[发明专利]质谱仪系统及用于抽空该系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮分子式真空泵抽系统，尤其涉及用于科学仪器的涡轮分子式真空泵抽系统，其中的最低压力范围是低于10^-9mbar，并且尤其用于质谱仪。

背景技术

用于为科学仪器提供高和超高真空的涡轮分子泵是公知的。在此，当压力在1×10^-3与1×10^-9mbar之间时，真空被认为是在高真空范围内，并且当压力在1×10^-9与1×10^-12mbar之间时，真空被认为是在超高真空(UHV)范围内。

涡轮分子泵是动量转移泵，其中进入泵的气体分子通过与泵的移动的转子叶片碰撞而被赋予动量。该泵包含串联安装的、多级的成角度的转子和定子对。被转子叶片击中的气体分子获得动量并由于叶片的角度而被赋予一个与泵的轴线平行的运动分量。定子叶片是固定的并且设置有相对于泵的轴线而言的不同角度。定子叶片之间的空隙接收了前进的分子并让它们继续达到接下来的转子叶片，在该转子叶片处提供了动量上的进一步增益。多个级增加了从泵入口到排出口的气体压力。涡轮分子泵仅在分子流动态的压力范围内才是完全有效运行的，并且并不排气到大气压，而是通过前级真空泵返回。涡轮分子泵的工作压力范围通常是通过在同一个泵抽壳体中将一个分子拖拽泵(如霍尔维克泵)联接到该涡轮分子泵的排气侧来扩展、并且是通过同一个旋转轴来驱动，从而使得能够采用更低性能的前级真空泵并允许使用无油的前级真空泵。在此情况下，涡轮分子泵泵抽级与分子泵抽级的组合排空至1mbar左右的压力，而前级真空泵排空至大气压。

已经开发了多端口泵或分流泵以使得能够对不同压力下的若干腔室进行泵抽，这些泵包含沿泵的长度间隔开的两个到四个(典型地三个)泵抽端口，该长度是平行于泵轴线的。该泵通常由泵抽级的一种堆叠组成，包括一个多级涡轮分子泵泵抽单元和一个或多个分子泵抽级，其中不同的泵抽端口在沿该堆叠的不同位置处形成到泵的入口。典型地，最高的泵抽速度是在首要泵抽端口(主要入口)处可获得的，这允许进入该泵的最低压力区域，而其他的泵抽端口(在泵抽级的堆叠的更向下处)处于更高的压力并且可以提供更低的泵抽速度。在一个典型的三端口泵中的泵抽速度经常是两个端口具有类似的泵抽速度且最高压力的端口具有其他这些端口的泵抽速度约1/10的泵抽速度。这导致了对于分析仪器的泵抽要求难以通过一个单一的分流泵来满足的缺点。

已知了两种略微不同的结构：如在EP 603694中披露的一种分流泵，其中一个具有多个泵抽端口的多级涡轮分子泵被定位在一个专用的泵壳体之内；以及一种所谓的芯式分流泵，如在US 6457954 B1中披露的，其中包括所有的功能元件(包括一个内部壳体在内)的泵可以组合到一个适配于特定应用的外部壳体中。

虽然此类的分流泵典型地包括多级涡轮分子泵和粘度泵抽级(尤其分子拖拽泵)的组合，它们有时只是被称为涡轮分子泵。在此，它们被称为涡轮分子泵安排。

US 2010/0098558 A1披露了一种多入口泵安排，其中至少一个第一入口围绕一个第二入口，使得该第二入口仅相对于在第一入口内的压力而不相对于大气压力进行密封。这使得能够在所有被另一个入口围绕的入口之间使用金属对金属的密封件，并且那些密封件可以是并不致使金属密封材料发生塑性变形的类别，从而消除了当尝试并行地使用多个密封件的塑性变形来进行防漏密封时存在的困难。

质谱法向常规应用中的更广泛的渗透在某种程度上受到真空系统的成本和尺寸的阻碍，尤其是对于采用了在超高真空态工作的质量分析器的质谱仪来说，如轨道阱(Orbitrap^TM)、多反射和多偏转飞行时间质量分析器、静电阱等，以及对于结合了大气压离子源的质量分析器来说，如电喷射(ESI)、大气压化学电离(APCI)、基质辅助的激光解吸/电离(AP-MALDI)等。现有技术的分流泵安排受到如下缺点的影响：仅有限数量的差压级可被这些多入口泵容纳，并且上述质谱仪需要两个或更多个此类的泵、加上一个或多个前级真空。

所希望的是能够通过一个单一的分流泵对一个科学仪器、尤其完整的质谱仪进行泵抽。

针对此背景，做出了本发明。

发明内容