质谱仪系统及真空歧管的制作方法

本实用新型大体上涉及质谱领域，包含真空歧管和真空系统。

背景技术：

质谱大体上依赖离子的相对无碰撞移动。离子与中性气体分子碰撞可导致离子碎裂，从而减少待分析和检测的所有质量离子的数目。此外，离子与中性气体分子之间的碰撞可更改离子的轨迹和速度。如果充分更改轨迹，那么离子可偏转出离子路径且受损失，从而进一步减少待分析和检测的离子的数目。另外，质量分析器可依赖于离子的速度。通过与中性气体分子碰撞来更改离子的速度可不利地影响对离子质量的分析。

质谱仪系统通常在高真空下操作以使离子的平均自由路径最大化。然而，源可处于大气压下，且离子可用相当大的气体分子流进入系统。对质量分析器维持高真空同时允许离子行进到质量分析器中需要将离子与气体分子分离并从质谱仪系统去除气体分子。

从上文将了解，需要改进的用于质谱的真空系统。

技术实现要素：

在第一方面中，一种质谱仪系统可包含真空歧管，所述真空歧管具有：前级管道腔室，其具有前级管道入口和前级管道出口；以及高真空腔室。所述质谱仪系统可进一步包含高真空泵，所述高真空泵具有：真空端口，其耦合到高真空腔室；以及前级管道端口，其耦合到所述前级管道入口。

在第一方面的各种实施例中，所述质谱仪系统可进一步包含耦合到所述前级管道出口的前级管道泵。

在第一方面的各种实施例中，所述前级管道腔室可在约0.1托与约10托之间的压力下操作。

在第一方面的各种实施例中，所述高真空腔室可在约1×10^-12托与约1×10^-3托之间的压力下操作。

在第一方面的各种实施例中，所述质谱仪系统可进一步包含在所述前级管道腔室与所述高真空腔室之间的中间真空腔室。在特定实施例中，所述中间真空腔室可在约1×10^-4托与2×10^-1托之间的压力下操作。

在第一方面的各种实施例中，所述质谱仪系统可进一步包含在所述前级管道腔室与所述高真空腔室之间的两个中间真空腔室。

在第一方面的各种实施例中，所述质谱仪系统可进一步包含在所述高真空腔室内的质量分析器。

在第一方面的各种实施例中，所述真空歧管可为单片真空歧管或多组件真空歧管。

在第二方面中，一种质谱仪系统可包含真空歧管和高真空泵。所述真空歧管可包含：前级管道腔室，其具有前级管道入口和前级管道出口；高真空腔室；以及中间真空腔室，其位于所述前级管道腔室与所述高真空腔室之间。所述高真空泵可包含：主级，其耦合到所述高真空腔室；中间级，其耦合到所述中间真空腔室；以及前级管道端口，其耦合到所述前级管道腔室。来自所述高真空泵的气体可流动通过所述前级管道腔室且经由所述前级管道出口流出到前级管道泵。

在第二方面的各种实施例中，所述前级管道腔室可在约0.1托与约10托之间的压力下操作。

在第二方面的各种实施例中，所述高真空腔室可在约1×10^-12托与约1×10^-3托之间的压力下操作。

在第二方面的各种实施例中，所述中间真空腔室可在约1×10^-4托与2×10^-1托之间的压力下操作。

在第二方面的各种实施例中，所述质谱仪可进一步包含在所述高真空腔室内的质量分析器。

在第二方面的各种实施例中，所述质谱仪可进一步包含位于所述中间真空腔室与所述高真空腔室之间的第二中间真空腔室。

在第二方面的各种实施例中，所述真空歧管可为单片真空歧管或多组件真空歧管。

在第三方面中，一种用于质谱仪系统的真空歧管可包含：前级管道腔室；第一中间真空腔室；第二中间真空腔室；以及高真空腔室。所述前级管道腔室可具有源入口、前级管道入口和前级管道出口。所述第一中间真空腔室可通过具有第一挡扳孔口的第一挡扳而与所述前级管道腔室分离，所述第二中间真空腔室可通过具有第二挡扳孔口的第二挡扳而与所述第一中间真空腔室分离，且所述高真空腔室可通过具有第三挡扳孔口的第三挡扳而与所述第二中间真空腔室分离。所述第一中间真空腔室可具有第一真空出口，所述第二中间真空腔室可具有第二真空出口，且所述高真空腔室可具有第三真空出口。

在第三方面的各种实施例中，所述前级管道出口可适于连接到前级管道泵。

在第三方面的各种实施例中，所述前级管道入口、所述第一真空出口、所述第二真空出口和所述第三真空出口可适于连接到多端口高真空泵。

在第三方面的各种实施例中，所述第一挡扳孔口可具有在约0.4mm²与约40mm²之间的横截面积。

在第三方面的各种实施例中，所述第二挡扳孔口可具有在约0.4mm²与约40mm²之间的横截面积。

在第三方面的各种实施例中，所述第三挡扳孔口可具有如在约0.4mm²与约40mm²之间的横截面积。

在第三方面的各种实施例中，所述第一真空出口可具有在约400mm²与约12000 mm²之间的横截面积。

在第三方面的各种实施例中，所述第二真空出口可具有在约400mm²与约12000 mm²之间的横截面积。

在第三方面的各种实施例中，所述第三真空出口可具有在约5000mm²与约36000 mm²之间的横截面积。

在第三方面的各种实施例中，所述真空歧管可为单片真空歧管或多组件真空歧管。

附图说明

为了更完全地理解本文中所公开的原理和其优点，现在结合附图参考以下描述，在附图中：

图1为说明根据各种实施例的用于质谱仪的示例性真空系统的框图。

图2为根据各种实施例的用于质谱仪的示例性真空歧管和高真空泵的外视图。

图3为根据各种实施例的用于质谱仪的示例性真空歧管和高真空泵的横截面视图。

图4为根据各种实施例的示例性质谱系统的框图。

应理解，附图不一定按比例绘制，附图中的物体也不一定相对于彼此按比例绘制。图式是意图明晰并理解本文中所公开的设备、系统和方法的各种实施例的描绘。在可能的情况下，将贯穿图式使用相同的参考数字来指代相同或类似的部分。此外，应了解，图式并不意图以任何方式限制本实用新型教示的范围。

具体实施方式

本文中描述真空歧管和真空系统的实施例。

本文中所使用的章节标题仅用于组织目的并且不应解释为以任何方式限制所描述主题。

在各种实施例的此详细描述中，出于解释的目的，阐述许多具体细节以提供所公开的实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将理解，这些各种实施例可在有或无这些具体细节的情况下实践。在其它情况下，以框图形式展示结构和装置。此外，所属领域的技术人员可以容易地了解，呈现和执行方法的具体顺序为说明性的，且预期所述顺序可以改变且仍保持在本文中所公开的各种实施例的精神和范围内。

本申请案中引用的所有文献和类似材料(包含(但不限于)专利、专利申请案、文章、书籍、论文和因特网网页)出于任何目的明确以全文引用的方式并入。除非另外描述，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本文中所描述的各种实施例所属领域的一般技术人员通常所理解相同的含义。

将了解，在本实用新型教示中论述的温度、浓度、时间、压力、流动速率、横截面积等之前存在隐含的“约”，使得在本实用新型教示的范围内存在略微和非实质偏差。在本申请案中，除非另外具体陈述，否则单数的使用包含复数。此外，“包括”、“含有”和“包含”的使用并不意图是限制性的。应理解，以上一般描述和以下详细描述仅是示例性和解释性的，且不限制本实用新型教示。

如本文中所使用，“一”也可指“至少一个”或“一个或多个”。此外，“或”的使用是包含性的，使得当“A”为真、“B”为真，或“A”和“B”均为真时，短语“A或B”为真。另外，除非上下文另外需要，否则单数术语应包含复数并且复数术语应包含单数。

阐述一组组件的术语“系统”(真实或抽象)包括一个整体，其中每一组件与整体内的至少一个其它组件相互作用或与其相关。

图1为说明用于质谱仪的示例性真空系统100的框图。真空系统100可包含多端口高真空泵102和前级管道泵104。高真空泵102可包含接纳分子流或过渡流中的气体分子的主级。此外，高真空泵102可包含接纳分子流、过渡流或粘性流中的气体分子的额外级。虽然高真空泵102可将气体压缩成粘性流，但高真空泵102可能不能够充分地压缩气体以排出到大气。在各种实施例中，高真空泵102可包含涡轮分子级、Gaede级、 Holweck级、Siegbahn级、分子牵引级、再生级或其任何组合。

前级管道泵104可采集粘性流中的气体(例如，来自高真空泵102的那些气体)，且进一步压缩气体以供排出到大气。在各种实施例中，前级管道泵可包含旋转叶片泵、涡流泵、罗茨鼓风机、隔膜泵等等。

真空系统100可进一步包含多个真空腔室，所述真空腔室包含前级管道腔室106、中间真空腔室108、中间真空腔室110和高真空腔室112。

在各种实施例中，质量分析器和检测器可容纳在高真空腔室112中。前级管道腔室 106可容纳例如离子导向器和分离器(skimmer)等元件以将离子与中性气体分子分离。中间真空腔室108和110可包含用以将离子从前级管道腔室106导引到高真空腔室112 中的质量分析器136的各种离子光学件。此外，中间真空腔室108和110可用以使压力下降，从而在高真空腔室112中维持高真空。在各种替代实施例中，在前级管道腔室106 与高真空腔室112之间可存在更多或更少个中间真空腔室。

在各种实施例中，离子和气体分子可经由入口114进入质谱仪系统。离子可与前级管道腔室106中的大部分气体分子分离。分离的气体分子可经由出口124排出到前级管道泵104。离子可经由前级管道腔室106与中间真空腔室108之间的孔口116行进到中间真空腔室108中。离子可接着经由中间真空腔室108与中间真空腔室110之间的孔口 118行进到中间真空腔室110中。中间真空腔室106和108可用以将离子与在前级管道腔室之后剩余的气体分子分离。离子可接着经由高真空腔室112与中间真空腔室110之间的孔口120行进到高真空腔室112中。按需要，冷却或碰撞气体可经由入口122供应到高真空腔室112中且被引导到质量分析器的适当部分。举例来说，碰撞气体可供应到碰撞腔室以用于MS-MS实验，在MS-MS实验中，具有特定质/荷比的离子被碎片化，且测定碎片的质量以说明离子的结构。

在各种实施例中，可使用高真空泵102将中间真空腔室108、中间真空腔室110和高真空腔室112维持在真空下。气体分子可从中间真空腔室108当中穿过出口128行进到高真空泵102。气体分子可从中间真空腔室110当中穿过出口130行进到高真空泵102。气体分子可从高真空腔室112当中穿过出口132行进到高真空泵102。高真空泵102可将其已经收集的气体分子压入到前级管道区134。气体分子可经由前级管道入口126从前级管道区134抽吸到前级管道腔室106中，且接着经由前级管道出口124向外行进到前级管道泵104。

在各种实施例中，前级管道腔室可维持在约0.1托与约10托之间的压力下。中间真空腔室108和110可维持在约1×10^-4托与2×10^-1托之间的压力下。在具体实施例中，中间真空腔室108可维持在约1×10^-2托与约2×10^-1托之间的压力下，而中间真空腔室110 可维持在约1×10^-4托与约1×10^-2托之间的压力下。高真空腔室112可维持在约1×10^-12托与约1×10^-3托之间的压力下。

在各种实施例中，穿过入口114的气流可以是至少约50atm-ml/min，例如至少约 100atm-ml/min，甚至至少约500atm-ml/min。一般来说，穿过入口114的流可能不大于约10000atm-ml/min，甚至不大于5000atm-ml/min。另外，穿过入口122的气流可在约 1×10^-2atm-ml/min与约1×10²atm-ml/min之间。

图2为说明用于质谱仪的示例性真空系统200的侧视图。真空系统200可包含质谱仪真空歧管202和高真空泵204。质谱仪真空歧管202可包含入口206和前级管道出口 208。前级管道出口208可经由真空软管210耦合到前级管道泵(未图示)。高真空泵204 可经由高真空泵-真空歧管接口212和前级管道端口-前级管道入口耦合件214耦合到质谱仪真空歧管。高真空泵-真空歧管接口212可包含在质谱仪真空歧管202的各种中间和高真空腔室的出口与高真空泵204的级之间的多个连接件。

图3为说明用于质谱仪的示例性真空系统300的横截面视图。真空系统300可包含质谱仪真空歧管302和高真空泵外壳304。

质谱仪真空歧管302可限定前级管道腔室306、中间真空腔室308、中间真空腔室 310和高真空腔室312。在各种实施例中，质谱仪真空歧管302可为单片歧管(例如，由单块材料加工而成的歧管)，或多组件歧管(例如，由多件材料组装的歧管)。入口314 可为来自源(未图示)的离子提供到前级管道腔室306中的开口以进入真空系统300。前级管道腔室306和中间真空腔室308可通过其中具有孔口318以连接前级管道腔室306 和中间真空腔室308的挡扳316分离。中间真空腔室308和中间真空腔室310可通过其中具有孔口322以连接中间真空腔室308和中间真空腔室310的挡扳320分离。中间真空腔室310和高真空腔室312可通过其中具有孔口326以连接中间真空腔室310和高真空腔室312的挡扳324分离。

高真空泵外壳304可容纳高真空泵328。高真空泵328可包含主级330、中间级332 和级间级(interstage stage)334。高真空腔室312可经由出口336耦合到主级330。中间真空腔室310可经由出口338耦合到中间级332。中间真空腔室308可经由出口340 耦合到牵引级334。

高真空泵328可进一步包含耦合到通向前级管道腔室306的前级管道入口344的前级管道端口342。来自前级管道腔室306的前级管道出口346可经由真空软管348耦合到前级管道泵(未图示)。

在各种实施例中，出口336、出口338和出口340中的至少两者可大体上共面。在一些实施例中，出口336、出口338和出口340中的一者可偏移且处于大体上平行于出口336、出口338和出口340中的至少另一者的平面中。替代地，出口336、出口338 和出口340中的一者可处于相对于出口336、出口338和出口340中的其它两者的平面旋转(例如，相交或甚至垂直)的平面中。

在各种实施例中，前级管道入口344可大体上与出口336、出口338或出口340中的一者或多者共面。在其它实施例中，前级管道入口344可偏移且处于大体上平行于出口336、出口338或出口340中的一者或多者的平面中。替代地，前级管道入口344可处于相对于出口336、出口338和出口340中的其它两者的平面旋转(例如，相交或甚至垂直)的平面中。

在各种实施例中，孔口318可具有在约0.4mm²与约40mm²之间的的横截面积，孔口322可具有在约0.4mm²与约40mm²之间的横截面积，且孔口326可具有在约0.4mm²与约40mm²之间的横截面积。出口344可具有在约400mm²与约2500mm²之间的横截面。出口340可具有在约400mm²与约12000mm²之间的横截面积，出口338可具有在约400mm²与约12000mm²之间的横截面积，且出口336可具有在约5000mm²与约36000 mm²之间的横截面积。

质谱平台

质谱平台400的各种实施例可包含如图4的框图中所显示的组件。在各种实施例中，图1的元件可并入到质谱平台400中。根据各种实施例，质谱仪400可包含离子源402、质量分析器404、离子检测器406和控制器408。

在各种实施例中，离子源402从样本产生多个离子。离子源可包含(但不限于)基质辅助激光解吸/电离(MALDI)源、电喷雾电离(ESI)源、大气压化学电离(APCI) 源、大气压光致电离源(APPI)、电感耦合等离子体(ICP)源、电子电离源、化学电离源、光致电离源、辉光放电电离源、热喷雾电离源等等。

在各种实施例中，质量分析器404可基于离子的质荷比而分离离子。举例来说，质量分析器404可包含四极滤质器分析器、飞行时间(TOF)分析器、四极离子阱分析器、静电阱(例如，轨道阱)质量分析器等等。在各种实施例中，质量分析器404还可经配置以使用碰撞诱导解离(CID)、电子转移解离(ETD)、电子俘获解离(ECD)、光诱导解离(PID)、表面诱导解离(SID)等等将离子碎片化，且进一步基于质荷比而分离碎片化的离子。

在各种实施例中，离子检测器406可检测离子。举例来说，离子检测器406可包含电子倍增器、法拉第杯等等。离开质量分析器的离子可由离子检测器检测到。在各种实施例中，离子检测器可以是定量的，使得可测定离子的准确数。

在各种实施例中，控制器408可与离子源402、质量分析器404和离子检测器406 通信。举例来说，控制器408可配置离子源或启用/停用离子源。此外，控制器408可配置质量分析器404以选择待检测的特定质量范围。另外，控制器408可例如通过调整增益而调整离子检测器406的灵敏度。此外，控制器408可基于正检测的离子的极性而调整离子检测器406的极性。举例来说，离子检测器406可经配置以检测正离子或经配置以检测负离子。

虽然结合各种实施例来描述本实用新型教示，但并不意图将本实用新型教示限于这些实施例。相反地，如所属领域的技术人员将了解，本实用新型教示涵盖各种替代方案、修改和等效物。