專利名稱：檢測帶電粒子的檢測裝置、檢測帶電粒子的方法以及質(zhì)譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測帶電粒子的檢測裝置、用于檢測帶電粒子的方法以及其中的和與之相關(guān)的改迸。該裝置和方法對于質(zhì)譜儀或類似物是有用的并且因此本發(fā)明進(jìn)ー步涉及質(zhì)譜儀。直量帶電粒子檢測器被用于許多要求例如離子或電子檢測的應(yīng)用中。一種這樣的應(yīng)用是質(zhì)譜法。質(zhì)譜儀被廣泛用于在帶電粒子的質(zhì)荷比 (m/z)的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行分離和分析，并且許多不同類型的質(zhì)譜儀是已知的。雖然本發(fā)明是以飛行時間(TOF)質(zhì)譜法的思想來設(shè)計的，但本發(fā)明適用于其他類型的質(zhì)譜儀以及除了要求檢測帶電粒子的質(zhì)譜法之外的應(yīng)用，例如電子顯微術(shù)。飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀是根據(jù)帶電粒子沿一條固定路徑的飛行時間來確定其質(zhì)荷比(m/z)。帶電粒子(通常是離子)是以離子短包或離子束的形式從脈沖源發(fā)射出來的并且沿預(yù)定的飛行路徑被引導(dǎo)通過真空區(qū)域而到達(dá)ー個離子檢測器。以恒定動能離開該源的離子在一段時間之后達(dá)到該檢測器，這段時間取決于它們的質(zhì)量，離子的質(zhì)量越大就越慢。TOF質(zhì)譜儀要求具有(除其他特性之外)快速響應(yīng)時間和高的動態(tài)范圍(即，能夠檢測小和大的離子電流，包括在二者之間進(jìn)行快速切換)、優(yōu)選沒有諸如檢測器輸出飽和問題的離子檢測器。這樣的檢測器還應(yīng)該不過度復(fù)雜以便減少成本和操作問題。常規(guī)的用于TOF質(zhì)譜法的離子檢測器包括次級電子倍増器，如分立的或連續(xù)的倍增極電子倍増器(例如，微通道板(MCP))。在許多TOF應(yīng)用中，例如要求檢測高分子量化合物的應(yīng)用中，需要所檢測的離子的高動能以使得這些離子被有效地轉(zhuǎn)化為次級離子和電子，它們可以被進(jìn)一步倍增和檢測。有兩種主要的生產(chǎn)高動能離子的方式用于在TOF質(zhì)譜法中進(jìn)行檢測(i)在檢測器處將離子加速至高的動能(例如，通過向該檢測器施加例如10-20keV的高電壓)以及(ii)在檢測之前將這些離子后加速。這將導(dǎo)致電子設(shè)備的必然的復(fù)雜性，進(jìn)而可能造成復(fù)雜的情況，例如，當(dāng)要求檢測器在許多keV的電勢下浮動時，并且高的電壓對檢測器輸出有影響。已經(jīng)提出的一個解決方案是通過使用閃爍體來將該電子倍增器檢測器所產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)化為光子并使用光電倍增管來檢測這些光子從而將檢測器的輸出與檢測器去耦并且由此與高的電勢去耦。這樣的檢測器的例子描述于US 3，898，456;EP 278, 034A ；US 5，990，483和US 6，828，729中。然而，這樣的檢測器遭遇了動態(tài)范圍較差的問題。一種優(yōu)化的離子到質(zhì)子的檢測器已經(jīng)由F. Dubois等人披露(質(zhì)譜法中用于大分子的離子到質(zhì)子檢測器的優(yōu)化(Optimization of an Ion-to-Photon Detector for LargeMolecules in Mass Spectrometry), Rapid Comm. Mass Spectrom. 13. 1958-1967(1999)),其中恰在閃爍體之前使用次級電子的后加速。該檢測器在次級電子的產(chǎn)生之前使用法拉第收集器來截取進(jìn)入的離子束的一部分以便對磷光體的響應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)而不是改進(jìn)動態(tài)范圍。因此，這種安排仍具有可以進(jìn)行改進(jìn)的動態(tài)范圍并且在閃爍之前截取一部分射束趨向于減小最終的選擇性。對于TOF質(zhì)譜法中的檢測器動態(tài)范圍問題所提出的解決方案包括使用兩個具有不同表面積的收集電極用于收集一個電子倍増器所發(fā)射的次級電子(US4，691，160 ；US6，229，142 ；US 6，756，587和US 6，646，252)并且在陽極附近使用電勢或磁場來改變所謂的陽極分量(US 6，646，252和US 2004/0227070A)。另ー個解決方案是使用兩個或更多個分離的并且完全獨立的檢測系統(tǒng)來檢測入射離子所產(chǎn)生 的次級電子(US 7，265，346)。一個進(jìn)一歩的解決方案是使用位于TOF分離區(qū)域內(nèi)的ー個中間檢測器，它提供反饋來控制最后的電子檢測器的増益(US6，674，068)。與后一種檢測相關(guān)的問題是它要求快速改變該檢測器上的增益并且也難以跟蹤這個增益來維持線性。又ー個在US2004/0149900A中提出的檢測安排使用了ー個光束分離器來將ー個離子束分離為兩個不相等的部分，用単獨的檢測器對它們進(jìn)行檢測。使用了光束分離器和閃爍體的又一種安排在W02009/027252A2中進(jìn)行了披露。在WO 2009/027252A2、US 2002/0175292和US6646252中披露了組合兩個檢測器輸出的方法。總之，這些檢測解決方案的實施可能是復(fù)雜且昂貴的和/或它們的靈敏度和/或它們的動態(tài)范圍可能低于所希望的。用于TOF質(zhì)譜法中的位置檢測的一種安排在US 5，969，361中進(jìn)行了描述，它包括多個包埋在ー個磷光層中的電極，這些電極是用于確定原始離子撞擊在檢測器上的地方。因此，仍然存在ー種需要來改進(jìn)對帶電粒子的檢測。鑒于以上背景，創(chuàng)造了本發(fā)明。發(fā)明概沭根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，提供了ー種用于檢測帶電粒子的檢測裝置，該檢測裝置包括一個次級粒子產(chǎn)生器，用于響應(yīng)于接收到進(jìn)入的帶電粒子而產(chǎn)生次級帶電粒子；一個帶電粒子檢測器，用于接收并檢測該次級粒子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的次級帶電粒子;ー個光子產(chǎn)生器，用于響應(yīng)于接收到該次級粒子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的次級帶電粒子而產(chǎn)生光子；以及ー個光子檢測器，用于檢測該光子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的光子。根據(jù)本發(fā)明的另ー個方面，提供了ー種用于檢測帶電粒子的檢測裝置，該檢測裝置包括一個帶電粒子檢測器，用于接收并檢測進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子；ー個光子產(chǎn)生器，用于響應(yīng)于接收到與該帶電粒子檢測器所接收并檢測的相同的、這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子中的至少ー些而產(chǎn)生光子；以及ー個光子檢測器，用于檢測該光子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的光子。根據(jù)本發(fā)明的ー個另外的方面，提供了ー種用于檢測帶電粒子的檢測裝置，該檢測裝置包括一個帶電粒子檢測器，用于接收并檢測進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子，其中該帶電粒子檢測器包括ー個對于帶電粒子透明的電極并且在使用中所述進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子穿過該電扱；ー個光子產(chǎn)生器，用于響應(yīng)于接收到已經(jīng)穿過該透明電極的、進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子而產(chǎn)生光子；以及ー個光子檢測器，用于檢測該光子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的光子。根據(jù)本發(fā)明的ー個進(jìn)一歩的方面，提供了ー種用于檢測帶電粒子的方法，該方法包括接收進(jìn)入的帶電粒子；
響應(yīng)于接收到進(jìn)入的帶電粒子而產(chǎn)生次級帶電粒子；接收并檢測所產(chǎn)生的次級帶電粒子；響應(yīng)于接收到所產(chǎn)生的次級帶電粒子而產(chǎn)生光子；并且檢測所產(chǎn)生的光子。根據(jù)本發(fā)明的又ー個進(jìn)一歩的方面，提供了ー種用于檢測帶電粒子的方法，該方法包括接收并檢測進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子；響應(yīng)于接收到與所接收并檢測的相同的、這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子中的至少ー些而產(chǎn)生光子；并且檢測所產(chǎn)生的光子。根據(jù)本發(fā)明的又ー個進(jìn)一歩的方面，提供了ー種用于檢測帶電粒子的方法，該方法包括接收并檢測進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子，其方式為使這些粒子穿過ー個對帶電粒子透明的電極；響應(yīng)于接收到已經(jīng)穿過該透明電極的、進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子而產(chǎn)生光子；并且檢測所產(chǎn)生的光子。根據(jù)本發(fā)明的ー個另外的方面，提供了ー種包括根據(jù)本發(fā)明的檢測裝置的質(zhì)譜儀。根據(jù)本發(fā)明的又ー個方面，提供了一種根據(jù)本發(fā)明的檢測裝置用于在質(zhì)譜法中檢測離子的用途。根據(jù)本發(fā)明的又ー個方面，提供了ー種用于改進(jìn)TOF質(zhì)譜儀的動態(tài)檢測范圍的方法，該方法包括在一個檢測裝置處接收進(jìn)入的帶電粒子，其中該檢測裝置包括至少兩個不同増益的檢測器，這些檢測器中的至少ー個是ー個光子檢測器并且這些檢測器中的至少ー個是ー個帶電粒子檢測器；并且通過這至少兩個檢測器來檢測這些進(jìn)入的帶電粒子。該檢測裝置優(yōu)選是一種根據(jù)本發(fā)明其他方面的檢測裝置。該光子檢測器優(yōu)選是用于檢測由這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子所產(chǎn)生的光子。其他的一個或多個檢測器優(yōu)選地包括ー個另外的如所描述的光子檢測器或更優(yōu)選一個如在此描述的帶電粒子檢測器。本發(fā)明提供了ー種用于檢測帶電粒子的裝置和方法，該裝置和方法具有高的動態(tài)范圍并且是由簡單且成本低的部件安排來提供的。使用一種簡單的安排、使用穩(wěn)健性的部件以及有限數(shù)目的昂貴部件，在一個檢測裝置中提供了高増益和低増益的檢測通道。該裝置和方法可響應(yīng)于速度低至單個顆粒計數(shù)的進(jìn)入的帶電粒子，即，具有高靈敏度，這例如是通過使用光子檢測而提供的，其優(yōu)點是由于在接地電勢下的光子檢測而具有高増益和低噪聲。該裝置此外還能夠在發(fā)生輸出飽和之前檢測高速度的進(jìn)入的粒子，這例如是通過使用具有典型地比光子檢測器更低的増益(雖然具有更大噪聲)的帶電粒子檢測器。因此，大的動態(tài)范圍是可實現(xiàn)的。IO4-IO5的動態(tài)范圍是可實現(xiàn)的。優(yōu)選地，來自該帶電粒子檢測器和光子檢測器的輸出被適配為組合形成一個高動態(tài)范圍的質(zhì)譜。因此本發(fā)明可以避免獲得不同増益的多個譜以便檢測非常小和非常大的峰的需要。在如下面說明的，用于檢測進(jìn)入的負(fù)離子的情況下，該帶電粒子檢測器可以與高電壓電容性地去耦，但是該帶電粒子檢測器所檢測的信號典型地是最強的信號，這些信號仍能在噪聲之上獲得良好水平的檢測。因此本 發(fā)明在兩個檢測通道中采用至少兩種不同類型的檢測(光子檢測器和帶電粒子檢測)，并且每種類型的檢測器優(yōu)選具有不同的飽和水平和其他不同的特征。在此，一個檢測器的飽和水平是指來自該檢測器的輸出變得飽和時進(jìn)入的帶電粒子的抵達(dá)速度。另ー個優(yōu)點是，如果ー個檢測器在一個試驗輪次中不能運行，從剩余的ー個或多個工作的檢測器仍可以獲得至少ー些數(shù)據(jù)。本發(fā)明的裝置還能夠與現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比更有效地使用進(jìn)入的帶電粒子進(jìn)行檢測并且可能能夠在高増益和低増益的通道二者中使用這些相同粒子中的至少ー些、優(yōu)選基本全部，來進(jìn)行檢測。本發(fā)明的優(yōu)點和操作的進(jìn)ー步的細(xì)節(jié)將在下面進(jìn)行說明。該帶電粒子檢測器位于ー個第一檢測位置并且該光子檢測器位于ー個第二檢測位置，該第二檢測位置在該第一檢測位置的下游。按順序，該次級粒子產(chǎn)生器之后是該帶電粒子檢測器；該帶電粒子檢測器之后是該光子檢測器。按順序，在優(yōu)選實施方案中，該次級粒子產(chǎn)生器之后是該帶電粒子檢測器，該帶電粒子檢測器之后是該光子產(chǎn)生器，并且該光子產(chǎn)生器之后是該光子檢測器。在優(yōu)選實施方案中，該帶電粒子檢測器位于ー個第一檢測位置處，這個位置基本上與該光子產(chǎn)生器相鄰。更優(yōu)選地，該帶電粒子檢測器的一個電極的位置基本上與該光子產(chǎn)生器相鄰。最優(yōu)選地，該電極的位置與該光子產(chǎn)生器相接觸。該帶電粒子檢測器(例如其電極)優(yōu)選地基本上位于該光子檢測器的線內(nèi)(in-line)。因此，在這種在線內(nèi)的安排中，所述這些部件在彼此的上游或下游或整合在一起。這與現(xiàn)有技術(shù)中并排式的安排不同，在現(xiàn)有技術(shù)中不同的檢測器并排地定位并且檢測一個進(jìn)入的粒子束的不同部分。這樣的在線內(nèi)安排及其例子在下面更詳細(xì)地進(jìn)行描述。在優(yōu)選實施方案中，該光子產(chǎn)生器在使用中響應(yīng)于接收到至少ー些(優(yōu)選基本上)與該帶電粒子檢測器所接收并檢測的相同的、這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子而產(chǎn)生光子。為了增大優(yōu)選性，該光子產(chǎn)生器在使用中響應(yīng)于接收到該帶電粒子檢測器所接收并檢測的、這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子中的多于25%、多于30%、多于50%、多于75%和多于90%而產(chǎn)生光子。以此方式，該光子檢測器和該帶電粒子檢測器被配置為記錄這些相同的進(jìn)入的帶電粒子(例如離子)中的至少ー些。例如，這些進(jìn)入的帶電粒子被該帶電粒子檢測器接收并檢測，并且這些相同的進(jìn)入的帶電粒子中的至少ー些、優(yōu)選基本上這些相同的進(jìn)入的帶電粒子可以被該光子產(chǎn)生器接收從而產(chǎn)生光子。這種優(yōu)選的構(gòu)型可以同等地應(yīng)用于產(chǎn)生了次級帶電粒子的情況中。例如，次級帶電粒子(由這些進(jìn)入的帶電粒子所產(chǎn)生)可以被該帶電粒子檢測器接收并檢測，并且這些相同的次級帶電粒子中的至少ー些、優(yōu)選基本上全部這些相同的次級帶電粒子可以被該光子產(chǎn)生器接收從而產(chǎn)生光子。以此方式，被用于在該帶電粒子檢測器處產(chǎn)生信號的是進(jìn)入的帶電粒子總量中的至少ー些，優(yōu)選是與在該光子檢測器處產(chǎn)生信號的量相同。相比之下，在現(xiàn)有技術(shù)的檢測安排(其中使用兩個或更多個檢測器)中，每個檢測器趨向于利用一個進(jìn)入的離子束的一個單獨的部分或次級電子來產(chǎn)生信號。在優(yōu)選實施方案中，進(jìn)入的粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子的大部分(更優(yōu)選基本上全部)被該帶電粒子檢測器接收并檢測。為了增大優(yōu)選性，進(jìn)入的粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子中的多于25%、多于50%、多于75%和多于90%被該帶電粒子檢測器接收并檢測。進(jìn)ー步優(yōu)選地，這些進(jìn)入的粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子的大部分(更優(yōu)選基本上全部)被該光子產(chǎn)生器接收而產(chǎn)生光子。為了增大優(yōu)選性，這些進(jìn)入的粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子 中的多于25%、多于50%、多于75%和多于90%被該光子產(chǎn)生器接收而產(chǎn)生光子。該帶電粒子檢測器的ー個電極優(yōu)選是ー個用于此目的的透明電極，即，透明是指具有足夠能量的帶電粒子能夠穿透(即，穿過)它。該帶電粒子檢測器的電極優(yōu)選是對電子透明的。然而，該電極優(yōu)選不是對光子透明的而是對于光子是反射性的。然而，在某些實施方案中，例如，當(dāng)該帶電粒子檢測器的電極位于該光子產(chǎn)生器與該光子檢測器之間時，該電極可以是對光子透明的。因此，該電極可以是或者可以不是對光子透明的但優(yōu)選不是對光子透明的。因此，除非另行說明，在此關(guān)于該帶電粒子檢測器的電極所使用的術(shù)語“透明的”是指對帶電粒子透明的。該透明電極拾取了這些帶電粒子從其中的通過，例如，使用一個電荷計或電流計(如數(shù)字示波器或數(shù)字化器(即，ADC))來檢測這些帶電粒子。因此，該帶電粒子檢測器優(yōu)選包括ー個透明電極，這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子穿過該透明電極，并且在使用中該光子產(chǎn)生器由已經(jīng)穿過了該透明電極的、這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子來產(chǎn)生光子。還進(jìn)ー步優(yōu)選地，所產(chǎn)生的光子的大部分(更優(yōu)選基本上全部)被該光子檢測器檢測。在尤其優(yōu)選的實施方案中，該帶電粒子檢測器的單ー電極接收了這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子的大部分(更優(yōu)選基本上全部)，和/或単一的光子檢測器(更特別地是単一的PMT或APD)檢測了所產(chǎn)生的光子的大部分(更優(yōu)選基本上全部)。有利地，這樣的實施方案使得能使用兩種類型的檢測帶電粒子檢測和光子檢測，對于動態(tài)范圍產(chǎn)生了益處，其中每種類型的檢測都利用了可檢測的粒子的大部分，由此提供了高的檢測靈敏度。已經(jīng)證實了 4至5的數(shù)量級的動態(tài)范圍。所有這些益處都可以在簡單的、低成本的裝置中提供，該裝置使用少量的単獨檢測器(例如，一個帶電粒子檢測器和ー個光子檢測器)。本發(fā)明的裝置是用于檢測帶電粒子。待檢測的帶電粒子在該裝置處被接收而用于檢測并且因此在此被稱為進(jìn)入的帶電粒子。這些帶電粒子可以是帶正電的或帶負(fù)電的，即，該檢測裝置和方法是雙極的。進(jìn)入的帶電粒子優(yōu)選是離子并且更優(yōu)選是質(zhì)譜儀處理過的離子(即，根據(jù)其質(zhì)荷比m/z被分離的離子)。這些離子可以是無機的或有機的離子。然而，這些進(jìn)入的帶電粒子可以是其他類型的帶電粒子，例如電子，如在電子顯微鏡中被背散射的電子。根據(jù)本發(fā)明的檢測裝置和方法特別適合用于質(zhì)譜法中，例如用于檢測離子，并且因此將參照于此進(jìn)行說明，但它們可以在其他應(yīng)用中使用并提供益處，即，在帶電離子的其他測量方法中，例如在像粒子加速器、電子顯微術(shù)和電子能譜學(xué)中。待檢測的進(jìn)入的帶電粒子本身可以直接撞擊在該光子產(chǎn)生器上而產(chǎn)生光子，這些光子接著被該光子檢測器檢測。替代地，在優(yōu)選實施方案中，這些進(jìn)入的帶電粒子首先被用于產(chǎn)生次級帶電粒子、更優(yōu)選電子。這樣ー個步驟優(yōu)選地將進(jìn)入的離子的數(shù)目増大數(shù)倍從而產(chǎn)生了更大數(shù)目的次級帶電粒子?？赡苡幸粋€或多個步驟來產(chǎn)生次級帶電粒子，例如，這些次級帶電粒子進(jìn)而可以用于產(chǎn)生另外的次級帶電粒子等等。由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的、用于撞擊在光子產(chǎn)生器上的所有帶電粒子在此被稱為次級帶電粒子。如以上提到的，該光子產(chǎn)生器可以直接接收這些進(jìn) 入的帶電粒子以便由它們的直接撞擊來產(chǎn)生光子。替代地，在優(yōu)選實施方案中，該光子產(chǎn)生器被安排為接收由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子。在使用中被該光子產(chǎn)生器接收的粒子優(yōu)選是電子。因此，這些進(jìn)入的帶電粒子或次級帶電粒子優(yōu)選是電子。如果這些進(jìn)入的帶電粒子不是電子，例如在進(jìn)入的帶電粒子是離子的優(yōu)選實施方案中，那么這些進(jìn)入的帶電粒子優(yōu)選產(chǎn)生了處于次級電子形式的次級帶電粒子。因此，這些次級帶電粒子優(yōu)選是次級電子。這些次級帶電粒子優(yōu)選是由這些進(jìn)入的帶電粒子通過ー個次級粒子產(chǎn)生器而產(chǎn)生的。因此，術(shù)語次級粒子產(chǎn)生器是指響應(yīng)于轟擊該產(chǎn)生器的進(jìn)入的帶電粒子而產(chǎn)生次級帶電粒子的任何裝置。一種優(yōu)選的次級粒子產(chǎn)生器是響應(yīng)于這些進(jìn)入的帶電粒子的轟擊而產(chǎn)生次級電子的次級電子產(chǎn)生器。因此，術(shù)語次級電子產(chǎn)生器是指響應(yīng)于轟擊該產(chǎn)生器的進(jìn)入的帶電粒子而產(chǎn)生次級電子的任何裝置。優(yōu)選地，該次級電子產(chǎn)生器包括選自下組的ー個裝置，該組由以下各項組成轉(zhuǎn)換倍增極或次級電子倍増器(SEM)。該SEM可以是ー個分立倍增極SEM或一個連續(xù)倍增極SEM。該連續(xù)倍增極SEM可以包括ー個通道電子倍增器(CEM)或更優(yōu)選一個微通道板(MCP)。該MCP可以包括ー堆的ニ個或更多個MCPjnB知的。該次級電子產(chǎn)生器最優(yōu)選地包括ー個分立的倍增極SEM或ー個MCP。對于質(zhì)譜法而言，次級電子產(chǎn)生器的許多商業(yè)實例是本領(lǐng)域中已知的。例如，適當(dāng)?shù)碾娮颖秹埰鲝臑I松公司(Hamamatsu)可獲得，包括 EM 型號，如 R5150-10、R2362、R595、R596、R515 和 R474 ；以及MCP 型號，如 F9890-13、F9890-14、F9892-13、和 F9892-14，連同從伯爾公司(Burle)、弗彤尼斯(Photonis)公司和其他公司可獲得的那些。將會了解的是，可商購的SEM，如上述型號，一般需要進(jìn)行修改，例如通過去除存在的陽極，以使得由該SEM產(chǎn)生的電子可以在該光子產(chǎn)生器處被接收。修改之后，可以使用例如這些倍增極或MCP板。有些裝置不經(jīng)修改即可使用，例如不帶陽極而供應(yīng)的那些，如來自弗彤尼斯的通道倍増器CEM4504SL。由于使用了根據(jù)本發(fā)明的兩種類型的檢測器以及因此可實現(xiàn)的靈敏度和動態(tài)范圍，例如與TOF質(zhì)譜法應(yīng)用中使用的常規(guī)倍增器相比，該次級粒子產(chǎn)生器(如SEM)可以有利地以較低增益進(jìn)行操作。使用較低增益產(chǎn)生了較低的飽和極限，即，小峰在大峰之后的遮擋較少。本發(fā)明采用了一個或多個帶電粒子檢測器，用于接收并檢測這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子。優(yōu)選地，尤其對于質(zhì)譜法應(yīng)用而言，該帶電粒子檢測器檢測了這些進(jìn)入的帶電粒子(最優(yōu)選離子)產(chǎn)生的次級帶電粒子(最優(yōu)選電子)。在從簡單性和成本方面來看的一個優(yōu)選實施方案中，采用ー個帶電粒子檢測器。與一個光子檢測器相結(jié)合，已發(fā)現(xiàn)一個帶電粒子檢測器足以提供ー種具有寬的動態(tài)檢測范圍的快速響應(yīng)檢測裝置。接收并檢測這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子包括使用一個電極來拾取這些帶電粒子的通過。這些帶電粒子的通過可以由該電極(即，這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子所撞擊的將是整個電扱)直接地或通過該電極引發(fā)的ー個鏡像電荷(例如，在另ー個電極上(例如一個傳感板或電容器板))或通過ー種感生性耦合而拾取。在進(jìn)入的帶正電的離子的情況下，如下面更詳細(xì)地說明的，電荷可以由該電極直接地、電容性地或感生性地拾取。可以使用ー種利用鏡像電荷檢測的安排來檢測帶正電和帶負(fù)電的進(jìn)入離子二者的通過，但典型地是用于檢測帶負(fù)電的進(jìn)入離子，如下面更詳細(xì)地說明的。該電荷還可以由該電極感生性地檢測，例如ー個線圈或ー對線圈將該檢測電極耦合到ー個數(shù)字化器上。因此，該電極可以電容性地或感生 性地耦合到ー個數(shù)字化器上。可以使用如下一種安排其中這些帶電粒子的通過的拾取可以按照要求在從電極直接獲取電荷(例如用于帶正電的進(jìn)入離子)與通過電容性或感生性耦合電極獲取電荷(例如用于帶負(fù)電的進(jìn)入離子)之間進(jìn)行切換。這是ー種該裝置可以用作進(jìn)入離子的雙極檢測器的方式。優(yōu)選地，當(dāng)用作雙極檢測器時，最容易使用電容性或感生性耦合來拾取電荷。因此該帶電粒子檢測器優(yōu)選包括ー個電扱，即ー個檢測電極，用于接收這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子。如果該電極是用于接收進(jìn)入的帶電粒子并且這些進(jìn)入的帶電粒子是離子，則該電極可以是ー個陽極或ー個陰極，分別用于接收帶負(fù)電的離子或帶正電的離子。該電極優(yōu)選是用于接收電子(作為這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子)并且因此該電極優(yōu)選是一個用于接收電子的陽極。該帶電粒子檢測器的電極優(yōu)選是ー個透明電極，S卩，透明是指具有足夠能量的帶電粒子能夠穿透(即，穿過)它。該帶電粒子檢測器的電極優(yōu)選是對電子透明的。然而，該電極優(yōu)選不是對光子透明的而是對于光子是反射性的。因此，在此關(guān)于該帶電粒子檢測器的電極所使用的術(shù)語“透明的”是指對帶電粒子透明的。該電極可以是或者可以不是對光子透明的但優(yōu)選不是對光子透明的。在一個優(yōu)選類型的實施方案中，該電極包括與該光子產(chǎn)生器相關(guān)聯(lián)(即，與之緊鄰、優(yōu)選基本上與之相鄰)、更優(yōu)選與之相接觸的一種導(dǎo)電材料，或者該光子產(chǎn)生器本身可以包括一種導(dǎo)電材料，在此情況下，該光子產(chǎn)生器可以包括該電扱。例如，該光子產(chǎn)生器可以包括一種帶電聚合物閃爍體(即，具有ー個或多個分散在其中的氟石的ー種帶電聚合物)并且該電荷可以從該閃爍體的體積中檢測。在ー個優(yōu)選實例中，該電極包括一種處于導(dǎo)電層或涂層形式、與該光子產(chǎn)生器相鄰的導(dǎo)電材料，在此稱為導(dǎo)電層。優(yōu)選地，該導(dǎo)電層是在該光子產(chǎn)生器上，即，在該光子產(chǎn)生器的、這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子首先撞擊的ー側(cè)(在此稱為撞擊側(cè))上。然而，在一些實施方案中，也許有可能將該導(dǎo)電層定位在該光子產(chǎn)生器的非撞擊側(cè)上(在這樣的實施方案中該導(dǎo)電層優(yōu)選是對于產(chǎn)生的光子透明的)。該導(dǎo)電層優(yōu)選是金屬的(例如鋁、鎳或金)層。也可以使用一個適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電硅層。當(dāng)要求ー個對光子透明的導(dǎo)電層時，可以使用ー種光學(xué)透明的導(dǎo)電材料如銦錫氧化物(ITO)。該導(dǎo)電層(尤其是金屬層)優(yōu)選很薄，例如50nm。優(yōu)選地，該導(dǎo)電層(尤其是金屬層)是在從5nm至500nm厚的范圍內(nèi)。實踐中，該導(dǎo)電層(尤其是金屬層)優(yōu)選是至少IOnm厚。在非常小的厚度下，該層可能開始被撞擊的粒子損壞。更優(yōu)選地，該導(dǎo)電層(尤其是金屬層)是在從IOnm至200nm厚的范圍內(nèi)、還更優(yōu)選是從30nm至IOOnm厚并且最優(yōu)選約50nm厚。這個層越厚，穿透它所需能量就越高。在50nm或更大的厚度下，典型地要求具有約2keV或更大動能的電子來有效穿透該金屬層。該導(dǎo)電層的材料和厚度的選擇優(yōu)秀是例如允許這些帶電粒子穿透到光子產(chǎn)生器(在該導(dǎo)電層位于該光子產(chǎn)生器的撞擊側(cè)的優(yōu)選情況下)，即，該導(dǎo)電層優(yōu)選對于要接收并檢測的帶電粒子(典型地是次級電子)是透明的。將該導(dǎo)電層涂覆到該光子產(chǎn)生器上的方法是本領(lǐng)域已知的。例如，用薄的金屬層涂覆一個閃爍體的方法是本領(lǐng)域已知的。該導(dǎo)電層優(yōu)選位于該光子產(chǎn)生器的、這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子入射的ー側(cè)(即，撞擊偵 上。以此方式，有利地，該導(dǎo)電層(尤其是金屬層)可以將產(chǎn)生的光子朝光子檢測器引導(dǎo)，該光子檢測器典型地位于該光子產(chǎn)生器的、與這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子入射的ー側(cè)相反的側(cè)面上。為了引導(dǎo)所產(chǎn)生的光子，該金屬層優(yōu)選具有針對該光子產(chǎn)生器產(chǎn)生的光子波長的ー個反射表面。此外，使用該金屬涂層有助于保護(hù)該光子產(chǎn)生器并且減少電荷的集聚。替代地，該電極可以包括一種導(dǎo)電材料(例如導(dǎo)電聚合物)作為該光子產(chǎn)生器的基質(zhì)材料。使用導(dǎo)電層或?qū)щ姴牧献鳛檫@個優(yōu)選與該光 子產(chǎn)生器相關(guān)聯(lián)或與之接觸的電極，優(yōu)選有利地使得基本上與該帶電粒子檢測器所接收并檢測的相同的、進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子也能夠用于由該光子產(chǎn)生器來產(chǎn)生光子。該電極和光子產(chǎn)生器呈現(xiàn)給這些進(jìn)入的帶電粒子或這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子的相應(yīng)表面積優(yōu)選地是基本上彼此同大的。該電極的表面積更優(yōu)選地至少與該光子產(chǎn)生器的表面積ー樣大并且在某些情況下可能更大。該電極的表面積優(yōu)選地足夠大到接收這些進(jìn)入的粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子的大部分(更優(yōu)選基本上全部)。類似地，該光子產(chǎn)生器的表面積優(yōu)選地足夠大到接收這些進(jìn)入的粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子的大部分(更優(yōu)選基本上全部)以便產(chǎn)生光子。該電荷檢測器的電極可以是ー種單ー的整體的電極或多個離散的電極，例如是彼此絕緣的。當(dāng)使用多個離散電極時，來自對應(yīng)電極的信號可以進(jìn)行組合或單獨進(jìn)行處理。該帶電粒子檢測器的電極優(yōu)選連接到ー個電荷計或電流計上?？焖匐姾捎嬍且阎牟⑶覍τ诒景l(fā)明是優(yōu)選的，例如帶有放大器的示波器或數(shù)字化器(即，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換器(ADC))。在優(yōu)選實施方案中，該電荷計是用于檢測如在此描述的光子產(chǎn)生器上的ー個導(dǎo)電層處的電荷變化。電荷或電流均可以在該帶電粒子檢測器的電極上直接檢測。替代地或者另外地，可以使用電容性耦合或鏡像電荷檢測，其中該帶電粒子檢測器進(jìn)ー步包括ー個鏡像電荷電極(例如，傳感板)，它位于該帶電粒子檢測器的電極附近并且與其電容性地耦合，并且對于在該鏡像電荷電極中由該電極感生的一個鏡像電荷進(jìn)行檢測。該電荷還可以由該電極感生性地檢測，例如一個線圈或ー對線圈將該檢測電極耦合到ー個數(shù)字化器上。因此，該電極可以電容性地或感生性地耦合到ー個數(shù)字化器上。替代于或附加于ー個處于該光子產(chǎn)生器上的ー個導(dǎo)電層形式的電極，該電極可以包括次級電子產(chǎn)生器的一個陽極或倍增極(例如SEM)，其中使用了一個次級電子產(chǎn)生器。在這樣的實施方案中，該電極檢測了在該次級電子產(chǎn)生器內(nèi)產(chǎn)生的次級電子。在這樣的情況下，該電極可以是ー個倍增極或透明陽極。在這樣的實施方案中，該次級電子產(chǎn)生器優(yōu)先選自以下各項組成的次級電子產(chǎn)生器的組轉(zhuǎn)換倍增極、分立的倍增極SEM和連續(xù)的倍増極SEM(優(yōu)選微通道板(MCP))。在這樣的實施方案中，這些次級電子可以例如通過向該次級電子產(chǎn)生器(例如，SEM, MCP等)、例如對這些倍增極之一提供一個或多個電壓的電源所引出的電流來檢測。該帶電粒子檢測器的電極優(yōu)選位于ー個真空環(huán)境中，例如在質(zhì)譜儀、尤其是TOF質(zhì)譜儀內(nèi)存在的，典型地可以是10_4至10_12mbar。 本發(fā)明通過使用不同的檢測器類型、優(yōu)選通過使用與一個閃爍體相關(guān)聯(lián)的電極上的電荷或電流檢測(或一個鏡像電荷電極上的鏡像電荷檢測)、優(yōu)選通過ー個閃爍體上的金屬層上的電荷檢測而提供了寬的動態(tài)范圍。該光子產(chǎn)生器可以是能夠由帶電粒子的撞擊而產(chǎn)生光子的任何材料?？梢允褂茅`個或多個光子產(chǎn)生器。該光子產(chǎn)生器優(yōu)選包括一個閃爍體。ー個基底上的閃爍體涂層(例如一種屏)是ー種優(yōu)選的構(gòu)型。適當(dāng)?shù)拈W爍體是本領(lǐng)域已知的?？梢允褂脙蓚€或更多個、可以相同或不同的閃爍體。該閃爍體可以是ー種晶體閃爍體或非晶閃爍體。該閃爍體可以包括ー種有機閃爍體，處于晶體形式或處于液體或溶液形式。該閃爍體可以包括ー種無機閃爍體，例如ー種無機晶體閃爍體。該閃爍體可以包括一種塑料閃爍體(即，溶解于聚合物中的有機或無機閃爍體(氟石))，它從成型該閃爍體的角度來看可能是優(yōu)選的。適當(dāng)?shù)纳虡I(yè)閃爍體是可獲得的。例如，具有小于約O. 6ns的衰減時間的閃爍體包括Yb:YAP和Yb:LuAG，并且具有小于約O. 5ns的衰減時間的閃爍體包括Yb: Lu3Al6012、CsF、BaLu2F8、BaF2、ZnO、以及(Ii-C6H13NH3)2PbI4。復(fù)合氧化物晶體閃爍體包括摻雜鈰的硅酸釓(Gd2SiO5(Ce)或GS0)、鍺酸鉍(Bi4Ge3O12或BG0)、鎢酸鎘(CdWO4或CW0)、鎢酸鉛(PbWO4或PW0)以及鎢酸鈉鉍(NaBi (WO4) 2或NBW0)。堿的鹵化物閃爍體晶體包括摻雜鉈的碘化鈉NaI (Tl)、摻雜鉈的碘化銫晶體CsI (Tl)以及摻雜鈉的碘化銫CsI (Na)。其他閃爍體包括硒化鋅ZnSe (Te)。塑料閃爍體典型地由ー種其中已經(jīng)溶解了閃爍氟石的聚合物制造(例如，使用苯こ烯、丙烯酸的、和/或こ烯基甲苯單體)，最常見的是對聯(lián)三苯、PP0、a-NP0、和PBD。一種適當(dāng)?shù)纳虡I(yè)快速塑料閃爍體產(chǎn)品是BC-422Q(從圣戈班(Saint Gobain)公司可獲得)。在某些實施方案中，可以使用一種可以充當(dāng)該裝置的電荷檢測器電極的導(dǎo)電聚合物。該閃爍體優(yōu)選包括位于ー個基底上的ー種磷光體，例如磷光體涂層，如磷光體屏。ー種優(yōu)選類型的磷光體是鈰活化的釔鋁石榴石或鈣鈦礦、更優(yōu)選YAP:Ce或YAG = Ce(Y3Al5O12 = Ce)或類似物。一個優(yōu)選的可商購的例子是El-Mul E36。其他磷光體包括Lu2Si05:Ce、YA103:Ce、和ZnO:Ga。在ー個基底上的此類磷光體涂層是優(yōu)選的。選擇優(yōu)選的閃爍體具有快速的響應(yīng)時間和有效的能量轉(zhuǎn)化。一種適宜的構(gòu)型是具有位于基底上的一個閃爍體涂層、優(yōu)選ー個磷光體屏。該基底可以是ー個玻璃本體(例如石英玻璃本體)或聚合物本體。該本體可以采用板或厚片的形式。該基底可以包括一個透鏡，例如用于聚焦所產(chǎn)生的光子，優(yōu)選是一個菲涅耳透鏡。該透鏡優(yōu)選可以將光子聚焦至小直徑的PMT或更優(yōu)選光電ニ極管如APD。APD越小，響應(yīng)越快速，因此使用透鏡來將光子聚焦到較小的檢測器上是優(yōu)選的。在某些情況下，即，在該基底是ー個光子引導(dǎo)件時，該閃爍體可以適宜地直接涂覆在ー個光子引導(dǎo)件上。因此，在多個實施方案中，該閃爍體涂層的基底可以充當(dāng)該優(yōu)選的真空環(huán)境(該帶電粒子檢測器位于其中)與優(yōu)選的大氣壓環(huán)境(該光子檢測器位于其中)之間的障礙物或隔離物。真空隔離可以替代性地由另ー個部件(例如，該閃爍體本身或ー個光子引導(dǎo)件)來提供。該光子產(chǎn)生器優(yōu)選在其上具有一種導(dǎo)電材料(優(yōu)選ー個層)，該導(dǎo)電材料面向這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子。該導(dǎo)電材料優(yōu)選是如以上說明的ー個導(dǎo)電層，它可以作為該帶電 粒子檢測器的電極起作用。另外，該導(dǎo)電層可以有助于保護(hù)該光子產(chǎn)生器(例如ー個熒光屏)并且將產(chǎn)生的光子在ー個方向上朝下游向ー個光子檢測器反射。這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子在它們撞擊該光子產(chǎn)生器或該光子產(chǎn)生器上的ー個導(dǎo)電層時具有大于或等于約2keV的能量、更優(yōu)選地大于或等于約5keV的能量并且最優(yōu)選地大于或等于約IOkeV的能量。這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子優(yōu)選在撞擊在光子產(chǎn)生器上之前被加速(所謂的后加速)以便改進(jìn)光子產(chǎn)生的效率。撞擊在光子產(chǎn)生器上的帶電粒子的動能越高，產(chǎn)生的光子數(shù)越高。例如，在ー個50nm厚金屬層涂覆在一個閃爍體的某些實施方案中，也許有可能通過將撞擊電子的動能從2keV増大至大于IOkeV而使產(chǎn)生的光子數(shù)增大10倍或更多倍。在其中由這些進(jìn)入的帶電粒子在次級電子產(chǎn)生器產(chǎn)生次級電子的優(yōu)選實施方案中，這些次級電子可以被后加速到(以優(yōu)選性増大的順序)2、5或IOkeV或更高以撞擊在閃爍體上。帶電粒子的這樣的后加速優(yōu)選在帶電粒子撞擊到該帶電粒子檢測器的電極上之前發(fā)生。典型地，將存在至少兩個加速階段。在ー個加速階段中，這些進(jìn)入的帶電粒子在撞擊在該次級帶電粒子產(chǎn)生器(其中使用了ー個)上之前被加速(例如在撞擊到轉(zhuǎn)換倍增極、SEM、MCP、通道裝置等上之前)。這個加速階段中的重要因素是這些進(jìn)入的帶電粒子的總動能。這個動能可以來自在這些進(jìn)入的帶電粒子的來源(例如，離子源)中的加速、或來自在撞擊到該次級帶電粒子產(chǎn)生器上之前的ー個后加速步驟。另ー個加速階段是在這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子撞擊到該光子產(chǎn)生器(優(yōu)選在任何次級粒子產(chǎn)生器與該光子產(chǎn)生器之間)上之前。這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子的更高的能量產(chǎn)生了更多光子。此外，穿透該光子產(chǎn)生器上的導(dǎo)電金屬層需要一個最小能量。該光子產(chǎn)生器之后優(yōu)選是ー個光子引導(dǎo)件，用于將產(chǎn)生的光子朝該光子檢測器引導(dǎo)。該光子引導(dǎo)件可以包括例如一個或多個光纖、一個或多個波導(dǎo)管、ー個或多個反射表面(例如鍍鋁的表面)，而在其間具有或沒有凝相材料(例如，玻璃)。當(dāng)反射表面之間不存在凝相材料時，在這些反射表面之間可能存在真空或大氣壓或加壓的區(qū)域。該光子引導(dǎo)件也許能夠改變光子的方向，例如通過將光子反射過ー個角度。因此光子引導(dǎo)件可以包括例如ー個反射鏡或ー個棱鏡內(nèi)表面以便將光子反射過ー個角度。這個角度可以是小于180度的任何角度但典型地是90度或更小的角度。引導(dǎo)光子轉(zhuǎn)過ー個角度可能是需要的，例如，由于儀器中的空間限制使得不容易容納線性或在線內(nèi)的部件布局。使用光子引導(dǎo)件除了將光子有效地傳遞到光子產(chǎn)生器上之外，還可以在本發(fā)明的那些優(yōu)選實施方案(采用了在高電壓下可操作的次級粒子產(chǎn)生器)中提供電壓絕緣。可以使用兩個或更多個光子引導(dǎo)件，它們可以將光子傳遞到單個光子檢測器或多個單獨的光子檢測器，即，這些光子引導(dǎo)件可以將這些光子拆分成兩個或更多個部分(例如，拆分波導(dǎo))，每個部分被一個單獨的光子檢測器檢測。在某些實施方案中，該光子產(chǎn)生器本身被形成為提供了朝光子檢測器的光子引導(dǎo)作用。使用ー個光子檢測器來檢測該光子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的光子?？梢允褂茅`個或多個光子檢測器。一種適當(dāng)?shù)墓庾訖z測器包括以下類型中的至少ー種(i) ー個光子檢測器，該光子檢測器從響應(yīng)于檢測器接收到光子而產(chǎn)生的電子來產(chǎn)生ー個輸出信號，這些電子任選地已經(jīng)經(jīng)歷了電子倍増作用；(ii)包括一個由像素組成的光學(xué)成像裝置的ー個光子檢測器。類型(ii)的檢測器可以另外提供空間信息，這對于例如組織成像應(yīng)用、表面的次級離子質(zhì)譜法(SMS)分析、MULTUM等是有用的。類型(i)的適當(dāng)類型的光子檢測器包括例如以下這些光電ニ極管或光電ニ極管陣列(優(yōu)選雪崩光電ニ極管(APD)或雪崩光電ニ極管陣列)、光電倍增管(PMT)、電荷藕合器件、或光電晶體管。固態(tài)光子檢測器是優(yōu)選的并且更優(yōu)選的光子檢測器是光電ニ極管(優(yōu)選雪崩光電ニ極管(APD))、光電ニ極管陣列(優(yōu)選AH)陣列)或PMT。更優(yōu)選地，該光子檢測器包括ー個APD或光電倍增管(PMT)?？梢允褂茅`個或多個光子檢測器。在從簡單性和成本方面來看的一個優(yōu)選實施方案中，采用單一的固態(tài)光子檢測器(例如AH)或PMT)。與該帶電粒子檢測器相結(jié)合，已發(fā)現(xiàn)一個固態(tài)光子檢測器足以提供ー種具有寬的動態(tài)檢測范圍的快速響應(yīng)檢測裝置。若希望的話，可以使用兩個或更多個 光子檢測器，優(yōu)選地各自被安排為具有不同的飽和水平。在一些優(yōu)選實施方案中，使用具有不同飽和水平的多個光子檢測器的一個陣列用于高動態(tài)范圍的檢測。ー個陣列可以包括兩個或更多個光子檢測器，例如ー個光電ニ極管陣列、或PMT陣列、或包括多個光電ニ極與多個PMT的組合的陣列?？梢越M合地使用不同類型的光子檢測器，例如可以將ー個光電ニ極管與ー個PMT組合使用。不同飽和水平的實現(xiàn)是可以完成的，例如，通過使用不同類型的檢測器、相應(yīng)檢測器上的不同増益、檢測之前光子的不同的衰減和/或過濾等等。因此，可以使用光子過濾器或光子衰減器。優(yōu)選使用在大的信號和飽和之后具有快速恢復(fù)特征的ー個光子檢測器，例如PMT。因此，優(yōu)選的是包括用于對光子檢測器輸出進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)的裝置。改進(jìn)電壓調(diào)節(jié)和/或檢測器恢復(fù)時間、連同信號線性度和動態(tài)范圍的適當(dāng)方法是本領(lǐng)域已知的并且在本發(fā)明中是有用的，例如通過采用具有齊納ニ極管、電容器和/或晶體管的電路(例如披露于US3，997，779、US 5，440，115、US 5，367，222、和 US2004/0232835A 中、并且包括在濱松公司和ETP所供應(yīng)的PMT組件中)。將會了解的是，在光子檢測器的飽和、恢復(fù)或噪聲的任何階段過程中可以使用來自該帶電粒子檢測器的信號，由此允許對這些進(jìn)入的帶電粒子進(jìn)行不間斷的檢測。PMT和光電ニ極管是本領(lǐng)域已知的并且可以選擇適當(dāng)?shù)腜MT和光電ニ極管來匹配所產(chǎn)生的光子的特征。用于這些中的適當(dāng)?shù)墓怅帢O材料包括已知的光陰極材料，例如 Cs-Te、Cs-I、Sb-Cs、雙堿陰極(Bialkali)、低暗電流雙堿陰極(Low dark Bialkali)、Ag-0-Cs、多堿陰極(Multialkali) >GaAs> InGaAs0商業(yè)上的型號包括來自濱松公司的PMT,例如UBA和SBA類型的PMT，例如Hamamatsu型號R9880U-110 ;來自伯爾公司的PMT ;以及來自濱松公司的S8550Si雪崩光電ニ極管(APD)和其他的APD。該光子檢測器可以位于真空、大氣壓或升高壓カ的環(huán)境中。適宜地，該光子檢測器優(yōu)選位于大氣壓環(huán)境在，因為它不要求真空來進(jìn)行有效操作。在該光子檢測器(例如PMT)位于大氣壓下的情況下，當(dāng)受損時更容易更換。本發(fā)明的另ー個益處是，該檢測系統(tǒng)的動態(tài)范圍可以在一個位于真空內(nèi)部(例如位于質(zhì)譜儀真空內(nèi)部)(可能是電荷檢測器)的部分與一個位于真空外部(可能是光子檢測器)的部分之間被拆分，其中本發(fā)明的裝置提供了該真空與大氣壓區(qū)域之間的可靠接ロ。這樣ー種安排允許對更敏感的部件(例如具有預(yù)期的最短壽命的部件、典型地可能是該光子檢測器)進(jìn)行容易地更換。該帶電粒子檢測器和光子檢測器最優(yōu)選地具有不同的飽和水平。當(dāng)這些檢測器并不固有地具有實質(zhì)性不同的飽和水平(例如由于其不同的類型)或者當(dāng)希望更大的飽和水平差異時，它們可以通過不同的手段而被安排為具有不同的飽和水平。例如，這些檢測器可以各自具有ー個不同的増益、不同的衰減和/或?qū)ζ鋺?yīng)用的不同的過濾器等等。當(dāng)要求帶電粒子檢測的高的動態(tài)范圍時并且也在要求以高速度進(jìn)行這樣的檢測 (例如在TOF質(zhì)譜儀中)時，本發(fā)明是有用的。此外，當(dāng)需要單個帶電顆粒計數(shù)時，本發(fā)明是有用的。本發(fā)明特別適合于在質(zhì)譜儀(例如T0F、四極或離子阱質(zhì)譜儀)中檢測離子，例如用于確定有機化合物、確定活性藥理學(xué)成分、鑒定蛋白質(zhì)和/或肽、鑒定物種的遺傳型或表現(xiàn)型。本發(fā)明特別適合于在TOF質(zhì)譜儀、優(yōu)選在多反射TOF質(zhì)譜儀、并且更優(yōu)選在具有長飛行路徑的多反射TOF質(zhì)譜儀中檢測離子。本發(fā)明可以用于如下TOF質(zhì)譜儀，其中待檢測的峰的峰寬度(半峰全寬或FWHM)高達(dá)約50ns寬，但在某些情況下峰寬度可以是還要更寬。例如，峰的峰寬度可以高達(dá)約40ns、高達(dá)約30ns和高達(dá)約20ns，典型地在O. 5至15ns的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，待檢測的峰的峰寬度是O. 5ns或更寬，例如Ins或更寬，例如2ns或更寬，例如3ns或更寬，例如4ns或更寬，例如5ns或更寬。優(yōu)選地，待檢測的峰的峰寬度典型地是12ns或更窄，例如Ilns或更窄，例如IOns或更窄。這些峰寬度可以在以下范圍內(nèi)，例如I至12ns,例如I至IOns,例如2至IOns,例如3至IOns,例如4至IOns,例如5至IOns0本發(fā)明可以用于在共同未決的專利申請?zhí)朑B 0909232. I和GB 0909233. 9 (將其內(nèi)容通過引用結(jié)合在此)中描述的質(zhì)量分析儀。將會了解的是，本發(fā)明適用于已知構(gòu)型的質(zhì)譜儀，包括串聯(lián)質(zhì)譜儀(MS/MS)和具有多個質(zhì)量處理級的質(zhì)譜儀(MSn)。這樣的質(zhì)譜儀可以采用許多已知類型的離子源中的ー種，例如常壓電離(API)、電噴射電離(ESI)、激光脫附(包括MALDI)等等。該質(zhì)譜儀可以與其他分離和/或測量裝置如色譜裝置(GC、LC等)結(jié)合使用。該帶電粒子檢測器和光子檢測器優(yōu)選地各自包括一個輸出(即，至少一個輸出)。該帶電粒子檢測器和光子檢測器的輸出可以各自提供ー個處于電信號形式的輸出信號，其幅值代表這些進(jìn)入的帶電粒子的強度。該帶電粒子檢測器和光子檢測器可以同時操作或一次操作ー個。即，這兩個檢測器可以同時產(chǎn)生信號用于收集或者一次僅有ー個檢測器可以產(chǎn)生信號用于收集。優(yōu)選地，帶電粒子檢測和光子檢測同時運行。該帶電粒子檢測器和光子檢測器的輸出端優(yōu)選地各自連接至ー個數(shù)字化器，例如一個模擬至數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器(ADC)或ー個數(shù)字存儲示波器、更優(yōu)選地連接至同一個數(shù)字化器的単獨的輸入端上。因此，來自該帶電粒子檢測器和光子檢測器中每ー個的輸出信號優(yōu)選地被發(fā)送至ー個數(shù)字化器以產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。來自該帶電粒子檢測器和光子檢測器的輸出信號各自可以被發(fā)送至一個相應(yīng)的數(shù)字化器，但優(yōu)選地這些信號被發(fā)送至具有兩個或多個輸入通道的ー個數(shù)字化器。該數(shù)字化器優(yōu)選是例如TOF質(zhì)譜法領(lǐng)域中已知的ー種高速數(shù)字化器。然而，對于較低速度的應(yīng)用，一個較慢的數(shù)字化器或靜電計可能就足夠了(例如，對于四極或扇形質(zhì)譜儀)。該數(shù)字化器提供了 ー個或多個數(shù)據(jù)輸出信號，典型地是用于各個檢測器輸入信號的ー種數(shù)據(jù)輸出信號。來自該帶電粒子檢測器和光子檢測器的輸出(優(yōu)選作為來自該數(shù)字化器的輸出)優(yōu)選地作為數(shù)據(jù)被收集和儲存，例如在一個數(shù)據(jù)收集和/或處理裝置、優(yōu)選一臺計算機上。優(yōu)選地，這是通過將該數(shù)字化器的輸出連接到一臺計算機上而實現(xiàn)的。由該帶電粒子檢測器和光子檢測器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以単獨進(jìn)行收集和/或儲存(即，此時來自該帶電粒子檢測器的數(shù)據(jù)與來自該光子檢測器的數(shù)據(jù)是分開的)或可以將這兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行組合。來自該帶電粒子檢測器和光子檢測器的輸出或數(shù)據(jù)優(yōu)選地由一個計算機組合而提供代表了這些進(jìn)入的帶電粒子的檢測的一個輸出或ー組數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，來自該帶電粒子檢測器和光子檢測器的數(shù)據(jù)作為単獨的數(shù)據(jù)組被儲存在例如一個計算機內(nèi)，這些數(shù)據(jù)組可以作為或可以不作為單獨的數(shù)據(jù)組輸出，但它們可以進(jìn)行組合或以其他方式進(jìn)行處理以便提供至少ー個另外的用于儲存和/或輸出的數(shù)據(jù)組(在此稱為處理過的數(shù)據(jù)組)。在一個優(yōu)選實施方案中，由該計算機進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理包括將該帶電粒子檢測器和光子檢測器的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合而產(chǎn)生一個結(jié)合的數(shù)據(jù)組(例如，高動態(tài)范圍的質(zhì)譜)。數(shù)據(jù)結(jié)合的優(yōu)選方法的進(jìn)ー步的細(xì)節(jié)在下面進(jìn)行說明。 在此，輸出可以包括任何常規(guī)的輸出，例如在紙上的硬拷貝輸出或在連接至計算機上的視頻顯示単元(VDU)上的軟拷貝輸出。該數(shù)據(jù)收集裝置在運行中優(yōu)選地收集并儲存來自該帶電粒子檢測器和光子檢測器的輸出。可以對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，例如通過該數(shù)據(jù)收集裝置。例如，可以處理該數(shù)據(jù)以提供一個質(zhì)譜的離子豐度數(shù)據(jù)，其中該檢測裝置是ー個質(zhì)譜儀的一部分。這樣的數(shù)據(jù)處理是本領(lǐng)域已知的。該數(shù)據(jù)優(yōu)選在所述處理之后被任選地輸出。應(yīng)當(dāng)理解的是，收集并處理來自這些檢測器輸出的數(shù)據(jù)的這臺計算機也可操作地連接到這些進(jìn)入的帶電粒子的來源(例如，質(zhì)譜儀)上，這樣使得這些檢測器輸出可能與這些進(jìn)入的帶電粒子的一個或多個參數(shù)(例如，這些進(jìn)入的帶電粒子的質(zhì)量)相關(guān)。例如，以此方式，該計算機可以產(chǎn)生ー種質(zhì)譜。在本發(fā)明的裝置應(yīng)用于檢測來自質(zhì)譜儀的進(jìn)入離子從而收集質(zhì)譜的過程中，可以采用不同的數(shù)據(jù)處理方法。優(yōu)選的方法包括以下這些。從這些檢測器收集(例如，通過該數(shù)字化器)的數(shù)據(jù)優(yōu)選地被傳遞至該計算機I.作為全輪廓波譜，其中每個單一數(shù)字化點被傳遞，或者2.減小的輪廓波譜，其中只有屬于那些其值超過了預(yù)定水平的峰的點才從數(shù)字化器傳遞至該計算機。以此方式，數(shù)據(jù)的傳遞和儲存所要求的帶寬被減小。該預(yù)定水平可以對整個采集長度進(jìn)行設(shè)定、或者可以對于不同的采集區(qū)段進(jìn)行限定、或者可以在根據(jù)信號/噪聲水平的飛行的基礎(chǔ)上或使用另ー種算法來決定，或者3.僅僅峰的中心與強度信息一起被傳遞至該計算機。在此情況下，峰的中心以及其他操作可以在該數(shù)字化器的板載式計算裝置上進(jìn)行。例如，可以使用一種板載式計算機、微控制器、FPGA等。從該帶電粒子檢測器和光子檢測器中的一個或多個獲得的輸出或數(shù)據(jù)可以用于控制ー個或多個運行參數(shù)。在一個這樣的實施方案中，從該帶電粒子檢測器和光子檢測器中的ー個或多個中、自ー個實驗輪次獲得的輸出或數(shù)據(jù)可以用于隨后的實驗輪次中對該帶電粒子檢測器和光子檢測器中的一個或多個進(jìn)行增益控制。在此，ー個實驗輪次可以包括例如記錄ー個質(zhì)譜的進(jìn)入離子的豐度。例如，如果在ー個實驗輪次中這些檢測器中的ー個或多個的輸出在ー個或多個峰處飽和，如由該數(shù)據(jù)收集和處理裝置所確定的，則所述裝置可以降低隨后的實驗輪次中這些檢測器中的一個或多個在例如所述ー個或多個峰處的增益(例如使用之前的一個質(zhì)譜來確定何時會出現(xiàn)強峰)。這個增益可以按多種方式進(jìn)行調(diào)整，包括例如調(diào)節(jié)對這些檢測器施加的一個或多個電壓、調(diào)節(jié)進(jìn)入的帶電粒子或次級帶電粒子的電流、調(diào)節(jié)帶電粒子在它們撞擊該光子檢測器之前的聚焦作用、或調(diào)節(jié)這些檢測器的溫度或其他參數(shù)。有可能使用這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子的聚焦作用從而改變撞擊在該電荷檢測器上(例如，在其電極上，例如該金屬層)和/或該光子產(chǎn)生器上的所述離子的電流。這最終改變了光子的產(chǎn)生并因此改變了光子檢測器的亮度。這種聚焦作用可以由適當(dāng)?shù)碾x子光學(xué)器件實現(xiàn)，例如由ー個或多個離子透鏡、優(yōu)選ー個或多個環(huán)電極(更優(yōu)選兩個或更多個環(huán)電極)。適宜地，該次級帶電粒子產(chǎn)生器(例如MCP)的一個或多個安裝件和/或該光子產(chǎn)生器的個或多個安裝件可以充當(dāng)一個或多個離子透鏡或者ー個或多個環(huán)電極并且可以用于通過對這ー個或多個安裝件施 加適當(dāng)?shù)碾妷憾峁┻m當(dāng)?shù)木劢棺饔?。因此，特別是在用于檢測質(zhì)譜的離子的背景下，具有最高増益的檢測器上的増益可以按以下方式進(jìn)行調(diào)整通過使用前一個波譜來確定強(或弱)峰何時會抵達(dá)，例如，高于(或低于)ー個預(yù)定的閾值。然而可以使用以下ー種或多種方法a)在存在(即，檢測到)強(或弱)峰時調(diào)節(jié)該高增益通道的増益。減小強峰的增益還可以延長光子檢測器的壽命。在這個期間可以使用來自該增益減小的高増益通道的數(shù)據(jù)，或者在這個期間可以使用來自該電荷檢測器的數(shù)據(jù)，這樣使得不需要知道增益減小了多少；b)調(diào)節(jié)這些進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子撞擊該光子產(chǎn)生器的數(shù)目(減小這個數(shù)目可以延長光子產(chǎn)生器和光子檢測器的壽命)，優(yōu)選是通過以下ー種或多種方法i)在存在(S卩，檢測到)強(或弱)峰時調(diào)節(jié)這些帶電粒子(例如，次級電子)在撞擊光子產(chǎn)生器之前的聚焦作用；ii)在存在(S卩，檢測到)強(或弱)峰時調(diào)節(jié)來自進(jìn)入的帶電粒子源(例如，離子源)的這些進(jìn)入的帶電粒子(例如，離子)的數(shù)目；iii)在存在(即，檢測到)強(或弱)峰時調(diào)節(jié)該次級帶電粒子產(chǎn)生器上的増益。從該帶電粒子檢測器和光子檢測器中的一個或多個獲得的輸出或數(shù)據(jù)可以用于控制其他運行參數(shù)，例如用于PMT和APD光子檢測器的溫度控制。具體而言，APD對溫度敏感，即，増益隨溫度而波動。根據(jù)本發(fā)明的不同方面，提供了根據(jù)以上描述的方面的裝置和方法，其中該帶電粒子檢測器是任選的(即，在某些實施方案中可以不存在)。因此，在本發(fā)明的這些不同方面的某些實施方案中，沒有帶電粒子檢測器，即，沒有用于檢測次級電子的帶電粒子檢測器。在本發(fā)明的這些不同方面，該裝置或方法包括兩個或更多個光子檢測器，例如根據(jù)在此描述的優(yōu)選情況的光子檢測器。這兩個或更多個光子檢測器優(yōu)選地具有不同的飽和水平，如在此描述的。這兩個或更多個光子檢測器可以是相同或不同的。詳細(xì)說明為了更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參考附圖來說明本發(fā)明的不同的非限制性實例，在附圖中圖I示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的ー種用于檢測帶電粒子的裝置的一個實施方案；圖2A-D示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的ー種裝置的多個部分的實施方案，這些部分使得能夠?qū)щ娏Ｗ泳劢沟皆撾姾蓹z測器和光子產(chǎn)生器上；
圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個另外的實施方案；圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的另ー個實施方案；圖5A-J示出了使用圖3的裝置記錄的不同離子豐度的質(zhì)譜；圖5K示出了圖3的裝置的高増益通道的輸出的曲線圖；圖5L示出了圖3的裝置的低増益通道的輸出的曲線圖；圖5M示出了來自根據(jù)本發(fā)明的ー種裝置的兩個不同檢測通道的數(shù)據(jù)的結(jié)合；圖6將

圖1、3或4的實施方案作為ー個質(zhì)譜儀的一部分示意性地示出；圖7A和7B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的兩個其他實施方案；圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的閃爍體和導(dǎo)電涂層的ー種構(gòu)型；圖9示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的閃爍體和導(dǎo)電涂層以及耦合的快速電荷計的一種構(gòu)型；圖10示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個另外的帶有MCP的實施方案；圖11示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有多個光子透鏡的又一個實施方案；圖12和13示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的多個帶有拆分波導(dǎo)管的另外實施方案；圖14示意性地示出了在根據(jù)本發(fā)明的裝置的不同級上的電場；圖15A和15B示意性地示出了在本發(fā)明中使用的閃爍體和導(dǎo)電層的另外的構(gòu)型；圖16示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明ー個不同方面的裝置，其中沒有用于檢測次級電子的帶電粒子檢測器；圖17示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的ー種用于檢測帶電粒子的裝置的一個實施方案，其中在該電荷收集器與數(shù)字化器之間具有電容性耦合；并且圖18示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的ー種用于檢測帶電粒子的裝置的一個實施方案，其中在該電荷收集器與數(shù)字化器之間具有感生性耦合。參見圖1，示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的ー種裝置的ー個第一實施方案。該裝置I包括一個微通道板(MCP) 2來作為ー個次級電子產(chǎn)生器起作用并由在MCP 2上入射的進(jìn)入離子(+離子)而產(chǎn)生次級電子(e_)。該MCP是ー種濱松2222-21，不帶有其常見的熒光屏。該MCP 2位于ー種真空環(huán)境中，例如ー個質(zhì)譜儀的真空環(huán)境中。MCP 2的后部(從這里發(fā)射出次級電子)在運行中面向一個處于熒光屏4(型號El-Mul E36)的形式的閃爍體，該熒光屏響應(yīng)于電子轟擊而發(fā)射出具有標(biāo)稱波長380nm的光子。在此，術(shù)語一個部件的前部或前側(cè)是指最靠近這些進(jìn)入離子的ー側(cè)(即，上游側(cè))并且該部件的后部或后側(cè)是指距這些進(jìn)入離子最遠(yuǎn)的ー側(cè)(即，下游側(cè))。該熒光屏4在其后側(cè)被支持在一個處于厚度I至2mm的B270玻璃或石英塊形式的基底6上，其中由此該磷光體面向該MCP2。石英基底6對于380nm的光子是透明的。熒光屏4進(jìn)而在其面向MCP 2的前側(cè)上具有一個導(dǎo)電材料(在此情況下是金屬)的薄層8。熒光屏4和金屬層8的組合厚度是約10 μ m。層8應(yīng)該優(yōu)選具有某種導(dǎo)電性，因此金屬層是理想的；它應(yīng)該優(yōu)選允許至少ー些電子傳輸至該熒光屏并且它應(yīng)該理想地將該熒光屏中產(chǎn)生的光子反射。層8的其他特性包括，它應(yīng)該可涂覆到該熒光屏上并且在真空下不蒸發(fā)(即，是真空相容的)。在這個實施方案中，金屬層8是ー個50nm厚的鋁層，它足夠薄而是透明的，這樣使得這些次級電子可以穿過而達(dá)到磷光體4。該金屬層8有助于保護(hù)磷光體并驅(qū)散集聚在其上的電荷以及將 任何光子重新朝該光子檢測器導(dǎo)回。層8在本發(fā)明中還用作ー個快速電荷計(處于連接到其上的數(shù)字化器14的形式)的電荷拾取物。數(shù)字化器14是ー種以兩個輸入通道運行的Gage Cobra 2GS/s數(shù)字化器以165/8運行的通道1(0!1)和通道2(Ch2)。這些輸入通道各自對ー個単獨的檢測器取樣，例如Chl用于從金屬層8中的電荷拾取并且Ch2用于PMT光子檢測器12，如此后描述的。因此，Chl提供了一個低增益檢測通道而Ch2提供一個高增益檢測通道?？梢栽跀?shù)字化器14之前靠近每個檢測器8和12使用預(yù)放大器，這樣使得可以調(diào)整增益以利用該數(shù)字化器的全部范圍。MCP 2的后側(cè)與金屬層8的前側(cè)之間的距離在這個實施方案中是13. 5_?；?適宜地被用作真空環(huán)境7 (真空可操作的部件如MCP 2、金屬層8和磷光體4位于其中)與大氣環(huán)境9 (光子檢測器和數(shù)據(jù)處理裝置位于其中)之間的隔離物，如在后面進(jìn)行描述的。例如，基底6可以安裝在ー個真空室(未示出)的壁10中，這些真空可操作的部件位于該室中。如從以下說明的圖3中明顯看到的，這個真空可以是ー個質(zhì)譜儀或其他分析裝置的真空。在熒光屏4及其基底6的下游有ー個處于光電倍增管(PMT) 12形式的光子檢測器，該光電倍増管在這個實施方案中是來自濱松公司的型號R9880U-110?；?的后側(cè)與PMT12的前側(cè)間隔了 5mm距離。PMT 12的輸出信號被供給數(shù)字化器14的第二通道(Ch2)的輸入端，這由此提供了該裝置的高増益檢測通道。數(shù)字化器的通道Chl和Ch2的輸出(包括分別從數(shù)字化器的通道Chl和Ch2的輸入獲得的數(shù)字信號)被供給ー個用于數(shù)據(jù)儲存和/或處理的單元15的計算機(Dell Precision T7400)。這個單元15還包括對MCP 2和PMT12的電壓供應(yīng)。単元15的計算機連接到一個用于圖解顯示所獲取的和/或處理過的數(shù)據(jù)的VDU屏幕17。在某些實施方案中，単元15的計算機也可以通過適當(dāng)?shù)目刂破鞫B接從而控制單元15內(nèi)對MCP 2和PMT12的電壓供應(yīng)，例如，從而獨立地控制這些的增益。這些電路中的輔助的和中間的裝置，包括電源、放大器等，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是清楚的并且為簡單起見而沒有在圖I中示出。単元15的計算機也可以任選地連接到(連接未示出)這些進(jìn)入離子的來源的一個控制器(例如質(zhì)譜儀)上，從而能夠控制進(jìn)入離子的電流以及這些離子的能量。將會了解的是，単元15的計算機能可操作地連接到該系統(tǒng)的任何其他部件上以便控制這樣的部件，例如要求電壓控制的部件。在運行中，這些進(jìn)入離子(在本實例中是帶正電的離子)(即，該裝置處于正離子檢測模式下)在MCP 2上入射。然而，將會了解的是，通過在這些不同的部件上使用不同的電壓，該裝置可以構(gòu)建為檢測帶負(fù)電的進(jìn)入離子。在ー種典型的應(yīng)用中，例如TOF質(zhì)譜法中，這些進(jìn)入離子以隨著時間而變的離子束的形式抵達(dá)，即，其中離子電流隨時間而改變。MCP 2的前(或入射)側(cè)以-5kV的負(fù)電壓進(jìn)行偏壓以加速這些帶正電的進(jìn)入離子。MCP2的后側(cè)以-3. 7kV的較小負(fù)電壓進(jìn)行偏壓，這樣使得MCP的前側(cè)與后側(cè)的電勢差(PD)是1.3kV。MCP 2產(chǎn)生的次級電子(e_)是從MCP的后側(cè)發(fā)射的。MCP 2具有約1000的離子向電子的轉(zhuǎn)化比，即，使得每個入射離子產(chǎn)生平均約1000個次級電子。在如本實例中的正離子檢測模式下，金屬層8被保持在接地電勢下，這樣MCP 2與層8之間的H)為3. 7kV。在金屬層8處，在這些次級電子撞擊并行進(jìn)穿過它時所感生的電荷變化被數(shù)字化器14經(jīng)輸入Chl拾取，進(jìn)而產(chǎn)生對應(yīng)的數(shù)字輸出電信號。該數(shù)字化器的輸出信號被供給單元15的計算機，該計算機將其作為數(shù)據(jù)儲存。本發(fā)明的安排便得基本上全部的進(jìn)入MCP 2的進(jìn)入離子束都能夠被用來產(chǎn)生次級電子，并且基本所有來自該MCP 2的次級電子的通過都能夠被金屬層8并且因此被相關(guān)聯(lián)的數(shù)字化器14拾取。這些次級電子具有足夠的能量來穿透金屬層8并且撞擊熒光屏4并且產(chǎn)生光子，這些光子進(jìn)而向下游前行，在來自金屬層8的反射作用的幫助下，被PMT 12檢測。本發(fā)明的安排便得基本上所有來自MCP 2的次級電子都能夠被用于從該磷光體4產(chǎn)生光子。此后，基本上所有這些光子可以被該PMT12檢測。來自PMT 12的輸出信號被供給數(shù)字化器14的輸入Ch2，它進(jìn)而產(chǎn)生ー個對應(yīng)的數(shù)字輸出電信號。來自Chl和Ch2的數(shù)字化器輸出信號被供給單元15的計算機，該計算機將它們作為數(shù)據(jù)儲存并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和/或數(shù)據(jù)輸出。因此，本發(fā)明有利地不依賴于將離子或電子束拆分為兩個或更多個更小的分量并檢測這些分量，而是由這種安排作為電荷所檢測的這些相同帶電粒子(在此情況下是次級電子)中的至少ー些還產(chǎn)生了光子，這些光子接著也被檢測。這產(chǎn)生了帶電粒子的更有效的使用以及靈敏的檢測。在ー種具體的數(shù)據(jù)處理模式下，単元15的計算機將來自數(shù)字化器的低増益Chl和高増益Ch2通道的數(shù)據(jù)輸出信號中的每個進(jìn)行組合以提供ー個代表這兩個通道的總信號的信號。在一種優(yōu)選的數(shù)據(jù)處理模式下，単元15的計算機將來自數(shù)字化器的低増益Chl和高増益Ch2通道的數(shù)據(jù)輸出信號中的每個進(jìn)行結(jié)合的方式為，使得用于最終輸出的信號是來自這個高増益通道，除了以下數(shù)據(jù)點之外來自該高増益通道的信號在這些點處是飽和的，來自該較低増益通過的不飽和的信號被使用并且被縮放來匹配該較高増益通道的比例(例如，低増益信號被放大、即乘以X倍，其中對于給定數(shù)目的進(jìn)入離子而言該高増益通道提供了比低増益通道大X倍的信號，即，X是該高通道在低増益通道基礎(chǔ)上的放大倍數(shù))。用于處理來自兩個輸入通道的數(shù)據(jù)的其他數(shù)據(jù)處理模式是已知的并且對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是清楚的。根據(jù)本發(fā)明的又ー個進(jìn)一歩的方面，有利地提供了一種用于記錄進(jìn)入的帶電粒子的高動態(tài)范圍質(zhì)譜的方法，該方法包括在一個較低增益檢測器處直接或間接檢測這些進(jìn)入的帶電粒子并從所述較低增益檢測器產(chǎn)生ー個低增益輸出；在一個較高增益檢測器處直接或間接檢測這些進(jìn)入的帶電粒子并從所述較高增益檢測器產(chǎn)生ー個高增益輸出；將該低增益輸出和該高增益輸出進(jìn)行組合而形成一個高動態(tài)范圍的質(zhì)譜。該方法優(yōu)選包括在該較高增益檢測器處直接或檢測地檢測與在該較低増益檢測器處直接或間接檢測的相同的進(jìn)入的帶電粒子中的至少ー些。更優(yōu)選地，在該較高增益檢測器處直接或檢測地檢測與在該較低增益檢測器處直接或間接檢測的相同的進(jìn)入的帶電粒子中的至少30%、至少50%或至少75%。在形成該高動態(tài)范圍質(zhì)譜之前可以按照要求并且如本領(lǐng)域中已知的來進(jìn)行其他的數(shù)據(jù)處理步驟，例如數(shù)據(jù)過濾步驟。該較低増益檢測器優(yōu)選是一個如在此描述的帶電粒子檢測器。該較高増益檢測器優(yōu)選是一個如在此描述的光子檢測器。該帶電粒子檢測器和該光子檢測器更優(yōu)選地是ー種根據(jù)本發(fā)明其他方面的檢測裝置的一部分。將該低增益輸出與高増益輸出進(jìn)行組合而形成該高動態(tài)范圍質(zhì)譜的步驟優(yōu)選地包括使用該高增益輸出對該質(zhì)譜中該高增益輸出不飽和的數(shù)據(jù)點形成該高動態(tài)范圍質(zhì)譜、并且使用該低增益輸出對該質(zhì)譜中該高增益輸出飽和的數(shù)據(jù)點形成該高動態(tài)范圍質(zhì)譜。對于在該質(zhì)譜中該低增益輸出被用于形成該高動態(tài)范圍質(zhì)譜的數(shù)據(jù)點，該低增益輸出優(yōu)選被放大了該較高增益檢測器與該較低増益檢測器之間的放大倍數(shù)，從而形成該高動態(tài)范圍質(zhì)譜。在此所指的質(zhì)譜包括指在其范圍內(nèi)對具有除m/z外但與m/z相關(guān)的域的任何其他波譜，例如像在TOF質(zhì)譜儀的情況下的時間域、頻域等等。在圖I所示裝置的一個優(yōu)選實施方案中，可以使用聚焦來將帶電粒子(進(jìn)入的帶電粒子或由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子)聚焦到該電荷檢測器和/或光子產(chǎn)生器上。參考圖I，這樣的聚焦優(yōu)選是在MCP 2的后部與熒光屏4上的金屬層8之間進(jìn)行。這樣的聚焦是通過離子光學(xué)器件實現(xiàn)的并且這些離子光學(xué)器件可以適宜地通過MCP 2的安裝件或外殼來提供。在圖2A中示意性地示出了這樣ー個實施方案，該圖顯示了 MCP 2的 后部以及在其上具有面向MCP 2的金屬層8的熒光屏4。在MCP 2與金屬層8之間是離子光學(xué)環(huán)電極3a和3b，它們在實踐中可以是MCP 2的外殼的單獨部分。替代地，環(huán)電極3a和3b可以是獨立的部件(即，不是MCP外殼或另一個外殼或安裝件的一部分)。環(huán)電極3a和3b上施加了電壓以聚焦這些粒子。環(huán)電極3a和3b上可以獨立地施加電壓(即，彼此獨立并且與MCP 2獨立)或適宜地可以根據(jù)聚焦的要求而在其上施加相同的電壓。施加在環(huán)電極3a和3b上的電壓可以進(jìn)行選擇以便適當(dāng)?shù)貙碜訫CP 2的次級電子在它們行進(jìn)穿過環(huán)電極3a和3b而到達(dá)金屬層8時進(jìn)行聚焦。通過調(diào)整環(huán)電極3a和3b上的電壓，可以改變聚焦，使得金屬層8的不同區(qū)域被次級電子照射和/或在該金屬層處接收到不同的次級電子電流。在某些實施方案中，環(huán)電極3a和3b上的電壓在記錄ー個質(zhì)譜的過程中可以改變，這樣使得對于不同質(zhì)量的進(jìn)入該檢測裝置中的進(jìn)入離子存在不同的聚焦，例如在具有高離子豐度(大的檢測峰)的多種質(zhì)量的離子的情況下散焦，其中已經(jīng)從同一個波譜或從前ー個波譜獲得了離子豐度信息。在這樣的實施方案中，例如當(dāng)將出現(xiàn)大的峰時，可以使用快速脈沖器來使環(huán)3a和3b上的電壓波動。這樣ー種運行模式有助于減少檢測器飽和問題。此夕卜，以此方式可以保護(hù)光子檢測器和/或閃爍體的工作壽命。在圖2B-D中示出了圖2A的裝備的截面?zhèn)纫晥D，展示了使用如圖2A中所示的聚焦安排可以實現(xiàn)的不同的電子聚焦作用的實例。線11示出了次級電子的不同軌跡。在圖2B-D中示出的所有情況下，施加在MCP2后部上的電壓為-3700V,金屬層8和磷光體4處于接地電勢下。環(huán)電極3a和3b上的電壓一起連接到相同的電壓上，這個電壓在不同的圖中具有以下這些值圖2B 的電壓(3a、3b) = -3700V圖2C 的電壓(3a、3b) = -2900V圖2D 的電壓(3a、3b) = -2000V在圖2B中，次級電子11被聚焦到金屬層8和磷光體4的一個比總面積顯著更小的面積上。在圖2C中，次級電子11被聚焦為使用金屬層8和磷光體4的大部分面積。在圖2D中，次級電子11被散焦，這樣使得一些電子在金屬層8和磷光體4的外部經(jīng)過，例如可以在電子電流高時使用。次級電子以這種方式的聚焦還可以影響這些電子的時間聚焦。在圖2C所述的聚焦中很好地保持了時間聚焦并且在圖2D的情況下也良好。然而在圖2B的情況下，時間聚焦不那么好。根據(jù)本發(fā)明的ー種裝置的ー個另外的實例在圖3中示意性地示出，其中對于與圖I和2A-D中所示的相似的部件給予了相似的參考號。該裝置的某些部件，如數(shù)字化器14和単元15在圖3中未示出，但它們與圖I中所示相同。圖3的裝置在很大程度上與圖I中所示的裝置相同，除了包括在使用中對其施加-2900V電壓的環(huán)電極3a和3b，其中電極3a和3b在本實例中適宜地是由MCP 2的外殼的環(huán)構(gòu)成的。施加在電極3a和3b上的電壓由單元15的計算機(在圖3中未示出)類似于該系統(tǒng)的其他電壓地進(jìn)行控制。該裝置還采用了 一個柵極32，該柵極在使用中被保持在接地電勢以便限定ー個TOF質(zhì)譜儀的TOF區(qū)域；以及ー個柵極31，該柵極被保持在-5200V以便限制來自MCP 2的次級電子避免進(jìn)入該TOF區(qū)域并且避免撞擊柵極32而產(chǎn)生可能朝MCP 2前進(jìn)并引起鬼峰的次級離子。圖4中示出了圖3中所示裝置的ー個變體，該變體與圖3中所示裝置的不同之處在于，光子被ー個反射鏡51反射經(jīng)過90度的角度而到達(dá)PMT 12?？梢允褂迷摴庾邮倪@ 樣ー種偏轉(zhuǎn)或某種其他的偏轉(zhuǎn)以便將該裝置的所有部件容納在一個受限制的空間內(nèi)，例如像在ー個質(zhì)譜儀中。由于其不同的檢測特征，連接到數(shù)字化器輸入Chl上的金屬層8構(gòu)成了與連接到數(shù)字化器輸入Ch2上的PMT 12相比具有實質(zhì)上不同的増益的檢測通道。該金屬層8提供了一個較低増益檢測通道而PMT 12提供一個較高増益檢測通道。在閃爍體上游使用ー個透明金屬層允許基本上所有的次級電子都被用于電荷檢測以及光子產(chǎn)生這二者，這進(jìn)而以簡單、低成本的部件安排提供了增強的靈敏度和寬的動態(tài)范圍。使用如以上關(guān)于圖3所描述的裝置和電壓可實現(xiàn)的動態(tài)范圍的說明通過參考圖5A-5J得到證實。圖5A-5J示出了單個帶正電的咖啡因離子的TOF質(zhì)譜(信號強度對時間(μ s))，使用圖3中所示的裝置記錄了 IODa窗ロ(+/-OTa)。圖5Α和5Β示出了低增益電荷檢測通道(Ch2)(圖5A)和高増益PMT通道(Chl)(圖5B)中的每個對于單個進(jìn)入離子所記錄的波譜；圖5C和示出了低增益電荷檢測通道(圖2C)和高増益PMT通道(圖5D)中的每個對于2，800個進(jìn)入離子所記錄的波譜；圖5E和5F示出了低增益電荷檢測通道(圖5E)和高增益PMT通道(圖5F)中的每個對于10，000個進(jìn)入離子所記錄的波譜；圖5G和5H示出了低增益電荷檢測通道(圖5G)和高増益PMT通道(圖5H)中的每個對于50，000個進(jìn)入離子所記錄的波譜；并且圖51和5J示出了低增益電荷檢測通道(圖51)和高増益PMT通道(圖5J)中的每個對于100，000個進(jìn)入離子所記錄的波譜。在實踐中，用于圖1、3和4中所示安排的檢測器典型地是與具有+/_200mV范圍的數(shù)字化器一起用于最佳動態(tài)范圍和單個離子的檢測而運行的。隨著該數(shù)字化器范圍的増大，基線的噪聲増大，這使得檢測單個離子更困難。對于圖5A-D中的波譜，使用了+/-200mV的數(shù)字化器范圍。然而，對于圖5E-5J中所示的波譜，簡單地使用+/_500mV的更高范圍以便證實這些峰可以有多大。用于在200mV(S卩，O. 2V)處示出的虛線下方的信號的涂灰區(qū)域展示了在使用+/_200mV的范圍時該PMT檢測器被該數(shù)字化器卡掉的地方，其中高達(dá)200mV的信號白色區(qū)域顯示了具有對光檢測器的基本上線性的響應(yīng)的區(qū)域?？梢钥吹絇MT通道的大得多的増益(與電荷檢測通道相比)對于單個離子提供了靈敏度，同時在高的離子豐度下，在PMT通道的輸出飽和之處，即被該數(shù)字化器卡掉之處，該低增益電荷檢測提供提供了不飽和的輸出。在實踐中，這兩個通道的輸出典型地被組合而產(chǎn)生最終的波譜。參照圖5K至5L進(jìn)ー步展示本發(fā)明有可能獲得的動態(tài)范圍。圖5K示出了圖3的裝置的高増益通道(Ch2)(S卩，來自該PMT檢測器)的輸出的曲線圖。類似地，圖5L示出了該低增益通道(Chl) (B卩，來自該電荷檢測器)的輸出的曲線圖。圖5K和5L中的曲線顯示了相應(yīng)輸出的電壓(最大V)對比進(jìn)入離子的數(shù)目。這兩個曲線顯示了同時從Chl和Ch2記錄的實驗數(shù)據(jù)。所繪制的進(jìn)入離子的數(shù)目不是撞擊這些檢測器的實際離子數(shù)目而是作為這些進(jìn)入離子的來源的質(zhì)譜儀被要求供應(yīng)的進(jìn)入離子的標(biāo)稱數(shù)目。因此，對于每個離子數(shù)目，存在輸出電壓的擴展，尤其是在低離子數(shù)目吋，因為不能夠精確地控制從一個輪次到下一個的進(jìn)入離子的數(shù)目并且是因為在MCP、磷光體和PMT中次級粒子產(chǎn)生的統(tǒng)計性質(zhì)。可以看到，對于+/-200mV(即0.2V)的數(shù)字化器范圍(這從記錄單個離子的角度看是希望的)，圖5K中所示的高増益PMT通道實際上可以覆蓋從I個離子到約1000個離子的檢測，而圖2L中所示的該低增益電荷檢測通道可以覆蓋從1000個離子到高達(dá)10，000-100, 000個離子的檢測。因此，利用這兩個同時運行的檢測通道，對于記錄TOF質(zhì)譜而言，IO4-IO5的動態(tài)范圍是可實現(xiàn)的，即，高達(dá)5個數(shù)量級。用該檢測系統(tǒng)可實現(xiàn)的高靈敏度 (低至單個的離子)可以允許獲得來自離子的斷裂波譜而不需要累加波譜。從本發(fā)明的檢測裝置獲取的數(shù)據(jù)可以按在此描述的多種方式進(jìn)行處理。在ー種數(shù)據(jù)處理方法中，來自這些不同檢測通道的數(shù)據(jù)可以簡單地組合(結(jié)合)。從這兩個檢測通道中進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)合的一種優(yōu)選方法在圖5M中示出，使用了在圖3中示出的裝置上獲取的數(shù)據(jù)。圖5M呈現(xiàn)了咖啡因的TOF質(zhì)譜的ー個小的選定部分(強度對時間(μ s))。圖5Μ在水平軸下方示出了 來自高增益PMT通道(Ch2)的數(shù)據(jù)，具有對于單同位素峰(al)、第一同位素(a2)和第二同位素(a3)所顯示的峰；以及來自低增益電荷獲取通道(Chl)的數(shù)據(jù)，具有類似地對于單同位素峰(bl)、第一同位素(b2)和第二同位素(b3)所顯示的峰，但b2和b3難以辨別。該低增益通道輸出信號典型地在時間軸上偏移以便匹配該高增益通道。將來自這兩個通道的數(shù)據(jù)借助単元15的計算機進(jìn)行結(jié)合，該計算機將從該裝置的數(shù)字化器所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存和處理。所得的結(jié)合的數(shù)據(jù)在水平軸的上方顯示出，具有對于單同位素峰(Cl)、第一同位素(c2)和第二同位素(c3)所顯示的峰。所結(jié)合的數(shù)據(jù)是來自該高増益PMT通道(Ch2)的數(shù)據(jù)，除了在它變飽和的地方，例如在峰al處，在此它被來自低增益電荷獲取通道(Chl)的數(shù)據(jù)替換。在使用該低增益數(shù)據(jù)時，它被放大以適應(yīng)該高増益通道的水平。因此，在該高增益通道的輸出飽和(al)之處，該結(jié)合的數(shù)據(jù)沒有顯示飽和(Cl)。圖6示意性地示出了例如像在圖1、3或4中所示的ー種裝置可以如何形成ー個TOF質(zhì)譜儀的一部分。一個離子源20，例如MALDI或ESI源，產(chǎn)生離子，這些離子被傳輸穿過離子光學(xué)器件22來聚焦和/或加速這些離子并由此產(chǎn)生具有均勻動能的、較短持續(xù)時間的離子包。該離子包接著前行穿過ー個飛行區(qū)域24，該區(qū)域中可以包括一個或多個離子反射鏡以增大飛行路徑長度，從而使該離子包根據(jù)離子的m/z變?yōu)闀r間上分離的。這些時間上分離的離子從飛行區(qū)域24中出來而被如圖1、3或4中所示的檢測裝置I檢測。然而，將會了解的是，可以用于本發(fā)明的這種類型的質(zhì)譜儀和離子源原則上是不受限制的。將會了解的是可以對圖1、3和4中所示的實施方案做出許多變更。變更的具體實例包括以下這些?？梢愿鶕?jù)例如所使用的部件的類型和型號以及工作條件而對這些部件施加不同的電壓?？梢允褂脙蓚€或更多個MCP或者可以替代于或附加于該MCP而使用一個分立的倍增極型SEM。可以采用不同類型的金屬層以及不同的閃爍體，例如有機閃爍體。在一種替代的安排中，該快速數(shù)字化器14可以替代性地被電容性或感生性地耦合到金屬層8上，這樣使得僅僅檢測瞬時電荷。當(dāng)金屬層8和/或磷光體4不處于接地電勢下時這是優(yōu)選的。另外，在檢測電極8之后的電路將需要處于與該電極相同的電壓下。這種情況可能出現(xiàn)在例如用于負(fù)離子檢測的模式，其中金屬層8典型地不處于接地電勢下。在許多情況下的ー種有利的變更是在該閃爍體基底與該光子檢測器之間使用ー個光子引導(dǎo)件以便將最大數(shù)目的光子有效地弓I導(dǎo)至該檢測器?？梢圆捎枚鄠€光子檢測器來將檢測的光子數(shù)目最大化，例如，兩個或更多個PMT。也可以使用替代類型的光子檢測器，例如一個或多個光電ニ極管或光電ニ極管陣列。現(xiàn)在將對另外的變體的某些例子進(jìn)行說明。 參見圖7A和7B，示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個其他的實施方案。在這些實施方案中，進(jìn)入離子穿過ー個處于接地電勢下、限定該TOF區(qū)域的柵極32，并且此后在ー個分立的倍增極類型的次級電子倍増器34上入射。這些離子初始地撞擊被保持在高電壓下(例如，IOkV或更大)的轉(zhuǎn)換倍增極36。轉(zhuǎn)換倍增極36產(chǎn)生了次級電子，這些次級電子接著經(jīng)多個倍增極38而前進(jìn)穿過該電子倍増器34，這些倍增極各自被保持在與前一個相比逐漸増大的正電壓下以便產(chǎn)生次級電子的級聯(lián)。所發(fā)射的電子從電子倍増器34的區(qū)域中在位置40離開并且撞擊在一個涂覆在閃爍體材料46上的導(dǎo)電層(例如，薄的金屬層)48上。該導(dǎo)電層48被ー個形狀像法拉第筒的金屬屏蔽物42包圍，該金屬屏蔽物還有助于將電場定形以便避免帶電粒子散落在不希望的周圍區(qū)域。然而，這種屏蔽是任選的。替代于使用一個屏蔽物42，可以通過如以下描述的其他手段來將這個場限定在電子倍増器34與導(dǎo)電層48之間的區(qū)域內(nèi)，從而避免散亂的粒子。該屏蔽物42被保持在與金屬層48相同的電勢下，在帶正電的進(jìn)入離子的情況下，即接地電勢下。該導(dǎo)電層48被提供為足夠薄以便來自電子倍増器34的次級電子穿透而到達(dá)閃爍體46，該閃爍體包括ー種分散在固體惰性基質(zhì)中的閃爍材料。該薄的導(dǎo)電層48充當(dāng)了ー個電荷電極用于拾取在層48處由入射的次級電子所感生的電荷變化并且通過連接件44而連接到ー個快速數(shù)字化器(未示出)的輸入端上。該閃爍體響應(yīng)于入射的次級電子而產(chǎn)生光子，這些光子此后前行穿過光子引導(dǎo)件50而達(dá)到這ー個或多個光子檢測器，這些光子檢測器還連接到ー個快速數(shù)字化器(未示出)的輸入端上。在此情況下該光子引導(dǎo)件是具有多個鍍鋁的、面向內(nèi)部的側(cè)表面49的ー種玻璃厚片(其中的兩個被示出)用于將光子朝該檢測器反射。在圖7A所示的實施方案中，該光子檢測器是處于光電ニ極管54的形式。在圖7B所示的實施方案中，使用了兩個處于對應(yīng)的相同的光電ニ極管54a和54b形式的光子檢測器。光電ニ極管54a和54b在其前方各自具有不同的對應(yīng)的光子衰減器52a和52b以便保護(hù)這些光電ニ極管免受過度的光子撞擊和/或確保光電ニ極管54a和54b具有不同的飽和水平。將會了解的是，這些衰減器是任選的，或例如僅僅ー個光電ニ極管可以在其前方具有一個衰減器。如以上描述的通過ー個連接的計算機(未示出)對這些數(shù)字化器輸出進(jìn)行處理。參見圖8，示出了該閃爍體以及相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電涂層的ー種更優(yōu)選的構(gòu)型，該構(gòu)型可以用于在此說明的實施方案的任何ー個中。該構(gòu)型包括一個在其上具有厚度50nm的薄導(dǎo)電涂層62的ー個熒光屏64，其中該熒光屏64被涂覆在ー個石英或玻璃基底66上。該導(dǎo)電涂層62具有到ー個快速數(shù)字化器￠8)上的直接連接件63。參見圖9，示出了與圖8所示的類似的一個實施方案，但是該快速數(shù)字化器68是通過一個電容器板69電容性地稱合到該導(dǎo)電涂層62上。參見圖17，示出了一種與圖I中所示基本上相同的裝置，但是該裝置現(xiàn)在具有電荷檢測器電極與數(shù)字化器的電容性耦合，其中在電荷收集器(是金屬層8)與數(shù)字化器14之間連接了ー個電容器C。在來自金屬層8的電流路徑上還定位了一個電阻R。參見圖18，示出了一種與圖I中所示基本上相同的裝置，但是該裝置現(xiàn)在具有電荷檢測器電極與數(shù)字化器的感生性耦合，其中在電荷收集器(是金屬層8)與數(shù)字化器14之間連接了一對線圈し在來自金屬層8的電流路徑上還定位了一個電阻R。這對線圈L的次級線圈的ー個末端連接到數(shù)字化器14上并且另ー個末端接地。在其他實施方案，該次級線圈的另ー個末端不是接地、而是也可以連接到該數(shù)字化器上從而產(chǎn)生差分輸入。這個線圈對L的初級線圈可以連接到一個電壓源上以將金屬層8的表面設(shè)定在某個電壓。可以在電容器C或感生器L與數(shù)字化器14之間使用ー個放大器(未示出)。將清楚的是，在此說明的本發(fā)明的任何一個實施方案中，可以在該該帶電粒子檢測器的電荷收集電極與該數(shù)字化器之間使用ー個放大器。作為在圖7A和7B所示的實施方案中使用的分立的倍增極次級電子倍增器的ー個替代方案，可以使用一個連續(xù)的倍増極倍增器。例如，圖10示出了與圖7A和7B所示的那些相似的一個實施方案，其中對相似的部件使用相似的參考號，但使用MCP 41來在該導(dǎo)電涂層電極48和閃爍體46的上游由這些進(jìn)入離子產(chǎn)生次級電子。替代于或附加于在圖7B所示的這些光子檢測器前方使用的衰減器，可以使用一個或多個透鏡來將光子聚焦到該光子檢測器的一個檢測元件上。該ー個或多個透鏡可以是球形的或圓柱形的透鏡。該ー個或多個透鏡優(yōu)選是菲涅耳透鏡。在某些實施方案中，ー個透鏡可以是該閃爍體的基底或基底的一部分。在使用多于ー個的光子檢測器時，可以使用ー個或多個圓柱透鏡(任選地作為ー個或多個菲涅耳透鏡)來更好地利用該光子束并將其引導(dǎo)至這些光子檢測器上。圖11示出了與圖7B中所示基本上相同的這樣ー個實施方案，但其中聚焦透鏡82a和82b是分別位于光子檢測器84a和84b的前方，這些光子檢測器在這個實施方案中是雪崩光電ニ極管類型的光電ニ極管。透鏡82a和82b可以用作一種控制抵達(dá)每個檢測器84a和84b的光子劑量的裝置。例如，在這個實施方案中透鏡82a和82b作為ー種對檢測器84a和84b提供不同増益的裝置，具有不同的聚焦能力，但是在其他實施方案中，這些透鏡可以是相同的并且如果需要的話通過其他裝置來通過不同的増益。參見圖12，示出了與圖7A和7B中的那些類似的另ー個實施方案，除了作為ー個光子引導(dǎo)件，存在多個拆分波導(dǎo)管70，每個波導(dǎo)管將光子傳輸?shù)教幱诠怆姳对龉?PMT) 74形式的對應(yīng)檢測器。這些拆分波導(dǎo)管70可以各自包括例如一根光線電纜或一束光線電纜。代替圖12中所示的PMT 74，可以使用如圖13中所示的光電ニ極管94，這在其他方面是與圖12中所示的相同的實施方案。
部件的優(yōu)選組合的實例包括下表中的這些
權(quán)利要求
1.ー種用于檢測帶電粒子的檢測裝置，該檢測裝置包括 一個次級粒子產(chǎn)生器，用于響應(yīng)于接收到進(jìn)入的帶電粒子而產(chǎn)生次級帶電粒子； 一個帶電粒子檢測器，用于接收并檢測該次級粒子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的次級帶電粒子并且由此產(chǎn)生一種輸出； ー個光子產(chǎn)生器，用于響應(yīng)于接收到該次級粒子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的次級帶電粒子而產(chǎn)生光子；以及 ー個光子檢測器，用于檢測該光子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的光子并且由此產(chǎn)生一種輸出； 其中該帶電粒子檢測器包括一個用于接收這些次級帶電粒子的電極，并且該電極包括一種與該光子產(chǎn)生器相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電材料；并且 其中來自該帶電粒子檢測器和光子檢測器的輸出被適配為組合形成一個高動態(tài)范圍的質(zhì)譜。
2.如權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其中，該導(dǎo)電材料包括與該光子產(chǎn)生器相接觸的一個導(dǎo)電層。
3.如權(quán)利要求2所述的檢測裝置，其中，該導(dǎo)電層包括ー個金屬層。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項所述的檢測裝置，其中，該電極耦合到ー個數(shù)字化器或數(shù)字示波器上。
5.如權(quán)利要求4所述的檢測裝置，其中，該電極是電容性地或感生性地耦合到該數(shù)字化器或數(shù)字示波器上的。
6.如權(quán)利要求I至5中任一項所述的檢測裝置，其中，該電極對帶電粒子是透明的。
7.如權(quán)利要求6所述的檢測裝置，其中，該光子產(chǎn)生器是用于響應(yīng)于接收到已經(jīng)穿過了該透明電極的次級帶電粒子而產(chǎn)生光子。
8.如權(quán)利要求6或7所述的檢測裝置，其中，該光子產(chǎn)生器是用于響應(yīng)于接收到與該帶電粒子檢測器所接收并檢測的這些次級帶電粒子中的至少ー些而產(chǎn)生光子。
9.如權(quán)利要求8所述的檢測裝置，其中，在使用中該帶電粒子檢測器所接收并檢測的這些次級帶電粒子中的多于50%還被用于從該光子產(chǎn)生器產(chǎn)生光子。
10.如權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其中，該帶電粒子檢測器包括ー個用于接收次級帶電粒子的電極，并且該電極包括一個次級電子產(chǎn)生器的陽極或倍增極。
11.如以上權(quán)利要求中任一項所述的檢測裝置，其中，在使用中由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子中的多于50%被該帶電粒子檢測器接收并檢測。
12.如以上權(quán)利要求中任一項所述的檢測裝置，其中，在使用中由這些進(jìn)入的帶電粒子產(chǎn)生的次級帶電粒子中的多于50%被該光子產(chǎn)生器接收而產(chǎn)生光子。
13.如以上權(quán)利要求中任一項所述的檢測裝置，進(jìn)ー步包括多個離子光學(xué)器件，用于聚焦這些次級帶電粒子并由此改變撞擊在該帶電粒子檢測器和/或該光子產(chǎn)生器上的這些次級帶電粒子的電流。
14.如以上權(quán)利要求中任一項所述的檢測裝置，其中，該帶電粒子檢測器和該光子產(chǎn)生器各自包括ー個輸出端，該輸出端連接到ー個數(shù)字化器上以由每個檢測器產(chǎn)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且該數(shù)字化器連接到一臺計算機上以便通過將該帶電粒子檢測器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與該光子檢測器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)相結(jié)合而處理數(shù)據(jù)從而產(chǎn)生ー種結(jié)合的數(shù)據(jù)組。
15.如以上權(quán)利要求中任一項所述的檢測裝置，包括一個次級粒子產(chǎn)生器，該次級粒子產(chǎn)生器包括一個轉(zhuǎn)換倍增極、ー個分立的倍增極SEM和/或一個連續(xù)的倍增極SEM ;并且其中該光子產(chǎn)生器包括一個閃爍體；并且該光子檢測器包括一種固態(tài)光子檢測器。
16.如以上權(quán)利要求中任一項所述的檢測裝置，包括兩個或更多個次級粒子產(chǎn)生器和/或兩個或更多個帶電粒子檢測器和/或兩個或更多個光子產(chǎn)生器和/或兩個或更多個光子檢測器。
17.如以上權(quán)利要求中任一項所述的檢測裝置，該檢測裝置是ー種用于在TOF質(zhì)譜儀中檢測離子的檢測裝置。
18.—種包括如以上權(quán)利要求中任一項所述的檢測裝置的質(zhì)譜儀。
19.如權(quán)利要求I至17中任一項所述的檢測裝置用于在TOF質(zhì)譜法中檢測離子的用途。
20.ー種用于檢測帶電粒子的方法，該方法包括 接收進(jìn)入的帶電粒子； 響應(yīng)于接收到進(jìn)入的帶電粒子而產(chǎn)生次級帶電粒子； 使用一個電極來接收并檢測所產(chǎn)生的次級帶電粒子并由此產(chǎn)生ー種輸出； 使用ー個光子產(chǎn)生器響應(yīng)于接收到所產(chǎn)生的次級帶電粒子而產(chǎn)生光子； 檢測所產(chǎn)生的光子并由此產(chǎn)生ー種輸出；并且 將這些對應(yīng)的輸出進(jìn)行組合而形成一個高動態(tài)范圍的質(zhì)譜； 其中該用于接收并檢測這些次級帶電粒子的電極包括一種與該光子產(chǎn)生器相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電材料。
21.ー種用于改進(jìn)TOF質(zhì)譜儀的動態(tài)檢測范圍的方法，該方法包括 在一個檢測裝置處接收進(jìn)入的帶電粒子，其中該檢測裝置包括至少兩個不同増益的檢測器，這些檢測器中的至少ー個是ー個光子檢測器并且這些檢測器中的至少ー個是ー個帶電粒子檢測器；并且 通過這至少兩個檢測器來檢測這些進(jìn)入的帶電粒子， 其中該帶電粒子檢測器包括ー個用于接收這些次級帶電粒子的電極，并且該電極包括與ー個光子產(chǎn)生器相關(guān)聯(lián)的一種導(dǎo)電材料。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，該檢測裝置是根據(jù)權(quán)利要求I至17中任ー項所述的裝置。
23.一種用于記錄進(jìn)入的帶電粒子的高動態(tài)范圍質(zhì)譜的方法，該方法包括 在一個較低增益檢測器處直接或間接檢測這些進(jìn)入的帶電粒子并從所述較低增益檢測器產(chǎn)生一個低增益輸出； 在一個較高增益檢測器處直接或間接檢測相同的帶電粒子中的至少ー些并從所述較高增益檢測器產(chǎn)生一個高增益輸出； 將該低增益輸出和該高增益輸出進(jìn)行組合而形成一個高動態(tài)范圍的質(zhì)譜。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，將該低增益輸出與該高增益輸出進(jìn)行組合的步驟包括使用該高增益輸出對該質(zhì)譜中該高增益輸出不飽和的數(shù)據(jù)點形成該高動態(tài)范圍質(zhì)譜、并且使用該低增益輸出對該質(zhì)譜中該高增益輸出飽和的數(shù)據(jù)點形成該高動態(tài)范圍質(zhì)-i'Tfeレ曰。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，將該低增益輸出放大該較高増益檢測器與該較低增益檢測器之 間的放大倍數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于檢測帶電粒子的檢測裝置，該檢測裝置包括一個次級粒子產(chǎn)生器，用于響應(yīng)于接收到進(jìn)入的帶電粒子而產(chǎn)生次級帶電粒子；一個帶電粒子檢測器，用于接收并檢測該次級粒子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的次級帶電粒子；一個光子產(chǎn)生器，用于響應(yīng)于接收到該次級粒子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的次級帶電粒子而產(chǎn)生光子；以及一個光子檢測器，用于檢測該光子產(chǎn)生器所產(chǎn)生的光子。還提供了包括該檢測裝置的一種質(zhì)譜儀、該檢測裝置在TOF質(zhì)譜法中的用途以及改進(jìn)一種TOF質(zhì)譜儀的動態(tài)檢測范圍的方法。
文檔編號H01J49/02GK102668017SQ201080049069
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者A·詹納考普洛斯, A·馬卡洛夫 申請人:塞莫費雪科學(xué)(不來梅)有限公司