CN112313774B - 包括离子源和反应池的质量分析器以及使用它们的系统和方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种质量分析器的某些配置，所述质量分析器包括用于电离物质以形成离子和/或引入反应气体以辅助电离的两个腔室。在一些情况下，第一腔室可接收电子以允许电子轰击第一气体。第二腔室可从所述第一腔室接收第二气体和所述离子，以允许所述离子和第二气体相互作用。所述第一气体或所述第二气体或两者可包括分析物。

Description

包括离子源和反应池的质量分析器以及使用它们的系统和 方法

优先权申请

本申请涉及2018年4月20日提交的美国申请号15/958,781，并要求其优先权和权益。

技术领域

本文涉及质量分析，并且更具体地涉及依赖于电子碰撞电离和/或化学电离的离子源。描述了一种包括离子源和反应池的质量分析器。

背景技术

常规质谱技术依赖于分析物离子的形成以进行分析。众多电离技术-诸如电喷雾电离、化学电离以及电子碰撞电离技术是已知的。然而，现有的技术往往缺乏灵活性。因此，仍然需要新的电离技术以及依赖于此类技术的设备和质量分析器。

发明内容

参考离子源以及包括离子源和反应池的质量分析器描述了某些方面。

在一个方面，一种质量分析器包括：腔室，所述腔室包括第一气体入口；与所述第一气体入口相对的气体出口；电子入口；以及电子收集极；电子源，所述电子源被配置为沿着所述电子源与所述电子收集极之间的路径将电子以电子束的形式提供到所述腔室的所述电子入口中；以及反应池，所述反应池通过所述反应池的入口流体耦接到所述腔室的所述气体出口，其中所述反应池包括杆组和第二气体入口，其中所述反应池被配置为通过所述第二气体入口接收第二气体以允许所述第二气体与通过所述反应池的所述入口接收的所述第一气体相互作用。

在某些实施方案中，所述杆组包括四极杆组、六极杆组或八极杆组。在某些实例中，所述腔室包括与所述第一气体入口相邻的带电元件。在一些实施方案中，所述质量分析器包括离子光学器件，所述离子光学器件在所述气体出口与所述反应池的入口之间。在某些实例中，所述质量分析器包括加热元件，所述加热元件热耦接到所述反应池的所述杆组。在一些实施方案中，所述电子源被配置为沿横向于通过所述第一气体入口引入的气体流的路径将电子引入所述腔室中。在其他实例中，所述电子源被配置为沿与通过所述第一气体入口引入的气体流同轴的路径将电子引入所述腔室中。在一些实施方案中，所述电子源包括导电螺旋线圈，所述导电螺旋线圈被配置为提供使电子通过所述电子入口加速进入所述腔室中的磁场。

在另一方面，一种方法包括：将第一气体引入包括具有第一气体入口、与所述第一气体入口相对的气体出口、电子入口和电子收集极的腔室的质量分析器中，以提供离子化第一气体产物；以及将所述离子化第一气体产物提供给与所述腔室的所述气体出口流体耦接的下游反应池，其中所述反应池包括杆组和第二气体入口，其中通过所述第二气体入口提供第二气体以允许所述第二气体与从所述腔室的所述气体出口接收的所述第一气体相互作用。

在某些实施方案中，所述离子化第一气体产物包括离子化分析物。在一些情况下，所述第二气体与由所述反应池从所述气体出口接收的所述离子化分析物反应，以使所述分析物离子碎片化。在其他实例中，所述第二气体与由所述反应池从所述气体出口接收的所述离子化分析物反应，以提供所述分析物离子的加合物。在另外的实施方案中，所述第二气体包括氨、甲烷和异丁烯中的至少一者。在一些实例中，所述方法包括将化学电离气体与所述第一气体同轴地提供到所述腔室中。在某些实例中，电子沿横向于通过所述气体入口进入的气体流的路径从所述电子源提供到所述腔室中。在其他实例中，电子沿与通过所述气体入口进入的气体流同轴的路径从所述电子源提供到所述腔室中。在一些情况下，所述反应池包括四极杆组、六极杆组或八极杆组。

在另一方面，一种离子源包括：腔室，所述腔室包括第一气体入口、与所述第一气体入口相对的气体出口、电子入口和电子收集极；以及电子源，所述电子源包括导电螺旋线圈，所述导电螺旋线圈被配置为提供使电子通过所述电子入口加速进入所述腔室中的磁场。

在另一方面，一种质谱仪包括样品引入装置、本文所述的质量分析器和被配置为接收来自所述质量分析器的选定离子的检测器。

描述了另外的方面、配置和实例。

附图说明

参考附图描述某些配置，在附图中：

图1是根据一些实施方案的可能存在于质谱仪中的某些部件的框图；

图2A、图2B和图2C分别是根据一些实例的四极杆组、六极杆组和八极杆组的图示；

图3是根据一些实例的形成质量分析器的一部分的两腔室电离源的示意性框图；

图4是图2的电离源的电子加速器的示意性框图；并且

图5是形成质量分析器的一部分的交替电子碰撞电离源和下游反应池的示意性框图；

图6是根据一些实例的可通过与反应气体反应产生的某些离子产物的图示；并且

图7是根据一些实例的可通过与某些反应气体反应产生的某些离子产物的图示。

具体实施方式

描述了可与反应池一起使用以提供可在质谱仪中使用的质量分析器的双电离腔室的某些配置。在一些实例中，双电离腔室的一个腔室可用于电离提供给下游反应池的分析物。例如，可将气态分析物与离子化气体(在离子源的腔室中产生)一起引入反应池中，以电离反应池内的分析物。另选地，离子源可产生完整的分子离子并将完整的分子离子提供给下游反应池。术语“下游”通常是指系统中气体流的方向，并且下游部件(相较于上游部件)通常更远离引入气体的入口。在一些情况下，第一腔室可接收电子以允许第一气体在第一腔室中的电子轰击。第二腔室可从第一腔室接收第二气体和产生的离子，以允许产生的离子和第二气体相互作用，以例如碰撞或反应。所述第一气体或所述第二气体或两者可包括分析物。如果需要，反应池中可以存在平均轴向场。可存在光电离源并沿着轴向电子通量路径放置光电离源，以帮助电离气体或分析物或两者。

在一些情况下，本文所述的离子源可用于电离气体，然后将其提供给下游反应池。可将气态分析物提供给下游反应池，并且使其相互作用(例如碰撞或反应或两者)，以电离分析物和/或形成分析物加合物产物。可将所得的离子化分析物和/或分析物加合物产物提供给下游质量过滤器/选择器，以基于质荷比(m/z)选择离子。然后可使用检测器检测选定的离子。在其他情况下，离子源可在将分析物提供给下游反应池之前电离分析物。

电子碰撞电离源(“EI”)与GC-MS广泛用于各种应用。通常，EI产生更高比例的碎片离子，所述碎片离子可用于获取分析物的定量和结构信息。EI的使用可能导致母体离子丰度低。本文所述的装置和系统可用于提供完整的分子离子，并且还可以同时充当用于在受控压力下监视离子-分子反应的腔室。虽然不是必需的，但是系统通常包括离子源、反应池和质量过滤器/选择器。例如，离子源可包括一体的反应池，或者质量分析器可包括离子源和反应池(以及质量过滤器/选择器)。

在某些实施方案中，质谱仪的某些部件的示意图在图1中示出。系统50包括样品引入装置52、离子源54、反应池56、质量过滤器/选择器58和检测器60。在一些情况下，离子源54、反应池56和质量过滤器/选择器58可一起存在于质量分析器中，如下面更详细地指出的。例如，离子源54、反应池56和质量过滤器/选择器58可存在于质量分析器53中。尽管在下面更详细地描述，但是反应池56通常包括四极杆组72(参见图2A)或六极杆组74(参见图2B)或八极杆组76(参见图2C)。如果需要，可用环形导向器代替杆组。例如，环形导向器可提供宽的质量范围限制径向场、平均轴向场和限制分析物的能力。尽管杆组中的杆被示出为具有正方形横截面，但是在反应池中也可替代地使用其他杆形状。

在一些实施方案中，反应池可与质量分析器中的离子源结合使用。例如，图3和图5示出合并两腔室/池电离源的质量分析器300、300'。分析器300可通过电子碰撞、化学电离或两者或其他方式产生离子。为此，示例性质量分析器300包括电离池，所述电离池在外壳中包括化学电离腔室316。外壳在形状上可以是大体矩形(具有正方形或矩形的面)或圆柱形、由诸如金属或合金的一般导电材料形成。外壳的示例性尺寸可在约10mm与200mm之间。在一个实施方案中，外壳的尺寸可以是24.5mmx12 mmx25.4 mm。在替代实施方案中，外壳可具有其他形状-优选地关于平面对称-并且可以是正圆柱形(带有圆形、椭圆形、矩形或其他形状的底座)、球形等。腔室316包括气体入口340和位于腔室316的大体相对侧上的气体出口342。腔室出口342通常与质量分析器300的引导轴线320同轴。

在某些配置中，腔室入口340可流体耦接到合适的分析物源，例如，可流体耦接到如图1所示的样品引入装置52。例如，样品引入装置52可以是GC系统、LC系统、喷雾器、雾化器、喷嘴或喷头或可向质量分析器300的离子源提供气体或液体样品的其他装置。在使用固体样品的情况下，样品引入装置52可包括直接样品分析(DSA)装置或可从固体样品引入分析物物质的其他装置。虽然不是必需的，但是通常以气态形式提供进入腔室入口340的分析物。例如，分析物可从气相色谱仪、环境采样装置或其他合适的分析物源提供。

腔室入口340可进一步允许引入第二气体，所述第二气体可与引入的分析物相互作用和反应以在腔室316内引起化学电离。第二气体可例如与通过腔室入口340引入的分析物同轴引入。第二气体可与气态分析物产生化学反应(从而充当反应气体)，或简单地物理轰击气态分析物(从而充当轰击气体)。通常，化学电离伴随着分析物的最小碎片化。如果非分析物气体的电离电势大于分析物的电离电势，则可有利于产生分析物离子。

例如，可与引入的分析物同轴地引入第二气体。如将理解的，合适的第二气体可以其他方式引入腔室316中，例如，通过紧邻腔室入口340的另一气体入口(未示出)或腔室316壁上的其他地方引入。

在一些实例中，当在腔室316内发生化学电离时，可通过(中性)分析物分子与从引入的反应气体生成的离子的碰撞而产生离子。示例性化学反应气体包括甲烷、氨、异丁烷或其他气体。反应气体通常是远过量于目标分析物而引入的，使得传入的电子优先电离反应气体。一旦反应气体被电离，则可能出现多种与目标分析物的化学反应，诸如质子化[M+XH+→M-H++X]、氢化物抽取[MH+X+→M++XH]、加合物形成[M+X+→M-X+]、电荷交换[M+X+→M++X]，其中M、MH表示分析物，而XH+、X+是从反应气体中得到的物质。

在一些实例中，轰击气体可以是稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙)、惰性气体诸如氮，或简单的双原子气体诸如NO或CO。如果使用轰击气体，则电离轰击气体，并且随后根据相对电离能将其选择性地用于电离分析物：X+e-→X+(轰击气体的电离)。X++M→M++X(如果分析物M的电离能<轰击气体X的电离能)。否则，则没有反应。不同轰击气体具有不同的固有的电离能。

在某些实例中，分析物和反应气体从腔室316的一侧上的腔室入口340行进到腔室的相对侧并且沿着其路径进行电离。一种在其上施加有电压的带电元件346(例如，透镜或离子光学器件)可使腔室316内的离子加速，因为它们朝向腔室出口342行进。带电元件346可采用矩形板的形式，或可形成为中空的圆筒，例如外径为约2mm至约4mm并且长度为约4mm至约8mm，其中圆筒轴线朝向腔室出口342定向，并且定位成使得当离子离开腔室出口342时分析物行进穿过带电元件346。所施加电压可在-400至+400V的范围内，虽然也可使用其他电压。

在一些实例中，多个电子入口334(图5)可定位在腔室316的另一第三侧上，并且允许沿着大体横向于腔室入口340与腔室出口342之间的路径的路径以束的形式引入电子。然而，如果需要，可在与例如在美国专利号7,060,987中描述的气体流同轴的方向上提供电子。引入的电子可在腔室316内的分析物和反应气体传递到腔室出口342时轰击所述分析物和所述反应气体。在某些实施方案中，示例性电子源(具有电子源和加速器100(参见图3)的形式)可馈送到电子入口334中的每一个。电子入口334可充当供电子从加速器100进入腔室316的聚焦透镜。为此，电子入口334可在可与腔室316的其余部分电隔离的导电板或其一部分中形成。电子入口334可被定位成允许电子通过。合适的电压-例如在0至+400V的范围内-可施加到板，或板可接地。电子收集极350可位于相对的电子入口334处并且可有助于使引入的电子加速和转向。合适的电压(例如，0-250V)可施加到电子收集极350。在一些情况下，在腔室316中没有气体的情况下可直接通过孔口342提供轴向电子束。电子束可进入反应池390中，带有载气的分析物在反应池中具有或不具有反应气体的情况下通过开口364流入所述反应池中。在一些配置中，反应池体积可将进入反应池390的分析物限制为接近来自腔室316的离子化原子的体积。

在某些实施方案中，电子加速器100的图示在图4中更详细地示出，并且采用围绕大体平行于电子在腔室316内的行进轴线的轴线缠绕的导电螺旋线圈102的形式。线圈102可缠绕以形成约毫米大小(例如，0.5mm至3mm或约1mm)的孔隙，并且其缠绕密度为每cm约10匝。如将理解的，任何施加到线圈102的电流转而还生成大体沿着线圈轴线104的磁场。线圈102的串联电阻或固有电阻可限制流入线圈102的电流。磁场的大小可以普通技术人员所理解的方式通过施加到线圈102的电流来控制。线圈102可由诸如钨的电子发射材料形成，或者可从另一源引入。电子沿着轴线104引入并且聚焦为电子束，其在将电子引入腔室316的电子入口334之前由磁场加速。加速电子因此可以初始良好限定的速度进入腔室316，以与从腔室入口340横越到腔室出口342的分析物(和反应气体)碰撞。

在一些情况下，加速器100可通过洛伦兹力-F＝qv X B来加速电子，其中F、v和B表示由线圈102生成的磁场的电子速度矢量和磁场矢量，并且q表示电荷。它们的矢量叉积(由电子电荷缩放)确定在电子上的力。合力F既垂直于带电荷q的粒子的速度v，也垂直于磁场矢量B。因此，电子速度被约束于沿着轴线104的方向或以充当向心力的F围绕线圈102的轴线的圆形运动。线圈102将围绕直的轴线缠绕。然而，其他几何形状(其中线圈102是围绕非线性的轴线缠绕的)也许是可能的-线圈102可例如围绕圆弧、曲线等缠绕。

再次参考图3，腔室出口342可形成在腔室316的壁中，并且可充当聚焦透镜360。可在腔室出口342周围放置另一聚焦透镜352。在腔室出口342处离开腔室316的离子可在基本上类似于分析器轴线320的轴线上离开。

在一些情况下，下游反应池370可从腔室316接收离子化气体(例如分析物和任选的反应气体)。可通过(第二)气体入口364将另一气体引入反应池370中。此外，加热元件366可加热反应池370以向其提供另外的热能。反应池370可例如被加热到300与500摄氏度之间。

在一些配置中，反应池370可采用两级反应池的形式，其具有：第一级380，所述第一级380包括以四极杆围绕分析器轴线320布置的杆组382；以及第二级390，所述第二级390包括在第一级380的下游进一步以四极杆围绕轴线320布置的杆组392；如例如在美国专利号7,868,289中所描述的，所述专利的内容以引用方式并入本文。如果需要，杆组可以替代地是分别如图2B和图2C所示的六极杆组或八极杆组。可将合适的电压施加到杆组380，以提供围绕轴线320的大体正弦形的封闭场，并且沿着轴线320引导离子。杆组382可例如充当本领域中已知的碰撞池，其可具有预过滤器以帮助离子聚焦到池中和/或调整离子能量。也可将轴向场施加到杆组382。合适的杆组例如在美国专利号7,868,289中详述。

在具有两级反应池的实施方案中，可施加反应电势E_ION并相应地跨越反应池370的第一级380与第二级390之间以选择反应能量。低反应电势可有利于分子离子形成，而高能量可有利于碎片化。反应池370内的反应气体可与离开腔室316的离子化分析物相互作用。此反应可进一步选择性地引起离开腔室出口342的离子化分析物的电离。碎片化分析物也可离开腔室出口342，并且借由通过气体入口364引入反应池370的反应气体在下游反应池370中进一步电离。

在另一实施方案中，如例如图5所描绘的质量分析器300'，腔室316(图3)可由电子碰撞腔室314替换，从而允许使用电子碰撞来代替分析物的化学电离。因此，待电离的气体可通过腔室入口340引入没有反应气体的腔室314中。电子轰击可使通过腔室入口340引入的这种气体电离和/或碎片化。另外，引入的气体从腔室314的一侧上的腔室入口340行进到朝向腔室出口342的相对侧，并且沿着其路径被电离。带电元件或排斥极336(其具有施加到其上的合适的电压)可使腔室314内的离子在朝向腔室出口342行进时加速。

多个电子入口334在腔室314的另一第三侧上，并且允许沿着大体横向于腔室入口340与腔室出口342之间的路径的路径引入电子。当气体从腔室入口340传递到腔室出口342时，引入的电子可轰击气体，并有助于或引起其电离。

可与腔室314一起使用的形式为电子源和加速器100的示例性电子源在图4中再次描绘，并且可馈送到电子入口334中的每一个。电子入口334可充当用于引入的电子的聚焦透镜。位于相对电子入口334处的电子收集极350'可有助于使电子加速和转向。合适的电压(例如，0-250V)可施加到电子收集极350’。

离开腔室出口342的分析物可由第一聚焦透镜360(例如，形成在腔室316的壁中)和另外的下游聚焦透镜352聚焦。下游反应池370'从腔室314接收离子化和/或碎片化气体。可通过入口364'将相互作用气体引入池370'中。此外，加热元件366'可加热反应池370'。反应池370'可采用单级反应池的形式-例如可以是碰撞池-具有第一级390'，所述第一级390'包括以四极杆围绕轴线320布置的杆组392'。反应池370'中的相互作用气体可与离开腔室314的离子化气体相互作用。此反应气体可进一步选择性地引起离开腔室出口342的离子化气体和引入的气体的相互作用。

仅为了说明目的，用于引入腔室314中的分析物A的示例性反应在图6中示出。B/C是轰击/反应气体。任选地，可适当地对反应池370'加压以冷却离开池314的离子。可使用惰性气体(诸如氮气、氩气)或在环境温度或以下的其他气体。

在另一实施方案中，可将分析物气体引入图5的腔室314的腔室入口340中。电子轰击可引起分析物气体电离和/或碎片化。离子化和/或碎片化分析物可离开腔室出口342，并且进一步与通过入口364'引入反应池370'的气体相互作用。

在一个实施方案中，可将分析物气体引入入口364'中，并且可通过腔室入口340将合适的化学电离或其他分析物气体引入腔室314中。在图7中示出了引入腔室314中的分析物A与引入反应池370'的入口364'中的分析物气体An1、An2的示例性反应。如本领域已知的，其他反应途径可包括加合物形成和/或簇离子形成。

所得的离子化分析物可沿着轴线320向下游传递，以便在质量分析器300的下游阶段进行进一步分析。因此，可以理解，质量分析器可例如包括质量过滤器/选择器58(参见图1)和/或反应池370下游的其他部件。例如，质量分析器可包括下游扫描质量分析器、磁扇形分析器(例如，用于单或双聚焦的MS装置中)、四极质量分析器、离子阱分析器(例如，回旋加速器、四极离子阱)、飞行时间分析器(例如，基质辅助激光解析电离飞行时间分析器)以及可以不同的质荷比分离各种物质的其他合适的质量分析器。质量分析器可包括串联布置的两个或更多个不同的下游装置，例如，串联MS/MS装置或三重四极装置，以选择和/或识别离子。下游检测器可从质量分析器接收离子。说明性检测器包括但不限于电子倍增器、法拉第杯、涂层照相板、闪烁检测器等，以及本领域普通技术人员受益于本公开将选择的其他合适的装置。如果需要，还可包括其他质量分析器部件。

可使用一个或多个处理器来控制用于操作系统和质量分析器的各种电压、气压等。例如，可存在处理器，所述处理器可以是系统或仪器的一部分，或者可存在于与仪器一起使用的相关联的装置(例如计算机、膝上型计算机、移动装置等)中。例如，处理器可用于控制提供到反应池的杆的电压、反应池中的压力、提供到腔室316中的气体的类型或量，并且可控制质量过滤器/选择器和/或可被检测器使用。此类过程可在无需用户干预的情况下由处理器自动执行，或者用户可通过用户接口输入参数。例如，处理器可使用信号强度和碎片峰以及一个或多个校准曲线来确定同一性以及样品中每种分子存在的数量。在某些配置中，处理器可存在于一个或多个计算机系统和/或通用硬件电路(包括例如用于操作系统的微处理器和/或合适的软件)中，例如以控制样品引入装置、离子源、质量分析器、检测器等。在一些实例中，检测装置本身可包括其自身相应的处理器、操作系统和其他特征以允许检测各种分子。处理器可与所述系统成一体或者可存在于电耦接到所述系统的部件的一个或多个附件板、印刷电路板或计算机上。处理器通常电耦接到一个或多个存储器单元以从所述系统的其他部件接收数据并且准许根据需要或期望调节各种系统参数。处理器可以是通用计算机的一部分，诸如基于Unix的那些、英特尔PENTIUM型处理器、摩托罗拉PowerPC、太阳UltraSPARC、惠普PA-RISC处理器或任何其他类型的处理器。可根据所述技术的各种实施方案使用任何类型的计算机系统中的一种或多种。此外，所述系统可连接到单个计算机或者可分布在由通信网络附接的多个计算机之中。应了解，可执行其他功能，包括网络通信，并且所述技术不限于具有任何特定的功能或功能组。各种方面可实现为在通用计算机系统中执行的专用软件。计算机系统可包括连接到一个或多个存储器装置(诸如磁盘驱动器、存储器或用于存储数据的其他装置)的处理器。存储器通常用于在系统的操作期间存储程序、校准曲线、电压值、压力值和数据值。计算机系统的部件可由互连装置耦接，所述互连装置可包括一个或多个总线(例如，在集成在同一机器内的部件之间)和/或网络(例如，在驻留在分离的分立机器上的部件之间)。互连装置允许在系统的部件之间交换通信(例如，信号、数据、指令)。计算机系统通常可在处理时间(例如，几毫秒、几微秒或更短的时间)内接收和/或发布命令，以允许快速控制系统。例如，可实现计算机控制，以控制样品引入、提供到每个杆的反应池杆电压和/或频率、检测器参数等。处理器通常电耦接到电源，所述电源可以是例如直流电源、交流电源、电池组、燃料电池或其他电源或电源的组合。电源可由所述系统的其他部件共享。所述系统还可包括一个或多个输入装置(例如，键盘、鼠标、轨迹球、传声器、触摸屏、手动开关(例如，超控开关))和一个或多个输出装置(例如，打印装置、显示屏、扬声器)。另外，所述系统可包含将计算机系统连接到通信网络的一个或多个通信接口(除了或替代互连装置)。所述系统还可包括合适的电路以转换从存在于所述系统中的各种电气装置接收的信号。此类电路可存在于印刷电路板上，或者可存在于通过合适的接口(例如，串行ATA接口、ISA接口、PCI接口等)或通过一个或多个无线接口(例如，蓝牙、Wi-Fi、近场通信或其他无线协议和/或接口)电耦接到印刷电路板的分离的板或装置上。

在某些实施方案中，本文所描述的系统中所使用的存储系统通常包括计算机可读且可写的非易失性记录介质，可由程序使用的软件代码可存储在介质中以便由处理器执行，或者信息可存储在介质上或中以便由程序处理。介质可以是例如硬盘、固态驱动器或快闪存储器。待由处理器执行的程序或指令可位于本地或远程，并且可由处理器根据需要通过互连机制、通信网络或其他方式来检索。通常，在操作中，处理器致使将数据从非易失性记录介质读取到另一个存储器中，所述另一个存储器与介质相比允许处理器更快地访问信息。此存储器通常是易失性随机存取存储器，诸如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。此存储器可位于存储系统中或存储器系统中。处理器通常在集成电路存储器内操纵数据，然后在完成处理之后将数据复制到介质中。已知用于管理介质与集成电路存储器元件之间的数据移动的多种机制，并且所述技术不限于此。所述技术也并不限于特定的存储器系统或存储系统。在某些实施方案中，所述系统还可包括专门编程的特殊用途硬件，例如，专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。所述技术的各方面可在软件、硬件或固件或其任何组合中实现。此外，此类方法、行为、系统、系统元件及其部件可实现为上述系统的一部分或实现为独立部件。尽管通过举例将特定系统描述为可在其上实践所述技术的各种方面的一种类型的系统，但应了解，各方面不限于在所描述的系统上实现。各种方面可在具有不同架构或部件的一个或多个系统上实践。所述系统可包括可使用高级计算机编程语言编程的通用计算机系统。所述系统也可使用专门编程的特殊用途硬件实现。在所述系统中，处理器通常是可商购获得的处理器，诸如可从Intel公司购得的众所周知的奔腾级处理器。许多其他的处理器也是可商购获得的。这种处理器通常执行操作系统，所述操作系统可以是例如：可从微软公司购得的Windows 95、Windows 98、Windows NT、Windows 2000(Windows ME)、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8或Windows 10操作系统；可从苹果公司购得的MAC OS X，例如Snow Leopard、Lion、Mountain Lion或其他版本；可从太阳微系统公司购得的Solaris操作系统；或可从各种来源购得的UNIX或Linux操作系统。可使用许多其他的操作系统，并且在某些实施方案中，一组简单的命令或指令可用作操作系统。此外，处理器可被设计为量子处理器，所述量子处理器被设计为使用一个或多个量子位来执行一个或多个功能。

在某些实例中，处理器和操作系统可一起限定可为其编写高级编程语言的应用程序的平台。应理解，所述技术不限于特定的系统平台、处理器、操作系统或网络。而且，对于本领域的技术人员来说应显而易见的是，鉴于本公开的益处，本技术不限于具体的编程语言或计算机系统。此外，还应了解，也可使用其他适当的编程语言和其他适当的系统。在某些实例中，硬件或软件可被配置来实现认知架构、神经网络或其他合适的实施方式。如果期望的话，计算机系统的一个或多个部分可跨耦接到通信网络的一个或多个计算机系统分布。这些计算机系统也可以是通用计算机系统。例如，各种方面可分布在一个或多个计算机系统之中，所述一个或多个计算机系统被配置来向一个或多个客户端计算机提供服务(例如，服务器)或作为分布式系统的一部分执行总体任务。例如，各种方面可在包括根据各种实施方案执行各种功能的分布在一个或多个服务器系统之中的部件的客户端服务器和多层系统上执行。这些部件可以是使用通信协议(例如，TCP/IP)通过通信网络(例如，互联网)通信的可执行的中间(例如，IL)或解释(例如，Java)代码。还应了解，所述技术不限于在任何特定的系统或系统群组上执行。而且，应了解，所述技术不限于任何特定的分布式架构、网络或通信协议。

在一些实例中，各种实施方案可使用面向对象的编程语言(例如像SQL、SmallTalk、Basic、Java、Javascript、PHP、C++、Ada、Python、iOS/Swift、Ruby on Rails或C#(C-Sharp))来编程。也可使用其他面向对象的编程语言。另选地，可使用功能、脚本和/或逻辑编程语言。各种配置可在非编程环境(例如，以HTML、XML或其他格式创建的文件，当在浏览器程序的窗口中查看时，所述文件呈现图形用户界面(GUI)的各方面或执行其他功能)中实现。某些配置可实现为编程或非编程元件或其任何组合。在一些情况下，所述系统可包括远程接口，诸如移动装置、平板计算机、膝上型计算机或可通过有线或无线接口通信并且准许根据需要远程操作所述系统的其他便携式装置上所存在的那些接口。

在某些实例中，处理器还可包括或可访问关于分子、其电离或碎片模式等信息的数据库，所述信息可包括分子量、质荷比和其他常见信息。存储在存储器中的指令可执行所述系统的软件模块或控制例程，这实际上可提供所述系统的可控制模型。处理器可使用从数据库访问的信息以及在处理器中执行的一个或多个软件模块来确定系统不同部件的控制参数或值，例如，不同的杆电压、不同的压力等。使用接收控制指令的输入接口以及链接到系统中不同系统部件的输出接口，处理器可对系统执行主动控制。例如，处理器可控制检测器装置、样品引入装置、离子源和系统的其他部件。

描述某些特定实例以说明本文所述技术的某些用途。

实施例1

包含氩气和挥发性有机化合物的样品可通过质量分析器300的腔室入口340引入腔室316中。根据所使用的电压和压力，源可向下游反应池370提供完整的分子离子或碎片离子。

实施例2

在操作质量分析器的另一模式中，可将氩气本身(例如，通过腔室入口340)提供到没有任何分析物的腔室316。可将产生的具有约12eV能量分布的氩离子束引导到反应池370中。然后可在5至10毫托的压力下将分析物蒸气(例如，通过入口364)引入反应池中。与氩离子碰撞时电离电势低于12eV的分析物分子被电离，并保留为完整的分子离子。这些离子可使用下游四极杆质量过滤器或其他质量过滤器进行质量分离。

实施例3

可使用与实施例2中使用的类似的设置，但是在将氩离子提供到下游反应池370之前另外激发氩离子。可将氩离子能量激发至约40eV，然后进入反应池370，在反应池中它们与样品分子碰撞。

实施例4

腔室316中所使用的条件可被优化以有利于或产生完整的分子离子。可将腔室316中产生的离子的能量调整至约3eV，然后将其提供给反应池。可将氨反应气体在期望的压力(例如15毫托)下添加到反应池中。由于氨的质子亲和力(854KJ/mol)很高，因此与分子离子的碰撞可导致形成与分子离子的氨加合物。这些离子可使用下游四极杆质量过滤器或其他质量过滤器进行分离。

当介绍本文所公开的实例的要素时，冠词“一个”、“一种”、“所述”和“所述”意图意指有所述要素中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”意图是开放式的，且意指除了所列要素以外，可能还有另外的要素。这可通过本领域的普通技术人员认识到，考虑到本公开的益处，示例的各种部件可以与其他实例中的各种部件互换或被其替代。

虽然上面已描述了某些方面、实例和实施方案，但本领域的普通技术人员将认识到，考虑到本公开的益处，添加、替换、修改和改变所公开的说明性方面、实例和实施方案是可能的。

Claims (20)

1.一种质量分析器，其包括：

腔室，其具有用于接收第一气体的第一气体入口、以及与所述第一气体入口相对的离子出口；

用以提供加速电子束的电子源和加速器；

所述腔室还包括用以从所述电子源和加速器接收所述加速电子束的电子入口、以及与所述电子入口相对的电子收集极，并且所述电子收集极布置成沿着与所述第一气体入口和所述离子出口之间的路径成横向的路径，来引导来自所述电子源和加速器的所述加速电子束通过所述电子入口；以及

直接从所述腔室接收离子的下游反应池，所述反应池包括用以接收第二气体的第二气体入口，从而允许所述接收到的第二气体与从所述腔室接收到的离子相互作用。

2.根据权利要求1所述的质量分析器，其中，所述第一气体包括分析物。

3.根据权利要求2所述的质量分析器，其中，所述第二气体与来自所述离子出口的离子反应以引起碎片化。

4.根据权利要求2所述的质量分析器，其中，所述第二气体与来自所述离子出口的离子反应，以引起加合物形成。

5.根据权利要求4所述的质量分析器，其中，所述第二气体包括NH₃、CH₄和异丁烷中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的质量分析器，其中将引起化学电离的气体与所述第一气体同轴地提供到所述腔室。

7.一种离子源，其包括：

腔室，其具有用于接收包括分析物的气体的气体入口、以及与所述气体入口相对的离子出口；以及

电子源和包括导电螺旋线圈的加速器，所述导电螺旋线圈用于生成加速来自所述电子源的电子以将加速电子束提供到所述腔室中的磁场；

所述腔室还具有电子入口、以及与所述电子入口相对的电子收集极，并且所述电子收集极布置成沿着与所述气体入口和所述离子出口之间的路径成横向的路径，来引导来自所述电子源和加速器的所述加速电子束通过所述电子入口。

8.根据权利要求7所述的离子源，其中，所述气体是从气相色谱仪接收的。

9.根据权利要求7所述的离子源，其中，所述电子源包括在所述离子出口处的透镜以便聚焦来自所述离子源的离子。

10.根据权利要求7所述的离子源，其中，所述腔室还包括用于加速所述气体中的离子的电荷板。

11.根据权利要求7所述的离子源，其中，所述腔室包括沿着所述腔室的一侧间隔开的多个电子入口。

12.根据权利要求7所述的离子源，其中，所述腔室包括第二气体入口，用于向所述腔室提供第二源的气体。

13.根据权利要求12所述的离子源，其中，将所述第二源的气体与包括所述分析物的所述气体同轴地提供。

14.根据权利要求12或13所述的离子源，其中，所述第二源的气体是用以与所述分析物反应的反应气体。

15.根据权利要求12或13所述的离子源，其中，所述第二源的气体是轰击气体。

16.一种用于质量分析器的离子源，其包括：

第一腔室，其具有用于接收第一气体的第一气体入口、以及与所述第一气体入口相对的离子出口；

用以将加速电子束提供到所述第一腔室中的电子源和加速器；

所述第一腔室还具有电子入口、以及与所述电子入口相对的电子收集极，并且所述电子收集极布置成沿着与所述第一气体入口和所述离子出口之间的路径成横向的路径，来引导来自所述电子源和加速器的所述加速电子束通过所述电子入口；

第二腔室，其包括用以接收第二气体的第二气体入口，所述第二腔室位于所述第一腔室的下游，以便直接从所述离子出口接收离子，并且允许所述第二气体与所述离子相互作用。

17.一种用于质量分析器的离子源，包括第一腔室和第二腔室，其中所述第一腔室包括电子源和加速器，用以将加速电子的束提供到所述第一腔室中从而允许被引入到所述第一腔室中的第一气体的电子轰击，并且其中所述第二腔室接收第二气体以及直接从所述第一腔室接收离子，从而允许所述第二气体与从所述第一腔室提供的所述离子之间的相互作用。

18.根据权利要求17所述的离子源，其中，所述第一气体包括分析物，用于由所述质量分析器进行分析。

19.根据权利要求17所述的离子源，其中，所述第二气体包括分析物，用于由所述质量分析器进行分析。

20.根据权利要求1所述的质量分析器，其中，所述加速器包括线圈。

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