專利名稱：用于減少質(zhì)譜儀的離子引導(dǎo)件中的污染物效應(yīng)的離子透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及質(zhì)譜儀，且更明確來說，涉及一種用于減少質(zhì)譜儀的離子引導(dǎo)件中的污染物效應(yīng)的離子透鏡。
背景技術(shù)：
在質(zhì)譜儀中，離子引導(dǎo)件通常在出口端處具有離子透鏡，所述離子透鏡包含板，所述板具有供來自所述離子引導(dǎo)件的離子穿過的孔。所述離子透鏡可用作差分泵送系統(tǒng)中的元件。然而，此類離子透鏡具有污染的傾向且因此一般是有缺陷的
發(fā)明內(nèi)容


參考以下圖式描述實(shí)施方案，其中:圖1描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有平坦離子透鏡的質(zhì)譜儀的框圖；圖2描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方案的具有用于減少離子引導(dǎo)件中的污染物效應(yīng)的離子透鏡的質(zhì)譜儀的框圖；圖3描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方案的用于減少離子引導(dǎo)件中的污染物效應(yīng)的離子透鏡的離子引導(dǎo)件側(cè)的透視圖；圖4描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方案的圖4的離子透鏡的離子出口側(cè)的透視圖；圖5描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方案的圖4的離子引導(dǎo)件的橫截面；圖6描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方案的處在離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域的適當(dāng)位置中的圖4的離子引導(dǎo)件的框圖；圖7及8描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方案的用于減少離子引導(dǎo)件中的污染物效應(yīng)的離子引導(dǎo)件的橫截面；圖9描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方案的處在具有斜切出口區(qū)域的離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域的適當(dāng)位置中的圖4的離子引導(dǎo)件的框圖；圖10描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方案的圖9的元件的細(xì)節(jié)；以及，圖11描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方案的展示測(cè)試圖4的離子透鏡的成功原型的結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的第一方面提供一種用于減少質(zhì)譜儀的離子引導(dǎo)件中的污染物效應(yīng)的離子透鏡。所述離子透鏡包含結(jié)構(gòu)部件(包含具有給定半徑的小孔)，所述結(jié)構(gòu)部件用于在離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域支撐離子透鏡。所述離子透鏡進(jìn)一步包含從所述結(jié)構(gòu)部件延伸的圓錐部件，所述圓錐部件是中空的且包含給定的圓錐角，及具有給定半徑的基部，所述基部的周界連接到所述小孔的周界，所述圓錐部件進(jìn)一步包含通過所述圓錐部件的頂端的孔，所述孔用于從離子引導(dǎo)件接收通過其的離子。所述給定半徑及所述給定圓錐角可使所述圓錐部件的至少一部分(包括頂端)能夠駐留在離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域中。所述小孔可定位在結(jié)構(gòu)部件的中心部分且圓錐部件可從所述中心部分延伸。所述圓錐角可為以下角度中的至少一者:10°與80°之間；40°與50°之間；及45。。所述圓錐部件可包含以下圓錐中的至少一者:圓錐；凸錐；及凹錐。所述圓錐部件可與離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域互補(bǔ)，且離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域可包含為圓錐部件的倒置的形狀。離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域可被斜切。所述結(jié)構(gòu)部件可為以下形狀中的至少一者:與離子引導(dǎo)件的端面互補(bǔ)；平面的；圓柱形區(qū)段；及球形區(qū)段。本發(fā)明的第二方面提供一種質(zhì)譜儀。所述質(zhì)譜儀包含離子源。所述質(zhì)譜儀進(jìn)一步包含用于從所述離子源接收離子的多個(gè)離子引導(dǎo)件，所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的每一者包含入口區(qū)域、出口區(qū)域及所述兩個(gè)區(qū)域之間的供來自離子源的離子穿過的通道。所述質(zhì)譜儀進(jìn)一步包含位于所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的端面處的至少一個(gè)離子透鏡。所述至少一個(gè)離子透鏡包含結(jié)構(gòu)部件(包含具有給定半徑的小孔)，所述結(jié)構(gòu)部件用于在所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的出口區(qū)域處支撐離子透鏡。所述至少一個(gè)離子透鏡包含從所述結(jié)構(gòu)部件延伸的圓錐部件，所述圓錐部件為中空的且包含給定的圓錐角，及具有給定半徑的基部，所述基部的周界連接到所述小孔的周界，所述圓錐部件進(jìn)一步包含通過圓錐部件的頂端的孔，所述孔用于從所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者接收穿過其的離子。所述質(zhì)譜儀進(jìn)一步包含位于所述多個(gè)離子引導(dǎo)件及所述至少一個(gè)離子透鏡之后的檢測(cè)器以用于檢測(cè)離子。所述給定半徑及所述給定圓錐角可使所述圓錐部件的至少一部分(包括頂端)能夠駐留在所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的出口區(qū)域內(nèi)。所述小孔可定位在所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的中心部分且圓錐部件可從所述中心部分延伸。所述圓錐角可為以下角度中的至少一者:10°與80°之間；40°與50°之間；及45。。所述圓錐部件可包含以下圓錐中的至少一者:圓錐；凸錐；及凹錐。所述圓錐部件可與所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的出口區(qū)域互補(bǔ)。所述出口區(qū)域可包含為所述圓錐部件的倒置的形狀。所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的出口區(qū)域可被斜切。所述結(jié)構(gòu)部件可為以下形狀中的至少一者:與所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的端面互補(bǔ)；平面的；圓柱形區(qū)段；及球形區(qū)段。所述至少一個(gè)離子透鏡的孔可與所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的出口區(qū)域?qū)?zhǔn)。所述結(jié)構(gòu)部件可與所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的端面大體上平行。所述圓錐部件及所述出口區(qū)域可形成供從所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者排出的氣體穿過的至少一個(gè)通道。所述質(zhì)譜儀可進(jìn)一步包含圍繞所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的套筒，以包含所述氣體直到所述氣體到達(dá)所述至少一個(gè)通道為止。
當(dāng)圓錐部件被離子污染時(shí)，所得電場(chǎng)與所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的縱軸的角度可大于零。歸因于污染物離子及顆粒(例如群集及/或微滴)的對(duì)質(zhì)譜儀的光學(xué)元件(舉例來說，離子引導(dǎo)件)的污染是成問題的，因?yàn)槠浣档土穗x子引導(dǎo)件的傳輸效率，這影響質(zhì)譜儀的敏感性且歸因于被污染表面的充電而引入不可再生性。這對(duì)于質(zhì)譜儀中幾乎所有離子光學(xué)元件來說是一個(gè)共同的問題。在使用碰撞冷卻的離子引導(dǎo)件的情形下，對(duì)于污染最敏感的區(qū)域一般為離子引導(dǎo)件的出口附近的區(qū)域。在碰撞聚集中，離子通過與離子引導(dǎo)件中的緩沖氣體分子的碰撞來減速及聚集。因此，當(dāng)離子到達(dá)離子引導(dǎo)件的出口端時(shí)，其速度幾乎為熱速度。在一些離子引導(dǎo)件中，壓力是足夠高的，使得氣體動(dòng)力學(xué)發(fā)揮重要的作用。在圖1中描繪一種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型離子引導(dǎo)件裝置，圖1描繪質(zhì)譜儀100，其包含第一離子引導(dǎo)件120、第二離子引導(dǎo)件130、四極140及碰撞室150(例如，粉碎模塊)及檢測(cè)器160(包含任何合適檢測(cè)器，包括但不限于ToF(飛行時(shí)間)檢測(cè)器)。應(yīng)注意，四極140及碰撞室150也可配置為離子引導(dǎo)件。質(zhì)譜儀100經(jīng)啟用以將離子束165從離子源110 —直傳輸?shù)綑z測(cè)器160。應(yīng)理解，第一離子引導(dǎo)件120、第二離子引導(dǎo)件130、四極140及碰撞室150中的每一者用作供離子穿過的離子引導(dǎo)件。離子透鏡170a、170b、170c、170d(共同地為離子透鏡170且一般為離子透鏡170)位于第一離子引導(dǎo)件110、第二離子引導(dǎo)件130、四極140及碰撞室150中的一者或一者以上的出口處。應(yīng)理解，一些離子引導(dǎo)件(舉例來說，第一離子引導(dǎo)件120)中的壓力可足夠高，使得氣體動(dòng)力學(xué)可發(fā)揮顯著的作用，這可加劇污染問題。在現(xiàn)有技術(shù)中，每一離子透鏡170包含平板，所述平板具有供離子束165穿過的小孔，如圖1中所描繪。所述平板及對(duì)應(yīng)的小孔通常用作差分泵送系統(tǒng)中的元件，從而允許離子束165進(jìn)入具有不同壓力的下一個(gè)腔，同時(shí)限制氣體到下一個(gè)腔中的流動(dòng)。在一些情形下，鄰近腔中的壓力可為較低的，而在其它情形下，取決于應(yīng)用，所述壓力可為較高的。碰撞室150為以下情況中的腔的實(shí)例，其中:來自先前離子引導(dǎo)件(即，四極140)的離子進(jìn)入含有較高壓力的氣體的下一個(gè)腔(碰撞室150)。用于大氣壓離子化(API)源的各種接口表示下一個(gè)腔處于比上一個(gè)腔低的壓力下的情形。在任何情形下，當(dāng)從離子引導(dǎo)件排出的離子接近離子透鏡170的孔時(shí)，它們一般具有相對(duì)低的動(dòng)能，舉例來說，大約每單位電荷一伏特。所述孔附近的產(chǎn)生大約一伏特或更高的電勢(shì)的任何污染表面可顯著地改變離子的軌道，且導(dǎo)致傳輸?shù)膿p失或離子束165的非所要阻塞。因此，離子引導(dǎo)件(例如，第一離子引導(dǎo)件120、第二離子引導(dǎo)件130、四極140及碰撞室150)的出口附近的區(qū)域，及每一離子透鏡170的孔附近的區(qū)域成為對(duì)污染最敏感的區(qū)域。所述情形可被進(jìn)一步復(fù)雜化，因?yàn)槌P(guān)注的離子之外，一些離子源還產(chǎn)生微滴及群集。此類微滴及群集可由(舉例來說)離子源110的區(qū)域中的動(dòng)態(tài)氣體流動(dòng)加速，且直接飛行到離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域附近的區(qū)域中。因此，所述離子引導(dǎo)件附近的區(qū)域可被轟擊且最終由含有分析物材料的微滴及群集涂覆。此效應(yīng)產(chǎn)生可為非導(dǎo)電的且可充電的薄膜，從而導(dǎo)致傳輸及離子阻塞的問題，如上文描述。這些污染物問題在根據(jù)非限制性實(shí)施方案的如圖2中描繪的質(zhì)譜儀200中解決。質(zhì)譜儀200類似于質(zhì)譜儀100且包含第一離子引導(dǎo)件220、第二離子引導(dǎo)件230、四極240、碰撞室250(例如，粉碎模塊)及檢測(cè)器260 (包含任何合適檢測(cè)器，包括但不限于ToF(飛行時(shí)間)檢測(cè)器；應(yīng)理解，檢測(cè)器260不被認(rèn)為是特定限制性的)。質(zhì)譜儀200經(jīng)啟用以將離子束265從離子源210 —直傳輸?shù)綑z測(cè)器260。應(yīng)理解，第一離子引導(dǎo)件220、第二離子引導(dǎo)件230、四極240及碰撞室250中的每一者用作供離子穿過的離子引導(dǎo)件。相比于質(zhì)譜儀100，質(zhì)譜儀200包含離子透鏡270a、270b、270c、270d(共同地為離子透鏡270且一般為離子透鏡270)，其中每一者包含結(jié)構(gòu)部件及圓錐部件，所述圓錐部件位于相應(yīng)離子引導(dǎo)件(例如，第一離子引導(dǎo)件220、第二離子引導(dǎo)件230、四極240或碰撞室250)的出口處。下文將相對(duì)于圖3到11詳細(xì)描述離子透鏡270及其替代物。在一些實(shí)施方案中，質(zhì)譜儀200可進(jìn)一步包含處理器285以控制質(zhì)譜儀200的操作，包括但不限于控制離子源210電離可電離的材料，及控制離子在質(zhì)譜儀200的模塊之間的傳遞。在操作中，可電離材料被引入到離子源210中。離子源210—般電離可電離材料以產(chǎn)生離子束265，其被傳遞到第一離子引導(dǎo)件220 (也標(biāo)識(shí)為QJet)。離子束265通過離子透鏡270a傳遞到第二離子引導(dǎo)件230 (也標(biāo)識(shí)為Q0)。離子束265通過離子透鏡270b從第二離子引導(dǎo)件230傳遞到四極240 (也標(biāo)識(shí)為Ql)，其可用作質(zhì)量過濾器。離子束265 (經(jīng)過濾或未經(jīng)過濾)經(jīng)由離子透鏡270c從四極240排出，且進(jìn)入碰撞室250 (也標(biāo)識(shí)為q2)。在一些實(shí)施方案中，離子束265中的離子可在碰撞室250中被粉碎。應(yīng)理解，碰撞室250以及第一離子引導(dǎo)件220及第二離子引導(dǎo)件230可包含任何合適多極，包括但不限于四極、六極、八極或任何其它合適離子引導(dǎo)件，例如環(huán)引導(dǎo)件、離子漏斗或類似物。在一些實(shí)施方案中，碰撞室250包含在機(jī)械方面類似于四極240的四極。離子束265接著經(jīng)由離子透鏡270d傳遞到檢測(cè)器260以供質(zhì)譜產(chǎn)生。此外，雖然也未描繪，但質(zhì)譜儀200可進(jìn)一步包含任何合適數(shù)目的連接器、電源、RF(射頻)電源、DC(直流)電源、氣體源(例如，用于離子源210及/或碰撞室250)，及用于啟用質(zhì)譜儀200的操作的任何其它合適組件。雖然未描繪，但質(zhì)譜儀200可包含任何合適數(shù)目的真空泵以在離子源210、第一離子引導(dǎo)件220、第二離子引導(dǎo)件230、四極240、碰撞室250及/或檢測(cè)器260中提供合適真空。應(yīng)理解，在一些實(shí)施方案中，可在質(zhì)譜儀200的某些元件之間產(chǎn)生真空差分:舉例來說，真空差分一般施加在離子源210、第一離子引導(dǎo)件220及第二離子引導(dǎo)件230之間，使得離子源210處于大氣壓力下，第二離子引導(dǎo)件230處在真空下(例如，約IOmTorr或任何其它合適壓力)，且第一離子引導(dǎo)件220具有處在它們之間的壓力(例如，約ITorr或任何其它合適壓力)。每一離子透鏡270可幫助在質(zhì)譜儀200的元件之間產(chǎn)生真空差分。此外，每一離子透鏡270幫助減少其相應(yīng)離子引導(dǎo)件(例如，第一離子引導(dǎo)件220、第二離子引導(dǎo)件230、四極240及碰撞室250)中的每一者中的污染物效應(yīng)，如下文描述。此夕卜，在以下描述中，應(yīng)理解，術(shù)語離子引導(dǎo)件可指代離子引導(dǎo)件220、第二離子引導(dǎo)件230、四極240及碰撞室250中的一者或一者以上，除非另有說明。關(guān)注圖3、4及5，其分別描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方案的離子透鏡270的透視前視圖、離子透鏡270的透視后視圖及離子透鏡270的橫截面圖。離子透鏡270包含結(jié)構(gòu)部件305。在一些實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)部件305可與離子引導(dǎo)件的端面互補(bǔ)。在這些實(shí)施方案中的一些中，每一離子引導(dǎo)件的端面是大體上平坦的，如圖2中所描繪，且因此結(jié)構(gòu)部件305是大體上平面的，如所描繪。然而，結(jié)構(gòu)部件305可包含圓柱形區(qū)段、球形區(qū)段或任何其它合適形狀。如圖4中的離子引導(dǎo)件270的后視透視圖中及圖5中可見，結(jié)構(gòu)部件包含具有給定半徑r的小孔410。應(yīng)理解，小孔410可為大體上圓形的，但不限于圓形開口。事實(shí)上，小孔410可具有任何合適形狀，包括但不限于橢圓形。離子透鏡270進(jìn)一步包含從結(jié)構(gòu)部件305延伸的圓錐部件320。應(yīng)理解，圓錐部件320是中空的。應(yīng)進(jìn)一步理解，圓錐部件320可由圓錐角Θ界定(如圖5中所描繪)，且圓錐部件320的基部的半徑具有與結(jié)構(gòu)部件305的小孔410相同的給定半徑r。圓錐部件320的基部的周界連接到小孔410的周界，使得圓錐部件320與結(jié)構(gòu)部件305形成集成結(jié)構(gòu)。圓錐部件320進(jìn)一步包含通過圓錐部件320的頂端的具有半徑ra的孔330，孔330用于從離子引導(dǎo)件接收通過其的離子。應(yīng)進(jìn)一步理解，離子透鏡270具有與質(zhì)譜儀200中的離子引導(dǎo)件的端面相稱的尺寸。舉例來說，關(guān)注圖6，其描繪處于離子引導(dǎo)件640(其可類似于第一離子引導(dǎo)件220、第二離子引導(dǎo)件230、四極240及/或碰撞室250)的出口區(qū)域635的適當(dāng)位置中的離子透鏡270的橫截面，出口區(qū)域635具有半徑R。出口區(qū)域635被認(rèn)為是離子引導(dǎo)件640的末端區(qū)域，此處，通過所述末端區(qū)域的離子從離子引導(dǎo)件640排出。此外，應(yīng)理解，半徑R也可稱為離子引導(dǎo)件640的內(nèi)切圓半徑。舉例來說，結(jié)構(gòu)部件305的長(zhǎng)度、寬度及幅度可具有使得結(jié)構(gòu)部件305能夠被安裝在離子引導(dǎo)件640的出口區(qū)域635處(且在質(zhì)譜儀200中)的任何合適尺寸?？蛇x擇離子引導(dǎo)件640的元件與離子透鏡270的元件之間的距離以便避免操作電壓下的電擊穿。然而，還可選擇離子引導(dǎo)件640的元件與離子透鏡270的元件之間的距離以避免離子損失。在成功的非限制性原型中，離子引導(dǎo)件640與離子透鏡270之間的距離可為大約幾毫米。此外，應(yīng)理解，圓錐部件320的尺寸與出口區(qū)域635相稱。在非限制性實(shí)施方案中，給定半徑r可類似于離子引導(dǎo)件640的出口區(qū)域635的半徑R，盡管給定半徑r可小于R或大于R。此外，半徑r及圓錐角Θ可使得圓錐部件320的至少一部分(包括頂端)駐留在出口區(qū)域635內(nèi)。圓錐角Θ可約為45°。然而，在一些實(shí)施方案中，圓錐角Θ可在約40°與約50°之間。在又進(jìn)一步實(shí)施方案中，圓錐角Θ可在約10°與約80°之間。應(yīng)理解，當(dāng)圓錐角Θ較小時(shí)，圓錐部件270可更深地插入到出口區(qū)域635中。應(yīng)進(jìn)一步理解，孔330的半徑ra具有用于接受從離子引導(dǎo)件640排出的離子束的尺寸。可選擇孔330的半徑ra以提供離子束265的有效傳輸。在一些實(shí)施方案中，半徑ra與半徑R的比率，ra/R，約為20%，然而，應(yīng)理解，約為0.2的ra/R的比率不被認(rèn)為是過度限制性的且ra/R的任何合適比率在本發(fā)明實(shí)施方案的范圍內(nèi)。然而，一般來說，應(yīng)理解，當(dāng)比率ra/R過小時(shí)，離子束265的損失可發(fā)生；且當(dāng)比率ra/R過大時(shí)，過多的氣體將通過孔330傳遞到差分泵送的下一級(jí)。在成功的非限制性成功的原型中，孔330具有約0.75mm的半徑ra(或以直徑2ra計(jì)，1.5mm)。應(yīng)進(jìn)一步理解，離子引導(dǎo)件640的端面645大體上平行于結(jié)構(gòu)部件305。此外，出口區(qū)域635及圓錐部件320形成供從離子引導(dǎo)件640排出的氣體穿過的至少一個(gè)通道650。應(yīng)進(jìn)一步理解，離子引導(dǎo)件640可包裹在合適套筒(未描繪)中，所述合適套筒在氣體遭遇至少一個(gè)通道650之前防止氣體逸出；在這些實(shí)施方案中，所述套筒可經(jīng)啟用以朝向末端區(qū)域635引導(dǎo)氣流。應(yīng)理解，在圖2到6中描繪的實(shí)施方案中，所述圓錐部件320具有從孔330延伸到結(jié)構(gòu)部件305的筆直側(cè)。然而，圖7描繪以橫截面描繪的離子透鏡270a的替代非限制性實(shí)施方案。離子透鏡270a類似于透鏡270，離子透鏡270a包含結(jié)構(gòu)部件305a，及從結(jié)構(gòu)部件305a延伸的圓錐部件320a，其具有在頂端通過其的孔330a。結(jié)構(gòu)部件305a、圓錐部件320a及孔330a中的每一者分別類似于結(jié)構(gòu)部件305、圓錐部件320及孔330，然而，圓錐部件320a具有從孔330a延伸到結(jié)構(gòu)部件305a的凹壁。因此，在這些實(shí)施方案中，圓錐部件320a包含凹錐。所述凹錐的壁的曲率可為任何合適曲率。類似地，圖8描繪以橫截面描繪的離子透鏡270b的替代非限制性實(shí)施方案。離子透鏡270b類似于離子透鏡270，離子透鏡270b包含結(jié)構(gòu)部件305b及從結(jié)構(gòu)部件305b延伸的圓錐部件320b，其具有在頂端穿過其的孔330b。結(jié)構(gòu)部件305b、圓錐部件320b及孔330b中的每一者分別類似于結(jié)構(gòu)部件305、圓錐部件320及孔330，然而圓錐部件320b具有從孔330b延伸到結(jié)構(gòu)部件305b的凸壁。因此，在這些實(shí)施方案中，圓錐部件320b包含凸錐。所述凸錐的壁的曲率可為任何合適曲率?，F(xiàn)在關(guān)注圖9，其描繪根據(jù)非限制性實(shí)施方案的安裝在離子引導(dǎo)件640a的出口區(qū)域635a處的離子引導(dǎo)件270。圖9類似于圖6，然而，離子引導(dǎo)件640已由離子引導(dǎo)件640a替代。離子引導(dǎo)件640a類似于離子引導(dǎo)件640，然而離子引導(dǎo)件640a的出口區(qū)域635a具有類似于圓錐部件320的橫截面，使得圓錐部件320可配合在其中。換句話說，出口區(qū)域635a包含大致為圓錐部件320的倒置的形狀。因此，在一些實(shí)施方案中，圓錐部件320的壁與出口區(qū)域635a的壁是大體上彼此平行的；此外，應(yīng)理解，離子引導(dǎo)件640a的端面645a大體上平行于結(jié)構(gòu)部件305。又應(yīng)進(jìn)一步理解，離子引導(dǎo)件640a的出口區(qū)域635a是斜切的。因此，出口區(qū)域635a及圓錐部件320形成供從離子引導(dǎo)件640a排出的氣體穿過的至少一個(gè)通道650a?，F(xiàn)在關(guān)注圖10，其更詳細(xì)地描繪圖9的一部分，包括通道650a的上部分、離子引導(dǎo)件640a的一部分及離子透鏡270的一部分，其中相同的元件具有相同的數(shù)字。然而，圖10還示意性地描繪圓錐部件320的朝向離子引導(dǎo)件的側(cè)1003上的污染物1001。在一些實(shí)施方案中，污染物1001可通過緩沖氣體(經(jīng)由通道650a從離子引導(dǎo)件640a排出)而被帶入到通道650a中。此外，當(dāng)污染物1001充電時(shí)，所得電場(chǎng)E與離子引導(dǎo)件640a的縱軸形成角度φ，角度φ大于0°。事實(shí)上,應(yīng)理解,在這些實(shí)施方案中，在通道650a中的圓錐部件320的壁平行于出口區(qū)域635a的壁的區(qū)域中，所述角度φ類似于圓錐角Θ。應(yīng)進(jìn)一步理解，類似的電場(chǎng)可在圖6中描繪的布置中形成，其中此電場(chǎng)在圓錐部件320與出口區(qū)域635的壁之間指向。無論如何，在任一布置(即，圖6的布置或圖9及10的布置)中，與歸因于圖1的離子透鏡170上的污染物而形成的電場(chǎng)相比，歸因于污染物而形成的電場(chǎng)將對(duì)穿過相應(yīng)離子引導(dǎo)件的離子束具有較小的影響。事實(shí)上，應(yīng)理解，在圖1中，因?yàn)殡x子透鏡170包含平板，所以歸因于污染物而形成的電場(chǎng)將平行于相應(yīng)離子引導(dǎo)件的縱軸。因此，歸因于圓錐部件320上的污染物而形成的電場(chǎng)將對(duì)離子束具有較小的影響，這是因?yàn)樗鲭妶?chǎng)被指引遠(yuǎn)離相應(yīng)縱軸?，F(xiàn)在關(guān)注圖11，其描繪測(cè)試離子透鏡270的成功原型的結(jié)果，所述離子透鏡270具有相比于平坦離子透鏡170的45°的圓錐角Θ。圖11描繪穿過具有離子透鏡270及離子透鏡170(其位于所述離子引導(dǎo)件之后的適當(dāng)位置中，如上文描述)的相應(yīng)類似離子引導(dǎo)件的離子束的隨時(shí)間推移的正規(guī)化離子電流強(qiáng)度的變化，其中45V及35V的電壓作為DC(直流電流)偏移施加到離子引導(dǎo)件且40V的電壓施加到相應(yīng)的離子透鏡。當(dāng)離子引導(dǎo)件偏移及透鏡電壓針對(duì)每一配置設(shè)定為相同時(shí)(對(duì)于離子引導(dǎo)件及相應(yīng)的離子透鏡中的每一者，設(shè)定為40V/40V)，離子強(qiáng)度被正規(guī)化為所記錄的強(qiáng)度。因此，除40V/40V正規(guī)化之外，隨時(shí)間推移的離子電流密度在四個(gè)不同的測(cè)試條件下測(cè)量:1.離子透鏡170，在40V下，具有45伏特的離子引導(dǎo)件偏移(相對(duì)于離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域的+5伏特的差異)，如由圖11中的開環(huán)表示且標(biāo)記為“標(biāo)準(zhǔn)45/40”。2.離子透鏡170，在40V下，具有35伏特的離子引導(dǎo)件偏移(相對(duì)于離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域的-5伏特的差異)，如由圖11中的閉環(huán)表示且標(biāo)記為“標(biāo)準(zhǔn)35/40”。3.離子透鏡270，在40V下，具有45伏特的離子引導(dǎo)件偏移(相對(duì)于離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域的+5伏特的差異)，如由圖11中的閉菱形表示且標(biāo)記為“圓錐45/40”。4.離子透鏡270，在40V下，具有35伏特的離子引導(dǎo)件偏移(相對(duì)于離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域的-5伏特的差異)，如由圖11中的開菱形表示且標(biāo)記為“圓錐35/40”。應(yīng)理解，正規(guī)化的離子電流提供在圖11中。又應(yīng)進(jìn)一步理解，從O到120小時(shí)，離子透鏡170的正規(guī)化離子電流強(qiáng)度(針對(duì)施加到離子引導(dǎo)件的35V或45V的任一測(cè)試條件)隨著污染物在離子透鏡170上積累而隨時(shí)間改變；在120小時(shí)處，離子透鏡170的清潔發(fā)生。因此，與離子透鏡170相關(guān)聯(lián)的每一曲線(即，標(biāo)記為“標(biāo)準(zhǔn)45/40”及“標(biāo)準(zhǔn)35/40”)的圖1的圖表上的最后一點(diǎn)表示清潔之后的正規(guī)化的離子電流密度:性能已回到在5至10小時(shí)處觀察到的水平。應(yīng)進(jìn)一步理解，離子透鏡270 (針對(duì)施加到離子透鏡的35V或45V的任一測(cè)試條件)的正規(guī)化離子電流隨時(shí)間推移一般是恒定的，從而指示相對(duì)于透鏡170，污染物效應(yīng)已被減少。此外，對(duì)于離子透鏡270，清潔循環(huán)之間的時(shí)間顯著地比離子透鏡170長(zhǎng)。因此，相比于平坦離子透鏡170，可存在源于使用具有包含圓錐部件320的離子透鏡270的離子引導(dǎo)件的至少若干優(yōu)勢(shì):歸因于圓錐部件270的圓錐形狀，孔330可在穿過離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域的離子束有機(jī)會(huì)擴(kuò)散開(當(dāng)離子束從離子引導(dǎo)件排出時(shí)(例如，在離子引導(dǎo)件與平坦離子透鏡170之間)，這自然地發(fā)生)之前被放置在離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域內(nèi)。因此，當(dāng)圓錐部件320放置在離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域內(nèi)時(shí)，相比于離子透鏡170，離子透鏡270在采樣離子束方面可更高效。當(dāng)離子引導(dǎo)件在出口區(qū)域處被斜切時(shí)(如在圖9及10中)，與離子引導(dǎo)件不被斜切時(shí)(如在圖6中)相比，孔330可更進(jìn)一步地放置到離子引導(dǎo)件中。當(dāng)離子引導(dǎo)件在高壓力操作下時(shí)，氣體動(dòng)力學(xué)可在污染速率方面發(fā)揮顯著的作用。圓錐部件320可使得圓錐部件320與離子引導(dǎo)件的末端之間的平滑氣流成為可能，其將污染物隨所述氣流一起帶走(而不是沖擊在平坦離子透鏡170的表面上)。因此，可減小污染顆粒將沉積在所述表面上的速率。此外，當(dāng)離子引導(dǎo)件被斜切時(shí)(如圖9及10中)，流經(jīng)形成在離子透鏡270與離子引導(dǎo)件之間的通道的氣體較不突然地改變方向及速度，且因此繼續(xù)攜帶污染物而不是將污染物從氣流中拋出且沉淀到離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域上或沉淀到離子透鏡270上，如在離子透鏡170上所發(fā)生。此外，作為拋射物沿著離子引導(dǎo)件的縱軸飛行的微滴及群集的沉積對(duì)于圓錐部件320的圓錐表面來說可為較低效的。舉例來說，相比于離子透鏡170的平坦表面，圓錐部件320呈現(xiàn)其上可沉積污染物的較大的表面積。因此，相比于離子透鏡170，在圓錐部件270上形成污染涂層需要更長(zhǎng)的時(shí)間。
此外，歸因于圓錐形狀，較少的污染物沉積在孔330附近的圓錐部件320上，這可減少離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域附近的污染物離子運(yùn)動(dòng)的影響。因此，相同的電壓的凈電場(chǎng)(歸因于充電而產(chǎn)生)可為較低的。此外，歸因于污染而產(chǎn)生的電場(chǎng)將指向遠(yuǎn)離離子引導(dǎo)件的縱軸(即，以角度φ)而不是沿著所述縱軸:沿著縱軸指向的電場(chǎng)阻礙沿著所述縱軸的離子運(yùn)動(dòng)，而指向遠(yuǎn)離所述縱軸的場(chǎng)可對(duì)所述縱軸附近的離子束的運(yùn)動(dòng)具有減小的影響。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，對(duì)于實(shí)施所述實(shí)施方案，還存在更多的可能的替代實(shí)施方案及修改，且以上實(shí)施方案及實(shí)例僅為一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施方案的說明。因此，范圍僅由本文所附的權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1.一種用于減少質(zhì)譜儀的離子引導(dǎo)件中的污染物效應(yīng)的離子透鏡，其包含: 結(jié)構(gòu)部件，其包含具有給定半徑的小孔，所述結(jié)構(gòu)部件在所述離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域處支撐所述離子透鏡；及， 圓錐部件，其從所述結(jié)構(gòu)部件延伸，所述圓錐部件是中空的且包含給定圓錐角，及具有所述給定半徑的基部，所述基部的周界連接到所述小孔的周界，所述圓錐部件進(jìn)一步包含通過所述圓錐部件的頂端的孔，所述孔用于從所述離子引導(dǎo)件接收穿過其的離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子透鏡，其中所述給定半徑及所述給定圓錐角使得所述圓錐部件的包括所述頂端的至少一部分能夠駐留在所述離子引導(dǎo)件的所述出口區(qū)域內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子透鏡，其中所述小孔位于所述結(jié)構(gòu)部件的中心部分且所述圓錐部件從所述中心部分延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子透鏡，其中所述圓錐角為以下角度中的至少一者:在10°與80°之間；在40°與50°之間；及45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子透鏡，其中所述圓錐部件包含以下圓錐中的至少一者:圓錐；凸錐；及凹錐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子透鏡，其中所述圓錐部件與所述離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域互補(bǔ)，且其中所述離子引導(dǎo)件的所述出口區(qū)域包含為所述圓錐部件的倒置的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子透鏡，其中所述離子引導(dǎo)件的所述出口區(qū)域是斜切的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子透鏡，其中所述結(jié)構(gòu)部件為以下形狀中的至少一者 與所述離子引導(dǎo)件的端面互補(bǔ)；平面的；圓柱形區(qū)段；及球形區(qū)段。
9.一種質(zhì)譜儀，其包 含: 離子源； 多個(gè)離子引導(dǎo)件，其用于從所述離子源接收離子，所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的每一者包含入口區(qū)域、出口區(qū)域及所述兩個(gè)區(qū)域之間的用于供來自所述離子源的離子穿過的通道； 至少一個(gè)離子透鏡，其位于所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的至少一者的端面處，所述至少一個(gè)離子透鏡包含: 結(jié)構(gòu)部件，其包含具有給定半徑的小孔，所述結(jié)構(gòu)部件用于在所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的所述至少一者的出口區(qū)域處支撐所述離子透鏡；及， 圓錐部件，其從所述結(jié)構(gòu)部件延伸，所述圓錐部件是中空的且包含給定的圓錐角，及具有所述給定半徑的基部，所述基部的周界連接到所述小孔的周界，所述圓錐部件進(jìn)一步包含通過所述圓錐部件的頂端的孔，所述孔用于從所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的所述至少一者接收穿過其的離子；及 檢測(cè)器，其位于所述多個(gè)離子引導(dǎo)件及所述至少一個(gè)離子透鏡之后以用于檢測(cè)所述離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的質(zhì)譜儀，其中所述給定半徑及所述給定圓錐角使得所述圓錐部件的包括所述頂端的至少一部分能夠駐留在所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的所述至少一者的所述出口區(qū)域內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述質(zhì)譜儀，其中所述小孔位于所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的所述至少一者的中心部分且所述圓錐部件從所述中心部分延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的質(zhì)譜儀，其中所述圓錐角為以下角度中的至少一者:在10°與80°之間；在40°與50°之間；及45°。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的質(zhì)譜儀，其中所述圓錐部件包含以下圓錐中的至少一者:圓錐；凸錐；及凹錐。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的質(zhì)譜儀，其中所述圓錐部件與所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的所述至少一者的所述出口區(qū)域互補(bǔ)，且其中所述出口區(qū)域包含為所述圓錐部件的倒置的形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的質(zhì)譜儀，其中所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的所述至少一者的所述出口區(qū)域是斜切的。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的質(zhì)譜儀，其中所述結(jié)構(gòu)部件為以下形狀中的至少一者:與所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的所述至少一者的端面互補(bǔ)；平面的；圓柱形區(qū)段；及球形區(qū)段。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的質(zhì)譜 儀，其中所述至少一個(gè)離子透鏡的所述孔與所述多個(gè)離子透鏡中的所述至少一者的所述出口區(qū)域?qū)?zhǔn)，且其中所述結(jié)構(gòu)部件與所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的所述至少一者的所述端面大體上平行。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的質(zhì)譜儀，其中所述圓錐部件與所述出口區(qū)域形成供從所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的所述至少一者排出的氣體穿過的至少一個(gè)通道。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的質(zhì)譜儀，其進(jìn)一步包含套筒，所述套筒圍繞所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的所述至少一者以包含所述氣體直到所述氣體到達(dá)所述至少一個(gè)通道為止。
20.根據(jù)權(quán)利要求9所述的質(zhì)譜儀，其中當(dāng)所述圓錐部件變?yōu)楸凰鲭x子污染時(shí)，所得電場(chǎng)與所述多個(gè)離子引導(dǎo)件中的所述至少一者的縱軸的角度大于零。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于減少質(zhì)譜儀的離子引導(dǎo)件中的污染物效應(yīng)的離子透鏡。所述離子透鏡包含結(jié)構(gòu)部件，所述結(jié)構(gòu)部件包含具有給定半徑的小孔，所述結(jié)構(gòu)部件用于在所述離子引導(dǎo)件的出口區(qū)域處支撐所述離子透鏡。所述離子透鏡進(jìn)一步包含圓錐部件，其從所述結(jié)構(gòu)部件延伸，所述圓錐部件是中空的且包含給定圓錐角，及具有給定半徑的基部，所述基部的周界連接到所述小孔的周界。所述圓錐部件進(jìn)一步包含通過所述圓錐部件的頂端的孔，所述孔用于從所述離子引導(dǎo)件接收穿過其的離子。
文檔編號(hào)H01J49/26GK103109347SQ201180026958
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
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