具有轴向脉动转换器的多反射飞行时间质谱仪的制作方法

本公开涉及飞行时间质谱分析，并涉及单反射和多反射飞行时间质谱仪的改进的脉动离子转换方法。
背景技术：
：飞行时间质谱仪(TOFMS)通过使离子加速通过TOFMS，飞向检测器，并记录在TOFMS内到检测器的离子行进时间的测量结果，确定离子的质荷比(m/z)。一些实现方案连续利用两个TOFMS(TOF/TOF)。TOFMS的其它实现方案可包括在TOFMS进行分析之前，处理样本的气相色谱法(GC-TOFMS)或液相色谱法(LC-TOFMS)。另外，GC-TOFMS和LC-TOFMS的这种实现方案可利用四极杆离子阱(LC-Q-TOF和GC-Q-TOF)，比如通过引用包含在本文中的美国专利申请2013/0068942。TOFMS的参数依赖于与脉动且连续的离子源的高效耦合。为了形成离子包，TOFMS通常采用停滞离子云的脉动加速。在早期实现方案中，离子累积在电子轰击(EI)离子源中，并被脉动加速到TOFMS中。在[W.C.Willey,I.H.McLaren,Rev.Sci.Instr.26,1150(1955)]中，提出一种从EI源的延迟离子引出方法，以改善线性TOFMS的分辨率。在SU1681340中，Dodonov等描述一种借助正交加速器(OA)把连续的离子束转换成脉动离子包的有效解决方案。在某种意义上，在TOF分离的方向上，使离子束停滞。与以前的脉冲偏转方法相比，OA方法大大改善了脉动转换的工作比。OA脉动转换方法呈现通用性(即，适用于任意类型的离子源)，已在LC-TOF、LC-Q-TOF和GC-Q-TOF仪器的商业仪器中广泛采用。准备短离子包的另一种方法-移动并且初始较宽的离子包的脉动聚束(bunching)-在关于时间-能量空间中的离子包的变换的核物理学中早就已知。离子包的这种变换包括时间压缩、能量展度缩减或者时间焦平面调整。为了形成初始离子包(在聚束步骤之前)，核物理学通常采用连续离子束的断续(chopping)，比方说利用机械断续器，比如旋转带有狭缝的圆盘。从而，在向停滞的离子云施加脉动加速的时候，向已经在移动的离子包施加聚束。离子包的轴向脉动聚束已用在质谱学领域中，在基质辅助激光解吸电离(MALDI)仪器中已进行了探索。MALDITOF中的延迟引出(DE)采用利用脉动激光发射(shot)形成的短离子包的聚束。如在US5760393、US5625184和US6541765中所述(均通过引用包含在本文中)，这种DE方法通过避免引出的离子和称为MALDI羽流的喷射物之间的高能碰撞，改善了时间聚焦和源鲁棒性。在均通过引用包含在本文中的US5739529、US6703608、US6717131、US6300627、US6512225、US6621074、US6348688、US6770870、US7667195、US8461521、WO2011028435、US2012168618和WO2013134165中，记载了在TOF-TOF级联中施加离子包的轴向聚束。在脉冲喷射多极之后，还提出了移动离子包的聚束，如在通过引用包含在本文中的US5689111(图8)中所述。最初在最近出现的多反射飞行时间质谱仪(MR-TOFMS)中，采用了已知的脉动转换方法。记载在(均通过引用包含在本文中的)GB2403063A和WO2005001878中的具有借助周期透镜实现的离子空间约束的MR-TOFMS提供质量分辨能力和数据获取速度的优越组合。分辨率被大大增强，几乎与飞行路径延伸成比例地升高。尽管单反射TOFMS中的飞行路径约为仪器尺寸的3倍，不过，LECO公司的商用MR-TOFMSCitiusHRT在0.6m长的分析器中提供16m的飞行路径(即，允许按大于25的系数的轨道折叠)。如果利用如记载在通过引用包含在本文中的GB2478300和WO2011107836中的圆柱分析器几何结构，那么在1m长的仪器中，飞行路径有可能能够被增大到几百米。然而，脉动转换器的工作比极限限制了MR-TOFMS的灵敏度。如果采用正交加速器(OA)，如在WO2007044696中所述，那么归因于分析器接受限制，在1ms的脉冲时段和6-8mm的OA长度的情况下，工作比被降低到小于0.3-0.5％。如果采用备用的轴向阱转换器，那么电荷吞吐量变成局限于1E+7–1E+8离子/秒，如B.Kozlov等在ASMS2005在“LinearIonTrapwithAxialEjectionasaSourceforaTOFMS”中所述。随着离子源的最新改进，比如提供1E+9离子/秒的ESI源，或者提供高达1E+11离子/秒的EI源，阱转换器的有效工作比变得甚至小于OA的工作比。随着基于编码频繁脉动的复用方法的引入，该问题得到显著缓和，如在通过引用包含在本文中的WO2011135477中所述。平均脉冲频率从1kHz增大到100kHz，这使OA工作比提高到约30％，还改善了分析器的动态范围(由于空间电荷效应，局限于一个质量的约1000离子/包)以及检测器和数据系统的动态范围。该方法已被扩展到各种级联上，如在通过引用包含在本文中的WO2013067366、WO2013192161和WO2014176316中所述。正交加速(OA)的方案存在缺陷。首先，当缓慢的连续离子束填充OA间隙时，OA方案对无场条件的微小畸变非常敏感。表面和网格(mesh)污染影响理想的OA操作。其次，为了形成明显的离子包，束空间角发射度必须较低，通常低于100eV*mm2*deg2(这可在30-50eV能量下，利用1-2mm和1-2deg实现)，这需要在OA之前的连续离子束的修整，从而引入离子损耗。碰撞射频(RF)离子导向器，比如充填气体的纯RF四极杆有助于显著降低离子束发射度，以使这些损耗适度。然而，RF离子导向器的电荷吞吐量有限，当利用诸如EI或ICP之类的强源时，在OA入口处的空间损耗似乎依赖于10nA以上的离子电流。第三，对于较高的分辨力，达到较小的回转期需要OA中的较大场强，和脉冲发生器的较大振幅(2kV以上)。这可能需要使用至少两个脉冲发生器，这增大了成本，并且在利用编码频繁脉动时，与100kHz脉动率结合变得富有挑战性。第四，通过在OA中使用高加速场的回转期的进一步减小(为更高分辨率所需)受到超过MR-TOF能量接受度的离子包能量展度的关联升高的限制。从而，仍然存在与用于MR-TOFMS的正交加速相关的一些实际问题。需要一种将连续或准连续离子源耦合到MR-TOF分析器的成本更低且更有效的解决方案。技术实现要素：当向连续离子束施加轴向聚束，之后进行离子包的能量过滤，以除去不适合飞行时间质谱仪的能量接受度的具有过度能量展度的离子时，连续离子束到脉动包的脉动转换变得有效。连续离子束优选被加速到中等能量(几百ev-几keV)，并在聚束步骤之前被整形，以便实现较小的角展度。优选利用弯曲的静电扇形体，或者利用成一定角度的无栅离子镜，实现能量过滤。在多种实际情况下，新颖的轴向聚束方法比广泛使用的正交加速方法有效。尽管时间工作比稍低，不过轴向聚束方法可能导致更高的效率，因为它接受连续离子束的宽得多(2个数量级)的发射度，并且消除在OA之前的空间损耗。轴向聚束能够形成甚至更短的离子包，尽管该方法也可能降低工作比。轴向聚束可以利用脉冲发生器的小得多的振幅，从而增大利用高频脉动时的编码频繁脉动的便利性。新方法的进一步分析揭示轴向聚束方案的几个出色优点。该方法允许细微地控制离子包的空间散度、时间和能量展度，以在TOFMS中实现高分辨率、极好的峰形和高的同量异位素丰度。对于多数实用离子源，离子束发射度显得足够小，以适合MR-TOF分析器的空间接受度，而不增加时间每空间展度偏差。离子束的连续加速降低绝对速度展度，从而回转期可被显著降低到1ns范围。通过使更高的脉冲振幅的使用成为可能，而不因分析器中的过度离子能量展度影响峰宽，能量过滤步骤也作出贡献。这两种手段都改善TOFMS中的分辨率和峰形，尽管以时间工作比为代价。不过借助编码频繁脉动的方法，并且利用如在通过引用包含在本文中的WO2013063587中所述的具有更宽能量接受度(10-14％)的MR-TOF分析器，可以改善工作比。发明人还认识到：(a)轴向聚束可以利用脉冲振幅有限的单脉冲发生器来实现；(b)当应用如在通过引用包含在本文中的WO2013192161中所述的非冗余采样的方法时，轴向聚束与SIMS或MALD方法中的表面成像更相容；(c)可在级联质谱仪的两级处(即，在TOF1中的母离子选择处，和在TOF2中的碎片离子分析处)，采用所述新方法，同时利用各种碎裂单元，低气压下的短CID、填充气体的RF离子导向器、带滑动碰撞的短SID单元或者横跨离子束定向的平面SID；(d)当利用在目标GC-MS分析处应用的脉动或准连续离子源时(尽管以被分析的质量范围为代价)，或者当选择母离子时，可以获得更高的工作比；(e)当利用宽孔和高多极纯RF离子导向器以形成优选包括较小能量展度和角展度的宽连续离子束时，工作比增大。按照本公开的第一方面，飞行时间质谱仪顺序地包括离子源、加速级、脉动聚束器、等时能量过滤器和飞行时间质量分析器。离子源可以是生成离子束的连续或准连续离子源。加速级把离子束连续加速到比离子束的初始能量展度至少大10倍的能级。脉动聚束器具有连接到脉动电压源的至少一个电极，用于大体沿着束方向的离子加速或减速。等时能量过滤器透射在飞行时间分析器的能量接受范围内的离子。飞行时间质量分析器可被具体体现成单反射TOFMS或MR-TOFMS。另外，飞行时间质量分析器具有飞行时间检测器。本公开的第一方面的实现可视情况包括下述特征中的一个或多个特征。在一些实现中，所述设备还包括抑制器，所述抑制器拒斥接近聚束器的具有受聚束脉冲影响的能级的离子。抑制器包括连接到脉冲发生器的至少一个电极。在其它实现中，不包括抑制器，但是布置能量过滤器，以除去不需要的“边界”能量的离子，从而消除在加速器边界处形成的减速离子。视情况，连续或准连续离子源生成能量展度小于10eV的离子束。所述设备视情况还包括在脉动聚束器之前的空间聚焦透镜，用于：(i)减小离子束角展度，以致脉动聚束器内的轴向能量展度保持与在所述离子源之后的初始能量展度相当；和/或(ii)把离子包空间聚焦到能量过滤器的狭缝或孔径上。另外，所述设备可视情况包括数据采集系统，所述数据采集系统触发脉动聚束器，并记录来自检测器的波形信号。在一些实现中，能量过滤器具有在用于中心离子能量的离子包空间/角聚焦平面处的孔径或狭缝，和下述一组中的至少一个色离子光学元件：(i)等时静电扇形体；(ii)空间聚焦和等时无栅离子镜；(iii)一对偏转器；(v)一组周期透镜；(vi)色透镜；(vii)上述元件的组合。脉动聚束器视情况包括平均频率至少50KHz的脉冲发生器，数据采集系统视情况包括触发时钟，所述触发时钟具有形成预置的一串脉冲的能力，所述一串脉冲具有通常唯一的脉冲间时间间隔，数据采集系统视情况根据通常唯一的脉冲间隔，解码部分交叠的谱。在其它实施例中，所述设备包括在离子源之前的双级或单级色谱仪，所述离子源可包括：(i)封闭的电子轰击离子源；(ii)具有大小为0.1-1cm2的总开口和正偏置电子狭缝的半开电子轰击离子源；(iii)化学电离源；(iv)在电子轰击离子源上游的化学电离源；(v)光化学电离源；(iv)有条件的辉光放电离子源；(vi)被分析物内能在超声速气体射流中冷却的冷电子轰击离子源；和(vii)场电离源。在其它实施例中，所述设备包括在离子源和连续加速器之间的气体填充纯RF离子导向器，离子源视情况被具体体现为下述之一：(i)ESI离子源；(ii)APCI离子源；(iii)APPI离子源；(iv)气体填充MALDI离子源；(v)EI离子源；(vi)CI离子源；(vii)冷EI离子源；(viii)光化学电离离子源；和(ix)有条件的辉光放电离子源。所述设备视情况还可包括在离子源和RF离子导向器之间的一个离子操纵设备，所述离子操纵设备可被具体体现为下述之一：(i)四极质量分析器；(ii)飞行时间质量分析器；(iii)阱阵列质量分析器；(iv)离子迁移分离器；和(v)碎裂单元。在其它实现中，离子源或RF离子导向器可具有用于离子累积和能量展度低于10eV的离子包的脉动喷射的装置。检测器可包括用于把撞击离子包转换成二次电子的导电板。这种情况下，使转换器板相对于谱仪的漂移区负浮置，并且平行于检测到的离子包的时间波前地对准。此外在这种情况下，检测器包括用于按30°-180°的角度使电子转向的至少一个磁体、涂覆或覆盖以导电网(所述网的电位被调整成比转换器板高至少正1kV)的闪烁体以及放置在所述闪烁体之后的密封的光电子倍增器。按照本公开的第二方面，飞行时间质谱分析方法顺序地包括：(a)电离离子源中的离子，生成初始能量展度低于10eV的连续或准连续离子束；(b)把离子束连续加速到比初始能量展度大至少10倍的平均能量；(c)在空间聚焦平面处空间聚焦离子束，同时使离子角展度维持在限度之内，以致轴向离子能量展度保持与初始能量展度相当；(d)利用聚束区的具有一个时间边界和另一个空间边界的脉动加速或减速电场，聚束所述连续离子束，从而形成离子包；(e)在离子包的色偏转或聚焦时，等时过滤离子包的能量，在位于空间/角聚焦平面中的至少一个孔径上除去具有不需要的能量的离子，同时通过在后续飞行时间质量分析步骤的能量接受度范围内的离子；(f)在至少一个离子镜处的静电场中的等时单反射或多反射时，时间分离离子包；(g)利用飞行时间检测器，检测离子包，从而形成波形信号；和(h)分析所述信号，以提取质谱信息。本公开的第二方面的实现可包括下述特征中的一个或多个特征。所述方法优选还包括拒斥其能量受聚束步骤影响从而位于聚束边界之外的离子的步骤。或者，能量过滤步骤可被布置成除去处于不需要的“边界”能量处的离子，以消除在加速器边界处形成的减速离子。所述等时能量过滤步骤优选可包括利用孔径或狭缝的离子包撇取步骤，和利用下述一组中的一个静电场的等时色离子束聚焦或偏转步骤：(i)静电扇形体的偏转场；(ii)无栅离子镜的成一定角度的反射场；(iii)至少一对偏转器的偏转场；(v)周期透镜的周期空间聚焦场；(vi)至少一个色透镜的聚焦场；和(vii)上述场的组合。为了增大所述方法的动态范围，优选可按与时间分离步骤时的离子飞行时间相比小至少10倍的时段布置脉动聚束步骤，所述方法还可包括在检测步骤时按不小于离子包时间宽度的时间增量利用相邻脉冲之间的通常唯一的时间间隔编码聚束脉冲的步骤，还可包括在谱分析步骤时解码与多个聚束脉冲对应的部分交叠信号的步骤。所述方法优选还可包括在电离步骤之前的双级或单级色谱分离步骤；其中电离步骤可包括下述之一：(i)开口小于0.1cm2的体积内的利用电子束的电离；(ii)总开口为0.1-1.0cm2的体积内的利用电子束的电离，和通过在电离电子束附近正偏置电极，除去二次电子；(iii)化学电离；(iv)在电子轰击电离上游的化学电离，用于交替电离方法；(v)光化学电离；(iv)有条件的辉光放电电离；(vi)冷EI电离(即，伴随有超声速气体射流中的被分析物内部分子冷却的电子轰击电离)；和(vii)场电离。所述方法优选还可包括在电离步骤和连续加速步骤之间，RF离子导向器的径向非均匀RF场内的气体碰撞中的离子束约束步骤；其中电离步骤可包括下述之一：(i)ESI电离；(ii)APCI电离；(iii)APPI电离；(iv)真空前气压下的MALDI电离；(v)EI电离；(vi)CI电离；(vii)冷EI电离；(viii)光化学电离；和(ix)有条件的辉光放电电离。所述方法优选还可包括在电离步骤和气态离子约束步骤之间的一个离子操纵步骤；其中离子操纵可包括下述之一，或者下述的组合：(i)四级RF和DC场中的质量分离；(ii)飞行时间质量分离；(iii)RF和DC场阱的阵列中的离子的俘获，继之以脱离俘获场阵列的顺序质量相关离子喷射；(iv)离子迁移分离；和(v)碎裂离子。所述方法优选还可包括在电离步骤或者气态RF离子导向器中的离子约束步骤时的离子累积和离子包的脉动喷射的步骤。为了改善分析的动态范围，离子包检测步骤优选可包括以下相继步骤：(i)使导电板平行对准所述检测的离子包的时间波前；(ii)在导电板表面附近，布置加速场；(iii)把撞击离子包转换成二次电子；(iv)在30-300高斯的磁场内，使所述电子转向30-180°的角度；(iv)利用至少1kV，使二次电子加速；(v)把二次电子引导到闪烁体上，从而产生光子；(v)利用表面漏电或放电，使静电电荷从闪烁体的表面引向覆盖或涂覆闪烁体的表面的导电网；和(vi)利用放置在闪烁体之后的密封光电子倍增器，检测光子。为了增加MS-MS能力，在飞行时间分析器的静电场中的时间分离步骤之后，所述方法优选还可包括定时离子选择步骤，和下述一组中的离子碎裂步骤：(i)平行于时间波前布置并且面向一次离子包的表面上的表面诱导解离SID；(ii)相对于母离子包的轨迹成滑动角布置的表面诱导解离SID；(iii)在气压P下长度L小于1厘米的短CID单元内的碰撞诱导解离CID，其被调整，以维持1-5cm*mTor的乘积P*L，这对应于母离子的单一平均碰撞；(iv)通过选择0.1-0.3cm2之间的所述源开口，布置在所述源内的碰撞诱导解离CID；(v)在碎裂步骤之后的脉动加速；(vi)在碎裂步骤之后的利用透镜的空间聚焦；(vii)在碎裂步骤之后的碎片离子包的后加速；(viii)在碎裂步骤之后的转向。所述谱解码步骤优选包含使离子信号的时间变化与所述色谱分离、所述离子迁移分离或所述质量分离相关联的步骤。为了调整工作比和离子包的时间宽度，所述方法优选还可包括下述步骤之一：(i)在所述连续加速步骤时调整连续离子束的平均能量；(ii)在所述聚束步骤时调整场强；和(iii)在能量过滤步骤时调整透过的能量展度。按照本公开的第三方面，把连续或准连续离子束脉动转换成离子包的方法包括以下按序步骤：(a)电离离子源中的离子，生成初始能量展度低于10eV的连续或准连续离子束；(b)把离子束连续加速到比初始能量展度大至少10倍的平均能量；(c)在空间聚焦平面处空间聚焦离子束，同时使离子角展度维持在限度之内，以致轴向离子能量展度保持与低于10ev的初始能量展度相当；(d)利用聚束区的具有一个时间边界和另一个空间边界的脉动加速或减速电场，聚束所述连续离子束，从而形成离子包；(e)拒斥在聚束边界之外的其能量受聚束影响的离子；和(f)在离子包的色偏转或聚焦时，等时过滤离子包的能量展度，在位于空间/角聚焦平面中的至少一个孔径上除去具有不需要的能量的离子，同时通过适合期望的能量接受度的离子。等时能量过滤步骤优选地可包括利用孔径或狭缝的离子包撇取步骤，和利用下述中的一个静电场的等时色离子束聚焦或偏转步骤：(i)静电扇形体的偏转场；(ii)无栅离子镜的成一定角度的反射场；(iii)至少一对偏转器的偏转场；(v)周期透镜的周期空间聚焦场；(vi)至少一个色透镜的聚焦场；和(vii)上述场的组合。为了增大转换效率，优选地，可按10μs-100μs的脉动时段布置离子脉动聚束步骤；还可包括利用通常唯一的时间间隔编码聚束脉冲，以便随后解码具有不同m/z的离子的部分交叠的包的步骤。在一些实现中，聚束步骤是利用无栅电极实现的。无栅电极视情况被具体体现为具有脉动加速场的均匀分布的一组环形电极，或者一对大直径电极。按照本公开的第四方面，飞行时间质量分析器可包括离子源、加速级、聚束器、能量过滤器、飞行时间质量分离器和飞行时间检测器。离子源可以是连续或者准连续的。加速级被布置成接受离子源发出的离子束。聚束器被布置成接受来自加速级的加速离子束。聚束器还用离子束形成离子包。能量过滤器接受来自聚束器的离子，并等时除去所述离子的一部分。飞行时间质量分离器被布置成接受通过能量过滤器的离子，并时间分离接受的离子。飞行时间检测器位于飞行时间质量分离器之内或其端部。飞行时间质量分离器具有相关的能量接受级，能量过滤器除去在质量分离器的能量接受级之外的离子。本公开的第四方面的实现可包括下述特征中的一个或多个特征。在一些实现中，聚束器是在第一电极和平行的第二电极之间形成的，聚束器具有电容和电阻分压器，以在这两个平行电极之间产生几乎均匀的脉动电场。分析器视情况还包括空间聚焦透镜，所述空间聚焦透镜被构造成聚焦离子束内的离子的宽度和发散度，并被布置成在加速级之后接受离子束。视情况，空间聚焦透镜与离子源和加速级中的至少一个共用电极，或者被并入离子源和加速级中的至少一个中。在一些例子中，分析器还包括作为无场区布置在聚束器上游的抑制器，脉冲发生器向抑制器施加脉动电压。视情况，抑制器包括布置成使逼近的离子转向的电极，以及单脉冲发生器向抑制器施加脉动电压以及向形成聚束器的两个平行电极之一施加脉动电压。另外，抑制器视情况包括双极网格，以推送和偏转离子。在一些实现中，飞行时间质量分离器被具体体现为单反射飞行时间质谱仪或者多反射飞行时间质谱仪。在一些实现中，聚束器视情况包括两个平行电极，和向所述两个平行电极之一提供脉动电压的脉动发生器。或者，聚束器视情况包括形成静电场的无栅电极。能量过滤器视情况形成到飞行时间质量分离器的等时弧形入口。能量过滤器视情况包括平面透镜、第一静电扇形体、第二静电扇形体、第三静电扇形体、一组环绕狭缝以及能量过滤狭缝。平面透镜被布置成沿水平方向空间聚焦离子包。所述一组环绕狭缝中的一条狭缝位于各个静电扇形体的入口和出口处。能量过滤狭缝提供异常离子的基于能级的去除。另外，能量过滤器视情况包括分离狭缝，和下述至少之一：成一定角度的离子镜，静电扇形体，偏转器，和一个或多个透镜。分析器视情况包括气态射频离子导向器、轴向DC场、屏蔽电极和引出电极。气态射频离子导向器被布置成提供输入离子束的碰撞阻尼。屏蔽电极和引出电极的组合提供空间离子聚焦场。在一些实现中，离子源被具体体现成封闭的EI离子源，所述封闭的EI离子源从气相色谱仪接受样本，具有离子室、连接到脉冲发生器的反射极以及连接到脉冲发生器(114e)的引出器。在一个例子中，离子源包括由多极杆形成的累积离子导向器、接收周期性软引出脉冲的辅助推送电极、辅助DC阱电极以及接收周期性软引出脉冲的出口撇取器。分析器视情况包括差动抽吸管，和到由能量过滤器形成的飞行时间质量分离器的等时弧形入口。差动抽吸管从聚束器接收离子包，并把离子包传送到等时弧形入口中。飞行时间检测器视情况包括导电转换器、至少一个磁体、正偏置闪烁体和密封光电倍增器。导电转换器从飞行时间质量分离器的漂移空间接收离子包。导电转换器的电位具有与漂移空间的电位的负电荷不同的负电荷。所述至少一个磁体形成使由导电转换器反射的电子偏转的磁场。正偏置闪烁体具有涂覆或覆盖的导电网，接受由磁场偏转的电子。密封的光电倍增器位于正偏置闪烁体的下游。分析器视情况包括时间离子选择器、碎裂单元、碎裂离子质量分析器和脉冲发生器。时间离子选择器接入在飞行时间分离器中分离的母离子。碎裂单元从时间离子选择器接受母离子。碎裂离子质量分析器从碎裂单元接受碎裂的离子。脉冲发生器连接到时间离子选择器。飞行时间分离器和碎裂离子质量分析器都被具体体现为单反射飞行时间质谱仪或者多反射飞行时间质谱仪。总的说来，提出了使得能够把连续离子束有效地脉动转换成脉动离子包的飞行时间质谱用设备和方法。高能连续离子束的聚束形成离子包，所述离子包由随后的等时能量过滤器过滤。聚束方法特别适合于具有较大的空间发射度的、不适合正交加速器的接受度的离子源。所述方法特别适合于接纳小尺寸的离子包并且其中正交加速器的工作比优势微小的MR-TOFMS。在下面的附图和说明中，记载了本公开的一种或多种实现的细节。根据所述说明和附图，以及根据权利要求书，其它方面、特征和优点将是明显的。附图说明下面参考附图，举例说明本发明的各个实施例，以及仅仅出于例证目的给出的布置，附图中：图1描述具有类似于WO2007044696的正交加速器的多反射飞行时间质谱仪的示意顶视图和侧视图；图2描述已知的聚束和脉动加速方法的时-空图；图3描述聚束方法的方框图和时-空图；图4描述带有聚束转换器的飞行时间质谱仪的实施例；相关的图标描述几个抑制器实施例；图5表示在时间-能量图中呈现的理想的“栅覆盖”轴向聚束器的离子光学模拟的结果，和离子包时间展度-离子束角度的曲线图；图6表示模拟的“长”和“短”理想聚束器中的电极和离子轨迹图；图7呈现按照一个实施例的电极视图和带有弯曲能量过滤器的模拟离子轨道，并且示出在弯曲能量过滤器之后的能量和时间分布的模拟直方图；图8示出了备选的能量过滤器的示意图；图9示出了使用连续离子束的倾斜喷射来操作的配有本发明的轴向聚束器的单反射TOFMS的示意图；图10给出射频离子导向器与轴向聚束器的耦合的示意图；图11给出在软脉动离子源之后的聚束器实施例的示意图；图12给出耦接到轴向聚束器和能量过滤器的多反射TOFMS的示意图；图13表示应用于本发明的聚束方法的现有编码频繁脉动方法的时间图；图14示出长寿命检测器的示意图；图15示出具有本发明的轴向聚束的TOF-TOF的示意图。具体实施方式MR-TOFMS中的正交加速参见图1，利用通过引用包含在本文中的WO2007044696的正交加速器(OA)13的MR-TOFMS的实施例10包含连续离子源11、具有转向透镜14的OA13、由负浮置的漂移空间16隔开的一对平行的无栅离子镜15、具有转向偏转器18的周期透镜17以及检测器19。操作中，良好定向的连续离子束12大体沿着Y轴被引入OA中。施加于OA13的板的周期脉冲(未图示)沿着锯齿轨迹20，把带状离子包加速到MR-TOFMS的漂移空间中。在OA13处，离子束的轨迹成较小角度α地偏离Y轴，这使得能够补偿离子束转向时的飞行时间偏差，同时利用在20eV和100eV之间的离子束12的有限能级。图1中例示的方案的实际实现方案把离子包的Y长度限制为约5-6mm(对应于600mm的帽间(cap-to-cap)距离)，以便相对于垂直尺寸和能量展度两者维持低的横渡飞行时间绝对偏差T|YYK。另一种挑战在于在X方向(窄到1-1.5mm)和Z方向(窄到2-3mm)都使连续离子束12保持为窄束，这可要求利用具有两个狭缝的加热准直器(未图示)来修整连续离子束12的一部分。然后，200V/mm的强加速场允许把所谓的回转时间降到3-4ns，同时仍不超过MR-TOF分析器的能量接受度(在4kV加速下，为300eV)。减小离子束12的宽度的任何尝试会导致信号强度的极快损耗。例如，把离子束12的宽度降低两倍(以便获得短两倍的回转时间和高两倍的分辨力)会导致强度的16倍损耗，因为加热准直器的两个孔径都必须被减小两倍，准直器的相位接受度成孔径尺寸的4次方地降低。从而，图1的方案是刚性的，抵制分辨力的调整，灵敏度和分辨率之间的折衷并不可取。当利用纯RF四级杆中的碰撞阻尼约束连续离子束12时，图1的方案很出色。然而，如果试图把具有10nA以上的大离子电流的离子源用于这种方案，那么归因于纯RF四极杆中的空间电荷效应，离子束发射度扩展，从而传输快速降低。离子包的聚束和脉动加速在核物理学中很好地描述了离子包的聚束，通常在等质量连续离子束的斩切之后。聚束(即，一个边界-开始或终止-是时间边界，而另一个边界位于恒定距离-网状或环状电极处的脉动加速或减速)提供离子包的时间再聚焦，同时使时间发射度(即时间展度ΔT和能量展度ΔK的乘积ΔT*ΔK)守恒。该基本离子光学性质被称为Liouville定理。在距离-时间图中，可观察到聚束的聚焦/散焦性质。对于应用于初始停滞的离子云的脉动加速方案，使时间发射度守恒的相同基本定律也成立。参见图2，图中描述了几种聚束和脉动加速方案，距离为X轴，时间为T轴。方案21对应于零平均速度下(即，正交加速器中)的离子的脉动加速。加速始于T＝0，并在离子离开加速区时终止。初始空间展度ΔX1被转换成速度展度ΔV2。尽管在长两倍的距离之后，实现时间聚焦T|X＝0，不过，初始速度展度ΔV1仍然不可避免地导致一定的有限包宽度ΔX2。空间展度和速度展度的乘积守恒(即，ΔV1*ΔX1＝ΔV2*ΔX2)。按照更便利的形式(即，ΔT*ΔK)，相同的乘积也守恒，通过利用强度更高的加速场E(以更高的加速度A＝qE/m)，可以减小回转时间ΔT2＝ΔX2/V2，只不过代价是能量展度增大：ΔT2＝ΔV1/A＝ΔV1*m/qE；和ΔK2＝ΔX1*E。另外，两种形式的守恒乘积之间的转换系数为：ΔT1*ΔK1＝ΔT2*ΔK2＝ΔV1*ΔX1*m/q＝ΔV2*ΔX2*m/q(式1)方案22对应于所谓的延迟引出(WilleyMcLaren’1953)，其中初始停滞的离子云被允许扩展，延迟地施加加速脉冲。该方案允许达到时间聚焦T|V＝O，以及或者减小回转时间，或者移动时间-焦平面。然而，由于相同的原因：ΔT*ΔK＝常数，对于初始展度，根本不可能同时达到相似的聚焦。方案23对应于MALDI源中的延迟引出，提供具有非零平均速度的离子包的聚束。方案24在减速区提供对应的聚焦。存在具有加速或减速聚束的多种其它方案，以提供时间聚焦、焦平面调整、当加速或加速度具有不同的边界-一个边界在固定时间，而另一个边界在固定位置时，包含能量展度减小的包的包的获取(在核物理学中称为散束)。使时间发射度守恒的陈述看来与US8461521中最近提出的同时空间和速度聚焦矛盾。然而，主张的同时聚焦是对于二次时间每能量偏差T|KK(在双级离子镜中也可实现)，而不是对于一次偏差T|K实现的。下面我们突出离子包聚束的几个重要特征：·乘积ΔT*ΔK守恒，并与乘积ΔX*ΔV相关；·聚束可以使用加速或减速来工作；·聚束可用于时间聚焦，用于时间焦点调整，或者用于减小能量展度；·在某种意义上，聚束使离子包聚焦在X-T空间中，类似于空间透镜聚焦，存在一个差别—聚束也可用于散焦，而透镜局限于聚焦；·能够实现时间展度ΔT的减小，不过代价是能量展度ΔK的增大，这在达到TOF分析器的能量接受度(TOF中15-20％，MR-TOF中7-10％)之前是合理的；和·只有当离子包具有零平均速度(例示于方案21和22中)时，全质量范围才得以保持，否则聚束导致质量范围减小(有时是合意的)。连续离子束的轴向聚束另外，提出了各种形式的按有限工作比用于到脉冲的连续离子束转换的聚束(例如，在均通过引用包含在本文中的US5614711(Heftje)和US7045792(SAI)中)，不过，提出的各种方法限制质量范围，产生过度的能量展度，形成寄生TOF峰。本公开减轻了存在于提出的各种形式的轴向聚束方法中的这些问题中的一些问题。参见图3，图中以示意方框图的形式，公开了本发明的用于把连续或准连续离子束脉动转换成离子包的方法31。例示的方法31包括以下顺序步骤：(a)电离离子源中的离子，生成初始能量展度低于10eV的连续或准连续离子束；(b)把离子束连续加速到至少比初始能量展度大10倍的平均能量；(c)视情况，在空间聚焦平面处空间聚焦离子束，同时使离子角展度维持在限度之内，以致轴向离子能量展度仍然与初始能量展度相当；(d)利用具有一个时间边界和另一个空间边界的脉动加速或减速电场，聚束所述连续或准连续离子束，从而形成离子包；(e)拒斥在聚束边界之外的其能量受聚束影响的离子；和(f)在离子包的色偏转或聚焦时，等时过滤所述离子包的能量，在位于空间/角聚焦平面中的至少一个孔径，除去具有不需要的能量的离子，同时通过适合后续飞行时间质量分析步骤的能量接受度的离子。另外，例示的方法31包括以下相继步骤，所述以下相继步骤一般涉及TOFMS分析(而不是特别涉及把连续或准连续离子束脉动转换成离子包的处理)：(g)在至少一个离子镜的静电场中的等时反射(所述等时反射可以是多个反射中的单个反射)过程中，时间分离离子包；(h)利用飞行时间检测器，检测离子包，从而形成波形信号；和(i)分析检测的波形信号，以提取质谱信息。在上面列举的步骤中，(c)、(g)、(h)和(i)示于方括号中，以强调这些步骤是可以作为整个方法的一部分发生的而不直接与脉动转换相关的可选或附加步骤。再次参见图3，利用单一质量的离子的距离-时间图32，介绍脉动转换的方法31。沿着X轴和T轴标绘的离子轨迹在速度较小的情况下，始于T＝0，对应于X-T平面内的较小倾角。图3修剪了具有负X值的轨迹，以便聚焦于在T≥0时发生的步骤。连续加速步骤：发生在恒定的XA区，导致离子速度增大，对应于图32的较大倾角。离子被加速到比能量展度ΔKC至少大10倍的平均能量KC，这变得对后续步骤的成功很重要。已知多种质谱连续离子源生成能量展度为几个电子伏特，或者如果特别注意，那么低至1eV或者更小的离子束。例如，已知使用气体填充纯RF离子导向器，轴向能量展度被抑制到1eV之下。这样的能量展度对TOFMS来说仍然太大，对于1000amu，为了把回转时间降到5ns以下，需要大于1kV/mm的场强。连续加速减小绝对速度展度。例如，把平均速度从V1加速到V2可按照下式降低速度展度：ΔV2＝ΔV1*V1/V2(式2)图32中，利用在连续加速平面XA之后的倾角的展度的减小，图解说明了式2。对于具有0平均速度(即，V0＝0)和与2ΔV0速度展度对应的热能K0的离子云(其中V0＝(2K0q/m)0.5)，到能量KC的连续加速把速度展度减小为2ΔVC＝(2q/m)0.5*[(KC+K0)0.5-(KC-K0)0.5]，从而，连续加速之后的全速度展度2ΔVC变成：2ΔVC＝ΔV0*(K0/KC)0.5(式3)把具有0.5eV热能(1eV全能量展度)的离子云加速到1000eV能量允许显著的速度展度降低(即，把速度展度降低60倍)。尽管连续加速不改善转换器的工作比(如下面在表I中所示)，不过它允许利用聚束转换器的实际上便利的尺寸和脉冲振幅，它利用在下一步骤的空间聚焦透镜，减小色差。从而，对于典型ΔKC(即，接近于1eV)，该方法适合于KC>10eV，并且优选适合于介于数百到数千电子伏特之间的KC。绝对速度展度的这种减小是本公开的优点。这种减小是这里介绍的新设备和方法的结果。空间聚焦步骤：可选地，如图32中所示的方法31包括空间聚焦的步骤。可选的空间聚焦步骤在TOFMS或MR-TOFMS中的聚束、时间离子选择、能量过滤和质量分析步骤之前，修改离子束宽度和散度。空间聚焦步骤发生在连续加速步骤之后，以使在透镜聚焦时的色差降至最小，不过空间聚焦步骤发生在聚束步骤之前，以使轴向速度展度和回转时间降至最小。空间聚焦把射束聚焦到能量选择孔径中，导致对能量过滤步骤的增强。在空间聚焦步骤处，离子束参数被调整，以实现离子包与能量过滤器和TOF分析器的接受度的最佳耦合。例如，空间聚焦可实现长焦距和小偏转角α，以避免否则会对相对于初始能量ΔK0的连续离子束的轴向能量(例如，归因于会按照ΔK'＝K*α2增大能量的较大角度α)发生的任何显著影响。图标32表示比连续离子束中的ΔV2速度展度小的额外轴向速度展度ΔVF。等能束的空间聚焦是本公开的新方法和设备的另一个优点。聚束步骤：在空间聚焦步骤之后，在称为聚束区的空间-时间区内，应用聚束电脉冲，在图32上，所述聚束电脉冲被例示成加速脉冲。聚束区内的离子将获得与加速路径成比例的离子能量，并将如在正交加速器的方案21中所述和例示地被时间聚焦。能量过滤步骤：之后通过利用附加的能量过滤器(图32中未图示)，使聚束的离子包与连续离子束分开。在图32上，对于倾角过大或过小的轨迹，用“拒绝的K”表示被过滤的离子包。该相同的能量过滤器也允许除去能量展度过大的离子。能量展度过大的离子的去除是重要的，因为这些被去除的离子可能不符合后续的TOF分析器(图32中也未图示)的能量接受度范围，所述能量接受度范围通常在单反射栅式TOF中为15-20％，在无栅MR-TOF中为7-10％。这允许加速场强的独立控制。例如，强的施加脉动加速可减小包的回转时间。该能量过滤步骤表示本公开的新方法和设备的核心特征。与US5614711(Heftje)和US7045792(SAI)相反，本发明的能量过滤步骤消除不需要的离子，允许保持加速的脉动包的具有受控能量展度和时间展度的理想部分。可以使时间展度充分低于1ns，受(a)与能量过滤步骤相关的色差(所述色差又取决于束尺寸)；和(b)受损的工作比限制。具有错误能量或者源于聚束器边界的“坏”离子的消除允许形成受控的很好的离子包。消除减速离子步骤：如果象在核物理实验中仅仅断续单一质量的离子束，那么该步骤不是必要的。如果选择固有地排除减速离子的较窄能量范围，那么该步骤也是不必要的。然而，TOFMS分析处理至少10:1的较宽质量范围。在TOFMS分析中可能出现的不同质量的范围内，倾角可能相差至少3倍。因而，对于TOFMS分析范围内的离子的较轻部分，布置脉冲持续时间以避免“虚幻峰”变得不切实际。为了理解这些“虚幻峰”的性质，有利的是分析在图32中描述的特殊聚束情况，其中加速脉冲施加于入口电极。在该聚束情况下，脉动减速场出现在入口电极之前，当离子逼近入口电极时，导致离子的减速。图32描述“脉动散束(debunching)”的杂乱区。该区域中的多数离子将被减速，并被能量过滤器过滤。然而，一部分的离子将经历减速，继之以加速，这产生其中所述离子不会被能量过滤器过滤的情形。这些减速但未被过滤的离子稍后在TOFMS分析中形成“虚幻峰”。视情况可用多种方式，完成这些“虚幻峰”的去除，所述多种方式包括：使用独立的定时离子选择器；或者把这种时间选择并入脉动电极本身的偏转或散焦性质中。例如，可在离子经过电极孔径时，使离子散焦，或者可利用并入脉动电极中的附加偏转器来空间偏转离子。在一个特殊的实施例中，可把双极网用于聚束和偏转目的两者，如果施加不对称脉冲的话(例如，如果只对偶数导线施加脉冲的话)。或者，通过向在脉冲电极之前的电极施加相同的脉冲电压，可以除去减速场(表示成图32中的杂乱区)。由于存在用于去除虚幻峰的多种可选方法，因此，除去暂时减速的离子的更一般步骤不被简单地称为“偏转”、“时间选择”，或者甚至不被称为“避免减速场”。或者，如果对于离子包选择相对较窄的能量范围，可以去除虚幻离子。不过，这会导致对于聚束的工作比的损害。如下所述，当应用于单反射TOF时，方法31具有比(例如SU1681340的)正交加速方法低的工作比。然而，方法31在MR-TOF的情况下，提供相当的工作比，在TOFMS和MR-TOFMS中，方法31提供大得多的空间接受度。因而，方法31可提高脉动转换的总体效率。轴向聚束时的工作比式4证明对于适合TOFMS能量接受度的连续离子束(被转换成离子包)的有效使用时间间隔。式4假定在1000amu下，2ΔK0＝1eV的连续离子束的能量展度、ΔK＝350eV(ΔK/K＝7％和K＝5kV)的TOF能量接受度以及ΔT＝3ns的目标峰宽。根据使时间发射度守恒的定理，轴向聚束的有效使用时间为：TEFF＝ΔT*ΔK/2ΔK0≈1μs(式4)容忍较大的峰宽ΔT、利用较大的TOF能量接受度或者减小气体填充离子导向器中的离子能量展度将增大有效使用时间TEFF。注意，所述有效使用时间TEFF与连续离子束的离子能量KC无关。这种无关性假定了在脉动加速聚束器处的场强E的适当调整。表1证明在以下基本条件下，有效使用时间TEFF与连续束的离子能级KC的无关性：对1000amu离子来说，2ΔK0＝1eV,ΔK＝350eV和ΔT＝3ns。值得注意地，表1中的数字被四舍五入。表1表1的计算：连续离子束中的平均速度被计算为VC＝(2UC*q/M)0.5。速度展度ΔVC是利用在(式3)中提供的公式计算的。计算所需的聚束场强E，以使回转时间恒定保持在ΔT＝ΔVC*M/qE＝3ns。能量接受度被视为常数(ΔK＝350eV)。聚束离子包的有效长度被计算为XEFF＝ΔK/qE，有效使用时间被计算为TEFF＝XEFF/VC。在所有情况下，使加速场强适合于把恒定能量展度保持在350eV，和把恒定回转时间保持在3ns。有效使用时间从而被计算为1.06μs(在表1中，近似表示成1μs)，而与连续离子束的平均离子能量的变化无关。由于下面说明的多个原因，最佳能量结果证明约为1keV，这对应于实际上便利的15mm的有效加速长度。当把聚束用于标准单反射Re-TOFMS时，轴向聚束的工作比似乎无效。为了得到超过10000的分辨率，对于1000amu离子，Re-TOFMS一般采用T＝100μs的飞行时间。从而轴向聚束提供DC＝TEFF/T＝l％工作比，而归因于Re-TOF的允许25-40mm的长正交加速器(OA)的宽空间接受度，已知正交加速方法(例如，SU1681340)提供10-15％工作比。为了有效地把离子转移到OA中，连续离子束的轴向能量通常被选择为约50eV。从而1000amu离子的轴向速度为4.5mm/μs，OA的有效时间为TEFF＝5-10μs，显著大于就Re-TOFMS来说与轴向聚束方法31相关的TEFF＝1μs。然而，当把轴向聚束方法31用于MR-TOF分析器，接纳低于5-6mm的短离子包时，(关于分辨率的)结论完全不同。在这种情况下，OA的有效时间降到1-1.2μs(对于1000amu离子)，与OA轴向聚束相关的增益消失。事实上，当使用具有大空间发射度的离子束(比如EI源或辉光放电源)时，OA方法变得尤其不利。在这种情况下，OA的使用需要伴有大空间损失和转换器总效率剧烈减小的离子束准直。如下所示，轴向聚束方法允许采用与OA方法相容性差的具有异常宽的发射度和能量展度的离子源。这里介绍的实现引入注意。轴向聚束曾被认为具有远不及正交加速的工作比。本公开呈现相反的证据。轴出聚束的空间接受度和优点利用在式5中证明的总空间接受度(A)和表征脉动转换器的总效率的空间接受度与有效使用时间之积(A*TEFF)两者的改善，进一步举例说明和OA方案比起来归因于轴向聚束方法31的增益，其中：A＝(ΔX*ΔV)2＝(ΔX*Δa)2*K(式5)在50eV能量下，一维OA接受度(a)约为a＝2mm*deg，从而，最大接受度为A＝200mm2*deg2*eV＝0.05mm2rad2eV。对于MR-TOF的接受度的估计为：·在5keV下，a＝2.5mm*deg(更精确地：在垂直的Y维度为5mm*1deg，在Z向为3mm*0.4deg)；以及·A＝30,000mm*deg2*eV≈10mm2rad2eV.对于Re-TOFMS的估计为：·在10keV下，a＝10mm*deg(即，A＝1E+6mm*deg2*eV≈300mm2rad2eV)。以前，OA的有效时间在TOFMS中被估计为TEFF＝10μs，在MR-TOFMS中被估计为TEFF＝l-1.5μs。通过利用轴向聚束方法31，TEFF＝1μs。结果示于表2中，表2举例说明OA的空间接受度显著小于TOF和MRTOF分析器的空间接受度：a(mm2*deg)K(eV)A(mm2*rad2*eV)OA2500.05MR-TOF2.55,0008Re-TOF1010,000300表2：最大空间接受度(A)与一般理解相反，在轴向聚束中，由乘积A*TEFF表征的总效率显著高于OA。对于MR-TOFMS，就轴向聚束来说，A*TEFF＝10mm2rad2eV*μs，而就OA来说，A*TEFF＝0.08mm2rad2eV*μs。对于Re-TOFMS，就轴向聚束来说，A*TEFF＝300mm2rad2eV*μs，而就OA来说，A*TEFF＝0.5mm2rad2eV*μs。结果示于表3中，表3还表示当采用具有宽发射度的离子源(比如EI、SIMS和辉光放电)时，与OA方案相比的轴向聚束方法31的效率增益。轴向聚束提供多个其它技术优点和便利方案(不适用于OA方案)，比如更宽动态范围的易于控制的信号增益、窄质量范围的选择和内置MS-MS特征-所有这些在下面说明。表3：轴向聚束(AxB)和OA的总效率(A*TEFF))表2和3中的数据突出新的轴向聚束方法31和常规的正交加速方法之间的差异。在正交加速器中，连续离子束的空间发射度不影响回转时间。必须采取特别的努力，并且必须接受离子损失，以在OA入口处维持窄离子束。与OA相反，轴向聚束方法31容忍宽得多的离子束，对于多数普通离子源，不需要连续离子束的任何修整。另外，轴向聚束允许获得对于多数常规离子源实际上与离子束发射度无关的超短离子包(例如，小于1ns)。这是本公开的方法和设备的一个主要发明点。TOFMS的轴向聚束参见图4，进行本公开的轴向聚束方法31的飞行时间质谱仪的优选实施例41包括以下依次轴向排列的组件：连续源42、连续加速级43(即，加速器)、空间聚焦透镜44、抑制器45、由平行电极46和48形成的聚束器、能量过滤器49和TOF分析器50，TOF分析器50可以是Re-TOF或者MR-TOF。用门形图标示出的脉冲发生器连接到电极45和46。操作中，适当的连续离子源42生成具有小于10eV能量展度ΔK(更优选的是ΔK<1eV)的连续离子束(图4中用白色箭头表示)。连续源42生成在利用不同大小的黑色圆圈表示的宽质量范围中的离子。加速器43把离子束连续加速到至少比能量展度ΔK大10倍的平均能量KC。连续离子束的绝对速度展度如(式3)所示地降低。空间聚焦透镜44把连续离子束空间聚焦到能量过滤器49。低相对水平能量展度有助于避免透镜色差。空间聚焦透镜44可被并入连续源42、加速器43和抑制器45中，或者与连续源42、加速器43和抑制器45共用一些电极。连续离子束被一直输送到在电极46和48之间的聚束区47。在聚束步骤处，电极46上的电压脉冲在电极46和48之间形成脉动加速场。视情况，可以和电容和电阻分压器一起使用一组电极，以产生几乎均匀的脉动电场。在聚束区47内的连续束的一部分(用黑色圆圈表示)获得足量的能量，以通过随后的能量过滤器49。脉冲持续时间被选择为足够长的时段，以便利用连续束中的感兴趣的最重离子，完全清除电极46和48之间的加速间隙。例示成白色圆圈的离子束的周围部分将以不正确的能量离开聚束区47，从而不会通过能量过滤器49。形成的离子包进入TOF分析器50，以便进行质量分析。向抑制器45施加另一个电压脉冲，以避免暂时减速的离子。抑制器45可以延迟或偏转新进入的离子，或者它可仅仅在电极46之前形成无场区。在一个实施例45a中，利用双极网，使抑制器45与脉动电极46结合，所述双极网推送在较远距离处的离子，以及偏转逼近的离子。在再一个实施例45b中，向偏转电极施加聚束脉冲，以使逼近的离子转向。在另一个实施例45c中，向一组前电极施加聚束脉冲，以避免在电极46的网之前的减速场。在另一个实施例45d中，以双极网的形式构成抑制器45，所述双极网偏转上游离子和紧邻聚束电极46的离子两者。为了增大脉动喷射方案41的工作比，优选以如在通过引用包含在本文中的WO2011135477中所述的编码脉冲间隔(EFP)，频繁地(比最重的离子通过MR-TOF分析器所需快得多地)施加聚束脉冲46。作为数值例子，聚束脉冲的平均时段可为10μs，聚束器的有效时间可为1μs，这对应于脉动转换的10％时间工作比。理想聚束器中的时间聚焦参见图5，图中呈现了利用具有细网格的一维聚束器，模拟理想聚束区47的结果。图5的结果是利用具有3000eV离子能量的500amu离子束内的1eV的假想各向同性能量展度确定的。在100mrn聚束器两端，施加1500V脉冲，场强为15V/mm。呈现了聚束器出口(图51)和位于聚束器之后约500mm的中间时间焦点(图52)处的时间-能量图。对图51、52来说，平均离子能量为3750eV，平均速度为40mm/μs。值得注意地，单级聚束器引入T|KK偏差，如用图52中的二次曲线所示。通过利用具有连续加速级43的双级聚束器，或者通过利用双级离子镜，能够除去图52中例示的偏差。在3750eV平均能量下，射束具有1500eV能量展度(即，它与具有较小的相对能量接受度的TOFMS相容性差)。在利用理想能量过滤器(例证的能量过滤器在下面说明)过滤300eV能量窗之后，继续越过能量过滤器49的离子包具有约10ns的时间展度，主要由聚束器T|KK偏差限定(如图53中图解所示)。在利用双级离子镜(如图54中图解所示)之后，T|K偏差被消除，在峰基线处的离子包时间宽度保持小于4ns，同时FWHM＝2ns，主要由在聚束器中形成的回转时间限定。注意，能量展度1eV的离子束的到3750eV的平坦加速仅仅引起24mrad(1.5°)全束发散度。当引入额外的角展度(它可由形成射束的中间透镜系统引起)时，在连续离子束中引入额外的速度展度。所述引入的速度展度能够引起额外的时间展度(如图55中图解所示)。对于小于2°(已超过MR-TOFMS空间接受度)的角展度，当在40mm/μs速度下利用20mm的离子束时(即，在0.5μs有效时间下)，聚束器能够形成小于3nsFWHM脉冲包。参见图6，在模拟中，理想的栅式聚束器41被无栅电极代替。在图6A中，无栅电极被具体体现成具有脉动加速场的均匀分布的一组环形电极。在图6B中，无栅电极被具体体现成一对大直径电极。在图6A的聚束器中，利用弱聚束静电场强(15V/mm)，从高能(3000eV)连续离子束生成窄的聚束离子包(≈2ns)。在图6B的聚束器中，利用强场(100V/mm)，从低能量(100eV)连续离子束生成相似的窄离子包。无栅系统提供和图5中的理想网覆盖聚束器完全相同的时间聚焦，而不存在任何显著的空间散焦。考虑到能量过滤，所公开的轴向聚束器和轴向聚束方法获得极短的离子包(对于1mm-3mm宽离子束，估计短至0.1ns，对于3mm-10mm离子束，估计短至1-3ns)。该限度目前由在能量过滤步骤时的飞行时间偏差设定。可以实现窄射束的超短离子包，或者可以聚束在受损的离子包时间宽度下的很宽的射束。例证的能量过滤器参见图7A，脉动转换器的实施例71视情况包括封闭的电子轰击(EI)离子源42、静电加速级43、轴向对称透镜44、在入口部分46和出口部分48之间示出的无栅聚束器47、和能量过滤器79。无栅聚束器47可视情况被具体体现成图6A中例示的聚束器。能量过滤器79包括平面透镜72、第一静电扇形体73、第二静电扇形体74、第三静电扇形体75、一组环绕狭缝76和能量过滤狭缝77。接地的封闭EI离子源42生成能量展度约1eV的离子束。在静电加速级43(浮置到-1500V)处把离子束加速到1500eV之后，根据实验数据，离子束发射度被估计为2mm*deg。轴向对称透镜44提供在聚束器47的中部处的轴向聚焦。入口板46脉动(即，交替从-1500V到0V)，借助于电容-电阻分压器(图7中未图示)，使脉冲线性分布在聚束器电极之间。100mm长的聚束器47形成15V/mm的加速场，类似于图5中例示的在前的“理想聚束器”模拟。平面透镜72沿水平方向空间聚焦离子包，以提供在能量过滤狭缝77处的空间聚焦。在该聚焦之后，离子进入第一静电扇形体73。随后，具有2250eV(±150eV)的中间能量的离子能够通过能量过滤狭缝77，可用2.5mm的宽度具体体现能量过滤狭缝77。能量过滤狭缝77截止剩余离子，如用图7的左下图图解所示。这对应于出现在聚束器47的20mm长中间部分处的离子的通过，对于500amu离子，对应于0.85μs有效时间(24mrn/μs的速度)。设计3个静电扇形体73、74、75，以便在X|X＝1和a|a＝1变换下通过离子时，使时间失真降至最小。总的FWHM峰小于4ns(考虑到初始的能量展度和角展度)，如用图7的右下图图解所示。图7所示的本公开的实施例71的弯曲能量过滤器79起轴向聚束离子束的能量过滤的目的，同时接受宽离子束，只引入可接受的时间失真。备选的能量过滤方案参见图8，利用例证的系统81-84描述的备选能量过滤器可被具体体现成：成一定角度的离子镜86，所述离子镜优选是无栅的；静电扇形体87；偏转器88；透镜89；或者这些元件的组合。系统81-84都采用在分离狭缝90处的空间离子聚焦，和某些色(即，能量相关)离子光学元件，所述光学元件使不需要轨迹的离子移离分离狭缝90的中心。图8中，不需要轨迹的离子用虚线例示。由于随后的TOF分析器拥有7-10％的相对能量接受度，因此能量过滤器系统81-84可具有有限的分散，可只产生最小的时间失真，可避免不需要能量的离子的污染。例如，由于这些标准，基于离子镜的系统(例如，系统81)尤其有希望。图9中例示了呈现为具有轴向聚束转换器的单反射TOFMS91的本公开的另一个实施例。参见图9，为了结合轴向聚束，单反射TOFMS91包括连续离子源92、空间透镜系统94、平面聚束器95、离子镜98、狭缝99和TOF检测器100。另外，单反射TOFMS91视情况包括转向装置93。转向装置93可被具体体现成离子束偏转器。或者，单反射TOFMS91不必包括转向装置93，在这种情况下，可以仅仅使连续离子源92倾斜。连续离子源92在设定的kV能量范围下，生成连续离子束96。使平面聚束器95大体平行于离子镜98和所述检测器100地定向。图9中例示的单反射TOFMS91的连续离子束96具有倾斜轨迹(用连续离子束96的虚线部分例示)。连续离子束96的倾斜轨迹是通过相对于TOFMS91的X轴，使束轨迹偏移小角度α(例如，5-10°之间的α)形成的。施加于平面聚束器95的电脉冲只在X方向(沿X轴)增大离子能量；从而，发生定量地依赖于增益的能量的离子轨迹角度α的变化。例如，在平面聚束器95处获得的额外能量之后，离子轨迹会变成聚束轨迹97。调整空间透镜94，以把期望能量的离子聚焦到狭缝99。空间透镜94的聚焦提供在平面聚束器95之后的较低分辨率能量选择，并容许在约15-20％相对能量展度内的离子。单反射TOFMS91的离子光学模拟表明系统对连续离子束96中的角展度的容限较低。然而，就典型离子束(大小约几毫米，角发散度为1°，能量展度为1eV)来说，对于1000amu离子，可以获得约5-10ns宽度的离子包。具有宽空间发射度的离子源返回参见表2，轴向聚束方法31可能尤其适用于与正交加速器(OA)的接受度相比固有地具有较大发射度的离子源，其估计为：·在K＝50eV下，a＝2mm*deg，或者·A＝0.05mm2rad2eV.在多个离子源中，通过利用阻尼纯RF离子导向器(RFG)在0.026eV的热能下把离子束的大小限制在0.3-1mm之间，解决了发射度匹配的问题。即，为了计算全发射度：RFG发射度E＝0.003-0.03mm2*eV(式6)在这种情况下，OA接受度不再是限制，优选OA方案(至少对于单反射TOF)，因为它提供更好的工作比(如前所述)。然而，归因于某些实际考虑因素，RFG的使用可证明是不可取的。所述考虑因素的例子可包括：(a)减慢快速成型(profiling)或分离时的离子迁移；(b)RFQ中的附加离子分子反应；(c)取决于1-10nA以上的离子电流的发射度，这导致RFQ和OA之间的额外损失；(d)对于周围分析器或离子源的额外气体负荷；(e)RFQ的有限接受度，它可能超过源发射度；(f)RFQ的有限质量范围(即，不能迁移轻离子)，和对重离子的约束较差；和(g)RFG的额外成本。在其中这些考虑因素被着重考虑的情况下，可优选本公开的轴向聚束方法31。返回参见图4，另外跳到图12，离子源42(或122)可包括CI、封闭EI、或者半开放EI源，如在通过引用包含在本文中的WO2013163530中所述。这些源的发射度水平接近10mm2rad2eV，接近MR-TOF分析器的接受度，但是远远超过OA的接受度。在这种情况下，轴向聚束提供脉冲转换效率方面的显著增益。离子源42可被具体体现成具有较大的相关发射度和较大的相关能量展度的离子源。例如，可以使用在0.1-1Tor气压下的辉光放电离子源，或者ICP源。离子源42的另一个实施例是SIMS或MALDI源，其中一次离子束光栅跨越所述表面，其中除了飞行时间聚焦之外，能量过滤器和质量分析器还提供空间成像。公开的轴向聚束方法适合于很宽的离子束(例如，高达3mm-10mm范围)，而不因能量过滤时间偏差而影响脉冲宽度，在一些包含的能量过滤或时间展度的情况下，高达100mm或者更大。气态离子导向器之后的聚束参见图10，脉动转换器101的实现包括气态射频(RF)离子导向器102、轴向DC场103、屏蔽电极104s、引出电极104e、DC加速级105、空间聚焦透镜系统106、脉动聚束器108、和能量过滤器110。气态RF离子导向器102是具有浅动态阱径向分布D(r)的宽孔离子导向器(即，具有至少6mm的孔宽度-更可取的是10mm-15mm)，如在图10的图标处所示。浅D(r)阱或者在高阶多级(即，8级、10级或12级)内形成，或者在由具有交替RF相位的环形成的离子隧道内形成。离子导向器102填充有具有1-100mTor压力范围的气体，以便实现碰撞离子阻尼。气态RF离子导向器102优选包括轴向DC场103，它可被具体体现成：楔形辅助电极；具有DC场的可变穿透的倾斜RF杆；电阻式RF杆；电阻式辅助电极；分段杆；辅助电极；或类似物。操作中，高阶多极离子导向器102提供输入离子束的碰撞阻尼，形成浅电位阱D(r)，所述浅电位阱D(r)能够在多极的中央部分处采用大离子电流，而不把离子激发到高能量。优选利用几伏的软轴向DC梯度，辅助通过多极离子导向器102的离子运动，以降低对于离子能量分布的空间电荷效应。屏蔽电极104s和引出电极104e的组合能够实现离子轨迹的超出多极的适度空间离子聚焦。图10中利用表示离子轨迹的虚线，例示了所述适度空间离子聚焦。布置引出，以使离子能量失真降至最小。较小的引出DC梯度(即，几伏的梯度)允许绝热离子运动。值得注意地，在边缘RF场中，离子不会获得额外的能量。只对核心区的离子采样(甚至接受离子引出时的离子损耗)也降低RF场对离子能量的影响。这种系统能够形成离子能量展度充分低于1eV的连续离子束，同时提供与常规纯RF四级相比更低的空间约束。在脉动转换器101的超出气体碰撞区的DC加速级105中，连续并且软引出的离子束被DC加速到以keV为单位的能量范围。可视情况被具体体现成伸缩透镜系统的空间聚焦透镜系统106形成实质平行的离子束107。为了低角发散度起见，这种聚焦使离子束能够空间扩展。脉动聚束器108脉冲加速离子束，形成离子包109，而能量过滤器110截除离子包109的具有过大能量展度的一部分。系统101准备离子包109，所述离子包109随后优选在具有宽能量接受度的TOFMS(图10中未图示)中被DC加速和分析。这种系统101能够形成亚纳秒离子包，并提供在20-30％之间的工作比。从而，脉动离子包的聚束提供转换器的工作比的进一步提高。软脉动离子包的聚束参见图11，本公开的轴向聚束设备的另一个实施例111包括以下依次轴向排列的组件：累积离子源(例示成离子室112、反射极113和引出器114)；连续加速级43；空间聚焦透镜44；时间选择器45；由平行电极46、48形成的聚束器47；能量过滤器49；和TOF分析器50，TOF分析器50可以是Re-TOFMS或MR-TOFMS。脉冲发生器45p和46p分别连接到时间选择器45和电极46。因而，时间选择器45视情况被具体体现为额外的电极。图11的实施例111的累积离子源室112包括用于具有：ΔT≈1μs；和约ΔK≈1eV的较小能量展度的离子包的软脉冲引出的至少一个电极113。因而，乘积ΔK*ΔT接近1eV*μs。实施例111包括例证的封闭电子轰击(EI)离子源，它具有离子室112、连接到脉冲发生器113p的反射极113以及连接到脉冲发生器114e的引出器114。被分析样本是借助例如运载气体(一般为氦或氢)的流量一般为1mL/min的气相色谱仪供给的。离子源中的气压可被维持在0.5-10mTor之间，取决于离子源开口，所述开口具有可在1mm和4mm之间变化的直径。在70eV下，0.03-3mA电流的电子束使样本电离。周期性地，向反射极113施加小振幅脉冲(即，振幅为几伏的脉冲)。脉冲发生器114e向引出器114施加数十伏特，以便实现软引出，所述软引出形成持续时间为1-2μs以及能量展度为1-2eV的离子包，如在通过引用包含在本文中的WO2012024468中所述。操作中，离子源从如用离子室112内的不同大小的黑色圆圈表示的宽质量范围的离子，生成离子束。连续加速级43把离子束连续加速到平均能量KC，平均能量KC被选择成至少比能量范围ΔK(100-3000eV)大10倍。离子束的绝对速度展度降低，如用(式3)所示。空间聚焦透镜44把离子束空间聚焦到能量过滤器49。低相对能量展度有助于避免色透镜偏差。空间聚焦透镜44可被并入离子源、加速器43或时间选择器45中(或者与离子源42、加速器43或时间选择器45共用一些电极)。取决于包的离子质量，每个脉动包可能在不同的时间进入(由电极46和48形成的)聚束器47。在预先选择的时间，向至少一个电极施加聚束脉冲(在实施例111中，经脉动发生器46p，向电极46施加聚束脉冲)，以便实现较窄质量范围的聚束。其它质量的离子将获得数量与较窄质量范围的离子不同的能量，将被能量过滤器49滤出。从而，该方案产生在有限质量范围内的离子包，但是具有与图4中图解所示的实施例中的连续离子束的聚束相比明显更高的工作比。与实施例111相关的这些性质在母质量选择或目标分析期间可能是有益的，其中，在分析之前，被分析化合物的质量(在GC-MS中，与色谱时间相关)是已知的。为了增大实施例111的脉动喷射方案的动态范围，优选利用如在通过引用包含在本文中的WO2011135477中所述的编码脉冲间隔(EFP)，频繁地(比最重的离子通过MR-TOF分析器所需时段快得多地)施加聚束脉冲。这种快速脉动可能降低离子源室112中的空间电荷饱和，还可能产生归因于检测器的以及TOF分析器50中的数据系统的动态范围而需要的减小。具体就利用封闭EI源(具有小于0.1cm2的开口)的实施例111的“双”脉动方案的效率来说，保存的离子云的大小被认为与电子束的宽度匹配(即，近似于1mm厚)。在离子累积阶段的封闭EI源内的离子热能被假定为0.5eV。对于软喷射，(电子束区域中的)引出场强被设定在1V/mm。引出的包预期具有1eV的能量展度，和3μs的回转时间(对1000amu离子来说)。从而，软离子包中的时间展度和能量展度的乘积可被估计为ΔT*ΔK＝3μs*eV。恰当布置的聚束(脉动加速)应保持该乘积，这意味在TOF聚焦平面中，时间展度可被减小到5ns，对应于在聚束步骤时的500eV的增大的能量展度，从而达到几乎为1的工作比。再次参见图11，本公开的轴向聚束设备的另一个实施例115包括下述依次轴向排列的组件：由RF馈电多级杆116形成的累积离子导向器；辅助推送电极117；辅助DC阱电极118；出口撇取器119；连续加速级43；空间聚焦透镜44；时间选择器45；由平行电极46、48形成的聚束器47；能量过滤器49；和TOF分析器50，TOF分析器50可被具体体现成Re-TOFMS或MR-TOFMS。脉冲发生器45p和46p分别连接到时间选择器45和46。因而，时间选择器45可视情况具体体现成附加电极。另一组脉冲发生器连接到辅助推送电极117和出口撇取器119。操作中，优选由多极导向器内的DC轴向场提速的输入离子束由轴向DC阱保存，所述轴向DC阱由来自辅助推送电极117、辅助DC阱电极118和出口撇取器119的DC电位形成。在所述离子束存储期间，离子束保持由多极杆116的RF场径向约束。向辅助推送电极117和出口撇取器119施加定期软引出脉冲(例如，振幅为几伏特到几十伏特的脉冲，取决于辅助场的穿透效率)。视情况，在引出脉冲之前，杆116上的RF场可被关闭几微秒。软引出场被调整到约0.3-1.0Vmm。软引出可能引入很小的能量展度(即，小于1eV)，同时形成亚微秒离子包。预期方案115对于有限的质量范围在聚束阶段时提供为1的工作比，同时为TOFMS分析生成亚纳秒离子包。具有轴向聚束的MR-TOFMS的例子参见图12，本公开的具有轴向聚束的多反射飞行时间质谱仪(MR-TOFMS)的实施例121包括连续离子源122，后面是经等时弧形入口(C形入口)125耦接到MR-TOF分析器123的轴向聚束器124。C形入口125是为成限定为180-β的角度的离子轨迹转向而设计的-其中β是MR-TOF分析器123中的离子轨迹129的倾角。对于与图1的MR-TOF分析器类似的MR-TOF分析器123，离子源122和轴向聚束器124与图4的离子源和轴向聚束器类似。C形入口125的特别表示的变体包含由孔径128隔开的3组静电扇形体127，其中孔径128之一被放置在空间和角聚焦平面中，以充当能量过滤器。MR-TOF分析器123包括由漂移空间16隔开的一对平行无栅离子镜15、具有可选的转向板18a、18b的周期透镜17以及检测器19。优选使漂移空间16浮置在加速电位，以便使源122保持接地。分析器123被设计成布置锯齿离子轨迹129，从而在大小适度的分析器内折叠延长的飞行路径。MR-TOF分析器123可以是平面的，如图12中所示，或者是圆柱形的，如在通过引用包含在本文中的WO2011107836中所述，以便扩大紧凑分析器内的反射的次数。分析器可包含具有如在WO2005001878中所述的三阶能量聚焦或者如在WO2013063587中所述的更高阶聚焦的离子镜15，WO2005001878和WO2013063587都通过引用包含在本文中。操作中，利用软引出以使离子能量展度降至最小而在源122中形成的连续离子束在DC加速级43中被加速到keV的能量范围，由空间聚焦透镜144整形，以使角发散度降至最小，并且在能量过滤狭缝128处空间聚焦。由入口部分46和出口部分48形成的轴向聚束器调制离子束，以形成具有过大能量展度的离子包。离子包通过差动抽吸管130(用于在分析器内123维持高真空)，进入已在图7中进一步例示并在上面说明的C形入口125。3个静电扇形体127由狭缝128端接，其中狭缝128之一只使具有5-7％相对能量展度的离子束通过，充当粗能量过滤器。C形入口125被设计成成限定为180°-β的角度，出射离子包，同时形成与离子镜15平行的离子包时间波前。通过在所谓的Matsuda板(未图示)上引入电压调整，C形入口125可用于在MR-TOF入口处的离子包的位置和角度的微调，Matsuda板起静电扇形体周围的帽电极作用。这种调整允许独立调整时间波前倾斜，如在通过引用包含在本文中的WO2006102430中所述。离子包沿锯齿离子轨迹129朝着检测器19而行，同时由顺着Z轴布置的Z向的周期透镜17和顺着Z轴的X向的无栅离子镜15空间约束。为了增大脉动转换的工作比，利用如在通过引用包含在本文中的WO2011135477中所述的编码脉冲间隔(EFP)，频繁地(比最重的离子通过MR-TOF分析器所需快得多地)施加聚束器47的聚束脉冲。作为数值例子，聚束脉冲的平均时段可为10μs，在1-2ns包FWHM下，聚束器的有效时间可为1μs，这对应于脉动转换的10％时间工作比。空间电荷限制和脉动方案高强离子源-比如封闭EI源、辉光放电或ICP源-产生超过10nA范围(1E+11离子/秒)的离子电流，很可能在分析器中引起空间电荷限制。在TEFF＝lμs下，对于宽rm/z范围的离子，每个包的离子数目可达到IE+5离子/发射。已知MR-TOF分析器维持高达300-1000离子的离子包的分辨率，和保持一种m/z的每个包高达2-3E+4离子的不受影响的质量精度。返回参见图4，轴向聚束方案能够实现对每个包的离子数的调整。至少利用以下方法，可以实现离子束deeming：(a)在相同的聚束振幅下，把连续离子束加速到更高的能量；(b)在聚束步骤时，应用更高的脉冲振幅，聚束步骤可被布置以对于电极46和48的对称推挽脉冲，以避免平均能量的失真；(c)在离子源42之后的透镜44中的离子包的空间散焦；(c)把时间选择器45用于引出的离子包的部分修整，以适合能量过滤器49的接受度。当处理强离子源时，最初针对低工作比调整方案(连续离子束的高能量，和高脉冲振幅，以便减小有效时间TEFF低于0.1μs)，而利用在高达100kHz的平均脉动频率下的编码频繁脉动方法，恢复动态范围和灵敏度。该方法允许把回转时间减小到低于1ns，和改善MR-TOF分辨率。在源之后的1E+11离子/秒通量的情况下，以及在TEFF＝0.lμs条件下，每次发射(shot)的离子数降到1E+4(从而避免MR-TOF中的空间电荷效应)，而到TOF检测器19上的总通量变成1E+9离子/秒。参见图13，图中描绘了时间图131，以说明频繁编码脉动方法的细节。时间图131的DAS开始图132描述触发数据采集系统(DAS)的周期脉冲。描绘的周期被表示成500μs的例证周期，它对应于例证的MR-TOF分析器中的最长离子飞行时间。时间图131的推送脉冲图133描述在500μs持续时间内，成串地施加的聚束脉冲。在时间图131的放大视图134中，可以更清楚地了解单个500μs脉冲串的细节。具有唯一时间间隔的例证串用公式135描述：Tj＝T1*j+T2*j*(j-1)，其中j是特定串中的脉冲编号，T1是脉冲之间的平均时段(一般10μs)，T2代表选择的比峰宽更宽的时间增量(例如，T2＝20ns)。在通过引用包含在本文中的WO2011135477中，提供了关于谱编码和解码的另外的细节。在高分辨率MR-TOF中，质谱可能稀疏到足以把谱总数(population)增大30-50倍。如果需要，可以利用部分质量过滤(例如，利用图4中例示并且前面说明的抑制器/时间选择门45，或者利用图11中例示并且前面说明的从源中的脉动引出)，减少谱总数，以便为目标分析在某个适度的质量范围下使工作比达到最大。对于高达10nA的连续离子源电流，和高达10％的轴向聚束转换器总工作比，到TOF检测器上的离子通量可能达到1E+10离子/秒。这种水平的通量需要下面进一步说明的具有延长的寿命和扩大的动态范围的特殊TOF检测器。长寿命检测器为了接纳高达1E+10离子/秒的离子流，本公开揭示以下新颖组合，所述新颖组合大大增强检测器的动态范围和寿命。参见图14，改进的飞行时间检测器的实施例141包括导电转换器142、磁体143、被导电网144涂覆或覆盖的闪烁体145、和密封的光电倍增器146。在某种意义上，检测器141类似于宽展度Daly检测器，不过，检测器141提供对飞行时间性能的新改进。图14还图解说明MR-TOF分析器10的一部分，所述一部分表示检测器19(它可被具体体现成改进的飞行时间检测器141)在MR-TOF分析器10内的位置。参见改进的飞行时间检测器141，操作中，在垂直于改进的飞行时间检测器141的X轴的Y-Z平面中，平行于碰撞离子包的时间波前150(时间波前150例示在轨迹149处)，安装导电转换器142。使导电转换器142相对于分析器漂移空间16的电荷，负浮置数百伏特。例如，在图14中，电位差为300V(参见对于分析器漂移空间16所示的-5kV电荷)。离子以5-6keV的能量(考虑到脉动源中的加速)撞击转换器，以对于在GC-MS中分析的小分子(一般小于500amu)来说接近于1的离子-电子效率，发出二次电子。发出的电子由分析器漂移空间16场和导电转换器142场之间的300V电位差加速，同时由磁体143提供的磁场转向到转向轨迹147。安装磁体143，以沿着Y轴形成磁力线，磁体143使发出的电子沿着Z向转向。相对于磁场的给定强度(可在30-300高斯之间，视情况选择所述强度)，调整导电转换器142和分析器漂移空间16之间的偏压，以把电子聚焦到闪烁体145上。视情况，使磁体143的轴偏离离子束方向。这种偏离提供Y向的额外电子约束(考虑到磁力线的弯曲)，而90°磁转向提供X向的自然电子约束。通过网格覆盖窗口148，对沿着转向轨迹147的电子采样，所述电子加速到正偏压闪烁体145。较高的闪烁体145偏压(例如，高达+10kV)产生更高的信号增益，不过由于实际原因会受到限制。闪烁体145视情况被具体体现成支持高电子-光子效率(例如，每60-100eV的电子能量，至少一个光子)的快速有机闪烁体(St.GobainLtd.的BC418或BC422Q)。从而，具有10-15kV能量的单个二次电极形成至少15个光子。这允许可靠地检测几乎每个一次离子，尽管光子收集效率有限(在我们的实验中，估计为-20％)，以及尽管PMT146中的光电发射体的光子效率有限(25-30％)。常规的混合TOF检测器采用在闪烁体145之前的附加微通道(MCP)级，以便增强总信号增益。另外，常规的混合TOF检测器采用在闪烁体145之上的薄(约1μm)铝涂层，以防止闪烁体带电，和增强光子收集。这两个特征大大限制了检测器的寿命和动态范围。图7中所示的脉动转换器的实施例71解决这些限制。不存在MCP的饱和(已知在1E+7离子/秒/cm2通量密度条件下出现)，到闪烁体145上的电子剂量被减小100-1000倍(因为不存在MCP放大)。另外，不使用看来似乎低再现地抑制快电子的薄铝涂层。从而，图7的脉动转换器的实施例71还避免因大离子剂量损伤这样的铝涂层。改为由沉积或覆盖的厚金属导电网144利用在导电网144的可选例证0.3-1mm单元大小的情况下，以1kV/mm的表面放大和漏电，提供电子电荷的静电消除。可以使用其它单元大小。Hamamatsu(在通过引用包含在本文中的R9880U中)提供了关于可从市场获得的PMT倍增器145的其它细节。这种密封的光电倍增器(PMT)146可具有延长的寿命300库仑(依据输出电荷测量)，同时提供较短的上升时间(例如，1.5ns)。在1E+6的总增益、1E+9离子/秒的平均离子通量下，输出电流为160μA。为此，检测器141预期存活2E+6秒(即，在最大负荷下，几乎500小时，在标准负荷下，至少一年)。对于外部PMT耦合(例如，借助玻璃管，以便通过光子)，PMT模块146可被替换，而不在仪器上开孔。外部PMT耦合还抑制频繁脉动模式(比如图6中例示和上面说明的频繁脉动下)从脉冲发生器的拾取。检测器141的线性范围(它通常借助标准电阻分压器由输出电流限制于100μA)可被改善。例如，最后的几级由更大功率的电源(即，至少具有几mA电流极限)供电，并由有源电路控制。为了增强检测器141的动态范围，最后的PMT146级连接到缓冲电容器。然而，这种解决方案对时间峰值信号来说并不够。通过利用下述，可以实现动态范围的进一步增强：(a)源中的频繁编码脉冲，它把检测器141的最大信号降低2个数量级；或者(b)交替的增益脉冲，继之以具有快速截止和快速恢复的放大器。这两种改进都已在上面进一步说明，并在图6中图解说明。通过：(a)利用双PMT146，每个都具有不同的光收集效率；(b)从不同的PMT级146获得信号；(c)利用具有双(三)增益输出的前置放大器；和/或(d)在发射之间交变电子收集效率或PMT增益，可进一步改善动态范围。如果利用(a)常规(稀少脉冲)操作方式，和(b)具有短寿命(对于标准MCP和非密封SEM来说，一般1库仑)的常规TOF检测器，那么公开的具有高效轴向聚束的so-EI-MR-TOF仪器实际上相当受限。提出的编码频繁脉动方法和提出的长寿命检测器解决了这些问题，以使轴向聚束方法31实际可用于高分辨率MR-TOFMS。级联飞行时间质谱仪公开的轴向聚束方法31很适合于生成离子包，其目的是为了在飞行时间质谱仪(TOFMS)中选择母离子。参见图15，公开一种级联TOFMS151(TOF-TOFMS)，它包括以下相继组件：连续源42；连续加速级43；空间聚焦透镜44；抑制器45，它可以是电极；在平行电极46和48之间的聚束区47中形成的聚束器47；能量过滤器49；第一TOF分析器50(TOF1)，它可被具体体现成Re-TOF或MRTOF，用于在时间方面分离离子；时间离子选择器152，它可被具体体现成选择感兴趣的特定m/z比的母离子的电极；碎裂单元153，它可被具体体现成电极；和第二TOF分析器154(TOF2)，用于分析碎片离子。图15中描述成门形图标的脉冲发生器连接到抑制器45、第一平行电极46和时间离子选择器152。另外，表示了连接到碎裂单元153的脉动发生器。连接到碎裂单元153的该脉动发生器是TOF-TOFMS151的可选特征。参见图15的TOF-TOFMS151，操作中，利用如前所述，并在图4中例示的继之以能量过滤的轴向聚束方法31，从连续离子束形成母离子的脉动离子包。第一TOF分析器50在时间方面分离母离子，时间离子选择器152(例如，它可包括双极网，以实现其功能)选择感兴趣的母离子，并准入它们进入碎裂单元153。在碎裂之后，离子包可视情况被脉动和DC加速。随后，在第二TOF分析器154中，质量分析碎裂的离子。碎裂单元153可包含下述之一：(i)在平行于离子包的时间波前150布置并且面向一次离子包的表面上的表面诱导解离SID；(ii)相对于母离子包的轨迹149成滑动角布置的表面诱导解离SID；(iii)在气压P下，在长度L小于1厘米的短CID单元内的碰撞诱导解离CID，其被调整，以便乘积P*L在1-5cm*mTor的范围内，从而对应于母离子的单一平均碰撞；(iv)布置在源开口面积在0.1-0.3cm2范围内的源内的碰撞诱导解离CID；(v)在碎裂步骤之后发生的脉动加速步骤；(vi)在碎裂步骤之后，提供空间聚焦的空间聚焦透镜；(vii)在碎裂步骤之后发生的碎片离子包的后加速步骤；或者(viii)在碎裂步骤之后发生的转向步骤。在均通过引用包含在本文中的US2007029473、WO2013192161和同时待审的关于MR-TOFMS用半开放源的申请中，公开了与都适合于TOF-TOFMS151的这些碎裂方法相关的另外的细节。尽管关于前面说明的优选实施例，说明了本发明，不过对本领域的技术人员来说，显然可以作出形式和细节方面的各种修改，而不脱离记载在附加权利要求中的本发明的范围。说明了多种实现。不过要明白，可以作出各种修改，而不脱离本公开的精神和范围。因而，其它实现在以下权利要求的范围之内。当前第1页1 2 3