质谱仪、离子检测器、电子倍增器及其系统的制作方法

本申请要求2012年11月19日提交的美国专利申请号61/728,188、2012年12月3日提交的美国专利申请号61/732,865和2013年3月14日提交的美国专利申请号61/781,963中的每一个的优先权，出于所有目的，这些专利申请中的每一个的全部公开内容据此均以引用方式并入本文。

技术领域

某些特征、方面和实施方案涉及离子检测器及其使用方法。在一些实例中，离子检测器可以被配置用于使用多个倍增器电极来放大信号。

背景技术：

在许多情况下，常常希望检测离子。常常使用电子倍增器来放大离子信号以允许对它们的检测。

技术实现要素：

本文所述的某些方面涉及检测器，所述检测器可以接收离子、测量来自多个模拟倍增器电极级的信号并且可以在饱和倍增器电极的下游使倍增器电极分流或将其关闭。在一些配置中，所述检测器被配置成在不具有任何脉冲计数的情况下起作用，例如仅包括模拟级并且不包括脉冲计数级或脉冲计数电极，并且可以测量多个模拟信号、使每个信号缩放并且对所述信号求平均。通过测量到多个倍增器电极的输入电流或输出电流并且关闭高电流的倍增器电极，可扩展所述检测 器的动态范围并且可改进线性度。可将不同的所测量倍增器电极彼此电隔离，以便可测量或检测单独的信号。在一些实例中，可将用于每个倍增器电极的电路与其它倍增器电极的电路电隔离或电绝缘，以允许对每个倍增器电极或所期望数量的倍增器电极进行测量。例如，可测量每个倍增器电极(或所选倍增器电极)处的供应电流，并且使用所述供应电流来确定离子水平，并且所述检测器可以在所测量的饱和倍增器电极处终止信号放大以保护在所述饱和倍增器电极下游的倍增器电极。

在第一方面，提供了一种质谱仪，所述质谱仪包括样品引入系统、流体地联接到所述样品引入系统的离子源、流体地联接到所述离子源的质量分析器、以及流体地联接到所述质量分析器的检测器。在某些配置中，所述检测器包括具有多个倍增器电极的电子倍增器，每个倍增器电极被电联接到相应静电计。

在某些实施方案中，所述质谱仪包括被电联接到每个静电计的第一处理器。在其它实施方案中，所述第一处理器被配置用于测量每个相应倍增器电极处的输入电流或输出电流。在一些实例中，所述第一处理器被配置用于使用所接收的输入电流信号并且使用相应倍增器电极的增益来计算平均输入电流。在其它实例中，所述第一处理器被配置用于通过将第一倍增器电极的电流、例如输入电流或输出电流与紧邻所述第一倍增器电极上游的倍增器电极的电流、例如输入电流或输出电流进行比较来计算连续倍增器电极之间的增益。在一些实例中，每个静电计被电联接到信号转换器以便将同步信号、例如数字信号从所述多个倍增器电极中的每一个提供至所述处理器。在其它实例中，所述信号转换器包括模拟数字转换器或离子脉冲计数器或其它合适的数字转换器。在一些实施方案中，所述检测器还包括电联接到每个静电计和转换器对的相应功率转换器。在其它实例中，所述第一处理器被配置用于同步测量所有倍增器电极电流。在一些实施方案中，所述检测器(或第一处理器或两者)被配置用于防止每个倍增器电极处的电流过载。

在某些配置中，所述检测器(或第一处理器或两者)被配置用于改变饱和倍增器电极的电压(相对于前面的、上游的倍增器电极)，以便针对前面的倍增器电极减少其电子增益和/或减少用于下游倍增器电极的离子电流。在一些实施方案中，所述检测器(或第一处理器或两者)被配置用于使到前面的倍增器电极或随后的倍增器电极或两者的电压的极性反转。在其它实施方案中，所述检测器(或第一处理器或两者)被配置用于防止到与其中检测到饱和电流的倍增器电极相邻的下游倍增器电极的任何实质性二次电子发射。在一些实例中，在测量具有不同质荷比的种类之间未调整所述电子倍增器的电压。在某些实施方案中，所述电子倍增器的增益是常数。在其它实施方案中，所述电子倍增器的增益是用户不可调整的。在一些实例中，所述电子倍增器被配置用于在所述多个倍增器电极中的每个倍增器电极处提供独立的电压控制。在其它实例中，可以调节倍增器电极到倍增器电极的电压以保持电压基本上恒定(或恒定)同时允许每个倍增器电极的可变输入电流或输出电流。在某些实例中，当在100kHz的速率下测量离子电流时，离子电流测量值的动态范围为大于10⁸、10⁹或10¹⁰。在其它实施方案中，所述第一处理器使用来自每个静电计的信号来计算平均电子倍增器输入电流。在一些实施方案中，所述第一处理器被配置用于通过计算倍增器电极信号的在最小噪声阈值之上且在最大饱和阈值之下的输入电流来计算平均电子倍增器输入电流。

在另外的方面，描述了一种质谱仪，所述质谱仪包括样品引入系统、流体地联接到所述样品引入系统的离子源、流体地联接到所述离子源的质量分析器、以及流体地联接到所述质量分析器的检测器，其中所述检测器包括多个连续的电子倍增器区段，例如其中每个区段包括多个倍增器电极，其中至少一个区段的所述多个倍增器电极被电联接到静电计。

在某些实施方案中，所述质谱仪包括被电联接到所述多个倍增器电极中的一个的至少一个另外的静电计。在一些实施方案中，第一处理器被电联接到每个静电计并且被配置用于测量进入/来自每个相应 倍增器电极的电流，例如输入电流或输出电流。在某些实例中，将不具有相应静电计的至少一个倍增器电极定位在电联接到静电计的倍增器电极之间。在一些实例中，所述区段中的一个或多个可包括多个静电计，其中每隔一个倍增器电极被电联接到静电计。在某些实例中，一个或多个区段包括多个静电计，其中每隔两个倍增器电极被电联接到静电计。在一些实施方案中，一个或多个区段包括多个静电计，其中每隔三个倍增器电极被电联接到静电计。在其它实施方案中，所述一个或多个区段包括多个静电计，其中每隔四个倍增器电极被电联接到静电计。在一些实施方案中，每个静电计被电联接到信号转换器。在其它实例中，每个静电计被电联接到模拟信号转换器、离子脉冲计数器或其它合适的转换器，以便将例如同步数字信号从被电联接到静电计的倍增器电极中的每一个提供至所述处理器。在某些实例中，所述处理器被配置用于使用所述同步数字信号来提供代表样品浓度的平均数字信号。在一些实例中，所述质谱仪包括被电联接到所述多个倍增器电极并且被配置用于防止一个或多个倍增器电极处或每个倍增器电极处的电流过载的处理器。在某些实例中，所述检测器(或处理器或两者)被配置用于改变饱和倍增器电极的电压(相对于前面的倍增器电极)，以便针对前面的倍增器电极减少其电子增益并且减少用于其它下游倍增器电极的离子电流。在一些实施方案中，在测量具有不同质荷比的种类之间未调整所述电子倍增器的增益(或电压)。在其它实施方案中，所述电子倍增器的增益是恒定的或用户不可调整的。在一些实例中，所述电子倍增器被配置用于在所述多个倍增器电极中的每个倍增器电极处提供独立的电压控制。在某些实例中，调节倍增器电极到倍增器电极的电压以保持电压基本上恒定(或恒定)。在其它实例中，当在100kHz的速率下测量离子电流时，离子电流测量值的动态范围为大于10⁸、10⁹或10¹⁰。在一些实例中，所述处理器使用来自每个静电计的信号来计算平均电子倍增器输入电流。在另外的实例中，所述第一处理器被配置用于通过计算倍增器电极信号的在最小噪声阈值之上且在最大阈值之下的输入电流、例如通过丢弃在噪声电流之下且在饱和电流之上的输入电流来计算平均电子倍增器输入 电流。在一些实施方案中，所述第一处理器被配置用于使用相应电子倍增器增益使每个未丢弃的所计算输入电流缩放并且对已缩放的输入电流求平均，从而提供平均电子倍增器输入电流。

在另一方面，描述了一种检测器，所述检测器包括具有多个倍增器电极的电子倍增器，每个倍增器电极被配置成电联接到相应静电计。在一些实施方案中，所述多个倍增器电极和所述静电计处于同一个外壳中。在其它实施方案中，每个静电计被电联接到相应信号转换器。在一些实例中，所述相应信号转换器中的每一个是模拟数字转换器。在一些实例中，所述相应信号转换器中的每一个是离子脉冲计数器或其它合适的信号转换器。在其它实例中，所述模拟数字转换器或离子脉冲计数器中的每一个被配置用于以电隔离的方式将其数据传输至第一处理器。在一些实施方案中，所述检测器包括电联接到每个静电计和模拟数字转换器对的相应功率转换器。在一些配置中，对于一个或多个倍增器电极、例如每个倍增器电极而言，所述静电计和所述转换器可处于基本上相同的电势下，例如其中所述处理器处于接地电势。在某些实施方案中，所述检测器包括被电联接到所述多个倍增器电极中的每一个并且被配置用于防止每个倍增器电极处的电流过载的处理器。在其它实例中，所述处理器被配置用于改变在其中检测到饱和电流的倍增器电极处、上游或下游的电压。在一些实例中，所述处理器被配置用于使所述下游倍增器电极的电压的极性反转。在其它实例中，所述第一处理器被配置用于防止到与其中检测到饱和电流的倍增器电极相邻的下游倍增器电极的任何实质性二次电子发射。

在另外的方面，描述了一种检测器，所述检测器包括具有多个倍增器电极的电子倍增器，每个倍增器电极电联接到被配置用于提供输出信号的相应静电计。在某些实施方案中，所述多个倍增器电极和所述静电计处于同一个外壳中。在其它实施方案中，每个静电计被电联接到相应信号转换器。在一些实施方案中，所述相应信号转换器中的每一个是模拟数字转换器、离子脉冲计数器或其它合适的信号转换器。在其它实例中，所述模拟数字转换器中的每一个被配置成例如以 电隔离的方式电联接到第一处理器。在一些实例中，所述检测器包括电联接到每个静电计和信号转换器对的相应功率转换器。在其它实例中，所述检测器包括被电联接到所述多个倍增器电极中的每一个并且被配置用于防止每个倍增器电极处的电流过载的第一处理器。在一些实施方案中，所述处理器被配置用于改变饱和倍增器电极的电压(相对于前面的倍增器电极)，以便针对前面的倍增器电极减少其电子增益并且减少用于其它下游倍增器电极的离子电流。在某些实例中，所述处理器被配置用于使到前面的倍增器电极或下游倍增器电极或两者的电压的极性反转。在一些实例中，所述处理器被配置用于防止到与其中检测到饱和电流的倍增器电极相邻的下游倍增器电极的任何实质性二次电子发射。

在另一方面，提供了一种检测器，所述检测器包括具有多个倍增器电极的单级电子倍增器，其中所述多个倍增器电极中的至少一个内部倍增器电极被配置成电联接到静电计。在一些实例中，所述多个倍增器电极中的至少两个内部倍增器电极被配置成电联接到相应静电计。在其它实例中，所述多个倍增器电极中的每隔一个倍增器电极被配置成电联接到相应静电计。在其它实例中，所述多个倍增器电极中的每隔两个倍增器电极被配置成电联接到相应静电计。在一些实施方案中，所述静电计被配置成电联接到信号转换器。在某些实施方案中，所述信号转换器是模拟数字转换器、离子脉冲计数器或其它合适的数字转换器。在某些实例中，所述检测器包括电联接到所述静电计和所述信号转换器的功率转换器。在一些实施方案中，所述检测器包括被电联接到所述多个倍增器电极(例如，其中每个倍增器电极与其它倍增器电极电隔离以便向所述处理器提供单独的信号)中的每一个并且被配置用于防止每个倍增器电极处的电流过载的第一处理器。在一些实例中，所述处理器被配置用于同步测量所有倍增器电极电流。在某些实例中，所述处理器被配置用于改变饱和倍增器电极处的电压(相对于前面的倍增器电极)，以便针对前面的倍增器电极减少其电子增益并且减少用于下游倍增器电极的离子电流。

在另外的方面，提供了一种检测器，所述检测器包括具有多个倍增器电极的单级电子倍增器，其中所述多个倍增器电极中的至少一个内部倍增器电极被电联接到静电计。在某些实施方案中，所述多个倍增器电极中的至少两个内部倍增器电极被电联接到相应静电计。在其它实施方案中，所述多个倍增器电极中的每隔一个倍增器电极被电联接到相应静电计。在一些实例中，所述多个倍增器电极中的每隔两个倍增器电极被电联接到相应静电计。在另外的实例中，所述静电计被电联接到信号转换器。在其它实例中，所述信号转换器是模拟数字转换器、离子脉冲计数器或其它合适的数字转换器。在其它实施方案中，所述检测器包括电联接到所述静电计和所述信号转换器的功率转换器。在一些实施方案中，所述检测器包括被电联接到所述多个倍增器电极中的每一个并且被配置用于防止每个倍增器电极处的电流过载的处理器。在其它实施方案中，所述处理器被配置用于同步测量所有倍增器电极电流。在一些实例中，所述处理器被配置用于改变饱和倍增器电极处的电压(相对于前面的倍增器电极)，以便针对前面的倍增器电极减少其电子增益并且减少用于饱和倍增器电极下游的倍增器电极的离子电流。

在另一方面，提供了一种检测离子的方法，所述方法包括：同步检测在被配置用于接收离子的电子倍增器的多个倍增器电极中的每个倍增器电极处的电流信号(输入电流信号或输出电流信号)；以及对在每个倍增器电极处的所检测电流信号、包括在噪声电流信号之上且在饱和电流信号之下的所测量电流信号求平均，从而确定平均电子倍增器电流。在某些实例中，所述方法包括在其中检测/测量到饱和电流的倍增器电极处或在测量到饱和电流位置上游的倍增器电极处终止信号放大。在其它实例中，所述方法包括改变与其中测量到饱和电流的倍增器电极相邻的下游倍增器电极处的电压以终止信号放大。在某些配置中，所述方法包括改变与其中测量到饱和电流的倍增器电极相邻的上游倍增器电极处的电压以终止信号放大。在一些实施方案中，所述方法包括通过计算所有倍增器电极处的电流并且丢弃在噪声 电流信号之下且在饱和电流信号之上的所计算电流来计算平均电流。所述方法还可包括用其相应电子倍增器增益使每个未丢弃的所计算电流缩放以及对已缩放的电流求平均以提供平均电子倍增器电流。在某些实施方案中，所述方法包括向所述多个倍增器电极中的每个倍增器电极提供浮动电压。在其它实施方案中，所述方法包括控制每个倍增器电极处的电压以独立于所述多个倍增器电极中的其它倍增器电极处的电压。在一些实例中，所述方法包括在无需调整所述电子倍增器的电压的情况下测量离子。在其它实例中，所述方法包括在无需调整所述电子倍增器的电压的情况下测量具有不同质荷比的多种离子。在其它实例中，所述方法包括使用所计算的平均电流来计算具有所选质荷比的离子的量。在某些实施方案中，所述方法包括使用所计算的平均电流来计算具有所选质荷比的离子的量/秒。

在另外的方面，公开了一种检测离子的方法，所述方法包括：同步检测在被配置用于接收离子的电子倍增器的多个倍增器电极中的至少两个内部倍增器电极的电流信号(输入电流信号或输出电流信号)；以及对在所述至少两个内部倍增器电极中的每一个处的所检测电流信号、包括在噪声电流信号之上且在饱和电流信号之下的所测量电流信号求平均，从而确定平均电子倍增器输入电流。在某些实施方案中，所述方法包括在其中测量到饱和电流的倍增器电极处终止信号放大。在其它实施方案中，所述方法包括同步检测所述多个倍增器电极中的每隔一个内部倍增器电极处的电流信号(输入电流信号或输出电流信号)。在其它实施方案中，所述方法包括同步检测所述多个倍增器电极中的每隔两个内部倍增器电极处的电流信号。在另外的实例中，所述方法包括在其中测量到饱和电流的倍增器电极处终止信号放大。在一些实施方案中，所述方法包括提供所述多个倍增器电极中的每个所检测倍增器电极处的浮动电压。在其它实施方案中，所述方法包括控制每个倍增器电极处的电压以独立于所述多个倍增器电极中的其它倍增器电极处的电压。在一些实例中，所述方法包括在无需调整所述电子倍增器的增益的情况下测量离子。在另外的实施方案中， 所述方法包括：通过计算所选倍增器电极处的输入电流并且丢弃在噪声电流输入信号之下且在饱和电流输入信号之上的所计算输入电流来计算平均输入电流；以及用其相应电子倍增器增益使每个未丢弃的所计算输入电流缩放并且对已缩放的输入电流求平均，从而提供平均电子倍增器输入电流。在其它实例中，所述方法包括当在100kHz的速率下读取离子电流时将离子电流测量值的动态范围配置为大于10¹⁰。

在另一方面，公开了一种检测离子的方法，所述方法包括：同步检测在被配置用于接收离子的电子倍增器的至少两个内部倍增器电极的输入电流信号(或输出电流信号)；以及对在所述至少两个内部倍增器电极中的每一个处的所检测输入电流信号、包括在噪声电流输入信号之上且在饱和电流输入信号之下的所测量电流输入信号求平均，从而确定平均输入电流。在某些实例中，所述方法包括在其中测量到饱和电流的倍增器电极处终止信号放大或在紧邻测量到饱和电流位置上游或下游的倍增器电极处终止信号放大。在其它实例中，所述方法包括同步检测所述多个倍增器电极中的每隔一个内部倍增器电极处的输入电流信号(或输出电流信号)。在其它实例中，所述方法包括同步检测所述多个倍增器电极中的每隔两个内部倍增器电极处的输入电流信号(或输出电流信号)。在一些实施方案中，所述方法包括在其中测量到饱和电流的倍增器电极处终止信号放大。在某些实施方案中，所述方法包括提供所述多个倍增器电极中的每个所检测倍增器电极处的浮动电压。在其它实施方案中，所述方法包括控制每个倍增器电极处的电压以独立于所述多个倍增器电极中的其它倍增器电极处的电压。在其它实例中，所述方法包括在无需调整所述电子倍增器的电压的情况下测量具有不同质荷比的离子。在另外的实施方案中，所述方法包括在无需调整所述电子倍增器的增益的情况下扫描具有不同质荷比的离子的范围。在某些实施方案中，所述方法包括根据所确定的平均电流来计算样品浓度。在其它实施方案中，所述方法包括：通过计算所选倍增器电极处的电流并且丢弃在噪声电流信号之下且 在饱和电流信号之上的所计算电流来确定平均电流；以及用其相应增益使每个未丢弃的所计算电流缩放并且对已缩放的电流求平均，从而确定平均电流。

在另外的方面，提供了一种测量离子的方法，所述方法包括单独地控制在包括多个倍增器电极的电子倍增器的每个倍增器电极中的偏置电压。在一些实施方案中，所述单独地控制每个倍增器电极中的偏置电压包括将所述倍增器电极电压调节为随着电子电流的增加和/或在允许每个倍增器电极处的可变输入/输出电流的同时基本上恒定。在其它实施方案中，所述方法包括：计算所述多个倍增器电极中的所选倍增器电极处的电流(输入电流或输出电流)；丢弃在噪声电流电平之下且在饱和电流电平之上的所计算电流(或使用来自在最小噪声阈值之上且在最大饱和阈值之下的倍增器电极的电流)；用其相应增益使每个未丢弃的所计算电流缩放；以及对已缩放的电流求平均，从而确定平均电流。

在另一方面，提供了一种分析样品的方法，所述方法包括通过独立地测量电子倍增器的多个倍增器电极中的每一个处的电流(输入电流或输出电流)而使来自所述样品的离子信号放大。在某些实例中，所述方法包括：计算所述多个倍增器电极中的每个倍增器电极处的电流；丢弃在噪声电流电平之下且在饱和电流电平之上的所计算电流(或使用来自在最小噪声阈值之上且在最大饱和阈值之下的倍增器电极的电流)；用其相应增益使每个未丢弃的所计算电流缩放；以及对已缩放的电流求平均，从而确定平均电流。

在另外的方面，描述了一种分析样品的方法，所述方法包括通过独立地测量包括多个倍增器电极的电子倍增器中的多个倍增器电极中的两个或更多个处的电流(输入电流或输出电流)而使来自所述样品的离子信号放大。在一些实例中，所述方法包括：计算所述多个倍增器电极中的两个或更多个倍增器电极中的每一个处的电流；丢弃在噪声电流电平之下且在饱和电流电平之上的所计算电流(或使用来自 在最小噪声阈值之上且在最大饱和阈值之下的倍增器电极的电流)；用其相应增益使每个未丢弃的所计算电流缩放；以及对已缩放的电流求平均，从而确定平均电流。在一些实施方案中，所述方法包括测量来自所述多个倍增器电极中的每隔一个倍增器电极的电流。

在另一方面，提供了一种系统，所述系统包括多个倍增器电极、电联接到所述多个倍增器电极中的一个的至少一个静电计、以及电联接到所述至少一个静电计的第一处理器，所述处理器被配置用于根据由所述静电计测量的电流测量值来确定平均电流(平均输入电流或平均输出电流)。在某些实施方案中，所述第一处理器被配置用于通过以下方式来确定所述平均电流：计算所述多个倍增器电极中的至少一个倍增器电极处的电流、丢弃在噪声电流电平之下且在饱和电流电平之上的所计算电流(或使用来自在最小噪声阈值之上且在最大饱和阈值之下的倍增器电极的电流)、用其相应增益使每个未丢弃的所计算电流缩放、并且对已缩放的电流求平均来确定平均电流。在其它实施方案中，所述系统包括电联接到除电联接到所述静电计的倍增器电极之外的倍增器电极的第二静电计。在一些实施方案中，所述处理器被配置用于通过以下方式来确定所述平均输入电流：计算电联接到所述静电计的倍增器电极以及电联接到所述第二静电计的倍增器电极处的输入电流、丢弃在噪声电流电平之下且在饱和电流电平之上的所计算电流(或使用来自在最小噪声阈值之上且在最大饱和阈值之下的倍增器电极的电流)、用其相应增益使每个未丢弃的所计算电流缩放、并且对已缩放的电流求平均来确定平均电流。在其它实施方案中，所述多个倍增器电极中的每一个被电联接到相应静电计。在另外的实施方案中，所述处理器被配置用于通过以下方式来确定所述平均电流：计算所述多个倍增器电极中的每个倍增器电极处的电流、丢弃在噪声电流输入电平之下且在饱和电流电平之上的所计算电流(或使用来自在最小噪声阈值之上且在最大饱和阈值之下的倍增器电极的电流)、用其相应增益使每个未丢弃的所计算电流缩放、并且对已缩放的电流求平均来确定平均电流。

在下文更详细地描述另外的属性、特征、方面、实施方案以及配置。

附图说明

参照附图来描述信号倍增器的某些特征、方面和实施方案，在附图中：

图1是根据某些实例的包括多个倍增器电极的检测器的图解；

图2是根据某些实例的检测器的图解，其中每个倍增器电极均被电联接到静电计；处理器未连接到所述倍增器电极，所有静电计均需要示出到处理器的绝缘连接，所有静电计均需要示出偏置电源连接。

图3是根据某些实例的检测器的图解，其中每隔一个倍增器电极被电联接到静电计；同上

图4是根据某些实例的检测器的图解，其中每隔两个倍增器电极被电联接到静电计；同上

图5是根据某些实例的检测器的图解，其中每隔三个倍增器电极被电联接到静电计；同上

图6是根据某些实例的检测器的图解，其中每隔三个倍增器电极被电联接到静电计；同上

图7是示出根据某些实例的多个倍增器电极中的每一个的信号强度范围的图表；

图8是示出根据某些实例的使用电阻梯(resistor ladder)来控制检测器中的倍增器电极的电压的图解；

图9是示出根据某些实例的多个静电计的使用的图解，每个静电计均被电联接到相应倍增器电极；示出了到处理器的绝缘连接

图10是示出根据某些实例的被电联接到放大器以便向所述放大 器提供功率的功率转换器的图解；

图11是示出根据某些实例的被配置用于对检测器中的倍增器电极偏置电压提供单独控制的示例性电路的图解；

图12是根据某些实例的被配置成响应于倍增器电极的饱和而终止信号放大的电路的示意图；

图13是示出根据某些实例的各种倍增器电极的动态范围的图表说明；

图14A是根据某些实例的被配置用于控制倍增器电极电压的电路；

图14B和图14C一起示出根据某些配置的被配置用于控制倍增器电极电压的另一个电路的示意图；

图15是根据某些实例的侧接检测器的图解；

图16是根据某些实例的质谱仪的框图；

图17A是根据某些实例的微通道板的图解；

图17B是根据某些配置的堆叠的微通道板的图解，所述微通道板中的每一个均可充当倍增器电极；

图18是根据某些实例的照相机的实例；

图19是根据某些实例的用于执行俄歇能谱(Auger spectroscopy)的系统的图解；

图20是根据某些实例的用于执行ESCA的系统的图解；以及

图21是根据某些配置的连续电子倍增器的简化示意图。

本领域的普通技术人员将认识到，考虑到本公开的权益，附图中的部件并不是限制性的，并且在不脱离本文所述技术的精神和范围的情况下，还可以包括另外的部件。

具体实施方式

本文所述的某些特征、方面和实施方案涉及离子检测器和使用离子检测器的系统，所述离子检测器和系统可以接收入射离子、将对应于所述离子的信号放大并且提供所得的电流或电压。在一些实施方案中，本文所述的离子检测器和系统可具有扩展的动态范围，从而在不损坏设备或使设备过早老化的情况下接受大的电子电流。在其它实例中，所述离子检测器和系统可由于高浓度(或高的、发射或以其它方式提供至离子检测器的离子的量)而对过载或饱和效应基本上不敏感，同时仍然提供快速的获取时间和准确的测量值。

在一些实施方案中，本文所述的离子检测器的倍增器电极可用于以不使所述倍增器电极过载的方式测量信号，例如代表入射离子的信号。例如，所述检测器可以被配置成使得在饱和倍增器电极下游的倍增器电极“短路”或不用于放大。这种配置可增加离子检测器的寿命并且可允许在宽的离子电流浓度范围内使用离子检测器而不需要针对每种样品改变或调整离子检测器的增益。例如，可以监测每个倍增器电极的电压(或电流)和/或使用所述电压(或电流)来测量信号。如果需要，可以监测提供在噪声电平之上和/或在饱和电平之下的信号的倍增器电极并且将它们聚集在一起，例如以便提供可用于确定浓度、离子数/秒的平均信号或以其它方式提供对应于入射光的所期望输出，例如图像。在测量倍增器电极饱和的情况下，可在饱和倍增器电极下游的倍增器电极处或任选地在饱和倍增器电极本身处终止信号放大，以延长所述离子检测器和系统的寿命。对术语“上游”和“下游”的参考应被理解为是指一个倍增器电极相对于另一个倍增器电极的位置。例如，检测器的紧邻所述检测器的入口孔的倍增器电极将是在紧邻所述检测器的出口孔的倍增器电极的上游。类似地，紧邻出口孔的倍增器电极将是在紧邻入口孔的倍增器电极的下游。

在某些实施方案中，本文所述的离子检测器和系统具有针对许多不同类型的装置的广泛适用性，包括但不限于医疗和化学使用仪器的 离子检测器，例如质谱仪、辐射检测器、法拉第杯、盖革计数器、闪烁计数器以及可接收离子并放大离子信号以提供代表入射离子的电流(或电压)、图像或信号的其它装置。所述装置可以与一个或多个闪烁器、一次发射器、二次发射器或用于促进离子检测和/或离子使用的其它材料一起使用或可以包括它们以便提供图像。视觉成像部件可以与所测量的信号一起用来构建代表由本文所述的检测器和系统接收到的离子的图像。以下更详细地描述这些和其它离子检测器和系统的实例。

以下参考包括倍增器电极或倍增器电极级的装置来描述特定的图。本领域的普通技术人员将认识到，考虑到本公开的权益，倍增器电极或倍增器电极级的精确数量可根据所期望的信号放大率、所期望的装置的灵敏度以及其它考虑而变化，例如从5到30或在这之间的任何数量或大于30的倍增器电极级的其它数量。另外，在参考通道、例如微通道板装置的通道的情况下，通道的精确数量也可以根据需要而变化。在一些配置中，倍增器电极可存在于连续倍增器电极装置中。

在某些实施方案中并且参照图1，示出了离子检测器100的特定部件。检测器100包括任选的集电器(或倍增器电极)135以及在集电器135上游的多个倍增器电极125-133。虽然未示出，检测器100的部件通常将定位在管或外壳内(在真空下)并且还可包括聚焦透镜或其它部件以便以合适的角度将离子束120提供至第一倍增器电极126。在检测器100的使用中，离子束210入射在第一倍增器电极126上，所述第一倍增器电极126通过光电效应将离子信号转换成示出为光束122的电信号。在一些实施方案中，倍增器电极126(和倍增器电极127-133)可包括在入射表面上的材料的薄膜，所述入射表面可接收离子并引起电子从所述表面的对应射出。倍增器电极126通过射出电子将来自离子束120的能量转换成电信号。每个离子射出的电子的精确数量至少部分地取决于材料的功函数和入射离子的能量。由倍增器电极126发射的二次电子是沿下游倍增器电极127的大致方向发射的。例如，可使用分压器电路(如下所述)或其它合适的电路来为每个 下游倍增器电极提供更正的电压。倍增器电极126与倍增器电极127之间的电势差导致从倍增器电极126射出的电子朝向倍增器电极127加速。精确的加速水平至少部分地取决于所使用的增益。与倍增器电极126相比，倍增器电极127通常被保持在更正的电压下，例如更正100至200伏特，从而引起由倍增器电极126发射的电子朝向倍增器电极127加速。在电子是从倍增器电极127发射的时，它们朝向下游倍增器电极128加速，如由光束140所示。在每个连续倍增器电极级发射比上游倍增器电极发射的电子数量更多的电子的位置处提供有级联机制。所得的放大信号可以被提供至任选的集电器135，所述集电器135通常通过离子检测器100的一个或多个电耦合器将电流输出到外部电路。在集电器135处测量到的电流可用于确定到达的离子的量/秒、样品中存在的特定离子(例如，具有所选质荷比的特定离子)的量或离子的其它属性。如果需要，可以使用测量到的电流通过常规标准曲线技术来对离子的浓度或量进行定量。一般来说，检测到的电流取决于从倍增器电极126射出的电子的数量，所述电子的数量与入射离子的数量和装置100的增益成正比。增益通常被定义为相对于从倍增器电极126射出的电子的数量、在集电器135处收集到的电子的数量。例如，如果在每个倍增器电极处发射5个电子，并且装置100包括总计8个倍增器电极，那么增益为5⁸或约390,000。增益依赖于施加到装置100的电压。例如，如果电压增加，那么倍增器电极之间的电势差增加，从而导致撞击特定倍增器电极级的电子的入射能量增加。

在一些实施方案中，离子检测器100可能由于允许将过多的离子引入到外壳中和/或由于将增益调整得过高而过载。如上文指出的，可通过改变或调整控制电压来调整现有离子检测器的增益，以便在检测器不饱和的情况下提供所期望的信号。例如，典型检测器的操作电压可以是在800-3000伏特之间。改变所述操作电压可引起增益的改变。典型的增益值可以是从约10⁵到约10⁸。对于任何给定的增益，所述检测器具有可用的动态范围，所述动态范围由高电流端的饱和度 和在低输入电流的情况下的检测器噪声限制。增益调整常常是在样品与样品之间发生，以避免检测器在高样品浓度(或高离子量)下过载，并且避免在低样品浓度(或低入射离子水平)下未提供足够的信号放大。作为替代方案，可以选择增益(通过选择合适的操作电压)以使得在不同质荷比下的不同离子电流电平不会使检测器饱和。在测量与测量或图像与图像之间调整增益增加了取样时间，可减少检测器响应时间并且可导致不准确的结果。在增益过高的情况下，检测器可能会过载或饱和，从而可导致检测器的寿命减少并且提供显著不准确的测量值。在增益过低的情况下，低水平的离子可能会被漏检。在本文所述的某些实施方案中，可使检测器的增益保持恒定并且可使其在进入检测器的离子的高水平或量下对饱和或过载不敏感。替代地，可以测量到所选倍增器电极级的电流，从而反映进入电子与离开电子的离子电流差别。可以使用这些读数来确定下面是否应在下一级处提取电子电流，这可以使到较低倍增器电极、即下游倍增器电极的所有电子电流流动停止。可以用其级增益使在所选倍增器电极级处测量到的电流缩放，并且随后求平均或以其它方式用于确定代表到达检测器的离子的浓度或量的平均输入电流信号。以下更详细地描述对这类过程的说明。

在某些实施方案中，离子检测器100的倍增器电极126-133(且共同地被示出为元件125)中的每一个可以被配置成电联接到静电计，这样使得可以监测或测量在多个倍增器电极125中的每一个除的电流(输入电流或输出电流)。在一些配置中，每个倍增器电极之间的电压差可为约100至200V。如本文其它地方所描述的，所述静电计可以是模拟电路或数字电路的一部分。例如，可以使用包括一个或多个场效应晶体管的固态放大器来测量多个倍增器电极126-133中的每一个处的电流。在一些实例中，多个倍增器电极126-133中的每一个可包括相应的固态放大器。如果需要，所述放大器可联接到一个或多个信号转换器、处理器或其它电部件。组合起来，部件可提供或被视为包括一个或多个通道例如ADC通道的微控制器。在一些实施方案中， 单个微处理器可电联接到一个、两个或更多个(例如所有)倍增器电极，以使得可同步将电流值提供至用于一个、两个或更多个(例如所有)倍增器电极的处理器。由于不同的倍增器电极电压，可通过使各种信号与每个倍增器电极电隔离的一些装置例如光耦合器、电感器、光导管、IRF装置或可以使用的其它部件来提供电流值。例如，可将每个倍增器电极/静电计对与其它倍增器电极/静电计对电隔离和/或电绝缘以使得可以测量来自每个倍增器电极的单独信号。在其它配置中，被电联接到合适部件(如本文所述)的处理器可监测每个倍增器电极处的电流电平并且可用于确定平均输入电流，所述平均输入电流用于确定样品的浓度或用于基于所确定的输入来构建图像。

在某些实施方案中并且参照图2，示出了离子检测器中的特定部件的一种配置。在图2中，离子检测器200包括多个倍增器电极级230-237和任选的集电器220，但其中集电器220可以省略并且最后一个倍增器电极237可以是终端倍增器电极。在检测器200中，倍增器电极级230-237中的每一个被电联接到相应静电计240-247。静电计240-247各自可电联接到第一处理器250，例如通过处理器250的单独输入通道(未示出)。如果需要，集电器220也可以电联接到任选的静电计252。在某些实例中，可能希望将检测器200的操作从监测一个或多个内部倍增器电极电流的状态切换到仅监测集电器237处的电流的第二状态。即使在集电器220存在的情况下，所述集电器通常被定位在下游非常远处，以致于在集电器220的上游测量电流输出，例如在倍增器电极237或在倍增器电极237上游的倍增器电极处测量电流输出。如本文指出的，处理器250可存在于印刷电路板上，所述印刷电路板可包括在印刷电路板上常见的其它部件，包括但不限于I/O电路、数据总线、存储单元(例如RAM)、时钟发生器、支持集成电路以及其它电部件。虽然未示出，但检测器200的倍增器电极/静电计对可彼此电隔离以便向第一处理器250提供单独的信号。

在其它实施方案中并且现参照图3，可能不希望监测检测器的每个倍增器电极处的电流。例如，在离子检测器300中，每隔一个倍增 器电极被电联接到静电计。检测器300包括多个倍增器电极级330-337和任选的集电器320，其中集电器320可以省略并且最后一个倍增器电极337可以是终端倍增器电极。在检测器300中，每隔一个倍增器电极级被电联接到相应静电计。例如，倍增器电极级330-333未电联接到静电计，而倍增器电极级334-337中的每一个均电联接到相应静电计344-347。静电计344-347各自可电联接到第一处理器350。如果需要，集电器320也可以电联接到任选的静电计352并且可包括到处理器350的单独电联接。如本文指出的，处理器350可存在于印刷电路板上，所述印刷电路板可包括在印刷电路板上常见的其它部件，包括但不限于I/O电路、数据总线、存储单元(例如RAM)、时钟发生器、支持集成电路以及其它电部件。通过将检测器配置成在每隔一个电极上具有静电计，可以实现检测器制造和减少的电路。如下文更详细地指出的，可以使用来自检测器300的所选电流(例如，所选的输入电流)来确定平均输入电流，所述平均输入电流可用于计算离子浓度、重建图像或用于其它装置。虽然图3所示的配置说明了静电计可存在于每隔一个倍增器电极处，但可能希望将静电计包括在相邻的倍增器电极上，然后是不具有静电计的倍增器电极级，而不是在每隔一个倍增器电极的基础上将静电计间隔开。例如，在检测器包括八个倍增器电极和四个静电计的情况下，可能希望将静电计从所有级中省略，除了最后四个倍增器电极级332、333、336和337。虽然未示出，但检测器300的倍增器电极/静电计对可彼此电隔离以便向第一处理器350提供单独的信号。

在另外的实施方案中并且参照图4，可能希望将检测器配置成在每隔两个倍增器电极上具有静电计。例如，检测器400包括多个倍增器电极430-437和任选的集电器420，其中集电器420可以省略并且最后一个倍增器电极437可充当集电器。在检测器400中，每隔两个倍增器电极级被电联接到相应静电计。例如，倍增器电极级434、432和437中的每一个分别被联接到静电计444、442和447，并且所有其它倍增器电极级未联接到静电计。静电计444、442和447各自可 电联接到第一处理器450，例如通过处理器450的单独输入通道(未示出)。如果需要，集电器420也可以电联接到任选的静电计452。虽然三个静电计被示出为存在于检测器400中，但如果需要，这三个静电计可一起定位在倍增器电极级中间、一起朝向倍增器电极级的一端或以除每隔两个倍增器电极之外的某种方式间隔开。例如，可能希望从所有级中省略静电计，除了最后三个倍增器电极级433、436和437。考虑到本公开的权益，本领域的普通技术人员将容易选择包括三个静电计的检测器的另外的配置，所述静电计各自电联接到相应倍增器电极。虽然未示出，但检测器400的倍增器电极/静电计对可彼此电隔离以便向第一处理器450提供单独的信号。

在其它实施方案中并且参照图5，可能希望将检测器配置成在每隔三个倍增器电极上具有静电计。例如，检测器500包括多个倍增器电极530-537和任选的集电器520，其中集电器520可以省略并且最后一个倍增器电极537可充当集电器。在检测器500中，每隔三个倍增器电极级被电联接到相应静电计。例如，倍增器电极级535和537中的每一个分别被联接到静电计545和547，并且所有其它倍增器电极级未联接到静电计。静电计545和552各自可电联接到第一处理器550，例如通过处理器550的单独输入通道(未示出)。如果需要，集电器520也可以电联接到任选的静电计552。虽然两个静电计被示出为存在于检测器500中，但如果需要，这两个静电计可一起定位在倍增器电极级中间、一起朝向倍增器电极级的一端或以除每隔三个倍增器电极之外的某种方式间隔开。例如，可能希望从所有级中省略静电计，除了最后两个倍增器电极级533和537。考虑到本公开的权益，本领域的普通技术人员将容易选择包括两个静电计的检测器的另外的配置，所述静电计各自电联接到相应倍增器电极。虽然未示出，但检测器500的倍增器电极/静电计对可彼此电隔离以便向第一处理器550提供单独的信号。

在一些实例中，可能希望将检测器配置成在每隔四个倍增器电极上具有静电计。例如并且参照图6，检测器600包括多个倍增器电极 630-637和任选的集电器620，其中集电器620可以省略并且最后一个倍增器电极637可充当集电器。在检测器600中，每隔四个倍增器电极级被电联接到相应静电计。例如，倍增器电极级633和634中的每一个分别被联接到静电计643和644，并且所有其它倍增器电极级未联接到静电计。静电计643和644各自可电联接到第一处理器650，例如通过处理器650的单独输入通道(未示出)。如果需要，倍增器电极620也可以电联接到任选的静电计652。虽然两个静电计被示出为存在于检测器600中，但如果需要，这两个静电计可一起定位在倍增器电极级中间、一起朝向倍增器电极级的一端或以除每隔四个倍增器电极之外的某种方式间隔开。另外，静电计联接不需要分别发生在第二倍增器电极级634和第七倍增器电极级633上，而是替代地可存在于第一倍增器电极630和第六倍增器电极636、第三倍增器电极631和第八倍增器电极637或相隔四个倍增器电极级的其它倍增器电极上。虽然未示出，但检测器600的倍增器电极/静电计对可彼此电隔离以便向第一处理器650提供单独的信号。

虽然图2-6示出特定的静电计间距(其中存在多于八个倍增器电极级)，但所述间距可不同于图2-6中所示的特定间距。例如，所述间隔可大于每隔四个倍增器电极(其中存在对于八个倍增器电极)，可集中朝向中间的倍增器电极级，可集中朝向接近倍增器电极的倍增器电极级，或另外可以所期望或所选的方式间隔开。在使用二十六倍增器电极电子倍增器的一些实例中，第一静电计可存在于中点处、例如电联接到倍增器电极13，并且第二静电计可定位在倍增器电极13的上游或倍增器电极13的下游。

在某些实施方案中，在本文所述的检测器和系统的操作中，可以在各种倍增器电极级处监测信号、例如输入或输出电流，例如，如果下一个倍增器电极是正偏置则这种电流将是输入电流，否则将是输出电流。这种信号可用于确定平均电子电流信号，所述平均电子电流信号可用于定性目的、定量目的或在图像构建中使用。参照图7所示的示意图，示出用于包括十二个倍增器电极级的检测器的说明性信号 值。用于每个倍增器电极的条表示每个倍增器电极的动态范围。出于示例性目的，倍增器电极1被认为是紧邻离子进入检测器的入口孔且在所述入口孔下游。处理器可选择信号下限710以使得在所述下限之下的输出信号被认为是在噪声内，例如具有小于3的信噪比。这些信号可以丢弃。类似地，可以选择信号上限720，其中在所述上限之上的值被认为是饱和倍增器电极。这些值也可以由处理器丢弃。另外，如下所述，在检测到饱和倍增器电极的情况下，在所述饱和倍增器电极下游的倍增器电极可能会短路，从而使得所述饱和倍增器电极充当用于将所有电子拉出以保护检测器的集电器板。图7中未示出用于倍增器电极11和12的信号，因为这些倍增器电极是在饱和倍增器电极(倍增器电极10)的下游。所选电流窗内的其余值(用于倍增器电极3-9的信号)可用于确定平均离子信号。例如，如果监测到输出电流并且倍增器电极级的增益是已知的，那么可以使用所述电流和所述增益值来确定各种倍增器电极级的平均信号。作为替代方案，可以测量每个倍增器电极处的输入信号并且同步将其转换。例如，可以使用倍增器电极的增益曲线来计算每个倍增器电极处的输入电流。可同步对所述输入电流(针对在饱和倍增器电极之下的输入电流以及在信噪比之上的倍增器电极之上的输入电流)求平均，例如在使用增益将每个输入电流归一化之后，以确定对应于入射在离子检测器上的离子信号的平均输入电流。另外，所述检测器可以被配置用于在观察到饱和的情况下关闭倍增器电极。例如，如果在任一倍增器电极级处观察到饱和，那么可以关闭这个倍增器电极级和/或随后的下游倍增器电极级，例如通过改变下游倍增器电极处的电压以使级联停止，从而保护检测器的其余倍增器电极，这将延长检测器的寿命。可以实时执行对信号的求平均和对各个倍增器电极的监测以扩展检测器的动态范围，例如可以增益扩展所述动态范围。

在某些实施方案中并且参照图8，示出了检测器的特定部件的常规示意图。示出检测器800的六个倍增器电极810-815，但如由曲线所指示，在倍增器电极812与813之间可存在另外的倍增器电极级。 电阻梯830用于使下游倍增器电极电偏置以具有比上游倍增器电极更正的电压，从而导致电子加速和离子信号805的放大。例如，选择第一倍增器电极810的电压以使得撞击倍增器电极810的电子将被射出并且朝向第二倍增器电极811加速。通过选择电阻梯830中的合适电阻值来实现各种倍增器电极810-815的偏置电压。例如，选择电阻值以提供针对每个倍增器电极的输入电流减去输出电流之间的差，同时基本上维持偏置电压。如图8所示，可存在电联接到模拟数字转换器850的放大器840、例如带有反馈的放大器，以便向处理器(未示出)发送用于测量倍增器电极815处的电流的数字信号。

在本文所述的检测器的某些配置中，到每个倍增器电极的供应电流可以是电子电流的直接度量。可以使用静电计在不干扰或改变其它倍增器电极级的情况下测量每个倍增器电极处的输入电流。一般来说，放大器可联接到每个倍增器电极偏置电压以便在所述偏置电压下形成虚拟接地。相对于虚拟接地的输出电压与乘以反馈电阻器的电阻的倍增器电极电流成正比。随后可例如使用模拟数字转换器来转换来自放大器的每个信号，并且可通过具有电绝缘(或电隔离或两者)的一些装置将所得的值提供至处理器，以用于根据在饱和电平之下且在噪声电平之上的这些信号来确定平均输入或输出电流。图9中示出这种配置的一个图解，其中出于代表性目的示出三个倍增器电极级。倍增器电极911被示出为电联接到放大器921和信号转换器931。电阻器941被电联接到放大器921。放大器921被联接到倍增器电极911的倍增器电极偏置电压以便在所述偏置电压下形成虚拟接地。可以使用电阻梯905来提供倍增器电极偏置电压，如例如参照图8的电阻梯所描述的。相对于虚拟接地的输出电压与来自倍增器电极911的、乘以反馈电阻器941的电阻的电流成正比。随后可用信号转换器931来转换来自放大器921的输出，并且将所得的值提供至处理器950，以用于在来自倍增器电极911的信号在可接受信号窗内、例如在饱和电平信号与噪声电平信号之间的窗或范围内的情况下确定平均输入电流。也可以类似方式测量倍增器电极912处的输入电流(或输出电流)。具 体地，放大器922被电联接到倍增器电极912和信号转换器932。电阻器942被电联接到放大器922。放大器922被联接到倍增器电极912的倍增器电极偏置电压以便在所述偏置电压下形成虚拟接地。相对于虚拟接地的输出电压与来自倍增器电极912的、乘以反馈电阻器942的电阻的电流成正比。随后可以用信号转换器932来转换来自放大器922的输出，并且可将所得的值提供至处理器950。可以类似方式使用放大器923、信号转换器933、反馈电阻器943和处理器950来测量倍增器电极913处的电流。如果需要，可以提供单独的数字信号，以使得在可接受窗内的所测量电流包括由处理器用来确定平均输入电流的单词或信号，而不可接受的(例如在噪声内或代表饱和信号的)信号被不同地编码、例如具有不同的单词或信号，并且在计算中未被处理器使用。

在某些实例中，虽然图9中的所有三个倍增器电极均被示出为包括相应的静电计，但可能希望仅包括两个静电计，例如可能不监测倍增器电极912处的电流。在本文所述的一些实施方案中，所述检测器和系统可包括联接到内部倍增器电极的两个、三个、四个、五个或更多个静电计、例如在第一倍增器电极与集电器之间的那些，以便在确定平均输入信号时提供足够的信号。如果需要，每个内部倍增器电极均可包括相应静电计以增加测量的整体准确度。参照图10，单个倍增器电极1010被示出为电联接到放大器1020。放大器1020在倍增器电极1010的偏置电压下浮动。浮动DC/DC转换器1030可电联接到放大器1020和信号转换器1040以便向这些部件提供功率。DC/DC转换器1030通常将较高的电压(例如24伏特)转换成较低的电压(例如5伏特)，所述较低的电压被提供至放大器1020和信号转换器1040。除DC/DC转换器之外，在图10所示的配置中也可以使用功率转换器来向静电计提供功率。如果需要，每个倍增器电极均可电联接到功率转换器。在一些实施方案中，仅电联接到静电计的那些倍增器电极还被电联接到功率转换器。如果需要，可以将第一倍增器电极1010保持在固定的偏移量下，这可有助于使离子到电子转换保持恒定。

在某些实例中，可通过选择电阻梯中的合适电阻器来提供如本文所述的倍增器电极偏置电压。在这种配置中，改变输入离子电流将会使倍增器电极到倍增器电极的电压发生改变并且可能引入误差。为了避免这种误差，可能希望调节每个倍增器电极电压以减少由于电压随着电子电流增加的改变而可能引入的任何误差。图11中示出允许单独控制倍增器电极电压的一种配置。为了实现基本上恒定的电压，可以使用齐纳二极管或已调节的放大器。图11的装置包括分别电联接到放大器1120和1121的倍增器电极1110和1111，类似于参照图10所描述的配置。放大器1131可电联接到电阻梯1105和齐纳二极管1141以提供对提供至倍增器电极1110的电压的独立控制。例如，齐纳二极管1141被电联接到放大器1131的输入端以提供对用于倍增器电极1110的偏置电压的另外控制、例如以便在希望或需要的情况下限制或切断电压并且通常有助于向倍增器电极1110提供偏置电压，所述偏置电压在检测器的其它倍增器电极处的电子电流增加时基本上不发生变化。类似地，齐纳二极管1142被电联接到放大器1132的输入端以允许对到倍增器电极1111的偏置电压进行控制。静电计可电联接到倍增器电极1110和1111中的每一个。例如，放大器1120可电联接到倍增器电极1110并且用于向信号转换器1150提供信号，所述信号转换器1150可将所述信号转换成例如数字信号，并且将已转换的信号提供至处理器(未示出)。类似地，放大器1121可电联接到倍增器电极1111并且用于向信号转换器1151提供信号，所述信号转换器1151可将所述信号转换成例如数字信号，并且将已转换的信号提供至处理器(未示出)。在检测器包括多于两个倍增器电极的情况下，在倍增器电极之间可存在例如类似于图11所示的放大器/齐纳二极管组合的多个电压控制器以便单独地控制检测器的倍增器电极到倍增器电极的电压。每个倍增器电极可以与由其它倍增器电极发送的信号分开的方式向处理器提供信号。如果需要，每个倍增器电极节点之间可不必存在电压控制。例如，可能希望省略某些倍增器电极之间的电压控制以简化检测器的整体构造。在图11所示的配置中，电阻链可使用非常低的电流、例如小于0.1mA，这减少了所产生的热量 和检测器电源上的电流需求量，所述检测器电源通常为3kV电源。

在某些实施方案中，在高电平的入射离子下，下游倍增器电极(例如更靠近通常将发现集电器的位置处的那些)可开始饱和。例如，随着输入电流的增加，下游倍增器电极级将开始使放大器和信号转换器饱和。虽然电子器件不可能由于饱和而损坏，但到这些倍增器电极的电流增加，从而在电阻梯或电压调节器中产生热量。另外，存在于射出电子的倍增器电极表面上的材料可能会损坏。倍增器电极表面的损坏或劣化可导致特定倍增器电极的局部增益发生改变，这可引起测量误差。希望的是，选择倍增器电极电压以与每个电子检测器的动态范围良好地重叠。希望例如重叠多于50％以实现线性输出。在针对特定离子水平对这种增益进行选择并且执行随后的测量的情况下，其中入射了更多具有特定质荷比的离子，可能希望在靠近饱和倍增器电极的位置处停止电子束。在一些实施方案中，饱和倍增器电极可以是其中信号被放大的最后一个倍增器电极，例如饱和倍增器电极可充当集电器，而在其它实例中，可以使在饱和倍增器电极下游的倍增器电极短路以便像集电器板那样作用来移除所有电子。可以使用许多不同的机制来终止信号放大。在一些实施方案中，可以调整与饱和倍增器电极相邻且在其下游的倍增器电极的偏置电压，以使得电子不从饱和倍增器电极朝向相邻的下游倍增器电极加速，这将使得饱和倍增器电极充当集电器板。以这种方式，电子流在饱和倍增器电极处终止。

参照图12，示出可以在本文所述的检测器和系统中实施来终止信号放大的电路的示意图。图12中未标记的部件类似于参照图11所述且示出的那些。在饱和电平下，下游倍增器电极1211(相对于饱和倍增器电极1210的下游)可相对于饱和倍增器电极1210稍微正偏置。例如，节点可使下一个倍增器电极级上的分压器缩短到饱和倍增器电极的+5V节点。如果存在约2伏特的基准电压，那么下一个倍增器电极1211将以超过饱和倍增器电极约+3V结束。饱和倍增器电极的输出信号将变为集电器并且将收集所有电子电流。ADC将以反转极性饱和。如果需要，这种配置可用于直接箝位倍增器电极增益电压， 或可以由控制系统进行检测。例如，在入射信号改变时，其中发生信号终止的特定倍增器电极可在不同的测量之间发生改变。希望的是，保护切换速度可接近于ADC转换速度，因此可以在可能对下游倍增器电极造成任何损害之前实现信号终止。

本文所述实施方案的本质属性为：通过使饱和倍增器电极(或在饱和倍增器电极下游的倍增器电极)处的信号放大停止，装置的增益可为固定的或用户不可调整的。例如，在使用固定增益进行操作且具有26个倍增器电极的检测器中，如果在倍增器电极23处检测到饱和，那么可通过使倍增器电极23处的放大短路来终止所述放大。对于随后在相同的固定增益下对具有相同或不同质荷比的离子的测量或接收而言，离子的数量可以为使得在倍增器电极19处发生饱和。可以在不必调整增益的情况下终止在倍增器电极19处的放大，如在使用典型的电子倍增器时所需要的。以这种方式，可以选择信号固定增益，并且所述检测器可监测倍增器电极的输入电流以确定应何时终止信号放大。这类配置的一种结果是：在不损失线性或检测速度的情况下扩展检测器的动态范围。例如，如果是测量每个倍增器电极处的电流，那么可以增益扩展所述动态范围。如果使用16位模拟数字转换器，那么这是65k(2¹⁶)倍的增益。在系统被设计为在饱和倍增器电极处终止放大的情况下，检测器可在最大电压例如3kV下进行操作以提供最大增益。在这个电压下，在许多检测器中将预计为10⁷的增益。考虑到噪声并假设针对单个离子事件为10:1的信噪比，所述动态范围将以因子10减小。当在每个倍增器电极上使用16位ADC时，预期总动态范围将为约6x10¹⁰(65,000倍10⁶)。如果读数转换以100kHz的频率发生，那么可以对约100,000个不同样品测量值求平均以将所述动态范围扩展到约6x10¹⁵的总动态范围。对于特定的样品，在不必改变检测器的增益的情况下可以扫描并检测强度变化很大的具有不同质荷比的离子。

在用于展示倍增器电极的典型输出的某些实施方案中，并且考虑到每个倍增器电极处的动态范围，图13中示出针对13倍增器电极检 测器中的每个倍增器电极的倍增器电极电流相对于输入电流的图解。如图13中所示，针对倍增器电极1和2的ADC输出非常低且在电子噪声之内。因此，这些输出被丢弃并且在输入计算中不考虑。倍增器电极3至10提供在可接受窗之内的ADC输出。可对倍增器电极3至10的信号值求平均以提供优于单个ADC读数的七倍准确度改进。倍增器电极11被测量为饱和的，这导致倍增器电极12和13的切断，从而终止在倍增器电极11处的放大。来自倍增器电极11-13的测量值也可以被丢弃或以其它方式不用于求平均以提供对应于入射离子信号的平均输入电流。

在某些实例中并且如本文所述，不需要测量每个倍增器电极处的电流。替代地，可以测量并使用每隔一个、每隔两个或每隔三个倍增器电极。每个级之间的增益可以是任何值，并且可通过将其ADC读数与下一个和上一个级进行比较来进行‘校准’。随后可以使用这样找到的增益，因为输入电流等于所有级增益时间ADC读数的总和。在一些实例中，固定电压可大于所有倍增器电极级电压的总和，并且底部或最后一个电阻器可用于吸收任何额外的电压。另外，底部电阻器还可以吸收为了终止信号放大而使倍增器电极短路所产生的任何过量电压。在一些配置中，可能希望具有足够的倍增器电极以补偿最终老化。例如，如果由于表面材料的劣化EM增益随时间推移而减小，那么饱和点可在倍增器电极组中进一步向下游移动。如果针对单个离子事件最后一个倍增器电极不产生10:1的信噪比(或其它所选信噪比)，那么这种响应可能指示检测器已超过其使用寿命。由于饱和倍增器电极处的信号终止以及对下游倍增器电极的保护，预期的检测器寿命应远远大于当前的常规系统。

在某些实施方案中，图14A中示出可用于测量来自倍增器电极的信号的电路的另一个示意图。电路1400一般包括电联接到电容器1420和控制器1405(或处理器，如果需要的话)的放大器1410。所述电路通过部件1430电联接到倍增器电极(未示出)。数字信号可从处理器提供并且用于控制倍增器电极的偏置电压。例如，来自处理器的 信号可用于使倍增器电极短路、调节倍增器电极偏置电压或以其它方式协助信号放大机制或使信号放大机制终止。

在某些配置中，图14B和14C示出电路的另一个示意图。所述电路被分成两个图以提供所述电路的更为用户友好的版本。在示意图中，NGND表示虚拟接地。所述电路包括电联接到放大器U16A和U16B的DC/DC转换器U6，以便向倍增器电极(标记为节点)提供约101伏特的电压。从电压基准U19提供约4.096伏特的基准电压，并且可以将所述基准电压与来自DC/DC转换器U6的电压一起、例如使用放大器U16A和U16B以及放大器Q3的输出来向倍增器电极提供101伏特。可以通过静电计J4来测量来自倍增器电极的模拟信号并将其提供至模拟数字转换器U12。模拟数字转换器U12被电联接到数字隔离器U23和U24，所述数字隔离器U23和U24可将所述信号与倍增器电极隔离。可使来自每个倍增器电极的输出信号与其它倍增器电极的信号电绝缘，从而使得来自每个倍增器电极的信号与来自其它倍增器电极的信号分离，这允许同步对来自不同倍增器电极的信号进行测量。为了确定在任何一个倍增器电极处是否存在饱和信号，可在软件中设定饱和阈值，并且在倍增器电极处检测到饱和的情况下，可将电压箝制以使饱和倍增器电极处的放大停止。例如，可以使用夹钳的驱动放大器Q6和其它部件来使倍增器电极短路，例如将其放置在虚拟接地NGND处，这将使在那个倍增器电极处的信号放大停止。倍增器电极组中的每个倍增器电极可包括类似于图14B和14C中所示电路的电路，以提供独立的电压控制、独立的电压箝位(如果需要)并且将来自每个未短路倍增器电极的分离的电隔离信号提供至处理器或其它输入装置。在图14B和14C所示电路的使用中，可以测量或监测来自倍增器电极组的倍增器电极的倍增器电极信号。在检测到非饱和信号的情况下，可以利用下游倍增器电极例如通过向所述下游倍增器电极提供合适电压来使放大继续。当检测到饱和信号时，可以使其中观察到饱和信号的倍增器电极接地到虚拟接地以终止在那个饱和倍增器电极处的放大。来自被箝位的饱和倍增器电极下游的 倍增器电极的信号通常表示噪声信号，因为在这些下游倍增器电极处未发生放大。可以使用(例如，求平均)在饱和倍增器电极上游的信号和在噪声阈值之上的信号来确定平均输入电流(或平均输出电流)。

在某些实施方案中，在实施本文所述的检测器时，可选择可商购获得的部件并将其组装为印刷电路板上的较大电路的一部分和/或组装为可电联接到倍增器电极的单独板板或芯片。某些部件可包括在检测器的真空内，而其它部件可保持在检测器的真空管之外。例如，可将静电计、过流保护装置和分压器放置到真空管中，因为它们不会产生可能增加暗电流的任何实质性热量。为了提供真空管中的部件与系统的处理器之间的电联接，可以实施合适的联接器和布线(例如可插入到合适联接器中的柔性PCB馈送电缆)。

在某些实施方案中，可以将本文所述的检测器配置为侧接或端接(也被称为对头接)装置。端接装置的实例在图1-4中绘画般地示出，例如其中光入射在检测器的端部上。端接检测器的外壳通常将为不透明的，以使得所述检测器的接近光电阴极的端部是接收任何实质性光的仅有部分。在其它配置中，可以与如本文所述类似的方式来实施侧接检测器，例如，侧接检测器可包括多个连续的倍增器电极，其中一个、两个、三个或更多个(或所有)倍增器电极电联接到相应静电计。图15中示出侧接检测器的一个图解。检测器1500包括孔1510，所述孔1510定位在装置1500的侧面1515上。离子(示出为在检测器外部的束1505和在检测器内部的束1516)可进入检测器1500的侧面1515上孔1510并且撞击倍增器电极1520。如参照端接装置所描述的，倍增器电极1520可发射电子，所述电子被装置1500内的倍增器电极1521-1526放大并且由集电器1530收集。侧接检测器1500的所选倍增器电极可电联接到相应静电计并且如果需要可包括合适的电路(例如类似于结合图1-12所描述的)，以允许测量在倍增器电极1520-1526处的输入电流并且计算平均输入电流信号。虽然入射离子在图15中被示出为以相对于孔1510约九十度角度入射的，但还可以使用除九十度之外的角度。如果需要，一个或多个离子透镜元件可用于将选定 轨迹处的离子提供至检测器1500。

在某些实例中，存在于任何检测器中的精确倍增器电极配置可变化。例如，倍增器电极排列可以是网格型、软百叶窗型、线性聚焦型、盒研磨型、圆形笼式、微通道板型、金属通道倍增器电极型、电子轰击型或其它合适的配置。在某些实施方案中，可以使用用于倍增器电极和集电器的合适材料来制造本文所述的检测器。例如，倍增器电极可包括以下元素或材料中的一种或多种：Ag-O-Cs、GaAs:Cs、GaAs:P、InGaAs:Cs、Sb-Cs、Sb-K-Cs、Sb-Rb-Cs、Na-K-Sb-Cs、Cs-Te、Cs-I、InP/InGaAsP、InP/InGaAs、或其组合。所述检测器的倍增器电极可包括碳(金刚石)、AgMg、CuBe、NiAl、Al₂O₃、BeO、MgO、SbKCs、Cs₃Sb、GaP:Cs或其它合适材料中的一种或多种。如本文所指出的，所选用于倍增器电极的精确材料对增益具有直接影响，并且如果需要，已知材料的增益曲线可用于本文所述的计算中。这些材料中的一种或多种可以合适的角度存在于表面上以允许所述表面充当倍增器电极。集电器也可包括合适的材料以允许收集任何电子，例如一种或多种导电材料。

在某些实例中，本文所述的检测器可用于许多不同的应用中，包括但不限于医疗和化学使用仪器、离子和粒子检测器、辐射检测器、微通道板检测器以及其中可能希望检测离子或粒子的其它系统中。以下更详细地描述对这些和其它检测器的说明。

在某些实施方案中，本文所述的检测器和相关联电路可用于医疗和化学使用仪器中。例如，所述检测器可在质谱仪应用中用来检测由于待分析的样品的分裂或离子化而产生的离子。图16中示出质谱仪1600的一般示意图。质谱仪1600包括四个一般部件或系统，包括样品引入装置1610、离子化装置1620(也被称为离子源)、质量分析器1630和检测器1640。这些部件中的每一个在本文中进行更详细地讨论，但一般来说检测器1640可以是本文所述的检测器中的任何一个或多个，例如包括电联接到静电计的倍增器电极的检测器。如本文指 出的，所述检测器可以测量在离子入射在所述检测器上时感应的电荷或产生的电流。样品引入装置1610、离子化装置1620、质量分析器1630和检测器1640可以在使用一个或多个真空泵减少的压力下进行操作。然而，在某些实例中，仅质量分析器1630和检测器1640可以在减少的压力下进行操作。样品引入装置1610可以采取可接收样品同时允许所述部件保持处于真空下的进样系统的形式。样品引入装置1610可以被配置为分批进样、直接进样(direct probe inlet)、色谱进样或其它样品引入系统(如例如在直接样品分析中所使用的那些)。在分批进样系统中，样品在外部挥发并且“泄漏”到离子化区中。在直接进样系统中，使用样品架或探针将样品引入到离子化区中。在色谱进样系统中，首先使用一种或多种色谱技术例如气相色谱法、液相色谱法或其它色谱技术和分离部件将样品分离，随后将样品引入到离子源1620中。在一些实施方案中，样品引入装置1610可以是注射器、喷雾器或可以将固体、液体或气体样品递送到离子化装置1620的其它合适装置。离子化装置1620可以是可使样品原子化和/或离子化的装置中的任何一种或多种，包括例如等离子体(电感耦合等离子体、电容耦合等离子体、微波诱导等离子体等)、电弧、火花、漂移离子装置、可使用气相离子化(电子离子化、化学离子化、解吸化学离子化、负离子化学离子化)来使样品离子化的装置、场解吸装置、场离子化装置、快速原子轰击装置、二次离子质谱装置、电喷雾离子化装置、探针电喷雾离子化装置、声波喷雾离子化装置、大气压化学离子化装置、大气压光致离子化装置、大气压激光离子化装置、基质辅助的激光解吸离子化装置、气溶胶激光解吸离子化装置、表面增强的激光解吸离子化装置、辉光放电装置、共振离子化、热离子化、热喷雾离子化、放射性离子化、离子附着离子化、液体金属离子装置、激光烧蚀电喷雾离子化、或这些说明性离子化装置中的任何两者或更多种的组合。质量分析器1630一般可根据样品性质、所期望分辨率等而采取众多形式，并且以下进一步讨论示例性质量分析器。检测器1640可以是本文所述的任何合适的检测器，例如电子倍增器、闪烁检测器等，所述检测器中的任何一个均可包括电联接到静电计的倍增器电极。系 统1600通常电联接到处理器(未示出)，所述处理器包括微处理器和/或计算机以及用于分析引入到MS装置1600中的样品的合适软件。处理器为了确定被引入到MS装置1600中的化学物种的同一性而可能要访问一个或多个数据库。本领域中已知的其它合适的另外的装置也可与MS装置1600一起使用，包括但不限于自动进样器，如可从PerkinElmer健康科学公司商购获得的AS-90plus和AS-93plus自动进样器。

在某些实施方案中，系统1600的质量分析器1630可根据所期望的分辨率和所引入样品的性质而采取众多形式。在某些实例中，所述质量分析器是扫描质量分析器、磁性扇区分析器(例如，用于单聚焦和双聚焦MS装置中)、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、轨道阱)、飞行时间分析器(例如基质辅助的激光解吸离子化飞行时间分析器)、以及可将具有不同质荷比的物种分离的其它合适的质量分析器。在一些实施方案中，所述质量分析器可联接到可为相同或可为不同的另一个质量分析器。例如，三重四极装置可以被用作质量分析器。如果需要，质量分析器1630还可包括离子阱或可有助于选择具有所期望质荷比的离子以与存在于样品中的其它离子分开的其它部件。质量分析器1630可以进行扫描，以便实时地将具有不同质荷比的离子提供至检测器1640。

在某些实施方案中，选择使用的检测器1640可至少部分地取决于所选的离子化技术和/或质量分析器。例如，可能希望使用包括联接到静电计的倍增器电极与高动态范围飞行时间分析器并且用于包括四极分析器的仪器。一般来说，检测器1640可以是本文所述的检测器中的任何一个，包括具有多个倍增器电极的那些、具有多通道板的那些、以及可以将离子信号放大并且如本文所述那样对其进行检测的其它类型的检测器。例如，可以如参照图1-12所述的那样来配置所述检测器。在其它实施方案中，本文所述检测器的某些部件可用于微通道板中以使信号放大。除以下情况之外微通道板与本文所述检测器的倍增器电极级的功能类似：除放大之外，所存在的许多单独的通 道还提供空间分辨率。微通道板的精确配置可变化，并且在一些实例中，微通道板(MCP)可采取Chevron MCP、Z形堆叠MCP或其它合适MCP的形式。以下更详细地描述说明性MCP。尽管使用了所述类型的检测器，所述检测器可在仪器扫描不同质荷比时接收离子。可产生针对所扫描的每一种质荷比的质谱，所述质谱随着具有所选质荷比的离子数量而变化。如果需要，可以计算在特定质荷下到达的离子数量/秒。取决于样品中的离子的水平，所述检测器可动态地确定在任何特定倍增器电极处是否存在饱和并且使用所选倍增器电极输入电流来确定针对每个离子的平均输入电流。所述平均输入电流可用于生成质谱，所述质谱可比使用现有方法和技术生成的质谱更精确。

在某些实施方案中并且参照图17A，示出包括基本上彼此平行地定向的多个电子倍增器通道1710的微通道板1700的示意图。板1700中的通道的精确数量可变化，例如100-200个或更多个。MCP可包括在所述板的每个表面上的电极1720和1730以提供从所述板的一侧到另一侧的偏置电压。通道1710中的每一个的壁可包括可发射二次电子的材料，所述二次电子可在所述通道下被放大。每个通道(或所选数量的通道)可电联接到相应静电计以测量来自每个通道的输入电流。例如，非饱和通道可用于计算输入电流，并且饱和通道可短路以保护通道或以其它方式不使用以保护信号或图像。如果需要，电极1720和1730可以被配置为电极阵列，其中一个电极对应于每个通道以允许对被提供至每个通道的电压进行独立控制。另外，在一些配置中，每个通道可与其它通道电隔离以便在板1700提供多个连续但分开的倍增器电极。外部分压器可用于施加偏置电压以便使从装置的一侧到另一侧的电子加速。在某些实施方案中，MCP可以被配置为v形(类似v的形状)MCP。在一种配置中，v形MCP包括两个微通道板，其中通道相距彼此旋转约九十度。v形MCP的每个通道可电联接到相应静电计或所选数量的通道可电联接到静电计。在其它实施方案中，所述MCP可以被配置为Z形堆叠MCP、其中三个微通道板以类似于Z的形状对齐。与单一MCP相比，Z形堆叠MCP可具有增 大的增益。

在一些实例中，可将多个微通道板堆叠并配置成使得每个板与倍增器电极的功能类似。图17B中示出一个图解，其中板1760、1762、1764、1766和1768被堆叠在一起。虽然未示出，但一个、两个、三个、四个或所有五个板可电联接到相应静电计。可使用类似于本文参考倍增器电极所描述的那些电路的电路和配置来控制施加到每个板的电压。在一些实例中，堆叠的MCP可用作X射线检测器或用于其中，并且通过控制施加到各个板的电压，可针对每个图像自动调整所述检测器的增益以提供更清晰的图像。

在某些实例中，MS装置1600可以与一种或多种其它分析技术联合。例如，MS装置可以与用于执行液相色谱法、气相色谱法、毛细管电泳和其它合适分离技术的装置联合。当将MS装置联接到气相色谱仪时，可能希望包括合适的接口例如阱、射流分离器等，以便将样品从气相色谱仪引入到MS装置中。当将MS装置联接到液相色谱仪时，可能也希望包括合适的接口以说明液压色谱法和质谱法中所使用的体积的差别。例如，可以使用分开的接口以使得可将离开液相色谱仪的样品的仅少量引入到MS装置中。从液相色谱仪离开的样品也可以沉积在合适的金属丝、杯子或腔室中以便向MS装置1600的离子化装置1620传送。在某些实例中，液相色谱仪可包括被配置用于在样品经过受热的毛细管时使其蒸发和雾化。考虑到本公开的权益，本领域的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到MS装置中的其它合适装置。在某些实例中，MS装置可彼此联合以用于串联质谱法分析。例如，一个MS装置可包括第一类型的质量分析器并且第二MS装置可包括与所述第一MS装置不同或类似的质量分析器。在其它实例中，第一MS装置可操作来将分子离子隔离，并且第二MS装置可操作来分裂/检测所隔离的分子离子。考虑到本公开的权益，设计联合MS/MS装置将是在本领域的普通技术人员的能力范围内，所述联合MS/MS装置中的至少一个包括增压装置。在两个或更多个MS装置彼此联合的情况下，可以使用多于一个检测 器。例如，可存在两个或更多个检测器以允许对离子进行不同类型的检测。

在其它实施方案中，本文所述的检测器可用于放射性检测器中以检测提供离子或粒子放射性衰变。具体地说，可使用本文所述的检测器来直接检测通过α粒子发射或β粒子发射衰变的放射性核素。一般来说，α粒子衰变提供氦核的带正电粒子。重原子如U-238通过α发射而衰变。在β粒子发射中，从核中射出电子。通常使用例如I-131(放射性碘)来检测甲状腺癌。I-131射出β粒子，可以使用本文所述的检测器中的一个来检测所述粒子。

在某些实施方案中，本文所述的检测器可存在于被配置用于检测β粒子发射并重建物体的图像的照相机中。例如，本文所述的检测器可用于照相机中，以提供可显示或存储在照相机的存储器中的图像，例如数字图像和x射线图像。在一些实施方案中，照相机可以被配置用于检测来自放射性同位素的电子发射。照相机通常包括在扫描头中的一个或多个检测器或检测器阵列。在一些实例中，所述阵列的一个或多个检测器可包括本文所述的检测器中的任何一个，例如包括电联接到相应静电计的倍增器电极的检测器。通常通过起重台架、臂或其它定位装置(例如，联接到一个或多个电动机的臂)，将扫描头定位在用于电子发射的物体上方或周围，或可使扫描头在所述物体上方或周围移动。处理器、例如存在于计算机系统中的处理器作用来控制扫描头的位置和移动，并且可接收输入电流、计算平均输入电流并使用这类所计算的值来构建和/或存储表示所接收的电子发射的图像。检测器的定位可提供空间分辨率，因为每个检测器相对于入射发射是以不同角度定位的。因此，可在其它检测器保持非饱和或在不同倍增器电极处变得饱和的情况下发生任何一个检测器的饱和。如果需要，处理器可确定在任何一个检测器处倍增器电极是否饱和并且随后在同一个倍增器电极处使其它检测器的其它非饱和的倍增器电极短路。例如，如果六检测器阵列的检测器1在倍增器电极12处饱和，那么在倍增器电极12处可终止在其它检测器处的信号放大以便在不同检测 器的相同倍增器电极级处提供相对输入电流，所述相对输入电流可用于提供空间分辨率和/或图像的增强对比度。通过在不同检测器的相同倍增器电极处终止信号放大，可以省略加权因子的使用并且可以更简单的方式构建图像。作为替代方案，可基于在每个检测器处饱和发生的位置来应用加权因子以重建图像。出于说明性目的，图18示出照相机的一个实例。照相机1800被示出为包括在扫描头1810中的两个检测器1820和1830。检测器1820、1830中的每一个可被配置为如本文所描述的那样，例如可包括电联接到相应静电计的倍增器电极。如果需要，检测器1830、1840可以被配置成相同的或可以是不同的。检测器1820、1830各自电联接到处理器(未示出)，所述处理器可从检测器接收信号以用于构建图像。照相机1800可用于通过将扫描头放置在待成像的物体上或附近并且在所述位点处测量电子发射来创建2D图像。检测器1820、1830中的每一个均可能接收不同水平的电子发射，所述电子发射可用于构建物体的图像。例如，可以对各种电子发射强度进行编码，例如以灰度级进行编码或进行颜色编码，以提供表示扫描头1810下方的区域的图像。

在某些实施方案中，本文所述的检测器可用于俄歇能谱(AES)应用中。不希望受任何特定科学理论的束缚，在俄歇能谱中，在材料的一系列内部事件之后可从一个或多个表面发射电子。从表面发射的电子可用于提供不同区域处的表面的映像(map)或图像。参照图19，示出用于AES的系统。系统1900包括电子源例如电子枪1910，向表面1905提供电子。电子从表面1905发射并且偏转进入柱面镜分析器(CMA)并且到检测器1920上以便进行放大。在检测器1920中，俄歇电子倍增，如本文参照例如图1-12所描述的，并且所得的信号被发送至处理器1930。电源1940可为装置提供功率。在广义的二次电子背景光谱下，可随着入射电子束能量的变化对所收集的俄歇电子进行分析。检测器1920可以是本文所述检测器中的任何一个，并且可在不必针对电子枪1910所提供的不同入射能量而改变检测器的增益的情况下实时地在饱和倍增器电极处终止放大。如果需求，AC调制可 与信号衍生一起使用以便对表面进行更好地分析。也可以使用测量来自俄歇电子的信号的其它装置，例如扫描俄歇显微镜。可以构建表面的图像，并且可以不同的灰度色调来显示不同的表面高度以提供表面映像。

在其它实例中，本文所述的检测器可用于执行ESCA(化学分析用电子能谱法)或X射线光电子能谱法。一般来说，可通过用X射线束照射材料同时针对材料的上表面(例如顶部1-10nm)测量逃逸的电子的数量的动能来执行ESCA。类似于AES，常常在超高真空条件下执行ESCA。可使用ESCA来分析许多不同类型的材料，包括但不限于无机化合物、金属合金、半导体、聚合物、元素、催化剂、玻璃、陶瓷、涂料、纸、油墨、木材、植物部分、化妆品、牙齿、骨头、医疗植入物、生物材料、粘性油、胶、离子改性材料以及许多其它材料。参照图20，示出典型的ESCA系统的框图。系统2000包括全部处于外壳2005中的X射线发生器2010、其上通常添加有固体样品的样品室或样品架2020、和检测器2030。通常存在一个或多个高真空泵以便在外壳1905内提供超高真空。样品架2020可联接到载物台或移动平台以允许样品的移动和对样品的不同区域的分析。X射线发生器2010提供入射在表面2020上的X射线2015。电子2025被射出并且由检测器2030接收。根据需要，检测器2030可包括会聚透镜、能量分析器和其它部件。检测器还可以包括本文所述检测器中的一个或多个、例如包括多个倍增器电极的检测器(其中一个或多个倍增器电极电联接到静电计)，以计算到达所述检测器的电子的数量。可对非饱和的倍增器电极求平均以确定在样品的特定位点处的平均离子计数。另外，本文所述检测器的终止放大的能力允许所述检测器在高的增益值下进行操作，从而可得到更简单精确的测量值。

在某些配置中，本文所述的电路和部件可与连续电子倍增器一起使用。例如并且参照图21，示出包括表面2130-2137的连续电子倍增器2100。表面2130是可接收离子并将射出的电子提供至表面2134的第一表面。表面2134将射出的电子提供至表面2132。可以利用其 它表面来使这种放大继续。每个表面可电联接到类似于本文所述的倍增器电极/静电计对的相应静电计。还可以将来自每个表面的信号与来自其它表面的信号电隔离。当在一个表面处检测到饱和时，可使所述表面短路以保护检测器2100的下游表面。可使用来自各种表面的信号来计算电流，例如输入电流或输出电流。

在某些实施方案中，本文所述的检测器可用于真空紫外线(VUV)光谱应用中。VUV可用于例如确定半导体工业中所使用的各种材料的功函数。VUV系统可包括类似于参照ESCA和俄歇能谱所描述的那些的部件。VUV系统可包括光源或能源，所述光源或能源可扫描其波长以提供所述光源或能源的入射能量与射出电子的数量之间的关系。这种关系可用于确定材料的增益。

在一些实施方案中，本文所述的检测器可用于显微镜应用中。例如，可使用场离子显微镜来使材料表面上的原子的排列成像。所述显微镜可包括联接到检测器的窄取样尖端，所述检测器例如包括多个倍增器电极的检测器，其中一个或多个倍增器电极电联接到静电计或多通道板，其中一个或多个通道被联接到相应静电计。成像气体例如氦或氖可以被提供至真空室并用于使表面成像。在探针尖端在表面之上经过时，将电压施加到顶部，从而使在所述顶部的表面上的气体离子化。气体分子变得带正电并且从所述尖端被排斥而朝向表面。接近所述尖端的表面在离子在大致垂直于所述表面的方向上被排斥时使所述表面放大。检测器可收集这些离子，并且在所述尖端在表面之上从一个位点到另一个位点进行扫描时所计算的离子信号可用于构建所述表面的原子图像。

在一些实例中，本文所述的检测器可用于电子显微镜中，例如透射电子显微镜、扫描电子显微镜、反射电子显微镜、扫描透射电子显微镜、低电压电子显微镜或其它电子显微镜。一般来说，电子显微镜将电子束提供至图像，从而使得电子从所述束中散射出来。出射电子束可以被检测到并且用于重建试样的图像。具体地说，可使用本文所 述检测器中的一个或多个、任选地如果需要使用闪烁材料或荧光屏来检测出射电子束，以提供散射电子束的更准确的测量值。所述束可在物体的表面上进行扫描并且在每个扫描位点处所得的电流测量值可用于提供所述物体的图像。如果需要，可存在检测器阵列，以使得可在每个扫描位点处实现空间分辨率从而更进一步增强图像。

在一些实例中，本文所述的检测器可用在大气粒子检测中。例如，可以使用本文所述的检测器来测量从太阳活动入射在高层大气上的粒子。可将所述粒子收集和/或集中到检测器中以便进行计数。所得的计数可根据需要用于测量太阳活动或测量其它天文现象。例如，所述检测器可以是测量从太阳或其它行星体发射的高能粒子通量或高能离子通量的粒子望远镜的一部分。测量值可用于构建物体的图像，可用于在高水平的太阳活动期间重新定位卫星或其它电信设备或可以其它方式使用。

在某些实例中，本文所述的检测器可用于辐射扫描器如用于使人成像或用于使无生命的物体成像(例如用于使筛查中心的行李成像)的那些中。具体地，一个或多个检测器可光学地耦合到非破坏性离子束。项目的不同部件可能有差别地吸收所述离子束。所得的测量值可用于构建所测量的行李或其它项目的图像。

在某些实施方案中，本文所述的检测器可用于检测离子。例如，所述检测器可同步检测在被配置用于接收离子的电子倍增器的多个倍增器电极中的每个倍增器电极处的输入电流信号，并且对在每个倍增器电极处的所检测输入电流信号、包括在噪声电流输入信号之上且在饱和电流输入信号之下的所测量电流输入信号求平均以确定平均电子倍增器输入电流。如果检测到饱和，那么所述检测器可在其中检测到饱和电流的倍增器电极或在测量到饱和电流位置上游的倍增器电极处终止信号放大以增强对所述检测器的保护。在一些实施方案中，所述检测器可改变与其中测量到饱和电流的倍增器电极相邻的下游倍增器电极处的电压以终止信号放大。用于计算平均输入电流的确 切方法可变化，并且在一些实例中，使用来自两个、三个、四个或更多个倍增器电极的所测器输入并且对其求平均。例如，可通过以下方式来计算平均输入电流：计算所有倍增器电极处的输入电流并丢弃在噪声电流输入信号之下且在饱和电流输入信号之上的所计算输入电流，并且用其相应电子倍增器增益来使每个未丢弃的所计算输入电流缩放并且对已缩放的输入电流求平均，从而提供所述平均电子倍增器输入电流。在某些实施方案中，可在无需调整所述电子倍增器的增益的情况下对所测量的离子进行测量。例如，可在无需调整所述电子倍增器的增益的情况下测量具有不同质荷比的多种离子。在一些实例中，可以使用本文所述的检测器来确定离子数量/秒。如本文所指出的，通常使用可接收并发送合适的输入和输出以控制所述检测器的一个或多个处理器来实施这类操作。

在其它实施方案中，本文所述的检测器可以被配置用于：同步检测在被配置用于接收离子的电子倍增器的多个倍增器电极中的至少两个内部倍增器电极处的输入电流信号，并且对在所述至少两个内部倍增器电极处的所检测输入电流信号、包括在噪声电流输入信号之上且在饱和电流输入信号之下的所测量电流输入信号求平均以确定平均电子倍增器输入电流。如果检测到饱和倍增器电极，那么可在其中测量到饱和电流的倍增器电极处终止信号放大，或者终止可发生在其中检测到饱和的倍增器电极下游或上游的倍增器电极处。如本文所讨论的，不必测量每个倍增器电极处的输入电流，而替代地，可同步检测所述多个倍增器电极中的每隔一个内部倍增器电极处、所述多个倍增器电极中的每隔两个内部倍增器电极处、或其它所选间距的输入电流信号。

在一些实施方案中，本文所述的检测器可以被配置用于单独地控制包括多个倍增器电极的电子倍增器的每个倍增器电极中的偏置电压。如本文所指出的，通过单独地控制所述倍增器电极中的偏置电压，在放大期间的电流改变基本上不会影响偏置电压。例如，可通过将倍增器电极电压调节成随着电子电流的增加而基本上恒定来控制偏置 电压。在单独控制这种偏置电压的情况下，可通过以下方式来计算平均输入电流：计算所述多个倍增器电极中的所选倍增器电极处的输入电流、丢弃在噪声电流输入电平之下且在饱和电流输入电平之上的所计算输入电流、用其相应增益使每个未丢弃的所计算输入电流缩放、并且对已缩放的输入电流求平均来确定平均输入电流。

在其它实施方案中，本文所述的检测器可以被配置用于独立地测量电子倍增器的多个倍增器电极中的每一个处的输入电流。在一些实例中，所述方法包括：计算所述多个倍增器电极中的每个倍增器电极处的输入电流、丢弃在噪声电流输入电平之下且在饱和电流输入电平之上的所计算输入电流、用其相应增益使每个未丢弃的所计算输入电流缩放、以及对已缩放的输入电流求平均来确定平均输入电流。

在一些实例中，本文所述的检测器可用于通过以下方式来对样品进行分析：通过独立地测量包括多个倍增器电极的电子倍增器中的所述多个倍增器电极中的两个或更多个处的输入电流而使来自所述样品的离子信号放大。在某些实施方案中，所述方法包括：计算所述多个倍增器电极中的所述两个或更多个倍增器电极中的每一个处的输入电流、丢弃在噪声电流输入电平之下且在饱和电流输入电平之上的所计算输入电流、用其相应增益使每个未丢弃的所计算输入电流缩放、以及对已缩放的输入电流求平均来确定平均输入电流。在一些实施方案中，所述检测器可以被配置用于测量来自所述多个倍增器电极中的每隔一个倍增器电极或来自其它所选间距的倍增器电极的输入电流。

在某些实例中，本文所述的检测器可以是系统的一部分，所述系统包括多个倍增器电极、电联接到所述多个倍增器电极中的一个的至少一个静电计、以及电联接到所述至少一个静电计的处理器，所述处理器被配置用于根据由所述静电计测量的输入电流测量值来确定平均输入电流。如果需要，所述系统可包括电联接到除电联接到所述静电计的倍增器电极之外的倍增器电极的第二静电计。在其它配置中， 所述多个倍增器电极中的每一个被电联接到相应静电计。在一些实例中，所述处理器可以被配置用于通过以下方式来确定所述平均输入电流：计算所述多个倍增器电极中的所述至少一个倍增器电极处的输入电流、丢弃在噪声电流输入电平之下且在饱和电流输入电平之上的所计算输入电流、用其相应增益使每个未丢弃的所计算输入电流缩放、并且对已缩放的输入电流求平均来确定平均输入电流。在其它实例中，所述处理器可以被配置用于通过以下方式来确定所述平均输入电流：计算电联接到所述静电计的倍增器电极和电联接到所述第二静电计的倍增器电极处的输入电流、丢弃在噪声电流输入电平之下且在饱和电流输入电平之上的所计算输入电流、用其相应增益使每个未丢弃的所计算输入电流缩放、并且对已缩放的输入电流求平均来确定平均输入电流。在不同的配置中，所述处理器可以被配置用于通过以下方式来确定所述平均输入电流：计算所述多个倍增器电极中的每个倍增器电极处的输入电流、丢弃在噪声电流输入电平之下且在饱和电流输入电平之上的所计算输入电流、用其相应增益使每个未丢弃的所计算输入电流缩放、并且对已缩放的输入电流求平均来确定平均输入电流。

在某些实施方案中，可以使用计算机或包括处理器的其它装置来实施本文所述的检测器以及使用所述检测器的方法。计算机系统通常包括电联接到一个或多个存储器单元以从静电计接收信号的至少一个处理器。计算机系统可以是例如通用计算机，如基于Unix、Intel PENTIUM型处理器、Motorola PowerPC、Sun UltraSPARC、Hewlett-Packard PA-RISC处理器或任何其它类型的处理器的那些。根据所述技术的各种实施方案可以使用一种或多种任意类型的计算机系统。此外，所述系统可位于单个计算机上或可分布在由通信网络附接的多个计算机中。可以配置通用计算机系统例如以执行所描述功能中的任何一种，包括但不限于：控制倍增器电极电压、测量电流输入(或输出)、计算平均输入电流、生成图像等。应了解，所述系统可执行其它功能、包括网络通信，并且所述技术并不限于具有任何特定 的功能或功能组。

所述检测器和方法的各种方面可以实施为执行通用计算机系统的专用软件。所述计算机系统可包括连接到一个或多个存储器装置如硬盘驱动器、存储器或用于存储数据的其它装置的处理器。存储器通常用于在计算机系统操作期间存储程序和数据。所述计算机系统的部件可通过互连装置联接，所述互连装置可包括一根或多根总线(例如，在集成在同一个机器内的部件之间)和/或网络(例如，在驻留在单独的离散机器上的部件之间)。所述互连装置提供有待在所述系统的部件之间进行交互的通信(例如，信号、数据、指令)。所述计算机系统通常被电联接到电源和/或倍增器电极(或通道)，以使得电信号可被提供到和从电源和/或倍增器电极(或通道)以提供所期望的信号放大。所述计算机系统还可包括一个或多个输入装置例如键盘、鼠标、轨迹球、麦克风、触摸屏、手动开关(例如超越控制开关)以及一个或多个输出装置例如打印装置、显示屏、扬声器。另外，所述计算机系统可包含将所述计算机系统连接到通信网络的一个或多个接口(除互连装置之外或作为其替代)。所述计算机系统还可包括可存在于印刷电路板上或可存在于通过合适接口(例如，串行ATA接口、ISA接口、PCI接口等)电联接到所述印刷电路板的单独的板或装置上的一个或多个单一处理器，例如数字信号处理器。

在某些实施方案中，所述计算机的存储系统通常包括计算机可读且可写的非易失性记录介质，其中存储有限定将由处理器执行的程序的信号或者将由所述程序进行处理的信息存储在所述介质上或其中。例如，可以将用于特定例程、方法或技术的倍增器电极偏置电压存储在所述介质上。所述介质可以是例如硬盘或快闪存储器。通常，在操作中，所述处理器使得有待从所述非易失性记录介质中读取的数据进入另一个存储器，从而允许处理器比所述介质更快速地访问信息。这个存储器通常是易失性随机存取存储器，如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。所述存储器可位于存储系统或存储器系统中。处理器一般在集成电路存储器内操纵数据并且随后在处理 完成之后将数据复制到所述介质。用于管理所述介质与集成电路存储器之间的数据移动的多种机制是已知的并且所述技术并不限于此。所述技术也不限于特定的存储器系统或存储系统。

在某些实施方案中，所述计算机系统还可包括专门编程的专用硬件，例如专用集成电路(ASIC)或场可编程门阵列(FPGA)。所述技术的方面可在软件、硬件或固件或其任何组合中实施。此外，这类方法、动作、系统、系统元件和其部件可实施为上述计算机系统的一部分或实施为单独的部件。虽然以举例方式将计算机系统描述为可在其上实践所述技术的各种方面的一种类型的计算机系统，但应了解各方面并不限于在所描述的计算机系统上实施。可在具有不同架构或部件的一个或多个计算机上实践各种方面。所述计算机系统可以是可使用高级计算机编程语言进行编程的通用计算机系统。也可以使用专门编程的专用硬件来实施所述计算机系统。在所述计算机系统中，处理器通常是可商购获得的处理器，如可从Intel Corporation(英特尔公司)获得的众所周知的Pentium类处理器。许多其它处理器是可用的。这种处理器通常执行可为以下的操作系统：例如Windows 95、Windows 98、Windows NT、Windows 2000(Windows ME)、Windows XP、Windows Vista、可从Microsoft Corporation(微软公司)获得的Windows 7或Windows 8操作系统、MAC OS X(例如Snow Leopard、Lion、Mountain Lion或可从苹果公司获得的其它版本)、可从Sun Microsystems(太阳微系统公司)获得的Solaris操作系统、或可从不同来源获得的UNIX或Linux操作系统。可以使用许多其它的操作系统，并且在某些实施方案中，一组简单的命令或指令可用作操作系统。

在某些实例中，处理器和操作系统可一起限定可使用高级编程语言写入应用程序的计算机平台。应当理解，所述技术并不限于特定的计算机系统平台、处理器、操作系统或网络。另外，对于本领域的技术人员应显而易见的是，考虑到本公开的权益，本发明的技术并不限于特定的编程语言或计算机系统。此外，应了解，也可以使用其它适当的编程语言和其它适当的计算机系统。在某些实例中，硬件或软件 被配置用于实施认知架构、神经网络或其它合适的实现方式。如果需要，所述计算机系统的一个或多个部分可分布在联接到通信网络的一个或多个计算机系统上。这些计算机系统还可以是通用计算机系统。例如，各种方面可分布在被配置用于向一个或多个客户端计算机提供服务(例如服务器)或执行整个任务作为分布式系统的一部分的一个或多个计算机系统中。例如，各种方面可以在客户机-服务器或多层系统上执行，所述客户机-服务器或多层系统包括分布在根据各种实施方案执行各种功能的一个或多个服务器系统中的部件。这些部件可以是使用通信协议(例如TCP/IP)通过通信网络(例如互联网)进行通信的可执行的中间代码(例如IL)或解释代码(例如Java)。还应了解，所述技术并不限于在任何特定的系统或系统群上执行。另外，应了解，所述技术并不限于在任何特定的分布式架构、网络或通信协议。

在一些实例中，可以使用面向对象的编程语言如SmallTalk、Basic、Java、C++、Ada、或C#(C-Sharp)来对各种实施方案进行编程。也可以使用其它面向对象的编程语言。作为替代方案，可以使用功能性、脚本和/或逻辑编程语言。各种配置可以在非编程环境(例如以HTML、XML或其它格式建立的文档，当在浏览器程序的窗口中被查看时，所述文档呈现图形用户界面(GUI)的各方面或执行其它功能)中实施。某些配置可以实施为编程的或未编程的元件、或其任何组合。

当引入本文所公开的方面、实施方案和实例的要素时，冠词“一个”、“一种”、和“所述(the/said)”旨在意味着存在所述要素中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是开放式的并且意味着可存在除所列举要素之外的另外的要素。本领域的普通技术人员将认识到，考虑到本公开的权益，实例的各种部件可互换或替换为其它实例中的各种部件。

虽然上文已描述了某些方面、实例以及实施方案，但本领域技术人员将认识到，考虑到本公开的权益，所公开的说明性方面、实例以及实施方案的添加、替换、修改以及变更是可能的。