改善离子检测器的泵送的方法和设备与流程

1.本发明总体上涉及科学分析装备的操作。更具体地，本发明涉及操作基于质量分离粒子的仪器(诸如质谱仪)的方法。这样的方法是为了提高离子检测器的性能和/或使用寿命。还提供了配置成根据本发明的方法可操作的设备。


背景技术：

2.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。放大装置可以是本领域公知的布置在电子放大链中的一系列倍增极。在检测器中，放大的电子信号撞击到终端阳极上，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。
3.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。
4.对于许多类型的质谱法，分离的离子物类各自依次被引导到检测器中。该过程通常被称为“扫描”或“扫掠”质谱。作为一个示例，传输四极杆质量分析仪通过使用振荡电场来扫描质谱，以选择性地使通过在四个平行杆之间产生的射频四极场的离子的路径稳定或不稳定。在任何一个时间，只有在一定质量/电荷比范围内的离子通过，然而，对杆上电位的改变允许快速扫描宽范围的m/z值。
5.扫描通常是通过改变杆电位来实现的，从而使m/z值依次增加或减少的离子撞击检测器。参考图1，它示出了在扫描模式下四极杆质量分析仪的质谱，其中离子峰通过增加质量依次离开四极杆。在该示例中，样品(当电离时)提供具有变化的信号电平的20个离散离子质量。这些峰标记有它们的质量数。将注意到，一些峰值不包含任何信号(6、11、13和14)。
6.本领域中的一个问题是，在质谱仪中使用的基于电子发射的检测器的性能随着时间的推移而降低。人们认为二次电子发射随着时间的推移而减少，导致电子倍增器的增益降低。为了补偿这一过程，必须定期增加施加到倍增器的操作电压，以保持所需的倍增器增益。然而，最终倍增器将需要替换。需注意，检测器增益可能急剧地和缓慢地受到负面影响。
7.现有技术人员已经通过增加倍增极表面积解决了倍增极老化的问题。表面积的增加用来将电子倍增过程的工作负荷分布在更大面积上，有效地减缓了老化过程并提高了操作寿命和增益稳定性。这种方法仅提供使用寿命的适度增加，并且当然会受到质谱仪器内的检测器单元的大小约束的限制。
8.在诸如通道倍增器的连续电子倍增器(cem)中，现有技术人员试图通过使用椭圆形横截面代替本领域公认的圆形设计来增加发射表面积。虽然使用寿命的增加是明显的，但这种增加与表面积增加不成比例。因此，除表面积之外的一个或多个因素似乎对使用寿命有影响。
9.在本领域中，基于电子发射的检测器的性能在其使用寿命的初始阶段期间在增益方面可能更快地劣化也是一个问题。这种初始增益损失有时被称为“烧入”。通过采用初始的密集操作周期，以便在仪器用于实际分析工作之前快速克服“烧入”周期，现有技术人员已经解决这个问题。虽然有效，但是这种方法花费时间和精力，并且延迟了新检测器的实现。
10.本发明的一个方面是通过提供具有延长的使用寿命和/或改善的性能的检测器来克服或改善现有技术的问题。另一个方面是提供一种有用的现有技术的替代方案。
11.文件、行为、材料、设备、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技术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。


技术实现要素：

12.在第一方面，但不一定是最广泛的方面，本发明提供了一种用于操作离子检测器的方法，该方法包括以下步骤：提供包括具有一定范围的质量的离子的离子流，基于质量分离离子流的离子，以及控制分离的离子对离子检测器的电子发射表面的撞击的定时和/或次序，以修改离子检测器的一个或多个参数。
13.在第一方面的一个实施例中，离子检测器的一个或多个参数中的一个是电子通量。
14.在第一方面的一个实施例中，离子检测器的一个或多个参数中的一个是在检测器运行时间期间电子发射表面被离子撞击的时间，与在检测器运行时间期间检测器不被离子撞击的时间相比较。
15.在第一方面的一个实施例中，离子检测器的一个或多个参数中的一个是检测器泵送的水平。
16.在第一方面的一个实施例中，离子检测器的一个或多个参数中的一个是污染物对电子发射表面的污染的程度。
17.在第一方面的一个实施例中，检测器被配置成限定内部检测器环境和外部检测器环境，并且离子检测器的一个或多个参数中的一个是内部检测器环境和外部检测器环境之间的平衡状态。
18.在第一方面的一个实施例中，检测器被配置成限定内部检测器环境和外部检测器环境，并且离子检测器的一个或多个参数中的一个是内部检测器环境和外部检测器环境的耦合或解耦。
19.在第一方面的一个实施例中，离子检测器的一个或多个参数中的一个是性能参数，并且修改是性能参数的改进。
20.在第一方面的一个实施例中，离子检测器的一个或多个参数中的一个是使用寿命参数，并且修改是使用寿命参数的改进。
21.在第一方面的一个实施例中，该方法包括以下步骤：控制分离的离子对电子发射
表面的撞击，使得离子物类撞击的顺序使得离子物类中的至少三个的次序不是以按照质量的升序或降序进行。
22.在第一方面的一个实施例中，该方法包括控制分离的离子对电子发射表面的撞击的步骤，使得：(i)与其中离子以按照质量的升序或降序撞击的操作方法相比，改变离子撞击的顺序，和/或(ii)改变顺序或离子撞击以形成离子信号最大值，和/或(iii)根据检测器的弛豫周期的定时来修改离子撞击的定时，和/或(iv)修改离子撞击的定时，以缩短或延长两个不同质量的离子的撞击之间的时间段。
23.在第一方面的一个实施例中，将该修改与检测器操作的方法进行比较，其中(a)离子按照质量以升序或降序撞击，或者(b)离子根据离子流的线性扫描在某个时间撞击。
24.在第二方面，本发明提供一种用于操作离子检测器的方法，该方法包括以下步骤：提供包括具有一定范围的质量的离子的离子流，基于质量分离离子流的离子，控制分离的离子对离子检测器的电子发射表面的撞击的顺序和/或定时，以便与在检测器运行时间期间检测器未被离子撞击的时间相比，调节检测器被离子撞击的时间。
25.在第二方面的一个实施例中，调节是对检测器被离子撞击的时间的上调或下调。
26.在第二方面的一个实施例中，上调是与其中方法中不包括这样的控制和调节的可比操作方法相比，检测器被离子撞击的检测器运行时间上的增加，下调是与其中方法中不包括这样的控制和调节的可比操作方法相比，检测器被离子撞击的检测器运行时间上的减少。
27.在第二方面的一个实施例中，可比操作方法包括使一定质量范围的分离的离子以按照质量的升序或降序依次撞击离子检测器的电子发射表面。
28.在第二方面的一个实施例中，分离的离子的质量范围覆盖离子流中离子的所有质量的至少20%、40%、40%、50%、60%、70%、80%或90%。
29.在第二方面的一个实施例中，离子检测器被构造成提供内部检测器环境和外部检测器环境，并且其中，控制的步骤导致内部检测器环境与外部检测器环境之间的耦合中的改变。
30.在第二方面的一个实施例中，耦合中的改变是内部检测器环境与外部检测器环境之间的耦合水平的降低。
31.在第二方面的一个实施例中，离子检测器被构造成提供内部检测器环境和外部检测器环境，并且其中，控制的步骤导致内部检测器环境向外部检测器环境的泵送中的改变。
32.在第二方面的一个实施例中，泵送中的改变是内部检测器环境的泵送中的增加。
33.在第二方面的一个实施例中，离子检测器被构造成提供内部检测器环境和外部检测器环境，并且其中，控制的步骤导致在内部检测器环境与外部检测器环境之间的耦合中的改变之后在内部检测器环境和外部检测器环境之间建立和/或重新建立平衡的时间上的改变。
34.在第二方面的一个实施例中，在内部检测器环境和外部检测器环境之间建立和/
或重新建立平衡的时间上的改变是时间上的增加。
35.在第二方面的一个实施例中，控制的步骤控制离子对离子检测器的电子发射表面的撞击的定时。
36.在第二方面的一个实施例中，离子对离子检测器的电子发射表面的撞击的定时使得离子的撞击的次序不是按照离子的质量顺序的。
37.在第二方面的一个实施例中，在2、3、4、5、6、7、8、9或10个离子的组中的离子的撞击的次序不是按照该组内的离子的质量顺序的。此外或备选地，2、3、4、5、6、7、8、9或10个离子的组的撞击的次序不是按照组中的离子的质量顺序的。
38.在第二方面的一个实施例中，离子对离子检测器的电子发射表面的撞击的定时使得与以按质量上升或下降的方式扫描离子流的情况相比，任何两次或更多次离子撞击之间的间隔被改变。
39.在第二方面的一个实施例中，离子对离子检测器的电子发射表面的撞击的定时使得与以按质量上升或下降的方式扫描离子流的情况相比任何3、4、5、6、7、8、9、10或更多次离子撞击之间的间隔被改变。
40.在第二方面的一个实施例中，与以按质量上升或下降的方式扫描离子流的情况相比，任何两次或更多次离子撞击之间的间隔减小。
41.在第二方面的一个实施例中，离子对离子检测器的电子发射表面的撞击的定时使得一系列离子形成离子信号最大值。
42.在第二方面的一个实施例中，离子信号最大值在一系列离子信号的开始处具有最大值。
43.在第二方面的一个实施例中，该方法包括以下步骤：改变离子对离子检测器的电子发射表面的撞击的次序，以便与以按质量上升或下降的方式扫描离子流的情况相比不同于顺序撞击。
44.在第三方面，本发明提供了一种分析仪器，该分析仪器包括：样品电离装置，离子引导装置，离子控制装置，以及离子检测装置，其中，离子引导装置被配置成将来自样品电离装置的离子流朝向离子检测装置引导，并且离子控制装置被配置成改变离子检测装置的参数。
45.在第三方面的一个实施例中，离子控制装置被配置成改变离子对离子检测装置的撞击的次序，以便不同于以按质量上升或下降的方式扫描离子流的撞击的次序。
46.在第三方面的一个实施例中，离子控制装置被配置成改变离子对离子检测装置的撞击的定时，以便不同于以按质量上升或下降的方式扫描离子流的撞击的定时。
47.在第三方面的一个实施例中，离子控制装置被配置成执行根据第一或第二方面的任何实施例的方法。
48.在第三方面的一个实施例中，分析仪器是质谱仪。
49.在第三方面的一个实施例中，质谱仪基于飞行时间操作。
50.在第三方面的一个实施例中，质谱仪包括四极杆质量分析仪。
附图说明
51.图1图示了现有技术中典型类型的四极杆质谱仪输出，示出了以质量增加的次序由离子对检测器表面的顺序撞击产生的质量峰。
52.图2图示了四极杆质谱仪输出，其中离子在运行时间以按质量排序的次序撞击检测器表面。在运行时间内，带有信号的离子被“聚束”在一起，以最小化离子的到达之间的时间。理想的是，不同质量的离子的到达之间的时间小于检测器弛豫时间，如图所示。第二目标是将不具有离子信号或具有可忽略的离子信号的离子聚束在一起。这样，没有离子到达的不可避免的时间(因为有必要继续扫描这些质量和将系统开销考虑进来)变成单个间隔，在此期间内部和外部检测器环境重新平衡。一旦超过弛豫时间的三倍，在没有离子到达的更长间隔内就没有进一步的损害。应当理解，撞击的次序是图1所示离子质量体的退出的严格质量排序次序的重新排列。
53.图3图示了四极杆质谱仪的输出，其中离子在运行时间内以大体上按照质量排序(例外是离子质量体13和14)的次序撞击检测器表面，离子质量体按照时间排序撞击，以避免离子撞击之间的时间超过检测器的弛豫时间。当离子到达时，这保留了在检测器内部创造的优越的内部环境的相当大一部分。
54.图4图示了四极杆质谱仪的输出，其中离子在运行时间内以使得离子被分组以形成一系列尖峰布置(就信号而言)的次序撞击检测器表面。当不同质量和信号强度的离子到达时，预计这种尖峰将使检测器泵送其内部体积的能力最大化。
55.图5图示了四极杆质谱仪的输出，其中离子在运行时间内以使得离子被分组以形成单个尖峰布置的次序撞击检测器表面，尖峰组与不具有信号的离子质量体分离。聚束离子以形成尖峰组使检测器的内部体积的泵送最大化。在该图中所示的情况基本上是图2和图4的组合，因为策略是使不同质量的离子到达之间的时间最小化，同时使用尖峰来最大化检测器的泵送效应。
56.图6图示了四极杆质谱仪的输出，其中离子在运行时间内以使得离子被分组以形成一系列尖峰布置的次序撞击检测器表面，尖峰组按照时间排序输出，以避免离子撞击之间的时间超过检测器的弛豫时间。在该图中所示的情况基本上是图3和图4的组合，因为策略是将离子到达排列成组，使得离子的到达之间的最大时间不超过检测器弛豫时间。同时，每个组内的离子形成尖峰，以便使在每个组期间检测器的泵送最大化。
具体实施方式
57.在考虑了该描述之后，对于本领域技术人员来说，如何在各种备选实施例和备选应用中实现本发明将是显而易见的。然而，尽管这里将描述本发明的各种实施例，但是应当理解，这些实施例仅作为示例而非限制地呈现。因此，对各种备选实施例的这种描述不应被理解为限制本发明的范围或广度。此外，优点或其它方面的陈述适用于特定的示例性实施例，并且不一定适用于权利要求书所覆盖的所有实施例。
58.在本说明书的整个描述和权利要求书中，词语“包括”和该词语的变体，诸如“包含”和“含有”，并不旨在排除其它添加剂、组分、整体或步骤。
59.贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书中各处出现的
短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指同一实施例，但是可以指同一实施例。
60.本发明至少部分地基于发明人的发现，即检测器在操作期间可以起到泵的作用，该泵送功能能够作为用于清洁或保持清洁的内部检测器环境的手段来利用。泵送功能导致内部和外部检测器环境移动远离平衡条件，其中污染物进入内部检测器环境的可能性与另一污染物离开内部检测器环境的可能性相同。检测器的真空传导率决定了外部环境中的气体到达检测器的内部环境(我们使用检测器“弛豫时间”来表征)并重新建立平衡所需的时间。重新建立平衡所需的时间越长，检测器可以在优越的内部环境中操作的时间就越长。
61.污染物可以是载气(诸如氢、氦或氮)，其用来将样品传导到质谱仪的电离装置，继续超过质量分析仪并朝向离子检测器。备选地，污染物可以是由载气携带的原子、分子或粒子。在其他情况下，污染物与载气无关，并通过某种其他手段出现在检测器周围。在任何情况下，污染物在与检测器的功能表面(诸如电子发射表面或收集器/阳极表面)接触时具有负面地影响该表面的倾向。
62.虽然本发明主要涉及通过在运行时间期间明智地调节离子对检测器的撞击来利用检测器泵送，但可以结合使用用于改善检测器内部环境的其他手段。例如，引导载气流远离检测器或调节检测器的真空传导率可以增强单独由检测器泵送提供的优势。
63.上面提及的检测器表面的污染具有短期的负面影响(瞬时改变检测器的性能)，但也有更长期的负面影响，这导致长期性能不足和检测器使用寿命的缩短。申请人规定，在离子以有利于检测器泵送的方式撞击在检测器的电子发射表面上的情况下，可以改善离子检测器性能和/或使用寿命。然后，检测器的结构可以影响污染物从检测器外部环境流到检测器内部环境的容易程度。优选地，检测器被构造成具有低真空传导率，从而抑制污染物向检测器内的流动。此外或备选地，泵送的促进可以加速污染物从检测器的内部环境向外部环境的退出。在另一种情况下，泵送可以导致从平衡状态的转变离开或延迟内部检测器环境和外部检测器环境之间平衡状态的返回。
64.本发明提供了用于从内部检测器环境中排除污染物的新颖手段，以保持离子检测器的电子发射表面和电子收集表面周围的更清洁的环境。
65.这种更清洁的内部环境主要延长了检测器的使用寿命。根据检测器如何操作，第二个益处还包括降低的噪声、更高的灵敏度、增加的动态范围和减少的离子反馈。
66.根据本发明，通过明智地排序和/或定时离子对检测器电子发射表面的撞击，改善了在运行时间内的检测器泵送。该方法不同于现有技术，其中在运行时间内扫描离子流以按质量的次序(上升到下降，或下降到上升)聚焦离子，使得检测器电子发射表面的离子撞击按顺序的质量次序进行。就运行时间内离子撞击的明智定时而言，本发明与现有技术的不同之处在于，定时被控制以便根据质量信号(或缺少质量信号)对离子进行分组或分离。
67.如将理解的，离子撞击的控制可以在排序和定时两方面都具有效果。例如，较高质量的离子可能“超越”较低质量的离子(或者反之亦然)，从而背离了按照质量对离子进行的顺序排序。在这种情况下，通过延迟(适时地)一个离子的撞击以允许另一个离子的“超越”，离子被重新排序。
68.例如，对具有高丰度的撞击离子定时使检测器中的电子流在短时间内集中，从而产生高水平的二次电子流，并因此产生较高水平的泵送。这种高水平的泵送反过来有助于净化检测器内部环境，从而有利于污染物从其中排出，或防止污染物进入其中。
69.从另一个角度考虑，高水平的泵送可以用来将内部检测器环境和外部检测器环境解耦，或者将内部检测器环境和外部检测器环境从平衡状态转变离开，或者进一步离开平衡状态。
70.在任何情况下，通过改善检测器泵送来促进检测器内更清洁的环境。
71.在另一备选方案中，离子撞击的定时被修改，使得高水平的电子流正好在检测器处于弛豫周期之前存在，弛豫周期是在检测器内部形成的基本上完美的真空以与外部环境平衡所经历的周期。在弛豫周期期间，污染物更有可能从外部检测器环境传递到内部检测器环境，因此在弛豫周期之前保持高电子通量导致内部和外部检测器环境的高水平解耦(即，使环境进一步移动远离平衡)，使得在弛豫周期期间，环境不太可能移动回到平衡状态。当处于平衡状态时，污染物可以在内部和外部检测器环境之间自由扩散，从而增加污染物接触检测器表面并变得以化学方式“缝合”到检测器表面的可能性，这将物理吸附的污染物转化为化学吸附的污染物。根据定义，平衡状态对应于进入和离开内部检测器环境的污染物的相等速率。因此，平衡状态很可能产生污染物在检测器表面上的最大净分布，因此应该避免。
72.在另一备选方案中，修改离子撞击的定时，使得高丰度离子首先撞击检测器表面，并且随后低丰度离子按照丰度不断减少的次序撞击。这具有在短时间内引起即时和高水平的检测器泵送的效果，从而比在离子质量体就信号电平而言不受影响的情况更有效地净化内部检测器环境。
73.作为第一步，本方法典型地将包括对所考虑的分析物的质量组成的初步分析。典型地，这些方法将在质谱仪上实现，并且在这种情况下可以执行在预期质量范围内的规则扫描，以提供图1所示类型的频谱。在决定如何最好地修改在接下来的运行时间步骤期间离子质量体中的每一个的撞击的次序和/或定时时，该频谱被用作起点。这种决定可以通过人类对频谱的评估来做出，或者更常见地通过软件编码的算法手段来做出。
74.一旦做出了关于如何对样品中的各种离子质量体的撞击进行最佳重新排序和/或重新定时的决定，质谱仪改变到运行时间模式，并对样品进行分析。
75.在该方法的一些实施例中，上面描述的初步分析步骤是不必要的，并且根据先前对类似样品的经验或基于样品的可能质量组成的知识的预测来进行离子撞击的次序和或时间的修改。
76.在运行时间操作中，质谱仪的质量分析仪被控制以实现对检测器的电子发射表面的离子撞击的所需次序和/或定时。如技术人员所理解的，质量分析仪是负责基于离子的质荷比选择离子的质谱仪的部件。一些质量分析仪主动选择特定质量来传输到检测器。这方面的示例是使用四极杆的质谱仪。在这些系统中，有可能控制传输到检测器的离子质量体的顺序。典型地，可访问的质量范围以上升或下降的方式重复扫描。术语“扫描”在本领域中用来表示这种顺序质量扫描。
77.例如，质量分析仪可以是四极杆，它根据离子在施加到四极杆的杆的振荡电场中的轨迹的相对稳定性来分离离子。四极杆在预期的宽质量范围内对给定质量(或窄质量范围)的选择典型地通过计算机控制来实现，并且因此可以在软件控制下进行。
78.本发明可用除四极杆以外类型的质量分析仪操作，并且在熟悉所有类型的质量分析仪的情况下，技术人员完全能够将本发明应用于具有本说明书的益处的广泛的分析仪类
型。
79.本方法可以应用于安装在现有质谱仪器中的现有技术离子检测器。本方法可以以包括执行任何所需方法步骤的程序指令的软件的形式来实现。程序指令可以是质谱仪系统的一部分，该质谱仪系统包括硬件部件(包括计算机处理器)和存储在与处理器相关联的电子存储器中的程序指令。
80.在一些实施例中，可以应用本方法的离子检测器是现有技术检测器。然而，优选地，该检测器具有有利于内部检测器环境与外部检测器环境的解耦的物理特性。根据本方法，物理特性与检测器的改善的功能协同作用，以减少检测器的电子发射表面和电子收集表面污染的机会。
81.在一个实施例中，离子检测器被配置成允许用户控制(多个)电子发射表面和/或电子收集器表面周围的环境，使得(多个)电子发射表面周围的环境不同于紧邻外壳外部的环境。
82.离子检测器可以包括外壳，该外壳被配置成有利于建立和/或保持(i)(多个)电子发射表面和/或电子收集器表面周围的环境和(ii)紧邻检测器外部的环境中的差异。
83.离子检测器可以包括用于在(多个)电子发射表面和/或电子收集器表面周围建立与紧邻外壳外部的环境不同的环境的装置。
84.离子检测器可以包括用于用户控制(多个)电子发射表面和/或电子收集器表面周围的环境的装置，使得(多个)电子发射表面周围的环境不同于紧邻外壳外部的环境。
85.离子检测器可以被物理地配置成使得(多个)电子发射表面和/或电子收集器表面周围的环境在以下方面不同于紧邻外壳外部的环境：相应的环境中气体物类的存在、不存在或分压；和/或相应的环境中污染物物类的存在、不存在或浓度。
86.离子检测器可以被物理地配置成与没有如此配置的现有技术的相似或其他方面相同的离子检测器相比增加或减少离子检测器的真空传导率。优选地，离子检测器被配置成降低真空传导率，从而抑制或防止污染物从检测器外部的环境移动到(多个)电子发射表面和/或电子收集器表面周围的环境。
87.离子检测器可以被物理地配置成允许用户控制离子检测器的真空传导率。
88.离子检测器可以被物理地配置成利用质谱仪真空室的分子流条件。以这种方式配置的检测器可以利用从离子检测器外部到内部流动的气体的分子流条件。
89.离子检测器可以被物理地配置成或包括用于维持离子检测器内部的低压的物理装置。
90.离子检测器外壳可以由约3个或更少的外壳部分或者约2个或更少的外壳部分形成，或者由单件材料形成。外壳可以包括一个或多个不连续部。
91.在第一方面的一个实施例中，离子检测器包括用于中断离子检测器外部的气体流以免进入一个或多个不连续部中的一个或全部的装置。在这个意义上，一个或多个不连续部中的至少一个或者一个或多个不连续部中的全部可以尺寸设计成限制或防止离子检测器外部的气体进入离子检测器。一个或多个不连续部中的至少一个或者一个或多个不连续部中的全部可以不比其功能所需的更大。
92.一个或多个不连续部中的至少一个或者一个或多个不连续部中的全部可以定位在外壳上和/或相对于离子检测器定向，以便限制或防止离子检测器外部的气体进入离子
检测器。
93.一个或多个不连续部中的至少一个或者一个或多个不连续部中的全部可以具有与其相关联的气流屏障。气流屏障中的至少一个或所有气流屏障可以被配置成限制或防止离子检测器外部的气体直线进入离子检测器。气流屏障中的至少一个或所有气流屏障可以包括从不连续部的周边向外延伸的一个或多个壁。气流屏障中的至少一个或所有气流屏障可以是细长的和/或纤细的。气流屏障中的至少一个或所有气流屏障可以包括一个或多个弯曲部和/或一个或多个90度弯曲部。
94.气流屏障中的至少一个或所有气流屏障可以包括挡板。气流屏障中的至少一个或所有气流屏障可以形成为具有远离不连续部的开口的管。远离不连续部的开口可以定位在管上和/或相对于离子检测器定向，以便限制或防止离子检测器外部的气体进入离子检测器。
95.气流屏障中的至少一个或所有气流屏障可以是弯曲的和/或在其上的外表面上没有拐角。外壳的外表面是弯曲的，或者包括曲线，和/或没有拐角。
96.离子检测器可以包括内部挡板，该内部挡板可以中断通过离子检测器的视线。
97.离子检测器可以包括输入孔口，其中输入孔口具有小于约0.3cm2的横截面积。离子检测器可以被配置成使得不存在穿过离子检测器的视线。
98.离子检测器可以与离轴输入离子光学设备在功能上相关联，该离轴输入离子光学设备被配置成抑制或防止气体在离子检测器周围的停滞。离轴离子输入光学设备可以被配置成允许气体基本上自由地流过其中。离轴离子输入光学设备可以包括外壳，该外壳包括一个或多个不连续部，这些不连续部定位或定向成防止气体在离子检测器周围停滞和/或允许气体基本上自由地流过。
99.离子检测器可以被配置成操作，使得从离子检测器外部到内部和/或从离子检测器内部到外部流动的气体具有常规流体的流动特性和/或不具有分子流的流动特性。
100.离子检测器可以具有导致或有助于改变检测器的真空传导率的一个或一组特征。检测器可以实施为以下形式：密封的检测器；部分密封的检测器；具有一个或多个气流屏障的检测器；与适当设计的离轴输入光学器件相关联的检测器，该光学器件将存在的任何气体流转移离开检测器；包括一个或多个气流屏障的检测器，该气流屏障与适当设计的离轴输入光学器件相关联，该光学器件将存在的任何气体流转移离开检测器；检测器，其包括诸如通风口、栅格、开口和/或孔口的不连续部，以防止具有视线输入孔口的检测器中气体的局部积聚；包括一个或多个气流屏障的检测器，该气流屏障还包括诸如通风口、栅格、开口和/或孔口的不连续部，以防止具有视线输入孔口的检测器中气体的局部积聚；检测器，其使用可调节(并且优选地可移动的)气流屏障来在抽空期间最大化传导率并在操作期间最小化传导率。
101.要强调的是，检测器或输入光学器件的物理特性不是本发明的基本要素，然而，当与本发明结合时，可以提供进一步的优点。
102.为了更全面地描述本发明，现在参考以下非限制性说明性示例。
103.示例下文公开的示例性实施例涉及进入检测器的离子质量峰的到达被有意地布置成使检测器的内部体积的泵送最大化的方法；或使来自外部环境的污染物分子移动到检测器
内部环境内(恢复时间)并将污染物分子补充至平衡状态的可用时间最小化。前者通过将入射离子质量体的到达布置成在时间上尽可能紧密地靠近来实现(特别是对于那些具有最高信号电平的质量体)。当检测器操作时，这使所实现的泵送量最大化。后者通过有意地错开离子到达的时间以使检测器可用的恢复时间最小化来实现。在这两种情况下，这很可能需要在时间上连续地布置离子的到达，当以上升或下降的质量布置时，这些离子不是顺序的。在这两种情况下，该方法布置离子的有利到达，这种到达不一定仍然是按质量排序的。这可以被称为“质量跳跃”。
104.如本文中其他地方所讨论的，在现有技术中，离子到达检测器布置成丝毫没有考虑对检测器操作寿命或检测器性能的影响。离子典型地布置成以上升或下降的质量到达。这是操作四极杆和离子阱质量分析仪最方便的方式。这是操作飞行时间系统的唯一方式。通过设计，飞行时间系统根据离子的质量以连续的方式按时间分离离子。
105.图1示出了现有技术中典型的四极系统中离子到达时间的代表性布置。质量范围被顺序地扫描，间隙在频繁的半规则基础上出现。这些间隙可能是有意的(这允许诸如动态处理的任务)或者是系统死区时间的结果。质量体没有信号在现实中是常见的。在该图中的一些质量峰不包含信号。这具有产生附加的或延长的存在间隔的效果，在该存在间隔中没有质量体到达检测器。
106.当顺序地扫描质量范围时，样品内的质量体将决定检测器“开启”和“关闭”的时间间隔。当处于“开启”状态时，检测器有效地抽吸其内部环境。随后，当检测器处于
‘
关闭’状态时，内部环境与外部环境重新建立平衡。
107.质量跳跃使检测器在优越(即清洁)的内部环境下操作的时间最大化。当质量跳跃时，离子的到达实现以下一者或两者。首先，连续离子到达的持续时间可以最大化。目标是加强在离子在给定的间隔内到达时离子的泵送效应。这可以被称为“聚束”或“聚束的质量跳跃”。其次，离子到达可以交错以匹配检测器的弛豫时间。目标是限制内部和外部环境达到平衡的可用时间量。这可以被称为“交错”或“交错质量跳跃”。在这两种方法中，存在内部和外部检测器环境的解耦。
108.确定这两种方法或其组合中的哪一种最适合于给定的系统和样品将取决于各种因素。这包括系统的质量体回转/切换速度以及任何灵敏度和吞吐量要求。另一个主要因素是检测器的传导率。可以预期，随着检测器真空传导率的增加，聚束变得比交错更有效。这是因为内部和外部检测器环境的相应地更强的耦合要求内部环境的更有效的抽吸。
109.无论采用哪种方法或两者的组合，都存在进一步的优化。通过确保离子在最大信号之后按递减信号的次序布置，有可能进一步优化给定到达窗口内离子的到达。这可能被称为“尖峰化”或“尖峰化质量跳跃”。尖峰化质量跳跃序列将尽可能快地抽吸内部检测器环境。这将使检测器在优越的内部环境下操作的时间最大化。这实现了内部和外部检测器环境的更高水平的解耦。
110.质量跳跃的重要应用是将内部和外部检测器环境解耦。这可以使用聚束的、交错的和尖峰化的离子到达的组合来实现。相比利用常规扫描已实现的，使用这三者的组合，可以产生更清洁的内部检测器环境，并维持更长的时间。这有效地降低了内部和外部检测器环境之间的耦合。这种更清洁的内部环境主要延长了倍增器的操作寿命。根据检测器如何操作，第二个益处还包括降低的噪声、更高的灵敏度、增加的动态范围和减少的离子反馈。
111.将聚束、交错和尖峰化相结合的益处是可以适应不可避免的死区时间和四极杆的性能限制。
112.例如，给定的四极杆可能不可能将具有显著输出信号的所有质量体聚束在一起。在这种情况下，离子可以聚束成尽可能少的组，同时将这些组交错以将“关闭”间隔限制到《=3
×
检测器弛豫时间。然后，每个组内的离子会被尽可能多地尖峰化。
113.在另一个示例中，可能不可能将“关闭”间隔限制到《=3
×
检测器弛豫时间。在这种情况下，聚束可以用来利用这样一个事实，即延长“关闭”间隔超过约4
×
弛豫时间没有进一步的影响。一旦“关闭”间隔长到足以使检测器的内部和外部环境平衡，更长的“关闭”间隔就没有额外的影响。在实践中，聚束用来消除较小的“关闭”间隔，以延长已经足够长的“关闭”间隔来实现平衡。
114.示例1：导致具有信号的离子质量体远离不具有信号的离子质量体的分组的离子撞击定时的配置现在参考图2。质谱仪最初在预运行时间内顺序地扫描通过可能的离子质量范围。当信号被记录时，信号被分析，以确定观察到对应于高输入离子数目的大输出信号的质量体。然后在运行时间配置离子质量体的序列，将这些质量体聚束在一起。将注意到，在运行时间，具有信号的离子质量体(即标记为1、2、3、4、5、7、8、9、10、12、15、16、17、18、19和20的物类)被分组在一起，并使其首先按质量顺序撞击检测器表面。没有顺序的离子质量体(即标记为6、11、13和14的物类)被定时以作为第二组撞击。应当理解，图2的频谱是图1所示的现有技术频谱的重新排列。
115.在该实施例中，考虑到在较短时间段内离子撞击的集中，将在较早时间看到较高水平的电子泵送(由于电子流)。在随后的时间，电子流停止，并且因此泵送减少。然而，在较早时段看到的高水平泵送可能越过阈值，使得尽可能多的离子到达，同时检测器内部环境尽可能干净。
116.这种将离子质量体分组的方法并不一定适用于具有信号的离子质量体与不具有信号的离子质量体的划分。例如，在所有离子质量体都具有信号并且较高信号离子质量体远离第二组中具有低信号的离子质量体被划分在第一组中的情况下，可以预期类似的效应(尽管可能较低的效应)。
117.示例2：导致避免在检测器弛豫周期期间撞击的离子质量体的分组的离子撞击定时的配置在该实施例中，质谱仪最初顺序地扫描通过预期的离子质量范围。当信号被记录时，信号被分析，以确定具有对应于高输入离子数目的大输出信号的质量体。然后，离子质量体的序列在运行时间被配置成使这些质量体在时间上交错，以间隔开不超过检测器的弛豫时间的三倍的时间。在该实施例中，由这些间隔产生的检测器“关闭”时间与检测器弛豫时间同步。如将理解的，图2的频谱是图1中的频谱的重新排列。
118.将离子质量体分组并使分组的质量体的撞击同步以避免检测器的周期性弛豫时间或使其提前提供了实际的优点。在内部和外部检测器环境重新平衡之前，可以尽可能长时间地利用检测器清洁的内部环境。为了达到这个目的，可以执行该方法，使得下一组离子在达到平衡之前到达。通过该方法，有可能从与先前的位置相比较更好的位置(就内部清洁度而言)开始泵送。从长远来看，这种方法可以获得比在相同的检测器弛豫时间下本来的情
况更清洁的内部检测器环境。
119.示例3：导致信号尖峰的离子撞击定时的配置在该实施例中，质谱仪最初顺序地扫描通过预期的离子质量范围。当信号被记录时，信号被分析，以确定具有对应于高输入离子数目的大输出信号的质量体。各个组内的离子按信号递减的次序排列，以产生在开始处具有峰的斜坡状队形。应当理解，图4所示的频谱是图1所示频谱的重新排列。
120.在图4中，离子质量体被定时以分几组撞击检测器的电子发射表面。例如，一组包括标记为5、3、1、2和4的离子物类。该组中的物类已排列成斜坡状队形，该队形在该组的第一物类(5)处就信号而言最大，并且顺序地减少到该组中的最末物类(4)。第一组的撞击导致离子通量中的迅速增加和因此检测器泵送中的迅速增加。随着时间的推移，电子通量减小，并且在该组中的最末物类(5)的撞击之后停止一段时间。第二组的第一物类(9)然后撞击，再次导致电子通量中的迅速增加和因此检测器泵送的增加。
121.作为图4所示排列的备选方案，离子质量体顺序地排列，以便一直增加到峰，然后下降。
122.应当理解，本发明的示例性实施例的描述、本发明的各种特征有时被组合在单个实施例、附图或其描述中，目的是简化公开内容并帮助理解各种发明方面中的一个或多个。然而，该公开方法不应被解释为反映所要求保护的发明需要比每个权利要求中明确陈述的更多特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，发明方面在于少于单个前述公开的实施例的所有特征。
123.此外，虽然本文描述的一些实施例包括其它实施例中包括的一些特征，但不包括其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着在本发明的范围内，并且形成不同实施例，如本领域技术人员将理解的。例如，在下面的权利要求中，任何要求保护的实施例可以以任何组合使用。
124.在本文提供的描述中，阐述了许多具体细节。然而，应当理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其它情况下，没有详细示出公知的方法、结构和技术，以免混淆对本说明书的理解。
125.因此，虽然已经描述了被认为是本发明的优选实施例的内容，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对其进行其它和进一步的修改，并且意图要求所有这些变化和修改落入本发明的范围内。功能可以添加到图中或从图中删除，并且操作可以在功能框之间互换。在本发明的范围内，可以向所描述的方法添加或删除步骤。
126.尽管已经参照具体示例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，本发明可以以许多其它形式来体现。