专利名称：氧化锆增韧氧化铝成分及其在离子和电子光学系统中使用的制作方法
技术领域：
本发明涉及离子和电子光学系统。更具体地说，该系统涉及包括氧化锆增韧氧化铝("ZTA")成分的离子和电子光学系统。
技术背景本发明涉及离子和电子光学系统，如质谱仪("MS")系统。质谱仪系 统例如可以用于分析目标样品的化学成分。通常，这种系统电离存在于目标 样品中的原子和分子。 一旦电离，就将离子转移到了质i普分析区域，其中根 据它们的质量电荷比(m/z)将它们分离或过滤，以^使产生质谱。然后，该 质语仪系统的带电粒子检测器分析该离子，以便识别它们的质量和速度分 布。由此，可以确定在表征该样品的化学成分中有用的信息。离子和电子光学系统如质谱仪系统通常需要减压环境，因此包括用于全 面降低压力的真空系统。为了电离该样品，质谱仪系统还包括电离源，如电子离子发生器("Ei")或化学离子发生器("cr)。 一种类型的质谱^^系统即气相色谱("GC")质谱仪系统进一步包括气相色谱仪，以便分离挥发性 和非挥发性化合物，在为它们提供电离之前。该系统通常还包括质量分离器或质量分析器。在一些系统中，该质量分 离器包括偏转光束中的离子的电磁铁。依靠该离子的质量和电荷，该偏转的 幅度变化。通常，具有更高质量的离子偏转较少。因此，可以通过改变磁场 分别研究存在于该样品中的离子种类。在一些其它的系统中，该质量分离器包括由四个平行杆构成的四极 (quadrupole)滤质器(mass filter )。例如，两个相对的杆具有正外加电势， 而另两个杆具有负电势。该外加电压影响沿该四个杆中心的飞行路线行进的 离子的轨迹。对于给定的电压来说，仅特定质量电荷比的离子穿过该四极滤 质器，而所有其它离子被抛出它们原始的路线。因此可以通过改变电压产生 质谱。离子和电子光学系统的不同组件要经受高温、应力，并且要和许多化学
成分接触。传统上，已经将陶覺用于不同的组件，由于它们理想的化学和电 气性质。然而，目前使用的陶瓷不能提供必须的结构强度，因此易于断裂础: 坏或破裂。经常，相邻金属组件的热膨胀引起该陶瓷组件的破裂。这会引起 该质谱仪中的未对准、陶瓷的灰尘污染以及电气绝^^的击穿。在离子和电子 光学系统中使用的其它材料具有更好的强度性能，但是在高温时不稳定，并 且失去电气绝缘性能。发明内容因此，本发明的 一个目的是提供一种在离子和电子光学系统中使用的成 分或材料。另一个目的是提供一种离子和电子光学系统，其中其一个或多个组件包 括提供强度、化学惰性和绝缘的成分或材料。另 一个目的是提供一种隔离离子和电子光学系统的组件的方法。 这些和其它目的是通过提供一种离子光学系统实现的，该离子光学系统包括用于电离 一个或多个化合物的离子发生器(ionizer )，所述离子发生器包 括多个组件；用于分离该一个或多个化合物的离子的质量分离器(mass separator),所述质量分离器包括多个组件；以及用于识别该一个或多个化合 物的检测器，所述检测器包括多个组件，其中所述离子发生器、所述质量分 离器和所述检测器中的至少一个的多个组件中的至少一个包括氧化4告和氧 化铝成分。在实施方式中，该成分包括至少近似5%体积的氧化锆，而在其 它的实施方式中，该成分包括至少近似20%体积的氧化锆，而在进一步的实 施方式中，该成分包括至少近似50%体积的氧化锆。在一个实施方式中，该 成分包括近似50%体积的氧化锆和近似50%体积的氧化铝。在优选的实施 方式中，该成分包括近似30 %体积的氧化锆和近似70 %体积的氧化铝。进一步提供一种隔离离子光学系统的一个或多个组件的方法，包括以下 步骤提供用于电离一个或多个化合物的离子发生器，所述离子发生器包括 多个组件；提供用于分离该一个或多个化合物的离子的质量分离器，所述质 量分离器包括多个组件；提供用于识别该一个或多个化合物的检测器，所述 检测器包括多个组件；以及提供至少一个用于所述离子发生器、所述质量分 离器和所述^r测器中的至少一个的多个組件中的至少一个的隔离器，所述隔 离器包括氧化锆和氧化铝成分。
通过下面对特定实施方式的详细描述，根据本发明的其它目的、特征和 优点将变得显而易见，当连同附图阅读时，其中相同的组件由相同的附图标 T己才示^只。
附图1是根据本发明的一个离子光学系统的侧视图。附图2是根据附图1的离子光学系统的离子光学部分的透视图。 附图3是根据附图1的离子光学系统的内部离子源的分解图。 附图4是根据附图1的离子光学系统的外部离子源的分解图。 附图5是根据附图1的离子光学系统的另一个侧视图。 附图6A是根据附图1和5的离子光学系统的电连接器的剖面图。 附图6B是根据附图1的离子光学系统的电珠的剖面图。
具体实施方式
附图1表示根据本发明的一个实施方式的典型的离子和电子光学系统。 该系统可以是许多种离子和/或电子光学系统或真空系统中的 一个或多个。例 如，该系统可以是气相色谱质谱仪系统。在附图1中表示的示例系统包括电 离样品(例如，化合物)的装置，或离子发生器102。该离子发生器102可 以是许多种离子发生器中的一个或多个，如电子离子发生器(例如,电子沖 击离子发生器)和/或化学离子发生器。在一些实施方式中，该离子发生器 102可以包括电喷雾离子发生器("ESI")或大气压化学离子发生器 ("APCr)。该系统还可以包括气相色谱仪和/或液相色谱仪，以便在电离之 前，分离挥发性和非挥发性化合物。同样如附图l所示，该系统可以包括质量分离器110或质量分析器。本 领域的技术人员应当理解，该质量分离器110可以是许多类型的质量分离器 或装置中的一个，以便根据它们的质量电荷比(m/z)分离或过滤离子。在 所示的实施方式中，该质量分离器110是具有至少四个四极(例如附图2中 表示的四极118)或四边形的四极质量分析器或分离器。该质量分析器110 或其一部分可以通过一个或多个支架如支架112和114(例如，四边形支架)支承和/或对准。该质量分离器110可以进一步包括例如具有前置过滤器四极 117的前置过滤器116。可以操作该前置过滤器提高该质量分离器110的灵敏度，并且阻止该四极118受到离子沉淀物的污染。根据所示的实施方式的系统进一步包括检测器120(例如，离子检测器)。 该检测器120可以是许多类型的检测器中的一个或多个，如法拉第笼 (Faraday cup )，电子倍增器或光电倍增管检测器。在所示的实施方式中， 该检测器120是光电倍增管检测器。如在附图2中更好地表示，该检测器120 可以包括转换倍增极(dynode) 122和荧光屏124。通常，从该质量分离器 110出现的离子会撞击该倍增极122,这导致向该焚光屏124发射电子。将 撞击该荧光屏124的电子转化成光子。然后将该光子经由光电倍增管126放 大(例如，以105的增益)和评价。本领域的技术人员应当理解，该才企测器 120可以包括根据需要识别和/或测量化合物的数量的附加组件。而且，该检 测器120可以包括通信链路，以便将检测数据传送到计算机和/或用户界面。同样如附图2所示，该离子发生器102可以包括两个或多个部分。例如， 该离子发生器102可以包括内部离子源104和外部离子源106。附图3是该 内部离子源104的分解图。该内部离子源104包括许多需要高温性能、强度、 断裂韧性、化学惰性和高温电绝缘/隔离的组件和/或子组件。例如，该内部 离子源104包括支承电子捕集器310和反射极(r印eller) 320的外壳302。 本领域的技术人员应当理解，该电子捕集器310将负离子和电子吸引到该反 射极320，然后该反射极将该离子指引出该内部离子源104,并且指引到该 质量分离器110。该电子捕集器310和反射极320可以进一步包括几个间隔 物(例如，2mm、 6mm、 12mm的间隔物)。例如，该内部离子源104可以 包4舌间隔物312、 314、 316和.间隔物322、 324、 326。为了满足高温、惰性和绝缘需要，并且超过已知质谱仪系统的性能，该 内部离子源104的一些上述组件包括氧化锆(Zr02)和氧化铝(A1203 )或 氧化锆增韧氧化铝("ZTA")的最佳成分。例如，可以使用包括近似5%至 60%体积的氧化锆的成分。例如，在实施方式中，该成分包括至少近似5% 体积的氧化锆，而在其它实施方式中，该成分包括至少近似20%体积的氧化 锆，而在进一步的实施方式中，该成分包括至少近似50%体积的氧化锆。在 一个实施方式中，该成分包括近似50%体积的氧化铝和近似50%体积的氧 化锆。在一个实施方式中，该成分包括近似70%体积的氧化铝和近似30% 体积的氧化锆。在实施方式中，该成分可以提供在目前使用的陶瓷之上增加 的强度，同时提供高达至少350°C的电气绝缘性能。 本领域的技术人员应当理解，在某种程度上可以使用间隔物电隔离特定的组件，如电子捕集器310和/或反射极320。同样，根据本发明的任一或所 有间隔物312-316和322-326可以包括氧化锆和氧化铝成分。 一些间隔物可 以包括基本上由近似70%体积的氧化铝和近似30%体积的氧化锆组成的成 分。此外， 一些需要附加的电气绝缘但是需要较少的断裂韧性的间隔物可以 包括基本上由近似80 %体积的氧化铝和近似20 %体积的氧化锆组成的成分。 包括该特定成分的间隔物可以在350。C保持大于1 x 1012欧姆的电阻。应当注意到，根据所示的实施方式的内部离子源104还可以使用化学电 离，单独或者与上述电子电离结合。这种化学离子发生器(未示出)不可以 包括电子捕集器310和反射极320。然而，许多ZTA间隔物同样用于电隔离 其组件。附图4表示用于根据所示的实施方式的离子光学系统的一个外部离子源 106。本领域的技术人员应当理解，该外部离子源106可以包括许多组件如 离子块402、 一个或多个透镜404/406，以及一个或多个触头408。该外部源 106还包括一个或多个加热器(在附图5中表示)，以便将该源的温度提升到 足够高，从而阻止该样品中的分子冷凝。进一步包括在该外部离子源106中 的可以是几个(例如，四个或更多)结构杆410，用于支承和/或对准该外部 离子源106。该外部离子源106还可以包括许多用于隔离和/或分离该外部离 子源106的不同部分或组件的间隔物。该外部离子源106的任一或几个组件还可以包括上述氧化锆和氧化铝成 分，例如，为了提供提高的结构强度和电气绝缘,更高的温度性能，以及提 高的化学惰性。例如，该结构杆410可以包括例如基本上由近似70%体积的 氧化铝和近似30%体积的氧化#"组成的成分。因此4艮据所示的实施方式的杆 410通过高电气绝缘性能为该外部离子源106提供化学惰性载体。这样，根 据所示的实施方式的杆410可以较少倾向于破裂，以及在现有技术的系统中 盛行的间歇性短路。如附图4中所示，外部离子源106进一步包括许多间隔物，例如间隔物 412-424。任一或几个间隔物还可以由氧化锆和氧化铝成分制成。在该外部 离子源106中使用包括这种成分的间隔物提供了优越的性能(例如，电气绝 缘性能)，并且允许该间隔物抵抗热膨胀下的破裂。附图5表示该离子光学系统的一部分特别是离子发生器102的侧视图。
还表示该质量分离器110的一个支架112/114。本领域的技术人员应当理解， 该质量分离器110是精细机械装配的，其必须精确对准和支承。希望该支架 112/114保持所需的对准、经受住高温，接触许多化合物，并且充当电隔离 器的角色。因此，在所示的实施方式中，该支架112/114包括上述氧化锆和 氧化铝成分。例如，该支架112/114或其与该四招〃接触的部分可以基本上由 近似70%体积的氧化铝和近似30%体积的氧化锆组成。在一些其它的实施 方式中，该支架112/114包括近似50%体积的氧化铝和近似50%体积的氧化 锆成分。同样如附图5中所示，根据所示的实施方式的系统可以包括不同数量的 加热器，或加热器盒502和504，用于将热量提供到该四极118和/或离子发 生器102。该加热器盒以及该系统的其它组件的配线通常需要隔离装置，以 便提供电线的移动性、绝缘和电气隔离。在所示的实施方式中，因此该系统 包括一个或多个珠，如珠510-516盒520-522。如图所示，可以串联使用多 个珠，例如，在加热器导线或该系统的其它电线上。附图6A和6B表示根 据所示的实施方式的附加典型珠602-606。该珠包括在此公开的氧化锆和氧 化铝成分，以便在不易于破裂的情况下提供绝缘/隔离。例如可以使用包括近 似5%至近似60%体积的氧化锆的成分。在一实施方式中，该成分包括近似 80%体积的氧化铝和近似20%体积的氧化锆。因此，根据本技术的珠可以阻 止配线接触该系统的其它组件，该接触会？ 1起该系统的电气短路或其它严重 的故障。虽然已经参照部件的设置、特征等等描述了本发明，但是并没有详尽所 有可能的设置或特征，实际上，对本领域的技术人员来说，确实可以做出许 多》务改和变形。申请人要求2006年2月7日申请的未决美国专利申请和2005年2月8 曰申请的美国临时专利申请序列No.60/650881的优先权。
权利要求
1.一种离子光学系统，其包括用于电离一个或多个化合物的离子发生器，所述离子发生器包括多个组件；用于分离所述一个或多个化合物的离子的质量分离器，所述质量分离器包括多个组件；以及用于识别所述一个或多个化合物的检测器，所述检测器包括多个组件，其中，至少所述离子发生器、所述质量分离器和所述检测器之一中的多个组件中的至少一个组件包括氧化锆和氧化铝成分。
2. 根据权利要求1所述的离子光学系统，其中，所述成分包括至少近 似5%体积的氧化锆。
3. 根据权利要求1所述的离子光学系统，其中，所述成分包括至少近 似20%体积的氧化锆。
4. 根据权利要求1所述的离子光学系统，其中，所述成分包括至少近 似50%体积的氧化锆。
5. 根据权利要求1所述的离子光学系统，其中，所述成分基本上由近 似30 %体积的氧化锆和近似70 %体积的氧化铝组成。
6. 根据权利要求1所述的离子光学系统，其中，所述成分基本上由近 似50%体积的氧化锆和近似50%体积的氧化铝组成。
7. 根据权利要求1所述的离子光学系统，其中，所述至少一个组件是 用于电隔离 一个或多个其它组件的间隔物。
8. 根据权利要求1所迷的离子光学系统，其中，所述至少一个组件是 所述离子发生器的结构杆。
9. 根据权利要求1所述的离子光学系统，其中，所述至少一个组件是 所述质量分离器的一个或多个四极的支架。
10. 根据权利要求1所述的离子光学系统，其中，所述至少一个组件是 绝缘珠。
11. 一种离子光学系统，其包括用于离子化一个或多个化合物的离子发生器，所述离子发生器包括至少 一个结构杆、至少一个间隔物和至少一个珠； 用于分离所述一个或多个化合物的离子的质量分离器，所述质量分离器包括至少四个四纟及和至少一个用于所述四极的支架；以及 用于识别所述一个或多个化合物的^^测器；其中所述至少一个结构杆、至少一个间隔物、至少一个珠和至少一个支 架中的至少 一个包括氧化锆和氧化铝成分。
12. 根据权利要求11所述的离子光学系统，其中，所述成分包4舌至少 近似5%体积的氧化锆。
13. 根据权利要求11所述的离子光学系统，其中，所述成分包4舌至少 近似20 %体积的氧化《告。
14. 根据权利要求11所述的离子光学系统，其中，所述成分包4舌至少 近似50 %体积的氧化4告。
15. 根据权利要求11所述的离子光学系统，其中，所述成分基本上由 近似30 %体积的氧化《告和近似70 %体积的氧化铝组成。16. 根据权利要求11所述的离子光学系统，其中，所述成分基本上由 近似50 %体积的氧化《告和近似50 %体积的氧化铝组成。17. —种隔离离子光学系统的一个或多个组件的方法，其包括以下步骤 提供用于电离 一个或多个化合物的离子发生器，所述离子发生器包括多个组件；提供用于分离所述一个或多个化合物的离子的质量分离器，所述质量分 离器包括多个组件；提供用于识别所述一个或多个化合物的检测器，所述^r测器包括多个组 件；以及为至少所述离子发生器、所述质量分离器和所述检测器之一中的多个组 件中的至少 一个组件提供至少 一个包括氧化锆和氧化铝成分的隔离器。18. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述成分包括至少近似、20% 体积的氧化锆。19. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述成分基本上由近似、30% 体积的氧化锆和近似70%体积的氧化铝组成。20. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述隔离器包括间隔物、珠 和支架中的至少一个。全文摘要
本发明提供一种离子光学系统，其包括用于电离一个或多个化合物的离子发生器，该离子发生器包括多个组件；用于分离该一个或多个化合物的离子的质量分离器，该质量分离器包括多个组件；以及用于识别该一个或多个化合物的检测器，该检测器包括多个组件。所述离子发生器、质量分离器和检测器中的至少一个中的多个组件中的至少一个组件包括氧化锆和氧化铝成分。
文档编号C04B35/119GK101120431SQ200680004140
公开日2008年2月6日 申请日期2006年2月8日 优先权日2005年2月8日
发明者朱塞普·科波拉, 罗萨里奥·曼尼诺 申请人:珀金埃尔默Las公司