本發(fā)明總體上涉及質(zhì)譜儀和/或離子遷移譜儀，并且尤其涉及選擇性地傳輸在特定質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子以及濾除其它離子的濾質(zhì)器。本文公開的濾質(zhì)器相對于常規(guī)濾質(zhì)器實現(xiàn)延長的操作壽命。

背景技術(shù)：

1、已知使用四極濾質(zhì)器以便選擇性地傳輸在特定質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子。四極濾質(zhì)器傳輸滿足四極場內(nèi)的穩(wěn)定性條件的離子，其中穩(wěn)定性條件由無量綱參數(shù)q和a定義：

2、

3、其中e是離子的電荷，v是施加到四極電極的rf電壓的振幅，r0是四極的桿之間的內(nèi)接半徑，ω是施加到四極的rf電壓的角頻率(以弧度/秒為單位)，m是離子的質(zhì)量，并且u是分辨dc電壓。

4、具有導致不穩(wěn)定離子軌跡的a和q值的離子通常沖擊四極的桿并丟失。當四極桿組用作濾質(zhì)器時，利用該特性，使得不希望由濾質(zhì)器傳輸?shù)拇蟛糠蛛x子沖擊桿電極的內(nèi)表面。然而，隨著時間的推移，桿的內(nèi)表面被離子污染，并且電子電荷在其表面上積聚。最終，污染表面的局部充電導致濾質(zhì)器的性能下降。這可能導致傳輸損失、分辨率損失或質(zhì)量峰形差。如果發(fā)生這種情況，則必須將濾質(zhì)器從其所在的質(zhì)譜儀的真空室中移除并清潔。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種濾質(zhì)器，該濾質(zhì)器包括：多個濾質(zhì)電極，用于對通過其中的離子進行濾質(zhì)，其中這些電極中的至少第一電極包括穿過其中的第一間隙；電壓源，該電壓源被布置和配置為向濾質(zhì)電極施加電壓，使得具有質(zhì)荷比在質(zhì)量傳輸窗口內(nèi)的離子被電極約束并傳輸通過濾質(zhì)器，而具有質(zhì)荷比在所述質(zhì)量傳輸窗口之外的至少一些離子是不穩(wěn)定的并穿過第一間隙，使得它們被濾質(zhì)器濾除；和第一收集電極，該第一收集電極被布置為接收傳輸通過第一間隙的離子，其中，電壓源在所述第一濾質(zhì)電極與所述第一收集電極之間施加dc電勢差，以便將傳輸通過第一間隙的離子推動到第一收集電極上。

2、在所述第一濾質(zhì)電極中提供間隙使得由濾質(zhì)器濾除的離子能夠穿過第一濾質(zhì)電極，而非撞擊電極的內(nèi)表面并導致污染以及電子電荷的積聚。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，進入這種間隙的離子可能仍然最終撞擊濾質(zhì)電極，并且因此可能仍然是有問題的。為了消除或減輕這種情況，本發(fā)明提供了與間隙相鄰的收集電極，以便將離子推動到收集電極上。因此，由經(jīng)過濾的離子引起的大部分污染和電荷積聚發(fā)生在收集電極處，這可能對引起濾質(zhì)器內(nèi)的濾質(zhì)的電場基本上無影響或影響相對較少。相比于所述濾質(zhì)電極，清潔或更換收集電極也可以更容易，例如因為濾質(zhì)器內(nèi)的收集電極的對準精度不太重要。

3、濾質(zhì)器可被配置成使得本文中所論述的收集電極關(guān)于對成形或者傳送穿過濾質(zhì)器的離子束方面不具有任何功能。換句話說，收集電極優(yōu)選地基本上不對在濾質(zhì)電極之間的區(qū)域中限定的、對離子進行濾質(zhì)的電場提供貢獻。

4、濾質(zhì)器可以是四極濾質(zhì)器。

5、因此，所述多個濾質(zhì)電極可以包括四個細長多極電極。

6、該濾質(zhì)器可以是dc分辨濾質(zhì)器，其中電壓源向濾質(zhì)電極施加rf和dc電壓，以便限定質(zhì)量傳輸窗口。

7、電壓源可將第一相位的rf電壓施加到第一對相對的濾質(zhì)電極，并且將不同的第二相位的rf電壓施加到另一對相對的濾質(zhì)電極。第一相位與第二相位可以彼此異相180度。電壓源還可以將第一dc電壓施加到第一對相對的濾質(zhì)電極，并且將不同的第二dc電壓施加到另一對相對的濾質(zhì)電極。

8、濾質(zhì)電極可以是細長的并且基本上彼此平行，以便限定中心軸線，沿著該中心軸線傳輸具有質(zhì)荷比在質(zhì)量傳輸窗口內(nèi)的離子。經(jīng)濾除的離子可以相對于中心軸線徑向噴射通過第一間隙。

9、每個細長濾質(zhì)電極可以是單個連續(xù)電極。另選地，細長電極中的至少一個或至少一些可以是軸向分段電極。在具有軸向分段電極的實施方案中，相同相位和振幅的rf電壓可以被施加到任何給定軸向分段電極內(nèi)的所有軸向段。然而，不同的dc電壓可以被施加到任何給定的軸向分段電極內(nèi)的不同軸向段，例如，以便推動離子沿下游通過濾質(zhì)器。

10、與所述第一濾質(zhì)電極相對的第二濾質(zhì)電極可以包括穿過其中的第二間隙；其中，電壓源被布置和配置為將所述電壓施加到濾質(zhì)電極，使得具有質(zhì)荷比在所述質(zhì)量傳輸窗口之外的離子是不穩(wěn)定的并穿過第二間隙；并且其中，濾質(zhì)器包括第二收集電極，該第二收集電極被布置為接收傳輸通過第二間隙的離子。

11、電壓源可以在所述第二濾質(zhì)電極與所述收集電極之間施加dc電勢差，以便推動傳輸通過第二間隙的離子到達第二收集電極上。

12、電壓源可以被配置為：(i)將第一dc電壓施加到第一濾質(zhì)電極和第二濾質(zhì)電極；(ii)將相反極性的第二dc電壓施加到兩個其它相對的濾質(zhì)電極；以及(iii)將與第一dc電壓極性相同但幅度更大的dc電壓施加到第一收集電極和第二收集電極。

13、電壓源可以被配置為：(i)將第一相位的rf電壓施加到第一濾質(zhì)電極和第二濾質(zhì)電極；(ii)將不同的第二相位的rf電壓施加到兩個其它相對的濾質(zhì)電極；以及(iii)將第一相位的rf電壓施加到第一收集電極和第二收集電極。

14、rf電壓可以被施加到第一收集電極和/或第二收集電極。

15、第一收集電極和/或第二收集電極中的每一者可以包括多個導電區(qū)域，并且電壓源可以被配置為向不同的導電區(qū)域施加不同的電壓，以便將經(jīng)過濾的離子推動到所述導電區(qū)域中的至少一者上。

16、電壓源可以被配置為同時將不同的電壓施加到不同的導電區(qū)域。

17、電壓源可以被配置為：(i)在第一模式下操作，其中第一電壓被施加到導電區(qū)域中的第一導電區(qū)域，并且一個或多個不同的電壓被施加到一個或多個其它導電區(qū)域，使得撞擊收集電極的基本上所有或大部分離子撞擊第一導電區(qū)域；以及(ii)在第二模式下操作，其中電壓被施加到導電區(qū)域中的第二導電區(qū)域，并且一個或多個不同的電壓被施加到一個或多個其它導電區(qū)域，使得撞擊收集電極的基本上所有或大部分離子撞擊第二導電區(qū)域。

18、施加到導電區(qū)域的電壓優(yōu)選地是dc電壓。

19、濾質(zhì)器可以包括電荷檢測電路系統(tǒng)，該電荷檢測電路系統(tǒng)被配置為在第一模式期間檢測第一導電區(qū)域上的電荷，并且當檢測到的電荷達到閾值水平時將濾質(zhì)器切換到第二模式。

20、濾質(zhì)器可以被配置為在以第一模式操作的最大預選時間量之后從第一模式切換到第二模式。

21、濾質(zhì)器可以包括電荷或電流檢測電路，該電荷或電流檢測電路被配置為在第二模式期間檢測第二導電區(qū)域上的電荷或電流；其中，濾質(zhì)器被配置為在第二模式下基于在第二導電區(qū)域處檢測到的電荷或離子電流來確定收集電極的剩余操作壽命，并且然后切換到第一模式。

22、濾質(zhì)器可以將檢測到的離子電流或電荷與校準數(shù)據(jù)進行比較，該校準數(shù)據(jù)將離子電流或電荷的值與收集電極的剩余操作壽命相關(guān)聯(lián)。包括濾質(zhì)器的質(zhì)譜儀和/或遷移譜儀可以顯示剩余操作壽命和/或被配置為提供指示操作壽命已結(jié)束且例如應更換或清潔收集電極的警報。

23、第一導電區(qū)域可以不包括離子檢測電路。

24、濾質(zhì)器可以主要在第一模式下操作，并且可以在實驗運行期間切換到第二模式達較小比例的時間。

25、第一收集電極面向第一間隙的表面可以包括指向第一間隙的脊；并且/或者第二收集電極的面向第二間隙的表面可以包括指向第二間隙的脊。

26、收集電極的這種脊狀輪廓可以增強收集電極的離子聚焦和吸引性質(zhì)。

27、脊可以沿著收集電極的長度延伸，例如基本上平行于該間隙。

28、脊的峰可以在間隙的寬度方向上(即，與間隙的長度正交)與間隙的中心對準。

29、脊可以沿著收集電極的長度具有恒定的高度，或者其高度可以沿著收集電極隨著長度而變化，例如，使得收集電極與第一濾質(zhì)電極之間的電場隨著長度而變化。

30、第一收集電極和/或第二收集電極的分別面向第一間隙和/或第二間隙的表面的至少一部分可以具有改性表面，使得與沒有改性表面的情況相比，操作員更容易看到由于該表面被離子碰撞而在該表面上產(chǎn)生的污染。

31、被改性表面的至少一部分可以是鄰近間隙布置的表面的離散部分。

32、所述表面的至少一部分可以相對于收集電極的其它部分被改性，諸如通過被蝕刻或涂覆，以便具有不同的拓撲結(jié)構(gòu)和/或?qū)梢姽獾姆瓷漭^低。

33、第一收集電極和/或第二收集電極可以是或可以包括被布置為分別面對第一間隙和/或第二間隙的導電板。

34、可從濾質(zhì)器移除該板，以便分析由于經(jīng)濾質(zhì)的離子撞擊該板而在其上產(chǎn)生的污染。

35、第一收集電極和/或第二收集電極中的每一者可以包括導電剝離條的堆疊，該導電剝離條被布置為接收分別穿過第一間隙和/或第二間隙的離子。

36、這使得當污染已經(jīng)在其上積聚時，能夠移除堆疊中的最外側(cè)剝離條，以便露出干凈的、未污染的剝離條。

37、可以以本文關(guān)于板描述的相同方式分析已經(jīng)被移除的剝離條。

38、堆疊可以被布置在收集電極的主體上，并且可以被配置為使得向收集電極的主體施加電壓而將該電壓傳輸?shù)剿袆冸x條。

39、每個堆疊中的剝離條可以使用導電粘合劑彼此粘附，并且可選地粘附到收集電極的主體。

40、濾質(zhì)器可以包括一個或多個結(jié)構(gòu)支撐件，該結(jié)構(gòu)支撐件被配置為將第一收集電極和/或第二收集電極安裝到濾質(zhì)電極，使得第一收集電極和/或第二收集電極分別鄰近于第一間隙和/或第二間隙而定位。

41、一個或多個結(jié)構(gòu)支撐件可以是電絕緣材料，諸如，例如peek。

42、收集電極是導電的，諸如由鋼制成。

43、收集電極中的每個收集電極可以能夠釋放地安裝到一個或多個結(jié)構(gòu)支撐件，使得其可以被移除和更換。例如，每個收集電極可以用螺釘能夠釋放地安裝到一個或多個結(jié)構(gòu)支撐件。

44、第一收集電極和/或第二收集電極可以分別位于相對靠近第一濾質(zhì)電極和/或第二濾質(zhì)電極的位置。例如，第一收集電極和/或第二收集電極與第一濾質(zhì)電極和/或第二濾質(zhì)電極之間的距離在它們的最近點處可以分別小于10mm或小于5mm。

45、一個或多個結(jié)構(gòu)支撐件可以被配置為以相對于濾質(zhì)電極的多個或不同的取向或位置能夠釋放地安裝第一收集電極和/或第二收集電極，使得每個收集電極：(i)能夠旋轉(zhuǎn)的，使得收集電極的不同表面在不同的相應時間從間隙接收離子；和/或(ii)能夠移動的，使得收集電極上的相同表面的不同部分在不同的相應時間從間隙接收離子。

46、第一間隙可以是通過第一濾質(zhì)電極的槽，并且/或者第二間隙可以是通過第二濾質(zhì)電極的槽。

47、每個槽的周緣可以因此完全被電極材料環(huán)繞。

48、另選地，第一電極可以具有兩個分開的間隔開的電極部分，這兩個電極部分在其間限定第一間隙。類似地，第二電極可以具有兩個分開的間隔開的電極部分，這兩個電極部分在其間限定第二間隙。

49、濾質(zhì)器優(yōu)選地被配置成在濾質(zhì)發(fā)生時不在三維中捕獲離子。因此，濾質(zhì)器以及施加到其上的電壓允許離子在入口端處進入濾質(zhì)器，并且允許質(zhì)量傳輸窗口內(nèi)的離子繼續(xù)通過濾質(zhì)器并在下游端處離開，而不會被軸向地捕獲。

50、本文公開的濾質(zhì)器或質(zhì)譜儀優(yōu)選地不具有確定撞擊第一收集電極和/或第二收集電極的離子的質(zhì)荷比的電路。

51、可以設(shè)想，濾質(zhì)器不一定需要在所述第一濾質(zhì)電極與所述第一收集電極之間施加dc電勢差，以便將傳輸通過第一間隙的離子推動到第一收集電極上。類似地，濾質(zhì)器不一定需要在所述第二濾質(zhì)電極與所述第二收集電極之間施加dc電勢差，以便將傳輸通過第二間隙的離子推動到第二收集電極上。

52、因此，根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種濾質(zhì)器，該濾質(zhì)器包括：多個濾質(zhì)電極，用于對通過其中的離子進行濾質(zhì)，其中這些電極中的至少第一電極包括穿過其中的第一間隙；電壓源，該電壓源被布置和配置為向濾質(zhì)電極施加電壓，使得具有質(zhì)荷比在質(zhì)量傳輸窗口內(nèi)的離子被電極約束并傳輸通過濾質(zhì)器，而具有質(zhì)荷比在所述質(zhì)量傳輸窗口之外的離子中的至少一些離子是不穩(wěn)定的并通過第一間隙，使得它們被濾質(zhì)器濾除；和第一收集電極，該第一收集電極被布置為接收傳輸通過第一間隙的離子。

53、本發(fā)明的第二方面可以具有關(guān)于本發(fā)明的第一方面描述的任何可選特征，除了dc電勢差不一定需要被分別布置在所述第一濾質(zhì)電極和/或第二濾質(zhì)電極與所述第一收集電極和/或第二收集電極之間，以用于將離子推動到收集電極上。

54、本發(fā)明還提供一種質(zhì)譜儀和/或離子遷移譜儀，它們包括如本文所述的濾質(zhì)器，還包括檢測器或分析器，用于檢測或分析質(zhì)量傳輸窗口內(nèi)、由濾質(zhì)器傳輸?shù)碾x子或者源自其中的離子。

55、濾質(zhì)器可以是帶通濾質(zhì)器，該帶通濾質(zhì)器濾除否則會撞擊譜儀的在濾質(zhì)器下游的部件的離子；并且/或者濾質(zhì)器可以被維持在≥10-4mbar的壓力。

56、下游部件可以是離子通過的帶孔壁或電極，或者是離子光學部件，諸如離子透鏡、另一個濾質(zhì)器或離子導向器。例如，帶通濾質(zhì)器可以傳輸具有質(zhì)荷比在第一質(zhì)量傳輸窗口內(nèi)的的離子并且濾除具有質(zhì)荷比在此窗口之外的離子，并且所傳輸?shù)碾x子然后可以進入具有第二質(zhì)量傳輸窗口的另一濾質(zhì)器，該第二質(zhì)量傳輸窗口小于第一質(zhì)量傳輸窗口并且在第一質(zhì)量傳輸窗口內(nèi)。例如，第二質(zhì)量傳輸窗口的寬度可以使得其僅能夠傳輸單個離子種類。帶通濾質(zhì)器通過濾除否則會撞擊另一濾質(zhì)器的電極的一些離子來保護另一濾質(zhì)器。穿過帶通濾質(zhì)器的在第二質(zhì)量傳輸窗口內(nèi)的離子也將通過另一濾質(zhì)器。

57、帶通濾質(zhì)器可以具有能夠同時傳輸多種離子種類種類的質(zhì)量傳輸窗口。例如，質(zhì)量傳輸窗口可具有≥50da、≥100da、≥150da或≥200da的寬度，但也設(shè)想了其它寬度的質(zhì)量傳輸窗口。

58、本文所述的濾質(zhì)器可以被設(shè)置在譜儀的相對高壓區(qū)域中，例如在相對上游區(qū)域處，使得其可以執(zhí)行離子的預過濾以便保護下游部件。例如，濾質(zhì)器可以處于10-2mbar與10-3mbar之間的壓力。然而，可以設(shè)想，濾質(zhì)器可以在較低壓力下使用。

59、本發(fā)明還提供了一種對離子進行濾質(zhì)的方法，該方法包括：提供如本文所述的濾質(zhì)器；將所述電壓施加到濾質(zhì)器，使得濾質(zhì)器僅傳輸具有質(zhì)荷比在質(zhì)量傳輸窗口內(nèi)的離子，并且濾除具有質(zhì)荷比在質(zhì)量傳輸窗口之外的離子，其中被濾除的離子中的至少一些離子分別穿過第一間隙和/或第二間隙并且到達第一收集電極和/或第二收集電極上。

60、本發(fā)明還提供一種質(zhì)譜和/或離子遷移譜的方法，其包括如本文所述的對離子進行濾質(zhì)的方法，該方法包括檢測和/或質(zhì)量分析和/或離子遷移分析由濾質(zhì)器傳輸?shù)碾x子或源自其中的離子。