CN114245931B - 电离源以及使用电离源的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
描述了包括多极杆总成的电离源的某些配置。在一些示例中，多极杆总成可以被配置为向由多极杆总成的杆的基本平行排列形成的离子体积中提供磁场和射频场。电离源还可以包括电子源，电子源被配置为向多极杆总成的离子体积中提供电子，以电离引入到离子体积中的分析物。还描述了使用电离源的系统和方法。
Description
技术领域
描述了电离源的某些配置。更具体地，公开了一种包括提供磁场和射频场的杆总成的电离源。
背景技术
在通过质谱法进行检测之前，样品中的分析物化学物质被电离。现有电离源中的电离效率常常较低，这限制了对许多分析物的痕量检测。
发明内容
描述了电离源的某些方面，电离源包括可以提供磁场和射频(RF)场的杆总成。在一些情况下，杆总成可以包括四个、六个、八个、十个、十二个或更多个杆。每个杆都可以被磁化或可磁化。杆总成可以与其他组件组合存在，以提供可以用于使分析物物质电离的一个或多个电离源。
在一方面中，电离源包括多极杆总成和电子源，多极杆总成被配置为向由多极杆总成的杆的基本平行排列形成的离子体积中提供磁场和射频场，电子源被配置为向多极杆总成的离子体积中提供电子以电离引入离子体积中的分析物。
在某些示例中，电离源包括环绕多极杆总成或位于多极杆总成之内的可选壳体，其中壳体包括在入口处流体耦合到电子源的开孔，以允许来自电子源的电子通过入口处的开孔进入离子体积中。在其他示例中，电离源可包括电离块，电离块包括入口开孔和出口开孔，其中多极杆总成的每个杆的纵轴线基本上平行于电离块的纵轴线，并且其中入口开孔流体耦合到离子体积，以允许电子通过入口开孔引入离子体积中，从而使离子体积内的分析物电离，并且其中出口开孔被配置为允许经电离的分析物从电离块离开。
在一些示例中，电离源可包括以下中的一或多者：电子排斥器，与电子源共线排列；电子反射器，与电子源共线排列并且被配置为从电子源接收电子。
在其他示例中，多极杆总成包括至少四个杆。例如，多极杆总成包括四极杆总成、六极杆总成、八极杆总成、十极杆总成或十二极杆总成中的一者。
在一些实施例中，多极杆总成的每个杆包括可磁化材料，并且其中每个杆被磁化并且提供相似的场强。在其他实施例中，多极杆总成的每个杆包括可磁化材料，并且其中当多极总成的一个杆(诸如，至少一个杆)和多极总成的另一个杆被磁化时，杆提供与另一个杆不同的场强。
在一些示例中，电子源包括灯丝、场发射器或其他电子源。
在某些示例中，多极杆总成包括多个杆。例如，多极杆总成被配置为使用多个杆中的四个以四极模式进行操作，使用多个杆中的六个以六极模式进行操作，并且使用多个杆中的八个以八极模式进行操作。
在一些实施例中，其中多极总成的至少一个杆包括与多极总成的另一个杆不同的长度。在其他示例中，多极杆总成的至少一个杆或者不平行于其他杆。在一些示例中，多极杆总成的至少一个杆的横截面宽度沿着至少一个杆的长度变化。在其他示例中，多极杆总成的每个杆的形状独立地为圆锥形、圆形、锥形、正方形、矩形、三角形、梯形、抛物线形、双曲线形或其他几何形状。在一些实施例中，多极杆总成的至少两个杆包括不同的形状。
在另一个方面中，一种质谱仪包括电离源，电离源包括：多极杆总成，被配置为向由多极杆总成的杆的基本平行排列形成的离子体积中提供磁场和射频场，以及电子源，流体耦合到多极杆总成的离子体积，以将电子从电子源提供到离子体积中，从而电离引入到离子体积中的分析物。质谱仪可还包括：质量分析器，该质量分析器流体耦合到离子体积并且被配置为接收离开离子体积的电离分析物。
在一些实施例中，的质谱仪包括位于电离源的多极杆总成和/或质量分析器的入口之间的离子光学器件。在附加示例中，质谱仪包括电耦合到电源的处理器，其中处理器被配置为从电源向多极杆总成的杆提供射频电压，以提供射频场。在一些情况下，处理器还被配置为向多极杆总成的杆提供DC电压，但如果需要，也可以提供AC电压或RF电压(或两者)。
在一些示例中，处理器以四极模式向多极总成的四个杆提供射频电压，以六极模式向多极总成的六个杆提供射频电压，以八极模式向多极总成的八个杆提供射频电压。在其他情况下，杆可以成对或分组，以便两个或更多个杆用作单个杆。在一些实施例中，使用模拟控制向多极杆总成的杆提供射频电压。
在一些示例中，多极杆总成包括四极杆总成、六极杆总成、八极杆总成、十极杆总成或十二极杆总成中的一者。在某些实施例中，多极杆总成的每个杆包括可磁化材料，并且其中每个杆被磁化并且提供相似的场强。在其他示例中，多极杆总成的每个杆包括可磁化材料，并且其中多极总成的至少一个杆提供与多极总成的另一个杆不同的场强。
在一些实施例中，多极总成的至少一个杆包括与多极总成的另一个杆不同的长度。在其他实施例中，多极杆总成的至少一个杆的横截面宽度沿着至少一个杆的长度变化。在一些示例中，多极杆总成的每个杆的形状独立地为圆锥形、圆形、锥形、正方形、矩形、三角形、梯形、抛物线形、双曲线形或其他几何形状。
在其他实施例中，质谱仪可耦合到流体耦合到离子体积的色谱系统，以将样品从色谱系统引入离子体积中。在其他实施例中，质谱仪包括耦合到质量分析器的检测器。在附加示例中，质谱仪包括数据分析系统，数据分析系统包括处理器和上面存储有指令的非暂时性计算机可读介质，其中指令在由处理器执行时控制提供给多极杆总成的杆的电压。
在附加方面中，一种电离分析物的方法包括将分析物引入由多极杆总成的杆的基本平行排列形成的离子体积中，其中离子体积被配置为接收来自电子源的电子，并且其中多极杆总成向离子体积中提供磁场和射频场，以使用从电子源接收的电子以增加分析物的电离效率。
在一些示例中，方法包括选择提供给多极杆总成的射频电压，以将在离子体积内产生的离子约束到离子体积的内部区域。在其他示例中，多极杆总成的至少一个杆包括与多极杆总成的另一个杆不同的可磁化材料。在不同的实施例中，方法包括向多极杆总成的四个杆提供射频电压，以在离子体积内提供四极场。在一些示例中，每个杆被磁化到相似的场强，或者其中至少一个杆被磁化到不同的场强。
在另一个方面中，描述了一种对电离源进行组装的方法，电离源包括多极杆总成。多个杆被排列成基本上彼此平行，以由杆的排列形成离子体积。离子体积被配置为接收来自位于多极总成的第一端处的电子源的电子，并且将来自离子体积的电离分析物提供给位于多极杆总成的第二端处的质量分析器。多极杆总成的每个杆在被组装之后被磁化以形成多极杆总成的离子体积。在一些示例中，多极杆总成的至少一个杆被磁化到与多极杆总成的另一个杆的场强不同的场强
在附加方面中，一种对电离源进行组装的方法，电离源包括多极杆总成，其中多个杆被排列成基本上彼此平行，以由杆的排列形成离子体积，其中离子体积被配置为接收来自位于多极总成的第一端处的电子源的电子，并且将来自离子体积的经电离分析物提供给位于多极杆总成的第二端处的质量分析器，其中多极杆总成的每个杆在组装之前被磁化以形成多极杆总成的离子体积。在一些示例中，多极杆总成的至少一个杆被磁化到与多极杆总成的另一个杆的场强不同的场强。
还描述了附加的方面、示例、实施例和配置。
附图说明
参考附图描述了本文中公开的技术的某些图示，其中：
图1是根据一些示例的包括四个杆的多极杆总成的图示。
图2是根据某些示例的包括六个杆的多极杆总成的图示。
图3是根据一些示例的包括六个杆(其中四个杆被使用)的多极杆总成的图示。
图4是根据一些实施例的包括八个杆的多极杆总成的图示。
图5是根据某些实施例的包括八个杆(其中四个杆被使用)的多极杆总成的图示。
图6是根据某些实施例的包括八个杆(其中六个杆被使用)的多极杆总成的图示。
图7是根据某些示例的包括十个杆的多极杆总成的图示。
图8是根据一些示例的包括十个杆(其中四个杆被使用)的多极杆总成的图示。
图9是根据某些实施例的包括十个杆(其中六个杆被使用)的多极杆总成的图示。
图10是根据某些示例的包括十个杆(其中八个杆被使用)的多极杆总成的图示。
图11是根据某些示例的包括十二个杆的多极杆总成的图示。
图12是根据一些示例的包括十二个杆(其中四个杆被使用)的多极杆总成的图示。
图13是根据某些示例的包括十二个杆(其中六个杆被使用)的多极杆总成的图示。
图14是根据一些示例的包括十二个杆(其中八个杆被使用)的多极杆总成的图示。
图15是根据某些示例的包括十二个杆(其中十个杆被使用)的多极杆总成的图示。
图16是根据某些示例的包括两个独立的杆总成的多极杆总成的图示。
图17是根据一些实施例的包括电子源和杆总成的电离源的图示。
图18是根据某些示例的包括壳体或电离块的电离源的图示。
图19是根据一些实施例的包括离子排斥器和电子反射器的电离源的另一个图示。
图20是根据一些实施例的具有带有变化长度的至少一个杆的杆总成的图示。
图21是根据某些示例的具有至少一个倾斜杆的杆总成的图示。
图22A和图22B是根据一些示例的在杆的不同区域处包括不同宽度的杆的图示。
图23A、图23B、图23C、图23D、图23E、图23F和图23G示出了根据某些实施例的杆的各种横截面形状。
图24示出了根据一些示例的杆总成，其中至少一个杆具有不同的横截面形状。
图25是根据一些示例的耦合到电离源的气相色谱系统的图示。
图26是根据一些示例的耦合到电离源的液相色谱系统的图示。
图27是根据某些示例的耦合到两个电离源的上游组件的图示。
图28是根据一些实施例的质谱仪的某些组件的图示。
具体实施方式
描述了电离源的某些实施例。杆的确切数目、杆的形状以及电离源中存在的其他组件的数目和类型可以变化。另外，可以包括电离源的确切系统或器件可以变化，并且电离源通常与质谱仪和色谱系统一起使用。提供电离源、包括电离源的系统和使用电离源的方法的图示是为了便于更好地理解技术，而不是为了限制电离源中可能存在的确切排列或组件。
在某些配置中，本文中描述的电离源大体包括多极杆总成和电子源。多极杆总成可以被配置为使用杆总成提供磁场和射频(RF)场。例如，杆可以基本上彼此平行地排列(或以其他方式排列)，其中离子体积由杆排列形成。来自电子源的电子可被提供给离子体积，并用于电离引入离子体积中的一种或多种分析物。如以下更详细描述的，杆可以单独使用，或者可以成对或成组使用，使得两个或更多个杆在多极杆总成中用作单个杆。电子通常是在基本平行于杆的纵轴线的方向上被引入，但如果需要，电子可以以其他角度和在其他方向上引入。虽然不希望被任何一种特定的理论或作用机制所束缚，但是磁场主要将电子运动约束到杆阵列的中心区域，而RF场主要将所得离子约束到杆阵列的中心。在一些配置中，磁场和RF场可用于使分析物样品电离，而无需使用电离源过滤或选择任何所产生的离子。
不希望被任何一种配置所束缚，来自杆的磁场分量可以用来约束来自电子源的电子在电离源中沿着杆阵列的中心向下行进，并且RF场分量可以用来约束电离源中产生的离子。然而，在其他情况下，可以选择磁场和RF场的场强，使得磁场可以约束离子，而RF场可以约束电子。
在一些示例中，本文中描述的电离源可以包括多极杆总成100中的四个杆，如图1的俯视图中所示。虽然在本文中的许多图中，杆被示出为具有圆形横截面，但是提供这种形状仅仅是为了便于说明。如以下更详细指出的，杆的确切形状可以变化，并且可以是锥形的、不同的或者可以是沿着杆的长度和/或宽度非圆形和/或非对称的。杆112、114、116和118各自可以向由杆总成100形成的离子体积105中提供磁场，并且还可以向离子体积105中提供射频场。例如，杆112、114、116和118中的每一个可以是磁性的或可磁化的，以在离子体积105内提供磁场。在一些配置中，杆112、114、116和118中的每一个可包括可以被永久磁化或磁化至少一段时间的材料。杆112、114、116和118中的每一个也可以电耦合到射频发生器，使得每个杆向离子体积105中提供射频场。杆112、114、116和118中的每一个可以电耦合到共用射频发生器，或者可以电耦合到相应的射频发生器。或者，任何两个或更多个杆可以电耦合到射频发生器。射频场和磁场各自由杆112、114、116和118提供。这种排列可以简化本文中描述的电离源，并且如果需要，允许省略通常存在于现有电离源的电离腔室外部的永磁体。
在一些示例中，本文中描述的电离源可以包括多极杆总成200中的六个杆，如图2的俯视图中所示。杆212、214、216、218、220和222各自可以向由杆总成200形成的离子体积205中提供磁场，并且还可以向离子体积205中提供射频场。例如，杆212、214、216、218、220和222中的每一个可以是磁性的或可磁化的，以在离子体积205内提供磁场。在一些配置中，杆212、214、216、218、220和222中的每一个可以包括可以被永久磁化或磁化至少一段时间的材料。杆212、214、216、218、220和222中的每一个也可以电耦合到射频发生器，使得每个杆向离子体积205中提供射频场。杆212、214、216、218、220和222中的每一个可以电耦合到共用射频发生器，或者可以电耦合到相应的射频发生器。或者，杆212、214、216、218、220和222中的任何两个或更多个可以电耦合到射频发生器。射频场和磁场各自由杆212、214、216、218、220和222提供。
在其中杆总成包括六个杆的某些实施例中，可以期望仅使用四个杆以电离分析物。参考图3，杆总成300示出为包括杆312、314、316、318、320和322。如阴影所示，在电离期间，只有杆314、316、320和322是激活的或使用的。如果需要，可以替代地激活或使用四个不同的杆。其余两个杆可以在电离期间的某个时段处被接通或激活，以改变杆总成300内的场。例如，仅来自四个杆的射频场可以在电离期间用于第一时段，且然后来自所有六个杆312、314、316、318、320和322的射频场可以用于第二时段或用于不同的分析物。如果需要，由两个杆提供的RF场可以是脉冲式的或开关式的。
在某些配置中，本文中描述的电离源可以包括多极杆总成400中的八个杆，如图4的俯视图中所示。杆412、414、416、418、420、422、424和426各自可以向由杆总成400形成的离子体积405中提供磁场，并且还可以向离子体积405中提供射频场。例如，杆412、414、416、418、420、422、424和426中的每一个可以是磁性的或可磁化的，以在离子体积405内提供磁场。在一些配置中，杆412、414、416、418、420、422、424和426中的每一个可以包括可以被永久磁化或磁化至少一段时间的材料。杆412、414、416、418、420、422、424和426中的每一个也可以电耦合到射频发生器，使得每个杆向离子体积405中提供射频场。杆412、414、416、418、420、422、424和426中的每一个可以电耦合到共用射频发生器，或者可以电耦合到相应的射频发生器。或者，杆412、414、416、418、420、422、424和426中的任何两个或更多个可以电耦合到射频发生器。射频场和磁场各自由杆412、414、416、418、420、422、424和426提供。这种排列可以简化本文中描述的电离源，并且如果需要，允许省略通常存在于现有电离源的电离腔室外部的永磁体。
在其中杆总成包括八个杆的某些实施例中，可以期望仅使用四个杆以电离分析物。参考图5，杆总成500被示出为包括杆512、514、516、518、520、522、524和526。如图5中的阴影所示，在电离期间，只有杆512、518、520和526是激活的或使用的。如果需要，可以替代地激活四个不同的杆。例如，如果需要，每隔一个杆可以是激活的。其余四个杆可以在电离期间的某个时段处被接通或激活，以改变杆总成500内的场。例如，仅来自四个杆的射频场可以在电离期间用于第一时段，且然后来自所有八个杆512、514、516、518、520、522、524和526(或六个杆)的射频场可以用于第二时段或用于不同的分析物。如果需要，由四个杆提供的RF场可以是脉冲式的或开关式的。
在其中杆总成包括八个杆的某些示例中，可以期望仅使用四个杆以电离分析物。参考图6，杆总成600被示出为包括杆612、614、616、618、620、622、624和626。如图6中的阴影所示，在电离期间，只有杆612、616、618、620、624和626是激活的或使用的。如果需要，可以激活六个不同的杆。其余两个可以在电离期间的某个时段处被接通或激活，以改变杆总成600内的场。例如，仅来自六个杆的射频场可以在电离期间用于第一时段，且然后来自所有八个杆612、614、616、618、620、622、624和626的射频场可以用于第二时段或用于不同的分析物。如果需要，由两个或四个杆提供的RF场可以是脉冲式的或开关式的。
在某些示例中，本文中描述的电离源可以包括多极杆总成700中的十个杆，如图7的俯视图中所示。杆712、714、716、718、720、722、724、726、728和730各自可以向由杆总成700形成的离子体积705中提供磁场，并且还可以向离子体积705中提供射频场。例如，杆712、714、716、718、720、722、724、726、728和730中的每一个可以是磁性的或可磁化的，以在离子体积705内提供磁场。在一些配置中，杆712、714、716、718、720、722、724、726、728和730中的每一个可以包括可以被永久磁化或磁化至少一段时间的材料。杆712、714、716、718、720、722、724、726、728和730中的每一个也可以电耦合到射频发生器，使得每个杆向离子体积705中提供射频场。杆712、714、716、718、720、722、724、726、728和730中的每一个可以电耦合到共用射频发生器，或者可以电耦合到相应的射频发生器。或者，杆712、714、716、718、720、722、724、726、728和730中的任何两个或更多个可以电耦合到射频发生器。射频场和磁场各自由杆712、714、716、718、720、722、724、726、728和730提供。这种排列可以简化本文中描述的电离源，并且如果需要，允许省略通常存在于现有电离源的电离腔室外部的永磁体。
在其中杆总成包括十个杆的某些示例中，可以期望仅使用四个杆以电离分析物。参考图8，杆总成800被示出为包括杆812、814、816、818、820、822、824、826、828和830。如图8中的阴影所示，在电离期间，只有杆814、818、824和828是激活的或使用的。如果需要，可以激活或使用另外四个杆。其余六个杆可以在电离期间的某个时段处被接通或激活，以改变杆总成800内的场。例如，仅来自四个杆的射频场可以在电离期间用于第一时段，且然后来自所有十个杆812、814、816、818、820、822、824、826、828和830的射频场可以用于第二时段或用于不同的分析物。如果需要，由两个或四个或六个杆提供的RF场可以是脉冲式的或开关式的。
在其中杆总成包括十个杆的某些实施例中，可以期望仅使用六个杆以电离分析物。参考图9，杆总成900被示出为包括杆912、914、916、918、920、922、924、926、928和930。如图9中的阴影所示，在电离期间，只有杆914、918、920、924、928和930是激活的或使用的。如果需要，可以替代地激活或使用另外六个杆。其余四个杆可以在电离期间的某个时段处被接通或激活，以改变杆总成900内的场。例如，仅来自六个杆的射频场可以在电离期间用于第一时段，且然后来自所有十个杆912、914、916、918、920、922、924、926、928和930的射频场可以用于第二时段或用于不同的分析物。如果需要，由两个或四个杆提供的RF场可以是脉冲式的或开关式的。
在其中杆总成包括十个杆的某些实施例中，可以期望仅使用八个杆以电离分析物。参考图10，杆总成1000被示出为包括杆1012、1014、1016、1018、1020、1022、1024、1026、1028和1030。如图10中的阴影所示，在电离期间，只有杆1012、1014、1018、1020、1022、1024、1028和1030是激活的或使用的。如果需要，可以替代地使用或激活另外十个杆。其余两个杆可以在电离期间的某个时段处被接通或激活，以改变杆总成1000内的场。例如，仅来自八个杆的射频场可以在电离期间用于第一时段，且然后来自所有十个杆1012、1014、1016、1018、1020、1022、1024、1026、1028和1030的射频场可以用于第二时段或用于不同的分析物。如果需要，由两个杆提供的RF场可以是脉冲式的或开关式的。
在某些实施例中，本文中描述的电离源可以包括多极杆总成1100中的十二个杆，如图11的俯视图中所示。杆1112、1114、1116、1118、1120、1122、1124、1126、1128、1130、1132和1134各自可以向由杆总成1100形成的离子体积1105中提供磁场，并且还可以向离子体积1105中提供射频场。例如，杆1112、1114、1116、1118、1120、1122、1124、1126、1128、1130、1132和1134中的每一个可以是磁性的或可磁化的，以在离子体积1105内提供磁场。在一些配置中，杆1112、1114、1116、1118、1120、1122、1124、1126、1128、1130、1132和1134中的每一个可包括可以被永久磁化或磁化至少一段时间的材料。杆1112、1114、1116、1118、1120、1122、1124、1126、1128、1130、1132和1134中的每一个也可以电耦合到射频发生器，使得每个杆向离子体积1105中提供射频场。杆1112、1114、1116、1118、1120、1122、1124、1126、1128、1130、1132和1134中的每一个可以电耦合到共用射频发生器，或者可以电耦合到相应的射频发生器。或者，杆1112、1114、1116、1118、1120、1122、1124、1126、1128、1130、1132和1134中的任何两个或更多个可以电耦合到射频发生器。射频场和磁场各自由杆1112、1114、1116、1118、1120、1122、1124、1126、1128、1130、1132和1134提供。这种排列可以简化本文中描述的电离源，并且如果需要，允许省略通常存在于现有电离源的电离腔室外部的永磁体。
在其中杆总成包括十二个杆的某些实施例中，可以期望仅使用四个杆以电离分析物。参考图12，杆总成1200被示出为包括杆1212、1214、1216、1218、1220、1222、1224、1226、1228、1230、1232和1234。如图12中的阴影所示，在电离期间，只有杆1214、1220、1226和1232是激活的或使用的。如果需要，可以替代地激活或使用另外四个杆。其余八个杆可以在电离期间的某个时段处被接通或激活，以改变杆总成1200内的场。例如，仅来自四个杆的射频场可以在电离期间用于第一时段，且然后来自所有十二个杆1212、1214、1216、1218、1220、1222、1224、1226、1228、1230、1232和1234的射频场可以用于第二时段或用于不同的分析物。如果需要，由两个、四个、六个或八个杆提供的RF场可以是脉冲式的或开关式的。
在其中杆总成包括十二个杆的某些示例中，可以期望仅使用六个杆以电离分析物。参考图13，杆总成1300被示出为包括杆1312、1314、1316、1318、1320、1322、1324、1326、1328、1330、1332和1334。如图13中的阴影所示，在电离期间，只有杆1314、1318、1320、1326、1330和1332是激活的或使用的。如果需要，可以替代地使用或激活另外六个杆。其余六个杆可以在电离期间的某个时段处被接通或激活，以改变杆总成1300内的场。例如，仅来自六个杆的射频场可以在电离期间用于第一时段，且然后来自所有十二个杆1312、1314、1316、1318、1320、1322、1324、1326、1328、1330、1332和1334的射频场可以用于第二时段或用于不同的分析物。如果需要，由两个、四个或六个杆提供的RF场可以是脉冲式的或开关式的。
在其中杆总成包括十二个杆的其他示例中，可以期望仅使用八个杆以电离分析物。参考图14，杆总成1400被示出为包括杆1412、1414、1416、1418、1420、1422、1424、1426、1428、1430、1432和1434。如图14中的阴影所示，在电离期间，只有杆1412、1414、1418、1420、1424、1426、1430和1432是激活的或使用的。如果需要，可以激活或使用另外八个杆。其余四个杆可以在电离期间的某个时段处被接通或激活，以改变杆总成1400内的场。例如，仅来自八个杆的射频场可以在电离期间用于第一时段，且然后来自所有十二个杆1412、1414、1416、1418、1420、1422、1424、1426、1428、1430、1432和1434的射频场可以用于第二时段或用于不同的分析物。如果需要，由两个或四个杆提供的RF场可以是脉冲式的或开关式的。
在其中杆总成包括十二个杆的附加示例中，可以期望仅使用十个杆以电离分析物。参考图15，杆总成1500被示出为包括杆1512、1514、1516、1518、1520、1522、1524、1526、1528、1530、1532和1534。如图15中的阴影所示，在电离期间，只有杆1512、1514、1518、1520、1522、1524、1526、1530、1532和1534是激活的或使用的。如果需要，可以替代地使用另外十个杆。其余两个杆可以在电离期间的某个时段处被接通或激活，以改变杆总成1500内的场。例如，仅来自十个杆的射频场可以在电离期间用于第一时段，且然后来自所有十二个杆1512、1514、1516、1518、1520、1522、1524、1526、1528、1530、1532和1534的射频场可以用于第二时段或用于不同的分析物。如果需要，由两个杆提供的RF场可以是脉冲式的或开关式的。
尽管描述了包括两个、四个、六个、八个、十个和十二个单独杆的多极杆总成，但是在电离源中可以存在超过十二个单独杆。此外，电离源可以包括存在于任何一个电离源中的不止一个多极杆总成。不同杆总成中存在的杆的数目可以相同或可以不同。图16中示出了一个图例，其中包括四个杆的第一多极杆总成1610与包括六个杆的第二多极杆总成1620相结合存在。每个相应的杆总成可以包括其自己的电子源，或者共用电子源可以用于向总成1610、1620中的每一个提供电子。总成1610、1620被示出为存在于外壳或壳体1605中，但如果需要可以省略此外壳。
在某些实施例中，本文中描述的多极杆总成可以与电子源一起使用。电子源大体将自由电子提供到由杆的组装形成的空间中。控制质谱仪的检测极限(“灵敏度”)的一个因素是离子源中分子转化为离子的效率(电离分子的比例)。提高检测极限的一种方法是提供“更亮”的离子源。来自本文中描述的杆总成的磁场和RF场可以用于限制、引导、约束电子的聚焦，此然后可以用于使被引入由电子占据的空间中的分析物分子电离。与传统的“尼尔”型离子源相比，样品分子的这种同轴电离可以导致更大的电子与分子相互作用体积，在传统的“尼尔”型离子源中，电子束垂直于离子束，并且可以提供成比例更高的电离效率。在离子体积之前和之后为排斥器和透镜元件适当选择电压可以允许电子通过离子体积来回反射，从而更大地增加有效电子源亮度和电离效率。得到的离子产物可以离开杆总成，并且被提供给下游组件，诸如(例如)离子导向器、质量分析器、检测器等。在一些实施例中，电子源可以被配置为配线、线圈、带、场发射器、灯丝或其组合。
在一些示例中，在本文中描述的杆总成的杆中使用的材料可以是磁性的、可磁化的或磁化的。例如，可以期望组装杆总成，且然后使各种杆磁化。然而，如果需要，杆可以单独磁化，且然后组装成多极杆总成。在一些示例中，一旦被磁化，杆可以在杆总成的寿命期间保持磁性。在其他情况下，可以实行杆的周期性再磁化。例如，在对杆进行清洁期间，杆可以被重新磁化。可用于杆的例示性材料包括但不限于铁合金，包括镍、钴、铝或其他材料中的一种或多种。在一些情况下，杆中使用的材料可以是铝合金，其包括铝、镍、钴、铜、钛和可选的其他材料。例如，铝镍钴材料可用于本文中描述的杆。如果需要，稀土材料可以替代地用于本文中描述的杆总成中。例如，本文中描述的杆总成可以包括稀土金属，包括但不限于钇、钐、钕，并且可选地可以包括其他元素，包括例如硼、铁、钴、铜、锆或其他金属和非金属。由杆提供的确切场强可以变化，并且不必对于每个杆都相同。虽然所提供的精确剩磁可以随温度变化，但是杆被磁化后的例示性场强包括但不限于0.005特斯拉至约1.5特斯拉，更具体地约0.6特斯拉至约1.2特斯拉或约0.8特斯拉至约1特斯拉。虽然温度可以根据其中存在电离源的特定器件或系统而变化，但是杆总成通常在高达350摄氏度的工作温度下使用，但也可以使用更高的温度。
在某些实施例中，可以在磁化之前对杆总成进行组装，且然后可以使用可以由许多不同类型的磁体提供的外部磁场以使组合的杆磁化。或者，每个杆可以被磁化，且然后添加到杆总成。杆总成可以周期性地暴露于外部磁场中，以在磁化随着时间的推移而消失的情况下使杆总成重新磁化。或者，可以通过将杆总成暴露于不同的外部磁场以改变场强。
在某些实施例中，本文中描述的电离源可以包括电子源，电子源可以向由杆的排列形成的空间或离子体积提供电子。参考图17，示出了电离源1700，电离源1700包括电子源1710和多极杆总成1720，在这种情况下，多极杆总成1720被配置为四个方形杆。虽然在总成1720中示出了四个杆，但是可以替代地存在六个、八个、十个、十二个或更多个杆，并且杆的形状不必是方形的。电子源1710流体耦合到由杆总成1720形成的内部空间或离子体积，因此从电子源1710提供的电子可以进入离子体积中并且电离引入离子体积中的分析物物质。例如，分析物可以通过杆总成1720顶部处的开放空间引入，或者通过杆之间的侧引入，并且被限制在杆总成1720内。电子进入的方向通常平行于总成1720的杆的纵轴线。射频发生器1730可以电耦合到杆总成1720的杆中的每一个，以向每个杆提供单独的射频电压，或者可以向几个杆提供相同的电压。如本文中描述，杆总成的杆中的每一个通常也是磁化的或可磁化的，因此在离子体积内存在磁场。电离源1700不需要具有壳体或电离块，但是可以具有如下所述的壳体或电离块。
在一些实施例中，杆总成可以位于壳体或电离块内，其本身可以根据需要被充电或磁化。参考图18，示出了壳体或电离块1805，其包括入口开孔1806和出口开孔1807。杆总成1820示出在电离块1805内。入口开孔1806允许从电子源1810引入电子，并且可选地在与电离块1805的纵轴线大致平行的方向上引入样品，并且流体耦合到离子体积(例如，杆总成1810内的空间)，使得来自电子源1805(以及可选地分析物样品)的电子被纵向引入杆总成1820中。如果需要，可以使用单独的样品开孔或端口(未示出)将分析物样品引入杆总成1820中。在一些实施例中，电离块1805可以不使用外部永磁体，因为杆总成1820可以提供磁场和RF场中的每一个。例如，RF发生器1830可以电耦合到杆总成1820的杆中的每一个，并且每个杆也可以是磁性的或可磁化的。
在另一个实施例中，具有低电性但高RF导电率的元件，例如玻璃或熔融石英管，可以穿过杆总成插入，以充当离子体积，既将分析物与杆隔离，防止杆污染或分析物分解，又以比分析物在杆之间扩散时高的压力容纳分析物，从而增加分子浓度和电子-分子碰撞概率。
在另一个实施例中(见图23G)，杆之间的间距可以设计成通过控制分析物向外部的扩散速率来控制杆总成中心的分析物的压力。
在一些实施例中，本文中描述的电离源可以包括杆总成、电子源、电子或离子排斥器以及出射透镜或反射器。图19示出了总成的一个简化图示。如果需要，可以替代地使用使用六个、八个、十个、十二个或更多个杆的杆总成。电离源1900包括杆总成1920，杆总成1920包括四个杆、可以向由杆总成1920形成的离子体积中提供电子的电子源1910、电子或离子排斥器1930以及透镜或反射器1940。虽然未示出，但是杆1910可以延伸通过具有电子源1910的电子源1910。当电子发射时，排斥器1930可以迫使电子远离电子源1910。电子透镜1940可以将离子体积内的电子或离子吸引向电子透镜1940。或者，可以向透镜/反射器1940施加合适的电压，以将电子反射回离子体积中并且提供电子陷阱。虽然未示出，但是透镜、导向器或其他组件可以邻近透镜/反射器1940存在或靠近透镜/反射器1940，以促进从离子体积中提取离子并且将离子输送出电离源1900，因而可以将离子提供给下游组件。
在某些实施例中，多极杆总成的杆不需要具有相同的长度、形状或尺寸。参考图20，示出了其中杆2012和2016包括不同于杆2014和2018的长度的图示。此外，杆不必彼此平行。杆中一或多者可以如图21中所示倾斜，其中杆2114和2118示出为与杆2112和2116相比稍微倾斜。不希望被任何一种配置所束缚，一个或多个杆的倾斜可以为电子和/或任何离子提供聚焦效应，并且可以允许在离开电离源的离子束的中心区域中存在增加量的离子。在某些实施例中，多极杆总成的至少一个杆的横截面宽度可以沿着至少一个杆的长度变化。参考图22A，示出了其中杆2210朝向杆的出口端比朝向入口端具有更大宽度的图示。图22B中示出了另一个示例，其中杆2260包括沿其长度的可变宽度。
在一些示例中，杆的横截面形状根据需要可以相同或可以不同。可以使用多种不同形状的杆，并且任何一个杆总成的杆不需要具有相同的形状。图23A到图23G示出了具有四个杆的杆总成的俯视图，以示出这些形状中的一些形状。例示性形状包括但不限于圆形(图23A)、锥形(图23B)、方形(图23C)、矩形(图23D)、三角形(图23E)、梯形(图23F)、抛物线形、双曲线形、圆锥形或其他几何形状。如图23G中所示，杆的内部形状可以不同于杆的外部形状。如本文中描述，杆不必具有相同的形状。参考图24，示出了六杆总成，其中杆2412和2418包括与杆2414、2416、2420和2422不同的横截面形状。
在某些示例中，本文中描述的电离源可用于包括一个或多个其他组件的系统中。例如，电离源可以流体耦合到上游组件，上游组件可以向电离源的入口或入口开孔提供分析物，和/或可以流体耦合到下游组件，以向下游组件提供离子用于分析或进一步使用。
参考图25，电离源2530被示出为流体耦合到气相色谱系统。气相色谱系统包括与位于烘箱2515中的柱2510流体耦合的注射器2505。注射器2505和/或柱2510还流体耦合到流动相2525，即气体，其可以与柱2510的固定相一起使用，以分离引入的样品中的两种或多种分析物。当单个分析物从柱2510洗脱时，它们可以被提供到电离源2530的入口进行电离。尽管柱2510被示出为直接耦合到电离源2530的入口，但可以替代使用一个或多个传输线路、接口等。例如，传输线路2540可用于将柱2510流体耦合到电离源2530的入口。可以将传输线路2540加热(如果需要或需要)以将分析物保持在气相。在柱2510和电离源2530之间还可以存在附加的组件，例如接口、分离器、光学检测胞元、浓缩腔室、过滤器等。
在一些实施例中，本文中描述的电离源可以流体耦合到液相色谱(LC)系统。参考图26，LC系统包括通过一个或多个泵2657流体耦合到柱2660的注射器2655。注射器2655和/或柱2660也流体耦合到移动相(即液体)和一个或多个泵2657，一个或多个泵2657可用于对LC系统加压。柱2660通常包括固定相，固定相被选择用于分离引入的样品中的两种或多种分析物。当单个分析物从柱2660洗脱时，可以将其提供到电离源2670的入口进行电离。尽管柱2660被示出为直接耦合到电离源2670的入口，但可以替代地使用一个或多个传输线路、接口等。例如，如果需要，可以使用分流器。在柱2660与电离源2670之间也可以存在附加的组件，例如接口、分离器、光学检测胞元、浓缩腔室、过滤器等。
在一些实施例中，色谱系统或其他上游组件可以流体耦合到两个或更多个电离源。参考图27，如图所示，其中上游组件2710可以流体耦合到电离源2720和电离源2730中的每一个，它们可以相同或可以不同。例如，电离源中的一者可以包括本文中描述的杆总成，并且另一个电离源可以包括电离源中的一者或多者，如以下结合质谱仪所述。或者，电离源2720、2730各自可以配置有一个或多个如本文中描述的杆，但是可以包括不同数目的杆、不同形状的杆或者相同形状的相同杆，但是其中杆使用不同的RF电压进行操作。
在一些示例中，电离源可以存在于质谱仪中。例如，本文中公开的电离源也可以用于质量分析器中或与质量分析器一起使用。特别地，质谱仪可以包括一个或多个电离源腔室，其直接耦合到质量分析器的入口或者在空间上与质量分析器的入口分离。图28中示出了例示性的MS器件。MS器件2800包括样品引入器件2810、电离源2815、质量分析器2820、检测器件2830、处理器2840和可选的示出器(未示出)。如以下更详细所述，质量分析器2820和检测器件2830可以使用一个或多个真空泵和/或真空泵级在减压下进行操作。样品引入器件2810可以是GC系统、LC系统、喷雾器、雾化器、喷嘴或喷头或其他可以向电离源2815提供气体或液体样品的器件。在使用固体样品的情况下，样品引入器件2810可以包括直接样品分析(DSA)器件或可以从固体样品引入分析物物质的其他器件。排放腔室2815可以是本文中描述的任何排放腔室或其它合适的排放腔室。质量分析器2820可以采取多种形式，大体取决于样品性质、期望的分辨率等，并且示例性质量分析器将在以下进一步讨论。鉴于本公开的益处，检测器件2830可以是可以与现有质谱仪一起使用的任何合适的检测器件，例如电子倍增器、法拉第杯、涂覆的照相板、闪烁检测器等、以及本领域普通技术人员所选择的其他合适的器件。处理器2840通常包括微处理器和/或计算机以及合适的软件，用于分析引入到MS器件2800中的样品。如果需要，处理器2840可以访问一个或多个数据库，用于确定引入到MS器件2800中的物质的化学特征。本领域已知的其它合适的附加器件也可以与MS器件2800一起使用，包括但不限于自动进样器，例如可从珀金埃尔默健康科学公司购得的Clarus GC自动进样器。
在某些实施例中，MS器件2800的质量分析器2820可以根据期望的分辨率和引入的样品的性质采取多种形式。在某些示例中，质量分析器是扫描质量分析器、磁扇形分析器(例如，用于单聚焦和双聚焦MS器件)、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)、飞行时间分析器以及可以分离具有不同质荷比的物质的其他合适的质量分析器。如以下更详细指出的，质量分析器可以包括串联排列的两个或更多个不同的器件，例如串联的MS/MS器件或三重四极杆器件，以选择和/或识别从电离源2815接收的离子。
在某些其他示例中，本文中公开的电离源可以与质谱中所使用的现有电离方法一起使用。例如，可以组装具有双源的MS仪器，其中一个源包括如本文中描述的电离源，而另一个源是不同的电离源。不同的电离源可以是例如电子电离源、化学电离源、场电离源、解吸源，例如配置用于快速原子轰击、场解吸、激光解吸、等离子体解吸、热解吸、电流体动力电离/解吸等的那些源、热喷雾或电喷雾电离源或其他类型的电离源。通过在单个仪器中包括两个不同的电离源，用户可以选择可以使用哪些特定的电离方法。
根据某些其他示例，包括本文中公开的电离源的MS系统可以与一种或多种其他分析技术联用。例如，MS系统可以与用于实行热重分析、液相色谱、气相色谱、毛细管电泳和其他合适的分离技术的一个或多个器件联用。当将质MS器件耦合到气相色谱仪时，可以期望包括合适的接口，例如捕集器、射流分离器等，以将样品从气相色谱仪引入MS器件中。当将MS器件耦合到液相色谱仪时，可以还期望包括合适的接口，以解决液相色谱和质谱中使用的体积差异。例如，可以使用分离接口，使得只有少量离开液相色谱仪的样品被引入到MS器件中。从液相色谱仪排出的样品也可以沉积在合适的配线、杯子或腔室中，用于输送到MS器件的放电腔室。在某些示例中，液相色谱仪可以包括电喷雾，电喷雾被配置为当样品通过加热的毛细管时蒸发和雾化样品。鉴于本公开的益处，本领域普通技术人员将容易选择用于将液体样品从液相色谱仪引入MS器件或其他器件的其他合适的器件。
在某些示例中，包括如本文中描述的电离源的MS器件可以与至少一个其它MS器件联用，至少一个其它MS器件可以包括或不包括如本文中描述的其自身的电离源或其它合适的电离源，用于串联质谱分析。例如，一个MS器件可以包括第一类型的质量分析器，并且第二MS器件可以包括与第一MS器件不同或相似的质量分析器。在其他示例中，第一质谱器件可操作用于隔离特定离子，并且第二质谱器件可操作用于分裂/检测隔离的离子。鉴于本公开的益处，本领域普通技术人员有能力设计联用的MS/MS器件，其中至少一者包括如本文中描述的电离源。在一些示例中，MS器件的质量分析器可以包括两个或更多个四极，其可以被配置为相同或不同。例如，双极杆总成或三四极杆总成可用于从离开电离源的离子束选择离子。
在某些示例中，本文中的方法和系统可以包括或使用处理器，处理器可以是系统或仪器的一部分，或者存在于与仪器一起使用的相关联的器件(例如计算机、膝上型电脑、移动器件等)中。例如，处理器可以用于控制提供给电离源中多极杆总成的杆的射频电压和/或频率，并且可以控制质量分析器和/或可以被检测器使用。这种过程可以由处理器自动实行，而不需要用户干预，或者用户可以通过用户界面输入参数。例如，处理器可以使用信号强度和片段峰以及一条或多条校准曲线来确定样品中每个分子的同一性和存在量。在某些配置中，处理器可以存在于一个或多个计算机系统和/或共用硬件电路系统中，包括例如微处理器和/或用于操作系统的合适软件，例如用于控制样品引入器件、电离源、质量分析器、检测器等。在一些示例中，检测器件本身可以包括其自己的相应处理器、操作系统和其他特征，以允许检测各种分子。处理器可以集成到系统中，或者可以存在于一个或多个附件板、印刷电路板或电耦合到系统的组件的计算机上。处理器通常电耦合到一个或多个存储单元，以从系统的其他组件接收数据，并且允许根据需要或期望调整各种系统参数。处理器可以是通用计算机的一部分，例如基于Unix、英特尔奔腾型处理器、英特尔CoreTM处理器、英特尔XeonTM处理器、AMD RyzenTM处理器、AMD AthlonTM处理器、AMD FXTM处理器、摩托罗拉PowerPC、Sun UltraSPARC、惠普PA-RISC处理器、苹果设计的处理器(包括苹果A12处理器、苹果A11处理器和其他处理器)或任何其他类型的处理器。根据本技术的各种实施例，可以使用一个或多个任何类型的计算机系统。此外，系统可以耦合到单个计算机或者可以分布在通过通信网络附接的多个计算机之中。应当理解，可以实行包括网络通信在内的其他功能，并且技术不限于具有任何特定功能或功能集。各个方面可以实施为在通用计算机系统中执行的专用软件。计算机系统可以包括连接到一个或多个存储器器件的处理器，例如磁盘驱动器、存储器或用于存储数据的其他器件。存储器通常用于在电离源和包括本文中描述电离源的任何仪器的操作期间存储程序、校准曲线、射频电压值和数据值。计算机系统的组件可以通过互连器件耦合，互连器件可以包括一条或多条总线(例如，集成在同一机器内的组件之间)和/或网络(例如，驻留在单独的分立机器上的组件之间)。互连器件提供在系统的组件之间交换的通信(例如，信号、数据、指令)。计算机系统通常可以在处理时间内接收和/或发出命令，例如几毫秒、几微秒或更短，以允许系统的快速控制。例如，可以实施计算机控制来控制样品引入、提供给每个杆的杆RF电压和/或频率、检测器参数等。处理器通常电耦合到电源，电源可以是例如直流电源、交流电源、电池、燃料电池或其他电源或电源的组合。电源可以由系统的其他组件共享。系统还可以包括一个或多个输入器件，例如键盘、鼠标、轨迹球、麦克风、触摸屏、手动开关(例如超控开关)以及一个或多个输出器件，例如打印器件、显示屏、扬声器。另外，系统可以包括将计算机系统连接到通信网络的一个或多个通信接口(作为互连器件的补充或替代)。系统还可以包括合适的电路系统来转换从系统中存在的各种电气器件接收的信号。这种电路系统可以存在于印刷电路板上，或者可以存在于通过合适的接口(例如串行ATA接口、ISA接口、PCI接口、USB接口、光纤通道接口、火线接口、M.2连接器接口、PCIE接口、mSATA接口等)或者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)电耦合到印刷电路板的单独的板或器件。
在某些实施例中，在本文中描述的系统中使用的存储系统通常包括计算机可读和可写的非易失性记录介质，其中可存储可由处理器执行的程序使用的软件代码，或存储在由程序处理的介质上或介质中的信息。介质例如可以是硬盘、固态驱动器或闪存。要由处理器执行的程序或指令可以位于本地或远程，并且可以由处理器通过互连机制、通信网络或所期望的其他手段来检索。通常，在操作中，处理器使得数据从非易失性记录介质被读取到另一个存储器中，这允许处理器比介质更快地访问信息。此存储器通常是易失性随机存取存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。它可以位于存储系统或存储器系统中。处理器一般会操纵集成电路存储器内的数据，且然后在处理完成后将数据复制到介质。已知多种机制用于管理介质和集成电路存储器元件之间的数据移动，并且该技术不限于此。该技术也不限于特定的存储器系统或存储系统。在某些实施例中，系统还可以包括专门编程的专用硬件，例如专用集成电路(ASIC)、微处理器单元(MPU)或现场可编程门阵列(FPGA)或其组合。该技术的各方面可以用软件、硬件或固件或其任意组合来实施。此外，这样的方法、动作、系统、系统元件及其组件可以作为上述系统的一部分或作为独立组件来实施。尽管通过示例的方式将特定系统描述为可以在其上实践本技术的各个方面的一种类型的系统，但是应当理解，各方面不限于在所描述的系统上实施。各个方面可以在具有不同架构或组件的一个或多个系统上实践。系统可以包括使用高级计算机编程语言可编程的通用计算机系统。该系统也可以使用专门编程的专用硬件来实施。在系统中，处理器通常是可购得的处理器，例如英特尔、AMD、苹果和其他公司的知名微处理器。许多其他处理器也可以购得。这种处理器常常执行操作系统，该操作系统可以是，例如，微软公司、MAC OS X提供的Windows 7、Windows 8或Windows 10操作系统，例如雪豹、狮子、山狮、莫哈韦、HighSierra、El Capitan或苹果提供的其他版本，Sun Microsystems提供的Solaris操作系统、或各种来源提供的UNIX或Linux操作系统。可以使用许多其他操作系统，并且在某些实施例中，一组简单的命令或指令可以用作操作系统。此外，处理器可以被设计为量子处理器，其被设计为使用一个或多个量子位来实行一个或多个功能。
在某些示例中，处理器和操作系统可以一起定义可以为其编写高级编程语言的应用程序的平台。应当理解，该技术不限于特定的系统平台、处理器、操作系统或网络。另外，鉴于本公开的益处，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本技术不限于特定的编程语言或计算机系统。此外，应当理解，也可以使用其他适当的编程语言和其他适当的系统。在某些示例中，硬件或软件可以被配置为实施认知架构、神经网络或其他合适的实施方式。如果需要，计算机系统的一个或多个部分可以分布在耦合到通信网络的一个或多个计算机系统上。这些计算机系统也可以是通用计算机系统。例如，各个方面可以分布在被配置为向一个或多个客户端计算机提供服务(例如，服务器)或者作为分布式系统的一部分实行整体任务的一个或多个计算机系统中。例如，根据各种实施例，可以在包括分布在实行各种功能的一个或多个服务器系统中的组件的客户端-服务器或多层系统上实行各种方面。这些组件可以是使用通信协议(例如，TCP/IP)经由通信网络(例如，互联网)进行通信的可执行的、中间(例如，IL)或解释(例如，Java)代码。还应当理解，该技术不限于在任何特定系统或系统组上执行。此外，应当理解，该技术不限于任何特定的分布式架构、网络或通信协议。
在一些情况下，各种实施例可以使用面向对象的编程语言来编程，例如，SQL、SmallTalk、Basic、Java、Javascript、PHP、C++、Ada、Python、iOS/Swift、Ruby on Rails或C#(C-Sharp)。也可以使用其他面向对象的编程语言。或者，可以使用函数式、脚本式和/或逻辑编程语言。各种配置可以在非编程环境中(例如，以HTML、XML或其他格式创建的文档，当在浏览器程序的窗口中查看时，这些文档呈现图形用户界面(GUI)的各方面或实行其他功能)实施。某些配置可以被实施为编程或非编程元件或其任意组合。在一些情况下，系统可以包括远程接口，例如存在于移动器件、平板电脑、膝上型计算机或其他便携式器件上的远程接口，该便携式器件可以通过有线或无线接口进行通信，并且允许根据需要远程操作系统。
在某些示例中，处理器还可以包括或能够访问关于分子、它们的断裂模式等的信息数据库，这些信息可以包括分子量、质荷比和其他常见信息。存储在存储器中的指令可以执行系统的软件模块或控制例程，这实际上可以提供系统的可控模型。处理器可以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的不同组件的控制参数或值，例如不同的RF电压、不同的质量分析器参数等。使用输入接口接收控制指令，并且使用输出接口链接到系统中的不同系统组件，处理器可以对系统进行主动控制。例如，处理器可以控制检测器件、样品引入器件、电离源和系统的其他组件。
在某些实例中，本文中描述的杆总成可用于离子阱中，以利用磁场和RF场捕获离子。这些离子可用于提高检测极限，可被储存以备后用，例如在离子注入、表面轰击中，作为质谱或其他应用的离子标准。例如，杆总成可以利用来自杆总成的磁场和RF场以螺旋或圆形路径捕获离子，同时潜在地向杆总成添加补充RF场，以及在储存期间将离子反射回杆总成中的透镜。如果需要，离子阱可以不包括任何外部永磁体，这提供了具有更少组件和更小占地面积的离子阱。
在某些示例中，本文中描述的杆总成中的任意两个或更多个杆可以“耦合”，使得两个杆一起用作单个杆。例如，两个或更多个杆可以接收相同的RF电压，因此这两个杆看起来像单个更大的杆。可以期望将杆组合在一起以改变离子体积内的总RF场。在一些情况下，可以将三个杆分组，可以将四个杆分组，或者可以将多于四个杆分组。
在某些实施例中，本文中描述的电离源可用于使分析物分子电离。例如，电离分析物的方法包括将分析物引入由多极杆总成的杆的基本平行排列形成的离子体积中，其中离子体积被配置为接收来自电子源的电子，并且其中多极杆总成向离子体积中提供磁场和射频场，以使用从电子源接收的电子来增加分析物的电离效率。如本文中描述，根据磁场和RF场中的每一个所使用或选择的场强，磁场可用于限制或约束电子，并且RF场可用于限制或约束所产生的离子。在一些实施例中，在将产生的离子聚焦到更受限或更窄的束中的同时，或者通过增加存在于束中心区域内的离子数目，磁场与RF场的组合可以增加电离效率。例如，磁场可以主要将电子约束在靠近杆中心的螺旋路径上。RF场可以约束离子在杆的中心周围振荡。杆的出口处的透镜可以根据电压将电子反射回杆中，在那里它们可以再次被灯丝与离子体积之间的透镜(反射器)反射，从而产生电子的多次反射并且增加它们在离子体积中的净密度。在一些示例中，用于约束离子的RF电压可以从大约20伏变化到大约3500伏。电压可以是AC电压或DC电压，或者AC电压可以提供给某些杆，而DC电压可以提供给其他杆。在一些示例中，电压是频率可以从大约100千赫变化到大约3兆赫的RF电压。
在一些实施例中，可以使用不同的磁化材料或可磁化材料来电离和/或聚焦离子/电子。例如，可以使用不同的可磁化材料制造不同的杆，以改变电离源内磁场的整体形状。
在一些示例中，本文中描述的电离源也可以被配置为化学电离源。例如，化学电离源可以包括如本文中描述的气体源、电子源和多极杆总成。电子可用于使气体源的气体电离，且然后经电离的气体可用于使分析物分子电离。例示性的化学电离气体包括但不限于氨、甲烷、异丁烯或其他材料。另外，在足够高的压力下，氦或另一种惰性气体也可以用作化学电离气体，因为离子可以长时间地被捕获在离子源中。
当介绍本文中公开的示例的元素时，冠词“一个(a/an)”、“该(the)”和“所述”意在表示存在元素中一个或多个元素。术语“包括”、“包括”和“具有”旨在是开放式的，并且意指除了所列出的元素之外，还可以有附加的元素。鉴于本公开的益处，本领域普通技术人员将认识到，在其他示例中，示例的各种组件可以与各种组件互换或替换。
尽管以上已经描述了某些方面、示例和实施例，但是本领域普通技术人员将认识到，鉴于本公开的益处，所公开的例示性方面、示例和实施例的添加、替换、修改和变更是可能的。
Claims (29)
1.一种电离源，包括：
多极杆总成，被配置为向由所述多极杆总成的杆的平行排列形成的离子体积中提供磁场和射频场，其中所述多极杆总成中的每个杆包括可磁化材料，并且其中每个杆被磁化有相似的场强；以及
电子源，被配置为向所述多极杆总成的所述离子体积中提供电子，以电离引入到所述离子体积中的分析物。
2.根据权利要求1所述的电离源，还包括环绕所述多极杆总成或位于所述多极杆总成内的壳体，其中所述壳体包括在入口处流体耦合到所述电子源的开孔，以允许来自所述电子源的所述电子通过所述入口进入所述离子体积中。
3.根据权利要求1所述的电离源，还包括电离块，所述电离块包括入口开孔和出口开孔，其中所述多极杆总成的每个杆的纵轴线平行于所述电离块的纵轴线，并且其中所述入口开孔流体耦合到所述离子体积，以允许电子通过所述入口开孔引入所述离子体积中，从而电离所述离子体积内的分析物，并且其中所述出口开孔被配置为允许经电离的分析物从所述电离块离开。
4.根据权利要求1所述的电离源，还包括与所述电子源共线排列的电子排斥器。
5.根据权利要求1所述的电离源，还包括电子反射器，所述电子反射器与所述电子源共线排列并且被配置为从所述电子源接收电子。
6.根据权利要求1所述的电离源，其中所述多极杆总成包括至少四个杆。
7.根据权利要求1所述的电离源，其中所述多极杆总成包括四极杆总成、六极杆总成、八极杆总成、十极杆总成或十二极杆总成中的一种。
8.根据权利要求1所述的电离源，其中所述电子源包括至少一个灯丝、场发射极或另一电子源。
9.根据权利要求1所述的电离源，其中所述多极总成的至少一个杆包括与所述多极总成的另一个杆不同的长度。
10.根据权利要求1所述的电离源，其中所述多极杆总成的至少一个杆的横截面宽度沿着所述至少一个杆的长度变化。
11.根据权利要求1所述的电离源，其中所述多极杆总成的每个杆的形状独立地为锥形或矩形。
12.根据权利要求11所述的电离源，其中所述多极杆总成的至少两个杆包括不同的形状。
13.一种质谱仪，包括：
根据权利要求1所述的电离源；
电子源，流体耦合到所述多极杆总成的所述离子体积，以将电子从所述电子源提供到所述离子体积中，从而电离引入到所述离子体积中的分析物；以及质量分析器，流体耦合到所述离子体积并且被配置为接收离开所述离子体积的电离分析物。
14.根据权利要求13所述的质谱仪，还包括位于所述电离源的所述多极杆总成和/或所述质量分析器的入口之间的离子光学器件。
15.根据权利要求13所述的质谱仪，还包括电耦合到电源的处理器，其中所述处理器被配置为从所述电源向所述多极杆总成的杆提供射频电压，以提供所述射频场。
16.根据权利要求15所述的质谱仪，其中所述处理器还被配置为向所述多极杆总成的杆提供DC电压。
17.根据权利要求15所述的质谱仪，其中所述处理器以四极模式向所述多极总成的四个杆提供所述射频电压，以六极模式向所述多极总成的六个杆提供所述射频电压，或以八极模式向所述多极总成的八个杆提供所述射频电压。
18.根据权利要求13所述的质谱仪，其中使用模拟控制将射频电压或DC电压提供给所述多极杆总成的杆。
19.根据权利要求13所述的质谱仪，其中所述多极杆总成包括四极杆总成、六极杆总成、八极杆总成、十极杆总成或十二极杆总成中的一种。
20.根据权利要求13所述的质谱仪，其中所述多极总成的至少一个杆包括与所述多极总成的另一个杆不同的长度。
21.根据权利要求13所述的质谱仪，其中所述多极杆总成的至少一个杆的横截面宽度沿着所述至少一个杆的长度变化。
22.根据权利要求13所述的质谱仪，其中所述多极杆总成的每个杆的形状独立地为锥形或矩形。
23.根据权利要求13所述的质谱仪，还包括流体耦合到所述离子体积的色谱系统，以将样品从所述色谱系统引入所述离子体积。
24.根据权利要求23所述的质谱仪，还包括耦合到所述质量分析器的检测器。
25.根据权利要求24所述的质谱仪，还包括数据分析系统，所述数据分析系统包括处理器和其上存储有指令的非暂时性计算机可读介质，其中在由所述处理器执行时，所述指令控制提供给所述多极杆总成的杆的电压。
26.一种使用根据权利要求1所述的电离源电离分析物的方法，所述方法包括将所述分析物引入从所述多极杆总成的杆的平行排列形成的离子体积中，其中，所述多极杆总成向所述离子体积提供所述磁场和所述射频场以使用从所述电子源接收的电子来增加所述分析物的电离效率。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括选择提供给所述多极杆总成的射频电压以将所述离子体积内产生的离子约束到所述离子体积的内部体积。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括向所述多极杆总成的四个杆提供射频电压以提供所述离子体积内的四极场。
29.根据权利要求26所述的方法，还包括选择由所述多极杆总成提供的所述磁场以将电子运动约束到所述多极杆总成的中心区域。
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