是推送器和/或拉动器驱动单元，且加速度电极是推送器和/或拉动器电极。参考推送器驱动单元和推送器电极描述本文中的各种实施例。然而，应了解，此类实施例在适当时同等地适用于拉动器驱动单元和拉动器电极，加以必要的变通。
图17A和17B示意性地展示根据各种实施例的“ToF”质谱仪10的各种元件，包括驱动单元11(推送器驱动单元)以及包括加速度电极14(推送器堆叠)的“ToF”质量分析仪12。根据各种实施例，质谱仪10由主控制器13控制。质谱仪10的各种元件(操作单元)可由主电力供应15(系统低电压DC电力供应)供电。
质谱仪10可包括模/数转换器(ADC)单元16，其可被配置成使从“ToF”质量分析仪12的检测器接收的信号数字化并记录所述信号。如图17A和17B中所示出，(推送器)驱动单元11可生成触发信号并将触发信号发送到ADC单元16以使ADC单元16记录检测器信号的开始时间与由(推送器)驱动单元11生成的每一输出脉冲同步。
主电力供应15可以是任何合适的电力供应。在特定实施例中，主电力供应15将DC电力供应到质谱仪10的各个组件(操作单元)，例如(推送器)驱动单元11和/或主控制器13和/或ADC单元16和/或一个或多个加热器17(如例如图17B中所展示)。主电力供应15可以是干线AC-DC电力供应单元(PSU)。如图17A和17B中所示出，主电力供应15可被配置成将低电压(例如24V±5％)DC电力供应到谱仪10的各个组件(操作单元)。
所述一个或多个加热器17可以是离子源加热器和/或去溶剂化加热器404，例如如上文所描述。
主控制器13可被配置成例如以本文所描述的各种实施例的方式控制谱仪10的操作。因此，主控制器13可以本文所描述的各种实施例的方式致使(推送器)驱动单元11生成用于供应到加速度(推送器)电极14的输出脉冲。主控制器可包括合适的处理器，例如现场可编程门阵列(FPGA)。
根据各种实施例，(推送器)驱动单元11包括壳体，且由壳体围封。所述壳体可包含合适的(导电)底盘。所述壳体可由例如铝等金属材料构成。(推送器)驱动单元11壳体可以例如使用合适的托架可安装在“ToF”质量分析仪12的壳体上。
(推送器)驱动单元11可包括输出导电引脚。导电引脚可适于例如在(推送器)驱动单元11安装在“ToF”分析仪12的壳体上时将由驱动单元11产生的输出脉冲供应到“ToF”质量分析仪12的加速度(推送器)电极14。导电引脚可以是弹簧负载的。驱动单元11可进一步包括合适的警示指示器，例如一个或多个LED，以指示何时电力正被供应到(推送器)驱动单元11(由主电力供应15)，使得可存在高电压。
图18更详细地展示根据各种实施例的飞行时间(“ToF”)质量分析仪12。分析仪12可连接到质谱仪10的一个或多个上游级21。离子可经由所述一个或多个上游级21被供应到质量分析仪12。
所述一个或多个上游级21可包含质谱仪的任何一个或多个组件。举例来说，所述一个或多个上游级21可包含以下中的任何一个或多个：(i)离子源；(ii)一个或多个离子导引件；(iii)质量或质荷比分离器或过滤器；(iv)一个或多个离子迁移分离装置；(v)一个或多个场不对称离子迁移谱仪装置；(vi)一个或多个离子阱或一个或多个离子捕集区；(vii)一个或多个碰撞、碎裂或反应室；(viii)用于对离子进行脉冲控制的装置或离子栅极；(ix)用于将大体上连续离子束转换为脉冲离子束的装置；以及(x)层析或其它分离装置。
离子源可包括任何合适的离子源。举例来说，离子源可选自以下组成的组：(i)电喷雾电离(“ESI”)离子源；(ii)大气压光电电离(“APPI”)离子源；(iii)大气压化学电离(“APCI”)离子源；(iv)基质辅助激光解吸电离(“MALDI”)离子源；(v)激光解吸电离(“LDI”)离子源；(vi)大气压电离(“API”)离子源；(vii)硅上解吸电离(“DIOS”)离子源；(viii)电子撞击(“EI”)离子源；(ix)化学电离(“CI”)离子源；(x)场电离(“FI”)离子源；(xi)场解吸(“FD”)离子源；(xii)电感耦合等离子体(“ICP”)离子源；(xiii)快速原子轰击(“FAB”)离子源；(xiv)液体二次离子质谱(“LSIMS”)离子源；(xv)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(xvi)镍-63放射性离子源；(xvii)大气压基质辅助激光解吸电离离子源；(xviii)热喷雾离子源；(xix)大气取样辉光放电电离(“ASGDI”)离子源；(xx)辉光放电(“GD”)离子源；(xxi)撞击器离子源；(xxii)实时直接分析(“DART”)离子源；(xxiii)激光喷雾电离(“LSI”)离子源；(xxiv)超声喷雾电离(“SSI”)离子源；(xxv)基质辅助入口电离(“MAII”)离子源；(xxvi)溶剂辅助入口电离(“SAII”)离子源；(xxvii)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(xxviii)激光烧蚀电喷雾电离(“LAESI”)离子源；以及(xxix)表面辅助激光解吸电离(“SALDI”)。
滤质器可包括任何合适的滤质器。举例来说，滤质器可选自以下组成的组；(i)四极滤质器；(ii)2D或线性四级杆离子阱；(iii)Paul或3D四极杆离子阱；(iv)Penning离子阱；(v)离子阱；(vi)磁性扇区滤质器；(vii)飞行时间滤质器；以及(viii)Wien过滤器。
离子源可包括在离子源上游的层析或其它分离装置。所述层析或其它分离装置可包括任何合适的层析或其它分离装置。举例来说，所述层析或其它分离装置可包括液相层析或气相层析装置。或者，分离装置可包括：(i)毛细管电泳(“CE”)分离装置；(ii)毛细管电层析(“CEC”)分离装置；(iii)基本上刚性的陶瓷基多层微流体基板(“瓷片”)分离装置；或(iv)超临界流体层析分离装置。
谱仪10可以在各种操作模式下操作，所述操作模式包含例如质谱(“MS”)操作模式；串联质谱(“MS/MS”)操作模式；母离子或先驱离子交替地碎裂或反应以产生碎片离子或产物离子，而不碎裂或不反应或者碎裂或反应至较小程度的操作模式；多反应监测(“MRM”)操作模式；数据相关分析(“DDA”)操作模式；数据无关分析(“DIA”)操作模式；量化操作模式；和/或离子迁移谱(“IMS”)操作模式。
如图18中所示出，质量分析仪12可包括加速度(推送器)电极14、加速度区22、无场区或漂移区23，以及布置在无场区或漂移区23的出口区处的离子检测器24。图18还展示根据各种实施例的(推送器)驱动单元11和电路系统25，所述电路系统25被配置成将驱动单元11的输出脉冲供应到质量分析仪12的加速度(推送器)电极14。
此处应注意，图18仅为示意性的，且可使用例如反射器布置等其它飞行时间(“ToF”)质量分析仪布置。因此，尽管图18中未展示，但在各种实施例中，质量分析仪12还可包括反射器，在此情况下检测器24可位于加速度电极14附近。
形成于质量分析仪12的所述一个或多个上游级21中的离子可被布置成进入加速度区22，在加速度区22中，可通过将由(推送器)驱动单元11生成的输出脉冲施加到加速度(推送器)电极14而将离子驱动到无场区或漂移区23中。
离子可加速到由输出脉冲所施加的能量和离子的质荷比确定的速度。具有相对低质荷比的离子实现相对高速度，且在具有相对高质荷比的离子之前到达离子检测器24。
离子可在由其速度和行进距离(这使得能够确定离子的质荷比)确定的时间之后到达离子检测器24。到达检测器24的每一离子或离子组由检测器24取样，且可使用ADC 16使来自检测器24的信号数字化。处理器接着可确定指示离子或离子组的飞行时间和/或质荷比(“m/z”)的值。可收集和组合多个离子的数据以生成飞行时间(“ToF”)谱和/或质谱。
根据各种实施例，对于到达检测器24的每一离子或离子组，检测器24将产生一个或多个信号，所述一个或多个信号接着可例如由ADC 16数字化，且转换成时间-强度对，即包括飞行时间值和强度值的数据值。在这些实施例中，可收集和组合多个此类时间-强度对以生成飞行时间(“ToF”)谱和/或质谱。
因此，根据各种实施例，飞行时间(“ToF”)质量分析仪12被配置成作为输出脉冲被供应到加速度电极14的结果而致使将离子加速到无场区或漂移区23中。
图19是根据各种实施例的(推送器)驱动单元11的示意图。驱动单元11包括功率转换器31(隔离的阶跃转换器)、脉冲控制电路系统(包括脉冲发生器开关33)和控制电路系统32。图19还展示加速度(推送器)电极14(推送器板)和电路系统25，所述电路系统25被配置成将输出脉冲供应到可包括一个或多个阻尼电阻器36的加速度(推送器)电极14。
根据各种实施例，通过切换脉冲控制电路系统的脉冲发生器开关33来形成由功率转换器31供应的输出的高电压脉冲，且如此形成的输出脉冲例如经由真空馈通37被供应到“ToF”分析仪12的真空区内部的加速度(推送器)电极14。每一输出脉冲可在加速度(推送器)电极14处生成电场，用于将离子串加速(推送)到“ToF”分析仪12的漂移区23中，例如如上文所描述。
功率转换器31可包括任何合适的功率转换器，例如开关模式电力供应(转换器)，其可供应适于驱动质谱仪10的加速度(推送器)电极14的电力。功率转换器31应将来自输入(AC或DC)源的电力传递到输出负载(包括加速度(推送器)电极14)。
在特定实施例中，功率转换器31被质谱仪10的主电力供应15(PSU)供应(DC输入)。在图19中所示出的实施例中，功率转换器31被供应24V DC输入(来自主电力供应15(PSU))，然而可使用其它输入电压。
功率转换器31可包括任何合适的功率转换器拓扑，且应包含用于(重复地)在功率转换器(例如开关模式电力供应)31的开关状态之间切换的开关元件(调节器)，以及例如一个或多个电感器和/或电容器和/或一个或多个变压器等一个或多个能量储存元件。
因此，根据各种实施例，功率转换器31的开关元件在开关状态(接通与断开)之间重复地切换。因此，根据各种实施例，功率转换器31的切换包括在开关状态(接通与断开)之间重复地切换功率转换器31的开关元件。此切换应使功率转换器31能够将输入电压和电流特性转换为(不同)的输出电压和电流特性。
在各种特定实施例中，功率转换器31包括DC-DC阶跃(升压)转换器，其将DC输入的电压阶跃(升压)到适于驱动加速度(推送器)电极14的较高电压DC输出。因此，功率转换器31可将由主电力供应15(PSU)供应的DC电力的电压阶跃(升压)到适于驱动加速度(推送器)电极14的较高电压。
在各种实施例中，功率转换器31包括隔离的阶跃(升压)DC-DC转换器。在各种实施例中，功率转换器31包括正激转换器。正激转换器可包括任何合适的正激转换器拓扑，例如单个开关正激转换器或两个开关正激转换器。正激转换器应包括一个或多个(阶跃)变压器和开关元件(包括一个或多个开关)。正激转换器的所述一个或多个变压器中的一个或多个可以是平面变压器。
功率转换器31(正激转换器)还可包括合适的输入和/或输出(滤波)电路系统。在特定实施例中，功率转换器31(正激转换器)包括包含电压倍增器的输出电路系统。
在各种特定此类实施例中，功率转换器31包括包含平面变压器的正激转换器，以及包含电压倍增器的输出电路系统。申请人已发现，通过在正激转换器之后使用电压倍增器，正激转换器的变压器中所需的匝数可减少，借此实现变压器中平面磁性元件的使用。因此，此电力供应拓扑提供一种尤其简单且便宜的尤其紧密且有效的电力供应。
由功率转换器31(正激转换器)供应的输出电压应取决于输入电压(由主电力供应15(PSU)供应)和开关元件工作循环D。因此，根据各种实施例，功率转换器31(正激转换器)的开关元件在开关状态(接通与断开)之间重复地切换，且开关元件工作循环D(开关元件处于接通状态的时间的分数)与由功率转换器31(正激转换器)提供的电压阶跃(升压)相关。
在功率转换器31包括包含变压器的正激转换器的情况下，变压器匝比也应与由功率转换器31(正激转换器)提供的电压阶跃(升压)相关。类似地，在功率转换器31(正激转换器)包括输出电压倍增器的情况下，电压倍增器的配置也应与电压阶跃(升压)相关。
上述因素和电压阶跃之间的精确关系将取决于所采用的特定电力供应拓扑。举例来说，在功率转换器31包括包含变压器的正激转换器的情况下，电压阶跃比将通常与开关元件工作循环D和变压器匝比成正比。
因此，根据各种实施例，功率转换器31(正激转换器)的(硬件)配置被选择为提供合适的电压阶跃。在各种实施例中，开关元件工作循环D接着由控制器电路系统32控制以用于在使用中控制输出电压。在各种实施例中，接着可使用合适的反馈和/或前馈电路系统(例如在控制器电路系统32中)控制开关元件工作循环D以用于在使用中控制输出电压。
如下文将进一步论述的，为了以本文所描述的各种实施例的方式促进功率转换器31(正激转换器)的开关元件的切换与输出脉冲的形成的同步，功率转换器31(正激转换器)的配置还可取决于质谱仪10被配置成操作所处的输出脉冲(推送)频率(的范围)。功率转换器31(正激转换器)可被配置成具有与质谱仪10被配置成操作所处的输出脉冲(推送)频率范围大体上相同(或重叠)的开关频率范围。质谱仪10被配置成操作所处的输出脉冲(推送)频率范围(及因此，功率转换器31被配置成所针对的开关频率范围)可以例如在1和100kHz之间。
在图19所示出的实施例中，功率转换器31(正激转换器)被配置成将24V DC输入阶跃(升压)到用于驱动加速度(推送器)电极14的1kV DC输出。然而，可使用其它输入和/或输出电压。
功率转换器31(正激转换器)的开关元件(调节器)可以是用于切换(例如开关模式电力供应)功率转换器31的任何合适的开关元件。功率转换器31的开关元件可包括一个或多个半导体开关，例如一个或多个晶体管开关，比如一个或多个场效应晶体管(FET)(例如，一种或多种金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。一个(及每一)此类半导体开关(FET)可包括一个或多个栅极电极，其中将合适的栅极电压施加到所述一个或多个栅极电极可致使半导体开关(FET)切换(在开关状态(接通与断开)之间)。
因此，根据各种实施例，通过将栅极(电压)脉冲施加到(半导体)开关元件(FET)的栅极电极来引起功率转换器31(正激转换器)的开关元件的切换。如将在下文更详细地描述，此类栅极脉冲的定时和工作循环可由控制电路系统32控制。
电阻器-电容器缓冲器网络可跨(半导体)开关元件(FET)的漏极和源极连接以便减少高频率振荡。
脉冲控制电路系统可包括任何合适的电路系统，其可形成适于驱动加速度(推送器)电极14的功率转换器31(正激转换器)的输出的脉冲。
在例如图19中所示出的实施例等各种实施例中，脉冲控制电路系统可包括脉冲发生器开关33，其中通过对脉冲发生器开关33进行脉冲控制(通过将脉冲发生器开关33从断开状态切换到接通状态，且接着回到断开状态)来形成输出脉冲。脉冲控制电路系统可在输出脉冲(推送)频率fpulse下(以及按输出脉冲(推送)周期Tpulse)(通过对脉冲发生器开关33进行脉冲控制)形成一系列多个此类输出脉冲。
根据例如图19中所示出的实施例等各种实施例，脉冲控制电路系统可进一步包括极性电路系统，其可包括极性开关34。极性电路系统可配置成实现输出脉冲的极性的选择，例如极性开关34可切换以选择输出脉冲的极性。因此，极性电路系统(和极性开关34)可致使输出脉冲形成为具有特定电压极性(正或负)。如图19中所示出，极性电路系统(和极性开关34)(及因此输出脉冲的极性)可由控制电路系统32控制。
应了解，输出脉冲的极性通常将(通过切换极性开关34(在控制电路系统32的控制下))选择为具有与待由推送器电极14推送的离子相同的极性，以便在推送器电极14处生成电场，所述电场用以将离子加速(推送)离开电极14并进入“ToF”分析仪12的飞行区23中。
然而，在(拉动器)驱动单元11驱动拉动器电极的情况下，输出脉冲的极性将通常(通过切换极性开关34(在控制电路系统32的控制下))选择为具有与待由拉动器电极加速(拉动)的离子相反的极性。
根据例如图19中所示出的实施例等各种实施例，脉冲控制电路系统可进一步包括偏移电路系统35。偏移电路系统35可被配置成将偏移电压Voffset施加到输出脉冲(相对于(推送器)驱动单元11的(浮动)接地(底盘电位))。因此，偏移电路系统35可致使相对于偏移电压Voffset生成输出脉冲。如图19中所示出，偏移电路系统35(及因此所施加的偏移电压Voffset)可由控制电路系统32例如经由数/模转换器(DAC)来控制。
偏移电压Voffset可按需要需要。偏移电压Voffset可选择为接近(推送器)驱动单元11的(浮动)接地(底盘电位)。偏移电压的极性可选择为与输出脉冲的极性相反。或者，偏移电压的极性可选择为与输出脉冲的极性相同。或者，偏移电压的极性可独立于输出脉冲的极性。根据各种实施例，偏移电压被选择为改进离子束转向。
图19展示其中极性开关34处于正离子模式(在驱动单元11为推送器驱动单元的情况下)的实施例，其中极性开关34切换使得开关模式电力供应31的负端子连接到由偏移电路系统35提供的偏移电压Voffset。在负离子模式中(在驱动单元11为推送器驱动单元的情况下)，极性开关34将切换使得开关模式电力供应31的正端子将连接到偏移电压Voffset。应注意，在图19中所示出的实施例中，偏移电压Voffset的极性独立于离子模式，然而，如上文所论述，无需如此。
因此，根据各种实施例，(推送器)驱动单元11的脉冲控制电路系统包括一个或多个开关，例如脉冲发生器开关33和/或极性开关34。一个(及每一)此类开关可包括一个或多个半导体开关，例如一个或多个晶体管开关，比如一个或多个场效应晶体管(FET)(例如，一种或多种金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。一个(及每一)此类半导体开关(FET)应包括一个或多个栅极电极，其中将合适的栅极电压施加到所述一个或多个栅极电极将致使半导体开关(FET)切换。
在各种特定实施例(例如图19中所示出的实施例)中，脉冲控制电路系统的一个(及每一)开关(脉冲发生器开关33和/或极性开关34)包括(高电压)转换开关。在此些实施例中，可通过脉冲发生器开关33从开关模式电力供应31的一个端子(例如负端子)转换到另一端子(例如正端子)且接着回到原始端子(例如负端子)来生成输出脉冲。
脉冲控制电路系统的一个(及每一)(高电压)转换开关(脉冲发生器开关33和/或极性开关34)应包括两个开/关式开关：一个用于上拉，且一个用于下拉。每一此类开/关式开关可包括串联的一个或多个半导体开关(FET)。可使用一个或多个瞬态抑制二极管来保护每一此类半导体开关(FET)。瞬态抑制二极管还可以被配置成保护(推送器)驱动单元11使其不受“ToF”分析仪12中的放电(发火花)的影响。
根据实施例，脉冲控制电路系统的每一开/关式开关(脉冲发生器开关33和/或极性开关34)包括串联的一个或多个半导体开关(FET)，且使用变压器驱动开/关式开关的所述串联的一个或多个半导体开关(FET)的栅极电极。用于一个(及每一)开/关式开关的变压器可包括初级绕组，且对于(相应)开/关式开关的所述串联的一个或多个半导体开关(FET)中的每一个可包括次级绕组。
申请人已发现，此变压器的使用可有助于确保开/关式开关中的所述一个或多个半导体开关(FET)尽可能接近同时地操作。此外，变压器能够产生可致使半导体开关(FET)快速切换的电流的大脉冲。如此，此布置可有助于避免例如在脉冲发生器开关33转换(切换)时发生输出扭结。这可有助于确保例如脉冲控制电路系统形成均匀形状的输出脉冲。
脉冲控制电路系统的一个(及每一)变压器可以是包括平面磁性元件的平面变压器。这可有助于例如减小制造成本。
根据各种实施例，脉冲发生器电路系统的各种开关(例如脉冲发生器开关33和/或极性开关34)可各自由控制电路系统32控制。因此，脉冲控制电路系统的一个(及每一)开/关式开关可由控制电路系统32控制。这可通过控制电路系统32致使将合适的栅极脉冲施加到(半导体)开关(FET)的栅极电极来实现。附加的脉冲可施加到开关(FET)以便将开关保持在接通(或断开)状态。
因此，根据各种实施例，控制电路系统32致使脉冲控制电路系统(脉冲发生器开关33)(进行脉冲控制(转换))以形成输出脉冲。控制电路系统32可致使脉冲控制电路系统通过生成定时信号来形成输出脉冲，所述定时信号用于致使脉冲控制电路系统的开关(FET)(脉冲发生器开关33)例如以下文描述的方式切换(进行脉冲控制)。
因此，脉冲控制电路系统(包括脉冲发生器开关33)(的脉冲控制)(及因此输出脉冲的形成)可由控制电路系统32控制。控制电路系统32可继而由主控制器13控制。
根据各种实施例，(推送器)驱动单元11可与(由主控制器13提供的)外部触发同步形成脉冲。或者，(推送器)驱动单元11可在“自由运行”操作模式中操作，在所述“自由运行”操作模式中，驱动单元11(的控制器32)本身确定何时形成输出脉冲。
根据各种实施例，当(推送器)驱动单元11不在形成输出脉冲时，(推送器)驱动单元11可在“待用”操作模式中操作，在所述“待用”操作模式中，功率转换器31(正激转换器)以与在原本正生成输出脉冲的情况下大体上相同的方式连续地操作(通过将栅极脉冲供应到功率转换器31(正激转换器)的开关元件)。这可有助于避免升温瞬变。
当驱动单元11(的控制器32)确定在特定时间周期内未接收到触发信号时，驱动单元11(的控制器32)可进入“待用”模式。当驱动单元11(的控制器32)确定已(从主控制器13)接收到触发时，驱动单元11可退出“待用”模式。
根据各种实施例，加速度(推送器)电极14可以是单个板或板堆叠。加速度(推送器)电极14可为电浮动的。因此，归因于加速度(推送器)电极14的DC负载可为零，且归因于加速度(推送器)电极14的AC负载可为(推送器)电极14和周围底盘之间的杂散电容。电流的输出脉冲可流动穿过底盘和偏移电路系统35的偏移电压缓冲器的(相对大的)电容器Coffset。
通过使驱动单元11和加速度(推送器)电极14之间的路径长度最小化，且另外或替代地通过避免使用同轴缆线，可使驱动单元11和加速度(推送器)电极14之间的互连布线中的电容最小化。
阻尼电阻36可控制输出电压脉冲波形上的过冲。额外阻尼电阻可设置于驱动单元11中，和/或脉冲控制电路系统(脉冲发生器开关33)的脉冲整形网络中。
图20展示根据各种实施例由(推送器)驱动单元11生成的输出脉冲。输出脉冲可以是可驱动质谱仪10的加速度(推送器)电极14的任何合适的脉冲。如图20中所示出，在特定实施例中，输出脉冲为大体上方波电压(振幅)脉冲。应了解，图20不展示可存在的任何输出纹波或扭结。可使用其它脉冲形状。
正如已经提到的，驱动单元11可以可操作以生成与待推送的离子相同的极性(和/或与待拉动的离子相反的极性)的脉冲。因此，如图20中所示出，在正离子模式中，推送器驱动单元11可以可操作以生成正极性电压方波脉冲，而在负离子模式中时，推送器驱动单元11可以可操作以生成负极性电压方波脉冲。
图20还示出(推送器)驱动单元11可如何例如出于离子束转向目的相对于偏移电压Voffset生成脉冲。图20示出与离子极性相反的极性的偏移电压Voffset；然而，如上文所提及，(推送器)驱动单元11(的偏移电路系统35)还可提供与离子极性相同的极性的偏移电压Voffset，或独立于离子极性的偏移电压，或确实完全无偏移。
输出脉冲的电压振幅可以是适于驱动加速度电极14的任何电压。应了解，输出脉冲的电压将通常与功率转换器31(正激转换器)的输出的电压(大体上)相同。输出脉冲的(峰值)电压振幅(和功率转换器31(正激转换器)的输出的电压振幅)可选自以下组成的组：(i)<600V；(ii)600V到700V；(iii)700V到800V；(iv)800V到900V；(v)900V到1000V；(vi)1000V到1100V；以及(vii)>1100V。输出脉冲的极性可为正或负。
根据各种特定实施例，输出脉冲的(峰值)电压振幅可选择为大致600V到1100V之间的任何电压。举例来说，输出脉冲的(峰值)电压可为(±)1kV。
偏移电压Voffset可以是任何合适的电压。偏移电压Voffset可选自以下组成的组：(i)<-10V；(ii)-10V到-5V；(iii)-5V到0V；(iv)0V到5V；(v)5V到10V；以及(vi)>10V。
正如已经提到的，(推送器)驱动单元11可在脉冲(推送)频率fpulse下且按周期Tpulse生成多个输出脉冲。脉冲(推送)周期Tpulse可在1μs和100μs之间。脉冲(推送)周期Tpulse可选自以下组成的组：(i)<1μs；(ii)1μs到2μs；(iii)2μs到10μs；(iv)10μs到20μs；(v)20μs到50μs；(vi)50μs到70μs；(vii)70μs到85μs；(viii)85μs到100μs；以及(ix)>100μs。典型的脉冲周期Tpulse可在20μs和50μs之间。功率转换器31可相应地被配置成可在相同(相应)频率下切换。
图21更详细地展示根据各种实施例的(推送器)驱动单元11的框图，其包括功率转换器31(阶跃转换器)、控制电路系统32(FPGA)、脉冲控制电路系统(包括脉冲发生器开关33)、极性电路系统(包括极性开关34)，和偏移电路系统35。
如图21中所展示，电力(由主电力供应15供应)可恰当地被滤波且传递通过软启动电路51(和熔丝)，然后被供应到功率转换器31。到(推送器)驱动单元11的其它组件的电力也可经由软启动电路51(和熔丝)供应。
如图21中所示出，(推送器)驱动单元11还可包括ADC触发电路系统52。ADC触发电路系统52可被配置成与输出脉冲同步生成ADC触发信号，用于触发ADC单元16与由(推送器)驱动单元11生成的输出脉冲同步(例如如上文所描述)开始记录来自“ToF”分析仪12的检测器24的信号。
控制电路系统32可以是任何合适的电路系统，且可被配置成使功率转换器31的开关元件的切换与脉冲控制电路系统(通过对脉冲发生器开关33进行脉冲控制)形成输出脉冲同步。
(推送器)驱动单元11的控制器32可控制功率转换器31。(推送器)驱动单元11的控制器32可(另外或改为)控制(推送器)驱动单元11的其它组件，例如脉冲控制电路系统(脉冲发生器开关33)和/或极性电路系统(极性开关34)和/或偏移电路系统35和/或ADC触发电路系统52。
(推送器)驱动单元11的控制器32可继而由质谱仪10的主控制器13控制。如图21中所示出，来自主控制器13的指令和/或(配置)参数可存储于可由控制器32存取的存储器54(EEPROM)中，且控制器32可根据那些指令和/或(配置)参数操作。
温度计55可用于监测(推送器)驱动单元11的温度以便确保控制器32和(推送器)驱动单元11的稳定操作。驱动单元11的冷却(例如，通过风扇)可基于来自温度计55的温度读数来控制。
如上文所论述，通过使功率转换器31(正激转换器)的开关元件的切换与脉冲控制电路系统(脉冲发生器开关33)形成输出脉冲同步，(推送器)驱动单元11可生成(较)均匀形状的输出脉冲，因为功率转换器31的输出上的任何纹波将对每一输出脉冲的形状具有大体上相同的影响，这是因为每一脉冲将始终在纹波(和切换)循环中的相同点处发生。
控制器32可以任何合适的方式，例如通过使用合适的反馈和/或前馈机制，使功率转换器31的开关元件的切换与输出脉冲的形成同步。在各种特定实施例中，控制器32控制脉冲控制电路系统(脉冲发生器开关33)且控制功率转换器31(正激转换器)彼此同步地切换(进行脉冲控制)。
在例如图21中所示出的实施例等各种特定实施例中，这通过控制器32将合适的(同步)定时信号发送到功率转换器31(正激转换器)且发送到脉冲控制电路系统(包括脉冲发生器开关33)来实现。如图21中所展示，控制器32可基于相同时钟信号生成这些定时信号，所述相同时钟信号可基于单个振荡器53的振荡。
申请人已经认识到，基于相同时钟信号控制功率转换器31的开关元件的切换和脉冲控制电路系统形成输出脉冲使得能够例如在时钟信号的时间分辨率内实现功率转换器31的开关元件的切换和脉冲控制电路系统形成输出脉冲之间的高度同步。这改进了脉冲形状均匀度。
控制器32可通过(定时信号)致使与脉冲控制电路系统形成输出脉冲同步将栅极脉冲施加到开关元件的栅极电极来使功率转换器31的开关元件的切换与输出脉冲的形成同步。因此，栅极脉冲可施加到开关元件的栅极电极以致使功率转换器31与脉冲发生器开关33的转换同步地切换。
举例来说，图22展示由脉冲控制电路系统(对其脉冲发生器开关33进行脉冲控制)按周期Tpulse形成的一系列输出脉冲(推送脉冲)。图22还示出施加到功率转换器31(正激转换器)的开关元件的栅极电极以致使与输出脉冲同步地切换(脉冲控制)功率转换器31(正激转换器)的一系列栅极脉冲的相对定时。每一栅极脉冲可致使功率转换器31(正激转换器)从断开状态切换到接通状态，且接着回到断开状态。
如图22中所展示，控制器32可使每一栅极脉冲与输出脉冲同步，使得每一栅极脉冲在输出脉冲之后的预定时间延迟Tgdelay之后开始。因此，控制器32可致使在脉冲发生器开关33的转换之后的(所施加)Tgdelay后生成栅极脉冲。
在所示出的实施例中，每一栅极脉冲与输出脉冲的后沿同步，且因此在输出脉冲的后沿(和脉冲发生器开关33的相关联转换)之后的时间Tgdelay之后开始。然而，应了解，还将有可能使栅极脉冲与输出脉冲波形上的不同点同步，所述不同点例如输出脉冲的前沿或中部，或输出脉冲之间的点。因此，举例来说，或者可相对于输出脉冲的前沿限定参数Tgdelay。与输出脉冲的前沿或后沿的同步之间的差可能在输出脉冲宽度可变化的情况下变得显著。
还应了解，有可能每一栅极脉冲在输出脉冲之前、与输出脉冲同时、在输出脉冲期间，或在输出脉冲之后开始。因此，时间延迟参数Tgdelay可按需要选择为具有正值或负值(或为零)。
根据各种实施例，输出脉冲的后沿和栅极脉冲的开始之间的时间延迟Tgdelay选自以下组成的组：(i)<0ns；(ii)0ns到50ns；(iii)50ns到100ns；(iv)100ns到1μs；(v)1μs到10μs；(vi)10μs到50μs；(vii)50μs到85μs；(viii)85μs到100μs；以及(ix)>100μs。通常，Tgdelay可被约束为处于零和输出脉冲周期Tpulse之间。Tgdelay的典型值可为100ns。根据各种实施例，关于Tgdelay的容差为±100ns。
因此，根据各种实施例，控制器32通过将输出脉冲波形和栅极脉冲波形之间的相位控制为特定的固定(例如选定，比如预定)值(Tgdelay)来使功率转换器31(正激转换器)的切换与输出脉冲的形成同步。
输出脉冲的开始(和脉冲发生器开关33的相关联转换)可用作控制器32中的所有其它事件的参考，因此控制器32可基于输出脉冲的宽度以及输出脉冲的后沿和栅极脉冲的开始之间的时间延迟参数Tgdelay来相对于输出脉冲的开始确定栅极脉冲的开始。
如图22中所展示，根据各种实施例，栅极脉冲周期Tswitch可控制(由控制器32)为(大体上)等于输出脉冲周期Tpulse。因此，根据例如图22中所示出的实施例等各种实施例，每一输出脉冲可与相应(单个)栅极脉冲相关联。
然而，举例来说，还将有可能使功率转换器31的开关元件的切换与输出脉冲的形成同步，使得功率转换器31的开关元件的切换的频率(或周期)等于输出脉冲的形成的频率fpulse(或周期Tpulse)的整数倍。
因此，在每一加速度(推送)周期Tpulse期间，功率转换器31的开关元件可被切换(且可生成栅极脉冲)任何合适的整数次n，例如(n＝)1、2或更大。应了解，此类实施例可生成均匀形状的输出脉冲，因为功率转换器31的输出上的任何纹波仍将对每一输出脉冲的形状具有大体上相同的影响。
根据各种实施例，输出脉冲(的后沿)和栅极脉冲(的开始)之间的时间延迟Tgdelay被选择为确保每一栅极脉冲(和功率转换器31的开关元件的切换)在任何离子已经到达检测器24之前的脉冲(推送)周期中的某一点处发生。申请人已经认识到，离子检测系统将通常在输出脉冲之后的短时间周期内忽略检测器24输出，因此此周期期间生成的任何噪声瞬变将被忽略。可通过经由检测器24耦合输出脉冲来生成此类噪声瞬变。
因此，在各种特定实施例中，在输出脉冲之后不久生成(且施加)栅极脉冲。因此，在各种特定实施例中，时间延迟参数Tgdelay和输出脉冲周期Tpulse之间的比率Tgdelay/Tpulse选自以下组成的组：(i)<0.001％；(ii)0.001％到0.01％；(iii)0.01％到0.1％；(iv)0.1％到0.5％；(v)0.5％到1％；(vi)1％到10％；以及(vii)>10％。
正如已经提到的，由功率转换器31(正激转换器)提供的电压阶跃可取决于功率转换器31(正激转换器)的开关元件的工作循环D(即，开关元件处于接通状态的时间的分数)。由功率转换器31提供的电压阶跃可相应地取决于栅极脉冲波形的工作循环D。因此，根据各种实施例，控制器32致使栅极脉冲的宽度变化以控制功率转换器31(正激转换器)的输出的电压。
如图22中所示出，栅极脉冲宽度可被约束为处于合适的范围Tg(min)到Tg(max)内。Tg(min)将小于Tg(max)，但可另外选自以下组成的组：(i)0μs；(ii)0μs到1μs；(iii)1μs到2μs；(iv)2μs到3μs；(v)3μs到4μs；(vi)4μs到5μs；(vii)5μs到6μs；(viii)6μs到7μs；(ix)7μs到8μs；(x)>8μs。Tg(min)的典型的值可为0μs。
Tg(max)将大于Tg(min)，但可另外选自以下组成的组：(i)<1μs；(ii)1μs到2μs；(iii)2μs到3μs；(iv)3μs到4μs；(v)4μs到5μs；(vi)5μs到6μs；(vii)6μs到7μs；(viii)7μs到8μs；(ix)>8μs。Tg(max)的典型的值可为7.65μs。
因此，根据各种实施例，栅极脉冲的宽度可选自以下组成的组：(i)<1μs；(ii)1μs到3μs；(iii)3μs到5μs；(iv)5μs到7μs；(v)7μs到8μs；以及(vi)>8μs。
图23A展示根据各种实施例包括用于控制功率转换器31(正激转换器)的输出的电压的反馈电路系统的控制器32的框图。
如图23A中所展示，控制器32可包括脉冲宽度调制器(PWM)71，其被配置成生成用于施加到功率转换器31(正激转换器)的开关元件的栅极电极的栅极脉冲。PWM 71可将控制信号pwmin转换为具有与pwmin成比例的宽度的输出栅极脉冲。如此生成的栅极脉冲接着可施加到功率转换器31(正激转换器)的开关元件的栅极电极，例如如上文所描述。
如图23A中所示出，电压设定点可由主控制器13提供，且对应于设定点和测得的输出电压之间的差的误差值E可由反馈电路系统确定。误差值E可由限幅器72根据主控制器13提供的限值(例如±5V)来约束。这可有助于避免大的改变。接着可基于比例73和积分74增益项来确定控制信号pwmin。
因此，根据各种实施例，控制电路系统32包括被配置成控制功率转换器31的输出的电压的反馈电路系统。反馈电路系统可被配置成通过基于输出电压反馈信号控制栅极脉冲的宽度来实现此目的。
如图23A中所展示，由PWM 71输出的每一栅极脉冲可基于定时信号“推送同步(push sync)”与输出脉冲同步。
PWM可在高时钟频率(例如200MHz)下运行，使得生成的栅极脉冲的宽度具有高分辨率(例如5ns)。模拟已经展示，此高时间分辨率有助于将输出脉冲形状上的纹波限制到可接受的水平。因此，根据各种实施例，反馈电路系统可操作以利用选自以下组成的组的分辨率控制栅极脉冲的宽度：(i)<1ns；(ii)1ns到5ns；(iii)5ns到10ns；(iv)10ns到20ns；以及(v)>10ns。
控制器32可按需要被实施为例如合适的微处理器系统。在例如图21中所示出的实施例等各种特定实施例中，控制器32实施于现场可编程门阵列(FPGA)中。
申请人已发现，使用FPGA而非(例如)外部芯片，意味着控制器32可以稳定的方式生成多种多样的开关频率。此外，在FPGA中实施控制器32允许反馈电路系统实施可随着栅极脉冲频率变化的比例和积分增益项。
控制器32可例如使用高速光电耦合器与功率转换器31隔离，例如以确保被供应到功率转换器31的输入电力不经由驱动单元11底盘返回。
图23B展示根据各种实施例包括用于控制功率转换器31(正激转换器)的输出的电压的电路系统的控制器32的框图。
如图23B中所展示，控制器32可包括脉冲宽度调制器(PWM)71，其被配置成生成用于施加到功率转换器31(正激转换器)的开关元件的栅极电极的栅极脉冲。PWM 71可将控制信号pwmin转换为具有与pwmin成比例的宽度的输出栅极脉冲。如此生成的栅极脉冲接着可施加到功率转换器31(正激转换器)的开关元件的栅极电极，例如如上文所描述。
如图23B中所示出，输出电压设定点可由主控制器13提供，且对应于设定点和测得的输出电压之间的差的误差值E可由反馈电路系统确定。误差值E可由限幅器72根据主控制器13提供的限值(例如±5V)来约束。这可有助于避免大的改变。接着可基于比例73、积分74和导数75增益项中的一个或多个或全部来确定控制信号pwmin。
如图23B中所展示，还基于前馈项76确定控制信号pwmin。前馈项可基于由主电力供应15供应到功率转换器31的输入DC电压的测量值。
如上文所论述和图17B中所示出，在当前实施例中，主电力供应15将(DC)电力供应到驱动单元11，以及供应到质谱仪10的其它操作单元(例如加热器17)。加热器可以是源加热器和/或去溶剂化加热器，例如如上文所描述。当加热器接通或断开时，主电力供应15上的负载可能突然改变，这可能导致由主电力供应15供应到驱动单元11的输入电压的变化。类似地，对质谱仪10的其它操作单元的改变可能影响被供应到驱动单元11的输入电压。此类输入变化可能导致驱动单元11的输出的不合需要的变化。
申请人已经认识到，虽然单单反馈项将最终校正此输出变化，但此要花一些时间。通过(除反馈项外还)使用前馈项，可在输出已受到不利影响之前响应于输入改变来调整PWM71的操作。相应地，可改进线路调节。
另外或替代地，前馈项可基于操作参数。在此情况下，前馈项可用于在输出已受到不利影响之前提供对PWM 71的所预测校正。
举例来说，如图23B中所展示，前馈项可基于由主控制器13提供的输出电压设定点。在此情况下，对输出电压设定点的步阶改变或持续(例如斜变)改变可前馈以相应地调整PWM 71。
类似地，前馈项可基于对输出电压极性的改变。此类改变可例如在需要离子模式(正离子和负离子检测之间)的改变时发生。
在另一实例中，前馈项可基于对所需加速度电极脉冲周期(Tpulse)的改变。通常，脉冲周期将在质谱仪10的质量范围改变时改变。如上文所论述，当脉冲周期(Tpulse)与功率转换器周期(Tswitch)同步时，对脉冲周期的此改变将影响功率转换器31的操作频率，且因此影响其输出。
还将有可能前馈项基于非定期脉冲周期。在此情况下，使用前馈项来补偿后续脉冲之间的不同延迟可改进输出稳定性。
因此，应了解，相比于仅仅使用反馈项，前馈项76的使用可改进功率转换器31(正激转换器)的输出的稳定性，且因此改进由驱动单元11提供的输出脉冲的脉冲形状均匀度。
因此，根据各种实施例，控制电路系统32通过基于输入电压前馈信号和输出电压反馈信号控制栅极脉冲的宽度来控制功率转换器31的输出的电压。
在各种实施例中，当需要上文描述的改变中的任一个时，可以固定速率(或一系列不同固定速率)驱动PWM 71持续特定时间周期，在此期间PWM 71的正常反馈和前馈控制可暂停。此时间周期可以是固定时间周期，或可一直持续到已实现所要输出电压。一旦所述时间周期已完成，就可重新开始PWM 71的正常反馈和前馈控制。这可有助于比原本可能的更快地响应于输入改变而使输出稳定化。
如图23B中所展示，由PWM 71输出的每一栅极脉冲可基于定时信号“推送同步(push sync)”与输出脉冲同步。
PWM可在高时钟频率(例如，200MHz)下运行，使得所生成的栅极脉冲的宽度具有高分辨率(例如5ns)。模拟已经展示，此高时间分辨率有助于将输出脉冲形状上的纹波限制到可接受的水平。因此，根据各种实施例，控制电路系统可操作以利用选自以下组成的组的分辨率控制栅极脉冲的宽度：(i)<1ns；(ii)1ns到5ns；(iii)5ns到10ns；(iv)10ns到20ns；以及(v)>10ns。
控制器32可按需要被实施为例如合适的微处理器系统。在例如图21中所示出的实施例等各种特定实施例中，控制器32实施于现场可编程门阵列(FPGA)中。
申请人已发现，使用FPGA而非(例如)外部芯片，意味着控制器32可以稳定的方式生成多种多样的开关频率。此外，在FPGA中实施控制器32允许可随栅极脉冲频率变化的各种反馈和前馈项的实施。
控制器32可例如使用高速光电耦合器与功率转换器31隔离，例如以确保被供应到功率转换器31的输入电力不经由驱动单元11底盘返回。
图24更详细地展示根据各种实施例包括脉冲生成器71的控制器32的框图。
如图24中所展示，控制器32可进一步包括用于例如以如上文所描述的方式与主控制器13通信的电路系统81。控制器可进一步包括用于生成时钟信号的时钟82，所述时钟信号可由振荡器53控制。
如图24中所展示，根据各种实施例，脉冲生成器71可生成栅极脉冲用于经由功率转换器控制器83(阶跃控制器)控制功率转换器31。例如如上文所描述。
脉冲生成器71还可生成合适的定时信号(通/断信号82)用于通过致使脉冲发生器开关33转换来控制(脉冲控制)脉冲控制电路系统。脉冲生成器71可生成彼此同步的栅极脉冲和定时信号，例如如上文所描述。脉冲生成器71还可生成合适的同步触发信号84用于触发ADC 16，例如如上文所描述。脉冲生成器71可使用来自相同时钟82的相同时钟信号来彼此同步地生成这些信号。
同样如图24中所示出，控制电路系统32还可包括诊断电路系统，其可包括示波器86。
诊断电路系统(例如示波器86)可接收由(推送器)驱动单元11生成的输出脉冲的样本，例如如上文所描述。
如图21和25中所示出，这可经由模/数转换器(ADC)91进行。来自脉冲控制电路系统(脉冲发生器开关33)的输出波形可AC耦合到ADC 91以允许测量波形参数，包含例如峰-峰振幅和升/降时间。可测量的其它波形特性包含过冲、下冲、下垂、推前扰动和推后扰动以及其它特性。
图25更详细地示出根据各种实施例的信号路径。电阻器可与电容分压器串联设置以抑制任何高频率振荡。可使用其它阻尼电路系统布置。可从DAC输出导出示波器偏移(如图21和24中所示出)。所述偏移可计算为使得模拟波形在示波器ADC 91的转换范围内均匀间隔开。
倍增器块M(例如，16位数字)可允许校准组件容差的效应。低通滤波器块可从输出过滤高频率，且可执行进一步处理，包含其它在多个脉冲上求平均的方式。
应了解，图25展示其中每一块具有特定位数目的信号路径的实例，然而，可视需要在每一块处使用其它数目的位。相应地，乘法和除法因子可不同于图25中所示出的那些因子。
ADC可用于对来自脉冲控制电路系统(脉冲发生器开关33)的波形输出进行取样。可通过从单个推送(脉冲)取样本序列来获取波形。然而，为了增加取样系统的时间分辨率，可通过从一个以上推送(脉冲)取样本序列来获取波形。所述序列可在时间上偏移，且来自所述序列的样本交错使得所得波形具有比转换器取样速率高的取样速率。
图26示出其中从四个推送(脉冲)取样本序列的此取样布置。可使用其它推送(脉冲)数目，例如一个、两个、三个，或超过四个。如图26中所示出，针对每一样本序列，可按周期Tsampling周期性地对波形进行取样。样本序列可在时间上相对于彼此偏移偏移时间Toffset＝Tsampling/N，其中N是序列(脉冲)的数目。举例来说，在图26中示出的实例中，Tsampling为20ns，且Toffset为5ns。
在各种实施例中，最大脉冲宽度可为(大约)5μs，且最小周期可为(大约)20μs(然而，其它布置将是可能的)。在图26中示出的实例中，具有10μs的固定取样长度(5ns间隔下的2000个样本)足以包含最大宽度脉冲且具有显著脉冲间捕获，同时仍保持从取样结束到下一脉冲开始的足够时间以适应任何可预见的抖动。可使用其它样本数目和样本间隔。
可每隔一个或多个推送(脉冲)循环捕获一个完整的波形，例如在图26的实例中每隔四个推送(脉冲)循环。第一次完全捕获可传递到平均波形。每一后续完整波形可用于优化平均波形。
平均滤波器算法可使用如下：
其中xi是十六乘以点j处的当前ADC样本，yi是点j的当前滤波器输出，yi-1是点j的先前滤波器输出，且n是阻尼因子。n可以是(例如)2。
可例如根据请求将示波器样本提供到主控制器81(或其它地方)。接着可从这些样本(自动)计算各种读回值(诊断参数)。
举例来说，如图27中所示出，可计算以下中的一或多个或每一者：
1.峰-值脉冲振幅。这可简单地为最大波形值减去最小波形值。
2.峰-峰振幅的上升时间，例如从20％到80％或10％到90％。
3.峰-峰振幅的下降时间，来自从80％到20％或90％到10％。
可按需要计算脉冲波形的各种其它参数，例如定量过冲、下冲、下垂、推前扰动和推后扰动的参数，例如安定时间。
接着可使用和/或显示所计算的值例如以促进推送器单元11的诊断，例如以确定推送器单元11是否处于正确的操作状态。
尽管上文描述的各种实施例涉及由示波器测量由加速度电极驱动单元产生的输出脉冲，但还有可能示波器还测量或改为测量仪器内的其它改变(或静态)的电压，例如施加到离子导引件的电压。
尽管上文描述的各种实施例涉及与脉冲控制电路系统同步操作加速度电极驱动单元的功率转换器的开关元件，但还有可能与脉冲控制电路系统同步操作另一质谱仪功率转换器的开关元件。这还可例如在所讨论的功率转换器产生纹波的情况下改进谱仪的操作。功率转换器的输出可被供应到例如质谱仪的离子源、一或多个离子导引件、检测器、离子光学件等。
尽管上文描述的各种实施例涉及基于前馈信号控制加速度电极驱动单元的功率转换器，但还有可能基于前馈信号控制另一质谱仪操作单元的功率转换器。这还可例如在所讨论的功率转换器的稳定输出为合乎需要的情况下改进谱仪的操作。功率转换器的输出可被供应到例如质谱仪的离子源、一或多个离子导引件、检测器、离子光学件等。
尽管已参考优选实施例描述本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不脱离所附权利要求书所阐述的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (18)

1.一种质谱仪，包括：
飞行时间(ToF)质量分析仪，其包括加速度电极；和
驱动单元，所述驱动单元包括：
开关模式电力供应，其包括开关元件，其中所述开关元件按周期Tswitch被周期性地切换；和
脉冲控制电路系统，其能够操作以从所述开关模式电力供应的输出按周期Tpulse周期性地形成电输出脉冲；
其中所述驱动单元被配置成使得所述开关元件与所述脉冲控制电路系统同步操作，使得Tpulse＝nTswitch，其中n为正整数；并且
其中所述质谱仪被配置成使得由所述驱动单元产生的电输出脉冲被供应到所述飞行时间(ToF)质量分析仪的所述加速度电极。
2.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述开关模式电力供应为阶跃转换器。
3.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其中所述脉冲控制电路系统包括转换开关。
4.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其中所述驱动单元包括被配置成使所述开关元件与所述脉冲控制电路系统同步的控制电路系统。
5.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其中：
Tswitch＝Tpulse。
6.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其中所述驱动单元被配置成致使在形成输出脉冲之后的预定时间延迟Tdelay之后切换所述开关元件。
7.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其中所述驱动单元被配置成使用相同时钟信号控制所述开关元件和所述脉冲控制电路系统。
8.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其中所述驱动单元被配置成致使与所述脉冲控制电路系统同步将栅极脉冲施加到所述开关元件的栅极电极。
9.根据权利要求8所述的质谱仪，其中所述驱动单元被配置成通过控制施加到所述开关元件的所述栅极电极的所述栅极脉冲的宽度来控制所述开关模式电力供应。
10.根据权利要求8所述的质谱仪，其中所述驱动单元被配置成致使响应于所述电输出脉冲的所要参数的改变以选定速率将所述栅极脉冲施加到所述开关元件的所述栅极电极持续选定时间周期。
11.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述驱动单元进一步包括：
处理电路系统，其被配置成预测所述电输出脉冲的所要参数的改变对所述开关模式电力供应的输出电压的影响；和
控制电路系统，其被配置成基于所述预测控制所述开关模式电力供应。
12.根据权利要求10或11所述的质谱仪，其中所述电输出脉冲的所述参数包括所述电输出脉冲的：(i)电压振幅；(ii)电压极性；(iii)脉冲周期；(iv)脉冲宽度；和/或(v)脉冲间周期。
13.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其中所述驱动单元进一步包括示波器，并且其中所述驱动单元被配置成使得由所述驱动单元产生的电输出脉冲被供应到所述示波器。
14.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其中所述驱动单元进一步包括：
测量电路系统，其被配置成测量所述开关模式电力供应的输出电压；和
控制电路系统，其被配置成基于测得的输出电压控制所述开关模式电力供应。
15.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其中所述驱动单元进一步包括：
测量电路系统，其被配置成测量到所述开关模式电力供应的输入电压；和
控制电路系统，其被配置成基于测得的输入电压控制所述开关模式电力供应。
16.根据权利要求1或2所述的质谱仪，进一步包括：
主电力供应，其被配置成将输入电压供应到所述开关模式电力供应；和
一个或多个操作单元，其中所述主电力供应被配置成将电力供应到所述一个或多个操作单元中的每一者。
17.根据权利要求16所述的质谱仪，其中所述一个或多个操作单元中的至少一者包括加热器。
18.一种质谱的方法，所述方法包括：
从包括开关元件的开关模式电力供应的输出按周期Tpulse周期性地形成电输出脉冲，所述开关元件按周期Tswitch被周期性地切换；
与所述电输出脉冲同步操作所述开关元件，使得Tpulse＝nTswitch，其中n为正整数；和
使所述电输出脉冲被供应到飞行时间(ToF)质量分析仪的加速度电极。
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