CN113302715A - 对电子倍增器内部区域的改进 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在离子检测器中使用类型的电子倍增器装置，以及用于延长操作寿命或以其它方式改善性能的修改。本发明可以实施为电子倍增器的形式，该电子倍增器包括一系列离散的电子发射表面，这些电子发射表面被配置成提供电子放大链，该电子倍增器被配置成抑制或防止污染物进入、或部分地通过、或完全通过电子倍增器。电子倍增器可以包括一个或多个挡板，该挡板被配置成与不具有一个或多个挡板的相同或相似的电子倍增器相比降低电子倍增器的真空传导率。

Description

对电子倍增器内部区域的改进

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，本发明涉及在离子检测器中使用的类型的电子倍增器设备及其修改，以用于延长操作寿命或以其它方式改善性能。

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。

在其它应用中，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。

在检测器中，放大的电子信号撞击到终端阳极上，该阳极输出与撞击它的电子数成比例的电信号。如本领域中充分理解的，来自阳极的信号被传送到计算机进行分析。

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大小限制。

电子倍增领域中的另一个问题是离子反馈。离子反馈是电子倍增器内部或周围的中性粒子(诸如残余气体分子)变得被电离的过程。中性粒子可以被任何单个高能电子电离。这种电离更可能发生在较高电子通量的区域中，并且对于中性粒子的固定背景来说典型地与电子通量成比例。因此，虽然电离可能发生在电子倍增器内的任何点处，但是大多数朝向收集器附近的电子放大链的输出端发生。中性种类的电离也发生在检测器之外。离散倍增极检测器典型地对本地环境非常“开放”。由于倍增极到倍增极的电子转移效率小于100％，一些二次电子逃逸到本地环境并迁移到真空室的外部环境中，在那里它们将中性气体粒子电离。

无论如何形成，离子(带正电)由于施加到装置的电压电位而朝向倍增器的输入端(包括在倍增器外部形成的离子)被吸引。如果这些离子获得足够的能量，二次电子将在与倍增器内的电子发射表面碰撞时产生。离子诱导的二次发射反过来级联和倍增，导致寄生输出脉冲，该寄生输出脉冲降低装置的性能。

寄生脉冲可能表现为背景噪声、基线结构、伪峰或它们的组合。抑制离子反馈是电子倍增器的设计中的重要目标，因为它可以通过多种方式表现出和影响检测器性能。

已经提出了两种方法来减少现有技术电子倍增器中的离子反馈。第一种方法是离子阻挡或俘获，第二种方法是防止离子形成。在第一种方法中，离子获得足够的能量或动量来引起寄生脉冲的概率通过通道的物理或电学改变来降低。一般来说，离子俘获或阻挡不会消除离子反馈的来源，即离子本身。

作为第一种方法的一个实际示例，在现有技术的倍增器中，已经通过使用限制电子倍增的范围的“阻挡”倍增极抑制了离子反馈。阻挡倍增极用来抑制反馈离子在它们撞击倍增极时的初始冲击能量。典型地，阻挡倍增极被配置成限制两个或更多个顺序阻挡倍增极之间的视线。

参考图1，图1示出了电子放大链中三个倍增极的典型布置。放大过程从由于离子/电子撞击导致的来自倍增极A的二次电子发射开始。这些发射的电子被拉向倍增极B的延伸部段(最上面的部段)。发射倍增极A的短部段(最下面的部段)同时保护这些电子免受相邻倍增极C的延伸部段的影响，该延伸部段处于比目标倍增极B更高的电压。C的延伸部段延伸足够远，使得倍增极A的短部段不再阻挡其对电子轨迹的影响。此时，电子被向下拉向倍增极C，倍增极C将电子聚焦在目标倍增极B的中间(中心)部段和短部段上。然后，这些电子触发该过程的重复，倍增极B成为新的倍增极A。

在该过程中，相邻的延伸部段和短部段的耦接已经导致在现有技术的电子倍增器中的通用倍增极形状和布置，其代表了现有技术的状态。虽然通常是有效的，但是这种配置的不期望的结果是离子反馈的增加，因为更高效率的倍增极到倍增极的电子转移典型地增大了检测器的中心间隙的范围。

本发明的一个方面是提供一种具有延长的使用寿命和/或性能改善的改进的电子倍增器。现有技术的另一个方面是提供现有技术电子倍增器的有用替代物。

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，本发明提供了一种电子倍增器，该电子倍增器包括一系列离散的电子发射表面，这些电子发射表面被配置成提供电子放大链，该电子倍增器被配置成抑制或防止污染物(包括但不限于在样品载气流中行进的污染物)进入、或部分地通过、或完全通过电子倍增器。

在第一方面的一个实施例中，电子倍增器包括一个或多个挡板，该挡板被配置成防止或抑制污染物进入、或部分地通过、或完全通过电子倍增器。

在第一方面的一个实施例中，一个或多个挡板被配置成与不具有一个或多个挡板的相同或相似的电子倍增器相比降低电子倍增器的真空传导率。

在第一方面的一个实施例中，在电子倍增器内限定了线性路径，要不是存在一个或多个挡板，该线性路径就允许污染物进入、或部分地通过、或完全通过电子倍增器。

在第一方面的一个实施例中，该系列离散的电子发射表面围绕电子倍增器的中心轴线设置，并且其中一个或多个挡板接近、邻接中心轴线或与中心轴线相交。

在第一方面的一个实施例中，该系列离散的电子发射表面围绕电子倍增器的中心轴向区域设置，并且其中一个或多个挡板延伸到中心轴向区域中。

在第一方面的一个实施例中，一个或多个挡板完全横穿中心轴向区域。

在第一方面的一个实施例中，一个或多个挡板从电子倍增器的壳体、或者从电子倍增器内的现有结构或者从电子倍增器内的专用结构延伸。

在第一方面的一个实施例中，该系列离散的电子发射表面中的每一个是倍增极或倍增极的一部分，并且一个或多个挡板中的一个从倍增极延伸。

在第一方面的一个实施例中，倍增极具有外围区域，并且一个或多个挡板从外围区域延伸。

在第一方面的一个实施例中，倍增极在横截面上具有第一部段和第三部段，第一部段和第三部段中的每一个大体上朝向电子倍增器的中心轴线或中心区域延伸，第一部段和第三部段由第二部段接合，并且其中(i)挡板从第一部段或第三部段延伸，或者(ii)第一部段或第三部段延伸以至少部分地用作挡板。

在第一方面的一个实施例中，第一部段在横截面上比第三部段长。

在第一方面的一个实施例中，第二部段在横截面上的长度介于第一部段和第二部段的长度之间。

在第一方面的一个实施例中，倍增极由单件材料制成，并且倍增极的第一和第三部段各自由在与第二部段的相应接口处的弯曲部限定，并且其中第一和第三部段大体上朝向电子倍增器的中心轴线或中心区域延伸。

在第一方面的一个实施例中，该系列离散的电子发射表面中的每一个是倍增极，该系列倍增极以交错方式布置。

在第一方面的一个实施例中，倍增极的第一部段与放大链中下一个倍增极的第一部段交错。

在第一方面的一个实施例中，倍增极的第一部段是最接近电子倍增器输入的部段。

在第一方面的一个实施例中，倍增极的第一部段与放大链中下一个倍增极的第一部段交错，从而在第一和第二部段之间提供至少约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4m、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2.0mm的重叠。

在第一方面的一个实施例中，电子倍增器包括至少约2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个挡板。

在第一方面的一个实施例中，倍增极中的至少一个被配置或定位成用作挡板。

在第一方面的一个实施例中，一个或多个挡板中的至少一个各自延伸约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4m、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2.0mm的距离。

在第二方面，本发明提供了一种粒子检测器，其包括第一方面的任何实施例的电子倍增器，以及配置成收集由电子倍增器输出的二次电子的收集器。

附图说明

图1是示出包括现有技术倍增极的电子倍增器中二次电子的移动方向的高度示意性图。

图2是示出现有技术电子倍增器中二次电子雪崩的产生的高度示意性图。由倍增极形成的三维中心线性空间的边界示出为虚线矩形。

图3是示出电子倍增器的倍增极的比例的高度示意性图。在电子放大链中顺序的倍增极中的两个被修改，使得上部部段被超延伸，从而(i)彼此重叠并且(ii)延伸到倍增器的中心线性空间中。

图4至图10各自示出了完整电子倍增器的倍增极的高度示意性图。在每幅图中，输入粒子(典型地是离子)在倍增器的顶部处进入(如图所示)，由倍增极产生的二次电子的雪崩在底部处离开。各种附图例示了具有不同比例的修改的与未修改的倍增极的实施例，以及修改的倍增极在电子倍增器的某些区域中的定位。

图11和图12各自示出了部分电子倍增器的倍增极的高度示意性图，其中挡板与任何倍增极分开。

图13是高度示意性的框图，示出了一种典型的布置，其中气相色谱仪器耦接到质谱仪，质谱仪具有本文所述类型的配置成最小化真空传导率的离子检测器。

图14是两个检测器元件(“A”和“B”)之间的示例性接口的剖视图，以便在其接口处形成非线性或曲折的路径。

图15是两个检测器元件(“A”和“B”)之间的示例性接口的透视图，以便在其接口处形成非线性或曲折的路径。

图16是两个检测器元件(“A”和“B”)之间的示例性接口的剖视图，以便在其接口处形成非线性或曲折的路径，元件中的一个具有形成物，另一个具有互补的凹部。

图17是两个检测器元件(“A”和“B”)之间的示例性接口的剖视图，以便在其接口处形成非线性或曲折的路径，元件中的一个具有一系列形成物，另一个具有一系列互补的凹部。

图18是两个检测器元件(“A”和“B”)之间的示例性接口的剖视图，以便在其接口处形成非线性或曲折的路径，元件中的一个具有周边唇缘。

图19是两个检测器元件(“A”和“B”)之间的示例性接口的剖视图，以便在其接口处形成非线性或曲折的路径，元件中的一个具有周边唇缘和凹部，另一个具有互补的形成物。

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，优点或其它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”，并不旨在排除其它添加剂、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，而其它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发明人的发现，即在电子倍增器的真空传导率降低的情况下实现了现有技术的电子倍增器的改进。传导率的这种降低可以通过防止或抑制污染物种类(诸如源自载气流的残余气体分子)的进入来实现。此外或替代地，传导率的降低可以通过防止或抑制污染物种类移动通过电子倍增器来实现。在后一种情况下，可以允许污染物种类进入电子倍增器的内部空间，但是倍增器被配置成限制污染物深度渗透到倍增器内部空间的能力。在一些情况下，污染物种类被阻止渗透到位于电子倍增链的中间区域或甚至末端区域的倍增极周围的区域。在一些情况下，污染物种类被阻止渗透到收集器表面周围的区域，该区域(为阳极)接收从末端倍增极发射的二次电子。

在本发明的一些实施例中，电子倍增器包括设置在内部空间内的一个或多个物理屏障。术语“挡板”在本文中用来指这种物理屏障。

在电子倍增器包括挡板的情况下，挡板典型地被定位和/或尺寸设计和/或成形为被认为在倍增器的“内部”。在这种情况下，术语“内部”旨在表示挡板的至少一部分或挡板的全部在电子倍增器的边界体积内的情况。在一些实施例中，挡板的一部分或全部延伸到存在于两个相对倍增极(诸如电子放大链的两个顺序的倍增极)之间的空间中。

在许多情况下，电子倍增器将以离子检测器的形式实施(通过包括收集器/阳极)，并且在这种情况下，术语“内部”可以定义为表示检测器的边界体积内部。

通常希望任何挡板的大小、尺寸或位置设计成允许包括所述挡板的任何电子倍增器或离子检测器在功能上与仪器(诸如质谱仪)接合，而不需要对仪器进行任何修改。因此，通常要避免阻碍电子倍增器或离子检测器的安装的挡板。

电子倍增器中污染物种类的水平的降低可以解决离子反馈的问题。考虑到污染物种类可能被电离(因此是反馈离子源)，挡板可以降低电子倍增器中的离子反馈的水平。如将理解的，倍增器中的电离更大程度地朝向在电子倍增链的端部(即，朝向收集器阳极)发生，在那里电子通量最高。因此，允许污染物种类进入倍增器但至少抑制污染物到达装置的端部区域的本发明的实施例仍然可以提供离子反馈的显著减少。

关于缩短使用寿命的问题，倍增器内的污染物种类的减少至少在某种程度上可以避免其中的电子发射表面结垢。电子发射表面(典型地以倍增极的形式实施)对进入的电子保持更长时间的响应，从而延长使用寿命。抑制离子反馈也可以间接延长检测器的寿命，因为检测器只能输出一定量的电荷，并且离子反馈会浪费该电荷中的一些。

电子倍增器典型地包括一系列离散的电子发射表面，这些表面被配置成提供电子放大链。根据本发明，电子倍增器可以被配置成抑制或防止在样品载气流中行进的污染物进入、或部分地通过、或完全通过电子倍增器。在现有技术的电子倍增器的设计中，还没有认识到倍增器装置本身的真空传导率的重要性。

如本领域技术人员将理解的，在质谱仪中用作离子检测器的电子倍增器在室中的高真空条件下工作，其中载气用于将样品粒子(诸如离子)引入室中。样品粒子在室内加速，并在进入电子倍增器之前根据质量/电荷比进行分离。电子倍增器的任务是通过一系列电子发射表面将单个离子转化为二次电子的雪崩。由最后一个发射表面产生的二次电子撞击收集器阳极，以形成电信号。样品载气也进入室，并且不仅携带样品材料，还携带污染物。因此，污染物可能通过真空室被携带到电子倍增器，从而负面地影响倍增器的操作。

污染物可能来自载气以外的来源。污染物可能从各种电子馈通和泵密封件中的任一个进入真空室。例如，扩散泵将痕量的油泄漏到室中并不罕见。

室内的所有污染物最终都会进入检测器。这是时间问题，而不是能否的问题。一旦污染物已经进入检测器，挡板就会限制其移动性。

根据本发明，电子倍增器的真空传导率降低，以防止或至少抑制污染物进入和/或通过倍增器，从而限制电子发射表面和检测器的一般内部环境暴露于污染物。

对于电子倍增器，如图2所示，在相对的倍增极之间限定了线性路径，图2是现有技术的离散倍增极电子倍增器(10)的倍增极的高度图解表示。该倍增器(10)在与本文的背景技术部分中参考图1描述的相同的基础上操作。电子放大链中的每个倍增极被顺序编号(15a至15g)。进入离子(20)的路径示出在倍增器(10)的入口处，随后的放大导致电子的雪崩(25)。将会注意到，如由虚线矩形所示，狭窄的线性空间(30)沿着中心轴线并且在倍增器(10)的内部延伸。线性空间(30)由倍增极(15)的边缘限定(至少在宽度上)。申请人提出，线性空间(30)有助于电子倍增器的总真空传导率，并且为了降低传导率，提供了一些防止或限制气体通过线性空间(30)的手段。

应当注意，在图2的现有技术布置中，每个倍增极(15)具有延伸部段(标记为35)。这种倍增极在现有技术中被称为“阻挡倍增极”，因为它们用于阻挡沿着穿过检测器的中心线性空间的视线。如在本文的背景技术部分中所讨论，这种限制的目的是减少离子反馈，这是本领域公认的问题。通过使用阻挡倍增极，可以抑制进入离子的初始冲击能量，目的是限制任何电子倍增。延伸部(35)刚好足够长，以防止视线穿过两个或更多个顺序阻挡倍增极之间的检测器。延伸长部段以产生阻挡倍增极的功能成本是倍增极到倍增极电子转移的效率的降低。为此，顺序的倍增极的长部段的重叠典型地被选择为接近零(例如0.1mm)。在考虑制造公差之后，这通常导致约0.2mm的名义重叠，以保证0.1mm的最坏情况重叠。

现有技术的电子倍增器通常包括一组四个阻挡倍增极或两组三个阻挡倍增极。阻挡倍增极的有限使用使整体效率损失最小化，同时基本上抑制了离子反馈。典型地，在一组中使用多于两个的阻挡倍增极来考虑制造公差。虽然延伸部段可以进一步延伸以考虑制造公差，但是，倍增极到倍增极的电子转移效率迅速下降。因此，与使用具有甚至更长的延伸部段的一组两个阻挡倍增极相比，在单个组中使用三个或四个阻挡倍增极导致更高的整体效率。

根据本发明，对现有技术的电子倍增器进行了修改，以限制气体流过线性空间(30)的机会。这种限制可以在倍增器被设计成提供非线性或曲折路径来限制或阻止气体进入或通过倍增器的能力的情况下实现，最终结果是倍增器的真空传导率降低。

现在考虑设置在本电子倍增器内的物理挡板的各种布置，参考图3，图3示出了本发明的一个实施例，其中挡板通过延伸每个倍增极的上部部段来提供，以便在电子倍增器内的中心线性空间(30)内重叠。在图3的实施例中，倍增极(15d)和(15e)分别具有超延伸部段(40a)和(40b)。超延伸部段(40a)和(40b)各自比延伸部段(一个标记为35)长，使得末端延伸到中心线性空间(30)中。此外，超延伸部段(40a)和(40b)存在于倍增极(15d)和(15e)(它们在电子放大链中是顺序的)上，并且跨过线性空间(30)重叠。应当理解，超延伸部段(40a)和(40b)在线性空间(30)中提供了曲折，从而负面地影响电子倍增器的真空传导率。反过来，污染物不太可能进入空间(30)。即使污染物进入空间(30)并污染倍增极(15b)，污染物仍然不太可能行进到倍增极(15d)，并且仍然不太可能到达倍增极(15e)。

超延伸部段(40a)和(40b)不提供进入或通过线性空间(30)的绝对屏障。相反，可以提供对通过倍增器的气流的总体阻力，从而减少污染物进入空间(30)的机会，甚至减少进入倍增极(15b)的第一超延伸部段(40a)上方的空间(30)的区域的机会。在一些情况下，污染物可以沉积在超延伸部段(40a)或(40b)的后(向上指向)面上，从而避免倍增极的电子发射表面的污染。

借此机会阐明诸如“向上”、“向下”等的相对方向的术语仅用于方便识别各种绘制的特征。当安装在仪器(诸如质谱仪)中时，这些特征可以定向成不同于这里使用的方向术语。

在图3的实施例中，两个顺序的倍增极的一对超延伸倍增极部段交错。在通过包括超延伸部段的单个倍增极仅提供单个挡板的情况下，可以获得一些优点。在提供多于两个挡板的情况下，可以获得优于图3的实施例的优点，例如在提供第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一或第十二挡板的情况下，例如通过具有超延伸部段的第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十、第十一或第十二倍增极。

为了进一步降低真空传导率，电子倍增器的每个倍增极可以具有超延伸部段，以提供尽可能多的挡板。在一个实施例中，显著少数(例如，35％或更多)的顺序倍增极对具有超延伸挡板部段。

对于包括一些没有超延伸部段的倍增极的本发明的实施例，那些具有超延伸部段的倍增极可以被布置成获得真空传导率的有效降低。例如，可以在电子倍增器的输入侧处设置一块用作挡板的倍增极，以限制气体进入检测器。作为另一个示例，可以在倍增器的输出侧处围绕收集器/阳极设置一块用作内部挡板的倍增极，以限制气体进入具有最高电子通量的检测器的区域。在另一种布置中，用作内部挡板的倍增极可以以其它方式均匀地间隔开，以便最小化通过倍增器的视线的范围。

电子倍增器中一个或多个挡板的存在可能导致倍增效率的一些降低。与用作内部挡板的倍增极的数量或布置无关，效率成本可以通过在倍增器内使用各种大小的超延伸挡板部段来至少部分地抵消。归因于挡板的效率成本根据与另一挡板的投影重叠的大小而增加。通过在检测器内结合一定范围的挡板大小，可以在检测器的某些区域中提供相对高水平的阻挡，而在其它区域中提供相对低水平的阻挡。例如，最大和最有效的挡板可以用在倍增链的端部处的收集器/阳极周围，在那里可以看到污染物的最多的负面影响。类似地，可以在大多数污染物进入的倍增器入口处使用大挡板。

当布置在电子倍增器的环境中时，挡板(诸如放大链中两个顺序倍增极的超延伸部段)可以充分地延伸，从而重叠以在顺序倍增极之间产生交错布置。重叠可以从倍增器的轴向视图或参考垂直于倍增器的主轴线的平面来考虑。

在一些实施例中，提供了约0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm的最小投影重叠。在一些实施例中，重叠为约0.25mm。

现在将通过参考附图描述另外的实施例，参考图4，图4示出了电子倍增器的所有倍增极的布置。在该实施例中，倍增器具有20个倍增极。每个倍增极包括超延伸的上部部段(一个标记为50)，所有超延伸部段都延伸到线性空间(30)中。除了延伸到线性空间(30)中之外，超延伸部段重叠，使得顺序倍增极交错。

现在参考图5，图5示出了20个倍增极的布置，其中前8个倍增极(55)包括超延伸的上部部段(一个标记为50)，所有超延伸部段都延伸到线性空间(30)中并且呈重叠布置。电子倍增链中的第九倍增极(60)及其以上是现有技术的倍增极，其没有部段延伸到线性空间(30)中。在该实施例中，前8个倍增极的超延伸部段在倍增极之间的空间中形成曲折，这些倍增极否则将对气流提供很小(如果有的话)的阻力。由前8个倍增极提供的气流阻力降低了倍增器的整体真空传导率。特别地，污染物粒子被阻止或抑制渗透到倍增器的中间区域中(即，第九倍增极60周围)。

图6的实施例示出了20个倍增极的布置，其中前14个倍增极(最后一个标记为60)是没有任何超延伸区域的现有技术倍增极。因此，气体在其通过线性区域30的行程中相对不受限制，直到气体遇到包括超延伸上部部段(50)的第十五倍增极，该超延伸上部部段(50)延伸到线性空间(30)中并且与第十六至第二十倍增极的超延伸部段呈重叠布置。在该实施例中，最后6个倍增极的超延伸部段在倍增极之间的空间中形成曲折，这些倍增极否则将对气流提供很小(如果有的话)的阻力。由最后6个倍增极提供的气流阻力降低了倍增器的整体真空传导率。特别地，污染物粒子被允许渗透到倍增器的中间区域中，但是被阻止或抑制到达阳极/收集器周围的最终区域。

在图7的实施例中，所有具有超延伸部段的倍增极都被标记为(55)，而现有技术的倍增极未被标记。应当注意，现有技术的倍增极和具有超延伸部段的倍增极严格地交替。这种布置为倍增器的整个长度提供了曲折度，尽管曲折度小于由所有倍增极都具有超延伸部段的倍增器(例如，如图4所示)提供的曲折度。

在图8的实施例中，所有具有超延伸部段的倍增极都被标记为(55)，而现有技术的倍增极未被标记。应当注意，气体的通过在倍增器的输入(顶部)区域和输出(底部)区域处都通过包括超延伸部段的前6个和最后6个倍增极而被限制。包括8个现有技术倍增极的中心区域不会引起任何效率损失，尽管前6个和最后6个倍增极将给整个倍增器带来效率成本。

在图9的实施例中，所有具有超延伸部段的倍增极都被标记为(55)，而现有技术的倍增极未被标记。前3个和最后6个倍增极各自在倍增器的输入区域和输出区域处形成块。剩余的倍增极形成顺序对，第一顺序对(倍增极4和5)是现有技术的倍增极，第二顺序对(倍增极6和7)是包括超延伸部段的倍增极，第三顺序对(倍增极8和9)是现有技术的倍增极，第四顺序对(倍增极10和11)是包括超延伸部段的倍增极，第五顺序对(倍增极12和13)是现有技术的倍增极，第六顺序对(倍增极14和15)是包括超延伸部段的倍增极，并且第七顺序对(倍增极12和13)是现有技术的倍增极。

图10的实施例使用三种类型的倍增极：具有超延伸部段的倍增极，当与另一个相同的倍增极(80)交错时，其提供约0.25mm的重叠；具有超延伸部段的倍增极，当与另一个相同的倍增极(85)交错时，其提供约0.1mm的重叠；具有超延伸部段的倍增极，当与另一个相同的倍增极(90)交错时，其提供约1mm的重叠；以及现有技术的倍增极，当与另一个相同的倍增极(95)相对时，其不提供重叠。

第一组倍增极(80)提供了中等的曲折度，并且因此提供了排除带有污染物的气体的中等能力，这是所希望的，因为倍增极的这个区域是任何气体的入口点。一个负面的方面是，在倍增器的这个部分中，对于电子放大来说，观察到相对中等水平的效率下降。

第二组倍增极包括交替的倍增极(85)和(95)，以提供相对低水平的曲折度，并且因此提供排除带有污染物的气体的较低的能力，这是所希望的，因为前面的倍增极(80)已经对气流提供了显著的阻力。在该第二组倍增极中较低程度的重叠对电子放大的效率提供了相对较低的负面影响。

第三组倍增极(90)提供了相对高的曲折度，并且因此提供了排除带有污染物的气体的相对高的能力。这种高能力是所希望的，因为倍增器的这个区域具有最高水平的电子通量。在该第三组倍增极中较高程度的重叠对电子放大的效率提供了相对较低的负面影响。

图4至图10的实施例展示了如何可以通过在电子倍增器的不同区域中明智地使用不同的倍增极来平衡真空传导率的降低和电子放大效率的利益冲突。

到目前为止所讨论的每个特定实施例都通过从倍增极的超延伸提供了物理挡板。然而，应当理解，本发明不限于此。应当理解，本文关于由倍增极的部段的超延伸形成的挡板的任何教导适用于不以这种方式形成的其它形式的物理挡板。很清楚，挡板可以独立于倍增极形成，并且在这样的实施例中，关于与倍增极一体地形成的挡板的任何教导都适用。挡板可以从现有技术电子倍增器中的任何结构延伸到电子倍增器的线性空间中，或者实际上从为了支撑挡板的目的而专门引入到电子倍增器的设计中的结构延伸到电子倍增器的线性空间中。

图11示出了其中两个挡板(100a)和(100b)延伸到线性空间(30)中的实施例，然而挡板(100a)和(100b)不是任何倍增极(105)的一部分，或者物理附接到任何倍增极(105)。应当注意，在该实施例中的倍增极是现有技术的倍增极，没有从现有电子倍增器中经常使用的上部部段延伸的阻挡部段。

图12示出了类似于图11中的实施例的实施例，但是包括具有在现有技术倍增极中经常使用的延伸阻挡部段的倍增极(115)。在该实施例中，挡板(110a)和(100b)被定位成防止与延伸阻挡部段碰撞。

附图的实施例均显示挡板延伸到倍增器内的线性空间中，但是不超过该空间。然而，在一些情况下，挡板的末端可能延伸超过线性空间。

目前的电子倍增器通常将是检测器模块的一部分。检测器包括与收集器/阳极在功能上相关联的电子倍增器，使得从末端倍增极发射的二次电子的雪崩撞击在收集器/阳极表面上，从而产生电信号。信号的量值与撞击在表面上的电子的数量成正比，并且反过来代表触发二次电子雪崩的原始粒子。

因此，在一个方面，本发明提供了一种包括如本文所述的电子倍增器的检测器。检测器可以是离子检测器，并且任选地是根据图13所示的一般现有技术方案在质谱仪中用作离子检测器的类型。图13示出了耦接到质谱仪的气相色谱仪的典型布置。样品被注入并与载气混合，载气推动样品通过烘箱内的分离介质。样品的分离的组分从输送管线的末端出来，并且进入质谱仪。这些组分被电离并加速通过离子阱质量分析器。离开质量分析器的离子进入检测器，每个离子的信号被其中的离散倍增极电子倍增器(未示出)放大。放大的信号用连接的计算机处理。

申请人首先认识到检测器能够限定其自身的内部环境，该环境不同于真空室环境。因此，分布在室内的污染物(来自载气，或经由诸如泵密封件和电馈通的其它入口引入)可能迁移到检测器中并破坏检测器内部环境。进一步认识到，检测器的内部环境中污染物的存在将对检测器寿命产生急性的负面影响，污染事件的频繁重复导致检测器寿命的长期下降。

通过使用内部挡板，可以降低检测器内的污染物移动性，从而保持由检测器自身产生的优越操作条件。如本文别处所讨论的，检测器可以进一步配备有外部屏蔽，使用协同作用的挡板，以便(i)抑制污染物的进入和(ii)抑制污染物在检测器内的移动。申请人还首先认识到，这具有急性的负面影响(瞬时改变检测器的性能)，但也有更慢性的负面影响，导致长期性能不足和检测器使用寿命的缩短。在发现问题的真实性质后，申请人提供了一种具有一个或多个特征的检测器，这些特征通过本文描述的内部阻挡特征来抑制或防止污染物的进入。

本发明的检测器可以用来降低气体或其它材料进入和离开检测器的真空传导率。本检测器可以具有将检测器内部的环境与检测器外部的环境分离的进一步效果。在任何情况下，理想的最终结果是减少潜在污染物进入检测器并污染电子倍增器的电子发射表面(诸如倍增极表面)或检测器的收集器/阳极表面的任何机会。

在一些实施例中，使用内部挡板旨在对于用于将样品引导至其中安装有检测器的质谱仪的电离装置的载气(诸如氢气、氦气或氮气)有效。一旦样品被电离，所得到的离子的通过就在质量分析器的控制下，然而残余的载气继续越过质量分析器并朝向离子检测器。在现有技术中，没有考虑残余载气对检测器的使用寿命和/或性能的影响。申请人已经发现，残余的载气典型地包含污染或以其它方式干扰检测器的倍增极(其为放大电子发射表面)或检测器的收集器/阳极的操作的污染物。在一些情况下，载气本身可能对倍增极或收集器/阳极具有有害影响。

本发明的许多实施例通过控制检测器的真空传导率来实现优点，这反过来控制内部检测器环境和外部检测器环境的耦接。

当传导率根据本发明减少时，减少的水平可以表示为在没有本发明的传导率调节特征的情况下测量的传导率的百分比。传导率的减少可以大于约10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、100％、200％、300％、400％、500％、600％、700％、800％、900％或1000％。

本领域技术人员理解真空传导率的概念，并且能够测量电子倍增器或检测器的传导率，或者至少两个检测器的相对传导率。作为一种近似，检测器可以被认为是直的圆柱形管道或管，其传导率可以通过参考管道的(总)长度(M)和半径(cm)来计算。长度除以半径，这提供了L/a比率，传导率(例如，以L/sec为单位)从参考表中读出。检测器的几何形状可能与直的圆柱形管道或管略有不同，因此计算的绝对传导率可能不准确。然而，为了评估检测器的传导率调节特征的有效性，这种近似将是有用的。

在降低检测器真空传导率以使内部和外部环境的耦接最小化的过程中，可能导致检测器内部环境的总体改善。不希望以任何方式受到理论的限制，该方法可以允许检测器的电子倍增器的电子流充当泵，从而为检测器操作创造更清洁的环境。这种更清洁的内部环境主要延长了倍增器的使用寿命。根据检测器如何操作，第二个益处还包括降低的噪声、更高的灵敏度、增加的动态范围和减少的离子反馈。检测器真空传导率的降低限制了有害外部环境对检测器性能和寿命的影响。这包括持续影响和急性影响两者。

另一个优点是将检测器操作对检测器性能和寿命的负面影响最小化。申请人发现，用户对占空比、离子输入电流和模式的选择影响检测器性能，并在很大程度上影响检测器寿命。这种效应是由于真空弛豫时间而产生的，真空弛豫时间是在检测器内部形成基本上完全的真空以与外部环境平衡所需的时间。弛豫时间典型地与占空比中的“关断时间”一致。

类似地，已经证明电荷的离散性质导致典型离子输入电流的假关断时间。在足够低的电流下，这些假关断时间可以具有检测器真空弛豫时间的数量级，特别是当检测器在飞行时间(TOF)模式下操作时。在TOF模式下，分析物离子被及时收集在一起。因此，不同分析物的数量及其质量分布也决定了在TOF模式下的假关断时间。通过最小化检测器的真空传导率，延长了检测器的真空弛豫时间。这允许检测器在更大的占空比和离子输入电流范围内实现预期的性能和寿命。真空弛豫时间的延长也限制了检测器操作模式和分析物离子混合物对检测器性能和寿命的影响。

降低真空传导率的另一个影响是使由于外部检测器环境变化导致的检测器校准变化最小化。这包括由于污染物的突然到达而导致的增益的突然损失，以及由于水分子到达检测器表面而导致的暂时增益恢复。

本发明可以以多种形式实施，并且具有导致或有助于减少检测器的真空传导率的一个或一组特征。本发明可以实施为以下形式：密封的检测器；部分密封的检测器；具有一个或多个气流屏障的检测器；与适当设计的离轴输入光学器件相关联的检测器，该光学器件将存在的任何气体流转移离开检测器；包括一个或多个气流屏障的检测器，该气流屏障与适当设计的离轴输入光学器件相关联，该光学器件将存在的任何气体流转移离开检测器；检测器，其包括诸如通风口、栅格、开口和/或孔口的工程化不连续部，以防止具有视线输入孔口的检测器中气体的局部积聚；包括一个或多个气流屏障的检测器，该气流屏障还包括诸如通风口、栅格、开口和/或孔口的工程化不连续部，以防止具有视线输入孔口的检测器中气体的局部积聚；检测器，其使用可调节(并且优选地可移动的)气流屏障来在操作期间最小化传导率。

电子倍增器或检测器中内部挡板的使用可以与用于降低真空传导率的其它装置结合。例如，申请人还已经发现，改变气体和其它材料(其中一些可能充当倍增极污染物和/或收集器污染物)在检测器周围建立的真空下经由检测器的任何接口或不连续部进入检测器的能力可能影响使用寿命和/或性能。在设计用于质谱分析和其它应用的检测器时，现有技术人员此前没有考虑到需要通过接口和不连续部来抑制或防止气体或其它材料进入和离开检测器。

申请人提出了一系列特征，以结合到现有的检测器设计中，或者替代地作为重新设计检测器的基础。这些特征具有抑制或防止原子或分子或任何更大的种类进入检测器的移动的共同功能。在没有这些特征的情况下，这样的原子、分子或更大的种类原本将能够利用检测器中的任何不连续部或两个检测器元件之间的任何接口进入检测器，并潜在地污染检测器的电子发射表面或阳极/收集器或导致其它故障。

如技术人员所理解的，检测器在各种压力状态下操作。在足够低的压力下，检测器内部和外部的气体不再像常规流体一样流动，而是以过渡流或分子流的形式操作。不希望以任何方式受到理论的限制，申请人提出，当内部和外部检测器环境在过渡和/或分子流状态(即非常规流)下操作时，元件之间的任何接口或元件中的不连续部可以提供污染物可以经由其进入内部检测器环境的途径。

鉴于这一发现，提出了通过各种手段防止或至少抑制气体的分子或过渡流进入检测器的解决方案。这样的手段包括使用密封剂，该密封剂由基本上不透气的材料组成，并且能够与检测器元件形成基本上气密的密封。其它手段包括实施各种用于接合检测器元件的策略，以便提供非线性或曲折的路径来限制或防止气体进入检测器的能力。

应当理解，任何接口实际上都是三维的，并且因此分子横穿接口可以有许多路径，即使可以画出穿过接口的线性视线。在本发明的上下文中，术语“非线性或曲折的”旨在包括当考虑二维横截面时线性视线不能通过接口从一侧画到另一侧的任何布置。

一种用于防止或至少抑制气体进入检测器的分子或过渡流的装置可以用来绝对防止气体分子(或实际上任何其它污染物)从检测器外部进入到内部。在本发明的一些形式中，该装置用于延迟或阻滞气体分子的通过，使得对于给定的时间段，进入检测器的分子数量少于在没有提供这种装置的情况下的数量。

所涉及的时间段可以对应于(线性或非线性地)检测器的分析物离子辐射的两次事件之间的时间段。对于在典型条件下操作的当前型号质谱仪，时间段通常将在秒或毫秒的范围内。在许多情况下，时间段为约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900或1000毫秒。

在质谱仪耦接到分离设备(诸如气相色谱设备)的情况下，可能需要抑制或防止样品载气进入质谱仪的检测器至少约一个小时的时间，该时间是使样品通过色谱介质并检测从其中顺序排出的种类所需要的。在样品直接注入质谱仪的情况下，单位时间可以是10分钟左右，甚至更短。

为了减少外部和内部检测器环境的耦接，关于对经由检测器壳体接口或不连续部的气体流的限制的下面描述的特征被设想为有用的。例如，在检测器结合到质谱仪中的情况下，去耦使检测器本身能够充当泵。通过密封/屏蔽检测器，这种内部泵送机制产生了有利的环境。在没有密封/屏蔽的情况下，很少或没有内部泵送发生，因为它是相对弱的泵。这种内部泵送对质谱仪的真空泵起着加成的作用，以产生优越的操作环境，在该环境中电子发射表面或阳极/收集器表面可以操作。更好的操作环境的主要益处是增加检测器的操作寿命。次要益处包括降低噪声、减少离子反馈、增加灵敏度和增加动态范围。

检测器可以包括其中具有不连续部的单一元件。该元件可以专用于或附带地负责保持内部检测器环境(即，电子发射表面或收集器/阳极表面周围的环境)和外部检测器环境(即，检测器可在其中操作的真空室内的环境)之间的分离。由单一元件提供的环境中的分离不一定提供完全的分离，并且在许多情况下可能仅仅降低气体分子会进入检测器内部的环境的可能性。

单一检测器元件中的不连续部可以是例如离散的孔口，其允许气体的分子或过渡流进入检测器。替代地，不连续部可能由制造检测器元件的材料的多孔性引起，这允许气体的分子或过渡流通过材料并进入检测器。在任何情况下，可以将密封剂施加到不连续部处，以便为气体或与之混合的任何其它污染物的通过提供屏障或部分屏障。

密封剂还可以具有粘合性质，以便于结合到不连续部的表面，并且还可以结合到周围的材料，以便防止在形成真空和破坏真空的过程中的移位，这是质谱仪的真空室中常见的情况。

合适的密封剂/粘合剂可以包括焊料、诸如聚酰亚胺的聚合物(任选地为胶带形式，诸如Kapton^TM胶带)。优选地，密封剂/粘合剂是一旦固化则对“虚漏”的贡献最小的密封剂，因为它在真空下基本上不会将液体、蒸汽或气体解吸到室中。这种材料在本领域中通常被称为“真空安全的”。

在一些情况下，检测器的构造需要两个或更多个元件的关联，以提供复合结构。该复合结构可以专用于或附带地负责保持内部检测器环境(即，电子发射表面或收集器/阳极表面周围的环境)和外部检测器环境(即，检测器可在其中操作的真空室内的环境)之间的分离。

该复合结构可以提供用于防止或至少抑制气体进入检测器的分子或过渡流的手段，并且在这种情况下，两个检测器元件之间的接口提供了气体可以通过分子或过渡流进入检测器的潜在手段。

对复合结构有贡献的检测器元件中的任一个或两个可以以专用或附带的方式配置成实现防止或至少抑制气体的分子或过渡流进入检测器的目的。这些特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

在其他实施例中，第三元件可以被添加到复合结构，以进一步防止或至少抑制气体的分子或过渡流进入检测器。例如，在第一和第二元件邻接以形成接口的情况下，第三元件可以施加在第一和第二元件上，以便骑跨接口。第三元件可以通过任何手段固定在位，但是优选地通过粘合剂并且更优选地具有密封剂性质的粘合剂。这些特征中的任何一个或多个可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

参考图14，其示出了第一检测器元件“A”和第二检测器元件“B”，检测器元件“B”具有允许元件“A”紧密地配合在其中的凹部。元件“A”和“B”示出为分离的，以便更清楚地示出每个元件的轮廓以及两个元件之间的“U”形接口。实际上，元件“A”和“B”将相互接触，以便形成提供针对气体的屏障或部分屏障的接口。

即使元件“A”和“B”彼此接触，气体仍然可以通过分子或过渡流经由接口穿过，从而从检测器外部的环境移动到检测器内部的环境。然而，由接口的两个90度拐角提供的非线性或曲折路径抑制了通过其中的气体的过渡或分子流。这些特征中的任何一个或多个可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

图14的布置与其中元件“B”不具有凹部并且元件“A”仅位于元件“B”的平坦表面上的情况形成对比。在这种情况下，接口是严格线性的，因此与其中接口限定非线性或曲折路径的图14的布置相比，气体更可能通过分子或过渡流从检测器的外部迁移到内部。这些特征中的任何一个或多个可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

图15示出了类似于图14的布置，不同的是在元件“B”中设置有相对较深的纵向狭槽，元件“A”紧密地接合到该狭槽中。考虑到元件“B”中狭槽的增加的深度，在图15的元件“A”和“B”之间形成的接口比图14所示的接口长。更长的长度使气体分子在单位时间内迁移接口的长度的能力最小化。这些特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

图16示出了由元件“A”和元件“B”形成的接口，类似于图14的实施例，其中元件“A”具有向下延伸的形成物，该形成物被配置成与元件“B”中形成的凹部紧密地接合。与图14的实施例相比，这种布置通过分子或过渡流为气体的迁移提供了改进的屏障或部分屏障。这种改进源于由接口限定的路径的延长以及具有四个90度拐角的非线性或曲折路径。这些特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

图17示出了由元件“A”和元件“B”形成的接口，类似于图16的实施例，但是元件“A”具有一系列向下延伸的形成物，其被配置成与元件“B”的互补凹部紧密地接合。与图16的实施例相比，这种布置通过分子或过渡流为气体的迁移提供了改进的屏障或部分屏障。这种改进源于由接口限定的路径的延长(每个形成物延长了路径长度)以及具有十个90度拐角和三个45度拐角的非线性或曲折路径。这些特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

图18示出了元件“B”包括唇缘的实施例，元件“A”在其侧面上邻靠该唇缘。元件“A”的向下指向的端面接触元件“B”的面向上的表面。在这种布置中，接口提供了具有单个90度拐角的非线性或曲折路径。应当理解，唇缘的深度增加了路径长度，更深的唇缘提供了对沿着接口的气体的分子或过渡流的增强的抑制或防止。这些特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

图19示出了更复杂的布置，其包括使用元件“A”上的形成物，在元件“B”上具有互补的凹部和唇缘。应当理解，元件“A”的厚度(在y方向上)提供了增加的路径长度，以更有效地抑制气体通过接口。

应当理解，非线性或曲折的路径可以至少部分地由弯曲段或多个弯曲段构成。例如，参照图14，元件“A”的面向下的表面可以是弯曲的或波纹状的，元件“B”的凹部是互补的，使得这两个元件紧密地配合在一起。通常，在基于分子或过渡流防止或抑制气体通过接口的迁移方面，浅曲线的使用可能不如90度拐角有效。

在一些实施例中，非线性或曲折的路径由弯曲段和线性段的组合提供。

在上述任一实施例以及技术人员设想的任何另外的实施例中，在组装之前，可以将密封剂(也可以用作粘合剂)施加到元件“A”和/或元件“B”的相互接触区域，以进一步限制通过接口的任何气体流。此外或替代地，密封剂/粘合剂可以设置在接口的外部，以便覆盖元件“A”和元件“B”邻接的任何区域(例如，沿着由元件“A”的面向侧面的表面和元件“B”的面向上的表面形成的线)。这些特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

密封剂可以在两个元件的接口内或接口附近使用，其中两个元件提供从检测器外部的环境到检测器内部的环境的线性或非曲折路径。即使提供了线性或非曲折的路径，在一些情况下，密封的存在可能也足以充分地抑制或防止气体分子进入检测器。

本检测器可以用于技术人员认为合适的任何应用中。一个典型的应用是作为质谱仪中的离子检测器。

鉴于申请人发现了将内部检测器环境与外部检测器环境分离的优点，建议检测器构造的发展将包括提供更完整的外壳和壳体，以保护电子发射表面或收集器/阳极表面免受真空室中固有污染物的影响。因此，各种壳体或外壳元件可以被添加到现有技术的检测器中，并且在这方面，元件之间的接口可以形成。

除了如上所述的检测器元件接口的配置之外，进一步的结构特征可以结合到检测器中。作为第一个特征，检测器外壳的外表面可以由尽可能少的连续部件(元件)组成。优选地，外壳由单件材料制成，以便提供连续的外表面，并且在这种情况下，可以用密封剂密封任何不连续部。该特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

检测器外壳中的任何工程化不连续部的大小可以被尺寸设计成尽可能小(就面积而言)。如在此上下文中所用，术语“工程化不连续部”旨在包括气体可以从检测器外部迁移到内部的任何途径，诸如有意工程化到检测器中的任何孔口、格栅、栅格、通风口、开口或狭槽。这种不连续部典型地将具有一种功能(诸如允许离子流进入检测器)，并且因此可以尺寸设计成刚好足够大以执行所需的功能，但优选地不要更大。在一些实施例中，工程化不连续部可以大于正常功能所需的绝对最小值，但不可以比绝对最小所需大小大超过1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。该特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

检测器外壳中的任何工程化不连续部可以被定向或对准或以其它方式在空间上布置成背离在检测器的外部环境中流动的任何气体，诸如质谱仪中存在的残余载气流。该特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

检测器外壳的外表面可以使用倒圆特征来从检测器外部的环境周围流动的任何气体产生层流和/或涡流。这些层流和/或涡流可以提供高气体压力区域，该区域有效地密封不连续部，否则该不连续部将会允许残余载气进入。该特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

检测器外壳表面中的任何不连续部都可能具有相关联的气流屏障，以抑制残余载气的进入。在一些实施例中，气流屏障是检测器元件，其一部分可以与另一个检测器元件形成接口。应当理解，虽然气流屏障可以提供优势，但是这种屏障也可以为气体进入检测器提供另外的入口，在该处，屏障与检测器的另一个元件形成接口。鉴于本说明书的益处，技术人员能够构思出适用于该功能的一系列发明物。

在一些实施例中，屏障具有第一和第二开口，其中一个开口与检测器外壳中的不连续部(以及因此检测器内部的环境)气体连通，并且第二开口与检测器外部的环境气体连通。第二开口可以远离检测器，以便基本上没有任何气体(诸如残余载气)的流动。这些特征中的任何一个或多个可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

在一些实施例中，第二开口仍然暴露于气体流，然而，屏障被配置成防止或抑制流动气体进入检测器的内部环境。通过抑制或防止已经进入屏障的气体流动，使得较少或没有已经进入的气体流到检测器内部的环境中，可以实现这一目的。例如，气流屏障可以尽可能长，和/或尽可能窄，和/或包括一个或多个弯曲部或拐角；和/或包括一个或多个90度弯曲部，和/或包括内部挡板以最小化内部视线。这些特征中的任何一个或多个可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

气流屏障可以被配置或定位或定向成使得任何开口背离检测器外部环境中的气流，诸如由质谱仪使用的残余载气流。该特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

气流屏障可以包括倒圆外表面，以防止或抑制任何放电。附加地或替代地，这种倒圆表面可以从检测器外部的环境中流动的气体产生层流气流和/或涡流。这些层流和/或涡流可以提供高压区域，该高压区域基本上密封了护罩的开口。该特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

两个或更多个气流屏障可以被配置或定位或定向成加成地或协同地一起工作，以便防止或抑制在检测器外部流动的气体进入检测器的内部环境。该特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

作为另外的特征，检测器可以包括内部挡板，以限制或完全消除通过检测器的任何或所有内部视线。该特征通常是适用的，只要粒子(诸如离子和电子)的光学特性没有受到负面影响。该特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

检测器典型地将包括允许粒子束进入的输入孔口。申请人已经发现，这种孔口典型地将允许显著量的残余载气和相关联的材料进入，并且实际上耦接了检测器内部环境和外部环境。如本文别处所讨论的，这种耦接在许多情况下是不希望的，并且因此应该尽可能地最小化输入孔口的大小。该特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

在检测器包括两个孔口的情况下，优选的是，孔口布置成使得孔口之间没有全部或部分的直接视线。这种布置用来干扰气体通过检测器的自由流动，这又防止或抑制了残余载气进入检测器。该特征可以单独结合到检测器中，或者与本文公开的任何其它特征中的任何一个或多个结合。

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。在其它应用中，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。

本领域的技术人员应当理解，除了具体描述的那些之外，这里描述的本发明易于进行进一步的变型和修改。应当理解，本发明包括落入本发明的精神和范围内的所有这样的变型和修改。

虽然本发明已经结合详细示出和描述的优选实施例进行了公开，但是对本领域技术人员来说，各种修改和改进将变得显而易见。

因此，本发明的精神和范围不受前述示例的限制，而是在法律允许的最广泛的意义上被理解。

Claims (22)

1.一种电子倍增器，包括一系列离散的电子发射表面，所述一系列离散的电子发射表面被配置成提供电子放大链，所述电子倍增器被配置成抑制或防止污染物进入、或部分地通过、或完全通过所述电子倍增器。

2.根据权利要求1所述的电子倍增器，包括一个或多个挡板，所述一个或多个挡板被配置成防止或抑制污染物进入、或部分地通过、或完全通过所述电子倍增器。

3.根据权利要求2所述的电子倍增器，其中，所述一个或多个挡板被配置成与不具有一个或多个挡板的相同或相似的电子倍增器相比降低所述电子倍增器的真空传导率。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子倍增器，其中，在所述电子倍增器内限定了线性路径，要不是存在所述一个或多个挡板，所述线性路径就允许污染物进入、或部分地通过、或完全通过所述电子倍增器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电子倍增器，其中，所述一系列离散的电子发射表面围绕所述电子倍增器的中心轴线设置，并且其中，所述一个或多个挡板接近、邻接所述中心轴线或与所述中心轴线相交。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电子倍增器，其中，所述一系列离散的电子发射表面围绕所述电子倍增器的中心轴向区域设置，并且其中，所述一个或多个挡板延伸到所述中心轴向区域中。

7.根据权利要求6所述的电子倍增器，其中，所述一个或多个挡板完全横穿所述中心轴向区域。

8.根据权利要求7所述的电子倍增器，其中，所述一个或多个挡板从所述电子倍增器的壳体、或者从所述电子倍增器内的现有结构或者从所述电子倍增器内的专用结构延伸。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电子倍增器，其中，所述一系列离散的电子发射表面中的每一个是倍增极或所述倍增极的一部分，并且所述一个或多个挡板中的一个从所述倍增极延伸。

10.根据权利要求9所述的电子倍增器，其中，所述倍增极具有外围区域，并且所述一个或多个挡板从所述外围区域延伸。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的电子倍增器，其中，所述倍增极在横截面上具有第一部段和第三部段，所述第一部段和所述第三部段中的每一个大体上朝向所述电子倍增器的中心轴线或中心区域延伸，所述第一和第三部段由第二部段接合，并且其中(i)所述挡板从所述第一部段或所述第三部段延伸，或者(ii)所述第一部段或所述第三部段延伸以至少部分地用作挡板。

12.根据权利要求11所述的电子倍增器，其中，所述第一部段在横截面上比所述第三部段长。

13.根据权利要求12所述的电子倍增器，其中，所述第二部段在横截面上的长度介于所述第一部段和所述第二部段的长度之间。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的电子倍增器，其中，所述倍增器由单件材料制成，并且所述倍增器的所述第一和第三部段各自由在与所述第二部段的相应接口处的弯曲部限定，并且其中，所述第一和第三部段大体上朝向所述电子倍增器的中心轴线或中心区域延伸。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的电子倍增器，其中，所述一系列离散的电子发射表面中的每一个是倍增极，所述一系列倍增极以交错方式布置。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的电子倍增器，其中，倍增极的所述第一部段与所述放大链中的下一个倍增极的所述第一部段交错。

17.根据权利要求16所述的电子倍增器，其中，所述倍增极的所述第一部段是最靠近电子倍增器输入的部段。

18.根据权利要求17所述的电子倍增器，其中，倍增极的所述第一部段与所述放大链中的下一个倍增极的所述第一部段交错，从而在所述第一和第二部段之间提供至少约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4m、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2.0mm的重叠。

19.根据权利要求2至17中任一项所述的电子倍增器，包括至少约2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20个挡板。

20.根据权利要求9至18中任一项所述的电子倍增器，其中，所述倍增极中的至少一个被配置或定位成用作挡板。

21.根据权利要求2至19中任一项所述的电子倍增器，其中，所述一个或多个挡板中的至少一个各自延伸约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4m、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2.0mm的距离。

22.一种粒子检测器，其包括根据权利要求1至20中任一项所述的电子倍增器，以及配置成收集由所述电子倍增器输出的二次电子的收集器。

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