ITTO20140088U1

ITTO20140088U1 - Sorgente di ioni magnetica assiale e relativi metodi di ionizzazione.

Info

Publication number: ITTO20140088U1
Application number: ITTO2014U000088U
Authority: IT
Original assignee: Agilent Tech Inc Una Societa Del Delaware
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2015-12-20
Also published as: JP6423615B2; CN104241076A; GB2517830A; EP2819144A2; EP2819144A3; JP2015008127A; GB201411010D0; US9117617B2; GB2517830B; CN104241076B; US20140375209A1; EP2819144B1

Description

"Sorgente di ioni magnetica assiale e relativi metodi di ionizzazione"

DESCRIZIONE

Settore Tecnico

Il presente trovato si riferisce a sorgenti di ioni che utilizzano un fascio di elettroni, come quelle che possono essere impiegate nella spettrometria di massa, e più particolarmente a sorgenti di ioni che producono un fascio di ioni coassiale con il fascio di elettroni.

Tecnica nota

Un sistema di spettrometria di massa (MS) generalmente comprende una sorgente di ioni per ionizzare i componenti di un campione di interesse, un analizzatore di massa per separare gli ioni in base ai loro differenti rapporti massa / carica (o rapporti m / z, o più semplicemente "masse"), un rilevatore di ioni per contare gli ioni separati ed elettronica per l'elaborazione di segnali in uscita dal rilevatore di ioni come necessario per produrre uno spettro di massa interpretabile dall'utente. Tipicamente, lo spettro di massa è una serie di picchi indicativi delle abbondanze relative degli ioni rilevati in funzione dei loro rapporti m / z. Lo spettro di massa può essere utilizzato per determinare le strutture molecolari dei componenti del campione, permettendo così al campione di essere caratterizzato qualitativamente e quantitativamente.

Un esempio di una sorgente di ioni è una sorgente di ionizzazione a elettroni (EI). In una tipica sorgente EI, il materiale campione viene introdotto in una camera sotto forma di un vapore molecolare. Un filamento riscaldato è impiegato per emettere elettroni energetici, che sono collimati e accelerati sotto forma di fascio nella camera sotto l'effetto di una differenza di potenziale impostata tra il filamento e un anodo. Il materiale campione viene introdotto nella camera lungo un percorso che interseca la traiettoria del fascio di elettroni. La ionizzazione del materiale campione si verifica come effetto del bombardamento da parte del fascio elettronico del materiale campione nella regione in cui le traiettorie del

campione e degli elettroni si intersecano. La reazione primaria del processo di ionizzazione può essere descritta dalla seguente relazione:

M e-→ M<*+>+ 2e-, ;dove M indica una molecola di analita, ;e<->designa un elettrone, e ;M<*+>indica lo ione molecolare risultante.

Quindi, gli elettroni si avvicinano ad una molecola abbastanza da far sì che la molecola perda un elettrone per repulsione elettrostatica e, di conseguenza, si forma uno ione positivo a carica singola. Una differenza di potenziale è impiegata per attrarre gli ioni formati nella camera verso una apertura di uscita, dopodiché il fascio di ioni risultante viene accelerato in un dispositivo a valle quale l'analizzatore di massa oppure prima ad un componente intermedio, quale una guida ionica, un filtro di massa, e così via.

Nella sorgente EI a fascio trasversale, o di tipo Nier, largamente utilizzata, il fascio di ioni viene generato in una direzione ortogonale al fascio di elettroni. Questo tipo di configurazione è soggetto a una perdita di ioni, poiché un gran numero di ioni è attirato via verso i filamenti oppure defocalizzato e neutralizzato (perso) a seguito di collisione con le superfici interne della camera di ionizzazione della sorgente EI. Per molte applicazioni, sarebbe più vantaggioso generare un fascio di elettroni in asse, cioè un fascio di elettroni che è coassiale con il fascio di ioni risultante e con il dispositivo a valle in cui gli ioni sono trasmessi, quale, ad esempio, un filtro di massa a quadrupolo. Un fascio di elettroni assiale può avere probabilità molto maggiori di creare ioni che avrebbero una probabilità molto più elevata di successo nell'essere trasferiti dalla sorgente EI nel dispositivo a valle.

Pertanto, è sentita la necessità di sorgenti di ioni che producano fasci di ioni coassiali con il fascio di elettroni che inducono la ionizzazione, con una ridotta perdita di ioni.

Esposizione sintetica del trovato

Per affrontare, in tutto o in parte, i problemi summenzionati e/o altri problemi che potrebbero essere stati osservati dagli esperti del settore, il presente trovato fornisce metodi, processi, sistemi, apparecchi, strumenti e/o dispositivi , come descritto a titolo di esempio negli esempi di esecuzione riportati qui di seguito.

Secondo un esempio di esecuzione, una sorgente di ioni comprende: un corpo comprendente una camera di ionizzazione ed un ingresso per il campione che conduce nella camera di ionizzazione, la camera di ionizzazione comprendendo una prima estremità e una seconda estremità, ed avendo una certa lunghezza lungo un asse della sorgente dalla prima estremità alla seconda estremità; un gruppo magneti che circonda il corpo e che è configurato per generare un campo magnetico assiale nella camera di ionizzazione; una sorgente di elettroni posizionata in corrispondenza della prima estremità e comprendente un catodo termoionico e un riflettore di elettroni, la sorgente di elettroni essendo configurata per accelerare un fascio di elettroni attraverso la camera di ionizzazione lungo l'asse della sorgente; e un gruppo lenti comprendente un estrattore posizionato in corrispondenza della seconda estremità, un primo elemento di lente posizionato all'esterno della camera di ionizzazione e distanziata dall'estrattore lungo l'asse della sorgente, ed un secondo elemento di lente distanziato dal primo elemento di lente lungo l'asse della sorgente, in cui l'estrattore è configurato per dirigere un fascio di ioni fuori dalla camera di ionizzazione lungo l'asse della sorgente, il primo elemento di lente è configurato per riflettere il fascio di elettroni verso la sorgente di elettroni, e il secondo elemento di lente è configurato per trasmettere ioni a energia superiore e riflettere ioni a energia inferiore verso il primo elemento lente.

Secondo un altro esempio di esecuzione, un sistema di elaborazione di ioni comprende un dispositivo di elaborazione di ioni in comunicazione con il gruppo lenti.

Secondo un altro esempio di esecuzione, un metodo per realizzare la ionizzazione di elettroni comprende le fasi di: dirigere elettroni sotto forma di un fascio di elettroni da una sorgente di elettroni attraverso una camera di ionizzazione avente una certa lunghezza lungo un asse della sorgente tra la sorgente di elettroni e un gruppo lenti estrattore; focalizzare il fascio di elettroni lungo l'asse della sorgente applicando alla camera di ionizzazione un campo magnetico assiale; riflettere gli elettroni avanti e indietro lungo l'asse della sorgente tra la sorgente di elettroni e il gruppo lenti; produrre ioni dirigendo un materiale campione nella camera di ionizzazione verso il fascio di elettroni, in cui gli ioni sono focalizzati in un fascio di ioni lungo l'asse della sorgente; trasmettere gli ioni attraverso il gruppo lenti lungo l'asse della sorgente; e riflettere gli ioni intrappolati nel gruppo lenti per impedire che gli ioni intrappolati escano dal gruppo lenti, trasmettendo allo stesso tempo gli ioni non intrappolati fuori dal gruppo lenti.

Altri dispositivi, apparecchi, sistemi, metodi, caratteristiche e vantaggi del trovato saranno o diverranno evidenti a un esperto del settore dall'esame della descrizione dettagliata che segue e delle figure allegate. Si intende che tutti tali ulteriori sistemi, metodi, caratteristiche e vantaggi, sono da considerarsi inclusi nella presente descrizione, compresi nell'ambito del trovato, e protetti dalle rivendicazioni allegate.

Breve descrizione dei disegni

Il trovato potrà essere meglio compreso facendo riferimento alle figure allegate. I componenti nelle figure non sono necessariamente in scala, il punto focale essendo invece quello di illustrare i principi del trovato. Nelle figure, numeri di riferimento simili designano elementi corrispondenti in tutte le varie viste.

La Figura 1 è una vista in prospettiva di un esempio di esecuzione di una sorgente di ioni secondo il trovato.

La Figura 2 è una vista in prospettiva in sezione trasversale della sorgente di ioni di Figura

La Figura 3 è un modello della sorgente di ioni generato da un software di simulazione di ioni.

La Figura 4 è lo stesso modello della Figura 3, ma mostra le traiettorie degli ioni, tra cui un fascio di ioni vincolato lungo l'asse della sorgente.

La Figura 5 è una visione più ravvicinata della regione attorno al gruppo lenti.

La Figura 6 è un altro modello della sorgente di ioni generato dal software di simulazione di ioni.

La Figura 7 è una vista schematica di un esempio di hardware che può essere fornito con la sorgente di ioni.

La Figura 8 è una vista schematica di una porzione della sorgente di ioni illustrata nelle Figure 1 e 2 secondo un altro esempio di esecuzione.

La Figura 9 è una vista schematica di un esempio di un sistema di spettrometria di massa (MS) in cui può essere prevista una sorgente di ioni come descritta nel presente documento.

Descrizione dettagliata di esempi di esecuzione del trovato

La Figura 1 è una vista in prospettiva di un esempio di esecuzione di una sorgente di ioni 100 secondo il trovato. La Figura 2 è una vista prospettica in sezione trasversale della sorgente di ioni 100 illustrata in Figura 1. Nell'esempio illustrato, la sorgente di ioni 100 comprende in linea generale un corpo 104 che definisce una camera di ionizzazione interna o volume 208, un gruppo magneti 112, una sorgente di elettroni 116, e un gruppo lenti 120.

La sorgente di ioni 100 può avere una geometria o configurazione complessiva sostanzialmente disposta attorno ad un asse della sorgente 124. Durante il funzionamento, la sorgente di ioni 100 produce un fascio di elettroni lungo l'asse della sorgente 124, e può

ammettere un flusso di materiale campione da ionizzare in qualsiasi direzione rispetto all'asse della sorgente 124. Il materiale campione da analizzare può essere introdotto nella sorgente di ioni 100 con qualsiasi mezzo adatto, comprese tecniche combinate in cui il materiale campione è l'uscita di uno strumento di separazione analitica come, ad esempio , uno strumento di gascromatografia (GC). La sorgente di ioni 100 successivamente produce ioni e focalizza gli ioni in un fascio di ioni lungo l'asse della sorgente 124. Gli ioni escono dalla sorgente di ioni 100 lungo l'asse della sorgente 124 ed entrano nel successivo dispositivo di elaborazione degli ioni, che può avere un ingresso per gli ioni lungo l'asse della sorgente 124.

La camera di ionizzazione 208 ha una certa lunghezza lungo un'asse delle sorgente asse 124 da una prima estremità ad una seconda estremità. Un ingresso per il campione 228 è formato attraverso il corpo 104 in una qualsiasi posizione adatta per fornire un percorso per indirizzare il materiale campione da una sorgente del campione nella camera di ionizzazione 208, dove il materiale campione interagisce con il fascio di elettroni. La lunghezza assiale della camera di ionizzazione 208 può essere selezionata per fornire una regione del fascio elettronico attivo relativamente lunga disponibile per ionizzare le molecole di analiti desiderati, aumentando così l'efficienza di ionizzazione della sorgente di ioni 100 e di conseguenza la sensibilità dello strumento nel suo complesso.

Il gruppo magneti 112 circonda coassialmente il corpo 104. Il gruppo magneti 112 è configurato per generare un campo magnetico assiale uniforme nella camera di ionizzazione 208, che concentra e comprime il fascio di elettroni ed il fascio di ioni risultante lungo l'asse della sorgente 124. Il fascio di elettroni magneticamente vincolata e la camera di ionizzazione 208 relativamente lunga possono consentire la generazione di un fascio di ioni adatti per l'estrazione (emittanza) migliorata fuori dalla camera di ionizzazione 208 e, in ultimo, in un dispositivo di elaborazione degli ioni a valle, quale, ad

esempio, un analizzatore di massa o un altro tipo di dispositivo che precede l'analizzatore di massa, quale una guida di ioni, una trappola di ioni, un filtro di massa, una cella di collisione, e così via. Il fascio di ioni può essere estratto senza subire perdite di ioni, come è noto che accade in sorgenti di ioni di tipo Nier, in cui un gran numero di ioni sono attratti via verso i filamenti o sono defocalizzati e neutralizzati (persi) a seguito di collisioni con le superfici interne della camera di ionizzazione 208. Il gruppo magneti 112 può comprendere una pluralità di magneti 132 circonferenzialmente distanziati gli uni dagli altra attorno all'asse della sorgente 124. L'esempio di esecuzione illustrato comprende una disposizione simmetrica di quattro magneti 132 che sono fissati a gioghi a forma di anello 134. I magneti 132 possono essere magneti permanenti o elettromagneti. L'ingresso per il campione 228, e altri componenti come i condotti elettrici, possono essere posizionati nello spazio tra ogni coppia di magneti 132 adiacenti. I magneti 132, anche se distanziati gli uni dagli altri da spazi vuoti, sono disposti simmetricamente attorno all'asse della sorgente 124 e il campo magnetico assiale generato è uniforme.

La sorgente di elettroni 116 può essere un qualsiasi dispositivo configurato per produrre elettroni e dirigere un fascio di elettroni attraverso la camera di ionizzazione 208 a partire dalla prima estremità. Nell'esempio di esecuzione illustrato, la sorgente di elettroni 116 comprende uno o più catodi 238. Il catodo 238 è configurato per l'emissione termoionica, e quindi può essere o includere uno o più filamenti (o in alternativa rivestimenti su anime) costituiti da un materiale termoionicamente emissivo come, ad esempio, renio o lega di tungsteno-renio. Il catodo 238 è riscaldato ad una temperatura sufficiente per produrre l'emissione termoionica. Il riscaldamento è tipicamente realizzato facendo circolare una corrente elettrica attraverso il catodo 238. La corrente può essere regolata per regolare l'energia degli elettroni, che in genere è impostata a circa 70 eV, ma può essere inferiore o superiore. La sorgente di elettroni 116 comprende anche un repulsore di ioni 240 e un

riflettore di elettroni 244 (piastra o elettrodo). Il catodo 238 è posizionato tra il riflettore di elettroni 244 e il repulsore di ioni 240, in quella che può essere considerata come una regione di sorgente di elettroni separata dalla camera di ionizzazione 208 dal repulsore di ioni 240. Il repulsore di ioni 240 (che può essere anche considerato un estrattore di elettroni) può essere configurato come una parete o piastra con un'apertura sull'asse della sorgente 124. L'energia degli elettroni è impostata dalle tensioni applicate al repulsore di ioni 240 e al riflettore di elettroni 244. Una tensione applicata al riflettore di elettroni 244 accelera gli elettrone come generati verso il gruppo lenti 120. A tale scopo, un gradiente di tensione assiale può essere applicato tra il riflettore elettrone 244 e qualsiasi elemento conduttivo idoneo (anodo) a valle del catodo 238, come ad esempio un "estrattore" del gruppo lenti 120 come descritto di seguito. La tensione applicata al riflettore di elettroni 244 è tipicamente negativa ma più in generale è meno positiva rispetto al repulsore di ioni 240 e agli altri elementi ottici a valle fino a un "primo elemento di lente" del gruppo lenti 120, descritto di seguito. Il riflettore di elettroni 244 ed il catodo 238 possono funzionare a pari potenziale, o il riflettore di elettroni 244 può essere più negativo del catodo 238 per cooperare nel respingere gli elettroni nella camera di ionizzazione 208.

Il gruppo lenti 120 è posizionato alla seconda estremità della camera di ionizzazione 208, assialmente opposta alla sorgente di elettroni 116. Il gruppo lenti 120 è configurato, tra le altre cose, per dirigere un fascio di ioni fuori dalla camera di ionizzazione 208 lungo l'asse della sorgente 124 e nel successivo dispositivo di elaborazione di ioni. A questo scopo, il gruppo lenti 120 comprende una pluralità di elementi di lenti (o elettrodi) indipendentemente indirizzabili da sorgenti di tensione. Ogni elemento di lente può avere un'apertura o fessura sull'asse della sorgente 124. Nell'esempio di esecuzione illustrato, il gruppo lenti 120 comprende una lente di estrazione di ioni (o estrattore di ioni) 248, un primo elemento di lente (o riflettore di elettrone) 250 distanziato dall'estrattore 248 lungo

l'asse della sorgente 124, un secondo elemento di lente (o riflettore di ioni) 252 distanziato dal primo elemento di lente 250 lungo l'asse della sorgente 124, e un elemento di lente di uscita della sorgente di ioni (o elemento di lente di focalizzazione del fascio di ioni) 256 distanziato dal secondo elemento di lente 252 lungo l'asse della sorgente 124. L'elemento di lente di uscita della sorgente di ioni 256 può essere configurato o anche servire come elemento di lente di ingresso in un dispositivo di elaborazione di ioni. Il gruppo lenti 120 può anche includere uno o più ulteriori elementi di lente di focalizzazione di ioni 254 tra il secondo elemento di lente 252 e l'elemento di lente di uscita della sorgente di ioni 256, che possono essere utilizzati per focalizzare il fascio di ioni. Il repulsore di ioni 240 e l'estrattore 248 possono essere considerati come la prima e seconda estremità assiali, rispettivamente, della camera di ionizzazione 208. Come sarà apprezzato dagli esperti del settore, una tensione di adeguata grandezza può essere applicata all'estrattore 248 per contribuire ad attrarre il fascio di ioni fuori dalla camera di ionizzazione 208.

Il primo elemento di lente 250 è posizionato appena fuori dalla camera di ionizzazione 208, ed è direttamente adiacente all'estrattore 248 sul suo lato rivolto a valle. Una tensione di adeguata grandezza può essere applicata al primo elemento di lente 250 per riflettere il fascio di elettroni indietro nella camera di ionizzazione 208. Conseguentemente, il catodo 238 (o il catodo 238 ed il riflettore di elettroni 244) e il primo elemento di lente 250 cooperano per riflettere il fascio di elettroni avanti e indietro attraverso la camera di ionizzazione 208 lungo l'asse della sorgente 124, intensificando così la densità elettronica disponibile per la ionizzazione EI di analiti nella camera di ionizzazione 208.

Per riflettere gli elettroni indietro nella camera di ionizzazione 208, una tensione di grandezza relativamente elevata può essere applicata al primo elemento di lente 250. Ciò può portare alla creazione di ioni sostanzialmente nella regione tra il primo elemento di lente 250 e l'estrattore 248, cui ci si può essere riferire come ad una regione di

intrappolamento di ioni. Rispetto alla camera di ionizzazione 208, l'energia in questa regione è bassa e quindi gli ioni creati in questa regione possono avere energie di ioni indesiderabilmente basse. Di conseguenza, questi ioni sono soggetti a rimanere intrappolati in questa regione. Questi ioni possono essere qui definiti ioni "a bassa energia" o "a energia inferiore" o "intrappolati", che nel presente contesto si riferiscono a ioni aventi energie sufficientemente basse da poter essere intrappolati nella regione di intrappolamento nelle condizioni operative previste per la sorgente di ioni 100. In confronto, gli ioni "ad alta energia" o "a energia superiore" o "non-intrappolati", tipicamente quelli prodotti nella camera di ionizzazione 208, sono in grado di penetrare gruppo lenti 120 e di entrare nel dispositivo di elaborazione di ioni a valle . L'intrappolamento di ioni può portare a cariche spaziali e ad instabilità di corrente di ioni indesiderabili, che si traducono di conseguenza, in prestazioni imprevedibili indesiderabili.

Il secondo elemento di lente 252 è previsto per ridurre significativamente o eliminare l'intrappolamento di ioni nella regione tra il secondo elemento di lente 252 e l'estrattore 248. La tensione impostata sul secondo elemento di lente 252 può essere più positiva rispetto alla tensione impostata sul primo elemento di lente 250. Pertanto, il secondo elemento di lente 252 riflette gli ioni a bassa energia indietro verso il primo elemento di lente 250, e questi ioni poi collidono con il primo elemento di lente 250 e sono neutralizzati. Inoltre, il primo elemento di lente 250 può essere posizionato il più vicino possibile alla estrattore 248 per minimizzare l'intrappolamento di ioni nella regione di intrappolamento.

La Figura 3 è un modello di una sorgente di ioni 300 generato dal software di simulazione di ioni. Il modello corrisponde a una vista laterale in sezione trasversale della sorgente di ioni 300. La sorgente di ioni 300 è sostanzialmente simile alla sorgente di ioni 100 sopra

descritta ed illustrata nelle Figure 1 e 2, e di conseguenza componenti simili sono indicati con numeri di riferimento simili. Il modello comprende un filtro di massa a quadrupolo in radio-frequenza (RF) 360 posizionato in asse con la sorgente di ioni 300 appena a valle dell'elemento di lente di uscita 256. La Figura 3 mostra un intenso fascio di elettroni 362 concentrato lungo l'asse della sorgente in cui gli elettroni vengono riflessi avanti e indietro tra il catodo 238 e il primo elemento di lente 250. In questa simulazione la forza del campo magnetico era 750 gauss. In pratica, campi magnetici più forti o più deboli possono essere utilizzati.

La Figura 3 illustra anche un esempio di esecuzione in cui almeno una porzione 364 della camera di ionizzazione 208 (ad esempio una porzione definita da una o più superfici interne del corpo 104) è rastremata o conica, divergente in direzione del gruppo lenti 120. Cioè, l'area della sezione trasversale della camera di ionizzazione 208 aumenta gradualmente nella direzione del gruppo lenti 120. Questa geometria variabile attenua leggermente il campo elettrico, il che può far sì che gli ioni si muovano preferenzialmente nella direzione del gruppo lenti 120 e del successivo dispositivo di elaborazione di ioni. La Figura 4 è lo stesso modello della Figura 3, ma mostra le traiettorie degli ioni, tra cui un fascio di ioni 466 vincolato lungo l'asse della sorgente. La Figura 5 è una vista ravvicinata della regione attorno al gruppo lenti 120. La regione di intrappolamento di ioni è indicata da un cerchio 568. Nelle figure 4 e 5 è illustrato che gli ioni a bassa energia 470 sono riflessi dal secondo elemento di lente 252 e collidono con il primo elemento di lente 250. Le Figure 4 e 5 dimostrano che le sorgenti di ioni qui descritte sono in grado di ridurre significativamente o eliminare l'intrappolamento di ioni, mantenendo una trasmissione altamente efficiente di ioni a energia superiore creati nel volume di ioni della sorgente di ioni. Si noterà che, mentre la sorgente di ioni 300 nelle Figure 3 - 5 è stata modellata utilizzando la geometria del volume di ioni conica, altri modelli sono stati

simulati usando la geometria a foro rettilineo (diametro interno costante) come mostrato in Figura 2 e hanno prodotto risultati simili.

In un altro esempio di esecuzione, il campo magnetico assiale può essere modificato per modellare il fascio di elettroni e il fascio di ioni conseguentemente prodotto nel modo desiderato. Ciò può essere ottenuto, ad esempio, modificando la configurazione del gruppo magneti. La Figura 6 è un altro modello di una sorgente di ioni 600 generato dal software di simulazione di ioni, che mostra un fascio di elettroni assiale 672 e un gruppo magneti 612 secondo un esempio di esecuzione. Oltre ai magneti posizionati radialmente rispetto all'asse della sorgente (magneti radiali 132), il gruppo magneti 612 comprende un magnete posteriore o in asse 674. Il magnete in asse 674 è posizionato sull'asse della sorgente esternamente alla camera di ionizzazione 208, sul lato sul riflettore di elettroni 244 opposto alla camera di ionizzazione 208. In questo esempio, il magnete in asse 674 è a forma di disco e l'asse della sorgente passa attraverso il suo centro. Con l'aggiunta del magnete in asse 674, il fascio di elettroni 672 è più focalizzato all'estremità della sorgente di elettroni e si espande o diverge gradualmente nella direzione del gruppo lenti 120. Espandendosi, l'inviluppo del fascio di elettroni 672 crea una regione di ionizzazione più grande, il che può aumentare la probabilità di ionizzazione. Questo può essere utile per contrastare gli effetti negativi di carica spaziale sul processo di ionizzazione.

La Figura 7 è una vista schematica di un esempio di hardware o elettronica 700 che può essere fornito con una sorgente di ioni come qui descritta. Le singole tensioni applicate ai vari componenti della sorgente di ioni sono rappresentate come rispettive sorgenti di tensione 776 - 792 (che possono essere qui definite nel loro complesso come un alimentatore o sorgente di tensione). In alcuni esempi di esecuzione, una o più tensioni 786 possono essere applicate ad uno o più elementi conduttori del corpo 104. Le sorgenti di tensione 776 - 792 sono illustrate in comunicazione di segnale con un dispositivo di

controllo 794 (ad esempio, un dispositivo di controllo basato su processore elettronico o . un computer) per dimostrare che i parametri di una o più sorgenti di tensione 776 - 792 possono essere controllati mediante il dispositivo di controllo 794. I parametri possono includere, ad esempio, impostazioni e regolazioni delle grandezze della tensione, stati on / off, tempi e durata delle tensioni applicate, coordinamento o sincronizzazione dell'applicazione di tensione a due o più sorgenti di tensione 776 - 792, e così via. Il dispositivo di controllo 794 può comprendere un supporto leggibile al computer o software 796 per implementare il controllo programmato delle sorgenti di tensione 776 -792. In alcuni esempi di esecuzione il dispositivo di controllo 794 può implementare (ad esempio utilizzando firmware e / o software), in tutto o in parte, uno o più dei metodi qui descritti.

In alcuni esempi di esecuzione, quando si inizia l'emissione di elettroni l'energia "iniziale" degli elettroni può essere impostata come la differenza di potenziale tra il catodo termoionico 238 e il repulsore di ioni 240. Tale differenza di potenziale può essere mantenuta ad un valore fisso desiderato quando la tensione sul catodo 238 o sul repulsore di ioni 240 variano, regolando la tensione sull'altro componente. Ad esempio, il repulsore di ioni 240 può essere fato crescere a rampa e ottimizzato, mantenendo al tempo stesso l'appropriata energia di sbilanciamento degli elettroni, regolando la tensione sul catodo 238 in modo tale che insegua la tensione sul riflettore di elettroni 244. Inoltre, la tensione sul primo elemento di lente 250 può inseguire la tensione del catodo per ottimizzare la funzione di riflessione degli elettroni del primo elemento di lente 250. Le funzioni di inseguimento possono essere attuate, per esempio, dal dispositivo di controllo 794 schematicamente illustrato nella Figura 7. Come operazione predefinita, il dispositivo di controllo 794 può leggere la tensione del catodo e applicare lo stesso valore al primo elemento di lente 250. Per consentire inoltre un affinamento per l'ottimizzazione del primo

elemento di lente 250, una ulteriore tensione di sbilanciamento applicata può essere fatta crescere a rampa e sommata con ila corrispondente tensione di default de catodo applicata, cioè, VPRIMO ELEMENTO DI LENTE= VCATODO+ VSBILANCIAMENTO. L'applicazione della tensione di sbilanciamento può fornire una riflessione più forte di elettroni in corrispondenza del primo elemento di lente 250 per minimizzare l'incursione di elettroni nella regione di intrappolamento di ioni tra il primo elemento di lente 250 e l'estrattore 248, aumentando così ulteriormente la quantità di ioni ad alta energia più attivi e riducendo la quantità di ioni a bassa energia indesiderati. Allo stesso modo, l'energia degli elettroni a rampa varia la tensione del catodo, e anche la tensione applicata al primo elemento di lente 250 può inseguire la tensione del catodo a rampa.

In alcune applicazioni, può essere desiderabile ridurre o eliminare gli effetti di carica spaziale elettronica che si sviluppa nella sorgente di ioni. Ad esempio, effetti di carica spaziale possono essere abbastanza significativi da far sì che il fascio di elettroni sia modulato in modo incontrollabile, influenzando così sfavorevolmente la stabilità del fascio di ioni. Per risolvere questo problema, in alcuni esempi di esecuzione una tensione periodica può essere applicata ad uno o più elementi conduttori della sorgente di elettroni 116, del gruppo lenti 120 e/o del corpo 104. La tensione periodica può essere un impulso a corrente continua periodico (con larghezza di impulso, periodo e ampiezza empiricamente ottimizzati) o un potenziale ad alta frequenza (ad esempio, RF). La tensione periodica può scaricare qualsiasi accumulo di carica superficiale indesiderata derivante da livelli crescenti di contaminazione. In alternativa, il fascio di elettroni può essere controllato per ridurre l'accumulo di carica spaziale, ad esempio impiegando opportune ottiche elettroniche per deviare periodicamente il fascio di elettroni lontano dall'asse della sorgente. In alcuni esempi di esecuzione, effetti di carica spaziale possono essere risolti implementando le tecniche descritte nel brevetto US 7.291.845, il cui intero contenuto è

qui incorporato per riferimento.

La Figura 8 è una vista schematica di una porzione della sorgente di ioni 100 illustrata nelle Figure 1 e 2 secondo un altro esempio di esecuzione. In questo esempio di esecuzione, un elettrodo supplementare (o estrattore di elettroni) 802 viene aggiunto alla sorgente di elettroni 116 tra il catodo (filamento) 238 e il repulsore di ioni 240. Applicando una tensione appropriata all'estrattore di elettroni 802, l'estrattore di elettroni 802 può essere utilizzati per regolare le condizioni di campo elettrico nella sorgente di elettroni 116, in particolare quando si opera a bassa energia di elettroni (per esempio, da 9 eV a 25 eV). Ad esempio, l'estrattore di elettroni 802 può contribuire nell'attrarre elettroni via dal catodo 238 e verso la camera di ionizzazione 208 e nel mantenere bassa la differenza di potenziale tra il corpo della sorgente 104 e il repulsore di ioni 240.

La Figura 9 è una vista schematica di un esempio di un sistema di spettrometria di massa (MS) 900 in cui può essere prevista una sorgente di ioni 100 come descritta nel presente documento. Il sistema MS 900 include sostanzialmente una sorgente di campione 902, la sorgente di ioni 100, uno spettrometro di massa (MS) 906, e un sistema di vuoto per mantenere gli interni della sorgente di ioni 100 e del MS 906 a livelli di pressione subatmosferici e controllati. Il sistema di vuoto è schematicamente rappresentato da linee di vuoto 908 e 910 che partono dalla sorgente di ioni 100 e dal MS 906, rispettivamente. Le linee di vuoto 908 e 910 sono schematicamente rappresentative di una o più pompe da vuoto e tubazioni associate e altri componenti evidenti ai tecnici del settore. È anche evidente che uno o più altri tipi di dispositivi di elaborazione di ioni (non mostrati) possono essere previsti tra la sorgente di ioni 100 e il MS 906. La struttura e il funzionamento dei vari tipi di sorgenti di campione, spettrometri, e componenti associati sono generalmente compresi dagli esperti del settore, e quindi saranno descritti solo brevemente, limitatamente a quanto necessario per la comprensione della materia qui

trattata. In pratica, la sorgente di ioni 100 può essere integrata con il MS 906 o altrimenti considerata come l'estremità anteriore o di ingresso del MS 906, e quindi in alcuni esempi di esecuzione può essere considerata come un componente del MS 906.

La sorgente di campione 902 può essere un qualsiasi dispositivo o sistema di alimentazione alla sorgente di ioni 100 di un campione che deve essere analizzato. Il campione può essere fornito in una forma di vapore o fase gassosa che fluisce dalla sorgente di campione 902 nella sorgente di ioni 100. Nei sistemi combinati come i sistemi di gas cromatografia - spettrometria di massa di gas (GC-MS), la sorgente di campione 902 può essere un sistema GC, nel qual caso una colonna analitica del sistema GC è interfacciata con la sorgente di ioni 100 attraverso un hardware adatto.

Il MS 906 può sostanzialmente comprendere un analizzatore di massa 912 e un rivelatore di ioni 914 racchiusi in un involucro 916. La linea di vuoto 910 mantiene l'interno dell'analizzatore di massa 912 a pressione molto bassa (vuoto). In alcuni esempi di esecuzione, la pressione dell'analizzatore di massa 912 varia da 10<-4>fino a 10<-9>Torr. La linea di vuoto 910 può anche rimuovere qualsiasi molecola neutra non analitica residua dal MS 906. L'analizzatore di massa 912 può essere un qualsiasi dispositivo configurato per separare, classificare o filtrare ioni di analiti sulla base dei loro rispettivi rapporti m / z. Esempi di analizzatori di massa comprendono, in modo non limitativo, strutture di elettrodo a multipolo (ad esempio, filtri di massa a quadrupolo, trappole ioniche, e così via), analizzatori del tempo di volo (TOF) e trappole a risonanza ciclotronica di ioni (ICR). L'analizzatore di massa 912 può comprendere un sistema comprendente più di un analizzatore di massa, in particolare quando si desidera un'analisi di frammentazione di ioni. Ad esempio, l'analizzatore di massa 912 può essere un sistema tandem MS o MS<n>, come evidente ai tecnici del settore. Come altro esempio, l'analizzatore di massa 912 può includere un filtro di massa seguito da una cella di collisione, che a sua volta è seguito da

un filtro di massa (per esempio, un sistema a triplo quadrupolo o QQQ) o da un dispositivo TOF (ad esempio, un sistema qTOF) . Il rivelatore di ioni 914 può essere un qualsiasi dispositivo configurato per la raccolta e la misurazione del flusso (o corrente) di ioni discriminati in base alla massa in uscita dall'analizzatore di massa 912. Esempi di rilevatori di ioni 914 includono, in modo non limitativo, moltiplicatori di elettroni, fotomoltiplicatori, e coppe di Faraday.

In alcuni esempi di esecuzione sorgenti EI assiali come illustrate nel presente documento possono essere fatte funzionare o ad alte energie degli elettroni o a basse energie degli elettroni. L'energia del fascio di elettroni può essere regolata regolando la tensione applicata al filamento, in modo da regolare la corrente attraverso il filamento. In alcuni esempi di esecuzione, il fascio di elettroni può essere regolato in un intervallo da 9 eV a 150 eV. Energie degli elettroni inferiori a 70 eV, per esempio in un intervallo da 9 eV a 25 eV, possono essere considerate nel regime di ionizzazione leggera. Sorgenti EI assiali come qui descritte sono in grado di implementare efficacemente la EI in questi intervalli di energie degli elettroni. Anche a basse energie, le sorgenti EI sono in grado di produrre un fascio di elettroni con una intensità ed una resa di ionizzazione sufficienti per molti esperimenti. Queste sorgenti EI assiali sono quindi in grado di attuare ionizzazione pesante o ionizzazione leggera, e di commutare tra ionizzazione pesante e ionizzazione leggera (anche durante lo stesso esperimento), come desiderato o necessario per ottimizzare i processi di ionizzazione e di analisi di massa per un dato analita o gruppo di analiti. Le sorgenti EI assiali possono quindi essere impiegate in molti casi in cui tradizionalmente la EI viene scartata in favore di un processo tradizionale di ionizzazione leggera come la ionizzazione chimica (CI). Di conseguenza, le sorgenti EI assiali, come descritte nel presente documento possono essere dispositivi di ionizzazione più universali rispetto ad altri dispositivi come le sorgenti CI e le sorgenti EI tradizionali. Ad esempio, la

sorgente EI assiale può essere fatta funzionare ad una bassa energia degli elettroni che favorisce un percorso di ionizzazione desiderato, quale ad esempio la formazione di uno ione molecolare o altro ione a massa elevata. I metodi relativi al funzionamento di una sorgente EI assiale a basse energie degli elettroni sono descritti in una domanda di brevetto statunitense intitolata "Electron ionization (EI) utilising different EI energies", presentata in concomitanza con la domanda statunitense di priorità della presente domanda, il cui intero contenuto è qui incorporato per riferimento.

Si comprenderà che, sebbene esempi della sorgente di ioni siano stati sopra descritti principalmente nel contesto della EI, la sorgente di ioni qui descritta può essere configurata, in aggiunta o in alternativa, per la ionizzazione chimica (CI), che è una tecnica ben nota che utilizza anch'essa un fascio di elettroni. Nel caso della CI, la sorgente di ioni può comprendere un ingresso per l'ammissione di un gas reagente nella camera di ionizzazione.

Esempi di esecuzione forniti conformemente alla materia qui descritta includono, in modo non limitativo, i seguenti:

1. Una sorgente di ioni, comprendente: un corpo comprendente una camera di ionizzazione ed un ingresso del campione che conduce nella camera di ionizzazione, la camera di ionizzazione comprendendo una prima estremità e una seconda estremità, ed avendo una certa lunghezza lungo un asse della sorgente dalla prima estremità alla seconda estremità; un gruppo magneti che circonda il corpo e che è configurato per generare un campo magnetico assiale nella camera di ionizzazione; una sorgente di elettroni posizionata in corrispondenza della prima estremità e comprendente un catodo termoionico e un riflettore di elettroni, la sorgente di elettroni essendo configurata per accelerare un fascio di elettroni attraverso la camera di ionizzazione lungo l'asse della sorgente; e un gruppo lenti comprendente un estrattore posizionato in corrispondenza della

seconda estremità, un primo elemento di lente all'esterno della camera di ionizzazione e distanziato dall'estrattore lungo l'asse della sorgente, ed un secondo elemento di lente distanziato dal primo elemento di lente lungo l'asse della sorgente, in cui l'estrattore è configurato per dirigere un fascio di ioni fuori dalla camera di ionizzazione lungo l'asse della sorgente, il primo elemento di lente è configurato per riflettere il fascio di elettroni verso la sorgente di elettroni, e il secondo elemento di lente è configurato per trasmettere ioni a energia superiore, riflettendo al tempo stesso ioni a energia inferiore verso il primo elemento di lente.

2. La sorgente di ioni dell'esempio 1, in cui la camera di ionizzazione ha un'area di sezione trasversale che è costante lungo la lunghezza, o un'area di sezione trasversale che aumenta lungo almeno una porzione della lunghezza.

3. La sorgente di ioni dell'esempio 1 o 2, in cui il gruppo magneti comprende una pluralità di magneti circonferenzialmente distanziati tra loro attorno all'asse della sorgente.

4. La sorgente di ioni dell'esempio 3, in cui l'ingresso del campione è posizionato tra due dei magneti.

5. La sorgente di ioni dell'esempio 3 o 4, in cui il gruppo magneti comprende un magnete in asse posizionato sull'asse della sorgente esternamente alla camera di ionizzazione e configurato per modificare il campo magnetico assiale in modo tale che il fascio di elettroni diverga in una direzione verso l'estrattore.

6. La sorgente di ioni di uno qualsiasi degli esempi 1 - 5, comprendente un repulsore di ioni posizionato in corrispondenza della prima estremità tra il catodo e l'estrattore.

7. La sorgente di ioni di uno qualsiasi degli esempi 1 - 6, in cui il gruppo lenti comprende una lente di uscita distanziata dal secondo elemento di lente e configurata per dirigere il fascio di ioni in un dispositivo di elaborazione di ioni lungo l'asse della sorgente.

8. La sorgente di ioni di uno qualsiasi degli esempi 1 - 7, comprendente una sorgente di

tensione in comunicazione di segnale con la sorgente di elettroni e con il gruppo lenti, e un dispositivo di controllo configurato per controllare una funzionalità della sorgente di tensione selezionata dal gruppo comprendente: la regolazione di una tensione applicata al catodo; il mantenimento di una differenza di potenziale fissa tra il catodo e un repulsore di ioni posizionato in corrispondenza della prima estremità tra il catodo e l'estrattore, e la contestuale regolazione di una tensione applicata al catodo; la regolazione di una tensione applicata al primo elemento di lente basata su una regolazione di una tensione applicata al catodo; l'impostazione di tensioni applicate al catodo e al primo elemento di lente a rispettivi valori sufficienti per mantenere la riflessione del fascio di elettroni tra il catodo e il primo elemento di lente; l'impostazione di tensioni applicate al catodo e al primo elemento di lente a rispettivi valori sufficienti per mantenere la riflessione del fascio di elettroni tra il catodo e il primo elemento di lente, e l'aggiunta di uno sbilanciamento di tensione al primo elemento di lente rispetto al catodo per aumentare la riflessione del fascio di elettroni dal primo elemento di lente; l'impostazione di una tensione applicata al secondo elemento di lente ad un valore sufficiente per accelerare ioni intrappolati tra il secondo elemento di lente e l'estrattore verso il primo elemento di lente; l'applicazione di un impulso di tensione ad un elemento conduttore della sorgente di elettroni; l'applicazione di un impulso di tensione ad un elemento conduttore del gruppo lenti; l'applicazione di un impulso di tensione al corpo; il controllo del fascio di elettroni; due o più delle suddette funzionalità.

9. La sorgente di ioni di uno qualsiasi degli esempi 1 - 8, comprendente un repulsore di ioni tra il catodo e la camera di ionizzazione, e un estrattore di elettroni tra il catodo e il repulsore di ioni.

10. Un sistema di elaborazione di ioni, comprendente la sorgente di ioni di uno qualsiasi degli esempi 1 - 9 e un dispositivo di elaborazione di ioni in comunicazione con il gruppo

lenti.

11. Il sistema di elaborazione di ioni dell'esempio 10, in cui il dispositivo di elaborazione di ioni è scelto dal gruppo costituito da: una guida di ioni, una trappola ionica, un filtro di massa, una cella di collisione, e un analizzatore di massa.

12. Il sistema di elaborazione di ioni dell'esempio 10, in cui il dispositivo di elaborazione di ioni comprende un analizzatore di massa, e comprende inoltre un rilevatore di ioni in comunicazione con l'analizzatore di massa.

13. Un metodo per eseguire ionizzazione a elettroni che comprende le fasi di: dirigere elettroni sotto forma di fascio di elettroni da una sorgente di elettroni attraverso una camera di ionizzazione avente una certa lunghezza lungo un asse della sorgente tra la sorgente di elettroni e un gruppo lenti; focalizzare il fascio di elettroni lungo l'asse della sorgente applicando un campo magnetico assiale alla camera di ionizzazione; riflettere gli elettroni avanti e indietro lungo l'asse della sorgente tra la sorgente di elettroni e il gruppo lenti; produrre ioni dirigendo un materiale campione nella camera di ionizzazione verso il fascio di elettroni, gli ioni essendo focalizzati in un fascio di ioni lungo l'asse della sorgente; trasmettere gli ioni attraverso il gruppo lenti lungo l'asse della sorgente; e riflettere gli ioni intrappolati nel gruppo lenti per evitare che gli ioni intrappolati escano dal gruppo lenti, trasmettendo al tempo stesso gli ioni non intrappolati fuori dal gruppo lenti.

14. Il metodo dell'esempio 13, comprendente la fase di dirigere il materiale campione tra due magneti utilizzati nell'applicazione del campo magnetico assiale.

15. Il metodo dell'esempio 13 o 14, in cui la fase di focalizzare gli elettroni comprende l'utilizzo di una pluralità di magneti circonferenzialmente distanziati tra loro attorno all'asse della sorgente.

16. Il metodo di uno qualsiasi degli esempi 13 - 15, in la fase di focalizzare gli elettroni è

realizzata in modo tale che il fascio di elettroni diverga in una direzione verso l'estrattore.

17. Il metodo di uno qualsiasi degli esempi 13 - 16, in cui la fase di focalizzare gli elettroni comprende l'utilizzo di una pluralità di magneti circonferenzialmente distanziati tra loro attorno all'asse della sorgente, e un magnete in asse posizionato sull'asse della sorgente esternamente alla camera di ionizzazione .

18. Il metodo di uno qualsiasi degli esempi 13 - 17, in cui la fase di produrre gli elettroni viene effettuata applicando una tensione ad un catodo, e comprendente inoltre una fase di regolazione dell'energia degli elettroni regolando la tensione.

19. Il metodo dell'esempio 18, comprendente, durante la fase di regolazione della tensione sul catodo, una fase di regolazione di una tensione su un repulsore di ioni posizionato tra il catodo e il gruppo lenti per mantenere una differenza di potenziale fissa tra il catodo e il repulsore di ioni.

20. Il metodo dell'esempio 18 o 19, comprendente la fase di applicare una tensione ad un elemento di lente del gruppo lenti per riflettere il fascio di elettroni nella camera di ionizzazione e, mentre si regola la tensione sul catodo, una fase di regolare la tensione sull'elemento d lente di una pari quantità.

21. Il metodo di uno qualsiasi degli esempi 18 - 20, in cui la fase di produrre gli elettroni viene effettuata applicando una tensione ad un catodo, e comprendente inoltre l'una fase di applicare una tensione ad un elemento di lente del gruppo lenti per riflettere il fascio di elettroni indietro nella camera di ionizzazione.

22. Il metodo dell'esempio 21, comprendente la fase di impostare tensioni applicate al catodo e all'elemento di lente a rispettivi valori sufficienti per mantenere la riflessione del fascio di elettroni tra il catodo e l'elemento di lente.

23. Il metodo dell'esempio 22, comprendente la fase di impostare le rispettive tensioni applicate al catodo e all'elemento di lente a valori uguali, o di aumentare la tensione

applicata all'elemento di lente di una quantità di sbilanciamento rispetto alla tensione applicata al catodo per aumentare la riflessione in corrispondenza dell'elemento di lente.

24. Il metodo di uno qualsiasi degli esempi 13 - 23, comprendente la fase di applicare una tensione ad un estrattore del gruppo lenti per trasmettere gli ioni dalla camera di ionizzazione nel gruppo lenti.

25. Il metodo dell'esempio 24, comprendente la fase di applicare una tensione ad un primo elemento di lente del gruppo lenti posizionato all'esterno della camera di ionizzazione per riflettere il fascio di elettroni attraverso l'estrattore e nella camera di ionizzazione.

26. Il metodo dell'esempio 25, comprendente la fase di applicare una tensione ad un secondo elemento lente del gruppo lenti di riflettere gli ioni intrappolati in collisione con il primo elemento lente.

27. Il metodo di uno qualsiasi degli esempi 13 - 26, comprendente la fase di applicare una tensione ad un elemento di lente del gruppo lenti per riflettere gli ioni intrappolati in collisione con un altro elemento di lente del gruppo lenti.

28. Il metodo di uno qualsiasi degli esempi 13 - 27, comprendente la fase di realizzare una fase di impulso scelta dal gruppo costituito da: applicare un impulso di tensione ad un elemento conduttore della sorgente di elettroni; applicare un impulso di tensione ad un elemento conduttore del gruppo lenti; applicare un impulso di tensione ad un corpo definente almeno una porzione della camera di ionizzazione; controllare il fascio di elettroni; due o più delle suddette fasi.

29. Il metodo di uno qualsiasi degli esempi 13 - 28, comprendente la fase di emettere elettroni da un catodo della sorgente di elettroni, e attrarre gli elettroni emessi lontano dal catodo applicando una tensione ad un estrattore di elettroni della sorgente di elettroni. 30. Il metodo dell'esempio 29, comprendente la fase di respingere gli ioni lontano dalla sorgente di elettroni applicando una tensione ad un repulsore di ioni posizionato tra la

sorgente di elettroni e la camera di ionizzazione.

31. Il metodo di uno qualsiasi degli esempi 13 - 30, comprendente la fase di trasmettere gli ioni attraverso il gruppo lenti e in un dispositivo di elaborazione di ioni comprendente un ingresso sull'asse della sorgente.

32. Il metodo di uno qualsiasi degli esempi 13 - 31, comprendente, prima di dirigere il materiale campione nella camera di ionizzazione, la fase di emettere il materiale campione da un gascromatografo.

Si comprenderà che il dispositivo d controllo 794 del sistema schematicamente illustrato nella Figura 7 può rappresentare uno o più moduli configurati per controllare, monitorare, sincronizzare e/o coordinare vari aspetti funzionali della sorgente di ioni. Il dispositivo di controllo 794 del sistema può anche rappresentare uno o più moduli configurati per controllare funzioni o componenti di un sistema di spettrometria associato, tra cui, ad esempio, la ricezione dei segnali di misurazione degli ioni e l'esecuzione di altri compiti relativi all'acquisizione di dati e all'analisi di segnali come necessario per generare uno spettro di massa che caratterizza il campione sotto analisi.

Per tutti questi scopi, il dispositivo di controllo 794 può includere un supporto leggibile da computer che include istruzioni per eseguire uno qualsiasi dei metodi qui descritti. Il dispositivo di controllo 794 è schematicamente illustrato come in comunicazione di segnale con vari componenti della sorgente di ioni attraverso collegamenti di comunicazione filari o wireless. Anche per questi scopi, il dispositivo di controllo 794 può comprendere uno o più tipi di hardware, firmware e/o software, così come una o più memorie e banche-dati. Il dispositivo di controllo 794 comprende tipicamente un elaboratore elettronico principale che fornisce il controllo generale, e può comprendere uno o più elaboratori elettronici, configurati per operazioni di controllo dedicate o specifici compiti di elaborazione del segnale. Il dispositivo di controllo 794 del sistema

può anche rappresentare schematicamente tutte le sorgenti di tensione non illustrate, così come dispositivi di controllo della temporizzazione, orologi, generatori di frequenza / di forma d'onda e simili, come necessario per l'applicazione di tensioni ai vari componenti. Il dispositivo di controllo 794 può anche essere rappresentativo di uno o più tipi di dispositivi di interfaccia utente, quali dispositivi di input utente (ad esempio, tastiera, touch screen, mouse, e simili), i dispositivi di output utente (ad esempio, schermo, stampante, indicatori visivi o avvisi, indicatori o avvisatori acustici, e simili), un'interfaccia grafica utente (GUI) controllata da software e dispositivi per il caricamento di supporti leggibili dal processore elettronico (ad esempio, istruzioni logiche incorporate in un software, dati, e simili). Il dispositivo di controllo 794 può comprendere un sistema operativo (ad esempio, un software Microsoft Windows<®>) per controllare e gestire varie funzioni del dispositivo di controllo 794.

Si comprenderà che il termine "in comunicazione di segnale" come qui usato significa che due o più sistemi, dispositivi, componenti, moduli o sotto-moduli sono in grado di comunicare tra loro attraverso segnali che viaggiano su un qualche tipo di percorso di segnale. I segnali possono essere segnali di comunicazione, potenza, dati o energia, che possono comunicare informazioni, potenza o energia da un primo sistema, dispositivo, componente, modulo o sotto-modulo ad un secondo sistema, dispositivo, componente, modulo o sotto-modulo lungo un percorso di segnale tra il primo e il secondo sistema, dispositivo, componente, modulo o sotto-modulo. I percorsi di segnale possono includere collegamenti fisici, elettrici, magnetici, elettromagnetici, elettrochimici, ottici, filari o wireless. I percorsi di segnale possono includere anche sistemi, dispositivi, componenti, moduli o sotto-moduli aggiuntivi tra il primo e secondo sistema, dispositivo, componente, modulo o sotto-modulo.

Più in generale, termini come "comunicare" e "in.. . comunicazione con" (ad esempio, un

primo componente "comunica con" o "è in comunicazione con" un secondo componente) sono qui utilizzati per indicare una relazione strutturale, funzionale, meccanica, elettrica, di segnale, ottica, magnetica, elettromagnetica, ionica o di fluido tra due o più componenti o elementi. Pertanto, il fatto che si affermi che un componente comunica con un secondo componente non intende escludere la possibilità che componenti aggiuntivi possano essere presenti tra e/o operativamente associati o connessi con il primo e il secondo componente. Si comprenderà che vari aspetti o dettagli del trovato possono essere modificati senza uscire dall'ambito del trovato. Inoltre, la precedente descrizione è unicamente a scopo illustrativo, e non a scopo limitativo, il trovato essendo definito dalle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sorgente di ioni (100), comprendente: un corpo (104) comprendente una camera di ionizzazione (208) ed un ingresso del campione (228) che conduce nella camera di ionizzazione, la camera di ionizzazione (208) comprendendo una prima estremità e una seconda estremità, ed avendo una certa lunghezza lungo un asse della sorgente (124) dalla prima estremità alla seconda estremità; un gruppo magneti (112) che circonda il corpo e che è configurato per generare un campo magnetico assiale nella camera di ionizzazione (208); una sorgente di elettroni (116) posizionata in corrispondenza della prima estremità e comprendente un catodo termoionico (238) e un riflettore di elettroni (244), la sorgente di elettroni (116) essendo configurata per accelerare un fascio di elettroni attraverso la camera di ionizzazione (208) lungo l'asse della sorgente (124); e un gruppo lenti (120) comprendente un estrattore (248) posizionato in corrispondenza della seconda estremità, un primo elemento di lente (250) all'esterno della camera di ionizzazione (208) e distanziato dall'estrattore lungo l'asse della sorgente (124), ed un secondo elemento di lente (252) distanziato dal primo elemento di lente (250) lungo l'asse della sorgente (124), in cui l'estrattore (248) è configurato per dirigere un fascio di ioni fuori dalla camera di ionizzazione (208) lungo l'asse della sorgente (124), il primo elemento di lente (250) è configurato per riflettere il fascio di elettroni verso la sorgente di elettroni (116), e il secondo elemento di lente (252) è configurato per trasmettere ioni a energia superiore, riflettendo al tempo stesso ioni a energia inferiore verso il primo elemento di lente (250).
2. Sorgente di ioni (100) secondo la rivendicazione 1, in cui la camera di ionizzazione (208) ha un'area di sezione trasversale che è costante lungo la lunghezza, o un'area di sezione trasversale che aumenta lungo almeno una porzione della lunghezza.
3. Sorgente di ioni (100) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il gruppo magneti (112) comprende una pluralità di magneti (132) circonferenzialmente distanziati tra loro attorno all'asse della sorgente (124).
4. Sorgente di ioni (100) secondo la rivendicazione 3, in cui l'ingresso del campione (228) è posizionato tra due dei magneti.
5. Sorgente di ioni (100) secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui il gruppo magneti comprende un magnete in asse (674) posizionato sull'asse della sorgente esternamente alla camera di ionizzazione e configurato per modificare il campo magnetico assiale in modo tale che il fascio di elettroni diverga in una direzione verso l'estrattore (248).
6. Sorgente di ioni (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 5, comprendente un repulsore di ioni (240) posizionato in corrispondenza della prima estremità tra il catodo e l'estrattore.
7. Sorgente di ioni (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 6, in cui il gruppo lenti (120) comprende una lente di uscita (256) distanziata dal secondo elemento di lente (252) e configurata per dirigere il fascio di ioni in un dispositivo di elaborazione di ioni lungo l'asse della sorgente (124).
8. Sorgente di ioni (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 7, comprendente una sorgente di tensione in comunicazione di segnale con la sorgente di elettroni (116) e con il gruppo lenti (120), e un dispositivo di controllo (794) configurato per controllare una funzionalità della sorgente di tensione selezionato dal gruppo comprendente: la regolazione di una tensione applicata al catodo; il mantenimento di una differenza di potenziale fissa tra il catodo e un repulsore di ioni posizionato in corrispondenza della prima estremità tra il catodo e l'estrattore, e la contestuale regolazione di una tensione applicata al catodo; la regolazione di una tensione applicata al primo elemento di lente basata su una regolazione di una tensione applicata al catodo; l'impostazione di tensioni applicate al catodo e al primo elemento di lente a rispettivi valori sufficienti per mantenere la riflessione del fascio di elettroni tra il catodo e il primo elemento di lente; l'impostazione di tensioni applicate al catodo e al primo elemento di lente a rispettivi valori sufficienti per mantenere la riflessione del fascio di elettroni tra il catodo e il primo elemento di lente, e l'aggiunta di uno sbilanciamento di tensione al primo elemento di lente rispetto al catodo per aumentare la riflessione del fascio di elettroni dal primo elemento di lente; l'impostazione di una tensione applicata al secondo elemento di lente ad un valore sufficiente per accelerare ioni intrappolati tra il secondo elemento di lente e l'estrattore verso il primo elemento di lente; l'applicazione di un impulso di tensione ad un elemento conduttore della sorgente di elettroni; l'applicazione di un impulso di tensione ad un elemento conduttore del gruppo lenti; l'applicazione di un impulso di tensione al corpo; il controllo del fascio di elettroni; due o più delle suddette funzionalità.
9. Sorgente di ioni (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 8, comprendente un repulsore di ioni (240) tra il catodo e la camera di ionizzazione, e un estrattore di elettroni (802) tra il catodo e il repulsore di ioni.
10. Sistema di elaborazione di ioni, comprendente la sorgente di ioni (100) di una qualsiasi delle rivendicazioni 1 - 9 e un dispositivo di elaborazione di ioni in comunicazione con il gruppo lenti (120).
11. Sistema di elaborazione di ioni secondo la rivendicazione 10, in cui il dispositivo di elaborazione di ioni è scelto dal gruppo costituito da: una guida di ioni, una trappola ionica, un filtro di massa, una cella di collisione, e un analizzatore di massa.
12. Sistema di elaborazione di ioni secondo la rivendicazione 10, in cui il dispositivo di elaborazione di ioni comprende un analizzatore di massa, e comprende inoltre un rilevatore di ioni in comunicazione con l'analizzatore di massa.
13. Metodo per eseguire ionizzazione a elettroni che comprende le fasi di: dirigere elettroni sotto forma di fascio di elettroni da una sorgente di elettroni (116) attraverso una camera di ionizzazione (208) avente una certa lunghezza lungo un asse della sorgente (124) tra la sorgente di elettroni (116) e un gruppo lenti (120); focalizzare il fascio di elettroni lungo l'asse della sorgente (124) applicando un campo magnetico assiale alla camera di ionizzazione; riflettere gli elettroni avanti e indietro lungo l'asse della sorgente (124) tra la sorgente di elettroni (116) e il gruppo lenti (120); produrre ioni dirigendo un materiale campione nella camera di ionizzazione (208) verso il fascio di elettroni, gli ioni essendo focalizzati in un fascio di ioni lungo l'asse della sorgente; trasmettere gli ioni attraverso il gruppo lenti (120) lungo l'asse della sorgente (124); e riflettere gli ioni intrappolati nel gruppo lenti (120) per evitare che gli ioni intrappolati escano dal gruppo lenti, trasmettendo al tempo stesso gli ioni non intrappolati fuori dal gruppo lenti (120).
14. Metodo secondo la rivendicazione 13, comprendente la fase di dirigere il materiale campione tra due magneti (132) utilizzati nell'applicazione del campo magnetico assiale.
15. Metodo secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui la fase di focalizzare gli elettroni comprende l'utilizzo di una pluralità di magneti (132) circonferenzialmente distanziati tra loro attorno all'asse della sorgente (124).
16. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 - 15, in cui la fase di focalizzare gli elettroni è realizzata in modo tale che il fascio di elettroni diverga in una direzione verso un estrattore (248).
17. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 - 16, in cui la fase di focalizzare gli elettroni comprende l'utilizzo di una pluralità di magneti (132) circonferenzialmente distanziati tra loro attorno all'asse della sorgente, e un magnete in asse (674) posizionato sull'asse della sorgente esternamente alla camera di ionizzazione (208).
18. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 - 17, in cui la fase di produrre gli elettroni viene effettuata applicando una tensione ad un catodo (238), e comprendente inoltre una fase di regolazione dell'energia degli elettroni regolando la tensione.
19. Metodo secondo la rivendicazione 18, comprendente, durante la fase di regolazione della tensione sul catodo (238), una fase di regolazione di una tensione su un repulsore di ioni (240) posizionato tra il catodo e il gruppo lenti per mantenere una differenza di potenziale fissa tra il catodo e il repulsore di ioni.
20. Metodo secondo la rivendicazione 18 o 19, comprendente la fase di applicare una tensione ad un elemento di lente (250) del gruppo lenti (120) per riflettere il fascio di elettroni indietro nella camera di ionizzazione e, durante la fase di regolazione della tensione sul catodo (238), una fase di regolare la tensione sull'elemento di lente (250) di una pari quantità.
21. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 18 - 20, in cui la fase di produrre gli elettroni viene effettuata applicando una tensione ad un catodo (238), e comprendente inoltre una fase di applicare una tensione ad un elemento di lente del gruppo lenti (120) per riflettere il fascio di elettroni indietro nella camera di ionizzazione (208).
22. Metodo secondo la rivendicazione 21, comprendente la fase di impostare tensioni applicate al catodo (238) e all'elemento di lente a rispettivi valori sufficienti per mantenere la riflessione del fascio di elettroni tra il catodo e l'elemento di lente.
23. Metodo secondo la rivendicazione 22, comprendente la fase di impostare le rispettive tensioni applicate al catodo (238) e all'elemento di lente a valori uguali, o di aumentare la tensione applicata all'elemento di lente di una quantità di sbilanciamento rispetto alla tensione applicata al catodo per aumentare la riflessione in corrispondenza dell'elemento di lente.
24. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 - 23, comprendente la fase di applicare una tensione ad un estrattore del gruppo lenti (248) per trasmettere gli ioni dalla camera di ionizzazione (208) nel gruppo lenti (120).
25. Metodo secondo la rivendicazione 24, comprendente la fase di applicare una tensione ad un primo elemento di lente (250) del gruppo lenti (120) posizionato all'esterno della camera di ionizzazione per riflettere il fascio di elettroni attraverso l'estrattore e nella camera di ionizzazione (208).
26. Metodo secondo la rivendicazione 25, comprendente la fase di applicare una tensione ad un secondo elemento di lente (252) del gruppo lenti per riflettere gli ioni intrappolati in collisione con il primo elemento di lente (250).
27. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 - 26, comprendente la fase di applicare una tensione ad un elemento di lente del gruppo lenti per riflettere gli ioni intrappolati in collisione con un altro elemento di lente del gruppo lenti.
28. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 - 27, comprendente la fase di realizzare una fase di impulso scelta dal gruppo costituito da: applicare un impulso di tensione ad un elemento conduttore della sorgente di elettroni; applicare un impulso di tensione ad un elemento conduttore del gruppo lenti; applicare un impulso di tensione ad un corpo definente almeno una porzione della camera di ionizzazione; controllare il fascio di elettroni; due o più delle suddette fasi.
29. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 - 28, comprendente la fase di emettere elettroni da un catodo (238) della sorgente di elettroni, e attrarre gli elettroni emessi lontano dal catodo applicando una tensione ad un estrattore di elettroni (802) della sorgente di elettroni.
30. Metodo secondo la rivendicazione 29, comprendente la fase di respingere gli ioni lontano dalla sorgente di elettroni applicando una tensione ad un repulsore di ioni (240) posizionato tra la sorgente di elettroni e la camera di ionizzazione.
31. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 - 30, comprendente la fase di trasmettere gli ioni attraverso il gruppo lenti (120) e in un dispositivo di elaborazione di ioni comprendente un ingresso sull'asse della sorgente.
32. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13 - 31, comprendente, prima di dirigere il materiale campione nella camera di ionizzazione (208), la fase di emettere il materiale campione da un gascromatografo.