[发明专利]用于飞行时间质谱仪的脉冲式加速器

说明书

一种用于飞行时间质谱仪的脉冲加速器，包括平行电极组。所述加速器相对于入射离子束以倾斜角度倾斜，该角度由轴向于和横向于束的入射粒子束速度扩散的比来定义。另外，还包括偏转电极，该偏转电极使不需要的离子在加速器的填充周期期间偏转远离检测器。

技术领域

本发明涉及用于飞行时间质谱仪的连续离子束的改进式加速器。

背景技术

飞行时间(time of flight，TOF)质谱仪已经在化学物质的痕量分析中得到广泛的适用。它们已经成功地与使用电喷射(electrospray，ESI)和大气化学电离(atmosphericchemical ionisation，APCI)离子源的液相色谱法(liquid chromatography，LC)整合，并且已经在商业上使用20多年。与所有质谱仪一样，样品处理速度是成本有效测定中的关键参数。较高的处理量意味着由于每次分析的较低电力消耗和较低的溶剂和试剂使用所带来的成本降低，而购买和处置这些溶剂和试剂很昂贵并且将损害环境。使用具有常规溶剂(例如乙腈和甲醇)的溶剂是LC-MS系统中的特殊问题，而乙腈和甲醇对人类和环境是有毒的。合法且道德地处理废弃溶剂是必要但昂贵的过程。已知的是，提高质谱仪的处理量的最有效方式是提高其灵敏度/分辨率特性。通常，灵敏度的提高意味着需要分析较低水平的样品，而分辨率的提高意味着可以在较快的测定中分析更复杂的样品。仪器本身在杀虫剂分析、食品安全和水纯度的环境市场中是特别有用的。本发明的目的是提高TOF仪器的样品处理量，并因此使它们在运行时更加成本有效，并且对环境的损害更小。

与连续束离子源交互的TOF仪器的最常见形式采用被称为正交加速的技术。在其最简化的形式中，这些仪器包括平行于入射离子束取向的脉冲加速级、第二静态加速级、无场飞行管区域、以及检测器，该检测器在最大时间压缩平面(所谓的等时平面)处放置在飞行管的端部。可以通过使用被称为反射器的离子镜来提高这些仪器的分辨率。反射器对在加速过程期间赋予离子束的能量扩散进行补偿。脉冲加速级在高提取场处操作，以使由于在加速之前的入射离子束的固有上游动能扩散所导致的像差(aberration)最小化。该像差被称为周转时间。不幸的是，增加的提取场增加了由脉冲加速级赋予束的能量扩散，并且将对反射器良好地补偿这种能量扩散存在限制。平衡高提取场对于TOF分析器中的低周转时间和低能量扩散的冲突要求是TOF设计者的工作。这两个参数定义了正交加速TOF仪器的灵敏度/分辨率特性。

现有技术正交加速仪器在常规采样模式中具有30％的典型占空比。常规采样装置在随后的加速脉冲之前等待感兴趣的最大质量离子到达检测器。过采样技术是以比常规模式更高的速率来激活离子加速器的技术。采用过采样技术来进一步改善这些仪器的占空比，但是没有解决周转时间像差的问题。过采样技术由于常规正交加速TOF(oa-TOF)仪器的扩展离子加速区域的性质而难以在该常规oa-TOF仪器上实现。然而，这样的过采样技术对于在较长飞行路径TOF分析器(例如折叠式飞行路径(folded flight path，FFP)仪器)上实现高灵敏度是至关重要的。在FFP仪器中实现了高分辨率，因为周转时间是低比例的总飞行时间，但是生产这些仪器是复杂且昂贵的。

本发明的目的是同时减少TOF质谱仪的周转时间像差并提高其占空比。对现有技术中的TOF仪器的改进是使其灵敏度/分辨率特性提高了一定数量级，结果增加了样品处理量。我们将TOF仪器的品质因数(figure of merit，FOM)定义为TOF的占空比与加速区域中的周转时间的比。

发明内容