电子倍增器及使用电子倍增器的质谱仪的制作方法

本申请要求于2013年11月26日提交的第61/909,091号美国专利申请的优先权和权益，其的全部公开特此出于所有目的以引用的方式并入本文。本申请涉及下列各项中的每一个：于2012年11月19日提交的第61/728,188号美国专利申请、于2012年12月3日提交的第61/732,865号美国专利申请、于2013年3月14日提交的第61/781,963号美国申请、于2013年3月14日提交的第61/781,945号美国申请、于2013年11月18日提交的第14/082,512号美国申请以及于2013年11月18日提交的第14/082,685号美国申请，其中的每一个的全部公开特此出于所有目的以引用的方式并入本文。

技术领域

某些特征、方面和实施方案涉及电子倍增器及使用电子倍增器的质谱仪。在一些情况下，检测器可以被配置来结合脉冲计数信号来使用一个或多个模拟信号以扩展检测器的动态范围。在某些配置中，检测器可以被配置来关闭饱和倍增电极的下游倍增电极以保护检测器，而无需调整检测器增益。

背景技术：

在很多情况下通常需要检测离子。通常使用电子倍增器放大离子信号以准许它们的检测。

技术实现要素：

在本文所述的某些方面，本文描述了检测器，其中来自电子倍增器的两个或更多倍增电极的信号可以与脉冲计数一起测量以提供用于增加的动态范围和改善的线性度。在入射信号较大的情况下，检测器可以被配置来关闭高电流倍增电极以保护倍增电极，同时仍提供可用信号用于测量。

在一方面中，提供了一种质谱仪，其包括样品引入系统、流体耦接到所述样品引入系统的离子源、流体耦接到所述离子源的质量分析器，以及流体耦接到所述质量分析器的检测器。在一些情况下，所述检测器包括多个倍增电极，其中所述多个倍增电极中的至少两个倍增电极每一个均电耦接到各个静电计。在一些配置中，所述检测器被配置来测量来自电耦接到它的各个静电计的所述至少两个倍增电极中的一个的非饱和模拟信号以及对脉冲进行计数以提供脉冲计数信号。在一些实例中，所述检测器被配置来将测量到的非饱和模拟信号与所述脉冲计数信号交叉校准。

在某些实施方案中，所述质谱仪还可包括电耦接到所述多个倍增电极中的一个的至少一个额外的静电计。在一些实例中，第一处理器可以电耦接到每一个静电计。在其他情况下，不带有各个静电计的至少一个倍增电极定位在电耦接到静电计的倍增电极之间。在一些实例中，所述质谱仪的所述电子倍增器配置有每隔一个电耦接到静电计的倍增电极。在一些配置中，所述质谱仪的所述电子倍增器配置有每三个电耦接到静电计的倍增电极。在其他配置中，所述质谱仪的所述电子倍增器配置有每四个电耦接到静电计的倍增电极。在额外实例中，所述质谱仪的所述电子倍增器配置有每五个电耦接到静电计的倍增电极。

在某些配置中，所述质谱仪的所述检测器的每一个静电计电耦接到信号转换器。例如，每一个静电计电耦接到模数转换器以将来自电耦接到静电计的所述倍增电极中的每一个的同时数字信号提供到所述第一处理器。在一些实施方案中，所述第一处理器被配置来将所述非饱和模拟信号与所述脉冲计数信号交叉校准。在其他配置中，所述第一处理器可以电耦接到所述多个倍增电极并且被配置来防止每一个倍增电极处的电流过载。在一些实例中，所述检测器被配置来改变饱和倍增电极处或者来自所述饱和倍增电极下游的倍增电极处的电压。在其他实施方案中，在测量具有不同质荷比和/或不同浓度的种类之间，不调整所述电子倍增器的电压。在一些实施方案中，所述质谱仪的所述电子倍增器被配置来在所述多个倍增电极中的饱和倍增电极处终止信号放大。在一些实例中，所述电子倍增器被配置来在所述多个倍增电极中的每一个倍增电极处提供独立电压控制。在其他实施方案中，随着每一个倍增电极处的电子电流的改变，倍增电极到倍增电极电压不变。在某些实例中，使用所述质谱仪，离子电流测量的动态范围大于100KHz读数的10⁸。在一些配置中，所述第一处理器被配置来使用所述非饱和模拟信号和所述脉冲计数信号来确定样品中的离子的水平。在其他实施方案中，所述第一处理器被配置来使用各个电子倍增器增益来缩放所述非饱和模拟信号。

在另一方面中，描述了一种电子倍增器，其包括多个倍增电极，其中所述多个倍增电极中的至少两个倍增电极每一个均电耦接到各个静电计。在一些实例中，所述电子倍增器被配置来测量来自电耦接到它的各个静电计的所述至少两个倍增电极中的一个的非饱和模拟信号，其中所述电子倍增器被配置来对脉冲进行计数以提供脉冲计数信号并且其中所述电子倍增器被配置来将测量到的非饱和模拟信号与所述脉冲计数信号交叉校准。

在某些配置中，所述电子倍增器包括电耦接到所述多个倍增电极中的一个的至少一个额外的静电计。在其他配置中，不带有各个静电计的至少一个倍增电极定位在电耦接到静电计的倍增电极之间。在一些配置中，所述电子倍增器配置有每隔一个电耦接到静电计的倍增电极。在额外的配置中，所述电子倍增器配置有每三个电耦接到静电计的倍增电极。在一些实施方案中，所述电子倍增器配置有每四个电耦接到静电计的倍增电极。在其他实例中，所述电子倍增器配置有每五个电耦接到静电计的倍增电极。

在一些实例中，所述电子倍增器的每一个静电计电耦接到信号转换器。在某些实施方案中，每一个信号转换器是模数转换器以提供同时数字信号。在某些配置中，第一处理器电耦接到每一个静电计。在一些实例中，所述第一处理器被配置来将所述非饱和模拟信号与所述脉冲计数信号交叉校准。在某些实施方案中，所述第一处理器被配置来在所述多个倍增电极中的饱和倍增电极处终止信号放大。在其他实例中，所述第一处理器被配置来改变饱和倍增电极处或者来自所述饱和倍增电极下游的倍增电极处的电压。在另外的实施方案中，在测量具有不同质荷比和/或不同浓度的种类之间，不调整所述电子倍增器的电压。在一些配置中，所述电子倍增器被配置来在所述多个倍增电极中的饱和倍增电极处终止信号放大。在额外的配置中，所述电子倍增器被配置来在所述多个倍增电极中的每一个倍增电极处提供独立电压控制。在一些实施方案中，随着每一个倍增电极处的电子电流的改变，倍增电极到倍增电极电压不变。在某些配置中，所述电子倍增器的动态范围大于100KHz读数的10⁸。在一些实例中，所述第一处理器被配置来使用所述非饱和模拟信号和所述脉冲计数信号来确定样品中的离子的水平。在其他实例中，所述第一处理器被配置来使用各个电子倍增器增益来缩放所述非饱和模拟信号。

在额外方面中，提供了一种电子倍增器，其包括多个倍增电极并且被配置来提供来自所述多个倍增电极中的至少两个倍增电极的动态模拟信号输出，其中所述电子倍增器被配置来在测量到饱和电流时在饱和倍增电极处终止信号放大，其中所述电子倍增器还被配置来对脉冲进行计数并且提供脉冲计数信号，并且其中所述电子倍增器被配置来交叉校准测量到的模拟信号和所述脉冲计数信号。术语“动态模拟信号输出”是指不必从用于不同测量的同一倍增电极提供的模拟信号输出。例如，根据信号强度，所使用的模拟信号输出可由用于不同测量的不同倍增电极提供，例如，可从一个测量中的第三倍增电极和另一测量中的第六倍增电极提供。

在一些配置中，测量到的动态模拟信号输出由所述多个倍增电极中的中点倍增电极上游的倍增电极提供。在其他配置中，所述动态模拟信号输出由所述饱和倍增电极上游的倍增电极提供。在另外的配置中，所述动态模拟信号输出由所述饱和倍增电极上游一个倍增电极的倍增电极提供。在额外配置中，所述动态模拟信号输出由所述饱和倍增电极上游两个倍增电极的倍增电极提供。在另外的配置中，所述动态模拟信号输出由所述饱和倍增电极上游三个倍增电极的倍增电极提供。在一些实施方案中，所述动态模拟信号输出由所述饱和倍增电极上游四个倍增电极的倍增电极提供。在其他实施方案中，所述动态模拟信号输出由所述饱和倍增电极上游五个倍增电极的倍增电极提供。在额外实施方案中，所述动态模拟信号输出由所述饱和倍增电极上游六个倍增电极的倍增电极提供。在一些实例中，所述动态模拟信号输出由所述饱和倍增电极上游七个倍增电极的倍增电极提供。

在某些配置中，所述电子倍增器被配置来提供来自所述多个倍增电极中的至少三个倍增电极的所述动态模拟信号输出。在其他配置中，所述电子倍增器被配置来提供来自所述多个倍增电极中的至少四个倍增电极的所述动态模拟信号输出。在另外的配置中，所述电子倍增器可以包括第一处理器，其电耦接到所述多个倍增电极中的所述至少两个倍增电极中的每一个。在一些情况下，所述第一处理器被配置来将所述非饱和模拟信号与所述脉冲计数信号交叉校准。在其他情况下，在测量具有不同质荷比和/或不同浓度的种类之间，不调整所述电子倍增器的电压。在一些实施方案中，所述电子倍增器被配置来在所述多个倍增电极中的每一个倍增电极处提供独立电压控制。在其他实施方案中，随着每一个倍增电极处的电子电流的改变，倍增电极到倍增电极电压不变。在额外实例中，所述电子倍增器的动态范围大于100KHz读数的10⁸。在另外的实例中，所述第一处理器被配置来使用所述动态模拟输出信号和所述脉冲计数信号来确定样品中的离子的水平。在一些实施方案中，所述第一处理器被配置来使用各个电子倍增器增益来缩放所述动态模拟信号输出。在某些实例中，所述多个倍增电极中的所述至少两个倍增电极中的每一个电耦接到各个静电计。

在另一方面中，一种确定样品中的种类的量的方法包括：测量表示所述样品中的所述种类的非饱和模拟信号，其中用电子倍增器测量所述非饱和模拟信号，所述电子倍增器包括多个倍增电极，其中所述多个倍增电极中的至少两个倍增电极电耦接到各个静电计，其中所述电子倍增器被配置来在检测到饱和电流的倍增电极处终止信号放大。所述方法还可包括用所述电子倍增器对脉冲进行计数以提供脉冲计数信号。所述方法还可包括交叉校准测量到的非饱和模拟信号和提供的脉冲计数信号以确定所述样品中的所述种类的量。

在某些配置中，所述样品中的所述种类是提供到所述电子倍增器的离子。在其他配置中，所述样品中的所述种类发射提供到所述电子倍增器的光子。在一些情况下，所述方法可包括在紧靠检测到所述饱和电流的所述倍增电极上游的倍增电极处测量所述非饱和模拟信号。在其他情况下，所述方法可包括在检测到所述饱和电流的所述倍增电极上游的至少两个倍增电极的倍增电极处测量所述非饱和模拟信号。在另外的情况下，所述方法可包括在与测量所述非饱和模拟信号不同的倍增电极处测量第二非饱和模拟信号，以及将测量到的第二非饱和模拟信号与所述提供的脉冲计数信号交叉校准。在一些实例中，所述方法可包括在与测量所述非饱和模拟信号和所述第二非饱和模拟信号不同的倍增电极处测量第三非饱和模拟信号，以及将测量到的第三非饱和模拟信号与所述提供的脉冲计数信号交叉提供。

在某些配置中，所述方法可包括测量来自提供高于噪声信号并且低于饱和信号的模拟信号的倍增电极之间的每一个倍增电极的模拟信号，以及将所述测量到的模拟信号中的每一个与所述提供的脉冲计数信号交叉校准。在其他配置中，来自每一个倍增电极的所述模拟信号被转换成数字信号，其与所述提供的脉冲计数信号交叉校准。在一些实例中，所述方法可以包括：通过测量表示所述样品中的第二种类的非饱和模拟信号来检测不同于所述样品中的所述种类的所述样品中的第二种类，而无需调整所述电子倍增器的所述电压；以及交叉校准表示所述样品中的所述第二种类的测量到的非饱和模拟信号和所述脉冲计数信号以确定所述样品中的第二种类的量。

在另一方面中，一种检测离子的方法包括：同时测量来自电子倍增器的多个倍增电极中的两个或更多倍增电极的模拟信号；选择在测量到饱和信号的倍增电极上游的测量到的模拟信号中的一个；对脉冲进行计数以提供脉冲计数信号；以及将所选择的测量到的模拟信号与所述脉冲计数信号交叉校准以确定离子的水平。在某些配置中，所述方法可包括在测量到所述饱和信号的所述倍增电极处终止信号放大。

在额外的方面，一种检测从样本中发射的光子的方法包括：同时测量来自电子倍增器的多个倍增电极中的两个或更多倍增电极的模拟信号；选择在测量到饱和信号的倍增电极上游的测量到的模拟信号中的一个；对脉冲进行计数以提供脉冲计数信号；以及将所选择的测量到的模拟信号与所述脉冲计数信号交叉校准以确定所述样品的浓度。在一些情况下，所述方法包括在测量到所述饱和信号的所述倍增电极处终止信号放大。

本文中更详细地描述额外特性、特征、方面、实施方案以及配置。

附图说明

参考附图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电极的检测器的图示；

图2是根据某些实例的其中每一个倍增电极电耦接到静电计的检测器的图示；

图3是根据某些实例的其中每隔一个倍增电极电耦接到静电计的检测器的图示；

图4是根据某些实例的其中每三个倍增电极电耦接到静电计的检测器的图示；

图5A是根据某些实例的其中每四个倍增电极电耦接到静电计的检测器的图示；

图5B是根据某些实例的其中使用模拟信号和脉冲计数信号来确定离子的水平的图示；

图5C是示出根据某些配置的随着脉冲级和两个模拟级的浓度变化的线性检测器响应的曲线图；

图6是根据某些实例的其中每五个倍增电极电耦接到静电计的检测器的图示；

图7是示出根据某些实例的用于多个倍增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来控制检测器中的倍增电极的电压的图示；

图9是示出根据某些实例的使用每一个均电耦接到各个倍增电极的多个静电计的图示；示出到处理器的绝缘连接

图10是示出根据某些实例的电耦接到放大器以向放大器提供功率的功率转换器的图示；

图11是示出根据某些实例的被配置来对检测器中的倍增电极偏压提供单独控制的示例电路的图示；

图12是根据某些实例的被配置来响应于倍增电极的饱和而终止信号的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电极的动态范围的图表；

图14A是根据某些实例的被配置来控制倍增电极电压的电路；

图14B和图14C一起示出根据某些配置的被配置来控制倍增电极电压的另一电路的示意图；

图15是根据某些实例的侧向检测器的图示；

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示；

图17B是根据某些配置的堆叠微通道板的图示，所述堆叠微通道板中的每一个可以起到倍增电极的作用；

图18是根据某些实例的相机的实例；

图19是根据某些实例的用于执行俄歇光谱的系统的图示；以及

图20是根据某些实例的用于执行ESCA的系统的图示。

鉴于本公开的益处，所属领域的一般技术人员将认识到，附图中的部件并不限制，而且在不脱离本文所述的技术的精神和范围的情况下，也可包括额外部件。

具体实施方式

本文所述的某些特征、方面和实施方案涉及检测器以及使用它们的系统，所述系统可以接收入射离子、放大对应于所述离子的信号并且提供所得的电流或电压。在一些实施方案中，本文所述的检测器和系统可以具有扩展动态范围，从而在没有损坏或过早老化装置的情况下接受较大电子电流。在其他情况下，所述检测器和系统由于高浓度(或者发射到或以其他方式提供到离子检测器的离子量较高)可能对过载或饱和效应基本不敏感，而仍提供快速采集时间和准确测量，并且同时对测量低离子浓度或水平足够敏感，例如，千兆分之1000或更少。在一些情况下，具有不同增益的不同模拟级可以用来调整动态范围。例如，测量的一个或多个模拟级的增益可以对照脉冲级和/或其他模拟级进行校准。

在一些实施方案中，本文所述的检测器的倍增电极可以用来以不会使倍增电极过载的方式测量信号，例如，表示入射离子或光子的信号。例如，检测器可以被配置来使得饱和倍增电极下游的倍增电极“短路”或者不用于放大。这种配置可以增加检测器的寿命，并且可以准许不必改变或调整用于每一个样品的检测器的增益便在较广的浓度范围上使用检测器。例如，每一个倍增电极的电压(或电流)可以被监控和/或用来测量信号。如有需要，高于噪声水平并且低于饱和水平的倍增电极信号可以用来提供模拟信号，所述模拟信号可以用来确定入射在检测器上的离子(或光子)的数量。在信号放大导致较大电流的情况下，饱和水平下游的倍增电极可以被分流或关闭，以便终止放大并且保护那些倍增电极。在信号放大仍较小的情况下，例如，归因于较低的离子或光子水平，可以实施脉冲计数，以确定在此类低水平或浓度下存在的离子数量。在一些配置中，可存在一个或多个分束器，从而使得在检测器中的某一点，信号的某一部分被分开并提供到脉冲计数电极，而信号的其余部分可以被作为模拟信号。引用术语“上游”和“下游”应被理解为指代一个倍增电极相对于另一倍增电极的位置。在另一倍增电极上游的倍增电极通常定位成更靠近检测器的入口孔，而在另一倍增电极下游的倍增电极通常定位成更靠近检测器的集电极。

在某些实施方案中，本文所述的检测器和系统广泛应用于很多不同类型的装置，包括但不限于，医学和化学仪器的离子检测器，例如，质谱分析法、辐射检测器、法拉第杯、盖革计数器、闪烁计数器、光子计数器、发光测量，以及可以接收离子或光子并且放大信号以提供表示入射粒子或光的电流(或电压)、图像或信号的其他装置。装置可用于或可包括一个或多个闪烁体、初级发射器、次级发射器或者其他材料，以促进离子检测和/或使用离子来提供图像。视觉成像部件可以与测量的信号一起使用，以构建表示由本文所述的检测器和系统接收到的离子/光子的图像。下文更详细地描述这些和其他检测器和系统的实例。此外，装置可用来测量光子水平，例如，其中样品发射一定波长的光的荧光、磷光或其他发光过程，以便使用发射的光来确定样品的浓度。

下文参考包括倍增电极或倍增电极级的装置来描述某些附图。鉴于本公开的益处，所属领域的一般技术人员将认识到，倍增电极或倍增电极级的确切数量可以改变，例如，从5变到30或者大于30的倍增电极级的中间或其他数量中的任一数量，具体取决于所需的信号放大、所需的装置敏感性以及其他考虑。此外，在提及通道的情况下，例如，微通道板装置的通道，通道的确切数量也可根据需要而改变。

在某些实施方案中并且参考图1，示出离子或光子检测器100的某些部件。检测器100包括脉冲计数电极135和电极135上游的多个倍增电极125到133。尽管未示出，但检测器100的部件将一般定位在真空管或外壳(在真空下)内，并且也可包括聚焦透镜或者其他部件，以便以合适的角度将射束120提供到第一倍增电极126。另外，分束器可以存在于倍增电极的中点，以将某些量的信号提供作为模拟信号，并且将剩余的信号提供到脉冲计数电极135。在检测器100的使用中，射束120入射到第一倍增电极126上，所述第一倍增电极通过光电效应将离子信号转换成电信号，所述电信号示为射束122。在一些实施方案中，倍增电极126(和倍增电极127到133)可以包括入射表面上的材料薄膜，其可以接收离子并且导致电子从所述表面对应发射。来自离子束120的能量由倍增电极126通过电子发射而转换成电信号。每一个离子发射的电子的确切数量至少部分取决于材料的逸出功和入射离子的能量。由倍增电极126发射的次级电子在下游倍增电极127的大体方向上发射。例如，分压器电路(如下文描述)或其他合适的电路可以用来为每一个下游倍增电极提供更大的正电压。倍增电极126与倍增电极127之间的电势差导致从倍增电极126发射的电子朝向倍增电极127加速。加速度的确切水平至少部分取决于使用的增益。倍增电极127通常维持在比倍增电极126更大的正电压，例如，具有100到200伏的更大正值，以便导致由倍增电极126发射的电子朝向倍增电极127加速。随着电子从倍增电极127中发射出来，它们朝向下游倍增电极128加速，如射束140所示。提供级联机构，其中每一个连续的倍增电极级发射的电子比上游倍增电极发射的电子数量更多。所得的放大信号可以被读作来自倍增电极中的一个或多个的模拟信号和/或作为来自脉冲计数电极135的脉冲计数信号。在电极135处测量到的计数可以用来确定每秒到达的离子量(每秒的计数或每秒的脉冲)，和/或存在于样品中的特定离子的量，例如，具有所选择的质荷比的特定离子，或者离子的其他特性。如有需要，测量的电流可以用于使用传统标准曲线技术来定量表示离子的浓度或量。通常，检测的电流取决于从倍增电极126发射出的电子的数量，所述数量与入射离子的数量和装置100的增益成比例。增益一般被定义成相对于从倍增电极126发射出的电子的数量，在集电极处收集到的电子的数量。例如，如果每一个倍增电极处发射5个电子，并且装置100包括总共8个倍增电极，那么增益是5⁸或约390,000。增益也可以取决于施加到装置100的电压。例如，如果电压增加，那么倍增电极之间的电势差增加，从而导致击打特定倍增电极级的电子的入射能增加。

在一些实施方案中，通过准许将太多的离子(或光子)引入到外壳中和/或通过将增益调整得太高，可能会使检测器100过载。如上所述，现有离子检测器的增益可以通过改变或调整控制电压进行调整，以便在检测器没有饱和的情况下提供所需信号。例如，典型检测器的操作电压可在800到3000伏之间。改变操作电压可以导致增益改变。典型的增益值可从约10⁵到约10⁸。针对任何给定的增益，检测器具有可用动态范围，所述动态范围受到高电流端处的饱和以及低输入电流情况下的检测器噪声限制。增益调整通常可以在不同样品之间发生，以避免检测器在高样品浓度(或离子量较高)情况下过载，并且避免在低样品浓度(或低水平的入射离子)的情况下没有提供足够的信号放大。可替代地，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，改变离子电流的水平不会使检测器饱和。调整测量到测量或图像到图像的增益会增加采样时间，可以降低检测器响应时间，以及可导致结果不准确。例如，在检测器的增益改变之后，检测器可能要花几秒稳定下来。在增益太高的情况下，检测器可以变得过载或饱和，从而可以导致检测器的寿命减少，并且提供基本上不准确的测量。在增益太低的情况下，处于较低浓度水平或量的离子将落入噪声信号内并且未被检测到。本文所述的检测器的实施方案准许同时在低浓度和高浓度下(以固定或不变的增益)检测离子，而同时保护下游倍增电极免受可损坏倍增电极的饱和电流。在某些配置中，检测器的电压可以保持不变，并且可以呈现为在较高水平下对饱和或过载不敏感，或者对进入检测器的离子(或光子)的量不敏感。相反，可以测量到达所选择的倍增电极级(或来自所选择的倍增电极级)的电流，从而反映输入电子与离开电子的离子电流差。这些读数可以用来确定是否应在下面的下一级引出电子电流，从而可以停止去往较低倍增电极，即，下游倍增电极的所有电子电流。所选择的倍增电极级处的高于噪声水平并且低于饱和水平的测量电流可以由级增益缩放，以确定表示到达检测器的离子(或光子)的浓度或量的电流信号。如果来自模拟级的信号不能将检测器的范围扩展到较低离子水平，也可以执行脉冲计数。测量到的模拟信号和脉冲信号可以交叉校准以进一步提高准确性。下文更详细地描述此类过程的说明。

在某些实施方案中，离子检测器100的倍增电极126到133(并且共同示为元件125)中的每一个可以被配置来电耦接到静电计，从而可以监控或测量多个倍增电极125中的一个或多个或者每一个的电流(输入电流或输出电流)。如有需要，为了更简单的配置，静电计可用简单的电流电压转换器替换，例如，运算放大器。每一个运算放大器的输出可以耦接到信号转换器，例如，模数信号转换器，以提供数字信号。在一些配置中，每一个倍增电极之间的电压差可为约100到200V。如本文中其他地方所述，静电计可是模拟电路或数字电路的一部分。例如，包括一个或多个场效应晶体管的固态放大器可以用来测量多个倍增电极126到133中的每一个的电流。在一些情况下，多个倍增电极126到133中的每一个可包括各个固态放大器。如有需要，放大器可以耦接到一个或多个信号转换器、处理器或其他电部件。在组合中，部件可提供或被视作包括一个或多个通道的微控制器，例如，ADC通道。在一些实施方案中，单个微处理器可以电耦接到倍增电极中的一个、两个或更多，例如，全部，从而使得针对一个、两个或更多，例如，全部倍增电极，电流值可以同时被提供到处理器。由于倍增电极电压不同，因此，可以通过将各种信号与每一个倍增电极电隔离的一些手段来提供电流值，例如，可以使用光耦合器、电感器、光管、IRF装置或者其他部件。例如，来自不同模拟级的不同信号可以彼此电隔离，以提供更准确的测量。在其他配置中，电耦接到合适部件(如本文所述)的处理器可以监控每一个倍增电极的电流水平，以确定样品的浓度或者基于信号来构建图像。

在某些实施方案中并且参考图2，示出检测器中的某些部件的一个配置。在图2中，检测器200包括多个倍增电极级230到237和脉冲计数电极220以及相关联的电路(未示出)。例如，脉冲计数电极220可耦接到其他合适的电部件，例如，如第5,463,219号和第7,928,361号美国专利中所述，以准许电极220起到脉冲计数器的作用。尽管未示出，但分束器可存在于检测器200内。在检测器200中，倍增电极级230到237中的每一个电耦接到各个静电计240到247。静电计240到247可以每一个均电耦接到第一处理器250，例如，通过处理器250的单独输入通道。尽管图2中未示出，但倍增电极/静电计对中的每一个可以与其他倍增电极/静电计对电隔离，从而将单独的模拟信号提供到处理器250。处理器250可以存在于印刷电路板上，并且可包括印刷电路板上通常见到的其他部件，包括但不限于，I/O电路、数据总线、存储器单元(例如，RAM)、时钟发生器、辅助集成电路以及其他电部件。出于参考目的，倍增电极236紧靠倍增电极233的上游，并且倍增电极237紧靠倍增电极233的下游。紧靠另一倍增电极的上游或下游的倍增电极在本文中也称为邻近倍增电极。

在图2所示的检测器的使用中，离子或光子入射在倍增电极230上。电子从倍增电极230中发射出来并且击打倍增电极234。额外的电子从倍增电极234中发射出来并且击打倍增电极231。针对强信号，这个过程可以沿着倍增电极链继续，直至达到饱和水平为止。在发生饱和的情况下，饱和倍增电极下游的倍增电极可以短路，以防止损坏。来自倍增电极230与饱和倍增电极之间的倍增电极的模拟信号(及其增益)可以被测量并且用来确定到达检测器的离子/光子的数量。在一些情况下，使用来自紧靠饱和倍增电极上游的倍增电极的模拟信号。如有需要，可以使用来自两个或更多倍增电极的模拟信号，以确定到达检测器的离子/光子的数量。这些不同的信号应提供约相同数量的离子/光子，并且如有需要，信号可以进行均分，以提高检测器的整体准确性。在一些情况下，例如，可通过使用分束器分开信号来执行脉冲计数，从而将信号的一部分提供作为模拟信号，而剩余的信号可以被检测为脉冲计数信号。此外，在到达检测器的离子/光子信号比较弱的情况下，下游倍增电极可不饱和或关闭，因为它们仍低于饱和电流水平。来自电极220的脉冲信号可以用来对入射离子/光子的数量进行计数。模拟信号和脉冲信号可以交叉校准以提供校准曲线，所述校准曲线可以用来测量极低的离子水平(千兆分率)到极高的离子水平(千分率或更高)，而无需调整提供到检测器的电压，例如，检测器可以在一次扫描中实现线性动态范围的八到十或十到十二或者更多量级。交叉校准可以采用很多方式执行，但通常通过确定不同的离子/光子水平处的模拟信号与脉冲计数的曲线图的斜度来计算。在除了中点倍增电极之外的倍增电极处测量模拟信号的能力可以扩展动态范围，以便使用模拟信号测量离子，例如，模拟信号可以用来在兆分率到千分率上提供线性响应。此外，执行脉冲计数的能力将检测器的动态范围扩展到较低水平，例如，少于每秒10⁶计数或低于兆分率。组合之后，具有从千兆分率到千分率的线性响应的检测器可以用来在单次扫描中测量离子水平(或光子强度)。

在其他实施方案中并且现在参考图3，可能不需要或不必要在检测器的每一个倍增电极处监控模拟信号。例如，在检测器300中，每隔一个倍增电极电耦接到静电计。检测器300包括多个倍增电极级330到337和脉冲计数电极320。脉冲计数电极320可耦接到其他合适的电部件，例如，如第5,463,219号和第7,928,361号美国专利中所述，以准许电极320起到脉冲计数器的作用。尽管未示出，但分束器可存在于检测器300内。在检测器300中，每隔一个倍增电极级电耦接到各个静电计。例如，倍增电极级330到333没有电耦接到静电计，而倍增电极级334到337中的每一个电耦接到各个静电计344到347。静电计344到347(以及它们对应的倍增电极)可以彼此电隔离，以将单独信号提供到第一处理器。静电计344到347可以每一个均通过处理器350的单独输入通道电耦接到第一处理器350。如本文所述，处理器350可存在于印刷电路板上，其可包括印刷电路板上通常见到的其他部件，包括但不限于，I/O电路、数据总线、存储器单元(例如，RAM)、时钟发生器、辅助集成电路以及其他电部件。通过将检测器配置成静电计在每隔一个电极上，可以实施检测器制造和减少电路。尽管图3中所示的配置示出静电计存在于每隔一个倍增电极处，但可能需要将静电计包括在相邻倍增电极上，随后是没有静电计的倍增电极级，而不是以每隔一个倍增电极为基础将静电计间隔开。例如，在检测器包括八个倍增电极和四个静电计的情况下，可能需要从除了最后四个倍增电极级332、333、336和337之外的所有级中省略静电计。在观察到饱和倍增电极的情况下，可以使用来自饱和倍增电极上游的倍增电极/静电计对的模拟信号，例如，紧靠上游。例如，如果确定倍增电极336处出现饱和，那么可以使用来自倍增电极335的模拟信号。来自被测量的倍增电极的模拟信号可以对照脉冲计数信号交叉校准，所述脉冲计数信号通过对电极320处的脉冲进行计数来提供，并且用来确定存在于样品中的离子的数量或者在光子入射到检测器300上的样品中的特点种类的浓度。

在额外的实施方案中并且参考图4，可能需要将检测器配置成静电计在每三个倍增电极上。例如，检测器400包括多个倍增电极430到437和脉冲计数电极420。脉冲计数电极420可耦接到其他合适的电部件，例如，如第5,463,219号和第7,928,361号美国专利中所述，以准许电极420起到脉冲计数器的作用。尽管未示出，但分束器可存在于检测器400内。在检测器400中，每三个倍增电极级电耦接到各个静电计。例如，倍增电极级434、432和437中的每一个分别耦接到静电计444、442和447，并且所有其他的倍增电极级没有耦接到静电计。静电计444、442和447可以每一个均与彼此电隔离，并且可以每一个均通过处理器450的单独输入通道(未示出)电耦接到处理器450。脉冲计数电极420可耦接到其他合适的电部件，例如，如第5,463,219号和第7,928,361号美国专利中所述，以准许电极420起到脉冲计数器的作用。尽管将三个静电计示为存在于检测器400中，但如有需要，三个静电计可以共同定位在倍增电极级的中间、共同朝向倍增电极级的一端或者以不同于每三个倍增电极的其他方式间隔开。例如，可能需要从除了最后三个倍增电极级433、436和437之外的所有级中省略静电计。鉴于本公开的益处，所属领域的一般技术人员将容易选择包括每一个均电耦接到各个倍增电极的三个静电计的检测器的额外配置。在检测器400的使用中，可以在倍增电极434、432和437中的一个或多个处监控模拟信号。如果在倍增电极434、432和437中的一个处发生饱和，那么可以使用来自上游倍增电极的模拟信号。也可以实施脉冲计数。来自倍增电极434、432和437中的一个或多个的模拟信号可以对照脉冲计数交叉校准，以在较广的离子或光子范围上提供线性响应。如果在倍增电极中的一个处观察到电流饱和，那么饱和倍增电极下游的倍增电极可以短路，以停止信号放大并且保护检测器。

在其他实施方案中并且参考图5A，可能需要将检测器配置成静电计在每四个倍增电极上。例如，检测器500包括多个倍增电极530到537和脉冲计数电极520。脉冲计数电极520可耦接到其他合适的电部件，例如，如第5,463,219号和第7,928,361号美国专利中所述，以准许电极520起到脉冲计数器的作用。尽管未示出，但分束器可存在于检测器500内。在检测器500中，每四个倍增电极级电耦接到各个静电计。例如，倍增电极级535和537中的每一个分别耦接到静电计545和547，并且所有其他的倍增电极级没有耦接到静电计。静电计545和552可以每一个均与彼此电隔离，并且可以通过处理器550的单独输入通道(未示出)电耦接到处理器550。尽管将两个静电计示为存在于检测器500中，但如有需要，两个静电计可以共同定位在倍增电极级的中间、共同朝向倍增电极级的一端或者以不同于每四个倍增电极的其他方式间隔开。例如，可能需要从除了最后两个倍增电极级533和537之外的所有级中省略静电计。鉴于本公开的益处，所属领域的一般技术人员将容易选择包括每一个均电耦接到各个倍增电极的两个静电计的检测器的额外配置。

参考图5B，示出具有静电计间隔开四个倍增电极的检测器的额外配置。具体而言，三个倍增电极574、576和578每一个均电耦接到各个静电计582、584和586，并且分别提供电流i_A1、i_A2和i_A3。增益G存在于倍增电极中的每一个之间，其中G_A1是来自第一倍增电极572和倍增电极574的增益，G_A2是从第一倍增电极572到倍增电极576的增益，并且G_A3是从第一倍增电极到倍增电极578的增益。静电计584、585和587中的每一个电耦接到各个信号转换器583、585和587，以将信号提供到处理器(未示出)。每一个倍增电极级的电流i_A大体等于输入离子通量(或光子通量)n_in乘以该级的增益G_A并且乘以库伦常数。来自特定倍增电极的电流可以被信号转换器数字化，例如，16位模数转换器，以提供输出A_cps。由脉冲计数电极590提供的脉冲计数P_cps应约等于适当校准的仪器的输入离子通量n_in。在图5B所示的实施方案中，不同的倍增电极级574、576和578可以用来调整动态范围。倍增电极级578具有最高相关联的模拟增益，并且倍增电极级574具有最低相关联的模拟增益574。本文所述的电路可以用来读出各个倍增电极574、576和578中的一个或多个，并且终止或关闭饱和倍增电极级下游的倍增电极。例如，如果在倍增电极578处检测到饱和，那么倍增电极578下游的电极，例如，倍增电极578与脉冲电极590之间的那些倍增电极，可以分流或关闭，以保护检测器。例如，通过构建A_cps与P_cps的曲线图，每一个模拟倍增电极级的增益可以对照各个离子水平的脉冲级进行校准，并且如有需要，也可以对照其他模拟级进行校准。例如并且参考图5C，示出检测器响应与离子浓度的曲线图。脉冲级校准可以用来确定低水平的离子，例如，千兆分之10。针对稍高水平的离子，例如，少于10ppm，可以使用第一模拟级校准，例如，通过使用来自倍增电极576的模拟信号。针对较高水平的离子，例如，少于100ppm，可以使用第二模拟级校准，例如，通过使用来自倍增电极574的模拟信号。

在一些实例中，可能需要将检测器配置成静电计在每五个倍增电极上。例如并且参考图6，检测器600包括多个倍增电极630到637和脉冲计数电极620。脉冲计数电极620可耦接到其他合适的电部件，例如，如第5,463,219号和第7,928,361号美国专利中所述，以准许电极620起到脉冲计数器的作用。尽管未示出，但分束器可存在于检测器600内。在检测器600中，每五个倍增电极级电耦接到各个静电计。例如，倍增电极级633和634中的每一个分别耦接到静电计643和644，并且所有其他的倍增电极级没有耦接到静电计。静电计643和644可以每一个均与彼此电隔离，并且可以每一个均通过处理器650的单独输入通道(未示出)电耦接到处理器650。尽管将两个静电计示为存在于检测器600中，但如有需要，两个静电计可以共同定位在倍增电极级的中间、共同朝向倍增电极级的一端或者以不同于每五个倍增电极的其他方式间隔开。此外，静电计耦接无需在第二倍增电极级634和第七倍增电极级633上发生，而是可存在于第一倍增电极630和第六倍增电极636上、第三倍增电极631和第八倍增电极637上，或者由四个倍增电极级分隔开的其他倍增电极上。

尽管图2到图6示出特定静电计间隔，其中存在八个以上倍增电极级，但间隔可与图2到图6中所示的特定间隔不同。例如，在存在八个以上倍增电极的情况下，间隔可大于每五个倍增电极、可集中在中间倍增电极级、可集中朝向接近脉冲计数电极的倍增电极级，或者可以其他方式按照所需或选择方式间隔。例如，在使用二十六个倍增电极电子倍增器的一些情况下，第一静电计可存在于中点，例如，电耦接到倍增电极13，并且第二静电计可以定位在倍增电极13的上游，例如，电耦接到倍增电极6或倍增电极7。然而，如有需要，第二静电计可以定位在倍增电极13的下游，例如，可以电耦接到倍增电极13与脉冲计数电极之间的倍增电极。

在某些实施方案中，在本文所述的检测器和系统的操作中，可以在各个倍增电极级处监控一个或多个模拟信号，例如，输入或输出电流，例如，如果下一个倍增电极正向偏置，那么这个电流可以是输入电流，否则是输出电流。监控的模拟信号可以与脉冲计数结合使用，以便使用模拟信号、脉冲计数和/或它们之间的交叉校准来提供从离子/光子的低水平到离子/光子的高水平的大体线性响应。如有需要，可以同时测量和转换一个或多个倍增电极处的输入电流。例如，可以使用倍增电极的增益曲线来计算每一个倍增电极(或选择的倍增电极)处的输入电流。可以监控在饱和倍增电极的上游并且在其中噪音水平是信号的主要分量的倍增电极的下游的倍增电极级的输入电流(或输出电流)。此外，检测器可以被配置来关闭在观察到饱和的下游的倍增电极。例如，如果在任何倍增电极级观察到饱和，那么该倍增电极级和/或随后的下游倍增电极级可以关闭，例如，通过改变下游倍增电极的电压来停止级联，以便保护检测器的剩余倍增电极，从而可以延长检测器寿命。可以实时执行对个别倍增电极的监控，以便扩展检测器的动态范围，例如，动态范围可以被增益延长。在出现低信号的情况下，例如，来自较低的离子或光子水平，可不必关闭下游倍增电极，并且可以实施脉冲计数以便检测低离子(或光子)水平。

参考图7，示出模拟信号窗口，其中高于噪声阈值710的信号和低于饱和水平720的信号可以用作模拟信号。例如，来自倍增电极1的信号属于噪声并且一般不会使用。倍增电极10表示饱和倍增电极，并且信号放大在倍增电极10处终止，从而没有信号来自倍增电极11和12。来自倍增电极2到9的模拟信号中的一个或多个可以用来确定引入到检测器中的离子的水平。在不希望被任何特定理论限制的情况下，更靠近倍增电极10的上游倍增电极处的模拟信号可具有更好的信噪比，并且可更适合于确定分析物水平。例如，来自倍增电极9或倍增电极8的模拟信号通常预期比来自倍增电极2或倍增电极3的模拟信号具有更好的信噪比。可能需要在窗口710、720内使用来自不同倍增电极的模拟信号，例如，两个或更多信号，以提高确定离子水平的整体准确性。两个或更多模拟信号可以每一个均与脉冲计数信号交叉校准，如本文所述。

在某些实施方案中并且参考图8，示出检测器中的某些部件的示意图。示出电子倍增器800的六个倍增电极810到815，但如曲线所示，倍增电极812与813之间可以存在额外的倍增电极级。电阻梯830用来使下游倍增电极发生电偏压，以便具有比上游倍增电极更大的正电压，从而导致电子的加速度和离子信号805的放大。例如，第一倍增电极810的电压经过选择，以使得击打倍增电极810的电子将被发射并且朝向第二倍增电极811加速。通过选择电阻梯830中的合适电阻值，实现各个倍增电极810到815的偏压。例如，电阻值经过选择以补充每一个倍增电极的输入电流减去输出电流的差，而同时基本上维持偏压。如图8所示，可以存在电耦接到模数转换器850的放大器840，例如，具有反馈的运算放大器，以便将数字信号发送到处理器(未示出)，用于测量倍增电极820处的电流。测量到的电流可以与已知的离子水平相关，以确定其中监控光子的离子浓度或样品浓度。在一些情况下，测量到的电流可以被放大和数字化，并且所得数字信号可以与脉冲计数信号交叉校准。

在本文所述的检测器的某些配置中，供应到每一个倍增电极的电流可以是电子电流的直接测量。静电计可以用来测量一个或多个倍增电极级的输入电流，而不会干扰或改变其他倍增电极级。通常，放大器可以耦接到每一个倍增电极偏压，以在偏压处创建虚拟接地。相对于虚拟接地的输出电压与倍增电极电流乘以反馈电阻器的电阻成比例。来自监控的倍增电极的放大器的信号随后可以被转换，例如，使用模数转换器进行转换，并且得到的值可以提供到处理器。如本文所述，倍增电极/静电计对可以每一个均与其他倍增电极/静电计对电隔离，以便使多个倍增电极中的每一个倍增电极电隔离。图9中示出此类配置的一个图示，其中出于表示的目的，示出三个倍增电极级。倍增电极911示为电耦接到放大器921和信号转换器931。电阻器941电耦接到放大器921。放大器921耦接到倍增电极911的倍增电极偏压，以便在偏压处创建虚拟接地。可以使用电阻梯905提供倍增电极偏压，例如，如参考图8的电阻梯830所述。相对于虚拟接地的输出电压与来自倍增电极911的电流乘以反馈电阻器941的电阻成比例。来自放大器921的输出随后可以被信号转换器931转换，并且得到的值可以提供到处理器950。倍增电极912的输入电流(或输出电流)也可采用类似方式测量。具体而言，放大器922电耦接到倍增电极912和信号转换器932。电阻器942电耦接到放大器922。放大器922耦接到倍增电极912的倍增电极偏压，以便在偏压处创建虚拟接地。相对于虚拟接地的输出电压与来自倍增电极912的电流乘以反馈电阻器942的电阻成比例。来自放大器922的输出随后可以被信号转换器932转换，并且得到的值可以提供到处理器950。如有需要，可采用类似方式使用放大器923、信号转换器933、反馈电阻器943以及处理器950在倍增电极913处测量电流。如有需要，可以提供单独的数字信号，从而使得可以接受窗口内的测量电流包括处理器使用的文字或信号。在一些配置中，所提供的数字信号中的一个或多个可以与脉冲计数信号交叉校准，以提供适合在较广的离子浓度范围上使用的检测器响应。

在某些实例中，尽管图9中的全部三个倍增电极都示为包括各个静电计，但可能需要只包括两个静电计，例如，可不监控倍增电极912处的电流。在本文所述的一些实施方案中，电阻器和系统可以包括耦接到内部倍增电极(例如，在第一倍增电极与脉冲计数电极之间的那些)的两个、三个、四个、五个或更多静电计，以便提供用于确定平均输入信号的足够信号。如有需要，每一个内部倍增电极可以包括各个静电计，以提高测量的整体准确性。参考图10，单个倍增电极1010示为电耦接到放大器1020。放大器1020在倍增电极1010的偏压处浮动。浮动DC/DC转换器1030可以电耦接到放大器1020和信号转换器1040，以便为这些部件提供功率。DC/DC转换器1030通常将较高电压，例如，24伏转换成提供给放大器1020和信号转换器1040的较低电压，例如，5伏。不同于DC/DC转换器的功率转换器也可用在图10所示的配置中，以便将功率提供到静电计。如有需要，每一个倍增电极都可以电耦接到功率转换器。在一些实施方案中，只有电耦接到静电计的那些倍增电极也电耦接到功率转换器。如有需要，第一倍增电极1010可以维持在固定偏移，从而可以有助于将离子到电子转换保持不变。倍增电极1010可以与倍增电极链中的其他倍增电极电隔离，从而使得从倍增电极1010中提供单独信号。

在某些实例中，通过选择电阻梯中的适当电阻器，可以提供如本文所述的倍增电极偏压。在这个配置中，改变输入电子电流将改变倍增电极到倍增电极电压，并且可以产生错误。为了避免这种错误，可能需要调节每一个倍增电极电压，以降低可随着增加的电子电流从电压变化引起的任何错误。图11中示出准许单独控制倍增电极电压的一个配置。为了实现基本不变的电压，可以使用齐纳二极管或已调节的放大器。图11的装置包括分别电耦接到放大器1120和1121的倍增电极1110和1111，类似于参考图10描述的配置。放大器1131可以电耦接到电阻梯1105和齐纳二极管1141，以便对提供到倍增电极1110的电压进行独立控制。例如，齐纳二极管1141电耦接到放大器1131 的输出，以便对倍增电极1110的偏压进行额外控制，例如，如有需要或需求以便限制或修剪电压，并且通常有助于将偏压提供到倍增电极1110，当电子电流在检测器的其他倍增电极处增加时所述偏压基本不改变。类似地，齐纳二极管1142电耦接到放大器1132的输出，以准许对倍增电极1111的偏压进行控制。静电计可以电耦接到倍增电极1110和1111中的每一个(或者只耦接到倍增电极1110和1111中的一个)。例如，放大器1120可以电耦接到倍增电极1110并且用来将模拟信号提供到信号转换器1150，所述信号转换器可将所述信号转换成例如数字信号并且将转换的信号提供到处理器(未示出)。类似地，放大器1121可以电耦接到倍增电极1111并且用来将模拟信号提供到信号转换器1151，所述信号转换器可将所述信号转换成例如数字信号并且将转换的信号提供到处理器(未示出)。来自倍增电极1110、1111中的每一个的信号可彼此电隔离。在检测器包括两个以上倍增电极的情况下，倍增电极之间可以存在多个电压控制器，例如，类似于图11所示的放大器/齐纳二极管组合，以便单独控制检测器的倍增电极到倍增电极电压。每一个倍增电极可以与其他倍增电极发送的信号分开将信号提供到处理器。如有需要，每一个倍增电极节点之间无需电压控制。例如，可能需要省略某些倍增电极之间的电压控制，以便简化检测器的整体构造。在图11所示的配置中，电阻器链可以使用极低的电流，例如，少于0.1mA，从而降低生成的热量和对检测器电源的电流需求，所述检测器电源通常是3kV电源。

在某些实施方案中，在高入射离子(或光子)水平下，例如更靠近通常将发现脉冲计数电极的地方的那些下游倍增电极可开始饱和。例如，随着输入电流增加，下游倍增电极级将开始使放大器和信号转换器饱和。尽管电子设备不可能因饱和而损坏，但这些倍增电极的电流增加，从而在电阻梯或电压调节器中产生热量。此外，存在于发射电子的倍增电极表面上的材料可以损坏。倍增电极表面的损坏或降解可以导致特定倍增电极的局部增益改变，从而可以导致测量错误。理想情况下，倍增电极电压经过选择以与每一个检测器的动态范围良好重叠。可能需要在某些情况下重叠一个数量级或更多，以实现线性输出。如果针对某一离子水平选择此类增益并且随后在入射一定质荷比的更多离子的情况下执行测量，则可能需要停止紧挨着饱和倍增电极的电子束。在一些实施方案中，饱和倍增电极可是将信号放大的最后倍增电极，例如，如果适当配置的话，饱和电极可起到集电极的作用，而在其他实例中，饱和倍增电极下游的倍增电极可以短路，以便充当集电板，从而移除所有电子。很多不同的机构可以用来终止信号放大。在一些实施方案中，邻近饱和倍增电极并且在其下游的倍增电极的偏压可以进行调整，从而使得电子不从饱和倍增电极朝向邻近的下游倍增电极加速，从而将导致饱和倍增电极起到类似于集电板的作用。通过这种方式，电子流在饱和倍增电极处终止。通过在饱和倍增电极处终止放大，检测器的增益可以保持较高，以准许检测低离子水平，而在样品中也存在高离子水平的情况下，同时最小化损坏任何检测器部件的风险。如果增益不够高到足以检测低离子(或光子)水平，那么可以执行脉冲计数来检测此类低水平。

参考图12，示出电路的示意图，所述电路可以被实施，以终止本文所述的检测器和系统中的信号放大。图12中没有标记的部件类似于参考图11描述和示出的那些。在饱和水平，下游倍增电极1211(相对于饱和倍增电极1210的下游)可以相对于饱和倍增电极1210稍微正向偏置。例如，节点可以将下面的倍增电极级上的分压器缩短到饱和倍增电极的+5V节点。如果存在约2伏的参考电压，那么下面的倍增电极1211将在饱和倍增电极上以约+3V结束。饱和倍增电极1210的输出信号将成为集电极并且将收集所有的电子电流。ADC将以逆极性饱和。如有需要，这种配置可以用来对倍增电极增益电压进行直接钳位，或者可以由控制系统检测。例如，当入射信号改变时，发生信号终止的特定倍增电极可从测量到测量改变。理想情况下，保护开关速度可以接近ADC转换速度，从而在下游倍增电极可能发生任何损坏之前，可以实施信号终止。如有需要，来自紧靠饱和倍增电极1210上游的倍增电极的模拟信号可以用于确定离子水平，并且提供更准确的结果。例如，如果在倍增电极处检测到饱和，那么可以使用来自上游倍增电极/静电计对的模拟信号，例如，可以进行数字化和/或与脉冲计数信号交叉校准。

作为本文所述的实施方案的本质属性，通过测量模拟信号和脉冲计数信号以及通过停止饱和倍增电极(或者饱和倍增电极下游的倍增电极)的信号放大，提供增加的动态范围。例如，在以固定增益操作并且具有26个倍增电极的检测器中，如果在倍增电极23处检测到饱和，那么可通过将倍增电极23处的放大短路来终止放大。可以使用来自倍增电极23上游的倍增电极的一个或多个模拟信号，例如，来自倍增电极1到22中的任一个的所述模拟信号，以便确定离子水平。脉冲计数也可结合模拟信号实施，以进一步扩展动态范围。针对随后以相同固定增益测量或接收具有相同或不同质荷比的离子，可存在的离子数量使得在倍增电极19处发生饱和。在不必调整检测器的电压的情况下，可以在倍增电极19处终止放大，如在使用典型电子倍增器时将需要。通过这种方式，检测器可以监控倍增电极的输入电流，以确定信号放大何时应终止并且可以在不损失线性度或检测速度的情况下扩展检测器的动态范围。出于说明的目的，如果测量每一个倍增电极处的电流，那么动态范围由增益延伸。如果使用16位模数转换器，那么是65k(2¹⁶)乘以所述增益。如果系统被设计成在饱和倍增电极处终止放大，那么检测器可以在最大电压下操作，例如，3kV，以提供最大增益。在这个电压下，很多检测器中将预期10⁷的增益。为了说明噪声并且将单个离子事件的信噪比假设为10:1，动态范围将降低到1/10。当在每一个倍增电极上使用16位ADC时的总动态范围将预期为约6x10¹⁰(65,000乘以10⁶)。如果读数的转换以100KHz的频率发生，那么可以存在约100,000个不同的样品测量并且可以用来将动态范围扩展到高达约6x10¹⁵的总动态范围。在一些情况下，动态范围可以是约10⁸或更多，例如，10⁹、10¹⁰、10¹¹或10¹²或者更多。针对特定样品，在不必改变检测器的增益的情况下，可以扫描和检测强度变化很大的不同质荷比离子。这种配置简化了检测器的用户操作，并且降低检测不到低离子水平或不准确地测量高离子水平的量的可能性。

在某些实施方案中，为了说明倍增电极的典型输出并且说明每一个倍增电极处的动态范围，图13中示出13个倍增电极检测器中的每一个倍增电极的倍增电极电流相对于输入电流的图示。如图13所示，用于倍增电极1和2的ADC的输出极低并且在电子噪声内。因此，来自这些倍增电极的模拟信号将不提供离子水平(或光子水平)的准确测量。倍增电极3到10提供在可以接受窗口内的ADC输出。倍增电极3到10的模拟信号值中的任何一个或多个可以用作离子水平的测量。在不希望被这个图示限制的情况下，倍增电极8到10处的信噪比可以比倍增电极3到5处的信噪比更好。在这个实例中，倍增电极11被测量为饱和，从而导致倍增电极12和13关闭，因而终止倍增电极11处的信号放大。倍增电极11到13的测量也可以被丢弃或者以其他方式不用作模拟信号。如果存在低离子水平，那么信号放大可以不在倍增电极11处终止。来自脉冲计数电极(未示出)的脉冲计数可以用来准确检测此类低离子水平。来自模拟级的测量信号可以与脉冲计数信号交叉校准，以进一步提高准确性。例如，由于模拟信号和脉冲计数的重叠，模拟信号和脉冲计数可以交叉校准(如结合图5B和图5C所述)，以提供校准曲线，所述校准曲线可以用来在较广的浓度范围上测量离子水平，例如，10¹²到10¹⁴或更多。

在某些实例中，并且如本文所述，不需要测量每一个倍增电极处的电流。相反，可以测量和使用每两个、每三个或每四个倍增电极。每一个级之间的增益可以是任何值，并且可以通过将ADC读数与下面和上面的级相比较来进行‘校准’。这个发现的增益随后可以用作输入电流，等于所有级的增益乘以ADC读数。在一些情况下，固定电压可以大于所有倍增电极级电压的总和，并且底部或最后的电阻器可以用来吸收任何额外的电压。此外，底部电阻器也可以吸收通过使倍增电极短路以终止信号放大而生成的任何过多的电压。在一些配置中，可能需要具有足够的倍增电极来补偿最终的老化。例如，如果因表面材料的降解，EM增益随着时间的推移而降低，那么饱和点可在倍增电极组中进一步向下游移动。如果最后的倍增电极没有为单个离子事件产生10:1的信噪比(或者其他选择的信噪比)，那么响应可表明检测器已经超过了可用寿命。归因于饱和倍增电极处的信号终止和下游倍增电极的保护，预期的检测器寿命应比当前的传统系统长得多。

在某些实施方案中，图14A示出可以用来测量倍增电极的信号的电路的另一示意图。电路1400通常包括电耦接到电容器1420和控制器1405(或者如有需要的话，处理器)的放大器1410。电路通过部件1430电耦接到倍增电极(未示出)。数字信号可以从处理器提供，并且用来控制倍增电极的偏压。例如，来自处理器的信号可以用来使倍增电极短路，以便调节倍增电极偏压或以其他方式帮助信号放大机构或者终止信号放大机构。

在某些配置中，图14B和图14C示出电路的另一示意图。电路分成两个图，以便提供电路的更易于使用的版本。在示意图中，NGND表示虚拟接地。电路包括电耦接到放大器U16A和U16B的DC/DC转换器U6，以便将约101伏的电压提供到倍增电极(标记为节点)。约4.096伏的参考电压从电压基准U19提供，并且可以与来自DC/DC转换器U6的电压一起使用，例如，使用放大器U16A和U16B和放大器Q3的输出，以便将101伏提供到倍增电极。来自倍增电极的模拟信号可以由静电计J4测量，并且提供到模数转换器U12。模数转换器U12电耦接到数字隔离器U23和U24，从而可以将信号与倍增电极隔离。来自每一个倍增电极的输出信号可以与其他倍增电极的信号电绝缘，以使得来自每一个倍增电极的每一个信号与来自其他倍增电极的信号隔开，从而准许来自不同倍增电极的信号的同时测量。为了确定是否任一倍增电极处都出现饱和信号，饱和阈值可以设置在软件中，并且如果在倍增电极处检测到饱和，那么电压可以被钳位，以便停止饱和倍增电极处的放大。例如，驱动放大器Q6和钳位的其他部件可以用来使倍增电极短路，例如，将它放在虚拟接地NGND处，从而将停止所述倍增电极处的信号放大。倍增电极组中的一个、两个、三个或更多倍增电极可包括类似于图14B和图14C所示的电路，以提供独立电压控制、独立电压钳位(如有需要)，并且提供来自倍增电极的单独电隔离信号。在图14B和图14C的电路的使用中，可以测量或监控来自倍增电极组中的倍增电极的一个或多个倍增电极信号。在检测非饱和信号的情况下，可使用下游倍增电极继续放大，例如，通过将合适的电压提供到下游倍增电极。当检测饱和信号时，观察到饱和信号的倍增电极可以接地到虚拟接地，以终止所述饱和倍增电极处的放大。饱和倍增电极上游的一个或多个模拟信号可以使用并且转换成数字信号。数字信号可以与脉冲计数信号交叉校准，如本文所述。如有需要，可以使用两个或更多模拟信号。

在某些实施方案中，在实施本文所述的检测器时，商购的部件可以经过选择和组装，以作为印刷电路板上的较大电路的一部分和/或可以电耦接到倍增电极的单独板或芯片。某些部件可以被包括在检测器的真空内，而其他部件可仍留在检测器的真空管之外。例如，静电计、过流保护和分压器可以放在真空管中，因为它们不会产生可增加暗电流的任何大量的热量。为了提供真空管中的部件与系统的处理器之间的电耦合，可以实施合适的耦合器和电缆，例如，可以插入到合适耦合器中的柔性PCB馈电电缆。

在某些实施方案中，本文所述的检测器可以被配置来侧向或端部(也称为正面)装置。例如，图1到图4用图形示出侧向装置的实例，其中光入射在检测器的端部上。端部检测器的外壳一般将是不透明的，从而使得光电阴极(或者第一倍增电极)附近的检测器的端部只是接收任何大量光(或离子)的部分。在其他配置中，可以采用如本文所述的类似方式实施侧向检测器，例如，侧向检测器可以包括具有电耦接到各个静电计的倍增电极中的一个、两个、三个或更多(或全部)的多个连续倍增电极。图15中示出侧向检测器的一个图示。检测器1500包括定位在装置1500的侧面1515上的孔口或入口开口1510。离子(示为检测器外部的射束1505和检测器内部的射束1516) 可以进入检测器1500的侧面1515上的孔口1510，并且击打倍增电极1520。如参考端部装置所述，倍增电极1520可以发射电子，所述电子可以由装置1500内的倍增电极1521到1526放大。可存在脉冲计数电极1530，以提供用于测量低光子(或离子)水平的脉冲计数信号。侧向检测器1500的选择倍增电极可以电耦接到各个静电计(或者电流到电压转换器)，并且可包括合适的电路，例如，类似于结合图1到图12所述，以准许测量来自倍增电极1520到1526的模拟信号(和/或脉冲计数)并且计算离子水平。尽管图15中将入射光子(或离子)示为相对于孔口1510以约九十度的角度入射，但也可以使用除了九十度之外的角度。如有需要，可以使用一个或多个离子透镜元件以选择的轨迹将离子提供到检测器1500。

在某些实例中，存在于任何电子倍增器中的确切倍增电极配置可以变化。例如，倍增电极布置可采用网格类型、软百叶窗类型、线性聚焦类型、盒和磨类型、圆笼类型、微通道板类型、金属通道倍增电极类型、电子轰击类型，或者其他合适的配置。在某些实施方案中，使用倍增电极和集电极的合适材料可以形成本文所述的检测器。例如，倍增电极可包括下列元素或材料中的一个或多个：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，或者它们的组合。检测器的倍增电极可包括下列各项中的一个或多个：碳(金刚石)、AgMg、CuBe、NiAl、Al₂O₃、BeO、MgO、SbKCs、Cs₃Sb、GaP:Cs或者其他合适的材料。如本文所述，选择用于倍增电极中的确切材料对增益有直接影响，并且如有需要，已知材料的增益曲线可以用在本文所述的计算中。这些材料中的一个或多个可以合适的角度存在于表面上，以准许表面起到倍增电极的作用。脉冲计数电极也可包括合适的材料，以准许脉冲的计数，例如，一个或多个导电材料。

在某些实例中，本文所述的检测器可以用在许多不同的应用中，包括但不限于：医学和化学仪器、离子和粒子检测器、辐射检测器、微通道板检测器，以及用在可能需要检测离子或粒子的其他系统中。下文更详细地描述这些和其他检测器的说明。在某些实施方案中，本文所述的检测器和相关联电路可以用在医学和化学仪器中。例如，检测器可以用在质谱分析应用中，以检测从待分析的样品的破碎或电离中得到的离子。图16示出质谱仪1600的总图。质谱仪1600包括四个通用部件或系统，其包括样品引入装置1610、电离装置1620(也称为离子源)、质量分析器1630以及检测器1640。本文中更详细地论述这些部件中的每一个，但通常，检测器1640可是本文所述的电子倍增器中的一个或多个，例如，包括电耦接到静电计的倍增电极的检测器。如本文所述，检测器可以测量当离子入射在检测器上时感生的电荷或产生的电流。样品引入装置1610、电离装置1620、质量分析器1630和检测器1640可使用一个或多个真空泵以降低的压力操作。然而，在某些实例中，只有质量分析器1630和检测器1640可在降低的压力下操作。样品引入装置1610可采用样品入口系统的形式，所述样品入口系统可以在准许部件保持在真空下的同时接收样品。样品引入装置1610可以被配置成分批进样、直接探头进样、色谱进样，或者其他样品引入系统，例如，诸如在直接样品分析中使用的那些。在分批进样系统中，样品在外部挥发并且“渗漏”到电离区域中。在直接探头进样系统中，使用样品架或探头将样品引入到电离区域中。在色谱进样系统中，样品首先使用一种或多种色谱技术进行分离，例如，气相色谱法、液相色谱法或者其他色谱技术，并且随后分离的成分可以被引入到离子源1620中。在一些实施方案中，样品引入装置1610可是注射器、喷雾器，或者可将固态、液态或气态样品输送到电离装置1620中的其他合适装置。电离装置1620可是可以将样品分裂和/或电离的装置中的任何一个或多个，例如，包括：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、电火花、漂移离子装置、可以使用气相电离(电子电离、化学电离、解吸化学电离、负离子化学电离)将样品电离的装置、场解吸装置、场电离装置、快速原子轰击装置、次级离子质谱分析装置、电喷雾电离装置、探针电喷雾电离装置、超声喷雾电离装置、大气压化学电离装置、大气压光致电离装置、大气压激光电离装置、基质辅助激光解吸电离装置、气溶胶激光解吸电离装置、表面增强激光解吸地理装置、辉光放电、共振电离、热电离、热喷雾电离、放射电离、离子附加电离、液态金属离子装置、激光消融电喷雾电离，或者这些所述电离装置中的任意两个或更多的组合。质量分析器1630可采用多种形式，一般取决于样品性质、所需的分辨率等，并且下文进一步论述示例性质量分析器。检测器1640可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，其中的任一个均可包括电耦接到静电计的倍增电极。系统1600通常电耦接到处理器(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。一个或多个数据库可由处理器访问，以确定引入到MS装置1600中的种类的化学特性。所属领域中已知的其他合适的额外装置也可与MS装置1600一起使用，包括但不限于，自动进样器，诸如，可以从铂金埃尔默健康科学公司(PerkinElmer Health Sciences,Inc)商购的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可采用许多形式，具体取决于所需的分辨率和引入的样品的性质。在某些实例中，质量分析器是扫描式质量分析器、磁式扇形分析器(例如，用于单聚焦和双聚焦MS装置)、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，飞行分析器的基质辅助激光解吸电离时间)，以及可将具有不同质荷比的种类分开的其他合适的质量分析器。在一些实施方案中，质量分析器可耦接到可相同或者可不同的另一质量分析器。例如，可以将三级四极装置用作质量分析器。如有需要，质量分析器1630也可包括离子阱，或者可以有助于从存在于样品中的其他离子中选择具有所需质荷比的离子的其他部件。质量分析器1630可以被扫描，从而实时将具有不同质荷比的离子提供到检测器1640。

在某些实施方案中，选择使用的检测器1640可至少部分取决于电离技术和/或所选择的质量分析器。例如，可能需要使用包括耦接到静电计的倍增电极的电子倍增器，所述静电计具有飞行分析器的较高动态范围时间和用于包括四极分析器的器具。通常，检测器1640可是本文所述的电子倍增器检测器中的任一个，包括具有多个倍增电极的那些、具有微通道板的那些，以及可以放大离子信号并且进行检测的其他类型的检测器，如本文所述。例如，检测器可以配置成参考图1到图12所述的那样。在其他实施方案中，本文所述的检测器的某些部件可以用在微通道板中，以放大信号。微通道板的作用类似于本文所述的电子倍增器的倍增电极级，但存在的许多单独通道除了放大之外还提供空间分辨率。微通道板的确切配置可以改变，并且在一些实例中，微通道板(MCP)可以采用锯齿形MCP、Z堆叠MCP或者其他合适的MCP的形式。下文更详细地描述说明性MCP。不论使用的检测器的类型如何，检测器都可以在器具扫描不同质荷比时接收离子。可以产生质谱，所述质谱是针对扫描到的质荷比中的每一个具有所选择的质荷比的离子数量的函数。如有需要，可计算每秒以特定质荷比到达的离子数量。根据样品中的离子水平，检测器可以动态确定任何特定倍增电极处是否存在饱和，并且使用来自所选择的上游倍增电极的模拟信号来确定样品中的特定离子水平。

在某些实施方案中并且参考图17A，示出微通道板1700的示意图，所述微通道板包括基本平行于彼此定向的多个电子倍增器通道1710。板1700中的通道的确切数量可以改变，例如，100到200或者更多。MCP可以包括位于所述板的每一个表面上的电极1720和1730，以提供从所述板的一侧到另一侧的偏压。通道1710中的每一个通道的壁可以包括可以发射次级电子的材料，所述电子可以在通道的下方放大。每一个通道(或者选择数量的通道)可以电耦接到各个静电计，以便测量来自每一个通道的输入电流。例如，来自非饱和通道的信号可以用来确定离子水平，并且饱和通道可以短路，以便保护通道或者以其他方式不用来提供信号或图像。如有需要，电极1720和1730可以被配置成电极阵列，所述电极阵列具有对应于每一个通道的电极，以准许独立控制提供到每一个通道的电压。此外，在一些配置中，每一个通道可以与其他通道电隔离，以在板1700中提供多个连续但分开的倍增电极。外部分压器可以用来施加偏压，以便使电子从装置的一侧加速到另一侧。在某些实施方案中，MCP可以被配置成锯齿形(v状)MCP。在一个配置中，锯齿形MCP包括两个微通道板，其中通道从彼此旋转约九十度。锯齿形MCP的每一个通道可以电耦接到各个静电计，或者选择数量的通道可以电耦接到静电计。在其他实施方案中，MCP可以被配置成Z堆叠MCP，其中三个微通道板排列成类似于Z的形状。与单个MCP相比，Z堆叠MCP可具有增加的增益。

在一些情况下，多个微通道板可堆叠并且配置成使得每一个板起到类似于倍增电极的作用。图17B中示出一个图示，其中板1760、1762、1764、1766和1768堆叠在一起。尽管未示出，但所述板中的一个、两个、三个、四个或全部五个可电耦接到各个静电计。可使用本文中参考倍增电极所述的那些类似的电路和配置来控制应用到每一个板的电压。在一些情况下，堆叠的MCP可以用作或用在X射线检测器中，并且通过控制施加到个别板的电压，检测器的增益可以针对每一个图像自动调整，以便提供更清楚的图像。

在某些实例中，MS装置1600可与一个或多个其他分析技术联用。例如，MS装置可与用于执行液相色谱法、气相色谱法、毛细管电泳以及其他合适的分离技术的装置联用。当将MS装置耦接到气相色谱仪时，可能需要包括合适的接口，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装置耦接到液相色谱仪时，可能需要包括合适的接口，以说明用在液相色谱法和质谱分析法中的体积的差异。例如，可使用分离接口，从而只有离开液相色谱仪的少量样品可被引入到MS装置中。从液相色谱仪离开的样品也可沉积在合适的线、杯子或腔室中，以用于传输到MS装置1600的电离装置1620。在某些实例中，液相色谱仪可包括被配置来在样品穿过加热毛细管时将所述样品蒸发和雾化的热喷雾。鉴于本公开的益处，所属领域的一般技术人员将容易选择用于将样品从液相质谱仪引入到MS装置中的其他合适装置。在某些实例中，MS装置可以彼此联用，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装置可包括与第一MS装置不同或类似的质量分析器。在其他实例中，第一MS装置可操作以将分子离子隔离，并且第二MS装置可操作以破碎/检测隔离的分子离子。鉴于本公开的益处，所属领域的一般技术人员将能够设计联用的MS/MS装置，其中的至少一个包括增压装置。在一个或多个MS装置彼此联用的情况下，可以不只使用单个检测器。例如，可存在两个或更多检测器，以准许离子的不同类型的检测。

在其他实施方案中，本文所述的电子倍增器可用在放射性检测器中，以检测提供离子或粒子的放射性衰变。具体而言，由α粒子发射或β粒子发射衰变的放射性核素可使用本文所述的检测器直接检测到。通常，α粒子衰变提供氮核的带正电粒子。诸如U-238的重原子由α发射衰变。在β粒子发射中，从原子核中放射电子。例如，I-131(放射性碘)通常用来检测甲状腺癌。I-131放射β粒子，可以使用本文所述的检测器中的一个检测到所述β粒子。

在某些实施方案中，本文所述的检测器可存在于相机中，所述相机被配置来检测β粒子发射并且重构目标的图像。例如，本文所述的检测器可以用在相机中，以提供可以显示或存储在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，相机可被配置来检测来自放射性同位素的电子发射。相机通常包括扫描头中的一个或多个检测器或者检测器的阵列。在一些实例中，所述阵列的检测器中的一个或多个可包括本文所述的检测器中的任一个，例如，包括电耦接到各个静电计的倍增电极的检测器。通过台架、臂或者其他定位构件，例如，耦接到一个或多个电机的臂，所述扫描头一般定位在或者可以在目标的上方或周围移动到电子发射。处理器，例如，存在于计算机系统中的一个用以控制扫描头的位置和移动，并且可以接收输入电流、计算平均输入电流并且使用此类计算的值来构建和/或存储表示接收到的电子发射的图像。由于每一个检测器相对于入射发射定位在不同角度，因此，检测器的位置可以提供空间分辨率。因此，可发生任何一个检测器的饱和，而其他检测器保持非饱和或者在不同的倍增电极处变得饱和。如有需要，处理器可以在任何一个检测器处确定倍增电极是否饱和，并且随后在同一倍增电极处将其他检测器的其他非饱和倍增电极短路。例如，如果六个检测器阵列中的检测器1在倍增电极12处饱和，那么其他检测器处的信号放大可以在倍增电极12处终止，以在不同检测器的相同倍增电极级处提供相对输入电流，从而可以用来提供图像的空间分辨率和/或增强对比度。通过在不同检测器的相同倍增电极处终止信号放大，可以省略加权因数的使用并且可以用更简单的方式构建图像。可替代地，可以基于在每一个检测器的哪里发生饱和来应用加权因数，以便重新构建图像。出于说明的目的，图18中示出相机的一个实例。相机1800示为包括扫描头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成如本文所述，例如，可包括电耦接到各个静电计的倍增电极。如有需要，检测器1830、1840可被配置成相同或者可不同。检测器1820、1830每一个均电耦接到处理器(未示出)，所述处理器可以接收来自检测器的信号，以用于构建图像。通过将扫描头定位在要成像的目标上或附近并且在该位置测量电子发射，相机1800可以用来创建2D图像。检测器1820、1830中的每一个可能接收不同水平的电子发射，从而可以用来对比目标的图像。例如，各种电子发射强度可以进行编码，例如，用灰度等级编码或用颜色编码，以提供表示扫描头1810下方的区域的图像。在出现低电子发射水平的情况下，也可实施和使用脉冲计数。

在某些实施方案中，本文所述的检测器可以用在俄歇光谱(AES)应用中。在不希望被任何特定科学理论限制的情况下，在俄歇光谱中，在材料的一系列内部事件之后电子可从一个或多个表面中发射出来。从表面发射的电子可以用来提供不同区域的表面的地图或图像。参考图19，示出用于AES的系统。系统1900包括将电子提供到表面1905的电子源，例如，电子枪1910。电子从表面1905发射并且偏转到筒镜分析器(CMA)中和检测器1920上，以用于放大。例如，在检测器1920中，俄歇电子倍增，如本文中参考图1到图12所述，并且得到的信号发送到处理器1930。装置可以被提供来自电源1940的电力。根据入射电子束能量，对照较宽的次级电子背景光谱，可以分析收集到的俄歇电子。检测器1920可是本文所述的检测器中的任一个，并且可以实时终止饱和倍增电极处的放大，而不必针对电子枪1910提供的不同入射能来改变检测器的增益。如有需要，可使用AC调制以及信号衍生，以便更好地分析所述表面。也可使用测量来自俄歇电子的信号的其他装置，例如，扫描式俄歇显微镜。图像可以由表面构建而成，并且不同的表面高度可以显示在不同的灰影中，以提供表面地图。在出现低电子发射水平的情况下，也可实施和使用脉冲计数。

在其他实例中，本文所述的检测器可用来执行ESCA(化学分析电子光谱法)或者X射线光电子光谱法。通常，通过使用X射线的射束照耀材料，而同时针对材料的上表面，例如，针对顶部1到10nm测量逃逸的若干电子的动能，可执行ESCA。类似于AES，ESCA通常在超高真空条件下执行。ESCA可以用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、陶瓷、油漆、纸、墨水、木材、植物部分、化妆品、牙齿、骨头、医学植入物、生物材料、粘性油、胶水、离子改性材料以及很多其他材料。参考图20，示出典型ESCA系统的框图。系统2000包括全都在外壳2005中的X射线发生器2010、通常在其上添加固态样品的样品室或架2020，以及检测器2030。通常存在一个或多个高真空泵，以在外壳1905内提供超高真空。样品架2020可以耦接到高台或移动平台，以准许样品移动和分析样品的不同区域。X射线发生器2010提供入射在表面2020上的X射线2015。电子2025被喷射并且由检测器2030接收。检测器2030可包括收集透镜、能量分析器以及所需的其他部件。检测器也可包括本文所述的检测器中的一个或多个，例如，包括具有电耦接到静电计的两个或更多倍增电极的多个倍增电极的检测器，以便确定到达检测器的电子的数量。来自一个或多个非饱和倍增电极的模拟信号可以用来确定样品的特定位置的平均离子计数。脉冲计数可以结合模拟信号监控实施。此外，本文所述的检测器终止放大的能力准许检测器以高增益值操作，从而可以导致更准确的测量。

在某些实施方案中，本文所述的检测器可以用在真空紫外线(VUV)光谱应用中。例如，VUV可用于确定半导体行业中所用的各种材料的逸出功。VUV系统可包括与参考ESCA和俄歇光谱所述的那些类似的部件。VUV系统可包括光源或能源，其可以扫描波长，以提供光源或能源的入射能与喷射的电子的数量之间的关系。这个关系可以用来确定材料的增益。

在一些实施方案中，本文所述的检测器可以用在显微镜应用中。例如，材料表面上的原子的布置可以使用场离子显微镜成像。显微镜可包括耦接到检测器的较窄取样尖端，例如，包括多个倍增电极的检测器，其中一个或多个倍增电极电耦接到静电计或多通道板，其中一个或多个通道耦接到各个静电计。成像气体，例如，氦气或氖气可以提供到真空室并且用来将表面成像。随着探头尖端在表面上经过，将电压施加到顶部，从而将顶部的表面上的气体电离。气体分子变得带正电，并且从尖端朝向所述表面排斥所述气体分子。随着在大体垂直于表面的方向上排斥离子，接近尖端的表面会将所述表面放大。检测器(如本文所述)可以收集这些离子，并且随着电子在表面上方从一个位置扫描到另一位置，计算的离子信号可用来构建表面的原子图像。

在一些实例中，本文所述的检测器可以用在电子显微镜中，例如，透射电子显微镜、扫描电子显微镜、反射电子显微镜、扫描投射电子显微镜、低压电子显微镜，或者其他电子显微镜。通常，电子显微镜将电子束提供到图像，从而从射束中散射出电子。出射电子束可以被检测并且用来重新构建试样的图像。具体而言，出射电子束可以使用本文所述的检测器中的一个或多个进行检测，如有需要，任选地使用闪烁屏或荧光屏，以便提供散射电子束的更准确的测量。射束可以在目标的表面上扫描，并且每一个扫描点的所得电流测量可以用来提供目标的图像。如有需要，可以存在检测器阵列，以使得可在每一个扫描点实现空间分辨率，从而进一步增强图像。

在一些情况下，本文所述的检测器可以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由太阳活动入射在上层大气上的粒子。粒子可被收集和/或集中到检测器中，以用于计数或其他测量。根据需要，最终的计数可以用来测量太阳活动或者测量其他天文现象。例如，检测器可是测量从太阳或其他行星发射的高能粒子通量或高能粒子通量的粒子望远镜的部分。测量可以用来构建目标的图像，可用于在高水平的太阳活动期间重新定位卫星或其他电信设备，或者可采用其他方式使用。

在某些实例中，本文所述的检测器可以用在辐射扫描仪中，诸如，用来对人类成像或者用来对无生命物体成像的那些，例如，以便在屏幕中心对行李成像。具体而言，一个或多个检测器可以电耦接到非破坏性离子束。该项的不同部件可采用不同方式吸收离子束。所得的测量可以用来构建被测量的行李或其他物品的图像。

在某些实例中，本文所述的检测器可以用来测量表示样品中的种类的非饱和模拟信号。非饱和模拟信号可以用包括多个倍增电极的电子倍增器来测量，其中电子倍增器被配置来在检测到饱和电流的倍增电极处终止信号放大。也可以用电子倍增器对脉冲进行计数，以提供脉冲计数信号。测量到的模拟信号和脉冲计数信号可以交叉校准，以确定样品中的种类(离子或光子)的量。在一些配置中，可以使用来自紧靠检测到饱和电流的倍增电极上游的倍增电极的非饱和模拟信号。在其他情况下，使用出现饱和电流的倍增电极上游的至少两个倍增电极的倍增电极处的非饱和模拟信号。在额外的实例中，测量与所述非饱和模拟信号不同的倍增电极处的第二非饱和模拟信号，并且第二非饱和模拟信号可以与脉冲计数信号校准。在其他情况下，测量与所述非饱和模拟信号和所述第二非饱和模拟信号不同的倍增电极处的第三非饱和模拟信号，并且测量到的第三非饱和模拟信号可以与脉冲计数信号交叉校准。在一些实施方案中，测量来自提供高于噪声信号且低于饱和信号的倍增电极之间的每一个倍增电极的模拟信号，并且测量到的模拟信号中的每一个可以与脉冲计数信号交叉校准。如有需要，来自每一个倍增电极的模拟信号可以被转换成数字信号，所述数字信号随后与脉冲计数信号交叉校准。在一些实施方案中，无需调整电子倍增器的电压，检测器便可以检测样品中的第二种类，所述第二种类不同于所述样品中的所述种类。例如，所述第二种类可是具有不同质荷比的离子，或者在测量光子的情况下，可以是以不同于第一样品的波长发光的样品。可以测量表示样品中的第二种类的非饱和模拟信号，并且表示样品中的第二种类的测量到的模拟信号可以与脉冲计数信号交叉校准，以便确定样品中的第二种类的量。

在某些情况下，本文所述的检测器可以用来同时测量来自电子倍增器的多个倍增电极中的两个或更多倍增电极的模拟信号，而同时也执行脉冲计数。可以选择和使用模拟信号中的一个或多个。例如，可以使用来自在测量到噪声信号的倍增电极的下游并且在测量到饱和信号的倍增电极的上游的倍增电极的测量到的模拟信号中的一个。可以用脉冲计数电极对脉冲进行计数，以提供脉冲计数信号，并且所选择的测量到的模拟信号可以与脉冲计数信号交叉校准。在一些配置中，信号放大在测量到饱和信号的倍增电极处终止。

在某些实施方案中，本文所述的检测器以及使用它们的方法可以使用计算机装置或者包括处理器的其他装置实施。计算机系统通常包括至少一个处理器，所述处理器电耦接到一个或多个存储器单元，以便接收来自静电计的信号。例如，计算机系统可以是通用计算机，诸如，基于Unix、英特尔奔腾(Intel PENTIUM)处理器、Motorola PowerPC、Sun UltraSPARC、惠普(Hewlett-Packard)PA-RISC处理器，或者任何其他类型的处理器。根据技术的各个实施方案，可以使用任何类型的计算机系统中的一个或多个。此外，系统可位于单个计算机上，或者可分布在由通信网络附接的多个计算机之间。例如，通用计算机系统可被配置来执行所述功能中的任一个，包括但不限于：倍增电极电压控制、电流输入(或输出)的测量、脉冲计数、图像生成等。应了解，系统可执行其他功能，包括网络通信，并且技术并不限于具有任何特定功能或功能集。

检测器和方法的各个方面可实施作为在通用计算机系统中执行的专用软件。计算机系统可包括连接到一个或多个存储器装置的处理器，诸如，磁盘驱动器、存储器或者用于存储数据的其他装置。存储器通常用于在计算机系统的操作期间存储程序和数据。计算机系统的部件可由互连装置耦接，其可包括(例如，集成在相同机器内的部件之间的)一个或多个总线和/或(例如，存在于单个离散机器上的部件之间的)网络。互连装置提供在系统的部件之间交换的通信(例如，信号、数据、指令)。计算机系统通常电耦接到电源和/或倍增电极(或通道)，从而使得电信号可被提供到和来自电源和/或倍增电极(或通道)，以便提供所需的信号放大。计算机系统也可包括一个或多个输入装置，例如，键盘、鼠标、跟踪球、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，印刷装置、显示屏、扬声器。此外，计算机系统可含有将计算机系统连接到通信网络的一个或多个接口(作为互连装置的补充或可替代方案)。计算机系统也可包括一个或多个信号处理器，例如，数字信号处理器，其可以存在于印刷电路板上，或者可存在于通过适当接口电耦接到印刷电路板的单独板或装置上，例如，串联ATA接口、ISA接口、PCI接口等。

在某些实施方案中，计算机的存储系统一般包括计算机可以读和可以写非易失性记录介质，其中存储有信号，所述信号定义待由处理器执行的程序，或者存储在所述介质中或介质上的信息，以便由所述程序处理。例如，特定例程、方法或技术的倍增电极偏压可存储在介质上。例如，所述介质可是磁盘存储器或闪存。通常，在操作中，处理器促进数据从非易失性记录介质读取到另一存储器中，允许处理器比介质更快访问所述信息。这个存储器通常是易失性随机存取存储器，诸如，动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。它可位于存储系统中或者位于存储器系统中。处理器通常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介质。已知用于管理介质与集成电路存储器单元之间的数据移动的多种机构，并且技术不限于此。所述技术也不限于特定存储器系统或存储系统。介质可被配置成接收使用模拟信号、脉冲计数和交叉校准产生的校准曲线。个别离子测量(或光子测量)可以与校准曲线相关，以确定特定样品中的离子水平或者发射光子的样品的浓度。

在某些实施方案中，计算机系统也可包括特别编程的专用硬件，例如，专用集成电路(ASIC)或现场可以编程门阵列(FPGA)。技术的方面可在软件、硬件或固件或者它们的任何组合中实施。此外，此类方法、动作、系统、系统元件及其部件可作为上述计算机系统的一部分或者作为单独部件实施。尽管通过实例的方式将计算机系统描述为可实践技术的各个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述计算机系统上实施。各个方面可在具有不同架构或部件的一个或多个计算机上实践。计算机系统可是可使用高级计算机编程语言编程的通用计算机系统。所述计算机系统也可使用特别编程的专用硬件实施。在所述计算机系统中，处理器通常是可商购的处理器，诸如，可从英特尔公司(Intel Corporation)得到的众所周知的奔腾(Pentium)级处理器。可得到许多其他处理器。此类处理器通常执行的操作系统可是，例如，可从微软公司(Microsoft Corporation)得到的Windows 95、Windows 98、Windows NT、Windows 2000(Windows ME)、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8或Windows 10操作系统；可从苹果公司(Apple)得到的MAC OS X，例如，雪豹(Snow Leopard)、Lion、山狮(Mountain Lion)或者其他版本；可从太阳微系统公司(Sun Microsystems)得到的Solaris操作系统；或者可从各种来源得到的UNIX或Linux操作系统。可使用很多其他操作系统，并且在某些实施方案中，简单的命令集或指令集可起到操作系统的作用。

在某些实例中，处理器和操作系统可一起定义可用高级编程语言为其编写应用程序的计算机平台。应理解，技术不限于特定计算机系统平台、处理器、操作系统或网络。此外，鉴于本公开的益处，所属领域的技术人员应明白，本技术并不限于具体编程语言或计算机系统。此外，应了解，也可以使用其他适当的编程语言和其他适当的计算机系统。在某些实例中，硬件或软件被配置来实施认知架构、神经网络或者其他合适的实施方案。如有需要，计算机系统的一个或多个部分可分布在耦接到通信网络的一个或多个计算机系统上。这些计算机系统也可是通用计算机系统。例如，各个方面可分布在被配置来将服务(例如，服务器)提供到一个或多个客户端计算机或者作为分布式系统的一部分执行整体任务的一个或多个计算机系统之间。例如，各个方面可在客户端服务器或多层系统上执行，所述客户端服务器或多层系统包括分布在执行根据本发明的各种功能的一个或多个服务器系统之间的部件。这些部件可是可执行的中间(例如，IL)或解译(例如，Java)代码，所述代码使用通信协议(例如，TCP/IP)在通信网络(例如，互联网)上传送。也应了解，技术并不限于在任何特定系统或系统组上执行。此外，应了解，所述技术并不限于任何特定的分布式架构、网络或者通信协议。

在一些情况下，可使用面向对象的编程语言来编程各个实施方案，诸如，SmallTalk、Basic、Java、C++、Ada或C#(C-Sharp)。也可使用其他面向对象的编程语言。可替代地，可使用功能、脚本和/或逻辑编程语言。各种配置可在非编程环境中实施(例如，以HTML、XML或其他格式创建的文件，所述文件当在浏览器程序的窗口中查看时，呈现图形用户界面(GUI)的方面或者执行其他功能)。某些配置可实施为编程或非编程元件，或者它们的任何组合。在一些情况下，计算机系统可以在处理时间中执行各种信号的交叉校准，其大约可为几秒或更少，具体取决于接收到的信号的数量。处理时间通常比可以在没有使用处理器的情况下执行的快几个数量级。

在介绍本文中公开的方面、实施方案和实例的元件时，“一”、“一个”、“所述”和“该”旨在表示有一个或多个元件。术语“包括”、“包含”以及“具有”旨在表示开放性含义，并且表示除了所列元件外，可能还有额外元件。鉴于本公开的益处，所属领域的一般技术人员将认识到，实例的各个部件可以与其他实例中的各个部件互换或用其替代。

尽管上文已经描述了某些方面、实例和实施方案，但鉴于本公开的益处，所属领域的一般技术人员将认识到，所公开的说明性方面、实例和实施方案的附加、替代、修改和变更是可能的。