[发明专利]用于质谱分析的磁辅助电子轰击离子源

说明书

本发明涉及一种具有电子轰击离子源的质谱仪，其包括：喷射器，其用于形成被驱动以沿着第一方向通过相互作用区域的样本气体束；磁组件，其被配置和布置为使得其磁场线以实质上与第一方向平行的方式穿过相互作用区域；电子发射器组件，其用于在与第一方向实质上反向对准的第二方向上将电子引向相互作用区域，其中，电子在到达相互作用区域并在其中形成样本气体离子之前沿着磁场线传播并被限制在磁场线附近；以及质量分析器，其位于相互作用区域的下游，样本气体离子被引入其中以供质量分析。

技术领域

本发明涉及用于质谱仪(特别是诸如气相色谱/质谱仪(GCMS)的台式质谱仪)的电子轰击离子源。

背景技术

通常，气相色谱/质谱仪仪器使用电子轰击(EI)源来产生离子。在最常见的现有技术中(参见图1)，样本在气相色谱仪(GC)中蒸发汽化并被引入到这样的源中，在该源中，样本分子从GC柱(41)的末端流出并且在电离室(40)的内壁上反弹，以在它们通过源开口扩散并被抽走之前产生瞬态局部压力。EI源使用灯丝组件(42)，灯丝组件(42)具有产生电子的直灯丝，所述电子朝向在其中电子与样本分子碰撞并电离的电离区被加速到通常七十电子伏。电子可以由包括两个磁体(46)和(47)和磁轭(48)的磁组件引导。通过有孔电极(44)从离子源室(40)中提取离子并形成离子束(45)。源在低于1帕斯卡(比如，10^-2帕斯卡或更低)的压力下的高真空中操作，使得电离在平均自由程大于源的典型尺寸的条件下发生。

电子轰击横截面非常小，并且在典型EI源中，通常采取若干措施来提高电离效率。

举例来说，US 9,117,617B2(安捷伦科技有限公司、Santa Clara、CA(US)、CharlesWilliam Russ、IV、Harry F.Prest、Jeffrey T.Kernan于2013年6月24日提交的题为“AxialMagnetic Ion Source and related Ionization Methods”(“轴向磁离子源和相关电离方法”)的专利)使用电子路径与离子提取路径的轴向对准来提高EI源的离子提取效率。然而，在样本分子以与电子路径成直角的方式被引入到源中并扩散通过整个源体积时，电离面积仍仅限于沿着源的轴的狭窄的密闭空间。所以，电离效率仍然相对较低。

如US 6,617,771B2(Aviv Amirav于2002年1月24日提交的题为“ElectronIonization Ion Source”(“电子电离离子源”)的专利)所述的另一项现有技术通过喷嘴-分流器装置以密闭超音速喷射流形式来将样本引入到源中，然后再进行交叉束电子电离(参见图2)。这种技术的一个优点在于此时样本被限制在狭窄的喷射流体积中。另一个优点在于样本分子不与任何源壁发生撞击，由此消除了如图1中示例性示出的一般EI源的一些缺点。电子电离通过来自与中性样本气体喷射流平行地取向的长灯丝的电子帘来实现。这种实现方式的缺点在于电离效率不佳，这是由于电子束限制性较差和所发射的电子通过样本喷射流的单程性而造成的。因此，需要使用非常大的电子发射电流，但这会导致灯丝随着时间的推移而逐渐变形并使热管理复杂化。

图3示出了另一现有技术，其示意性地描绘了在M.DeKieviet et al.“Design andperformance of a highly efficient mass spectrometer for molecular beams”；Review of Scientific Instruments,May 2000；vol.71,No.5(M.DeKieviet等人.“用于分子束的高效质谱仪的设计和性能”.《科学仪器评论》，2000年5月，第71卷第5期)中所描述的离子源。DeKieviet等人也以密闭气体喷射流(51)形式引入样本，然后再进行电子轰击电离，但是，来自环形灯丝组件(50)的电子束(56)通过由环形灯丝下游的螺线管磁体(52)产生的磁场(55)而被聚集并与喷射区域对准。电子在螺线管磁体的边缘场内偏离轴地产生，然后，朝向样本喷射流(51)流动的源的轴向被加速。沿着磁场线进行所述加速，从而使电子(56)在逐渐接近磁场更密集的轴的过程中螺旋环绕的半径越来越小。