所述离子阱包含至少一个集成的离子检测器，优选位置敏感和/或时间 敏感检测器，其中所述方法可包括:在所述离子阱中提供一个或多个离子;操纵所述离子阱 中的离子的运动；和利用所述离子检测器，检测至少部分的所述离子，和/或测量与至少部 分的所述离子相关的飞行时间信息。
[0027] 下面将参考附图，进一步举例说明本发明，附图示意表示按照本发明的实施例。显 然本发明决不局限于运些具体实施例。
【附图说明】
[0028] 图1描述按照本发明的实施例的离子阱。
[0029] 图2A-2D描述按照本发明的实施例，供在离子阱中使用的例证离子检测器结构。
[0030] 图3描述按照本发明的实施例，包含安装在电真空馈通结构上的集成位置敏感离 子检测器的离子室的示意图。
[0031] 图4描述按照本发明的实施例的用于位置敏感检测的检测系统的横截面。
[0032] 图5A和5B描述按照本发明的实施例的离子阱组合件。
[0033] 图6A-6C示意描述按照本发明的实施例的用于离子阱中的离子的位置敏感检测的 方法。
[0034] 图7示意描述Timepix检测器的飞行时间模式。
[0035] 图8描述按照本发明的实施例，由离子阱中的离子产生的图像的计算机模拟。
【具体实施方式】
[0036] 图1示意描述按照本发明的实施例的离子阱。离子阱可被放置在(超导)磁体(未图 示）的强均匀磁场中，所述磁体被配置成产生0.1~50特斯拉，优选5~30特斯拉的磁场。一 般，离子阱被放置在磁体的空腔内，或者被放置在永磁体或电磁体的磁极之间。离子阱还可 包含多个电极102-108,其中至少两个(俘获）电极104、108可用于通过向电极施加预定电 压，产生电场，例如离子的"俘获"电场，比如俘获静电场。
[0037] 离子可经电极之一中的小孔115被引入阱中。磁场可沿垂直于磁场的方向约束离 子120,俘获电场沿轴向方向约束离子。归因于强磁场，离子将在垂直于磁场的平面中轨道 运动地移动。运种轨道运动被称为离子回旋运动。对置的激发电极106可用于引入外部时变 "激发"电场，用于相干地把离子加速到足W检测的轨道半径。
[0038] 通过利用磁场和电场的组合，把一组离子约束在阱中，并向移动中的一组离子施 力晌变"激发"电场，W便把它们激发到其回旋运动的更大轨道上，可利用FT-ICR质谱法产 生一组离子的质谱。在某些条件下，具有相同质-荷比mA的离子将被相干地激发，其中m是 离子的质量，Z是离子的基本电荷的数目。通过测量在离子阱的（检测）电极102中感生的图 像电流，可W测量激发离子的响应。利用检测电极测量的响应信号(表示时域信号）由测量 电子器件114放大，被数字化，并利用傅里叶变换(未图示)被变换到频域。频率信号表现为 频谱中的"波峰"。运些波峰可与不同质-荷比的不同离子关联。频率信号可用于精确地计算 阱中的离子的质-荷比m/z(借助频率-质量校准方程式）。目前，傅里叶变换ICR质谱法是可 用的最精确的质谱法。
[0039] 与常规离子阱设计相对照，按照本发明的离子阱包含集成在离子阱中的像素化离 子检测器108。离子检测器可W是位置敏感x-y检测器，W致它可测量离子阱中的离子的空 间分布。在一实施例中，离子阱的电极至少之一可W是像素化离子检测器108的离子检测器 110的一部分。运样，电极可包含可排列成阵列的像素，即，可空间寻址的(检巧U)元件111，比 如ASIC。像素与可寻址的物理坐标关联，从而能够实现与离子检测器相互作用的带电粒子， 比如离子的位置分辨检测。像素化离子检测器或者至少部分的像素化离子检测器可连接到 电压源116, W致它可被维持在一定的偏压下。运样，像素化离子检测器既起位置敏感离子 检测器的作用，又起离子阱的电极的作用。于是，离子检测器是离子阱的组成部分，W致它 能够直接测量(在强磁场中的）离子阱内的离子，而不需要把离子喷射到阱外（如现有解决 方案要求的那样）。对于本申请来说，起离子阱的电极作用的集成离子检测器可被称为离子 检测器电极。
[0040] 在各个实施例中，离子检测器电极可起产生离子的俘获电场的俘获电极，测量阱 中的离子的响应的检测电极（即，FT-ICR MS分析器室的常规检测器电极的（部分）功能）， 和/或向离子施加激发电场的激发电极的作用。
[0041] 当离子被约束在俘获电场内时，可W操纵俘获电场，W致不再沿像素化电极的方 向约束离子，从而离子将开始朝着像素化电极的方向移动。在实施例中，可利用离子检测器 电极和/或放置在离子检测器电极之前的电压偏置的导电格栅的偏压，操纵俘获电场。在实 施例中，离子碰撞像素化离子检测器电极的表面。离子可由离子检测器的一个或多个像素 元件检测。在实施例中，离子检测器的像素元件可被配置成分离的离散像素元件，其中每个 像素包含当离子与之相互作用时，产生电荷载流子的传感器材料。像素电子器件被配置成 产生与生成的电荷载流子成比例的信号。在另一个实施例中，离子检测器可包含连续的传 感器层，其中所述连续层的背面连接到配置成收集由离子的撞击引起的本地感应电荷载流 子的离散像素元件。与离子的检测关联的（电荷)信号可被像素检测器用于测量某些参数， 包括计数在一定时间段内，击中在某个位置的像素的离子的数目（均匀计数），或者确定在 触发信号之后，击中像素的离子的飞行时间。
[0042] 从而，根据上面所述，可见把离子检测器集成到离子阱中可提供一种允许离子阱 内的离子或离子云的空间分布的直接成像的位置敏感检测系统。在实施例中，离子阱可被 配置成可用在FT-ICR MS谱仪中的FT-ICR MS分析器室。检测系统将是FT-ICR分析器室的组 成部分。运样，可W实现投射到FT-ICR MS室的"背面"俘获电极上的x-y平面中的空间离子 分布的直接成像(即，垂直于沿Z轴取向的磁场）。
[0043] 在实施例中，可按对于分析器室的（背面)俘获电极，允许形成足够俘获电位的电 压，偏置离子检测器电极。在实施例中，可在0~50V，优选0.5~10,更优选的是0.5~3V之 间，正电压或者负电压地选择偏压。在实施例中，可在离子检测器电极之前，安装导电格栅。 格栅可连接到偏压，W便提供可增强和/或使离子检测器电极上的电位均匀的附加俘获电 位。
[0044] 尽管基于立方设计的离子阱，说明了本发明，不过对本领域的技术人员来说，本发 明显然可W用在任意种类的离子阱和/或ICR室中：即，立方或双立方室，（开口和封闭）圆柱 形室，电容禪合开口室，Penning阱，动态协调（叶（1 eaf))室，7-分段(开口或封闭）补偿室， 7-分段补偿室，开窗室(window Ce 11 )，激发禪合俘获环形电极室，等等。
[0045] 此外，可W使用另外的不同的检测器布置。在实施例中，离子检测器电极可包括两 个或更多离子检测器的平铺排列。平铺允许形成较大的有效检测面积。在又一个实施例中， 离子阱的两个或更多电极可被配置成离子检测器电极。在另一个实施例中，代替俘获电极， 可W使用离子阱的另一个电极，例如，检测和/或激发电极，作为离子检测器电极。
[0046] 图2A-2D描述按照本发明的实施例，供在离子阱中使用的例证离子检测器结构。图 2A和2B描述包含具有像素读出电子器件206的基板202的混合式像素化位置敏感和/或时间 敏感离子检测器。在实施例中，像素读出电子器件可被实现成基于焊接凸点208,凸点接合 到半导体传感器板204的专用集成电路(ASIC)。在实施例中，半导体传感器板可包含一种IV 半导体，比如娃。
[0047] 在另一个实施例中，可在其中焊接凸点接触传感器板的区域，形成二极管区域 210。通过把娃层局部注入适当的渗杂剂，例如P型渗杂剂，可在传感器板的背侧中形成pn 结，其中通过利用适当的接合和/或焊接技术，二极管区域可被连接到像素读出电子器件。 在另外的实施例中，可W在传感器板中限定像素地构成半导体检测板。可在传感器板之上 形成上电极212,用于相对于检测板的背侧，偏置检测板，W致离子诱导的电荷载流子可被 高效地导引到像素读出电子器件。
[004引图2C描述包含与微通道板(MCP)212或另一个事件倍增器结合的像素化检测器202 的检测器布置，像素化检测器202包含集成的像素读出电子器件206"MCP可被配置成响应到 来的离子，产生大量的二次电子的离子敏感层，其中二次电子可W利用像素化检测器检测。 图2D描述其中使用"裸露的"像素化检测器作为离子检测器的检测器布置。该检测器可包括 离子敏感像素，所述离子敏感像素包含在感测离子的情况下，生成信号的读出电子器件。 [0049] 在实施例中，图2A和2B中的离子检测器可W是Timepix或Medipix式离子检测器 (的一部分）。例如，在Llopart等的论文"Timepix,a 65 k quantum imager readout chip for arrival time , energy and/or event counting measurements''，Nucl. Instr. and Meth.A 581,21 0ctober2007,第485-494页，和勘误表Nucl.Instr.and Meth.A 585(2008) 106中，描述了运些公知的检测器。Timepix检测器可被实现成结构类似于图2中图解所示的 结构的混合检测器。Timepix检测器也可和MCP或事件倍增器结合使用，如在图2C中所示，或 者用作无传感器板的"裸露"检测器，如在图2D中所示。
[(K)加]Timepix检测器包括256 X 256像素/忍片，总有效面积约为2cm2。可W平铺地使用 检测器。例如，离子检测器可被排列