首页 / 专利库 / 泵和压缩机 / / 真空泵 / 前级泵 / 质谱仪系统及用于抽空该系统的方法

质谱仪系统及用于抽空该系统的方法

阅读:956发布:2020-05-13

专利汇可以提供质谱仪系统及用于抽空该系统的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于抽空至少5个腔室的 真空 泵 系统,包括一个前级 真空泵 和一个 涡轮 分子泵安排,该系统被安排为使得该 前级真空 泵将该 涡轮分子泵 安排的输出端泵抽至 大气压 。该涡轮分子泵安排包括 转子 叶片 分离的至少5个泵抽级腔室;不多于3个泵抽级在真空下具有超过最高泵抽速度的1/3的泵抽速度和/或超过最高泵抽端口截面的1/3的泵抽端口截面;至少2个泵抽级在真空下具有小于最高泵抽速度的1/4的泵抽速度和/或小于最大泵抽端口截面的1/4的泵抽端口截面。在真空下具有最高压 力 的泵抽级与具有最低压力的泵抽级之间的压力的比率是至少100000:1。本 发明 还涉及一种质谱仪系统和一种用于抽空至少5个腔室的方法。,下面是质谱仪系统及用于抽空该系统的方法专利的具体信息内容。

1.一种质谱仪系统,所述质谱仪系统包括一个离子源、一个质量分析器和一个用于将来自该离子源的离子传输到该质量分析器的离子光学安排,所述质谱仪系统还包括用于抽空质谱仪的至少5个腔室的真空系统,所述真空泵系统包括一个前级真空泵和一个涡轮分子泵安排,该系统被安排为使得该前级真空泵将该涡轮分子泵安排的一个输出端泵抽到大气压;并且其中该涡轮分子泵安排包括多个对应于不同泵抽级的泵抽端口并且被配置为使得:
存在至少5个泵抽级,每个泵抽级连接到一个腔室;
每个泵抽级是通过至少一组转子叶片和至少一组定子叶片而分离的;
不多于3个泵抽级在真空下具有超过一个泵抽级的最高泵抽速度的1/3的泵抽速度和/或超过最大泵抽端口截面的1/3的泵抽端口截面;
至少2个泵抽级在真空下具有小于一个泵抽级的最高泵抽速度的1/4的泵抽速度和/或小于最大泵抽端口截面的1/4的泵抽端口截面;
其中在真空下在具有最高压的泵抽级与具有最低压力的泵抽级之间的压力的比率是至少100000:1。
2.如权利要求1所述的质谱仪系统,其中该涡轮分子泵安排的至少一个泵抽级包含一个分子拖拽泵。
3.如权利要求2所述的质谱仪系统,其中所述分子拖拽泵是带有螺旋泵通道的霍尔维克泵。
4.如权利要求1或权利要求2所述的质谱仪系统,其中不多于3个泵抽级在真空下具有超过50l/s的泵抽速度;至少2个泵抽级在真空下具有小于30l/s的泵抽速度;并且其中该前级真空泵在使用中将该涡轮分子泵安排的输出端保持在1mbar或更大的压力下。
5.如权利要求1所述的质谱仪系统,其中在使用中,在工作气体负载下,该涡轮分子泵安排的任何两个相邻泵抽级之间的压力的比率是在10与1000之间。
6.如权利要求5所述的质谱仪系统,其中在使用中,在工作气体负载下,该涡轮分子泵安排的任何两个相邻泵抽级之间的压力的比率是在20与400之间。
7.如权利要求1所述的质谱仪系统,其中该涡轮分子泵安排的任何两个泵抽级之间的最大距离是小于400mm。
8.如权利要求7所述的质谱仪系统,其中该涡轮分子泵安排的任何两个泵抽级之间的最大距离是小于300mm。
9.如权利要求1所述的质谱仪系统,其中在这些泵抽级中的任何一者中的氦或氢含量不超过10%。
10.如权利要求1所述的质谱仪系统,其中处于最低压力下的腔室被保持在低于1×10-
9
mbar。
11.如权利要求10所述的质谱仪系统,其中处于最低压力下的腔室被保持在低于2×10-10mbar。
12.如权利要求10所述的质谱仪系统,其中连接到该处于最低压力下的腔室的泵抽级在真空下具有最高的泵抽速度和/或最大的泵抽端口截面。
13.如权利要求10所述的质谱仪系统,其中至少该处于最低压力下的腔室配备有一个用于加热该腔室的加热安排,并且其中该处于最低压力下的腔室的密封并不包含弹性体密封件
14.如权利要求1所述的质谱仪系统,其中第一泵抽端口围绕着一个第二泵抽端口,使得该第二泵抽端口相对于该第一泵抽端口之内的压力进行密封而非相对于大气压进行密封,或者其中至少第一泵抽级的腔室围绕着一个第二泵抽级的腔室,使得该第二泵抽级的腔室相对于在该第一泵抽级之内的压力进行密封而非相对于大气压进行密封。
15.如权利要求1或2所述的质谱仪系统,其中在真空下具有最低压力的腔室包含该质量分析器。
16.如权利要求15所述的质谱仪系统,其中该质量分析器是一台多反射/多偏转飞行时间或静电阱类型的质量分析器或一台轨道阱类型的质量分析器。
17.如权利要求1或2所述的质谱仪系统,其中该离子光学安排包括至少一个滤质器和/或至少一个离子阱和/或至少一个碰撞室。
18.如权利要求1或2所述的质谱仪系统,其中通过该涡轮分子泵安排的一个第一泵抽级被泵抽的至少一个第一腔室围绕着在真空下具有最低压力的腔室,使得该处于最低压力下的腔室相对于在该第一腔室内的压力进行密封而非相对于大气压进行密封,并且其中该处于最低压力下的腔室配备有多个金属密封件并配备有一个用于加热该腔室的加热安排。
19.一种用于抽空质谱仪系统的至少5个腔室的方法,所述质谱仪系统包括一个离子源、一个质量分析器和一个用于将来自该离子源的离子传输到该质量分析器的离子光学安排,所述方法包括用一个前级真空泵来将一个涡轮分子泵安排的输出端泵抽至大气压;并且经由该涡轮分子泵安排的至少5个泵抽级中的一个对应的泵抽级来对每一个腔室进行泵抽;其中每个泵抽级是通过至少一组转子叶片和至少一组定子叶片而分离的;
不多于3个泵抽级在真空下具有超过最高泵抽速度的1/3的泵抽速度;
至少2个泵抽级在真空下具有低于最高泵抽速度的1/4的泵抽速度;
其中在工作气体负载下泵抽时,具有最高压力的泵抽级与具有最低压力的泵抽级之间的压力的比率被至少维持在100000:1。
20.如权利要求19所述的方法,其中该至少5个腔室包括通过孔口和/或狭长的流动限制器相连接的腔室,这些腔室容纳一个质谱仪的离子光学部件,并且其中这些离子光学部件包括至少一个离子阱和/或至少一个碰撞室和/或至少一个滤质器。

说明书全文

质谱仪系统及用于抽空该系统的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及涡轮分子式真空抽系统,尤其涉及用于科学仪器的涡轮分子式真空泵抽系统,其中的最低压范围是低于10-9mbar,并且尤其用于质谱仪。

背景技术

[0002] 用于为科学仪器提供高和超高真空的涡轮分子泵是公知的。在此,当压力在1×10-3与1×10-9mbar之间时,真空被认为是在高真空范围内,并且当压力在1×10-9与1×10-
12mbar之间时,真空被认为是在超高真空(UHV)范围内。
[0003] 涡轮分子泵是动量转移泵,其中进入泵的气体分子通过与泵的移动的转子叶片碰撞而被赋予动量。该泵包含串联安装的、多级的成度的转子和定子对。被转子叶片击中的气体分子获得动量并由于叶片的角度而被赋予一个与泵的轴线平行的运动分量。定子叶片是固定的并且设置有相对于泵的轴线而言的不同角度。定子叶片之间的空隙接收了前进的分子并让它们继续达到接下来的转子叶片,在该转子叶片处提供了动量上的进一步增益。多个级增加了从泵入口到排出口的气体压力。涡轮分子泵仅在分子流动态的压力范围内才是完全有效运行的,并且并不排气到大气压,而是通过前级真空泵返回。涡轮分子泵的工作压力范围通常是通过在同一个泵抽壳体中将一个分子拖拽泵(如霍尔维克泵)联接到该涡轮分子泵的排气侧来扩展、并且是通过同一个旋转轴来驱动,从而使得能够采用更低性能的前级真空泵并允许使用无油的前级真空泵。在此情况下,涡轮分子泵泵抽级与分子泵抽级的组合排空至1mbar左右的压力,而前级真空泵排空至大气压。
[0004] 已经开发了多端口泵或分流泵以使得能够对不同压力下的若干腔室进行泵抽,这些泵包含沿泵的长度间隔开的两个到四个(典型地三个)泵抽端口,该长度是平行于泵轴线的。该泵通常由泵抽级的一种堆叠组成,包括一个多级 涡轮分子泵泵抽单元和一个或多个分子泵抽级,其中不同的泵抽端口在沿该堆叠的不同位置处形成到泵的入口。典型地,最高的泵抽速度是在首要泵抽端口(主要入口)处可获得的,这允许进入该泵的最低压力区域,而其他的泵抽端口(在泵抽级的堆叠的更向下处)处于更高的压力并且可以提供更低的泵抽速度。在一个典型的三端口泵中的泵抽速度经常是两个端口具有类似的泵抽速度且最高压力的端口具有其他这些端口的泵抽速度约1/10的泵抽速度。这导致了对于分析仪器的泵抽要求难以通过一个单一的分流泵来满足的缺点。
[0005] 已知了两种略微不同的结构:如在EP 603694中披露的一种分流泵,其中一个具有多个泵抽端口的多级涡轮分子泵被定位在一个专用的泵壳体之内;以及一种所谓的芯式分流泵,如在US 6457954 B1中披露的,其中包括所有的功能元件(包括一个内部壳体在内)的泵可以组合到一个适配于特定应用的外部壳体中。
[0006] 虽然此类的分流泵典型地包括多级涡轮分子泵和粘度泵抽级(尤其分子拖拽泵)的组合,它们有时只是被称为涡轮分子泵。在此,它们被称为涡轮分子泵安排。
[0007] US 2010/0098558 A1披露了一种多入口泵安排,其中至少一个第一入口围绕一个第二入口,使得该第二入口仅相对于在第一入口内的压力而不相对于大气压力进行密封。这使得能够在所有被另一个入口围绕的入口之间使用金属对金属的密封件,并且那些密封件可以是并不致使金属密封材料发生塑性变形的类别,从而消除了当尝试并行地使用多个密封件的塑性变形来进行防漏密封时存在的困难。
[0008] 质谱法向常规应用中的更广泛的渗透在某种程度上受到真空系统的成本和尺寸的阻碍,尤其是对于采用了在超高真空态工作的质量分析器的质谱仪来说,如轨道阱(OrbitrapTM)、多反射和多偏转飞行时间质量分析器、静电阱等,以及对于结合了大气压离子源的质量分析器来说,如电喷射(ESI)、大气压化学电离(APCI)、基质辅助的激光解吸/电离(AP-MALDI)等。现有技术的分流泵安排受到如下缺点的影响:仅有限数量的差压级可被这些多入口泵容纳,并且上述质谱仪需要两个或更多个此类的泵、加上一个或多个前级真空。
[0009] 所希望的是能够通过一个单一的分流泵对一个科学仪器、尤其完整的质谱仪进行泵抽。
[0010] 针对此背景,做出了本发明。

发明内容

[0011] 本发明提供一种用于抽空至少5个腔室的真空泵系统,该真空泵系统包括一个前级真空泵和一个涡轮分子泵安排,该系统被安排为使得该前级真空泵将该涡轮分子泵安排的输出端泵抽至大气压;并且其中该涡轮分子泵安排包括多个对应于不同泵抽级的泵抽端口并且被配置为使得:存在至少5个泵抽级,每个泵抽级连接到一个腔室;每个泵抽级是通过至少一组转子叶片和优选地至少一组定子叶片而分离的;不多于3个泵抽级在真空下具有超过一个泵抽级的最高泵抽速度的1/3的泵抽速度和/或超过最高泵抽端口截面的1/3的泵抽端口截面;至少2个泵抽级在真空下具有小于一个泵抽级的最高泵抽速度的1/4的泵抽速度和/或小于最大泵抽端口截面的1/4的泵抽端口截面;其中在真空下具有最高压力的泵抽级与具有最低压力的泵抽级之间的压力的比率是至少100000:1。一个前级真空泵也可以包括串联或并联连接到该涡轮分子泵抽级的输出端上的若干单独的泵。
[0012] 在本发明的一个特别优选的实施例中,用于抽空至少5个腔室的真空泵系统包括一个前级真空泵和一个涡轮分子泵安排,该系统被安排为使得该前级真空泵将该涡轮分子泵安排的输出端泵抽至大气压;并且其中该涡轮分子泵安排包括多个泵抽端口并且被配置为使得,存在至少5个泵抽级,每个泵抽级连接到一个腔室;每个泵抽级是通过至少一组转子和/或定子叶片而分离的;不多于3个泵抽级在真空下具有超过50l/s的泵抽速度;至少2个泵抽级在真空下具有小于30l/s的泵抽速度;在使用中在工作气体负载下,在任何两个相邻的涡轮分子泵安排泵抽级之间的压力比率是在10与1000之间;并且该前级真空泵在使用中将该涡轮分子泵安排的输出端保持在1mbar或更大的压力下。
[0013] 本发明提供了一种重新安排分流涡轮分子泵的泵抽端口的方式,使得在并不实质性改变泵转子的长度的情况下可以对多得多的端口进行有差别地泵抽。本发明提供了至少5个泵抽级,每个泵抽级连接到一个腔室,该腔室通过连接 到它的泵抽级被抽空。该分流式涡轮分子泵提供了通过至少一组转子和/或定子叶片、优选通过至少一组转子叶片和至少一组定子叶片彼此分离的多个泵抽级。通过选择泵抽速度和/或泵抽端口截面,有利地根据预期应用的确切需要来适配在相邻的泵抽级的转子和/或定子叶片之间的空隙,该涡轮分子泵安排的转子长度可以被保持得较短。较短的转子长度允许泵的高可靠性,尤其当该泵以平取向安装时。因此,当通过一个根据本发明的涡轮分子泵安排来泵抽多个腔室时,可以在不降低可靠性的情况下相对于现有技术实现成本的降低。
[0014] 优选地,该涡轮分子泵安排的至少一个泵抽级包含一个分子拖拽泵,尤其一个带有螺旋泵通道的霍尔维克泵。尤其当与该涡轮分子泵安排的输出端相邻的泵抽级包含至少一个分子拖拽泵时,有可能将泵出的气体在超过1mbar的压力下输出到一个前级真空泵。结果是,具有相对较低泵抽速度的前级真空泵(如隔膜泵)可以用于将涡轮分子泵安排的输出端泵抽至大气压。
[0015] 该真空泵系统优选用于抽空一个科学仪器。该科学仪器包括一系列通过气流限制器而分离的腔室或压力区域(本文简称为体积),这些气流限制器可以是腔室壁,这些限制器包含用于在这些压力区域之间进行连通的孔口。为了便于说明的目的并且不限制范围,在此将关于质谱仪来描述本发明,以便描述其在一个优选实施例中的应用。
[0016] 该包括质谱仪的科学仪器进一步包括一个大气压离子源,一个质量分析器和一个用于将离子从该大气压离子源传输到该质量分析器的离子光学安排。该离子源位于该真空系统之外,并且该离子光学安排包括多个区段,不同的区段被保持在不同的腔室或压力区域中(即,分开的腔室中)。一个包围体还容纳该质量分析器,并且这个包围体中的压力区域至少有利地被保持在UHV。含有离子光学部件的这些腔室或区域优选地保持在从与该离子源相邻的区域到含有该质量分析器的包围体连续降低的压力下。与离子源相邻的压力区域可以是在约1mbar左右的压力下并且可以使用前级泵进行抽空。其余的腔室压力是使用一个单一的涡轮分子泵安排来获得,并且压力的总范围必须跨过8-10个数量级。
[0017] 对于质谱仪的优选实施例,诸位发明人认识到,在与连接性压力区域相邻的这些离子光学部件中的孔口必须具有典型地2-12mm2的截面积,以提供高效 率的离子传输,并且这提供了在气体流速与腔室或区域中的压力的一种关系,这种关系可以用于确定对泵而言的关键参数。更高截面积的孔口典型地对应于更慢移动的离子(更低能量的离子),而更小截面积的孔口被用于更高能量的离子。对于等效气流传导率,这些孔口也可以用具有更大截面积但长度更长的狭长形流动限制器来替代,例如像通过径一个多极杆放置在一个护罩中可以实现的。由于几乎所有腔室和区域(除了最靠近离子源的那个)中的压力都是在分子流动态之内,因此相邻的腔室或压力区域之间的压力的比率可以是在10与103之间、且典型地是102。为了在压力上跨过8-10个数量级,要求至少5个压力区域,并因此本发明的泵抽安排提供了至少5个泵抽端口。泵内气体的压缩作用必须根据在这些压力区域之间所要求的压力并根据穿过在指定给该质谱仪的这些压力区域之间的流动限制器的气体流速,而在这些泵抽端口之间进行分配。
[0018] 还希望的是提供一种用于质谱仪的拥有长工作寿命的真空泵抽系统。诸位发明人了解,增大转子轴的长度(即,泵的最低压力区域处的转子与泵的排气侧的轴承之间的距离)降低了泵的工作寿命,尤其当泵被定向成使其轴线为水平时(通常这是优选的)。因此本发明的泵抽系统优选地将任何两个泵抽级之间的最大距离限制为小于400mm。在某些优选的实施例中,任何两个泵抽级之间最大的距离是小于300mm。如在此使用的,术语两个泵抽级之间的距离是指从一个泵抽级的中心到另一个泵抽级的中心的距离。
[0019] 根据本发明的一个特别优选的实施例,这些不同的要求是通过限定泵抽速度来满足的,使得在真空下不多于3个泵抽级具有超过50l/s的泵抽速度,在真空下至少2个泵抽级具有小于30l/s的泵抽速度,并且在使用中在工作气体负载下任何两个相邻的涡轮分子泵安排泵抽级之间的压力的比率是在10与1000之间、更优选20与400之间。该前级真空泵在使用中尤其将该涡轮分子泵安排的输出端保持在1mbar或更大的压力下。
[0020] 优选在这些泵抽级的任何一级中氦或氢的含量不超过10%。
[0021] 优选地,处于最低压力下的腔室被保持在低于1×10-9mbar,低于5×10-10mbar,尤其低于1×10-10mbar。为了实现这些UHV压力,优选地处于最低压力下的腔室具有一个用于加热该腔室的加热安排以便将其中的部件脱气、 并且不包含弹性体密封件。
[0022] 在一个优选的实施例中,至少一个泵抽端口围绕着一个第二泵抽端口,使得该第二泵抽端口相对于该第一泵抽端口之内的压力进行密封而不是相对于大气压进行密封,如在US 2010/0098558 A1中描述的。替代性地,优选的是,至少一个第一泵抽级的腔室围绕着一个第二泵抽级的腔室,使得该第二泵抽级的腔室相对于该第一泵抽级之内的压力进行密封而不是相对于大气压进行密封。因此可以在第二泵抽级中获得更低的最终压力。
[0023] 本发明还提供一种质谱仪系统,该质谱仪系统包括本发明的真空泵系统,其中该质谱仪系统包括至少6个腔室并且还包括一个大气压离子源、一个质量分析器和一个用于将离子从该大气压离子源传输到该质量分析器的离子光学安排;并且其中该前级真空泵对一个与该大气压离子源相邻的第一腔室进行泵抽,该第一腔室包含该离子光学安排的一个第一级;并且该涡轮分子泵安排对多个其他的腔室进行泵抽,每个其他的腔室包含该离子光学安排的其他的级以及该质量分析器。
[0024] 优选地,该质量分析器被定位在当处于真空下具有最低压力的腔室中。
[0025] 该质量分析器优选可以作为轨道阱来实现,该轨道阱包括一个外部的桶状电极和一个共轴的内部的纺锤状电极。在所得的静电场中作轨道运动的离子基于其镜像电流而被检测。替代性地,该质量分析器可以包括一个离子检测器,如一个次级电子倍增器,该电子倍增器连接到一个滤质器,如线性四极杆滤质器。
[0026] 在本发明的一个优选实施例中,该离子光学安排包含至少一个滤质器、优选一个四极杆滤质器,和/或至少一个离子阱、尤其一个线性离子阱,和/或至少一个碰撞室。这允许大分子的连续质谱。
[0027] 虽然上文是关于质谱仪来描述的,但本发明的泵抽安排可以应用于其他的科学仪器,这些光学仪器可以包含或不包含离子光学元件。
[0028] 本发明提供了超过现有技术泵抽安排的优点。仅需要一个涡轮分子泵来抽空包括5个或更多腔室并要求跨过8-10数量级的压力范围的5个或更多个泵抽级的科学仪器,从而节省成本并降低复杂性。本发明提供了一种例如适合于完整质谱仪的泵抽要求的单一的泵。包括5个或更多个有差异地被泵抽的腔室的 整个科学仪器可以使用该涡轮分子泵和一个单一的前级泵被抽空到UHV。虽然实现了这些优点,但任何两个泵抽级之间的最大距离优选是小于400mm,或者在某些情况下300mm,从而提供泵的长工作寿命。
[0029] 本发明还提供一种用于抽空至少5个腔室的方法,该方法包括用一个前级真空泵将一个涡轮分子泵安排的输出端泵抽至大气压,并且经由该涡轮分子泵安排的至少5个泵抽级中的一个对应的泵抽级来对每个腔室进行泵抽;其中每个泵抽级是通过至少一组转子叶片和优选地至少一组定子叶片而分离的;不多于3个泵抽级在真空下具有超过最高泵抽速度的1/3的泵抽速度;至少2个泵抽级在真空下具有低于最高泵抽速度的1/4的泵抽速度;其中当在工作气体负载下进行泵抽时,具有最高压力的泵抽级与具有最低压力的泵抽级之间的压力的比率被保持在至少100000:1。
[0030] 优选地,本发明还提供一种抽空至少5个腔室的方法,该方法包括用一个前级真空泵将一个涡轮分子泵安排的输出端泵抽至大气压;并且经由该涡轮分子泵安排的至少5个泵抽级中的一个对应的泵抽级来泵抽每个腔室;其中每个泵抽级是通过至少一组转子和/或定子叶片而分离的;不多于3个泵抽级在真空下具有超过50l/s的泵抽速度的;至少2个泵抽级在真空下具有小于30l/s的泵抽速度;并且其中在工作气体负载下,该涡轮分子泵安排的任何两个相邻的泵抽级之间的压力的比率是在10与1000之间;并且该前级真空泵在使用中将该涡轮分子泵安排的输出端保持在1mbar或更大的压力下。
[0031] 在一个优选的实施例中,这5个腔室包括容纳了一个质谱仪的离子光学部件的腔室。
[0032] 其他有利的和优选的安排将从以下的说明和附图中变得明显。本发明可以通过多种方式来进行实践,现在将仅通过举例并参考附图对这些方式中的一些予以说明。

附图说明

[0033] 图1是一个示意性截面图,描绘了本发明的一个泵抽系统的实施例,其中采用了一个芯式分流泵和一个同心的泵抽安排。

具体实施方式

[0034] 图1是一个示意性截面图,描绘了本发明的一个泵抽系统,其中采用了一个芯式的分流式的涡轮分子泵。一个真空系统10包括一个用于离子光学部件(未展示)的壳体12和一个用于容纳芯式分流泵15的壳体14。芯式分流泵15被插入到壳体14中并与凸缘16配合。
[0035] 一个大气压离子源(未展示)定位在该真空系统之外。该离子源有利地是基于ESI(电喷射电离)或DART(实时直接分析)技术来产生离子。
[0036] 壳体13封闭了第一级离子光学器件,该第一级是在与该离子源相邻的一个腔室1中。壳体12封闭了该质谱仪的所有其他部件。在工作气体负载下,壳体13被保持在1.5到2.5mbar的压力下并且通过使用一个前级泵(未展示)被抽空,该前级泵与端口60处于气体连通、在15l/s泵抽速度下工作并且传导23-37mbar.l/s的气体流速。在一个典型的质谱仪中,壳体13之内的腔室1包含一个RF装置,如一个离子漏斗、阶梯波(Step-waveTM)碰撞引导件、S透镜、RF毯(carpet)、或其他用于在低真空下传输离子束的离子光学装置。该前级泵是与分流泵的排出口处于泵抽式连通的而且连接到封闭了第一级离子光学器件的壳体13。因此,前级泵支持(back)该涡轮分子泵安排(分流泵)和定位在一个第一腔室1中的第一级离子光学器件两者,并且有利地只需要两个泵(该前级泵和涡轮分子泵)来抽空整个科学仪器。
[0037] 芯式分流泵15和壳体14包括6个泵抽级,泵抽端口20、22、24、26、28和30传导来自从其余的离子光学器件和质量分析器的气体。每个级通过泵抽端口被连接到壳体12之内的腔室。
[0038] 该分流泵的一个分子拖拽级与泵抽端口20对齐,从而在2mbar.l/s的气体流速下以20l/s的泵抽速度将端口20抽空到0.1mbar的压力。在一台典型的质谱仪中,连接到这个端口的腔室2包含一个仅RF的传输装置,如一个多极杆或离子通道。取决于离子源,还可以出现3-4mbar.l/s的气体流速;原则上,可以使用具有更高泵抽速度的分子拖拽级。离子源尤其可以是在US 2012/0043460 A1或US 2012/0153141 A1中描述的类型,并且可以出现最高达8mbar.l/s的气体流速。
[0039] 泵抽端口22与沿分流泵再远处的泵抽元件对齐,并且泵抽端口22在0.15mbar.l/s的进入气体流速下以150l/s的泵抽速度被抽空到10-3mbar。在一台典型 的质谱仪中,连接到这个端口的腔室3包含一个离子冷却多极杆或离子隧道,但一种质量选择工具、尤其一种线性四极杆滤质器也可以定位在那里。取决于离子源,还可以出现0.3-0.6mbar.l/s的气体流速。
[0040] 泵抽端口24在4×10-3mbar.l/s的进入气体流速下以150l/s的泵抽速度被抽空到3-5×10 mbar。在一台典型的质谱仪中,连接到这个端口的腔室4包含一个质量选择器,如四极杆滤质器、线性离子阱、或飞行时间质量分析器,并且还可以包括碰撞室,该碰撞室包含一个局部相对高的气体压力,该气体的一部分逸出该室并且通过泵抽端口24进行泵抽。腔室4还可以包含一个仅RF的、气体填充的储存装置,如C阱,用于容纳离子并将它们喷射到质量T
分析器(如轨道阱(Orbitrapw))或多反射飞行时间分析器。
[0041] 泵抽端口26在5×10-6mbar.l/s的进入气体流速下以20l/s的泵抽速度被抽空到5×10-7mbar。一个高电压透镜系统的第一部分可以定位在连接到泵抽端口26的腔室5之内。在此不需要更高的泵抽速度,因为在腔室5之内的离子光学器件的功能是对从C阱装置发射的流动性气体射流的离子进行分离并将它们引导到下一个经泵抽的腔室中。端口26是基本上槽缝形状的。
[0042] 泵抽端口28在1×10-7mbar.l/s的进入气体流速下以10l/s的泵抽速度被抽空到2×10-8mbar。在高分辨率分析器之前的透镜被定位在连接到泵抽端口28的腔室6之内。在此也不需要更高的泵抽速度,因为腔室6之内的离子光学路径的长度需要被最小化并且因此更高的泵抽速度对沿着离子轴线的实际压力影响很小。端口28是基本上槽缝形状的。通道85也通过泵抽端口28被泵抽,如将在下面进一步说明的。
[0043] 基本上槽缝形状的端口26、28比其余的端口22、24和30更小。这些槽缝形状的端口具有小于30l/s的相关泵抽速度。这些更大的端口22、24和30具有大于50l/s的相关泵抽速度。该泵抽系统总体上可以具有一个或多个、优选两个或更多个基本上槽缝形状的端口,这些端口可以与具有小于30l/s的泵抽速度的对应泵抽级相关联。
[0044] 泵抽端口30与该涡轮分子泵安排的首要真空区域相邻,并且在工作气体负载下实现了<2×10-10mbar的压力。泵抽端口30抽空含有质量分析器的腔室7、并且在200l/s的泵抽-9速度下传导1×10 mbar.l/s的气体流速。最终泵抽级 中的压力通过真空压力计50来测量。
该质量分析器优选是轨道阱(OrbitrapTM)或多反射/多偏转飞行时间或静电阱类型的。轨道阱类型的质量分析器例如在US 5,886,346中有所披露。超高真空对于正确地操作此类分析器而言是关键的,因为它确保了易分解的多电荷蛋白质存活到质谱分析过程结束,即使它们具有高动能(对应于1到30kV的加速度)。
[0045] 分流式涡轮分子泵15包括一个电动机70、一个拖拽泵抽级72、以及五个级的转子和定子叶片74、75、76、77、78。
[0046] 壳体14在与这些泵抽端口相邻的区域中被密封到壳体12。O形圈弹性体密封件80在泵抽端口20、22和24周围提供气密式密封。在泵抽端口26、28和30周围使用了金属对金属的密封件81。图1描绘了一个优选实施例,其中泵抽端口28围绕着泵抽端口30,使得泵抽端口30相对于泵抽端口28之内的压力进行密封而不是相对于大气压而密封。这得到了通道85的辅助,该通道通过泵抽端口28被泵抽并且围绕着泵抽端口30。借助于此,壳体12和14的与泵抽端口30相邻的区域不需要包含弹性体密封件而是可以使用不导致金属密封材料的塑性变形的一类金属对金属的密封件,同时在该泵抽端口处提供UHV。使用类似的密封件来密封泵抽端口26和28,并且这种同心的泵抽安排消除了当试图并行地使用多个密封件的塑性变形来进行防漏密封时存在的困难。
[0047] 虽然图1的涡轮分子泵具有其自身的壳体14,但也可能通过将其制成芯式而取消多个O形圈弹性体密封件80。在这种情况下,将定子封装在一个金属笼中,该金属笼滑动到壳体12中并且主要通过紧密的匹配公差使得在泵抽级之间的泄露是忽略的(但在某些情况下可以使用VitonTM或V形的软金属圈)。
[0048] 如在此使用的,包括权利要求在内,除非上下文另外说明,否则在此术语的单数形式应当理解为包括复数形式,并且反之亦然。
[0049] 贯穿本说明书的描述和权利要求,词语“包括(comprise)”、“包含(including)”、“具有(having)”以及“含有(contain)”以及这些词语的变化形式(例如“包括(comprising)”和“包括(comprises)”等等)表示“包括但不限于”并且不旨在(并且不会)排除其他部件。
[0050] 应当理解的是,可以做出本发明的以上实施例的变化形式,同时仍落在本发明的范围之内。除非另有说明,否则本说明书中披露的每个特征可以由服务 于相同、等同或类似目的的替代特征来代替。因此,除非另有说明,否则所披露的每个特征只是一个一般系列的等同或类似特征中的一个实例。
[0051] 使用在此提供的任何一个以及全部实例、或示例性语言(“例如”、“如”、“举例而言”以及相似语言),仅旨在更好地说明本发明并且不表示对本发明的范围进行限制,除非另外要求。本说明书中的任何语言都不应当被理解为是在指示:任何未提出权利要求的元件是对本发明的实现至关重要的。
[0052] 本说明书中披露的所有特征可以以任意组合形式进行组合,除了这类特征和/或步骤中的至少一些相互推斥的组合形式。具体地说,本发明的优选特征适用于本发明的所有方面并且可以以任意组合形式来使用。同样,非本质的组合形式中描述的特征可以单独使用(不进行组合)。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈