[发明专利]包括电子倍增器的仪器的改进

说明书

本发明大体上涉及包括电子倍增器的科学仪器(诸如质谱仪)和用于操作其的方法。本发明提供一种设备，该设备具有：交叉场离子检测器，其包括离子撞击板和电子倍增器，该电子倍增器接收并放大由撞击板发射的二次电子并输出输出信号；放大器，其被配置成放大输出信号；和数字化装置，其被配置成接收并数字化放大器的输出。该粒子检测器可操作以将入射粒子到二次电子的放大限制到最大值，从而减少通过检测器的电子通量，由此增加检测器寿命。

技术领域

本发明大体上涉及包括电子倍增器的科学仪器和用于操作其的方法。在本发明的上下文中的示例性仪器是质谱仪。

背景技术

在质谱仪中，分析物被电离形成一系列带电粒子(离子)。所得到的离子然后典型地通过加速和暴露于电场或磁场根据它们的质荷比被分离。致使分离的信号离子进入检测器。检测器通常包括用于放大离子信号的一些装置。放大装置可以依赖于二次电子发射的原理，其中单个粒子在合适表面上的撞击导致从其发射多个二次电子。这样的放大装置典型地被称为二次电子倍增器。

有两种基本形式的通常在质谱中使用的电子倍增器：分立倍增极电子倍增器和连续倍增极电子倍增器。

典型的分立倍增极电子倍增器具有12个和24个之间的倍增极。每个倍增极具有1的二次电子产额，使得输入信号由每个后续倍增极以步进方式放大。

连续倍增极电子倍增器(通常称为通道电子倍增器、CEM或通道倍增器)被不同地构造，因为单独的倍增极由管代替，并且电子沿着该管朝向终端反弹，并且信号沿着这条路放大。

无论何种放大装置，放大的电子信号都撞击到终端阳极上，该阳极输出与撞击它的电子数成比例的电信号。来自阳极的信号被传送到计算机，在计算机中显示为作为质荷比的函数的被检测离子的相对丰度的质谱。

质谱法中输出的频谱用来确定样品的元素或同位素特征、粒子和分子的质量，以及阐明分子和其他化合物的化学结构。

本领域中的一个问题是，检测器的电子倍增装置中的电子发射元件至少部分地由于操作所需的高电压而随着时间的推移劣化。一些先前的技术人员认为劣化是由于与电子雪崩接触导致的电子发射元件的表面涂层中变化的结果，这又增加了表面的功函数，从而导致二次电子产额的减少。申请人发现这是不正确的。检测器的电子发射表面没有被改变，而是变得被埋在各层碳化合物下，碳化合物通过电子撞击而变得化学键合到表面。对电子“穿通”这种额外的材料的需求是导致功函数增加的原因。

检测器劣化是诸如飞行时间检测器(诸如Adaptas Solutions的MagneTOF^TM检测器)的交叉场检测器和具有通道电子倍增装置的检测器的问题。例如，新的MagneTOF^TM检测器可以在大约2500V的电压下操作，但是当老化时可能需要大约4000V的更高的操作电压。最终，高电压的使用使检测器的使用寿命结束，并且必须购买新的检测器。

虽然现有技术提供了各种装置，通过这些装置可以提高检测器的使用寿命，但在实现这些装置的过程中，检测器响应低信号的能力受到损害或损失。例如，具有提高的使用寿命的检测器也可能具有较低的信噪比，这导致灵敏度的显著降低。

本发明的一个方面是提供对离子检测器设备的改进，以便延长(多个)电子放大部件的使用寿命，而不会对检测极低电子信号的能力产生实质性的负面影响。本发明的另一个方面是提供现有技术检测器设备的有用备选方案。

文件、行为、材料、器件、制品等的讨论被包括在本说明书中，仅仅是为了提供本发明的上下文。没有暗示或表示任何或所有这些事项因为其在本申请的每个权利要求的优先权日之前就存在而形成了现有技术基础的一部分，或者是与本发明相关的领域中的公知常识。

发明内容