СПОСОБ И СИСТЕМА ОТБОРА ИОНОВ ДЛЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРА, ИМПУЛЬСНАЯ СХЕМА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И СХЕМА СЕЛЕКЦИИ Российский патент 2025 года по МПК H01J49/02 

[0001] Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с заявкой на выдачу патента Китая №202111370623.4 с названием «СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ИОНОВ В МАСС-СПЕКТРОМЕТРЕ», поданной 18 ноября 2021 г. и с заявкой на выдачу патента Китая №202122831001.9 с названием «ИМПУЛЬСНАЯ СХЕМА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И СХЕМА ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ ИОНОВ», поданной 18 ноября 2021 г., поданными в Китайское национальное управление интеллектуальной собственности (Патентное ведомство Китая), обе эти заявки ссылкой полностью включены в настоящий документ.

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

[0002] Настоящее раскрытие относится к области технологии детектирования ионов, в частности, к способу и к системе для селекции ионов в масс-спектрометре, к импульсной схеме высокого напряжения и к схеме селекции ионов.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

[0003] Давайте рассмотрим фиг. 1, на которой показана блок-схема обычного масс-спектрометра. Лазерный источник излучает лазерный импульс для возбуждения образца, чтобы создать ионы из образца. Ионы ускоряются в ускоряющем поле и затем входят в дрейфовую трубку, в которой отсутствует поле, и летят к детектору ионов с постоянной скоростью. На практике не все ионы, которые были созданы в процессе возбуждения, являются целевыми ионами, которые необходимо зарегистрировать. Целевыми ионами, которые являются целью специальной регистрации и анализа, являются только те ионы, молекулярная масса которых лежит в определенном диапазоне. В обычных масс-спектрометрах все ионы, создаваемые при возбуждении образца, летят в направлении детектора ионов и, в конечном счете, попадают на детектор ионов. Детектор ионов может принимать и регистрировать только ограниченное количество ионов, и он перестает работать после того, как количество зарегистрированных ионов достигнет верхнего предела. Следовательно, большое количество бесполезных нецелевых ионов среди всех ионов, принятых и зарегистрированных детектором ионов, сокращает срок службы детектора ионов. Решение для предотвращения попадания на детектор ионов нецелевых ионов, созданных при возбуждении образца, может значительно продлить срок службы детектора ионов.

[0004] Импульсные сигналы являются электрическими сигналами, которые широко применяются в различных электронных и электрических устройствах. Например, прямоугольный импульсный сигнал может использоваться в качестве управляющего сигнала для релейного переключателя. У идеального прямоугольного импульсного сигнала нет никакой задержки в момент переключения от высокого напряжения к низкому напряжению и в момент обратного переключения. На практике невозможно реализовать такую нулевую задержку во время вышеупомянутого переключения. В настоящее время задержка во время вышеупомянутого переключения может быть сокращена до почти незначительной величины для импульсных сигналов низкого напряжения, тогда как сократить задержку до удовлетворительной величины для импульсных сигналов высокого напряжения пока еще достаточно сложно. Следовательно, только ограниченная точность может быть достигнута при использовании импульсных сигналов высокого напряжения для управления, это ограничивает применение импульсных сигналов высокого напряжения.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

[0005] Целью вариантов осуществления настоящего раскрытия является предложение способа и системы для селекции ионов в масс-спектрометре, что уменьшает количество нецелевых ионов, которые достигают детектора, и за счет этого продлевается срок службы детектора в масс-спектрометре. Дополнительно предложены импульсная схема высокого напряжения и схема для селекции ионов, которые уменьшают задержку нарастающих фронтов и спадающих фронтов импульсного сигнала высокого напряжения, тем самым улучшая точность управления с использованием импульсного сигнала высокого напряжения.

[0006] Для решения вышеупомянутых технических проблем согласно варианту осуществления настоящего раскрытия предложен способ селекции ионов в масс-спектрометре. В масс-спектрометре вдоль пути полета ионов между ускоряющим электрическим полем и детектором установлен отклоняющий проводник, и способ предусматривает следующие стадии: подача первого напряжения на отклоняющий проводник для создания отклоняющего электрического поля вблизи отклоняющего проводника, так что ионы во время полета через отклоняющее электрическое поле отклоняются на траекторию, которая не достигает детектора; удержание первого напряжения, подданного на отклоняющий проводник для отклонения нецелевых ионов среди ионов, которые вылетают из ускоряющего электрического поля после обнаружения, что подан импульс, синхронизированный с лазером; подача второго напряжения на отклоняющий проводник для прекращения создания отклоняющегося электрического поля и предоставления возможности целевым ионам среди других ионов достичь детектора после вылета целевых ионов из ускоряющего электрического поля; и подача первого напряжения на отклоняющий проводник после того, как все целевые ионы пролетели дальше отклоняющего проводника.

[0007] Согласно варианту осуществления отклоняющий проводник является, по меньшей мере, одной парой проводящих пластин, расположенных с двух сторон пути полета ионов, причем каждая из, по меньшей мере, одной пары проводящих пластин содержит первую проводящую пластину и вторую проводящую пластину, и первая проводящая пластина заземлена. Подача первого напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующую стадию: подача высокого напряжения, которое больше напряжения заземления, на вторую проводящую пластину, или подача отрицательного высокого напряжения, которое меньше напряжения заземления, на вторую проводящую пластину. Подача второго напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующую стадию: подача напряжения, равного напряжению заземления, на вторую проводящую пластину.

[0008] Согласно варианту осуществления отклоняющий проводник является фокусирующим электродом, установленным в масс-спектрометре, или металлической трубчатой оболочкой, установленной в свободной от электрического поля области масс-спектрометра. Подача первого напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующую стадию: подача на отклоняющий проводник высокого напряжения, которое противоположно ионам по электрической полярности. Подача второго напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующую стадию: подача на отклоняющий проводник высокого напряжения, которое идентично ионам по электрической полярности.

[0009] Согласно варианту осуществления способ дополнительно предусматривает следующую стадию: попеременная подача на отклоняющий проводник первого напряжения и второго напряжения в течение нескольких циклов, причем в каждом из нескольких циклов длительность подачи первого напряжения и длительность подачи второго напряжения определяются молекулярной массой нецелевых ионов, которые должны быть отклонены, и молекулярной массой целевых ионов, которые не должны быть отклонены.

[0010] Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложена система для селекции ионов в масс-спектрометре. Система содержит в своем составе: контроллер, входной вывод которого подсоединен к лазерному источнику, выполненному с возможностью излучать лазерный импульс; и схему селекции ионов, причем выходной вывод схемы подсоединен к отклоняющему проводнику, расположенному внутри масс-спектрометра, а входной вывод схемы подсоединен к контроллеру; причем контроллер выполнен с возможностью управлять схемой селекции ионов для выдачи ей выходного напряжения, которое переключается между первым напряжением и вторым напряжением и подается на отклоняющий проводник для реализации любого вышеупомянутого способа селекции ионов в масс-спектрометре.

[0011] Согласно варианту осуществления отклоняющий проводник является, по меньшей мере, одной парой проводящих пластин, расположенных с двух сторон пути полета ионов, причем каждая из, по меньшей мере, одной пары проводящих пластин содержит первую проводящую пластину и вторую проводящую пластину, и первая проводящая пластина заземлена. Вторая проводящая пластина подсоединена к выходному выводу схемы селекции ионов, и схема селекции ионов содержит в своем составе блок питания высокого напряжения, импульсную схему и последовательную цепочку RC. Импульсная схема содержит в своем составе делитель напряжения и транзистор, которые соединены последовательно. Вывод импульсной схемы подсоединен к выходному выводу блока питания высокого напряжения, а другой вывод импульсной схемы заземлен. Узел, в котором соединены вместе делитель напряжения и транзистор, служит в качестве выходного вывода схемы селекции ионов. Первый вывод последовательной цепочки RC подсоединен к выходному выводу схемы селекции ионов, а второй вывод последовательной цепочки RC заземлен. Контроллер подсоединен к управляющему выводу транзистора, и контроллер выполнен с возможностью переключать транзистор между включенным и отключенным состояниями.

[0012] Согласно варианту осуществления первый вывод делителя напряжения подсоединен к блоку питания высокого напряжения, второй вывод делителя напряжения подсоединен к первому выводу транзистора, а второй вывод транзистора заземлен. После выдачи контроллером электрического сигнала с уровнем напряжения первый вывод и второй вывод транзистора электрически отсоединяются друг от друга. После выдачи контроллером электрического сигнала с другим уровнем напряжения, более высоким, чем первый уровень напряжения, первый вывод и второй вывод транзистора электрически соединяются друг с другом.

[0013] Согласно варианту осуществления первый вывод транзистора подсоединен к блоку питания высокого напряжения, второй вывод транзистора подсоединен к первому выводу делителя напряжения, а второй вывод делителя напряжения заземлен. После выдачи контроллером электрического сигнала с уровнем напряжения первый вывод и второй вывод транзистора электрически отсоединяются друг от друга. После выдачи контроллером электрического сигнала с другим уровнем напряжения, более высоким, чем первый уровень напряжения, первый вывод и второй вывод транзистора электрически соединяются друг с другом.

[0014] Согласно варианту осуществления схема селекции ионов дополнительно содержит параллельную цепочку RC, а управляющий вывод транзистора подсоединен к контроллеру через параллельную цепочку RC.

[0015] Согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия предложен способ селекции ионов в масс-спектрометре. В масс-спектрометре вдоль пути полета ионов между ускоряющим электрическим полем и детектором установлен отклоняющий проводник. Способ предусматривает следующие стадии: подача первого напряжения на отклоняющий проводник для создания отклоняющегося электрического поля вблизи отклоняющего проводника, так что ионы во время полета через отклоняющее электрическое поле отклоняются на траекторию, которая не достигает детектора; удержание первого напряжения, подданного на отклоняющий проводник для отклонения нецелевых ионов среди всех ионов, которые вылетают из ускоряющего электрического поля, после обнаружения, что подан импульс, синхронизированный с лазером; подача второго напряжения на отклоняющий проводник для прекращения создания отклоняющего электрического поля и предоставления возможности целевым ионам среди других ионов достичь детектора после вылета целевых ионов из ускоряющего электрического поля; и подача первого напряжения на отклоняющий проводник после того, как все целевые ионы пролетели дальше отклоняющего проводника.

[0016] При этом используется принцип, что ионы с различной молекулярной массой проходят через свободную от электрического поля область масс-спектрометра за различные интервалы времени, когда они летят к детектору. Первое напряжение подается на отклоняющий проводник в масс-спектрометре перед активацией источника лазерных импульсов, чтобы создаваемое отклоняющим проводником отклоняющее электрическое поле было способно отклонить нецелевые ионы, как только источник лазерных импульсов активирован. Второе напряжение подается на отклоняющий проводник, когда целевые ионы начинают лететь, и, следовательно, отклоняющий проводник больше не создает электрическое поле, которое отклоняет целевые ионы. После того, как все целевые ионы пролетели дальше свободной от электрического поля области, первое напряжение снова подается на отклоняющий проводник. Таким образом, это обеспечивает, что создаваемое отклоняющим проводником электрическое поле способно отклонять как ионы, молекулярная масса которых больше молекулярной массы целевых ионов, так и ионы, молекулярная масса которых меньше молекулярной массы целевых ионов, и предотвращает достижение детектора этими ионами. Срок службы детектора может быть продлен. Более того, детектор представляет результат регистрации только целевых ионов, что устраняет ненужные помехи от нецелевых ионов при регистрации целевых ионов.

[0017] Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложена система для селекции ионов в масс-спектрометре, и она также имеет вышеупомянутые положительные эффекты.

[0018] Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложена импульсная схема высокого напряжения. Импульсная схема высокого напряжения содержит в своем составе первый источник напряжения, второй источник напряжения, импульсную схему и последовательную цепочку RC. Разница между напряжением, выдаваемым первым источником напряжения, и напряжением, выдаваемым вторым источником напряжения, не меньше заранее настроенного напряжения. Импульсная схема содержит в своем составе делитель напряжения и транзистор, которые соединены последовательно. Вывод импульсной схемы подсоединен к первому источнику напряжения, а другой вывод импульсной схемы подсоединен ко второму источнику напряжения. Узел, в котором соединены вместе делитель напряжения и транзистор, служит в качестве выходного вывода импульсной схемы высокого напряжения. Первый вывод последовательной цепочки RC подсоединен к выходному выводу импульсной схемы высокого напряжения, а второй вывод последовательной цепочки RC подсоединен ко второму источнику напряжения. Транзистор выполнен с возможностью переключаться между включенным и отключенным состояниями согласно управляющему сигналу переключения, принимаемому управляющим выводом транзистора.

[0019] Согласно варианту осуществления первый вывод делителя напряжения подсоединен к первому источнику напряжения, второй вывод делителя напряжения подсоединен к первому выводу транзистора, а второй вывод транзистора подсоединен ко второму источнику напряжения. Первый вывод и второй вывод транзистора электрически соединяются друг с другом после поступления управляющего сигнала переключения с определенным уровнем напряжения, и электрически отсоединяются друг от друга после поступления управляющего сигнала переключения с другим уровнем напряжения, который ниже первого уровня напряжения.

[0020] Согласно варианту осуществления первый вывод транзистора подсоединен к первому источнику напряжения, второй вывод транзистора подсоединен к первому выводу делителя напряжения, а второй вывод делителя напряжения подсоединен ко второму источнику напряжения. Первый вывод и второй вывод транзистора электрически соединяются друг с другом после поступления управляющего сигнала переключения с определенным уровнем напряжения, и электрически отсоединяются друг от друга после поступления управляющего сигнала переключения с другим уровнем напряжения, который ниже первого уровня напряжения.

[0021] Согласно варианту осуществления первый источник напряжения является блоком питания, который выдает высокое напряжение, а напряжение, выдаваемое вторым источником напряжения, является напряжением заземления. Согласно альтернативному варианту первый источник напряжения является блоком питания, который выдает высокое напряжение, а второй источник напряжения является блоком питания, который выдает высокое отрицательное напряжение. Согласно альтернативному варианту напряжение, выдаваемое первым источником напряжения, является напряжением заземления, а второй источник напряжения является блоком питания, который выдает высокое отрицательное напряжение.

[0022] Согласно варианту осуществления импульсная схема высокого напряжения дополнительно содержит параллельную цепочку RC, подсоединенную к управляющему выводу транзистора. Управляющий вывод транзистора выполнен с возможностью принимать управляющий сигнал переключения через параллельную цепочку RC.

[0023] Дополнительно предложена схема селекции ионов, которая применима в масс-спектрометре, в котором содержится проводник для отклонения нецелевых ионов. Схема селекции ионов содержит в своем составе контроллер и любую вышеупомянутую импульсную схему высокого напряжения. Выходной вывод импульсной схемы высокого напряжения подсоединен к проводнику, а выходной вывод контроллера подсоединен к управляющему выводу транзистора в импульсной схеме высокого напряжения. Контроллер выполнен с возможностью выдавать управляющий сигнал переключения на импульсную схему высокого напряжения, и переключать управляющий сигнал переключения между двумя различными уровнями напряжения, чтобы дать возможность импульсному сигналу высокого напряжения, выдаваемому импульсной схемой высокого напряжения, переключаться между двумя различными напряжениями.

[0024] При этом импульсная схема высокого напряжения содержит в своем составе первый источник напряжения, второй источник напряжения, импульсную схему и последовательную цепочку RC. Разница между напряжением, выдаваемым первым источником напряжения, и напряжением, выдаваемым вторым источником напряжения, не меньше заранее настроенной разницы. Импульсная схема содержит в своем составе делитель напряжения и транзистор, которые соединены последовательно. Вывод импульсной схемы подсоединен к первому источнику напряжения, а другой вывод импульсной схемы подсоединен ко второму источнику напряжения. Узел, в котором соединены вместе делитель напряжения и транзистор, служит в качестве выходного вывода импульсной схемы высокого напряжения. Первый вывод последовательной цепочки RC подсоединен к выходному выводу импульсной схемы высокого напряжения, а второй вывод последовательной цепочки RC подсоединен ко второму источнику напряжения. Транзистор выполнен с возможностью переключаться между включенным и отключенным состояниями согласно управляющему сигналу переключения, принимаемому управляющим выводом транзистора.

[0025] При этом транзистор и делитель напряжения соединены последовательно и используются в качестве импульсной схемы между первым источником напряжения и вторым источником напряжения. Транзистор переключается между включенным и отключенным состояниями, так что импульсная схема высокого напряжения вырабатывает импульс высокого напряжения в узле между транзистором и делителем напряжения. Напряжение, выдаваемое первым источником напряжения, используется в качестве высокого напряжения для сигнала импульса высокого напряжения, а напряжение, выдаваемым вторым источником напряжения, используется в качестве низкого напряжения для сигнала импульса высокого напряжения. Транзисторный ключ и делитель напряжения создают эквивалент цепочки RC и вносят задержку переключения между высоким напряжением и низким напряжением. При этом последовательная цепочка RC дополнительно подсоединена параллельно между выходным выводом импульсной схемы высокого напряжения и вторым источником напряжения. Последовательная цепочка RC способна заряжать и разряжать конденсатор на обратносмещенном р-n переходе транзисторного ключа и, следовательно, включение/отключение транзисторного ключа по управляющему сигналу занимает меньше времени, что снижает задержку переключения между высоким напряжением и низким напряжением в импульсном сигнале высокого напряжения. Следовательно, выдаваемый импульсный сигнал высокого напряжения можно переключать между высоким напряжением и низким напряжением за интервал в несколько наносекунд, что способствует широкому применению импульсных сигналов высокого напряжения.

[0026] Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложена схема для селекции ионов в масс-спектрометре, и она также имеет вышеупомянутые положительные эффекты.

Краткое описание фигур

[0027] Для более понятной иллюстрации технических решений согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия или традиционных технологий ниже в настоящем документе кратко описаны фигуры, которые следует прилагать к вариантам осуществления настоящего раскрытия или традиционных технологий. Очевидно, что приложенные фигуры в последующем описании относится только к некоторым вариантам осуществления настоящего раскрытия, и на основании приложенных фигур другие фигуры могут быть получены специалистами в этой области техники без каких-либо творческих усилий.

[0028] На фиг. 1 показана блок-схема обычного масс-спектрометра.

[0029] На фиг. 2 показана блок-схема алгоритма способа селекции ионов в масс-спектрометре согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

[0030] На фиг. 3 показана упрощенная блок-схема масс-спектрометра согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

[0031] На фиг. 4 показан масс-спектр, полученный детектором без селекции между целевыми ионами и нецелевыми ионами.

[0032] На фиг. 5 показан масс-спектр, полученный детектором при селекции целевых ионов, молекулярные массы которых лежат внутри одного диапазона.

[0033] На фиг. 6 показан масс-спектр, полученный детектором при селекции целевых ионов, молекулярные массы которых лежат внутри нескольких отдельных диапазонов.

[0034] На фиг. 7 показана упрощенная принципиальная схема схемы селекции ионов согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

[0035] На фиг. 8 показана упрощенная принципиальная схема схемы селекции ионов согласно другому варианту осуществления настоящего раскрытия.

[0036] На фиг. 9 показана упрощенная принципиальная схема импульсной схемы высокого напряжения согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.

[0037] На фиг. 10 показана упрощенная принципиальная схема импульсной схемы высокого напряжения согласно другому варианту осуществления настоящего раскрытия.

Подробное описание вариантов осуществления

[0038] Давайте рассмотрим фиг. 1. В масс-спектрометре импульсный лазер, который является источником 2 лазерных импульсов, возбуждает образец 01, который является источником ионов, для создания ионов с различными молекулярными массами. Ионы с различными молекулярными массами ускоряются до различных скоростей в ускоряющем электрическом поле U, причем ионы с меньшей молекулярной массой ускоряются до большей скорости, в то время как ионы с большей молекулярной массой ускоряются до меньшей скорости. Соответственно, во время полета к детектору 1 ионы с меньшей молекулярной массой выходят из ускоряющего электрического поля U и входят в свободную от электрического поля область раньше, в то время как ионы с большей молекулярной массой выходят из ускоряющего электрического поля U и входят в свободную от электрического поля область позже.

[0039] Обычно во время фактического детектирования ионов требуется регистрировать только целевые ионы, молекулярная масса которых лежит в конкретном диапазоне, а ионы с другими молекулярными массами называются нецелевыми ионами. Нецелевые ионы, которые достигают детектора 1 и регистрируются им, не только сокращают срок службы детектора 1, но также размывают результат регистрации целевых ионов.

[0040] Разница в массе между целевыми ионами и нецелевыми ионами приводит к разнице моментов времени, в которые целевые ионы и нецелевые ионы проходят свободную от электрического поля область, что используется для селекции между целевыми ионами и нецелевыми ионами. Нецелевые ионы во время прохождения свободной от электрического поля области лишаются возможности лететь к детектору. Следовательно, нецелевые ионы не могут достичь детектора 1, и только целевые ионы, в конце концов, достигают детектора 1 для их регистрации, что позволяет продлить срок службы детектора и улучшить достоверность результата регистрации ионов.

[0041] Ниже в настоящем документе будет приведено понятное и полное описание технических решений согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, вместе с фигурами согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, это обеспечит лучшее понимание специалистам в этой области техники. Очевидно, что описанные варианты осуществления являются только частью, а не всеми вариантами осуществления настоящего раскрытия. Все другие варианты осуществления, без каких-либо творческих усилий полученные специалистами в этой области техники на основании описанных в настоящем раскрытии вариантов осуществления, попадают в объем правовой охраны настоящего раскрытия.

[0042] Давайте рассмотрим фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 2 показана блок-схема алгоритма способа селекции ионов в масс-спектрометре согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. На фиг. 3 показана упрощенная блок-схема масс-спектрометра согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. При этом отклоняющий проводник расположен в масс-спектрометре вдоль пути полета ионов, который находится между ускоряющим электрическим полем и детектором внутри масс-спектрометра, чтобы реализовать способ селекции ионов в масс-спектрометре. Показанный на фиг. 3 масс-спектрометр рассматривается в качестве примера. Отклоняющий проводник может быть плоской пластиной, расположенной в свободной от электрического поля области. В таком случае способ для селекции ионов в масс-спектрометре предусматривает следующие стадии от S11 до S14.

[0043] На стадии S11, на отклоняющий проводник подается первое напряжение для создания отклоняющего электрического поля вблизи отклоняющего проводника, причем ионы во время полета через отклоняющее электрическое поле отклоняются на траекторию, не достигающую детектора.

[0044] Ионы, летящие в свободной от электрического поля области, должны следовать по прямой траектории, то есть должны лететь по направлению от места выхода из ускоряющего электрического поля U к детектору 1, как показано на фиг. 3. Благодаря отсутствию внешних сил скорость и направление полета ионов должны оставаться неизменными в свободной от электрического поля области. Электрическое поле будет создано вокруг отклоняющегося проводника, как только первое напряжение будет подано на отклоняющий проводник. Следует понимать, что под действием электрического поля ионы будут отклонены на другую траекторию во время полета через занятую электрическим полем пространственную область, и поэтому не смогут достичь детектора 1.

[0045] На стадии S12 подданное на отклоняющий проводник первое напряжение удерживается после обнаружения, что подан импульс, синхронизированный с лазером, чтобы отклонить нецелевые ионы среди ионов, вылетающих из ускоряющего электрического поля.

[0046] Синхронизированный с лазером импульс означает сигнал для активации лазерного источника 2 для излучения лазерного импульса на образец 01. Обычно первое напряжение требуется подать на отклоняющий проводник, когда начинается выдача синхронизированного с лазером импульса. После обнаружения выдачи синхронизированного с лазером импульса сложно немедленно подать первое напряжение на отклоняющий проводник, что приводит к задержке момента времени, когда первое напряжение начинает подаваться на отклоняющий проводник, относительно момента времени, когда начинает выдаваться синхронизированный с лазером импульс. Во время такой задержки некоторые нецелевые ионы могут быть созданы при возбуждении образца, и они могут достичь детектора. При этом с учетом вышеуказанной проблемы первое напряжение подается на отклоняющий проводник перед тем, как синхронизированный с лазером импульс активирует лазерный источник 2, чтобы улучшить точность удаления нецелевых ионов. Таким образом, отклоняющий проводник способен отклонять нецелевые ионы в течение всего времени, пока создаются нецелевые ионы, и поэтому нецелевые ионы не могут достичь детектора 1.

[0047] Кроме того, величина первого напряжения должна удовлетворять определенному требованию, чтобы обеспечить, что напряженность созданного отклоняющим проводником электрического поля может развить достаточную отклоняющую силу, действующую на нецелевые ионы. Первое напряжение предпочтительно должно быть высоким напряжением.

[0048] На стадии S13 на отклоняющий проводник подается второе напряжение для прекращения создания отклоняющего электрического поля и предоставления возможности целевым ионам среди других ионов достичь детектора после вылета целевых ионов из ускоряющего электрического поля.

[0049] Конкретная форма второго напряжения сильно зависит от типа отклоняющего проводника.

[0050] Согласно варианту осуществления отклоняющий проводник может быть, по меньшей мере, одной парой проводящих пластин, расположенных с двух сторон пути полета ионов. Каждая пара проводящих пластин содержит первую проводящую пластину и вторую проводящую пластину, и первая проводящая пластина заземлена. Подача первого напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующую стадию. Подача высокого напряжения, которое больше напряжения заземления на вторую проводящую пластину, или подача отрицательного высокого напряжения, которое меньше напряжения заземления, на вторую проводящую пластину. Подача второго напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующую стадию. Подача напряжения, равного напряжению заземления, на вторую проводящую пластину.

[0051] Как показано на фиг. 3, отклоняющий проводник выполнен в виде пары проводящих пластин. Первая проводящая пластина 31 заземлена, и высокое напряжение подается на вторую проводящую пластину 32 так, чтобы образовать отклоняющее электрическое поле между первой проводящей пластиной 31 и второй проводящей пластиной 32. Таким образом, нецелевые ионы с электрическими зарядами отклоняются под действием отклоняющего электрического поля, когда они пролетают между первой проводящей пластиной 31 и второй проводящей пластиной 32.

[0052] В таком случае следует понимать, что электрическое поле способно отклонить целевые ионы и поэтому его не следует создавать, когда целевые ионы входят в область между первой проводящей пластиной 31 и второй проводящей пластиной 32. В такое время можно использовать напряжение заземления, подаваемое на вторую проводящую пластину 32, так что не будет никакого электрического поля между первой проводящей пластиной 31 и второй проводящей пластиной 32. Целевые ионы не будут отклоняться, когда они пролетают область между первой проводящей пластиной 31 и второй проводящей пластиной 32, и поэтому они могут достичь детектора 1.

[0053] На практике не обязательно выполнять отклоняющий проводник в виде пары проводящих пластин, расположенных с двух сторон пути полета ионов. Отклоняющий проводник может альтернативно быть выполнен в виде единственного проводящего компонента. В таком случае нецелевые ионы также могут быть отклонены, когда высокое напряжение подается на проводящий компонент для образования электрического поля вблизи проводящего компонента. Когда пролетают целевые ионы, высокое напряжение переключается на напряжение заземления, чтобы устранить электрическое поле вокруг проводящего компонента, так что целевые ионы смогут достичь детектора 1.

[0054] Согласно другому варианту осуществления отклоняющий проводник может быть фокусирующим электродом 4, установленным в масс-спектрометре, или может быть металлической трубчатой оболочкой 5, установленной в свободной от электрического поля области масс-спектрометра. Подача первого напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующую стадию. Высокое напряжение, которое противоположно ионам по электрической полярности, подается на отклоняющий проводник. Подача второго напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующую стадию. Высокое напряжение, которое идентично ионам по электрической полярности, подается на отклоняющий проводник.

[0055] Фокусирующий электрод 4 рассматривается в качестве примера реализации отклоняющего проводника. Фокусирующий электрод 4 в масс-спектрометре является металлической трубкой, расположенной на выходе из ускоряющего электрического поля U. В традиционных масс-спектрометрах нельзя гарантировать, что все ионы, создаваемые при возбуждении образца 01, летят в сторону детектора 1 после воздействия ускорения в ускоряющем электрическое поле U. Скорее некоторые ионы летят под определенным углом отклонения. Следовательно, необходимо установить в масс-спектрометре фокусирующий электрод 4. В случае, когда все ионы, созданные во время лазерного возбуждения образца 01, который является источником ионов, являются положительными ионами, на фокусирующий электрод 4 подается положительное напряжение, так что в фокусирующем электроде 4 создается электрическое поле, в котором линии напряженности электрического поля сходятся на центральной оси металлической трубки. Когда ионы летят по направлению, отклоненному от центральной оси фокусирующего электрода 4, их траектория подстраивается ближе к центральной оси фокусирующего электрода 4 под действием электрического поля, так что окончательная траектория ионов почти совпадает с прямой линии, на которой расположена центральная ось фокусирующего электрода 4. Аналогичным образом, в случае, когда все ионы, созданные во время возбуждения, являются отрицательными ионами, на фокусирующий электрод 4 подается отрицательное напряжение, так что в фокусирующем электроде 4 создается электрическое поле, в котором линии напряженности электрического поля расходятся из центральной оси по направлению к стенке трубки.

[0056] Следует отметить, что целевые ионы и нецелевые ионы, которые создаются во время лазерного возбуждения того же самого образца и вылетают из ускоряющего электрического поля, имеют одинаковую электрическую полярность.

[0057] Соответственно, согласно настоящему раскрытию на фокусирующий электрод 4 подаются различные напряжения, когда целевые ионы проходят через фокусирующий электрод 4 и когда нецелевые ионы проходят через фокусирующий электрод 4, чтобы реализовать селекцию между целевыми ионами и нецелевыми ионами.

[0058] В качестве примера рассмотрим ситуацию, когда как целевые ионы, так и нецелевые ионы являются положительными ионами. Когда нецелевые ионы проходят через фокусирующий электрод 4, на фокусирующий электрод подается первое напряжение, которое является отрицательным напряжением с величиной меньше 0 В, чтобы фокусирующий электрод притягивал нецелевые ионы. Следовательно, траектория нецелевых ионов отклоняется от центральной оси к стенке фокусирующего электрода 4, и нецелевые ионы не могут достичь детектора 1.

[0059] Когда целевые ионы проходят через фокусирующий электрод 4, на фокусирующий электрод подается второе напряжение, которое является положительным напряжением с величиной больше 0 В, чтобы фокусирующий электрод отталкивал целевые ионы. Следовательно, траектория целевых ионов остается близкой к центральной оси фокусирующего электрода 4, и целевые ионы более легко могут достичь детектора 1.

[0060] Аналогичным образом, в случае, когда как целевые ионы, так и нецелевые ионы являются отрицательными ионами, первое напряжение является положительным напряжением с величиной больше 0 В, а второе напряжение является отрицательным напряжением с величиной меньше 0 В.

[0061] Отклоняющий проводник, выполненный в виде металлической трубчатой оболочки 5, установленной в свободной от электрического поля области масс-спектрометра, подобен по своему исполнению и по принципу работы фокусирующему электроду 4. Таким образом, первое напряжение противоположно ионам по электрической полярности, а второе напряжение идентично ионам по электрической полярности. Никакие подробности описания не повторяются в настоящем документе.

[0062] На стадии S14 после того, как все целевые ионы пролетели дальше отклоняющего проводника, первое напряжение подается на отклоняющий проводник.

[0063] Обычно среди ионов, созданных при возбуждении образца 01, имеются нецелевые ионы с молекулярной массой больше, чем молекулярная масса целевых ионов, и нецелевые ионы с молекулярной массой меньше, чем молекулярная масса целевых ионов. Следует понимать, что нецелевые ионы с молекулярной массой больше, чем молекулярная масса целевых ионов, летят медленнее, чем целевые ионы. Следовательно, некоторые нецелевые ионы с молекулярной массой больше, чем молекулярная масса целевых ионов, все еще будут лететь в направлении детектора 1, когда целевые ионы уже достигли детектора 1. Для того чтобы в максимальной степени предотвратить достижение детектора 1 нецелевыми ионами, первое напряжение может быть подано на отклоняющий проводник после того, как все целевые ионы прошли в свободную от электрического поля область, так что нецелевые ионы с молекулярной массой больше, чем молекулярная масса целевых ионов, будут отклоняться. В результате только целевые ионы смогут достичь детектора 1.

[0064] Кроме того, молекулярные массы целевых ионов, которые необходимо зарегистрировать, могут быть распределены по нескольким диапазонам молекулярных масс, между которыми имеются разрывы. Например, пусть имеется несколько диапазонов молекулярных масс (0, а1], (а1, а2], (а2, а3], (а3, а4] и (а4, а5], причем ионы, имеющие молекулярные массы внутри двух диапазонов (а1, а2] и (а3, а4], являются целевыми ионами, а ионы, имеющие молекулярные массы внутри трех диапазонов молекулярных масс (0, а1], (а2, а3] и (а4, а5], являются нецелевыми ионами. Во время селекции ионов первое напряжение и второе напряжение попеременно подаются на отклоняющий проводник в течение нескольких циклов. Длительность подачи первого напряжения и длительность подачи второго напряжения в каждом цикле зависит от молекулярной массы нецелевых ионов, которые должны быть отклонены, и от молекулярной массы целевых ионов, которые не должны быть отклонены. Первое напряжение подается на отклоняющий проводник, когда нецелевые ионы, имеющие молекулярные массы внутри трех диапазонов молекулярных масс (0, а1], (а2, а3] и (а4, а5], летят через свободную от электрического поля область. Второе напряжение подается на отклоняющий проводник, когда летят целевые ионы, имеющие молекулярные массы внутри двух диапазонов молекулярных масс (а1, а2] и (а3, а4].

[0065] Давайте рассмотрим фигуры с фиг. 4 по фиг. 6. На фиг. 4 показан масс-спектр, полученный детектором без селекции между целевыми ионами и нецелевыми ионами. На фиг. 5 показан масс-спектр, полученный детектором при селекции целевых ионов, молекулярные массы которых лежит внутри одного диапазона. На фиг. 6 показан масс-спектр, полученный детектором при селекции целевых ионов, молекулярные массы которых лежит внутри нескольких диапазонов. Сравнение между фиг. 4 и фиг. 6 показывает, что спектральные пики масс-спектра на фиг. 4 содержат матричный пик, содержащий большое количество пиков, соответствующих малым молекулярным массам, что снижает срок службы детектора. Кроме того, пики, обусловленные молекулами матрицы, имеющими малые молекулярные массы, являются шумовыми пиками, которые снижают отношение сигнал/шум масс-спектра и усложняют работу приборов. Как показано на фиг. 5, целевые ионы, имеющие молекулярные массы внутри одного заранее заданного диапазона молекулярной массы, достигают детектора, а нецелевые ионы, имеющие молекулярную массу за пределами этого диапазона, отклоняются и не могут достичь детектора. На фиг. 6 показан масс-спектр, полученный детектором при селекции целевых ионов, молекулярные массы которых лежит внутри двух заранее заданных диапазонов молекулярной массы. Только целевые ионы с молекулярной массой в пределах целевого диапазона молекулярной массы выбираются при селекции и достигают детектора, а бесполезные нецелевые ионы удаляются с помощью селекции. Благодаря этому снижается износ детектора, а срок службы детектора продлевается. Кроме того, снижается шум в масс-спектре и значительно улучшается отношение сигнал/шум. Соответственно, необходимо анализировать и обрабатывать только масс-спектр ионов, имеющих молекулярную массу в заданном диапазоне молекулярных масс, что упрощает последующую работу и повышает эффективность приборов.

[0066] Таким образом, согласно настоящему раскрытию отклоняющий проводник расположен в свободной от электрического поля области масс-спектрометра. Напряжение, позволяющее отклоняющему проводнику создавать отклоняющее электрическое поле, подается на отклоняющий проводник до активации лазерного источника, так что все нецелевые ионы, которые сначала попадают в свободную от электрического поля область, могут быть отклонены и не смогут достичь детектора. Напряжение, поданное на отклоняющий проводник, переключается, когда целевые ионы входят в такую свободную от поля область, так что целевые ионы не отклоняются отклоняющим проводником. Кроме того, напряжение, поданное на отклоняющий проводник, снова переключается, когда все целевые ионы достигают детектора, так что нецелевые ионы с молекулярной массой больше, чем молекулярная масса целевых ионов, отклоняются отклоняющим проводником. Таким образом, нецелевые ионы отклоняются в наибольшей степени, а количество нецелевых ионов, попадающих в детектор, сводится к минимуму, что замедляет износ детектора и продлевает срок службы детектора.

[0067] Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложена система для селекции ионов в масс-спектрометре. Эта система содержит в своем составе контроллер и схему для селекции ионов.

[0068] Входной вывод контроллера подсоединен к лазерному источнику, выполненному с возможностью вывода лазерного импульса.

[0069] Выходной вывод схемы подсоединен к расположенному в масс-спектрометре отклоняющему проводнику, а входной вывод схемы подсоединен к контроллеру.

[0070] Контроллер выполнен с возможностью управлять схемой селекции ионов для выдачи ей выходного напряжения, которое переключается между первым напряжением и вторым напряжением, и подается на отклоняющий проводник для реализации любого вышеупомянутого способа для селекции ионов в масс-спектрометре.

[0071] Согласно способу для селекции ионов в масс-спектрометре напряжение, подаваемое на отклоняющий проводник, переключается между двумя разными постоянными напряжениями, так что отклоняющий проводник может проводить селекцию между целевыми ионами и нецелевыми ионами. Следовательно, напряжение, поданное на отклоняющий проводник, можно рассматривать как импульс(ы) прямоугольной формы, а в практической схеме селекции ионов можно применить схемотехнику для вывода импульсов прямоугольной формы. Как правило, разница напряжений между высоким напряжением и низким напряжением в прямоугольных импульсах должна быть не менее определенной величины, чтобы удовлетворить требованию к электрическому полю, которое создается отклоняющим проводником для отклонения нецелевых ионов. То есть импульсный сигнал напряжения, выдаваемый схемой селекции ионов, должен быть импульсами высокого напряжения.

[0072] Теоретически импульсный сигнал прямоугольной формы мгновенно переключается между высоким напряжением и низким напряжением на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах. На практике как переключение на нарастающем фронте, так и переключение на спадающем фронте происходят с задержкой, особенно для импульсов высокого напряжения, в которых существует большая разница напряжений между высоким напряжением и низким напряжением. В импульсах высокого напряжения трудно реализовать быстрые нарастающие фронты и быстрые спадающие фронты напряжения при переключении между высоким напряжением и низким напряжением. Разница во времени между моментом пролета целевых ионов через масс-спектрометр и моментом, когда нецелевые ионы пролетают через масс-спектрометр, довольно мала и составляет по существу величину около нескольких наносекунд. Следовательно, быстрые нарастающие фронты и быстрые спадающие фронты напряжения между высоким напряжением и низким напряжением необходимы, когда схема селекции ионов переключается между выдачей одного напряжения и выдачей другого напряжения, так что может быть достигнута точная селекция между нецелевыми ионами и целевыми ионами.

[0073] В качестве примера рассмотрим случай, когда отклоняющий проводник является, по меньшей мере, одной парой проводящих пластин, расположенных с двух сторон пути полета ионов, каждая пара проводящих пластин содержит первую проводящую пластину и вторую проводящую пластину, причем первая проводящая пластина заземлена, а вторая проводящая пластина подсоединена к схеме селекции ионов. Давайте рассмотрим фиг. 7 и фиг. 8. На фиг. 7 показана принципиальная схема схемы селекции ионов согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. На фиг. 8 показана принципиальная схема схемы селекции ионов согласно другому варианту осуществления настоящего раскрытия.

[0074] Согласно варианту осуществления, схема селекции ионов содержит в своем составе блок питания с выходом HV, который выдает высокое напряжение, импульсную схему и последовательную цепочку RC. Как показано на фиг. 7 и фиг. 8, последовательная цепочка RC состоит из конденсатора С2 и резистора R3, которые соединены последовательно и выдерживают высокое напряжение. На резисторе R3 выделяется большая мощность, и поэтому его сопротивление меньше, чем сопротивление делителя напряжения R2.

[0075] Импульсная схема содержит делитель напряжения R2 и транзистор Q. Вывод импульсной схемы подсоединен к выходному выводу HV блока питания, а другой вывод импульсный схемы заземлен. Узел, в котором соединены вместе делитель напряжения R2 и транзистор Q, служит в качестве выходного вывода OUT схемы селекции ионов. Вывод последовательной цепочки RC подсоединен к выходному выводу OUT, а второй вывод последовательной цепочки RC заземлен. Контроллер подсоединен к управляющему выводу транзистора Q и контроллер выполнен с возможностью переключать транзистор между включенным и отключенным состояниями.

[0076] Согласно варианту осуществления между контроллером и управляющим выводом транзистора Q может быть подключена параллельная цепочка RC. Параллельная цепочка RC может содержать резистор R1 и конденсатор С1, которые соединены параллельно.

[0077] При этом вывод импульсов высокого напряжения в основном реализуется с помощью импульсной схемы, содержащей в своем составе делитель напряжения R2 и транзистор Q, причем вывод импульсной схемы соединен с выходным выводом HV блока питания высокого напряжения, а другой вывод импульсный схемы заземлен. Кроме того, управляющий вывод транзистора Q соединен с выходным выводом контроллера через параллельную цепочку RC, так что контроллер переключает транзистор Q между включенным и отключенным состояниями посредством подачи управляющего сигнала. От того, включен или отключен транзистор Q, зависит, будет ли напряжение в узле между транзистором Q и делителем напряжения R2 равно напряжению заземления или напряжению, выдаваемому выводом HV блока питания высокого напряжения. Таким образом, напряжение, выдаваемое импульсной схемой, переключается между высоким напряжением и напряжением заземления.

[0078] Импульсная схема образована делителем напряжения R2 и транзистором Q. Делитель напряжения R2 может представлять собой резистор, делящий напряжение, или другой компонент для деления напряжения, имеющий определенное сопротивление, а транзистор Q может быть полупроводниковым ключом, например биполярным транзистором, МОП транзистором или тому подобным, что никак не ограничено в настоящем раскрытии.

[0079] Как упоминалось выше, контроллер может переключать транзистор Q между включенным и отключенным состояниями. Благодаря основным принципам работы транзистора Q сигнал управления, используемый контроллером для управления транзистором Q, может представлять собой импульсный сигнал, переключающийся между высоким уровнем и низким уровнем напряжения. В отличие от импульсного сигнала высокого напряжения, подаваемого на отклоняющий проводник, контроллеру требуется выдать только импульсный сигнал низкого напряжения на управляющий вывод транзистора Q.

[0080] Кроме того, импульсную схему, содержащую делитель напряжения R2 и транзистор Q, можно рассматривать как еще одну последовательную цепочку RC. Поскольку транзистор Q аналогичен конденсатору в процессах зарядки и разрядки, конденсатор на обратносмещенном р-n переходе транзистора Q и делитель напряжения R2 образуют эквивалент последовательной цепочки RC. Конденсатор на обратносмещенном р-n переходе транзистора Q вносит задержку при включении/отключении транзистора Q, и, следовательно, нарастающие и спадающие фронты окончательно выдаваемого импульсного сигнала удлиняются.

[0081] При этом последовательная цепочка RC подсоединена параллельно цепи между выходным выводом OUT и землей в схеме селекции ионов, чтобы сократить задержку на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах, когда выход схемы селекции ионов переключается между высоким напряжением и низким напряжением.

[0082] При изменении импульсного сигнала высокого напряжения последовательная цепочка RC, состоящая из конденсатора С2 высокого напряжения и резистора R3 высокого напряжения, образует путь зарядки/разрядки и осуществляет фильтрацию. Конденсатор С2 в последовательной цепочке RC заряжает транзистор Q, когда транзистор Q включен, и разряжает транзистор Q, когда транзистор Q отключен. Следовательно, задержки на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах выдаваемых импульсов высокого напряжения сокращаются, и достигается быстрое переключение между высоким напряжением и низким напряжением. Быстрые нарастающие и спадающие фронты выдаваемого импульсного сигнала высокого напряжения довольно короткие и составляют порядка нескольких наносекунд, что обеспечивает точное переключение между высоким напряжением и низким напряжением. Более того, новая цепочка RC образует фильтр, который может удалять гармоники высокого порядка, и, следовательно, форма импульсов высокого напряжения становится более регулярной.

[0083] Кроме того, контроллер подсоединен к управляющему выводу транзистора Q через параллельную цепочку RC. Поскольку конденсатор С1 в параллельной цепочке RC способен заряжаться и разряжаться, переключение транзистора Q между включенным и отключенным состояниями занимает меньше времени под управлением управляющего сигнала ключа.

[0084] В импульсах высокого напряжения, выдаваемых схемой селекции ионов, задержки на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах могут быть сокращены до нескольких наносекунд при переключении между высоким напряжением и низким напряжением. Поскольку задержки на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах значительно сокращаются, схема селекции ионов может повысить точность управления различными системами управления в случае ее применения в таких системам.

[0085] Элементы импульсной схемы могут быть соединены в различных конфигурациях.

[0086] Давайте рассмотрим фиг. 7. Согласно дополнительному варианту осуществления импульсная схема может быть скомпонована следующим образом. Первый вывод делителя напряжения R2 подсоединен к выводу HV блока питания высокого напряжения, который выдает высокое напряжение, второй вывод делителя напряжения R2 подсоединен к первому выводу транзистора Q, второй вывод транзистора Q заземлен, а управляющий вывод транзистора Q подсоединен к контроллеру через параллельную цепочку RC. После выдачи контроллером электрического сигнала высокого уровня первый вывод и второй вывод транзистора Q электрически соединяются друг с другом. После выдачи контроллером электрического сигнала низкого уровня первый вывод и второй вывод транзистора Q электрически отсоединяются друг от друга.

[0087] Давайте рассмотрим фиг. 7. Первый вывод транзистора Q подсоединен к выходному выводу HV блока питания высокого напряжения через делитель напряжения R2, а второй вывод транзистора Q заземлен. Следовательно, последовательная цепочка RC подсоединена параллельно транзистору Q. В качестве примера рассмотрим ситуацию, когда транзистор Q на фиг. 7 является транзистором NPN. Когда контроллер выводит низкий уровень напряжения на базу транзистора Q через параллельную цепочку RC, коллектор и эмиттер транзистора Q электрически отсоединяются друг от друга. Коллектор транзистора Q подсоединен к делителю напряжения R2, и коллектор служит в качестве выходного вывода импульсной схемы. В таком случае выходной вывод импульсной схемы выдает высокое напряжение. Когда контроллер выводит высокий уровень напряжения на базу транзистора Q, коллектор и эмиттер транзистора Q электрически соединяются друг с другом. В таком случае коллектор транзистора Q подсоединен к выходному выводу HV блока питания через делитель напряжения R2, причем коллектор служит в качестве выходного вывода импульсной схемы и он выдает напряжение заземления, то есть 0 В. Таким образом, напряжение, выдаваемое схемой селекции ионов, переключается между высоким напряжением и напряжением заземления.

[0088] Давайте рассмотрим фиг. 8. Согласно другому дополнительному варианту осуществления импульсная схема может быть скомпонована следующим образом. Первый вывод транзистора Q подсоединен к выводу HV блока питания, который выдает высокое напряжение, второй вывод транзистора Q подсоединен к первому выводу делителя напряжения R2, управляющий вывод транзистора Q подсоединен к контроллеру через параллельную цепочку RC, а второй вывод делителя напряжения R2 заземлен. После выдачи контроллером электрического сигнала низкого уровня первый вывод и второй вывод транзистора Q электрически соединяются друг с другом. После выдачи контроллером электрического сигнала высокого уровня первый вывод и второй вывод транзистора Q электрически отсоединяются друг от друга.

[0089] Давайте рассмотрим фиг. 8. В качестве примера рассмотрим ситуацию, когда транзистор Q является транзистором PNP. Вывод транзистора Q, подсоединенный к делителю напряжения R2, является эмиттером транзистора Q. То есть напряжение на эмиттере транзистора Q служит напряжением, выдаваемым импульсной схемой Последовательная цепочка RC подсоединена параллельно делителю напряжения R2. Аналогично принципам работы схемы, показанной на фиг. 7, когда контроллер выдает высокий уровень напряжения на базу транзистора Q через параллельную цепочку RC, коллектор и эмиттер транзистора Q отсоединяются друг от друга. В таком случае эмиттер транзистора Q подсоединен к выводу заземления через делитель напряжения R2, а напряжение, выдаваемое импульсной схемой, является напряжением на выводе заземления.

[0090] Когда контроллер выводит низкий уровень напряжения на базу транзистора Q, коллектор и эмиттер транзистора Q электрически соединяются друг с другом, и, следовательно, эмиттер транзистора Q можно рассматривать как непосредственно подсоединенный к выводу HV блока питания. В таком случае напряжение на эмиттере транзистора Q равно высокому напряжению. Таким образом, напряжение, выдаваемое импульсной схемой, переключается между высоким напряжением и напряжением заземления, то есть 0 В, вырабатывая импульсы высокого напряжения.

[0091] Варианты реализации, показанные на фигурах 7 и 8, проиллюстрированы на примере, когда высокое напряжение по электрическому потенциалу выше, чем напряжение заземления. На практике импульсы высокого напряжения, выдаваемые схемой селекции ионов, могут создаваться из напряжения заземления, имеющего более высокий уровень, и отрицательного высокого напряжения (то есть с потенциалом ниже, чем напряжение заземления, но большим по абсолютной величине), имеющего более низкий уровень. В таком случае вывод HV блока питания на фиг. 7 и фиг. 8 может быть заменен напряжением заземления, а вывод заземления на фиг. 7 и фиг. 8 может быть заменен источником напряжения, выдающим высокое отрицательное напряжение.

[0092] Кроме того, импульсы высокого напряжения, выдаваемые схемой селекции ионов, могут создаваться из высокого напряжения, имеющего более высокий уровень, и отрицательного высокого напряжения, имеющего более низкий уровень. В таком случае вывод заземления, показанный на фиг. 7 и фиг. 8, может быть заменен источником напряжения, выдающим высокое отрицательное напряжение. Следует понимать, что схема селекции ионов, соответствующая этому варианту реализации, применима к варианту реализации, в котором отклоняющим проводником является фокусирующий электрод 4 или металлическая трубчатая оболочка 5.

[0093] Рассмотрим фиг. 8 в качестве примера. Транзистор Q отключается, когда контроллер выдает высокий уровень напряжения на управляющий вывод транзистора Q, и включается, когда контроллер выдает низкий уровень напряжения на управляющий вывод транзистора Q. Вывод HV блока питания обеспечивает диапазон напряжения от десятков до одной тысячи вольт, это напряжение подается на первый вывод делителя напряжения R2 через транзистор Q. Делитель напряжения R2 может быть резистором, стойким к действию высокого напряжения и с большой рассеиваемой мощностью. Узел, в котором соединены вместе делитель напряжения R2 и транзистор Q, подсоединен к первому выводу конденсатора С2 высокого напряжения. Второй вывод конденсатора С2 высокого напряжения подсоединен к первому выводу резистора R3, который выдерживает высокого напряжения. Резистор R3 является эквивалентом фильтра, и также может обладать высокой рассеиваемой мощностью. Сопротивление резистора R3 значительно меньше, чем у делителя напряжения R2. Второй вывод резистора R3, стойкого к высокому напряжению, и второй вывод делителя напряжения R2 заземлены. Выходным выводом схемы селекции ионов служит общий вывод, к которому подключены делитель напряжения R2, транзистор Q и конденсатор С2 высокого напряжения.

[0094] Когда контроллер выводит высокий уровень напряжения на управляющий вывод транзистора Q, транзистор Q включается и образует путь протекания тока. Выходной вывод HV блока питания подсоединяется к земле через транзистор Q и делитель напряжения R2. Вывод, к которому подключены транзистор Q, делитель напряжения R2 и конденсатор С2 высокого напряжения, служит выходным выводом OUT схемы селекции ионов, и он выдает высокое напряжение.

[0095] Когда контроллер выдает высокий уровень напряжения на управляющий вывод транзистора Q, транзистор Q отключается и размыкает путь протекания тока. Выходной вывод схемы селекции ионов заземляется через делитель напряжения R2 и выдает низкое напряжение. Последовательная цепочка RC, образованная конденсатором С1 и резистором R3, способна выполнять зарядку/разрядку и фильтрацию при изменении напряжения в импульсном сигнале высокого напряжения, так что выводимый импульсный сигнал высокого напряжения обладает быстрыми нарастающим и спадающим фронтами на уровне нескольких наносекунд. Импульсный сигнал высокого напряжения обеспечивает точность переключения между высоким напряжением и низким напряжением.

[0096] Как упоминалось выше, контроллер переключает транзистор между включенным и отключенным состояниями, выдавая импульсный сигнал низкого напряжения, и благодаря этому управляет импульсным сигналом высокого напряжения, выдаваемым схемой селекции ионов. То есть при этом выдаваемые импульсы высокого напряжения управляются посредством импульсов низкого напряжения, выдаваемых контроллером. Чтобы обеспечить безопасность схемы, между контроллером и управляющим выводом транзистора дополнительно предусмотрена цепь гальванической развязки. Согласно конкретному варианту осуществления между контроллером и параллельной цепочкой RC может быть подключена микросхема гальванической развязки, чтобы избежать появления на контроллере помех от импульсов высокого напряжения.

[0097] При этом импульсная схема высокого напряжения означает схему, выполненную с возможностью вывода прямоугольного импульсного сигнала, переключающегося между высоким напряжением и низким напряжением, причем между высоким напряжением и низким напряжением существует большая разница напряжений. Теоретически переключение между высоким напряжением и низким напряжением выполняется мгновенно на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах. На практике такого мгновенного переключения трудно достичь, и на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах наблюдаются определенные задержки. Чем больше разница напряжений между высоким напряжением и низким напряжением, тем дольше будет задержка.

[0098] Таким образом, согласно варианту осуществления настоящего раскрытия предложена импульсная схема высокого напряжения. Задержки на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах сокращаются в выдаваемых импульсах высокого напряжения, имеющих большую разность напряжений между высоким напряжением и низким напряжением.

[0099] Ниже в настоящем документе будет приведено понятное и полное описание технических решений согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, вместе с фигурами согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, это обеспечит лучшее понимание специалистам в этой области техники. Очевидно, что описанные варианты осуществления являются только частью, а не всеми вариантами осуществления настоящего раскрытия. Все другие варианты осуществления, без каких-либо творческих усилий полученные специалистами в этой области техники на основании описанных в настоящем раскрытии вариантов осуществления, попадают в объем правовой охраны настоящего раскрытия.

[0100] Давайте рассмотрим фиг. 9 и фиг. 10. На фиг. 9 показана упрощенная принципиальная схема импульсной схемы высокого напряжения согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. На фиг. 10 показана упрощенная принципиальная схема импульсной схемы высокого напряжения согласно другому варианту осуществления настоящего раскрытия. Импульсная схема высокого напряжения содержит в своем составе первый источник напряжения с выводом HV+и второй источник напряжения с выводом HV-. Поскольку имеется большая разница напряжений между высоким напряжением и низким напряжением, выдаваемым импульсной схемой высокого напряжения, здесь разница между напряжением, выдаваемым первым источником напряжения HV+, и напряжением, выдаваемым вторым источником напряжения HV-, не меньше заранее настроенного напряжения. То есть также имеется большая разница напряжений между напряжением, выдаваемым первым источником напряжения HV+, и напряжением, выдаваемым вторым источником напряжения HV-. Конкретная абсолютная величина такой разности напряжений пропорциональна необходимой разности напряжений между высоким напряжением и низким напряжением в импульсном сигнале высокого напряжения, выдаваемом импульсной схемой высокого напряжения.

[0101] Согласно варианту осуществления первый источник напряжения является блоком питания, который выдает высокое напряжение на вывод HV+, а второй источник напряжения с выводом HV- выдает напряжение заземления. Согласно альтернативному варианту первый источник напряжения является блоком питания, который выдает высокое напряжение на вывод HV+, а второй источник напряжения является блоком питания, который выдает высокое отрицательное напряжение на вывод HV-. Согласно другому альтернативному варианту первый источник напряжения с выводом HV+выдает напряжение заземления, а второй источник напряжения с выводом HV- выдает высокое отрицательное напряжение.

[0102] Здесь высокое напряжение может означать напряжение в диапазоне от десятков вольт до одной тысячи вольт. Аналогично, отрицательное высокое напряжение может означать отрицательное напряжение, величина которого находится в диапазоне от десятков до одной тысячи вольт.

[0103] Импульсная схема высокого напряжения может дополнительно содержать в своем составе импульсную схему и последовательную цепочку RC.

[0104] Импульсная схема содержит в своем составе делитель напряжения R2 и транзистор Q, которые соединены последовательно.

[0105] Вывод импульсной схемы подсоединен к выводу HV+ первого источника напряжения, а другой вывод импульсной схемы подсоединен к выводу HV- второго источника напряжения. Узел, в котором соединены вместе делитель напряжения R2 и транзистор Q, служит в качестве выходного вывода OUT импульсной схемы высокого напряжения. Управляющий вывод транзистора Q выполнен с возможностью приема сигнала управления переключением, и транзистор Q переключается между включенным и отключенным состояниями согласно управляющему сигналу переключения.

[0106] Первый вывод последовательной цепочки RC подсоединен к выходному выводу OUT импульсной схемы высокого напряжения, а второй вывод последовательной цепочки RC подсоединен к выводу HV- второго источника напряжения.

[0107] Согласно варианту осуществления управляющий вывод транзистора Q может быть подсоединен последовательно с параллельной цепочкой RC. То есть первый вывод параллельной RC-цепи выполнен с возможностью приема сигнала управления переключением, а второй вывод параллельной RC-цепи подключен к управляющему выводу транзистора Q. Сигнал управления переключением используется для переключения транзистора между включенным и отключенным состояниями.

[0108] Как показано на фиг. 9 и фиг. 10, параллельная цепочка RC может содержать резистор R1 и конденсатор С1, которые соединены параллельно.

[0109] Делителем напряжения R2 в импульсной схеме может быть резистор делителя напряжения или другой компонент схемы, имеющий определенное сопротивление. Транзистор Q может быть полупроводниковым переключающим прибором, например, транзистором МОП.

[0110] Импульсная схема является последовательной цепью, подключенной между выводом HV+ первого источника напряжения и выводом HV- второго источника напряжения, и она служит основной схемой для выдачи импульсов высокого напряжения. Более того, делитель напряжения R2 и транзистор Q в импульсной схеме могут быть подсоединены последовательно между выводом HV+ первого источника напряжения и выводом HV- второго источника напряжения в двух различных конфигурациях.

[0111] Давайте рассмотрим фиг. 9. Согласно дополнительному варианту осуществления первый вывод делителя напряжения R2 подсоединен к первому источнику напряжения, второй вывод делителя напряжения R2 подсоединен к первому выводу транзистора Q, а второй вывод транзистора Q подсоединен ко второму источнику напряжения. Управляющий вывод транзистора Q подсоединен ко второму выводу параллельной цепочки RC.

[0112] Управляющий вывод транзистора Q в импульсной схеме принимает управляющий сигнал переключения через параллельную цепочку RC. Управляющий сигнал переключения может быть импульсным сигналом низкого напряжения, вырабатываемым контроллером или другим источником импульсов. Как показано на фиг 9, в качестве примера рассмотрим случай, когда первый источник напряжения с выводом HV+ является блоком питания высокого напряжения, второй источник напряжения с выводом HV- выдает напряжение заземления, а транзистор Q является транзистором NPN. Управляющий вывод транзистора Q является базой транзистора NPN, первый вывод транзистора Q является коллектором транзистора NPN, а второй вывод транзистора Q является эмиттером транзистора NPN.

[0113] Когда на управляющий вывод транзистора Q поступает низкий уровень напряжения, первый вывод и второй вывод транзистора Q электрически разъединяются друг от друга. Делитель напряжения R2, подсоединенный к первому выводу транзистора Q, становится электрически отсоединенным от второго источника напряжения с выводом HV-, подсоединенного ко второму выводу транзистора Q. В таком случае первый вывод делителя напряжения R2 можно рассматривать как подсоединенный к блоку питания высокого напряжения, а второй вывод делителя напряжения R2 служит в качестве выходного вывода импульсной схемы высокого напряжения. Следует понимать, что напряжение на втором выводе делителя напряжения R2 является напряжением, выдаваемое блоком питания высокого напряжения, то есть выдается высокое напряжение.

[0114] Когда на управляющий вывод транзистора Q поступает высокий уровень напряжения, первый вывод и второй вывод транзистора Q электрически соединяются друг с другом. Делитель напряжения R2, подсоединенный к первому выводу транзистора Q, становится электрически подсоединенным ко второму источнику напряжения, который подсоединен ко второму выводу транзистора Q. В таком случае первый вывод делителя напряжения R2 подсоединен к первому источнику напряжения с выводом HV+, второй вывод делителя напряжения R2 подсоединен ко второму источнику напряжения с выводом HV-, и второй вывод делителя напряжения R2 служит в качестве выходного вывода импульсной схемы высокого напряжения. Следует понимать, что напряжение на втором выводе делителя напряжения R2 равно напряжению, выдаваемому вторым источником напряжения с выводом HV-. Второй источник напряжения с выводом HV- является напряжением заземления, и, следовательно, напряжение, выдаваемое с выходной клеммы импульсной цепи высокого напряжения, является напряжением заземления, то есть 0 В.

[0115] Таким образом, когда управляющий сигнал переключается между высоким уровнем и низким уровнем, напряжение, выдаваемое импульсной схемой высокого напряжения, переключается между первым напряжением, выдаваемым первым источником напряжения, и вторым напряжением, выдаваемым вторым источником напряжения, создавая импульсы высокого напряжения.

[0116] Давайте рассмотрим фиг. 10. Согласно другому дополнительному варианту осуществления первый вывод транзистора Q подсоединен к выводу HV- первого источника напряжения, второй вывод транзистора Q подсоединен к первому выводу делителя напряжения R2, управляющий вывод транзистора Q подсоединен ко второму выводу параллельной цепочки RC, а второй вывод делителя напряжения R2 подсоединен ко второму источнику напряжения.

[0117] Как показано на фиг 10, в качестве примера рассмотрим случай, когда первый источник напряжения с выводом HV+ является блоком питания высокого напряжения, второй источник напряжения с выводом HV- выдает напряжение заземления, а транзистор Q является транзистором PNR Аналогично, управляющий вывод транзистора Q является базой транзистора PNP, первый вывод транзистора Q является коллектором транзистора PNP, а второй вывод транзистора Q является эмиттером транзистора PNP. Подобно принципам работы компоновки схемы, показанной на фиг. 9, первый вывод и второй вывод транзистора Q электрически отсоединены друг от друга, когда сигнал управления переключением имеет высокий уровень, а первый вывод и второй вывод транзистора Q электрически соединены друг с другом, когда сигнал управления переключением имеет низкий уровень.

[0118] Согласно обоим вариантам осуществления, которые показаны на фиг. 9 и фиг. 10, импульсная схема является последовательной цепью, подключенной между выводом HV+ первого источника напряжения и выводом HV- второго источника напряжения, и она является основной частью импульсной схемы высокого напряжения для выдачи импульсов высокого напряжения. Напряжение, выдаваемое с выходной клеммы OUT импульсной схемы высокого напряжения, является напряжением в узле, в котором транзистор Q и делитель напряжения R2 подсоединены к импульсной схеме.

[0119] Более того, независимо от последовательности соединения делителя напряжения R2 и транзистора Q в последовательной цепи, импульсная схема, подсоединенная между выводом HV+ первого источника напряжения и выводом HV- второго источника напряжения, может рассматриваться как последовательная цепочка RC, образованная делителем напряжения R2 и транзистором Q. Конденсатор на обратносмещенном р-n переходе транзистора Q вносит задержку, когда транзистор Q переключается между включенным и отключенным состояниями, и, следовательно, приводит к задержкам на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах окончательно выдаваемых импульсов высокого напряжения.

[0120] Чтобы уменьшить задержки нарастающих фронтов и спадающих фронтов, когда схема селекции ионов переключается между высоким напряжением и низким напряжением, другая последовательная цепочка RC может быть применена в качестве параллельной цепи, подсоединенной между выходным выводом OUT и выводом HV- второго блока питания в схеме селекции ионов.

[0121] Последовательная цепочка RC может содержать конденсатор С2 и резистор R3, которые соединены последовательно и выдерживают высокое напряжение. На резисторе R3 выделяется большая мощность, а сопротивление резистора R3 должно быть меньше, чем сопротивление делителя напряжения. Последовательная цепочка RC, образованная конденсатором С2 высокого напряжения и резистором R3 высокого напряжения, образует путь зарядки/разрядки и осуществляет фильтрацию, когда в импульсном сигнале высокого напряжения изменяется напряжение. Конденсатор С2 в последовательной цепочке RC заряжает транзистор Q, когда транзистор Q включен, и разряжает транзистор Q, когда транзистор Q отключен. Следовательно, задержки на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах выдаваемого импульсного сигнала высокого напряжения сокращаются, что позволят достичь быстрого переключения между высоким напряжением и низким напряжением в выдаваемом импульсном сигнале высокого напряжения. Длительности нарастающих фронтов и спадающих фронтов в выдаваемом импульсном сигнале высокого напряжения могут быть сокращены до чрезвычайно короткого времени, составляющего около нескольких наносекунд. Таким образом, переключение между высоким напряжением и низким напряжением в импульсном сигнале высокого напряжения становится более точным. Более того, цепочка RC способна выполнять фильтрацию, которая удаляет гармоники высокого порядка и, следовательно, делает более регулярной форму импульсного сигнала высокого напряжения.

[0122] Кроме того, сигнал управления переключением дополнительно подается на управляющий вывод транзистора Q через параллельную цепочку RC. Благодаря функции зарядки/разрядки конденсатора С1 в параллельной цепочке RC сокращается время, необходимое для переключения транзистора Q между включенным и отключенным состояниями в соответствии с сигналом управления переключением.

[0123] В вышеупомянутом импульсном сигнале высокого напряжения, выдаваемом импульсной схемой высокого напряжения, задержки на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах могут быть сокращены до уровня в несколько наносекунд. Поскольку задержки значительно сокращаются, схема селекции ионов может улучшить точность управления различными системами управления в случае ее применения в таких системам.

[0124] Таким образом, здесь в импульсной схеме высокого напряжения используется делитель напряжения и транзистор, которые последовательно соединены между двумя источниками напряжения, и существует большая разница между напряжениями, выдаваемыми двумя источниками напряжения. Транзистор переключается между включенным и отключенным состояниями согласно управляющему сигналу переключения, который подается на управляющий вывод принимающего транзистора. Выдаваемый импульсный сигнал высокого напряжения переключается между высоким напряжением и низким напряжением согласно управляющим сигналам переключения, переключающимися между разными уровнями. Параллельная цепочка RC дополнительно подсоединена к управляющему выводу транзистора, так что задержки на нарастающих фронтах и на спадающих фронтах значительно уменьшаются во время переключения между высоким напряжением и низким напряжением. Облегчается широкое применение импульсного сигнала высокого напряжения и повышается точность управления импульсной схемой высокого напряжения, применяемой в различных устройствах.

[0125] На основе вышеупомянутого варианта осуществления, описанная выше импульсная схема высокого напряжения применяется в масс-спектрометре для селекции между целевыми ионами и нецелевыми ионами согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Согласно конкретному варианту осуществления настоящего раскрытия дополнительно предложена схема для селекции ионов. Схема селекции ионов применяется в масс-спектрометре, содержащем проводник для отклонения нецелевых ионов. Схема селекции ионов содержит в своем составе контроллер и любую вышеупомянутую импульсную схему высокого напряжения. Выходной вывод импульсной схемы высокого напряжения подсоединен к проводнику. Выходной вывод контроллера подсоединен к управляющему выводу транзистора в импульсной схеме высокого напряжения. Контроллер выполнен с возможностью выдавать управляющий сигнал переключения, и переключать управляющий сигнал переключения между двумя различными уровнями напряжения, так что импульсный сигнал высокого напряжения, выдаваемый импульсной схемой высокого напряжения, переключается между двумя различными напряжениями.

[0126] Давайте рассмотрим вышеупомянутые варианты осуществления импульсной схемы высокого напряжения. Сигнал управления переключением, который выдается контроллером и переключается между двумя разными уровнями, является сигналом управления переключением, который имеет два разных состояния и который подается на управляющий вывод транзистора в импульсной схеме высокого напряжения. В качестве примера рассмотрим ситуацию, когда выдаваемый контроллером сигнал управления переключением является импульсным сигналом низкого напряжения. Сигнал управления переключением, имеющий два различных уровня, может быть импульсным сигналом низкого напряжения, имеющим низкий уровень и высокий уровень. Когда контроллер выводит один уровень на импульсную схему высокого напряжения, импульсная схема высокого напряжения выдает соответствующее напряжение в импульсном сигнале. Например, импульсная схема высокого напряжения выводит высокое напряжение импульсного сигнала высокого напряжения, когда контроллер подает низкий уровень на управляющий вывод транзистора в импульсной схеме высокого напряжения, и выводит низкое напряжение импульсного сигнала высокого напряжения, когда контроллер подает высокий уровень на вывод управления транзистора в импульсной схеме высокого напряжения. То есть напряжение, созданное импульсной схемой высокого напряжения, подается на проводник, что позволяет проводнику создавать электрическое поле, отклоняющее нецелевые ионы, когда контроллер выдает один уровень сигнала управления переключением, и не позволяет проводнику создавать такое электрическое поле, когда контроллер выдает другой уровень сигнала управления переключением.

[0127] Когда контроллер выводит высокий и низкий уровни сигнала управления переключением, работу импульсной схемы высокого напряжения, выдающей соответствующие напряжения в импульсном сигнале высокого напряжения, можно изучить в вышеизложенных вариантах осуществления импульсной схемы высокого напряжения, и такие подробности не будут повторяться ниже.

[0128] Согласно дополнительному варианту осуществления контроллер подсоединен к импульсной схеме через цепь гальванической развязки.

[0129] Давайте рассмотрим фиг. 3, на которой показана упрощенная блок-схема поперечного разреза масс-спектрометра согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. В масс-спектрометре импульсный лазер, который является источником 2 лазерных импульсов, возбуждает образец 01, который является источником ионов, для создания ионов с различными молекулярными массами. Ионы с различными молекулярными массами ускоряются до различных скоростей в ускоряющем электрическом поле U. Ионы с меньшей молекулярной массой ускоряются до большей скорости и, следовательно, раньше покидают ускоряющее электрическое поле U и входят в свободную от поля область при полете к детектору 1. Ионы с большей молекулярной массой ускоряются до меньшей скорости и, следовательно, позже покидают ускоряющее электрическое поле U и входят в свободную от поля область при полете к детектору 1.

[0130] Обычно во время фактического детектирования ионов требуется регистрировать только целевые ионы, молекулярная масса которых лежит в конкретном диапазоне, а ионы с другими молекулярными массами называются нецелевыми ионами. Нецелевые ионы, которые достигают детектора 1 и регистрируются им, не только сокращают срок службы детектора 1, но также размывают результат регистрации целевых ионов.

[0131] Разница в массе между целевыми ионами и нецелевыми ионами приводит к разнице моментов времени, в которые целевые ионы и нецелевые ионы проходят свободную от электрического поля область, что используется для селекции между целевыми ионами и нецелевыми ионами. В свободной от поля области масс-спектрометра предусмотрена установка проводника. На него подаются различные электрические сигналы, когда целевые ионы проходят область, свободную от поля, и когда нецелевые ионы проходят область, свободную от поля. Следовательно, проводник создает различные электрические поля, когда целевые ионы проходят область, свободную от поля, и когда нецелевые ионы проходят область, свободную от поля. Когда целевые ионы находятся вблизи проводника, направление полета целевых ионов не меняется, и целевые ионы продолжают лететь в сторону детектора. Когда нецелевые ионы находятся вблизи проводника, нецелевые ионы отклоняются под действием созданного проводником электрического поля, и, таким образом, не могут достичь детектора. Благодаря этому осуществляется селекция между целевыми ионами и нецелевыми ионами.

[0132] Например, проводник содержит первую проводящую пластину 31 и вторую проводящую пластину 32, причем первая проводящая пластина 31 и вторая проводящая пластина 32 расположены соответственно с двух сторон пути полета ионов. Первая проводящая пластина 31 заземлена, а вторая проводящая пластина 32 подсоединена к выходному выводу схемы селекции ионов.

[0133] Когда целевые ионы пролетают через область, свободную от поля, контроллер может управлять схемой селекции ионов для вывода заземляющего напряжения. В таком случае между первой проводящей пластиной 31 и второй проводящей пластиной 32 нет никакого электрического поле, и целевые ионы могут без помех пройти область, свободную от поля, и достичь детектора 1.

[0134] Когда нецелевые ионы пролетают через область, свободную от поля, контроллер может управлять импульсной схемой высокого напряжения для вывода высокого напряжения. В таком случае между первой проводящей пластиной 31 и второй проводящей пластиной 32 создается электрическое поле, и направление электрического поля перпендикулярно направлению полета нецелевых ионов. В результате при полете через это электрическое поле нецелевые ионы отклоняются и не могут достичь детектора 1. Благодаря этому осуществляется селекция между целевыми ионами и нецелевыми ионами.

[0135] На практике нет необходимости, чтобы проводник состоял из двух проводящих пластин, и его можно реализовать в виде металлической трубки. Ионы летят через металлическую трубку в направлении, параллельном центральной оси металлической трубки. В таком случае первый источник напряжения с выводом HV+ в импульсной схеме высокого напряжения может быть источником напряжения, выдающим высокое напряжение, а второй источник напряжения с выводом HV- в импульсной схеме высокого напряжения может быть источником напряжения, выдающим высокое отрицательное напряжение. Высокое напряжение и отрицательное высокое напряжение могут создать соответственно высокое напряжение и низкое напряжение, которые выводятся импульсной схемой высокого напряжения.

[0136] Здесь положительные ионы рассмотрены в качестве примера. Когда целевые ионы пролетают через металлическую трубку, контроллер управляет импульсной схемой высокого напряжения, чтобы подать высокое напряжение на металлическую трубку, так что электрическое поле внутри металлической трубки корректирует траекторию летящих целевых ионов таким образом, чтобы она сходилась к центральной оси металлической трубки, а значит, целевые ионы могут достичь детектора 1. Когда нецелевые ионы пролетают через металлическую трубку, контроллер управляет импульсной схемой высокого напряжения, чтобы подать низкое напряжение на металлическую трубку, так что электрическое поле внутри металлической трубки отклоняет траекторию нецелевых ионов к стенке металлической трубки, а значит, нецелевые ионы не могут достичь детектора 1. Благодаря этому осуществляется селекция между целевыми ионами и нецелевыми ионами. В случае отрицательных ионов низкое напряжение подается на металлическую трубку когда целевые ионы пролетают через металлическую трубку, и высокое напряжение подается на металлическую трубку, когда нецелевые ионы пролетают через металлическую трубку.

[0137] Целевые и нецелевые ионы проходят через свободную от поля область в различное время, и конкретная последовательность зависит от молекулярных масс целевых ионов и нецелевых ионов. Существует небольшая разница между моментом времени, в который целевые ионы проходят область, свободную от поля, и моментом времени, в который нецелевые ионы проходят область, свободную от поля, и, следовательно, необходимо провести быстрое переключение между двумя различными напряжениями, подаваемыми на проводник. При этом импульсная схема высокого напряжения может значительно сократить задержку при переключении между высоким напряжением и низким напряжением, тем самым удовлетворяя требованию о короткой задержке при переключении между двумя напряжениями для селекции между целевыми ионами и нецелевыми ионами. Улучшена точность селекции ионов в масс-спектрометре. Благодаря этому срок службы детектора продлевается, а результат регистрации очищается от помех при его представлении.

[0138] Следует отметить, что термины описания отношений, в частности, «первый» и «второй» и тому подобные, используются в настоящем документе только для того, чтобы отличить один объект или операцию от другого объекта или операции, а не для того, чтобы потребовать или подразумевать, что между этими объектами или операциями существует фактическое отношение или упорядоченность. Более того, такие термины, как «включать», «содержать» или любые другие их варианты означают неэксклюзивность и, следовательно, также указывают включение ряда неотъемлемых элементов процесса, способа, изделия или устройства. Если это явно не ограничено, утверждение «включая...» не исключает случая, когда в процессе, методе, изделии или устройстве могут существовать другие подобные элементы, отличные от перечисленных элементов. Более того, вышеизложенные технические решения, представленные в настоящем документе, могут иметь части, которые соответствуют принципам реализации традиционных технических решений, и эти части не описаны подробно ради краткости.

[0139] В настоящем документе принцип и варианты осуществления настоящего раскрытия описаны с помощью конкретных примеров. Описание вышеупомянутых вариантов осуществления используется только для упрощения понимания способов и основных идей настоящего раскрытия. Специалисты в данной области техники могут внести несколько улучшений и модификаций на основе настоящего раскрытия, не отступая от принципа настоящего раскрытия. Такие модификации и изменения также попадают в объем правовой охраны формулы настоящего раскрытия.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Технический результат – повышение срока службы масс-спектрометра и точности селекции. Способ отсеивания предусматривает следующие стадии: перед выдачей импульса синхронизации лазера проводится подача сигнала первого напряжения на отклоняющий проводник для создания отклоняющего электрического поля для отклонения направления полета нецелевых ионов; когда целевые ионы вылетают из ускоряющего электрического поля, проводится подача сигнала второго напряжения на отклоняющий проводник, так что целевые ионы достигают детектора; а когда все целевые ионы проходят дальше отклоняющего проводника, проводится подача сигнала первого напряжения на отклоняющий проводник. Импульсная схема высокого напряжения и схема селекции ионов содержат в своем составе первый источник напряжения, второй источник напряжения, импульсную схему и последовательную цепочку RC. Разница между напряжением, выдаваемым первым источником напряжения, и напряжением, выдаваемым вторым источником напряжения, не меньше заранее настроенного напряжения; и транзисторный ключ замыкается и размыкается для реализации переключения высокого и низкого уровней напряжения. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ селекции ионов в масс-спектрометре, отличающийся тем, что внутри масс-спектрометра вдоль пути полета ионов между ускоряющим электрическим полем и детектором расположен отклоняющий проводник, и этот способ предусматривает следующие стадии:

подача первого напряжения на отклоняющий проводник для создания отклоняющего электрического поля вблизи отклоняющего проводника, причем ионы во время полета через отклоняющее электрическое поле отклоняются на траекторию, не достигающую детектора;

после обнаружения, что подан импульс, синхронизированный с лазером, выполняется удержание первого напряжения, подданного на отклоняющий проводник, для отклонения нецелевых ионов среди ионов, вылетающих из ускоряющего электрического поля;

подача второго напряжения на отклоняющий проводник для прекращения создания отклоняющего электрического поля и предоставления возможности целевым ионам среди других ионов достичь детектора после вылета целевых ионов из ускоряющего электрического поля; и

подача первого напряжения на отклоняющий проводник после того, как все целевые ионы пролетели дальше отклоняющего проводника;

попеременная подача на отклоняющий проводник первого напряжения и второго напряжения в течение нескольких циклов,

причем в каждом из нескольких циклов длительность подачи первого напряжения и длительность подачи второго напряжения определяются молекулярной массой нецелевых ионов, которые должны быть отклонены, и молекулярной массой целевых ионов, которые не должны быть отклонены.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отклоняющий проводник является, по меньшей мере, одной парой проводящих пластин, расположенных с двух сторон пути полета ионов, причем каждая из, по меньшей мере, одной пары проводящих пластин содержит первую проводящую пластину и вторую проводящую пластину, и первая проводящая пластина заземлена;

причем подача первого напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующие стадии:

подача напряжения, которое больше напряжения заземления, на вторую проводящую пластину, или

подача напряжения, которое меньше напряжения заземления, на вторую проводящую пластину; и

причем подача второго напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующую стадию:

подача напряжения, равного напряжению заземления, на вторую проводящую пластину.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что:

отклоняющий проводник является фокусирующим электродом, установленным в масс-спектрометре, или металлической трубчатой оболочкой, установленной в свободной от электрического поля области масс-спектрометра;

подача первого напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующие стадии:

подача на отклоняющий проводник напряжения, которое противоположно ионам по электрической полярности; и

подача второго напряжения на отклоняющий проводник предусматривает следующую стадию:

подача на отклоняющий проводник напряжения, которое идентично ионам по электрической полярности.

4. Система для селекции ионов в масс-спектрометре, содержащая в своем составе:

контроллер, входной вывод которого подсоединен к лазерному источнику, выполненному с возможностью выводить лазерный импульс; и

схема для селекции ионов, причем выходной вывод схемы подсоединен к расположенному в масс-спектрометре отклоняющему проводнику, а входной вывод схемы подсоединен к контроллеру;

причем контроллер выполнен с возможностью управлять схемой селекции ионов для выдачи ей выходного напряжения, которое переключается между первым напряжением и вторым напряжением, и подается на отклоняющий проводник для реализации любого вышеупомянутого способа селекции ионов в масс-спектрометре.

5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что:

отклоняющий проводник является, по меньшей мере, одной парой проводящих пластин, расположенных с двух сторон пути полета ионов, причем каждая из, по меньшей мере, одной пары проводящих пластин содержит первую проводящую пластину и вторую проводящую пластину, и первая проводящая пластина заземлена;

вторая проводящая пластина подсоединена к выходному выводу схемы селекции ионов, и схема селекции ионов содержит в своем составе блок питания, импульсную схему и последовательную цепочку RC;

импульсная схема содержит в своем составе делитель напряжения и транзистор, которые соединены последовательно;

вывод импульсной схемы подсоединен к выходному выводу блока питания, а другой вывод импульсной схемы заземлен;

узел, в котором соединены вместе делитель напряжения и транзистор, служит в качестве выходного вывода схемы селекции ионов;

первый вывод последовательной цепочки RC подсоединен к выходному выводу схемы селекции ионов, а второй вывод последовательной цепочки RC заземлен; и

контроллер подсоединен к управляющему выводу транзистора, и контроллер выполнен с возможностью переключать транзистор между включенным и отключенным состояниями.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что:

первый вывод делителя напряжения подсоединен к блоку питания, второй вывод делителя напряжения подсоединен к первому выводу транзистора, и второй вывод транзистора заземлен;

первый вывод и второй вывод транзистора электрически отсоединяются друг от друга после выдачи контроллером электрического сигнала с уровнем напряжения; и

первый вывод и второй вывод транзистора электрически соединяются друг с другом после выдачи контроллером электрического сигнала с другим уровнем напряжения.

7. Система по п. 5, отличающаяся тем, что:

первый вывод транзистора подсоединен к блоку питания, второй вывод транзистора подсоединен к первому выводу делителя напряжения, и второй вывод делителя напряжения заземлен;

первый вывод и второй вывод транзистора электрически отсоединяются друг от друга после выдачи контроллером электрического сигнала с уровнем напряжения; и первый вывод и второй вывод транзистора электрически соединяются друг с другом после выдачи контроллером электрического сигнала с другим уровнем напряжения.

8. Система по п. 5, отличающаяся тем, что схема селекции ионов дополнительно содержит параллельную цепочку RC, а управляющий вывод транзистора подсоединен к контроллеру через параллельную цепочку RC.

9. Схема селекции ионов, которая применима в масс-спектрометре, реализующем способ селекции ионов по любому из пп. 1-3, в котором содержится проводник для отклонения нецелевых ионов; причем схема содержит в своем составе:

контроллер; и

импульсную схему высокого напряжения, содержащую первый источник напряжения, второй источник напряжения, импульсную схему и последовательную цепочку RC, причем:

разница между напряжением, выдаваемым первым источником напряжения, и напряжением, выдаваемым вторым источником напряжения, не меньше заранее настроенного напряжения;

импульсная схема содержит в своем составе делитель напряжения и транзистор, которые соединены последовательно;

вывод импульсной схемы подсоединен к первому источнику напряжения, а другой вывод импульсной схемы подсоединен ко второму источнику напряжения;

узел, в котором соединены вместе делитель напряжения и транзистор, служит в качестве выходного вывода импульсной схемы высокого напряжения;

первый вывод последовательной цепочки RC подсоединен к выходному выводу импульсной схемы высокого напряжения, а второй вывод последовательной цепочки RC подсоединен ко второму источнику напряжения; и

транзистор выполнен с возможностью переключаться между включенным и отключенным состояниями согласно управляющему сигналу переключения, принимаемому управляющим выводом транзистора;

причем выходной вывод импульсной схемы высокого напряжения подсоединен к проводнику, а выходной вывод контроллера подсоединен к управляющему выводу транзистора в импульсной схеме высокого напряжения; и

причем контроллер выполнен с возможностью выдавать управляющий сигнал переключения на импульсную схему высокого напряжения и переключать управляющий сигнал переключения между двумя различными уровнями напряжения, чтобы дать возможность импульсному сигналу, выдаваемому импульсной схемой высокого напряжения, переключаться между двумя различными напряжениями.

10. Схема селекции ионов по п. 9, отличающаяся тем, что

первый вывод делителя напряжения подсоединен к первому источнику напряжения, второй вывод делителя напряжения подсоединен к первому выводу транзистора, а второй вывод транзистора подсоединен ко второму источнику напряжения; и

первый вывод и второй вывод транзистора электрически соединяются друг с другом после поступления управляющего сигнала переключения с уровнем напряжения, и электрически отсоединяются друг от друга после поступления управляющего сигнала переключения с другим уровнем напряжения.

11. Схема селекции ионов по п. 9, отличающаяся тем, что

первый вывод транзистора подсоединен к первому источнику напряжения, второй вывод транзистора подсоединен к первому выводу делителя напряжения, а второй вывод делителя напряжения подсоединен ко второму источнику напряжения; и

первый вывод и второй вывод транзистора электрически соединяются друг с другом после поступления управляющего сигнала переключения с уровнем напряжения, и электрически отсоединяются друг от друга после поступления управляющего сигнала переключения с другим уровнем напряжения.

12. Схема селекции ионов по п. 9, отличающаяся тем, что

первый источник напряжения является блоком питания, который выдает положительное напряжение, а напряжение, выдаваемое вторым источником напряжения, является напряжением заземления;

первый источник напряжения является блоком питания, который выдает положительное напряжение, а второй источник напряжения является блоком питания, который выдает отрицательное напряжение; или

напряжение, выдаваемое первым источником напряжения, является напряжением заземления, а второй источник напряжения является блоком питания, который выдает отрицательное напряжение.

13. Схема селекции ионов по любому из пп. 9-12, дополнительно содержащая в своем составе параллельную цепочку RC, подсоединенную к управляющему выводу транзистора, причем управляющий вывод транзистора выполнен с возможностью принимать управляющий сигнал переключения через параллельную цепочку RC.