高速極性切換飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的制作方法
【專利摘要】一方面，揭示了一種包含飛行時(shí)間分析器TOF的質(zhì)譜儀，所述飛行時(shí)間分析器TOF包括：加速器級，其包括多個(gè)電極且適于接收及加速多個(gè)離子；及漂移室，其安置在所述加速器級下游以用于接收經(jīng)加速離子的至少一部分。所述TOF分析器進(jìn)一步包括：脈沖發(fā)生器，其耦合到所述加速器級以用于施加一或多個(gè)電壓于所述多個(gè)電極；及控制器，其耦合到所述脈沖發(fā)生器且適于致使所述脈沖發(fā)生器調(diào)整施加于所述電極的所述一或多個(gè)電壓以配置所述加速器級以在離子檢測周期的不同循環(huán)期間接收及加速正離子及負(fù)離子。
【專利說明】高速極性切換飛行時(shí)間質(zhì)譜儀
[0001 ] 相關(guān)申請案
[0002]本申請案主張2013年12月24日申請的第61/920,563號美國臨時(shí)申請案的優(yōu)先權(quán)，所述申請案以全文引用方式并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003]本教示大體上涉及飛行時(shí)間(“T0F”)質(zhì)譜分析。TOF質(zhì)譜儀可用來基于離子在恒定能量加速之后行進(jìn)穿過無場漂移區(qū)以到達(dá)檢測器所需要的時(shí)間來確定離子的質(zhì)荷比。
[0004]在一些情況中，希望在質(zhì)譜儀的單次運(yùn)行期間檢測兩種極性的離子(S卩，帶正電離子及帶負(fù)電離子)。例如，可能希望將研究中的樣本離子化以在所述樣本的分析期間產(chǎn)生正離子及負(fù)離子兩者，且在共同地構(gòu)成質(zhì)譜儀的單次運(yùn)行的時(shí)間周期中檢測所述離子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]—方面，揭示了一種包含飛行時(shí)間分析器(TOF)的質(zhì)譜儀，所述飛行時(shí)間分析器(TOF)包括:加速器級，其包括多個(gè)電極且適于接收及加速多個(gè)離子;及漂移室，其安置在所述加速器級下游以用于接收經(jīng)加速離子的至少一部分。所述TOF分析器進(jìn)一步包括:脈沖發(fā)生器，其耦合到所述加速器級以用于施加一或多個(gè)電壓于所述多個(gè)電極;及控制器，其耦合到所述脈沖發(fā)生器且適于致使所述脈沖發(fā)生器調(diào)整施加于所述電極的所述一或多個(gè)電壓以配置所述加速器級以在離子檢測周期的不同循環(huán)期間接收及加速正離子及負(fù)離子。
[0006]在一些實(shí)施例中，所述脈沖發(fā)生器包含至少一個(gè)正電壓源及至少一個(gè)負(fù)電壓源以及用于選擇性地將所述電壓源耦合到所述多個(gè)電極的多個(gè)開關(guān)。所述控制器可選擇性地激活所述開關(guān)中的一或多者及將所述開關(guān)中的一或多者解除激活以改變施加于所述一或多個(gè)電極的一或多個(gè)電壓的極性以將所述加速器級從正離子模式配置為負(fù)離子模式。
[0007]所述質(zhì)譜儀可包含適于向所述加速器級提供多個(gè)離子的離子源。在一些實(shí)施例中，所述控制器耦合到所述離子源且適于配置所述離子源以當(dāng)所述加速器級在正離子模式中時(shí)(即，當(dāng)所述加速器級經(jīng)配置以接收及加速正離子時(shí))向所述加速器級供應(yīng)正離子，且當(dāng)所述加速器級在負(fù)離子模式中時(shí)(即，當(dāng)所述加速器級經(jīng)配置以接收及加速負(fù)離子時(shí))向所述加速器級供應(yīng)負(fù)離子。
[0008]在一些實(shí)施例中，所述TOF分析器包括第一電極、安置在所述第一電極下游的第二電極及安置在所述第二電極下游的第三電極，其中加速器級經(jīng)配置以接收所述多個(gè)離子到所述第一電極與所述第二電極之間的空間中。所述第三電極可經(jīng)安置而鄰近于所述漂移室的入口。
[0009]在一些實(shí)施例中，所述第三電極維持在接地電勢，且所述控制器經(jīng)配置以在用于檢測正離子的循環(huán)的第一階段期間將所述第二及第三電極維持在所述共同接地電勢，以允許多個(gè)正離子積累在所述第一電極與所述第二電極之間的空間中。在所述循環(huán)的第二階段期間，所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器施加相等的正電壓于所述第一及第二電極以抑制額外正離子進(jìn)入所述第一電極與所述第二電極之間的所述空間中。這還在所述第二電極與所述第三電極之間創(chuàng)建電場，所述電場是在所述循環(huán)的第三階段中加速離子所必需的。在所述循環(huán)的第三階段期間，所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器施加電壓差于所述第一電極與所述第二電極之間，這創(chuàng)建電場，所述電場將積累在所述第一電極與所述第二電極之間的所述空間中的所述正離子朝所述第二電極與所述第三電極之間的區(qū)域加速。在階段二中在所述第二電極與所述第三電極之間創(chuàng)建的電場存留于階段三中。此場額外地將離子朝漂移室加速。在其中所述經(jīng)加速離子行進(jìn)穿過所述漂移室的循環(huán)的第四及最終階段期間，所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器將所述第一及第二電極維持在所述接地電勢。在一些實(shí)施例中，此循環(huán)的第四階段具有與用于檢測離子的后續(xù)循環(huán)的相應(yīng)第一階段的部分時(shí)間重疊。在一些情況中，所述后續(xù)循環(huán)可為其中檢測負(fù)離子的循環(huán)。替代地，用于檢測離子的后續(xù)循環(huán)的相應(yīng)第一階段可開始于所述循環(huán)的第四階段終止之后。
[0010]在一些實(shí)施例中，所述第三電極維持在接地電勢且所述控制器經(jīng)配置以在用于檢測負(fù)離子的循環(huán)的第一階段期間將所述第二及第三電極維持在所述共同接地電勢，以允許多個(gè)負(fù)離子積累在所述第一電極與所述第二電極之間的空間中。在所述循環(huán)的第二階段期間，所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器施加相等的負(fù)電壓于所述第一及第二電極以抑制額外負(fù)離子進(jìn)入所述第一電極與所述第二電極之間的所述空間中。這還在所述第二電極與所述第三電極之間創(chuàng)建電場，所述電場是在所述循環(huán)的第三階段中進(jìn)行加速所必需的。在所述循環(huán)的第三階段期間，所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器施加電壓差于所述第一電極與所述第二電極之間，這創(chuàng)建電場，所述電場將積累在所述第一電極與所述第二電極之間的所述空間中的所述負(fù)離子朝所述第二電極與所述第三電極之間的區(qū)域加速。在所述第二電極與所述第三電極之間，階段二中創(chuàng)建的電場存留于階段三中。此場額外地將離子朝漂移室加速。在其中所述經(jīng)加速離子行進(jìn)穿過所述漂移室的循環(huán)的第四及最終階段期間，所述控制器使所述脈沖發(fā)生器將所述第一及第二電極維持在所述接地電勢。在一些實(shí)施例中，此循環(huán)的第四階段具有與用于檢測離子的后續(xù)循環(huán)的相應(yīng)第一階段的部分時(shí)間重疊。替代地，后續(xù)循環(huán)的相應(yīng)第一階段可開始于所述第四階段終止之后。在一些情況中，所述后續(xù)循環(huán)可為其中檢測正離子的循環(huán)。
[0011]所述TOF分析器可包含安置在所述漂移室下游以用于檢測已行進(jìn)穿過所述漂移室的離子(或其至少一部分)的離子檢測器。在一些實(shí)施例中，離子偏轉(zhuǎn)器安置在所述加速器級下游以將經(jīng)加速正離子及負(fù)離子沿不同軌跡偏轉(zhuǎn)以行進(jìn)穿過所述漂移室的至少一部分。在一些此類實(shí)施例中，正離子鏡安置在所述離子偏轉(zhuǎn)器下游且經(jīng)配置以從所述偏轉(zhuǎn)器接收所述正離子且朝所述離子檢測器反射所述離子。此外，所述負(fù)離子鏡安置在所述偏轉(zhuǎn)器下游且經(jīng)配置以從所述偏轉(zhuǎn)器接收所述負(fù)離子且朝所述離子檢測器反射所述負(fù)離子。
[0012]在一些實(shí)施例中，TOF分析器可包含級聯(lián)安置在所述加速器級下游的正離子鏡及負(fù)離子鏡以將經(jīng)加速正離子及負(fù)離子沿不同軌跡朝離子檢測器反射。此實(shí)施例還可經(jīng)配置使得級聯(lián)鏡反射正離子及負(fù)離子使得兩種極性的離子遵循朝所述檢測器的相同軌跡。
[0013]在相關(guān)方面，揭示了一種TOF質(zhì)譜儀，其包括用于接收多個(gè)離子的加速器級，其中所述加速器級包括多個(gè)電極。脈沖發(fā)生器經(jīng)配置以交替地切換施加于所述電極中的一或多者的電壓的極性以將所述加速器級交替地置于正離子模式及負(fù)離子模式中。
[0014]在一些實(shí)施例中，正離子或負(fù)離子模式中的任一者包含用于接受多個(gè)離子到所述加速器級中的第一階段、其中不接受額外離子到所述加速器級中且已積累在所述加速器級中的離子未經(jīng)歷電場的第二階段、其中積累在所述加速器級中的離子被偏轉(zhuǎn)且被加速到所述TOF質(zhì)譜儀的無場漂移區(qū)中的第三階段及其中所述加速器級的電極維持在接地電勢且離子行進(jìn)穿過所述漂移區(qū)以由所述質(zhì)譜儀的檢測器檢測的第四階段。
[0015]在一些實(shí)施例中，所述TOF質(zhì)譜儀進(jìn)一步包括安置在所述加速器級下游以用于接收經(jīng)加速離子的離子偏轉(zhuǎn)器，其中所述偏轉(zhuǎn)器有角度地將所述正離子及負(fù)離子分別分離到正離子路徑及負(fù)離子路徑上。安置在所述離子偏轉(zhuǎn)器下游的正離子反射器接收沿所述正離子路徑傳播的正離子且朝所述質(zhì)譜儀的離子檢測器反射所述離子。安置在所述離子偏轉(zhuǎn)器下游的負(fù)離子反射器接收沿所述負(fù)離子路徑傳播的負(fù)離子且朝所述離子檢測器反射所述離子。
[0016]另一方面，揭示了一種使用TOF分析器執(zhí)行質(zhì)譜分析的方法，其包括配置所述分析器的加速器級以在分別用于檢測正離子及負(fù)離子的不同循環(huán)期間接收及加速正離子及負(fù)離子。在每一循環(huán)期間，使所述經(jīng)加速正離子及負(fù)離子行進(jìn)穿過無場漂移室。由離子檢測器檢測行進(jìn)穿過所述漂移室的所述離子的至少一部分。
[0017]在一些實(shí)施例中，用于檢測正離子的至少一個(gè)循環(huán)具有與用于檢測負(fù)離子的至少一個(gè)循環(huán)的部分重疊。在一些實(shí)施例中，配置所述加速器級的所述步驟包括切換施加于所述加速器的一或多個(gè)電極的一或多個(gè)電壓的極性。在一些實(shí)施例中，在約10毫秒到約500毫秒的范圍中的時(shí)間周期內(nèi)(例如，在小于約100毫秒的時(shí)間周期內(nèi))獲得多個(gè)正離子的至少一個(gè)質(zhì)譜及多個(gè)負(fù)離子的至少一個(gè)質(zhì)譜。
[0018]可通過結(jié)合相關(guān)聯(lián)的圖式參考以下詳述獲得對本發(fā)明的各個(gè)方面的進(jìn)一步理解，所述圖式在下文加以簡要描述。
【附圖說明】
[0019]圖1A示意地描繪根據(jù)本教示的實(shí)施例的質(zhì)譜儀，
[0020]圖1B示意地描繪圖1A的質(zhì)譜儀的TOF分析器的各個(gè)組件，
[0021]圖1C示意地描繪圖1A的質(zhì)譜儀的控制器，其控制脈沖發(fā)生器(包含高電壓源及開關(guān))用于選擇性地施加電壓于TOF分析器的加速器級的電極，
[0022]圖1D示意地描繪控制器的示范性內(nèi)部硬件，
[0023]圖2示意地描繪適于實(shí)踐本發(fā)明的脈沖發(fā)生器中的電壓源及開關(guān)的布置，
[0024]圖3指示圖2中針對用于檢測正離子的循環(huán)的不同階段所示的脈沖發(fā)生器的開關(guān)的狀態(tài)(斷開或閉合)，
[0025]圖4指示圖2中針對用于檢測負(fù)離子的循環(huán)的不同階段所示的脈沖發(fā)生器的開關(guān)的狀態(tài)(斷開或閉合)，
[0026]圖5A示意地描繪包括用于檢測正離子的一個(gè)循環(huán)及用于檢測負(fù)離子的一個(gè)循環(huán)的離子檢測周期，
[0027]圖5B示意地描繪正離子檢測及負(fù)離子檢測的交替循環(huán)，
[0028]圖5C示意地描繪兩個(gè)離子檢測周期，其中的每一者包含正離子檢測的5個(gè)循環(huán)及負(fù)離子檢測的5個(gè)循環(huán)，
[0029]圖5D示意地描繪兩個(gè)離子檢測周期，其中的每一者包含正離子檢測的7個(gè)循環(huán)及負(fù)離子檢測的3個(gè)循環(huán)，
[0030]圖5E示意地描繪兩個(gè)離子檢測周期，其中的每一者包含正離子檢測的2個(gè)循環(huán)及負(fù)離子檢測的8個(gè)循環(huán)，
[0031]圖5F示意地描繪另一實(shí)施例中的正循環(huán)及負(fù)循環(huán)的時(shí)間布置，
[0032]圖6示意地描繪適于實(shí)踐本發(fā)明的另一脈沖發(fā)生器中的電壓源及開關(guān)的布置，
[0033]圖7示意地描繪圖6中針對用于檢測正離子的循環(huán)的不同階段所示的脈沖發(fā)生器的開關(guān)的狀態(tài)(斷開或閉合)，
[0034]圖8指示圖6中針對用于檢測負(fù)離子的循環(huán)的不同階段所示的脈沖發(fā)生器的開關(guān)的狀態(tài)(斷開或閉合)，
[0035]圖9示意地描繪適于實(shí)踐本發(fā)明的另一脈沖發(fā)生器中的電壓源及開關(guān)的布置，
[0036]圖10示意地描繪圖9中針對用于檢測正離子的循環(huán)的不同階段所示的脈沖發(fā)生器的開關(guān)的狀態(tài)(斷開或閉合)，
[0037]圖11示意地描繪圖9中針對用于檢測負(fù)離子的循環(huán)的不同階段所示的脈沖發(fā)生器的開關(guān)的狀態(tài)(斷開或閉合)，
[0038]圖12示意地描繪適于實(shí)踐本發(fā)明的另一脈沖發(fā)生器中的電壓源及開關(guān)的布置，
[0039]圖13示意地描繪圖12中針對用于檢測正離子的循環(huán)的不同階段所示的脈沖發(fā)生器的開關(guān)的狀態(tài)(斷開或閉合)，
[0040]圖14示意地描繪圖12中針對用于檢測負(fù)離子的循環(huán)的不同階段所示的脈沖發(fā)生器的開關(guān)的狀態(tài)(斷開或閉合)，
[0041]圖15示意地描繪適于實(shí)踐本發(fā)明的另一脈沖發(fā)生器中的電壓源及開關(guān)的布置，
[0042]圖16示意地描繪圖15中針對用于檢測正離子的循環(huán)的不同階段所示的脈沖發(fā)生器的開關(guān)的狀態(tài)(斷開或閉合)，
[0043]圖17示意地描繪圖15中針對用于檢測負(fù)離子的循環(huán)的不同階段所示的脈沖發(fā)生器的開關(guān)的狀態(tài)(斷開或閉合)，
[0044]圖18示意地描繪根據(jù)本教示的另一實(shí)施例的TOF分析器，
[0045]圖19示意地描繪根據(jù)本教示的另一實(shí)施例的TOF分析器，及
[0046]圖20示意地描繪根據(jù)另一實(shí)施例的TOF分析器，其包含可經(jīng)配置以用作與分析器的加速器的正模式及負(fù)模式同步的正尚子鏡或負(fù)禺子鏡的禺子鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0047]本發(fā)明提供了一種能夠在離子檢測周期內(nèi)檢測兩種電荷極性的離子(S卩，正離子及負(fù)離子)的質(zhì)譜儀。周期的持續(xù)時(shí)間可較短以使TOF質(zhì)譜儀成為近似同時(shí)正離子檢測器及負(fù)離子檢測器。例如，周期的時(shí)間尺度可遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于對應(yīng)于其它相關(guān)事件(例如離子源極性改變)的時(shí)間尺度。在一些實(shí)施例中，質(zhì)譜儀包含經(jīng)配置以提供正離子及負(fù)離子的近似同時(shí)檢測的飛行時(shí)間(TOF)分析器。在一些實(shí)施例中，離子化可在某次運(yùn)行期間迅速地從正切換為負(fù)，這將要求TOF質(zhì)譜儀能夠迅速地從正模式切換為負(fù)模式。需要此能力的一些原因可為通過消除執(zhí)行兩個(gè)分析運(yùn)行(用于正離子的一個(gè)分析運(yùn)行及用于負(fù)離子的一個(gè)分析運(yùn)行)的需要來節(jié)省時(shí)間及樣本。在一些實(shí)施例中，飛行時(shí)間(TOF)分析器包含包括多個(gè)電極的加速級，可將交錯(cuò)的正電壓及負(fù)電壓施加于所述多個(gè)電極以在離子檢測周期的一部分期間將正離子加速到無場漂移室以由離子檢測器檢測，及在離子檢測周期的另一部分期間將負(fù)離子加速到無場漂移室以由離子檢測器檢測。離子源可將離子供應(yīng)到TOF分析器?？刂破骺煽刂齐x子源，離子源經(jīng)配置以接收樣本進(jìn)行質(zhì)譜分析，使得所述源將(例如)經(jīng)由樣本的離子化在離子檢測循環(huán)的不同部分期間提供正離子及負(fù)離子。控制器還可調(diào)整施加于加速器的一或多個(gè)電極的一或多個(gè)電壓，使得TOF經(jīng)配置以用于在離子源產(chǎn)生正離子的時(shí)間間隔期間檢測正離子，及在離子源產(chǎn)生負(fù)離子的時(shí)間間隔期間檢測負(fù)離子。
[0048]各個(gè)術(shù)語在本文的使用符合其在所屬領(lǐng)域中的常規(guī)含義。為了進(jìn)一步清楚起見，下文描述某些術(shù)語。
[0049]術(shù)語“正離子”是指具有凈正電荷的離子。術(shù)語“負(fù)離子”是指具有凈負(fù)電荷的離子。術(shù)語“循環(huán)”或“離子檢測循環(huán)”是用來指代期間一批離子進(jìn)入TOF分析器且由分析器的檢測器檢測的時(shí)間周期。術(shù)語“檢測周期”是指在時(shí)間上彼此跟隨且可隨時(shí)間重復(fù)的多個(gè)離子檢測循環(huán)。例如，在下文討論的實(shí)施例中，離子檢測周期可包含用于檢測正離子的一個(gè)或多個(gè)循環(huán)和用于檢測負(fù)離子的一或多個(gè)循環(huán)。術(shù)語“正離子模式”是指其中TOF分析器經(jīng)配置用于檢測正離子的分析器的操作模式，且術(shù)語“負(fù)離子模式”是指其中TOF分析器經(jīng)配置用于檢測負(fù)離子的分析器的操作模式。此外，術(shù)語“離子反射器”及“離子鏡”可根據(jù)其在所屬領(lǐng)域中的一般含義互換地使用以指代經(jīng)配置以將質(zhì)譜儀中的離子的行進(jìn)方向反向的裝置。如本文所使用的術(shù)語“脈沖發(fā)生器”是指適于施加電壓于加速器級的電極的裝置。脈沖發(fā)生器通常包含多個(gè)電壓源(例如，高電壓源)及開關(guān)(例如，高速(上升時(shí)間小于I毫秒)/高電壓開關(guān))。
[0050]圖1A、IB及IC示意地示出了根據(jù)
【申請人】的教示的質(zhì)譜儀100的實(shí)施例，質(zhì)譜儀100具有飛行時(shí)間(TOF)分析器102，其包含用于從上游單元106(在此實(shí)施例中是離子源)接收離子的孔口(孔徑)104。離子源106可為脈沖式或連續(xù)流離子源。合適的離子源的一些實(shí)例包含(不限于)電噴射離子化(“ESI”)源、解吸電噴射離子化(“DESI”)源或超聲噴射離子化(“SSI”)源等。在其它情況中，T0F質(zhì)譜儀100可接收已經(jīng)歷篩選、破碎及/或捕捉的各個(gè)階段的咼子。
[0051]示范性TOF102進(jìn)一步包含用于將進(jìn)入質(zhì)量分析器的離子加速并引導(dǎo)到無場漂移室110中的加速級108，如下文更詳細(xì)地討論。在行進(jìn)穿過無場漂移室之后，離子檢測器112接收離子以供檢測。由于離子行進(jìn)穿過無場室以到達(dá)檢測器所需要的時(shí)間取決于離子的質(zhì)荷比(m/z)，由檢測器產(chǎn)生的離子檢測信號可用來產(chǎn)生質(zhì)譜。在此實(shí)施例中，檢測器輸出接地使得跨阻放大器可靠近檢測器而并入，而非將信號傳遞到高壓變壓器。以此方式，可改善檢測器的動態(tài)范圍及傳送帶寬，且可通過放大較短接地參考信號減小整體抖動連同降低檢測器偏壓電壓且因此增加檢測器壽命。在一些實(shí)施例中，多離子收集器配置(例如，16個(gè)陽極收集器)也可用于增加靈敏度。漂移室的內(nèi)襯及檢測器的輸出的接地提供某些優(yōu)點(diǎn)。例如，其避免了當(dāng)檢測器浮動時(shí)在許多kV DC電壓的頂部上檢測到帶有幾毫伏振幅的信號的問題。
[0052]加速級包括三個(gè)電極1、2及3。在此實(shí)施例中，電極I是具有離子可行進(jìn)穿過其的中心孔口(未示出)的實(shí)心板，且電極2是呈離子可行進(jìn)穿過其的柵格的形式。電極3也是呈柵格的形式且電耦合到漂移室110的屏蔽罩或內(nèi)襯114(換句話說，電極3及內(nèi)襯形成具有呈離子通過其進(jìn)入漂移室的柵格的形式的前部的單個(gè)電極)。在此實(shí)施例中，電極3及內(nèi)襯114維持在接地電勢。如圖1B中示意地所示且下文更詳細(xì)地討論，在用于檢測離子的循環(huán)的某些階段中，電壓脈沖可施加于電極I及電極2以在電極I與電極2之間的區(qū)域中產(chǎn)生電場(El)且在電極2與電極3之間產(chǎn)生電場(E2)。如下文更詳細(xì)地討論，經(jīng)施加電壓脈沖經(jīng)配置使得在離子檢測循環(huán)的某些階段中，積累在電極I與電極2之間的空間中的離子朝無場漂移室加速。
[0053]繼續(xù)參考圖1A及1C，根據(jù)本教示，質(zhì)譜儀進(jìn)一步包含脈沖發(fā)生器116，其在系統(tǒng)控制器118的控制下操作以將電壓脈沖供應(yīng)給電極I及電極2?？刂破?18還控制離子源以(例如，通過調(diào)整離子源中采用的一或多個(gè)電壓的極性)配置所述源以在加速器處于正離子模式及負(fù)離子模式中時(shí)分別將正離子及負(fù)離子供應(yīng)給分析器。此外，在一些實(shí)施例中，控制器可與檢測器112通信以(例如)接收離子檢測信號并基于所述信號產(chǎn)生質(zhì)譜。
[0054]控制器可包含用于控制脈沖發(fā)生器116、源106及與檢測器112通信的任何合適的軟件、硬件及固件，如下文更詳細(xì)地討論。借助于實(shí)例，控制器可確定施加于加速器的電極的高電壓的量級、脈沖發(fā)生器的開關(guān)(例如，晶體管開關(guān))的狀態(tài)及所述開關(guān)的狀態(tài)變化的時(shí)序。
[0055]借助于進(jìn)一步說明，圖1D描繪可用于含有或?qū)嵤┛刂破?18的示范性內(nèi)部硬件的框圖。總線401互連硬件的其它經(jīng)說明組件。中央處理單元(CPU)403執(zhí)行用來執(zhí)行程序所需要的計(jì)算及邏輯運(yùn)算。根據(jù)本教示，程序(例如)可包含用于控制脈沖發(fā)生器(例如，閉合及斷開脈沖發(fā)生器的各個(gè)開關(guān)以施加正電壓及負(fù)電壓于加速器級的電極)、離子源及檢測器的指令。示范性控制器118進(jìn)一步包含只讀存儲器(R0M)405及隨機(jī)存取存儲器(RAM)407，其可用于存儲程序指令。
[0056]任選顯示接口409可允許來自總線401的信息以音頻、視覺、圖形或字母數(shù)字格式顯示在顯示器411上。與外部裝置(例如脈沖發(fā)生器)的通信使用各種通信端口 413而發(fā)生。
[0057]硬件還可包含接口415，其可允許從輸入裝置(例如鍵盤417)或其它輸入裝置419(例如鼠標(biāo)、操縱桿、觸摸屏、遙控器、指向裝置、視頻輸入裝置及/或音頻輸入裝置)接收數(shù)據(jù)。
[0058]繼續(xù)參考圖1A，在此實(shí)施例中，脈沖發(fā)生器116包含多個(gè)DC高電壓源116a(例如，能夠產(chǎn)生約IkV到約20kV之間的電壓的電壓源)以及用于選擇性地施加由此類源產(chǎn)生的電壓于電極的多個(gè)高電壓開關(guān)116b。如上文提及，系統(tǒng)控制器118可包含用于控制脈沖發(fā)生器116的電壓源及開關(guān)的任何合適的軟件、硬件和固件。借助于實(shí)例，控制器118可確定施加于電極的高電壓的量級、開關(guān)(例如，晶體管開關(guān))的狀態(tài)和所述開關(guān)的狀態(tài)變化的時(shí)序等其它參數(shù)。
[0059]在此實(shí)施例中，控制器及脈沖發(fā)生器(包含高電壓源及開關(guān))安置在分析器真空室的外側(cè)，而電極安置在真空室的內(nèi)側(cè)。多個(gè)低電壓控制線可將控制器電連接到電壓源及開關(guān)，且多個(gè)高電壓線可將高電壓源連接到開關(guān)。電極可經(jīng)由高電壓線及高電壓真空饋通連接到開關(guān)。在一些實(shí)施例中，整個(gè)無場漂移室及脈沖發(fā)生器電力供應(yīng)電子器件維持在相同溫度以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量準(zhǔn)確度。
[0060]在此實(shí)施例中，在使用中，在檢測周期的不同檢測循環(huán)期間檢測正離子及負(fù)離子。如下文更詳細(xì)地討論，正離子或負(fù)離子的每一檢測循環(huán)可包含多個(gè)階段，其包含離子接受階段、離子準(zhǔn)備階段、離子加速階段、接著是離子的檢測。
[0061]例如，在離子檢測循環(huán)的初始離子接受階段(本文稱為階段I)期間，電極1、電極2及電極3維持在接地電勢，且多個(gè)離子通過孔徑104進(jìn)入TOF分析器而進(jìn)入到電極I與電極2之間的區(qū)域中而不對離子軌跡產(chǎn)生任何擾亂。
[0062]在后續(xù)離子準(zhǔn)備階段(本文又稱為階段2)中，電極I及電極2維持在相同的正電壓或負(fù)電壓，且電極3維持在接地電勢。借助于實(shí)例，正電壓或負(fù)電壓可具有約IkV到約20kV的范圍中的量值。施加于電極I及電極2的電壓經(jīng)選擇以防止額外離子進(jìn)入加速器中且在電極2與電極3之間創(chuàng)建第二加速場。已存在于電極I與電極2之間的區(qū)域中的離子并未經(jīng)歷任何電場且沿其初始軌跡繼續(xù)前行。
[0063]在后續(xù)離子加速階段(本文又稱為階段3)中，電極I及電極2維持在不同電壓，且電極3維持在接地電勢。電極I維持在于電極I與電極2之間產(chǎn)生電場所需要的電壓，所述電場可致使離子(例如，在檢測周期的一個(gè)循環(huán)期間的正離子及在檢測周期的另一階段期間的負(fù)離子)改變其軌跡并朝電極2加速。電極2維持在與先前階段相同的電壓以在電極2與電極3之間產(chǎn)生所需電場。在此階段期間，離子無法進(jìn)入加速器且已處在電極I與電極2之間的區(qū)域中的離子加速離開加速器而進(jìn)入無場漂移室110中。在一些實(shí)施例中，在加速階段期間這兩個(gè)電極I與2之間的電壓差可在(例如)約IkV到約1kV的范圍中。
[0064]隨后，在離子檢測階段(本文稱為階段4)中，已進(jìn)入無場室110的離子行進(jìn)穿過所述室并由離子檢測器112檢測。在此階段期間，電極1、電極2及電極3維持在接地電勢。在一些實(shí)施例中，此階段可具有與后續(xù)離子檢測循環(huán)的離子接受階段的時(shí)間重疊。換句話說，隨著經(jīng)加速離子行進(jìn)穿過漂移室，可將一批新的離子引入到加速器中，即，電極I與電極2之間的空間之間。替代地，下一個(gè)循環(huán)的離子接受階段可開始于完成離子檢測階段(階段4)之后。
[0065]圖2示意地描繪脈沖發(fā)生器116的實(shí)施例，脈沖發(fā)生器116包含正電壓源200a及200b及負(fù)電壓源202a及202b以及被標(biāo)記為開關(guān)I到9的多個(gè)高電壓開關(guān)。在此實(shí)施例中，開關(guān)可通過以所屬領(lǐng)域中已知的方式采用高電壓(例如，M0SFET)晶體管來實(shí)施，但是在其它實(shí)施例中可采用其它技術(shù)。
[0066]參考圖3，在正離子檢測循環(huán)的階段I期間，開關(guān)8及開關(guān)9閉合且其它開關(guān)斷開以將電極I及電極2維持在接地電勢(如上文指示，電極3在檢測循環(huán)的4個(gè)階段期間維持在接地電勢)。在階段2期間，開關(guān)3、開關(guān)6及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以施加相同正電壓(SP，V2)于電極I及電極2，而電極3維持在接地電勢。如上文提及，這些電壓阻止額外正離子進(jìn)入電極I與電極2之間的區(qū)域中。在階段3期間，開關(guān)1、開關(guān)3、開關(guān)5及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以施加正電壓Vl于電極I并施加正電壓V2于電極2。在此階段中電極I與電極2之間的電壓差致使正離子改變其軌跡且朝無場漂移室加速(參見例如圖1A)。在檢測階段期間，電極I及電極2是通過采用階段I中利用的相同切換布置而維持在接地電勢。在此階段期間，經(jīng)加速離子行進(jìn)穿過無場漂移室且由離子檢測器檢測。
[0067]參考圖4，在負(fù)離子檢測循環(huán)的階段I期間，開關(guān)8及開關(guān)9閉合以將電極I及電極2維持在接地電勢，且其它開關(guān)斷開(如上文指示，電極3在檢測循環(huán)的4個(gè)階段期間維持在接地電勢)以在電極之間產(chǎn)生無場區(qū)域。如上文提及，在此階段期間，離子進(jìn)入電極I與電極2之間的區(qū)域。在階段2期間，開關(guān)4、開關(guān)6及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以施加相同負(fù)電壓(即，V2)于電極I及電極2，而電極3維持在接地電勢。施加相同負(fù)電壓于電極I及電極2在電極I與電極2之間產(chǎn)生無場區(qū)域，且在電極2與電極3之間產(chǎn)生電場。如上文提及，這些電壓阻止額外負(fù)離子進(jìn)入電極I與電極2之間的區(qū)域中。在階段3期間，開關(guān)2、開關(guān)4、開關(guān)5及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以施加負(fù)電壓Vl于電極I并施加負(fù)電壓V2于電極2。電極I與電極2之間的電壓差導(dǎo)致在電極I與電極2之間的區(qū)域中以及電極2與電極3之間的區(qū)域中產(chǎn)生電場，所述電場將負(fù)離子朝漂移室偏轉(zhuǎn)及加速。在循環(huán)的檢測階段期間，電極I及電極2是通過采用與階段I中利用的切換布置相同的切換布置維持在接地電勢。在此階段期間，經(jīng)加速離子行進(jìn)穿過無場漂移室且由離子檢測器檢測。如上文提及，在一些實(shí)施例中，后續(xù)離子檢測循環(huán)的離子接受階段可具有與離子檢測階段的時(shí)間重疊或可開始于終止離子檢測階段之后。
[0068]用于檢測正離子及負(fù)離子的循環(huán)可經(jīng)布置以獲得檢測周期內(nèi)的正循環(huán)及負(fù)循環(huán)的期望比。如本文所使用的檢測周期是指時(shí)間上可重復(fù)的一組正檢測循環(huán)及負(fù)檢測循環(huán)。借助于實(shí)例，圖5A示出了包含用于檢測正離子的一個(gè)循環(huán)及用于檢測負(fù)離子的一個(gè)循環(huán)的檢測周期。換句話說，在此實(shí)例中，檢測正離子消耗的時(shí)間與檢測負(fù)離子消耗的時(shí)間是相等的。雖然在此實(shí)例中負(fù)循環(huán)的階段I被示為開始于正循環(huán)的階段4完成之后，但是在一些情況中，負(fù)循環(huán)的階段I與正循環(huán)的階段4之間存在時(shí)間重疊。圖5B示出了其中循環(huán)在正離子模式與負(fù)離子模式之間交替的多個(gè)周期。觀察正離子消耗的時(shí)間與觀察負(fù)離子消耗相等時(shí)間。在其它實(shí)施例中，可采用正檢測循環(huán)及負(fù)檢測循環(huán)的其它時(shí)間布置。借助于說明，圖5C描繪其中5個(gè)連續(xù)正循環(huán)及5個(gè)連續(xù)負(fù)循環(huán)形成離子檢測的周期的實(shí)施例。如果從正到負(fù)的切換的時(shí)間尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于(例如，短10倍或更多倍)其它事件(例如，切換離子源的極性)，那么這可能是有利的。
[0069]在一些實(shí)施例中，可希望在檢測周期內(nèi)具有更多正循環(huán)或更多負(fù)循環(huán)。例如，考慮可預(yù)期產(chǎn)生負(fù)離子比產(chǎn)生正離子多的分析中的樣本。借助于實(shí)例，圖5D示出了其中離子檢測的周期包含7個(gè)正循環(huán)及3個(gè)負(fù)循環(huán)的此一實(shí)施例。在此情況中，正離子被觀察到的頻率小于負(fù)離子。通過增加正循環(huán)與負(fù)循環(huán)的比，對正離子或負(fù)離子的觀察將更被均勻地平衡。因?yàn)樗霰葘⑹且阎?，所以最終計(jì)數(shù)可按照比例調(diào)整以表示樣本后獲取中的正離子及負(fù)離子的存在。圖5E示出了其中2個(gè)正循環(huán)及8個(gè)負(fù)循環(huán)構(gòu)成離子檢測的一個(gè)周期的另一實(shí)施例中的正及負(fù)循環(huán)的布置。借助于進(jìn)一步說明，圖5F示出了另一實(shí)施例中的正及負(fù)循環(huán)的時(shí)間布置。在圖5F中，正循環(huán)與負(fù)循環(huán)的比隨時(shí)間變化。此布置(例如)在正離子的數(shù)目與負(fù)離子的數(shù)目比也隨時(shí)間變化的情況下可為有用的，且所述系統(tǒng)經(jīng)操作以獲得正循環(huán)與負(fù)循環(huán)的瞬時(shí)光學(xué)比。
[0070]可在脈沖發(fā)生器中用于實(shí)踐本教示的開關(guān)的數(shù)目及布置不限于上文討論的數(shù)目及布置。借助于實(shí)例，圖6示意地描繪根據(jù)另一實(shí)施例的脈沖發(fā)生器，其包含正電壓源300a、300b及負(fù)電壓源302a及302b以及標(biāo)記為開關(guān)I到開關(guān)7的7個(gè)開關(guān)。參考圖7，在此實(shí)施例中，在正離子檢測循環(huán)的階段I期間，開關(guān)5、開關(guān)6及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以將電極I及電極2維持在接地電勢(再一次，電極3在整個(gè)離子檢測循環(huán)中維持在接地電勢)。開關(guān)5在階段I中可斷開。在階段2期間，開關(guān)3及開關(guān)5閉合且其它開關(guān)斷開以將相同正電壓(S卩，正V2)供應(yīng)給電極I及電極2，這在電極I與電極2之間產(chǎn)生無場區(qū)域且在電極2與電極3之間的區(qū)域中產(chǎn)生電場。在階段3期間，開關(guān)I及開關(guān)3閉合且其它開關(guān)斷開以將不同正電壓施加于電極I及電極2(即，將正Vl施加于電極I且將正V2施加于電極2)。如上文討論，此電壓差創(chuàng)建致使離子朝漂移室偏轉(zhuǎn)及加速的電場。在階段4期間，開關(guān)5、開關(guān)6及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以確保所有三個(gè)電極均處在接地電勢。
[0071]繼續(xù)參考圖6及8，在用于檢測負(fù)離子的循環(huán)的階段I期間，開關(guān)5、開關(guān)6及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以將三個(gè)電極維持在接地電勢。開關(guān)5在階段I中可斷開。在階段2期間，開關(guān)4及開關(guān)5閉合且其它開關(guān)斷開以施加相同負(fù)電勢(S卩，負(fù)VI)于電極I及電極2。在階段3期間，開關(guān)2及開關(guān)4閉合以跨電極I及電極2施加電壓差以將負(fù)離子朝無場漂移室偏轉(zhuǎn)及加速。在階段4期間，開關(guān)5、開關(guān)6及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以將三個(gè)電極維持在接地電勢。
[0072]參考圖9，在另一實(shí)施例中，脈沖發(fā)生器可包含正電壓源400a、400b及負(fù)電壓源402a及402b，且可采用6個(gè)開關(guān)以在用于檢測正離子或負(fù)離子的循環(huán)的各個(gè)階段期間施加不同電壓于電極I及電極2。更具體地說，參考圖10，在用于檢測正離子的循環(huán)的階段I期間，開關(guān)5及開關(guān)6閉合且其它開關(guān)斷開以將電極耦合到電接地。在此循環(huán)的階段2期間，開關(guān)3及開關(guān)5閉合且其它開關(guān)斷開以施加相同正電壓(S卩，正V2)于電極I及電極2。在循環(huán)的階段3期間，開關(guān)I及開關(guān)3閉合且其它開關(guān)斷開以施加電壓差于電極I及電極2以將電極I與電極2之間的空間內(nèi)的離子偏轉(zhuǎn)及加速到無場漂移室。在循環(huán)的階段4期間，開關(guān)5及開關(guān)6閉合且其它開關(guān)斷開以將三個(gè)電極中的每一者維持在共同接地電勢。
[0073]參考圖9以及圖11，在用于檢測負(fù)離子的循環(huán)的階段I期間，開關(guān)5及開關(guān)6閉合且其它開關(guān)斷開以將電極1、電極2及電極3中的每一者維持在共同電接地。在階段2期間，開關(guān)4及開關(guān)5閉合且其它開關(guān)斷開以施加相同負(fù)電壓(S卩，負(fù)VI)于電極I及電極2以防止額外離子進(jìn)入電極I與電極2之間的空間中，如上文討論。在階段3期間，開關(guān)2及開關(guān)4閉合且其它開關(guān)斷開以跨電極I及電極2施加電壓差以將在電極I與電極2之間的空間中積累的離子朝漂移室偏轉(zhuǎn)及加速。在階段4期間，開關(guān)5及開關(guān)6閉合且其它開關(guān)斷開以將三個(gè)電極中的每一者維持在接地電勢。
[0074]借助于額外實(shí)例，圖12示意地描繪脈沖發(fā)生器的另一實(shí)施例，所述脈沖發(fā)生器包含兩個(gè)正電壓源500a/500b及兩個(gè)負(fù)電壓源502a/502b以在用于檢測正離子及負(fù)離子的循環(huán)期間施加電壓于電極1、電極2及電極3。參考圖13，在用于檢測正離子的循環(huán)的階段I中，開關(guān)5及開關(guān)6閉合且其它開關(guān)斷開以將三個(gè)電極中的每一者維持在接地電勢。在此循環(huán)的階段2期間，開關(guān)3及開關(guān)5閉合且其它開關(guān)斷開以施加相同正電壓(S卩，正V2)于電極I及電極2。在階段3期間，開關(guān)I及開關(guān)3閉合且其它開關(guān)斷開以跨電極I及電極2施加電壓差。在階段4期間，開關(guān)5及開關(guān)6閉合且其它開關(guān)斷開以將三個(gè)電極中的每一者電耦合到電接地，由此在電極I與電極2之間以及電極2與電極3之間產(chǎn)生無場區(qū)域。
[0075]參考圖12及圖14，在用于檢測負(fù)離子的循環(huán)的階段I中，開關(guān)5及開關(guān)6閉合且其它開關(guān)斷開以將三個(gè)電極中的每一者電耦合到接地電勢。在階段2期間，開關(guān)4及開關(guān)5閉合且其它開關(guān)斷開以施加相同負(fù)電壓(即，負(fù)VI)于電極I及電極2。在階段3期間，開關(guān)2及開關(guān)4閉合且其它開關(guān)斷開以施加負(fù)電壓Vl于電極I且施加負(fù)電壓V2于電極2。在階段4期間，開關(guān)5及開關(guān)6閉合且其它開關(guān)斷開以將電極中的每一者維持在電接地。
[0076]圖15說明脈沖發(fā)生器的另一實(shí)施例，所述脈沖發(fā)生器包含2個(gè)正電壓源600a及600b、2個(gè)負(fù)電壓源602a、602b、被標(biāo)記為開關(guān)I到6的6個(gè)開關(guān)以及電容器604。電容器604在一個(gè)端子處電耦合到電極2且可在其另一端子處經(jīng)由開關(guān)I及開關(guān)2耦合到正電壓源600a或負(fù)電壓源602a，且可經(jīng)由開關(guān)5耦合到電極I的一端。
[0077]參考圖15以及圖16，在用于檢測正離子的循環(huán)的階段I期間，開關(guān)1、開關(guān)6及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以將電極1、電極2及電極3中的每一者維持在接地電勢(類似于先前實(shí)施例，電極3在檢測循環(huán)的所有4個(gè)階段期間維持在接地電勢)。此外，在此階段期間，電容器604是由電壓源600a充電。在階段2期間，開關(guān)3及開關(guān)6閉合且其它開關(guān)斷開以施加相同正電壓(S卩，正V2)于電極I及電極2。在階段3期間，開關(guān)3及開關(guān)5閉合且其它開關(guān)斷開以跨電極I及電極2施加電壓差以將在電極I與電極2之間的空間中積累的離子偏轉(zhuǎn)及加速。在此階段期間，電容器604用作電壓源以促進(jìn)跨電極I及電極2施加電壓差。電極I上的電壓將是由兩個(gè)電力供應(yīng)器遞送的電壓的和。在階段4期間，開關(guān)1、開關(guān)6及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以將電極I及電極2維持在接地電勢且對電容器再充電。
[0078]參考圖15及圖17，在用于檢測負(fù)離子的循環(huán)的階段I期間，開關(guān)2、開關(guān)6及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以將電極I及電極2維持在接地電勢。在階段2期間，開關(guān)4及開關(guān)6閉合且其它開關(guān)斷開以施加相同負(fù)電壓(即，負(fù)V2)于電極I及電極2且對電容器604充電。在階段3期間，開關(guān)4及開關(guān)5閉合且其它開關(guān)斷開以跨電極I及電極2施加電壓差。在此階段期間，電容器604用作電壓源以促進(jìn)跨電極I及電極2施加電壓差。在階段4期間，開關(guān)2、開關(guān)6及開關(guān)7閉合且其它開關(guān)斷開以將電極I及電極2維持在接地電勢。在此階段期間，對在先前階段期間已被放電(或至少部分放電)的電容器進(jìn)行再充電。
[0079]在一些實(shí)施例中，用于檢測正離子的循環(huán)與用于檢測負(fù)離子的相鄰循環(huán)之間的過渡時(shí)間可在約10毫秒到約500毫秒的范圍中。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的教示可被結(jié)合在線性TOF分析器中，在線性TOF分析器中飛行時(shí)間可極短(例如，約10毫秒的數(shù)量級)，從而允許極高脈沖發(fā)生器頻率(例如，高于約200kHz的頻率)捕捉高百分比的離子。對于一些離子，捕捉率可為100%。捕捉率可取決于質(zhì)量。例如，具有低于最優(yōu)m/z的m/z(即，離子捕捉為100%的m/z)的離子將具有小于100%的捕捉率(例如，歸因于其高速度)。在一些實(shí)施例中，最優(yōu)脈沖發(fā)生器頻率可經(jīng)選取使得目標(biāo)質(zhì)量將在階段4中消耗的時(shí)間期間(S卩，階段I及階段4的完整重疊)行進(jìn)跨過加速器。具有大于目標(biāo)的質(zhì)荷比的質(zhì)荷比的所有離子將被捕捉并加速。具有小于目標(biāo)的質(zhì)荷比的質(zhì)荷比的一些離子將損失，因?yàn)橐恍╇x子將完全行進(jìn)穿過加速器且將退出加速器區(qū)域。
[0080]在一些實(shí)施例中，正離子及負(fù)離子的路徑可(例如)經(jīng)由靜電偏轉(zhuǎn)器在TOF分析器內(nèi)分離，其中正離子及負(fù)離子路徑在用于檢測離子的共同檢測器上結(jié)束。借助于實(shí)例，圖18示意地描繪根據(jù)本教示的TOF分析器700的此實(shí)施例的示范性實(shí)施方案，TOF分析器700包含包括三個(gè)電極1、電極2及電極3的加速器級，電極1、電極2及電極3是以上文結(jié)合先前實(shí)施例討論的方式來實(shí)施。離子在接受階段期間沿大體上垂直于分析器的縱軸(A)的路徑進(jìn)入電極I與電極2之間的空間，且在后續(xù)階段中經(jīng)由施加于電極I與電極2之間的電壓差朝縱軸偏轉(zhuǎn)。此電壓差進(jìn)一步將離子加速使得所述離子將實(shí)現(xiàn)(例如)約100eV到約15000eV的范圍中的期望能量。如在先前實(shí)施例中，電極3維持在接地電勢，且施加于電極I及電極2的電壓的極性可(例如)以上文討論的方式切換，使得正離子及負(fù)離子分別在正離子循環(huán)及負(fù)離子循環(huán)中經(jīng)加速且由檢測器檢測，如下文更詳細(xì)地討論。
[0081]在此實(shí)施例中，TOF分析器700進(jìn)一步包含安置在加速級下游以用于接收經(jīng)加速離子的離子偏轉(zhuǎn)器7 O 2。離子偏轉(zhuǎn)器包含沿相對于縱軸(A)的橫向方向分隔開以在其間提供離子可行進(jìn)穿過其的空間的兩個(gè)相對電極4及5。施加于電極4及電極5的電壓差(例如，DC電壓差)可沿垂直于離子的傳播方向的方向在這些電極之間的空間中產(chǎn)生電場以將正離子沿一個(gè)軌跡(Pl)偏轉(zhuǎn)且將負(fù)離子沿不同軌跡(NI)偏轉(zhuǎn)。正離子沿軌跡Pl行進(jìn)穿過無場漂移區(qū)以到達(dá)正離子鏡704，其將所述離子反射到無場漂移區(qū)內(nèi)指向離子偏轉(zhuǎn)器706的路徑P2。負(fù)離子繼而沿軌跡NI行進(jìn)穿過無場漂移區(qū)以到達(dá)負(fù)離子反射器，其將所述離子反射到無場漂移區(qū)內(nèi)指向離子偏轉(zhuǎn)器706的路徑N2。因此，在此實(shí)施例中，共同離子檢測器用于在正離子循環(huán)期間及負(fù)離子循環(huán)期間分別檢測正離子及負(fù)離子。
[0082]圖19示意地描繪根據(jù)本教示的TOF分析器800的另一實(shí)施例，TOF分析器800包含加速級802，其包括三個(gè)電極1、2及3。這些電極是以上文結(jié)合先前實(shí)施例討論的方式來實(shí)施且經(jīng)配置以將在電極I與電極2之間的空間中積累的正離子及負(fù)離子朝無場漂移室偏轉(zhuǎn)及加速。在此實(shí)施例中，兩個(gè)離子鏡804及806級聯(lián)地安置在加速級802與離子檢測器808之間的離子的傳播路徑中。離子鏡804及806經(jīng)配置使得離子遇到的第一離子鏡(S卩，離子鏡804)反射正離子且允許負(fù)離子行進(jìn)穿過，且第二離子鏡(即，離子鏡806)在負(fù)離子行進(jìn)穿過第一反射器之后反射負(fù)離子。在其它實(shí)施例中，離子鏡804及806可相對于彼此定位使得離子遇到的第一離子鏡將反射負(fù)離子且第二離子鏡將朝離子檢測器808反射正離子。
[0083]繼續(xù)參考圖19，由離子鏡804反射的正離子沿軌跡(A)傳播以到達(dá)檢測器，且由離子鏡806反射的負(fù)離子沿不同軌跡(B)傳播以到達(dá)檢測器808。檢測器檢測這些離子以所屬領(lǐng)域中已知的方式產(chǎn)生質(zhì)譜。在一些實(shí)施例中，軌跡(A)及軌跡(B)可為相同軌跡。換句話說，系統(tǒng)可經(jīng)配置使得級聯(lián)鏡將反射正離子及負(fù)離子使得兩種極性的離子均遵循朝檢測器的相同軌跡。
[0084]在一些其它實(shí)施例中，只采用單個(gè)離子鏡且離子鏡是經(jīng)由控制器控制以在其中檢測到正離子及負(fù)離子的循環(huán)期間分別提供正離子及負(fù)離子的反射。借助于實(shí)例，圖20示意地描繪TOF分析器900的此實(shí)施例，TOF分析器900具有包括電極902a、902b及902c的加速器級902以及離子鏡904。控制器906控制脈沖發(fā)生器908以施加電壓于加速器的電極以按照上文討論的方式針對正離子檢測及負(fù)離子檢測的循環(huán)配置加速器。此外，控制器控制脈沖發(fā)生器以配置離子鏡以與加速器同步地反射正離子或負(fù)離子。當(dāng)加速器經(jīng)配置以將正離子朝分析器的漂移室偏轉(zhuǎn)及加速時(shí)，控制器指示脈沖發(fā)生器施加適當(dāng)?shù)碾妷河陔x子鏡904的電極使得離子鏡將反射行進(jìn)穿過漂移室的一部分的正離子以使其行進(jìn)穿過漂移室的另一部分而到達(dá)離子檢測器910。當(dāng)加速器經(jīng)配置以將負(fù)離子偏轉(zhuǎn)及加速時(shí)，控制器指示脈沖發(fā)生器(例如，經(jīng)由施加適當(dāng)?shù)碾妷河谄潆姌O)配置離子鏡以朝離子檢測器910反射負(fù)離子。
[0085]在一些實(shí)施例中，TOF分析器可從質(zhì)譜儀的上游級接收離子，而非直接從離子源接收離子。例如，在一些實(shí)施例中，質(zhì)譜儀可為其中TOF分析器從上游四極分析器接收離子的MS/MS分析器。
[0086]可在各種應(yīng)用(例如，蛋白質(zhì)、代謝物、食品污染、環(huán)境毒素的質(zhì)譜檢測)中在短于由常規(guī)質(zhì)譜儀實(shí)現(xiàn)的時(shí)間周期的時(shí)間周期中采用根據(jù)本教示的質(zhì)譜儀。
[0087]標(biāo)題是“用于針對質(zhì)譜分析遞送超快脈沖發(fā)生器極性切換的三重開關(guān)拓?fù)?Triple Switch Topology For Delivering Ultrafast Pulser Polarity SwitchingFor Mass Spectrometry)”的第2013/0214148號美國公布的申請案以全文引用方式并入本文中。
[0088]所屬領(lǐng)域一般技術(shù)人員將明白，可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下對以上實(shí)施例做出各種修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種質(zhì)譜儀，其包括 飛行時(shí)間TOF分析器，其包括 加速器級，其包括多個(gè)電極且適于接收及加速多個(gè)離子， 漂移室，其安置在所述加速器級下游以用于接收所述經(jīng)加速離子的至少一部分， 脈沖發(fā)生器，其耦合到所述加速器以用于施加一或多個(gè)電壓于所述多個(gè)電極， 控制器，其耦合到所述脈沖發(fā)生器且適于致使所述脈沖發(fā)生器調(diào)整施加于所述電極的一或多個(gè)電壓以配置所述加速器級以在離子檢測周期的不同循環(huán)期間接收及加速正離子及負(fù)咼子。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TOF分析器，其中所述脈沖發(fā)生器包括至少一個(gè)正電壓源及至少一個(gè)負(fù)電壓源以及用于選擇性地將所述電壓源耦合到所述多個(gè)電極的多個(gè)開關(guān)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的TOF分析器，其中所述控制器選擇性地激活所述開關(guān)中的一或多者及將所述開關(guān)中的一或多者解除激活以改變施加于所述一或多個(gè)電極的一或多個(gè)電壓的極性以將所述加速器級從正離子模式配置為負(fù)離子模式。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的TOF分析器，其中所述控制器耦合到所述離子源且適于配置所述離子源以當(dāng)所述加速器級在正離子模式中時(shí)向所述加速器級供應(yīng)正離子，且當(dāng)所述加速器級在負(fù)離子模式中時(shí)向所述加速器級供應(yīng)負(fù)離子。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TOF分析器，其中所述加速器級包括， 第一電極， 安置在所述第一電極下游的第二電極，及 安置在所述第二電極下游的第三電極， 其中加速器級經(jīng)配置以接收所述離子到所述第一電極與所述第二電極之間的空間中。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的TOF分析器，其中所述第三電極經(jīng)安置而鄰近于所述漂移室的入口，且其中所述第三電極維持在所述接地電勢。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的TOF分析器，其中所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器在用于檢測正離子的循環(huán)的第一階段期間將所述第一電極及所述第二電極維持在所述接地電勢以允許多個(gè)正離子積累在所述第一電極與所述第二電極之間的空間中。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的TOF分析器，其中所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器在所述循環(huán)的第二階段期間施加相等的正電壓于所述第一電極及所述第二電極以抑制額外正離子進(jìn)入所述第一電極與所述第二電極之間的所述空間中且在所述第二電極與所述第三電極之間創(chuàng)建電場。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的TOF分析器，其中所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器在所述循環(huán)的第三階段期間施加電壓差于所述第一電極與所述第二電極之間以將積累在所述第一電極與所述第二電極之間的所述空間中的所述離子朝所述漂移室加速。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的TOF分析器，其中所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器在其中所述經(jīng)加速離子行進(jìn)穿過所述漂移室的所述循環(huán)的第四階段期間將所述第一電極及所述第二電極維持在所述接地電勢。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的TOF分析器，其中所述循環(huán)的所述第四階段具有與用于檢測離子的后續(xù)循環(huán)的第一階段的時(shí)間重疊。12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的TOF分析器，其中所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器在用于檢測負(fù)離子的循環(huán)的第一階段期間將所述第一電極及所述第二電極維持在所述接地電勢以允許多個(gè)負(fù)離子積累在所述第一電極與所述第二電極之間的空間中。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的TOF分析器，其中所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器在所述循環(huán)的第二階段期間施加相同的負(fù)電壓于所述第一及第二電極以抑制額外負(fù)離子進(jìn)入所述第一電極與所述第二電極之間的所述空間中且在所述第二電極與所述第三電極之間創(chuàng)建電場。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的TOF分析器，其中所述控制器致使所述電壓源在所述循環(huán)的第三階段期間施加電壓差于所述第一電極與所述第二電極之間以將積累在所述第一電極與所述第二電極之間的所述空間中的所述負(fù)離子朝所述漂移室加速。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的TOF分析器，其中所述控制器致使所述脈沖發(fā)生器在其中所述經(jīng)加速負(fù)離子行進(jìn)穿過所述漂移室的所述循環(huán)的第四階段期間將所述第一電極及所述第二電極維持在所述接地電勢。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TOF分析器，其進(jìn)一步包括安置在所述加速器級下游的離子偏轉(zhuǎn)器以將經(jīng)加速正離子及負(fù)離子沿不同軌跡偏轉(zhuǎn)以行進(jìn)穿過所述漂移室的至少一部分。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的TOF分析器，其進(jìn)一步包括正離子鏡及負(fù)離子鏡中的一者，所述正離子鏡安置在所述偏轉(zhuǎn)器下游且經(jīng)配置以從所述偏轉(zhuǎn)器接收所述正離子且朝所述離子檢測器反射所述經(jīng)接收正離子;所述負(fù)離子鏡安置在所述偏轉(zhuǎn)器下游且經(jīng)配置以從所述偏轉(zhuǎn)器接收所述負(fù)離子且朝所述離子檢測器反射所述經(jīng)接收負(fù)離子。18.—種使用飛行時(shí)間TOF分析器執(zhí)行質(zhì)譜分析的方法，其包括: 配置所述TOF分析器的加速器級以在用于檢測正離子及負(fù)離子的不同循環(huán)期間接收及加速正離子及負(fù)離子， 在所述循環(huán)中的每一者期間使所述經(jīng)加速正離子及負(fù)離子行進(jìn)穿過漂移室，及 在所述離子在所述循環(huán)中的每一者中行進(jìn)穿過所述漂移室之后檢測所述離子的至少一部分。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中用于檢測正離子的至少一個(gè)循環(huán)具有與用于檢測負(fù)離子的至少一個(gè)循環(huán)的部分時(shí)間重疊。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中配置所述加速器級的所述步驟包括切換施加于所述加速器的一或多個(gè)電極的一或多個(gè)電壓的極性。
【文檔編號】G01J3/28GK105849515SQ201480070500
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年11月28日
【發(fā)明人】馬爾蒂安·丹尼爾·迪馬, 羅伯特·霍伊夫勒
【申請人】Dh科技發(fā)展私人貿(mào)易有限公司