從電子電離源的離子傳輸制造技術

一種示例系統包括電子電離離子源和質量分析儀。電子電離離子源被配置為在系統運行期間從樣品分子產生沿離子束軸延伸的離子束。系統還包括碰撞冷卻室，其包括氣體歧管和電場發生器。冷卻室在冷卻室的相對兩端上限定出入口孔和出口孔，冷卻室的入口孔與離子束軸線軸向對準。冷卻室被配置為在系統運行期間使用電場發生器在冷卻室內產生射頻(RF)場，并通過氣體歧管接收碰撞氣體以對冷卻室加壓。

Ion transport from electron ionization source

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】從電子電離源的離子傳輸
本公開涉及質譜系統，并且更具體地涉及將離子從離子源傳輸到質量分析儀。
技術介紹
氣相色譜/質譜法(GC/MS)是一種分析方法，其結合了“氣相色譜法”和“質譜法”的特征來鑒定測試樣品內的不同物質。在某些GC/MS儀器中，離子是通過電子電離(EI)源中的電子電離產生，然后被傳輸到下游質量分析儀(例如，四極質量過濾器)進行檢查。在一些情況下，可以使用直流(DC)電極透鏡將離子聚焦到下游真空臺和質量分析儀的入口中，以改善離子的收集。
技術實現思路
本公開的特征在于用于在質譜儀的情況下將離子從離子源(例如，電子電離(EI)離子源)有效地傳輸到下游質量分析儀入口的系統和技術。在GC/MS儀器中，樣品通過氣相色譜儀分離(例如，使用毛細管柱，其根據樣品成分在柱內的相對滯留分離樣品成分)。從柱上洗脫下來的樣品成分被電離，并通過質譜儀分析電離的樣品成分。離子可以通過離子源(例如，電子電離(EI)離子源、化學電離(CI)離子源等)產生，然后轉移到下游質量分析儀(例如，四極質量過濾器)。在一些情況下，直流(DC)電極透鏡可用于將離開離子源的離子遞送到質量分析儀的入口(例如，通過將離子聚焦到下游真空平臺中和質量分析儀的入口中)。通常，質量分析儀的透射率隨著入口處離子的更好的聚焦和/或更低的角度散布而提高。但是，DC透鏡提供良好的離子束聚焦特性的能力通常受到離開離子源的離子的角度和動能散布、此類靜電透鏡固有的像差特性以及由于粒子在離子源和質量分析儀之間的區域中與背景氣體分子的碰撞引起的離子散射的限制。這些限制進而可以限制離子在質量分析儀入口處的聚焦程度，從而限制分析性能。例如，在一些情況下，產生的離子在離子源內具有寬的初始空間分布，并以寬離子動能和引出角度分布離開離子源。這種分布可以限制DC透鏡提供良好離子束聚焦特性的能力。在一些情況下，遞送到質量分析儀入口的離子的相空間分布可能足夠寬以損害質量分析儀的分析性能(例如，靈敏度和質量分辨率等)。因此，在一些實施方式中，不是采用DC靜電透鏡將離子從離子源傳輸到質量分析儀入口，所公開的系統可以并入一個或多個僅RF離子導向器，以將離子直接從離子源出口傳輸到質量分析儀入口。一方面，離子源真空平臺中相對較高的背景氣體壓力導致離子的碰撞冷卻，這有利于減小質量分析儀入口處的離子的動能分布、徑向位置分布和徑向速度分布的寬度，從而提高質量分析儀性能。另一方面，由于前述這些分布通過碰撞冷卻而隨后減小，因此使得能夠引出和有效傳輸具有顯著更大的動能以及空間和引出角度分布的離子。因此，可以配置電子沖擊離子源，以使樣品分子從更大的電離體積被電離、引出、并且有效地和高效地傳輸，從而提高了靈敏度。另一方面，在電離體積內建立了電場輪廓，使得可以將電離體積中具有更大空間分布的離子引出到RF離子導向器入口。又一方面，軸向場被施加在離子源出口與質量分析儀入口之間的RF離子導向器上，從而碰撞冷卻不會導致從離子源到質量分析儀入口的離子傳輸延遲。此外，離子源區域和質量分析儀區域之間的真空平臺分隔物可以結合有RF孔。與具有DC電壓的常規平臺間孔相比，這種孔可以更好地保持狹窄的徑向位置和速度分布。另一方面，一種裝置可以包括(1)加壓室，在該加壓室中引起離子與中性氣體分子之間的碰撞，(2)一個或多個僅RF離子導向器，其沿著冷卻室的軸線產生徑向偽勢阱，(3)氣流導向器，其在冷卻室內提供氣流，其具有向內的徑向流場分量和朝向冷卻室出口的軸向流場分量；(4)輔助電極組件，其提供沿著冷卻室的長度的至少一部分延伸的軸向電場，以及(5)分別定位于冷卻室的入口和出口端的入口和出口電極。在運行期間，離子可通過腔室入口處的電極組件被引出到冷卻室中。氣體流可以幫助離子會聚在軸線上，并向下游的僅RF離子導向器移動。當穿過離子導向器行進時，離子會遇到徑向偽勢阱，并且會與中性氣體分子碰撞，這進一步降低離子動能和徑向尺寸的空間分布。同時，由輔助電極組件產生的軸向電場可保持離子向腔室出口移動的軸向動能。在腔室的出口處，離子被電極組件排出，并遞送到質量分析儀的入口。在一些情況下，定位于出口處的電極組件可以并入RF電場，以保持離子束的徑向緊湊性。本文所述的一種或多種實施方式可以改善質量分析儀的性能(例如，相對于使用常規DC靜電透鏡裝置的質量分析儀的性能而言)。一方面，一種系統包括離子源和質量分析儀。離子源包括電子源，該電子源被配置為在系統運行期間產生電子流；樣品引入組件，被配置為在系統運行期間傳輸至少一種分析物；電離室，其具有第一輸入端口、第二輸入端口和輸出端口。第一輸入端口被配置為在系統運行期間接收來自電子源的電子流。第二輸入端口被配置為在系統運行期間從樣品引入組件接收至少一種分析物，從而通過至少一種分析物與電離室的電離區域內的電子之間的相互作用產生分析物離子，并且分析物離子沿離子束軸線通過輸出端口離開電離室。所述電離室包括至少兩個室電極，所述至少兩個室電極被配置為在系統運行期間具有施加到其上的各自獨立控制的電壓。至少兩個腔室電極包括限定輸出端口的出口電極。出口電極被配置為在系統運行期間具有施加到其上的出口電極電壓。出口電極包括面向電離區域的上游表面，所述上游表面限定了具有較小基部和較大基部的大致截頭圓錐形的形狀，所述較小基部靠近輸出端口或與輸出端口重合。在系統運行期間，由施加于出口電極和至少另一個電極的電壓產生的電離室內的電場作用以聚焦并加速來自電離區域的分析物離子通過輸出端口。該方面的實施方式可以包括以下特征中的一個或多個。在一些實施方式中，所述大致截頭圓錐形的形狀可以由面對面對接的至少兩個盤形成。所述至少兩個盤可以具有相對于所述離子束軸線同心的孔，其中，孔的尺寸分別從最接近電離區域的盤到最遠離電離區域的盤單調減小。在一些實施方式中，電子束發生器可以被配置為在系統運行期間在離子源室內沿第一橫向方向產生電子束，所述第一橫向方向正交于離子束軸線。離子源室可以包括磁場發生器，所述磁場發生器被配置為在系統運行期間沿平行于電子束方向并與電子束重合的方向上產生磁場。在一些實施方式中，磁場發生器可以包括至少兩個永磁體。在一些實施方式中，所述至少兩個永磁體可以在與所述電子束的方向平行的方向上對準。在一些實施方式中，所述至少兩個腔室電極可以被配置為產生電場，以在空間上聚焦所述樣品離子通過所述離子出口輸出端口。在一些實施方式中，所述質量分析儀可以包括以下中的至少一個：四極質量過濾器；由碰撞室隔開的兩個四極質量過濾器的組合；四極質量過濾器、碰撞室和飛行時間質量分析儀的組合；飛行時間質量分析儀；三維離子阱；或者二維離子阱。在一些實施方式中，樣品引入組件可包括氣相色譜柱的出口部分。通常，在另一方面，一種系統包括電子電離離子源和質量分析儀。電子電離離子源被配置為在系統運行期間從樣品分子產生沿離子束軸延伸的離子束。系統還包括碰撞冷卻室，其包括氣體歧管和電場發生器。冷卻室在冷卻室的各個相對端上限定入口孔和出口本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種系統，包括：/n離子源，包括：/n電子源，被配置為在系統運行期間產生電子流；/n樣品引入組件，被配置為在系統運行期間傳輸至少一種分析物；/n電離室，其具有第一輸入端口、第二輸入端口和輸出端口，/n其中，第一輸入端口被配置為在系統運行期間接收來自電子源的電子流；/n其中，第二輸入端口被配置為在系統運行期間從樣品引入組件接收至少一種分析物，從而通過至少一種分析物與電離室的電離區域內的電子之間的相互作用產生分析物離子，并且分析物離子沿離子束軸線通過輸出端口離開電離室；/n其中，所述電離室包括至少兩個室電極，所述至少兩個室電極被配置為在系統運行期間具有施加到其上的各自獨立控制的電壓，/n其中，所述至少兩個室電極包括限定輸出端口的出口電極，/n其中，出口電極被配置為在系統運行期間具有施加到其上的出口電極電壓，/n其中，出口電極包括面向電離區域的上游表面，所述上游表面限定了具有較小基部和較大基部的大致截頭圓錐形的形狀，所述較小基部靠近輸出端口或與輸出端口重合，/n其中，在系統運行期間，由施加于出口電極和至少另一個電極的電壓產生的電離室內的電場作用以聚焦并加速來自電離區域的分析物離子通過輸出端口；以及/n質量分析儀。/n...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】20170403 US 62/480,7381.一種系統，包括：
離子源，包括：
電子源，被配置為在系統運行期間產生電子流；
樣品引入組件，被配置為在系統運行期間傳輸至少一種分析物；
電離室，其具有第一輸入端口、第二輸入端口和輸出端口，
其中，第一輸入端口被配置為在系統運行期間接收來自電子源的電子流；
其中，第二輸入端口被配置為在系統運行期間從樣品引入組件接收至少一種分析物，從而通過至少一種分析物與電離室的電離區域內的電子之間的相互作用產生分析物離子，并且分析物離子沿離子束軸線通過輸出端口離開電離室；
其中，所述電離室包括至少兩個室電極，所述至少兩個室電極被配置為在系統運行期間具有施加到其上的各自獨立控制的電壓，
其中，所述至少兩個室電極包括限定輸出端口的出口電極，
其中，出口電極被配置為在系統運行期間具有施加到其上的出口電極電壓，
其中，出口電極包括面向電離區域的上游表面，所述上游表面限定了具有較小基部和較大基部的大致截頭圓錐形的形狀，所述較小基部靠近輸出端口或與輸出端口重合，
其中，在系統運行期間，由施加于出口電極和至少另一個電極的電壓產生的電離室內的電場作用以聚焦并加速來自電離區域的分析物離子通過輸出端口；以及
質量分析儀。


2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述大致截頭圓錐形的形狀由面對面對接的至少兩個盤形成，其中，所述至少兩個盤具有相對于所述離子束軸線同心的孔，其中，孔的尺寸分別從最接近電離區域的盤到最遠離電離區域的盤單調減小。


3.根據權利要求1所述的系統，其中，電子束發生器被配置為在系統運行期間在離子源室內沿第一橫向方向產生電子束，所述第一橫向方向正交于離子束軸線，并且
其中，離子源室包括磁場發生器，所述磁場發生器被配置為在系統運行期間沿平行于電子束方向并與電子束重合的方向上產生磁場。


4.根據權利要求3所述的系統，其中，所述磁場發生器包括至少兩個永磁體。


5.根據權利要求4所述的系統，其中，所述至少兩個永磁體在與所述電子束的方向平行的方向上對準。


6.根據權利要求1所述的系統，其中，所述至少兩個室電極被配置為產生電場，以在空間上聚焦所述樣品離子通過所述離子出口輸出端口。


7.根據權利要求1所述的系統，其中，所述質量分析儀包括以下中的至少一個：
四極質量過濾器；
由碰撞室隔開的兩個四極質量過濾器的組合，
四極質量過濾器、碰撞室和飛行時間質量分析儀的組合；
飛行時間質量分析儀；
三維離子阱；或者
二維離子阱。


8.根據權利要求1所述的系統，其中，所述樣品引入組件包括氣相色譜柱的出口部分。


9.一種系統，包括：
電子電離離子源，配置為在系統運行期間從樣品分子產生沿離子束軸延伸的離子束；
碰撞冷卻室，包括氣體歧管和電場發生器，
其中，冷卻室在冷卻室的各個相對端上限定入口孔和出口孔，冷卻室的入口孔與離子束軸線軸向對準，
其中，冷卻室被配置為在系統運行期間：
使用電場發生器在冷卻室內產生射頻(RF)場，并且
通過氣體歧管接收碰撞氣體以對冷卻室加壓；以及
質量分析儀。


10.根據權利要求9所述的系統，其中，所述電場發生器還被配置為在系統運行期間產生沿冷卻室的長度的至少一部分延伸的軸向電場。


11.根據權利要求9所述的系統，其中，所述冷卻室被配置為在系統運行期間在1mTorr至100mTorr的范圍內的壓力下以碰撞氣體加壓。


12.根據權利要求9所述的系統，其中，所述冷卻室被配置為系統運行期間：
通過第二入口孔從離子源室接收離子；
降低至少一些接收的離子的動能；并且
通過第二出口室將至少一些接收的離子排出冷卻室。


13.根據權利要求12所述的系統，其中，降低至少一些接收的離子的動能包括在接收的離子與冷卻氣體的分子之間引起一個或多個碰撞。


14.根據權利要求9所述的系統，其中，所述電場發生器包括沿所述冷卻室的長度的至少一部分延伸的多個導電桿，其中，所述桿在所述冷卻室內軸對稱地布置。


15.根據權利要求9所述的系統，其中，所述冷卻室出口孔包括圍繞冷卻室出口軸線軸對稱地布置的多個出口孔電極，其中，所述多個出口孔電極被配置為在系統運行期間具有施加到其上的RF和DC偏置電壓。


16.根據權利要求9所述的系統，其中，所述質量分析儀被配置為在系統運行期間從所述冷卻室接收離子以進行質量分析。


17.根據權利要求16所述的系統，其中，所述質量分析儀包括以下中的至少一個：
四極質量過濾器；
由碰撞室隔開的兩個四極質量過濾器的組合；
四極質量過濾器、碰撞室和飛行時間質量分析儀的組合；
飛行時間質量分析儀；
三維離子阱；或者
二維離子阱。


18.根據權利要求16所述的系統，還包括氣相色譜儀，其中，所述離子源室被配置為在系統運行期間接收來自所述氣相色譜儀的樣品流出物。


19.根據權利要求9所述的系統，還包括控制模塊，所述控制模塊通信地聯接至離子源、冷卻室、質量分析儀、質量分析儀檢測系統、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：DG韋爾基，陳通，
申請(專利權)人：珀金埃爾默健康科學股份有限公司，
類型：發明
國別省市：美國;US