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1、双聚焦质谱仪CN 86104194 A摘要这里提供了一种质谱仪，至少具有三个静电型或磁场型分析器扇形体，至少有一个扇形体为静电型，而其余的扇形体至少有一个为磁场型。其中，所述质谱仪包括一聚焦扇形体序列，至少由三个所述扇形体组成。该序列扇形体具有一定的尺寸和位置以使之能共同谐调地工作，从而产生速度聚焦和方向聚焦的象。并且该序列扇形体的一定的尺寸和位置能使在序列中间不产生速度聚焦成象，其中，该序列的一个扇形体紧邻地配置在两个另一类型扇形体之间。权利要求(26)1.一种质谱仪，至少具有三个静电型或磁场型分析器扇形体，至少有一个扇形体为静电型，而其余的扇形体至少有一个为磁场型，该质谱仪包括一聚焦扇形体
2、序列，至少由三个所述扇形体组成，该序列各扇形体具有选定的尺寸和位置，从而能共同协调地工作以形成一个速度聚焦和方向聚焦的象，并且该序列扇形体的选定的尺寸和位置能使在序列中间不产生速度聚焦的象，其中，该序列的一个扇形体紧邻地配置在两个另一类型扇形体之间。2.一种质谱仪，至少具有三个静电型或磁场型分析器扇形体，至少有一个扇形体为静电型，而其余的扇形体中至少有一个为磁场型，该质谱仪包括一聚焦扇形体序列，至少由三个所述扇形体组成，该序列各扇形体具有选定的尺寸和位置，从而能共同协调地工作以形成一个速度聚焦和方向聚焦的象，并且该序列扇形体的选定的尺寸和位置能使在序列中间不产生方向聚焦的象。3.根据权利要求2
3、的一种质谱仪，其中，所述序列的一个扇形体紧邻地配置在两个另一类型的扇形体之间。4.根据权利要求1的一种质谱仪，具有离子可沿其飞行的中心轨迹，其中，所述序列包括两个静电扇形体和一个磁扇形体。5.根据权利要求2的一种质谱仪，具有离子可沿飞行的中心轨迹，其中，所述序列包括两个静电扇形体和一个磁扇形体。6.根据权利要求4的一种质谱仪，再中，应满足下述关系式：未提供图片。查看 PDF式中re1为第一静电扇形体的半径，re2为第二静电扇形体的半径，rm为磁扇形体的半径，e1为第一静电扇形体的扇形角，e2为第二静电扇形体的扇形角，m1为中心轨迹的第一条法线与一平面的夹角，第一条法线位于中心轨迹与磁扇形体入射
4、界面的交点上，而中心轨迹的第二条法线位于中心轨迹与磁扇形体出射界面的交点上，上述平面通过上述两条法线的交点并与中心轨迹相垂直，m2为第二条法线与所述平面之间的夹角，为所述磁扇形体入射界面对第一条法线的倾角，为所述磁扇形体出射界面对第二条法线的倾角，d1为所述第一静电扇形体出射界面与磁扇形体入射界面之间的距离，沿中心轨迹测量，d2为所述磁扇形体出射界面与第二静电扇形体入射界面之间的距离，沿中心轨迹测量。7.根据权利要求5的一种质谱仪，其中，满足下述关系式：未提供图片。查看 PDF式中m2m12m2ee1e2dd1d2rere1re2且rm、rm1、rm2、e1、e2、d1和d2的定义与权利要求6
5、所述相同。8.根据权利要求5的一种质谱仪，其中，d和re二者至少比rm小五倍，并应大致满足下述关系式：tanm2=2Sin2e式中 dd1d2，rere1re2，m2m12m2，ee1e2，且d1、d2、re1、re2、rm、m1、m2、e1及e2的定义与权利要求6所述相同。9.根据权利要求1的一种质谱仪，具有离子可沿其飞行的中心轨迹，其中，所述序列包括一个静电扇形体和两个磁扇形体，并且，满足下述方程式未提供图片。查看 PDF式中m1为第一磁扇形体的扇形角，m2为第二磁扇形体的扇形角，e1为中心轨迹的第一条法线与一平面之间的夹角，第一条法线位于中心轨迹与静电扇形体出射界面的交点上，而中心轨迹的
6、第二条法线位于中心轨迹与静电扇形体出射界面的交点上，上述平面通过上述两条法线的交点并与中心轨迹相垂直，e2为第二条法线与所述平面之间的夹角，rm1为第一磁扇形体的半径，re为静电扇形体的半径，d1为所述第一个磁扇形体出射界面与静电扇形体入射界面之间的距离，沿中心轨迹测量d2为所述静电扇形体出射界面与第二个磁扇形体入射界面之间的距离，沿中心轨迹测量，为所述第一磁扇形体出射界面和中心轨迹在其与第一磁扇形体出射界面的交点处的法线之间的夹角，为所述第二磁扇形体入射界面和中心轨迹在其与第二磁扇形体入射界面的交点处的法线之间的夹角。10.根据权利要求9的一种质谱仪，其中，120，m1m2，e1e2e，d1
7、d2以及rm1rm211.根据权利要求4的一种质谱仪，包括一离子源和一离子检测器，其中，至少有一个静电透镜配置在离子源和所述序列的第一个扇形体之间，以及至少有一个静电透镜配置在所述序列的最后一个扇形体和离子检测器之间，所述静电透镜的配置可分别减小第一个扇形体的物距和最后一个扇形体的象距。12.根据权利要求5的一种质谱仪，包括一离子源和一离子检测器，其中，至少有一个静电透镜配置在离子源和所述序列的第一个扇形体之间，以及至少有一个静电透镜配置在所述序列的最后一个扇形体和离子检测器之间，所述静电透镜配置能分别减小第一个扇形体的物距和最后一个扇形体的象距。13.根据权利要求6的一种质谱仪，包括一离子源
8、和一离子检测器，其中，至少有一个静电透镜配置在离子源和所述序列的第一个扇形体之间，以及至少有一个静电透镜配置在所述序列的最后一个扇形体和离子检测器之间，所述静邮透镜的配置能分别减小第一个扇形体的物距和最后一个扇形体的象距。14.根据权利要求9的一种质谱仪，包括一离子源和一离子检测器，其中，至少有一个静电透镜配置在离子源和所述序列的第一个扇形体之间，以及至少有一个静电透镜配置在所述序列的最后一个扇形体和离子检测器之间，所述静电透镜的配置能分别减小第一个扇形体的物镜和最后一个扇形体的象距。15.根据权利要求1的一种质谱仪，其中，所述序列中至少有一个扇形体为磁扇形体，装备了有非铁磁性材料磁心的电磁体
9、。16.根据权利要求2的一种质谱仪，其中，所述序列中至少有一个扇形体为磁扇形体，装备了有非铁磁性材料磁心的电磁体。17.根据权利要求4的一种质谱仪，其中，所述序列中至少有一件扇形体为磁扇形体，装备了有非铁磁性材料磁心的电磁体。18.根据权利要求5的一种质谱仪，其中，所述序列中至少有一个扇形体为磁扇形体，装备了有非铁磁性材料磁心的电磁体。19.根据权利要求6的一种质谱仪，其中，所述序列中至少有一个扇形体为磁扇形体，装备了有非铁磁性材料磁心的电磁体。20.根据权利要求9的一种质谱仪，其中，所述序列中至少有一个扇形体为磁扇形体，装备了有非铁磁性材料磁心的电磁体。21.根据权利要求15的一种质谱仪，其
10、中，所述电磁体包括两个大体上为扁平的线圈，线圈配置在磁扇形体内离子飞行轨道平面的两侧。22.根据权利要求16的一种质谱仪，其中，所述电磁体包括两个大体上为扁平的线圈，线圈配置在磁扇形体内离子飞行轨道平面的两侧。23.根据权利要求17的一种质谱仪，其中，所述电磁体包括两个大体上为扁平的线圈，线圈配置在磁扇形体内离子飞行轨道平面的两侧。24.根据权利要求18的一种质谱仪，其中，所述电磁体包括两个大体上为扁平的线圈，线圈配置在磁扇形体内离子飞行轨道平面的两侧。25.根据权利要求19的一种质谱仪，其中，所述电磁体包括两个大体上为扁平的线圈，线圈配置在磁扇形体内离子飞行轨道平面的两侧。26.根据权利要求
11、20的一种质谱仪，其中，所述电磁体包括两个大体上为扁平的线圈，线圈配置在磁扇形体内离子飞行轨道平面的两侧。说明本发明论及的是质谱仪，特别是具有一个磁扇形体分析器的质谱仪。在磁扇形体质谱仪中，离子束在磁场中偏转的大小，由这些离子的质量和电荷的比率（m/Z）来确定。在这种仪器中，从离子源发射出的离子束首先通过一个电位V被加速后，而具有一个能量ZV (mu2)/2 1式中的U是离子被加速后的速度。如果垂直于这些离子飞行的轨道平面设置一个磁场，则这些离子将受到一个向心力 (mU2)/(r) ，式中r代表磁场中离子轨迹的曲率半径。如果该磁场的强度为B，则磁场对离子的作用力为BZU，而有：BZU (mU2
12、)/(r) 2由1和2式得：(m)/(Z) (B2r2)/(2V) 3在实际应用上，在磁场中固定的位置上安装有二个狭缝，因而r是确定的，并且V也保持恒定，因此可以通过改变磁场B的大小来选择不同的m/Z比率的离子。由此可见，磁场的这个作用类似于把一束白光分解成它所包含的各种光谱分量的棱镜作用，和光学透镜对一束光线的作用类似，也可以利用一个磁场来使一束离子产生方向聚焦作用，这样就可以利用磁场把一束离子分裂成不同m/Z比率的分量，同时形成离子源的象，即形成一系列的聚焦象，其中每个象对应不同m/Z比率的离子。为了实现方向聚焦的作用，当然必须象利用光学透镜产生光学象一样地精确地布置物和象的狭缝的位置，以
13、及选择磁场的形状。关于这些方法的原理和技术都是已知的。已知，在单聚焦质谱仪中，为获得尽可能清晰的象，从而达到较高的质量分辨率，利用了磁场的方向聚焦特性和磁场的色散特性。不管多么仔细地设计一个单聚焦质谱仪，它的分辨率始终受着通过物狭缝进入磁场的具有相同m/Z比率的离子的速度分散性的限制。在实际中，普通离子源可产生几个电子伏特的能量分散度，对一个被加速的离子束来说，它的总的能量变化（典型值为3-10Kev）通常使分辨率限于约3，000以下（10%峰谷定义）。为了得到高分辨率，必须利用一个与磁扇形体分析器相结合的能量选择装置。采用最多的类型是由相互离开恒定距离的两柱面极板构成的扇形体，在该二极板之间
14、保持有恒定的电位梯度（E）。如果二极板间的离子束的轨迹半径为re，则离子所受到的力由下式给出ZE (mU2)/(re) 4另一方面，在磁扇形体分析器情况下，离子所具有的能量由方程5给出ZV (mU2)/2 5把这些方程结合起来，得到下述方程re (2V)/(E) 6因此，一个这种类型的静电扇形体分析器将按照形成离子束时离子所具有的直线运动能量来使离子束发生色散。如果采用一些窄的狭缝使re确定下来，就可以用静电扇形体分析器从具有明显能量分散的离子束中选择出特定能量的离子。在一个磁扇形体分析器的情况下，只要正确放置物狭缝和象狭缝并选择合适的磁场形状，利用静电分析器也可以使离子束发生方向聚焦，这种聚
15、焦作用显著地提高了分析器的分辨率。因而，为了提高对离子束的质量和能量的过滤作用，一些高分辩率的质谱仪采用一个静电扇形体分析器和一个磁扇形体分析器相串联的工作方式。众所周知，在这种类型的由静电扇形体和磁扇形体分析器构成的特殊组合也能产生离子束的速度聚焦以及方向聚焦;换言之当具有某一m/Z比率的离子束进入第一分析器时，只要其入射角在一定的范围内，且其所具有的飞行能量也在一定的范围内，则这个离子束将被精确地聚焦在第二分析器的出射焦面的同一点上，这类质谱仪被称为双聚焦质谱仪，它们的分辩率可超过100，000（10%峰谷定义）。关于双聚焦质谱仪的设计方法，在技术上已经是公知的了。这种已知的谱仪分为两种类型，一种是具有如图1所示的Nier-Johnson几何构型的谱仪，它的构型是这样的，由第一分析器形成一个方向聚焦的实象，而这个实象作为第二个分析器的物。这相当于当物体放置在一个凸透镜焦距之外时，由此凸透镜所形成的实象的情况，与此类似，由第二分析器在探测器处形成一个实象。另一种是具有Mattauch-Herog几何构型的谱仪，如图2所示，它不形成一个中间的实象，代之的是把第一扇形体所形成的象安排到无穷远处，第二分析器的物距也安排到无穷远处，这样便在等于第二分析器的焦距的距离上形成了一个实象。这种构型的仪器通常比具有同样功能的Nier-Johnson构型的仪器尺寸小，它提供了一个扩展的焦面
