用于质量分析器的电压供应器的制作方法 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本公开涉及一种质量分析器。特别地，本公开涉及一种用于质量分析器的电源。背景技术：2.商用高分辨率精确质量分析器通常需要测量真实值的几个ppm以内的质量，亚ppm是非常有利的。使用外部校准时，准确的质量测量取决于高压电源在校准后一段时间内的mv级稳定性。对于此类电源，有两种主要形式的电源电压不稳定会影响质量分析器的测量精度：抖动和电源漂移。3.抖动4.由于分析器采集频率附近或以上的电压供应器不稳定，会出现电源抖动。飞行时间分析器在10hz和30,000hz之间操作，离子飞行时间从几十微秒到几毫秒不等。时间平均频谱可以降低频率大于平均速率的电源不稳定性的影响。此类时间平均过程通常递送10hz至200hz的平均频谱。然而，此类技术无法补偿平均频率或更低频率下的抖动。5.如果在对应于平均频率或低于平均频率的频率中抖动很大，则平均tof频谱的分辨率也会受到损害。在非常高的频率(mhz+)下，噪声可在离子花费在分析器的单个元件上的时间上进行平均，并且对质量准确度和分辨率的影响大大降低。6.为了抵消电源抖动的一些影响，已知对电源电压进行滤波。有源或无源低通滤波器通常用于移除较高频率的纹波。通常，抑制此类不稳定性是以另外的电阻器和高压电容器为代价的，结果是电力、安全或诸如极性切换的特征的实现。此外，此类滤波器不能解决滤波器和电极之间仍然会引起的任何噪声。7.电源漂移8.由于低频噪声源和局部温度变化，电源也会随时间漂移。在预热时，电源在达到平衡之前可能会漂移数百ppm，并且通常环境每度变化漂移数十ppm。9.抵消温度漂移对质量分析器的影响的一种已知技术是控制整个仪器(这也有利于由分析器的热膨胀导致的质量误差)、整个电源的温度，或控制关键部件的温度。例如，2019年4月6日，atsuhiko toyama的白皮书“对q-tof ms中质量测量准确度的准确理解(on the accurate understanding of mass measurement accuracy in q-tof ms)”公开了一种具有改善的飞行管温度管理的飞行时间质量分析器。飞行管包括在飞行管壳体上的黑镍镀层，用于最大化热辐射。10.在此背景下，本公开的目的是提供一种改善的或至少商业上相关的替代电源或质量分析器。技术实现要素：11.根据本公开的第一方面，提供一种用于质量分析器的电压供应器。电压供应器包括电压源、第一电压输出端、第二电压输出端和分压器网络。第一电压输出端被配置为向质量分析器的第一电极提供第一电压，质量分析器的第一电极具有每伏特扰动的第一质量偏移。第二电压输出端被配置为向质量分析器的第二电极提供第二电压，质量分析器的第二电极具有每伏特扰动的第二质量偏移。每伏特扰动的第二质量偏移与每伏特扰动的第一质量偏移相反。分压器网络连接到电压源、第一电压输出端和第二电压输出端。分压器网络包括第一电阻器和第二电阻器。第一电阻器被配置为限定第一电压，第一电阻器具有第一温度系数。第二电阻器被配置为限定第二电压，第二电阻器具有第二温度系数。基于每伏特扰动的第一和第二质量偏移以及第一温度系数来选择第二温度系数，使得与第一电极相关联的第一质量偏移被与第二电极相关联的第二质量偏移补偿。12.根据第一方面的电压供应器相应地向质量分析器的第一电极和第二电极提供第一电压和第二电压。施加到这些电极上的电压的扰动会导致质量分析器检测到的离子质量的偏移。应理解，取决于质量分析器/电极的几何形状，质量偏移和电压扰动(即每伏特扰动的质量偏移)之间的关系可以是正的或负的。对于第一方面的电源，电压供应器的温度变化将导致分压器网络中第一电阻器和第二电阻器的电阻变化。这又会导致电压供应器输出的电压发生变化，从而导致质量分析器检测到的质量发生变化。13.第一方面的第一电阻器和第二电阻器具有特定的温度系数。选择的每个电阻器的温度系数将决定质量分析器中每开氏度温度变化的质量偏移量。根据第一方面，选择温度系数，使得与第一电极相关联的第一质量偏移被与第二电极相关联的相反的第二质量偏移补偿。也就是说，不是简单地选择具有最低温度系数的第一电阻器和第二电阻器来最小化电压供应器中的电阻漂移，而是可以有意地选择具有较高温度系数的一个或多个电阻器，使得质量分析器每开氏度的总质量偏移减小。14.尽管第一方面的电压供应器针对包括两个电压输出的电压供应器，但是应理解，在一些实施例中，电压供应器可以包括多个电压输出。例如，电压供应器可以包括至少三个、四个或五个电压输出，用于连接到质量分析器的相应电极。由于所述质量分析器的每个电极具有相关联的每伏特质量偏移扰动关系，分压器网络的电阻器可以选择为具有合适的温度系数，以便按照第一方面的原理减少每开氏度温度变化的总质量偏移。15.根据本公开的第二方面，提供一种用于质量分析器的电压供应器。电压供应器包括电压源、第一电压输出端、第二电压输出端和分压器网络。第一电压输出端被配置为向质量分析器的第一电极提供第一电压，质量分析器的第一电极具有每伏特扰动的第一质量偏移。第二电压输出端被配置为向质量分析器的第二电极提供第二电压，质量分析器的第二电极具有每伏特扰动的第二质量偏移。每伏特扰动的第二质量偏移与每伏特扰动的第一质量偏移相反。分压器网络连接到电压源、第一电压输出端和第二电压输出端。分压器网络包括第一电阻器和第二电阻器。第一电阻器被配置为限定第一电压，第一电阻器具有第一老化系数。第二电阻器被配置为限定第二电压，第二电阻器具有第二老化系数。基于每伏特扰动的第一和第二质量偏移以及第一老化系数来选择第二老化系数，使得与第一电极相关联的第一质量偏移被与第二电极相关联的第二质量偏移补偿。16.第二方面的电压供应器可以具有与第一方面的电压供应器类似的结构。不是基于温度系数来选择电阻器，而是基于老化系数来选择电阻器。也就是说，第二方面的电压供应器解决了电阻器电阻随时间变化的问题。例如，在几周的时间内，稳定温度下的给定电阻器的电阻可能会变化(老化)。此类老化变化可能与任何温度相关性无关。例如，在仔细控制电压供应器的温度以减少由温度变化导致的电源漂移的实施例中，由于电阻器老化，电源漂移仍然可能发生。第二方面的电压供应器通过提供具有老化系数的电阻器来解决此问题，所述老化系数被选择来减少电阻器老化对质量分析器的质量偏移的影响。应理解，可以按照与上述第一方面类似的原理来选择电阻器的老化系数。17.在一些实施例中，应理解，电压供应器可以基于温度系数和老化系数来选择第一电阻器和第二电阻器。因此，在一些实施例中，可以提供结合了第一方面和第二方面的电压供应器。也就是说，在一些实施例中，第一电阻器具有第一温度系数和第一老化系数，第二电阻器具有第二温度系数和第二老化系数。然后，可以基于每伏特扰动的第一和第二质量偏移、第一温度系数以及第一老化系数来选择第二温度系数和第二老化系数，使得与第一电极相关联的第一质量偏移被与第二电极相关联的第二质量偏移补偿。因此，电压供应器可以为质量分析器提供电压输出，所述质量分析器响应于温度变化和电阻器老化来减少或消除质量偏移。18.在一些实施例中，第一电阻器的第一温度系数不同于第二电阻器的第二温度系数。在一些实施例中，第一电阻器的第一老化系数不同于第二电阻器的第二老化系数。19.在一些实施例中，第一电阻器的第一温度系数不大于50ppm/k。在一些实施例中，第二电阻器的第二温度系数大于第一温度系数。因此，第一电阻器被选择为具有相对低的温度系数，以减少第一电极每开氏度的总电压变化，并且第二电阻器可以被选择为具有有意更高的温度系数，以便减少或消除质量分析器每开氏度的质量偏移。20.在一些实施例中，第一电阻器的第一老化系数不大于50ppm/周。在一些实施例中，第二电阻器的第二老化系数大于第一老化系数。因此，第一电阻器被选择为具有相对低的老化系数，以减少第一电极每周的总电压变化，并且第二电阻器可以被选择为具有有意较高的老化系数，以便减少或消除质量分析器每周的质量偏移。21.在一些实施例中，质量分析器的第一电极具有至少0.001ppm/mv的每伏特扰动的第一质量偏移，并且质量分析器的第二电极具有至少-0.001ppm/mv的每伏特扰动的第二质量偏移。应理解，在许多情况下，每伏特扰动的第一和第二质量偏移的幅度(即绝对值)将是不同的，使得质量分析器将具有每伏特扰动的总(合成)质量偏移(正的或负的)。第一方面和第二方面的电源电压意图将每伏特扰动的总质量偏移减少到零。22.在一些实施例中，第一电压输出端是第一dc电压输出端，和/或第二电压输出端是第二dc电压输出端。在一些实施例中，第一电压输出端和/或第二电压输出端可以是相应电极的dc偏置电压，其中rf电压叠加在相应的dc偏置电压上。在一些实施例中，第一电压输出端和第二电压输出端用于限定相应rf电压的幅度。23.根据本公开的第三方面，提供一种质量分析器。所述质量分析器包括：离子源、离子检测器、第一电极、第二电极和电压供应器。离子源被配置为沿着离子轨迹输出离子。离子检测器被配置为沿着离子轨迹检测离子。第一电极沿着离子轨迹布置，第一电极具有每伏特扰动的第一质量偏移。第二电极沿着离子轨迹布置，第二电极具有每伏特扰动的第二质量偏移，其中每伏特扰动的第二质量偏移与每伏特扰动的第一质量偏移相反。电压供应器包括电压源、第一电压输出端、第二电压输出端和分压器网络。第一电压输出端被配置为向第一电极提供第一电压。第二电压输出端被配置为向第二电极提供第二电压。分压器网络连接到第一电压输出端、第二电压输出端和电压源。分压器网络包括：第一电阻器，其被配置为限定第一电压，所述第一电阻器具有第一温度系数；以及第二电阻器。第二电阻器被配置为限定第二电压，第二电阻器具有第二温度系数。基于每伏特扰动的第一和第二质量偏移以及第一温度系数来选择第二温度系数，使得与第一电极相关联的第一质量偏移被与第二电极相关联的第二质量偏移补偿。24.因此，第三方面的质量分析器可以包括根据本公开第一方面的电压供应器。25.根据本公开的第四方面，提供一种质量分析器。所述质量分析器包括：离子源、离子检测器、第一电极、第二电极和电压供应器。离子源被配置为沿着离子轨迹输出离子。离子检测器被配置为沿着离子轨迹检测离子。第一电极沿着离子轨迹布置，第一电极具有每伏特扰动的第一质量偏移。第二电极沿着离子轨迹布置，第二电极具有每伏特扰动的第二质量偏移，其中每伏特扰动的第二质量偏移与每伏特扰动的第一质量偏移相反。电压供应器包括电压源、第一电压输出端、第二电压输出端和分压器网络。第一电压输出端被配置为向第一电极提供第一电压。第二电压输出端被配置为向第二电极提供第二电压。分压器网络连接到第一电压输出端、第二电压输出端和电压源。分压器网络包括：第一电阻器，其被配置为限定第一电压，所述第一电阻器具有第一老化系数；以及第二电阻器。第二电阻器被配置为限定第二电压，第二电阻器具有第二老化系数。基于每伏特扰动的第一和第二质量偏移以及第一温度系数来选择第二老化系数，使得与第一电极相关联的第一质量偏移被与第二电极相关联的第二质量偏移补偿。26.因此，第四方面的质量分析器可以包括根据本公开第二方面的电压供应器。27.应理解，在一些实施例中，质量分析器可以设置有电压供应器，其中根据本公开的第一方面和第二方面选择第一电阻器和第二电阻器。28.在一些实施例中，第一电阻器的第一温度系数不同于第二电阻器的第二温度系数。在一些实施例中，第一电阻器的第一老化系数不同于第二电阻器的第二老化系数。29.在一些实施例中，质量分析器还包括沿着离子轨迹布置的抖动补偿电极，所述补偿电极连接到电压源。抖动补偿电极具有每伏特扰动的质量偏移，所述每伏特扰动的质量偏移被配置为补偿第一电极和第二电极的每伏特扰动的净质量偏移。因此，质量分析器可以设置有另外的电极，以抵消电压源中任何抖动的影响。此类电压抖动可以独立于由于温度和/或电阻器老化引起的任何变化。因此，由电压源提供的任何可能影响分压器网络的电压扰动也在抖动补偿电极上再现。由于抖动补偿电极具有与第一电极和第二电极的每伏特净质量偏移相反的相关联每伏特质量偏移，抖动补偿电极补偿由电压扰动施加到第一电极和第二电极的质量偏移。30.尽管上述抖动补偿电极被配置为补偿质量分析器的第一电极和第二电极的净质量偏移，但是应理解，在其他实施例中，抖动补偿电极可以被配置为补偿质量分析器的多个电极的净质量偏移。也就是说，抖动补偿电极可以被配置为至少补偿每伏特扰动具有最显著质量偏移的电极的净质量偏移。例如，抖动补偿电极可以补偿每伏特扰动具有最显著(即最高)质量偏移的质量分析器的至少3个电极。在一些实施例中，抖动补偿电极可以补偿质量分析器的至少5个、7个、10个、15个或20个电极，每伏特扰动具有最显著(即最高)的质量偏移。31.抖动补偿电极可以是布置在沿着离子轨迹的一点处的电极。也就是说，抖动补偿电极可以设置在沿着离子源和离子检测器之间的离子轨迹的任何点上。例如，抖动补偿电极可以沿着离子轨迹布置在第一电极和第二电极之前、第一电极和第二电极之间或第一电极和第二电极之后。在一些实施例中，抖动补偿电极可以与离子轨迹相互作用多次。也就是说，沿着离子轨迹行进的离子在离子源和离子检测器之间行进时，可以多次穿过由抖动补偿电极提供的电场。例如，在tof质量分析器(或多重反射tof)中，可以提供抖动补偿电极，使得从抖动补偿电极延伸的电场与离子轨迹相交多次。32.在一些实施例中，抖动补偿电极与分压器网络并联连接到电压源。在一些实施例中，抖动补偿电极电容耦合到电压源。因此，由电压源提供的任何可能影响分压器网络的电压扰动也在抖动补偿电极上再现。33.在一些实施例中，质量分析器包括飞行时间(tof)质量分析器，其中离子检测器以及第一电极和第二电极设置在tof质量分析器内。在一些实施例中，质量分析器包括包括有第一电极和第二电极的离子镜。例如，tof质量分析器可以设置有离子镜。在一些实施例中，tof质量分析器可以设置有一对相对的离子镜。在一些实施例中，tof质量分析器可以是包括一对离子镜的多次反射tof质量分析器。在一些实施例中，除了所述对离子镜之外，还可以提供抖动补偿电极。34.在一些实施例中，质量分析器包括傅立叶变换质量分析器，例如轨道捕获质量分析器或静电离子阱质量分析器。35.尽管除了第一方面和/或第二方面的电压供应器之外，上述公开的第三和第四方面可以结合抖动补偿电极，但是应理解，在一些实施例中，抖动补偿电极可以独立于上述电压供应器来提供。36.因此，根据本公开的第五方面，提供一种质量分析器。质量分析器包括离子源、离子检测器、多个电极、抖动补偿电极和电压源。离子源被配置为沿着离子轨迹输出离子。离子检测器被配置为沿着离子轨迹检测离子。多个电极沿着离子轨迹布置。多个电极电极中的每个具有相关联的每伏特扰动的质量偏移。抖动补偿电极沿着离子轨迹布置。抖动补偿电极和多个电极每个都连接到电压源。抖动补偿电极具有每伏特扰动的质量偏移，所述每伏特扰动的质量偏移被配置为补偿多个电极的每伏特扰动的净质量偏移。37.因此，根据本公开的第五方面，可以提供抖动补偿电极来抵消质量分析器的电极上的电压源抖动的影响。特别地，可以提供抖动补偿电极来抵消质量分析器的电极的电压源抖动的影响。也就是说，要进行抖动补偿的多个电极中的每一个都可以作为质量分析器的一部分来提供。例如，质量分析器可以包括tof或傅立叶变换质量分析器。38.第五方面的质量分析器可以结合与本公开的第一方面至第四方面相关的上述任何特征。附图说明39.现在将参考附图仅通过示例的方式描述本公开的实施例，在附图中：[0040]-图1示出了根据本公开第一实施例的质量分析器和电压供应器的示意图；[0041]-图2示出了根据本公开第二实施例的质量分析器的示意图；[0042]-图3示出了抖动补偿电极的示意图；[0043]-图4示出了根据本公开第三实施例的质量分析器的示意图；以及[0044]-图5示出了根据本公开第四实施例的质量分析器的示意图。具体实施方式[0045]根据本公开的第一实施例，提供一种质量分析器1。图1示出了质量分析器1的示意图。如图1中所示，质量分析器1包括用于质量分析器1的电压供应器10。如图1中所示，电压供应器10包括第一电压输出端12、第二电压输出端14、电压源16和分压器网络20。质量分析器1还包括离子源30、第一电极32、第二电极34和离子检测器36。[0046]图1中示意性示出的质量分析器1是飞行时间(tof)质量分析器。尽管相对于图1的实施例提供对本发明实施例的描述，但是应理解，本发明可以应用于任何结合了电极的质谱仪，所述电极可能会受到由电源漂移和/或抖动导致的质量偏移。[0047]图1的质量分析器包括离子源30。离子源被配置为沿着离子轨迹输出离子。离子轨迹在图1的示意图中示出。离子轨迹从离子源30延伸到tof的飞行室38中。第一电极32作为离子镜布置在飞行室38中。离子镜被配置为将离子反射回飞行室38的入口，离子检测器36位于所述入口处。操作包括一个或多个离子镜的tof的原理是本领域技术人员已知的，因此本文不再进一步详细描述。[0048]将离子输出到tof中的离子源30可以是任何合适的离子源。例如，离子源30可以包括离子阱(未示出)，所述离子阱在离子输出到tof之前积累离子。离子阱又可以连接到质谱仪系统的其他离子光学部件，所述质谱仪系统的其他离子光学部件被配置为产生离子并且将离子传输到离子阱。替代地，离子源可以是电喷雾离子源，其被配置为产生离子并且将离子输出到tof。[0049]为了将沿着离子轨迹行进的离子反射回离子检测器38，第一电极32和第二电极34分别连接到电压供应器10的第一电压输出端12和第二电压输出端14。电压供应器被配置为向第一电极12输出第一电压(v1)并且向第二电极14输出第二电压(v2)。[0050]对于图1的tof质量分析器，基于离子从离子源30移动到离子检测器36所花费的时间来确定离子的质量。具有较高质量的离子比具有较低质量的离子花费更长的时间从离子源30传输到离子检测器36。所花费的时间取决于离子的质量，以及施加到第一电极32和第二电极34的电压的大小。通常，施加到第一电极32和第二电极34的电压在分析之前被校准，使得它们是已知的(并且通常在分析期间保持恒定)。这又允许从飞行时间推断出离子的质量。因此，应理解，施加到第一电极32和第二电极34的电压的任何意外变化都可能导致离子飞行时间的意外变化，并且因此导致所确定的离子质量的误差。[0051]在图1的实施例中，第一电极32充当离子镜，将离子反射回tof的入口。对于带正电荷的离子，正的第一电压v1被施加到第一电极32。对v1的正扰动具有增加第一电极的排斥电势的效果，因此有效地缩短了给定质量的离子的离子飞行路径(即减少了离子的飞行时间)。也就是说，对第一电压v1的正扰动导致所确定的质量的负偏移(相对于在没有电压扰动的情况下所确定的质量)。通过在两个不同的第一电压v1下使用质量分析器1对已知质量的离子进行质量分析，并且确定产生的质量偏移(作为离子的已知质量的百分比)，可以计算出当第一电压被扰动时发生的质量偏移量。基于质量偏移和电压差，可以确定施加到第一电极的第一电压v1和产生的质量偏移之间的关系。也就是说，第一电极32具有与其相关联的每伏特扰动的第一质量偏移δ1(即，施加到第一电极的电压的1v扰动所导致的质量偏移量)。例如，第一电极32可以具有-0.01ppm/mv的每伏特扰动的第一质量偏移δ1。在此类情况下，+100mv的电压扰动将导致离子的测量质量偏移-1ppm(百万分之一，即0.0001％)。对应地，-100mv的电压扰动将导致离子的测量质量偏移+1ppm。[0052]在图1的实施例中，第二电极34可以被偏置以增加离子行进通过质量分析器的时间。因此，施加到第二电极的正电压扰动导致由tof测量的离子质量增加。也就是说，第二电极具有与其相关联的与第一电极32相反每伏特扰动的第二质量偏移δ2。第二电极34的每伏特扰动特性的质量偏移可以以与上述第一电极32类似的方式确定。例如，与第二电极相关联的每伏特扰动的第二质量偏移特性δ2可以是+0.01ppm/mv。因此，施加到第二电极的100mv的电压扰动导致质量分析器测量的质量出现+1ppm的偏差。[0053]为了向质量分析器1施加第一电压v1和第二电压v2，提供电压供应器10。电压供应器10包括第一电压输出端12，所述第一电压输出端被配置为向第一电极32提供第一电压v1。电压供应器还包括第二电压输出端14，所述第二电压输出端被配置为向第二电极34提供第二电压v2。如上所述，第一电极32具有与其相关联的每伏特扰动的第一质量偏移δ1，第二电极34具有与其相关联的每伏特扰动的第二质量偏移δ2，其中每伏特扰动的第二质量偏移与每伏特扰动的第一质量偏移相反(即δ1与δ2的符号相反(正或负))。[0054]如图1中所示，电压供应器10包括电压源16。电压源16是与分压器网络结合向第一电压输出端和第二电压输出端12、14提供期望的电压输出的电压源。因此，在图1的实施例中，电压源16可以是dc电压源，优选地是超过1000v的dc电压。用于提供高压的各种电路对于技术人员来说是已知的。[0055]分压器网络20连接到电压源16、第一电压输出端12和第二电压输出端14。图1示意性地示出了分压器网络20。分压器网络20包括第一电阻器22和第二电阻器24。第一电阻器22被配置为限定输出到第一电压输出端12的第一电压v1。尽管在图1中，第一电压v1被示为由第一电阻器22限定，但是应理解，在其他实施例中，第一电压v1可由一个或多个第一电阻器限定。用于从电压源16提供期望电压的dc电压输出端的各种分压器网络电路对于本领域技术人员来说是已知的，因此本文不再进一步详细讨论。[0056]类似于第一电阻器22，第二电阻器24被配置为限定第二电压v2。第二电压v2也可由一个或多个第二电阻器24限定。[0057]第一电阻器和第二电阻器具有相应的温度系数(c1，c2)。每个电阻器的温度系数表示电阻的标称电阻值随温度变化的程度。常规上，对于温度稳定性至关重要的应用，通常会选择具有低温度系数的电阻器(即电阻随温度变化相对较低的电阻器)。在本公开的实施例中，基于每伏特扰动的第一和第二质量偏移以及第一温度系数来选择第二电阻器的第二温度系数，使得与第一电极相关联的第一质量偏移被与第二电极相关联的第二质量偏移补偿。因此，可以选择具有不同温度系数的电阻器，以便平衡质量分析器中发生的质量偏移。[0058]作为示例，所述实施例的第一电极32被提供有+6000v的第一电压v1，而第二电极34被提供有+3000v的第二电压v2。第一电极具有与之相关联的-0.01ppm/mv的每伏特扰动的第一质量偏移δ1。第二电极具有+0.01ppm/mv的每伏特扰动的第二质量偏移δ2。在此类示例中，被选择来限定分压器网络的第一电压输出端12的第一电阻器22被选择为具有5ppm/k的第一温度系数c1(即，每开氏度0.0005％的电阻变化)。为此电阻器选择相对低的温度系数，以最小化电压供应器10的整体温度变化。[0059]选择此类第一温度系数导致温度每增加一开氏度，第一电压v1(约)变化30mv(即，δv1＝c1*v1)。因此，第一电极具有δm1＝δ1*δv1＝-0.3ppm/k的相关联质量偏移(δm1)[0060]因此，选择第二电阻器22来平衡此质量偏移(即，δm2＝+0.3ppm/k)。也就是说，选择第二电阻来提供每开氏度的电压扰动，即δv2＝δm2/δ2＝30mv。对于第二电极34，对应的第二电阻器的理想温度系数因此约为c2＝δv2/v2＝10ppm/k。因此，通过考虑温度导致的电压扰动对质量分析器1的最终质量偏移的影响，选择具有有意更高温度系数的第二电阻器实际上可以提供温度补偿效果。注意，在上述示例中，假设单个电阻器主要限定每个电极32、34的输出电压，并且同样地，单个电阻器的温度系数用于计算与每个电压输出相关联的质量偏移。[0061]对于其他分压器网络，(一个或多个)电阻器的(一个或多个)温度系数和分压器网络的电压输出之间的关系可能不同。例如，包含多个电阻器的电阻器分压器可以使用具有不同热系数的电阻器的组合，可以选择所述组合来提供质量分析器中质量偏移的更精确平衡。因此，选择一个或多个电阻器的温度系数以便补偿质量分析器中的质量偏移的原理可以应用于质量分析器1的任何合适的电压供应器。[0062]第一电阻器22和第二电阻器24可以选自具有例如1ppm/k、2ppm/k、5ppm/k、10ppm/k、20ppm/k、50ppm/k、100ppm/k、200ppm/k、500ppm/k、1000ppm/k等温度系数的电阻器。在一些实施例中，具有精确期望温度系数的电阻器可能不可用，在这种情况下，可以选择具有最小化总(净)质量偏移的温度系数的第二电阻器(或第一电阻器和第二电阻器的组合)。[0063]尽管以上示例相应地针对第一电阻器22和第二电阻器24的温度系数c1、c2提供，但是应理解，也可以针对电阻器的老化系数(a1、a2)执行类似的选择。电阻器的老化系数反映了电阻器的电阻随时间的变化。电阻器可能由于电阻器的重复电压循环或由于时间的流逝而老化。表征电阻器老化的一种方式是以每周百万分之一电阻变化(ppm/周)表示的老化系数，其中时间的流逝是主要的电阻器老化机制。在此类实施例中，可以选择电阻器的老化系数，以试图补偿质量分析器1的质量偏移随时间的变化。例如，对于具有上述参数的图1的质量分析器，可以选择老化系数a1为20ppm/周的第一电阻器22。在此类情况下，老化系数为40ppm/周的第二电阻器24将补偿由第一电阻器老化导致的质量偏移。[0064]还应理解，第一实施例的第一电阻器和第二电阻器可以用相应的老化系数和温度系数来选择，使得电压供应器10补偿由温度变化和老化变化两者导致的质量偏移。[0065]尽管图1示出的第一实施例表示了包括第一电极32和第二电极34的质量分析器1，但是应理解，也可以存在其他电极(或实际上其他电压控制的离子光学装置)，每个电极可以具有每伏特扰动的相关联质量偏移。这些电极/装置中的每一者都可以使用具有适当选择的电阻器的电压供应器来补偿。[0066]作为另一个示例，图2示出了根据本公开第二实施例的质量分析器100的示意图。[0067]类似于第一实施例，质量分析器100是飞行时间质量分析器。图2中与图1的质量分析器1类似的部件共享相同的附图标记。如图2中所示，质量分析器100包括离子源30、离子检测器36、飞行管38和电压供应器10。[0068]图2的质量分析器100还包括多个电极33(33a、33b、33c、33d、33e、33f、33g、33h)。类似于图1的第一电极32和第二电极34，多个电极被布置成离子镜。类似于图1的第一电极32和第二电极34，多个电极33中的每一个具有与其相关联的每伏特扰动的质量偏移(δa、δb、δc、δd、δe、δf、δg、δh)。多个电极33各自连接到电压供应器10的对应电压输出端13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g、13h。电压供应器10包括电压源16和分压网络20，以向电压输出端中的每个提供dc电压。在图2的实施例中，电压源16是8kv dc电压源。可以用温度和/或老化系数来选择分压器网络中的电阻器中的每个，以便补偿由温度或老化变化导致的任何质量偏移。[0069]如上所述，应理解，多个电极33中的每一个的每伏特扰动的质量偏移可以是正的或负的。类似地，电极中的每个的每伏特扰动的质量偏移可以不同。因此，多个电极33可以具有每伏特扰动的总(净)质量偏移，其是电极中的每个的所有单独的每伏特扰动的质量偏移的总和(δ净＝δa+δb+δc+δd+δe+δf+δg+δh)。应理解，电极33的每伏特扰动的净质量偏移可以是非零的。在此类情况下，电压供应器10的电压源16的任何扰动(抖动)都可能导致质量分析器中的质量偏移。由于所有电极33都连接到同一电压源16，电压扰动(抖动)将影响所有电极。因此，质量偏移将与电极33的每伏特扰动的净质量偏移成比例。[0070]为了抵消电压源抖动的影响，图2的质量分析器100设置有抖动补偿电极40。抖动补偿电极40沿着离子轨迹布置。如图2中所示，抖动补偿电极40设置在飞行管38和离子镜之间。提供抖动补偿电极以具有相关联的每伏特扰动的质量偏移，所述相关联的每伏特扰动的质量偏移与电极33的每伏特扰动的净质量偏移δ净相反。例如，图2的实施例中的多个电极33具有-0.1ppm/mv的δ净。因此，抖动补偿电极40以此类方式提供，即每伏特扰动的质量偏移δ抖动为+0.1ppm/mv。通过将抖动补偿电极40连接到电压源16，多个电极33和抖动补偿电极40经历电压源16的任何电压扰动。因此，来自多个电极33的质量偏移可以通过抖动补偿电极40的质量偏移来补偿。[0071]在图2的实施例中，抖动补偿电极40与分压器网络20并联连接到电压源16。在图2的实施例中，抖动补偿电极40电容耦合到电压源，使得在抖动补偿电极40上仅再现限定频率范围的电压扰动。在一些实施例中，可以提供耦合电路42来将抖动补偿电极40电容耦合到电压源16。在图2的实施例中，耦合电路42包括电阻器和电容器。因此，可以选择耦合电路42的电阻器和电容器来补偿具有至少例如10hz的频率的电压源抖动。在一些实施例中，耦合电路42可以被配置为补偿频率不大于30,000hz的电压源抖动。在一些实施例中，可以提供耦合电路42，其仅通过频率范围内的电压供应抖动(即，带通滤波器)。用于电容耦合的各种带通滤波器电路和其他滤波器电路对于本领域技术人员来说是已知的，并且因此本文不再详细讨论。[0072]在图2的质量分析器中，电压抖动相关误差的最重要来源与电极33的电压供应器相关。如上所述，电极的δ净＝-0.1ppm/mv。此扰动的出现是因为更强的磁场将反射点推向离子镜入口，有效地缩短了飞行路径。然而，补偿电极上的正电压扰动将减慢穿过的离子，增加飞行时间并且给出与电压扰动大小相同的质量偏移。[0073]经由电容耦合将电压供应器的电压扰动传输到抖动补偿电极40，则飞行时间扰动将会减少。重要的是，调整补偿电极的长度作为飞行管的一部分，使得扰动的幅度类似于离子镜的幅度。也就是说，可以调整/选择抖动补偿电极沿着离子轨迹的长度，以便提供期望的δ抖动。替代地，施加到抖动补偿电极40的电压抖动可以被放大或衰减，使得与抖动补偿电极相关联的所得质量偏移补偿与电极33相关联的质量偏移。在具有《1m的短飞行管的相对典型的系统中，飞行管的补偿电极部分可以沿着飞行管的大部分延伸。例如，抖动补偿电极可以沿着飞行管的至少50％、70％、80％、90％、95％或99％延伸。[0074]应注意，尽管图2的实施例使用电容耦合，但是将扰动传送到补偿电极的其他手段也可能是合适的，例如电感耦合。有利的是，电感耦合可以避免使用电容耦合实施例中可能使用的电容器(例如相对较大的nf级hv电容器)。[0075]因此，质量分析器100可以设置有抖动补偿电极40，以补偿电压供应抖动。应理解，抖动补偿电极可以独立于电压供应器10来提供。也就是说，在一些实施例中，质量分析器100可以设置有抖动补偿电极和常规的电压供应器。[0076]尽管图2的抖动补偿电极40电容连接到电压供应器10，但是应理解，在本公开的一些实施例中，抖动补偿电极可以直接连接到电压供应器，例如向质量分析器的一个或多个电极供应高压(例如，超过100v)的高压源。图3示出了此类抖动补偿电极的一个示例。[0077]尽管包括单板电极的抖动补偿电极可以直接连接到高压电源，但是此类抖动补偿电极会使质量分析器的整体设计变得复杂。特别地，在电压源(例如图1的实施例中的vhv)的dc电压下结合了抖动补偿电极的离子轨迹可能对离子轨迹产生不利影响。也就是说，在没有仔细设计的情况下，由此类抖动补偿电极输出的电势对于离子来说可能太高而不能在离子轨迹上通过。图3示出的抖动补偿电极意图通过提供具有接地电极的交替高压电极来减少电压穿透到离子飞行路径。有利地，直接连接到高压电源的抖动补偿电极可以被配置为补偿电源漂移以及电源的温度漂移。[0078]因此，如图3中所示，抖动补偿电极是抖动补偿电极组件50。抖动补偿电极组件包括围绕离子轨迹布置的多个环形电极51a、51b、51c、51d、51e、51f、51g、51h、51i、51j、51k。多个环形电极沿着离子轨迹以交替的方式连接到电压源或地，其中连接到多个环形电极中的一些的电压源是要进行抖动补偿的电压源。因此，抖动补偿电极组件50可由堆叠的环形离子导向器形成，具有到电压源和地中的一个的合适的交替连接。[0079]根据抖动补偿电极组件50的此类设计，到达抖动补偿电极组件50中心的电势约是电压源电压的一半(图3中的vhv/2)。来自电压源(vhv)的电压通过沿着离子轨迹交替使用vhv电极和接地电极而衰减。在抖动补偿电极组件50中心的离子所经受的电压可以通过例如改变厚度、步调或施加到堆叠中的板的电压来进一步衰减。使用此类堆叠的环形离子导向器作为抖动补偿电极组件50不仅可以补偿电压供应抖动，而且还可以用于改善质量分析器中的离子聚焦。[0080]另一个可选的抖动补偿电极(未示出)可以使用围绕离子轨迹的圆柱形网格来形成，其中要抖动补偿的电压(vhv)被施加到圆柱形网格，并且被来自离子源的飞行电势包围，使得中心的电压结束两者的叠加。[0081]图1和图2的实施例涉及具有单次反射的离子轨迹的tof质量分析器1、100。本公开的原理也可以应用于多次反射tof(mr-tof)质量分析器，例如如图4中所示。[0082]图4示出了根据本公开第三实施例的mr-tof 200的示意图。mr-tof 200包括第一会聚离子镜202和第二会聚离子镜204。第一会聚离子镜202和第二会聚离子镜204彼此相对布置，以便限定涉及第一会聚离子镜202和第二会聚离子镜204之间的多次反射的离子轨迹。如图4进一步示出的，离子从离子阱源230输入到mr-tof 200中。在会聚离子镜202、204之间行进之前，离子从离子阱源230行进通过第一面外透镜231、第一偏转器232、第二面外透镜233和第二偏转器234。离开mr-tof 200的离子被离子检测器236捕获。[0083]在图4中，第一会聚离子镜202包括五个镜电极205、206、207、208、209。五个镜电极205、206、207、208、209中的每一个都具有每伏特扰动的相关联质量偏移(δm1、δm2、δm3、δm4、δm5)。第二会聚离子镜204可以设置有五个类似结构的镜电极。[0084]如图4中所示，第一会聚离子镜202和第二会聚离子镜204各自连接到电压供应器210。电压供应器210在图4中示意性地示出为连接到第一会聚离子镜202的第一镜电极205。应理解，电压供应器210连接到中的每个镜电极205、206、207、208、209，以便向镜电极中的每个提供期望的dc电压。应理解，第二会聚离子镜204的镜电极也各自连接到电压供应器(图4中未示出)，所述电压供应器可以是相同的电压供应器210，也可以是不同的电压供应器。[0085]如图4中所示，可以提供抖动补偿电极240来补偿电源抖动的影响。在图4的实施例中，提供一对抖动补偿电极240，一个用于第一会聚离子镜202和第二会聚离子镜204中的每一者。抖动补偿电极240布置在第一会聚离子镜202和第二会聚离子镜204之间。抖动补偿电极240邻近相应的会聚离子镜202、204布置。每个抖动补偿电极240被配置为补偿与相应会聚离子镜相关联的每伏特扰动的净质量偏移。基于本公开的实施例，用于合适的抖动补偿电极240的各种配置对于本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，抖动补偿电极240可以以类似于us-b-9136101中更详细描述的校正条形电极的方式提供。在图4的实施例中，抖动补偿电极由抖动补偿电压源211供应电压。抖动补偿电极经由电容器电容耦合到电压供应器210。[0086]如下表1所示，第一会聚离子镜的五个镜电极将被提供以下电压(v)，并且具有以下每伏特扰动的相关联质量偏移(δ)。表1中还示出了抖动补偿电极的电压(v)和相关联的每伏特扰动的质量偏移(δ)。[0087]电极绝对电压(v)每伏特扰动的质量偏移(ppm/mv)第一镜电极205+6000-0.0935第二镜电极206+3650-0.0800第三镜电极207+4600+0.00704第四镜电极208-7350+0.0235第五镜电极20900.0抖动补偿电极240-23+0.0935[0088]表1[0089]如表1中所示，与镜电极205和206相关联的每伏特扰动的质量偏移是最显著的。第一离子镜202的五个镜电极的每伏特扰动的净质量偏移(δ净)为-0.143ppm/mv。抖动补偿电极240可以被提供有每伏特扰动的相关联质量偏移，所述每伏特扰动的相关联质量偏移补偿总的净质量偏移中的至少一些。因此，通过为质量分析器200提供抖动补偿电极240，每伏特扰动的净质量偏移被减少到-0.0494ppm/mv。实际上，抖动补偿电极240补偿了与镜像电极205的电压扰动相关联的任何质量偏移。因此，如图4中所示，抖动补偿电极240经由电容器电容耦合到镜电极205。类似的电容耦合用于另一个抖动补偿电极240和第二会聚离子镜204(未示出)。[0090]除了抖动补偿之外，mr-tof 200还可以设置有电压供应器210，所述电压供应器被配置为减少会聚离子镜202、204的镜电极205、206、207、208、209的电源漂移(温度漂移和/或老化漂移)。[0091]类似于上述实施例，提供给接收非零电压205、206、207、208的四个镜电极的电压可以使用分压器网络(未示出)来限定。在此类分压器网络中，可以选择为四个镜电极205、206、207、208中的每一个限定相应电压的一个或多个电阻器，使得温度漂移和/或老化的净效应被减小和/或消除。[0092]例如，如下表2中所示，具有5ppm/k温度系数的电阻器可以被选择用于分压器网络，用于输出第一镜电极205、第二镜电极206和第四镜电极208的电压。如下表2中所示，温度漂移+1k将在mr-tof 200中产生-3.4ppm的净质量偏移。如果使用100ppm/k的(一个或多个)温度系数来选择用于输出第三镜电极207的电压的分压器网络的电阻器，则+1k的温度质量漂移将产生与第三电极207相关联的+3.24ppm的质量偏移。因此，可以选择分压器网络的电阻器的温度系数，以将质量分析器200的净温度漂移降低到-0.26ppm/k。因此，通过有意地使用比分压器网络中的其他电阻器具有更高温度系数的一个或多个电阻器，质量分析器200可以具有小于+/-1ppm/k的温度漂移。[0093][0094]表2[0095]尽管上表涉及会聚离子镜202、204的电压供应器210的电阻器，但是应理解，电阻器选择的原理也可以应用于质量分析器200的任何其他部件的电压供应器，其中电压扰动可以导致离子的检测质量的质量偏移。例如，相同的原理可以应用于以下一个或多个的电压供应器：离子阱源230、第一面外透镜231、第一偏转器232、第二面外透镜233和第二偏转器234的电压。[0096]尽管图4的上述讨论涉及具有期望温度系数的电阻器的选择，但是应理解，相同的原理也可以应用于具有期望老化系数的电阻器的选择，以便减少或消除质量分析器200上的老化相关漂移的影响。[0097]尽管图1、图2和图4的实施例涉及tof质量分析器，但是应理解，本公开不限于tof质量分析器。例如，本公开的实施例包括用于其他类型的质量分析器的电压供应，诸如离子阱质量分析器或傅立叶变换质量分析器。[0098]根据第四实施例，图5示出了傅立叶变换质量分析器的示意图。图5的傅立叶变换质量分析器是轨道俘获质量分析器300。例如，如us-b-8841604中基本上描述的，可以提供轨道俘获质量分析器。轨道俘获质量分析器300包括内部电极302和多个外壳电极504。电压供应器310连接到内部电极302，而外部电极304用于检测围绕内部电极的离子电流。如图5中所示，抖动补偿电极340可以邻近一个或多个外部电极304设置。例如，如图5中所示，抖动补偿电极可以设置在外部电极304中的一个的槽中。抖动补偿电极540可以直接或电容耦合到电压供应器310，其中抖动补偿电极被配置为补偿内部电极302上的电压抖动。在一些实施例中，电压供应器也可以被配置为包括分压器网络(未示出)以向内部电极302和抖动补偿电极340提供电压。在此类实施例中，根据上述实施例，分压器网络可以包括被选择来减少电压供应器310的热漂移和/或老化漂移的电阻器。[0099]因此，根据本公开的实施例，与施加到质量分析器的部件(例如电极)的电压相关联的质量偏移可以用于配置质量分析器以减少或消除电源漂移和/或电源抖动的影响。此类原理可以用于提供具有高稳定性(例如热稳定性低于1ppm/k)的质量分析器，使得可以使用质量分析器执行高精度测量。特别地，根据上述实施例，可以提供一种用于质量分析器的电压供应器。[0100]尽管本文已经详细描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明或所附权利要求的范围的情况下，可以对这些实施例进行变化。









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