一种产生有机分子团离子束的装置和方法与流程

一个或多个示例实施方式涉及一种用于产生有机分子簇离子束的装置和方法，以及一种包括该装置的质量分析仪。

背景技术：

气体团簇离子束(gcib)释放并电离热电子，是对固体材料和化合物成像进行深入分析的有力技术。

然而，当分析诸如有机材料或生物测定样品之类的生物样品时，具有相对较高能量的热电子会轰击适合于生物样品分析的一次离子源的有机分子簇，并破坏分子连接。因此，电离热电子的方法可能不适合用于生物样品分析。

而且，诸如ga，bi，o2，cs，ar，xe，sf6或c60的一次离子束目前已商业化并被广泛使用。这样的一次离子束可能难以满足基于各种有机材料和要测量的生物样品进行分析的适当条件。

因此，需要一种用于产生适于分析生物样品的离子束的方法和装置。

技术实现要素：

本发明的目的是，提出一种用于产生有机分子簇离子束的方法和装置。

本发明的技术方案，一种用于产生有机分子簇离子束的装置，该装置包括：

接收器，其构造成容纳有机材料；

团簇产生器，其包括喷嘴，该喷嘴构造成通过使通过喷嘴超音速膨胀容纳在接收器中的有机材料而产生有机材料的分子团；

光电离器，被配置为容纳通过团簇产生器产生的团簇；

紫外线(uv)光源，配置为将紫外线脉冲照射到光电离器中以使团簇电离；和电极，(有机材料的分子团簇入口)电极设置在光电离器的两侧，并配置为光电离器提供电势差以产生簇离子束；

还包括质量栅，所述质量栅基于所述簇离子束的行进方向位于所述入口电极的下游并且被配置为调节所述簇离子束的簇尺寸，或基于用户选择的簇离子束的簇大小。

所述质量栅位于所述簇离子束的行进路径上，并且被配置为基于所施加的电势的大小来控制是否通过在所述装置中产生的所述簇离子束。

进一步包括控制器，所述控制器经配置以将从所述uv光源照射的uv脉冲的照射时间点与激活时间点同步，在所述激活时间点处，允许所述簇离子束通过的激活电势被施加到所述紫外光。

其中，所述控制器被配置为基于所述用户选择的簇离子束的簇尺寸，控制所述激活时间点和从所述激活时间点开始施加激活电位的激活时间。

一种产生有机分子簇离子束的方法，该方法包括：通过使有机材料通过喷嘴超音速膨胀而产生有机材料分子簇；将有机材料分子簇集群容纳在接收器中；

通过将紫外线(uv)脉冲照射到接收器中，使接收器中的接收器群集电离；和

通过在一个方向上在光电离的有机材料分子簇中施加电势差，在一个方向上加速有机材料分子簇离子束。

基于所述质量栅，所述质量栅基于所述簇离子束的行进方向位于所述入口电极的下游并且被配置为调节所述簇离子束的簇尺寸，或基于用户选择的簇离子束的簇大小；通过选择性地向所述质量栅施加电势来调节穿过在所述一个方向上安装的质量栅的所述簇离子束的簇尺寸。入口电极设置在在光电离器的两侧。

所述的方法，其中，所述簇尺寸的调整包括：基于所述uv脉冲的照射时间点，调整激活时间点，在该激活时间点处，允许所述簇离子束通过的激活电势被施加到所述质量栅电极上；质量栅和激活时间，其中施加激活电位，以便选择簇离子束的簇尺寸。

进一步包括通过基于用户所需的所述簇离子束的簇尺寸，通过设置用于在所述光电离簇中形成多个电势差的定时来设置所述簇离子束的簇尺寸。

团簇大小包括从用户选择簇离子束的簇大小；计算具有接收大小的簇到达质量栅的时间，该质量栅基于紫外线脉冲的照射时间点控制簇离子束的通过，并设置激活时间点，在激活时间点允许通过团簇离子束的一半被施加到质量栅。

所述集群大小的设置还包括：通过计算大小大于所选择的集群大小的集群所需要的时间，来设置从激活时间点开始施加激活电位的激活时间。在设置激活时间点之后，根据激活时间点到达质量栅。

所述的设备，包括有机分子簇离子束质量分析仪，所述分析仪包括样品板，被配置为保持被簇离子束轰击的样品；和检测器，其被配置为检测从样品表面产生的次级离子；还包括质量分析控制器，所述质量分析控制器被配置为基于由所述检测器检测到的所述次级离子的飞行时间信息来测量所述次级离子的质量。

所述样品是生物样品。

本发明提供了一种用于产生有机分子簇离子束的装置，该装置包括被配置为容纳有机材料的接收器，被配置为通过超音速扩展容纳在接收器中的有机材料来产生簇的簇发生器。高速，电离器，配置为临时容纳通过簇生成器生成的簇，紫外(uv)光源，配置为向光电离器照射uv脉冲以使簇电离，并且将入口电极设置在在光电离器的两侧，并配置为向光电离器提供电势差以生成簇离子束。

所述装置可以进一步包括质量栅，所述质量栅基于所述簇离子束的行进方向位于所述入口电极的下游并且被配置为调节所述簇离子束的簇尺寸。

还提供了一种产生有机分子簇离子束的方法，该方法包括通过超音速使容纳在接收器中的有机材料超音速膨胀并超音速扩张该团簇，使超音速扩张的离子电离而产生该团簇。通过向团簇照射紫外线脉冲，并通过在一个方向上在光电离团簇中产生电势差，来在一个方向上加速团簇离子束。

进一步包括通过选择性地向电势栅施加电势来调整穿过在一个方向上安装的电栅的簇离子束的簇大小。团簇尺寸的调节可以包括：基于uv脉冲的照射时间点，调节允许团簇离子束通过的激活电势施加到质量栅的激活时间点以及其中的激活时间，在该激活时间点处允许团簇离子束通过。施加激活电位，以便选择簇离子束的簇尺寸。

该方法还可以包括：基于用户所需的簇离子束的簇尺寸，通过设置用于在光电离簇中形成多个电势差的定时来设置簇离子束的簇尺寸。

有益效果：本发明通过质量栅基于所述簇离子束的行进方向位于所述入口电极的下游并且被配置为调节所述簇离子束的簇尺寸，或基于用户选择的簇离子束的簇大小。及控制器，所述控制器经配置以将从所述uv光源照射的uv脉冲的照射时间点与激活时间点同步，在所述激活时间点处，允许所述簇离子束通过的激活电势被施加到所述紫外光。从而得到一种理想的产生有机分子簇离子束的方法与设备。

示例实施例的其他方面将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地将从描述中变得显而易见，或者可以通过实践本公开而获知。

附图说明

通过以下结合附图对示例性实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面，特征和优点将变得显而易见并且更容易理解。

图1是示出根据示例实施例的用于产生有机分子簇离子束的装置的图。

图2是示出根据示例实施例的用于产生有机分子簇离子束的装置的框图。

图3是示出根据示例实施例的产生有机分子簇离子束的方法的流程图。

图4是示出根据示例实施例的设置集群大小的操作的流程图。

图5是示出了根据示例实施方式的有机分子簇离子束质量分析仪的图。

图6是示出根据示例实施例的有机分子簇离子束质量分析器的框图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述示例实施例。关于分配给附图中的元件的附图标记，应当注意，即使它们在不同的附图中示出，相同的元件也将在可能的情况下由相同的附图标记表示。此外，在实施例的描述中，当认为这样的描述将导致对本公开的模棱两可的解释时，将省略对众所周知的相关结构或功能的详细描述。

本文中可以使用诸如第一，第二，a，b，(a)，(b)之类的术语来描述组件。这些术语中的每一个都不用于定义相应组件的本质，顺序或顺序，而仅用于将相应组件与其他组件区分开。应当注意，如果在说明书中描述一个组件“连接”，“耦合”或“连接”到另一组件，则第三组件可以在两个组件之间“连接”，“耦合”和“连接”。尽管第一部件可以直接连接，耦合或接合到第二部件，但是第一部件和第二部件。

在其他示例实施例中，将使用相同的名称来描述示例实施例中的任何一个中描述的组件以及包括共同功能或特征的组件。除非另有说明，否则示例实施例中的任何一个实施例中的描述可以适用于其他示例实施例，并且在重复范围内将省略详细描述。

如图。图1是示出根据示例实施例的用于产生有机分子簇离子束的装置的图。图2是示出根据示例实施例的用于产生有机分子簇离子束的装置的框图。

参考图1至图4。参照图1和图2，用于产生有机分子簇离子束的装置1可以是被配置为将适合于生物样品分析的有机材料产生为簇并且将通过光电离而产生的有机分子簇软化的装置。

例如，在装置1中，可以在真空中形成离子通过的所有空间。

设备1可以包括接收器11，簇发生器12，紫外(uv)光源13，光电离器14，离子通道15，质量栅16和簇离子束控制器17。

接收器11可以容纳有机材料以形成有机分子簇c。可以选择适合于生物样品分析的有机材料并将其容纳在接收器11中。例如，苯，甲苯，苯胺和苯酚可以用作接收器11。有机材料。接收器11可以是容纳液体有机材料的容器。

簇发生器12可以包括喷嘴，该喷嘴用于使容纳在接收器11中的有机材料高速超音速膨胀到附近的光电离器14。例如，通过团簇产生器12，有机材料可以超声膨胀并且以包括多个分子团簇的有机分子团簇c的形式流入光电离器14中。

uv光源13可以是将uv脉冲照射到光电离器14的光源。从uv光源13照射的uv脉冲可以照射到以超音速扩展到光电离器14的有机分子簇c。从uv光源13照射的uv脉冲可以是例如具有在100和280纳米(nm)之间的波长范围内的波长的uv-c光。

反射镜131可以设置在uv光源13和光电离器14之间，以反射从uv光源13输出的uv脉冲。图1仅是示例，并且可以根据示例布置多个或镜子。

光电离器14可以通过使用从uv光源13照射到从团簇产生器12扩展的超音速的有机分子团簇c的紫外线脉冲而使多个有机分子团簇c电离。

当将uv脉冲照射到在光电离器14中形成的有机分子簇c时，形成有机分子簇c的分子可以吸收uv脉冲的光子并基于原子光电效应发射电子，从而形成多个有机分子。具有正电荷的分子簇c。

光电离器14可以包括入口电极141。

入口电极141可以沿一个方向(例如，发射方向)设置在光电离器14的两侧，以发射在光电离器14中电离的有机分子簇c。

例如，当在位于光电离器14的两侧的入口电极141中形成电势差时，多个电离的有机分子簇c可以形成簇离子束i_c，以在发射方向上被集成和加速。。在该示例中，簇离子束i_c可以在发射方向上穿过离子通道15。

离子通道15可提供空间，从光电离器14沿发射方向输出的簇离子束i_c穿过该空间。

离子通道15可以包括多个电极151。

多个电极151可以包括在簇离子束i_c的发射方向上以预定间隔布置的多个电极。例如，多个电极151可以通过在簇离子束i_c的发射方向上产生电势差来增加簇离子束i_c的平直度。而且，多个电极151可以调节电势差，从而调节簇离子束i_c的速度和加速度以达到期望水平。

质量栅16可以形成在离子通道15的一个部分中，以调节簇离子束i_c的簇尺寸。基于簇离子束i_c的发射方向，质量栅16可以位于离子通道15的下游。

质量栅16可以包括在其上形成电势的电极。质量栅16可以基于施加的电势差的大小来允许或不允许簇离子束i_c通过质量栅16。

例如，允许簇离子束i_c通过的电势差的大小可以被称为“激活电势”，并且不允许簇离子束i_c通过的电势差的大小可以被称为“激活电势”。

质量栅16可以基于在时间上的时间点来调整施加激活电位和失活电位中的每一个的时间点，以及施加激活电位和失活电位中的每一个的时间或间隔。从uv光源13照射uv脉冲，从而使从光电离器14发出的簇离子束i_c中具有预定大小和预定质量的光电离有机分子簇c通过。

在光电离器14中被电离的多个有机分子簇c中的每一个中可以具有不同数量的有机分子。因此，当在通过离子通道15的同时加速了电离的有机分子簇c的多个时，每个有机分子簇c可以基于分子的数量以不同的速度和顺序的位置通过离子通道15。在其中。

例如，当有机分子簇c具有相对少量的分子时，有机分子簇c的质量也可以相对较小。在该示例中，有机分子簇c可以被快速加速以在较早的位置通过光电离器14。相反，当有机分子簇c具有相对大量的分子时，有机分子簇c的质量也可能相对较大。因此，有机分子簇c可以比其他簇c更晚地通过光电离器14。

这样，质量栅16可以安装在光电离器14中，形成簇离子束i_c的多个光电离簇c穿过该光电离器14，并且可以允许多个光电离簇c以预定的速度通过。预定时间段的时间点，从而调整通过质量栅16的光子化簇c的分子数或大小。

例如，在由质量栅16选择的光电离簇c通过光电离器14时形成的离子的积分流可以被称为一次离子束i_1，并且也可以被称为簇离子。光束i_c。

团簇离子束控制器17可以控制装置1的操作。团簇离子束控制器17可以驱动团簇产生器12以超音速使接收器11中的有机材料超音速膨胀到光电离器14。

团簇离子束控制器17可以驱动uv光源13以将uv脉冲照射到光电离器14，从而对从团簇发生器12超音速扩展的多个有机分子团簇c进行光电离。

簇离子束控制器17可以测量团簇发生器12的有机分子簇c的超音速扩展时间点和uv光源13的uv脉冲的照射时间点。此外，簇离子束控制器17可以同步。超声波膨胀时间点和照射时间点基于预定的时间间隔，使得有机分子簇c的超声波膨胀和uv脉冲的照射同时进行。

团簇离子束控制器17可以在入口电极141中产生电势差，并且在一个方向上加速多个光电离团簇c，从而形成团簇离子束i_c。

簇离子束控制器17可以调节簇离子束i_c的速度和加速度，从而调节施加到入射电极141和多个电极151的电势差。

簇离子束控制器17可以通过选择性地施加质量栅16的电势来选择性地不允许簇离子束i_c通过。

簇离子束控制器17可以基于uv光源13的照射时间点来调整将激活电位或失活电位施加到质量栅16的时间点。通常，簇离子束控制器17可以是施加灭活电势施加到质量栅16。相反，簇离子束控制器17可以施加激活电势预定时间段，以允许具有预定大小和预定质量的有机分子簇c通过。

例如，簇离子束控制器17从激活时间点向质量栅16施加激活电位的时间或间隔可以被称为“激活时间”。

簇离子束控制器17可以使用由入射电极141和多个电极151形成的电势差，基于形成簇离子束i_c的有机分子簇c的尺寸来计算不同地形成的速度和加速度。

簇离子束控制器17可以基于用户所需的一次离子束i_1的有机分子簇c的尺寸来调整施加到质量栅16的激活时间点和激活电位的激活时间，从而允许离子化的有机分子簇c通过所需的尺寸。

装置1可以使用有机材料作为簇源来输出离子束，例如，适合于生物样品测量的一次离子束i_1。

装置1可以调节输出离子束的有机分子簇c的尺寸，并且因此可以提供选择以为每个要测量的生物样品选择适当尺寸的簇离子束i_c。

由于设备1可以使用不受电场影响的uv光子来产生一次离子束，因此可以将设计自由度分配给uv光源13，从而将uv光源13设置为没有紫外线。装置1中包括的多个电极的影响。

与使用在加热金属或半导体时发射的热电子的典型离子束产生装置相比，装置1可能不需要用于将金属或半导体加热至高温并因此而被加热的高能量输出设备。可以使用少量能量产生一次离子束。

装置1可以不需要用于对准uv脉冲的照射方向的单独的电磁元件，因此可以以小尺寸设置。

如图。图3是示出根据示例实施例的产生有机分子簇离子束的方法的流程图。图4是示出根据示例实施例的设置集群大小的操作的流程图。

参考图1至图4。参照图3和图4，产生有机分子团簇离子束的方法可以是使用如下所述的装置1基于有机材料产生具有预定团簇尺寸的一次离子束i_1或产生有机分子团簇离子束i_c的方法。参考图1至图4。1和2。

产生有机分子离子束的方法可以包括：设置簇尺寸的操作31，超音速扩展簇的操作32，执行光电离的操作33，加速簇离子束的操作34，以及调节离子束的操作35。簇的大小。

在操作31中，簇离子束控制器17可以基于一次离子束i_1的有机分子簇c的期望大小来设置在装置1中产生多个电势差的时刻。

操作31可以包括接收集群大小的操作311，设置激活时间点的操作312以及设置激活时间的操作313。

在操作311中，簇离子束控制器17可以接收通过设备1输出的一次离子束i_1的有机分子簇c的大小作为输入。簇离子束控制器17可以是通过将预定尺寸间隔设置为单位而获得的数值。

在操作312中，簇离子束控制器17可以基于uv脉冲的照射时间点来计算具有接收到的尺寸的有机分子簇c到达质量栅16的激活时间点。

在操作312和313中，簇离子束控制器17可基于要在入口电极141，多个电极151和...中产生的电势差来预测在离子通道15的发射方向上产生的电磁力的影响。大众门16。

而且，簇离子束控制器17可以基于有机分子簇c的接收尺寸和a，计算在离子通道15中形成具有接收尺寸的光电离有机分子簇c的速度和加速度。接收器中容纳的有机材料的类型11。

簇离子束控制器17可以基于uv脉冲的照射时间点来计算具有接收到的尺寸的电离的有机分子簇c到达质量栅16的激活时间点。

在操作313中，簇离子束控制器17可以基于激活时间点来计算激活时间，在该激活时间中，具有比接收尺寸大一个单位的大小的有机分子簇到达质量栅16。

在操作313中，可以计算具有接收大小的有机分子簇c的激活时间与具有比接收大小大一个单元的大小的有机分子簇c的激活时间之间的差。

当不需要在装置1中调节簇离子束i_c的有机分子簇c的尺寸时，可以省略操作31。

在操作32中，簇离子束控制器17可以通过将容纳在接收器11中的有机材料朝着电离器超音速超声地驱动簇发生器12以产生多个簇c。

14高速。

在操作33中，簇离子束控制器17可以驱动uv光源13，以使得从uv光源13输出的uv脉冲照射到超声扩展到光电离器14的多个簇c上，并且进行电离。执行。

在操作34中，簇离子束控制器17可以将簇离子束i_c朝向离子通道加速。

通过形成布置在光电离簇c的两侧的入口电极141的电势差，形成图5所示的电势差。

例如，在操作34中，簇离子束控制器17还可通过基于发射方向形成离子通道15的多个电极151的电势差来调节光电离簇c的加速度。

在操作35中，簇离子束控制器17可以基于在操作31中设置的激活时间和激活时间点，将激活电势选择性地施加到质量栅16，从而调整通过离子束的初级离子束i_1的簇大小。大众门16。

例如，在操作35中，簇离子束控制器17可以基于辐照使照射时间点和激活时间点同步，使得在操作312中设置的激活时间点处将激活电位施加到质量栅16。从uv光源13照射uv脉冲的时间点。

通常，团簇离子束控制器17可以通过向质量栅16施加失活电势来禁止团簇离子束i_c通过。在有机分子团簇c被超音速扩展之后，团簇离子束控制器17可以施加激活电位。仅在从将紫外线脉冲照射到簇c的时间点起的激活时间点的激活时间上，对质量栅16进行控制。

例如，激活时间可以是短时间段。在该示例中，为了在质量栅16中形成激活电位，由簇离子束控制器17施加到质量栅16的电压信号可以是脉冲形式。

通过执行操作35，可以将具有用户期望的簇尺寸的一次离子束i_1发射到外部。

当不调节有机分子簇c的尺寸而直接发射簇离子束i_c时，可能不执行操作31和操作35。

如图。图5是示出根据示例实施例的有机分子簇离子束质量分析器的图。图6是示出根据示例实施例的有机分子簇离子束质量分析器的框。

参照图5和图6，有机分子簇离子束质量分析器2可以是例如飞行时间(tof)型二次离子质谱仪(sims)，其通过测量样品5的成分来分析待测样品5的成分。响应于使用图1至图3的装置1将离子束发射到样品5而输出的第二离子i_2的质量。1和2作为主要离子束源。

有机分子簇离子束质量分析器2可以包括装置1，样品板21，次级离子通道22，检测器24和质量分析控制器26。

装置1可以是初级离子束源，其输出发射到设置在样品板21上的样品5的有机分子簇离子束i_c。装置1可以包括参考图1至图4描述的构造和特征。参照图1和图2。例如，在有机分子簇离子束质量分析器2中，可以在真空中形成离子通过的所有空间。

可以将待测量的样品5放置在样品板21上。样品5可以是例如生物样品。

二次离子通道22可以是从布置在样品板21上的样品5发射的二次离子i_2朝着检测器24加速的空间。

可以在次级离子通道22中安装微通道板23，以放大或诱导次级离子i_2，使得入射在次级离子通道22上的次级离子i_2被朝着位于次级离子的行进方向上向后的检测器24提升。离子i_2。

检测器24可以设置在次级离子通道22中，以检测穿过次级离子通道22的次级离子i_2。

质量分析控制器26可以基于由检测器24检测到的次级离子i_2的时间差，通过分析次级离子i_2的质量来分析样品5的特性。

质量分析控制器26可以包括例如簇离子束控制器17的配置和控制方法。质量分析控制器26可以执行图1和图2中描述的簇离子束控制器17的控制。图1至图4代替簇离子束控制器17。簇离子束控制器17和质量分析控制器26可以统称为“控制器”。

有机分子簇离子束质量分析器2可以使用适合于分析生物样品的有机分子簇作为主要离子源来有效地分析生物样品。

有机分子簇离子束质量分析器2可以基于要测量的生物样品的类型适当地调整有机分子簇离子束的簇尺寸，从而选择适合于分析生物样品的有机分子簇离子束。

根据示例实施例，可以提供一种簇离子束产生装置，以使用适合于分析生物样品的有机分子作为簇源来执行电离。

根据示例实施例，可以提供一种簇离子束产生装置，以选择性地调节有机分子簇离子束的簇尺寸，从而适合于分析生物样品。

上面已经描述了多个示例实施例。然而，应当理解，可以对这些示例实施例进行各种修改。例如，如果以不同的顺序执行所描述的技术和/或如果所描述的系统，体系结构，设备或电路中的组件以不同的方式组合和/或被其他组件替代或补充，则可以获得合适的结果。他们的等价物。因此，其他实施方式在所附权利要求的范围内。