多反射質譜儀制造技術

為了提高多反射飛行時間、開放阱和靜電阱分析器的空間和能量接受度，公開了一種新型離子反射鏡。通過在離子反射鏡之間裝入浸沒透鏡，允許達到第五階時間-能量聚焦，同時達到第三階時間-空間聚焦，包括能量-空間交叉項。優選地，分析器具有用于擴展飛行路徑的中空柱狀幾何形狀。飛行時間分析器優選地裝入空間上調制的離子反射鏡場，以在正切方向上進行同步離子聚焦。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及包括靜電離子反射鏡的質譜儀分析、多反射飛行時間質譜儀和相關設 備的靜電阱。
技術介紹
多反射質譜儀（飛行時間（MR-TOFMS)、開放阱、或靜電阱（E阱））包括無柵離子 反射鏡，用于布置離子包的同步動作，基本上獨立于離子能量和空間擴展。 用于多反射質譜儀的離子反射鏡的重要類別以通過基本上在一個橫向方向Z上 伸長以形成二維靜電場的反射鏡為代表。這個靜電場具有平面或中空柱狀對稱。以引用方 式并入本文中的SU1725289介紹了具有平面對稱的離子反射鏡的MRTOFMS。除了Z邊之 外，靜電場是二維E(X，Y)，S卩，基本上與笛卡爾坐標Z無關。離子沿著Z字形軌跡移動，以相 對于X軸的小角度注入，被離子反射鏡在X方向上周期性反射，在空間上聚焦在Y方向上， 并且緩慢在Z方向上漂移。以引用方式并入本文中的US7196324、GB2476964、GB2477007、 TO2011086430和共同待決的申請223322-313911公開了一種多反射分析器，該多反射分析 器具有通過兩組共軸環狀電極形成的中空柱狀鏡。與平面鏡相反，柱狀鏡沒有Z邊，從而完 全獨立于方位Z方向形成靜電場。分析器根據儀器大小，提供離子路徑的致密褶皺。然而， 當布置z字形離子軌跡時，離子路徑偏離柱狀表面，這要求離子反射鏡相對于徑向Y位移是 高度同步的。 公開了用作飛行時間分析器（SU1725289、US7385187)、開放阱（GB2478300、 W02011107836)和靜電阱（GB2476964、GB2477007、W02011086430)的具有平面和中空柱狀 幾何形狀二者的二維離子反射鏡的靜電多反射分析器。雖然在飛行時間（T0F)分析器中離 子包沿著固定路徑向著快速響應檢測器行進，但在靜電阱中，離子包被不定期捕獲。它們在 被圖像電流檢測器檢測到的同時保持反射。開靜電阱可被視為T0F和阱之間的混合。離子 在多次反射中的某段時間內寬松定義次數的反射之后到達檢測器。 多反射飛行時間質譜儀可與一組周期性透鏡組合，以將離子限制在Z方向上，如 以引用方式并入本文中的GB2403063和US7385187中公開的。以引用方式并入本文中的 US2011186729公開了準平面離子反射鏡，在該準平面離子反射鏡中，平面對稱的靜電場與 Z方向上的空間上周期性的弱場疊加，以得到這個方向上的離子限制。此周期場本身或與周 期性透鏡結合，允許由于離子束的空間Z擴展而導致飛行時間失真顯著減少。以引用方式 并入的GB2476964、GB2477007、W02011086430公開了柱狀中空分析器內正切方向上的周期 性透鏡。 多反射質譜儀的一般趨勢是，使離子反射鏡之間的周期性離子運動期間的離子 包展寬效應減至最小，以增大具有給定能量容差和相位空間接受度（即，離子包的初始空 間、角度和能量擴展的接受度）的質譜儀的質量分辨力。為了提高質量分析器的能量容 差，以引用方式并入本文中的US4731532公開了具有純減速場的無柵離子反射鏡，其提供 了相對于動能K的飛行時間T的二階聚焦，S卩，dT/dK=d2T/dK2= 0。由于本專利技術主要涉 及分析器同步性，因此將時間-能量聚焦表示為"能量聚焦"。在以引用方式并入本文中 的A.Verenchikov等人的論文（《TechnicalPhysics(技術物理）》，第 50 卷，N1，2005， 第73-81頁）中，描述了平面離子反射鏡，其中，提供三階能量聚焦的鏡電極之一處有加 速電勢，即，dT/dK=d2T/dK2=d3T/dK3= 0。以引用方式并入本文中的共同待決申請 223322-318705公開了平面或中空柱狀幾何形狀的無柵離子反射鏡，其擁有四階能量聚焦 (d4T/dK4= 0)和五階能量聚焦（d5T/dK5= 0)。通過實現高階聚焦，允許在超過100, 000的 質量分辨力下，質量分析器的能量容差增大至>10%。 由于在無柵離子反射鏡中，由于不均勻場結構離子飛行時間一般不僅僅取決于離 子能量，而且取決于離子初始坐標和運動方向，因此重要的是，將離子反射鏡設計成相對于 離子包的空間擴展提供飛行時間的周期聚焦。總體上，對于將X方向用于離子反射的二維 和Z獨立場，通過分析器的飛行時間T取決于離子動能K、初始空間坐標Y。和角度坐標b。(b =dY/dX)。當初始離子參數有小偏差時，可用泰勒展開式來表達飛行時間偏差： r二（r 15)叫r |腳>'2 -Kr |祕 +cn外)八2+(n+aI祕敗 + (T\ yyS)ylS + (T\ yhS)y0h^ + (T \ hhS)b；S +... 其中，t= (T-TQ)/T。是相對飛行時間偏差，T。是與具有零初始坐標YQ=BQ= 0并 且平均動能值是K。的離子對應的飛行時間，S= (K-KJ/K。是相對能量偏差，y=Y/H是被 歸一化成離子反射鏡的窗口高度H的坐標。展開（像差）系數是歸一化的導數： (t| 5 ) =dt/d5、（t| 5 8 ) = (1/2)d2t/d5 2等。N階能量聚焦意指直至N次冪（包括N 次冪）的S的純冪對應的所有系數都是零。二階空間聚焦（即，相對于空間和能量擴展的 飛行時間聚焦）意指（t|yy) = (t|yb) = (t|bb) = 0,因為由于相對于平面Y= 0的系統 對稱，導致混合的二階項（t|yS)和（t|bS)消失。 以引用方式并入本文的M.Yavor等人的論文（《PhysicsProcedia(物理研究薈 萃）》，第1卷，Nl，2008,第391-400頁）提供了關于同時在Y方向上提供三階能量聚焦、二 階空間聚焦和幾何聚焦的平面離子反射鏡的幾何形狀和電勢的細節。在這種分析器中，磁 鏡場中的離子包的擴展的主流是由于空間擴展和能量擴展二者而導致的所謂"混合的"三 階像差（即，項:(到、（t|yb5 )yQb。5和（丨|)，因為由于相對于平面Y= 0的系統對稱，導致剩余的三階像差消失。 這些項導致在FWHM級下多反射質譜儀的分辨力降低，在10%峰值高度級甚至更 嚴重。在離子在徑向Y方向上周期性從離子運動的"理想"柱狀表面漂移的中空柱狀分析器 中以及具有周期性透鏡的平面質量分析器中，分辨力降低尤為明顯，在平面質量分析器中， 通過以引用方式并入本文中的"雙正交"加速計以足夠大的Y擴展注入離子。 如在以引用方式并入本文中的共同待決申請223322-318705中描述的，通過將離 子反射區域中的靜電電勢分布優化，可增大能量聚焦的階數。通過增加具有不同電極電勢 的鏡電極的數量并且在離子反射區域中選擇足夠細的電極來實現改進。然而，如果想要在 進行高階空間聚焦的同時實現高階能量聚焦，這種設計策略失效。可與二階空間聚焦相結 合地實現高達五階能量聚焦。為了與三階空間聚焦相結合地得到三階能量聚焦，必須增大 具有加速電勢的鏡電極的寬度，但這種幾何形狀修改造成使離子反射鏡的空間接受度減小 的負面結果。然而，對無柵離子反射鏡的徹底數字模擬表明，像增加鏡電極的數量、將它們 分成引入更獨立電極電壓的部分、變化它們的寬度和形狀和其它類似手段一樣的直接步驟 會導致沒有離子反射鏡中的三階像差與四階或更高階能量聚焦的混合（能量-空間）。使 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種同步飛行時間、開放阱、或靜電阱分析器，包括：通過無場區域分開的兩個平行且對準的無柵離子反射鏡，所述離子反射鏡被布置成將離子在第一X方向上反射，所述離子反射鏡大體在橫向漂移Z方向上伸長，以形成平面對稱或中空柱狀對稱的二維靜電場E(X,Y)，其中，所述離子反射鏡帶有相比于無場空間電勢具有加速電勢的至少一個電極；以及至少一個靜電透鏡，被布置成將離子聚焦在Y方向上，所述透鏡在所述橫向Z方向上伸長并且布置在所述離子反射鏡之間。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：A·韋列奇科夫，M·雅沃爾，
申請(專利權)人：萊克公司，
類型：發明
國別省市：美國;US