帶Cassini反射器的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的制作方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及帶特殊形狀反射器的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，主要有兩種高解析度反射器飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，按離子注入方式相應(yīng)區(qū)分。[0003]軸向注入飛行時(shí)間質(zhì)譜儀包括采用基質(zhì)輔助激光解吸來電離的MALDI飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（MALDI-TOFMS)，但是也包括從諸如RF四極桿離子阱等存儲設(shè)備中將存儲的離子軸向注入飛行路徑的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀。它們通常有Mamyrin反射器（B.A.Mamyrin等人，"Themass-reflectron,anewnonmagnetictime-〇f-flightmassspectrometerwithhighresolution"（"質(zhì)量反射器，一種新型非磁性高解析度飛行時(shí)間質(zhì)譜儀"），5〇丫·Phys.-JETP，1973:37(1)，45-48)，用來臨時(shí)聚焦具有能散的離子。Mamyrin反射器能夠進(jìn)行二階臨時(shí)聚焦，但不能進(jìn)行更高階的聚焦。由于使用點(diǎn)離子源，所以反射器可以無柵，以此改進(jìn)采用柵條的Mamyrin反射器。MALDI-TOFMS采用離子延遲加速（在絕熱膨脹的激光等離子體內(nèi)），加速電壓高達(dá)30千伏；在良好實(shí)施例中，飛行路徑總長度約為2.5米時(shí)，質(zhì)量解析度R可達(dá)50000(質(zhì)量范圍約為1000至3000道爾頓）。[0004]對于主離子束在與離子原始飛行方向垂直的方向上經(jīng)過脈沖加速的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，術(shù)語稱作0T0F-MS(正交飛行時(shí)間質(zhì)譜儀）。圖1示出了此類0T0F-MS的簡化示意圖。0T0F-MS的質(zhì)量分析儀在飛行路徑（13)開端有一個(gè)所謂的離子脈沖發(fā)生器（12)，這個(gè)離子脈沖發(fā)生器使一段低能主離子束（11)(即串狀離子包）在與射束先前方向垂直的方向上加速進(jìn)入飛行路徑（13)。正常加速電壓（只有一小部分在脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)換）相當(dāng)于8至20千伏。這就形成了帶狀次離子束（14)，該離子束由各個(gè)橫向串狀離子包組成，每個(gè)離子包由具有相同質(zhì)量的離子組成。含有輕離子的串狀離子包飛行較快，而含有重離子的則飛行較慢。此帶狀次離子束（14)的飛行方向介于主離子束的先前方向和與此方向垂直的加速方向之間，這是因?yàn)殡x子保持其在主離子束（11)原始方向上的速度。這種飛行時(shí)間質(zhì)譜儀最好也采用Mamyrin聚能反射器（15)，它將含有串狀離子包的帶狀次離子束（14)全寬反射，聚集能散并將其引向平板檢測器（16)。離子束的寬度意味著反射器必須采用柵條。在此類0T0F質(zhì)譜儀中，質(zhì)量解析度R可達(dá)40000左右（質(zhì)量為1000道爾頓時(shí)）。[0005]這兩個(gè)示例表明，在當(dāng)今技術(shù)中，具有高質(zhì)量解析度的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀大多具有Mamyrin反射器。Mamyrin反射器能夠進(jìn)行二階聚能，但不能進(jìn)行更高階的聚焦。如果與平均能量相比，離子的能散相對較大，則會發(fā)生不利的聚焦錯(cuò)誤。由于產(chǎn)生離子時(shí)，或脈沖加速離子時(shí)，離子的動(dòng)能總是輕微擴(kuò)散，因此飛行時(shí)間質(zhì)譜儀必須對離子施加較高的加速電壓，例如介于5到30千伏之間，這樣才能確保相對能散相對于平均能量來說盡可能小。[0006]由于離子具有較高能量，因此必須選擇非常長的飛行路徑，這樣才能讓不同質(zhì)量的離子實(shí)現(xiàn)良好的臨時(shí)彌散。由于目前最快的離子檢測器的測量速率可達(dá)到每秒測量50億次，因此，待解析的兩種離子質(zhì)量之間需要幾納秒的間隔，因而高質(zhì)量解析度所需的飛行路徑必須有幾米長（通常長于十米）。如果使用多個(gè)反射器來確保儀器緊湊和延長飛行路徑，那么反射器的殘差將累加。如果使用較低的加速電壓來實(shí)現(xiàn)較短的飛行路徑，就會有較高相對能散，這些能散無法在更高階聚焦，從而無法實(shí)現(xiàn)高解析度。[0007]已知反射器中以二次方增加的電位會導(dǎo)致理想反射并在所需高階聚能(T.J.Cornish等人，"Acurvedfieldreflectiontime-〇f-flightmassspectrometerforthesimultaneousfocusingofmetastableproductions"（"同時(shí)聚焦亞穩(wěn)產(chǎn)物離子的曲面場反射飛行時(shí)間質(zhì)譜儀"），RapidCommun.MassSpectrom.，1994:8(9)，781-785)。如果此類場通過從一個(gè)孔到另一個(gè)孔以二次方增加的電壓在簡單的光闌堆疊中產(chǎn)生，那么結(jié)果就是在兩個(gè)橫向方向上都產(chǎn)生散焦效應(yīng)。如果降低離子的動(dòng)能以實(shí)現(xiàn)較長的彌散飛行時(shí)間，則橫向散焦效應(yīng)將增加。A.A.Makarov在J.Phys.D;Appl.Phys.24，533(1991)的公開中介紹了至少能"準(zhǔn)理想"聚能的其他電場。[0008]Kingdon離子阱一般是靜電離子阱，其中，離子可以繞一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部電極運(yùn)轉(zhuǎn)或在幾個(gè)內(nèi)部電極之間振蕩。將一個(gè)封閉的外部腔室放在直流電位處，帶有預(yù)定總能量（動(dòng)能和勢能的總和）的離子無法到達(dá)這一腔室。在可用作質(zhì)譜儀的特殊Kingdon離子阱中，腔室電極的內(nèi)表面和內(nèi)部電極的外表面可以這樣設(shè)計(jì)：首先，離子在Kingdon離子阱中的縱向運(yùn)動(dòng)與它們的橫向運(yùn)動(dòng)完全分離，其次，在縱向上產(chǎn)生對稱的拋物線勢能分布，其中離子將在縱向上諧振。下文提到"Kingdon離子阱"時(shí)，其始終是指這些特殊設(shè)計(jì)。[0009]在DE102007024858A1(C.K5ster)和DE102011008713A1(C.K0ster)的公開中，Cassini離子講被描述為若干內(nèi)部電極的布置方式不同的特殊類型的Kingdon離子阱。這里，內(nèi)部電極和外部腔室電極（以及可能分成幾段的腔室電極）的設(shè)計(jì)方式為：縱向運(yùn)動(dòng)與橫向運(yùn)動(dòng)完全分離，在縱向上產(chǎn)生拋物線勢阱以發(fā)生諧振。[0010]此類Cassini離子講的勢分布Φ(X，y,z)可以是，例如，下列形式的超對數(shù)場：[0012]場的形狀可以通過常數(shù)a、b和B改變。Uln、Uquad和是電勢電壓。外部腔室的內(nèi)表面和內(nèi)部電極的外表面是等勢面Φ(χ,γ,ζ)=這一勢分布的常數(shù)。在橫截面中，等勢線形成與此處內(nèi)部電極有關(guān)的近似Cassini橢圓；兩個(gè)內(nèi)部電極產(chǎn)生二階Cassini橢圓，而η個(gè)內(nèi)部電極產(chǎn)生η階Cassini橢圓。對于偶數(shù)個(gè)內(nèi)部電極，有離子在至少一對內(nèi)部電極之間的中心面附近橫向振蕩的實(shí)施例。任何縱向振蕩周期與橫向振蕩周期的比率都可借助形狀參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。[0013]鑒于上述觀點(diǎn)，需要提供具有高質(zhì)量解析度的緊湊型飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，尤其需要為飛行時(shí)間質(zhì)譜儀提供反射器，該反射器的能量和立體角聚焦應(yīng)盡可能理想。【
發(fā)明內(nèi)容】[0014]本發(fā)明提供具有離子源、飛行路徑和離子檢測器的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，其中，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的飛行路徑的至少一部分具有Cassini離子阱的勢分布，該離子阱具有若干內(nèi)部電極，優(yōu)選偶數(shù)個(gè)電極，Cassini離子阱的形狀使得離子在縱向和橫向獨(dú)立地振蕩。[0015]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀具有至少一個(gè)無場的飛行路徑部分和至少一個(gè)反射器，該反射器具有Cassini離子阱的勢分布，該離子阱具有若干內(nèi)部電極，該離子阱的形狀使得離子在縱向和橫向產(chǎn)生獨(dú)立的振蕩。例如，所述至少一個(gè)反射器擁有對半分開的Cassini離子阱，該離子阱具有腔室、兩個(gè)內(nèi)部電極和帶電極的端接等勢片，其中，等勢片的電極沿著Cassini離子阱在等勢片位置處的勢分布的等勢面布置。此處的等勢片具有用于注入和拋射離子的孔，反射器的形狀以及注入和拋射孔位置被設(shè)計(jì)為最好能夠使得質(zhì)量相同的離子在反射器中經(jīng)過奇數(shù)個(gè)橫向半振蕩。Cassini反射器的腔室可以構(gòu)造為帶孔光闌堆疊，尤其是形狀相同的帶孔光闌堆疊，這些光闌與電壓源連接，該電壓源產(chǎn)生從光闌到光闌以二次方增加的電勢。[0016]在根據(jù)本發(fā)明的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀中，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀飛行路徑的更大部分可以有Cassini離子阱的勢分布，該離子阱具有若干內(nèi)部電極，該Cassini離子當(dāng)前第1頁1 2 3 4