專利名稱：質譜儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種質譜儀，更準確地說，涉及一種傅里葉變換離子回旋共振質譜儀。
背景技術：
在分子結構的探測和鑒定與化學和物理過程的研究中，廣泛使用高分辨率的質譜儀。已知各種不同的技術，采用各種捕集和探測方法來產生質譜。
一種這樣的技術就是傅里葉變換離子回旋共振(FT-ICR)。FT-IIR利用回旋共振的原理，其中，高頻電壓激發(fā)離子在ICR小室內作螺旋運動。在室中的離子，沿著相同的徑向路徑，但以不同的頻率，象相干束那樣沿軌道旋轉。圓周運動的頻率(回旋頻率)正比于離子的質量，裝置了一組探測器電極，并由相干的沿軌道旋轉的離子在它們中感應出鏡象電流。探測到的信號幅度和頻率指示出離子的數(shù)量和質量。通過進行該“瞬態(tài)”(即在探測器電極處產生的信號)的一次傅里葉變換，就可獲得質譜。
FT-ICR之所以引起注意是它超高的分辨率(在某種情況下，最高可達1,000,000，而一般來說，超過100,000已不錯了)。但是，為了獲得如此高的分辨率，重要的是，應把各種系統(tǒng)參數(shù)選擇到最佳的狀態(tài)。例如，眾所周知，如果在FT-IVR小室中的壓力升至約2×10-9mbar之上時，會嚴重地降低FT-ICR室的性能，這時該小室的設計和對提供造成離子回旋運動的磁場的磁體設置了限制。在室內的空間電荷問題(它影響分辨率)也影響小室的設計參數(shù)。此外，當該室采用靜電注入到該室，或是采用多極注射裝置(參閱US-a-4,535,235)由外部源提供離子時，已經(jīng)知道，希望行程效果時間為最小。

發(fā)明內容
本發(fā)明設法提供一種改良的FT-ICR質譜分析儀裝置。尤其是，本發(fā)明設法提供一種改良的FT-ICR質譜分析儀的幾何結構，以及，另外或用另一種方法，對從外部源把離子注入到FT-ICR室中的系統(tǒng)改進。
在第一方面中，本發(fā)明提供一種用于離子回旋共振(ICR)質譜儀的測量小室和磁體裝置，包括包括具有帶著縱軸的磁體腔的電磁體的磁體組件，該電磁體準備用來產生磁場，其場線一般在與所述縱軸平行的方向上延伸，以及在所述電磁體的腔內配置FT-ICR測量小室，該室具有室壁，在室壁的范圍之內，限定用于容納來自外離子源的離子的室容積，該室在電磁體的縱軸方向上延伸，且一般來說，與其共軸；其中磁體腔的截面積對該室容積的截面積的比率R小于4.25，每個截面積都被定義于與所述縱軸垂直的平面上。
測量小室和磁體的電流配置往往會有磁體腔部分對測量小室部分的顯著較高的比率。例如，在以產品名稱為Finnigan FT/MS下，由申請人出售的早先FT-ICR產品，具有7左右的R值。
在包含測量小室的真空室中的壓力必須盡可能的低—正如在引言中提及的，一般來說，在約2×10-9mbar以上的壓力對分辨率會有有害的效果，這對本領域中的技術人員來說是熟知的。所以，至今已懂得，對于小室，真空室必需具有相對大的內直徑，以對真空泵抽的限制減到最小。這又使磁體腔直徑要相對地大，來適合這種真空室。
另一方面，大直徑的測量小室是理想的，因為它減少空間電荷效應。
申請人已意外地發(fā)現(xiàn)，可省去較大直徑的真空室。離子流是每秒10-14克的數(shù)量級，所以，一旦抽空到低壓時，真空室基本上無超高真空的污染源可容納。因此，已意識到，僅當系統(tǒng)(真空室)一開始被抽空時的時刻。泵抽速度是恰當?shù)摹?br> 通過把磁體腔的截面積減到最小，可獲得一些好處。首先，磁體腔面積越小，這種磁體的制造成本(通常)就越低，特別是在較佳的實施例中，在此實施例中的磁體是在氦浴中工作的超導體磁體。對一給定的磁體，相對較大的測量小室的面積，也使空間電荷效應減到最小。
在該較佳實施例中，磁體腔和測量小室，一般各是直圓柱形的。如果是那樣，其磁體的內直徑小于100mm，R值應小于4.25，而其磁體內直徑在100mm和150mm之間時，R值可以低到2.85或甚至更小。在該最佳實施例中，R是2.983。
對與短(在縱向上)真空室配合的小R值和磁體的組合，有特殊的好處。這意味著把真空室的容積減到最小，這就減少了初始的室抽空時間。最佳的是，在入射離子方向上，從磁體中心到磁體末端的縱向方向上的距離是600mm或更小。
較佳的是，磁體是非對稱的，也就是說，幾何的和磁的中心不是重合的，在離子注入側，磁體到磁中心的長度要保持短。
較佳的是，把該小室裝于真空室中。較佳的是，把小室或真空室做成懸臂伸出，即由小室前面(即上游)的一點來支撐，以前的系統(tǒng)已由另一側(即由注射側對面的末端)固定小室，由于這樣的做法先前已被認為是較佳的，所以隨著到末端凸緣的距離于是就較短。最佳的是，鈦或一種同樣有彈性的非磁性材料被用作支持物，尤其是，多個徑向隔開的管子被用來使小室和/或真空室從上游結構伸出懸臂。
較佳的是，小室和/或真空室能夠移動，例如，在精確的軌道上滑行，進入或離開磁體腔。通過在小室的背面安裝電接觸點，和通過在小室后面的一固定點上，提供相應的電接觸點，則可從小室的遠(背面)側提供到小室電極的射頻電源。因為這樣能使用相對短的電導線，經(jīng)又改善了信噪比。而且，由于同樣的理由，可縮短把信號從FT-ICR內的探測器傳送到信號放大和處理級的電線，而這點改善了對離子探測的信噪比。因此，本發(fā)明在一較佳實施例中，由帶有從對面、背側的電接觸的第一、前側提供對小室的支撐，最佳的是，當把小室鑲入到它的真空外罩中時，使用導桿固定該小室。
由于是長的均勻磁場區(qū)(例如至少80mm)，所以在選擇可被探測到的質量范圍最佳的條件中，相對長的小室(例如80mm)也是較佳的。
在本發(fā)明的另一方面中，提供一種離子回旋共振(ICR)質譜儀，包括產生待分析離子的離子源裝置準備容納和捕集所產生離子的離子存儲裝置；在離子源和離子存儲裝置之間配置的離子透鏡，用于當離子從源通過到存儲裝置時，聚集和/或過濾離子，以及如上面列舉的一種裝置還帶有離子導引裝置，配置在離子存儲裝置和小室與磁體裝置的測量小室之間，以把來自離子存儲裝置的離子導引并聚集到測量小室，為在那里作質譜分析。
在本發(fā)明的另外一個方面中，提供一種質譜儀，包括用于產生待分析離子的離子源；離子捕集器，以容納這些所產生的離子；離子透鏡裝置，以把來自源的離子導引到離子捕集器中；具有固定在磁體腔之內的測量小室的FT-ICR質譜儀，該小室是在磁體前面的下游處，該FT-ICR質譜儀還包括探測裝置，以探測注入到測量小室中的離子；離子導引裝置，被配置于離子捕集器和FT-ICR質譜儀之間，以把從捕集器射出的離子導引到FT-ICR質譜儀中，為在那里產生質譜；以及用于產生電場的電源供給，以加速在離子源和測量小金之間的離子；其中，該電源供給被構筑成提供一個電位，該電位把來自源或離子捕集器的離子加速到動能E，并剛好緊接在測量小室的前面，和磁體前表面的下游的一個位置處把所述離子減速。
就FT-ICR質譜儀來說的一個已知問題是，當離子從離子源到測量小室行進時，有離子的行程分離時間的引進。概括地說，可把現(xiàn)有的系統(tǒng)分成兩大類。
用于FT-ICR的離子注射系統(tǒng)的第一類型是一種所謂的靜電注射系統(tǒng)。此外，離子是通過靜電透鏡系統(tǒng)，從離子源被導引到FT-ICR的測量小室。為了用磁反射針對被覺察到的問題，這種系統(tǒng)已采用高的靜電電位差和強的靜電聚焦。因此，用高達幾百伏的高電壓，把離子加速到高速度，于是在FT-ICR磁體的散射場中被減速。這電位是這樣來設定的，使得靜電的Einzel透鏡聚集離子束。在幾個電子伏特相對低的動能下，離子從靜電注射系統(tǒng)的最后透鏡行進，通常稱之為“自由行程區(qū)”。這個低動能行進的距離可以是在30-40cm左右，它是離子所行進的總距離的20-30％左右。這種情況引入了行程效果的時間，其中，較輕質量的離子在較重質量的離子之前到達該小室，并可優(yōu)先地被捕集在該小室中。
在第二種裝置中，在下文被稱為“多極注射”，使用一排多極離子導引器，以把離子從離子捕集器注入到FT-ICR測量小室。為了能在該小室中俘獲，采用了各種捕集的方案，諸如閘門捕集，在離子和其它粒子之間的動能交換(碰撞捕集)，或在不同運動方向之間的動能交換，如已描述的，例如在Gaffari和Conti的“Experimental Evidence for Chaotic Trausport in a PositronTrap”中，刊于Physical Review Letters 75(1995)，No.17，第3118-3121頁。但是，在每種情況中，離子必須要有小的動能分布，最佳的是，具有小于1電子伏特的兩個標準偏差寬度。在沒有這種小的動能分布的情況下，只有一部分離子束被捕集。
因此，對于多極注射技術來說，它是加速離子的常見的實踐應用，這種離子通常為幾個電子伏特，且一般不超過10電子伏特的，以非常低的能量從存儲捕集器(不論是2D或3D的射頻捕集器，磁捕集器，或其它)發(fā)射的。
這裝置的問題在于，盡管離子俘獲達到最大，但因為行程效果時間隨綜合行程時間而增加，所以質量范圍被折衷。
申請人已發(fā)現(xiàn)，通過采取一切努力，以保持行程距離短，并保證仔細地導引離子，則可在源或離子捕集器之間，自始至終直至測量小室使用高的能量。例如，電源供給可提供一電位，以便把來自離子源和/或離子捕集器的離子加速到超過20電子伏特，更佳的是，超過50電子伏特，而最佳的是在50和60電子伏特之間，直接通過系統(tǒng)到測量小室?？疾炝硪环椒ǎ谏叩碾娢幌?，離子從離子源，或離子捕集器行進到測量小室，至少達綜合距離的90％。正如在上面闡明的，在現(xiàn)有技術的靜電注射系統(tǒng)中，一般來說，僅為從離子源到該小室總距離的65到80％維持較高的電位。就典型的多極注射系統(tǒng)來說，離子完全不會在提高的動能下行進。
因此，本發(fā)明這方面的裝置顯著地減少了不希望有的行程分布的時間。結果，該裝置能獲得質量范圍為M(高)＝10*M(低)。在目前的工藝水平，具有外部源的FT-ICR質譜儀，其質量范圍通常是M(高)＝1.6-3*M(低)。
在不擴展動能分布的情況下，為了有可能采用高速離子注射，使質譜儀裝置的幾何結構最佳化，這是有益的。例如，具有小內半徑(一般是小于4mm，最佳的是小于2.9mm)的注射多極的采用，降低了動能擴展。
那些在本技術領域中的技術人員是覺察到的，就是即使當把多極離子導引器安裝得較為不準確，它們還是能滿意地工作的。再有，在本發(fā)明的一較佳實施例中，在離子導引裝置之內的透鏡和/或多極被精確地對準，且最佳的是，具有離最佳值小于0.1mm的偏差。同樣，這也被發(fā)現(xiàn)能減少離子的動能分布。
概括地說，為使對于離子的外部注入到FT-ICR小室中的離子行程距離最佳化，應合意地考慮下列中的至少一項。較佳的是，要把下列特性的至少50％結合于具體實施本發(fā)明一個方面的系統(tǒng)中。
(a)應該采用能提供來自離子源的離子束有良好聚焦的多極離子導引器即透鏡系統(tǒng)。
(b)多極離子導引器和/或透鏡應具有小的內直徑，而應使在各級之間有差速的泵抽最佳化。
(c)可使用小直徑真空泵。
(d)應使真空外殼最優(yōu)化，以把盲區(qū)減到最小，而這可包括具有低的或無限制的稍為彎曲的泵抽路徑，以通過泵和凸緣把空間消耗減到最小。
(e)多極/透鏡/多極組件應是高精度的，以把在加速下的離子損耗減到最小，并使傳輸?shù)叫⊥哥R的離子達到最大。
(f)由于行程分布的時間隨離子速度的增加而減小，所以，較佳的是，讓離子加速最優(yōu)化。
(g)盡可能增加測量小室的長度。較佳的是，這需要下列各點(h)使用具有長的均勻區(qū)的磁體；(i)鄰近多極引出透鏡的一個短的減速區(qū)，把大量的動能轉變?yōu)閯菽?，在該小室內，后面有一長且平緩的減速區(qū)，以除去最后幾個百分數(shù)的動能；(j)通過在靜態(tài)或動態(tài)的離子捕集器中的冷卻，通過注射電位的正常選擇與計時，和/或通過離子導引系統(tǒng)的精確加工，以把能量分布的未預見到的或非確定的展寬減到最小，來使所注入離子的動能擴展成為最小。
(k)使在其中安裝測量小室的真空室的容積成為最小，以減小可泵抽的容積。
(1)在注射路徑上，使注射路徑與磁場方向的對準最佳(較佳的是，在注射路徑方向和磁場方向之間的偏差小于1°)。
(m)最后，在離子俘獲期間，要把測量小室的電位與將離子注入到那個測量小室的離子捕集器的電位盡可能地保持接近，被認為是有益的。
本發(fā)明還推廣一種質譜儀的方法，包括(a)在離子源，產生待分析的離子；(b)把所產生的離子導引到離子捕集器中；(c)從該捕集器射出離子；(d)把從離子捕集器射出的離子導引到具有安裝在磁體腔之內的測量小室的FT-ICR質譜儀中，該小室被配置在那磁體的前表面的下游處；(e)把來自離子源或離子捕集器的離子，加速到FT-ICR質譜儀的測量小室；(f)在剛好緊接著測量小室上游的一個位置上，減速離子，該位置是磁體前表面的下游；以及(g)在測量小室內探測離子。
通過所附權利要求書和從隨后的較佳實施例的專門描述的評述，將會明白理解本發(fā)明的另一些較佳特性。
附圖簡述現(xiàn)在將描述僅作為例子的本發(fā)明一實施例，并參考下列諸圖，其中

圖1示意地示出包括傅里葉變換離子回旋共振(FT-ICR)質譜儀的測量小室的質譜儀系統(tǒng)(為了清晰起見，在圖1中未示出用于這種系統(tǒng)的磁體)；圖2a示出更詳細的圖1的一部分系統(tǒng)的特寫圖，包括測量小室，但沒有真空系統(tǒng)；圖2b示出圖2a的系統(tǒng)，但包括真空外殼；圖3示出圖1和2測量小室的更為詳細的特寫圖，所以還有真空外殼；圖4示出在超導磁體腔內安裝的、圖1到3的測量小室；圖5示出測量小室和超導磁體腔在軸向和徑向方向較佳的有關尺寸；圖6a和6b示出能讓圖1到圖4的小室移進(圖6a)和移出(圖6b)圖4的磁體的軌道裝置；以及圖7示出圖1系統(tǒng)的較佳電位分布。
具體實施例方式
首先參閱圖1，圖中示出具體實施本發(fā)明質譜儀系統(tǒng)的高度示意的裝置。
在離子源10中產生離子，它可能是一種電噴射離子源(ESI)，由基質輔助的激光離子解吸離子化(MALDI)源，或諸如此類的源。較佳的是，該離子源是在大氣壓下。
在離子源產生的離子，經(jīng)過諸如具有差速泵抽的一個或多個多極的離子透鏡系統(tǒng)20被傳輸。差速泵抽以轉移離子從大氣壓降到相當?shù)偷膲毫?，在本領域中是熟知的，因此，不作進一步的描述。
離開多極離子透鏡20的離子，進入離子捕集器30。離子捕集器可以是2-D或3-D的射頻捕集器，多極捕集器或任何其它適宜的離子存儲裝置，包括靜態(tài)電磁或光學的捕集器。
離子從離子捕集器30被射出，經(jīng)過第一透鏡40，進入第一多極離子導引器50。從這里，離子經(jīng)第二透鏡60進入第二多極離子導引器70，然后，經(jīng)過第三透鏡80進入相對較長的第三多極離子導引器90。較佳的是，各種多極離子導引器和透鏡，對彼此來說，是精確地對準的，使得與最佳值的偏差小于0.1mm。
在圖1的裝置中，各多極離子導引器50，70和90的內直徑(由多極中的桿所限定)是5.73mm，透鏡40，60和80具有內直徑，較佳的是，為2-3mm。使用具有小內半徑的注射多極，有助于改善當離子經(jīng)多極離子導引器通過時，在不展寬離子功能分布的情況下，以高速度的離子注射。另外，在差速泵抽的約束之內，要維持透鏡的內直徑對多極的內直徑之比盡可能地接近于1是合乎需要的。這樣，可把動能的擴展降到最小。
在第三多極離子導引器90的下游末端處，是一引出口閘門透鏡110，它確定了第三多極導引器和測量小室100的界限，測量小室100是傅里葉變換離子回旋共振(FT-ICR)質譜儀的一部分。通常，測量小室100包括一組如圖1所示的圓柱形電極120-140，以使在該小室之內，把電場施加到離子，與磁場相結合，就造成回旋共振，正如在本領域中的技術人員所理解的。
要把引出口閘門透鏡110的內直徑選得略小于多極內直徑(它較佳的是5.73mm)，因為來自FI-ICR磁體(未在圖1中示出)在那個點的磁導引場是如此之強，所以當離子在磁場相對地可忽略的上游位置時，它們不會經(jīng)過透鏡被“拉出”。
通過采用被屏蔽的磁體，在第三透鏡80處的磁場實際上為零。這種主動屏蔽磁體的另一好處就是它使高性能渦輪泵可安裝在靠近磁體表面，以便提供較佳的泵抽和較短的行程時間。因為來自未屏蔽磁體的磁場會毀壞采用轉動配件的泵，所以先前的設備采用遠離磁體的擴散泵，而不能把具有大的金屬質量的擴散泵裝得太靠近磁體，否則，它們將使磁場畸變。
要知道，尺寸可能在離子源10產生離子，并直接從那里傳輸?shù)綔y量小室100中，但它們可代之以從離子捕集器30被射出，用于在第一多極離子導引器50中的進一步存儲，而隨后的通路，則從那里進入測量小室100中。
在典型的工作環(huán)境下，在圖1系統(tǒng)內的壓力，在離子源10的壓力為大氣壓，在離子捕集器30為10-3mbar左右，在第一多極離子導引器50為10-5mbar，在第二多極離子導引器70為10-7mbar；而在第三多極離子導引器和從那里的下游(尤其是，和在測量小室100)中為10-9mbar。為保持良好的質譜分辨率，在測量小室中，這樣低的壓力是重要的。
在多極50，70，90的其中一個中，離子的動能是當離子或是從離子捕集器30或是從第一多極離子導引器50被射出時的離子的初始電位，和在相關的上游多極離子導引器50，70，90中的電位之差的結果。在測量小室100中的離子動能是在初始電位和測量小室電位之間之差的結果。因為電場一般是成馬鞍形的，所以在離子捕集器30或第一多極離子導引器50上的電位，而須略高于小室的電位，例如，在圖1中圓柱形電極140所限定的小室電位。
動能擴展和束流發(fā)散隨著多極離子導引器和透鏡組件50-90的機械不精確加速電壓，和多極離子導引器的直徑而增加。但是，功能擴展和束流發(fā)散隨著導引電位的強度而降低。因此，來自較高加速電壓所增加的動能擴展，可通過正常的機械對準和選擇具有高的有效導引電位的小直徑多極來補償。透鏡對準和由兩個連接的并極為精確地對準的多極的多極離子導引器90的結構是有益的。尤其是，規(guī)定容許偏差為小于+/-0.5mm，且在某些地方更小。
不同極的加速電位示于圖1中的各級的上面。當然，要知道這些電位僅是示范性的。離子捕集器30的電位為0V，而它的長度約為50mm。第一透鏡40的電位為-5V。第一多極離子導引器50的電位為-10V，而這導引器還有約50mm的長度。第二透鏡60具有-50V的電位，第二多極有-50V同樣的電位(具有約120mm的長度)，以及第三透鏡80具有-110V的電位。第三多極離子導引器90的長度約為600mm，并有-60V的電位。引出口/閘門透鏡110具有-8V的電位，而測量小室100較佳的是在0V，關于電極130和131則分別在+/-2V。在小室100中諸電極上的不同電壓一起提供在該小室內的電位，該小室具有在小室100內帶有某種動能擴展的離子的諸轉折點，以致在轉折點處的離子是靜止的，然后，通過這電位反向加速。這又提供了足夠的時間來接近小室，并在小室100內切換到存儲/探測，此處替代施加“呈盤子狀”的電位，如朝向圖7的右手部分底部所示。測量小室100的端部表面111被固定在2V，以提供捕集電位。
下面將描述在測量小室100中，對電極的電源供給方式，尤其是結合圖3。
由于在上面描述的電位，來自源的離子被加速，然后，以相當高的能量行進一直到小室100。在圖7中示意地示出所受到的電位。將注意到，尤其是，當離子進入磁體時，它們仍以50電子伏特的能量在作傳輸，并在測量小室100用長而平坦的減速電位來減速。
作為一種選擇，可把離子存儲在0V的第三多極離子導引器中。
現(xiàn)在參考圖2a，更詳細地示出從第一多極離子導引器50向前的系統(tǒng)部分。
特別是，圖2a示出用于小室100和用于離子轉移透鏡的支撐結構200。
支撐結構200是由諸如鈦或鋁的非磁性材料制成。支撐結構200是用機械的方法連接到透鏡固定器81，它又支撐第三透鏡80。較佳的是，支撐結構本身是由通過鋁襯墊220互連的鈦管210，211形成?？墒褂闷渌谴判圆牧希遣捎弥亓枯p的材料是有益的，因為它避免彎曲。
圖2a還示出電接觸系統(tǒng)300的一部分，將在下面結合圖3描述該系統(tǒng)。
從圖2a注意到小室100是由支撐結構從注射側所支撐住是重要的，就是說，它被做成懸臂伸出，即從透鏡固定器81被支撐住(雖然它可從小室的任何其它適宜的點上游被支撐住)。這也有助于改善系統(tǒng)的對準精確度。
在下面，將結合圖4來解釋測量小室100可移進和移出超導磁體的方式。
參考圖2b，示出圖2a的裝置，但是具有各種所附著的真空外殼。更準確地說，把第二透鏡60，第二多極離子導引器70，第三透鏡80和部分第三多極離子導引器90密封在內的轉移塊真空室230具有排氣孔250，251，以實現(xiàn)泵抽。通過鄰近排氣孔251的機械裝置(未在圖2b中示出)，使系統(tǒng)實現(xiàn)對準，這裝置可利用杠桿使測量小室100作X-Y移動。
從圖2b要注意的另一重要特點是，小室100的內直徑，相對于在其中安裝它的小室真空室240的直徑來說是大的。換句話說，在測量小室100的內直徑和小室真空室240的內直徑之間有著最小的距離。小室100與鈦管211共有徑向空間，鈦管被部分地切去，以在那點上為小室100提供更多的空間。
用這樣一種裝置，從上游(注射)側可較容易地實現(xiàn)把小室100鑲入到小室真空室240中。這就不需要在小室真空室240之內，測量小室100的背(非注射)側構筑凸緣。
現(xiàn)在參考圖3，示出了測量小室100和小室真空室240的更進一步的特寫圖。將看到，對圓柱形電極(在圖1中的120-140)的電壓供給是來自背面(即，來自在圖3中觀看的右面)。對測量小室100電極的電接觸，通過形成部分支撐結構的背后表面逐個獲得。這背后表面提供用于鈦管210，211的終端即安裝表面，并還起著在其內安裝自對準接觸320的端塊的作用。這些是穿過支撐結構200的背后表面290來安裝的，并適合于與穿過小室真空室240的背墻(再一次如在圖3中看到的)延伸的相應的銷子即突出部310接合。這個裝置讓電接觸從系統(tǒng)外部直至測量小室的電極，同時，使支撐結構200，從而測量小室100，相對于小室真空室240的機械自對準。后者本身又可在磁體內被精確地安裝(正如將結合圖6a和6b，在下面解釋的)，以致測量小室100與磁場線的全部對準是最優(yōu)化的。在背側(即，遠離注射到測量小室100的一側)具有接觸的另一個好處是引線可以相對地短。是從探測器到放大電路的探測引線(未示出)改善對離子探測的信噪比。
較佳的是，測量小室是相對地長，并在該較佳實施例中，具有80mm的存儲區(qū)。同樣，較佳的是，由磁體產生的磁場(未在圖3中示出)，至少在那個80mm的長度上是均勻的。
現(xiàn)在參考圖4，示出測量小室100和它在超導磁體400之內的位置的示意圖。超導磁體400包括超導線圈410，氦浴420，熱屏蔽430，真空絕緣440和氦浴450。所有這些特性對在本領域的技術人員來說都是熟知的，將不作進一步的描述。
為了清晰起見，在圖4中，不示出小室真空室240，支撐結構200和多極離子導引器50，70，90。
在磁體線圈410的前面和真空絕緣材料440之間是空間480。較佳的是，線圈在那空間480的方向移動，以便縮短從磁體(它與測量小室100的幾何中心一致)向系統(tǒng)的一個端的距離。較佳的是，雖然未在圖4中示出，但是，磁體是非對稱的，以致可在注射側保持短的磁體長度。尤其是，從前板到磁場中心的距離小于600mm是有益的。
把小室100(和小室真空室240)安裝在其中安放超導磁體的致冷器的腔460之內。將會知道，腔460具有狹于超導線圈410的腔495的直徑490。
圖5示出圖4部件的有關面積。測量小室100的內直徑面積由區(qū)域500示出。這具有小室半徑501。在圖5中，用參考數(shù)字511示出磁體的內半徑(就是說，在圖4中磁體腔490的半徑)，而這是面積510的半徑。最后，參考數(shù)字521指出在磁體的磁中心(較佳的是，它和測量小室100的幾何中心相符合)到磁體的較接近的端表面之間的軸向長度，較佳的是，這磁體在幾何上是非對稱的，正如在上面所解釋的。我們定義比率R，它是在磁體腔內、在垂直于磁體腔縱軸的平面上測量的截面積510，相對于測量小室100的內部的面積(在圖5中參考數(shù)字500)之比。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對具有磁體內直徑小于100mm的系統(tǒng)，特別是對較佳的圓柱形小室，R應小于4.25。在大多數(shù)我們通常實現(xiàn)的較佳儀器中，采用具有內直徑為55mm和磁體腔直徑為95mm的小室，為的是使R＝2.983。選擇小的R，結合短長度的真空系統(tǒng)和磁體，會有特殊的好處，例如，具有小的R和小于600mm的距離521，會有特殊的好處。
對具有其直徑511在100和150mm之間的磁體的系統(tǒng)，較佳的是，R應小于2.85。例如，以前的系統(tǒng)具有超過7的R。
最后參考圖6a和6b，示出高精度軌道系統(tǒng)530。這系統(tǒng)支承圖1的系統(tǒng)(離子源，離子導引器，測量小室和測量小室的支撐結構)，與超導磁體400有關。這結構可在AA’方向移動至室溫的超導磁體400的腔中，正如分別在圖6a和6b所見到的。
權利要求
1.一種用于離子回旋共振(ICR)質譜儀的測量小室和磁體裝置，包括磁體組件，包括具有帶縱軸的磁體腔的電磁體，該電磁體被配置來產生具有場線的磁場，該場線通常在所述縱軸的平行方向延伸；以及FT-ICR測量小室，配置于所述電磁體的腔內，該小室具有諸室壁，在諸室壁內限定了用于容納來自外離子源的離子的小室容積，該小室在電磁體的縱軸方向延伸，并通常與它共軸；其中，磁體腔的截面積對小室容積的截面積之比率R小于4.25，各個截面積都被定義在垂直于所述縱軸的一個平面上。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，其中該磁體腔和該測量小室，通常各是直的圓柱體，以及其中該磁體腔的直徑小于150mm。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，其中該磁體腔的直徑大于100mm，以及其中R小于2.85。
4.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，其中該磁體腔的直徑小于100mm，以及其中限定該小室容積的室壁的內直徑至少是48.6mm。
5.根據(jù)任一前述權利要求所述的裝置，其特征在于，該磁體組件還包括配置來安裝該電磁體的外殼，該外殼限定小于磁體腔的外殼腔，該外殼腔適于安裝該測量小室。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，其中該磁體組件電磁體是超導磁體，該外殼起著致冷器的作用，用來把電磁體的線圈維持在低于使它們處于超導狀態(tài)的溫度之下。
7.根據(jù)任一前述權利要求所述的裝置，還包括安裝該測量小室的可抽空的室，該可抽空的室被配置在磁體腔內使用。
8.根據(jù)任一前述權利要求所述的裝置，其特征在于，其中該測量小室的軸向中心被設置于在軸方向上遠離電磁體的幾何中心。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于，其中電磁體具有非對稱的繞組，以致該磁體腔縱軸方向上的磁中心與在那個方向上的幾何中心不同。
10.根據(jù)任一前述權利要求所述的裝置，其特征在于，其中該電磁體被配置來產生磁場，該磁場在磁體腔縱軸方向的至少70mm的長度上基本上是均勻的，其中小室的長度在那個相同方向上同樣是至少70mm。
11.根據(jù)任一前述權利要求所述的裝置，其特征在于，其中該測量小室具有限定一開口的前表面，通過這開口接收來自上游方向的離子，以及其中該測量小室被做成懸臂伸出，即從在那個所述上游方向上的一個位置被支撐。
12.根據(jù)任一前述權利要求所述的裝置，其特征在于，其中該測量小室具有限定一開口的前表面，通過這開口接收來自上游方向的離子；在所述前表面對面的后表面，在跨越該小室容積產生電場的多個電極；以及探測裝置，該后表面包括至少一個適于與至少一個相應的電源供給接觸的外部電接觸，和/或探測器信號處理裝置。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的裝置，其特征在于，其中該測量小室相對于磁體組件是可移動的。
14.一種離子回旋共振(ICR)質譜儀，包括離子源裝置，產生待分析的離子；離子存儲裝置，配置來容納和捕集所產生的離子；離子透鏡，配置于該離子源和該離子存儲裝置之間，當離子從該源通到該存儲裝置中時，用作聚焦和/或過濾這些離子；一個在任一前述權利要求中要求保護的裝置；以及離子導引裝置，配置于該離子存儲裝置和小室與磁體裝置的測量小室之間，以導引和聚焦來自該離子存儲裝置的離子進入該測量小室中，用于在其內作質譜分析。
15.一種質譜儀，包括離子源，用于產生待分析的離子；離子捕集器，容納所產生的離子；離子透鏡裝置，把離子從該源導引到該離子捕集器中；FT-ICR質譜儀，具有安裝在磁體的腔內的測量小室，該小室在那磁體前表面的下游，該FT-ICR質譜儀還包括探測裝置以探測注射到該測量小室中的離子；離子導引裝置，配置在該離子捕集器和該FT-ICR質譜儀之間，以把從該捕集器射出的離子導引到該FT-ICR質譜儀中，為在其內產生質譜，以及電源供給，用于產生電場，以在該離子源和該測量小室之間加速離子，其中該電源供給被構筑來提供一電位，該電位把來自該電源或該離子捕集器的離子加速到動能E，并把剛好在鄰近該測量小室前面和磁體前表面下游的位置上的所述離子減速。
16.根據(jù)權利要求15所述的質譜儀，其特征在于，其中該電源供給被配置來為從該離子捕集器到緊接著在該測量小室前面的所述位置的基本上所有的通路上，把離子加速到超過20eV的動能。
17.根據(jù)權利要求15所述的質譜儀，其特征在于，其中該電源供給被配置來為從該離子源到緊接著在該測量小室前面的所述位置的基本上所有的通路上，把離子加速到超過20eV的動能。
18.根據(jù)權利要求16或17所述的質譜儀，其特征在于，其中該電源供給被配置來把離子加速到超過50eV的動能。
19.根據(jù)權利要求15、16、17或18所述的質譜儀，其特征在于，其中該電源供給被構筑來為從該離子捕集器到該測量小室的至少90％的距離上，或為從該離子源到該測量小室的至少90％的距離上，把離子加速到所述動能。
20.根據(jù)權利要求15-19中任何一項所述的質譜儀，其特征在于，其中該離子導引裝置包括至少一個注射多極離子導引器。
21.根據(jù)權利要求20所述的質譜儀，其特征在于，其中該離子導引裝置包括彼此串聯(lián)的多個注射多極離子導引器。
22.根據(jù)權利要求21所述的質譜儀，其特征在于，其中各注射多極離子導引器具有一縱軸，以及其中各離子導引器與后繼的和/或在前的離子導引器的軸對準要小于約0.1mm。
23.根據(jù)權利要求20、21或22所述的質譜儀，其特征在于，其中該或者各多極離子導引器限定一內容積，穿過該容積離子通向該小室，以及其中該或者各離子導引器的那內容積的最大直徑小于4mm，且較佳的是小于2.9mm。
24.根據(jù)權利要求20-23所述的質譜儀，其特征在于，其中該離子導引裝置還包括至少一個用于聚焦離子的透鏡。
25.一種質譜儀的方法，包括(a)在離子源，產生待分析的離子；(b)把所產生的離子導引到離子捕集器中；(c)從該離子捕集器射出離子；(d)把從該離子捕集器射出的離子，導引到FT-ICR質譜儀中，該質譜儀具有安裝于磁體腔之內的測量小室，該小室被配置于那磁體前表面的下游；(e)加速從該離子源或該離子捕集器到FT-ICR質譜儀的測量小室的離子；(f)減速剛好緊接著測量小室上游的位置處的離子，那個位置是磁體前表面的下游；以及(g)探測在該測量小室內的離子。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，其特征在于，其中步驟(e)包括把離子加速到超過20eV的動能E，且較佳的是，超過50eV。
27.根據(jù)權利要求25或26所述的方法，其特征在于，其中步驟(e)包括在該離子源和該測量小室之間距離的超過90％的距離上，和/或在該離子捕集器和該測量小室之間距離的超過90％的距離上，把離子加速到動能E。
全文摘要
一種改良的FT－ICR質譜儀具有產生離子的離子源(10)，所產生的離子，通過一系列多極(20)被傳輸?shù)诫x子捕集器(30)。離子從捕集器(30)射出，穿過一系列透鏡和多極離子導引級(40－90)而經(jīng)過引出口/閘門透鏡(110)進入測量小室(100)中。在真空室(240)中安裝該測量小室，而這組件可滑動地移入超導磁體(400)腔中，該磁體提供在該小室(100)中造成所產生離子作回旋運動的磁場。通過把在該源(10)和小室(100)之間的距離減至最小，并通過對離子透鏡的仔細對準，離子能在高能下運行直至測量小室(100)的前面。該小室(100)在磁體腔的縱方向延伸，并與它共軸。磁體腔的截面積對小室容積的截面積之比率是小的(小于3)。該磁體是非對稱的，并在離子注射側是相對地短。該小室(100)從小室的前面被支撐，并在其背后形成電接觸。
文檔編號H01J49/42GK1799118SQ200480006376
公開日2006年7月5日 申請日期2004年3月9日 優(yōu)先權日2003年3月10日
發(fā)明者R·H·梅勒克, K·J·梅耶, S·斯朵夫, S·R·霍寧 申請人:薩默費尼根有限公司