[发明专利]利用电子碰撞电离的分析设备

说明书

本申请涉及利用电子碰撞电离的分析设备。用于质谱分析法的分析设备(1)，其包括电子碰撞离子发生器，该电子碰撞离子发生器包括电子发射器(22)和电离目标区域(18)。目标区域(18)被布置以用待被电离用于分析的物质进行填充。电子提取元件(36)与定义在电子发射器(22)和电离目标区域(18)之间的电子路径(34)对齐。电子提取元件(36)被配置以使电子沿着发射器(22)和提取元件(36)之间的电子路径(34)加速远离发射器(22)并使电子沿着提取元件(36)和电离目标区域(18)之间的电子路径(34)减速以启动软电离同时避免在电子源(22)的库伦斥力的影响。

本申请是申请日为2014年2月19日，申请号为201480009237.4，发明名称为“利用电子碰撞电离的分析设备”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及分析设备并且具体地涉及包括电子碰撞离子发生器的质谱分析法系统。

背景技术

质谱分析法(MS)通常被使用用于确定粒子质量的分析技术。MS还能用于通过分析其组成部分来确定样本或分子的元素组成，并提供对分子的化学结构(例如复杂的碳氢化合物链)的洞察。质谱分析法通过测量粒子的质荷比来确定粒子的质量。该方法需要粒子是带电的，并且质谱分析法因此通过在离子源电离样本来操作以生成带电分子和/或分子碎片并且然后测量这些离子的质荷比。

不带电的粒子(中性的)不能通过电场进行加速。因此将通过质谱分析法进行分析的所有粒子被电离是必要的。典型的电离技术是电子电离(EI)，也被称作电子碰撞电离，其中，气相中性原子或分子源被电子碰撞。电子通常通过热离子发射来产生，其中，电流通过电线细丝以加热电线来促使高能电子的释放。然后电子被利用细丝和离子源之间的电势差朝向离子源进行加速。

EI是常规使用技术，其通常旨在低质量、挥发性的热稳定有机化合物的分析。EI通常在70eV的电子能值实施，因为这表示高电离效率，并且标准化分析设备跨越不同的提供了该电离技术的MS仪器。然而，在70eV的电子能，在电离碰撞期间从被加速的电子传递给样本分子的能量足够打破分析物分子内的化学键促使其“破碎”成几个更小的离子。通常这是可取的，因为引起分子破碎的能量沉积是可重复地标准化的，使得碎片离子的图案(即给定分析物的“质谱”)在得到分析物的可分析的指纹的不同仪器上足够相似。破碎的级别使得对于很多化学类别的分析物，原始分子(或“分子离子”)通常不能被看到或非常小。对于这个原因，EI已知作为“硬”电离技术。

对于分析物的混合物，诸如气相色谱法(GC)的联用分析技术常常结合质谱分析法，使高度复杂的分析物的混合物及时被分离并继续地被许可进入离子源。但是尽管利用分析联用，样本的复杂度可能是不可抗拒的并且促使生成很多叠加的质谱，其不能被拆开并且共同对抗分析判别。因此，通过降低电子电离的能量来降低破碎度通常是可取的。然而，如果通过降低电子加速电压来减弱电子能，则部分由于离子源中的电子浓度中的减少(因为电场不足以加速足够数量的电子离开集中路径中的细丝)，并且部分由于在70eV以下的电子能的降低电离效率，经历了离子产生中的明显的减少。在70eV以下的电子能的降低的电离效率的效果在图1中示出，图1绘制了对于一些示例性的分子电离概率对电子能。在约70eV显示了峰值且70eV以下的灵敏度急剧下降直到达到通常是约15eV的电平，此处的结果通常是对分析无用的。

通过增加电子发射细丝的电流，所生成的电子群将增加并且离子通量也可增加，导致在削弱的电子能的灵敏度中的一些改进。然而，在大的细丝电流时，靠近细丝的高密度电子引起库伦斥力(称为空间电荷限制发射，在平面几何的情况下也被称为Child-Langmuir定律)，其中，靠近细丝本身的高密度电子之间的斥力阻止进一步释放电子。这导致了电子通量平台。另外，在细丝周围的高电子密度区域，已经释放的电子也彼此排斥。这导致电子束的扩张，其可以降低精确度，利用电子束的扩张，电子被集中到离子源，并且因此降低了电离的水平。当由于更低的应用电位差而使电子具有更低的动能时，此问题被放大，因为它们在离子源的方向上的动量降低。同样地，增加的细丝电流可以仅对电离效率提供有限的改进。