專利名稱：多通道檢測的制作方法
技術領域：
此發(fā)明涉及具有多次反射的飛行路徑的裝置中的帶電粒子檢測。
背景技術：
在飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀中，通過施加電勢使帶電粒子沿飛行路徑 加速，且通過利用檢測裝置測量預定距離上的飛行時間來確定質(zhì)荷比 (m/z)。當選擇檢測裝置時，需要考慮的因素可包括檢測器的響應時間； 檢測器動態(tài)范圍；最小可檢測信號(檢測限制)；同時檢測到達檢測器的 多個帶電粒子的能力；以及檢測器的時間分辨率，即區(qū)分不同時間到達檢 測器的粒子的能力。
帶電粒子到達給定點或平面所花費的時間取決于其初始動能、它的m/z
比和飛行路徑的長度。正交TOF質(zhì)譜儀通常具有相對較短的飛行路徑。因 此，不同m/z比的粒子在它們的飛行時間上將不會有顯著差別，因而這些 質(zhì)譜儀的質(zhì)量分辨率即便對良好限定的離子束和快速采集系統(tǒng)的情況下都 很有限。通過積加大量譜可在這些TOF質(zhì)譜儀中實現(xiàn)有用的高動態(tài)范圍， 其中各個譜通常包含數(shù)十到數(shù)百個檢測到的離子。此外，可采用具有數(shù)個 陽極的檢測器，其中各個陽極具有單獨的輸出。
通過使帶電粒子束反射多次從而在有限的空間內(nèi)折疊離子軌道可增加 飛行路徑的長度而不會顯著增大裝置的大小。這可通過使用多個靜電離子 反射鏡、或多個靜電扇形區(qū)(sector)、或以上的任意組合來實現(xiàn)。在許多 情況下，多個反射鏡或扇形區(qū)可由沿基本垂直于飛行時間分離方向的方向 延伸的集成構造代替。增加飛行路徑長度的期望程度取決于檢測裝置的能 力。
所有這些系統(tǒng)的特征在于多個分段，各個分段具有離子加速區(qū)(即反 射或偏轉(zhuǎn)區(qū))和緊隨其后的其中這樣的加速相對較小的區(qū)域(即為基本無場區(qū))。在這里和下文中，所有這些系統(tǒng)將被稱為多次反射TOF。
從離子光學的角度來看，多次反射TOF是更一般的靜電阱類的子類， 而且可被細分成"開放型"和"封閉型"多次反射TOF。"開放型"涉及其中離子 軌跡不能被無限時間地限制在阱內(nèi)而僅僅只能有限次反射地限制在阱內(nèi)的 系統(tǒng)。通常離子路徑不會反射到其自身上。這樣的系統(tǒng)不會遭受對"封閉型" 靜電阱而言典型的質(zhì)量范圍限制，在"封閉型"靜電阱中多個離子被迫遵循 基本相同的路徑從而不同m/z范圍的區(qū)域愈加交迭。
多次反射TOF質(zhì)譜儀的主要優(yōu)點是飛行路徑長度增加和由此的飛行時 間增加。因此，不同m/z比的離子之間的飛行時間差(即TOF散布)增加， 從而改善了質(zhì)量分辨率。同時，當飛行時間增加時，重復率會減小。減小 的重復率減少了在給定時間周期中會被累加的譜的數(shù)量，從而限制了質(zhì)譜 儀能實現(xiàn)的動態(tài)范圍。
分析的占空比也會被減小，但通過利用用于在向TOF的多次注入之間 積累離子的離子存儲裝置可將其恢復。然而，利用離子存儲裝置來保持占 空比會增大各個質(zhì)量峰中的離子數(shù)量，從而使單次發(fā)射中的強度范圍增大 至超過己知檢測器的能力。
因此，現(xiàn)有的TOF裝置不能同時提供高質(zhì)量分辨率和高動態(tài)范圍。因 此它們不能將帶電離子束中高豐度的具有第一 m/z比的一類粒子和該束中 低豐度的具有接近第一 m/z比的第二 m/z比的第二類粒子區(qū)分開。

發(fā)明內(nèi)容
針對此背景，本發(fā)明在第一方面中提供一種質(zhì)譜儀，其包括電極裝 置，該電極裝置用于使束中的帶電粒子經(jīng)受多次變向；以及檢測裝置，該 檢測裝置被安排成在第一檢測時間檢測帶電粒子束的第一部分，并基于帶 電粒子束的被檢測的第一部分的強度提供第一輸出，該檢測裝置還被安排 成在第二檢測時間檢測帶電粒子束的第二部分，并基于帶電粒子束的被檢 測的第二部分提供第二輸出。
第一輸出包括關于帶電粒子束的被檢測的第一部分的強度的信息。第 一輸出因而可被安排成提供根據(jù)帶電粒子束的被檢測的第一部分的強度而變化的信號。有利地，第一輸出還基于帶電粒子束的被檢測的第一部分的 飛行時間。優(yōu)選檢測裝置被安排成在時間聚焦位置處檢測帶電粒子束的第 一部分。這通常伴隨著性能改善。檢測裝置替代或附加地可被安排成在時 間聚焦位置處檢測帶電粒子束的第二部分。
質(zhì)譜儀還包括控制器，該控制器被安排成基于檢測裝置的第一輸出調(diào) 節(jié)帶電粒子束和/或檢測裝置的參數(shù)，以便調(diào)節(jié)檢測裝置的第二輸出。因此 控制器可使用來自第一輸出的關于帶電粒子束的被檢測的第一部分的強度 的信息。
這有利地提供一種具有延長飛行路徑的多次反射設備，其中檢測裝置 的第一輸出可用來調(diào)節(jié)來自檢測裝置的第二輸出。此配置可允許在檢測器 的線性范圍內(nèi)的優(yōu)化、防止檢測器飽和或使其避免噪聲(例如由散射離子 引起)、通過量的改進、強離子束的質(zhì)量分辨率的改進、以及動態(tài)范圍的 增大?？刂破骺捎欣貙z測裝置的第二輸出調(diào)節(jié)成在期望范圍內(nèi)。第二 輸出的期望范圍可相應地被設置成實現(xiàn)這些改進的每一個。這些多次反射 設備可包括多扇形區(qū)裝置。
優(yōu)選電極裝置被安排成使束中的帶電粒子經(jīng)受至少45度的多次變向。
任選地，電極裝置被安排成使束中的帶電粒子經(jīng)受多次反射。
優(yōu)選電極裝置限定帶電粒子束的飛行路徑，而檢測裝置大致向飛行路
徑的終點定位，例如沿飛行路徑的最后50%、或更優(yōu)選地沿飛行路徑的最 后20%、 10%或5%定位。通過進一步向飛行路徑的終點安排檢測器，各個 脈沖內(nèi)的粒子根據(jù)它們的質(zhì)荷比在時間上接近最大程度地分離，從而提供 最大的質(zhì)量分辨率。
在優(yōu)選實施例中，電極裝置使束中的帶電粒子經(jīng)受至少3次反射。任 選地，還可利用至少5次、10次、20次、100次、或200次反射。在適當 設計的離子反射鏡情況下(例如其中3階或更高階TOF針對能量而1階或 2階針對其它初始參數(shù))，飛行路徑越長，質(zhì)量分辨率越好。
在某些實施例中，檢測裝置的第二輸出可基于帶電粒子束的被檢測的 第二部分的飛行時間。第二輸出可替換地或附加地基于帶電粒子束的被檢 測的第二部分的強度。這尤其適用于飛行時間質(zhì)譜儀，其中檢測裝置的各個輸出被記錄為來自檢測器在給定時間接收的信號強度。以此方式，輸出 包括有關帶電粒子束的被檢測部分的強度和飛行時間的信息。
當?shù)诙敵龌趲щ娏Ｗ邮谋粰z測的第二部分的飛行時間時，控制 器可被配置成基于第一輸出調(diào)節(jié)基于飛行時間的第二輸出。因此第二輸出 可被調(diào)節(jié)。以此方式，來自第二輸出的峰的測得飛行時間可基于第一輸出 中該峰的強度而被改變，以使在強峰附近的飛行時間修正不同于對其它質(zhì) 量峰的飛行時間修正。
當?shù)诙敵龌趲щ娏Ｗ邮谋粰z測的第二部分的強度時，包括強度 信息的第二輸出可利用也包括強度信息的第一輸出來調(diào)節(jié)。在這樣的實施 例中，可通過基于第一輸出控制檢測裝置來避免在檢測離子束的第二部分 時檢測裝置的飽和。
檢測裝置可包括位于時間聚焦區(qū)的單個檢測器，該單個檢測器用來提 供針對帶電粒子束的第一部分的第一輸出并隨后提供針對帶電粒子束的的 第二部分的第二輸出。或者，檢測裝置可包括位于第一時間聚焦區(qū)的第 一檢測器，該第一檢測器用來提供針對帶電粒子束的第一部分的第一輸出； 和位于第二時間聚焦區(qū)的第二檢測器，該第二檢測器用來提供針對帶電粒 子束的第二部分的第二輸出。在此情況下，離子束的第一部分可任選地小 于離子束的第二部分。離子束的第二部分可以是第一部分的大小的至少三 倍?；蛘?，第二部分可以比第一部分大5倍、10倍、20倍、50倍或100 倍。任選地，束的第二部分包括未在束的第一部分中檢測到的所有余下離 子。
如果檢測裝置包括多個檢測器，則第一檢測器和第二檢測器可任選地 包括至少一個公共放大級。有利地，檢測器可被集成在同一構造中。優(yōu)選 地檢測器可共享一個或多個公共微通道板，因為這些板會很昂貴。
控制器可被安排成基于第一檢測器的第一輸出控制第二檢測器的靈敏 度以便調(diào)節(jié)第二輸出。然而，另外或替換地，優(yōu)選實施例的檢測裝置還可 包括位于第一檢測器和第二檢測器之間的第一調(diào)制器。第一調(diào)制器可防止 一定比例的帶電粒子束向前向第二檢測器傳送，該比例基于散射第一檢測 器的第一輸出確定。因此控制器能夠通過防止束的一部分到達第二檢測器控制第二輸出，從而使所述第二檢測器的第二輸出在期望范圍內(nèi)。這樣做 的好處是可迅速控制第二檢測器的輸出向-無需調(diào)節(jié)第二檢測器的靈敏度， 即無需對相應電子電路進行任何調(diào)節(jié)。此外，還避免了第二檢測器的飽和 及與其相伴的有害效應(諸如第二檢測器的使用壽命減少、峰拖尾以及減
幅振蕩(ringing))。然而，當然有可能既通過調(diào)制器控制束中到達第二檢測 器的離子的數(shù)量，又(同時)控制/調(diào)節(jié)第二檢測器的靈敏度。
調(diào)制器任選地被配置成使帶電粒子束的至少一部分偏轉(zhuǎn)，優(yōu)選向擋板 偏轉(zhuǎn)或遠離離子光學元件。調(diào)制器可基于檢測裝置的第一輸出大于預定閾 值而任選地減少被檢測為帶電粒子束的第二部分的一部分的離子數(shù)量。這 可用來阻止離子束的密集部分到達第二檢測器。調(diào)制器有利地位于時間聚 焦區(qū)。檢測裝置可包括提供第二輸出的第二輸出部分。然后調(diào)制器優(yōu)選位 于緊鄰所述第二輸出部分的上游的時間聚焦區(qū)。
此方法與其替代方法相比提供構造更簡單的優(yōu)點，例如利用首先處于 低增益然后處于較高增益的單個檢測器。在利用多個檢測器的實施例中， 引入的離子包中的快速變化或不可重現(xiàn)性不會影響第一和第二輸出各自的 質(zhì)量峰強度之間的關系。因此，兩個輸出中的峰可連續(xù)用于恢復原始離子 包的真正強度，從而提供更好的線性響應。此外，占空比的雙倍因數(shù)減小 對裝置性能也有好處。
任選地，檢測裝置可包括第三檢測器和第二調(diào)制器。從而控制器可進 一步調(diào)整成基于第一檢測器的輸出、和替換地或附加地基于第二檢測器的 輸出調(diào)節(jié)檢測裝置(例如第三輸入離子束)的參數(shù)。第三檢測器可比第二 檢測器檢測束的更大部分。任選地，第三檢測器可檢測第二檢測器的束的3 倍、5倍、10倍、20倍、50倍、或100倍大小的束。任選地，第三檢測器 檢測帶電粒子束的未被第一檢測器或第二檢測器檢測的完整部分。
在優(yōu)選實施例中，質(zhì)譜儀還包括離子源，該離子源被安排成產(chǎn)生帶 電粒子；以及加速電極裝置，該加速電極裝置被安排成加速帶電離子以形
成束。質(zhì)譜儀還可包括脈沖離子存儲器。這可以是軸向或正交提取離子存 儲器。
在第二方面中，本發(fā)明提供一種質(zhì)譜測量方法，包括以下步驟利用電極裝置使帶電粒子束經(jīng)受多次反射；利用檢測裝置在時間聚焦區(qū)處檢測
帶電粒子束的第一部分，該檢測裝置具有基于帶電粒子束的被檢測的第一
部分的第一輸出；利用檢測裝置在時間聚焦區(qū)處檢測帶電粒子束的第二部 分，該檢測裝置具有基于帶電粒子束的被檢測的第二部分的第二輸出；以 及基于檢測裝置的第一輸出調(diào)節(jié)帶電粒子束和/或檢測裝置的參數(shù)以調(diào)節(jié)檢 測裝置的第二輸出。
附圖簡述
本發(fā)明可按照多種方法來實施，現(xiàn)在將僅作為示例且參考附圖描述這 些方法的一種，在附圖中


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)譜儀。
圖2a示出用于圖1的質(zhì)譜儀的檢測器的側(cè)視圖。
圖2b示出圖2a的檢測器的前視圖。
圖3示出帶有小型兩級檢測器的圖1的質(zhì)譜儀。
優(yōu)選實施例的具體描述
首先參考圖l，示出了根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)譜儀。
該質(zhì)譜儀包括離子源10;多個離子反射鏡40，它們使帶電粒子束 35偏轉(zhuǎn)；包括第一帶電粒子檢測器50的檢測裝置；以及第二帶電粒子檢測 器60。帶電粒子由離子源產(chǎn)生，形成為帶電粒子束35，且被離子反射鏡40 反射多次。大量的離子反射鏡40使離子束在合理大小的裝置內(nèi)行進長的飛 行路徑。
圖l的質(zhì)譜儀還包括前置阱20;離子存儲器30;任選的輸運電氣扇 形區(qū)(或等效的離子輸運光學裝置)110;碎裂室120;以及輸運多極透鏡 130。質(zhì)譜儀的檢測裝置還包括第一調(diào)制器70;第二調(diào)制器80;第三檢 測器90。
這種安排，尤其是大量的離子反射鏡(它們將引起數(shù)百次反射)意味 著帶電粒子被保持在多次反射質(zhì)譜儀內(nèi)相對較長時間段，因此它們在裝置 內(nèi)行進的距離長。此距離可從便攜裝置的幾米到大型實驗裝置的數(shù)千米，但通常顯著大于相應真空室的物理長度。相比之下，常規(guī)的正交飛行時間
質(zhì)譜儀只允許通常比它們的真空室長不超過2至4倍的飛行路徑。在適當
設計的反射鏡情況下，粒子在質(zhì)譜儀中行進的時間增加可轉(zhuǎn)化成具有不同 質(zhì)荷比的粒子的時間分離增加從而質(zhì)荷比分辨率提高。
相同m/z比的粒子可具有不同的初始動能。優(yōu)選將質(zhì)譜儀設計成使反 射鏡之間存在至少一個時間焦點或焦平面。這些時間焦點或焦平面是給定 m/z比的帶電粒子沿飛行路徑同時到達的位置，與它們的最高達1階、2階、 3階或更高階近似的初始能量、坐標或角度無關。
帶電粒子束然后通過向飛行路徑的終點定位的檢測裝置，該檢測裝置 從第一檢測器50開始。第一檢測器50位于時間焦點或焦平面處。第二檢 測器60位于第二時間焦點或焦平面處。通過將這些檢測器定位在時間焦點 處，最小化了具有相同m/z比的粒子的飛行時間的散布。這是重要的，以 便m/z稍稍不同的離子在到達檢測器時可在時間上分離從而可被分辨。
帶電粒子飛行路徑上第一和第二檢測器之間的距離要使從第一檢測器 獲得的信息可在相應的帶電粒子到達第二檢測器(例如在數(shù)十微秒之后) 之前被實時使用。
這允許有充足的時間用于調(diào)節(jié)檢測裝置的參數(shù)，具體地說是為了改善 后續(xù)檢測器的性能，以使它們的輸出在可接受的范圍內(nèi)。這可按照多種方 式進行。
可調(diào)節(jié)后續(xù)檢測器的裝置參數(shù)，例如通過調(diào)節(jié)控制后續(xù)檢測器的電勢 來改善它的檢測性能。例如，這可用來改變包括電子倍增器的第二檢測器 的增益或靈敏度。這可用來防止第二檢測器的輸出飽和或使輸出信號低于 裝置的噪聲最低限度，且可用來歸一化第二檢測器的輸出以使來自被檢測 的帶電粒子的大小信號都可被精確測量。
相應離子的部分或全部可偏離第二后續(xù)檢測器，例如用來防止那些后 續(xù)檢測器過載。第一調(diào)制器70被設置成響應于第一檢測器50的輸出控制 離子束。例如，如果第一檢測器在某個到達時間檢測到對應于給定m/z比 的高豐度，調(diào)制器可作為響應使具有該m/z比的束的一部分偏離第二檢測 器60以防止第二檢測器60飽和。使用調(diào)制器和長的飛行路徑以及第一和第二檢測器之間的充分距離允許有充足時間來控制此調(diào)制以僅使束的會引 起第二檢測器70飽和的部分被偏轉(zhuǎn)。
優(yōu)選地調(diào)制器定位于檢測器之間的時間焦點中，其被激活以在第一檢 測器表面處檢測到束的一部分之后的某個時間使帶電粒子包偏轉(zhuǎn)。此時間 延遲對應于帶電粒子從第一檢測器表面向束調(diào)制器行進所花費的時間，這 會是幾微秒到數(shù)十微秒。另一方面，如果在第一檢測器上檢測到的信號低 于閾值，則在相應束包中的帶電粒子不會被偏轉(zhuǎn)而被允許行進到第二檢測 器表面。
第一檢測器處對帶電粒子包的檢測還用來指示不足數(shù)量還是太多數(shù)量 的帶電粒子已被采樣和引入阱或質(zhì)譜儀中，在該情況下可基于該數(shù)據(jù)作出 判定以使那些帶電粒子的分析中止并對更小或更大比例的樣本帶電粒子重 新采樣，從而改善裝置的通過量。
在所示實施例中，提供了第三檢測器90。該第三檢測器具有不同于第 一和第二檢測器的檢測效率。 一般而言各個檢測表面被設置有不同(通常 為升高的)的檢測效率。換言之，各個檢測器截取不同比例的帶電粒子束。 然后，利用第一和第二檢測器，可控制所有三個檢測器以使它們在其線性 動態(tài)范圍內(nèi)起作用。
在第二和第三檢測器之間的TOF焦點處設置了第二調(diào)制器80以使束 基于第一和第二檢測器的輸出偏轉(zhuǎn)?？墒共糠质虻谌龣z測器90偏轉(zhuǎn)。
可使帶電粒子束100的一部分向任選的電氣扇形區(qū)110偏轉(zhuǎn)。這使束 向碎裂室120 (它也可用于離子存儲)、輸運多極透鏡130且向離子存儲器 30偏轉(zhuǎn)，然后束從這些地方被重新引導回通向離子反射鏡40的路徑35上。 可將室120中的選擇、(任選的)碎裂/反應以及注入到質(zhì)量分析儀中的循 環(huán)重復多次。
可通過任一調(diào)制器執(zhí)行向電氣扇形區(qū)110和室120的偏轉(zhuǎn)。此安排可 用于數(shù)種目的，例如使小組分富集和僅選擇強峰(例如針對MS/MS實驗)。 選定的強峰優(yōu)選繞過下游的檢測器或調(diào)制器。
利用此安排，相對于正交飛行時間質(zhì)譜儀，重復率必須被顯著減小。 正交飛行時間質(zhì)譜儀可具有數(shù)千次每秒的重復率，而質(zhì)荷比譜通過數(shù)秒內(nèi)多個譜的累加而建立。另一方面，包括圖1所示實施例的多次反射、振蕩 或軌道阱或攝譜儀會花費幾微秒至數(shù)百微秒來記錄單個高分辨率譜。
高度期望在行進途中一次發(fā)送很多個帶電粒子，以使所記錄的信號包 含盡可能多的離子。針對此目的已開發(fā)出高度專用的離子注入裝置以可控 制地向這樣的阱或攝譜儀中注入多達數(shù)十萬個離子。
現(xiàn)參考圖2a，示出了用于圖1的質(zhì)譜儀的電子倍增檢測器的側(cè)視圖。 該檢測器包括轉(zhuǎn)換格柵210;補償電極220;以及微通道板240。帶電粒子 230被引向轉(zhuǎn)換格柵210。部分帶電粒子被轉(zhuǎn)換格柵210截取，從而產(chǎn)生電 子250，接著電子250被微通道板240檢測。
圖2b示出根據(jù)圖2a的檢測器的前視圖。示出了三個轉(zhuǎn)換格柵210和 微通道板240。在本實施例中三個檢測器的每一個具有不同的檢測效率。第 一檢測器利用99%透射導電格柵形成，第二檢測器利用90%透射導電格柵 形成，而第三檢測器利用固態(tài)導電檢測器表面形成。
那么，如果截取了 1%帶電粒子的第一檢測器表面產(chǎn)生大于預設閾值的 信號，則通過使用束調(diào)制器70或束調(diào)制器80使帶電粒子束中的質(zhì)量范圍 的相應部分在到達第二檢測器表面之前偏轉(zhuǎn)可防止利用第二檢測器或第三 檢測器的檢測。
電子倍增檢測器的動態(tài)范圍對于帶電粒子到達率高達 106個粒子每秒 的連續(xù)束和高達108-109的脈沖束保持基本線性。在超過這些的到達率下， 來自倍增器的輸出變得非線性且可具有延續(xù)不成比例的長時間段的響應 (稱為峰拖尾)。此非線性和峰拖尾時段使檢測器不能精確地記錄在第一 個信號之后立刻到達的較小信號。而且，對于更強的離子信號，因為更多 的電荷由檢測器發(fā)射，所以質(zhì)量分辨率和質(zhì)量精度會差。
在多次反射飛行時間質(zhì)譜儀中，長飛行時間導致高分辨率。那么，時 間聚焦的一質(zhì)荷比的離子全部會在 5至20納秒內(nèi)到達時間焦點處。因此這 種情況下的線性動態(tài)范圍僅僅為每個峰10至50個離子，對應于2"09個 離子每秒的峰值離子到達率。在所描述的實施例中使用三個檢測表面意味 著能被第一檢測器檢測的10至50個離子對應于質(zhì)量峰中的1000至5000 個離子。能被第二檢測器檢測到的10至50個離子對應于原始質(zhì)量峰中的~100至500個離子。最終檢測器記錄從單個離子到50個離子的范圍上的離 子。由此在此示例中使用三個檢測器會使檢測器的有用動態(tài)范圍增大2個 數(shù)量級。
檢測器之間的距離由離子反射鏡40的周期限定。此周期一般顯著超過 圖2中使用的微通道板的典型大小。圖3示出利用小型兩級檢測器的圖1 的質(zhì)譜儀。為提供較緊湊和較廉價的檢測器而不減小反射鏡40的空間周期， 第一偏轉(zhuǎn)器80然后偏轉(zhuǎn)器70用來將離子引導到環(huán)形軌道310上以使離子 被檢測器300檢測到。此實施例允許利用具有小微通道板的緊湊集成檢測 器實現(xiàn)檢測裝置。
盡管本文中已描述了特定實施例，但本領域普通技術人員可構想多個 修改和替換。例如，雖然上述實施例包括三個檢測器，但本領域普通技術 人員將可理解可使用更多的檢測器。同樣，調(diào)制器的數(shù)量可以不同。
雖然優(yōu)選實施例的長路徑長度由于電流檢測器和電子電路的限制在當 前是必需的，但它不應當用來限制本發(fā)明。
雖然本發(fā)明可用來調(diào)節(jié)離子束的第二部分的測得強度，但它還可用來 調(diào)節(jié)離子束的第二部分的其它測得特性。例如，可如下地調(diào)節(jié)離子束的第 二部分的測得m/z比。
第二輸出中的峰的位置可因變于所注入的總離子電荷進行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié) 幅度從校準實驗中推導。然而，在離子束的第二部分中的強峰附近的飛行 時間改變可不同于具有不在強峰附近的飛行時間的離子的飛行時間改變。 這樣的效果可由多次反射期間的空間電荷效應引起，還可由檢測器自身的 物理限制引起(例如在強電流脈沖之后分壓器上電壓分布的延遲恢復)。 因此，當?shù)谝粰z測器檢測到強峰時，調(diào)節(jié)第二檢測器的輸出以補償與其它 離子相比不同的飛行時間誤差。
或者，本發(fā)明可利用單個檢測器來具體化。在第一次循環(huán)中，檢測器
檢測帶電粒子束的第一部分并產(chǎn)生第一輸出。然后，在帶電粒子束圍繞質(zhì) 譜儀加速以進行第二次循環(huán)之前或同時基于檢測器的第一輸出調(diào)制帶電離 子束或調(diào)節(jié)檢測器參數(shù)。在后續(xù)循環(huán)期間，檢測器接著檢測帶電粒子束的 第二部分。當利用單個檢測器具體化本發(fā)明且?guī)щ娏Ｗ颖徽{(diào)制時，優(yōu)選調(diào)制器位 于檢測器之前的飛行時間聚焦區(qū)之一。在優(yōu)選實施例中，優(yōu)選調(diào)制器在位 于緊鄰檢測器上游的飛行時間聚焦區(qū)中定位。
在此背景下，調(diào)制涉及去掉過強峰和允許低強度峰通過。在第一輸出 上可以使用閾值，從而如果在帶電粒子束的第一部分中檢測到的峰的強度 超過閾值，則調(diào)制離子束的第二部分以減小強峰從而提高對其它相鄰峰的 檢測靈敏度。與某些現(xiàn)有的系統(tǒng)不同，在此上下文中的調(diào)制指的不是整個 束的衰減。
本發(fā)明可用多個包括多次反射、振蕩或軌道阱或攝譜儀的多個裝置具 體化。
本發(fā)明還可應用到所謂的"封閉型"阱。
檢測裝置可包括利用快速HV開關技術的轉(zhuǎn)換倍增電極和電子倍增器。 可將此檢測裝置定位成在多次反射期間離子束通過轉(zhuǎn)換倍增電極和電子倍 增器之間以便高時間分辨率地釆樣離子包。
本發(fā)明的另一實施例包括一種質(zhì)譜儀，其中飛行路徑被分成多個空間 分離的分段，其中至少第一分段包括電極裝置，該電極裝置使束中的帶電 離子經(jīng)受多次反射。束可被引導通過第一分段、或第一多個分段以進行預 定數(shù)量的振蕩。然后帶電離子束被引導至一個或多個最終分段中以進行最 后的多次循環(huán)。
檢測裝置位于一個或多個最終分段中。如上所述，檢測裝置可包括第 一檢測器和第二檢測器，或僅僅單個檢測器。
本發(fā)明的替換實施例與優(yōu)選實施例類似，但提供了沿飛行路徑定位但 在檢測裝置之前的旁路電極裝置，該旁路電極裝置被安排成使帶電粒子束 偏轉(zhuǎn)以繞過檢測裝置沿飛行路徑繼續(xù)行進。因此，帶電粒子束能夠沿著飛 行路徑被加速多次循環(huán)，從而延長其飛行路徑長度。接著，旁路電極裝置 被禁用，從而使帶電粒子束通過檢測器而被檢測。
調(diào)制器可被配置成將離子引導至下一分析級，例如將束引導至飛行路 徑的不同分段、或使帶電離子返回外部存儲設備、或?qū)⑹l(fā)送至碎裂室。
可利用質(zhì)譜儀中所有檢測器的輸出以及質(zhì)譜的相應區(qū)域的檢測器專用比例系數(shù)進行質(zhì)譜的恢復。質(zhì)譜的恢復還必須包括去巻積算法，尤其是在 共享檢測器或離子被反射到飛行距離一部分中的同一路徑上的情況。
調(diào)制器可使用第一輸出按照以下方法物理地選擇強離子包(即特定的
質(zhì)量峰)，例如用于MS/MS或MS"應用。在第一步驟中，選擇某些m/z 比的父粒子(例如，來自上一次掃描或來自用戶定義清單等等的N個最強 峰)。這些m/z比根據(jù)檢測器的校準數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成飛行時間值，而且這些 值被存儲在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的存儲器中。
然后檢測器檢測峰的某些集合，且數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)將測得的飛行時間與 預計算的飛行時間比較。如果值在特定的公差內(nèi)一致，則根據(jù)調(diào)制器的校 準數(shù)據(jù)計算調(diào)制器處這些峰的飛行時間。在后續(xù)時間聚焦區(qū)中，調(diào)制器的 飛行時間不同于位于下游的作為調(diào)制器的檢測器的飛行時間。然后將觸發(fā) 信號發(fā)送至調(diào)制器以引發(fā)前一檢測峰向碰撞室(如果峰被認定為父峰)或 向束吸收器(如果它們要被去除)的偏轉(zhuǎn)。在任一情況下，被選擇的離子 包不需要通過或接近后續(xù)檢測器通過。
權利要求
1.一種質(zhì)譜儀，包括電極裝置，所述電極裝置用于使束中的帶電粒子經(jīng)受多次變向；檢測裝置，所述檢測裝置被安排成檢測已通過所述質(zhì)譜儀行進第一路徑長度的帶電粒子束的第一部分，并基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第一部分的強度提供第一輸出，所述檢測裝置還被安排成檢測已通過所述質(zhì)譜儀行進第二路徑長度的所述帶電粒子束的第二部分，并基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第二部分提供第二輸出，其中所述第二路徑長度大于所述第一路徑長度；以及控制器，所述控制器被安排成基于所述檢測裝置的第一輸出調(diào)節(jié)所述帶電粒子束和/或所述檢測裝置的參數(shù)，以便調(diào)節(jié)所述檢測裝置的所述第二輸出。
2. 如權利要求1所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述電極裝置被安排成使 所述束中的所述帶電粒子經(jīng)受至少45度的多次變向。
3. 如權利要求1所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述電極裝置被安排成使 所述束中的所述帶電粒子經(jīng)受多次反射。
4. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述檢測裝 置被安排成在時間聚焦區(qū)處檢測所述帶電粒子束的所述第一部分。
5. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述檢測裝 置被安排成在時間聚焦區(qū)處檢測所述帶電粒子束的所述第二部分。
6. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述電極裝 置限定所述帶電粒子束的飛行路徑，而且其中所述檢測裝置基本沿所述飛行路 徑的最后10%定位。
7. 如權利要求6所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述電極裝置限定所述帶 電粒子束的飛行路徑，而且其中所述檢測裝置基本沿所述飛行路徑的最后5% 定位。
8. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述電極裝 置被安排成使所述束中的所述帶電粒子經(jīng)受至少5次變向。
9. 如權利要求1至7所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述電極裝置被安排成使所述束中的所述帶電粒子經(jīng)受至少50次變向。
10. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述控制器被安排成將所述檢測裝置的所述第二輸出調(diào)節(jié)成在期望范圍內(nèi)。
11. 如權利要求10所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述控制器被安排成基 于所述檢測裝置的所述第一輸出調(diào)節(jié)所述檢測裝置的至少一部分的靈敏度，以 便將所述檢測裝置的所述第二輸出控制在期望范圍內(nèi)。
12. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述檢測裝 置被配置成基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第一部分的強度和到達時間 提供所述第一輸出。
13. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述檢測裝 置被配置成基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第二部分的到達時間提供所 述第二輸出。
14. 如權利要求13所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述控制器還被安排成 基于所述檢測裝置的所述第一輸出調(diào)節(jié)所述第二輸出以便調(diào)節(jié)所述檢測裝置 的第二輸出，其中所述第二輸出基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第二部分 的到達時間，而所述第一輸出基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第一部分的 強度。
15. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述檢測裝 置被配置成基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第二部分的強度提供所述第 二輸出。
16. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述質(zhì)譜儀 還包括第一調(diào)制器，所述第一調(diào)制器位于所述帶電粒子束的所述第一部分的檢測 位置與所述帶電粒子束的所述第二部分的檢測位置之間，且被安排成控制所述 帶電粒子束；其中所述控制器被調(diào)整成基于所述檢測裝置的所述第一輸出調(diào)節(jié)所述調(diào) 制器，以再調(diào)整被檢測為所述帶電粒子束的所述第二部分的一部分的離子數(shù) 量，從而調(diào)節(jié)所述檢測裝置的所述第二輸出。
17. 如權利要求16所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述調(diào)制器位于所述質(zhì)譜儀的時間聚焦區(qū)。
18.如權利要求17所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述檢測裝置包括第二 輸出部分，所述第二輸出部分提供所述第二輸出，而且其中所述調(diào)制器位于緊 鄰所述第二輸出部分上游的時間聚焦區(qū)處。
19. 如權利要求16至18所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述控制器還適于基于所述檢測裝置的第一輸出大于預定閾值調(diào)節(jié)所述調(diào)制器以減少被檢測為 所述帶電粒子束的所述第二部分的一部分的離子數(shù)量。
20. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述檢測裝 置包括位于時間聚焦區(qū)的檢測器，所述檢測器被安排成在第一時間段檢測所述 帶電粒子束的第一部分，并基于檢測到的所述帶電粒子束的所述第一部分的強 度提供第一輸出，所述檢測器還被安排成在第二時間段檢測所述帶電粒子束的 第二部分，并基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第二部分提供第二輸出。
21. 如權利要求1至19中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述檢 測裝置包括-第一檢測器，所述第一檢測器被安排成檢測所述帶電粒子束的第一部分， 并基于檢測到的所述帶電粒子束的所述第一部分的強度提供第一輸出；以及第二檢測器，所述第二檢測器被安排成檢測所述帶電粒子束的第二部分， 并基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第二部分提供第二輸出。
22. 如權利要求21所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述離子束的所述第一 部分小于所述離子束的所述第二部分。
23. 如權利要求21或22所述的飛行時間質(zhì)譜儀，其特征在于，所述第一 檢測器和第二檢測器包括至少一個公共放大級。
24. 如從屬于權利要求16至19中的任一項的權利要求21至23的任一項 所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述調(diào)制器被配置成使所述帶電粒子束的至少一 部分偏離所述第二檢測器。
25. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述檢測裝 置還被安排成檢測所述帶電粒子束的第三部分，并基于所述帶電粒子束的被檢 測的所述第三部分提供第三輸出。
26. 如權利要求25所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述控制器還被安排成基于所述檢測裝置的所述第二輸出調(diào)節(jié)所述檢測裝置的參數(shù)以調(diào)節(jié)所述檢測 裝置的所述第三輸出。
27. 如從屬于權利要求21至24中的任一項的權利要求25所述的質(zhì)譜儀， 其特征在于，所述檢測裝置還包括第三檢測器，所述第三檢測器被安排成檢測所述帶電粒子束的第三部分， 并基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第三部分提供第三輸出。
28. 如權利要求27所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述控制器還被安排成 基于所述第一檢測器的所述第一輸出調(diào)節(jié)所述檢測裝置的參數(shù)以調(diào)節(jié)所述第 三檢測器的所述第三輸出。
29. 如權利要求27或28所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述檢測裝置還包括第二調(diào)制器，所述第二調(diào)制器位于所述第二檢測器和所述第三檢測器之間 并被安排成控制所述帶電粒子束；其中所述控制器還適于控制所述第二調(diào)制器。
30. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述質(zhì)譜儀還包括離子源，所述離子源被安排成產(chǎn)生帶電粒子；以及加速電極裝置，所述加速電極裝置被安排成加速所述帶電粒子以形成束。
31. 如以上權利要求中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，還包括脈沖 離子存儲器。
32. —種質(zhì)譜測量方法，包括 利用電極裝置使帶電粒子束經(jīng)受多次反射；利用檢測裝置檢測已通過所述質(zhì)譜儀行進第一路徑長度的所述帶電粒子 束的第一部分，所述檢測裝置具有基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第一部 分的強度的第一輸出；利用所述檢測裝置檢測已通過所述質(zhì)譜儀行進第二路徑長度的所述帶電 粒子束的第二部分，所述第二路徑長度大于所述第一路徑長度，所述檢測裝置 具有基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第二部分的第二輸出；以及基于所述檢測裝置的所述第一輸出調(diào)節(jié)所述帶電粒子束和/或所述檢測裝置的參數(shù)以調(diào)節(jié)所述檢測裝置的所述第二輸出。
33. 如權利要求32所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于，所述電極裝置限 定所述帶電粒子束的飛行路徑，而且其中檢測第一部分和檢測第二部分的所述 步驟基本沿所述飛行路徑的最后10%實施。
34. 如權利要求32所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于，所述電極裝置限 定所述帶電粒子束的飛行路徑，而且其中檢測第一部分和檢測第二部分的所述 步驟基本沿所述飛行路徑的最后5%實施。
35. 如權利要求32至34中的任一項所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于， 所述帶電粒子束的所述第一部分在時間聚焦區(qū)處被檢測到。
36. 如權利要求32至35中的任一項所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于， 所述帶電粒子束的所述第二部分在時間聚焦區(qū)處被檢測到。
37. 如權利要求32至36中的任一項所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于， 所述調(diào)節(jié)的步驟將所述檢測裝置的所述第二輸出調(diào)節(jié)成在期望范圍內(nèi)。 37. 如權利要求32至36中的任一項所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于， 所述調(diào)節(jié)所述檢測裝置的步驟包括基于所述檢測裝置的所述第一輸出調(diào)節(jié)所 述檢測裝置的至少一部分的靈敏度，以將所述檢測裝置的所述第二輸出控制在 期望范圍內(nèi)。
38. 如權利要求32至37中的任一項所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于， 所述第二輸出基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第二部分的到達時間。
39. 如權利要求38所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)的步驟 包括基于所述檢測裝置的所述第一輸出調(diào)節(jié)所述第二輸出以便調(diào)節(jié)所述檢測 裝置的所述第二輸出，其中所述第二輸出基于所述帶電粒子束的被檢測的所述 第二部分的到達時間，而所述第一輸出基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第 一部分的強度。
40. 如權利要求32至39中的任一項所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于， 所述第二輸出基于所述帶電粒子束的被檢測的所述第二部分的強度。
41. 如權利要求32至40中的任一項所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于， 所述調(diào)節(jié)所述檢測裝置的步驟包括基于所述檢測裝置的所述第一輸出調(diào)制所 述帶電粒子束的所述第一部分的檢測位置與所述帶電粒子束的所述第二部分的檢測位置之間的所述帶電粒子束，以調(diào)節(jié)所述檢測裝置的所述第二輸出。
42. 如權利要求41所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于，所述調(diào)制步驟在時間聚焦區(qū)處進行。
43. 如權利要求42所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于，所述檢測裝置包 括第二輸出部分，所述第二輸出部分提供所述第二輸出，而且其中所述調(diào)制的 步驟在緊鄰所述第二輸出部分上游的時間聚焦區(qū)處進行。
44. 如權利要求41至43中的任一項所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于， 所述調(diào)制步驟包括基于所述檢測裝置的所述第一輸出使所述帶電粒子束的至 少一部分偏轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)所述檢測裝置的所述第二輸出。
45. 如權利要求41至44中任一項所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于，所 述調(diào)制步驟包括基于所述檢測裝置的所述第一輸出大于預定閾值減少被檢測 為所述帶電粒子束的所述第二部分的一部分的離子數(shù)量。
46. 如權利要求32至45中的任一項所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于， 還包括利用所述檢測裝置檢測所述帶電粒子束的第三部分，所述檢測裝置具有基 于所述帶電粒子束的被檢測的第三部分的第三輸出。
47. 如權利要求46所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于，還包括 基于所述第一檢測器的所述第一輸出調(diào)節(jié)所述檢測裝置的參數(shù)以調(diào)節(jié)所述第三檢測器的所述第三輸出。
48. 如權利要求47所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于，還包括 基于所述檢測裝置的所述第二輸出調(diào)節(jié)所述檢測裝置的參數(shù)以調(diào)節(jié)所述第三檢測器的所述第三輸出。
49. 如權利要求47或48所述的質(zhì)譜測量方法，其特征在于，所述控制所 述第三輸出的步驟包括調(diào)制所述帶電粒子束的所述第二部分的檢測位置與所 述帶電粒子束的所述第三部分的檢測位置之間的所述帶電粒子束。
50. —種質(zhì)譜測量方法，包括提供如權利要求42至45或權利要求49中的任一項所述的質(zhì)譜儀，其中 所述調(diào)制步驟包括使所述帶電粒子束的被選擇部分偏轉(zhuǎn)至碎裂裝置；以及 分析所述帶電粒子束的所述被偏轉(zhuǎn)部分。
全文摘要
公開了一種質(zhì)譜儀和質(zhì)譜測量方法，其中束中的帶電粒子經(jīng)受多次變向。檢測裝置檢測帶電粒子束的第一部分，并基于帶電粒子束的被檢測的第一部分的強度提供第一輸出。檢測裝置檢測帶電粒子束的第二部分并基于帶電粒子束的被檢測的第二部分提供第二輸出，其中帶電粒子束的第二部分比帶電粒子束的第一部分行進更長的通過質(zhì)譜儀的路徑長度。控制器基于檢測裝置的第一輸出調(diào)節(jié)帶電粒子束和/或檢測裝置的參數(shù)，以便調(diào)節(jié)檢測裝置的第二輸出。
文檔編號H01J49/00GK101627455SQ200780039136
公開日2010年1月13日 申請日期2007年10月17日 優(yōu)先權日2006年10月20日
發(fā)明者A·A·馬卡洛夫 申請人:塞莫費雪科學(不來梅)有限公司