包括电子倍增器的仪器的改进的制作方法

1.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：

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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.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。
12.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：

13.在一个方面，但不一定是最广泛的方面，本发明提供一种用于检测粒子(诸如离子)的设备，该设备包括：粒子检测器，该粒子检测器包括粒子转换装置和二次电子放大装置，粒子转换装置被配置成在入射离子撞击到其上时将入射离子转换成一个或多个二次电子，二次电子放大装置被配置成接收并放大由粒子转换装置发射的一个或多个二次电子并输出输出信号；放大器，其被配置成接收并放大交叉场检测器的输出信号；和数字化装置，其被配置成接收并数字化放大器的输出，其中，粒子检测器是交叉场检测器，其可操作以将入射粒子到二次电子的放大限制到每个入射粒子约107、106、105或104个二次电子的最大值。
14.在第一方面的一个实施例中，粒子转换装置和二次电子放大装置是一体单元。
15.在第一方面的一个实施例中，交叉场检测器是飞行时间检测器，并且粒子转换装置是离子撞击板。
16.在第一方面的一个实施例中，飞行时间检测器被配置成提供小于约2 ns、1.5 ns、1 ns、0.9 ns、0.8 ns、0.7 ns、0.6 ns、0.5 ns或0.4 ns的fwhm(半峰全宽)的脉冲宽度。
17.在第一方面的一个实施例中，飞行时间检测器被配置成在从检测器输入孔口延伸到离子撞击板的区域中提供高度均匀的静电场，入射粒子通过该检测器输入孔口被接收。
18.在第一方面的一个实施例中，高度均匀的静电场至少部分地由成对的栅格提供，每个栅格具有正交于离子撞击板的平面，每个栅格由平行导线制成。
19.在第一方面的一个实施例中，高度均匀的静电场至少部分地由远离离子撞击板延伸的凸缘提供，该凸缘位于离子撞击板的边缘处，由离子撞击板发射的二次电子在该凸缘上行进。
20.在第一方面的一个实施例中，高度均匀的静电场被配置成减少穿越从检测器入口延伸到离子撞击板的区域的粒子的到达时间上的抖动，入射粒子通过该检测器入口被接收。
21.在第一方面的一个实施例中，离子撞击板具有被控制到
±
10μm内或
±
5μm内的平坦度。
22.在第一方面的一个实施例中，离子撞击板由涂覆在倍增极材料中的大约3mm厚度的不锈钢制成。
23.在第一方面的一个实施例中，所述设备包括围绕高度均匀的静电场的边缘的一个或多个补偿孔口，以补偿由于场穿透所述对中的一个或两个而产生的边缘效应。
24.在第一方面的一个实施例中，飞行时间检测器被配置成提供非均匀磁场，该磁场用来引导从粒子转换装置发射的电子朝向电子倍增装置。
25.在第一方面的一个实施例中，飞行时间检测器是magnetof
tm
检测器或其功能等价物，包括型号dm291和型号dm167，或其功能等价物。
26.在第一方面的一个实施例中，交叉场检测器是或包括通道电子倍增器。
27.在第一方面的一个实施例中，交叉场检测器可操作以将入射粒子的放大限制到约103、102或101的最大值。
28.在第一方面的一个实施例中，交叉场检测器可操作以将入射粒子的放大限制到约五倍的最大值。
29.在第一方面的一个实施例中，交叉场检测器的放大可通过其操作电压来设置。
30.在第一方面的一个实施例中，操作电压是可设置的，以防止或抑制在粒子转换装置和/或二次电子放大装置的二次电子发射表面上碳质层的生成。
31.在第一方面的一个实施例中，交叉场检测器具有输出端，并且放大器具有输入端，并且放大器输入端设置在交叉场检测器输出端附近。
32.在第一方面的一个实施例中，放大器输入端设置在离交叉场检测器输出端最大约100 cm、90 cm、80 cm、70 cm、60 cm、50 cm、40 cm、30 cm、20 cm或10 cm处。
33.在第二方面，本发明提供了一种用于检测粒子的方法，该方法包括：提供粒子检测器，该粒子检测器包括粒子转换装置和二次电子放大装置，粒子转换装置被配置成在入射离子撞击到其上时将入射离子转换成一个或多个二次电子，二次电子放大装置被配置成接收并放大由粒子转换装置发射的一个或多个二次电子并输出输出信号；提供放大器，该放大器被配置成接收并放大交叉场检测器的输出信号；和提供数字化装置，该数字化装置被配置成接收并数字化放大器的输出，其中，粒子检测器是交叉场检测器，该交叉场检测器被操作以将入射粒子到二次电子的放大限制到每个入射粒子约107、106、105或104个二次电子的最大值。
34.在第二方面的一个实施例中，粒子转换装置和二次电子放大装置是一体单元。
35.在第二方面的一个实施例中，交叉场检测器是飞行时间检测器，并且粒子转换装置是离子撞击板。
36.在第二方面的一个实施例中，飞行时间检测器被配置成提供小于约2 ns、1.5 ns、1 ns、0.9 ns、0.8 ns、0.7 ns、0.6 ns、0.5 ns或0.4 ns的fwhm(半峰全宽)的脉冲宽度。
37.在第二方面的一个实施例中，飞行时间检测器被配置成在从检测器输入孔口延伸到粒子转换装置的区域中提供高度均匀的静电场，入射粒子通过该检测器输入孔口被接收。
38.在第二方面的一个实施例中，高度均匀的静电场至少部分地由成对的栅格提供，每个栅格具有正交于离子撞击板的平面，每个栅格由平行导线制成。
39.在第二方面的一个实施例中，高度均匀的静电场至少部分地由远离离子撞击板延伸的凸缘提供，该凸缘位于离子撞击板的边缘处，由离子撞击板发射的二次电子在该凸缘上行进。
40.在第二方面的一个实施例中，高度均匀的静电场被配置成减少穿越从检测器入口延伸到离子撞击板的区域的粒子的到达时间上的抖动，入射粒子通过该检测器入口被接收。
41.在第二方面的一个实施例中，离子撞击板具有被控制到
±
10μm内或
±
5μm内的平
坦度。
42.在第二方面的一个实施例中，离子撞击板由涂覆在倍增极材料中的大约3mm厚度的不锈钢制成。
43.在第二方面的一个实施例中，该方法包括围绕高度均匀的静电场的边缘的一个或多个补偿孔口，以补偿由于场穿透成对栅格中的一个或两个而产生的边缘效应。
44.在第二方面的一个实施例中，飞行时间检测器被配置成提供非均匀磁场，该磁场用来引导从粒子转换装置发射的电子朝向电子倍增装置。
45.在第二方面的一个实施例中，飞行时间检测器是magnetof
tm
检测器或其功能等价物，包括型号dm291和型号dm167。
46.在第二方面的一个实施例中，交叉场检测器是或包括通道电子倍增器。
47.在第二方面的一个实施例中，交叉场检测器被操作以将入射粒子的放大限制到约103、102或101的最大值。
48.在第二方面的一个实施例中，交叉场检测器被操作以将入射粒子的放大限制到约五倍的最大值。
49.在第二方面的一个实施例中，交叉场检测器的放大通过其操作电压来设置。
50.在第二方面的一个实施例中，操作电压被设置成防止或抑制在粒子转换装置和/或二次电子放大装置的二次电子发射表面上碳质层的生成。
51.在第二方面的一个实施例中，交叉场检测器具有输出端，并且放大器具有输入端，并且放大器输入端设置在交叉场检测器输出端附近。
52.在第二方面的一个实施例中，放大器输入端设置在离交叉场检测器输出端最大约100 cm、90 cm、80 cm、70 cm、60 cm、50 cm、40 cm、30 cm、20 cm或10 cm处。
附图说明
53.图1高度图解性地图示了应用于质谱仪的本发明的优选实施例。在该实施例中，放大器设置在光谱仪的真空室内。
54.图2高度图解性地图示了应用于质谱仪的本发明的优选实施例。在该实施例中，放大器设置在光谱仪的真空室外面。
55.图3图示了在本发明的上下文中可以用作飞行时间检测器的magnetof
tm
检测器的结构特征和电子光学器件。
具体实施方式
56.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，并且不一定适用于所有实施例，或者实际上由权利要求书覆盖的任何实施例。
57.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。
58.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。
59.本发明至少部分地基于这样的发现，即通过使用定位在检测器的电子倍增装置的输出端附近的电子信号放大器，当在低于正常的电压下操作时，提高了交叉场检测器(并且特别是magnetof
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检测器)的使用寿命。不希望以任何方式受到理论的限制，提出通过降低操作电压来防止或抑制碳基化合物在检测器的电子倍增器部件的电子发射表面上的积聚和化学键合，从而提高使用寿命。降低操作电压的负面结果是放大器增益降低，并且由低检测器输入信号(诸如单个离子)引起的电子信号可能相对于检测器系统中固有的背景噪声丢失。可以通过在检测器的电子倍增装置的输出端附近引入信号放大器(诸如前置放大器)来解决信号相对于背景噪声的这种丢失。这避免了未经放大的信号沿着电导管传播到相关仪器(诸如质谱仪)的外部的需要，从而限制了信号相对于在长度不断增加的导管中不可避免地积累的噪声而丢失的机会。
60.提出本发明特别适用于使用交叉场电子倍增器的检测器。交叉场电子倍增器的名称源于它们使用被称为“交叉场”的正交的电场和磁场。实现交叉场电子倍增器可能需要结合分立倍增极电子倍增器和连续倍增极电子倍增器实现方式两者的元件。这典型地甚至延伸到交叉场电子倍增器的单独的元件/电极。实现交叉场电子倍增器可能需要单独的元件/电极与分立倍增极和连续倍增极两者共享性质、特征、特性和实现方式。因此，交叉场电子倍增器是单独类型的电子倍增器。虽然它们可以借用分立倍增极和连续倍增极电子倍增器的元件，但交叉场电子倍增器不是分立倍增极电子倍增器和连续倍增极电子倍增器的示例。
61.选择检测器的操作电压以限制碳化合物与检测器的电子发射表面的表面化学键合的能力。如果在电子倍增器之后存在放大器，电压可以安全地降低，而信号丢失。一方面，这限制了检测器的电子放大装置输出的电子的数目。以这种方式，电子发射表面暴露于较低的电子通量，从而减少沉积在表面上和结合到表面的碳质材料的量。例如，检测器可以在使得对于每个离子输入输出的电子的数目小于约108、107、106、105、104、103、102的条件下操作。另一方面，这可以通过降低操作电压以限制入射到发射表面上的电子的化学键合截面(即概率)来实现。对于给定的电子通量和给定的碳化合物密度，这将减缓化学键合的速度，从而提高检测器寿命。例如，检测器可以在使得入射到发射表面的电子的冲击能量减少超过约5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%的条件下操作。
62.合适的操作条件可以通过将相关的电子发射材料暴露在不同程度的电子撞击并检测化学键合到电子发射材料的表面的碳质材料的水平来决定。例如，表面可以用弱碱或洗涤剂洗涤，以便从其上移除非键合材料。然后，可以对洗涤的表面进行化学处理，以中断表面和碳化合物之间的键，例如使用强酸、碱或利用催化剂或酶，并对释放的化合物进行量测定。备选地，可以使洗涤的表面接受电子显微镜检查，以便评估表面上任何碳质层的深度。在任何情况下，键合的碳材料的量/深度可以与操作条件相关联，从而允许选择有利于较低沉积并因此提高使用寿命的条件。
63.一旦操作条件被设置为有利于使用寿命，就可以评估电子放大器输出的放大水平。如上文所讨论，为了提高使用寿命，优选低电子电流。放大靠近输出端的较低输出电流允许具有相对高的信噪比的信号以放大的形式从检测器发送到外部计算机以用于以通常
的方式进行分析。考虑到本说明书的有益效果，在计算机输入端具有可接受的信噪比所需的放大水平可以根据经验进行评估。
64.在一些实施例中，放大水平可以是至少2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍、11倍、12倍、13倍、14倍、15倍、16倍、17倍、18倍、19倍、20倍、21倍、22倍、23倍、24倍或25倍。优选地，放大率在约2倍至约8倍之间，或在约4倍至约6倍之间。
65.如将理解的，放大器将噪声添加到信号，噪声电平典型地与放大水平一致。因此，优选地使用低噪声放大器，并且选择放大水平以便在信号分析计算机的输入端处保持可接受的信噪比。噪声也可以通过冷却放大器来降低，这可以使用珀尔帖效应器件来实现。作为进一步的策略，可以通过使用诸如金属片、金属网或金属泡沫的导电或磁屏蔽来屏蔽近端部件(诸如变压器)来降低噪声。
66.放大器可以定位在离电子放大装置的输出端1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm、6 cm、7 cm、8 cm、9 cm、10 cm、11 cm、12 cm、13 cm、14 cm、15 cm、16 cm、17 cm、18 cm、19 cm、20 cm、21 cm、22 cm、23 cm、24 cm、25 cm、26 cm、27 cm、28 cm、29 cm、30 cm、31 cm、32 cm、33 cm、34 cm、35 cm、36 cm、37 cm、38 cm、39 cm、40 cm、41 cm、42 cm、43 cm、44 cm、45 cm、46 cm、47 cm、48 cm、49 cm或50 cm内，并且优选地利用尽可能短的导管连接。
67.将在放大器设置在真空室内的地方发现相对高的信噪比，这样的位置提供了检测器的电子放大装置的输出端和输出信号放大器之间非常接近的接近度。
68.放大器优选地选择成忠实地放大由二次电子雪崩产生的脉冲电流，并且没有任何失真。此外，放大器的选择应当考虑到当使用足够的放大水平时将生成的背景噪声。通常，约5倍至约10倍的足够的放大率提供了放大水平和噪声之间的合理折衷。在操作方面，5倍至10倍的放大率可以允许电子倍增器以比通常使用的低10倍至100倍的增益操作。例如，电子倍增器可以在低于正常的电压下操作，使得仅使用103、104或105的增益，这样的增益要求显著降低的操作电压和显著降低的电子通量，从而增加检测器的使用寿命。
69.有用的放大器可以是具有诸如2.4 ghz的小信号带宽和/或875 mhz的满功率带宽的快速放大器。等效输入噪声可以是2.8 nv/square_root(hz)或3.2
µvrms
。噪声系数(100mhz)可以是16 db。
70.高速放大器可以特征性地具有dc耦合，以避免由于非dc平衡脉冲串和耦合电容器的相应充电引起的计数率影响。该放大器可具有非反相、闭环、电压模式、运算放大器设计。可以提供输入偏移调整。
71.当设置在真空环境中时，放大器的冷却变得有问题。例如，可以使用热电冷却器件(诸如基于珀尔帖效应的那些)。这样的器件是固态的，并且几乎是免维护的。根据必须从放大器移除的热能的量，可以堆叠多个器件。为了最佳地起作用，优选地从热电器件的散热侧移除热量。然而，真空室中空气的显著缺乏阻止了用于冷却热电器件的散热侧的任何对流方法的任何使用。作为空气冷却的替代方案，可以使用传导装置，这样的装置包括与热电器件的散热侧热接触的热导体，该导体穿过真空室壁(同时保持室的真空密闭性)并在室外部，在那里，可以使用其他冷却装置的对流从导体(和继而热电器件)中提取热量。
72.备选地，导体或热电器件本身可以接触真空室的内壁，该壁本身充当热沉。室的外壁可以是空气冷却的，或者例如如果需要充分地冷却放大器，则利用水夹套冷却。
73.在一个实施例中，本发明在交叉场检测器中实施，该交叉场检测器能够在空间上
聚焦由待检测粒子的撞击产生的电子，而不会劣化离子撞击定时信息。这样的检测器可能依赖于一种、两种、三种或四种机制来实现上述目标。每种机制都利用由电子或离子对表面的撞击产生的二次电子。每种机制都涉及通过静电场与优选地大体上正交于或几乎正交于静电场的磁场结合对电子的偏转，这与仅通过静电场产生的偏转不同。此外，这样的检测器通常不依赖于外部离子转换板，而是具有配置成在利用离子撞击时发射二次电子的一体表面。在这方面，离子可以被认为撞击检测器的一体倍增极。然后，二次电子(仍在检测器内)被迫沿着场线行进到检测器的(多个)信号倍增倍增极。
74.在优选检测器的组合磁场和静电场布置中，低能二次电子将优选地在场的这种组合中遵循圆形、近圆形、椭圆形、近椭圆形、摆线或近摆线轨迹路径。电子在这些轨迹(以及曲率半径)中沿着表面行进的距离(x)将与静电场强度(e)除以磁场强度(b)的平方成正比：x=k*e/b2(k=常数)。因此，该e/b2比是限定检测器的操作参数的一种便利方式。
75.第一种机制涉及电子在组合场中从一个倍增极到另一个倍增极的偏转，其中e/b2比从电子发射倍增极到下一个目标倍增极减小。目标倍增极可以是放大部段的输入端。第二种机制涉及在具有均匀或非均匀e/b2比的组合场中电子通过大于180度的角度的偏转。这后一种技术对于在180度或近180度、在270度或近270度或在360度或近360度(和90度的更大倍数)的偏转具有最佳的时间相干性，并且在270度或近270度具有最大的放大或聚焦能力。第三种机制涉及在具有均匀或非均匀e/b2比的组合场中沿着净电子迁移的轴线的电子的偏转。均匀且严格正交于静电场的磁场将导致电子在平行于标称磁场方向的维度上不聚焦。在第三种机制中，磁场的合适形状导致从严格正交于静电场的场的变化，这进一步导致电子聚焦在第二维度(大体上平行于标称磁场方向的维度)。在第四种机制中，电子被限制在一对电势(电压)内。这提供了一种沿着复杂轨迹引导电子的能力。另外，可以根据需要修改捕获在该对电势内的电子通量的横截面积。这提供了另一种机制，用于将大的电子发射区域(例如，离子撞击表面)映射到小的目标区域(例如，连续放大倍增极的起点)。
76.上面已经提到电子轨迹在x和y方向上的聚焦。在z方向上的聚焦也可以通过磁极对获得，以使电子轨迹的“束”在z方向上集中或聚焦。其次，据发现，将极片的上边缘定位在入口栅格的水平附近产生在z方向上聚焦的有利的边缘效应。这些边缘效应引起磁场的弯曲，这使电子在z方向上朝向检测器的中心偏转。
77.在一些实施例中，检测器内的电子放大由分立倍增极提供，而在其他实施例中使用连续倍增极。
78.关于检测器，该检测器可以包括：阴极装置，其限定粒子在其上撞击的撞击表面，该表面对于具有预定特性的每个撞击粒子具有生成至少一个电子的有限概率；布置成阵列的多个电子倍增倍增极段，其包括第一倍增极段；和用于在从所述撞击表面延伸经过所述倍增极段的空间中生成静电场和磁场的相应装置，由此所述电子沿着倍增极段的所述阵列相继地级联和倍增；其中，用于生成所述磁场和静电场的所述装置被配置成使得相对于级联的方向邻近所述倍增极段中的任一个的e/b2比小于邻近前一个倍增极段或撞击表面的e/b2比，由此减小沿着所述级联的电子轨迹的曲率半径，并且因此将电子轨迹聚焦在至少一个维度上，优选地在至少两个维度上；该检测器或检测器系统还包括与倍增极段的阵列的信号输出端可操作地通信并靠近倍增极段的阵列的信号输出端的放大器。
79.优选地，e/b2比从第一倍增极段或撞击表面到下一倍增极逐渐减小。在一个实施
例中，减小被限制到从撞击表面到第一倍增极段或到放大部段的区域。在另一个实施例中，备选地或附加地存在沿着倍增极阵列的e/b2比的逐渐减小。
80.该检测器可以包括：阴极装置，其限定粒子在其上撞击的撞击表面，该表面对于具有预定特性的每个撞击粒子具有生成至少一个电子的有限概率；电子接收元件；和用于在从所述撞击表面延伸到所述电子接收元件的空间中生成静电场和磁场的相应装置；其中，用于生成所述静电场和磁场的所述装置被配置成使得邻近所述电子接收元件段的e/b2比小于邻近撞击表面的e/b2比，由此相对于撞击表面附近减小电子接收元件附近的电子轨迹的曲率半径，并且因此将电子轨迹聚焦在至少一个维度上，优选地在至少两个维度上，该电子聚焦设备还包括与所述电子接收元件的信号输出端可操作地通信并靠近所述电子接收元件的信号输出端的放大器，或者直接或间接地充当电子接收元件的信号输出端的阳极。
81.优选地，e/b2比从撞击表面到电子接收元件逐渐减小。
82.优选地，所述磁场被配置成还在大体上正交于所述轨迹的总方向的方向上聚焦电子轨迹。
83.采用电子倍增的检测器可以包括：阴极装置，其限定粒子在其上撞击的撞击表面，该表面对于具有预定特性的每个撞击粒子具有生成至少一个电子的有限概率；布置成阵列的多个电子倍增倍增极段，其包括第一倍增极段；和用于在从所述撞击表面延伸经过所述倍增极段的空间中生成静电场和磁场的相应装置，由此所述电子沿着倍增极段的所述阵列相继地级联和倍增；其中，所述第一倍增极段被定位，并且用于生成所述静电场和磁场的所述装置被配置成在撞击第一倍增极段之前导致所述电子平均偏转大于180度，由此在至少一个维度上将从所述撞击表面的任何给定区域生成的多个电子聚焦到在所述第一倍增极段处的较小区域，该检测器或检测器系统还包括与电子倍增倍增极的阵列的信号输出端可操作地通信并接近该信号输出端的放大器。
84.优选地，为了最佳的时间相干性，平均偏转通过基本上或大约90度的倍数。在尤其方便的配置中，平均偏转通过基本上270度，这导致结构的最大放大率或聚焦能力。
85.优选地，所述倍增极阵列是基本上共面的。在270度偏转的情况下，结果是粒子入射在撞击表面上的方向基本上平行于倍增极阵列的平面，这是尤其方便的配置。
86.倍增极可以是分立的或由例如电阻性二次电子发射材料形成的连续倍增极的段。
87.该检测器可以包括：阴极装置，其限定粒子在其上撞击的撞击表面，该表面对于具有预定特性的每个撞击粒子具有生成至少一个电子的有限概率；和电子接收元件；用于在从所述撞击表面延伸到所述电子接收元件的空间中生成静电场和磁场的相应装置；其中，所述电子接收元件被定位并且用于生成所述静电场和磁场的所述装置被配置成导致所述电子在撞击所述电子接收元件之前平均偏转大于180度，由此在至少一个维度上将从所述撞击表面的任何给定区域生成的多个电子聚焦到在所述倍增极段处的较小区域，该检测器或检测器系统还包括与倍增极段的阵列的信号输出端可操作地通信并靠近倍增极段的阵列的信号输出端的放大器。
88.优选地，为了最佳的时间相干性，偏转通过基本上90度的倍数。在尤其方便的配置中，偏转通过基本上270度，这导致结构的最大放大率或聚焦能力。
89.该检测器可以包括：阴极装置，其限定粒子在其上撞击的撞击表面，该表面对于具有预定特性的每个撞击粒子具有生成至少一个电子的有限概率；布置成阵列的多个电子倍
增倍增极段，其包括第一倍增极段；和用于在从所述撞击表面延伸经过所述倍增极段的空间中生成静电场和磁场的相应装置，由此所述电子沿着倍增极段的所述阵列相继地级联和倍增；其中，用于生成磁场的所述装置包括至少两个磁极，该至少两个磁极相对于所述阴极装置定位以生成在大体上正交或接近正交于所述静电场生成的方向上延伸的磁场，但是被配置成在所述方向上导致从所述撞击表面到所述第一倍增极段的所述电子的轨迹的聚焦，该检测器或检测器系统还包括与电子倍增倍增极段的阵列的信号输出端可操作地通信并靠近该信号输出端的放大器。
90.均匀且严格正交于静电场的磁场将导致电子在仅一个维度(电子的净迁移的维度)上聚焦。磁极片的合适位置和形状可以导致从严格正交的磁场方向的变化，这可以进一步导致将电子聚焦在第二维度(平行于标称磁场方向的维度)上。
91.该检测器可以包括：阴极装置，其限定粒子在其上撞击的撞击表面，该表面对于具有预定特性的每个撞击粒子具有生成至少一个电子的有限概率；和电子接收元件；用于在从所述撞击表面延伸到所述电子接收元件的空间中生成静电场和磁场的相应装置；其中，用于生成磁场的所述装置包括至少两个磁极，该至少两个磁极相对于所述阴极装置定位以生成在大体上正交或接近正交于所述静电场生成的方向上延伸的磁场，并被配置成在所述方向上导致从所述撞击表面到所述电子接收元件的所述电子的轨迹的聚焦，所述电子聚焦设备还包括与该设备的阵列的信号输出端可操作地通信并靠近该信号输出端的放大器。
92.该检测器可以包括：阴极装置，其限定粒子在其上撞击的撞击表面，该表面对于具有预定特性的每个撞击粒子具有生成至少一个电子的有限概率；布置成阵列的多个电子倍增倍增极段，其包括第一倍增极段；和用于在从所述撞击表面延伸经过所述倍增极段的空间中生成静电场和磁场的相应装置，由此所述电子沿着倍增极段的所述阵列相继地级联和倍增；其中，用于生成磁场的所述装置可以包括至少两个磁极，该至少两个磁极相对于所述阴极装置定位以生成在大体上正交或接近正交于所述静电场生成的方向上延伸的磁场，但是被配置成在所述方向上导致从所述撞击表面到所述第一倍增极段的所述电子的轨迹的聚焦，该检测器或检测器系统还包括与电子倍增倍增极段的阵列的信号输出端可操作地通信并靠近该信号输出端的放大器。
93.该检测器可以包括：阴极装置，其限定粒子在其上撞击的撞击表面，该表面对于具有预定特性的每个撞击粒子具有生成至少一个电子的有限概率；和电子接收元件；用于在从所述撞击表面延伸到所述电子接收元件的空间中生成静电场和磁场的相应装置；其中所述场在一些期望的情况下将每个电子限制在一对单独的静电势(电压)之间，其电势差由电子的动能决定；其中，这样的限制允许电子通过任意复杂轨迹的高效传输，该电子聚焦设备还包括与该设备的阵列的信号输出端可操作地通信并靠近该信号输出端的放大器。
94.该检测器可以包括：阴极装置，其限定粒子在其上撞击的撞击表面，该表面对于具有预定特性的每个撞击粒子具有生成至少一个电子的有限概率；和电子接收元件；用于在从所述撞击表面延伸到所述电子接收元件的空间中生成静电场和磁场的相应装置；其中所述场在一些期望的情况下将每个电子限制在一对单独的静电势(电压)之间，其电势差由电子的动能决定；其中，所述限制用来改变被限制的电子通量的横截面以用于包括聚焦的各种效果，该电子聚焦设备还包括与该设备的阵列的信号输出端可操作地通信并靠近该信号输出端的放大器。
95.在一些实施例中，检测器内的电子放大通过连续倍增极(也称为通道倍增器或cem)或多通道连续倍增极来提供，并且这两者的输出端与相邻放大器操作地连接。
96.一些实施例不需要实现时间相干性。这允许连续倍增极或多通道连续倍增极单独地与相邻放大器结合操作。这可以提供检测器寿命的前述提高。
97.现在参考所附的非限制性附图。图1示出了应用于线性飞行时间质谱仪(10)的本发明的优选实施例。光谱仪(10)包括具有样品入口端口(20)的真空室(15)。在经由入口端口(20)进入真空室(15)之后，样品(包括小化合物和大化合物的混合物)在移动到加速区(30)中之前在电离区(25)中被电离。加速的电离化合物进入漂移区(35)，由此每单位时间较小的化合物比较大的化合物行进得更远，从而更早地到达离子检测器(40)。
98.离子碰撞检测器(40)的撞击板(45)，每次撞击导致一个或二次电子的发射。二次电子沿着路径(50)被引导朝向电子倍增器(55)，该电子倍增器放大来自撞击板(45)的初始电子信号，以导致电子(60)的雪崩的输出。电子(60)由电子收集器(65)收集，该电子收集器典型地是某种描述的阳极，由此形成的电流通过导线(70)传递到靠近电子收集器(65)的放大器(75)。放大器(75)的输出通过导线(80)传递到数字化器单元(85)。
99.确定每个电离化合物从飞行区域的起点移动到检测器所需的时间，并计算每个化合物的大小和相对量。
100.图2中示出了图1中图示的实施例的备选形式，其中放大器(75)设置在真空室(15)的外部。应当注意，放大器(75)保持靠近电子收集器(65)。
101.然而，优选的是，放大器设置在真空室内或附接到真空室内，以便使与检测器的接近度最大化。此外，当在真空中时，放大器可以以较低的噪声操作。
102.参考图3，图3示出了适于在本发明的上下文中使用的示例性飞行时间检测器的结构特征和电子光学器件。图中示出了外部栅格，它可以固定在用户限定的电压(例如在-hv的
±
5 kv内)，并且包括在设计中，以便于集成到tof系统中。离子输入栅格由在扁平框架上拉伸的平行导线制成，从而能够实现对传输的精确控制，例如达到92%。
103.为了利用窄脉冲宽度，优选的是使抖动最小化并在输入离子通过检测器到达撞击表面时使其受到的干扰最小化。为了达到这一目的，人们已经非常注意在离子穿越区中实现非常均匀的静电场。在离子撞击板的右端处的小“拱起(kick-up)”是实现这一目标所包含的设计细节的示例。
104.每个内部传输栅格都配备有补偿孔口，该孔口补偿来自穿透栅格的场的边缘效应。
105.离子撞击表面由约3 mm厚的不锈钢(涂覆有合适的倍增极材料)制成。这允许异常平坦的离子撞击表面：
±
10 μm为标准，
±
5 μm或更小为可选的。
106.栅格由在扁平框架上拉伸的平行导线制成，从而能够实现非常平坦的栅格表面。
107.虽然本发明已经结合详细示出和描述的优选实施例进行了公开，但是对本领域技术人员来说，各种修改和改进将变得显而易见。
108.因此，本发明的精神和范围不受前述示例的限制，而是在法律允许的最广泛的意义上被理解。