CN202103011U - 用于样本物质分析的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于样本物质分析的设备，包括离子源；至少两个真空区域，真空区域通过隔板彼此分离，真空区域彼此连通，使得离子移动穿过所述隔板；位于至少一个真空区域中的质量分析器；位于检测器区域中的质量分析器检测器；至少一个多极离子导引件，包括入口端和出口端；用于将离子从离子源传送入多极离子导引件的入口端的装置；用于防止背景颗粒到达所述检测器的装置。其中将多极离子导引件配置成高效地传送离子通过多极真空级，同时防止产生在离子源中以及沿着离子传送路径产生的背景颗粒到达检测器，由此改善质谱中的信噪比。

Description

用于样本物质分析的设备

技术领域

本实用新型涉及质谱分析，尤其涉及采用多极离子导引件将离子传送穿过多真空泵送级(stage)同时减小背景颗粒噪音的设备和方法。 

背景技术

质量分析器用于通过测量离子源中的样本产生的离子的质量-电荷(m/z)比来分析固体、液体和气体样本。许多类型的离子源在相对高的压力下进行操作，也就是，高于质量分析器和/或检测器所需的真空压力。例如，一些类型的离子源在大气压力下或者接近大气压力而进行操作，诸如电喷(ES)、气压化学离子化(APCI)、电感耦合等离子(ICP)以及气压(AP-)MALDI和激光烧蚀离子源。其他类型的离子源以中间真空压力进行操作，诸如辉光放电或中间压力(IP-)MALDI和激光烧蚀离子源。在真空区域中也配置有其他类型的离子源，其中真空压力可在离子源操作期间增加，诸如电子离子化和化学电离离子源。 

以更高压力操作的离子源通常配置成经由一个或多个差动泵送真空级将离子输送至质量分析器的真空区域，所述差动泵送真空级将质量分析器和检测器与上游级的更高压力隔离开。在这种构造下，离子光学装置一般地配置在离子源与质量分析器入口之间从而促进将离子从离子源穿过多真空泵送级传递至质量分析器入口，同时限制背景气体流回质量分析器区域。 

除了高效地将离子从离子源传递至质量分析器，这种离子光学装置也通常配置成防止源自于离子源的背景颗粒到达质量分析器检测器，在那里它们将在质谱中产生背景噪音。根据离子源的类型，这种颗粒可包括光子、退溶离子群和中性物质(species)、电子以及带电和不带电的气悬体颗粒。这种颗粒可能无法被有效地由质量分析器消除，如果不是根本不能被消除的话，在这种情况下，它们会在所记录的质谱中产生背景噪音，由此限制可获得的信噪比。因此，根据所采用的离子源的类型和仪器结构，已经设计出各种方式以防止这种背景颗粒到达质量分析器检测器。 

目前通用实践的一种方式是将检测器定位在离子源的视场之外，记载在例如Dawson的“Quadrupole Mass Spectrometry and Its Applications”中，第34-35页和第138-139页。在这些所谓的“离轴”检测器结构中，从离子源发出的大多数光子和中性物质按照避免与检测器相撞的飞行路径，同时相关的质量分析离子在电场作用下被偏转从而与检测器相交。大多数的这些结构仅包括使得检测器不与质量分析器的出口对准，可能的情况下组合某些静电偏转器从而将离子转向至检测器。但是，相对复杂版本的这种装置也提出来，例如在美国专利No.3,410,997中的Brubaker，其中弯曲的离子导引件配置成将经质量分析的离子从四极质量分析器的出口运输至检测器。 

但是，通常更有利的是，在离子进入质量分析器之前将无益的颗粒从离子路径中移除。这样做的原因之一是将这种颗粒碰撞在质量分析器的表面上会导致杂质的电绝缘层积聚在表面上，这会积聚电荷，扭曲电场并且使得性能下降。另一原因是这种颗粒对表面的撞击会产生副颗粒，这些颗粒又会到达质量光谱仪检测器并且产生噪音。因此，例如，Brubaker还在美国专利No.3,473,020中记载了很多的装置，在这些装置中在四极质量过滤器的入口前配置有弯曲的离子导引件，由此，相关的离子被导引至质量过滤器入口，而光子和中性物质未偏转地前进并由此不进入质量过滤器。 

目前已经开发出许多备选的结构，其具有至少一个目标，防止源自于离子源的背景颗粒诸如光子、中子、带电滴等到达质量分析器检测器。例如，Mylchreest等在美国专利No.5,171,990中记载有设备和方法，防止从大气压离子(API)源经由进入真空的毛细管孔发出的高速滴或颗粒进入质量分析器入口处的透镜区域。基本上，Mylchreest等记载了毛细管的导向，使得其轴线偏离于将毛细出口真空区域与质量分析器入口透镜的真空区域分离开的分液器孔或孔径。因此，沿着毛细管的轴线行进的高速滴和颗粒被阻挡不能进入质量分析器区域，而相关的离子借助它们来自于毛细管出口的自由射流膨胀而被偏移离开该轴线以行进通过孔或孔径。但是，这种结构会受到孔或孔径上积聚的杂质的影响，导致由于静电充电造成的不稳定操作。同样，离子的传送效率会由于离子分散离开这一相对高压区域中的背景气体分子的偏转飞行路径而下降。 

Takada等在美国专利No.5,481,107中记载结合设置在API源和质量分析器入口之间的静电透镜。该质量分析器轴线以及离子源和接口光学装置轴 线偏离从而防止滴和中性物质行进经过质量分析器的入口孔径，虽然静电透镜配置成重新导引有关的离子从接口光学装置和离子源的轴线进入质量分析器入口孔径。采用这种装置的一个难点在于，经由AP/真空接口进入真空的离子一般具有类似的速度分布，或多或少独立于其质量。这导致很大程度上取决于离子质量的离子动能，因为静电透镜在真空中的聚焦作用仅取决于离子动能和离子电荷，并非离子质量，这种结构导致严重的质量差别作用。 

Mordehai等在美国专利No.5,672,868、5,818,041和6,069,355中记载的结构中，多极RF离子导引件位于离子源和质量分析器入口之间。离子沿着相对于离子导引件的轴线呈角度的轴线从离子源传递至离子导引件的输入端。离子进入离子导引件的输入端，同时它们被吸入从离子源或者诸如毛细管的离子传递装置发射出的空气动力流。进入离子导引件的输入区域的离子被重新导向从而经由离子导引件中的RF场的作用沿着离子导引轴线移动，并且被离子导引件传送至质量分析器的入口。中性和高能电荷颗粒或多或少地沿着它们的初始轨迹继续并且丧失至周围的表面。但是，采用如上述的Takada等的’107的设备和方法，被吸入空气动力射流中的离子具有取决于离子质量的离子动能。因此，离子导引管中通过RF场对离子高效地重新导向需要离子以碰撞的方式通过与背景气体分子的碰撞而冷却，离子质量越大，这就越来越重要，因此离子能量越大。因此，Mordehar等提供分离的气体入口使得为此目的进入额外的“缓冲”或碰撞，气体。因为离子导引件完全位于单一真空级内部，所以气体压力从离子导引件一端到另一端将不会实质上不同。因此，当离子离开离子导引件时离子与背景气体分子之间的碰撞的可能性在Mordehar等的设备中是很大的，导致这一区域中传递效率下降。这种发散也已知为导致检测器处的背景噪音增加，这是由于分散的离子在这一区域的RF弥散场中会产生加速，以及由于这种加速离子的电荷交换中和而产生的高能中性物质(如下所述)。 

Wells在美国专利No.6,730,904中记载配置为多个区段的多极离子导引件，其中不同的区段以独立的电压进行操作。这允许横向经过离子导引件的离子沿着离子导引件中的不同光学轴线从一个区段被导引至下一区段，在那里，不同的轴线相对于彼此偏离。Wells记载这种分段的离子导引件结构，其中离子和中性颗粒沿着入口轴线进入离子导引件，离子然后被导引从而沿着偏离入口轴线的出口轴线离开离子导引件。中子沿着入口轴线方向前进并 由此被防止前进经过离子导引件出口。再次地，离子传递的效率取决于它们进入离子导引件时以碰撞的方式对高能离子进行冷却。例如，Wells通过一项实施例的电脑模拟展现出，当离子导引件中的气压被从与1mm的平均自由路径相对应的压力减小至与10mm的平均自由路径相对应的压力时，许多更多的离子损失至离子导引件电极。因此，采用Mordehai等记载的设备和方法，如上所述，明显的背景气压会出现在离子离开离子导引件的区域中，导致在这一区域中产生离子与背景气体分子之间的碰撞，这最终导致下游检测器处的背景噪音增加。 

在欧洲专利申请0 237 259 A2中，Syka记载串联四极质谱仪结构，其中的一些包括正好定位在最终四极质量分析器和检测器之前的弯折或倾斜四极离子导引件。该弯折或倾斜四极离子导引件记载用于通过防止源自于离子源的快速离子和受激活且快速中性颗粒到达检测器而减小噪音，因为倾斜或弯折的四极将检测器从离子源的视线移除。这种弯折的四极离子导引件的入口和出口端位于相同的真空级，将离子限制在弯折四极离子导引件中从而横向移动于受单一真空级泵送速度约束的单一背景压力区域。 

Kalinitchenko在美国专利No.6,614,021中记载一种ICP/MS仪器的结构，其将静电镜子结合在ICP离子源与四极质量分析器之间。该镜子提供一静电聚焦场，使得离子偏离离子源例如90度，并且将它们聚焦穿过四极质量分析器入口处的孔径。这种结构避免了离子源的任何视线到达检测器，由此防止源自于离子源的背景颗粒，诸如光子和高能中性物质到达检测器。Kalinitchenko的结构的敏感性相对于现有技术明显增加，以计数/秒每百万分(ppm)之分析物进行测量。但是，该增长的获得“未伴随有背景噪音的增加”，说明虽然采用反射镜，但是在先前的结构中持续存在明显的背景噪音。 

上述所有现有技术记载减小或消除主要由来自于离子源的无益颗粒导致的背景噪音的设备和方法。但是，目前可以理解，背景颗粒噪音也可除了离子源之外源自于其他源。例如，虽然如上所述Kalinitchenko记载在美国专利No.6,614,021中的反射镜结构没有在离子源与检测器之间提供可行的视线，但是先前持续观察到的明显背景噪音说明这种背景颗粒噪音必须实际上源自于与离子源本身分离的过程。所观察的无源关联背景噪音基本上被减小，如Kalinitchenko在美国专利No.6,762,407中随后所记载的，这是通过将一组弯曲或倾斜的“边缘”电极结合在四极质量分析器的入口与四极入口 孔径之间而实现的。Kalinitchenko暗示随着离子加速通过设备中的剩余气体而产生高能中性颗粒。也就是说，一些离子不可避免地与背景气体分子交互，例如，经由谐振电荷交换过程，导致加速离子转换为高能中性物质。另一可行的解释是，这种加速导致某些程度的离子碎裂，造成高能中性碎片在有利轨迹上到达质量分析器检测器。 

Kalinitchenko还记载，这种碰撞不仅在离子沿着其轴向移动方向加速时诸如在反射镜区域中时产生，而且沿着垂直于它们的轴向方向的方向，例如RF多极离子导引件的端部与邻近于端部的孔径之间的弥散场中。因此，由Kalinitchenko在’407专利中记载的弯曲或倾斜“边缘”电极防止产生在静电镜子真空区域中的高能中子、产生在入口孔径区域中的高能中子以及“边缘”电极结构的上游区段中的高能中子到达检测器。 

另一方面，已知离子与背景气体分子之间的交互不仅需要离子的中和而且需要将离子分散离开离子束路径，导致额外的离子损失。离子损失也由于通过振荡邻近RF多极离子导引件的入口或出口的弥散场所引发的分散而产生。在任何情况下，由Kalinitchenko记载在’407专利中的设备和方法的离子传送效率将由于随着离子从反射镜的相对更高背景压力真空区域，通过真空交接空间并且横穿交接孔径与RF“弥散”场电极之间的区域而与背景气体分子相分散所造成的离子丧失而减小。 

由于与更高背景气压的真空区域中的背景气体分子相分散导致的离子损失通过将离子传送通过RF多极离子导引件中的这种区域而被频繁地最小化。这种离子导引件中的RF场产生垂直于离子束方向导引的有效的排斥力，也就是垂直于离子导引件轴线，由此抵消这种分散离开离子束路径。此外，这种碰撞用于抑制离子的动能，其允许离子更接近于离子导引件轴线定位，由此改善传输效率。但是，当离子必须离开可能与背景气体分子产生碰撞的区域中的离子导引件时，产生明显的分散损失。这是一般会在传统真空级真空系统中遇到的问题，其中静电场真空隔断分离不同的真空级。采用这种传统真空级构造，在离子导引件中相对更高真空压力下穿过一个真空级行进的离子必须离开离子导引件并且横穿设置在真空隔板中的孔径从而移动进入具有较低气体压力的下一真空级，。离子一旦离开离子导引件那么由于与背景气体分子碰撞而分散，导致离子损失，离子也由于上游真空级中的离子导引件出口与孔径之间的或者下游真空级中的离子导引件入口与孔径之间的 弥散场产生的分散而损失。即使下一真空级中的气体压力平均地足够低，离子也与气体分子之间的撞击也较少，离子可经受与从上游更高背景气压真空级流入接口孔径附近中的低压下游真空级中的气体分子的频繁碰撞。 

真空级之间的传送期间的离子损失问题已经在Whitehouse等的美国专利No.5,652,527；5,962,851；6,188,066；和6,403,953中有效地得到解决，这些专利记载将RF多极离子导引件延伸穿过两个或多个真空级之间的真空隔板。基本上，这些专利记载RF多极离子在高和低背景气压下有效地将离子运输通过真空级以及在真空级之间，并且配置有足够小的横截面作为对于真空级之间的气流的有效限制，类似于真空隔板中的孔径或小孔。Whitehouse等还记载在这些文档中，引入多极离子导引件，将其延伸穿过API源与质量分析器之间的多重真空泵送级。 

这一相同的情况也存在于传统碰撞单元的入口和出口处，其中多极离子导引件定位在气压足够高以使得随着离子横穿离子导引件而撞击背景气体分子的区域。虽然离子在横穿离子导引件的同时由于离子导引件的RF场的作用而被防止分散离开离子束路径，但是离子一般必须经由碰撞单元端部处的孔径进入和离开离子导引件，有助于保持碰撞单元内部区域与碰撞单元外部区域之间的压差。因此，随着离子进入和离开碰撞单元，离子通过与碰撞气体分子的碰撞而被分散，导致离子损失。此外，由于离子为了引发碰撞的分裂的目的而加速进入碰撞单元，所以可产生加速采用高能中性物质形式的背景颗粒。这些高能中性物质其中的一些可继续通过碰撞单元的出口，并且进入位于下游的检测器和质量分析器，由此产生背景颗粒噪音。此外，离开碰撞单元的离子必须通过离子导引件出口端和碰撞单元的出口孔径之间的RF弥散场。这也是离子与气体分子之间产生碰撞的区域，导致离子分散损失，以及例如经由电荷交换的离子中和。如上所述，已知离子可在这种RF弥散场加速为更高的能量，高能离子的中和产生高能中性物质，其然后也可继续在下游上产生质量分析器和检测器中的背景噪音。 

离子传送进入和离开传统碰撞单元期间的离子损失的问题也已经由Whitehouse等在美国专利No.7,034,292中解决，该专利记载包括多极离子导引件的结构，该离子导引件连续地从碰撞单元内部延伸至碰撞单元外部，在那里，多极离子导引件终止在背景压力足够低使得离子与背景气体分子之间的碰撞基本上无法发生的区域中。在这种结构中，离子不经历RF弥散场， 直到它们处于具有足够低的背景气压以使得与背景气体分子的碰撞基本上不会产生的真空区域中。然而，随着离子被加速进入碰撞单元而由离子与碰撞气体分子之间的碰撞产生的高能中性物质仍然是位于碰撞单元下游的质量分析器检测器处的背景颗粒噪音的潜在源。 

在Whitehouse等的美国专利No.5,652,527；5,962,851；6,188,066；和6,403,953；7,034,292中记载的所有结构中，多极离子导引件配置成在离子源与质量分析器的入口之间呈轴向对齐。换句话说，不防止源自于离子源的或者沿着离子束路径通过与背景气体分子的碰撞产生的背景颗粒进入质量分析器或者到达质量分析器检测器。因此，目前尚未有方案解决在离子与背景气体分子之间产生碰撞的更高背景气压区域与基本上不产生这种碰撞的低背景气压的区域之间高效地传送离子的问题，并且同时还能防止源自于离子源和/或在离子传送期间产生在离子与背景气体分子之间的碰撞中的背景颗粒到达质量分析器检测器并且由此在质谱中产生背景噪音。 

实用新型内容

因此，本实用新型的一个目的是减小从离子源发出的到达质量分析器检测器的背景颗粒的数量，同时改善离子到质量分析器的传送效率。 

本实用新型的另一目的是减少通过离子与背景气体分子之间的碰撞产生的并且到达质量分析器检测器的背景颗粒的数量，同时改善离子到达质量分析器的传送效率。 

本实用新型的另一目的是同时减少通过离子与背景气体分子之间的碰撞产生的背景颗粒的数量，以及从离子源发出的到达质量分析器检测器的背景颗粒，同时改善离子到达质量分析器的传送效率。 

本实用新型的另一目的是减少源自于离子源的以及通过离子与背景气体分子之间的碰撞产生的且能够进入质量分析器的背景颗粒的数量，同时改善离子到达质量分析器的传送效率。 

这些和其他目的是通过在多真空泵送级真空系统中设置RF多极离子导引件而实现的，其连续地延伸穿过较高气压的上游区域(远离质量分析器检测器)与较低气压的下游区域之间的至少一个真空隔板。该离子导引件配置有随着离子束进入质量分析器而相对于离子束的随后方向的倾斜、弯折或弯曲的轴线，从而同时防止在上游离子源区域以及其中产生离子与背景气体分 子碰撞的任何和所有高压区域与质量分析器检测器之间形成任何瞄准线。尤其地，所公开的实用新型防止产生于真空隔板附近的背景颗粒到达质量分析器检测器，RF多极离子导引件延伸穿过其中，将离子与背景气体分子之间产生碰撞的较高压背景气压的上游区域以及这种碰撞不太明显的较低背景气压的随后下游真空区域分离开。因此，这一真空隔板这里称为“高压真空隔板”。除了质量分析器检测器，本实用新型的这些实施例也消除了产生背景颗粒的任何这种区域与到达质量分析器的入口之间的任何视线。 

根据本实用新型的一方面内容，一种用于样本物质分析的设备，其特征在于，包括：a.用于从所述样本物质产生离子的离子源；b.至少两个真空区域，其中，所述真空区域通过隔板彼此分离，其中，所述真空区域彼此连通，使得所述离子移动穿过所述隔板；c.位于至少一个所述真空区域中的质量分析器，所述质量分析器具有入口轴线，沿着所述轴线，所述离子进入所述质量分析器；d.位于检测器区域中的质量分析器检测器；e.至少一个多极离子导引件，包括入口端和出口端，所述多极离子导引件具有沿着所述至少一个多极离子导引件的至少第一部分延伸的第一轴线，以及沿着所述多极离子导引件的至少第二部分延伸的第二轴线，所述第二部分包括所述离子导引件出口端，其中，所述离子导引件连续地从一个真空区域延伸入至少一个随后的真空区域，其中，所述离子从所述一个真空区域穿过所述至少一个多极离子导引件进入所述至少一个随后的真空区域并且到达所述出口端；f.用于将所述离子从所述离子源传送入所述多极离子导引件的所述入口端的装置；以及g.用于防止背景颗粒到达所述检测器的装置。 

根据本实用新型的另一方面内容，所述离子导引件第一轴线同轴于所述离子导引件出口轴线，使得所述倾斜或弯折部位于所述离子导引件出口轴线与所述质量分析器入口轴线之间。所述质量分析器入口轴线同轴于所述离子导引件出口轴线，使得所述倾斜或弯折部位于所述多极离子导引件中。可选择地，所述多极离子导引件包括四个极或六个极或八个极或多于八个的极。所述极包括圆杆或平板。可选择地，所述多极离子导引件包括具有堆叠环离子导引件的多个环。 

根据本实用新型的另一方面内容，用于防止背景颗粒进入所述检测器的所述装置包括所述第一轴线的弯曲部分，所述弯曲部分包括所述弯曲部分的起始和所述弯曲部分的端部，其中，所述弯曲部分的起始处的所述第一轴线 不与所述质量分析器的所述入口轴线共轴。所述多极离子导引件包括至少两个多极离子导引件区段。所述真空区域包括三个或更多的真空区域。所述真空区域包括三个或更多的真空区域。所述质量分析器是四极质量过滤器或者三维离子收集器或者磁性扇区质量分析器或者具有轴向脉冲的时间计量质量分析器或者具有垂直脉冲的时间计量质量分析器或者具有轴向共振喷射的二维离子收集器。因此，本实用新型的实施例唯一地实现将离子高效地传送通过真空泵送级以及在真空泵送级之间高效地传送离子，同时消除源自于从离子源发出的背景颗粒的背景噪音，以及在离子传送期间产生自离子与背景气体分子之间的碰撞的背景颗粒。因此，本实用新型提供的设备和方法与现有技术相比能够改善信号并且同时减小背景颗粒噪音，同时降低成本和复杂性。 

四种背景噪音颗粒在这里得以区分：(1)直接地从离子源发出的背景颗粒，诸如带电滴和不带电滴，高能中性物质和离子，通过直接地撞击检测器而产生背景噪音；(2)直接地从离子源发出的并且撞击质量分析器内部或者检测器附近的表面的背景颗粒，由此产生随后撞击检测器并且产生背景噪音的副颗粒；(3)背景颗粒，诸如高能中子和离子物质，随着离子朝向质量分析器入口传送期间与背景气体分子碰撞产生出来，通过直接地撞击检测器而产生背景噪音；以及(4)随着传送期间离子碰撞背景气体分子而产生的背景颗粒，其碰撞质量分析器内部的表面或者检测器附近的表面，由此产生随后撞击在检测器上并且产生背景噪音的副颗粒。本实用新型的所有实施例防止由类型(1)和(3)的颗粒产生的背景噪音，也就是，防止质量分析器外部的任何源头的背景颗粒直接地到达质量分析器检测器。本实用新型的这些实施例也防止由类型(2)和(4)的颗粒产生的背景噪音，也就是，防止任何源头的背景颗粒通过入口至质量分析器。其他实施例也防止在“高压真空隔板”的上游产生的任何背景颗粒越过这一真空隔板然后进入下游低压真空区域。 

在一些实施例中，线性多极离子导引件配置成连续地从上游真空泵送级延伸进入下游真空泵送级，通过真空隔板，也就是“高压真空隔板”，在两个真空泵送级之间，使得离子导引件的中心轴线配置有相对于位于下游的质量分析器的入口轴线的倾斜取向角。定位有离子导引件的这一真空泵送级的背景气体压力足够低从而允许离子移动而不与从离子导引件出口进入质量 分析器入口的背景气体分子碰撞。但是，紧前的真空泵送级中的背景气体压力可以足够高使得能够以明显的频率发生碰撞。离子导引件配置成使得支承多极离子导引件的杆或极的安装结构集成为其中定位有离子导引件出口的真空级与紧前的真空级之间的真空隔板的扩展部分，使得离子导引件作为有效的限制，作用于这些真空泵送级之间的气体流，如Whitehouse等在美国专利No.5,652,527；5,962,851；6,188,066；和6,403,953中记载的那样。这一隔板在本实用新型的实施例中配置成距离质量分析器入口一定距离，足够远以确保通过离子与背景气体分子之间在这一隔板附近的碰撞产生的任何背景颗粒由于离子导引件轴线与质量分析器入口轴线之间的倾斜角而不具有任何到达质量分析器检测器的瞄准线轨迹。 

这种结构也确保这一真空隔板上游任何区域与质量分析器检测之间不具有任何的视线，由此也确保源自于上游离子源或更高压区诸如碰撞单元或者离子导引件入口区的任何背景颗粒也不具有到达质量分析器检测器的视线。因此，这里公开的结合这种多极离子导引件结构的实施例将防止来自于类别(1)和(3)的颗粒的背景噪音到达质量分析器检测器。 

在一些实施例中，离子导引件出口可定位于相邻质量分析器入口，使得离子在离开离子导引件之后立刻被导入质量分析器，也可借助位于离子导引件出口的静电转向或偏转电极。但是，离子导引件出口也可定位在距离质量分析器入口的一定距离，在这种情况下，一个或多个其他离子传送装置，诸如静电透镜和/或偏转装置，和/或一个或多个额外的多极离子导引件，所有这些都是现有技术中公知的，可用于高效地将离子从离子导引件出口传送至质量分析器入口。取决于离子导引件出口与质量分析器入口之间的分离距离，线性离子导引件轴线与质量分析器入口轴线之间的倾斜角，结合离子导引件出口与质量分析器入口之间的分离，也防止背景颗粒通过质量分析器入口，由此通过消除类别(2)和(4)以及(1)和(3)的背景颗粒而进一步提供保护免受背景颗粒噪音的影响。 

在所公开的实用新型的其他实施例中，连续地延伸穿过“高压真空隔板”的多极离子导引件可配置有位于真空隔板下游的弯折或弯曲，使得其出口端处的离子导引件的轴线共轴于质量分析器入口。质量分析器入口的轴线可导向为相对于离子导引件延伸穿过“高压真空隔板”的那一点处的离子导引件轴线切向的角度，如先前所述的实施例那样。但是，离子导引件中的弯折或 曲线免除了先前所述实施例中的要求，在离子重新导向至质量分析器入口轴线之前这些离子离开多极离子导引件，因为在这些其他实施例中，离子被重新导向沿着质量分析器入口轴线移动同时仍然处于多极离子导引件中。相对于先前描述的倾斜线性离子导引件结构来说，这一备选结构可提供更高好地进入质量分析器入口的离子传送效率，同时减小复杂性和成本。 

此外，一些实施例也结合有离子通过“高压真空隔板”的那一点处的离子导引件的中心轴线与离子进入离子导引件时的离子束轴线之间的倾斜取向角。这种结构防止源自于离子导引件上游的背景颗粒，诸如源自于诸如碰撞单元的离子源或更高压区域或者甚至是产生在离子导引件入口区域的背景颗粒越过真空隔板，因此提供额外的确保使得这种颗粒不能够在质量分析器检测器产生噪音。再次，额外的静电和/或RF离子导引件装置可选择地用于确保进入离子导引件入口端的最大离子传送效率，对于结合有倾斜线性多极离子导引件的实施例，或者可选择地，沿着真空隔板上游的离子导引件轴线的弯折或弯曲，类似于如上所述这种下游弯折或弯曲，可结合成优化通过离子导引件的这一上游部分的离子传送效率。 

在离子通过“高压真空隔板”的那一点处的离子导引件的中心轴线与离子进入离子导引件时的离子束的轴线之间的这一“上游倾斜角”与由离子通过“高压真空隔板”的那一点处的离子导引件的轴线限定的“下游倾斜角”以及质量分析器入口轴线的方向或大小之间不需要有任何特定的关系，从而实现背景噪音中的最大减小。但是，其一般证明是更简单的，因此复杂度低且成本较低，从而将“上游倾斜角”配置为大小等于“下游倾斜角”并且与“下游倾斜角”的方向相反。在这一特定实例中，离子导引件入口上游和离子导引件出口下游的离子束方向将平行，但是侧向偏移(垂直于轴向束方向)。这种结构有利于仪器的设计和制造。 

本实用新型的另一特定实施例结合有连续地延伸穿过“高压真空隔板”的多极离子导引件，其中多极离子导引件的结构具有连续弯曲的轴线，例如，其中离子导引件轴线延伸穿过圆的90度区段。在这一实施例中，离子导引件延伸穿过真空隔板同时轴线弯曲。 

本实用新型的另一实施例在“高压真空隔板”下游结合有例如“S”弯曲，使得离子导引件入口同轴于离子束路径的上游部分，并且直线延伸穿过“高压真空隔板”。“高压真空隔板”下游的离子导引件轴线的“S”弯曲然 后移动离子导引件轴线，使得出口处的离子导引件轴线平行于但是侧向偏离于入口处的离子导引件轴线。因此，离子束被导引穿过该曲线至离子导引件出口，随后进入下游的质量分析器，同时产生在“压力真空隔板”的附近和上游的所有背景颗粒不与离子导引件轴线的弯曲一致并且不能进入质量分析器。 

另外，在所有情况下，一般更有利地导向多极离子导引件的杆或极，使得来自于上游源的背景颗粒更可能通过极之间的间隙，而不是撞击极，从而最小化污染和随后产生的静电充电效果。 

此外，取决于所采用的质量分析器和/或检测器的真空要求，其可有利地在离子导引件出口与质量分析器入口之间设置一个或多个额外的真空隔板，也就是将质量分析器和检测器定位在其中定位有多极离子导引件的出口端的真空泵送级下游的真空泵送级，从而在质量分析器和/或检测器的空间中提供更低的压力。在这些情况下，多极离子导引件可连续地延伸穿过这种额外的真空隔板，从而有利于离子传送通过隔板，或者替代地可采用分离的离子导引件，连续地延伸穿过额外的真空隔板。 

附图说明

图1示意性地示出本实用新型的一项实施例，其中来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管传送进入真空，通过分离器，然后通过多极离子导引件传送至四极质量分析器，该多极离子导引件延伸穿过真空隔板从而提供优化的离子传输，并且其相对于质量过滤器的入口轴线成一角度倾斜，从而防止背景颗粒到达质量分析器检测器。离子导引件相对于毛细管轴线的倾斜也减小背景颗粒。 

图2示意性地示出本实用新型的一项实施例，其中来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管运送入真空，通过孔透镜，然后直接地进入连续地延伸通过两个真空隔板的多极离子导引件，从而将离子传送至四极质量分析器，其中，离子导引件相对于质量过滤器的入口轴线成一角度倾斜从而防止背景颗粒到达质量分析器检测器。 

图2A示意性地示出本实用新型的一项实施例，其中来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管运送入真空，通过孔透镜，然后直接地进入连续地延伸通过三个真空隔板的多极离子导引件，从而将离子传送至四极质量分析 器，其中，离子导引件相对于质量过滤器的入口轴线成一角度倾斜，并且也包括离子导引件中的弯折，从而防止背景颗粒到达质量分析器检测器。 

图3示意性地示出本实用新型的一项实施例，其中来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管运输进入真空，通过孔透镜，然后直接进入连续地延伸穿过一个真空隔板的多极离子导引件区段。第二区段然后将离子传送通过第二真空隔板至四极质量分析器。这两个区段同轴，它们相对于质量过滤器的入口轴线成一角度地倾斜，从而防止背景颗粒到达质量分析器检测器。 

图4示意性地示出本实用新型的一项实施例，其中来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管运输进入真空，通过孔透镜，然后直接进入连续地延伸穿过两个真空隔板的第一多极离子导引件区段。第二区段然后将离子传送通过第二真空隔板至四极质量分析器。第一区段与毛细管轴线同轴，但是第二区段相对于质量过滤器的入口轴线成一角度地倾斜，从而防止背景颗粒到达质量分析器检测器。 

图5示意性地示出本实用新型的一项实施例，其中，来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管输送进入真空，通过分离器，然后通过延伸穿过三个真空隔板从而提供优化的离子运输的多极离子导引件运输至四极质量分析器。该离子导引件包含沿着其长度的两个弯折，使得离子导引件的入口部分与毛细管轴线同轴，中心部分相对于第一部分成一角度，出口部分与质量过滤器的入口轴线同轴，由此防止背景颗粒到达质量分析器检测器。 

图5A示意性地示出本实用新型的一项实施例，其中，来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管输送进入真空，通过孔透镜，然后直接地进入多极离子导引件，该多极离子导引件延伸穿过四个真空隔板从而提供优化的离子运输至四极质量分析器。该离子导引件包含沿着其长度的两个弯折，使得离子导引件的入口部分与毛细管轴线同轴，中心部分相对于第一部分成一角度，出口部分与质量过滤器的入口轴线同轴，由此防止背景颗粒到达质量分析器检测器。 

图6示意性地示出本实用新型的一项实施例，其中，来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管输送进入真空，通过分离器，然后进入多极离子导引件，该多极离子导引件连续地延伸穿过一个真空隔板从而提供优化的离子运输至四极质量分析器。该离子导引件包含沿着其长度的两个弯折，使得离子导引件的入口部分与毛细管轴线同轴，中心部分相对于第一部分成一角度， 出口部分与质量过滤器的入口轴线同轴，由此防止背景颗粒到达质量分析器检测器。 

图7示意性地示出本实用新型的一项实施例，其中，来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管输送进入真空，通过分离器，然后进入多极离子导引件，该多极离子导引件连续地延伸穿过一个真空隔板，从而提供优化的离子运输至四极质量分析器。该离子导引件配置有沿着其长度的连续弯曲，使得离子导引件的入口部分与毛细管轴线同轴，出口部分与质量过滤器的入口轴线同轴，并且相对于毛细管的轴线成90度角，由此防止背景颗粒到达质量分析器检测器。 

图7A示意性地示出本实用新型的一项实施例，其中，来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管输送进入真空，通过分离器，然后进入多极离子导引件，该多极离子导引件连续地延伸穿过两个真空隔板，从而提供优化的离子运输至四极质量分析器。该离子导引件配置有沿着其长度的连续弯曲，使得离子导引件的入口部分与毛细管轴线同轴，出口部分与质量过滤器的入口轴线同轴，并且相对于毛细管的轴线成90度角，由此防止背景颗粒到达质量分析器检测器。 

图8示意性地示出本实用新型的采用“三段-四极”结构的一项实施例，其中，来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管输送进入真空，通过分离器，然后通过多极离子导引件输送至第一四极质量分析器，该多极离子导引件延伸穿过真空隔板从而提供优化的离子输送，其相对于质量过滤器的入口轴线成一角度倾斜，从而防止背景颗粒进入第一质量分析器下游的碰撞单元。该碰撞单元配有离子导引件，沿其长度具有连续的弯曲，使得离子导引件的入口部分同轴于第一四极质量过滤器，该出口部分同轴于第二四极质量过滤器的入口轴线，其角度相对于第一质量四极质量过滤器的轴线成90度，由此防止碰撞单元或者碰撞单元上游的背景颗粒到达位于第二四极质量过滤器的下游的检测器。 

图9示意性地示出本实用新型的采用“三段-四极”结构的一项实施例，其中，来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管输送进入真空，通过分离器，然后通过多极离子导引件输送至第一四极质量分析器，该多极离子导引件延伸穿过真空隔板从而提供优化的离子输送，并且其相对于质量过滤器的入口轴线成一角度倾斜，从而防止背景颗粒进入第一质量分析器下游的碰撞单 元。该碰撞单元配有离子导引件，沿其长度具有连续的弯曲，使得离子导引件的入口部分同轴于第一四极质量过滤器，该出口部分同轴于第二四极质量过滤器的入口轴线，其角度相对于第一质量四极质量过滤器的轴线成90度，由此防止碰撞单元或者碰撞单元上游的背景颗粒到达位于第二四极质量过滤器的下游的检测器。该碰撞单元离子导引件的出口部分连续地延伸穿过碰撞单元出口隔板从而提供穿过碰撞单元出口隔板的优化离子传输。 

图10示意性地示出本实用新型的采用“三段-四极”结构的一项实施例，其中，来自于ESI离子源的离子经由绝缘毛细管输送进入真空，通过分离器，然后通过多极离子导引件输送至第一四极质量分析器，该多极离子导引件延伸穿过真空隔板从而提供优化的离子输送，其相对于质量过滤器的入口轴线成一角度倾斜，从而防止背景颗粒进入第一质量分析器下游的碰撞单元。该碰撞单元配有沿着连续曲线的两个离子导引件区段，使得第一离子导引件区段的入口部分同轴于第一四极质量过滤器，第二区段的出口部分同轴于第二四极质量过滤器的入口轴线，其角度相对于第一质量四极质量过滤器的轴线成90度，由此防止碰撞单元或者碰撞单元上游的背景颗粒到达位于第二四极质量过滤器的下游的检测器。该第二碰撞单元离子导引件的出口部分连续地延伸穿过碰撞单元出口隔板从而提供穿过碰撞单元出口隔板的优化离子传输。该分区段的碰撞单元离子导引件提供额外的分析性功能，诸如MS/MSⁿ的能力。 

图11A、11B、11C和11D示意性地示出根据本实用新型的多种可行性离子导引件结构的剖视图。 

具体实施方式

本实用新型的一项优选实施例示出在图1中。这一实施例配置有传统的电喷离子化(ESI)离子源1，具有气压式雾化辅助器，基本上在大气压下进行操作，并且安装至包括四个真空泵送级2、3、4和5的真空系统。源1包括气压式雾化辅助的电喷探针6，该探针基本上包括液体样本输送管，将液体样本7输送至样本输送管端8。管端8与毛细管真空连接装置10的入口端9之间的压差由高压DC电源(未示出)提供。样本输送管端8附近中得到的静电场导致由样本输送管端8射出的样本液体7形成电喷烟流11。为了增强雾化和离子化的效率，雾化气体12可输送通过雾化气体管，该管的出口临 近于并且理想情况下共轴于液体样本输送管出口端8。逆流干燥气体13在干燥气体加热器14中被加热并且流过毛细管真空连接装置10的入口端9以作为受热的逆流干燥气体15从而辅助液滴在电喷烟流11中蒸发。样本离子从烟流11中的蒸发带电液滴中释放，离子，以及任何其他的带电荷和无电荷液滴和气悬体颗粒，被吸入流入毛细管真空孔16的背景气体。离子、液滴和气悬体颗粒以及气体被运输穿过毛细管10孔17到达毛细管出口端18，通过毛细管10出口孔19进入第一真空泵送级2。一般地，气体在离开毛细管出口孔19时会经受超声速膨胀，离子、液滴和气悬体颗粒一般地获得类似于膨胀气体中的气体分子的速度分布。因此，由这种物质获得的动能将或多或少地成比例于该物质的质量。因此，液滴和气悬体颗粒可获得比相关离子大的数量级的动能。 

离子、液滴和气悬体颗粒通过分离器21的孔20，分离器21经由电绝缘器22安装，使得电压可施加至分离器从而将带电颗粒聚焦入分离器下游的泵送级3。通过分离器21孔20的离子、液滴和气悬体颗粒沿着离子束轴线36进入线性多极离子导引件24的入口端23，该轴线基本上也是毛细管10的孔17的轴线，以及分离器21孔20的轴线。线性多极离子导引件24是六极离子导引件，包括关于共用轴线26对称布置的六个杆25。也可使用包括四个、八个或多于八个的这种杆的多极离子导引件。在图1所示的本实用新型的实施例中，线性多极离子导引件24轴线26和轴线36相对于彼此导向为角37。但是，在本实用新型的其他实施例中，线性多极离子导引件轴线26可与毛细管10孔17和分离器21孔径20的轴线36共轴。 

多极离子导引件24杆25经由绝缘体27和真空隔板28支承，使得用于真空级3与4之间的气体流的唯一管道是杆25内部和杆25之间的空间。在一些结构中，气体也可流过相邻于杆25以及杆25外侧的空间。因此，多极离子导引件24配置成在真空泵送级3与4之间连续地延伸，同时限制真空泵送级3与4之间的气体流。在入口端23进入多极离子导引件24的离子通过振荡RF电场而被导引沿着多极离子导引件24轴线26，该RF电场由施加至多极离子导引件24的杆25的交流RF电压产生。离子导引件24中的RF场防止离子沿垂直于离子导引件24轴线26的方向超过杆25，同时离子沿着基本上平行于离子导引件轴线26移动至离子导引件出口端29。 

离子通过出口端29离开多极离子导引件24并且被导引穿过真空隔板31 中的孔30。离子然后进入四极质量分析器33的入口32。离子根据它们的质量比电荷值(mass-to-charge value)在四极质量分析器33中被过滤，成功地横穿四极质量分析器33的离子然后通过四极质量分析器33出口孔34。这些离子然后通过将离子导引入检测器35或者通过导引它们撞击转换倍增电极36而被检测到，其产生副电荷颗粒，然后导引入用于检测的检测器35。 

在图1所示的实施例中，大量的背景颗粒，诸如带电和不带电的液滴和气悬体颗粒，高能离子和中性物质，可源自于离子源1，和/或毛细管10孔17中，和/或毛细管10出口18与分离器21孔20之间的区域，和/或分离器21孔20与离子导引件入口23之间，不响应于或者较差地响应于离子导引件24中的RF场，或多或少地沿着它们的轨迹前进通过离子导引件24入口23至撞击表面，然后到达四极质量分析器33的四极入口32。这种表面可包括离子导引件24杆25、真空隔板28、绝缘体27和真空隔板31的表面。 

同时地，正确地响应于离子导引件24中的RF场的离子沿着离子导引件轴线26被导向。离子导引件24的延伸入真空泵送级3的部分中的背景气体压力足够高，使得产生离子与背景气体分子之间的碰撞，这样可随着离子横穿离子导引件24而减小离子的动能。一般地，离子导引件24这一部分中的平均背景气体压力至少足够高，使得离子与背景气体分子之间的碰撞之间的平均自由路径大于大概离子必须横穿离子导引件24入口端23至与离子导引件24通过真空隔板28的位置相邻的位置40的距离。因此，被导引沿着离子导引件24的轴线26的并且由于这种碰撞而损失动能的离子将随着它们动能的降低而更接近轴线26，这是在已知的、所谓的由RF场在离子导引件24中沿着离子导引件24轴线26形成的“赝势”井的作用下产生的。 

一旦离子移动通过离子导引件24进入真空泵送级4，该真空泵送级4处于较低的背景气压下使得离子与背景气体分子之间的碰撞基本上不会发生，那么离子将从真空隔板28的附近移动至离子导引件24出口端29，而不与背景气体分子产生明显的碰撞。因此，图1所示的设备的最后位置是在相邻于并且位于真空隔板28的下游的离子导引件24中的位置40，在该最后位置处，背景颗粒可通过离子与背景气体分子之间的碰撞而产生。 

随着离子到达离子导引件24的出口端29，它们被导引通过真空隔板31中的孔径30，然后通过四极质量过滤器入口32进入四极质量分析器33，同时离子束方向通过角度39从离子导引件24的轴线26改变至质量分析器33 的轴线37。在位置40处产生的任何背景颗粒或者源自于位置40上游的任何背景颗粒可具有穿过四极入口32的瞄准线轨迹，但是不会具有经过孔径34至检测器35或者检测器35区域中的任何表面的视线轨迹，这是由于离子导引件24的轴线26与质量分析器33的轴线37之间的角度39，并且结合质量分析器33入口32与位置40之间的距离。这里，这种背景颗粒也被防止通过撞击检测器35或者转换倍增电极36或者检测器35和转换倍增电极36区域中的周围表面而产生背景颗粒噪音。 

这种背景颗粒可包括例如穿过毛细管10出口孔19发出的任何背景颗粒，或者产生在毛细管10出口孔19与离子导引件24入口23之间的背景颗粒，其可以具有的轨迹为相对于毛细管10孔17轴线16倾斜，使得它们中的一些可具有从离子导引件24入口23上游的区域穿过质量分析器33入口32的视线。可选择地，本实用新型的其他实施例可配置有等于零的角38，在这种情况下，这些背景颗粒中的更多会通过质量分析器33入口32。在任何结构中，离子导引件24的轴线26与质量分析器33的轴线37之间的角39，结合质量分析器33入口32与离子导引件24入口23上游的可产生这种背景颗粒的位置之间的距离，防止任何这种颗粒通过孔34至检测器35或者检测器35的区域中的任何表面。 

根据本实用新型的被防止到达检测器35或者周围表面的其他背景颗粒包括高能中性物质，这些高能中性物质可通过离子导引件24的位于发生这种碰撞的更高气压区域中的部分中的背景气体分子与离子之间的碰撞而产生。根据本实用新型，在诸如真空泵送级3的区域中和相邻于真空隔板28至位置40的区域中产生这种背景颗粒，被防止具有从它们的产生点一直至检测器35或者至检测器35周围的区域的视线轨迹路径，这是由于离子导引件24的轴线26与质量分析器33的轴线37之间的角39，结合质量分析器33入口32与可产生这种背景颗粒的位置40的上游的离子导引件24中的位置之间的距离。因此，根据本实用新型，这种背景颗粒也将被防止通过撞击检测器35或者转换倍增电极36或检测器35和转换倍增电极36的区域中的附近表面而产生背景颗粒噪音。 

因此，在本实用新型图1所示的实施例中，线性多极离子导引件配置成唯一地提供改善的离子传输通过真空隔板，同时减小通过由离子与背景气体分子之间的碰撞产生的背景颗粒以及源自于离子源的背景颗粒而引起的背 景颗粒噪音。 

本实用新型的一项备选实施例示出在图2中，其中与图1中相同功能元件对应的元件采用相同的附图标记。图2示出本实用新型的一项实施例，其中线性多极离子导引件24连续地延伸穿过两个真空隔板42和28，从定位有毛细管10出口孔19的第一真空级2，穿过第二真空泵送级3，进入第三真空泵送级4。在这一实施例中，图1的分离器21已经被取消，具有孔43的平透镜电极41位于毛细管10出口孔19与离子导引件24入口23之间。与图1的结构相比，这一结构允许在毛细管10出口孔19与离子导引件24入口23之间改善离子传送效率，这是主要由于与图1的结构相比，在毛细管10出口孔19与离子导引件24入口23之间，图2的结构允许相邻得更近。当离子进入离子导引件24入口23时，离子被离子导引件24中的RF场重新导向从而沿着离子导引件24轴线26而不是毛细管10轴线36移动。再次，源自于位置40上游的背景颗粒被防止形成从它们的产生点一直到检测器35或者检测器35周围的区域的视线轨迹路径，这是由于离子导引件24的轴线26与质量分析器33的轴线37之间的角度39，并且结合质量分析器33入口32与位置40上游处的可以产生背景颗粒的任何位置之间的距离。因此，所有背景颗粒将被防止撞击检测器35，或转换倍增电极36或者检测器35和转换倍增电极36的区域中的附近表面，由此根据本实用新型的这一实施例被防止产生背景颗粒噪音。 

本实用新型的备选实施例可结合有其他特征，包括连续地延伸入超过三个真空泵送级的离子导引件，以及结合有沿着离子导引件轴线的弯折或弯曲区段的离子导引件。这种特征示出于图2A所示的本实用新型的一项实施例中，该实施例示出四级真空泵送系统，其中，类似于图2的结构，多极离子导引件24的入口23开始于第一真空泵送级2中。从毛细管10出口孔19流出的离子通过透镜电极41中的孔径43并且进入多极离子导引件24的入口23。当进入离子导引件24入口23时，这些离子被离子导引件24中的RF场重新更新导向从而沿着离子导引件24轴线26而不是毛细管10轴线36移动。如图2的实施例那样，离子导引件24配置成从第一真空泵送级2连续地延伸通过真空隔板42、第二真空泵送级3并且通过真空隔板28。但是，在图2A所示的结构中，离子导引件24也连续地延伸穿过第三真空泵送级4，通过真空隔板45，进入其中定位有质量分析器33和检测器35的真空泵送级 5。一旦离子导引件24已经延伸进入真空泵送级5，那么离子导引件24就配置有沿离子导引件轴线26的弯折44，其中该弯折配置有弯折角，等于沿着弯折44上游的离子导引件24的部分的离子导引件24轴线26与质量分析器轴线37之间的角度39，使得弯折44下游的离子导引件24的部分的离子导引件轴线26同轴于质量分析器轴线37。因此，相对于图2所示的结构来说，随着离子被重新导向从沿着弯折44上游的离子导引件24轴线26的方向至质量分析器轴线37所经过的角39，该离子导引件24中的弯折可提供更好的离子传送。再次，源自于位置40上游的背景颗粒被防止形成从它们的产生点一直到检测器35或者检测器35周围的区域的视线轨迹路径，这是由于离子导引件24的轴线26与质量分析器33的轴线37之间的角度39，并且结合质量分析器33入口32与位置40上游处的可以产生背景颗粒的任何位置之间的距离。因此，所有背景颗粒将被防止撞击检测器35，或转换倍增电极36或者检测器35和转换倍增电极36的区域中的附近表面，由此根据本实用新型的这一实施例被防止产生背景颗粒噪音。 

图2的实施例的一项备选改进方案示出在图3中。图3示出本实用新型的配置可以类似于图2的配置，主要的差异在于，倾斜的线性多极离子导引件沿着共用的倾斜离子导引件轴线26而被分区段为两个分离的和独立的离子导引件区段。第一离子导引件区段48配置有离子导引件杆49并且连续地从第一泵送级2中的离子导引件入口23延伸，通过真空隔板42，进入真空泵送级3，其中第一离子导引件区段终结于离子导引件区段48出口端50。在小间隙50之后，第二离子导引件区段52连续地从真空级3中的离子导引件区段52入口端54通过真空隔板28进入真空泵送级4。 

离开毛细管10出口孔19的离子进入离子导引件区段49入口端23并且由离子导引件区段49中的RF场导引，通过真空隔板42至离子导引件区段49出口端50。从离子导引件区段49出口端50，离子被导引跨过间隙51进入离子导引件区段52的入口端54。离子导引件区段52中的RF场用于导引离子至离子导引件区段52出口端29。离子然后被导引通过孔30进入质量分析器入口32用于由检测器35进行质量分析和检测。 

由于离子导引件区段48和52独立操作，所以它们可施加不同的RF和DC电压。尤其地，它们可施加有相同的RF电压，但是不同的DC补偿电压施加至它们中的每个，导致离子从离子导引件区段49的出口端50加速跨过 间隙51并且进入离子导引件区段52的入口端。其中定位有间隙51的真空级3具有背景气压，其大小足以在离子与背景气体分子之间产生碰撞。如果离子跨过间隙51的加速足够大，那么离子与背景气体分子之间的碰撞将导致离子产生由碰撞引发的分裂(CID)而形成碎片离子和中子。碎片离子，以及任何剩余的“母”离子将被导引通过离子导引件52，它们的动能已经由于跨过间隙51的加速而增加，动能将随着离子在间隙51与位置40之间移动而被与背景气体分子随后的碰撞而缓冲，在这之后，背景气体压力足够小以使得不发生离子与背景气体分子之间的碰撞。再次，在这种情况下，源自于位置40上游的背景颗粒，尤其是由于CID碰撞产生的高能中性物质被防止形成从它们的产生点一直到检测器35或者检测器35周围的区域的视线轨迹路径，这是由于离子导引件24的轴线26与质量分析器33的轴线37之间的角度39，并且结合质量分析器33入口32与位置40上游处的可以产生背景颗粒的任何位置之间的距离。因此，所有背景颗粒将被防止撞击检测器35，或转换倍增电极36或者检测器35和转换倍增电极36的区域中的附近表面，由此根据本实用新型被防止产生背景颗粒噪音。 

图4示出图3的改进实施例，其中，图3中的第一离子导引件区段48导向为与毛细管10轴线36同轴，并且延伸不仅穿过第一真空泵送级2与第二真空泵送级3之间的真空隔板42，而且延伸穿过将图3的真空泵送级3分为额外的真空泵送级的额外真空隔板56(相比较于图3的实施例)，该额外真空泵送级在图4中示出为真空泵送级55。离子导引件区段58的出口端59定位在图4中的第三真空泵送级55中。第二离子导引件区段52然后导向为相对于轴线36成一角度38，该实施例的结构与图3中的间隙51的下游相同。 

图4所示的实施例的优势相对于图3的实施例来说是，沿着轴线36进入第一离子导引件区段58的离子可沿着离子导引件区段58前进并且在它们的离子束方向从毛细管10轴线36被重新导向至离子导引件区段52轴线26之前经受离子动能的碰撞冷却。对离子的动能进行冷却可改善离子导引件中的RF场能够重新导向离子束路径的效率，因为用于导引或者重新导向离子的特定RF场强度的有效性随着离子动能的增加而降低。因此，允许离子的动能在与图4的真空级3中的背景气体分子碰撞时衰减可例如相对于图3的离子导引件区段48来说确保采用图4的离子导引件区段58的更好地捕获和 重新导向效率。这对于具有更高质量电荷比的离子来说尤其重要，当这些离子离开毛细管10出口孔19且速度分布类似于膨胀气体时这些离子具有大概成比例于它们的质量的动能。同样，如图3的实施例那样，施加至离子导引件区段58和52的RF和DC电压可能不同，允许CID类似于如上所述的图3的实施例而操作。 

本实用新型的另一备选实施例示出在图5中。这一实施例配置的离子导引件24具有沿着离子导引件24轴线26的两个弯折60和44，使得离子导引件24入口端23处的离子导引件24轴线26与毛细管10轴线36同轴，离子导引件24出口端29处的离子导引件24轴线26与质量分析器33轴线37同轴。因此，离子束方向可从毛细管10轴线36改变为离子导引件24入口端36处的离子导引件24轴线26，从离子导引件24出口端29处的离子导引件24轴线26变为质量分析器33轴线37，同时离子保留在离子导引件24的导引RF场中，由此确保沿离子束方向的这种改变期间的高效离子传输。同样，离子导引件入口23与弯折60之间的离子导引件24的与毛细管10轴线36同轴的部分允许离子动能在离子束在弯折44处被重新导向之前冷却，由此进一步确保高效的离子传输通过弯折44，即使是更高质量的离子。如上所讨论的那样，这种更高质量的离子将在离开毛细管10出口孔19时具有更高的动能，使得它们在它们的动能撞击冷却之前更难于采用RF场重新导向。 

再次，源自于位置40上游的背景颗粒被防止形成从它们的产生点一直到检测器35或者检测器35周围的区域的视线轨迹路径，这是由于离子导引件弯折44与60之间的离子导引件24的轴线26与质量分析器33的轴线37之间的角度39，并且结合质量分析器33入口32与位置40上游处的可以产生背景颗粒的任何位置之间的距离。因此，所有背景颗粒将被防止撞击检测器35，或转换倍增电极36或者检测器35和转换倍增电极36的区域中的附近表面，由此根据本实用新型的这一实施例被防止产生背景颗粒噪音。 

为了降低生产成本以及更简单化装置设计，角38和39布置成基本上大小相等方向相反，由此使得毛细管10轴线19平行于质量分析器33轴线37。同样，图5的实施例示出为配置有绝缘体65，用于支撑离子导引件24的出口端29并且除了由真空隔板31中的孔径30实现的气流限制之外，增加真空泵送级4与5之间的气流限制。 

图5所示的本实用新型的实施例的其他改进也可被结合。例如，图5A 所示的本实用新型的实施例示出配置有两个弯折60和44的离子导引件，如图5那样，但是分离器21被移除，并且被真空隔板42替换，离子导引件24延伸穿过该隔板使得离子导引件24入口23位于第一真空泵送级2中，同时离子导引件24，与离子导引件24绝缘体22共同地，形成用于真空泵送级2和3之间的气流的限制管道。同样，具有孔径43的平透镜电极41定位在毛细管10出口孔径19与离子导引件24入口23之间。这一结构允许相对于图5的分离器21结构来说实现毛细管10出口孔径19与离子导引件24入口23之间的更好的离子传送效率，这主要是由于与图5相比，毛细管10出口孔19与离子导引件24入口23之间，由图5A的结构实现更近的接近。此外，图5的实施例的绝缘体支承件65和具有孔径30的真空隔板31在图5A中重新配置为真空隔板66和绝缘体67，支撑相邻于离子导引件出口端29的离子导引件24，并且与离子导引件24共同地，形成真空泵送级4与5之间的气体流限制。 

再次，源自于位置40上游的背景颗粒被防止形成从它们的产生点一直到检测器35或者检测器35周围的区域的视线轨迹路径，这是由于离子导引件弯折44与60之间的离子导引件24的轴线26与质量分析器33的轴线37之间的角度39，并且结合质量分析器33入口32与位置40上游处的可以产生背景颗粒的任何位置之间的距离。因此，所有背景颗粒将被防止撞击检测器35，或转换倍增电极36或者检测器35和转换倍增电极36的区域中的附近表面，由此根据本实用新型的这一实施例被防止产生背景颗粒噪音。 

本实用新型的其他实施例描述在图6中，该图基本上示出图1所示的结构，但是其中离子导引件24由设置有类似于图5和5A的离子导引件24中的弯折44和60的两个弯折44和60的离子导引件所替代。因为图6的离子导引件24仅仅延伸穿过一个真空隔板28，所以该实施例的结构的成本可以更低并且制造和组装起来相比于图5和5A所示的实施例来说更简单。但是，定位有质量分析器的真空级5中的背景气体压力不能如图5和5A的实施例中那样低。 

上面讨论的本实用新型的所有实施例已经设置有一离子导引件，其中该离子导引件的至少一部分配置为线性离子导引件部分。可选择地，根据本实用新型，整个离子导引件可配置成完全弯曲。例如，图7示出本实用新型的另一实施例，该实施例设置有多极离子导引件24，中心轴线26按照圆的90 度区段的路径，并且也延伸穿过真空隔板28。离开毛细管10孔19的离子通过分离器21孔径20并且进入弯曲离子导引件24的入口23。完全离子导引件24的轴线配置成与弯曲离子导引件24的入口23处的毛细管10的轴线36共轴。真空级2中的背景气压的大小足够使得随着离子穿过这一真空级中的离子导引件而产生离子与背景气体分子之间的碰撞。但是，真空级4中的背景气压足够低使得随着离子穿过真空级4中的离子导引件24，至少位置40的下游，基本上不发生离子与背景气体分子之间的碰撞。在图7的结构中，源自于位置40上游的背景颗粒不具有允许它们通过透镜70中的孔30的视线轨迹，该孔与绝缘体69共同地形成真空隔板68的一部分。因此，根据本实用新型的这一实施例，所有背景颗粒将被防止撞击检测器35，或转换倍增电极36或者检测器35和转换倍增电极36的区域中的附近表面，由此根据本实用新型的这一实施例被防止产生背景颗粒噪音。 

图7所示的实施例的备选结构示出在图7A中。图7与7A的实施例之间的区别在于图7的透镜70被移除，弯曲的离子导引件24连续地延伸穿过真空隔板68，其中绝缘体69目前不仅形成一部分真空隔板，也提供对于杆25的支承。因此，在图7中，已经被透镜70中的孔径30实现的对气流的传导限制目前由离子导引件24的杆25内部的、之间的以及采用其它方式相邻的有限敞开空间实现。这一结构可由于取消孔30而实现从离子导引件24出口29进入质量分析器33入口32的更好的离子传送。 

本实用新型的另一备选实施例示出在图8中。图8描述采用所谓的“三段-四极”(triple quad)结构，其中来自于离子源1的离子经由倾斜的离子导引件24传送至真空泵送级5中的四极质量过滤器33。将要随后分裂产生“子”离子的“母”离子在四极质量过滤器33中被选择，并且聚焦且加速通过透镜71，其在图8中示出为三元件透镜，沿着四极质量过滤器轴线72进入碰撞单元73。已加速的母离子以足够的动能与碰撞单元73中的碰撞气体分子产生碰撞，使得母离子分裂为子离子碎片和中性碎片。碰撞单元73包括外壳84中的弯曲的四极离子导引件77，并且在外壳84内部经由调节阀75和气体输送管74供给碰撞气体76。弯曲离子导引件77能够可选择地配置有六个或八个或多于八个的杆。分裂离子和任何其他母离子通过弯曲离子导引件77导引至碰撞单元出口孔85，其中离子通过三元件聚焦透镜80聚焦进入真空泵送级6中的四极质量过滤器81，然后经质量分析的离子采用检测器35 检测。 

从离子源至四极质量过滤器33，图8所描述的实施例的结构如图所示基本上相同于图1的结构。因此，在离子导引件24中位置40上游产生的背景颗粒由于倾斜角39以及这一实例中的倾斜角38而被防止沿着经过四极质量过滤器33的出口端处的透镜71的孔的视线，如上面相对于图1的实施例所讨论的那样。因此，这种背景颗粒被防止进入碰撞单元73。如果允许高能背景颗粒进入碰撞单元73，那么由于它们所具有的高能和/或缺少电荷则可能不会被非常良好地由四极质量过滤器33过滤，这些高能背景颗粒将撞击碰撞气体分子从而从背景颗粒产生背景碎片离子。这种背景碎片离子将出现在由四极质量过滤器81产生的碎片离子质谱中，并且将使得分析复杂化。 

而且，根据本实用新型的这一实施例，弯曲碰撞单元防止沿着碰撞单元73中的轴线72的任何位置至质量分析器检测器35或出口透镜88的下游的检测器35附近的表面的视线。因此，根据本实用新型的这一实施例，由于碰撞单元73中的碰撞气体分子与离子之间的碰撞产生的任何高能碎片离子或中子碎片将不会具有到达检测器35的视线，因此将被防止产生背景颗粒噪音。另外，用于在真空级5与真空级8之间的离子的传送通过配置碰撞单元73从而连续地在真空级5与6之间延伸而被改进。 

图9所示的本实用新型的实施例基本上与图8的实施例相同，除了弯曲离子导引件77的弯曲杆78经由绝缘体79安装之外，该绝缘体79形成碰撞单元73外壳84的扩展部件。这一结构允许弯曲的碰撞单元离子导引件77连续地从碰撞单元内部延伸至碰撞单元外部，如图9所示。相比较于形成如图8所示的到达碰撞单元外壳84的扩展部件的出口孔85的传统结构，这种结构，根据本实用新型，为离开碰撞单元的离子提供更好的离子传送效率，以及更低的背景颗粒噪音。图9中提高离子传送效率的原因在于，在图8的实施例中，由于施加至弯曲离子导引件77的弯曲杆78的RF电压，离子可通过出口孔85处的RF弥散场而分散。在图8的实施例中，随着离子通过弯曲离子导引件77中的导引RF场并且穿过图8的实施例中的出口孔85，通过与相邻于出口孔85的区域的碰撞气体分子碰撞，离子也被分散，导致离子损失，以及由这些碰撞产生背景颗粒。相比较地，在图9的实施例中，离子被弯曲离子导引件77中的RF场导引通过图9的弯曲碰撞单元84的出口87，并且仅经过这些导引RF场并穿过真空级6中的出口孔85，也就是说， 处于一背景气压下，该气压足够低使得离子与背景气体分子之间的碰撞基本上不会发生，导致更好的离子传送效率，以及避免随着离子通过孔径85附近的RF弥散场而产生背景颗粒。 

此外，相比较于图8的结构，图9的结构可降低背景颗粒噪音，也是因为离子可与碰撞气体分子碰撞的最后位置是图9的位置86，正好位于碰撞单元出口87的下游。位置86产生在离子导引件77中，出口孔85上游的一定距离处，也就是，离子导引件77仍然弯曲的位置。因为这一结构，在位置86处的离子与碰撞气体分子之间的碰撞产生的背景颗粒不具有到达检测器35或者四极出口透镜88下游的检测器35区域中的表面的视线。因此，根据图9的本实用新型的实施例，连续地经由安装绝缘体79穿过碰撞单元隔板84的离子导引件77的扩展部分实现改善地将离子从碰撞单元73传送至随后的四极质量过滤器81，同时防止由离子与碰撞气体分子之间的碰撞产生的背景颗粒在检测器35产生背景颗粒噪音。 

图10示出基本上与图9的实施例相同的本实用新型的一项实施例，除了在图10的实施例中，图9的离子导引件77的碰撞单元73被分区段为三个分离且独立的离子导引件区段90、91和92，其中任何或者所有离子导引件区段90、91和92可能施加分离的DC和RF电压。将碰撞单元73中的离子导引件配置为区段90、91和92提供相对于图9的实施例的额外的功能。例如，可通过加速母离子从四极质量过滤器33进入离子导引件区段90而经由CID产生碎片离子。同时，RF电压可施加至离子导引件区段90的杆，其使得除了具有选定的m/z值的碎片离子的所有离子以实现共振频率激荡径向喷出。这些m/z选定碎片离子然后可通过离子导引件区段90与91之间的DC补偿电压而被轴向加速，导致所选定的碎片离子的CID。所得到的第二次产生的碎片离子然后可以通过导引它们通过离子导引件区段92并且进入质量分析器81和检测器35而被m/z分析。 

在上述实用新型的任何实施例中，应当理解，任何的离子导引件或离子导引件区段可配置为四极离子导引件，具有四个极，或者杆，布置成关于中心轴线对称，如图11A中的横截面。可选择地，可在先前说明的任何RF离子导引件或离子导引件区段中利用大量的杆或极。例如，六个杆或极可结合，如图11D所示，或者如图11C所描述的八个极或杆，或者多于八个的杆或极用于这里所描述的任何离子导引件或离子导引件区段中。同样，应当理解， 这里描述的任何离子导引件或离子导引件区段可配置有横截面不是圆形的极。例如，平板也处于本实用新型的范围内，如图11B的四极结构所示的。此外，同样处于本实用新型的范围中的是所谓的“堆叠环”RF离子导引件可作为在本实用新型的任何实施例中传送离子的离子导引件。 

应当理解的是，虽然这里所描述的实施例已经将ESI离子源设置为离子源，但是任何离子源可代替地使用在任何实施例中，都处于本实用新型的范围内。尤其地，以气压操作或接近气压操作的其他离子源，诸如气压化学离子化(APCI)，电感耦合等离子(ICP)、电喷离子源以及气压(AP-)MALDI即大气压矩阵辅助的激光解吸离子源和激光烧蚀离子源，可在本实用新型的范围内使用。其他类型的以中间真空压力操作的离子源，诸如辉光放电或中间压力(IP-)MALDI即中间压力矩阵辅助激光解吸离子源和激光烧蚀离子源，或者配置在在离子源操作期间真空气压明显上升的真空区域中的其他类型的离子源，诸如电子离子化和化学离子化离子源，也可在本实用新型的范围内使用。 

另外，还应当理解的是，用于将离子源的离子传送至第一离子导引件入口的方法和/或设备并不局限于如前述实施例所描述的绝缘毛细管连接装置，但是也可包括，在本实用新型的范围内，金属毛细管，喷嘴或孔，孔阵列，或者任何其他的可用于这一目的管道，对于目前的离子源和真空状态都是合适的。 

此外，应当理解的是，虽然四极质量过滤器已经配置在这里所描述的实施例中，但是本实用新型的范围也包含其他类型的质量分析器，包括三维离子分离器，磁性扇形质量分析器，具有轴向脉冲或垂直脉冲的时间计量(time-of-flight)质量分析器，具有轴向共振喷出的二维离子分离器。 

虽然已经根据所示的实施例描述了本实用新型，但是本领域技术人员应该认识到可以对实施例作出不同的改进，这些变化方案在本实用新型的精髓和范围内。 

应当理解，优选的实施例用于提供对本实用新型的原理和其实际应用的最好诠释，使得本领域技术人员能够在各种实施例中利用本实用新型以及各种改进方案，适于所考虑的特定用途。所有这种改进和变化都处于由所附的权利要求确定的本实用新型的范围内，根据它们合法的和等同的范围进行解释。 

Claims (14)

1.一种用于样本物质分析的设备，其特征在于，包括：

a.用于从所述样本物质产生离子的离子源；

b.至少两个真空区域，其中，所述真空区域通过隔板彼此分离，其中，所述真空区域彼此连通，使得所述离子移动穿过所述隔板；

c.位于至少一个所述真空区域中的质量分析器，所述质量分析器具有入口轴线，沿着所述轴线，所述离子进入所述质量分析器；

d.位于检测器区域中的质量分析器检测器；

e.至少一个多极离子导引件，包括入口端和出口端，所述多极离子导引件具有沿着所述至少一个多极离子导引件的至少第一部分延伸的第一离子导引件轴线部分，以及沿着所述多极离子导引件的至少第二部分延伸的第二离子导引件轴线部分，所述第二部分包括所述离子导引件出口端，其中，所述离子导引件连续地从一个真空区域延伸入至少一个随后的真空区域，其中，所述离子从所述一个真空区域穿过所述至少一个多极离子导引件进入所述至少一个随后的真空区域并且到达所述出口端；

f.用于将所述离子从所述离子源传送入所述多极离子导引件的所述入口端的装置；以及

g.用于防止背景颗粒到达所述检测器的装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于防止背景颗粒到达所述检测器的所述装置包括所述第一离子导引件轴线部分，所述第一离子导引件轴线部分不与所述质量分析器的所述入口轴线共轴。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述离子导引件第一轴线同轴于所述离子导引件出口轴线，使得所述倾斜或弯折部位于所述离子导引件出口轴线与所述质量分析器入口轴线之间。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述质量分析器入口轴线同轴于所述离子导引件出口轴线，使得所述倾斜或弯折部位于所述多极离子导引件中。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于防止背景颗粒进入所述检测器的所述装置包括具有弯曲离子导引件轴线的离子导引件，其中，所述离子导引件入口处的离子导引件轴线和所述质量分析器的所述入口轴 线不处于一条直线上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的设备，其特征在于，所述多极离子导引件包括至少两个多极离子导引件区段。

7.根据权利要求1-5任一项所述的设备，其特征在于，所述真空区域包括三个或更多的真空区域。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述真空区域包括三个或更多的真空区域。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述离子源是电喷离子源或者大气压矩阵辅助的激光解吸离子源或者激光烧蚀离子源。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述离子源是辉光放电离子源或者中间压力矩阵辅助激光解吸离子源或者激光烧蚀离子源或者电子离子化离子源或者化学离子化离子源。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述质量分析器是四极质量过滤器或者三维离子收集器或者磁性扇区质量分析器或者具有轴向脉冲的时间计量质量分析器或者具有垂直脉冲的时间计量质量分析器或者具有轴向共振喷射的二维离子收集器。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多极离子导引件包括四个极或六个极或八个极或多于八个的极。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述极包括圆杆或平板。

14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多极离子导引件包括具有堆叠环离子导引件的多个环。 

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