電離設(shè)備的制造方法
【專利摘要】公開一種電離設(shè)備。離子源(3)中，形成朝離子發(fā)射端口(311)排斥離子的排斥電場的排斥電極(32)在電離室(31)內(nèi)，離子聚集電極(36)和(37)分別在電子導(dǎo)入端口(312)和絲(34)之間，和電子排出端口(313)和反向絲(35)之間。通過施加預(yù)定電壓到離子聚集電極(36)和(37)中的各個形成的電場由電子導(dǎo)入端口(312)和電子排出端口(313)侵入電離室(31)，且變成離子光軸C方向上推動離子的聚集電場。偏離電離室(31)中心部分位置的離子接收排斥電場力和聚集電場力的結(jié)合力，并朝離子發(fā)射端口(311)移動，同時接近光軸C。因此，離子發(fā)射端口發(fā)送出的離子量增加。此外即使充電現(xiàn)象發(fā)生，離子軌跡也不太容易改變，且靈敏度穩(wěn)定性可以提高。
【專利說明】
電離設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于使樣品分子和原子離子化的電離設(shè)備，更具體地，涉及使用根據(jù)電子電離(EI)方法、化學(xué)電離(Cl)方法、以及其它這樣的方法的熱電子的電離設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的電離設(shè)備例如能夠被用作質(zhì)譜儀的離子源，并且也可以被用于諸如離子注入設(shè)備的使用離子的各種設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002 ]當(dāng)氣體樣品在質(zhì)譜儀中被離子化時，諸如電子電離方法以及化學(xué)電離方法的使用熱電子的電離方法通常被使用。圖6以及圖7是傳統(tǒng)常規(guī)的EI離子源的配置圖。雖然正離子被分析的實例情形在這里被描述，但是即使在負(fù)離子要被分析的情形下，除了電壓的極性是反向的之外，基本操作是相同的。
[0003]被安裝在維持在高真空的真空室(沒有圖解)內(nèi)部的盒狀的電離室31在其中形成有:樣品導(dǎo)入端口 314，樣品氣體通過樣品導(dǎo)入端口 314被供給;離子發(fā)射端口 311，離子從離子發(fā)射端口 311被發(fā)射出；電子導(dǎo)入端口 312，熱電子通過電子導(dǎo)入端口 312被導(dǎo)入；以及電子排出端口 313，熱電子從電子排出端口 313被排出。收容在絲室341中的絲34被布置在電子導(dǎo)入端口 312的外側(cè)。當(dāng)加熱電流從加熱電流源(沒有圖解)被供給至絲34時，絲34的溫度上升，并且熱電子從絲34的表面被發(fā)射出。同時，收容在絲室351中的反向絲(counterfilament)35作為捕獲電極被布置在電子排出端口 313的外側(cè)。例如，-70[V]的電壓Vl被施加到絲34。例如，略小于電壓Vl的-71[V]的電壓V2被施加到絲室341。例如，近似+10[V]的正電壓V4被施加到反向絲35。此外，電離室31具有地電勢(0[V])。
[0004]從絲34產(chǎn)生的熱電子通過絲室341與電離室31之間的電勢差(-71[V]—0[V])被加速，并且通過電子導(dǎo)入端口312被導(dǎo)入電離室31中。樣品氣體從樣品導(dǎo)入端口被導(dǎo)入電離室31中。當(dāng)樣品分子M和熱電子e—在電尚室31中彼此接觸時，發(fā)生M+e——M++2e—的電子發(fā)射。因此，產(chǎn)生樣品分子離子或者樣品原子離子。電子由被施加到反向絲35的正電壓V4吸引，以到達(dá)反向絲35，并且捕獲電流Ib流入反向絲35。由反向絲35捕獲的電子的數(shù)目取決于從絲34發(fā)射出的電子的數(shù)目。因此，例如，控制電路(沒有圖解)控制加熱電流If，以致捕獲電流Ib具有預(yù)定值。這使得從絲34產(chǎn)生的熱電子的量基本上不變，因此，在電離室31中實現(xiàn)穩(wěn)定的電離。
[0005]—對磁體38被安裝在絲34和反向絲35的外側(cè)，并且一對磁體38在電離室31內(nèi)部以及周圍形成磁場。由于這個磁場，從絲34產(chǎn)生的并且朝向反向絲35穿過電離室31內(nèi)部的熱電子在螺旋回旋的軌跡上飛行。因此，與電子簡單地線飛行的情形相比，電子與樣品分子之間接觸的概率增加，借此能夠提高電離效率。
[0006]在圖6和圖7中圖解的配置中，來源于樣品的離子以以上描述的方式在電離室31中產(chǎn)生。因此產(chǎn)生的來源于樣品的離子通過離子發(fā)射端口 311被發(fā)射到電離室31的外部，以用于質(zhì)譜分析。用于離子發(fā)射的機(jī)構(gòu)在圖6和圖7之間是不同。
[0007]在圖6中圖解的離子源中，負(fù)DC電壓V5被施加到被布置在離子發(fā)射端口311的外側(cè)的引出(extract1n)電極41。由引出電極41和電離室31之間的電勢差所形成的電場通過離子發(fā)射端口 311侵入電離室31。由于這個電場的動作，在電離室31中所產(chǎn)生的離子在圖6中被向右引出(以下稱這個操作為“引出模式”)，并且被發(fā)送至諸如四極質(zhì)量過濾器的質(zhì)量分析器(沒有圖解)。
[0008]在圖7所示的離子源中，排斥電極32被設(shè)置在電離室31的內(nèi)部且在與離子發(fā)射端口 311相對的位置，并且正DC電壓V6被施加至排斥(repeller)電極32。由于因此形成的電場的動作，在電離室31中產(chǎn)生的離子在圖7中被向右排斥(以下稱這個操作為“排斥模式”)，被使得穿過離子發(fā)射端口311，并且被發(fā)送至質(zhì)量分析器(沒有圖解)。在一些情形下，使用排斥電極32的離子排斥動作和引出電極41的離子引出動作兩者。
[0009]為了在質(zhì)譜儀中達(dá)到高分析靈敏度，期望的是，將在電離室31中產(chǎn)生的離子中的要被分析的離子以盡可能低的損失導(dǎo)向質(zhì)量分析器。此外，為了維持用于定量測定的標(biāo)定曲線的可靠性，期望的是，當(dāng)設(shè)備被連續(xù)地使用時，在檢測靈敏度上的減小(變化)是盡可能小的，也就是，靈敏度的穩(wěn)定性是高的。然而，如以下所描述的，在傳統(tǒng)的電離設(shè)備中，難以達(dá)到高靈敏度和靈敏度的穩(wěn)定性兩者。
[0010]在圖7所示的采用排斥模式的離子源的情形下，因為由被施加到排斥電極32的電壓所形成的電場排斥離子，所以朝向離子發(fā)射端口 311的電勢梯度變得更平緩，排斥電極32被設(shè)置在遠(yuǎn)離離子發(fā)射端口 311的位置。因此，在圍繞電離室31的中心部分的區(qū)域中產(chǎn)生的離子接收足夠的能量以朝向離子發(fā)射端口311移動，并且從離子發(fā)射端口 311被發(fā)送出去，而在電離室31中的離子發(fā)射端口 311側(cè)的拐角周圍產(chǎn)生的離子不太容易穿過離子發(fā)射端口311，并且當(dāng)接觸離子發(fā)射端口 311周圍的電離室31的墻壁表面時，大部分離子消失。此外，靠近電子導(dǎo)入端口 312和電子排出端口 313產(chǎn)生的離子容易通過電子導(dǎo)入端口 312和電子排出端口 313流出。因此，在排斥模式下只有在電離室31的中心周圍的相對窄的區(qū)域中產(chǎn)生的離子能夠被主要用于質(zhì)譜分析，并且難以達(dá)到高的分析靈敏度。
[0011]在圖6圖解的采用引出模式的離子源的情形下，通過被施加到引出電極41的電壓形成在電離室31外部的電場通過離子發(fā)射端口 311侵入電離室31中，并且離子通過由此形成的引出電場而被引出。通過離子發(fā)射端口311侵入的引出電場甚至到達(dá)電離室31的中心周圍的區(qū)域，并且因此在電離室31的中心周圍產(chǎn)生的離子從電離室31被有利地引出。此外，靠近引出電極41的離子發(fā)射端口 311周圍的電場是強(qiáng)的，因此，與以上描述的排斥模式相比，在電離室31的離子發(fā)射端口 311側(cè)的拐角周圍產(chǎn)生的更大量的離子能夠被引出。相應(yīng)地，與排斥模式相比，引出模式可以更加高效地將在電離室31中產(chǎn)生的離子從離子發(fā)射端口 311發(fā)送出去，并且對于分析靈敏度的增強(qiáng)是更加有利的。
[0012]即使是在引出模式下，引出電場不太容易到達(dá)電離室31中的電子導(dǎo)入端口312周圍的區(qū)域以及電子排出端口 313周圍的區(qū)域，因此這些端口周圍產(chǎn)生的離子可能通過電子導(dǎo)入端口 312和電子排出端口 313流出。為了解決這個問題，在專利文獻(xiàn)I中描述的電離設(shè)備中，離子滲漏防止電極被分別布置在絲34和電子導(dǎo)入端口 312之間以及電子排出端口 313和反向絲35之間，每一個離子滲漏防止電極包括允許電子經(jīng)過的開口，并且預(yù)定電壓被施加到每一個離子滲漏防止電極，以便形成對于離子來說從電子導(dǎo)入端口 312和電子排出端口313中的每一個朝向離子滲漏防止電極梯度變得越來越陡的電場。因此，即將要從電子導(dǎo)入端口 312和電子排出端口 313流向外部的離子返回到電離室31的內(nèi)部，借此能夠抑制離子損失。因此，在專利文獻(xiàn)I中描述的電離設(shè)備對于分析靈敏度的增強(qiáng)是進(jìn)一步有利的。
[0013]如上所述，就獲得高靈敏度而言，引出模式比排斥模式更加有利。然而，根據(jù)本申請的發(fā)明人所進(jìn)行的研究，就獲得靈敏性得穩(wěn)定性而言，引出模式比排斥模式更加不利。
[0014]具體地，如上所述，在引出模式下，用于移動離子的電勢梯度通過由施加到引入電極41的電壓所形成的電場的侵入被給出，并且因此在排斥模式下，電離室31的中心周圍的電勢梯度比形成在電離室31中的電場的電勢梯度更平緩。隨著該設(shè)備的長期使用，在由導(dǎo)體制成的電離室31中可能出現(xiàn)充電(charge-up)現(xiàn)象，因此形成在電離室31中的電場的狀態(tài)改變。由于電離室31中的電勢梯度更平緩，所以可以這么說，由擾動所引起的電場的這種改變的影響更大。因此，即使最初引出模式的分析靈敏度比排斥模式的分析靈敏度更高，與設(shè)備的長期使用相關(guān)的充電現(xiàn)象防止離子沿著適當(dāng)?shù)能壽E被引出，因此，到達(dá)質(zhì)量分析器的離子的量顯著減小，并且引出模式的分析靈敏度變得比排斥模式的分析靈敏度更低。
[0015]引用列表
[0016]專利文獻(xiàn)
[0017][專利文獻(xiàn)1]JP2005_259482A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]技術(shù)問題
[0019]如上所述，將引出模式和排斥模式彼此相比，前者就高靈敏度而言更有利，而就穩(wěn)定的靈敏度而言更劣勢，而后者就穩(wěn)定的靈敏度而言更優(yōu)越，但是具有相對低的靈敏度。換句話說，從高靈敏度和靈敏度的穩(wěn)定性的視角來看，引出模式和排斥模式具有優(yōu)勢和缺點，并且難以穩(wěn)定地維持高靈敏度。這同樣適用于引出模式和排斥模式的組合使用。這是因為在高靈敏度被實現(xiàn)時與當(dāng)靈敏度的穩(wěn)定性被實現(xiàn)時之間被施加到排斥電極32的電壓和被施加到引出電極41的電壓的最優(yōu)數(shù)值不是相同的。
[0020]為了解決上述問題而被進(jìn)行的本發(fā)明的目的是提供一種電離設(shè)備，該電離設(shè)備能夠以盡可能低的損失將在電離室中產(chǎn)生的離子發(fā)送出去至隨后的階段，使得隨著設(shè)備的長期使用而發(fā)生的充電現(xiàn)象的影響最小化，以及因此既獲得高分析靈敏度，又獲得高的靈敏度的穩(wěn)定性。
[0021 ]解決問題的技術(shù)方案
[0022]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種電離設(shè)備，該電離設(shè)備用于使預(yù)定樣品分子或者原子離子化，該電離設(shè)備包括:
[0023]a)電離室，具有:電子導(dǎo)入端口，電子導(dǎo)入端口用于將熱電子導(dǎo)入電離室的內(nèi)部的空間；電子排出端口，電子排出端口用于將已經(jīng)穿過內(nèi)部的空間的熱電子排出；以及離子發(fā)射端口，離子發(fā)射端口用于將在內(nèi)部的空間中產(chǎn)生的源自樣品的離子發(fā)射至外部；
[0024]b)熱電子源，所述熱電子源用于產(chǎn)生熱電子，熱電子源被布置在電子導(dǎo)入端口的外側(cè)上；
[0025]c)電子捕獲單元，電子捕獲單元用于捕獲通過電子排出端口排出的熱電子，電子捕獲單元被布置在電子排出端口的外側(cè)上；
[0026]d)排斥電極，所述排斥電極用于在電離室中形成將在電離室中產(chǎn)生的源自樣品的離子朝向離子發(fā)射端口排斥的排斥電場，排斥電極被布置在電離室的內(nèi)部以便與離子發(fā)射端口相對；以及
[0027]e)離子聚集電極，所述離子聚集電極用于在電離室中形成聚集電場，聚集電場將在電離室中產(chǎn)生的源自樣品的離子聚集在通過由排斥電場排斥源自樣品的離子而形成的離子流的中心軸周圍，離子聚集電極被布置在熱電子源和電子導(dǎo)入端口之間以及電子排出端口和電子捕獲單元之間中的任何一個或者兩者。
[0028]在根據(jù)本發(fā)明的電離設(shè)備中，在被導(dǎo)入電離室的樣品氣體中的樣品分子或者原子接觸熱電子，或者樣品分子或者原子與通過被包含在樣品氣體中的緩沖氣體或者分開提供的緩沖氣體與熱電子之間的接觸而產(chǎn)生的緩沖離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，借此樣品分子或者原子被電離。由此在電離室中產(chǎn)生的源自樣品的離子由于通過將預(yù)定的電壓施加至排斥電極而形成在電離室中的排斥電場的作用而朝向離子發(fā)射端口移動，排斥電極被布置在電離室的內(nèi)部以便與離子發(fā)射端口相對。換句話說，在根據(jù)本發(fā)明的電離設(shè)備中，在排斥模式下，源自樣品的離子從離子發(fā)射端口被發(fā)送出去。
[0029]在根據(jù)本發(fā)明的電離設(shè)備中，除了作用在離子上的排斥電場的力，通過將預(yù)定的電壓施加到被布置在電離室的外部的離子聚集電極而形成得聚集電場通過電子導(dǎo)入端口和/或電子排出端口侵入電離室中，并且聚集電場給予離子力以便在朝向電子導(dǎo)入端口和電子排出端口的方向上擴(kuò)散的離子朝向電離室的中心部分被聚集。典型地，離子發(fā)射端口被設(shè)置以便離子在與熱電子通過電子導(dǎo)入端口被導(dǎo)入電離室的方向基本上正交的方向上被發(fā)射出。在這種情況下，在電離室中聚集電場推動離子的方向是基本上與排斥電場排斥離子的方向正交的方向。因此，排斥電場的力與聚集電場的力的結(jié)合力被給予在電離室中相對靠近電子導(dǎo)入端口和電子排出端口的位置處的離子。因此，離子移動以便被聚集在離子流的中心軸周圍，同時朝向離子發(fā)射端口前進(jìn)。結(jié)果，在離子發(fā)射端口周圍否則將會接觸電離室的壁等等的并且在只有排斥電場作用在離子上的狀態(tài)下消失的離子可以更加容易地穿過離子發(fā)射端口，因此，更大量的離子可以被發(fā)送至隨后的階段。
[0030]在根據(jù)本發(fā)明的電離設(shè)備中，使用不太容易受到諸如充電現(xiàn)象的擾動的影響的排斥電場，離子從離子發(fā)射端口被發(fā)送出，并且此外通過電子導(dǎo)入端口和電子排出端口侵入電離室的聚集電場的電勢梯度在離子發(fā)射端口周圍也不太容易受到充電現(xiàn)象的影響。因此，即使是在充電現(xiàn)象發(fā)生的情形下，檔離子通過離子發(fā)射端口被發(fā)送出去時，源自樣品的離子的軌跡也不太容易改變，因此，可以維持離子低損失狀態(tài)。因為這些原因，所以利用根據(jù)本發(fā)明的電離設(shè)備作為質(zhì)譜儀的離子源，可以達(dá)到高分析靈敏度，并且即使是在設(shè)備的長期使用狀態(tài)下，也能夠維持這種高分析靈敏度。
[0031]根據(jù)本申請的發(fā)明人所進(jìn)行的研究，為了達(dá)到如上所述的高分析靈敏度和高的靈敏度的穩(wěn)定性，根據(jù)本發(fā)明的電離設(shè)備可以進(jìn)一步包括電壓施加單元，電壓施加單元用于將DC電壓Vr施加到排斥電極，并且用于將DC電壓Vs施加到離子聚集電極，DC電壓Vr具有與源自樣品的離子的極性相同的極性，DC電壓Vs具有與源自樣品的離子的極性相同的極性，DC電壓Vr是可以在I和20[V]之間，并且更較好地，在I和8[V]之間，DC電壓Vs可以在5和50[V]之間，并且更較好地，在5和20[V]之間。用于施加的電壓的適當(dāng)?shù)臄?shù)值可以根據(jù)電離室和其他部件的尺寸和距離來確定。
[0032]發(fā)明的有益效果
[0033]在根據(jù)本發(fā)明的電離設(shè)備中，由于使用被布置在電離室的內(nèi)部的排斥電極的離子排斥作用和被布置在電離室的外部的離子聚集電極的離子聚集作用兩者，在電離室中產(chǎn)生的離子被導(dǎo)向離子發(fā)射端口，并且通過離子發(fā)射端口被發(fā)送出去至隨后的階段。因此，與使用傳統(tǒng)的排斥模式的電離設(shè)備相比，可以抑制離子損失，并且較大的量的離子可以從離子發(fā)射端口被發(fā)送出去。此外，即使隨著設(shè)備的長期使用而發(fā)生充電現(xiàn)象，也可以減小離子軌跡的變化。結(jié)果，利用根據(jù)本發(fā)明的電離設(shè)備作為質(zhì)譜儀的離子源，要被用于質(zhì)譜分析的離子的量增加，可以達(dá)到分析靈敏度的增強(qiáng)，并且這種高靈敏度可以長期被維持。
【附圖說明】
[0034]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用離子源的質(zhì)譜儀的示意性的配置圖。
[0035]圖2是根據(jù)本實施例的離子源的配置圖。
[0036]圖3A和圖3B是各自圖解在傳統(tǒng)的離子源中在使用排斥電極(排斥模式)時的離子軌跡的模擬結(jié)果的圖，其中，圖3A圖解沒有充電的情形，且圖3B圖解有充電的情形。
[0037]圖4A和圖4B是各自圖解在傳統(tǒng)的離子源中在使用引出電極(引出模式)時的離子軌跡的模擬結(jié)果的圖，其中，圖4A圖解沒有充電的情形，并且圖4B圖解有充電的情形。
[0038]圖5A和圖5B是各自圖解在根據(jù)本發(fā)明的離子源中的離子軌跡的模擬結(jié)果的圖，其中，圖5A圖解沒有充電的情形，并且圖5B圖解有充電的情形。
[0039]圖6是傳統(tǒng)的離子源的配置圖(排斥模式)。
[0040]圖7是傳統(tǒng)的離子源的配置圖(引出模式)。
【具體實施方式】
[0041]參考所附附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的離子源。圖1是使用根據(jù)本實施例的離子源的質(zhì)譜儀的示意性的配置圖，以及圖2是根據(jù)本實施例的離子源的配置圖。與參考圖6和圖7已被描述的傳統(tǒng)的離子源中相同的組成元件由相同的參考標(biāo)記來表示。
[0042]首先，參考圖1描述使用本實施例的離子源的質(zhì)譜儀。離子源3、離子輸送光學(xué)系統(tǒng)
4、作為質(zhì)量分析器的四極質(zhì)量過濾器5、以及離子檢測器6被設(shè)置在由真空栗2抽真空的室I的內(nèi)部。例如，從氣相色譜儀(沒有圖解)的柱流出的樣品氣體與電離室31的樣品導(dǎo)入端口314連通，并且包含在被連續(xù)地供給至電離室31的樣品氣體中的樣品分子或者原子在接觸從絲34產(chǎn)生的熱電子時被電離。如稍后描述的，由此產(chǎn)生的來源于樣品的離子通過離子發(fā)射端口 311從電離室31被發(fā)送出去，被離子輸送光學(xué)系統(tǒng)4聚集，并且被導(dǎo)入四極質(zhì)量過濾器5的長軸方向上的空間。DC電壓和RF電壓疊加的電壓從電源(沒有圖解)被施加到四極質(zhì)量過濾器5，并且只有具有與被施加的電壓對應(yīng)的質(zhì)荷比m/z的離子穿過長軸方向上的空間，并到達(dá)離子檢測器6以被離子檢測器6檢測。其它不必要的離子種類不能穿過四極質(zhì)量過濾器5的長軸方向上的空間，并且在途中偏離和消失。
[0043]如圖1和圖2所示，在本實施例的離子源3中，類似于圖7中所示的傳統(tǒng)的離子源，排斥電極32被布置在與電離室31中的離子發(fā)射端口 311相對的位置，并且預(yù)定的DC電壓從排斥電壓源73被施加到排斥電極32。離子聚集電極36和37被分別布置在電子導(dǎo)入端口 312和絲室341之間以及電子排出端口 313和絲室351之間。例如，離子聚集電極36和37中的每一個是環(huán)狀的導(dǎo)體，該環(huán)狀的導(dǎo)體包括電子通過開口，電子通過開口具有與電子導(dǎo)入端口312和電子排出端口 313中的每一個的內(nèi)徑基本上相同或者略小的內(nèi)徑。預(yù)定DC電壓從第一離子聚集電壓源71被施加到離子聚集電極36，并且預(yù)定DC電壓從另一個第二離子聚集電壓源72被施加到離子聚集電極37。換句話說，獨立的電壓可以被分別施加到兩個離子聚集電極36和37 ο
[0044]在正離子要被分析的情形下，排斥電壓源73施加Vr=I和20[V]的DC電壓至排斥電極32。第一和第二離子聚集電壓源71和72分別施加Vs = 5和50[V]的DC電壓至離子聚集電極36和37。取決于電離室31的尺寸、電子導(dǎo)入端口 312和電子排出端口 313的尺寸、離子聚集電極36和37的形狀、與電子導(dǎo)入端口 312和電子排出端口 313的距離、以及其它因素，被施加的電壓Vr和Vs是不同的。例如，基于模擬和實驗，用于被施加的電壓Vr和Vs的適當(dāng)?shù)臄?shù)值可以提前被確定。
[0045]從絲34產(chǎn)生的熱電子通過電子導(dǎo)入端口 312進(jìn)入電離室31的內(nèi)部，并且朝向電子排出端口 313移動，同時每一個熱電子由于一對磁體38形成的磁場的動作而在螺旋軌跡上飛行。當(dāng)途中熱電子接觸樣品分子或者原子時，樣品分子或者原子被電離。電離室31被接地，并且如上所述，近似I和20[V]的正DC電壓Vr被施加到排斥電極32。因此，具有在z軸正方向上(圖2中向右)將離子從排斥電極32朝向離子發(fā)射端口 311排斥的力的排斥電場在電離室31中形成。這與圖7中所示的傳統(tǒng)的離子源類似。
[0046]每一個具有負(fù)電荷的熱電子存在于電離室31中的y軸方向上的細(xì)長的區(qū)域。由于電子產(chǎn)生的空間電荷效應(yīng)，每一個具有與電子的極性相反的極性的來源于樣品的離子趨向于在y軸方向上擴(kuò)散。為了解決這個問題，在本實施例的離子源3中，如上所述，近似5和50[V]的正DC電壓Vs被分別施加到離子聚集電極36和37，離子聚集電極36和37被緊密地布置在電子導(dǎo)入端口 312和電子排出端口 313的外側(cè)。因此，通過離子聚集電極36和37以及電離室31之間的電勢差來形成電場，并且電場通過電子導(dǎo)入端口 312和電子排出端口 313侵入電離室31。這個聚集電場起到在電子導(dǎo)入端口 312周圍在y軸負(fù)方向上(圖2中向下)推動離子，并且在電子排出端口 313周圍在y軸正方向上(圖2中向上)推動離子的作用。也就是，這個聚集電場起到將在y軸正負(fù)方向上擴(kuò)散的離子局限在電離室31的中心部分的作用。
[0047]實際上，因為排斥電場的排斥力與聚集電場的局限(聚集)力的結(jié)合力作用在離子上，所以存在于電離室31的中心周圍的離子在z軸正方向上被推動，并且比存在于中心周圍的離子更靠近電子導(dǎo)入端口 312和電子排出端口 313的位置而存在的離子，被朝向離子發(fā)射端口311推動，同時接近作為離子流的中心軸的離子光軸C。因此，能夠避免如在簡單的排斥模式中的在離子發(fā)射端口 311周圍離子相對電離室31的壁表面的碰撞，并且這些離子可以從尚子發(fā)射端口 311被發(fā)送出去。也就是說，可以從尚子發(fā)射端口 311被發(fā)送出去的尚子的量，換言之，可以被用于質(zhì)譜分析的離子的量，比在傳統(tǒng)的排斥模式下更多，并且，這導(dǎo)致分析靈敏度的增強(qiáng)。
[0048]圖3A至圖5B各自圖解為了驗證本實施例的離子源3與傳統(tǒng)的離子源之間在離子軌跡上的差別，根據(jù)計算機(jī)模擬的離子軌跡的計算結(jié)果(排斥模式和引出模式)。圖3A和圖3B是各自圖解在傳統(tǒng)的離子源中使用排斥電極時離子軌跡的模擬結(jié)果的圖(排斥模式)，圖4A和圖4B是各自圖解在傳統(tǒng)的離子源中使用引出電極時離子軌跡的模擬結(jié)果的圖(引出模式)，以及圖5A和圖5B是各自圖解在本實施例的離子源3中離子軌跡的模擬結(jié)果的圖。圖3A、圖4A以及圖5A各自圖解沒有充電現(xiàn)象的情形，以及圖3B、圖4B以及圖5B各自圖解在電離室31的表面上發(fā)生充電現(xiàn)象的情形。此外，在圖3A到圖5B中，以實心黑色著色的組成元件是具有與離子的極性相同的極性的正DC電壓被施加的組成元件。此外，在圖3A至圖5B中，上半部分的范圍圖解可以到達(dá)質(zhì)量過濾器(沒有圖解)的離子的軌跡，以及下半部分的范圍圖解通過在途中相對電極等等碰撞而消失的離子的軌跡。
[0049]如圖3A和圖3B所示，在傳統(tǒng)的排斥模式下，只有在電離室31的中心周圍產(chǎn)生的離子被輸送到隨后的階段，并且在偏離中心的位置處產(chǎn)生的大部分離子在電離室31中或者當(dāng)接觸電極時消失。即使在充電現(xiàn)象發(fā)生的狀態(tài)下，這幾乎也是相同的。
[0050]相比下，如圖4A中所示，在傳統(tǒng)的引出模式下，不僅在電離室31的中心周圍產(chǎn)生的離子，而且在明顯偏離中心的位置處產(chǎn)生的離子從電離室31的內(nèi)部被引出，并且被輸送到隨后的階段。然而，甚至出現(xiàn)在電離室31的中心周圍的離子部分消失。這意味著電離室31的中心周圍的電場比在排斥模式下的電場相對更低(電勢梯度更平緩)。結(jié)果，如圖4B所示，如果充電現(xiàn)象發(fā)生，離子軌跡極其改變，并且沒有被輸送到隨后的階段的離子增加。換句話說，根據(jù)模擬結(jié)果，容易推定，與排斥模式相比，當(dāng)充電現(xiàn)象沒有發(fā)生時，引出模式的靈敏度更高，而當(dāng)充電現(xiàn)象發(fā)生時，引出模式的靈敏度更極端下降。
[0051]通過將圖5A和圖3A比較，顯然，在本實施例的離子源3中，即使是在簡單的排斥模式下大部分沒有被輸送至隨后的階段的偏離電離室31的中心部分的位置處的離子也被導(dǎo)向離子發(fā)射端口311，并且被輸送到隨后的階段，而且當(dāng)接觸電離室31的內(nèi)壁表面時，少數(shù)離子消失。這通過離子聚集電極36和37形成的電場侵入電離室31并且朝向離子流的中心軸推動離子的效果來實現(xiàn)。因此，大量的離子可以被輸送至隨后的階段，并且可以達(dá)到高分析靈敏度。
[0052]如圖5B所示，即使在充電現(xiàn)象發(fā)生的狀態(tài)下，本實施例的離子源3中的離子軌跡也幾乎是相同的。這意味著排斥電場的離子排斥動作和聚集電場的離子聚集動作兩者均不易受到充電現(xiàn)象的影響。由于這個事實，可以理解，即使隨著設(shè)備的長期使用而發(fā)生充電現(xiàn)象，也可以維持高的分析靈敏度。
[0053]如上所述，根據(jù)離子軌跡的模擬結(jié)果，可以驗證，在本實施例的離子源3中可以實現(xiàn)尚靈敏度和尚的靈敏度的穩(wěn)定性兩者。
[0054]與離子軌跡的模擬一起，從絲34產(chǎn)生的熱電子的軌跡也被獲得。結(jié)果，因為熱電子的加速度高，所以可以驗證，如果被施加到離子聚集電極36和37中的每一個的電壓Vs在以上提及的范圍內(nèi)，那么熱電子的軌跡難以受到影響。
[0055]在以上提及的實施例中，離子聚集電極36和37被分別設(shè)置在電子導(dǎo)入端口312和電子排出端口 313的外側(cè)上，而就離子聚集效果而言，這是期望的。另外，離子聚集電極可以被僅設(shè)置在兩個端口中的任何一個的外側(cè)。此外，雖然不同的電壓可以被施加到兩個離子聚集電極36和37，但是在常規(guī)操作中施加相同的電壓至兩個電極是足夠的。
[0056]雖然以上提及的實施例中的離子源是EI離子源，但是本發(fā)明也可以被應(yīng)用至Cl離子源。此外，不限于質(zhì)譜儀的離子源，本發(fā)明也可以被用作諸如離子注入設(shè)備的使用離子的其它設(shè)備的離子源。
[0057]以上提及的實施例僅僅是本發(fā)明的實例，并且顯然在本發(fā)明的主旨內(nèi)適當(dāng)進(jìn)行的任何調(diào)整、改變和增加，以及以上提及的變形，被包含在本申請的權(quán)利要求的范圍中。
[0058]參考標(biāo)記列表
[0059]I...室
[0060]2...真空栗
[0061]3...離子源
[0062]31.。電離室
[0063]311...離子發(fā)射端口
[0064]312...電子導(dǎo)入端口
[0065]313...電子排出端口
[0066]314...樣品導(dǎo)入端口
[0067]32...排斥電極
[0068]34...絲
[0069]35...反向絲(捕獲電極)
[0070]341,351...絲室
[0071]36,37...離子聚集電極
[0072]38...磁體
[0073]4...離子輸送光學(xué)系統(tǒng)
[0074]41...引出電極
[0075]5...四極質(zhì)量過濾器
[0076]6...離子檢測器
[0077]71...第一離子聚集電壓源
[0078]72...第二離子聚集電壓源
[0079]73...排斥電壓源
【主權(quán)項】
1.一種電離設(shè)備，其特征在于，所述電離設(shè)備用于使預(yù)定樣品分子或者原子離子化，所述電尚設(shè)備包括: a)電離室，所述電離室具有:電子導(dǎo)入端口，所述電子導(dǎo)入端口用于將熱電子導(dǎo)入所述電離室的內(nèi)部空間；電子排出端口，所述電子排出端口用于將已經(jīng)穿過所述內(nèi)部空間的熱電子排出；以及離子發(fā)射端口，所述離子發(fā)射端口用于將在所述內(nèi)部空間產(chǎn)生的源自樣品的離子發(fā)射至外部； b)熱電子源，所述熱電子源用于產(chǎn)生所述熱電子，所述熱電子源被布置在所述電子導(dǎo)入端口的外側(cè)上； c)電子捕獲單元，所述電子捕獲單元用于捕獲通過所述電子排出端口排出的所述熱電子，所述電子捕獲單元被設(shè)置在所述電子排出端口的外側(cè)上； d)排斥電極，所述排斥電極用于在所述電離室中形成排斥電場，所述排斥電場將在所述電離室中產(chǎn)生的源自樣品的離子朝向所述離子發(fā)射端口排斥，所述排斥電極被布置在所述電離室的內(nèi)部，以便與所述離子發(fā)射端口相對;以及 e)離子聚集電極，所述離子聚集電極用于在所述電離室中形成聚集電場，所述聚集電場將在所述電離室中產(chǎn)生的所述源自樣品的離子聚集在通過由所述排斥電場排斥所述源自樣品的離子而形成的離子流的中心軸周圍，所述離子聚集電極被布置在所述熱電子源和所述電子導(dǎo)入端口之間以及所述電子排出端口和所述電子捕獲單元之間中的任何一個或者兩者。2.如權(quán)利要求1所述的電離設(shè)備，其特征在于， 所述離子發(fā)射端口被設(shè)置至所述電離室，以致所述離子在基本上與所述熱電子通過所述電子導(dǎo)入端口被引入至所述電離室的方向正交的方向上被發(fā)射出。3.如權(quán)利要求1或2所述的電離設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括:電壓施加單元，所述電壓施加單元用于將DC電壓Vr施加到所述排斥電極，并且用于將DC電壓Vs施加到所述離子聚集電極，所述DC電壓Vr具有與所述源自樣品的離子的極性相同的極性，所述DC電壓Vs具有與所述源自樣品的離子的極性相同的極性，其中， 所述DC電壓Vr是I和20[V]，并且 所述DC電壓Vs是5和50[V]。
【文檔編號】H01J49/10GK105914124SQ201610099211
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月23日
【發(fā)明人】立石勇介, 高橋和輝, 佐藤秀樹
【申請人】株式會社島津制作所