TWI421901B - 傾角式雙極質譜儀、質譜儀設備及分析樣品之方法 - Google Patents

Description

傾角式雙極質譜儀、質譜儀設備及分析樣品之方法

本發明係關於一種傾角式雙極質譜儀。

質譜儀通常可以用來鑑定構成固態、氣態或液態樣品之化學成分及含量。一般而言，質譜儀可以利用離子的荷質比來分離及分析離子；例如，一種習知的飛行時間質譜儀包含一具有電極之加速區域，電極係產生一電場以加速正離子(陽離子)或負離子(陰離子)、並將離子導向飛行管之一端。此時，較重的離子以較低的速度行進，而較輕的離子則以較高的速度行進。在飛行管的另一端設有一偵測器以偵測離子，因此此種質譜儀可以根據各離子行經飛行管長度所花的時間來計算出荷質比。

一般來說，帶正電及帶負電之粒子皆可經由離子化的步驟自樣品轉化出來。然而，在同一時間內，習知的單極質譜儀僅可以單獨測量正離子或負離子，但不能同時偵測兩種離子。這樣的偵測方式將無法記錄所有樣品的資訊，甚至可能遺漏離子的一些型態及含量等資訊。不同於上述之單極質譜儀，習知的雙極質譜儀(例如氣膠飛行時間質譜儀)可以同時偵測正離子及負離子；如上所述，氣膠飛行時間質譜儀可以利用藉由引導氣流通過噴嘴以產生一路徑集中的粒子束，進而確認懸浮微粒的大小。粒子在到達離子化區之前是保持電中性的狀態，並在離子化區受到雷射激化，進而離子化為帶正電或帶負電的碎片分子；此時，帶電的分子即可藉由雙極飛行時間質譜儀分析，而雙極飛行質譜儀通常具有二飛行管，其係分別分析帶正電及帶負電的粒子。

本發明係揭露一種雙極質譜儀，其係同步鑑定由一樣品所產生之負離子與正離子的質譜。在本發明中，樣品係設置於一離子源電極之一表面上，或傳導進入一離子源區域，離子源電極與複數個汲取電極分別產生電場，此電場使得樣品所產生之負離子與正離子能夠被汲取脫離離子源區域，並分別導入複數個軌跡調整與加速區段，其係分別將負離子及正離子加速以朝向一負離子質量分析器與一正離子質量分析器前進。

承上所述，依本發明之雙極質譜儀能夠用來分析下列樣品物質，如鹽類、合金、半導體物質、半導體晶粒、粒子、化學物質、生物分子、生理液、生物組織、皮膚、金屬及電漿。樣品物質在離子化前可為靜態或動態。雙極質譜儀可以只汲取樣品物質之表層所產生之負離子及正離子，藉以分析樣品物質之表面特性，亦可以分析樣品物質之表層下的深層特性。適用於雙極質譜儀之樣品物質之尺寸係約為數公釐(如生物組織)或者更大，此外，樣品物質亦可以是原子、分子、微米級之微小粒子、或奈米粒子。

本發明之一實施態樣係揭露一種傾角式雙極質譜儀，包含一雙極離子產生器、一第一質量分析器及一第二質量分析器；其中，雙極離子產生器包含一離子源及複數電極，離子源係自一樣品中產生複數正離子及複數負離子，該等電極係產生電場以導引該等負離子形成一負離子束、並導引該等正離子形成一正離子束；第一質量分析器係分析該等負離子，第二質量分析器係分析該等正離子；其中第一質量分析器之中心軸與第二質量分析器之中心軸具有0至179度之一夾角。

本發明之傾角式雙極質譜儀可包含下列一種以上之特徵，其中，第一質量分析器包含一第一飛行管及一第一離子偵測器，第一飛行管係接收負離子束，第一離子偵測器係偵測通過第一飛行管之該等負離子；另外，第二質量分析器包含一第二飛行管及一第二離子偵測器，第二飛行管係接收正離子束，其中第一飛行管與第二飛行管具有0至179度之一夾角，第二離子偵測器係偵測通過第二飛行管之該等正離子。此外，第一飛行管之一軸心與第二飛行管之一軸心具有0至179度之一夾角；在部分實施例中，第一飛行管之軸心與第二飛行管之軸心具有20至60度之一夾角。

另外，第一離子偵測器可包含一閃爍離子偵測器、一微通道板偵測器、一電子倍增器或一電流偵測器。該等電極可包含一負離子汲取電極及一正離子汲取電極，其中，負離子汲取電極之電壓係高於樣品所在之一樣品板之電壓，正離子汲取電極之電壓係低於樣品板之電壓；此外，該等電極可更包含一負離子加速電極及一正離子加速電極，其中，負離子加速電極之電壓係高於樣品板之電壓，正離子加速電極之電壓係低於樣品板之電壓。而且，負離子加速電極及正離子加速電極係分別包含一網，其係具有容許離子通過之複數開口。再者，負離子汲取電極及正離子汲取電極亦可分別包含一網，其係具有容許離子通過之複數開口。該等電極係用以產生電場，其係使得負離子束平均地沿著第一質量分析器之一第一中心軸移動、並使得正離子束平均地沿著第二質量分析器之一第二中心軸移動，其中，第一中心軸與第二中心軸之夾角係介於0至179度；在部分實施例中，第一中心軸與第二中心軸之夾角係介於20至60度。

再者，本發明之傾角式雙極質譜儀可更包含一樣品板以及一個以上之移動平台，其中，樣品板係承載複數樣品，移動平台係用以改變樣品板與該等電極之相對位置，以便傾角式雙極質譜儀個別分析所有樣品。另外，本發明之傾角式雙極質譜儀可更包含一樣品板以及至少一移動平台，其中，樣品板係承載樣品，移動平台係用以改變樣品板與該等電極之相對位置，以便傾角式雙極質譜儀分析樣品之不同部位。此外，本發明之傾角式雙極質譜儀可更包含一訊號接收及儀器控制元件，其係控制以移動該樣品板、分析樣品之不同部位之質譜、及記錄表示此質譜之資料。第一汲取電極與第一加速電極係相對通過樣品之一平面對稱於第二汲取電極與第二加速電極而設置。離子源至少包含一基質輔助雷射脫附離子化(MALDI)離子源、一表面強化雷射脫附電離(SELDI)離子源、一雷射剝蝕離子源、一電噴灑游離化(ESI)離子源、一電子撞擊式(EI)離子源、一二次離子源、一快速原子撞擊(FAB)、一雷射脫附游離化離子源及一化學游離化(CI)離子源其中之一。該等電極包含複數組電極，其係形成複數個離子軌道調整與加速區段，用以調整該等正離子之軌道及該等負離子之軌道。

另外，本發明之另一實施態樣係揭露一種設備，其包含數個電極，其係用以改變複數個正離子及複數個負離子的行進方向，並加速該等正離子及該等負離子，其中該等電極係具有連接至複數個電壓之複數個表面，該等表面係產生電場藉以形成一第一軌跡調整與加速區段、一第二軌跡調整與加速區段、一第三軌跡調整與加速區段、及一第四軌跡調整與加速區段；其中，第一軌跡調整與加速區段之電場係改變該等負離子的行進方向且使得該等負離子朝向第二軌跡調整與加速區段前進，第二軌跡調整與加速區段之電場係加速該等負離子；第三軌跡調整與加速區段之電場係改變該等正離子的行進方向且使得該等正離子朝向第四軌跡調整與加速區段前進，第四軌跡調整與加速區段之電場係加速該等正離子；另外，一第一平均路徑係表示該等負離子通過第二軌跡調整與加速區段之路徑平均，一第二平均路徑係表示該等正離子通過第四軌跡調整與加速區段之路徑平均，而第二平均路徑與第一平均路徑之一夾角係介於0至179度。

本發明之設備可包含下列一種以上之特徵，其中，第二平均路徑與第一平均路徑之夾角係介於20至60度。

本發明之另一實施態樣係揭露一種分析質譜之方法，包含下列步驟：自位在一電場中之一樣品產生複數個正離子及複數個負離子；利用電場之一第一區域將該等負離子沿著一第一路徑導向一第一質量分析器，其中第一質量分析器包含沿著一第一軸延伸之一第一飛行管；利用電場之一第二區域將該等正離子沿著一第二路徑導向一第二質量分析器，其中第二質量分析器包含沿著一第二軸延伸之一第二飛行管，而且第二軸與第一軸之一夾角係介於0至179度；以第一質量分析器分析該等負離子；以及以第二質量分析器分析該等正離子。

本發明之方法可包含下列一種以上之特徵，其中，將該等負離子導向第一質量分析器之步驟包含使該等負離子通過一負離子汲取電極之一網之複數個開口，其中負離子汲取電極之電壓係高於承載樣品之一樣品板之電壓；以及將該等正離子導向第二質量分析器之步驟包含使該等正離子通過一正離子汲取電極之一網之複數個開口，其中正離子汲取電極之電壓係低於樣品板之電壓。另外，將該等負離子導向第一質量分析器之步驟包含使該等負離子通過一負離子加速電極之一網之複數個開口，其中負離子加速電極之電壓係高於樣品板之電壓；以及將該等正離子導向第二質量分析器之步驟包含使該等正離子通過一正離子加速電極之一網之複數個開口，其中正離子加速電極之電壓係低於樣品板之電壓。再者，本發明之分析質譜之方法可更包含下列步驟：移動承載複數個樣品之一樣品板；以及分析不同之該等樣品之質譜。或者本發明之分析質譜之方法可更包含下列步驟：移動承載樣品之一樣品板；以及分析樣品之不同部位之質譜。

本發明之另一實施態樣係揭露一種設備，包含一離子源電極、一第一汲取電極、以及一第二汲取電極；其中，離子源電極包含一樣品表面，其中樣品表面上係設置有一樣品物質，且當以一雷射光束或一高能粒子束激發樣品物質時，樣品物質提供複數個正離子及複數個負離子。第一汲取電極之電壓係高於樣品表面之電壓，以便自樣品表面吸引負離子，第一汲取電極具有可供負離子通過之一開口；第二汲取電極之電壓係低於樣品表面之電壓，以便自樣品表面吸引正離子，第二汲取電極具有可供正離子通過之一開口，且第一汲取電極與第二汲取電極係相對於離子源電極對稱設置。

本發明之設備可包含下列一種以上之特徵，其中，離子源電極可以具有一第一屏壁及一第二屏壁。第一屏壁具有可供負離子通過之一第一開口，第一屏壁係位於樣品表面及第一汲取電極之間，第二屏壁具有可供正離子通過之一第二開口，第二屏壁係位於樣品表面及第二汲取電極之間。樣品表面、第一屏壁及第二屏壁可以具有相同電壓；另外，本發明之設備可以包括一第一質量分析器及一第二質量分析器，其中第一質量分析器係分析通過第一汲取電極之開口之負離子，第二質量分析器係分析通過第二汲取電極之開口之正離子。第一質量分析器可以至少包括一飛行時間質譜儀、一四極柱質譜儀、一離子阱質譜儀、一扇形磁場質譜儀、一傅立葉轉換離子迴旋共振質譜儀及一動量分析器其中之一；另外，第一質量分析器亦可包括一第一偵測器，其係包含一閃爍離子偵測器、一微通道板偵測器、一電子倍增器及一電流偵測器其中之一。第一屏壁及第二屏壁係以一通過樣品物質之平面對稱設置，而第一汲取電極及第二汲取電極亦可以一通過樣品物質之平面對稱設置。第一屏壁及第二屏壁之開口係分別為一狹長形開口或長方形開口。另外，本發明之設備可以更包括一第三質量分析器，其係分析樣品物質射出之中性粒子。

本發明之另一實施態樣係揭露一種設備，其包括用以改變複數個正離子及複數個負離子之行進方向以及加速正離子及負離子的數個電極。其中該等電極係具有連接至複數個電壓之複數個表面，該等表面係產生電場藉以形成一第一軌跡調整與加速區段、一第二軌跡調整與加速區段、一第三軌跡調整與加速區段、及一第四軌跡調整與加速區段。第一軌跡調整與加速區段之電場係改變負離子的行進方向，使其朝向第二軌跡調整與加速區段前進，接著第二軌跡調整與加速區段之電場係加速負離子；另外，第三軌跡調整與加速區段之電場係改變正離子的行進方向，使其朝向第四軌跡調整與加速區段前進，接著第四軌跡調整與加速區段之電場係加速正離子。

本發明之設備可包含下列一種以上之特徵，其中，本發明之設備可以更包括一離子源，其係產生正離子及負離子，而離子源係包括一雷射剝蝕離子源、一基質輔助雷射脫附離子化(MALDI)離子源、一表面強化雷射脫附電離(SELDI)離子源、一電噴灑游離化(ESI)離子源、一電子撞擊式(EI)離子源、一二次離子源、一快速原子撞擊(FAB)、及一化學游離化(CI)離子源其中之一。

本發明之另一實施態樣係揭露一種雙極飛行時間質譜儀，其包括一雙極離子產生器、一第一飛行管、一第一離子偵測器、一第二飛行管、及一第二離子偵測器。其中，雙極離子產生器用以產生正離子及負離子，第一飛行管及第二飛行管分別接收負離子束及正離子束，第一離子偵測器偵測在第一飛行管中行進的負離子，第二離子偵測器偵測在第二飛行管中行進的正離子。承上所述，雙極離子產生器包含一離子源及複數個電極，離子源係用以自一樣品表面產生正離子及負離子，電極係產生電場，以便將負離子集中以形成負離子束、並將正離子集中以形成正離子束。

本發明之方法可包含下列一種以上之特徵，其中，導引負離子朝向第一質量分析器前進之步驟係包含使得負離子通過第一屏壁之第一開口，而導引正離子朝向第二質量分析器前進之步驟係包含使得正離子通過第二屏壁之第二開口；另外，本發明之方法更包含將樣品表面、第一屏壁及第二屏壁連接至一相同電壓；本發明之方法更可包含分析樣品物質射出之中性粒子；本發明之方法亦包含以一通過樣品物質之平面對稱設置第一汲取電極及第二汲取電極。

承上所述，在本發明中，樣品表面可能設置在第一汲取電極及第二汲取電極之電場影響所及之位置；另外，負離子在第二軌跡調整與加速區段中獲得之平均加速能量可以大於負離子在第一軌跡調整與加速區段中獲得之平均加速能量。

綜上所述，本發明揭露之設備及方法係具有下列優點：本發明之質譜儀可以用來偵測設置於能夠容置複數樣品之一樣品板上的複數樣品之質譜，此外，本發明之質譜儀亦可以用來偵測同一樣品之不同部位、並產生此樣品之離子分佈的影像；在本發明中，由於自離子源產生之正離子與負離子皆可以被同時分析，而不會因極性轉換而有時間差產生，所以本發明之質譜儀可以正確地即時測量正離子與負離子；基於上述特性，在不同部位之具有兩種電荷極性之樣品組成可以在許多實驗狀況下進行明確的檢測，而在比對正離子與負離子之頻譜特性後，可以得到樣品材料之質量與結構資訊。再者，依本發明之方法可以取得結構分子之間的有效關連性，例如是生物組織樣本之分析。本發明之質譜儀可以用來偵測複雜的混合樣品，而且質譜儀可用以觀察樣品物質中分子的離子化特性，亦可以觀察離子化機制。再者，依本發明之設備及方法可以用來分析在樣品表面之凝態樣品，例如：生物組織樣本可以設置在樣品表面，且樣品產生之負離子與正離子可同時被分析；而且本發明之設備亦可藉由在中性分子之飛行路徑上裝置游離反應模組以進行中性分子之離子化反應，進而可同時分析因離子化反應產生之中性組成物，例如：生物組織的組成份或半導體晶片上選定之一點的物質皆可藉由同時監測正離子及負離子來分析。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之傾角式雙極質譜儀。

【系統概論】

如圖1所示，依本發明實施例之一雙極飛行時間(DTOF)質譜儀(MS)100可以同時測定負離子106及正離子110之質譜圖譜。在本實施例中，負離子及正離子可由樣品物質產生，樣品物質係以例如基質輔助雷射脫附離子化(MALDI)方式設置於一雙極離子產生器102之一離子源電極的樣品表面150上。當產生正負離子時，負離子及正離子會同時被汲取，並分別導向一負離子質量分析器104及一正離子質量分析器108。

承上所述，負離子質量分析器104包含一飛行管116及一負離子偵測器120，負離子偵測器120係偵測負離子106在通過飛行管116後之到達時間；另外，正離子質量分析器108包含一飛行管118及一正離子偵測器122，正離子偵測器122係偵測正離子110在通過飛行管118後之到達時間。在本實施例中，負離子質量分析器104及正離子質量分析器108係設置於離子產生器102之相對兩側，其特別是能夠以對稱之方式設置於離子產生器102之相對兩側。而偵測器120及122之輸出訊號290及292可以分別輸入一訊號接收及儀器控制元件192(例如一數位儲存示波器或一電腦)中，以便記錄正離子及負離子的質譜圖譜。

圖2為依本發明實施例之一雙極飛行時間質譜儀100的示意圖，其中，雙極飛行時間質譜儀100利用一基質輔助雷射脫附離子化(MALDI)離子源112產生負離子106及正離子110；在本實施例中，MALDI離子源112包含一包埋在基質中的樣品物質146。另外，一雷射光源114係用以產生一雷射光束124，藉以激化樣品146產生正離子110及負離子106。

在本實施例中，樣品物質146可以例如是鹽類、合金、半導體物質、半導體晶粒、粒子、化學物質、生物分子、生理液、生物組織、皮膚、金屬及電漿，其中電漿可含有一由帶電粒子組成之氣體粒子束。在本實施例中，質譜儀100亦可藉由使用雷射光束124探查樣品、並自樣品產生正負離子，進而分析樣品物質146。

若使用習知的氣膠飛行時間質譜儀(ATOF MS)進行分析，則中性粒子必須先自樣品物質上產生、並沿著一路徑加速，此飛行粒子在到達離子化位置時會受雷射光束激化而產生離子；因此若樣品物質為塊狀且未經切分成小片段，則氣膠飛行時間質譜儀便無法分析表面樣品物質的特性。相較之下，本發明實施例之質譜儀100在分析樣品物質時，並不需要在離子化步驟之前先自樣品物質產生微小的中性粒子。更甚者，本發明實施例之質譜儀100所用之樣品物質尺寸可以為數毫米大，或者為更大的尺寸，只要樣品物質可以設置於上述之離子源電極中即可。因此，本發明實施例之質譜儀100可以用來測定物質之表面特性，例如測定半導體晶片或一生物組織切片。

離子產生器102係包含一離子源電極130及汲取電極126a、126b、128a及128b。在本實施例中，離子源電極130包含一樣品表面150(如圖3及圖4所示)，樣品物質146係放置在樣品表面150上。其中，離子源電極130及汲取電極126a、126b、128a及128b皆安裝用來產生電場，而這些電場係散佈在數個區域，藉以引導及加速負離子及正離子朝向相反方向行進，進而將負離子及正離子分別導向飛行管116及118。

在本實施例中，如圖3所示，汲取電極126a及126b係設置在離子源電極130之相對兩側，且其係以對稱的方式設置於離子源電極130之相對兩側。同樣地，汲取電極128a及128b係設置在離子源電極130之相對兩側，且其係以對稱的方式設置於離子源電極130之相對兩側。

在本實施例中，總共有五個電場，其係分別由離子源電極130及汲取電極126a、126b、128a及128b所產生。其中，第一電場位於一開口區域300內部，開口區域300之三邊係分別設有樣品表面150、屏壁160之內表面及屏壁162之內表面，而另一邊係為開口152；第二電場位於離子源電極130及汲取電極126a之間；第三電場位於離子源電極130及汲取電極126b之間；第四電場位於汲取電極126a及128a之間；第五電場位於汲取電極126b及128b之間。第二電場及第三電場係以對稱之方式位於離子源電極130之相對兩側，且相對於離子源電極130，第二電場及第三電場之極性係相反；相同地，第四電場及第五電場係以對稱之方式位於離子源電極130之相對兩側，且相對於離子源電極130，第四電場及第五電場之極性係相反。

如圖4所示，以下將利用具有x軸、y軸、及z軸之一笛卡兒座標，來描述質譜儀100中的各元件的方位，而座標軸原點位於樣品表面150的中心點，該位置即樣品物質146之設置位置。其中z軸係垂直於樣品表面150，飛行管116及118的軸心均平行於x軸，負離子106及正離子110分別沿著飛行管116及118朝向-x及+x方向行進。

在本實施例中，汲取電極126a之電壓係高於離子源電極130之電壓以便產生一電場，其係形成一第一軌跡調整與加速區段166a，藉以將負離子106朝向-x方向偏轉。另外，汲取電極128a之電壓係低於汲取電極126a之電壓以便產生一電場，其係集中負離子106並調整其軌跡與加速離子，因此負離子106可以沿著平行於飛行管116的軸向方向的路徑前進。

汲取電極126b之電壓係低於離子源電極130之電壓以便產生一電場以形成一第三軌跡調整與加速區段166b，藉以將正離子110朝向+x方向偏轉；另外，汲取電極128b之電壓係高於汲取電極126b之電壓以便產生一電場，其係集中正離子110並調整其軌跡與加速離子，因此正離子110可以沿著平行於飛行管118的軸向方向的路徑前進。

承上所述，汲取電極126a及128a所使用之電壓與汲取電極126b及128b所使用之電壓係對稱於離子源電極130的電壓。換言之，若汲取電極126a之電壓以一定電壓差高於離子源電極130的電壓，則汲取電極126b之電壓以相同電壓差低於離子源電極130的電壓。

負離子偵測器120與正離子偵測器122皆可以例如是一微通道板偵測器。在本實施例中，負離子質量分析器104及正離子質量分析器108設置在離子產生器102的相對兩側，特別是負離子質量分析器104及正離子質量分析器108以對稱之方式設置在離子產生器102的相對兩側。另外，離子產生器102係設置於一離子源室中(圖未示)，此離子源室可以是具有一可供連結飛行管116及118之開口的一六向立體腔室。

正離子偵測器122的輸出訊號292可藉由訊號接收及儀器控制元件192之一第一通道測定，而負離子偵測器120的輸出訊號290可以由一電路194處理，並可藉由訊號接收及儀器控制元件192之一第二通道測定。在本實施例中，電路194包括一電壓絕緣電路以防止負離子偵測器120所使用之高電壓造成訊號接收及儀器控制元件192之破壞，其詳細內容將敘述如下。

如圖3所示，離子源電極130係包含一由樣品表面150及屏壁160與162定義之開口區域300。雷射光束124通過開口區域300，激化設置於樣品表面150上的樣品物質146。屏壁160具有一長方形狹縫形狀之開口154a(在圖3中被遮住)，負離子106係通過長方形狹縫形狀之開口154a，並向汲取電極126a行進。屏壁162亦具有一長方形狹縫形狀之開口154b，正離子110係通過長方形狹縫形狀之開口154b並向汲取電極126b行進。在本實施例中，樣品表面150、屏壁160及屏壁162係相互電性連接且具有相同電位。

離子源電極130及汲取電極126a及128a形成兩個負離子的軌跡調整與加速區段166a及168a，而離子源電極130及汲取電極126b及128b形成兩個正離子的軌跡調整與加速區段166b及168b。在本實施例中，離子源電極130及汲取電極126a、128a、126b及128b可以是不鏽鋼電極板且以等距離相互排列，而且其可以是互相平行設置。

圖4為一離子產生器102與飛行管116及118的剖面圖。如圖4所示，飛行管116及118的內部區域大部分為無電場區域。汲取電極產生電位以引導離子沿著平行於飛行管116及118的軸向方向的軌跡行進，這樣才得以確認離子係行經飛行管的長度始到達離子偵測器120及122。

在本實施例中，離子產生器102之特徵在於所釋出之離子係大致上自樣品表面150向上方(+z)發射；此時，離子受離子源電極130及汲取電極126a、128a、126b及128b所產生之電場引導，因此可以將負離子集中並導引朝向一平行於飛行管116的軸向方向行進，而將正離子集中並被導引朝向一平行於飛行管118的軸向方向行進。

另外，離子產生器102之另一特徵在於其係具有靠近樣品表面150的開口154a及154b。在本實施例中，開口154a及154b係分別由離子源電極130之屏壁160及162的外表面164a及164b所定義。一般而言，長方形開口係較優於圓形開口或廣口構造(亦即沒有位於屏壁160及162上側之表面)，此乃因為長方形開口可以減少電場在y軸方向的歪斜。換言之，離子源電極130及汲取電極126a及126b所產生之電場可以具有較佳之場形，以便能夠將自樣品物質146產生之正離子及負離子分別導向沿著飛行管118及116行進的路徑。

由於本發明具有沿著y軸方向延伸的開口，且開口係設置於樣品物質146附近，所以可以在樣品物質146周圍形成一實質上沿著y軸的穩定電場，如此可以有助於集中離子並將離子導向飛行管116及118。

當離子由樣品物質146釋放出來時，大部分的離子最初沿著+z方向行進，接著漸漸轉向x軸(負離子朝向-x方向，正離子朝向+x方向)。以正離子110為例，當正離子110自樣品表面150射出，正離子110開始向+z方向行進，然後藉由電場梯度稍稍拉回向-z方向。而且，在正離子110通過開口154b後，正離子110會依序行經第三軌跡調整與加速區段166b及第四軌跡調整與加速區段168b並進入無電場之飛行管118。

在本實施例中，開口154b及圓形開口156b及158b的設置能夠提供適當的離子傳輸效率，意即大部分的正離子110不會碰撞到離子源電極130以及汲取電極126b及128b之外壁而可以直接到達飛行管118。另外，第二汲取電極128b的電壓相對高於飛行管118及第一汲取電極126b的電壓，這樣的配置使得在開口158b的附近產生離子集中的效果，而且可以增加正離子110的傳輸效率至大約2倍。

汲取電極126a及128a以及開口156a及158a係相對於離子源電極130分別與汲取電極126b及128b以及開口156b及158b鏡像對稱設置。

圖5顯示離子源電極130內部及附近的立體電位示意圖。在本實施例中，由於屏壁160及162具有相同電位，樣品表面150上方區域174具有一相對穩定之電位；此外，汲取電極126a之電壓係高於離子源電極130之電壓，而由於汲取電極126a的影響，開口154a附近之電位係高於區域174。

離子源電極130及汲取電極126a及126b產生一電場，其係具有一特定分佈，用以調整負離子與正離子自樣品表面150射出後之軌跡。如上所述，此電場形成一軌跡調整與加速區段以作用於所有負離子106及正離子110。詳言之，當負離子106及正離子110自樣品表面150射出後，其最初通常沿著+z方向行進，而電場分佈會調整負離子106的軌跡並引導負離子106自+z方向漸漸轉而朝向一面對開口154a之-x方向。同理，電場分佈亦會調整正離子110的軌跡並引導正離子110自+z方向漸漸轉而朝向一面對開口154b之+x方向。

接著，當負離子106及正離子110自樣品表面150分別行進至開口154a及154b時，負離子106及正離子110之加速度通常小於負離子106及正離子110在軌跡調整與加速區段166a及166b之離子加速度。

圍繞在樣品表面150及屏壁160與162附近區域的電場將負離子106自+z方向漸漸改變至-x方向行進。因此，荷質比相近之負離子106會以大約相同之速度通過開口154a，且在第一軌跡調整與加速區段166a及第二軌跡調整與加速區段168a亦具有大約相同之加速度，所以在進入飛行管116時，這些負離子106亦具有大約相同之速度。同理，荷質比相近之正離子110在進入飛行管118時亦具有大約相同之速度。

如圖6所示，離子源電極130可以包含數個分離的組成元件，例如一中央平板170及與中央平板170相鄰之二平板172a及172b。在本實施例中，中央平板170具有一樣品表面150，在樣品表面150上設置一樣品物質146。而平板172a及172b分別具有開口154a及154b，與圖4所示相似。其中，中央平板170及相鄰之平板172a及172b係相互電性連接，具有相同電位。

【實驗器材設置與實驗測量結果】

以下參照相關圖式說明利用本發明實施例之雙極飛行時間質譜儀100進行之實驗。在本實驗中，離子源電極130及汲取電極126a、126b、128a及128b各為40毫米寬、100毫米長，且彼此相距6毫米，離子源電極130之厚度為6毫米，汲取電極126a、126b、128a及128b之厚度各為3毫米；另外，開口154a及154b各為26毫米長、3毫米寬，而且與樣品板前端131相距18毫米；圓形開口156a、156b、158a及158b之直徑為5毫米；開口156a及156b的中心皆在+z方向距離x軸1.5毫米，而開口158a及158b的中心皆在+z方向距離x軸2.5毫米。

承上所述，飛行管116及118各具有32毫米之內徑及1123毫米的長度，且分別與汲取電極128b及128a絕緣。在進行測量時，離子源腔室的壓力維持在3×10^-7 毫巴以下。飛行管116及118之中心軸皆平行於x軸，且在+z方向距離x軸2.5毫米處，而且飛行管116及118係分別減壓至5 x 10^-7 毫巴以下。微通道板偵測器120及122分別與飛行管116及118相距25毫米，且不需要再經過分段抽氣階段。

接著，將電壓持續地供給離子源電極130及汲取電極126a、126b、128a及128b。本實驗係提供參考電壓+5.9 kV至離子源電極130，而輸入至汲取電極及離子偵測器之電壓相對於參考電壓呈對稱但具有相反之極性。例如，輸入至第一組汲取電極126a及126b之電壓分別為+2.5 kV及+9.3 kV，而輸入至第二組汲取電極128a及128b之電壓分別為+3.8 kV及+8 kV。另外，輸入至飛行管118及116之電壓分別為0 V及+11.8 kV。

在本實施例中，偵測器120及122之電路設計係不相同；此乃因為正離子偵測器122係在一較低電壓範圍操作，而負離子偵測器120係在一較高之電壓範圍操作。其中，正離子偵測器122為微通道板偵測器，其具有一入口側140、一出口側142及一陽極144，其係分別連接至電壓-2200 V、-200 V及0 V。負離子偵測器120為微通道板偵測器，其具有一入口側134、一出口側136及一陽極138，其係分別連接至電壓+14 kV、+16 kV及+16.2 kV。

由於負離子偵測器120使用高偏壓電壓，微通道板組件係以一8吋之絕緣壓克力法蘭接頭設置在與(飛行管的)真空室分離且相距67毫米處。另外，提供+14 kV之偏壓至偵測器之法蘭，藉以降低電極周圍之電壓差，因此可以避免在操作時因高電壓造成負離子偵測器120之損壞。

訊號接收及儀器控制元件192係為一500 MHz之數位儲存示波器。在本實驗中，因為訊號接收及儀器控制元件192係只能接收數伏特的信號，所以需要利用一直流高壓隔離電路將訊號接收及儀器控制元件192與負離子偵測器120之高偏壓隔絕。

請參照圖7所示，電路194係用來處理來自負離子偵測器120之訊號。在本實驗中，電路194係包含一直流隔離電路180，其係用以將負離子偵測器120與訊號接收及儀器控制元件192隔離。其中，直流隔離電路180具有一接點182、一接點184及一接點186；接點182係接收來自負離子偵測器120之信號，接點184連接至訊號接收及儀器控制元件192，接點186連接至+16.2 kV電壓。於此，直流隔離電路180能夠將訊號接收及儀器控制元件192與負離子偵測器120之+16.2 kV偏壓信號隔絕。

直流隔離電路180包含兩個高額定電壓之電容器188及190。在本實施例中，電容器188及190係為陶瓷高電壓電容器，其可以分別具有2 nF及10 nF之電容，且可個別具有40 kV之額定電壓。另外，直流隔離電路180係密閉於一玻璃外罩，並與室內環境絕緣，而且在電容器高壓側的大部分導線係包裹矽膠樹脂、並具有例如為100 kV之額定電壓。此外，上述之電容器係不具有接地包裹以避免直流隔離電路180的短路。

負離子偵測器120所發出之輸出訊號290通過直流隔離電路180，並接有一電阻310，而且輸出訊號290可以利用訊號接收及儀器控制元件192的第一通道進行測定。同理，正離子偵測器122所發出之輸出訊號292係接有另一電阻，且可以利用訊號接收及儀器控制元件192的第二通道進行測定。

本實驗利用一Nd:YAG三倍頻脈衝雷射(355nm)作為雷射光源114，而雷射光束124的能量依樣品物質146之不同約為2至10微焦耳，其係通過一離子源室之一熔融石英玻璃窗，然後激化樣品物質146。雷射光束124係垂直對準樣品表面150。

下列敘述係根據上述實施例之質譜儀100所進行之實驗結果，且下列實驗係使用數種生物樣品，包括：胰島素B鏈(分子量3495.9 Da)、馬骨骼肌肌紅蛋白(分子量16951.5 Da)，以及包含血管緊縮素I(分子量1296.7 Da)、促腎上腺皮質激素片段(ACTH)clip 1-17(分子量2093.1Da)、促腎上腺皮質激素片段(ACTH)clip 18-39(分子量2065.2Da)、腎上腺皮質激素片段(ACTH)clip 7-38(分子量3657.9Da)及胰島素(分子量5730.6Da)的蛋白質混合液。

以下實驗係測定蛋白質及不同分子量之混合蛋白質，其實驗結果如下列圖示所示。圖8A係一圖譜200，其顯示以THAP為基質之50皮摩爾胰島素B鏈之陽離子/陰離子圖譜，其中圖8A所示之圖譜係由約200次雷射測定所得。

另外，圖8B係一圖譜210，其係顯示以CHCA為基質之肌紅蛋白之陽離子/陰離子圖譜，其中圖8B所示之圖譜係由約1000次雷射測定所得。

圖9係一圖譜240，其係顯示一自標準蛋白質質量校正混合物所得之正離子及負離子質譜圖譜。該混合物係以20皮摩爾的血管緊縮素、20皮摩爾的腎上腺皮質素激素片段clip 1-17、15皮摩爾的促腎上腺皮質激素片段clip 18-39、30皮摩爾的腎上腺皮質素激素片段clip 7-38以及35皮摩爾的胰島素。如圖9所示，所有的蛋白質，無論帶正電荷或負電荷均可在圖譜240中明確鑑定。

圖10係一質譜儀270的橫切面示意圖，其中，質譜儀270可同時分析正離子、負離子以及中性粒子。在本實驗中，質譜儀270可用於研究由混合基質分子與樣品分子產生的不同形式的正離子、負離子以及中性粒子，也可以用來觀察蛋白質的能量以及在一電中性系統中蛋白質在蛋白質複合體中的交互作用。

如圖10所示，質譜儀270具有一用來分析負離子的負離子質量分析器104，一用來分析正離子的正離子質量分析器108，以及一用來分析中性粒子的第三質量分析器272。其中，第三質量分析器272具有一離子化區域280，其係由設置在離子源電極130前方(+z方向)之電極274及276所定義。當中性粒子自樣品物質射出到達一位置(圖10中標記為X處)，一雷射光束282(如248nm之雷射光)或一電子束會將中性粒子離子化；另外，電極274及276以及另一電極278之電壓可以產生一電場梯度，藉由此電場梯度可加速離子化粒子飛向第三質量分析器272的一飛行管271。

【傾角式雙極飛行時間質譜儀】

如圖11所示，本發明之一種傾角式雙極飛行時間質譜儀400可以用來測量設置於一樣品板上之樣品的質譜，而樣品板可以容納陣列式排列之複數個樣品物質。其中，傾角式雙極飛行時間質譜儀400可以使用大面積之樣品板以減少更換樣品的時間。與上述之質譜儀100相似，質譜儀400可以同時測量負離子106與正離子110的質譜圖譜；其中，可以利用如基質輔助雷射脫附離子化(MALDI)、雷射脫附離子化、雷射剝蝕、表面強化雷射脫附電離、快速原子撞擊、二次離子游離化、電噴灑游離化等方法，並利用一雙極離子產生器102，從設置於一樣品板418之一表面上的樣品物質激發產生正離子及負離子；接著，負離子及正離子係同時被汲取並分別朝向負離子質量分析器452及正離子質量分析器454移動。

在本實施例中，負離子質量分析器452包含一飛行管402a及一負離子偵測器406a，其中負離子偵測器406a係偵測負離子106通過飛行管402a的時間，而飛行管402a及負離子偵測器406a係密封於真空腔室456a中。另外，正離子質量分析器454包含一飛行管402b及一正離子偵測器406b，其中正離子偵測器406b係偵測正離子110通過飛行管402b的時間，而飛行管402b及正離子偵測器406b係密封於真空腔室456b中。其中，元件符號402係包含飛行管402a及402b，而元件符號406係包含負離子偵測器406a及正離子偵測器406b；負離子質量分析器452及正離子質量分析器454之軸心係具有一夾角，其係介於0至179度，特別是約為30度。負離子偵測器406a及正離子偵測器406b之輸出訊號290及292係分別傳送至訊號接收及儀器控制元件192(例如為一數位儲存示波器或一電腦)中，以便記錄正離子及負離子的質譜圖譜。

圖12A係為本發明實施例之一傾角式雙極飛行時間(ADTOF)質譜儀400的立體圖；在本實施例中，傾角式雙極飛行時間(ADTOF)質譜儀400包含飛行管402a(容置於真空腔室456a中)及飛行管402b(容置於真空腔室456b中)，其係具有一夾角θ，其中，夾角θ係小於180度，例如，夾角θ可以介於0至179度，較佳者，其係介於20至60度。

圖12B係為本實施例之傾角式雙極飛行時間質譜儀400的側視圖，在本實施例中，負離子106係通過飛行管402a，而正離子110係通過飛行管402b；真空腔室456a及真空腔室456b係分別連接至隔絕腔室404a及404b(其係皆包含於元件符號404)，而隔絕腔室404a及404b係分別連接至偵測器406a及406b。其中，隔絕腔室404可以由陶瓷材料所構成，且其係用以將高電壓之離子偵測器與系統接地電壓互相隔絕。此外，偵測器406a及406b係分別偵測負離子106及正離子110，其中，偵測器可以例如是微通道板偵測器、電荷偵測器、電流偵測器、或二次離子偵測器。

承上所述，傾角式雙極飛行時間質譜儀400包含一樣品傳送系統408，其係容置樣品物質、並且在實驗過程中將正負離子提供至飛行管402。圖12C係為一樣品傳送系統408之立體圖，首先，樣品物質係經由一真空介面系統470傳送至樣品傳送系統408之中心，而雷射光束或能量粒子束可以通過一真空口409進入樣品傳送系統408；除此之外，亦可以設有其他真空口，以便用於電線、樣品取像、及真空泵。在本實施例中，雷射光束係以垂直於樣品板的方向行進，以激發樣品物質之表面，而且雷射光束的軸線可以是與傾角式雙極飛行時間質譜儀400的主軸線相同，因此，飛行管402a及402b係以雷射光束的軸線對稱設置。

圖13係為一樣品傳送系統之示意圖，在本實施例中，樣品傳送系統408中通常具有一樣品板組件416及一電極組件412，其中電極組件412係用以自樣品板組件416汲取出離子，而且其係由數個柱部414所支撐，以便以一定距離設置於樣品板組件416上方；此外，電極組件412包含一電極板支撐板462、複數個負離子電極420、及複數個正離子電極422，而樣品板組件416係透過移動平台424a及424b以調整其X軸及Y軸之位置。

移動平台424a及424b可以改變樣品板組件416與電極組件412的相對位置，當樣品板組件416承載複數個樣品物質時，傾角式雙極飛行時間質譜儀400可以在不同時間分別分析不同的樣品物質；另外，樣品板組件416可以例如是承載生物組織切片，其中，藉由控制移動平台424a及424b以改變樣品板組件416與電極的相對位置，可以使得傾角式雙極飛行時間質譜儀400能夠在不同時間分別分析生物組織切片的不同部位，以便產生在生物組織樣品中的生物分子(如蛋白質、胜肽等)之分佈影像。

舉例而言，傾角式雙極飛行時間質譜儀400可以產生一影像，其係包含複數個點，而每一個點係分別表示一特定生物標記。藉此，研究人員可以進行準確地判斷，例如判斷特定蛋白質在健康組織與疾病組織中的表現；而且，此一生物組織切片亦可以被區分成陣列式之複數個小區域，當雷射光束的位置固定時，生物組織切片之各個小區域可以被移動至雷射光束的位置，以便利用雷射光束激發各小區域以產生離子，因此傾角式雙極飛行時間質譜儀400可以針對被激發之離子進行檢測並記錄其質譜。需注意者，上述之生物組織切片係並非以物理方式分開，其係利用移動平台424a及424b以移動樣品板組件416，藉以改變生物組織切片與雷射光束的相對位置，因此可以輪流照射激發該等小區域。

請參照圖14所示，樣品板組件416包含一樣品板418，其係設置於一基板419上，在本實施例中，基板419係由絕緣物質所構成，例如是聚醚醚酮(PEEK)，樣品板418具有以陣列排列(如4X4之陣列)之複數個樣品區域424，而樣品物質426係分別設置於樣品區域424中，另外，液態樣品物質可以先滴在樣品區域424上並使其乾燥，藉以設置樣品物質426於樣品區域424中。

請參照圖15所示，負電極420包含一負離子汲取電極428及一負離子加速電極430，而負離子汲取電極428包含一網432，其具有容許負離子106通過之複數小開口；另外，負離子加速電極430包含一網434，其具有容許負離子106通過之複數小開口；相似地，正電極422包含一正離子汲取電極436及一正離子加速電極438，而正離子汲取電極436包含一網440，其具有容許正離子110通過之複數小開口；另外，正離子加速電極438包含一網442，其具有容許正離子110通過之複數小開口。舉例而言，上述開口的大小係約為0.26X0.26毫米，而該等網之通透率可以約為90%；在本實施例中，電極428、430、436及438係分別為平板狀，且電極428與電極430係互相平行，電極436與電極438係互相平行。當然上述之電極亦可以有其他配置關係，例如其可以是非平板狀，且電極428與電極430(或電極436與電極438)並不一定需要是互相平行的。

請參照圖16所示，負離子與正離子係分別被負離子汲取電極428與正離子汲取電極436所吸引，因此，負離子與正離子係自樣品物質426被汲取後，沿著或接近於路徑444及446行進，以分別通過飛行管402a及402b。此外，自樣品物質426汲取之離子可以是從樣品物質426以不同角度射出，然後以輕微的差異大致上沿著飛行管402移動，例如，軌跡線448係顯示正離子自樣品物質426射出後之移動路徑，其係與不同條件下產生之其他正離子的行進路徑446不同。

在本實施例中，負離子加速電極430之電壓係高於負離子汲取電極428之電壓，且負離子汲取電極428之電壓係高於樣品板418之電壓，因此，可以自樣品物質426汲取出負離子、並將其加速朝向飛行管402a；另外，正離子加速電極438之電壓係低於正離子汲取電極436之電壓，且正離子汲取電極436之電壓係低於樣品板418之電壓，因此，可以自樣品物質426汲取出正離子、並將其加速朝向飛行管402b。其中，負離子汲取電極428與負離子加速電極430之間的電壓差(如17.5 kV)係與正離子汲取電極436與正離子加速電極438之間的電壓差相同；而負離子汲取電極428與樣品板418之間的電壓差(如2.5 kV)係與正離子汲取電極436與樣品板418之間的電壓差相同。另外，上述之電極428、430、436及438的電壓可以依據儀器效能的最佳化而任意調整。

在本實施例中，與接地電壓相較，樣品板418、負離子汲取電極428、負離子加速電極430、正離子汲取電極436、及正離子加速電極438之電壓係分別為8 kV、10.5 kV、28 kV、5.5 kV、及-12 kV；其中，飛行管402a及402b係分別連接至電極430及438，而傾角式雙極飛行時間質譜儀400之基板410及真空腔室456a及456b(請參照圖12A及12B所示)係分別接地。此外，在飛行管中行進的離子可以具有數百至數百萬電子伏特的能量，而樣品板418及上述電極亦可以具有其他電壓值。

在樣品板418與負離子汲取電極428之間係形成一第一軌跡調整與加速區段，而在負離子汲取電極428與負離子加速電極430之間係形成一第二軌跡調整與加速區段；另外，在樣品板418與正離子汲取電極436之間係形成一第三軌跡調整與加速區段，而在正離子汲取電極436與正離子加速電極438之間係形成一第四軌跡調整與加速區段。

如圖17所示，在本實施例中，樣品板418之表面與負離子汲取電極428(或正離子汲取電極436)之間的距離係約為9公釐，而負離子汲取電極428與負離子加速電極430(或正離子汲取電極436與正離子加速電極438)之間的距離亦約為9公釐。

在本實施例中，電極430及438係以平面450(其係垂直於圖面之平面)對稱設置，而電極428及436亦同；此外，飛行管402a及402b之軸心係沿著平面P(其係平行於圖面之平面)設置，而且在部分實施例中，電極430及438係以平面P對稱設置，而電極428及436亦同。待分析之樣品可以被設置於平面450與平面P的交叉線上，接著，自樣品物質426汲取出離子，其中，負離子係沿著或鄰近於路徑444在飛行管402a中的離子飄移區域行進，而正離子係沿著或鄰近於路徑446在飛行管402b中的離子飄流區域行進；平均路徑444與平均路徑446係具有0至179度之夾角(部分實施例中為30度)需注意者，個別之正離子與負離子之路徑可以與正離子與負離子之平均路徑不同。

圖18係為本發明實施例之質譜儀400中電極與飛行管附近的二維電場分佈圖，在本實施例中，依據負離子汲取電極428與樣品板418之間的電壓差，負離子106可以自樣品物質426中被汲取；其中，樣品板418與負離子汲取電極428之間的電場係形成一第一軌跡調整與加速區段，其係用以調整負離子的行進方向，以使其實質上對準飛行管402a；同理，樣品板418與正離子汲取電極436之間的電場係形成一第三軌跡調整與加速區段，其係用以調整正離子的行進方向，以使其實質上對準飛行管402b。

在通過網432之後，負離子係基於負離子加速電極430與負離子汲取電極428之間的電壓差而朝向飛行管402a加速行進；同理，在通過網440之後，正離子係基於正離子加速電極438與正離子汲取電極436之間的電壓差而朝向飛行管402b加速行進。

在本實施例中，飛行管402a中的電位係實質上維持與負離子加速電極430之電位相同，而飛行管402b中的電位係實質上維持與正離子加速電極438之電位相同；因此，離子不會在飛行管402內部被加速，故離子通過飛行管402的時間係與其動能成正比，其中，飛行管402中不會加速離子的區域係稱為無電場離子漂流區域。

此外，部分中性粒子可以朝上方行進，然後再被一第二雷射光束或其他能量粒子束激發而離子化，而此些被離子化之分子可以被負離子質量分析器452及正離子質量分析器454分析，或是被設置於負離子質量分析器452及正離子質量分析器454之間的其他質量分析器所分析。

圖19係為本發明實施例之另一傾角式雙極飛行時間質譜儀460的示意圖，其包含互相平行之飛行管402a及402b；在本實施例中，負離子106係通過飛行管402a、並被偵測器406a所偵測，而正離子110係通過飛行管402b、並被偵測器406b所偵測。本實施例之傾角式雙極飛行時間質譜儀460的操作原理係與上述之傾角式雙極飛行時間質譜儀400相同，故此不再贅述。

【其他實驗例】

除了利用飛行時間質量分析器之外，各質量分析器104、108、272、452及454皆可改用一四極柱質量分析器、一離子阱質量分析器、一扇形磁場質量分析器、一傅立葉轉換離子迴旋共振質譜儀或一動量分析器。當然，質譜儀100及400之各種元件的尺寸大小並不限於上述者，且雷射光源114也可以異於以上所述；而各偵測器120、122、406a及406b也可以不採用微通道板偵測器，而改用一閃爍離子偵測器、一電子倍增器、一影像電流偵測器、或是一電流偵測器。此外，負離子質量分析器452及正離子質量分析器454之軸心的夾角可以是0與179度之間的任意值，例如為介於20至140度、或介於40至100度。負離子質量分析器452及正離子質量分析器454之間的適當夾角係依據電極之電壓、電極之距離、及負離子106與正離子110之起始動能而定。在部分實施例中，若將負離子汲取電極428之電壓從10.5 kV提高至12 kV、並將正離子汲取電極436之電壓從5.5 kV降低至4 kV，則可以得到負離子質量分析器452及正離子質量分析器454之軸心的最佳夾角，此時其夾角為35度。此外，若增加樣品板418與汲取電極428及436之間的距離，則可以縮小負離子質量分析器452及正離子質量分析器454之軸心的最佳夾角。

請參照圖2所示，待分析之樣品物質並不一定要與一基質混合才能分析。舉例而言，亦可藉由一雷射剝蝕離子源(樣品分子未與基質混合直接受雷射光激化)、集中電子束離子化、快速原子撞擊等方法產生正離子及負離子。此外，除了可以利用雷射光束124激化樣品物質146外，樣品物質146亦可以藉由諸如電子束、離子束、或快速原子束(包括激發態的帶電粒子等)給予能量。於此，帶電粒子可藉由電流或雷射產生並且以一電場集中，而快速原子束可以利用超音速膨脹產生。

同樣的，圖2所示之離子源除了可以使用基質輔助雷射脫附離子化(MALDI)離子源，當然亦可使用其他例如表面強化雷射脫附電離(SELDI)離子源、電噴灑游離化(ESI)離子源、電子撞擊式(EI)離子源、二次離子源或化學游離化(CI)離子源來替代。需注意者，當使用電噴灑游離化(ESI)離子源、電子撞擊式(EI)離子源及化學游離化(CI)離子源時，離子源電極130的結構可以修改為一中空管或者可淨空通道。這些離子源(ESI離子源、EI離子源及CI離子源)的離子皆自離子源電極130的外側射入，且該等離子皆被引導沿著離子源電極130的中空管(或通道)行進。接著，當離子由中空管(或通道)末端穿出，這些離子皆會被導向開口154a及154b，且分別朝向飛行管118及116加速。

離子源電極130及汲取電極126a、126b、128a及128b使用之電壓也可以與上述實驗例不同。請參照圖4所示，汲取電極128b使用之電壓不必然高於汲取電極126b使用之電壓；同理，汲取電極128a使用之電壓不必然低於汲取電極126a使用之電壓。

如圖15所示，電極428、430、436及438使用之電壓也可以與上述實驗例不同。其中，飛行管402a之電壓係與電極430不同，而飛行管402b之電壓係與電極438不同；此外，電極組件412可以包含其他電極以便精準地調整離子軌跡或有效地導引離子朝向質量分析器452及454行進，例如，電極組件412可以具有一組電極，其係形成複數個離子軌跡調整與加速區段，以便調整正離子軌跡及負離子軌跡。

此外，不同構造的離子源電極130可以應用在不同型式的離子源。詳言之，不論使用何種離子源，離子源電極130的形狀尺寸及離子源電極130使用的電壓都會被調整以產生一電場分佈，其通常會在正離子110及負離子106進入加速區域之前，將正離子110及負離子106分別導向正離子質譜儀及負離子質譜儀；而且，正離子110及負離子106在進入加速區域時，不需以平行於x軸之方向行進，而可以與x軸偏離些微角度。

需注意者，離子源電極130及汲取電極126a、126b、128a及128b的形態可與上述相異。請參照圖6所示，只要電場分佈可以集中並引導正離子110及負離子106分別穿過開口154a及154b即可，而離子源電極130的不同組成元件並不需要具有相同電位。

正離子質譜儀及負離子質譜儀可以更包含反射器，以便改善質譜分析特性，其中，反射器亦稱為離子鏡，其係為一種飛行時間質譜儀，其係利用一靜態電場以使得進入之離子朝向相反方向移動。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

100、270、400．．．質譜儀

102．．．離子產生器

104、108、272、452、454．．．質量分析器

106．．．負離子

110．．．正離子

112．．．離子源

114．．．雷射光源

116、118、271、402、402a、402b．．．飛行管

120、122、406、406a、406b．．．偵測器

124、282．．．雷射光束

126a、126b、128a、128b．．．汲取電極

130．．．離子源電極

131．．．樣品板前端

134、140．．．入口側

136、142．．．出口側

138、144．．．陽極

146、426．．．樣品物質

150．．．樣品表面

152、154a、154b、156a、156b、158a、158b．．．開口

160、162．．．屏壁

164a、164b．．．外表面

166a、166b、168a、168b．．．軌跡調整與加速區段

170．．．中央平板

172a、172b．．．平板

174．．．區域

180．．．直流隔離電路

182、184、186．．．接點

188、190．．．電容器

192．．．訊號接收及儀器控制元件

194．．．電路

200、210、240．．．圖譜

274、276、278、420、422、428、430、436、438．．．電極

280．．．離子化區域

290、292．．．輸出訊號

300．．．開口區域

310．．．保護電路

404、404a、404b．．．隔絕腔室

408．．．樣品傳送系統

409．．．真空口

410．．．基板

412．．．電極組件

414．．．柱部

416．．．樣品板組件

418．．．樣品板

419．．．基板

424．．．樣品區域

424a、424b．．．移動平台

432、434、440、442．．．網

444、446．．．路徑

448．．．軌跡線

450．．．平面

456a、456b．．．真空腔室

460．．．傾角式雙極飛行時間質譜儀

462．．．電極板支撐板

470‧‧‧真空介面系統

θ‧‧‧夾角

圖1及圖2係為本發明實施例之一雙極質譜儀的示意圖；

圖3係為本發明實施例之一雙極離子產生器的示意圖；

圖4係為本發明實施例之一雙極離子產生器的剖面圖；

圖5係為一電位場之示意圖；

圖6係為本發明實施例之一雙極離子產生器的剖面圖；

圖7係為本發明實施例之一高壓隔離器的電路圖；

圖8A及圖8B係質譜儀之圖譜；

圖9係另一質譜儀之圖譜；

圖10係為本發明實施例之一質譜儀的示意圖，其係能夠分析陽離子、陰離子及中性粒子；

圖11係為本發明實施例之一傾角式雙極飛行時間(ADTOF)質譜儀的示意圖；

圖12A係為本發明實施例之一傾角式雙極飛行時間(ADTOF)質譜儀的立體圖；

圖12B係為一傾角式雙極飛行時間質譜儀的側視圖；

圖12C係為一樣品傳送系統之示意圖；

圖13係為一樣品傳送系統之示意圖；

圖14係為一樣品板組合之示意圖；

圖15係為汲取電極與加速電極之示意圖；

圖16及17係為電極與離子軌跡之示意圖；

圖18係為本發明實施例之質譜儀的二維電壓場分佈圖；以及

圖19係為本發明另一實施例之一傾角式雙極飛行時間(ADTOF)質譜儀的示意圖，其中二飛行管係互相平行。

102．．．離子產生器

106．．．負離子

110．．．正離子

192．．．訊號接收及儀器控制元件

290、292．．．輸出訊號

400．．．質譜儀

402a、402b．．．飛行管

406a、406b．．．偵測器

418．．．樣品板

452、454．．．質量分析器

456a、456b．．．真空腔室

Claims (23)

1. 一種傾角式雙極質譜儀，包含：一雙極離子產生器，其包含：一離子源，其係自一樣品中產生複數正離子及複數負離子；及複數電極，其係產生複數電場以導引該等負離子形成一負離子束，並導引該等正離子形成一正離子束；一第一質量分析器，其係分析該等負離子；以及一第二質量分析器，其係分析該等正離子，其中該第一質量分析器之中心軸與該第二質量分析器之中心軸具有0至179度之一夾角；其中該等電極至少包含一負離子汲取電極及一正離子汲取電極，該負離子汲取電極設置於該離子源與該第一質量分析器之間，該正離子汲取電極設置於該離子源與該第二質量分析器之間，該負離子汲取電極之電壓係高於該樣品所在之一樣品板之電壓，該正離子汲取電極之電壓係低於該樣品板之電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之傾角式雙極質譜儀，其中：該第一質量分析器包含：一第一飛行管，其係接收該負離子束；及一第一離子偵測器，其係偵測通過該第一飛行管之該等負離子；以及該第二質量分析器包含： 一第二飛行管，其係接收該正離子束，其中該第一飛行管與該第二飛行管具有0至179度之一夾角；及一第二離子偵測器，其係偵測通過該第二飛行管之該等正離子。
3. 如申請專利範圍第2項所述之傾角式雙極質譜儀，其中該第一飛行管之一軸心與該第二飛行管之一軸心具有0至179度之一夾角。
4. 如申請專利範圍第2項所述之傾角式雙極質譜儀，其中該第一飛行管之一軸心與該第二飛行管之一軸心具有20至60度之一夾角。
5. 如申請專利範圍第2項所述之傾角式雙極質譜儀，其中該第一離子偵測器至少包含一閃爍離子偵測器、一微通道板偵測器、一電子倍增器及一電流偵測器其中之一。
6. 如申請專利範圍第1項所述之傾角式雙極質譜儀，其中該等電極包含一負離子加速電極及一正離子加速電極，該負離子加速電極之電壓係高於該樣品板之電壓，該正離子加速電極之電壓係低於該樣品板之電壓。
7. 如申請專利範圍第1項所述之傾角式雙極質譜儀，其中該負離子加速電極及該正離子加速電極係分別包含一網，且該網係具有容許離子通過之複數開口。
8. 如申請專利範圍第1項所述之傾角式雙極質譜儀，其中該負離子汲取電極及該正離子汲取電極係分別包含一網，且該網係具有容許離子通過之複數開口。
9. 如申請專利範圍第1項所述之傾角式雙極質譜儀，其中該等電極係用以產生該電場，其係使得該負離子束平均地沿著該第一質量分析器之一第一中心軸移動、並使得該正離子束平均地沿著該第二質量分析器之一第二中心軸移動，該第一中心軸與該第二中心軸之夾角係介於0至179度。
10. 如申請專利範圍第9項所述之傾角式雙極質譜儀，其中該第一中心軸與該第二中心軸之夾角係介於20至60度。
11. 如申請專利範圍第1項所述之傾角式雙極質譜儀，更包含：一樣品板，其係承載複數樣品；以及一個以上之移動平台，其係用以改變該樣品板與該等電極之相對位置，以便該傾角式雙極質譜儀個別分析所有樣品。
12. 如申請專利範圍第1項所述之傾角式雙極質譜儀，更包含：一樣品板，其係承載該樣品；以及至少一移動平台，其係用以改變該樣品板與該等電極之相對位置，以便該傾角式雙極質譜儀分析該樣品之不同部位。
13. 如申請專利範圍第12項所述之傾角式雙極質譜儀，更包含：一訊號接收及儀器控制元件，其係控制以移動該樣品 板、分析該樣品之不同部位之質譜、及記錄表示該質譜之資料。
14. 如申請專利範圍第1項所述之傾角式雙極質譜儀，其中該等電極係相對通過該樣品之一平面對稱設置。
15. 如申請專利範圍第1項所述之傾角式雙極質譜儀，其中該離子源至少包含一基質輔助雷射脫附離子化(MALDI)離子源、一表面強化雷射脫附電離(SELDI)離子源、一雷射剝蝕離子源、一電噴灑游離化(ESI)離子源、一電子撞擊式(EI)離子源、一二次離子源、一快速原子撞擊(FAB)、一雷射脫附游離化離子源及一化學游離化(CI)離子源其中之一。
16. 如申請專利範圍第1項所述之傾角式雙極質譜儀，其中該等電極包含複數組電極，其係形成複數個離子軌道調整與加速區段，用以調整該等正離子之軌道及該等負離子之軌道。
17. 一種質譜儀設備，包含：數個電極，其係用以改變複數個正離子及複數個負離子的行進方向，並加速該等正離子及該等負離子，其中該等電極係具有連接至複數個電壓之複數個表面，該等表面係產生電場藉以形成一第一軌跡調整與加速區段、一第二軌跡調整與加速區段、一第三軌跡調整與加速區段、及一第四軌跡調整與加速區段；其中，該第一軌跡調整加速區段之該電場係改變該等 負離子的行進方向且使得該等負離子朝向該第二軌跡調整與加速區段前進，該第二軌跡調整與加速區段之該電場係加速該等負離子；該第三軌跡調整與加速區段之該電場係改變該等正離子的行進方向且使得該等正離子朝向該第四軌跡調整與加速區段前進，該第四軌跡調整與加速區段之該電場係加速該等正離子；以及其中，一第一平均路徑係表示該等負離子通過該第二軌跡調整與加速區段之路徑平均，一第二平均路徑係表示該等正離子通過該第四軌跡調整與加速區段之路徑平均，該第二平均路徑與該第一平均路徑之一夾角係介於0至179度。
18. 如申請專利範圍第17項所述之質譜儀設備，其中該第二平均路徑與該第一平均路徑之該夾角係介於20至60度。
19. 一種分析樣品之方法，包含下列步驟：複數電極產生一電場；自位在該電場中之一樣品產生複數個正離子及複數個負離子；利用該電場之一第一區域將該等負離子沿著一第一路徑導向一第一質量分析器；利用該電場之一第二區域將該等正離子沿著一第二路徑導向一第二質量分析器，該第二軸與該第一軸之一夾角係介於0至179度； 以該第一質量分析器分析該等負離子；以及以該第二質量分析器分析該等正離子；其中該等電極至少包含一負離子汲取電極及一正離子汲取電極，該負離子汲取電極設置於該樣品與該第一質量分析器之間，該正離子汲取電極設置於該樣品與該第二質量分析器之間。
20. 如申請專利範圍第19項所述之分析樣品之方法，其中：將該等負離子導向該第一質量分析器之步驟包含使該等負離子通過一負離子汲取電極之開口，其中該負離子汲取電極之電壓係高於承載該樣品之一樣品板之電壓；以及將該等正離子導向該第二質量分析器之步驟包含使該等正離子通過一正離子汲取電極之開口，其中該正離子汲取電極之電壓係低於該樣品板之電壓。
21. 如申請專利範圍第20項所述之分析樣品之方法，其中：將該等負離子導向該第一質量分析器之步驟包含使該等負離子通過一負離子加速電極之開口，其中該負離子加速電極之電壓係高於該負離子汲取電極之電壓；以及將該等正離子導向該第二質量分析器之步驟包含使該等正離子通過一正離子加速電極之開口，其中該正離子加速電極之電壓係低於該正離子汲取電極之電 壓。
22. 如申請專利範圍第19項所述之分析樣品之方法，更包含：移動承載複數個樣品之一樣品板；以及分析不同之該等樣品之質譜。
23. 如申請專利範圍第19項所述之分析樣品之方法，更包含：移動承載該樣品之一樣品板；以及分析該樣品之不同部位之質譜。