CN205582886U - 用于质谱仪的检测器系统 - Google Patents

Abstract

一种用于质谱仪的检测器系统，该检测器系统包括：金属通道倍增电极(MCD)，该金属通道倍增电极包括至少一个穿孔金属板并且被配置成用于接收离开的离子并作为响应射出电子；以平行堆叠构型安排的多个电子到光子转换器，每个此类转换器包括具有在第一面上的磷光体涂层的基底板；以及布置在该磷光体涂层上的电极膜；至少一个光阴极，该至少一个光阴极各自布置在该多个电子到光子转换器中的对应对之间；光学检测器，该光学检测器光耦合到这些电子到光子转换器中的最后一个上；以及至少一个直流电源，该至少一个直流电源被配置成用于在操作中将对应的偏置电势施加至该MCD以及这些电极膜和光阴极中的每一个。

Description

用于质谱仪的检测器系统

相关申请的交叉引用

本申请涉及2014年12月4日提交的、标题为“记录从四极滤质器发射的离子的空间和时间特性(Recording Spatial and Temporal Properties of Ions Emitted from a Quadropole Mass Filter)”(美国申请号14/561,166)并且具有本申请的指定发明人的共同未决和共同转让的美国专利申请，该专利申请的披露内容通过引用以其全文结合于此。

技术领域

本实用新型涉及质谱法领域。更具体地说，本实用新型涉及用于检测离开质谱仪系统的质量分析器的离子的时间相关二维分布的质谱仪检测器系统。

背景技术

典型地，多极滤质器(例如，四极滤质器)可用于在连续离子束内提供的离子的质量分析。四极场通过将电势动态施加到安排有围绕长轴线的四重对称性的所配置的平行杆上在四极装置内产生，该长轴线包括通常被称为z轴的对称轴线。按照惯例，将这四个杆描述为一对“x杆”和一对“y杆”。在任何时刻，这两个x杆都具有彼此相同的电势，这两个y杆也是。y杆上的电势相对于x杆是反向的。沿连接x杆的中心的线取“x方向”或“x维度”。沿连接y杆的中心的线取“y方向”或“y维度”。

相对于沿z轴的恒定电势，每组杆上的电势可以表示为恒定DC偏 移量加上快速振荡(以约1MHz的典型频率)的RF分量。x杆上的DC偏移量是正的，这样使得正离子感受到趋向于将其保持在z轴附近的恢复力；x方向上的电势像一个阱。相反，y杆上的DC偏移量是负的，这样使得正离子感受到驱使其更远离z轴的斥力；x-y平面上的电势呈鞍的形式。

对两对杆均施加振荡RF分量。x杆上的RF相是相同的并且与y杆上的相相差180度。离子从四极杆入口沿着z轴惰性地移动至通常位于四极杆出口处的检测器。在四极杆内部，离子具有在x和y方向上可分离的轨迹。在x方向上，所施加的RF场将具有最小质荷比的离子带出势阱并进入杆中。具有足够高的质荷比的离子继续陷在阱中，并且在x方向上具有稳定的轨迹；在x方向上所施加的场用作高通滤质器。相反，在y方向上，只有最轻的离子被所施加的RF场稳定，这克服了所施加的DC将它们拉入杆中的趋势。由此，在y方向上所施加的场用作低通滤质器。在x和y方向上均具有稳定的分量轨迹的离子穿过四极杆而到达检测器。

在操作中，选择施加到四极滤质器的DC偏移量和RF幅值，以便仅传输在所限制的质/荷(m/z)比范围内的离子通过四极杆的全长。此类装置可在仅射频(RF)模式下或在RF/DC模式下操作。取决于具体施加的RF和DC电势，仅允许具有选定m/z比的离子完全穿过杆结构，而剩余的离子沿循不稳定的轨迹从而导致从施加的多极场中逃逸。当仅RF电压施加在预定的电极之间时，该装置用于传送以宽开方式高于某一阈值质量的离子。当RF和DC电压的组合施加在预定的杆对之间时，存在上限截止质量以及下限截止质量这两者，这样使得仅仅限制范围的m/z比(即，通带)完全穿过该装置。随着DC与RF电压的比率的增大，离子质量的传输频带变窄，以便提供滤质器操作，如本领域技术人员已知并且理解。如进一步已知的，DC和RF电压的幅值可同时变化，但DC/RF比保持几乎恒定但可变化来维持一致的通带， 这样使得导致通带系统地“扫描”一系列的m/z比。在此类扫描过程中检测穿过四极滤质器的离子的量使得能够产生质谱图。

典型地，采用此类四极滤质器作为三级质谱仪系统的部件。通过非限制性实例，图1A示意地示出三重四极杆系统，如大体由参考数字1表示的。通过一种或多种已知类型的各种电路的控制和数据系统(未描绘)可以控制质谱仪1的操作并且可以获得数据68，该系统可以被实施为用于向质谱仪和/或相关仪器提供仪器控制和数据分析的通用的或专用的处理器(数字信号处理器(DSP))、固件、软件中的任何一个或其组合。可以将包含一种或多种感兴趣的分析物的样本通过在大气压或接近大气压下操作的离子源52来进行电离。所得离子通过预先确定的离子光学件被引导，从而被促使穿过一系列具有渐减压力的腔室(例如，腔室2、3和4)，这些离子光学件常常可以包括管式透镜、分离器(skimmer)以及多极杆(例如参考字符53和54)，这些腔室操作性地引导并聚焦此类离子以便提供良好的传输效率。这些不同的腔室与联接到一组真空泵(未示出)上的多个相应端口80(在图1A中用箭头表示)连通以便将压力维持在希望值。

图1A的示例性质谱仪系统1被示出包括在高真空腔室5内的三级配置64，该三级配置具有电耦合至对应电源(未示出)上的标记为Q1、Q2和Q3的区段。Q1、Q2和Q3级可对应地作为第一四极滤质器、碎裂单元、和第二四极滤质器来操作。在这些级的一个或多个内被过滤、过滤和破碎或破碎和过滤的离子被传递至检测器66。此类检测器有利地位于四极杆的通道出口(例如图3的Q3)处，以便提供可以被处理成为示出相对于m/z比的离子丰度变化的富质谱图68的数据。

在多极滤质器(如图1A所示的四极滤质器Q3)的常规操作过程中，为产生质谱图，检测器(例如，图1A的检测器66)用于测量在RF和 DC电压幅值被扫描的同时，随时间完全穿过该滤质器的离子的量。因此，在任何时点，该检测器仅接收具有在当时的滤质器通带内的m/z比的那些离子—也就是说，只有在当时施加的特定RF和DC电压下在多极内具有稳定轨迹的那些离子。此类常规操作造成在仪器分辨率(或仪器速度)与灵敏度之间的权衡。可实现高的质量分辨，但是只有在以下情况下才能实现：DC/RF比为使得过滤器通带非常窄，致使大部分离子在滤质器内形成不稳定的轨迹，而非常少离子穿过从而达到检测器。在此类情况下，必须相对缓慢地执行扫描，以便检测在每个m/z数据点处的足够数目的离子。相反地，也可在常规操作过程中实现高灵敏度或高速，但只有通过加宽通带，由此导致m/z分辨率的降级。

转让至本实用新型的受让人并通过引用结合在此的美国专利号8,389,929传授了一种四极滤质器方法和系统，该方法和系统在离子种类之间、甚至当二者均同时稳定时，通过记录随施加的RF和DC场变化的、离子撞击位置灵敏检测器的地点而作出区别。当将到达时间和位置合并(binned)时，这些数据可以被认为是一系列离子图像。观察到的每个离子图像实质上是多个分量图像的叠加，对于每个以给定时刻离开四极杆的独特m/z值有一个图像。同一个专利还传授了用于预测随m/z和所施加的场而变化的任意离子图像的方法。因此，可通过数学去卷积或分解过程从一系列所观察的离子图像提取每个单独分量图像，如在该专利中进一步描述的。每个种类的质荷比和丰度必然在去卷积或分解之后直接得到。

美国专利号8,389,929的发明人认识到，通过记录随施加的RF和DC场变化的、离子撞击位置灵敏检测器的地点，离开四极滤质器的具有不同m/z比的离子可被区别，即使当两种离子在滤质器内同时稳定(也就是说，具有稳定的轨迹)时。美国专利号8,389,929的发明人认识到，此类操作是有利 的，因为当四极杆以例如滤质器模式操作时，由渐变RF和DC电压提供的装置的扫描自然地改变了在仪器出口处观察到的随时间的空间特征。具体地，由四极杆操纵的离子被诱导以便当扫描穿过离子的稳定区域时，在检测器横截面上执行复杂的二维振荡运动。在相同的Mathieu直径“a”和“q”值，但在不同的对应RF和DC电压以及在不同的对应时间下，具有对应m/z比的所有离子种类表现出完全相同的运动。该离子运动(即，对于具有相同m/z但具有不同初始位移和速度的离子云而言)可由a和q的变化来表征，这个变化作为时间的函数来影响离开四极杆的离子的位置和形状云。对于几乎相同的两个质量，其对应的振荡运动的序列是实质上相同的并且可以通过一个时间偏移而近似地相关。

上述的美国专利号8,389,929尤其传授了一种具有高质量分辨力和高灵敏度的质谱仪仪器，该质谱仪仪器包括：多极杆，该多极杆被配置成用于在由施加的RF和DC场限定的稳定性边界内传递一定丰度的一个或多个离子种类；检测器，该检测器被配置成用于记录该离子丰度在该多极杆的横截面积处的空间特性和时间特性；以及处理装置。由这样配置的检测器获取的数据可被认为是一系列的离子图像。观察到的每个离子图像实质上是多个分量图像的叠加，对于每个以给定时刻离开四极杆的独特m/z值有一个图像。上述的专利也提供用于预测随m/z和所施加的场而变化的任意离子图像的方法。其结果是，可通过数学去卷积或分解过程从一系列的观察的离子图像提取每个单独分量，所述数学去卷积或分解过程产生每个种类的质荷比和丰度。因此，可在多种多样的操作条件下获得高质量分辨力，这是通常不与四极质谱仪相关联的特性。

上述美国专利号8,389,929的传授内容通过收集具有不同m/z的空间分散的离子(甚至在它们实质上同时离开四极杆时)来探索变化的空间特 征。可在特定时刻记录特定图案的图像。该实例图像可以通过快速检测器(即，能够获得10个或更多的RF周期、更通常低至一个RF周期的时间分辨率或者具有亚RF周期的特异性的检测器，其中所述亚RF特异性可能是对于多个RF周期求平均的)来收集，该快速检测器被定位为获取离子是在何处何时离开的，并且具有区分细节的实质性的质量分辨力。当在扫描过程中离子在其(q,a)位置进入该稳定性区域中时，其轨迹的y分量从“不稳定”变为“稳定”。如果及时观察在离开横截面进程中形成的离子图像，离子云被拉长并经历了剧烈的竖直振荡，这些振荡将其携带到超出了所收集图像的顶部和底部。逐渐，该离开的云收缩，并且y分量的振荡幅值减小。如果该云在进入四极杆时足够紧凑，则当离子非常好地位于稳定性区域内时，在整个振荡周期的过程中整个云保留在该图像中，即，100％的传输效率。

当离子接近该稳定性区域的出口时，发生了类似的效应，但是是相反的并且涉及的是x分量而非y分量。该云在水平方向上逐渐延长并且这个方向上的振荡幅值增大，直到该云跨过该图像的左右边界。最后，振荡以及云的长度二者均增大，直到传输率降低至零。

图1B示出大体由参考数字20表示的时间和位置离子检测器系统的实例，如在上述美国专利号8,389,929中描述的。如图1B所示，正在进入的离子I(由附带的箭头在方向上示出)被微通道板(MCP)13的组件接收，这些离子I具有例如大约1mm或更少的光束截面，在它们从四极杆电极101之间的离子占据体积离开时变化成该四极杆的内切圆半径。此类组件可以包括彼此相邻的一对MCP(人字形(chevron)或V-堆叠)或三个(Z-堆叠)MCP，其中每个单独的板具有足够的增益和分辨率从而能在适当的带宽要求下进行工作(例如，以约1MHz至高达约100MHz)，其中这些板的组合响应于每个入射离子产生了数十个电子。

为了举例展示可操作性，可以将MCP组件13的第一表面浮动至10kV，(即当配置为用于负离子时是+10kV并且在配置成接收正离子时是-10kV)，使第二表面分别浮动至+12kV和-8kV，如图1B所示。这样的板偏压提供了2kV的电压梯度从而为增益提供了相对于接地值为8至12kV的所得输出相对值。所有的高电压部分都处于在大约10^-5mBar(10^-3Pa)与10^-6mBar(10^-4Pa)之间的真空之下。

因此图1B的示例性偏压安排使得撞击离子I以从例如四极杆出口(如以上讨论的)接收时的形式，对于正离子的情况，能够在MCP 13的正面上感应电子，这些电子此后在被所施加的电压加速时被引导为沿着MCP 13的多个独立通道前行。如本领域技术人员已知的，由于MCP的每个通道都用作独立的电子倍增器，因此输入离子I在接收到通道壁上时产生次级电子(表示为e^–)。这个过程由于横跨MCP堆叠13两端的电势梯度而被重复若干次，并且以这种方式从MCP堆叠13的输出端释放了大量电子，从而基本上能够保护入射在该MCP正面上的粒子的图案(图像)。如本领域中众所周知的，当以负离子模式操作时，负离子初始被转换成小的正离子，这些小的正离子随后感应类似的电子级联。

检测器系统20(图1B)的偏压安排还提供了被MCP堆叠13倍增从而被进一步加速的电子，以便撞击光学部件，例如被配置在MCP堆叠13后方的磷光体涂覆的光纤板15。这样的安排将信号电子转换成多个所得光子(表示为p)，这些光子与所接收的电子的量是成比例的。替代性地，光学部件，例如像铝处理过的磷光屏，可以配备有一种偏压安排(未示出)使得来自MCP 13堆叠的所得电子云可以被该高电压拉动跨过空隙而到达磷光屏上，在这里电子的动能作为光释放。该初始组件被配置有以下目标：将从四极杆出口射出的正离子或负离子图像转换成适合于由后续的光子成像技术获 取的光子图像。

由涂覆磷光体的光纤板或铝处理过的磷光屏15发射的光子p被捕获并随后被转换成电子，这些电子随后通过二维相机部件25(图1B)转化成数字信号。在所示出的安排中，板，如光敏通道板10组件(显示为阳极输出相对于接地值被偏压)可以将每个进入的光子p转换回成为光电子。每个光电子在光敏通道板10的背面产生次级电子云11(表示成e^-)，作为一种安排，该电子云散布并冲击检测阳极阵列12，例如但不限于电阻性结构的二位阵列、二维延迟线楔形和条带设计、以及商用的或定制的延迟线阳极读出器。作为该设计的一部分，该光敏通道板10以及这些阳极12位于密封的真空外壳内(未示出)。

在图1B中示出的二维相机25的每个阳极可以联接到独立的放大器14以及附加的模拟到数字电路(ADC)18上，如本领域已知的。例如，此类独立的放大可为通过差动互阻抗放大器来放大和压抑噪声并且将检测的电流转变成电压。从放大器14及模拟到数字电路(ADC)18和/或电荷积分器(未示出)产生的信号最后可以被导向现场可编程门阵列(FPGA)22，这是通过例如串行LVDS(低电压差分信令)高速数字接口21，该数字接口是一个针对本实用新型的数据率的低功率消耗和高抗扰度而设计的部件。当电耦合至计算机或其他数据处理装置26上时，FPGA 21可作为用于所要求的计算集中型任务的专用硬件加速器操作。

在美国专利号8,389,929中描述的且在此中予以考虑的离子成像应用需要在广泛的动态范围上的高灵敏度和高信号线性度。图1B中示出的二维阳极阵列相机25提供此类特征但需要定制的制造。为减少复杂性，对于许多应用，由可商购的替代物来替代阳极阵列相机将为期望的。因此，根据在此描述的一些实施例，本披露提供对先前披露的阳极阵列相机的较不复杂的替代 物。对于需要优越性能的一些其他应用，由更灵敏的替代物来替代二极管阵列相机将为期望的。因此，根据在此描述的一些其他实施例，本披露还提供替代性成像系统，这些替代性成像系统提供比先前披露的阳极阵列相机更高的性能(尤其对于非常弱的离子流)。

根据本实用新型的一些系统实施例包括具有新型设计的图像增强器。各种图像增强器技术已被开发用于在商业应用中使用。最早的级联图像增强器是基于“1代”技术，这种技术中，在将进入的光子转换成自由电子的真空容器的入射表面上不存在微通道板，但反而仅存在低逸出功涂层。因而，1代应用涉及人的视觉，内部静电光学器件将电子束倒置以便在涂覆磷光体的出口上产生垂直的图像。尽管此类技术已经发现在车载系统中的应用，但它与不可接受用于与在本披露中予以考虑的质谱仪系统一起使用的大物理尺寸相关联。

1975年4月1日公布的美国专利号3,875,440描述一种级联增强器，在该级联增强器中云母板的一侧涂覆有光阴极材料并且另一侧涂覆有磷光体。为形成级联图像增强器，将一系列的此类部件端对端放置并且密封至随后被抽空的玻璃量筒中。云母容许10kV，所以光耦合器安排允许多级在这个单一电源电压下操作。

一个更近的专利，日期为2005年10月25日的美国专利号6,958,474描述一种用于飞行时间质谱仪的离子检测器。尽管本申请不涉及成像或级联多级，但描述了使用磷光体作为增益级的具体优点，以及多个详细的设计增强。

导致过早的光阴极磨损的问题为通过电离背景气体产生的正离子的轰击。这些离子被加速向后朝向光阴极。日期为2002年11月19日的转让至利顿工业(Litton Industries)的美国专利6483231描述了这个现象和用于在源 为微通道板的情况下消除它的手段。通过控制尺寸，提供了靠近的间距，从而减少离子的形成，这样使得不需要阻止离子离开MCP的普通图像增强器阻隔膜。

实用新型内容

根据一些离子成像系统实施例，采用级联磷光体成像系统作为增益级。该级联系统能够消除对高增益微通道板的需要，该高增益微通道板可被低增益微通道板或另一类型的离子到电子转换倍增电极(如金属通道倍增电极(MCD))替代。所描述的采用MCD的新型离子成像系统与同由典型MCP获得的带状电流受限范围相比的动态范围增加相关联。此外，将系统维护成本考虑在内，期望用MCD替代常规的MCP以便减少长期的系统成本。尽管MCD装置(在写本文时)比可比较的单一MCP装置更昂贵，但该MCD被期望具有实质上更长的寿命，因为MCP通常为基于MCP-磷光体的系统的最易碎的部件。因此，期望使用MCD以便提供长期的系统成本效益。

诸位发明人已经意识到根据一些实施例可采用各种替代性相机技术，来作为相对于先前描述的相机而言的较不昂贵且较不复杂的替代物。通过非限制性实例，此类相机技术包括电荷耦合器件(CCD)、电荷注入器件(CID)、互补金属氧化物半导体(CMOS)和硅光电倍增管阵列技术。关于本申请，发明人想到使用一种检测器系统，该检测器系统被设计成在187微米的分辨率和125纳秒的时间特异性下观察信号。这个低增益和分辨率要求产生了探索除以上指出的被创造用于典型应用之外的替代性图像增强器几何形状的机会。

使用CID相机系统的增益特征作为实例并使用有待在予以考虑的质量分析器系统中检测的期望量的离子，发明人计算出必须对每个入射离子产 生在10³与10⁵之间的光子。在美国专利号8,389,929中描述的光子产生系统包括微通道板(MCP)和涂覆磷光体的基底。常规地，此类多部件信号转换系统被设计成，大部分的信号增益在第一部件中产生，该第一部件在图1B所示的系统中为MCP。然而不幸地，可使用的MCP仅与相对小的动态范围相关联，在该相对小的动态范围内为本实用新型的目的，所产生的电子的数目与入射离子的数目是成线性的。MCP线性度范围在高端处(在大约10％的增益处)被内通道带状电流的有限容量限制，以便将射出的电子再供给至通道内腔。其结果是，如果入射的信号只集中在几个通道上，MCP可轻易饱和。此外，MCP的线性度或灵敏度(或两者)在低增益设置下可降级，这是因为在紧随着初始离子碰撞时首次形成次级电子之后次级电子形成的多次产生过程中的次级电子非零供应的产生要求最小增益。因此，本申请的发明人已经意识到，为了现在予以考虑的离子空间和时间成像系统的目的，期望用具有低增益的离子到电子转换器来替代常规MCP，以及通过放大光子信号来产生CID、CCD、CMOS等检测器系统需要的光子量。该离子到电子转换器可包括例如低增益多通道板或金属通道倍增电极。

诸位发明人已经进一步地意识到，根据一些实施例，硅光电倍增管的二维阵列可被采用作为对于先前描述的相机系统的高性能替代物。在此类系统中，用硅光电倍增管的二维阵列来替代先前披露的系统的阳极阵列。每个微型传感器为具有相对快速的响应和恢复的高增益(例如，在一些实施例中高达10⁶，对于本申请10⁵至10⁶增益的增益范围为典型的)雪崩检测器。也可利用采用一对一维硅光电倍增管阵列(代替二维阵列)的替代性质谱仪检测系统配置。在2014年12月4日提交的、标题为“记录从四极滤质器发射的离子的空间特性和时间特性”的共同待定和共同转让的美国专利申请(美国申请号14/561,166)中描述了一种这样的配置。硅光电倍增管阵列检测器系统 可用作具有10μm、20μm、30μm以及更大的节距尺寸的低电压雪崩光电二极管阵列。此类成像系统被期望提供优越的性能。因为相机系统的高增益特征，微通道板(MCP)或光子产生组件(包括图1B中示出的涂覆磷光体的光纤板15)不需要高增益特征。相反，低增益光子信号可输入到硅光电倍增管阵列，该硅光电倍增管阵列随后被用于检测光子并提供放大的电子信号。这个放大的电子信号可设置在用低成本互阻抗放大器和模数转换器(ADC)能轻易测量的水平。此类系统可采用单个涂覆磷光体的板和离子到电子转换器(其具有比常规多通道板低的增益)，如低增益多通道板或金属通道倍增电极。

附图说明

从下面仅以举例方式并且参照未按比例绘制的附图所给出的说明中，本实用新型的以上指出的和各种其他方面将变得清楚，在附图中：

图1A为三级质谱仪系统的示意性实例配置；

图1B为配置有读出阳极(read-out anodes)阵列的时间和位置离子检测器系统的示例性实施例；

图2A为根据本传授内容的用于质谱仪并具有级联光增益区段的第一检测器系统的示意性图解；

图2B为根据本传授内容的用于质谱仪并具有级联光增益区段的第二检测器系统的示意性图解；

图2C为根据本传授内容的用于质谱仪并具有级联光增益区段的第三检测器系统的示意性图解；

图2D为根据本传授内容的用于质谱仪并具有级联光增益区段的第四检测器系统的示意性图解；

图3为根据本传授内容的包括低增益离子到电子转换元件、电子到光子转换元件、以及硅光电倍增管的高增益二维阵列的检测器系统的示意性图解；

图4A为可以在根据本传授内容的检测器系统中采用的第一金属通道倍增电极元件的示意性横截面图；

图4B为可以在根据本传授内容的检测器系统中采用的第二金属通道倍增电极元件的示意性横截面图；

图5A为根据本传授内容的用于质谱仪并具有级联光增益区段的另一检测器系统的示意性图解；并且

图5B为根据本传授内容的用于质谱仪并具有级联光增益区段的又一检测器系统的示意性图解。

具体实施方式

以下说明的提出是为了使本领域的任何普通技术人员能够进行和使用本实用新型，并且是在特定的应用和其要求的背景下提供的。对于本领域技术人员来说，对所描述的实施例的各种修改将是显而易见的，并且在此的一般原则可以应用到其他实施例。因此，本实用新型并非旨在局限于所示出的实施例和实例，而是要根据所示出和所描述的特征和原则而被给予最宽的可能范围。结合以下描述，参考图1A、1B、2A、2B、2C、3、4A、4B、5A以及5B，本实用新型的具体特征和优点将变得更加清楚。

图2A为根据本传授内容的用于质谱仪的第一检测器系统的示意性图解。图2A中示出的检测器系统100.1包括金属通道倍增电极(MCD)116，该金属通道倍增电极用于产生与离开质谱仪和多个基于磷光体的增益级的离子成比例的次级电子。在图2A所示的实例中，4个此类增益级S1-S4被 示出。然而，所采用的增益级的数目不需要限制于任何特定的级数目。

在检测器系统100.1的操作中，通过在质谱仪(未示出)的电极与MCD 116之间、或在MCD 116与第一增益级S1的电极134之间、或以上两者之间施加电势差，使离子(正或负)在MCD 116的方向上加速。该电势差为这样的，以便提供至少数千电子伏的离子碰撞能量。对于正离子，典型值将为-10kV。通过在MCD 116与布置在磷光体122上包括薄导电金属涂层的电极134之间施加电势差，使在MCD处产生的次级电子e^-在布置于第一增益级S1的基底板118上的磷光体涂层122的方向上加速。这个金属涂层允许高能量电子穿过并在磷光体中诱导光子产生。此外，该涂层任选地为反射性的，并且通过重定向向回发射的或向回散射的光子以朝向薄绝缘玻璃、云母、塑料、或优选地光纤基底板118，来增加磷光体的效率。

在第一级S1的磷光体122处，电子的动能通过阴极射线发光被转换成所发射的光子p的辐射能。由此，基底板118和它的磷光体涂层122作为整体可被认为包括“电子到光子”转换器。可替代地，基底板118、磷光体涂层122和电极134的组合当作为整体时，可被认为包括电子到光子转换器，因为这三个部件将通常但并非总是有必要一起存在。增益级S1、S2和S3的类似部件可类似地被看作附加的电子到光子转换器。由磷光体122发射的光子p中的一些传播通过增益级S1的基底板118，并且由同一级的光阴极164吸收。尽管每个光阴极164在图中被示出与它关联的基底板118是分开的，但它可被设置为在该基底板的背面上的涂层。在该光阴极处，光子能量的一部分被转换回到电子e^-的动能。由此，每个光阴极164可被看作电子到光子转换器。

通过在级S1的光阴极164与布置在第二增益级S2的磷光体122上的薄膜金属电极154之间施加电势差，使在第一增益级S1处产生的电子加 速，以便碰撞布置在第二增益级S2的基底板118上的磷光体涂层122。从电子产生光子、和从光子产生新电子、以及导致这些新电子朝向下一级传播的过程在级S2和级S3处重复。更一般地说，除末级之外，这个过程在每个增益级处重复。最终增益级—在图2A中示出的实例中的级S4—不包括光阴极部件。由此，最终级的输出为一组光子。

最终一组光子(即，通过最后增益段处的阴极射线发光产生的这组光子)可通过透镜组件127聚焦于光检测器125。在一些实施例中，该光检测器被设置成二维检测器，如电荷耦合器件(CCD)相机或、电荷注入器件(CID)相机、基于互补金属氧化物半导体技术的相机、或硅光电倍增管检测器阵列。在替代性实施例中，该检测器可以是单通道光检测器以便能够进行简单的离子检测。因为该阴极射线发光可由宽带光组成，优选的是消色差透镜组件。在所示出的实例中，该透镜组件包括透镜元件123a、123b。可替代地，该双合透镜也可替换为将检测器直接联接至最终增益级的光纤板(如果被采用)或其他涂覆磷光体的基底板或其他闪烁材料上。

图4A-4B示出两个不同的MCD配置的横截面，其在图4A和4B中分别被示出为MCD 116.1和MCD 116.2。每个MCD包括金属板，该金属板具有多个穿孔或通道，其在图4A和4B中分别被示出为穿孔17.1和17.2。在MCD处，离子I通过与该金属板或这些穿孔或通道的内壁碰撞被中和，并且它们的动能的至少一部分作为射出的次级电子e^-的动能被释放。如果金属通道倍增电极涂覆有一种适当的增强剂物质如氧化镁或任何其他增强剂(通常为金属氧化物)，转换效率将与MCP的输入表面一样好。常规系统的易碎且昂贵的MCP因此可被消除。

在图4A中示出的MCD 116.1为阴影掩模的形式，如已经在第一代彩色电视的阴极射线管中采用的。尽管这个阴影掩模配置适合于在本申请中 使用，但它在离子源与第一基底118上的磷光体122之间呈现一条部分直接视线。因此该配置允许这种可能性：某个比例的离子I可完全穿过MCD116.1而不用转换成电子，从而导致一定程度的增益损失。图4B中所示的MCD 116.2的替代性“百叶窗(Venetian blind)”配置包括相对于金属板的前面和背面119成角度的通道17.2。通过适当地选择通道间距、宽度和角度，这些通道可被配置为使得没有沿垂直于面119的线取得的穿过倍增电极的直接视线。在图4B中示出的成角度的通道17.2可通过激光切割贯穿最初实心的金属板、通过放电机加工或通过电铸来形成。在这个变体(图4B)中，通过各种手段中的任一种形成的通道或孔类似于短长度直径比的微通道板。期望制造具有高开口面积比的此类板。孔的六边形图案为对于圆形孔的最佳图案，但其他孔变体(如方形)可用方形图案来填充。这种图案将类似于具有横肋的百叶窗设计以便稳定该结构。

在图4A-4B中示出的MCD装置仅为两个可能的实例。各种其他的孔形状、尺寸、图案和间距是可能的。也有可能提供多板MCD装置，在这种装置中每个板包括具有一定尺寸和图案的孔，并且该多个板被布置为使得在邻近板的孔之间存在偏移。可在不同板之间施加电压阶跃。

如果带正电的离子从质量分析器发射，那么迫使次级电子穿过单个电铸的MCD板的过程为相对容易的。然而，如果离子是带负电的，那么相对于随后的磷光体的电势偏置需要被安排为使得所产生的电场充分穿透该装置，以便保持第一转换级的总体量子效率足够高，从而与MCP的效率竞争。

由检测器系统100.1(图2A)产生的信号增益几乎专门是由该系列的磷光体处的阴极射线发光衍生的。MCD的增益是非常低的，响应于每个入射离子仅产生几个次级电子(例如，少于10个电子)。光阴极的量子效率在从大约20％至60％的范围内；因此，每个光阴极164具有小于单位增益 (less-than-unity-gain)。然而，每个磷光体122可提供较大的增益。根据电子能量，每个此类磷光体在任何地方可对于每个入射电子产生从10至400个光子。对于每个磷光体假定20％的光阴极量子效率和50x的增益，级S1-S4中的每一个的净增益为大约一个数量级。三个此类级可产生1000的增益。4个级可提供如以上所描述的用于操作质谱仪检测器系统100.1中的CID检测器125所需要的10⁴的增益。

每个基底板118可包括单件或整体部件，如由玻璃、云母或塑料制成的板。可替代地，每个基底板可作为光纤板形成，该光纤板为包括一束紧密堆积的平行光纤的一种光学装置，每根光纤具有微米级尺寸，该组纤维前端和该组纤维后端各自端接和抛光，以便实质上分别形成平行的前面和背面。此类光纤板被用于各种应用，包括传输图像(有可能在尺寸上放大或缩小)，并且可商购自日本磐田市(Iwata City Japan)的日本滨松光子学株式会社(Hamamatsu Photonics K.K.)。根据一些替代性实施例，一个或多个基底板可被设置成薄的闪烁塑料，从而消除对磷光体涂层的需要。

应注意，被施加到布置在第一增益级S1上的电极134的偏置电势必须是相对于MCD 116(或其他离子到电子转换装置)而言的，但下游电势偏置(在光阴极164和电极154上)不受类似约束。为方便起见，这些下游电势可由普通电压驱动，而不需要此类操作。使用普通电压只是降低电源要求。例如，MCD偏置可能限制到第一磷光体的梯度，尤其在负离子的情况下。一旦该离子信号转换成光子，随后的增益级就可用更高的电势并且因此更高的增益来驱动。

电极134、154和光阴极164可形成为在基底上或邻近基底布置的薄的平板或膜。此类平坦的平行表面可产生强烈的电场梯度，该电场梯度将克服电子的自然角分散，并且维持在平行于系统的长轴线的级之间的每个电子 包的传播。如果使用的基底为非常小尺寸的光纤板，光子分散可受类似控制。多级将引发的不可避免的图像模糊可通过使用光纤板来控制，以便容易匹配一台适合的相机125的期望的像素空间分辨率(例如，187μm)。如果基底板118由一种非纤维材料(例如像，玻璃、云母或塑料的板或片材)形成，那么图像模糊和杂散光效应可通过结合一个或多个增益级内的光学透镜(未示出)来防止，以便将每个磷光体122的发光图案的图像传输至相应的光阴极164。

图2B为根据本传授内容的第二检测器系统的示意性图解。在图2B中示出的检测器系统100.2大体类似于图2A中示出的检测器系统100.1，但相对于检测器系统100.1包括附加的任选增强特征结构。这些增强特征结构可共同设置成示出的那样，或可替代地单独设置。

在图2B中示出的第一个此类任选增强特征结构为任选的栅极114，该栅极负偏置到MCD 116(或其他替代性的离子到电子转换器)，以便将任何向回散射的电子排斥到MCD或其他离子到电子转换器中。离开MCD或其他离子到电子转换器的电子由此被引导朝向第一磷光体层122。

仍参考图2B，布置在每个磷光体与向该磷光体提供电子的电子源之间的所示出的该组任选栅极124、144为第二任选的增强特征结构。栅极124布置在第一增益级S1的磷光体122与它的电子源MCD 116之间。栅极144布置在增益级之间，由此用于每个后续增益级的磷光体122的电子源为先前一个增益级的光阴极164。每个栅极124、144在操作中接收相对于后续增益级的磷光体被正偏置的电势。这些栅极在操作中用于减少过早的光阴极磨损，过早的光阴极磨损可能是由通过电离背景气体产生的次级正离子的轰击、或在磷光体的喷镀金属表面处且在与电子流相反的方向上加速朝向光阴极的电子轰击导致的。此类次级正离子被产生为具有低能量，并且不能克服 在栅极124、144处产生的局部场。进入的电子将在这些栅极处轻微减速，但它们的进入能量将轻易地克服势垒。这些次级正离子因此被向回推进朝向金属电极层134、144。非常开发的栅格形式将满足此目的。

由于检测器系统100.1(图1A)和检测器系统100.2(图1B)以及在此披露的其他检测器系统被设计用于与质谱仪一起使用，不需要集成的真空容器，前提条件是所采用的特定光阴极和磷光体在装运过程中耐受对空气的暴露。在此类情况下，当质谱仪系统被装配并布置在该质谱仪系统的高真空室5内时，在此披露的检测器系统可由离散部件装配(见图1A和1B)。以此方式，如在此披露的新型检测器系统可替代高真空室内的常规质谱仪检测器66。

可替代地，在检测器系统的光阴极或磷光体在装运过程中不耐受空气的情况下，可能期望将一部分检测器部件设置在预先制造的、预先抽空的、且预先密封的外壳171内，如关于图2C中所示的检测器系统100.3所示出的。外壳171例如可包括玻璃管。可替代地，外壳171可由除玻璃之外的一些非透明材料形成，前提条件是该外壳包括玻璃或其他透明材料窗口，该窗口面向该外壳内的第一增益级S1并对其提供一条光学视线(见图2C)。

使用图2C中示出的检测器配置，在高真空室5内可不存在常规检测器。相反，该质谱仪的壳体或真空室壁7设置有孔8，该外壳与该孔配合以便提供在外壳171与质谱仪壳体或室壁7之间的真空密封。检测器装置的MCD 116和任选栅极114不被封装在外壳171内，而相反被布置在高真空室5内。

封装在外壳171内的增益级S1-S4大体如先前描述的，不同的是第一增益级S1不包括磷光体并且可能实质仅由光阴极组成，该光阴极可能或可能不布置在基底板上。相反，将磷光体涂层126在一个位置处施加至玻璃外 壳的外表面或可替代地施加至透明窗口(如果存在)，这样使得当外壳171与质谱仪壳体或壁7配合时，磷光体涂层126沿MCD 116与第一增益级S1之间的一条视线布置。因此，在检测器系统100.3的操作中，将磷光体涂层126布置在高真空室5内。在磷光体涂层126处产生的光子穿过外壳171的透明窗口(如果存在)或壁，以便在外壳171内的第一增益级S1的光阴极处产生次级电子。外壳171和其中的部件当一起考虑时可被视作图像增强器173，该图像增强器173从外部光子源(在这种情况下为磷光体126)接收光子信号，且发射原始信号的放大版本(由最右边的标记p的箭头所示)作为输出。

如先前描述的，在外壳内的最终增益级(例如，增益级S4)处产生的最终的、放大的光子束通过透镜组件127聚焦在光学检测器125上。在一些实施例中，透镜组件127和光学检测器125可封装在外壳171内。在其他替代性实施例中，光学检测器125或透镜组件127或两者可封装在任选的、单独外壳172中。如果透镜组件127不封装在与增益级相同的外壳171内，那么该外壳可包括第二窗口，该第二窗口被布置为使得在最终增益级与透镜组件127之间存在一条直接光学视线。容易理解的是，外壳171的内部通常将包括未示出的附加元件(如电引线和支持结构)，并且外壳171将通常包括真空的导通部件以便将电线传送至该外壳中。

图2D示出图2C的检测器系统的改进版本。在图2D中示出的检测器系统100.4中，图像增强器173不形成抵靠质谱仪的真空室壁7的真空密封，并且可能与该壁是物理分开的。此外，在高真空室5内的磷光体涂层126不被布置在图像增强器173的外壳171上。相反，这个磷光体涂层被布置为在光学透明窗口128上的涂层，该涂层形成抵靠孔8内的壁7的真空密封。由磷光体126产生的光子从高真空室出来穿过透明窗口128，并且随后通过光 学透明外壳171或可替代地通过另外的非透明外壳的透明窗口(未具体示出)进入图像增强器173的内部之中。尽管图2C-2D示出一种具体构造的图像增强器的实例，但本领域的普通技术人员将容易理解可采用任何图像增强器来替代所示出的图像增强器173，前提条件是该任何图像增强器能够提供在检测器125需要的放大光子信号与在质谱仪内产生的光子信号之间的适合的光子信号增益，并且进一步地前提条件是在检测器125处维持适合的图像分辨率。

在各种检测器系统实施例的前述讨论中，探索了级联增益级的高增益特征，并且实质上仅需要MCD 116来将离子以最小增益“转换”成电子。增益是由具有足够的供给电流的级联区段提供。以上描述的各种检测器系统实施例因此不受制于与当前可市购的现有高增益微通道板(MCP)相关联的限制带状电流的动态范围。尽管以上讨论考虑使用金属通道倍增电极(MCD)作为对MCP的低增益替代物，但应注意低增益MCP装置仍是可用的。此类低增益MCP装置可被采用作为当前描述的检测器系统中的低增益离子到电子转换器的替代形式。然而，发明人考虑此类低增益MCP装置尽管有作用，但鉴于以下原因在本申请的使用中相比MCD装置是较不优选的。MCP增益通过包括长度直径比的因素组合来控制。40:1和60:1的这种比值为典型的，所以本申请将需要其中长度直径比为40:1的MCP装置。具有此类长度直径比的装置被期望为更薄的且因此更易碎。

图3示意地示出根据本传授内容的另一种检测器系统，在该检测器系统中如以上描述的CCD、CMOS、CID或其他相机被包括硅光电倍增管的二维阵列的一种高性能替代系统129替换。每个此类微型传感器为具有相对快速的响应和恢复的高增益(例如，10⁶增益)雪崩检测器。此类光检测器系统可在具有10μm、20μm、30μm以及更大的节距尺寸的低电压雪崩光电二 极管阵列中使用。此类成像系统被期望提供优越的性能。因为相机129的高增益特征，离子到电子转换器(优选MCD，但可替代地MCP)或光子产生组件不需要高增益特征。相反，相对低增益光子信号可输入到硅光电倍增管阵列129，该硅光电倍增管阵列随后被用于检测光子并提供放大的电子信号。这个放大的电子信号可设置在用低成本互阻抗放大器和模数转换器(ADC)能轻易测量的水平。相对低增益光子信号可由单个增益级S0提供，该单个增益级包括基底板118、磷光体122和电极134但没有如图3所示的光阴极。如先前描述的，栅极114、124为任选部件，可包括其中的一个或两个。

根据本传授内容的检测器系统的其他实施例可采用布置在每个磷光体与该磷光体从其接收电子的电子源之间的半反射金属层，如图5A-5B中示意地示出的。通常情况下，从每个磷光体发射的某一比例的光子将“向后”传播朝向先前一个增益级的光阴极，因为光子发射是无方向性的。该半反射金属层具有将这些向回发射的光子的一部分再引导至期望的方向的特性。该半反射金属层具有允许向回发射的光子的另一受控部分撞击在先前一个增益级的光阴极上，以便产生附加的次级电子的进一步特性。这个过程形成一个反馈回路，分别以图5A和图5B的检测器系统100.5和100.6中的增益级S1与S2之间交替地向前指向和向后指向的箭头所示出的。在这些图中，反射涂覆的光阴极164r承载半反射涂层，尽管该涂层可替代性地布置在增益级S1与S2之间的单独基底元件上。通过调整金属层的反射率和第二磷光体级的增益，该系统的响应时间和增益可得到调整。如果使用具有对于由MCD(或MCP)提供的电子为透明的特性的光阴极，那么可将增益级S1上的该第一磷光体层完全消除，如图5B所示。

在图5A所示出的受控反馈安排中，如果在从第二磷光体到光阴极164r的“向后”方向上的光子数目大于入射光子的原始数目，该系统可变成不 可作为图像增强器使用。这个情况将导致使得检测器输出饱和的雪崩情景。因此，必须对操作模式进行调谐，这样使得第二磷光体的增益产生的在反向上行进的光子少于先前一个放大周期在前向上产生的光子。这可通过调整偏置电压以便改变电子碰撞第二磷光体的电子能量来实现。降低电子能量降低了磷光体增益。如果反射率为90％并且光阴极具有20％的量子效率，那么每100个电子中的1个将产生反馈事件(假定这些光子在随机方向上产生)。为避免雪崩情景，必须对磷光体进行调谐以便在这种情况下对于每个入射电子产生少于100个的光子。在每个电子50个光子的磷光体增益下，净系统增益为大约95并且在4个周期内达到90％的增益。在75的磷光体增益下，净增益上升到285并且通过9个周期达到总增益的90％。

在本实用新型的说明中，除非隐含或明确地理解或另外陈述，应理解以单数出现的词语涵盖它的相对应的复数，并且以复数出现的词语涵盖它的相对应的单数。另外，除非含蓄或明确地理解或另外地陈述，应理解在此描述的任何给定的部件或实施例、对该部件列出的任何可能的候选或替代物可总体上被单独使用或者彼此组合使用。此外，应当了解如在此示出的图不一定是按照比例绘制的，其中这些元件中的一些可能仅仅是为了本实用新型的清晰而绘制出。另外，除非含蓄或明确地理解或另外地陈述，应理解候选或替代物的任何列表仅仅是说明性的，并不是限制性的。此外，除非另外指示，否则在说明书和权利要求中使用的表示各种测量的数量或测量数量(如长度、尺寸、百分比、增益因数等)的数字应被理解为是由术语“大约”修饰的。

本申请中所包括的讨论打算用作基本的描述。本实用新型在范围上将不被在此描述的具体实施例限制，这些具体实施例意图作为本实用新型的单个方面的单独说明，并且功能上相当的方法和部件都在本实用新型的范围 内。事实上，除在此示出和描述的那些之外，本实用新型的各种修改根据以上描述和附图对于本领域的技术人员将变得清楚。此类修改意图属于所附权利要求书的范围之内。在此提及的任何专利、专利申请、专利申请公布或其他文献特此以它们各自的整体通过引用结合在此，好像在此完整地提及那样，但是如果在结合的参考与本说明书之间存在任何冲突，则以本说明书的语言为准。

Claims (32)

1.一种用于质谱仪的检测器系统，该检测器系统用于检测离开该质谱仪的质量分析器的离子的时间相关二维分布，其特征在于，该检测器系统包括：

(a)金属通道倍增电极(MCD)，该金属通道倍增电极包括至少一个穿孔金属板并且被配置成用于接收这些离开的离子并响应于其射出电子；

(b)多个电子到光子转换器，每个电子到光子转换器包括：

(b1)包括第一平行面和第二平行面的基底板；

(b2)在该基底板的第一面上的磷光体涂层；以及

(b3)布置在该磷光体涂层上的电极膜，

其中这些电子到光子转换器以平行堆叠构型安排，这样使得这些电子到光子转换器中的第一个的基底板的电极膜面向该MCD，并且这样使得每个后续电子到光子转换器的电极膜面向对应的先前一个电子到光子转换器的基底板的第二面；

(c)至少一个光阴极，该至少一个光阴极各自布置在该多个电子到光子转换器中的对应对之间；

(d)光学检测器，该光学检测器光耦合到这些电子到光子转换器中的最后一个上；以及

(e)至少一个直流(DC)电源，该至少一个直流电源被配置成用于在操作中将对应的偏置电势施加至该MCD以及这些电极膜和光阴极中的每一个。

2.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，进一步包括：

(f)透镜组件，该透镜组件提供在这些电子到光子转换器中的该最后一个与该光学检测器之间的光耦合。

3.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，该MCD包括阴影掩模。

4.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，该MCD包括穿孔金属板，该穿孔金属板具有平行的第一面和第二面，并且其中这些穿孔包括与这些平行板面成角度倾斜的穿过该板的狭槽。

5.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，该MCD包括多个穿孔金属板，这些穿孔金属板以堆叠安排来安排，这样使得每个后续板的这些穿孔与对应先前一个板的这些穿孔横向地偏移。

6.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，该MCD涂覆有金属氧化物增强剂。

7.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，这些基底板中的每一个包括光纤板，该光纤板包括一束光纤。

8.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，这些基底板中的每一个包括云母板。

9.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，该至少一个光阴极各自包括电极膜，该电极膜布置在这些电子到光子转换器中的对应一个的基底板的第二面上，除该最后一个电子到光子转换器之外。

10.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，进一步包括：

(f)布置在该质量分析器与该MCD之间的栅极。

11.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，进一步包括：

(f)至少一个栅极，该至少一个栅极各自布置在该多个电子到光子转换器中的对应对之间。

12.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，进一步包括：

(f)包括对于电子为透明的光学半反射材料的至少一个板或膜，该至少一个板或膜各自布置在这些电子到光子转换器中的对应对之间。

13.根据权利要求1所述的检测器系统，其特征在于，该光学检测器包括电荷耦合器件(CCD)相机、电荷注入器件(CID)相机、或采用互补金属氧化物半导体(CMOS)电路的相机。

14.一种用于质谱仪的检测器系统，该检测器系统用于检测离开该质谱仪的质量分析器的离子的时间相关二维分布，其特征在于，该检测器系统包括：

(a)布置在该质谱仪的高真空室内的金属通道倍增电极(MCD)，所述真空室包括具有从其中穿过的孔的壁，所述MCD包括至少一个穿孔金属板并且被配置成用于接收这些离开的离子并响应于其射出电子；

(b)电耦合至该MCD上的至少一个直流(DC)电源；

(c)光学透明板或壁，该光学透明板或壁抵靠该真空室壁孔布置并与其形成真空密封；

(d)磷光体涂层，该磷光体涂层布置在该透明板或壁上以及在该真空室内以便接收这些射出的电子；

(e)图像增强器，该图像增强器光耦合至该透明板或壁上以便接收在该磷光体涂层处产生的一定量的光子并且以便发射与该量的光子成比例的放大量的光子；以及

(f)光学检测器，该光学检测器光耦合至该图像增强器上并且被配置成用于接收该放大量的光子。

15.根据权利要求14所述的检测器系统，其特征在于，进一步包括：

(g)透镜组件，该透镜组件提供在该图像增强器与该光学检测器之间的光耦合。

16.根据权利要求14所述的检测器系统，其特征在于，该MCD包括阴影掩模。

17.根据权利要求14所述的检测器系统，其特征在于，该MCD包括穿孔金属板，该穿孔金属板具有平行的第一面和第二面，并且其中这些穿孔包括与这些平行板面成角度倾斜的穿过该板的狭槽。

18.根据权利要求14所述的检测器系统，其特征在于，该MCD包括多个穿孔金属板，这些穿孔金属板以堆叠安排来安排，这样使得每个后续板的这些穿孔与对应先前一个板的这些穿孔横向地偏移。

19.根据权利要求14所述的检测器系统，其特征在于，该MCD涂覆有金属氧化物增强剂。

20.根据权利要求14所述的检测器系统，其特征在于，该光学检测器包括电荷耦合器件(CCD)或电荷注入器件(CID)相机。

21.根据权利要求14所述的检测器系统，其特征在于，该图像增强器包括抽真空壳体，并且该光学透明板或壁包括该壳体的一部分。

22.根据权利要求14所述的检测器系统，其特征在于，该图像增强器(e)包括：

(e1)至少一个光阴极，该至少一个光阴极电耦合至该至少一个DC电源上，该至少一个光阴极中的一个光阴极光耦合至该光学透明板或壁上，以便接收在该磷光体涂层处产生的该量的光子并响应于其发射成比例量的电子；以及

(e2)至少一个电子到光子转换器，该至少一个电子到光子转换器包括：

(e2a)包括第一平行面和第二平行面的基底板；

(e2b)在该基底板的第一面上的磷光体涂层；以及

(e2c)电极膜，该电极膜布置在该磷光体涂层上并且电耦合至该至少一个DC电源上，

其中该磷光体被配置成用于接收在该图像增强器内产生的该量的电子或不同量的电子，并且响应于其发射该放大量的光子。

23.根据权利要求22所述的检测器系统，其特征在于，该基底板包括光纤板，该光纤板包括一束光纤。

24.根据权利要求22所述的检测器系统，其特征在于，该基底板包括云母板。

25.一种用于质谱仪的检测器系统，该检测器系统用于检测离开该质谱仪的质量分析器的离子的时间相关二维分布，其特征在于，该检测器系统包括：

(a)金属通道倍增电极(MCD)，该金属通道倍增电极包括至少一个穿孔金属板并且被配置成用于接收这些离开的离子并响应于其射出电子；

(b)基底板，该基底板包括面向该MCD的第一表面和第二表面；

(c)在该基底板的第一表面上的磷光体涂层，该磷光体涂层被配置成用于接收这些射出的电子并且响应于其发射成比例量的光子；

(d)布置在该磷光体涂层上的电极膜；

(e)至少一个直流(DC)电源，该至少一个直流电源被配置成用于在操作中将对应的偏置电势施加至该MCD和该电极膜；以及

(e)光学检测器，该光学检测器包括硅光电倍增管的二维阵列，该硅光电倍增管的二维阵列光耦合至该基底板上以便接收该量的光子。

26.根据权利要求25所述的检测器系统，其特征在于，进一步包括：

(f)透镜组件，该透镜组件提供在该基底板与该光学检测器之间的光耦合。

27.根据权利要求25所述的检测器系统，其特征在于，该MCD包括阴影掩模。

28.根据权利要求25所述的检测器系统，其特征在于，该MCD包括穿孔金属板，该穿孔金属板具有平行的第一面和第二面，并且其中这些穿孔包括与这些平行板面成角度倾斜的穿过该板的狭槽。

29.根据权利要求25所述的检测器系统，其特征在于，该MCD包括多个穿孔金属板，这些穿孔金属板以堆叠安排来安排，这样使得每个后续板的这些穿孔与对应先前一个板的这些穿孔横向地偏移。

30.根据权利要求25所述的检测器系统，其特征在于，该MCD涂覆有金属氧化物增强剂。

31.根据权利要求25所述的检测器系统，其特征在于，该基底板包括光纤板，该光纤板包括一束光纤。

32.根据权利要求25所述的检测器系统，其特征在于，该基底板包括云母板。