本發(fā)明涉及一種飛行時間(“tof”)質(zhì)譜儀。

如下方詳細(xì)討論的，在通常的tof質(zhì)譜儀maldi離子源中，離子從樣品板上的小區(qū)域產(chǎn)生，該區(qū)域一般不大于照射激光的光腰的尺寸，一般直徑為5μm到500μm。在大多數(shù)實際應(yīng)用中，需要分析來自同一樣品板上的延伸若干cm的若干點，或者來自被排布在若干cm的區(qū)域的若干小的樣品的離子。通常，樣品被安置在寬度在20mm到150mm范圍的矩形樣品板上(盡管其他寬度和形狀也是可能的)。有可能是掃描激光束(可以是uv光)越過固定的樣品板，或者相對于固定的激光器位置而移動的樣品板。對于大多數(shù)應(yīng)用，在垂直于離子光軸的平面移動樣品板更為實用。這通常通過在樣品板載體上安裝樣品板，利用被配置為橫向(例如，垂直于離子光軸的平面內(nèi)的兩個正交方向)移動樣品板載體的機構(gòu)來實現(xiàn)。

如下方參考圖8詳細(xì)討論的，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在一些離子源的配置中，與從位于樣品板的中心的樣品獲得的質(zhì)譜相比，從位于樣品板的拐角或側(cè)面/邊緣的樣品獲得的質(zhì)譜的振幅可能經(jīng)歷顯著的強度下降。如下方詳細(xì)討論的，發(fā)明人認(rèn)為這種強度的下降可能是由側(cè)場透入第一和第二電極之間形成的引出區(qū)域引起的。

根據(jù)以上考慮構(gòu)思出本發(fā)明。

下文詳細(xì)地討論的us6888129提供一種用于tof質(zhì)譜儀離子源的透鏡，所述透鏡包括具有孔的元件，所述孔延伸穿過元件以便形成通道，這樣，在使用時，離子可以通過所述通道從元件的一側(cè)穿過到達元件的另一側(cè)。

最一般地，本發(fā)明的第一方面可以提供：

飛行時間質(zhì)譜儀，該飛行時間質(zhì)譜儀包括：

第一電極；以及

與第一電極相隔開的第二電極；

其中離子源被配置為對第一和第二電極施加電壓來在第一和第二電極之間的區(qū)域中產(chǎn)生電場，以在質(zhì)譜儀在使用時，影響在第一和第二電極之間的區(qū)域出現(xiàn)的離子；

其中防護物(shield)被形成于第一電極和/或第二電極上，其中防護物被配置為當(dāng)質(zhì)譜儀在使用時，抑制在第一電極的邊緣和第二電極的邊緣之間形成的電場透入第一電極和第二電極之間的區(qū)域。

在第一和第二電極的邊緣之間形成的被抑制的電場可以具有電場邊緣效應(yīng)的形式，其通過防護物被抑制以免在徑向方向透入第一和第二電極之間的區(qū)域，該徑向為相對于第一和第二電極之間延伸的軸的徑向。第一和第二電極之間的區(qū)域(在第一和第二電極的邊緣之間形成的電場被抑制以免透入該區(qū)域)可以具有外部邊界(相對于第一和第二電極之間延伸的軸)，該外部邊界通過在質(zhì)譜儀在使用時由質(zhì)譜儀形成的離子能夠到達的邊界被定義。

因此，防護物可以被視為有助于抑制(優(yōu)選地，實質(zhì)上防止)任何由兩個重疊的具有有限長度的電極自然形成的邊緣電場透入第一和第二電極之間形成的區(qū)域。

在第一和第二電極的邊緣之間形成的電場此處可以被稱為“側(cè)場”。如下文參考圖8和圖9討論的，透入第一和第二電極之間的區(qū)域的側(cè)場，通過使離子從期望的軌跡的偏離，引起由tof質(zhì)譜儀產(chǎn)生的質(zhì)譜的強度損失和/或質(zhì)量偏移，尤其是當(dāng)?shù)谝缓偷诙姌O彼此橫向偏離時，例如，如這種情形，第一和第二電極屬于maldi/saldi離子源。因此，通過抑制(優(yōu)選地，實質(zhì)上防止)這種場，防護物可以有助于避免由tof質(zhì)譜儀產(chǎn)生的質(zhì)譜的強度損失。

本發(fā)明的第一方面中提出的防護物不同于us6888129中提出的“管”14，因為us6888129中提出的“管14”沒有被配置為當(dāng)質(zhì)譜儀在使用時，抑制第一和第二電極的邊緣之間形成的電場透入第一和第二電極之間的區(qū)域。而us6888129中提出的“管”14被配置為抑制電場通過“平面元件”13中的孔透入樣品板前方的區(qū)域(參見，例如，us6888129的第一欄第67行到第二欄第15行)并且因此us6888129的電極容易受到側(cè)場穿透。

在下文的討論中，用于防護物和第一和第二電極的各種優(yōu)選的形式/幾何形狀/參數(shù)被討論。這些優(yōu)選的形式/幾何形狀/參數(shù)可以參考下文的任意一項或多項定義：

-在第一和第二電極之間延伸的軸。這種軸優(yōu)選為離子光軸，其可以被定義為當(dāng)質(zhì)譜儀在使用時，離子沿著其運動的軸。如果第一和/或第二電極包括在其中形成的孔(見下文)，那么離子光軸優(yōu)選地延伸穿過該孔(優(yōu)選地穿過孔的中心)。

-防護物的面向內(nèi)的表面：這可以被采取為防護物的面向內(nèi)的朝向第一和第二電極之間延伸軸的表面。

-防護物的面向外的表面：這可以被采取為防護物的面向外的遠(yuǎn)離第一和第二電極之間延伸軸的表面。

-防護物的高度：這可以被采取為這樣的距離，防護物形成有該防護物的電極的表面向著另一個電極以該距離延伸。

-孔的寬度：如果第一和/或第二電極包括在其中形成的孔(見下文)，孔的寬度可以被采取為以最大的長度橫穿孔的距離。如果孔是環(huán)形的，這可以被采取為孔的直徑。

-第一和/或第二電極的寬度：這可以被采取為以其最大的長度橫穿第一和/或第二電極的距離。

離子光軸可以作為第一和/或第二電極、在第一和/或第二電極中形成的孔(如果孔存在)和/或防護物的旋轉(zhuǎn)對稱軸，例如，如若這些元件是環(huán)形的情形。

如果防護物是環(huán)形的并且離子光軸作為該防護物的旋轉(zhuǎn)對稱軸，則從離子光軸到防護物的面向內(nèi)的表面的長度可以被稱為防護物的“內(nèi)半徑”。類似地，從離子光軸到防護物的面向外的表面的距離可以被稱為防護物的“外半徑”。

優(yōu)選地，防護物為形成在第一和第二電極中的一個的表面上的凸起的元件，該元件面向第一電極和第二電極中的另一個，以使防護物向第一和第二電極中的另一個延伸。

優(yōu)選地，防護物圍繞(例如，環(huán)繞)第一電極和第二電極之間延伸的軸。因此，防護物可以具有環(huán)形(例如，輪狀的或者環(huán)形的)形狀，然而其他幾何形狀(例如，方形、橢圓、或者實際上任何能夠圍繞軸的形狀)都是可能的。

第一和/或第二電極可以是平板狀元件。第一和/或第二電極可以因此具有兩個大體平的相對的表面，然而為了完整起見，我們注意到這并沒有排除在第一和/或第二電極的大體平的相對的表面上形成的凸起特征的可能性(例如，在下文描述的防護物或者二級防護物)。不平的表面同樣是可能的。

第一電極和/或第二電極可以包括在其中形成的孔。

在第一和/或第二電極中形成的孔的寬度優(yōu)選地在2mm到20mm的范圍中。為了避免任何疑問，如果兩個電極都包括在其中形成的孔，該孔不需要具有相同的寬度/直徑。

優(yōu)選地，在其上形成有防護物的電極包括在其中形成的孔。這樣一個孔的寬度優(yōu)選地在2mm到20mm的范圍中。

然而，為了避免任何疑問，如果第一和第二電極中只有一個具有在其中形成的孔，防護物可以在沒有在其中形成孔的電極上形成。

第一和第二電極可以是tof質(zhì)譜儀中的任何電極對，電壓在其上被施加以在第一和第二電極之間的區(qū)域中產(chǎn)生電場，以當(dāng)質(zhì)譜儀在使用時，影響(例如，加速、減速、影響其軌跡、集中、分散)出現(xiàn)在第一和第二電極之間的區(qū)域中的離子。

例如面向外的和內(nèi)的表面的高度、位置之類的防護物的參數(shù)可以因此被優(yōu)化，例如，以達到用于離子沿著離子光軸前進的期望的電場梯度。

在tof質(zhì)譜儀中的一些電極對，或者一系列電極，例如反射分析儀中發(fā)現(xiàn)的，具有大外徑以便減小電極之間的側(cè)場穿透。此處提出的在每個這種電極對上的防護物的實現(xiàn)會允許這樣的電極的外徑被顯著的減小，利用防護物有助于防止側(cè)場穿透，而這先前需要大直徑的反射電極。用以控制離子透鏡形成的防護物的合適的設(shè)計同樣可以允許電極的功能以低外加電壓被實現(xiàn)。

防護物的幾何形狀可以很大程度上依賴于質(zhì)譜儀中的基于它們的目的而變化的其他組件的幾何形狀，特別是第一和第二電極的幾何形狀。因此基于質(zhì)譜儀中的其他組件的幾何形狀，防護物可以具有不同的橫截面(例如，正方形、駝峰形等等)并且可以在它形成的電極的表面上形成不同的形狀(例如，環(huán)形、橢圓、正方形，等等)。

實際上，防護物的幾何形狀可以憑經(jīng)驗被優(yōu)化，例如，通過運行模擬同時改變防護物的幾何形狀(以及選擇性地改變質(zhì)譜儀中的其他組件的幾何形狀)以便獲得預(yù)期效果。

優(yōu)選地，防護物的面向內(nèi)的表面向外與第一和第二電極之間延伸的軸以一距離相隔開，該距離足夠大以便允許防護物所形成的電極的中間的部分(即，在防護物的面向內(nèi)的表面內(nèi)的電極的一部分)根據(jù)離子光需求(例如，以便控制引出透鏡，如果其上形成有防護物的電極是引出電極)被成形。

為此，防護物的面向內(nèi)的表面可以向外與第一和第二電極之間延伸的軸至少以一距離相隔開，該距離是第一和/或第二電極中形成的孔的寬度。如果孔和防護物是環(huán)形的，那么這會等于防護物的內(nèi)半徑，該內(nèi)半徑至少兩倍于孔的半徑。

同樣地如果孔在其上形成有防護物的電極中形成，那么防護物的面向內(nèi)的表面優(yōu)選地向外與邊界以一距離相隔開，該邊界是電極和形成在電極中的孔之間的邊界，該距離至少是孔的寬度的一半。如果孔和防護物是環(huán)形的，那么這也會等于防護物的內(nèi)半徑，該內(nèi)半徑至少兩倍于孔的半徑。

其上形成有防護物的電極和在該電極中形成的孔之間的邊界可以被當(dāng)作是其上形成有防護物的電極碰到孔的邊界。如果防護物向外與該邊界相隔開，則一定有在電極的中間部分，該中間部分在防護物的面向內(nèi)的表面內(nèi)，因此，其可以這樣根據(jù)離子光需求被成形。

本領(lǐng)域技術(shù)人員仍然將會理解防護物的面向內(nèi)的表面向外與其上形成有防護物的電極和該電極中形成的孔之間的邊界相隔開不是必需的，提供防護物的面向外的表面適當(dāng)?shù)呐c邊界間隔，以便當(dāng)質(zhì)譜儀在使用時，有效地抑制第一和第二電極的邊緣之間形成的電場透入第一和第二電極之間的區(qū)域(見下文)。

因此，防護物的面向內(nèi)的表面可以位于其上形成有防護物的電極和該電極中形成的孔之間的邊界，提供防護物的面向外的表面適當(dāng)?shù)呐c電極和孔之間的邊界相隔開，以當(dāng)質(zhì)譜儀在使用時，有效地抑制第一和第二電極的邊緣之間形成的電場透入第一和第二電極之間的區(qū)域。在這種情況下，值得注意的是在us6888129中提出的“管”14的面向外的表面太接近“平面元件”13和在“平面元件”13中的孔之間的邊界，而不能有效地抑制側(cè)場穿透。

為了在質(zhì)譜儀使用時，有效地抑制第一和第二電極的邊緣之間形成的電場透入第一和第二電極之間的區(qū)域，防護物的面向外的表面可以向外與第一和第二電極之間延伸的軸(例如，離子光軸)以至少兩倍于相對于軸的最遠(yuǎn)距離的距離相隔開，最遠(yuǎn)距離為質(zhì)譜儀在使用時在第一和第二電極之間的區(qū)域中由質(zhì)譜儀形成的離子可以到達的最遠(yuǎn)的距離。對于給定的質(zhì)譜儀，這通常便于計算。例如，如果第一和第二電極包含在實施脈沖引出的質(zhì)譜儀的離子源中(見下文)，根據(jù)離子被形成和引出電場被產(chǎn)生之間的已知的預(yù)定時段，以及已知的由離子源形成的離子的最大速度(由于這通常不超過1500ms^-1)，由質(zhì)譜儀形成的離子的最遠(yuǎn)的距離可以被判斷。

如果防護物是環(huán)形的(見上文)，防護物的外半徑的最小值romin可以由下面的公式定義：

romin＝g-hs+hc+ri-wmin

其中g(shù)是第一和第二電極之間的距離，hs是其上形成有防護物的電極上形成的二級防護物的高度(見下文)，hc是防護物和面向防護物的電極之間的避免第一和第二電極之間的擊穿(例如，對于被施加于第一和第二電極之間的給定最高電位差)的最小間隙，ri是防護物的內(nèi)半徑，以及wmin是對于生產(chǎn)實際所推薦的防護物的最小寬度。例如對于高度為20mm的防護物wmin可以是2mm，對于高度為10mm的防護物wmin可以是1.1mm。

在大多數(shù)情況下，wmin將至少為1mm。

在參數(shù)利用以上公式的非對稱計算的情形中，可以利用每個參數(shù)的平均值來執(zhí)行。例如，對于橢圓的防護物，可以為防護物的最長長度和最短長度兩者重復(fù)使用公式。

考慮到以上情況，對于大多數(shù)幾何形狀，防護物的面向外的表面可以向外與第一和第二電極之間延伸的軸至少以孔的寬度的1.5倍的距離相隔開，孔形成在第一和/或第二電極中。如果孔和防護物是環(huán)形的，那么這會相當(dāng)于防護物的外半徑，該外半徑至少是孔的半徑的三倍。

同樣地如果孔在其上形成有防護物的電極中形成，那么防護物的面向外的表面優(yōu)選地向外與邊界以至少為孔的寬度的距離相隔開，邊界為其上形成有防護物的電極和在該電極中形成孔之間的邊界。如果孔和防護物是環(huán)形的，那么這相當(dāng)于防護物的外半徑，該外半徑是孔的半徑的三倍。

在一些實施例中，防護物的面向外的表面可以位于與其上形成有防護物的電極的外部邊界重合的位置。

防護物可以是任何被認(rèn)為對獲得期望的防護效應(yīng)必需的高度，而不是通常的高度，在一些情形中寬而低的防護物具有與高而窄的防護物相似的效用。然而，這沒有嚴(yán)格的規(guī)則，例如，由于對于包含在實施脈沖引出的離子源(見下文)中的第一和第二電極，在引出電場被產(chǎn)生前，寬而低的防護物可以具有與高而窄的防護物相似的效用，但是一旦引出電場被產(chǎn)生，那么不同的條件被創(chuàng)建(例如，由于透鏡效果)，當(dāng)判斷防護物的高度時，該條件應(yīng)當(dāng)被考慮到。

優(yōu)選地，防護物和面向防護物的電極之間有至少有2mm的最小間隙，以便避免第一和第二電極之間的電擊穿(由于通常地，第一和第二電極之間的電壓可以達到2kv到5kv)。

優(yōu)選地，防護物在第一電極或第二電極中的一個上被形成的。然而，在一些實施例中，防護物可以包括在第一電極上形成的第一防護物元件和在第二電極上形成的第二防護物元件。第一防護物元件和/或第二防護物元件可以以上述參考單個電極的防護物的方式配置，并且可以具有等于參考上述單個電極的防護物的高度的組合高度。

優(yōu)選地，二級防護物在其上形成有防護物的電極上被形成。二級防護物優(yōu)選地被配置為抑制電場通過其上形成有防護物的電極中形成的孔透入第一和第二電極之間的區(qū)域。注意二級防護物被添附到上文提出的防護物，這樣如果兩個防護物都存在，上文提出的防護物可以被稱為主防護物。

優(yōu)選地，二級防護物為在其上形成有(主)防護物電極的表面上形成的凸起的元件，以便二級防護物向另一個電極延伸。優(yōu)選地，二級防護物圍繞(例如，環(huán)繞)在其上形成有防護物的電極中形成的孔。優(yōu)選地，二級防護物位于其上形成有防護物的電極和該電極中形成的孔之間的邊界上。二級防護物可以因此具有管的形式，例如，類似于us6888129中提出的“管”14。因此，二級防護物可以具有空心細(xì)長形構(gòu)件的形狀，并且二級防護物的高度可以至少等于孔的寬度的8/10(更優(yōu)選地至少孔的寬度的9/10，或者至少孔的寬度)。

關(guān)于二級防護物，可能需要定義以下參數(shù)：

-二級防護物的高度：這可以被采取為二級防護物從其上形成有二級防護物的電極朝向其他電極延伸的距離。

如果二級防護物存在，(主)防護物的高度優(yōu)選地比二級防護物的高度高。然而，如果第一和第二電極被包含在實施脈沖引出的質(zhì)譜儀的離子源中(見下文)，要定義的更重要的標(biāo)準(zhǔn)是在產(chǎn)生引出電場之后，在引出區(qū)域中獲得期望的透鏡效果需要的(主)防護物的高度。

第一和/或第二電極可以是環(huán)形的，但是再次，其他幾何形狀也是可能的。如果其上形成有防護物的電極是環(huán)形的，那么第二電極可以具有20mm到100mm范圍的半徑。

優(yōu)選地，第一和第二電極被包含在質(zhì)譜儀的離子源中。

如果第一和第二電極被包含在質(zhì)譜儀的離子源中，離子源優(yōu)選地被配置為對第一和第二電極施加電壓以在第一和第二電極之間的引出區(qū)域中產(chǎn)生引出電場，以便當(dāng)質(zhì)譜儀在使用時，通過第二電極中的孔從引出區(qū)域引出離子。

在這種情況下，考慮到在從引出區(qū)域引出離子中的角色，第二電極可以被稱為引出電極。因此此處術(shù)語第二電極和引出電極可以被互換使用。

因此，本發(fā)明的第一方面可以提供：

包括離子源的飛行時間質(zhì)譜儀，其中離子源包括：

第一電極；以及

第二電極，第二電極具有在其中形成的孔并與第一電極相隔開。

其中離子源被配置為對第一和第二電極施加電壓以在第一和第二電極之間的區(qū)域中產(chǎn)生引出電場，以在質(zhì)譜儀在使用時，通過第二電極中的孔從引出區(qū)域引出離子；

其中防護物被形成于第一電極和/或第二電極上，其中防護物被配置為當(dāng)質(zhì)譜儀在使用時，抑制在第一和第二電極的邊緣之間形成的電場透入第一和第二電極之間的區(qū)域。

如果第一和第二電極被包含在質(zhì)譜儀的離子源中，第一電極可以是用于支撐(carry)樣品的樣品板。樣品板可以用于支撐被安置覆蓋樣品板的一區(qū)域的多個樣品。該區(qū)域可以遍及例如，2cm或更長的區(qū)域。

樣品板可以被安裝在樣品板載體上。如果樣品板載體是導(dǎo)電的，那么第一電極可以因此額外地包括樣品板載體。

質(zhì)譜儀可以包括被配置為相對于離子光軸橫向移動樣品板載體(并且因此相對于離子光軸橫向移動樣品板)的機構(gòu)，以便相對于離子光軸橫向偏移樣品板載體(并且因此相對于離子光軸橫向偏移樣品板)。

如果第一和第二電極被包含在質(zhì)譜儀的離子源中伴隨第二電極具有在其中形成的孔，防護物可以方便地在第二電極上被形成，但是防護物同樣可以在第一電極上被形成。

如果防護物在第二電極上被形成，那么優(yōu)選地，當(dāng)樣品板載體的中心處于相對于離子光軸的最大被允許的橫向偏移時，防護物的面向內(nèi)的表面向外以足夠小的距離與邊界相隔開，邊界為第二電極和第二電極中形成的孔之間的邊界，以便當(dāng)沿著離子光軸觀察時，防護物的面向內(nèi)的表面仍然在第一電極(可以包括樣品板并且可能同樣包括樣品板載體，見上文)的外部邊界內(nèi)。防護物的面向內(nèi)的表面的該區(qū)域是優(yōu)選的，由于如果當(dāng)沿著離子光軸觀察時，面向內(nèi)的表面被允許超出第一電極的外部邊界，那么側(cè)場可能容易地透入引出區(qū)域。最大被允許的橫向偏移(樣品板載體相對于離子光軸)可以通過樣品板上的極端分析點中的樣品位于離子光軸處的最大橫向偏移確定。

優(yōu)選地，離子源包括激光器，用于通過向樣品發(fā)射光來電離樣品板上支撐的樣品。優(yōu)選地，激光器用于通過向樣品材料發(fā)射光脈沖來電離樣品。通過激光器產(chǎn)生的光優(yōu)選為uv光，盡管ir光同樣可能。

然而，樣品材料可以通過其他技術(shù)電離。

離子源可以被配置為實現(xiàn)脈沖引出，而在這樣情況下離子源可以被配置為在離子被產(chǎn)生(例如，通過激光器)之后，產(chǎn)生引出電場預(yù)定的一段時間(可以是10ns到1ps)。在引出電場被產(chǎn)生之前，第一和第二電極可以保持在相同的電位(例如，該電位可以比10kv更高，例如，20kv)。預(yù)定的一段時間可以被選擇用于最佳地聚集被產(chǎn)生的離子的動能擴散。

然而，在其他實施例中，脈沖引出不是必須的，因為離子源可以被配置為產(chǎn)生靜態(tài)的引出電場，即在離子的形成和引出時都期間出現(xiàn)。

離子源可以是maldi(基質(zhì)輔助激光解吸/電離)離子源。對于maldi離子源，樣品材料可以包括生物分子(例如，蛋白質(zhì))，有機分子和/或高分子。樣品材料可以是包含(優(yōu)選地被結(jié)晶的)在樣品材料和光吸收基質(zhì)的混合物中。

然而，離子源可以是具有如上配置的第一和第二電極的任何離子源。例如，離子源還可以是saldi(表面輔助激光解吸/電離)離子源，不用基質(zhì)的激光解吸離子源，或者例如(使用離子束而不是激光器的)次級離子質(zhì)譜法(“sims”)離子源。

質(zhì)譜儀可以包括離子檢測器用于檢測離子源產(chǎn)生的離子。離子檢測器可以形成質(zhì)量分析儀的一部分。

本發(fā)明的第一方面同樣可以提供如上的離子源。

本發(fā)明的第一方面同樣可以提供操作飛行時間質(zhì)譜儀的方法。方法可以包括實施于或相應(yīng)于在上文描述的飛行時間質(zhì)譜儀的任何方法步驟。

本發(fā)明同樣包括在上文描述的特征的任意組合，除非這種組合被清楚地不允許或者明確地避免。

以下參考附圖論述本提案的實例，其中：

圖1示出了不是本發(fā)明的實施例但是可用于理解本發(fā)明的tof質(zhì)譜儀實例。

圖2示出了不是本發(fā)明的實施例但是可用于理解本發(fā)明的tof質(zhì)譜儀的另一個實例。

圖3示出了沿著圖2的tof質(zhì)譜儀的離子源的引出電極和樣品板的離子光軸的視圖：(a)離子光軸對齊樣品板的中心，以及(b)離子光軸對齊樣品板上的極端分析點。

圖4示出了從環(huán)繞著圖2的tof質(zhì)譜儀的離子源的樣品板和引出電極的區(qū)域的靜電模型獲得的電場輪廓的橫截面視圖：(a)離子光軸對齊樣品板的中心，以及(b)離子光軸對齊樣品板上的極端分析點。

圖5示出了其離子源包括在其上形成的輪狀的防護物的引出電極的實例tof質(zhì)譜儀：(a)其中引出電極具有平面孔(沒有二級防護物)，以及(b)其中引出電極具有穿過引出電極延伸以形成通道的孔(帶有二級防護物)。

圖6示出了用于定義圖5的防護物的參數(shù)的優(yōu)選的限定和數(shù)值。

圖7示出了從環(huán)繞著圖5(b)的tof質(zhì)譜儀的離子源的樣品板和引出電極的區(qū)域的靜電模型獲得的電場輪廓的橫截面視圖：(a)離子光軸對齊樣品板的中心，以及(b)離子光軸對齊樣品板上的極端分析點。

圖8示出了利用圖2的具有離子源的質(zhì)譜儀獲得的chca基質(zhì)中的縮氨酸的質(zhì)譜(正常到最大的信號)：(a)離子光軸對齊樣品板的中心，以及(b)離子光軸對齊樣品板上的極端分析點。

圖9示出了利用圖5(b)的具有離子源的質(zhì)譜儀獲得的chca基質(zhì)中的縮氨酸的質(zhì)譜(正常到最大的信號)：(a)離子光軸對齊樣品板的中心，以及(b)離子光軸對齊樣品板上的極端分析點。

一般來說，下面的討論描述在飛行時間(“tof”)質(zhì)譜儀背景下的本提案的實例，tof質(zhì)譜儀包括具有位于樣品板上方的引出電極的離子源。在描述的實例中，引出電極是在其中形成有孔的平板狀元件，離子通過該孔被引出。引出電極同樣具有在其上形成的向著樣品板延伸的防護物。防護物的形成優(yōu)選地為了引出電極的特定的幾何形狀被優(yōu)化以便控制側(cè)場穿透，優(yōu)選地，以確保隨樣品板載體(相對于引出電極)位置，前和后引出電場軸向均勻并恒定。

本發(fā)明可以被視作與用于飛行時間(tof)質(zhì)譜儀的離子光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)。

如圖1所示，通常，tof質(zhì)譜儀包括引出區(qū)域1、加速區(qū)域2、無場區(qū)域6和相關(guān)的tof質(zhì)量分析儀(未示出)。例如，質(zhì)量分析儀可以是線性的或者反射器。

通常，引出區(qū)域形成于第一電極3和第二電極4之間。通常，加速區(qū)域形成于第二電極4和第三電極5之間。

在簡單的形式中，第二電極4和第三電極5是具有合適尺寸的中心孔的平面平行板，以使離子能夠穿過。

在maldi離子源中，第一電極3可以是樣品板。maldi處理通常被用于簡化生物分子和大的有機分子的汽化和離子化。

在通常的maldi離子源中，分子被嵌入吸收uv光的基質(zhì)中。當(dāng)uv激光器在位于樣品板3上的樣品上被點燃以便觸發(fā)maldi處理時，一縷電離的和中性的分析物和基質(zhì)分子從樣品板3被噴射出。

隨后，通過給第一和第二電極3、4施加合適的電壓以在引出區(qū)域1中產(chǎn)生引出電場，電離的分子通過通常被稱為引出電極的第二電極4中的孔從引出區(qū)域1被引出。離子通過在引出電極4和第三電極5之間的加速區(qū)域2中形成的場被進一步加速。第三電極可以處于地電位，當(dāng)離子穿過第三電極進入質(zhì)譜儀的無場區(qū)域6，例如，到達相關(guān)的線性或者反射質(zhì)量分析儀。因此，第三電極5通常被稱為接地電極。

在簡單的maldi離子源中，離子可以通過樣品板3和引出電極4之間形成的通常為2到5kv的靜態(tài)的引出電場(為了避免任何疑問，該場可以通過降低施加于引出平板的現(xiàn)有電壓被實現(xiàn))被迅速的引出。在穿過接地電極5中的孔進入無場區(qū)域6和相關(guān)的質(zhì)量分析儀之前，被引出的離子穿過可以穿過稍后穿過引出電極4中的孔以及可以通過引出電極4和接地電極5之間的加速區(qū)中形成的場被進一步加速。

然而，在tof質(zhì)譜儀中的許多maldi離子源中，離子源實施被稱為脈沖引出的技術(shù)以通過聚焦離子的動能擴散提高儀器的質(zhì)量分辯率。在這種技術(shù)中，分辯率可以通過在離子被形成時，保持引出電極4的電位處于與樣品板3相同的電位，創(chuàng)建無場區(qū)域而被提高。隨后，在預(yù)定的短暫延遲之后，給引出電極4施加如2kv到5kv之間的脈沖以產(chǎn)生引出電場。短暫延遲可以被選擇為最佳的聚焦所關(guān)心的離子的動能擴散的一段時間。基本上，隨著合適的延遲，通常10ns到幾μs，低速離子在從離子源，通常是檢測器，飛出一段距離之后能夠接收足夠的額外勢能以追到更高速度的離子。

用于引出和加速區(qū)域的簡單形式的電極4、5可以是帶有中心孔的平面平行板(中心孔可以是柵格的或者無柵格的)。引出電極4中的孔通常相當(dāng)小，例如，2mm到20mm，因為一旦尺寸增加到超過幾mm，通過引出電極4和接地板5之間的電位差創(chuàng)建的電場會穿過引出電極中的孔延伸進入在樣品板3前方并緊鄰樣品板3的引出區(qū)域1的部分。可以被稱為軸向場穿透的這種影響可以損害樣品板3前方的無場區(qū)域(在產(chǎn)生用于脈沖引出的引出電場之前)并且因此可以導(dǎo)致離子在不希望的時間和/或以不希望的軌跡被引出，這會顯著的同時減小質(zhì)量分析儀的分辯率和質(zhì)量分析儀的靈敏度。因此，通常期望保持小孔。

然而，在引出電極4中具有較大的孔也有優(yōu)點。例如，可能期望能夠同時引導(dǎo)激光束進入靠近離子光軸的離子源并且同樣又以靠近離子光軸的角度觀察樣品板3，二者都需要大的孔徑。進一步，伴隨著通過離子透鏡引出的帶電分析物，有許多從樣品噴射的中性的分析物和基質(zhì)可能迅速地污染引出電極4的元件并且可能對離子源性能產(chǎn)生不利影響。利用大的孔，這種污染積累的比率可以被減少。

在us6888129中已經(jīng)報道了，如果在引出電極中的孔以通道的形式延伸，利用大一點的孔，軸向場穿透可以被控制到可接受的水平。圖2示出了被修改為具有第二電極7的圖1的tof質(zhì)譜儀，第二電極7的孔以管11的形式被延伸，管11沿著樣品板3的方向延伸，這樣離子可以通過穿過上述的通道從第二電極7的一側(cè)穿過到達另一側(cè)。如us6888129中教導(dǎo)的，通道長度可以稍微小于、等于或者大于孔的直徑。如同us6888129中討論的，管11有助于將通過第二電極7中的孔從加速區(qū)域2進入引出區(qū)域1的場穿透減少到可接受的水平，而不損害脈沖引出的效用。實際上通過引出電極7總會有一些剩余場穿透并且損害肯定會在引出電極7中的大一點的孔的益處和離子源性能上的之間產(chǎn)生。由us6888129提出的延伸的孔提供的管11可以被稱為此處的二級防護物。

在通常的maldi離子源中，離子從樣品板3上的小區(qū)域被產(chǎn)生，通常，該區(qū)域不大于照射激光的光腰的尺寸，通常直徑為5μm到500μm。在大多數(shù)實際應(yīng)用中，需要分析來自同一樣品板上的延伸若干cm的若干點，或者來自被排布在若干cm的區(qū)域的若干小的樣品的離子。通常，樣品被安排在寬度在20mm到150mm范圍的矩形樣品板上(盡管其他寬度和形狀也是可能的)。有可能掃描激光束(可以是uv光)越過固定的樣品板，或者相對于固定的激光器位置移動樣品板。對于大多數(shù)應(yīng)用，在垂直于離子光軸的平面移動樣品板更為實用。這通常通過在樣品板載體上安裝樣品板，利用被配置為橫向(例如，垂直于離子光軸的平面內(nèi)的兩個正交方向)移動樣品板載體的機構(gòu)來實現(xiàn)。

圖3(a)示出了在引出電極7中的孔對齊樣品板的中心3，即，零橫向偏移時，沿著離子光軸觀察的圖2的引出電極7。

圖3(b)示出了當(dāng)樣品板載體(并且因而樣品板3)處于相對于第二電極7被允許的最大的橫向偏移時，沿著離子光軸觀察的圖2的引出電極7。因此，穿過引出電極7中的孔延伸的離子光軸與樣品板3的一個拐角中的末端測量位置對齊。

參考圖3，當(dāng)樣品板載體從它的零偏移(中心對齊)位置被移動到最大的橫向偏移時，由于樣品板3和引出電極4之間的側(cè)場穿透，樣品板3和引出電極7之間形成的場可能被干擾。當(dāng)引出電極7和樣品板3之間不完全重疊時，這種影響更加顯著。

這種影響通過圖4被示出，圖4示出了環(huán)繞著樣品板3和引出電極7的區(qū)域中的關(guān)于圖2的離子源的靜電模型的場輪廓。如圖4中看到的，當(dāng)樣品板3在引出電極7的軸中心(零橫向偏移)時，場是均勻的，但是當(dāng)樣品板3相對于引出電極7橫向偏移時場不對稱。

樣品板3和引出電極7之間的側(cè)場穿透比上文描述的軸向場穿透潛在地更成問題，因為它隨著樣品板載體位置而不對稱和變化。

在樣品板3和引出電極7之間的脈沖引出場的產(chǎn)生之前和期間，側(cè)場穿透的影響可以是顯著的。理想地，引出區(qū)域1中的初始的離子生成的區(qū)域完全沒有任何引出電極7和樣品板3(/樣品板載體)的邊緣之間的形成的側(cè)場穿透影響。理想地，在引出場形成的前的一段時間(即，預(yù)引出時間段)，這種無場區(qū)域會延伸到所關(guān)心的移動最快(例如，最低質(zhì)量)的離子行進的距離。否則，非軸對稱電穿透的影響可能引起離子的軸向擴散，導(dǎo)致分辨率的下降，以及離子的發(fā)散和偏離導(dǎo)致靈敏度的下降。

在脈沖引出期間，側(cè)場穿透可以扭曲由樣品板3和引出電極7之間的電場形成的透鏡。這可能不利地影響聚焦效應(yīng)，其可能相應(yīng)地引起不希望的色差，再次導(dǎo)致分辨率的下降和靈敏度的下降。類似的問題同樣會出現(xiàn)在被配置為在離子的形成和引出期間出現(xiàn)的產(chǎn)生靜態(tài)引出電場的離子源。

在預(yù)引出和脈沖引出期間，隨著樣品板3的移動，不受控制的和變化的側(cè)場穿透可能因此扭曲樣品板3和引出電極7之間的電勢。隨著樣品板載體位置變化，離子束路徑中這種不受控制的和扭曲的電勢可以導(dǎo)致質(zhì)量分析儀分辯率和質(zhì)量分析儀靈敏度兩方面的顯著差異。

下面的實例目的在于減少隨著樣品板相對于第二電極7(/離子光軸)的橫向偏移，側(cè)場穿透到離子穿過的區(qū)域，以便減少儀器性能變化(優(yōu)選地，儀器性能沒有顯著的變化)，以及提高獲得的質(zhì)譜的質(zhì)量(優(yōu)選地，使得獲得的質(zhì)譜的質(zhì)量隨著樣品板3上的樣品位置是不變化的)。

相應(yīng)地，參考圖5(a)，圖5(a)中提供tof質(zhì)譜儀中的離子源具有引出電極9。引出電極9是具有在其中形成的孔的平板狀元件。防護物10在引出電極9面向樣品板3的表面上形成，防護物10是凸起的元件，以使防護物10朝向樣品板3延伸。防護物10圍繞延伸穿過孔的離子光軸。防護物10向外與引出電極9和孔之間的邊界10a間隔。這樣，防護物10有助于抑制樣品板3和引出電極4的邊緣之間形成的電場透入引出區(qū)域1。相應(yīng)地，當(dāng)樣品板載體(并且因而樣品板3)被相對于第二電極9(/離子光軸)移動時，這有助于將引出區(qū)域1(具體地，當(dāng)質(zhì)譜儀在使用時引出區(qū)域1中離子出現(xiàn)的部分區(qū)域)與側(cè)面穿透場的改變避開。

由此引出電極9的防護物10有助于防止在預(yù)引出以及脈沖引出場中顯著的變化，這樣當(dāng)樣品板載體(因此和樣品板3)位置變化時，有助于保持質(zhì)量分析儀分辯率和質(zhì)量分析儀靈敏度。

防護物10可以同時被合并作為引出電極9的一部分，其包含平的(沒有二級防護物)、延伸不超過如圖5(a)所示的電極的平的表面的孔，或者作為引出電極9′的一部分，其包含延伸超過電極的平的表面的孔以便提供以如圖5(b)所示的管11的形狀的貫穿元件。

此處圖5(b)的管11’可以被稱為二級防護物。這里，二級防護物被配置為抑制電場通過引出電極9中形成的孔透入引出區(qū)域1。

防護物10的優(yōu)選形狀為環(huán)形，此處提供的為環(huán)形圈，與引出電極9中的孔是同軸的。然而，實際上防護物不必是環(huán)形，還可以是正方形、矩形或者另一個形狀。

定義防護物的參數(shù)可以包括它的高度(高于引出電極9的面向樣品板3的表面)以及，如果防護物為環(huán)形，它的內(nèi)半徑和外半徑。這些參數(shù)不是完全彼此獨立的并且優(yōu)選地在一定的限制內(nèi)以使的防護物是有效的。當(dāng)質(zhì)譜儀在使用中達到樣品板載體(并且因而樣品板3)的最大橫向偏移時，防護物10極優(yōu)地為具有這種形狀以防止側(cè)場穿透進入離子出現(xiàn)的引出區(qū)域1的部分區(qū)域，而不顯著地扭曲在脈沖引出期間用于聚焦離子的引出電場的形狀。

一般而言，防護物10的內(nèi)半徑可以通過樣品板3/樣品板載體的尺寸和形狀被確定，以及防護物10的高度以及外半徑可以被優(yōu)化以控制其他儀器約束內(nèi)的側(cè)場穿透。

優(yōu)選地，防護物的內(nèi)半徑為使得當(dāng)樣品板處于最大被允許橫向偏移時，防護物10面向內(nèi)的表面在樣品板載體的邊界內(nèi)(當(dāng)沿著離子光軸觀察時)。這是因為如果防護物10的面向內(nèi)的表面超出邊界外(當(dāng)沿著離子光軸觀察時)，側(cè)場將會容易地透入引出區(qū)域。可以對內(nèi)半徑使用更低的值以及可以期望界定由引出電場形成的透鏡的形狀，該引出電場在樣品板3和引出電極9之間產(chǎn)生，其需求在很大程度上取決于特定離子源的幾何形狀，例如，引出電極9是否具有如圖5(a)中的平面孔或如圖5(b)中的管11。

在上述段落中，假定樣品板載體為導(dǎo)電的并且因此形成連同樣品板3的第一電極，而且樣品板載體提供第一電極的外部邊界。然而，在其他實例中不需要是這種情形。

防護物的外半徑和高度可以被優(yōu)化以控制側(cè)場穿透。通常，在限制范圍內(nèi)，寬而低的防護物具有與高而窄的防護物類似的效用。對于防護物10、10’的外半徑和高度的限制可以因此通過特定的離子源的幾何形狀被確定。

防護物10、10’的高度優(yōu)選地使得防護物10、10’和樣品板3之間具有至少2mm的間隙，以便避免樣品板3和引出電極4之間的電擊穿，通常為可達2kv至5kv之間的電位差。同樣可以有其他實際的考慮，利用防護物10、10’和樣品板3之間的最小間隙，涉及被用于移動樣品板載體(和因此樣品板3)的機構(gòu)。進一步，maldi質(zhì)譜儀通常包含觀察系統(tǒng)以便能夠拍攝樣品，優(yōu)選地，對其的照射以相對于樣品板3的低角度入射角被引導(dǎo)，其要求防護物10、10’和樣品板3之間幾mm的間隙，取決于采用的特定的照明系統(tǒng)。

上面討論的對于參數(shù)的一些優(yōu)選的限定和數(shù)值在圖6中示出，在圖6中假定引出電極9具有管11’孔。在該實例中：防護物的高度通過管11’的高度和與樣品板3之間2mm的間隙被限制。防護物的最大內(nèi)半徑通過優(yōu)選的要求被定義(上文討論的)，當(dāng)樣品板載體處于相對于第二電極的最大被允許橫向偏移時，對防護物的面向內(nèi)的表面保持在樣品板載體的外部邊界內(nèi)；防護物的最小內(nèi)半徑可以被優(yōu)化以便控制引出區(qū)域中的離子光學(xué)透鏡；防護物的最大外半徑通過引出電極的外半徑被定義；防護物的最小外半徑可以被優(yōu)化以便對于給定的防護物高度控制側(cè)場穿透。因此，在圖6的陰影區(qū)域內(nèi)的防護物定義參數(shù)的任意組合可以被選擇以控制側(cè)場穿透，但是最優(yōu)選的值通過圖6的陰影區(qū)域內(nèi)的實線被定義。該線定義防護物參數(shù)的組合，這些參數(shù)通過靜電建模確定，其最小化側(cè)場穿透進入引出區(qū)域內(nèi)的離子生成和引出區(qū)域定義。該線對此處所示的作為實例的離子源設(shè)計當(dāng)然是特定的，并且對于其他離子源的幾何形狀，類似的分析會被要求來定義參數(shù)以達到最佳場穿透控制。

圖6的繪圖繪制相對于高度的最小外半徑，并且通過調(diào)整高度然后計算對于那個高度(對于其他參數(shù)已經(jīng)優(yōu)化)的最佳的最小外半徑而產(chǎn)生。

圖7示出了在環(huán)繞樣品板3和引出電極9’的區(qū)域中的，包含圖5(b)的引出電極9’的離子源的靜電模型上的場輪廓。如這些圖所示的，當(dāng)樣品板3在引出電極軸中心上時，以及當(dāng)樣品板3相對于引出電極9’橫向偏移時，場都是均勻的。這種對樣品板位置的不敏感性直接歸因于防護物，其防止側(cè)場穿透進入引出區(qū)域。

圖8示出了在1-5kda范圍內(nèi)的縮氨酸的質(zhì)譜，其利用具有包括圖2的引出電極7(帶有管11，但是缺防護物10)的離子源的質(zhì)譜儀實驗性的獲得，其中質(zhì)譜儀被優(yōu)化/調(diào)整為樣品位于樣品板的中心。

圖8(a)和(b)示出了分別從樣品板的中心和拐角獲得的光譜。如從圖8中可以看到的，相對于樣品板的中心處的振幅，樣品板的拐角處獲得的信號的振幅遭受近90％的強度損失。

圖9示出了實驗性地利用具有包括引出電極9’(帶有管11’，帶有防護物10’)的離子源的質(zhì)譜儀獲得的相同的縮氨酸的質(zhì)譜，其中質(zhì)譜儀再次被優(yōu)化/調(diào)整為樣品位于樣品板的中心。圖9(a)和(b)顯示分別從板的中心和拐角獲得的光譜。如從圖9中可以看到的，相對于樣品板的中心處的振幅，這次從樣品板的拐角處獲得的信號的振幅可以看出沒有遭受強度或者強度分布偏移方面任何顯著的損失。

當(dāng)在本說明書和權(quán)利要求中使用時，術(shù)語“包含”和“包括”及其變體意指特定的特征，步驟或者整體被包括。該術(shù)語不被解釋為排除其他的特征，步驟或者整體的出現(xiàn)。

在以上描述中，或者在以下權(quán)利要求中，或者在附圖中公開的，以其特定的形式或者以對于進行用于獲得本公開結(jié)果的本公開的功能，或者方法或者處理的手段的術(shù)語表示的特征，視情況而定，可以分別地，或者以這些特征的任何組合，被使用用于以其中的多種形式實現(xiàn)本發(fā)明。

雖然本發(fā)明已經(jīng)連同上述示范性實施例被描述，當(dāng)給定本公開時許多等效的修改和變體對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。相應(yīng)地，以上陳述的本發(fā)明的示范性實施例被認(rèn)為是說明性的并且沒有限制。可以對描述的實施例進行不脫離本發(fā)明的主旨和范圍的各種改變。

例如，盡管此處描繪的實例顯示離子源的引出電極上形成的防護物，防護物可以等價地應(yīng)用于離子源的樣品板。

另外，盡管此處描繪的實例顯示提出的應(yīng)用于離子源的樣品板和引出電極的防護物，應(yīng)當(dāng)理解相同的原理可以應(yīng)用于電壓被施加以在第一和第二電極之間的區(qū)域中產(chǎn)生電場以便當(dāng)質(zhì)譜儀在使用時影響(例如，加速、減速、影響其軌跡、集中、分散)出現(xiàn)在第一和第二電極之間的區(qū)域的離子的tof質(zhì)譜儀中的任何電極對。

為了避免任何疑問，此處提供的任何理論上的說明被提供用于使讀者更好理解的目的。發(fā)明人不希望通過任何這些理論上的說明被限制。

以上參考的所有引用在此被并入以作參考。