质谱仪的真空腔室中的压强控制的制作方法

本公开一般地涉及一种用于在质谱系统中使用的离子导向器，以及更具体地涉及这样的离子导向器，其中可以调节离子导向腔室内的操作压强，以便将压强维持在预定范围内或特定压强处。

背景技术：

1、质谱(ms)是一种用于测量样品中分子的质荷比的分析技术，既有定性应用也有定量应用。ms可以用于识别未知化合物，确定分子中元素的同位素组成，通过观察特定化合物的碎片来确定该特定化合物的结构，以及定量样品中特定化合物的量。质谱仪检测作为离子的化学实体，使得在采样过程期间必须发生将分析物转化为带电离子。由于大多数ms应用的准确度和灵敏度要求，复杂样品通常在电离之前承受分离技术。

2、在许多质谱仪中，离子经由质谱仪的采样孔口被接收并经由一个或多个离子导向器被引导至质谱仪的一个或多个下游部件。一些质谱仪包括大的采样孔口(例如，1.55mm直径)以适应更高的气体吞吐量，并且因此适应更高的进入离子通量。为了处理高气流，这样的质谱仪需要高速泵来对谱仪的各种腔室进行有效排空。腔室(例如，离子导向器所在的腔室)的操作压强增加超过某个阈值可能不利地影响用于排空该腔室的一个或多个泵的操作，例如，它可能导致(一个或多个)泵的过热。

3、进一步地，在一些质谱仪中，例如经由加热质谱仪的采样孔口加热进入的气体以改善去簇(declustering)和去溶剂化以进行离子的释放。对进入的气体的这种加热可以导致下游腔室(例如，离子导向器所在的腔室)中的操作压强降低。操作压强降低超过某个限度可能会不利地影响质谱仪的操作，例如，由于无效的碰撞冷却而导致离子传输的显著降低。

4、因此，存在对用于调整质谱仪的腔室(例如，其中设置有离子导向器的腔室)内的操作压强的方法和系统的需要。

技术实现思路

1、在一方面中，公开了一种用于在质谱系统中使用的包含离子导向器的差动泵送真空级，其包括：入口，其用于接收气流中夹带的多个离子；以及多个杆，其布置为多极配置以便提供使接收的离子能够穿过的通道，其中杆中的至少一个杆被配置为向其施加dc和/或rf电压，用于在该通道内产生适合于聚焦离子的电磁场；以及控制器，其被配置为将离子导向器的操作压强维持在预定范围内。

2、在一些实施例中，入口具有等于或大于约0.6mm的至少一个尺寸(例如，在圆形入口的情况下的直径)，例如在约1mm至约1.5mm的范围内。以示例的方式，入口的尺寸(例如，其直径)可以在约0.72mm至约4mm的范围内。相对于传统的入口的直径，质谱仪的入口的这样大的直径允许将更高气流引入到质谱仪中，由此增加了质谱仪的离子检测灵敏度。在一些实施例中，入口包括板中的孔，而在其他实施例中，入口包括毛细管或管道。在其他实施例中，入口可以包括多个孔和/或管道。

3、在一些实施例中，压强规可操作地耦合至差动泵送真空级，用于测量差动泵送真空级内的操作压强并生成指示测量的压强的信号。

4、在一些实施例中，反馈电路与压强规通信。反馈电路可以被配置为响应于由压强规生成的信号来施加控制信号，以便将操作压强维持在预定范围内或预定值处。

5、在一些实施例中，对差动泵送真空级所维持于的压强的预定范围和/或预定值进行选择以便优化通过离子导向器的具有在多个特定值处或在期望范围中的m/z比(或在单个期望值处的m/z比)的离子的传输和/或实现一个或多个簇离子的优化去簇。

6、在一些实施例中，差动泵送真空级可以包括开口，用于在差动泵送真空级与用于向差动泵送真空级施加负压的泵之间提供流体连接。在一些这样的实施例中，控制器可以被配置成控制设置在开口(差动泵送真空级腔室通过该开口耦合到泵)中的可调节限流器，以用于调节该腔室和泵之间的流导。以示例的方式，这样的限流器可以包括可调节孔，其尺寸可以例如响应于由反馈系统生成的控制信号来调节，以便将差动泵送真空级中的压强维持在期望范围内或特定值处。以示例的方式，在一些实施例中，差动泵送真空级内的压强可以被维持在约3mtorr至约12mtorr的范围内，诸如在约4mtorr至约10mtorr的范围内，尽管也可以采用任何其他期望的范围。以进一步示例的方式，差动泵送真空级内的压强可以维持在约1-10torr的范围内，诸如在1.8-8torr的范围内。

7、差动泵送真空级可以与差动泵送真空级被包含在其中的质谱仪的上游采样孔口流体连通，以便接收由上游离子源产生的离子。在一些实施例中，差动泵送真空级可以是包含串联定位的多个离子导向器的多个差动泵送真空级之一。在一些这样的实施例中，差动泵送真空级可以从另一个上游差动泵送真空级接收离子。在一些实施例中，一个或多个离子导向器可以位于2个或更多个差动泵送真空级中。

8、在一些实施例中，其中包含差动泵送真空级的质谱仪可以包括用于加热采样孔口周围的表面的加热器，从而加热携带离子通过采样孔口的气体，该采样孔口可以被实现为例如质谱仪的通过其离子被引入质谱仪中的管道、毛细管和/或管。

9、在一些实施例中，可以采用温度传感器来测量加热表面的温度和/或加热气体在穿过孔口时的温度和/或在孔口下游位置处的温度。反馈电路系统可以采用温度测量值来计算包含至少一个离子导向器的下游差动泵送真空级内的操作压强。以示例的方式，操作压强的这种计算可以基于测量温度和操作压强之间的相关性的先前校准来实现。然后可以采用控制器来调节差动泵送真空级中的压强，以便将其维持在预定范围内或预定值处。在一些实施例中，控制器可以被配置为接收温度测量值并将温度测量值与差动泵送真空级内的操作压强相关联。控制器还可以提供控制信号以将差动泵送真空级中的压强维持在期望范围内和/或期望值处。

10、在一些实施例中，代替使用可调节限流器或除了使用可调节限流器之外，还可以调节用于排空差动泵送真空级腔室(例如，离子导向腔室)的泵的泵速，以便将差动泵送真空级中的操作压强维持在期望范围内和/或期望值处。在一些实施例中，泵速的这种调节可以响应于由可操作地耦合到一个或多个差动泵送真空级腔室的压强传感器获得的压强数据来执行。例如，这可以通过调节粗抽泵的频率来实现。

11、在一些实施例中，控制器可以被配置为接收与质谱系统的一个或多个加热元件相关联的一个或多个温度设置，并基于此调节离子导向器的操作压强。例如，在一些方面中，控制器可以被配置为基于将温度设置与操作压强相关联的校准数据来计算操作压强。在一些相关方面中，控制器可以被配置为将所述计算的操作压强与预定压强范围进行比较，以确定所述计算的操作压强是否位于所述预定范围之外。

12、在相关方面中，公开了一种质谱系统，其包括具有用于接收气流中夹带的多个离子的采样孔口、毛细管、管或管道的采样板，以及位于所述采样孔口、毛细管、管或管道的下游的至少一个离子导向器。离子导向器可以包括：入口端口，其用于接收包含多个离子的气流；多个杆，其布置为多极配置(例如，四极配置)以便提供使所接收的离子能够穿过的通道，其中至少一个杆被配置为向其施加dc和/或rf电压，以用于在通道内产生适合于聚焦离子的电磁场。包含至少一个离子导向器的差动泵送真空腔室还可以包括可调节限流器以用于调节腔室和用于向该腔室施加负压的泵之间的气流的流导，从而调节离子导向器的操作压强。

13、离子导向器还可以包括出口，聚焦的离子通过该出口离开离子导向器。质量分析器可以设置在离子导向器的下游，用于接收离开离子导向器的离子并提供对那些离子的质量分析。在一些实施例中，离子导向器的杆可以用环状电极代替。

14、在上面的质谱仪的一些实施例中，质谱仪的孔口可以具有至少一个尺寸，例如直径，其等于或大于约0.6mm，例如在约1mm至约4mm的范围内(例如，约1.5mm)。尽管入口可以具有多种不同的截面轮廓，但在许多实施例中，入口是圆形的，其中直径在上述范围内。

15、上面的质谱仪还可以包括反馈电路，该反馈电路被配置为基于压强数据施加一个或多个控制信号，以便将离子导向腔室中的操作压强维持在预定范围内和/或预定值处，该压强数据指示包含离子导向器的腔室内的操作压强。

16、在上面的质谱仪的一些实施例中，压强规可操作地耦合到至少一个离子导向腔室，以测量离子导向腔室内的操作压强并生成指示所测量的操作压强的信号。压强规还可以可操作地耦合到反馈电路以将压强测量信号传输到反馈电路。反馈电路进而可以被配置为将控制信号施加到粗抽泵和/或可调节限流器之一，以便将离子导向器的操作压强维持在期望范围内和/或期望值处。

17、在一些实施例中，差动泵送真空级包括用于提供与泵的流体连接的开口，该泵被配置为向离子导向腔室施加负压。在一些这样的实施例中，可调节限流器可以是具有可调节孔的隔膜的形式，该可调节孔被定位成以便调节通过将离子导向腔室连接到泵的开口的流导。

18、在一些这样的实施例中，反馈电路可以生成一个或多个控制信号，用于改变可调节孔的尺寸(例如，直径)，以便将操作压强维持在期望范围内和/或期望值处。以示例的方式，预定压强范围可以是从约3mtorr到约12mtorr。例如，在一些实施例中，预定压强范围可以是约1-10torr。应当理解的是，例如取决于具体应用，也可以采用其他压强范围。例如，离子导向器位于其中的腔室的目标压强可以取决于位于差动泵送真空级内的离子导向器的具体设计(例如，其长度和/或机械设计)而变化。

19、在一些实施例中，质谱仪可以包括用于加热携带离子进入离子导向器的气体的加热器。例如，加热器可以热耦合到质谱仪的可以形成在孔口板中的孔口，用于加热该孔口板，并且因此加热流过孔口的气体。幕板可以设置在孔口板的上游并且可以包括用于接收来自上游离子源的离子的孔。可以采用幕气流机构来将气体引导到幕板和孔口板之间的空间中。在一些这样的实施例中，可以采用温度传感器来测量加热的孔口板和/或加热的气体的温度。反馈控制电路系统可以接收由温度传感器生成的温度数据并且可以将测量的温度与离子导向器中的操作压强相关联(例如，基于先前的校准数据)。

20、反馈控制电路系统还可以被配置为将控制信号施加到各种元件，例如，以控制泵的速度和/或形成在将离子导向腔室与泵分开的隔膜中的可调节孔的尺寸。额外的加热器可以被包含在离子源中或幕室内的其他结构上。加热的孔口板也可以用加热的管、管道或入口毛细管代替。

21、在一些实施例中，质谱仪可以包括串联设置的多个离子导向器，其中至少一个离子导向器(在一些实施例中，所有离子导向器)包括根据本教导的用于将离子导向器的操作压强维持在预定范围内和/或预定值处的系统。在一些这样的实施例中，每个离子导向腔室内的操作压强独立于其他离子导向器中的操作压强而被控制。在一些实施方式中，离子导向腔室中的操作压强从最靠近质谱仪的离子接收孔口定位的离子导向腔室到最远离该孔口定位的离子导向腔室减小。在一些实施例中，可以采用对离子导向腔室内的操作压强的控制来将该离子导向器以及布置在该离子导向器下游的多个离子导向器内的操作压强维持在期望压强范围内和/或值处。

22、在一些实施例中，质谱仪系统可以包括与入口孔口流体连通(和/或密封到其)的(一个或多个)附加结构。例如，接口(例如，纳米流接口或差分迁移率谱仪(dms))可以定位在质谱仪的入口孔口的上游(例如，在幕板和孔口板之间的幕室中)。例如，在一个实施例中，可以采用具有加热层流腔室的纳米流接口，诸如在美国专利第7,462,826和7,098,452号中描述的之类，这些专利整体通过引用并入本文。在另一实施例中，可以采用诸如美国专利第8,084,736号中描述的dms，该专利整体通过引用并入本文。在许多实施例中，添加这样的上游接口可能导致对质谱仪孔口的前面的直接加热，而这又转而导致在不实施本教导的压强调节机构的情况下在下游的差动泵送真空级中的不期望的压强波动。

23、在一些实施例中，根据本教导的质谱系统可以包括具有安装在第一压强级中的例如在美国专利no.10,475,633(该专利整体通过引用并入本文)中被称为如所描述的djet离子导向器的离子导向器的3级接口。在一些实施例中，质谱系统可以包括在第二真空级和第三真空级中的四极离子导向器。在一些实施例中，根据本教导的压强调节系统可以在三个真空级中的一个或多个真空级中操作。

24、在相关方面中，公开了一种质谱系统，其包括具有用于接收气流中夹带的多个离子的采样孔口的采样板，以及定位在采样孔口下游的至少一个离子导向器。离子导向器可以包括：入口端口，其用于接收包含多个离子的气流；多个杆，其布置为多极配置以便提供使接收的离子能够穿过的通道，至少一个所述杆被配置为其被施加dc和/或rf电压以在所述通道内产生适合于聚焦离子的电磁场；压强调节元件，其用于调节离子导向器的操作压强；以及出口端口，聚焦的离子通过该出口端口离开离子导向器；以及至少一个下游的质量分析器，其用于接收聚焦的离子并被配置为提供对那些离子的质量分析。

25、在相关方面中，公开了一种质谱仪系统，其包括包含离子导向器的差动泵送腔室和用于调节离子导向器的操作压强的压强调节元件。例如，可以使用布置为多极配置的多个杆或者串联放置并且具有离子能够通过的对齐开口的多个环状电极来实现离子导向器。

26、通过参考下面的详细描述并结合在下面进行了简要描述的相关附图，可以获得对本教导的各个方面的进一步理解。