多通道检测的制作方法

专利名称：多通道检测的制作方法
技术领域：
此发明涉及具有多次反射的飞行路径的装置中的带电粒子检测。
背景技术：
在飞行时间(TOF)质谱仪中，通过施加电势使带电粒子沿飞行路径 加速，且通过利用检测装置测量预定距离上的飞行时间来确定质荷比 (m/z)。当选择检测装置时，需要考虑的因素可包括检测器的响应时间； 检测器动态范围；最小可检测信号(检测限制)；同时检测到达检测器的 多个带电粒子的能力；以及检测器的时间分辨率，即区分不同时间到达检 测器的粒子的能力。
带电粒子到达给定点或平面所花费的时间取决于其初始动能、它的m/z
比和飞行路径的长度。正交TOF质谱仪通常具有相对较短的飞行路径。因 此，不同m/z比的粒子在它们的飞行时间上将不会有显著差别，因而这些 质谱仪的质量分辨率即便对良好限定的离子束和快速采集系统的情况下都 很有限。通过积加大量谱可在这些TOF质谱仪中实现有用的高动态范围， 其中各个谱通常包含数十到数百个检测到的离子。此外，可采用具有数个 阳极的检测器，其中各个阳极具有单独的输出。
通过使带电粒子束反射多次从而在有限的空间内折叠离子轨道可增加 飞行路径的长度而不会显著增大装置的大小。这可通过使用多个静电离子 反射镜、或多个静电扇形区(sector)、或以上的任意组合来实现。在许多 情况下，多个反射镜或扇形区可由沿基本垂直于飞行时间分离方向的方向 延伸的集成构造代替。增加飞行路径长度的期望程度取决于检测装置的能 力。
所有这些系统的特征在于多个分段，各个分段具有离子加速区(即反 射或偏转区)和紧随其后的其中这样的加速相对较小的区域(即为基本无场区)。在这里和下文中，所有这些系统将被称为多次反射TOF。
从离子光学的角度来看，多次反射TOF是更一般的静电阱类的子类， 而且可被细分成"开放型"和"封闭型"多次反射TOF。"开放型"涉及其中离子 轨迹不能被无限时间地限制在阱内而仅仅只能有限次反射地限制在阱内的 系统。通常离子路径不会反射到其自身上。这样的系统不会遭受对"封闭型" 静电阱而言典型的质量范围限制，在"封闭型"静电阱中多个离子被迫遵循 基本相同的路径从而不同m/z范围的区域愈加交迭。
多次反射TOF质谱仪的主要优点是飞行路径长度增加和由此的飞行时 间增加。因此，不同m/z比的离子之间的飞行时间差(即TOF散布)增加， 从而改善了质量分辨率。同时，当飞行时间增加时，重复率会减小。减小 的重复率减少了在给定时间周期中会被累加的谱的数量，从而限制了质谱 仪能实现的动态范围。
分析的占空比也会被减小，但通过利用用于在向TOF的多次注入之间 积累离子的离子存储装置可将其恢复。然而，利用离子存储装置来保持占 空比会增大各个质量峰中的离子数量，从而使单次发射中的强度范围增大 至超过己知检测器的能力。
因此，现有的TOF装置不能同时提供高质量分辨率和高动态范围。因 此它们不能将带电离子束中高丰度的具有第一 m/z比的一类粒子和该束中 低丰度的具有接近第一 m/z比的第二 m/z比的第二类粒子区分开。

发明内容
针对此背景，本发明在第一方面中提供一种质谱仪，其包括电极装 置，该电极装置用于使束中的带电粒子经受多次变向；以及检测装置，该 检测装置被安排成在第一检测时间检测带电粒子束的第一部分，并基于带 电粒子束的被检测的第一部分的强度提供第一输出，该检测装置还被安排 成在第二检测时间检测带电粒子束的第二部分，并基于带电粒子束的被检 测的第二部分提供第二输出。
第一输出包括关于带电粒子束的被检测的第一部分的强度的信息。第 一输出因而可被安排成提供根据带电粒子束的被检测的第一部分的强度而变化的信号。有利地，第一输出还基于带电粒子束的被检测的第一部分的 飞行时间。优选检测装置被安排成在时间聚焦位置处检测带电粒子束的第 一部分。这通常伴随着性能改善。检测装置替代或附加地可被安排成在时 间聚焦位置处检测带电粒子束的第二部分。
质谱仪还包括控制器，该控制器被安排成基于检测装置的第一输出调 节带电粒子束和/或检测装置的参数，以便调节检测装置的第二输出。因此 控制器可使用来自第一输出的关于带电粒子束的被检测的第一部分的强度 的信息。
这有利地提供一种具有延长飞行路径的多次反射设备，其中检测装置 的第一输出可用来调节来自检测装置的第二输出。此配置可允许在检测器 的线性范围内的优化、防止检测器饱和或使其避免噪声(例如由散射离子 引起)、通过量的改进、强离子束的质量分辨率的改进、以及动态范围的 增大。控制器可有利地将检测装置的第二输出调节成在期望范围内。第二 输出的期望范围可相应地被设置成实现这些改进的每一个。这些多次反射 设备可包括多扇形区装置。
优选电极装置被安排成使束中的带电粒子经受至少45度的多次变向。
任选地，电极装置被安排成使束中的带电粒子经受多次反射。
优选电极装置限定带电粒子束的飞行路径，而检测装置大致向飞行路
径的终点定位，例如沿飞行路径的最后50%、或更优选地沿飞行路径的最 后20%、 10%或5%定位。通过进一步向飞行路径的终点安排检测器，各个 脉冲内的粒子根据它们的质荷比在时间上接近最大程度地分离，从而提供 最大的质量分辨率。
在优选实施例中，电极装置使束中的带电粒子经受至少3次反射。任 选地，还可利用至少5次、10次、20次、100次、或200次反射。在适当 设计的离子反射镜情况下(例如其中3阶或更高阶TOF针对能量而1阶或 2阶针对其它初始参数)，飞行路径越长，质量分辨率越好。
在某些实施例中，检测装置的第二输出可基于带电粒子束的被检测的 第二部分的飞行时间。第二输出可替换地或附加地基于带电粒子束的被检 测的第二部分的强度。这尤其适用于飞行时间质谱仪，其中检测装置的各个输出被记录为来自检测器在给定时间接收的信号强度。以此方式，输出 包括有关带电粒子束的被检测部分的强度和飞行时间的信息。
当第二输出基于带电粒子束的被检测的第二部分的飞行时间时，控制 器可被配置成基于第一输出调节基于飞行时间的第二输出。因此第二输出 可被调节。以此方式，来自第二输出的峰的测得飞行时间可基于第一输出 中该峰的强度而被改变，以使在强峰附近的飞行时间修正不同于对其它质 量峰的飞行时间修正。
当第二输出基于带电粒子束的被检测的第二部分的强度时，包括强度 信息的第二输出可利用也包括强度信息的第一输出来调节。在这样的实施 例中，可通过基于第一输出控制检测装置来避免在检测离子束的第二部分 时检测装置的饱和。
检测装置可包括位于时间聚焦区的单个检测器，该单个检测器用来提 供针对带电粒子束的第一部分的第一输出并随后提供针对带电粒子束的的 第二部分的第二输出。或者，检测装置可包括位于第一时间聚焦区的第 一检测器，该第一检测器用来提供针对带电粒子束的第一部分的第一输出； 和位于第二时间聚焦区的第二检测器，该第二检测器用来提供针对带电粒 子束的第二部分的第二输出。在此情况下，离子束的第一部分可任选地小 于离子束的第二部分。离子束的第二部分可以是第一部分的大小的至少三 倍。或者，第二部分可以比第一部分大5倍、10倍、20倍、50倍或100 倍。任选地，束的第二部分包括未在束的第一部分中检测到的所有余下离 子。
如果检测装置包括多个检测器，则第一检测器和第二检测器可任选地 包括至少一个公共放大级。有利地，检测器可被集成在同一构造中。优选 地检测器可共享一个或多个公共微通道板，因为这些板会很昂贵。
控制器可被安排成基于第一检测器的第一输出控制第二检测器的灵敏 度以便调节第二输出。然而，另外或替换地，优选实施例的检测装置还可 包括位于第一检测器和第二检测器之间的第一调制器。第一调制器可防止 一定比例的带电粒子束向前向第二检测器传送，该比例基于散射第一检测 器的第一输出确定。因此控制器能够通过防止束的一部分到达第二检测器控制第二输出，从而使所述第二检测器的第二输出在期望范围内。这样做 的好处是可迅速控制第二检测器的输出向-无需调节第二检测器的灵敏度， 即无需对相应电子电路进行任何调节。此外，还避免了第二检测器的饱和 及与其相伴的有害效应(诸如第二检测器的使用寿命减少、峰拖尾以及减
幅振荡(ringing))。然而，当然有可能既通过调制器控制束中到达第二检测 器的离子的数量，又(同时)控制/调节第二检测器的灵敏度。
调制器任选地被配置成使带电粒子束的至少一部分偏转，优选向挡板 偏转或远离离子光学元件。调制器可基于检测装置的第一输出大于预定阈 值而任选地减少被检测为带电粒子束的第二部分的一部分的离子数量。这 可用来阻止离子束的密集部分到达第二检测器。调制器有利地位于时间聚 焦区。检测装置可包括提供第二输出的第二输出部分。然后调制器优选位 于紧邻所述第二输出部分的上游的时间聚焦区。
此方法与其替代方法相比提供构造更简单的优点，例如利用首先处于 低增益然后处于较高增益的单个检测器。在利用多个检测器的实施例中， 引入的离子包中的快速变化或不可重现性不会影响第一和第二输出各自的 质量峰强度之间的关系。因此，两个输出中的峰可连续用于恢复原始离子 包的真正强度，从而提供更好的线性响应。此外，占空比的双倍因数减小 对装置性能也有好处。
任选地，检测装置可包括第三检测器和第二调制器。从而控制器可进 一步调整成基于第一检测器的输出、和替换地或附加地基于第二检测器的 输出调节检测装置(例如第三输入离子束)的参数。第三检测器可比第二 检测器检测束的更大部分。任选地，第三检测器可检测第二检测器的束的3 倍、5倍、10倍、20倍、50倍、或100倍大小的束。任选地，第三检测器 检测带电粒子束的未被第一检测器或第二检测器检测的完整部分。
在优选实施例中，质谱仪还包括离子源，该离子源被安排成产生带 电粒子；以及加速电极装置，该加速电极装置被安排成加速带电离子以形
成束。质谱仪还可包括脉冲离子存储器。这可以是轴向或正交提取离子存 储器。
在第二方面中，本发明提供一种质谱测量方法，包括以下步骤利用电极装置使带电粒子束经受多次反射；利用检测装置在时间聚焦区处检测
带电粒子束的第一部分，该检测装置具有基于带电粒子束的被检测的第一
部分的第一输出；利用检测装置在时间聚焦区处检测带电粒子束的第二部 分，该检测装置具有基于带电粒子束的被检测的第二部分的第二输出；以 及基于检测装置的第一输出调节带电粒子束和/或检测装置的参数以调节检 测装置的第二输出。
附图简述
本发明可按照多种方法来实施，现在将仅作为示例且参考附图描述这 些方法的一种，在附图中


图1示出根据本发明的质谱仪。
图2a示出用于图1的质谱仪的检测器的侧视图。
图2b示出图2a的检测器的前视图。
图3示出带有小型两级检测器的图1的质谱仪。
优选实施例的具体描述
首先参考图l，示出了根据本发明的质谱仪。
该质谱仪包括离子源10;多个离子反射镜40，它们使带电粒子束 35偏转；包括第一带电粒子检测器50的检测装置；以及第二带电粒子检测 器60。带电粒子由离子源产生，形成为带电粒子束35，且被离子反射镜40 反射多次。大量的离子反射镜40使离子束在合理大小的装置内行进长的飞 行路径。
图l的质谱仪还包括前置阱20;离子存储器30;任选的输运电气扇 形区(或等效的离子输运光学装置)110;碎裂室120;以及输运多极透镜 130。质谱仪的检测装置还包括第一调制器70;第二调制器80;第三检 测器90。
这种安排，尤其是大量的离子反射镜(它们将引起数百次反射)意味 着带电粒子被保持在多次反射质谱仪内相对较长时间段，因此它们在装置 内行进的距离长。此距离可从便携装置的几米到大型实验装置的数千米，但通常显著大于相应真空室的物理长度。相比之下，常规的正交飞行时间
质谱仪只允许通常比它们的真空室长不超过2至4倍的飞行路径。在适当
设计的反射镜情况下，粒子在质谱仪中行进的时间增加可转化成具有不同 质荷比的粒子的时间分离增加从而质荷比分辨率提高。
相同m/z比的粒子可具有不同的初始动能。优选将质谱仪设计成使反 射镜之间存在至少一个时间焦点或焦平面。这些时间焦点或焦平面是给定 m/z比的带电粒子沿飞行路径同时到达的位置，与它们的最高达1阶、2阶、 3阶或更高阶近似的初始能量、坐标或角度无关。
带电粒子束然后通过向飞行路径的终点定位的检测装置，该检测装置 从第一检测器50开始。第一检测器50位于时间焦点或焦平面处。第二检 测器60位于第二时间焦点或焦平面处。通过将这些检测器定位在时间焦点 处，最小化了具有相同m/z比的粒子的飞行时间的散布。这是重要的，以 便m/z稍稍不同的离子在到达检测器时可在时间上分离从而可被分辨。
带电粒子飞行路径上第一和第二检测器之间的距离要使从第一检测器 获得的信息可在相应的带电粒子到达第二检测器(例如在数十微秒之后) 之前被实时使用。
这允许有充足的时间用于调节检测装置的参数，具体地说是为了改善 后续检测器的性能，以使它们的输出在可接受的范围内。这可按照多种方 式进行。
可调节后续检测器的装置参数，例如通过调节控制后续检测器的电势 来改善它的检测性能。例如，这可用来改变包括电子倍增器的第二检测器 的增益或灵敏度。这可用来防止第二检测器的输出饱和或使输出信号低于 装置的噪声最低限度，且可用来归一化第二检测器的输出以使来自被检测 的带电粒子的大小信号都可被精确测量。
相应离子的部分或全部可偏离第二后续检测器，例如用来防止那些后 续检测器过载。第一调制器70被设置成响应于第一检测器50的输出控制 离子束。例如，如果第一检测器在某个到达时间检测到对应于给定m/z比 的高丰度，调制器可作为响应使具有该m/z比的束的一部分偏离第二检测 器60以防止第二检测器60饱和。使用调制器和长的飞行路径以及第一和第二检测器之间的充分距离允许有充足时间来控制此调制以仅使束的会引 起第二检测器70饱和的部分被偏转。
优选地调制器定位于检测器之间的时间焦点中，其被激活以在第一检 测器表面处检测到束的一部分之后的某个时间使带电粒子包偏转。此时间 延迟对应于带电粒子从第一检测器表面向束调制器行进所花费的时间，这 会是几微秒到数十微秒。另一方面，如果在第一检测器上检测到的信号低 于阈值，则在相应束包中的带电粒子不会被偏转而被允许行进到第二检测 器表面。
第一检测器处对带电粒子包的检测还用来指示不足数量还是太多数量 的带电粒子已被采样和引入阱或质谱仪中，在该情况下可基于该数据作出 判定以使那些带电粒子的分析中止并对更小或更大比例的样本带电粒子重 新采样，从而改善装置的通过量。
在所示实施例中，提供了第三检测器90。该第三检测器具有不同于第 一和第二检测器的检测效率。 一般而言各个检测表面被设置有不同(通常 为升高的)的检测效率。换言之，各个检测器截取不同比例的带电粒子束。 然后，利用第一和第二检测器，可控制所有三个检测器以使它们在其线性 动态范围内起作用。
在第二和第三检测器之间的TOF焦点处设置了第二调制器80以使束 基于第一和第二检测器的输出偏转。可使部分束向第三检测器90偏转。
可使带电粒子束100的一部分向任选的电气扇形区110偏转。这使束 向碎裂室120 (它也可用于离子存储)、输运多极透镜130且向离子存储器 30偏转，然后束从这些地方被重新引导回通向离子反射镜40的路径35上。 可将室120中的选择、(任选的)碎裂/反应以及注入到质量分析仪中的循 环重复多次。
可通过任一调制器执行向电气扇形区110和室120的偏转。此安排可 用于数种目的，例如使小组分富集和仅选择强峰(例如针对MS/MS实验)。 选定的强峰优选绕过下游的检测器或调制器。
利用此安排，相对于正交飞行时间质谱仪，重复率必须被显著减小。 正交飞行时间质谱仪可具有数千次每秒的重复率，而质荷比谱通过数秒内多个谱的累加而建立。另一方面，包括图1所示实施例的多次反射、振荡 或轨道阱或摄谱仪会花费几微秒至数百微秒来记录单个高分辨率谱。
高度期望在行进途中一次发送很多个带电粒子，以使所记录的信号包 含尽可能多的离子。针对此目的已开发出高度专用的离子注入装置以可控 制地向这样的阱或摄谱仪中注入多达数十万个离子。
现参考图2a，示出了用于图1的质谱仪的电子倍增检测器的侧视图。 该检测器包括转换格栅210;补偿电极220;以及微通道板240。带电粒子 230被引向转换格栅210。部分带电粒子被转换格栅210截取，从而产生电 子250，接着电子250被微通道板240检测。
图2b示出根据图2a的检测器的前视图。示出了三个转换格栅210和 微通道板240。在本实施例中三个检测器的每一个具有不同的检测效率。第 一检测器利用99%透射导电格栅形成，第二检测器利用90%透射导电格栅 形成，而第三检测器利用固态导电检测器表面形成。
那么，如果截取了 1%带电粒子的第一检测器表面产生大于预设阈值的 信号，则通过使用束调制器70或束调制器80使带电粒子束中的质量范围 的相应部分在到达第二检测器表面之前偏转可防止利用第二检测器或第三 检测器的检测。
电子倍增检测器的动态范围对于带电粒子到达率高达 106个粒子每秒 的连续束和高达108-109的脉冲束保持基本线性。在超过这些的到达率下， 来自倍增器的输出变得非线性且可具有延续不成比例的长时间段的响应 (称为峰拖尾)。此非线性和峰拖尾时段使检测器不能精确地记录在第一 个信号之后立刻到达的较小信号。而且，对于更强的离子信号，因为更多 的电荷由检测器发射，所以质量分辨率和质量精度会差。
在多次反射飞行时间质谱仪中，长飞行时间导致高分辨率。那么，时 间聚焦的一质荷比的离子全部会在 5至20纳秒内到达时间焦点处。因此这 种情况下的线性动态范围仅仅为每个峰10至50个离子，对应于2"09个 离子每秒的峰值离子到达率。在所描述的实施例中使用三个检测表面意味 着能被第一检测器检测的10至50个离子对应于质量峰中的1000至5000 个离子。能被第二检测器检测到的10至50个离子对应于原始质量峰中的~100至500个离子。最终检测器记录从单个离子到50个离子的范围上的离 子。由此在此示例中使用三个检测器会使检测器的有用动态范围增大2个 数量级。
检测器之间的距离由离子反射镜40的周期限定。此周期一般显著超过 图2中使用的微通道板的典型大小。图3示出利用小型两级检测器的图1 的质谱仪。为提供较紧凑和较廉价的检测器而不减小反射镜40的空间周期， 第一偏转器80然后偏转器70用来将离子引导到环形轨道310上以使离子 被检测器300检测到。此实施例允许利用具有小微通道板的紧凑集成检测 器实现检测装置。
尽管本文中已描述了特定实施例，但本领域普通技术人员可构想多个 修改和替换。例如，虽然上述实施例包括三个检测器，但本领域普通技术 人员将可理解可使用更多的检测器。同样，调制器的数量可以不同。
虽然优选实施例的长路径长度由于电流检测器和电子电路的限制在当 前是必需的，但它不应当用来限制本发明。
虽然本发明可用来调节离子束的第二部分的测得强度，但它还可用来 调节离子束的第二部分的其它测得特性。例如，可如下地调节离子束的第 二部分的测得m/z比。
第二输出中的峰的位置可因变于所注入的总离子电荷进行调节。调节 幅度从校准实验中推导。然而，在离子束的第二部分中的强峰附近的飞行 时间改变可不同于具有不在强峰附近的飞行时间的离子的飞行时间改变。 这样的效果可由多次反射期间的空间电荷效应引起，还可由检测器自身的 物理限制引起(例如在强电流脉冲之后分压器上电压分布的延迟恢复)。 因此，当第一检测器检测到强峰时，调节第二检测器的输出以补偿与其它 离子相比不同的飞行时间误差。
或者，本发明可利用单个检测器来具体化。在第一次循环中，检测器
检测带电粒子束的第一部分并产生第一输出。然后，在带电粒子束围绕质 谱仪加速以进行第二次循环之前或同时基于检测器的第一输出调制带电离 子束或调节检测器参数。在后续循环期间，检测器接着检测带电粒子束的 第二部分。当利用单个检测器具体化本发明且带电粒子被调制时，优选调制器位 于检测器之前的飞行时间聚焦区之一。在优选实施例中，优选调制器在位 于紧邻检测器上游的飞行时间聚焦区中定位。
在此背景下，调制涉及去掉过强峰和允许低强度峰通过。在第一输出 上可以使用阈值，从而如果在带电粒子束的第一部分中检测到的峰的强度 超过阈值，则调制离子束的第二部分以减小强峰从而提高对其它相邻峰的 检测灵敏度。与某些现有的系统不同，在此上下文中的调制指的不是整个 束的衰减。
本发明可用多个包括多次反射、振荡或轨道阱或摄谱仪的多个装置具 体化。
本发明还可应用到所谓的"封闭型"阱。
检测装置可包括利用快速HV开关技术的转换倍增电极和电子倍增器。 可将此检测装置定位成在多次反射期间离子束通过转换倍增电极和电子倍 增器之间以便高时间分辨率地釆样离子包。
本发明的另一实施例包括一种质谱仪，其中飞行路径被分成多个空间 分离的分段，其中至少第一分段包括电极装置，该电极装置使束中的带电 离子经受多次反射。束可被引导通过第一分段、或第一多个分段以进行预 定数量的振荡。然后带电离子束被引导至一个或多个最终分段中以进行最 后的多次循环。
检测装置位于一个或多个最终分段中。如上所述，检测装置可包括第 一检测器和第二检测器，或仅仅单个检测器。
本发明的替换实施例与优选实施例类似，但提供了沿飞行路径定位但 在检测装置之前的旁路电极装置，该旁路电极装置被安排成使带电粒子束 偏转以绕过检测装置沿飞行路径继续行进。因此，带电粒子束能够沿着飞 行路径被加速多次循环，从而延长其飞行路径长度。接着，旁路电极装置 被禁用，从而使带电粒子束通过检测器而被检测。
调制器可被配置成将离子引导至下一分析级，例如将束引导至飞行路 径的不同分段、或使带电离子返回外部存储设备、或将束发送至碎裂室。
可利用质谱仪中所有检测器的输出以及质谱的相应区域的检测器专用比例系数进行质谱的恢复。质谱的恢复还必须包括去巻积算法，尤其是在 共享检测器或离子被反射到飞行距离一部分中的同一路径上的情况。
调制器可使用第一输出按照以下方法物理地选择强离子包(即特定的
质量峰)，例如用于MS/MS或MS"应用。在第一步骤中，选择某些m/z 比的父粒子(例如，来自上一次扫描或来自用户定义清单等等的N个最强 峰)。这些m/z比根据检测器的校准数据被转换成飞行时间值，而且这些 值被存储在数据采集系统的存储器中。
然后检测器检测峰的某些集合，且数据釆集系统将测得的飞行时间与 预计算的飞行时间比较。如果值在特定的公差内一致，则根据调制器的校 准数据计算调制器处这些峰的飞行时间。在后续时间聚焦区中，调制器的 飞行时间不同于位于下游的作为调制器的检测器的飞行时间。然后将触发 信号发送至调制器以引发前一检测峰向碰撞室(如果峰被认定为父峰)或 向束吸收器(如果它们要被去除)的偏转。在任一情况下，被选择的离子 包不需要通过或接近后续检测器通过。
权利要求
1.一种质谱仪，包括电极装置，所述电极装置用于使束中的带电粒子经受多次变向；检测装置，所述检测装置被安排成检测已通过所述质谱仪行进第一路径长度的带电粒子束的第一部分，并基于所述带电粒子束的被检测的所述第一部分的强度提供第一输出，所述检测装置还被安排成检测已通过所述质谱仪行进第二路径长度的所述带电粒子束的第二部分，并基于所述带电粒子束的被检测的所述第二部分提供第二输出，其中所述第二路径长度大于所述第一路径长度；以及控制器，所述控制器被安排成基于所述检测装置的第一输出调节所述带电粒子束和/或所述检测装置的参数，以便调节所述检测装置的所述第二输出。
2. 如权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述电极装置被安排成使 所述束中的所述带电粒子经受至少45度的多次变向。
3. 如权利要求1所述的质谱仪，其特征在于，所述电极装置被安排成使 所述束中的所述带电粒子经受多次反射。
4. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述检测装 置被安排成在时间聚焦区处检测所述带电粒子束的所述第一部分。
5. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述检测装 置被安排成在时间聚焦区处检测所述带电粒子束的所述第二部分。
6. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述电极装 置限定所述带电粒子束的飞行路径，而且其中所述检测装置基本沿所述飞行路 径的最后10%定位。
7. 如权利要求6所述的质谱仪，其特征在于，所述电极装置限定所述带 电粒子束的飞行路径，而且其中所述检测装置基本沿所述飞行路径的最后5% 定位。
8. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述电极装 置被安排成使所述束中的所述带电粒子经受至少5次变向。
9. 如权利要求1至7所述的质谱仪，其特征在于，所述电极装置被安排成使所述束中的所述带电粒子经受至少50次变向。
10. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述控制器被安排成将所述检测装置的所述第二输出调节成在期望范围内。
11. 如权利要求10所述的质谱仪，其特征在于，所述控制器被安排成基 于所述检测装置的所述第一输出调节所述检测装置的至少一部分的灵敏度，以 便将所述检测装置的所述第二输出控制在期望范围内。
12. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述检测装 置被配置成基于所述带电粒子束的被检测的所述第一部分的强度和到达时间 提供所述第一输出。
13. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述检测装 置被配置成基于所述带电粒子束的被检测的所述第二部分的到达时间提供所 述第二输出。
14. 如权利要求13所述的质谱仪，其特征在于，所述控制器还被安排成 基于所述检测装置的所述第一输出调节所述第二输出以便调节所述检测装置 的第二输出，其中所述第二输出基于所述带电粒子束的被检测的所述第二部分 的到达时间，而所述第一输出基于所述带电粒子束的被检测的所述第一部分的 强度。
15. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述检测装 置被配置成基于所述带电粒子束的被检测的所述第二部分的强度提供所述第 二输出。
16. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述质谱仪 还包括第一调制器，所述第一调制器位于所述带电粒子束的所述第一部分的检测 位置与所述带电粒子束的所述第二部分的检测位置之间，且被安排成控制所述 带电粒子束；其中所述控制器被调整成基于所述检测装置的所述第一输出调节所述调 制器，以再调整被检测为所述带电粒子束的所述第二部分的一部分的离子数 量，从而调节所述检测装置的所述第二输出。
17. 如权利要求16所述的质谱仪，其特征在于，所述调制器位于所述质谱仪的时间聚焦区。
18.如权利要求17所述的质谱仪，其特征在于，所述检测装置包括第二 输出部分，所述第二输出部分提供所述第二输出，而且其中所述调制器位于紧 邻所述第二输出部分上游的时间聚焦区处。
19. 如权利要求16至18所述的质谱仪，其特征在于，所述控制器还适于基于所述检测装置的第一输出大于预定阈值调节所述调制器以减少被检测为 所述带电粒子束的所述第二部分的一部分的离子数量。
20. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述检测装 置包括位于时间聚焦区的检测器，所述检测器被安排成在第一时间段检测所述 带电粒子束的第一部分，并基于检测到的所述带电粒子束的所述第一部分的强 度提供第一输出，所述检测器还被安排成在第二时间段检测所述带电粒子束的 第二部分，并基于所述带电粒子束的被检测的所述第二部分提供第二输出。
21. 如权利要求1至19中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述检 测装置包括-第一检测器，所述第一检测器被安排成检测所述带电粒子束的第一部分， 并基于检测到的所述带电粒子束的所述第一部分的强度提供第一输出；以及第二检测器，所述第二检测器被安排成检测所述带电粒子束的第二部分， 并基于所述带电粒子束的被检测的所述第二部分提供第二输出。
22. 如权利要求21所述的质谱仪，其特征在于，所述离子束的所述第一 部分小于所述离子束的所述第二部分。
23. 如权利要求21或22所述的飞行时间质谱仪，其特征在于，所述第一 检测器和第二检测器包括至少一个公共放大级。
24. 如从属于权利要求16至19中的任一项的权利要求21至23的任一项 所述的质谱仪，其特征在于，所述调制器被配置成使所述带电粒子束的至少一 部分偏离所述第二检测器。
25. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述检测装 置还被安排成检测所述带电粒子束的第三部分，并基于所述带电粒子束的被检 测的所述第三部分提供第三输出。
26. 如权利要求25所述的质谱仪，其特征在于，所述控制器还被安排成基于所述检测装置的所述第二输出调节所述检测装置的参数以调节所述检测 装置的所述第三输出。
27. 如从属于权利要求21至24中的任一项的权利要求25所述的质谱仪， 其特征在于，所述检测装置还包括第三检测器，所述第三检测器被安排成检测所述带电粒子束的第三部分， 并基于所述带电粒子束的被检测的所述第三部分提供第三输出。
28. 如权利要求27所述的质谱仪，其特征在于，所述控制器还被安排成 基于所述第一检测器的所述第一输出调节所述检测装置的参数以调节所述第 三检测器的所述第三输出。
29. 如权利要求27或28所述的质谱仪，其特征在于，所述检测装置还包括第二调制器，所述第二调制器位于所述第二检测器和所述第三检测器之间 并被安排成控制所述带电粒子束；其中所述控制器还适于控制所述第二调制器。
30. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，所述质谱仪还包括离子源，所述离子源被安排成产生带电粒子；以及加速电极装置，所述加速电极装置被安排成加速所述带电粒子以形成束。
31. 如以上权利要求中的任一项所述的质谱仪，其特征在于，还包括脉冲 离子存储器。
32. —种质谱测量方法，包括 利用电极装置使带电粒子束经受多次反射；利用检测装置检测已通过所述质谱仪行进第一路径长度的所述带电粒子 束的第一部分，所述检测装置具有基于所述带电粒子束的被检测的所述第一部 分的强度的第一输出；利用所述检测装置检测已通过所述质谱仪行进第二路径长度的所述带电 粒子束的第二部分，所述第二路径长度大于所述第一路径长度，所述检测装置 具有基于所述带电粒子束的被检测的所述第二部分的第二输出；以及基于所述检测装置的所述第一输出调节所述带电粒子束和/或所述检测装置的参数以调节所述检测装置的所述第二输出。
33. 如权利要求32所述的质谱测量方法，其特征在于，所述电极装置限 定所述带电粒子束的飞行路径，而且其中检测第一部分和检测第二部分的所述 步骤基本沿所述飞行路径的最后10%实施。
34. 如权利要求32所述的质谱测量方法，其特征在于，所述电极装置限 定所述带电粒子束的飞行路径，而且其中检测第一部分和检测第二部分的所述 步骤基本沿所述飞行路径的最后5%实施。
35. 如权利要求32至34中的任一项所述的质谱测量方法，其特征在于， 所述带电粒子束的所述第一部分在时间聚焦区处被检测到。
36. 如权利要求32至35中的任一项所述的质谱测量方法，其特征在于， 所述带电粒子束的所述第二部分在时间聚焦区处被检测到。
37. 如权利要求32至36中的任一项所述的质谱测量方法，其特征在于， 所述调节的步骤将所述检测装置的所述第二输出调节成在期望范围内。 37. 如权利要求32至36中的任一项所述的质谱测量方法，其特征在于， 所述调节所述检测装置的步骤包括基于所述检测装置的所述第一输出调节所 述检测装置的至少一部分的灵敏度，以将所述检测装置的所述第二输出控制在 期望范围内。
38. 如权利要求32至37中的任一项所述的质谱测量方法，其特征在于， 所述第二输出基于所述带电粒子束的被检测的所述第二部分的到达时间。
39. 如权利要求38所述的质谱测量方法，其特征在于，所述调节的步骤 包括基于所述检测装置的所述第一输出调节所述第二输出以便调节所述检测 装置的所述第二输出，其中所述第二输出基于所述带电粒子束的被检测的所述 第二部分的到达时间，而所述第一输出基于所述带电粒子束的被检测的所述第 一部分的强度。
40. 如权利要求32至39中的任一项所述的质谱测量方法，其特征在于， 所述第二输出基于所述带电粒子束的被检测的所述第二部分的强度。
41. 如权利要求32至40中的任一项所述的质谱测量方法，其特征在于， 所述调节所述检测装置的步骤包括基于所述检测装置的所述第一输出调制所 述带电粒子束的所述第一部分的检测位置与所述带电粒子束的所述第二部分的检测位置之间的所述带电粒子束，以调节所述检测装置的所述第二输出。
42. 如权利要求41所述的质谱测量方法，其特征在于，所述调制步骤在时间聚焦区处进行。
43. 如权利要求42所述的质谱测量方法，其特征在于，所述检测装置包 括第二输出部分，所述第二输出部分提供所述第二输出，而且其中所述调制的 步骤在紧邻所述第二输出部分上游的时间聚焦区处进行。
44. 如权利要求41至43中的任一项所述的质谱测量方法，其特征在于， 所述调制步骤包括基于所述检测装置的所述第一输出使所述带电粒子束的至 少一部分偏转，以调节所述检测装置的所述第二输出。
45. 如权利要求41至44中任一项所述的质谱测量方法，其特征在于，所 述调制步骤包括基于所述检测装置的所述第一输出大于预定阈值减少被检测 为所述带电粒子束的所述第二部分的一部分的离子数量。
46. 如权利要求32至45中的任一项所述的质谱测量方法，其特征在于， 还包括利用所述检测装置检测所述带电粒子束的第三部分，所述检测装置具有基 于所述带电粒子束的被检测的第三部分的第三输出。
47. 如权利要求46所述的质谱测量方法，其特征在于，还包括 基于所述第一检测器的所述第一输出调节所述检测装置的参数以调节所述第三检测器的所述第三输出。
48. 如权利要求47所述的质谱测量方法，其特征在于，还包括 基于所述检测装置的所述第二输出调节所述检测装置的参数以调节所述第三检测器的所述第三输出。
49. 如权利要求47或48所述的质谱测量方法，其特征在于，所述控制所 述第三输出的步骤包括调制所述带电粒子束的所述第二部分的检测位置与所 述带电粒子束的所述第三部分的检测位置之间的所述带电粒子束。
50. —种质谱测量方法，包括提供如权利要求42至45或权利要求49中的任一项所述的质谱仪，其中 所述调制步骤包括使所述带电粒子束的被选择部分偏转至碎裂装置；以及 分析所述带电粒子束的所述被偏转部分。
全文摘要
公开了一种质谱仪和质谱测量方法，其中束中的带电粒子经受多次变向。检测装置检测带电粒子束的第一部分，并基于带电粒子束的被检测的第一部分的强度提供第一输出。检测装置检测带电粒子束的第二部分并基于带电粒子束的被检测的第二部分提供第二输出，其中带电粒子束的第二部分比带电粒子束的第一部分行进更长的通过质谱仪的路径长度。控制器基于检测装置的第一输出调节带电粒子束和/或检测装置的参数，以便调节检测装置的第二输出。
文档编号H01J49/00GK101627455SQ200780039136
公开日2010年1月13日 申请日期2007年10月17日 优先权日2006年10月20日
发明者A·A·马卡洛夫 申请人:塞莫费雪科学(不来梅)有限公司