本公開涉及飛行時(shí)間質(zhì)譜分析，并涉及單反射和多反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的改進(jìn)的脈動(dòng)離子轉(zhuǎn)換方法。
背景技術(shù)：
：飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(TOFMS)通過使離子加速通過TOFMS，飛向檢測器，并記錄在TOFMS內(nèi)到檢測器的離子行進(jìn)時(shí)間的測量結(jié)果，確定離子的質(zhì)荷比(m/z)。一些實(shí)現(xiàn)方案連續(xù)利用兩個(gè)TOFMS(TOF/TOF)。TOFMS的其它實(shí)現(xiàn)方案可包括在TOFMS進(jìn)行分析之前，處理樣本的氣相色譜法(GC-TOFMS)或液相色譜法(LC-TOFMS)。另外，GC-TOFMS和LC-TOFMS的這種實(shí)現(xiàn)方案可利用四極桿離子阱(LC-Q-TOF和GC-Q-TOF)，比如通過引用包含在本文中的美國專利申請2013/0068942。TOFMS的參數(shù)依賴于與脈動(dòng)且連續(xù)的離子源的高效耦合。為了形成離子包，TOFMS通常采用停滯離子云的脈動(dòng)加速。在早期實(shí)現(xiàn)方案中，離子累積在電子轟擊(EI)離子源中，并被脈動(dòng)加速到TOFMS中。在[W.C.Willey,I.H.McLaren,Rev.Sci.Instr.26,1150(1955)]中，提出一種從EI源的延遲離子引出方法，以改善線性TOFMS的分辨率。在SU1681340中，Dodonov等描述一種借助正交加速器(OA)把連續(xù)的離子束轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)離子包的有效解決方案。在某種意義上，在TOF分離的方向上，使離子束停滯。與以前的脈沖偏轉(zhuǎn)方法相比，OA方法大大改善了脈動(dòng)轉(zhuǎn)換的工作比。OA脈動(dòng)轉(zhuǎn)換方法呈現(xiàn)通用性(即，適用于任意類型的離子源)，已在LC-TOF、LC-Q-TOF和GC-Q-TOF儀器的商業(yè)儀器中廣泛采用。準(zhǔn)備短離子包的另一種方法-移動(dòng)并且初始較寬的離子包的脈動(dòng)聚束(bunching)-在關(guān)于時(shí)間-能量空間中的離子包的變換的核物理學(xué)中早就已知。離子包的這種變換包括時(shí)間壓縮、能量展度縮減或者時(shí)間焦平面調(diào)整。為了形成初始離子包(在聚束步驟之前)，核物理學(xué)通常采用連續(xù)離子束的斷續(xù)(chopping)，比方說利用機(jī)械斷續(xù)器，比如旋轉(zhuǎn)帶有狹縫的圓盤。從而，在向停滯的離子云施加脈動(dòng)加速的時(shí)候，向已經(jīng)在移動(dòng)的離子包施加聚束。離子包的軸向脈動(dòng)聚束已用在質(zhì)譜學(xué)領(lǐng)域中，在基質(zhì)輔助激光解吸電離(MALDI)儀器中已進(jìn)行了探索。MALDITOF中的延遲引出(DE)采用利用脈動(dòng)激光發(fā)射(shot)形成的短離子包的聚束。如在US5760393、US5625184和US6541765中所述(均通過引用包含在本文中)，這種DE方法通過避免引出的離子和稱為MALDI羽流的噴射物之間的高能碰撞，改善了時(shí)間聚焦和源魯棒性。在均通過引用包含在本文中的US5739529、US6703608、US6717131、US6300627、US6512225、US6621074、US6348688、US6770870、US7667195、US8461521、WO2011028435、US2012168618和WO2013134165中，記載了在TOF-TOF級聯(lián)中施加離子包的軸向聚束。在脈沖噴射多極之后，還提出了移動(dòng)離子包的聚束，如在通過引用包含在本文中的US5689111(圖8)中所述。最初在最近出現(xiàn)的多反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(MR-TOFMS)中，采用了已知的脈動(dòng)轉(zhuǎn)換方法。記載在(均通過引用包含在本文中的)GB2403063A和WO2005001878中的具有借助周期透鏡實(shí)現(xiàn)的離子空間約束的MR-TOFMS提供質(zhì)量分辨能力和數(shù)據(jù)獲取速度的優(yōu)越組合。分辨率被大大增強(qiáng)，幾乎與飛行路徑延伸成比例地升高。盡管單反射TOFMS中的飛行路徑約為儀器尺寸的3倍，不過，LECO公司的商用MR-TOFMSCitiusHRT在0.6m長的分析器中提供16m的飛行路徑(即，允許按大于25的系數(shù)的軌道折疊)。如果利用如記載在通過引用包含在本文中的GB2478300和WO2011107836中的圓柱分析器幾何結(jié)構(gòu)，那么在1m長的儀器中，飛行路徑有可能能夠被增大到幾百米。然而，脈動(dòng)轉(zhuǎn)換器的工作比極限限制了MR-TOFMS的靈敏度。如果采用正交加速器(OA)，如在WO2007044696中所述，那么歸因于分析器接受限制，在1ms的脈沖時(shí)段和6-8mm的OA長度的情況下，工作比被降低到小于0.3-0.5％。如果采用備用的軸向阱轉(zhuǎn)換器，那么電荷吞吐量變成局限于1E+7–1E+8離子/秒，如B.Kozlov等在ASMS2005在“LinearIonTrapwithAxialEjectionasaSourceforaTOFMS”中所述。隨著離子源的最新改進(jìn)，比如提供1E+9離子/秒的ESI源，或者提供高達(dá)1E+11離子/秒的EI源，阱轉(zhuǎn)換器的有效工作比變得甚至小于OA的工作比。隨著基于編碼頻繁脈動(dòng)的復(fù)用方法的引入，該問題得到顯著緩和，如在通過引用包含在本文中的WO2011135477中所述。平均脈沖頻率從1kHz增大到100kHz，這使OA工作比提高到約30％，還改善了分析器的動(dòng)態(tài)范圍(由于空間電荷效應(yīng)，局限于一個(gè)質(zhì)量的約1000離子/包)以及檢測器和數(shù)據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。該方法已被擴(kuò)展到各種級聯(lián)上，如在通過引用包含在本文中的WO2013067366、WO2013192161和WO2014176316中所述。正交加速(OA)的方案存在缺陷。首先，當(dāng)緩慢的連續(xù)離子束填充OA間隙時(shí)，OA方案對無場條件的微小畸變非常敏感。表面和網(wǎng)格(mesh)污染影響理想的OA操作。其次，為了形成明顯的離子包，束空間角發(fā)射度必須較低，通常低于100eV*mm2*deg2(這可在30-50eV能量下，利用1-2mm和1-2deg實(shí)現(xiàn))，這需要在OA之前的連續(xù)離子束的修整，從而引入離子損耗。碰撞射頻(RF)離子導(dǎo)向器，比如充填氣體的純RF四極桿有助于顯著降低離子束發(fā)射度，以使這些損耗適度。然而，RF離子導(dǎo)向器的電荷吞吐量有限，當(dāng)利用諸如EI或ICP之類的強(qiáng)源時(shí)，在OA入口處的空間損耗似乎依賴于10nA以上的離子電流。第三，對于較高的分辨力，達(dá)到較小的回轉(zhuǎn)期需要OA中的較大場強(qiáng)，和脈沖發(fā)生器的較大振幅(2kV以上)。這可能需要使用至少兩個(gè)脈沖發(fā)生器，這增大了成本，并且在利用編碼頻繁脈動(dòng)時(shí)，與100kHz脈動(dòng)率結(jié)合變得富有挑戰(zhàn)性。第四，通過在OA中使用高加速場的回轉(zhuǎn)期的進(jìn)一步減小(為更高分辨率所需)受到超過MR-TOF能量接受度的離子包能量展度的關(guān)聯(lián)升高的限制。從而，仍然存在與用于MR-TOFMS的正交加速相關(guān)的一些實(shí)際問題。需要一種將連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)離子源耦合到MR-TOF分析器的成本更低且更有效的解決方案。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：當(dāng)向連續(xù)離子束施加軸向聚束，之后進(jìn)行離子包的能量過濾，以除去不適合飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的能量接受度的具有過度能量展度的離子時(shí)，連續(xù)離子束到脈動(dòng)包的脈動(dòng)轉(zhuǎn)換變得有效。連續(xù)離子束優(yōu)選被加速到中等能量(幾百ev-幾keV)，并在聚束步驟之前被整形，以便實(shí)現(xiàn)較小的角展度。優(yōu)選利用彎曲的靜電扇形體，或者利用成一定角度的無柵離子鏡，實(shí)現(xiàn)能量過濾。在多種實(shí)際情況下，新穎的軸向聚束方法比廣泛使用的正交加速方法有效。盡管時(shí)間工作比稍低，不過軸向聚束方法可能導(dǎo)致更高的效率，因?yàn)樗邮苓B續(xù)離子束的寬得多(2個(gè)數(shù)量級)的發(fā)射度，并且消除在OA之前的空間損耗。軸向聚束能夠形成甚至更短的離子包，盡管該方法也可能降低工作比。軸向聚束可以利用脈沖發(fā)生器的小得多的振幅，從而增大利用高頻脈動(dòng)時(shí)的編碼頻繁脈動(dòng)的便利性。新方法的進(jìn)一步分析揭示軸向聚束方案的幾個(gè)出色優(yōu)點(diǎn)。該方法允許細(xì)微地控制離子包的空間散度、時(shí)間和能量展度，以在TOFMS中實(shí)現(xiàn)高分辨率、極好的峰形和高的同量異位素豐度。對于多數(shù)實(shí)用離子源，離子束發(fā)射度顯得足夠小，以適合MR-TOF分析器的空間接受度，而不增加時(shí)間每空間展度偏差。離子束的連續(xù)加速降低絕對速度展度，從而回轉(zhuǎn)期可被顯著降低到1ns范圍。通過使更高的脈沖振幅的使用成為可能，而不因分析器中的過度離子能量展度影響峰寬，能量過濾步驟也作出貢獻(xiàn)。這兩種手段都改善TOFMS中的分辨率和峰形，盡管以時(shí)間工作比為代價(jià)。不過借助編碼頻繁脈動(dòng)的方法，并且利用如在通過引用包含在本文中的WO2013063587中所述的具有更寬能量接受度(10-14％)的MR-TOF分析器，可以改善工作比。發(fā)明人還認(rèn)識到：(a)軸向聚束可以利用脈沖振幅有限的單脈沖發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)；(b)當(dāng)應(yīng)用如在通過引用包含在本文中的WO2013192161中所述的非冗余采樣的方法時(shí)，軸向聚束與SIMS或MALD方法中的表面成像更相容；(c)可在級聯(lián)質(zhì)譜儀的兩級處(即，在TOF1中的母離子選擇處，和在TOF2中的碎片離子分析處)，采用所述新方法，同時(shí)利用各種碎裂單元，低氣壓下的短CID、填充氣體的RF離子導(dǎo)向器、帶滑動(dòng)碰撞的短SID單元或者橫跨離子束定向的平面SID；(d)當(dāng)利用在目標(biāo)GC-MS分析處應(yīng)用的脈動(dòng)或準(zhǔn)連續(xù)離子源時(shí)(盡管以被分析的質(zhì)量范圍為代價(jià))，或者當(dāng)選擇母離子時(shí)，可以獲得更高的工作比；(e)當(dāng)利用寬孔和高多極純RF離子導(dǎo)向器以形成優(yōu)選包括較小能量展度和角展度的寬連續(xù)離子束時(shí)，工作比增大。按照本公開的第一方面，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀順序地包括離子源、加速級、脈動(dòng)聚束器、等時(shí)能量過濾器和飛行時(shí)間質(zhì)量分析器。離子源可以是生成離子束的連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)離子源。加速級把離子束連續(xù)加速到比離子束的初始能量展度至少大10倍的能級。脈動(dòng)聚束器具有連接到脈動(dòng)電壓源的至少一個(gè)電極，用于大體沿著束方向的離子加速或減速。等時(shí)能量過濾器透射在飛行時(shí)間分析器的能量接受范圍內(nèi)的離子。飛行時(shí)間質(zhì)量分析器可被具體體現(xiàn)成單反射TOFMS或MR-TOFMS。另外，飛行時(shí)間質(zhì)量分析器具有飛行時(shí)間檢測器。本公開的第一方面的實(shí)現(xiàn)可視情況包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)特征。在一些實(shí)現(xiàn)中，所述設(shè)備還包括抑制器，所述抑制器拒斥接近聚束器的具有受聚束脈沖影響的能級的離子。抑制器包括連接到脈沖發(fā)生器的至少一個(gè)電極。在其它實(shí)現(xiàn)中，不包括抑制器，但是布置能量過濾器，以除去不需要的“邊界”能量的離子，從而消除在加速器邊界處形成的減速離子。視情況，連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)離子源生成能量展度小于10eV的離子束。所述設(shè)備視情況還包括在脈動(dòng)聚束器之前的空間聚焦透鏡，用于：(i)減小離子束角展度，以致脈動(dòng)聚束器內(nèi)的軸向能量展度保持與在所述離子源之后的初始能量展度相當(dāng)；和/或(ii)把離子包空間聚焦到能量過濾器的狹縫或孔徑上。另外，所述設(shè)備可視情況包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)觸發(fā)脈動(dòng)聚束器，并記錄來自檢測器的波形信號。在一些實(shí)現(xiàn)中，能量過濾器具有在用于中心離子能量的離子包空間/角聚焦平面處的孔徑或狹縫，和下述一組中的至少一個(gè)色離子光學(xué)元件：(i)等時(shí)靜電扇形體；(ii)空間聚焦和等時(shí)無柵離子鏡；(iii)一對偏轉(zhuǎn)器；(v)一組周期透鏡；(vi)色透鏡；(vii)上述元件的組合。脈動(dòng)聚束器視情況包括平均頻率至少50KHz的脈沖發(fā)生器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)視情況包括觸發(fā)時(shí)鐘，所述觸發(fā)時(shí)鐘具有形成預(yù)置的一串脈沖的能力，所述一串脈沖具有通常唯一的脈沖間時(shí)間間隔，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)視情況根據(jù)通常唯一的脈沖間隔，解碼部分交疊的譜。在其它實(shí)施例中，所述設(shè)備包括在離子源之前的雙級或單級色譜儀，所述離子源可包括：(i)封閉的電子轟擊離子源；(ii)具有大小為0.1-1cm2的總開口和正偏置電子狹縫的半開電子轟擊離子源；(iii)化學(xué)電離源；(iv)在電子轟擊離子源上游的化學(xué)電離源；(v)光化學(xué)電離源；(iv)有條件的輝光放電離子源；(vi)被分析物內(nèi)能在超聲速氣體射流中冷卻的冷電子轟擊離子源；和(vii)場電離源。在其它實(shí)施例中，所述設(shè)備包括在離子源和連續(xù)加速器之間的氣體填充純RF離子導(dǎo)向器，離子源視情況被具體體現(xiàn)為下述之一：(i)ESI離子源；(ii)APCI離子源；(iii)APPI離子源；(iv)氣體填充MALDI離子源；(v)EI離子源；(vi)CI離子源；(vii)冷EI離子源；(viii)光化學(xué)電離離子源；和(ix)有條件的輝光放電離子源。所述設(shè)備視情況還可包括在離子源和RF離子導(dǎo)向器之間的一個(gè)離子操縱設(shè)備，所述離子操縱設(shè)備可被具體體現(xiàn)為下述之一：(i)四極質(zhì)量分析器；(ii)飛行時(shí)間質(zhì)量分析器；(iii)阱陣列質(zhì)量分析器；(iv)離子遷移分離器；和(v)碎裂單元。在其它實(shí)現(xiàn)中，離子源或RF離子導(dǎo)向器可具有用于離子累積和能量展度低于10eV的離子包的脈動(dòng)噴射的裝置。檢測器可包括用于把撞擊離子包轉(zhuǎn)換成二次電子的導(dǎo)電板。這種情況下，使轉(zhuǎn)換器板相對于譜儀的漂移區(qū)負(fù)浮置，并且平行于檢測到的離子包的時(shí)間波前地對準(zhǔn)。此外在這種情況下，檢測器包括用于按30°-180°的角度使電子轉(zhuǎn)向的至少一個(gè)磁體、涂覆或覆蓋以導(dǎo)電網(wǎng)(所述網(wǎng)的電位被調(diào)整成比轉(zhuǎn)換器板高至少正1kV)的閃爍體以及放置在所述閃爍體之后的密封的光電子倍增器。按照本公開的第二方面，飛行時(shí)間質(zhì)譜分析方法順序地包括：(a)電離離子源中的離子，生成初始能量展度低于10eV的連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)離子束；(b)把離子束連續(xù)加速到比初始能量展度大至少10倍的平均能量；(c)在空間聚焦平面處空間聚焦離子束，同時(shí)使離子角展度維持在限度之內(nèi)，以致軸向離子能量展度保持與初始能量展度相當(dāng)；(d)利用聚束區(qū)的具有一個(gè)時(shí)間邊界和另一個(gè)空間邊界的脈動(dòng)加速或減速電場，聚束所述連續(xù)離子束，從而形成離子包；(e)在離子包的色偏轉(zhuǎn)或聚焦時(shí)，等時(shí)過濾離子包的能量，在位于空間/角聚焦平面中的至少一個(gè)孔徑上除去具有不需要的能量的離子，同時(shí)通過在后續(xù)飛行時(shí)間質(zhì)量分析步驟的能量接受度范圍內(nèi)的離子；(f)在至少一個(gè)離子鏡處的靜電場中的等時(shí)單反射或多反射時(shí)，時(shí)間分離離子包；(g)利用飛行時(shí)間檢測器，檢測離子包，從而形成波形信號；和(h)分析所述信號，以提取質(zhì)譜信息。本公開的第二方面的實(shí)現(xiàn)可包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)特征。所述方法優(yōu)選還包括拒斥其能量受聚束步驟影響從而位于聚束邊界之外的離子的步驟?；蛘?，能量過濾步驟可被布置成除去處于不需要的“邊界”能量處的離子，以消除在加速器邊界處形成的減速離子。所述等時(shí)能量過濾步驟優(yōu)選可包括利用孔徑或狹縫的離子包撇取步驟，和利用下述一組中的一個(gè)靜電場的等時(shí)色離子束聚焦或偏轉(zhuǎn)步驟：(i)靜電扇形體的偏轉(zhuǎn)場；(ii)無柵離子鏡的成一定角度的反射場；(iii)至少一對偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)場；(v)周期透鏡的周期空間聚焦場；(vi)至少一個(gè)色透鏡的聚焦場；和(vii)上述場的組合。為了增大所述方法的動(dòng)態(tài)范圍，優(yōu)選可按與時(shí)間分離步驟時(shí)的離子飛行時(shí)間相比小至少10倍的時(shí)段布置脈動(dòng)聚束步驟，所述方法還可包括在檢測步驟時(shí)按不小于離子包時(shí)間寬度的時(shí)間增量利用相鄰脈沖之間的通常唯一的時(shí)間間隔編碼聚束脈沖的步驟，還可包括在譜分析步驟時(shí)解碼與多個(gè)聚束脈沖對應(yīng)的部分交疊信號的步驟。所述方法優(yōu)選還可包括在電離步驟之前的雙級或單級色譜分離步驟；其中電離步驟可包括下述之一：(i)開口小于0.1cm2的體積內(nèi)的利用電子束的電離；(ii)總開口為0.1-1.0cm2的體積內(nèi)的利用電子束的電離，和通過在電離電子束附近正偏置電極，除去二次電子；(iii)化學(xué)電離；(iv)在電子轟擊電離上游的化學(xué)電離，用于交替電離方法；(v)光化學(xué)電離；(iv)有條件的輝光放電電離；(vi)冷EI電離(即，伴隨有超聲速氣體射流中的被分析物內(nèi)部分子冷卻的電子轟擊電離)；和(vii)場電離。所述方法優(yōu)選還可包括在電離步驟和連續(xù)加速步驟之間，RF離子導(dǎo)向器的徑向非均勻RF場內(nèi)的氣體碰撞中的離子束約束步驟；其中電離步驟可包括下述之一：(i)ESI電離；(ii)APCI電離；(iii)APPI電離；(iv)真空前氣壓下的MALDI電離；(v)EI電離；(vi)CI電離；(vii)冷EI電離；(viii)光化學(xué)電離；和(ix)有條件的輝光放電電離。所述方法優(yōu)選還可包括在電離步驟和氣態(tài)離子約束步驟之間的一個(gè)離子操縱步驟；其中離子操縱可包括下述之一，或者下述的組合：(i)四級RF和DC場中的質(zhì)量分離；(ii)飛行時(shí)間質(zhì)量分離；(iii)RF和DC場阱的陣列中的離子的俘獲，繼之以脫離俘獲場陣列的順序質(zhì)量相關(guān)離子噴射；(iv)離子遷移分離；和(v)碎裂離子。所述方法優(yōu)選還可包括在電離步驟或者氣態(tài)RF離子導(dǎo)向器中的離子約束步驟時(shí)的離子累積和離子包的脈動(dòng)噴射的步驟。為了改善分析的動(dòng)態(tài)范圍，離子包檢測步驟優(yōu)選可包括以下相繼步驟：(i)使導(dǎo)電板平行對準(zhǔn)所述檢測的離子包的時(shí)間波前；(ii)在導(dǎo)電板表面附近，布置加速場；(iii)把撞擊離子包轉(zhuǎn)換成二次電子；(iv)在30-300高斯的磁場內(nèi)，使所述電子轉(zhuǎn)向30-180°的角度；(iv)利用至少1kV，使二次電子加速；(v)把二次電子引導(dǎo)到閃爍體上，從而產(chǎn)生光子；(v)利用表面漏電或放電，使靜電電荷從閃爍體的表面引向覆蓋或涂覆閃爍體的表面的導(dǎo)電網(wǎng)；和(vi)利用放置在閃爍體之后的密封光電子倍增器，檢測光子。為了增加MS-MS能力，在飛行時(shí)間分析器的靜電場中的時(shí)間分離步驟之后，所述方法優(yōu)選還可包括定時(shí)離子選擇步驟，和下述一組中的離子碎裂步驟：(i)平行于時(shí)間波前布置并且面向一次離子包的表面上的表面誘導(dǎo)解離SID；(ii)相對于母離子包的軌跡成滑動(dòng)角布置的表面誘導(dǎo)解離SID；(iii)在氣壓P下長度L小于1厘米的短CID單元內(nèi)的碰撞誘導(dǎo)解離CID，其被調(diào)整，以維持1-5cm*mTor的乘積P*L，這對應(yīng)于母離子的單一平均碰撞；(iv)通過選擇0.1-0.3cm2之間的所述源開口，布置在所述源內(nèi)的碰撞誘導(dǎo)解離CID；(v)在碎裂步驟之后的脈動(dòng)加速；(vi)在碎裂步驟之后的利用透鏡的空間聚焦；(vii)在碎裂步驟之后的碎片離子包的后加速；(viii)在碎裂步驟之后的轉(zhuǎn)向。所述譜解碼步驟優(yōu)選包含使離子信號的時(shí)間變化與所述色譜分離、所述離子遷移分離或所述質(zhì)量分離相關(guān)聯(lián)的步驟。為了調(diào)整工作比和離子包的時(shí)間寬度，所述方法優(yōu)選還可包括下述步驟之一：(i)在所述連續(xù)加速步驟時(shí)調(diào)整連續(xù)離子束的平均能量；(ii)在所述聚束步驟時(shí)調(diào)整場強(qiáng)；和(iii)在能量過濾步驟時(shí)調(diào)整透過的能量展度。按照本公開的第三方面，把連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)離子束脈動(dòng)轉(zhuǎn)換成離子包的方法包括以下按序步驟：(a)電離離子源中的離子，生成初始能量展度低于10eV的連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)離子束；(b)把離子束連續(xù)加速到比初始能量展度大至少10倍的平均能量；(c)在空間聚焦平面處空間聚焦離子束，同時(shí)使離子角展度維持在限度之內(nèi)，以致軸向離子能量展度保持與低于10ev的初始能量展度相當(dāng)；(d)利用聚束區(qū)的具有一個(gè)時(shí)間邊界和另一個(gè)空間邊界的脈動(dòng)加速或減速電場，聚束所述連續(xù)離子束，從而形成離子包；(e)拒斥在聚束邊界之外的其能量受聚束影響的離子；和(f)在離子包的色偏轉(zhuǎn)或聚焦時(shí)，等時(shí)過濾離子包的能量展度，在位于空間/角聚焦平面中的至少一個(gè)孔徑上除去具有不需要的能量的離子，同時(shí)通過適合期望的能量接受度的離子。等時(shí)能量過濾步驟優(yōu)選地可包括利用孔徑或狹縫的離子包撇取步驟，和利用下述中的一個(gè)靜電場的等時(shí)色離子束聚焦或偏轉(zhuǎn)步驟：(i)靜電扇形體的偏轉(zhuǎn)場；(ii)無柵離子鏡的成一定角度的反射場；(iii)至少一對偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)場；(v)周期透鏡的周期空間聚焦場；(vi)至少一個(gè)色透鏡的聚焦場；和(vii)上述場的組合。為了增大轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)選地，可按10μs-100μs的脈動(dòng)時(shí)段布置離子脈動(dòng)聚束步驟；還可包括利用通常唯一的時(shí)間間隔編碼聚束脈沖，以便隨后解碼具有不同m/z的離子的部分交疊的包的步驟。在一些實(shí)現(xiàn)中，聚束步驟是利用無柵電極實(shí)現(xiàn)的。無柵電極視情況被具體體現(xiàn)為具有脈動(dòng)加速場的均勻分布的一組環(huán)形電極，或者一對大直徑電極。按照本公開的第四方面，飛行時(shí)間質(zhì)量分析器可包括離子源、加速級、聚束器、能量過濾器、飛行時(shí)間質(zhì)量分離器和飛行時(shí)間檢測器。離子源可以是連續(xù)或者準(zhǔn)連續(xù)的。加速級被布置成接受離子源發(fā)出的離子束。聚束器被布置成接受來自加速級的加速離子束。聚束器還用離子束形成離子包。能量過濾器接受來自聚束器的離子，并等時(shí)除去所述離子的一部分。飛行時(shí)間質(zhì)量分離器被布置成接受通過能量過濾器的離子，并時(shí)間分離接受的離子。飛行時(shí)間檢測器位于飛行時(shí)間質(zhì)量分離器之內(nèi)或其端部。飛行時(shí)間質(zhì)量分離器具有相關(guān)的能量接受級，能量過濾器除去在質(zhì)量分離器的能量接受級之外的離子。本公開的第四方面的實(shí)現(xiàn)可包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)特征。在一些實(shí)現(xiàn)中，聚束器是在第一電極和平行的第二電極之間形成的，聚束器具有電容和電阻分壓器，以在這兩個(gè)平行電極之間產(chǎn)生幾乎均勻的脈動(dòng)電場。分析器視情況還包括空間聚焦透鏡，所述空間聚焦透鏡被構(gòu)造成聚焦離子束內(nèi)的離子的寬度和發(fā)散度，并被布置成在加速級之后接受離子束。視情況，空間聚焦透鏡與離子源和加速級中的至少一個(gè)共用電極，或者被并入離子源和加速級中的至少一個(gè)中。在一些例子中，分析器還包括作為無場區(qū)布置在聚束器上游的抑制器，脈沖發(fā)生器向抑制器施加脈動(dòng)電壓。視情況，抑制器包括布置成使逼近的離子轉(zhuǎn)向的電極，以及單脈沖發(fā)生器向抑制器施加脈動(dòng)電壓以及向形成聚束器的兩個(gè)平行電極之一施加脈動(dòng)電壓。另外，抑制器視情況包括雙極網(wǎng)格，以推送和偏轉(zhuǎn)離子。在一些實(shí)現(xiàn)中，飛行時(shí)間質(zhì)量分離器被具體體現(xiàn)為單反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀或者多反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀。在一些實(shí)現(xiàn)中，聚束器視情況包括兩個(gè)平行電極，和向所述兩個(gè)平行電極之一提供脈動(dòng)電壓的脈動(dòng)發(fā)生器?；蛘撸凼饕暻闆r包括形成靜電場的無柵電極。能量過濾器視情況形成到飛行時(shí)間質(zhì)量分離器的等時(shí)弧形入口。能量過濾器視情況包括平面透鏡、第一靜電扇形體、第二靜電扇形體、第三靜電扇形體、一組環(huán)繞狹縫以及能量過濾狹縫。平面透鏡被布置成沿水平方向空間聚焦離子包。所述一組環(huán)繞狹縫中的一條狹縫位于各個(gè)靜電扇形體的入口和出口處。能量過濾狹縫提供異常離子的基于能級的去除。另外，能量過濾器視情況包括分離狹縫，和下述至少之一：成一定角度的離子鏡，靜電扇形體，偏轉(zhuǎn)器，和一個(gè)或多個(gè)透鏡。分析器視情況包括氣態(tài)射頻離子導(dǎo)向器、軸向DC場、屏蔽電極和引出電極。氣態(tài)射頻離子導(dǎo)向器被布置成提供輸入離子束的碰撞阻尼。屏蔽電極和引出電極的組合提供空間離子聚焦場。在一些實(shí)現(xiàn)中，離子源被具體體現(xiàn)成封閉的EI離子源，所述封閉的EI離子源從氣相色譜儀接受樣本，具有離子室、連接到脈沖發(fā)生器的反射極以及連接到脈沖發(fā)生器(114e)的引出器。在一個(gè)例子中，離子源包括由多極桿形成的累積離子導(dǎo)向器、接收周期性軟引出脈沖的輔助推送電極、輔助DC阱電極以及接收周期性軟引出脈沖的出口撇取器。分析器視情況包括差動(dòng)抽吸管，和到由能量過濾器形成的飛行時(shí)間質(zhì)量分離器的等時(shí)弧形入口。差動(dòng)抽吸管從聚束器接收離子包，并把離子包傳送到等時(shí)弧形入口中。飛行時(shí)間檢測器視情況包括導(dǎo)電轉(zhuǎn)換器、至少一個(gè)磁體、正偏置閃爍體和密封光電倍增器。導(dǎo)電轉(zhuǎn)換器從飛行時(shí)間質(zhì)量分離器的漂移空間接收離子包。導(dǎo)電轉(zhuǎn)換器的電位具有與漂移空間的電位的負(fù)電荷不同的負(fù)電荷。所述至少一個(gè)磁體形成使由導(dǎo)電轉(zhuǎn)換器反射的電子偏轉(zhuǎn)的磁場。正偏置閃爍體具有涂覆或覆蓋的導(dǎo)電網(wǎng)，接受由磁場偏轉(zhuǎn)的電子。密封的光電倍增器位于正偏置閃爍體的下游。分析器視情況包括時(shí)間離子選擇器、碎裂單元、碎裂離子質(zhì)量分析器和脈沖發(fā)生器。時(shí)間離子選擇器接入在飛行時(shí)間分離器中分離的母離子。碎裂單元從時(shí)間離子選擇器接受母離子。碎裂離子質(zhì)量分析器從碎裂單元接受碎裂的離子。脈沖發(fā)生器連接到時(shí)間離子選擇器。飛行時(shí)間分離器和碎裂離子質(zhì)量分析器都被具體體現(xiàn)為單反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀或者多反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀。總的說來，提出了使得能夠把連續(xù)離子束有效地脈動(dòng)轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)離子包的飛行時(shí)間質(zhì)譜用設(shè)備和方法。高能連續(xù)離子束的聚束形成離子包，所述離子包由隨后的等時(shí)能量過濾器過濾。聚束方法特別適合于具有較大的空間發(fā)射度的、不適合正交加速器的接受度的離子源。所述方法特別適合于接納小尺寸的離子包并且其中正交加速器的工作比優(yōu)勢微小的MR-TOFMS。在下面的附圖和說明中，記載了本公開的一種或多種實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。根據(jù)所述說明和附圖，以及根據(jù)權(quán)利要求書，其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的。附圖說明下面參考附圖，舉例說明本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，以及僅僅出于例證目的給出的布置，附圖中：圖1描述具有類似于WO2007044696的正交加速器的多反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的示意頂視圖和側(cè)視圖；圖2描述已知的聚束和脈動(dòng)加速方法的時(shí)-空圖；圖3描述聚束方法的方框圖和時(shí)-空圖；圖4描述帶有聚束轉(zhuǎn)換器的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的實(shí)施例；相關(guān)的圖標(biāo)描述幾個(gè)抑制器實(shí)施例；圖5表示在時(shí)間-能量圖中呈現(xiàn)的理想的“柵覆蓋”軸向聚束器的離子光學(xué)模擬的結(jié)果，和離子包時(shí)間展度-離子束角度的曲線圖；圖6表示模擬的“長”和“短”理想聚束器中的電極和離子軌跡圖；圖7呈現(xiàn)按照一個(gè)實(shí)施例的電極視圖和帶有彎曲能量過濾器的模擬離子軌道，并且示出在彎曲能量過濾器之后的能量和時(shí)間分布的模擬直方圖；圖8示出了備選的能量過濾器的示意圖；圖9示出了使用連續(xù)離子束的傾斜噴射來操作的配有本發(fā)明的軸向聚束器的單反射TOFMS的示意圖；圖10給出射頻離子導(dǎo)向器與軸向聚束器的耦合的示意圖；圖11給出在軟脈動(dòng)離子源之后的聚束器實(shí)施例的示意圖；圖12給出耦接到軸向聚束器和能量過濾器的多反射TOFMS的示意圖；圖13表示應(yīng)用于本發(fā)明的聚束方法的現(xiàn)有編碼頻繁脈動(dòng)方法的時(shí)間圖；圖14示出長壽命檢測器的示意圖；圖15示出具有本發(fā)明的軸向聚束的TOF-TOF的示意圖。具體實(shí)施方式MR-TOFMS中的正交加速參見圖1，利用通過引用包含在本文中的WO2007044696的正交加速器(OA)13的MR-TOFMS的實(shí)施例10包含連續(xù)離子源11、具有轉(zhuǎn)向透鏡14的OA13、由負(fù)浮置的漂移空間16隔開的一對平行的無柵離子鏡15、具有轉(zhuǎn)向偏轉(zhuǎn)器18的周期透鏡17以及檢測器19。操作中，良好定向的連續(xù)離子束12大體沿著Y軸被引入OA中。施加于OA13的板的周期脈沖(未圖示)沿著鋸齒軌跡20，把帶狀離子包加速到MR-TOFMS的漂移空間中。在OA13處，離子束的軌跡成較小角度α地偏離Y軸，這使得能夠補(bǔ)償離子束轉(zhuǎn)向時(shí)的飛行時(shí)間偏差，同時(shí)利用在20eV和100eV之間的離子束12的有限能級。圖1中例示的方案的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方案把離子包的Y長度限制為約5-6mm(對應(yīng)于600mm的帽間(cap-to-cap)距離)，以便相對于垂直尺寸和能量展度兩者維持低的橫渡飛行時(shí)間絕對偏差T|YYK。另一種挑戰(zhàn)在于在X方向(窄到1-1.5mm)和Z方向(窄到2-3mm)都使連續(xù)離子束12保持為窄束，這可要求利用具有兩個(gè)狹縫的加熱準(zhǔn)直器(未圖示)來修整連續(xù)離子束12的一部分。然后，200V/mm的強(qiáng)加速場允許把所謂的回轉(zhuǎn)時(shí)間降到3-4ns，同時(shí)仍不超過MR-TOF分析器的能量接受度(在4kV加速下，為300eV)。減小離子束12的寬度的任何嘗試會導(dǎo)致信號強(qiáng)度的極快損耗。例如，把離子束12的寬度降低兩倍(以便獲得短兩倍的回轉(zhuǎn)時(shí)間和高兩倍的分辨力)會導(dǎo)致強(qiáng)度的16倍損耗，因?yàn)榧訜釡?zhǔn)直器的兩個(gè)孔徑都必須被減小兩倍，準(zhǔn)直器的相位接受度成孔徑尺寸的4次方地降低。從而，圖1的方案是剛性的，抵制分辨力的調(diào)整，靈敏度和分辨率之間的折衷并不可取。當(dāng)利用純RF四級桿中的碰撞阻尼約束連續(xù)離子束12時(shí)，圖1的方案很出色。然而，如果試圖把具有10nA以上的大離子電流的離子源用于這種方案，那么歸因于純RF四極桿中的空間電荷效應(yīng)，離子束發(fā)射度擴(kuò)展，從而傳輸快速降低。離子包的聚束和脈動(dòng)加速在核物理學(xué)中很好地描述了離子包的聚束，通常在等質(zhì)量連續(xù)離子束的斬切之后。聚束(即，一個(gè)邊界-開始或終止-是時(shí)間邊界，而另一個(gè)邊界位于恒定距離-網(wǎng)狀或環(huán)狀電極處的脈動(dòng)加速或減速)提供離子包的時(shí)間再聚焦，同時(shí)使時(shí)間發(fā)射度(即時(shí)間展度ΔT和能量展度ΔK的乘積ΔT*ΔK)守恒。該基本離子光學(xué)性質(zhì)被稱為Liouville定理。在距離-時(shí)間圖中，可觀察到聚束的聚焦/散焦性質(zhì)。對于應(yīng)用于初始停滯的離子云的脈動(dòng)加速方案，使時(shí)間發(fā)射度守恒的相同基本定律也成立。參見圖2，圖中描述了幾種聚束和脈動(dòng)加速方案，距離為X軸，時(shí)間為T軸。方案21對應(yīng)于零平均速度下(即，正交加速器中)的離子的脈動(dòng)加速。加速始于T＝0，并在離子離開加速區(qū)時(shí)終止。初始空間展度ΔX1被轉(zhuǎn)換成速度展度ΔV2。盡管在長兩倍的距離之后，實(shí)現(xiàn)時(shí)間聚焦T|X＝0，不過，初始速度展度ΔV1仍然不可避免地導(dǎo)致一定的有限包寬度ΔX2?？臻g展度和速度展度的乘積守恒(即，ΔV1*ΔX1＝ΔV2*ΔX2)。按照更便利的形式(即，ΔT*ΔK)，相同的乘積也守恒，通過利用強(qiáng)度更高的加速場E(以更高的加速度A＝qE/m)，可以減小回轉(zhuǎn)時(shí)間ΔT2＝ΔX2/V2，只不過代價(jià)是能量展度增大：ΔT2＝ΔV1/A＝ΔV1*m/qE；和ΔK2＝ΔX1*E。另外，兩種形式的守恒乘積之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)為：ΔT1*ΔK1＝ΔT2*ΔK2＝ΔV1*ΔX1*m/q＝ΔV2*ΔX2*m/q(式1)方案22對應(yīng)于所謂的延遲引出(WilleyMcLaren’1953)，其中初始停滯的離子云被允許擴(kuò)展，延遲地施加加速脈沖。該方案允許達(dá)到時(shí)間聚焦T|V＝O，以及或者減小回轉(zhuǎn)時(shí)間，或者移動(dòng)時(shí)間-焦平面。然而，由于相同的原因：ΔT*ΔK＝常數(shù)，對于初始展度，根本不可能同時(shí)達(dá)到相似的聚焦。方案23對應(yīng)于MALDI源中的延遲引出，提供具有非零平均速度的離子包的聚束。方案24在減速區(qū)提供對應(yīng)的聚焦。存在具有加速或減速聚束的多種其它方案，以提供時(shí)間聚焦、焦平面調(diào)整、當(dāng)加速或加速度具有不同的邊界-一個(gè)邊界在固定時(shí)間，而另一個(gè)邊界在固定位置時(shí)，包含能量展度減小的包的包的獲取(在核物理學(xué)中稱為散束)。使時(shí)間發(fā)射度守恒的陳述看來與US8461521中最近提出的同時(shí)空間和速度聚焦矛盾。然而，主張的同時(shí)聚焦是對于二次時(shí)間每能量偏差T|KK(在雙級離子鏡中也可實(shí)現(xiàn))，而不是對于一次偏差T|K實(shí)現(xiàn)的。下面我們突出離子包聚束的幾個(gè)重要特征：·乘積ΔT*ΔK守恒，并與乘積ΔX*ΔV相關(guān)；·聚束可以使用加速或減速來工作；·聚束可用于時(shí)間聚焦，用于時(shí)間焦點(diǎn)調(diào)整，或者用于減小能量展度；·在某種意義上，聚束使離子包聚焦在X-T空間中，類似于空間透鏡聚焦，存在一個(gè)差別—聚束也可用于散焦，而透鏡局限于聚焦；·能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)間展度ΔT的減小，不過代價(jià)是能量展度ΔK的增大，這在達(dá)到TOF分析器的能量接受度(TOF中15-20％，MR-TOF中7-10％)之前是合理的；和·只有當(dāng)離子包具有零平均速度(例示于方案21和22中)時(shí)，全質(zhì)量范圍才得以保持，否則聚束導(dǎo)致質(zhì)量范圍減小(有時(shí)是合意的)。連續(xù)離子束的軸向聚束另外，提出了各種形式的按有限工作比用于到脈沖的連續(xù)離子束轉(zhuǎn)換的聚束(例如，在均通過引用包含在本文中的US5614711(Heftje)和US7045792(SAI)中)，不過，提出的各種方法限制質(zhì)量范圍，產(chǎn)生過度的能量展度，形成寄生TOF峰。本公開減輕了存在于提出的各種形式的軸向聚束方法中的這些問題中的一些問題。參見圖3，圖中以示意方框圖的形式，公開了本發(fā)明的用于把連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)離子束脈動(dòng)轉(zhuǎn)換成離子包的方法31。例示的方法31包括以下順序步驟：(a)電離離子源中的離子，生成初始能量展度低于10eV的連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)離子束；(b)把離子束連續(xù)加速到至少比初始能量展度大10倍的平均能量；(c)視情況，在空間聚焦平面處空間聚焦離子束，同時(shí)使離子角展度維持在限度之內(nèi)，以致軸向離子能量展度仍然與初始能量展度相當(dāng)；(d)利用具有一個(gè)時(shí)間邊界和另一個(gè)空間邊界的脈動(dòng)加速或減速電場，聚束所述連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)離子束，從而形成離子包；(e)拒斥在聚束邊界之外的其能量受聚束影響的離子；和(f)在離子包的色偏轉(zhuǎn)或聚焦時(shí)，等時(shí)過濾所述離子包的能量，在位于空間/角聚焦平面中的至少一個(gè)孔徑，除去具有不需要的能量的離子，同時(shí)通過適合后續(xù)飛行時(shí)間質(zhì)量分析步驟的能量接受度的離子。另外，例示的方法31包括以下相繼步驟，所述以下相繼步驟一般涉及TOFMS分析(而不是特別涉及把連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)離子束脈動(dòng)轉(zhuǎn)換成離子包的處理)：(g)在至少一個(gè)離子鏡的靜電場中的等時(shí)反射(所述等時(shí)反射可以是多個(gè)反射中的單個(gè)反射)過程中，時(shí)間分離離子包；(h)利用飛行時(shí)間檢測器，檢測離子包，從而形成波形信號；和(i)分析檢測的波形信號，以提取質(zhì)譜信息。在上面列舉的步驟中，(c)、(g)、(h)和(i)示于方括號中，以強(qiáng)調(diào)這些步驟是可以作為整個(gè)方法的一部分發(fā)生的而不直接與脈動(dòng)轉(zhuǎn)換相關(guān)的可選或附加步驟。再次參見圖3，利用單一質(zhì)量的離子的距離-時(shí)間圖32，介紹脈動(dòng)轉(zhuǎn)換的方法31。沿著X軸和T軸標(biāo)繪的離子軌跡在速度較小的情況下，始于T＝0，對應(yīng)于X-T平面內(nèi)的較小傾角。圖3修剪了具有負(fù)X值的軌跡，以便聚焦于在T≥0時(shí)發(fā)生的步驟。連續(xù)加速步驟：發(fā)生在恒定的XA區(qū)，導(dǎo)致離子速度增大，對應(yīng)于圖32的較大傾角。離子被加速到比能量展度ΔKC至少大10倍的平均能量KC，這變得對后續(xù)步驟的成功很重要。已知多種質(zhì)譜連續(xù)離子源生成能量展度為幾個(gè)電子伏特，或者如果特別注意，那么低至1eV或者更小的離子束。例如，已知使用氣體填充純RF離子導(dǎo)向器，軸向能量展度被抑制到1eV之下。這樣的能量展度對TOFMS來說仍然太大，對于1000amu，為了把回轉(zhuǎn)時(shí)間降到5ns以下，需要大于1kV/mm的場強(qiáng)。連續(xù)加速減小絕對速度展度。例如，把平均速度從V1加速到V2可按照下式降低速度展度：ΔV2＝ΔV1*V1/V2(式2)圖32中，利用在連續(xù)加速平面XA之后的傾角的展度的減小，圖解說明了式2。對于具有0平均速度(即，V0＝0)和與2ΔV0速度展度對應(yīng)的熱能K0的離子云(其中V0＝(2K0q/m)0.5)，到能量KC的連續(xù)加速把速度展度減小為2ΔVC＝(2q/m)0.5*[(KC+K0)0.5-(KC-K0)0.5]，從而，連續(xù)加速之后的全速度展度2ΔVC變成：2ΔVC＝ΔV0*(K0/KC)0.5(式3)把具有0.5eV熱能(1eV全能量展度)的離子云加速到1000eV能量允許顯著的速度展度降低(即，把速度展度降低60倍)。盡管連續(xù)加速不改善轉(zhuǎn)換器的工作比(如下面在表I中所示)，不過它允許利用聚束轉(zhuǎn)換器的實(shí)際上便利的尺寸和脈沖振幅，它利用在下一步驟的空間聚焦透鏡，減小色差。從而，對于典型ΔKC(即，接近于1eV)，該方法適合于KC>10eV，并且優(yōu)選適合于介于數(shù)百到數(shù)千電子伏特之間的KC。絕對速度展度的這種減小是本公開的優(yōu)點(diǎn)。這種減小是這里介紹的新設(shè)備和方法的結(jié)果?？臻g聚焦步驟：可選地，如圖32中所示的方法31包括空間聚焦的步驟?？蛇x的空間聚焦步驟在TOFMS或MR-TOFMS中的聚束、時(shí)間離子選擇、能量過濾和質(zhì)量分析步驟之前，修改離子束寬度和散度?？臻g聚焦步驟發(fā)生在連續(xù)加速步驟之后，以使在透鏡聚焦時(shí)的色差降至最小，不過空間聚焦步驟發(fā)生在聚束步驟之前，以使軸向速度展度和回轉(zhuǎn)時(shí)間降至最小?？臻g聚焦把射束聚焦到能量選擇孔徑中，導(dǎo)致對能量過濾步驟的增強(qiáng)。在空間聚焦步驟處，離子束參數(shù)被調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)離子包與能量過濾器和TOF分析器的接受度的最佳耦合。例如，空間聚焦可實(shí)現(xiàn)長焦距和小偏轉(zhuǎn)角α，以避免否則會對相對于初始能量ΔK0的連續(xù)離子束的軸向能量(例如，歸因于會按照ΔK'＝K*α2增大能量的較大角度α)發(fā)生的任何顯著影響。圖標(biāo)32表示比連續(xù)離子束中的ΔV2速度展度小的額外軸向速度展度ΔVF。等能束的空間聚焦是本公開的新方法和設(shè)備的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。聚束步驟：在空間聚焦步驟之后，在稱為聚束區(qū)的空間-時(shí)間區(qū)內(nèi)，應(yīng)用聚束電脈沖，在圖32上，所述聚束電脈沖被例示成加速脈沖。聚束區(qū)內(nèi)的離子將獲得與加速路徑成比例的離子能量，并將如在正交加速器的方案21中所述和例示地被時(shí)間聚焦。能量過濾步驟：之后通過利用附加的能量過濾器(圖32中未圖示)，使聚束的離子包與連續(xù)離子束分開。在圖32上，對于傾角過大或過小的軌跡，用“拒絕的K”表示被過濾的離子包。該相同的能量過濾器也允許除去能量展度過大的離子。能量展度過大的離子的去除是重要的，因?yàn)檫@些被去除的離子可能不符合后續(xù)的TOF分析器(圖32中也未圖示)的能量接受度范圍，所述能量接受度范圍通常在單反射柵式TOF中為15-20％，在無柵MR-TOF中為7-10％。這允許加速場強(qiáng)的獨(dú)立控制。例如，強(qiáng)的施加脈動(dòng)加速可減小包的回轉(zhuǎn)時(shí)間。該能量過濾步驟表示本公開的新方法和設(shè)備的核心特征。與US5614711(Heftje)和US7045792(SAI)相反，本發(fā)明的能量過濾步驟消除不需要的離子，允許保持加速的脈動(dòng)包的具有受控能量展度和時(shí)間展度的理想部分。可以使時(shí)間展度充分低于1ns，受(a)與能量過濾步驟相關(guān)的色差(所述色差又取決于束尺寸)；和(b)受損的工作比限制。具有錯(cuò)誤能量或者源于聚束器邊界的“壞”離子的消除允許形成受控的很好的離子包。消除減速離子步驟：如果象在核物理實(shí)驗(yàn)中僅僅斷續(xù)單一質(zhì)量的離子束，那么該步驟不是必要的。如果選擇固有地排除減速離子的較窄能量范圍，那么該步驟也是不必要的。然而，TOFMS分析處理至少10:1的較寬質(zhì)量范圍。在TOFMS分析中可能出現(xiàn)的不同質(zhì)量的范圍內(nèi)，傾角可能相差至少3倍。因而，對于TOFMS分析范圍內(nèi)的離子的較輕部分，布置脈沖持續(xù)時(shí)間以避免“虛幻峰”變得不切實(shí)際。為了理解這些“虛幻峰”的性質(zhì)，有利的是分析在圖32中描述的特殊聚束情況，其中加速脈沖施加于入口電極。在該聚束情況下，脈動(dòng)減速場出現(xiàn)在入口電極之前，當(dāng)離子逼近入口電極時(shí)，導(dǎo)致離子的減速。圖32描述“脈動(dòng)散束(debunching)”的雜亂區(qū)。該區(qū)域中的多數(shù)離子將被減速，并被能量過濾器過濾。然而，一部分的離子將經(jīng)歷減速，繼之以加速，這產(chǎn)生其中所述離子不會被能量過濾器過濾的情形。這些減速但未被過濾的離子稍后在TOFMS分析中形成“虛幻峰”。視情況可用多種方式，完成這些“虛幻峰”的去除，所述多種方式包括：使用獨(dú)立的定時(shí)離子選擇器；或者把這種時(shí)間選擇并入脈動(dòng)電極本身的偏轉(zhuǎn)或散焦性質(zhì)中。例如，可在離子經(jīng)過電極孔徑時(shí)，使離子散焦，或者可利用并入脈動(dòng)電極中的附加偏轉(zhuǎn)器來空間偏轉(zhuǎn)離子。在一個(gè)特殊的實(shí)施例中，可把雙極網(wǎng)用于聚束和偏轉(zhuǎn)目的兩者，如果施加不對稱脈沖的話(例如，如果只對偶數(shù)導(dǎo)線施加脈沖的話)?；蛘?，通過向在脈沖電極之前的電極施加相同的脈沖電壓，可以除去減速場(表示成圖32中的雜亂區(qū))。由于存在用于去除虛幻峰的多種可選方法，因此，除去暫時(shí)減速的離子的更一般步驟不被簡單地稱為“偏轉(zhuǎn)”、“時(shí)間選擇”，或者甚至不被稱為“避免減速場”?；蛘?，如果對于離子包選擇相對較窄的能量范圍，可以去除虛幻離子。不過，這會導(dǎo)致對于聚束的工作比的損害。如下所述，當(dāng)應(yīng)用于單反射TOF時(shí)，方法31具有比(例如SU1681340的)正交加速方法低的工作比。然而，方法31在MR-TOF的情況下，提供相當(dāng)?shù)墓ぷ鞅?，在TOFMS和MR-TOFMS中，方法31提供大得多的空間接受度。因而，方法31可提高脈動(dòng)轉(zhuǎn)換的總體效率。軸向聚束時(shí)的工作比式4證明對于適合TOFMS能量接受度的連續(xù)離子束(被轉(zhuǎn)換成離子包)的有效使用時(shí)間間隔。式4假定在1000amu下，2ΔK0＝1eV的連續(xù)離子束的能量展度、ΔK＝350eV(ΔK/K＝7％和K＝5kV)的TOF能量接受度以及ΔT＝3ns的目標(biāo)峰寬。根據(jù)使時(shí)間發(fā)射度守恒的定理，軸向聚束的有效使用時(shí)間為：TEFF＝ΔT*ΔK/2ΔK0≈1μs(式4)容忍較大的峰寬ΔT、利用較大的TOF能量接受度或者減小氣體填充離子導(dǎo)向器中的離子能量展度將增大有效使用時(shí)間TEFF。注意，所述有效使用時(shí)間TEFF與連續(xù)離子束的離子能量KC無關(guān)。這種無關(guān)性假定了在脈動(dòng)加速聚束器處的場強(qiáng)E的適當(dāng)調(diào)整。表1證明在以下基本條件下，有效使用時(shí)間TEFF與連續(xù)束的離子能級KC的無關(guān)性：對1000amu離子來說，2ΔK0＝1eV,ΔK＝350eV和ΔT＝3ns。值得注意地，表1中的數(shù)字被四舍五入。表1表1的計(jì)算：連續(xù)離子束中的平均速度被計(jì)算為VC＝(2UC*q/M)0.5。速度展度ΔVC是利用在(式3)中提供的公式計(jì)算的。計(jì)算所需的聚束場強(qiáng)E，以使回轉(zhuǎn)時(shí)間恒定保持在ΔT＝ΔVC*M/qE＝3ns。能量接受度被視為常數(shù)(ΔK＝350eV)。聚束離子包的有效長度被計(jì)算為XEFF＝ΔK/qE，有效使用時(shí)間被計(jì)算為TEFF＝XEFF/VC。在所有情況下，使加速場強(qiáng)適合于把恒定能量展度保持在350eV，和把恒定回轉(zhuǎn)時(shí)間保持在3ns。有效使用時(shí)間從而被計(jì)算為1.06μs(在表1中，近似表示成1μs)，而與連續(xù)離子束的平均離子能量的變化無關(guān)。由于下面說明的多個(gè)原因，最佳能量結(jié)果證明約為1keV，這對應(yīng)于實(shí)際上便利的15mm的有效加速長度。當(dāng)把聚束用于標(biāo)準(zhǔn)單反射Re-TOFMS時(shí)，軸向聚束的工作比似乎無效。為了得到超過10000的分辨率，對于1000amu離子，Re-TOFMS一般采用T＝100μs的飛行時(shí)間。從而軸向聚束提供DC＝TEFF/T＝l％工作比，而歸因于Re-TOF的允許25-40mm的長正交加速器(OA)的寬空間接受度，已知正交加速方法(例如，SU1681340)提供10-15％工作比。為了有效地把離子轉(zhuǎn)移到OA中，連續(xù)離子束的軸向能量通常被選擇為約50eV。從而1000amu離子的軸向速度為4.5mm/μs，OA的有效時(shí)間為TEFF＝5-10μs，顯著大于就Re-TOFMS來說與軸向聚束方法31相關(guān)的TEFF＝1μs。然而，當(dāng)把軸向聚束方法31用于MR-TOF分析器，接納低于5-6mm的短離子包時(shí)，(關(guān)于分辨率的)結(jié)論完全不同。在這種情況下，OA的有效時(shí)間降到1-1.2μs(對于1000amu離子)，與OA軸向聚束相關(guān)的增益消失。事實(shí)上，當(dāng)使用具有大空間發(fā)射度的離子束(比如EI源或輝光放電源)時(shí)，OA方法變得尤其不利。在這種情況下，OA的使用需要伴有大空間損失和轉(zhuǎn)換器總效率劇烈減小的離子束準(zhǔn)直。如下所示，軸向聚束方法允許采用與OA方法相容性差的具有異常寬的發(fā)射度和能量展度的離子源。這里介紹的實(shí)現(xiàn)引入注意。軸向聚束曾被認(rèn)為具有遠(yuǎn)不及正交加速的工作比。本公開呈現(xiàn)相反的證據(jù)。軸出聚束的空間接受度和優(yōu)點(diǎn)利用在式5中證明的總空間接受度(A)和表征脈動(dòng)轉(zhuǎn)換器的總效率的空間接受度與有效使用時(shí)間之積(A*TEFF)兩者的改善，進(jìn)一步舉例說明和OA方案比起來歸因于軸向聚束方法31的增益，其中：A＝(ΔX*ΔV)2＝(ΔX*Δa)2*K(式5)在50eV能量下，一維OA接受度(a)約為a＝2mm*deg，從而，最大接受度為A＝200mm2*deg2*eV＝0.05mm2rad2eV。對于MR-TOF的接受度的估計(jì)為：·在5keV下，a＝2.5mm*deg(更精確地：在垂直的Y維度為5mm*1deg，在Z向?yàn)?mm*0.4deg)；以及·A＝30,000mm*deg2*eV≈10mm2rad2eV.對于Re-TOFMS的估計(jì)為：·在10keV下，a＝10mm*deg(即，A＝1E+6mm*deg2*eV≈300mm2rad2eV)。以前，OA的有效時(shí)間在TOFMS中被估計(jì)為TEFF＝10μs，在MR-TOFMS中被估計(jì)為TEFF＝l-1.5μs。通過利用軸向聚束方法31，TEFF＝1μs。結(jié)果示于表2中，表2舉例說明OA的空間接受度顯著小于TOF和MRTOF分析器的空間接受度：a(mm2*deg)K(eV)A(mm2*rad2*eV)OA2500.05MR-TOF2.55,0008Re-TOF1010,000300表2：最大空間接受度(A)與一般理解相反，在軸向聚束中，由乘積A*TEFF表征的總效率顯著高于OA。對于MR-TOFMS，就軸向聚束來說，A*TEFF＝10mm2rad2eV*μs，而就OA來說，A*TEFF＝0.08mm2rad2eV*μs。對于Re-TOFMS，就軸向聚束來說，A*TEFF＝300mm2rad2eV*μs，而就OA來說，A*TEFF＝0.5mm2rad2eV*μs。結(jié)果示于表3中，表3還表示當(dāng)采用具有寬發(fā)射度的離子源(比如EI、SIMS和輝光放電)時(shí)，與OA方案相比的軸向聚束方法31的效率增益。軸向聚束提供多個(gè)其它技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和便利方案(不適用于OA方案)，比如更寬動(dòng)態(tài)范圍的易于控制的信號增益、窄質(zhì)量范圍的選擇和內(nèi)置MS-MS特征-所有這些在下面說明。表3：軸向聚束(AxB)和OA的總效率(A*TEFF))表2和3中的數(shù)據(jù)突出新的軸向聚束方法31和常規(guī)的正交加速方法之間的差異。在正交加速器中，連續(xù)離子束的空間發(fā)射度不影響回轉(zhuǎn)時(shí)間。必須采取特別的努力，并且必須接受離子損失，以在OA入口處維持窄離子束。與OA相反，軸向聚束方法31容忍寬得多的離子束，對于多數(shù)普通離子源，不需要連續(xù)離子束的任何修整。另外，軸向聚束允許獲得對于多數(shù)常規(guī)離子源實(shí)際上與離子束發(fā)射度無關(guān)的超短離子包(例如，小于1ns)。這是本公開的方法和設(shè)備的一個(gè)主要發(fā)明點(diǎn)。TOFMS的軸向聚束參見圖4，進(jìn)行本公開的軸向聚束方法31的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的優(yōu)選實(shí)施例41包括以下依次軸向排列的組件：連續(xù)源42、連續(xù)加速級43(即，加速器)、空間聚焦透鏡44、抑制器45、由平行電極46和48形成的聚束器、能量過濾器49和TOF分析器50，TOF分析器50可以是Re-TOF或者M(jìn)R-TOF。用門形圖標(biāo)示出的脈沖發(fā)生器連接到電極45和46。操作中，適當(dāng)?shù)倪B續(xù)離子源42生成具有小于10eV能量展度ΔK(更優(yōu)選的是ΔK<1eV)的連續(xù)離子束(圖4中用白色箭頭表示)。連續(xù)源42生成在利用不同大小的黑色圓圈表示的寬質(zhì)量范圍中的離子。加速器43把離子束連續(xù)加速到至少比能量展度ΔK大10倍的平均能量KC。連續(xù)離子束的絕對速度展度如(式3)所示地降低?？臻g聚焦透鏡44把連續(xù)離子束空間聚焦到能量過濾器49。低相對水平能量展度有助于避免透鏡色差。空間聚焦透鏡44可被并入連續(xù)源42、加速器43和抑制器45中，或者與連續(xù)源42、加速器43和抑制器45共用一些電極。連續(xù)離子束被一直輸送到在電極46和48之間的聚束區(qū)47。在聚束步驟處，電極46上的電壓脈沖在電極46和48之間形成脈動(dòng)加速場。視情況，可以和電容和電阻分壓器一起使用一組電極，以產(chǎn)生幾乎均勻的脈動(dòng)電場。在聚束區(qū)47內(nèi)的連續(xù)束的一部分(用黑色圓圈表示)獲得足量的能量，以通過隨后的能量過濾器49。脈沖持續(xù)時(shí)間被選擇為足夠長的時(shí)段，以便利用連續(xù)束中的感興趣的最重離子，完全清除電極46和48之間的加速間隙。例示成白色圓圈的離子束的周圍部分將以不正確的能量離開聚束區(qū)47，從而不會通過能量過濾器49。形成的離子包進(jìn)入TOF分析器50，以便進(jìn)行質(zhì)量分析。向抑制器45施加另一個(gè)電壓脈沖，以避免暫時(shí)減速的離子。抑制器45可以延遲或偏轉(zhuǎn)新進(jìn)入的離子，或者它可僅僅在電極46之前形成無場區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例45a中，利用雙極網(wǎng)，使抑制器45與脈動(dòng)電極46結(jié)合，所述雙極網(wǎng)推送在較遠(yuǎn)距離處的離子，以及偏轉(zhuǎn)逼近的離子。在再一個(gè)實(shí)施例45b中，向偏轉(zhuǎn)電極施加聚束脈沖，以使逼近的離子轉(zhuǎn)向。在另一個(gè)實(shí)施例45c中，向一組前電極施加聚束脈沖，以避免在電極46的網(wǎng)之前的減速場。在另一個(gè)實(shí)施例45d中，以雙極網(wǎng)的形式構(gòu)成抑制器45，所述雙極網(wǎng)偏轉(zhuǎn)上游離子和緊鄰聚束電極46的離子兩者。為了增大脈動(dòng)噴射方案41的工作比，優(yōu)選以如在通過引用包含在本文中的WO2011135477中所述的編碼脈沖間隔(EFP)，頻繁地(比最重的離子通過MR-TOF分析器所需快得多地)施加聚束脈沖46。作為數(shù)值例子，聚束脈沖的平均時(shí)段可為10μs，聚束器的有效時(shí)間可為1μs，這對應(yīng)于脈動(dòng)轉(zhuǎn)換的10％時(shí)間工作比。理想聚束器中的時(shí)間聚焦參見圖5，圖中呈現(xiàn)了利用具有細(xì)網(wǎng)格的一維聚束器，模擬理想聚束區(qū)47的結(jié)果。圖5的結(jié)果是利用具有3000eV離子能量的500amu離子束內(nèi)的1eV的假想各向同性能量展度確定的。在100mrn聚束器兩端，施加1500V脈沖，場強(qiáng)為15V/mm。呈現(xiàn)了聚束器出口(圖51)和位于聚束器之后約500mm的中間時(shí)間焦點(diǎn)(圖52)處的時(shí)間-能量圖。對圖51、52來說，平均離子能量為3750eV，平均速度為40mm/μs。值得注意地，單級聚束器引入T|KK偏差，如用圖52中的二次曲線所示。通過利用具有連續(xù)加速級43的雙級聚束器，或者通過利用雙級離子鏡，能夠除去圖52中例示的偏差。在3750eV平均能量下，射束具有1500eV能量展度(即，它與具有較小的相對能量接受度的TOFMS相容性差)。在利用理想能量過濾器(例證的能量過濾器在下面說明)過濾300eV能量窗之后，繼續(xù)越過能量過濾器49的離子包具有約10ns的時(shí)間展度，主要由聚束器T|KK偏差限定(如圖53中圖解所示)。在利用雙級離子鏡(如圖54中圖解所示)之后，T|K偏差被消除，在峰基線處的離子包時(shí)間寬度保持小于4ns，同時(shí)FWHM＝2ns，主要由在聚束器中形成的回轉(zhuǎn)時(shí)間限定。注意，能量展度1eV的離子束的到3750eV的平坦加速僅僅引起24mrad(1.5°)全束發(fā)散度。當(dāng)引入額外的角展度(它可由形成射束的中間透鏡系統(tǒng)引起)時(shí)，在連續(xù)離子束中引入額外的速度展度。所述引入的速度展度能夠引起額外的時(shí)間展度(如圖55中圖解所示)。對于小于2°(已超過MR-TOFMS空間接受度)的角展度，當(dāng)在40mm/μs速度下利用20mm的離子束時(shí)(即，在0.5μs有效時(shí)間下)，聚束器能夠形成小于3nsFWHM脈沖包。參見圖6，在模擬中，理想的柵式聚束器41被無柵電極代替。在圖6A中，無柵電極被具體體現(xiàn)成具有脈動(dòng)加速場的均勻分布的一組環(huán)形電極。在圖6B中，無柵電極被具體體現(xiàn)成一對大直徑電極。在圖6A的聚束器中，利用弱聚束靜電場強(qiáng)(15V/mm)，從高能(3000eV)連續(xù)離子束生成窄的聚束離子包(≈2ns)。在圖6B的聚束器中，利用強(qiáng)場(100V/mm)，從低能量(100eV)連續(xù)離子束生成相似的窄離子包。無柵系統(tǒng)提供和圖5中的理想網(wǎng)覆蓋聚束器完全相同的時(shí)間聚焦，而不存在任何顯著的空間散焦?？紤]到能量過濾，所公開的軸向聚束器和軸向聚束方法獲得極短的離子包(對于1mm-3mm寬離子束，估計(jì)短至0.1ns，對于3mm-10mm離子束，估計(jì)短至1-3ns)。該限度目前由在能量過濾步驟時(shí)的飛行時(shí)間偏差設(shè)定?？梢詫?shí)現(xiàn)窄射束的超短離子包，或者可以聚束在受損的離子包時(shí)間寬度下的很寬的射束。例證的能量過濾器參見圖7A，脈動(dòng)轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例71視情況包括封閉的電子轟擊(EI)離子源42、靜電加速級43、軸向?qū)ΨQ透鏡44、在入口部分46和出口部分48之間示出的無柵聚束器47、和能量過濾器79。無柵聚束器47可視情況被具體體現(xiàn)成圖6A中例示的聚束器。能量過濾器79包括平面透鏡72、第一靜電扇形體73、第二靜電扇形體74、第三靜電扇形體75、一組環(huán)繞狹縫76和能量過濾狹縫77。接地的封閉EI離子源42生成能量展度約1eV的離子束。在靜電加速級43(浮置到-1500V)處把離子束加速到1500eV之后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，離子束發(fā)射度被估計(jì)為2mm*deg。軸向?qū)ΨQ透鏡44提供在聚束器47的中部處的軸向聚焦。入口板46脈動(dòng)(即，交替從-1500V到0V)，借助于電容-電阻分壓器(圖7中未圖示)，使脈沖線性分布在聚束器電極之間。100mm長的聚束器47形成15V/mm的加速場，類似于圖5中例示的在前的“理想聚束器”模擬。平面透鏡72沿水平方向空間聚焦離子包，以提供在能量過濾狹縫77處的空間聚焦。在該聚焦之后，離子進(jìn)入第一靜電扇形體73。隨后，具有2250eV(±150eV)的中間能量的離子能夠通過能量過濾狹縫77，可用2.5mm的寬度具體體現(xiàn)能量過濾狹縫77。能量過濾狹縫77截止剩余離子，如用圖7的左下圖圖解所示。這對應(yīng)于出現(xiàn)在聚束器47的20mm長中間部分處的離子的通過，對于500amu離子，對應(yīng)于0.85μs有效時(shí)間(24mrn/μs的速度)。設(shè)計(jì)3個(gè)靜電扇形體73、74、75，以便在X|X＝1和a|a＝1變換下通過離子時(shí)，使時(shí)間失真降至最小?？偟腇WHM峰小于4ns(考慮到初始的能量展度和角展度)，如用圖7的右下圖圖解所示。圖7所示的本公開的實(shí)施例71的彎曲能量過濾器79起軸向聚束離子束的能量過濾的目的，同時(shí)接受寬離子束，只引入可接受的時(shí)間失真。備選的能量過濾方案參見圖8，利用例證的系統(tǒng)81-84描述的備選能量過濾器可被具體體現(xiàn)成：成一定角度的離子鏡86，所述離子鏡優(yōu)選是無柵的；靜電扇形體87；偏轉(zhuǎn)器88；透鏡89；或者這些元件的組合。系統(tǒng)81-84都采用在分離狹縫90處的空間離子聚焦，和某些色(即，能量相關(guān))離子光學(xué)元件，所述光學(xué)元件使不需要軌跡的離子移離分離狹縫90的中心。圖8中，不需要軌跡的離子用虛線例示。由于隨后的TOF分析器擁有7-10％的相對能量接受度，因此能量過濾器系統(tǒng)81-84可具有有限的分散，可只產(chǎn)生最小的時(shí)間失真，可避免不需要能量的離子的污染。例如，由于這些標(biāo)準(zhǔn)，基于離子鏡的系統(tǒng)(例如，系統(tǒng)81)尤其有希望。圖9中例示了呈現(xiàn)為具有軸向聚束轉(zhuǎn)換器的單反射TOFMS91的本公開的另一個(gè)實(shí)施例。參見圖9，為了結(jié)合軸向聚束，單反射TOFMS91包括連續(xù)離子源92、空間透鏡系統(tǒng)94、平面聚束器95、離子鏡98、狹縫99和TOF檢測器100。另外，單反射TOFMS91視情況包括轉(zhuǎn)向裝置93。轉(zhuǎn)向裝置93可被具體體現(xiàn)成離子束偏轉(zhuǎn)器?；蛘撸瑔畏瓷銽OFMS91不必包括轉(zhuǎn)向裝置93，在這種情況下，可以僅僅使連續(xù)離子源92傾斜。連續(xù)離子源92在設(shè)定的kV能量范圍下，生成連續(xù)離子束96。使平面聚束器95大體平行于離子鏡98和所述檢測器100地定向。圖9中例示的單反射TOFMS91的連續(xù)離子束96具有傾斜軌跡(用連續(xù)離子束96的虛線部分例示)。連續(xù)離子束96的傾斜軌跡是通過相對于TOFMS91的X軸，使束軌跡偏移小角度α(例如，5-10°之間的α)形成的。施加于平面聚束器95的電脈沖只在X方向(沿X軸)增大離子能量；從而，發(fā)生定量地依賴于增益的能量的離子軌跡角度α的變化。例如，在平面聚束器95處獲得的額外能量之后，離子軌跡會變成聚束軌跡97。調(diào)整空間透鏡94，以把期望能量的離子聚焦到狹縫99?？臻g透鏡94的聚焦提供在平面聚束器95之后的較低分辨率能量選擇，并容許在約15-20％相對能量展度內(nèi)的離子。單反射TOFMS91的離子光學(xué)模擬表明系統(tǒng)對連續(xù)離子束96中的角展度的容限較低。然而，就典型離子束(大小約幾毫米，角發(fā)散度為1°，能量展度為1eV)來說，對于1000amu離子，可以獲得約5-10ns寬度的離子包。具有寬空間發(fā)射度的離子源返回參見表2，軸向聚束方法31可能尤其適用于與正交加速器(OA)的接受度相比固有地具有較大發(fā)射度的離子源，其估計(jì)為：·在K＝50eV下，a＝2mm*deg，或者·A＝0.05mm2rad2eV.在多個(gè)離子源中，通過利用阻尼純RF離子導(dǎo)向器(RFG)在0.026eV的熱能下把離子束的大小限制在0.3-1mm之間，解決了發(fā)射度匹配的問題。即，為了計(jì)算全發(fā)射度：RFG發(fā)射度E＝0.003-0.03mm2*eV(式6)在這種情況下，OA接受度不再是限制，優(yōu)選OA方案(至少對于單反射TOF)，因?yàn)樗峁└玫墓ぷ鞅?如前所述)。然而，歸因于某些實(shí)際考慮因素，RFG的使用可證明是不可取的。所述考慮因素的例子可包括：(a)減慢快速成型(profiling)或分離時(shí)的離子遷移；(b)RFQ中的附加離子分子反應(yīng)；(c)取決于1-10nA以上的離子電流的發(fā)射度，這導(dǎo)致RFQ和OA之間的額外損失；(d)對于周圍分析器或離子源的額外氣體負(fù)荷；(e)RFQ的有限接受度，它可能超過源發(fā)射度；(f)RFQ的有限質(zhì)量范圍(即，不能遷移輕離子)，和對重離子的約束較差；和(g)RFG的額外成本。在其中這些考慮因素被著重考慮的情況下，可優(yōu)選本公開的軸向聚束方法31。返回參見圖4，另外跳到圖12，離子源42(或122)可包括CI、封閉EI、或者半開放EI源，如在通過引用包含在本文中的WO2013163530中所述。這些源的發(fā)射度水平接近10mm2rad2eV，接近MR-TOF分析器的接受度，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過OA的接受度。在這種情況下，軸向聚束提供脈沖轉(zhuǎn)換效率方面的顯著增益。離子源42可被具體體現(xiàn)成具有較大的相關(guān)發(fā)射度和較大的相關(guān)能量展度的離子源。例如，可以使用在0.1-1Tor氣壓下的輝光放電離子源，或者ICP源。離子源42的另一個(gè)實(shí)施例是SIMS或MALDI源，其中一次離子束光柵跨越所述表面，其中除了飛行時(shí)間聚焦之外，能量過濾器和質(zhì)量分析器還提供空間成像。公開的軸向聚束方法適合于很寬的離子束(例如，高達(dá)3mm-10mm范圍)，而不因能量過濾時(shí)間偏差而影響脈沖寬度，在一些包含的能量過濾或時(shí)間展度的情況下，高達(dá)100mm或者更大。氣態(tài)離子導(dǎo)向器之后的聚束參見圖10，脈動(dòng)轉(zhuǎn)換器101的實(shí)現(xiàn)包括氣態(tài)射頻(RF)離子導(dǎo)向器102、軸向DC場103、屏蔽電極104s、引出電極104e、DC加速級105、空間聚焦透鏡系統(tǒng)106、脈動(dòng)聚束器108、和能量過濾器110。氣態(tài)RF離子導(dǎo)向器102是具有淺動(dòng)態(tài)阱徑向分布D(r)的寬孔離子導(dǎo)向器(即，具有至少6mm的孔寬度-更可取的是10mm-15mm)，如在圖10的圖標(biāo)處所示。淺D(r)阱或者在高階多級(即，8級、10級或12級)內(nèi)形成，或者在由具有交替RF相位的環(huán)形成的離子隧道內(nèi)形成。離子導(dǎo)向器102填充有具有1-100mTor壓力范圍的氣體，以便實(shí)現(xiàn)碰撞離子阻尼。氣態(tài)RF離子導(dǎo)向器102優(yōu)選包括軸向DC場103，它可被具體體現(xiàn)成：楔形輔助電極；具有DC場的可變穿透的傾斜RF桿；電阻式RF桿；電阻式輔助電極；分段桿；輔助電極；或類似物。操作中，高階多極離子導(dǎo)向器102提供輸入離子束的碰撞阻尼，形成淺電位阱D(r)，所述淺電位阱D(r)能夠在多極的中央部分處采用大離子電流，而不把離子激發(fā)到高能量。優(yōu)選利用幾伏的軟軸向DC梯度，輔助通過多極離子導(dǎo)向器102的離子運(yùn)動(dòng)，以降低對于離子能量分布的空間電荷效應(yīng)。屏蔽電極104s和引出電極104e的組合能夠?qū)崿F(xiàn)離子軌跡的超出多極的適度空間離子聚焦。圖10中利用表示離子軌跡的虛線，例示了所述適度空間離子聚焦。布置引出，以使離子能量失真降至最小。較小的引出DC梯度(即，幾伏的梯度)允許絕熱離子運(yùn)動(dòng)。值得注意地，在邊緣RF場中，離子不會獲得額外的能量。只對核心區(qū)的離子采樣(甚至接受離子引出時(shí)的離子損耗)也降低RF場對離子能量的影響。這種系統(tǒng)能夠形成離子能量展度充分低于1eV的連續(xù)離子束，同時(shí)提供與常規(guī)純RF四級相比更低的空間約束。在脈動(dòng)轉(zhuǎn)換器101的超出氣體碰撞區(qū)的DC加速級105中，連續(xù)并且軟引出的離子束被DC加速到以keV為單位的能量范圍。可視情況被具體體現(xiàn)成伸縮透鏡系統(tǒng)的空間聚焦透鏡系統(tǒng)106形成實(shí)質(zhì)平行的離子束107。為了低角發(fā)散度起見，這種聚焦使離子束能夠空間擴(kuò)展。脈動(dòng)聚束器108脈沖加速離子束，形成離子包109，而能量過濾器110截除離子包109的具有過大能量展度的一部分。系統(tǒng)101準(zhǔn)備離子包109，所述離子包109隨后優(yōu)選在具有寬能量接受度的TOFMS(圖10中未圖示)中被DC加速和分析。這種系統(tǒng)101能夠形成亞納秒離子包，并提供在20-30％之間的工作比。從而，脈動(dòng)離子包的聚束提供轉(zhuǎn)換器的工作比的進(jìn)一步提高。軟脈動(dòng)離子包的聚束參見圖11，本公開的軸向聚束設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例111包括以下依次軸向排列的組件：累積離子源(例示成離子室112、反射極113和引出器114)；連續(xù)加速級43；空間聚焦透鏡44；時(shí)間選擇器45；由平行電極46、48形成的聚束器47；能量過濾器49；和TOF分析器50，TOF分析器50可以是Re-TOFMS或MR-TOFMS。脈沖發(fā)生器45p和46p分別連接到時(shí)間選擇器45和電極46。因而，時(shí)間選擇器45視情況被具體體現(xiàn)為額外的電極。圖11的實(shí)施例111的累積離子源室112包括用于具有：ΔT≈1μs；和約ΔK≈1eV的較小能量展度的離子包的軟脈沖引出的至少一個(gè)電極113。因而，乘積ΔK*ΔT接近1eV*μs。實(shí)施例111包括例證的封閉電子轟擊(EI)離子源，它具有離子室112、連接到脈沖發(fā)生器113p的反射極113以及連接到脈沖發(fā)生器114e的引出器114。被分析樣本是借助例如運(yùn)載氣體(一般為氦或氫)的流量一般為1mL/min的氣相色譜儀供給的。離子源中的氣壓可被維持在0.5-10mTor之間，取決于離子源開口，所述開口具有可在1mm和4mm之間變化的直徑。在70eV下，0.03-3mA電流的電子束使樣本電離。周期性地，向反射極113施加小振幅脈沖(即，振幅為幾伏的脈沖)。脈沖發(fā)生器114e向引出器114施加數(shù)十伏特，以便實(shí)現(xiàn)軟引出，所述軟引出形成持續(xù)時(shí)間為1-2μs以及能量展度為1-2eV的離子包，如在通過引用包含在本文中的WO2012024468中所述。操作中，離子源從如用離子室112內(nèi)的不同大小的黑色圓圈表示的寬質(zhì)量范圍的離子，生成離子束。連續(xù)加速級43把離子束連續(xù)加速到平均能量KC，平均能量KC被選擇成至少比能量范圍ΔK(100-3000eV)大10倍。離子束的絕對速度展度降低，如用(式3)所示?？臻g聚焦透鏡44把離子束空間聚焦到能量過濾器49。低相對能量展度有助于避免色透鏡偏差?？臻g聚焦透鏡44可被并入離子源、加速器43或時(shí)間選擇器45中(或者與離子源42、加速器43或時(shí)間選擇器45共用一些電極)。取決于包的離子質(zhì)量，每個(gè)脈動(dòng)包可能在不同的時(shí)間進(jìn)入(由電極46和48形成的)聚束器47。在預(yù)先選擇的時(shí)間，向至少一個(gè)電極施加聚束脈沖(在實(shí)施例111中，經(jīng)脈動(dòng)發(fā)生器46p，向電極46施加聚束脈沖)，以便實(shí)現(xiàn)較窄質(zhì)量范圍的聚束。其它質(zhì)量的離子將獲得數(shù)量與較窄質(zhì)量范圍的離子不同的能量，將被能量過濾器49濾出。從而，該方案產(chǎn)生在有限質(zhì)量范圍內(nèi)的離子包，但是具有與圖4中圖解所示的實(shí)施例中的連續(xù)離子束的聚束相比明顯更高的工作比。與實(shí)施例111相關(guān)的這些性質(zhì)在母質(zhì)量選擇或目標(biāo)分析期間可能是有益的，其中，在分析之前，被分析化合物的質(zhì)量(在GC-MS中，與色譜時(shí)間相關(guān))是已知的。為了增大實(shí)施例111的脈動(dòng)噴射方案的動(dòng)態(tài)范圍，優(yōu)選利用如在通過引用包含在本文中的WO2011135477中所述的編碼脈沖間隔(EFP)，頻繁地(比最重的離子通過MR-TOF分析器所需時(shí)段快得多地)施加聚束脈沖。這種快速脈動(dòng)可能降低離子源室112中的空間電荷飽和，還可能產(chǎn)生歸因于檢測器的以及TOF分析器50中的數(shù)據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍而需要的減小。具體就利用封閉EI源(具有小于0.1cm2的開口)的實(shí)施例111的“雙”脈動(dòng)方案的效率來說，保存的離子云的大小被認(rèn)為與電子束的寬度匹配(即，近似于1mm厚)。在離子累積階段的封閉EI源內(nèi)的離子熱能被假定為0.5eV。對于軟噴射，(電子束區(qū)域中的)引出場強(qiáng)被設(shè)定在1V/mm。引出的包預(yù)期具有1eV的能量展度，和3μs的回轉(zhuǎn)時(shí)間(對1000amu離子來說)。從而，軟離子包中的時(shí)間展度和能量展度的乘積可被估計(jì)為ΔT*ΔK＝3μs*eV。恰當(dāng)布置的聚束(脈動(dòng)加速)應(yīng)保持該乘積，這意味在TOF聚焦平面中，時(shí)間展度可被減小到5ns，對應(yīng)于在聚束步驟時(shí)的500eV的增大的能量展度，從而達(dá)到幾乎為1的工作比。再次參見圖11，本公開的軸向聚束設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例115包括下述依次軸向排列的組件：由RF饋電多級桿116形成的累積離子導(dǎo)向器；輔助推送電極117；輔助DC阱電極118；出口撇取器119；連續(xù)加速級43；空間聚焦透鏡44；時(shí)間選擇器45；由平行電極46、48形成的聚束器47；能量過濾器49；和TOF分析器50，TOF分析器50可被具體體現(xiàn)成Re-TOFMS或MR-TOFMS。脈沖發(fā)生器45p和46p分別連接到時(shí)間選擇器45和46。因而，時(shí)間選擇器45可視情況具體體現(xiàn)成附加電極。另一組脈沖發(fā)生器連接到輔助推送電極117和出口撇取器119。操作中，優(yōu)選由多極導(dǎo)向器內(nèi)的DC軸向場提速的輸入離子束由軸向DC阱保存，所述軸向DC阱由來自輔助推送電極117、輔助DC阱電極118和出口撇取器119的DC電位形成。在所述離子束存儲期間，離子束保持由多極桿116的RF場徑向約束。向輔助推送電極117和出口撇取器119施加定期軟引出脈沖(例如，振幅為幾伏特到幾十伏特的脈沖，取決于輔助場的穿透效率)。視情況，在引出脈沖之前，桿116上的RF場可被關(guān)閉幾微秒。軟引出場被調(diào)整到約0.3-1.0Vmm。軟引出可能引入很小的能量展度(即，小于1eV)，同時(shí)形成亞微秒離子包。預(yù)期方案115對于有限的質(zhì)量范圍在聚束階段時(shí)提供為1的工作比，同時(shí)為TOFMS分析生成亞納秒離子包。具有軸向聚束的MR-TOFMS的例子參見圖12，本公開的具有軸向聚束的多反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(MR-TOFMS)的實(shí)施例121包括連續(xù)離子源122，后面是經(jīng)等時(shí)弧形入口(C形入口)125耦接到MR-TOF分析器123的軸向聚束器124。C形入口125是為成限定為180-β的角度的離子軌跡轉(zhuǎn)向而設(shè)計(jì)的-其中β是MR-TOF分析器123中的離子軌跡129的傾角。對于與圖1的MR-TOF分析器類似的MR-TOF分析器123，離子源122和軸向聚束器124與圖4的離子源和軸向聚束器類似。C形入口125的特別表示的變體包含由孔徑128隔開的3組靜電扇形體127，其中孔徑128之一被放置在空間和角聚焦平面中，以充當(dāng)能量過濾器。MR-TOF分析器123包括由漂移空間16隔開的一對平行無柵離子鏡15、具有可選的轉(zhuǎn)向板18a、18b的周期透鏡17以及檢測器19。優(yōu)選使漂移空間16浮置在加速電位，以便使源122保持接地。分析器123被設(shè)計(jì)成布置鋸齒離子軌跡129，從而在大小適度的分析器內(nèi)折疊延長的飛行路徑。MR-TOF分析器123可以是平面的，如圖12中所示，或者是圓柱形的，如在通過引用包含在本文中的WO2011107836中所述，以便擴(kuò)大緊湊分析器內(nèi)的反射的次數(shù)。分析器可包含具有如在WO2005001878中所述的三階能量聚焦或者如在WO2013063587中所述的更高階聚焦的離子鏡15，WO2005001878和WO2013063587都通過引用包含在本文中。操作中，利用軟引出以使離子能量展度降至最小而在源122中形成的連續(xù)離子束在DC加速級43中被加速到keV的能量范圍，由空間聚焦透鏡144整形，以使角發(fā)散度降至最小，并且在能量過濾狹縫128處空間聚焦。由入口部分46和出口部分48形成的軸向聚束器調(diào)制離子束，以形成具有過大能量展度的離子包。離子包通過差動(dòng)抽吸管130(用于在分析器內(nèi)123維持高真空)，進(jìn)入已在圖7中進(jìn)一步例示并在上面說明的C形入口125。3個(gè)靜電扇形體127由狹縫128端接，其中狹縫128之一只使具有5-7％相對能量展度的離子束通過，充當(dāng)粗能量過濾器。C形入口125被設(shè)計(jì)成成限定為180°-β的角度，出射離子包，同時(shí)形成與離子鏡15平行的離子包時(shí)間波前。通過在所謂的Matsuda板(未圖示)上引入電壓調(diào)整，C形入口125可用于在MR-TOF入口處的離子包的位置和角度的微調(diào)，Matsuda板起靜電扇形體周圍的帽電極作用。這種調(diào)整允許獨(dú)立調(diào)整時(shí)間波前傾斜，如在通過引用包含在本文中的WO2006102430中所述。離子包沿鋸齒離子軌跡129朝著檢測器19而行，同時(shí)由順著Z軸布置的Z向的周期透鏡17和順著Z軸的X向的無柵離子鏡15空間約束。為了增大脈動(dòng)轉(zhuǎn)換的工作比，利用如在通過引用包含在本文中的WO2011135477中所述的編碼脈沖間隔(EFP)，頻繁地(比最重的離子通過MR-TOF分析器所需快得多地)施加聚束器47的聚束脈沖。作為數(shù)值例子，聚束脈沖的平均時(shí)段可為10μs，在1-2ns包FWHM下，聚束器的有效時(shí)間可為1μs，這對應(yīng)于脈動(dòng)轉(zhuǎn)換的10％時(shí)間工作比。空間電荷限制和脈動(dòng)方案高強(qiáng)離子源-比如封閉EI源、輝光放電或ICP源-產(chǎn)生超過10nA范圍(1E+11離子/秒)的離子電流，很可能在分析器中引起空間電荷限制。在TEFF＝lμs下，對于寬rm/z范圍的離子，每個(gè)包的離子數(shù)目可達(dá)到IE+5離子/發(fā)射。已知MR-TOF分析器維持高達(dá)300-1000離子的離子包的分辨率，和保持一種m/z的每個(gè)包高達(dá)2-3E+4離子的不受影響的質(zhì)量精度。返回參見圖4，軸向聚束方案能夠?qū)崿F(xiàn)對每個(gè)包的離子數(shù)的調(diào)整。至少利用以下方法，可以實(shí)現(xiàn)離子束deeming：(a)在相同的聚束振幅下，把連續(xù)離子束加速到更高的能量；(b)在聚束步驟時(shí)，應(yīng)用更高的脈沖振幅，聚束步驟可被布置以對于電極46和48的對稱推挽脈沖，以避免平均能量的失真；(c)在離子源42之后的透鏡44中的離子包的空間散焦；(c)把時(shí)間選擇器45用于引出的離子包的部分修整，以適合能量過濾器49的接受度。當(dāng)處理強(qiáng)離子源時(shí)，最初針對低工作比調(diào)整方案(連續(xù)離子束的高能量，和高脈沖振幅，以便減小有效時(shí)間TEFF低于0.1μs)，而利用在高達(dá)100kHz的平均脈動(dòng)頻率下的編碼頻繁脈動(dòng)方法，恢復(fù)動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度。該方法允許把回轉(zhuǎn)時(shí)間減小到低于1ns，和改善MR-TOF分辨率。在源之后的1E+11離子/秒通量的情況下，以及在TEFF＝0.lμs條件下，每次發(fā)射(shot)的離子數(shù)降到1E+4(從而避免MR-TOF中的空間電荷效應(yīng))，而到TOF檢測器19上的總通量變成1E+9離子/秒。參見圖13，圖中描繪了時(shí)間圖131，以說明頻繁編碼脈動(dòng)方法的細(xì)節(jié)。時(shí)間圖131的DAS開始圖132描述觸發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)的周期脈沖。描繪的周期被表示成500μs的例證周期，它對應(yīng)于例證的MR-TOF分析器中的最長離子飛行時(shí)間。時(shí)間圖131的推送脈沖圖133描述在500μs持續(xù)時(shí)間內(nèi)，成串地施加的聚束脈沖。在時(shí)間圖131的放大視圖134中，可以更清楚地了解單個(gè)500μs脈沖串的細(xì)節(jié)。具有唯一時(shí)間間隔的例證串用公式135描述：Tj＝T1*j+T2*j*(j-1)，其中j是特定串中的脈沖編號，T1是脈沖之間的平均時(shí)段(一般10μs)，T2代表選擇的比峰寬更寬的時(shí)間增量(例如，T2＝20ns)。在通過引用包含在本文中的WO2011135477中，提供了關(guān)于譜編碼和解碼的另外的細(xì)節(jié)。在高分辨率MR-TOF中，質(zhì)譜可能稀疏到足以把譜總數(shù)(population)增大30-50倍。如果需要，可以利用部分質(zhì)量過濾(例如，利用圖4中例示并且前面說明的抑制器/時(shí)間選擇門45，或者利用圖11中例示并且前面說明的從源中的脈動(dòng)引出)，減少譜總數(shù)，以便為目標(biāo)分析在某個(gè)適度的質(zhì)量范圍下使工作比達(dá)到最大。對于高達(dá)10nA的連續(xù)離子源電流，和高達(dá)10％的軸向聚束轉(zhuǎn)換器總工作比，到TOF檢測器上的離子通量可能達(dá)到1E+10離子/秒。這種水平的通量需要下面進(jìn)一步說明的具有延長的壽命和擴(kuò)大的動(dòng)態(tài)范圍的特殊TOF檢測器。長壽命檢測器為了接納高達(dá)1E+10離子/秒的離子流，本公開揭示以下新穎組合，所述新穎組合大大增強(qiáng)檢測器的動(dòng)態(tài)范圍和壽命。參見圖14，改進(jìn)的飛行時(shí)間檢測器的實(shí)施例141包括導(dǎo)電轉(zhuǎn)換器142、磁體143、被導(dǎo)電網(wǎng)144涂覆或覆蓋的閃爍體145、和密封的光電倍增器146。在某種意義上，檢測器141類似于寬展度Daly檢測器，不過，檢測器141提供對飛行時(shí)間性能的新改進(jìn)。圖14還圖解說明MR-TOF分析器10的一部分，所述一部分表示檢測器19(它可被具體體現(xiàn)成改進(jìn)的飛行時(shí)間檢測器141)在MR-TOF分析器10內(nèi)的位置。參見改進(jìn)的飛行時(shí)間檢測器141，操作中，在垂直于改進(jìn)的飛行時(shí)間檢測器141的X軸的Y-Z平面中，平行于碰撞離子包的時(shí)間波前150(時(shí)間波前150例示在軌跡149處)，安裝導(dǎo)電轉(zhuǎn)換器142。使導(dǎo)電轉(zhuǎn)換器142相對于分析器漂移空間16的電荷，負(fù)浮置數(shù)百伏特。例如，在圖14中，電位差為300V(參見對于分析器漂移空間16所示的-5kV電荷)。離子以5-6keV的能量(考慮到脈動(dòng)源中的加速)撞擊轉(zhuǎn)換器，以對于在GC-MS中分析的小分子(一般小于500amu)來說接近于1的離子-電子效率，發(fā)出二次電子。發(fā)出的電子由分析器漂移空間16場和導(dǎo)電轉(zhuǎn)換器142場之間的300V電位差加速，同時(shí)由磁體143提供的磁場轉(zhuǎn)向到轉(zhuǎn)向軌跡147。安裝磁體143，以沿著Y軸形成磁力線，磁體143使發(fā)出的電子沿著Z向轉(zhuǎn)向。相對于磁場的給定強(qiáng)度(可在30-300高斯之間，視情況選擇所述強(qiáng)度)，調(diào)整導(dǎo)電轉(zhuǎn)換器142和分析器漂移空間16之間的偏壓，以把電子聚焦到閃爍體145上。視情況，使磁體143的軸偏離離子束方向。這種偏離提供Y向的額外電子約束(考慮到磁力線的彎曲)，而90°磁轉(zhuǎn)向提供X向的自然電子約束。通過網(wǎng)格覆蓋窗口148，對沿著轉(zhuǎn)向軌跡147的電子采樣，所述電子加速到正偏壓閃爍體145。較高的閃爍體145偏壓(例如，高達(dá)+10kV)產(chǎn)生更高的信號增益，不過由于實(shí)際原因會受到限制。閃爍體145視情況被具體體現(xiàn)成支持高電子-光子效率(例如，每60-100eV的電子能量，至少一個(gè)光子)的快速有機(jī)閃爍體(St.GobainLtd.的BC418或BC422Q)。從而，具有10-15kV能量的單個(gè)二次電極形成至少15個(gè)光子。這允許可靠地檢測幾乎每個(gè)一次離子，盡管光子收集效率有限(在我們的實(shí)驗(yàn)中，估計(jì)為-20％)，以及盡管PMT146中的光電發(fā)射體的光子效率有限(25-30％)。常規(guī)的混合TOF檢測器采用在閃爍體145之前的附加微通道(MCP)級，以便增強(qiáng)總信號增益。另外，常規(guī)的混合TOF檢測器采用在閃爍體145之上的薄(約1μm)鋁涂層，以防止閃爍體帶電，和增強(qiáng)光子收集。這兩個(gè)特征大大限制了檢測器的壽命和動(dòng)態(tài)范圍。圖7中所示的脈動(dòng)轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例71解決這些限制。不存在MCP的飽和(已知在1E+7離子/秒/cm2通量密度條件下出現(xiàn))，到閃爍體145上的電子劑量被減小100-1000倍(因?yàn)椴淮嬖贛CP放大)。另外，不使用看來似乎低再現(xiàn)地抑制快電子的薄鋁涂層。從而，圖7的脈動(dòng)轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例71還避免因大離子劑量損傷這樣的鋁涂層。改為由沉積或覆蓋的厚金屬導(dǎo)電網(wǎng)144利用在導(dǎo)電網(wǎng)144的可選例證0.3-1mm單元大小的情況下，以1kV/mm的表面放大和漏電，提供電子電荷的靜電消除?？梢允褂闷渌鼏卧笮?。Hamamatsu(在通過引用包含在本文中的R9880U中)提供了關(guān)于可從市場獲得的PMT倍增器145的其它細(xì)節(jié)。這種密封的光電倍增器(PMT)146可具有延長的壽命300庫侖(依據(jù)輸出電荷測量)，同時(shí)提供較短的上升時(shí)間(例如，1.5ns)。在1E+6的總增益、1E+9離子/秒的平均離子通量下，輸出電流為160μA。為此，檢測器141預(yù)期存活2E+6秒(即，在最大負(fù)荷下，幾乎500小時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷下，至少一年)。對于外部PMT耦合(例如，借助玻璃管，以便通過光子)，PMT模塊146可被替換，而不在儀器上開孔。外部PMT耦合還抑制頻繁脈動(dòng)模式(比如圖6中例示和上面說明的頻繁脈動(dòng)下)從脈沖發(fā)生器的拾取。檢測器141的線性范圍(它通常借助標(biāo)準(zhǔn)電阻分壓器由輸出電流限制于100μA)可被改善。例如，最后的幾級由更大功率的電源(即，至少具有幾mA電流極限)供電，并由有源電路控制。為了增強(qiáng)檢測器141的動(dòng)態(tài)范圍，最后的PMT146級連接到緩沖電容器。然而，這種解決方案對時(shí)間峰值信號來說并不夠。通過利用下述，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)范圍的進(jìn)一步增強(qiáng)：(a)源中的頻繁編碼脈沖，它把檢測器141的最大信號降低2個(gè)數(shù)量級；或者(b)交替的增益脈沖，繼之以具有快速截止和快速恢復(fù)的放大器。這兩種改進(jìn)都已在上面進(jìn)一步說明，并在圖6中圖解說明。通過：(a)利用雙PMT146，每個(gè)都具有不同的光收集效率；(b)從不同的PMT級146獲得信號；(c)利用具有雙(三)增益輸出的前置放大器；和/或(d)在發(fā)射之間交變電子收集效率或PMT增益，可進(jìn)一步改善動(dòng)態(tài)范圍。如果利用(a)常規(guī)(稀少脈沖)操作方式，和(b)具有短壽命(對于標(biāo)準(zhǔn)MCP和非密封SEM來說，一般1庫侖)的常規(guī)TOF檢測器，那么公開的具有高效軸向聚束的so-EI-MR-TOF儀器實(shí)際上相當(dāng)受限。提出的編碼頻繁脈動(dòng)方法和提出的長壽命檢測器解決了這些問題，以使軸向聚束方法31實(shí)際可用于高分辨率MR-TOFMS。級聯(lián)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀公開的軸向聚束方法31很適合于生成離子包，其目的是為了在飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(TOFMS)中選擇母離子。參見圖15，公開一種級聯(lián)TOFMS151(TOF-TOFMS)，它包括以下相繼組件：連續(xù)源42；連續(xù)加速級43；空間聚焦透鏡44；抑制器45，它可以是電極；在平行電極46和48之間的聚束區(qū)47中形成的聚束器47；能量過濾器49；第一TOF分析器50(TOF1)，它可被具體體現(xiàn)成Re-TOF或MRTOF，用于在時(shí)間方面分離離子；時(shí)間離子選擇器152，它可被具體體現(xiàn)成選擇感興趣的特定m/z比的母離子的電極；碎裂單元153，它可被具體體現(xiàn)成電極；和第二TOF分析器154(TOF2)，用于分析碎片離子。圖15中描述成門形圖標(biāo)的脈沖發(fā)生器連接到抑制器45、第一平行電極46和時(shí)間離子選擇器152。另外，表示了連接到碎裂單元153的脈動(dòng)發(fā)生器。連接到碎裂單元153的該脈動(dòng)發(fā)生器是TOF-TOFMS151的可選特征。參見圖15的TOF-TOFMS151，操作中，利用如前所述，并在圖4中例示的繼之以能量過濾的軸向聚束方法31，從連續(xù)離子束形成母離子的脈動(dòng)離子包。第一TOF分析器50在時(shí)間方面分離母離子，時(shí)間離子選擇器152(例如，它可包括雙極網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)其功能)選擇感興趣的母離子，并準(zhǔn)入它們進(jìn)入碎裂單元153。在碎裂之后，離子包可視情況被脈動(dòng)和DC加速。隨后，在第二TOF分析器154中，質(zhì)量分析碎裂的離子。碎裂單元153可包含下述之一：(i)在平行于離子包的時(shí)間波前150布置并且面向一次離子包的表面上的表面誘導(dǎo)解離SID；(ii)相對于母離子包的軌跡149成滑動(dòng)角布置的表面誘導(dǎo)解離SID；(iii)在氣壓P下，在長度L小于1厘米的短CID單元內(nèi)的碰撞誘導(dǎo)解離CID，其被調(diào)整，以便乘積P*L在1-5cm*mTor的范圍內(nèi)，從而對應(yīng)于母離子的單一平均碰撞；(iv)布置在源開口面積在0.1-0.3cm2范圍內(nèi)的源內(nèi)的碰撞誘導(dǎo)解離CID；(v)在碎裂步驟之后發(fā)生的脈動(dòng)加速步驟；(vi)在碎裂步驟之后，提供空間聚焦的空間聚焦透鏡；(vii)在碎裂步驟之后發(fā)生的碎片離子包的后加速步驟；或者(viii)在碎裂步驟之后發(fā)生的轉(zhuǎn)向步驟。在均通過引用包含在本文中的US2007029473、WO2013192161和同時(shí)待審的關(guān)于MR-TOFMS用半開放源的申請中，公開了與都適合于TOF-TOFMS151的這些碎裂方法相關(guān)的另外的細(xì)節(jié)。盡管關(guān)于前面說明的優(yōu)選實(shí)施例，說明了本發(fā)明，不過對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯然可以作出形式和細(xì)節(jié)方面的各種修改，而不脫離記載在附加權(quán)利要求中的本發(fā)明的范圍。說明了多種實(shí)現(xiàn)。不過要明白，可以作出各種修改，而不脫離本公開的精神和范圍。因而，其它實(shí)現(xiàn)在以下權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3