[发明专利]在质谱仪的离子检测器中运行二次电子倍增器的方法

说明书

本发明涉及一种在质谱仪的离子检测器中运行二次电子倍增器以延长使用寿命的方法，其中向二次电子倍增器提供工作电压，使得产生每个撞击离子少于10⁶个二次电子的放大率，而使用安装在二次电子倍增器附近的电子前置放大器放大二次电子倍增器的输出电流，其噪声水平很低，使得被检测到的撞击离子检测器的单个离子的电流脉冲高于数字化单元输入端的噪声。本发明进一步公开了用于成像薄组织切片的质谱分析或质谱高通量分析/质量平行分析的方法的使用，以及其控制单元被编程用于执行这些方法的飞行时间质谱仪。

技术领域

本发明涉及二次电子倍增器(SEM)在质谱仪的离子检测器中的电子结合以及工作电压的最佳设置，以延长SEM的使用寿命。

背景技术

几种类型的无窗二次电子倍增器(通常简称为“倍增器”)可用于质谱仪中以测量非常低的离子电流。它们的共同之处在于它们在质谱仪的真空中运行时会老化。通过改变工作电压，可以在很宽的范围内调整市售倍增器的放大，极端情况下在10⁴到10⁸之间(通常为10⁶)，尽管在高电压下运行倍增器会使它们很快老化。根据目前的认知，老化的发生是因为倍增电极上的涂层被电子崩塌改变，这增加了特殊调节过的表面的功函数并降低了二次电子的产量。对于某些类型的倍增器，可以观察到表面变色形式的变化。涂层的变化率很可能取决于撞击电子的电流密度，但也取决于它们的冲击能量，因此当工作电压较高时，即使设定了相同的电子电流，即相同的放大率，变化也会更快地发生。通过提高工作电压可以补偿由老化引起的放大率降低，但是这会逐渐加剧老化过程并且逐渐降低剩余使用寿命。

二次电子倍增器的这种老化不仅仅是时间的函数，而且是它们被使用的时间长度的函数。对于某些类型的倍增器，使用寿命还取决于产生第一代电子的离子的类型和能量。老化过程中涉及的其他参数是温度，运行阶段之间的静止时间，真空中残余气体的类型，排气阶段等。因此，倍增器取决于所施加的电压的放大必须通过增加工作电压而在一段时间内复位。当达到工作电压的上限时，不再能够重新调节放大，并且必须更换倍增器。

必须经常更换倍增器不仅成本高，而且由于运行中断而造成困扰，并且这可能在质谱仪排气后持续数小时甚至数天。制造商的服务部门也经常需要参与。

特别造成困扰的是飞行时间质谱仪中的倍增器的老化，飞行时间质谱仪用于获取用于薄组织切片质谱的成像的数十万个质谱。这里，倍增器有时甚至不能承担在面积仅为几平方厘米的单个薄组织切片中光谱的采集。在具有大量单独制备样品的载板的情况下，如用于高通量分析或大规模平行分析，例如具有1536个或更多个单独的样品点，当快速连续分析板上的所有单个样品时，老化迹象也会变得明显。

目前仍在使用的由J·S·Allen设计的最古老类型的二次电子倍增器由8至18个离散的倍增器电极(有时甚至更多)组成，通过分压器在其间施加每对倍增器电极100至200伏的电压。倍增电极的表面以特定方式调节以产生低功函并因此产生高产率的二次电子。离子撞击第一倍增器电极，在那里它们产生二次电子，该二次电子被加速然后撞击到第二倍增器电极上。然后，这些电子中的每一个平均产生几个二次电子，从而沿着倍增电极形成电子崩塌。放大率是每个撞击到第一倍增器电极上的离子的来自最终倍增器电极的电子数量。可以这样形成倍增电极，使得二次电子从一个倍增器电极飞到另一个倍增器电极所需的时间对于所有电子大致相同。这使得源自单个初级离子的电子脉冲的半峰全宽可能仅为约0.5纳秒或甚至更小。这允许在飞行时间质谱仪中实现R＝50,000和更高的高质量分辨率，尽管采用了具有每秒约4千兆样本的测量速率的每秒10,000个质谱的高采集率。