本公開整體涉及如在分析技術(shù)(包括例如質(zhì)譜法)中使用的離子生成，并且具體地涉及電子轟擊離子源、電子轟擊電離的方法以及包括電子轟擊離子源的分析儀器。

背景技術(shù)：

1、在電子轟擊(ei)離子源(也稱為電子電離離子源)中，電子通常從加熱的細(xì)絲發(fā)射并加速進(jìn)入包含樣品氣體分子的電離體積。樣品氣體分子通過(guò)電子轟擊而電離，并通過(guò)使用提取電極從電離體積中提取。在大多數(shù)ei源中，采用一個(gè)或多個(gè)永磁體來(lái)聚焦并引導(dǎo)電離電子束通過(guò)電離體積。

2、傳統(tǒng)ei源是交叉束離子源(nier型離子源)，這種離子源的示例在i.g.brown，《離子源物理與技術(shù)》，wiley，2004年(i.g.brown,the?physics?and?technology?of?ionsources,wiley,2004)中有所描述。圖1中例示了典型的交叉束離子源。在這些ei源中，通常在推進(jìn)器電極p與提取電極e之間施加正電壓，該正電壓使所生成的離子加速通過(guò)提取電極e中的狹縫并聚焦所生成的離子。在電子進(jìn)入電離體積的空穴附近生成的離子被吸引到空穴中，而在距離子束軸線較遠(yuǎn)距離處生成的離子不會(huì)穿過(guò)提取電極e中的狹縫。因此，僅小部分在圖1的區(qū)r中產(chǎn)生的離子被從離子源提取并提供給質(zhì)譜儀。

3、最近的發(fā)展是軸向ei離子源。在軸向離子源中，電子束軸線平行于離子束軸線。這種類型的ei源的一個(gè)示例在park等人的《電子轟擊離子源中的磁場(chǎng)效應(yīng)和電子軌跡的模擬》，科學(xué)儀器綜述77(effect?of?magnetic?field?in?electron-impact?ion?sourcesand?simulation?of?electron?trajectories,review?of?scientific?instruments?77)中有所描述。圖2中示出從軸向源進(jìn)行離子提取的示意圖。在兩個(gè)提取電極e1與e2之間施加正電壓，該正電壓使電子轉(zhuǎn)回加熱的細(xì)絲，同時(shí)還從電離體積中提取離子。在該配置中，電離體積是推進(jìn)器電極p與提取電極e1之間的區(qū)?？稍谕七M(jìn)器電極p與提取電極e1之間施加小的正電壓以將離子拖至源出口。這還可防止離子被吸引到推進(jìn)器電極中電子進(jìn)入電離體積的空穴中。

4、由于所生成的離子沿著離子源軸線行進(jìn)并且可防止離子被吸引到空穴中，因此與nier型離子源相比，使用軸向離子源可改善離子提取效率。軸向離子源的高提取效率可對(duì)應(yīng)于高靈敏度，這例如在氣相色譜質(zhì)譜法(gc-ms)中可能是有用的。在gc-ms中，軸向離子源可用在例如四極或扇區(qū)場(chǎng)質(zhì)譜儀中。

5、us?9,117,617描述了一種具有主體的離子源，該主體包括沿著源軸線定位的電離室和也沿著源軸線定位的透鏡組件。透鏡組件包括定位在電離室的端部處的提取器和在電離室外部并且沿著源軸線與提取器間隔開的第一透鏡元件。提取器將離子束沿著源軸線引導(dǎo)出電離室，并且第一透鏡元件將電子束反射回電子源。然而，離子源的電極很可能被引入主體中的分子污染。此外，這些電極難以原位清潔，并且移除主體以進(jìn)行定期清潔會(huì)降低樣品吞吐量。

6、wo?2021/078368涉及一種質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀包括適于將待電離樣品氣體供應(yīng)到電離區(qū)中的氣體入口、適于將待電離校準(zhǔn)氣體供應(yīng)到同一電離區(qū)中的校準(zhǔn)單元以及適于在電離區(qū)中電離樣品氣體和/或校準(zhǔn)氣體的電離單元，其中校準(zhǔn)單元包括用于通過(guò)蒸發(fā)源材料來(lái)生成校準(zhǔn)氣體的至少一個(gè)蒸發(fā)源。然而，在這種布置中樣品氣體的電離效率受到限制。此外，這種布置使常用校準(zhǔn)氣體(諸如全氟煤油或全氟三丁胺)的使用復(fù)雜化或無(wú)法使用。

7、us?7,541,597描述了一種通過(guò)等離子體蝕刻在質(zhì)譜儀中清潔離子源電極的原位方法。也可能存在少量的非反應(yīng)性離子蝕刻(“濺射”)。然而，這種方法對(duì)于更復(fù)雜的離子源幾何形狀或具有小尺寸區(qū)的離子源效果不佳，因?yàn)樵摲椒ㄒ蕾囉诘入x子體能夠到達(dá)需要清潔的區(qū)。

8、wo?2018/231631涉及一種包括氣體源、噴嘴、電子源和電極的離子源。氣體源將氣體經(jīng)由噴嘴遞送到抽空的電離體積，并且氣體源處于比抽空的電離體積的壓力更高的壓力下。穿過(guò)噴嘴的氣體在電離體積的電離區(qū)中自由膨脹。電子源通過(guò)電離區(qū)中的膨脹氣體發(fā)射電子，以電離膨脹氣體的至少一部分。電極為從電離區(qū)到質(zhì)量過(guò)濾器的離子流產(chǎn)生電場(chǎng)，并且這些電極位于距噴嘴一定距離處并取向成限制它們暴露于氣體中。然而，這種布置的電離效率受到限制。

9、需要克服上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在此背景下，提供了一種用于向質(zhì)量分析器或另一下游元件提供離子的方法和離子源。說(shuō)明書和權(quán)利要求書中出現(xiàn)附加方面。

2、本公開涉及一種軸向ei離子源。第一分子流被提供到ei源的第一電離區(qū)中，該第一電離區(qū)被配置為沿著第一軸線接收電子束。沿著第一軸線從第一分子生成第一離子束。電子束還被提供到ei源的第二電離區(qū)中，該第二電離區(qū)沿著第一軸線與第一電離區(qū)分離。第二分子流被進(jìn)一步提供到第二電離區(qū)中以沿著第一軸線從第二分子生成第二離子束。換句話講，在ei源的操作期間，沿著第一電離區(qū)和第二電離區(qū)的長(zhǎng)度可獲得電子束以生成第一離子束和第二離子束。也就是說(shuō)，使用單個(gè)電子束在至少兩個(gè)單獨(dú)的電離區(qū)中生成離子。

3、該ei源配置可能意味著可允許單獨(dú)操作每個(gè)電離區(qū)的條件。這可使得能夠更精細(xì)地控制ei源并且可允許實(shí)現(xiàn)與不同操作模式相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)。例如，可操作一個(gè)電離區(qū)以實(shí)現(xiàn)高的電離效率，同時(shí)可操作另一個(gè)電離區(qū)以實(shí)現(xiàn)改善的離子束聚焦。在另一示例中，可獨(dú)立控制每個(gè)電離區(qū)內(nèi)部的壓力，這可允許單獨(dú)監(jiān)測(cè)和/或調(diào)整每個(gè)電離區(qū)內(nèi)的分子的電離效率。這可改善ei源的總體電離效率。

4、在另一個(gè)示例中，提供兩個(gè)單獨(dú)的電離區(qū)可允許限制、減少或最小化離子源電極的污染。例如，可使更有可能污染離子源電極的分子遠(yuǎn)離離子源電極(例如，通過(guò)將這些分子引入到離子源電極遠(yuǎn)側(cè)的電離區(qū)中或者通過(guò)沿著第二軸線引入這些分子)。離子源電極可以是以下中的一者或多者：用于聚焦電子束的透鏡或電極、用于提取離子的透鏡或電極、用于反射電子或電子束的透鏡或電極、或另一電極。

5、減少或限制污染可使得能夠維持離子源的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和高靈敏度，因?yàn)閹ж?fù)電區(qū)上損失的離子可能更少。因此，ei源(或包括ei源的分析儀器)的調(diào)諧可以更加魯棒。此外，可改善高靈敏度裝置的壽命和分析魯棒性，并且可改善大約五倍或更多。還可降低電子束被負(fù)電荷積聚阻擋的風(fēng)險(xiǎn)。此外，更復(fù)雜的幾何形狀可保持清潔(或減少污染)，而無(wú)需定期清潔，這可實(shí)現(xiàn)更高的樣品吞吐量和易用性。因此還可降低分析成本。

6、優(yōu)選地，沿著與第一軸線相交的第二軸線提供第二分子流以電離第二分子。第二電離區(qū)可被配置為沿著第一軸線從第一電離區(qū)接收離子束。換句話講，第二電離區(qū)可布置在第一電離區(qū)之后(或下游)。電子束可從第二電離區(qū)反射回來(lái)，并且離子被提取以便傳輸?shù)劫|(zhì)量分析器或另一下游元件。

7、本公開還涉及軸向ei離子源的另一種考慮(其可與先前的討論結(jié)合)。分子流被提供到ei源的第一電離區(qū)中，該第一電離區(qū)被配置為沿著第一軸線接收電子束并且在高真空或超高真空下操作。沿著第一軸線從第一電離區(qū)中的分子生成離子束。電子束可被反射回第一電離區(qū)的接收部分，并且離子被提取以便傳輸?shù)劫|(zhì)量分析器或另一下游元件。

8、在高真空條件下操作第一電離區(qū)可能意味著分子可能不具有與其他分子碰撞的高概率，并且因此可形成(基本上)定向的分子束。因此可以限制、減少或防止ei源電極的污染，因?yàn)榉肿涌赡懿槐灰螂姌O。此外，由于高真空條件，可以抑制ei源電極附近的區(qū)中離子的生成。這可能導(dǎo)致離子動(dòng)能的分布較不廣泛(更單能)，這繼而可導(dǎo)致離子束更好地聚焦到質(zhì)量分析器的檢測(cè)器中。

9、根據(jù)第一方面，提供了一種電子轟擊離子源，該電子轟擊離子源包括：

10、第一電離區(qū)，該第一電離區(qū)包括被配置為將第一分子接收到該第一電離區(qū)中的孔，該第一電離區(qū)被配置為沿著第一軸線接收電子束以

11、沿著該第一軸線從該第一分子生成第一離子束；以及

12、第二單獨(dú)的電離區(qū)，該第二單獨(dú)的電離區(qū)包括被配置為將第二分子接收到該第二電離區(qū)中的入口，該第二電離區(qū)被配置為沿著該第一軸線接收該電子束以沿著該第一軸線生成第二離子束以電離該第二分子。

13、因此，可提供能夠?qū)崿F(xiàn)上文所討論的優(yōu)點(diǎn)的電子轟擊離子源。

14、根據(jù)第二方面，提供了一種電子電離的方法，該方法包括：

15、將電子束沿著第一軸線接收到第一電離區(qū)中并且由該電子束沿著該第一軸線從該第一電離區(qū)中的第一分子生成第一離子束；以及

16、將該電子束沿著該第一軸線接收到第二單獨(dú)的電離區(qū)中并且由該電子束沿著該第一軸線從該第二分子生成第二離子束。

17、根據(jù)第三方面，提供了一種電子轟擊離子源，該電子轟擊離子源包括：

18、電離區(qū)，該電離區(qū)包括被配置為將分子接收到該電離區(qū)中的孔，該電離區(qū)被配置為在高真空下操作并且沿著第一軸線接收電子束以沿著該第一軸線從該分子生成離子束。

19、因此，可提供能夠?qū)崿F(xiàn)上文所討論的優(yōu)點(diǎn)的電子轟擊離子源。

20、根據(jù)第四方面，提供了一種電子電離的方法，該方法包括：

21、將電子束沿著第一軸線接收到電離區(qū)中并且由該電子束沿著該第一軸線從該第一電離區(qū)中的第一分子生成離子束；以及

22、在高真空下操作該第一電離區(qū)。

23、上述電子轟擊離子源可在分析儀器中實(shí)現(xiàn)。

24、上述方法可實(shí)施為計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括用以操作計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的指令。計(jì)算機(jī)程序可存儲(chǔ)在非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。

25、計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(或被配置為實(shí)現(xiàn)該方法的其他硬件和/或軟件)可體現(xiàn)為被配置為操作分析儀器的控制器。上面的方法可在包括分析儀器和控制器的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

26、應(yīng)注意，本文所述的任何特征可與本文所述的任何特定方面或?qū)嵤┓桨敢黄鹗褂?。此外，還提供了任何特定設(shè)備、結(jié)構(gòu)或方法特征的組合，即使所述組合未明確公開。

27、現(xiàn)在將參考描繪本發(fā)明的不同實(shí)施方案的附圖來(lái)描述本發(fā)明，附圖純粹是作為示例而非限制來(lái)提供的。