專利名稱：用于ms與同時(shí)無(wú)掃描ms/ms的飛行距離攝譜儀的制作方法
同時(shí)待審的專利申請(qǐng)的相互參考本申請(qǐng)要求來(lái)自2003年3月20日提交的臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)60/456,269的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于根據(jù)與它的質(zhì)量-電荷比有關(guān)的在給定時(shí)間內(nèi)的離子飛行距離來(lái)進(jìn)行質(zhì)譜測(cè)量的質(zhì)譜儀。這具有不用通常需要的高速電子裝置而進(jìn)行飛行時(shí)間質(zhì)譜測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)譜儀可以以級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)實(shí)施先驅(qū)物(precursor)譜和生成物(product)譜的同時(shí)收集。
在它的級(jí)聯(lián)質(zhì)譜儀(MS/MS)結(jié)構(gòu)中，在源中所產(chǎn)生的所有離子的完全的(MS/MS)譜的同時(shí)產(chǎn)生，對(duì)于如應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究、藥物輸送、環(huán)境分析和其它應(yīng)用時(shí)的質(zhì)譜分析提供效率與速度的改進(jìn)。
相關(guān)技術(shù)討論飛行時(shí)間質(zhì)譜儀是基于由不同的質(zhì)量-電荷比(m/z)的離子當(dāng)它們?cè)谡婵罩斜浑妶?chǎng)加速時(shí)得到的速度的差異。用于測(cè)量這種速度的常見(jiàn)布置是把檢測(cè)器放置在飛行路徑的末端并確定離子在加速后到達(dá)檢測(cè)器所需要的時(shí)間。所以，對(duì)于在加速區(qū)域與檢測(cè)器之間的距離d以及在加速時(shí)間與檢測(cè)時(shí)間之間的飛行時(shí)間t，速度v將是v＝d/t。由于對(duì)于所有的離子來(lái)說(shuō)距離是相同的，所以它們的到達(dá)時(shí)間是不同的，首先到達(dá)的是較小m/z的離子，而后面到達(dá)的是m/z較大的離子。這個(gè)方法被稱為“飛行時(shí)間”(TOF)質(zhì)譜測(cè)量術(shù)。
在傳統(tǒng)的線性TOF儀器中，離子將通過(guò)一段無(wú)場(chǎng)的區(qū)域，在該區(qū)域的末端，離子將按它們的m/z值的次序到達(dá)檢測(cè)器。檢測(cè)器信號(hào)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的變化曲線被記錄并呈現(xiàn)為質(zhì)譜。
質(zhì)譜儀可被設(shè)計(jì)成使用帶有單個(gè)檢測(cè)器的掃描質(zhì)量-電荷比(m/z)濾質(zhì)器(諸如四極或扇區(qū)質(zhì)量分析器)，帶有單個(gè)檢測(cè)器的成批m/z分類器(諸如離子阱、FTMS儀或飛行時(shí)間質(zhì)量分析器)，或帶有多個(gè)檢測(cè)器的m/z空間散布儀(諸如帶有線性檢測(cè)器陣列的磁性扇區(qū))。當(dāng)需要全部譜信息時(shí)，掃描濾質(zhì)器儀是最低效率的，因?yàn)樗鼈冊(cè)跈z測(cè)具有濾質(zhì)器在每個(gè)時(shí)刻所設(shè)置的m/z值的離子時(shí)忽略了大部分樣本離子束。
當(dāng)樣本消耗與新的一批樣本離子的引入相一致地以脈沖方式產(chǎn)生時(shí)，成批m/z分類器是最有效的。在樣本以連續(xù)流的方式到來(lái)的情形下，如在色譜檢測(cè)中那樣，儀器的工作循環(huán)影響它的效率。工作循環(huán)是儀器可以把樣本轉(zhuǎn)換成最終可被檢測(cè)到的離子的時(shí)間的分?jǐn)?shù)。分析連續(xù)樣本流的批處理儀器的工作循環(huán)通?？梢酝ㄟ^(guò)組合連續(xù)的樣本電離和離子成批引入之間的離子存儲(chǔ)而被改進(jìn)。
質(zhì)譜分析的實(shí)用性可以通過(guò)級(jí)聯(lián)地執(zhí)行兩級(jí)(或多級(jí))質(zhì)量分析而被大大地增強(qiáng)。兩級(jí)儀器是MS/MS儀器，它們順序執(zhí)行兩個(gè)(或多個(gè))獨(dú)立的質(zhì)量分析。在最頻繁使用的MS/MS模式中，在第一級(jí)質(zhì)量分析中從在源中形成的各種m/z值的所有離子中選擇特定m/z值的離子。通常通過(guò)與中性氣體分子進(jìn)行碰撞來(lái)激勵(lì)所選擇的離子(稱為先驅(qū)物離子)以引起離子離解。這些離解的離子生成物通過(guò)第二級(jí)質(zhì)量分析被分類為生成物離子的質(zhì)譜。
級(jí)聯(lián)質(zhì)譜儀由在空間順序操作的多個(gè)質(zhì)量分析器(Reinhold和Verentchikov 2002)或由在時(shí)間上順序操作的單個(gè)質(zhì)量分析器組成。在兩級(jí)質(zhì)量分析之間離子必須受到某一質(zhì)量改變反應(yīng)，諸如碰撞離解，這樣，后面的質(zhì)量分析器具有m/z值的不同分布以便進(jìn)行分析。由樣本產(chǎn)生的離子的分布被稱為先驅(qū)物質(zhì)譜，并且它是在非級(jí)聯(lián)儀器中產(chǎn)生的同一個(gè)譜。對(duì)于每個(gè)先驅(qū)物離子實(shí)體將存在反應(yīng)生成物離子的分布，所述分布被稱為生成物離子譜。
級(jí)聯(lián)質(zhì)譜儀在檢測(cè)特殊性方面提供很大的改進(jìn)，因?yàn)樵谙闰?qū)物和生成物m/z值的組合時(shí)出現(xiàn)的離子比僅僅先驅(qū)物m/z值對(duì)于具體的分析物而言更特定。當(dāng)測(cè)量對(duì)于兩個(gè)m/z值的所有組合的離子強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生三維數(shù)據(jù)數(shù)組(先驅(qū)物m/z對(duì)生成物m/z對(duì)強(qiáng)度)。根據(jù)這樣的數(shù)據(jù)組，離子的混合物可被分辨而不用事先分離它們的分子，并且可以得到大量關(guān)于各個(gè)混合物的結(jié)構(gòu)信息。MS/MS的開(kāi)發(fā)對(duì)于在它應(yīng)用的所有領(lǐng)域中質(zhì)譜的分析的實(shí)用性具有巨大的影響。
為了得到全部MS/MS譜(對(duì)于每個(gè)先驅(qū)物m/z值的所有生成物m/z的強(qiáng)度)，需要大量的樣本和時(shí)間。如果兩個(gè)質(zhì)量分析器是掃描設(shè)備，則每種先驅(qū)物/生成物m/z組合的離子強(qiáng)度必須分開(kāi)測(cè)量。這增加了在所有的掃描儀器中固有的樣本使用效率的問(wèn)題。
如果兩個(gè)質(zhì)量分析器是順序使用的相同設(shè)備(帶有離子阱和FTMS儀器)，則在先驅(qū)物質(zhì)譜中具有特定m/z值的離子被隔離，然后進(jìn)行反應(yīng)，并且然后得到生成物離子的質(zhì)譜(Roussis 2001)。這個(gè)過(guò)程必須對(duì)于先驅(qū)物質(zhì)譜中每個(gè)m/z值重復(fù)進(jìn)行。對(duì)于這個(gè)序列所需要的時(shí)間增進(jìn)了批處理儀器的工作循環(huán)的低效率性質(zhì)。對(duì)于全部單個(gè)MS譜生成，批處理質(zhì)量分析器(飛行時(shí)間質(zhì)譜測(cè)量(TOF)、離子阱質(zhì)譜測(cè)量(ITD)、傅里葉變換質(zhì)譜測(cè)量(FTMS)等等)比濾質(zhì)器分析儀(線性四極和扇區(qū)分析儀)具有更高的樣本利用效率和更快速的譜生成速率。
ITD和FTMS都是批處理技術(shù)，因?yàn)榘础芭比〉秒x子用于分析，以及可以檢測(cè)在一批中的所有離子，這樣，對(duì)于每一批生成全部譜。當(dāng)被獨(dú)立地用于MS/MS時(shí)，在一批中除具有想要的m/z的那些離子以外的所有離子被噴射出，選擇的離子在同一個(gè)單元中被撞擊碎裂，該碎裂生成在生成物譜中看見(jiàn)的離子。這些技術(shù)通常被稱為“時(shí)間上級(jí)聯(lián)”，因?yàn)橥粋€(gè)單元用于先驅(qū)物選擇和生成物離子譜生成。ITD使用RF電壓以用于單元內(nèi)的離子約束，以及FTMS使用強(qiáng)的磁場(chǎng)。它們也具有用于離子檢測(cè)的不同方法。
樣本利用效率是可被轉(zhuǎn)換成可檢測(cè)離子的樣本的分?jǐn)?shù)。由于濾質(zhì)器舍棄樣本的離子或因?yàn)閮x器正在做其它事情而未注意引入樣本，所以樣本利用效率受到不利的影響。后者的例子是ITD，其可以進(jìn)行先驅(qū)物選擇和生成物譜生成，同時(shí)新的樣本仍被引入到離子源或被發(fā)送而造成浪費(fèi)。
對(duì)于質(zhì)譜測(cè)量法的許多應(yīng)用，需要提供想要的信息，同時(shí)使用盡可能少量的樣本。應(yīng)用的范圍和培養(yǎng)單元所花費(fèi)的天數(shù)以及對(duì)于藥物代謝測(cè)試所需的動(dòng)物的大小都取決于提供想要的信息所需要的如何小的樣本量。這就是為什么對(duì)于全部譜生成優(yōu)選的是更高的樣本利用效率和更快的譜生成速率。關(guān)于譜生成速率，樣本引入的優(yōu)選模式是通過(guò)液相色譜，即一種把樣本成分按它們?cè)谒鼈兯ㄟ^(guò)的一個(gè)柱狀物(column)時(shí)的保留時(shí)間進(jìn)行分類的技術(shù)。當(dāng)各種混合物離開(kāi)該柱狀物以及流入源中時(shí)，每個(gè)成分存在幾十秒或更少。這是可用來(lái)得到關(guān)于洗提混合物的所有信息的時(shí)間量。而且，混合物在它們的洗提過(guò)程中經(jīng)常重疊?？焖僮V生成可以使得能夠生成每種混合物洗提圖，因此允許重疊的混合物被分開(kāi)地識(shí)別。
濾質(zhì)器質(zhì)量分析器(諸如四極質(zhì)量分析器)允許一次發(fā)射只具有窄范圍的m/z值的離子。為了得到譜，必須穩(wěn)定地供應(yīng)離子到濾質(zhì)器，同時(shí)濾質(zhì)器在感興趣的m/z值范圍上掃描。這對(duì)于“批”分析器(TOF，ITD，F(xiàn)TMS)是離子的浪費(fèi)，對(duì)于批分析器，在一批中的所有離子可被檢測(cè)并被分配適當(dāng)?shù)膍/z值。
四極和飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的級(jí)聯(lián)組合(稱為Q-TOF的儀器)的很大的成功是由于飛行時(shí)間分析器以這樣的高速率產(chǎn)生生成物譜的能力，以使得全部MS/MS譜可以以四極質(zhì)量分析器m/z設(shè)置的一個(gè)相當(dāng)慢的掃描來(lái)得到。飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的工作循環(huán)問(wèn)題可以通過(guò)引入緊接在它前面的離子存儲(chǔ)裝置而被補(bǔ)償(Van Fong，2001)。而且，掃描四極裝置的差的樣本利用效率和掃描想要的先驅(qū)物m/z值的整個(gè)范圍的相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間仍舊是這種非常流行的儀器的限制。
級(jí)聯(lián)的TOF儀器可以將這個(gè)問(wèn)題減小到一定的程度(Barofsky2002)，然而它們?nèi)耘f只能夠?qū)τ诿總€(gè)選擇的先驅(qū)物m/z值生成一個(gè)生成物譜。TOF-TOF裝置比Q-TOF的優(yōu)點(diǎn)主要是更快接入到特定的先驅(qū)物m/z值和潛在地更快生成全部MS/MS譜。
若干研究者設(shè)想飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的變例，在其中所有的先驅(qū)物離子受到碎裂機(jī)制的影響而不用預(yù)先選擇，以及通過(guò)隨后的加速度來(lái)確定生成物質(zhì)量。然后通過(guò)碎裂的離子的生成物和中性生成物的檢測(cè)的時(shí)間差(Alderdice，Derrick等人，1993)或通過(guò)在碎裂的時(shí)間與生成物檢測(cè)的時(shí)間之間的時(shí)間差(Wollnik，1993)來(lái)進(jìn)行生成物的離子的先驅(qū)物質(zhì)量的識(shí)別。這些方法在樣本利用方面是非常有效的，但具有的問(wèn)題是為了造成需要的時(shí)間相關(guān)性，離子流量必須保持為低的。這樣的低離子流量與用于復(fù)雜混合物的色譜檢測(cè)和快速篩檢的設(shè)備的應(yīng)用不一致。
一旦離子碎裂，傳統(tǒng)的MS/MS儀器就無(wú)法保持關(guān)于先驅(qū)物m/z的信息。所以，必須一次只碎裂具有一個(gè)m/z值的離子，從而把選擇的m/z值離子的碎裂傳送到第二級(jí)質(zhì)量分析。不管在MS/MS儀器中第一級(jí)MS所使用的質(zhì)量分析器的類型，因?yàn)橐淮沃粡乃邮軆H僅窄范圍的m/z值的離子，所以它被用作濾質(zhì)器。這是樣本的浪費(fèi)，因?yàn)闉榱藦木哂衅渌黰/z值的離子得到生成物譜，必須再次重復(fù)該實(shí)驗(yàn)，以從每個(gè)不同的先驅(qū)物m/z值中產(chǎn)生離子。如果在想要的先驅(qū)物值的組被選擇、碎裂和分析時(shí)源中的樣本成分改變(正如可以是液相色譜引入時(shí)的情形)，則這對(duì)于數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步增加復(fù)雜性。
許多研究者的想象是得到全部MS/MS譜而不使用任何掃描質(zhì)量分析器，從而對(duì)于每批樣本離子產(chǎn)生全部三維數(shù)據(jù)數(shù)組(McLafferty1983，以及Conzemius與Svec 1990)。希望提供正好能做到這一點(diǎn)的設(shè)備。
飛行時(shí)間質(zhì)量分析器以前用于MS/MS儀器中的生成物離子擴(kuò)散。在這樣的儀器中，第一質(zhì)量分析器有時(shí)是四極(Bateman與Hoyes2000；Whitehouse與Andrien 2001)、TOF、扇區(qū)，并且其它形式的質(zhì)量分析器也已用于先驅(qū)物離子m/z值的選擇。如前面討論的，在這樣的系統(tǒng)中，一次只允許窄范圍的m/z值的離子經(jīng)受質(zhì)量改變反應(yīng)。提供下述一種設(shè)備將是有利的，在該設(shè)備中，每個(gè)整批離子一起經(jīng)受碎裂，以及然后以使得先驅(qū)物m/z信息對(duì)于所檢測(cè)的每個(gè)生成物離子仍舊保留這樣的方式擴(kuò)散。
去卷積是從其色譜峰值重疊到信號(hào)的成分中分解出信號(hào)，如果它單獨(dú)地呈現(xiàn)，則生成每種混合物。這可以通過(guò)只在以洗提混合物的每個(gè)峰值寬度20到50次的速率得到譜信息時(shí)重疊色譜峰值而完成。迄今為止，這只對(duì)于二維(強(qiáng)度對(duì)m/z)質(zhì)譜才完成。本發(fā)明的一個(gè)方面是在適合于色譜去卷積的時(shí)間尺度上全部三維譜數(shù)據(jù)的可利用性。由MS/MS數(shù)據(jù)提供的附加維度使得去卷積對(duì)于復(fù)雜的混合物分析仍然更加有效。對(duì)于當(dāng)前的液相色譜和MS/MS，希望每秒或甚至更經(jīng)常得到全部三維MS/MS信息若干次。因?yàn)樯V的改進(jìn)縮短峰值寬度，所以快速譜生成將變得更加重要。本發(fā)明關(guān)于色譜去卷積的另一個(gè)方面是，所有的MS/MS數(shù)據(jù)針對(duì)來(lái)自源的同一批離子被收集，這樣，在去卷積步驟中使用的數(shù)據(jù)元素之間將沒(méi)有色譜時(shí)間的差別。這種譜偏斜的缺乏在去卷積算法的應(yīng)用中是非常有價(jià)值的。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供滿足先前提到的要求的這樣的設(shè)備。按照本發(fā)明的這樣的設(shè)備是通過(guò)下述實(shí)現(xiàn)的使用飛行距離(DOF)質(zhì)量分析器并結(jié)合飛行時(shí)間(TOF)質(zhì)量分析，以用于先驅(qū)物離子和生成物離子m/z值的同時(shí)雙軸擴(kuò)散，從而提供三維規(guī)定的數(shù)據(jù)。
傳統(tǒng)的TOF質(zhì)量分析器與通過(guò)其m/z值執(zhí)行先驅(qū)物離子的選擇的四極、TOF、扇區(qū)和其它形式的質(zhì)量分析器相結(jié)合來(lái)用于生成物離子擴(kuò)散。在這樣的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，一次只有窄范圍的先驅(qū)物m/z值的離子被碎裂，并且它們的碎裂物被擴(kuò)散和檢測(cè)。
按照本發(fā)明，所有的先驅(qū)物離子同時(shí)經(jīng)受m/z改變反應(yīng)(通常但不僅僅是碎裂)，但DOF擴(kuò)散包含關(guān)于從其發(fā)出每個(gè)生成物離子的先驅(qū)物m/z值的信息。通過(guò)使用二維檢測(cè)器(X-Y或X-時(shí)間)，可以對(duì)于被分析的每批離子檢測(cè)來(lái)自所有先驅(qū)物的所有生成物。
離子所得到的速度可以由在給定量的時(shí)間內(nèi)行進(jìn)的距離來(lái)確定。在這種情形下，在提取與正交加速之間的飛行時(shí)間對(duì)于所有的離子是相同的，但行進(jìn)的距離是不同的，具有較低m/z值的離子比具有較高m/z值的離子行進(jìn)得更遠(yuǎn)。這個(gè)方法在此以前沒(méi)有被建議或?qū)嵤蛟S是因?yàn)樗鼘⑿枰糜陔x子行進(jìn)的每個(gè)增量的分開(kāi)的檢測(cè)器。然而，現(xiàn)在隨著便宜的檢測(cè)器陣列的出現(xiàn)，這個(gè)方法是相當(dāng)實(shí)際的，并且它提供一些顯著的優(yōu)點(diǎn)。這種質(zhì)量分析的方法因此被稱為“飛行距離”(DOF)質(zhì)譜測(cè)量法。
DOF方法優(yōu)于TOF方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于，在各種不同的離子質(zhì)量之間的分辨是在空間上而不是在時(shí)間上完成的。這消除了對(duì)于用來(lái)確定在特定時(shí)間到達(dá)檢測(cè)器的離子數(shù)目的高速電子器件和計(jì)數(shù)系統(tǒng)的需要。代之以，只需要有用于每個(gè)離子質(zhì)量分辨單元的分開(kāi)的檢測(cè)器。每個(gè)檢測(cè)器可以是集成型的，從而在任何合理的離子批次的數(shù)目范圍積累離子電荷以改進(jìn)檢測(cè)極限、精度和動(dòng)態(tài)范圍。檢測(cè)器信號(hào)強(qiáng)度從最遠(yuǎn)的檢測(cè)器單元到最近的檢測(cè)器單元按次序被提供以產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)譜。替換地，每個(gè)檢測(cè)器可以提供獨(dú)立的信號(hào)，從而提供一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量分辨單元的離子強(qiáng)度的測(cè)量來(lái)作為時(shí)間的函數(shù)。此后一模式對(duì)于高速色譜中的檢測(cè)是特別有用的。
DOF質(zhì)譜儀可以用作MS/MS儀器的一個(gè)單元，它具有對(duì)于從源提取的每批離子的產(chǎn)生全部三維強(qiáng)度對(duì)先驅(qū)物/生成物m/z譜的能力?！帮w行距離”(DOF)質(zhì)量分析器與飛行時(shí)間(TOF)質(zhì)量分析相結(jié)合地被使用于先驅(qū)物和生成物擴(kuò)散。替換地，DOF質(zhì)量分析器可以用于第二維的擴(kuò)散以產(chǎn)生MS/MS譜。
所有的先驅(qū)物離子可以同時(shí)經(jīng)受質(zhì)量改變反應(yīng)，而仍舊保持關(guān)于特定先驅(qū)物m/z值的基本信息，每個(gè)生成物離子從該特定的先驅(qū)物m/z值發(fā)出。通過(guò)使用二維檢測(cè)器(飛行距離與飛行時(shí)間，或二維陣列)，可以對(duì)所分析的每批離子檢測(cè)來(lái)自所有先驅(qū)物離子的所有生成物離子。
附圖簡(jiǎn)述為了更好地了解本發(fā)明，參考以下的說(shuō)明和附圖，而本發(fā)明的范圍在所附權(quán)利要求書(shū)中被闡述

圖1顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的DOF頻譜儀的示意圖；圖2是離子提取和檢測(cè)的示意表示；圖3顯示在使用恒定能量提取時(shí)飛行距離對(duì)離子m/z的圖形表示；圖4顯示對(duì)于肽的電噴霧電離分析有用的圖2的展開(kāi)部分的圖形表示；圖5顯示具有施加的恒定能量提取場(chǎng)時(shí)離子飛行距離對(duì)m/z的圖形表示；圖6顯示為了達(dá)到在飛行距離與m/z之間的線性關(guān)系而設(shè)計(jì)的離子的兩場(chǎng)的時(shí)變提取的圖形表示；圖7顯示在使用恒定動(dòng)量提取時(shí)飛行距離對(duì)離子m/z的圖形表示；圖8顯示如圖7上的圖形表示，但是對(duì)于使用與圖4的相同m/z范圍的有限m/z范圍的儀器；圖9顯示按照本發(fā)明帶有時(shí)間敏感的陣列檢測(cè)器和帶有光離解的DOF-TOF質(zhì)譜儀的圖形表示。
圖10顯示在圖9的系統(tǒng)中對(duì)于一組操作參數(shù)的生成物離子所繪的檢測(cè)時(shí)間對(duì)檢測(cè)位置的圖形表示；圖11顯示按照本發(fā)明在TOF由被加到偏轉(zhuǎn)板上的掃描電壓變換成橫向距離的情形下DOF和TOF質(zhì)譜儀的組合的示意表示；
圖12是沿圖11的線12-12取的圖11的質(zhì)譜儀的端視圖；圖13是沿圖12的線13-13取的檢測(cè)器陣列的平面圖；圖14顯示DOF先驅(qū)物和碎裂分析器的示意表示；以及圖15是另一個(gè)DOF先驅(qū)物和碎裂分析器的示意表示。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明圖1和2示意性地顯示飛行距離質(zhì)譜儀的實(shí)施方案。樣本11以液體形式被引入到電噴霧電離(ESI)設(shè)備12。在樣本引入毛細(xì)管13的末端與第一入口孔14之間的區(qū)域中形成離子。除了來(lái)自電噴霧的離子以外，來(lái)自在ESI區(qū)域中包含的氣體的分子也進(jìn)入入口孔。進(jìn)入入口孔的離子通過(guò)使用由平行的桿或堆疊的盤組成的RF離子導(dǎo)管16而與伴隨的氣體分離。這些裝置為離子提供約束場(chǎng)，同時(shí)允許氣體通過(guò)被附著在這個(gè)第一真空室17的真空泵被泵出。離子從第一真空室17通過(guò)室間的孔19被傳送到第二真空室18，離子由電場(chǎng)或氣流或二者被引導(dǎo)通過(guò)所述孔。第二真空室也包含由平行的桿或堆疊的盤組成的RF離子約束裝置21。這個(gè)裝置用來(lái)存儲(chǔ)從第一真空室引入的離子，通過(guò)附著的泵提供氣體壓力的可能的進(jìn)一步減小，以及提供用于后面的離子飛行路徑的離子脈沖或離子束。離子脈沖的產(chǎn)生可以通過(guò)下述來(lái)完成通過(guò)施加DC電壓到網(wǎng)格22和23來(lái)在存儲(chǔ)裝置內(nèi)創(chuàng)建縱向勢(shì)阱，然后改變縱向場(chǎng)以便把所存儲(chǔ)的離子的脈沖從裝置的出口端移出并進(jìn)入下一個(gè)真空室24。
來(lái)自離子脈沖發(fā)生器的該批離子進(jìn)入第三真空室的無(wú)場(chǎng)區(qū)域。離子脈沖26可以包含若干m/z值的離子。這用不同大小的圓來(lái)表示。在來(lái)自以前的離子存儲(chǔ)和脈沖設(shè)備的恒定提取脈沖的情形下，離子將都具有大約相同的能量。它們的速度然后將是它們的m/z的函數(shù)，較低m/z值的離子比較高m/z值的離子具有更高的速度。在離子到達(dá)正交場(chǎng)提取板27時(shí)，它們將按照它們的m/z值被散布。提取脈沖然后被施加在提取板27與網(wǎng)格28之間，以向這個(gè)區(qū)域中的離子提供正交力。提取脈沖相對(duì)于來(lái)自離子存儲(chǔ)和脈沖設(shè)備的離子脈沖產(chǎn)生的時(shí)序被細(xì)心地控制，這樣，感興趣的離子在提取脈沖的時(shí)間處在正交的提取區(qū)域中。如果不同m/z的離子具有來(lái)自脈沖發(fā)生器的相同的軸向動(dòng)能，則在它們行進(jìn)通過(guò)提取網(wǎng)格和如所示到外面時(shí)，它們將具有大致平行的路徑。一旦通過(guò)網(wǎng)格，離子就被位于網(wǎng)格的另一面上的檢測(cè)器陣列29檢測(cè)到。檢測(cè)器的位置與離子被偏轉(zhuǎn)的位置線性相關(guān)。檢測(cè)器陣列的角度是設(shè)計(jì)者的可選項(xiàng)。具有不同m/z比的離子的離子強(qiáng)度將被陣列的不同單元檢測(cè)到。陣列單元的詢問(wèn)然后將提供可從其構(gòu)建質(zhì)譜的信息。
將會(huì)理解，這個(gè)設(shè)備可與已知的和還要開(kāi)發(fā)的其它適當(dāng)?shù)臉颖倦x子源一起使用。這些源包括來(lái)自固體和液體樣本的大氣壓基質(zhì)輔助的激光解吸電離以及其它形式的離子解吸、液體樣本的納噴霧電離和電噴霧電離的其它變例、氣體樣本的大氣壓化學(xué)電離、氣體樣本的輝光放電電離和其它形式的氣體電離方法，以及真空電離方法，包括電子碰撞電離、化學(xué)電離、基質(zhì)輔助(matrix-assisted)激光解吸電離。
還將會(huì)理解，將離子引入到離子存儲(chǔ)和脈沖設(shè)備可以通過(guò)離子引導(dǎo)和壓力減小的各種已知的裝置來(lái)完成。這將包括由平行的桿或堆疊的盤、離子透鏡和其它離子光學(xué)元件組成的RF約束裝置。同樣地，離子存儲(chǔ)和脈沖發(fā)生設(shè)備可以由平行的桿、圓柱離子阱或其它類似的裝置組成，在所述其它類似裝置中可以引入離子、以最小損耗存儲(chǔ)并成批產(chǎn)生脈沖以用于隨后的質(zhì)量分析。提取的離子可被給予基本上相同的能量、相同的動(dòng)量或m/z相關(guān)的能量，只要具有不同m/z值的離子以不同速度離開(kāi)脈沖發(fā)生設(shè)備的話。
在一個(gè)實(shí)施例中，飛行距離質(zhì)譜儀的正常操作將不包括在離子脈沖發(fā)生器和正交提取板與網(wǎng)格之間的碰撞或其它碎裂單元。這個(gè)區(qū)域基本上將是無(wú)場(chǎng)的，但可包含用于離子約束或聚焦的離子光學(xué)元件，或它可包含碎裂單元，該碎裂單元可以是工作的或不工作的。
正交提取脈沖發(fā)生器通常在整個(gè)脈沖中具有恒定的幅度。然而，如同從離子存儲(chǔ)和脈沖發(fā)生器設(shè)備中進(jìn)行提取一樣，可以施加時(shí)間相關(guān)的提取場(chǎng)。正交提取脈沖相對(duì)于離子提取脈沖和成束的離子的時(shí)序由精密定時(shí)電路控制。當(dāng)離子束在偏轉(zhuǎn)板27的對(duì)面時(shí)，施加提取脈沖。
關(guān)于檢測(cè)器，適合于本發(fā)明使用的檢測(cè)器在由Barns，Hieftje，Denton等人在“October 2003 issue of American Laboratory”中發(fā)表的文章中進(jìn)行了描述并演示了它在質(zhì)譜儀中的應(yīng)用，該文章描述了簡(jiǎn)單的離子電荷檢測(cè)設(shè)備。說(shuō)明了帶有相關(guān)電路的31個(gè)法拉第杯的陣列。用于扇區(qū)儀器的陣列檢測(cè)器是可在市場(chǎng)上買到的，并且這樣的陣列檢測(cè)器同樣適用于本發(fā)明，所述扇區(qū)儀器通過(guò)磁場(chǎng)提供離子的空間散布。由Sturbridge MA的Burle企業(yè)制造的帶有經(jīng)由微通道板進(jìn)行電子倍增的成像檢測(cè)器，已經(jīng)被證實(shí)可用于質(zhì)譜測(cè)量術(shù)的離子檢測(cè)并適用于本發(fā)明。
按照本發(fā)明的飛行距離質(zhì)譜儀(DOF-MS)具有重要的特性。所有的離子同時(shí)向檢測(cè)器方向偏轉(zhuǎn)，但在那時(shí)行進(jìn)不同的距離。每個(gè)離子從存儲(chǔ)和脈沖裝置的出口行進(jìn)到偏轉(zhuǎn)點(diǎn)的距離可以如下地計(jì)算對(duì)于在具有E V/m的場(chǎng)的源中被加速1s米的離子，離子加速度a是a=dvdt=EqM---(1)]]>通過(guò)積分得到離子速度，我們得到∫0vdv=EqM∫0tdt---(2)]]>以及v=EqtM]]>其中M是離子質(zhì)量，以千克計(jì)，以及q是離子電荷，以庫(kù)侖計(jì)。離子在給定的時(shí)間在源中行進(jìn)的距離可通過(guò)積分以下公式而得到v=dldt---(4)]]>具有以下形式，∫0ldl=∫0tvdt=EqM∫0ttdt---(5)]]>得到l=Eqt22M---(6)]]>
離子在時(shí)間ts秒以每秒vs米的速度離開(kāi)源。使用前面公式中的這些項(xiàng)，我們得到ts=(2lsMEq)1/2=(1.04×10-8×2lsmEz)1/2---(7)]]>其中離子質(zhì)量現(xiàn)在被改變?yōu)門homsons m，以及離子電荷變?yōu)殡娮与姾傻臄?shù)目z。離子離開(kāi)離子加速區(qū)域和進(jìn)入無(wú)場(chǎng)飛行區(qū)域的速度是vs=EqMts=(2lsEqM)1/2=(2lsEz1.04×10-8m)1/2---(8)]]>在時(shí)間tdef加上偏轉(zhuǎn)脈沖。離子在偏轉(zhuǎn)時(shí)間從脈沖發(fā)生器的出口已經(jīng)行進(jìn)的距離ddef是ddef=vs(tdef-ts)=(2lsEz1.04×10-8m)1/2(tdef-ts)---(9)]]>離子偏轉(zhuǎn)的角度取決于在脈沖發(fā)生器內(nèi)它們的軸向加速度與在偏轉(zhuǎn)區(qū)域中它們的橫向加速度的比值。按照導(dǎo)致公式(8)的相同的自變量，在正交方向上的速度將是vo=(2loEoz1.04×10-8m)1/2---(10)]]>按照正交加速度的離子軌跡的角度的正切將是v‾o/v‾s=(loEolsEs)1/2]]>它與m/z無(wú)關(guān)。
因此，如圖1所示，在偏轉(zhuǎn)時(shí)存在的具有各種m/z比的離子之間的相同的空間關(guān)系被保持到偏轉(zhuǎn)時(shí)刻。因此在檢測(cè)器陣列中的每個(gè)檢測(cè)器單元檢測(cè)不同的先驅(qū)物m/z值。檢測(cè)器單元可以計(jì)數(shù)到達(dá)的離子，或者在來(lái)自存儲(chǔ)和脈沖發(fā)生器設(shè)備的許多提取物上積分離子電荷。提取物的積分將導(dǎo)致改進(jìn)的信噪比。另外，如果檢測(cè)器單元在積分期間可被詢問(wèn)，并且飽和單元可被讀出并清除，則有用離子的強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)范圍可被增加。
首先假設(shè)離子被成束到空間的同一個(gè)點(diǎn)，并且它們都具有可忽略的動(dòng)能。如果它們?cè)谔崛r(shí)橫穿吸引場(chǎng)Vext，則它們將達(dá)到速度v=(2ezVext2M)12---(11)]]>其中e是電子電荷，M是離子質(zhì)量，以千克計(jì)，以及z是離子的單位電荷的數(shù)目。速度v是以每秒的米計(jì)?？紤]具有質(zhì)量mi道爾頓和zi電荷的離子橫穿Vext的場(chǎng)。它的速度將是v=(2eziVext2tm1)12(2×1.6×10-19×6.02×1026)12---(12)]]>對(duì)于1000道爾頓、單位電荷的離子和500伏的提取場(chǎng)，v＝9.83×103米/秒。這被稱為恒定能量提取法，因?yàn)樗崛〉乃须x子具有基本上相同的動(dòng)能。從存儲(chǔ)和脈沖發(fā)生器裝置提取的離子然后進(jìn)入基本上無(wú)場(chǎng)的區(qū)域，在其中它們的不同速度將把它們?cè)谌我唤o定時(shí)刻沿路徑帶到不同的距離。
恒定能量提取對(duì)于恒定能量提取的情形，在所有的離子離開(kāi)源之前施加提取脈沖，在它的偏轉(zhuǎn)時(shí)間tdef時(shí)對(duì)于每個(gè)m/z值沿飛行路徑的位置ddef是ddef=1.39×104tdef(Vextzimi)12---(13)]]>考慮具有從100到2000道爾頓的m/z的想要范圍的質(zhì)譜儀。對(duì)于這樣的儀器，m/z為100的離子的ddef＝4.47x m/z為2000的離子的ddef。換句話說(shuō)，m/z為2000的檢測(cè)器將位于沿飛行路徑比用于m/z＝100的離子的檢測(cè)器遠(yuǎn)4.47倍的位置。每個(gè)離子的偏轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置具有與該離子的m/z的平方根關(guān)系，這意味著在檢測(cè)相鄰單位的m/z值的檢測(cè)器之間的距離將更靠近在一起，趨向于檢測(cè)器陣列的較高的m/z端。此關(guān)系在圖3的曲線中進(jìn)行了說(shuō)明。
圖3的這個(gè)曲線對(duì)于V使用500伏的值，以及對(duì)于提取時(shí)間使用20微秒。改變這些值只改變距離軸的尺度，而不改變曲線的總的形狀。在本例中，分布在大約半米上的檢測(cè)器將檢測(cè)從100到2000的所有的m/z值。斜率從在m/z為200的0.13cm/Dalton到在m/z為1900的0.004cm/Dalton。間隔40微米的檢測(cè)器將提供單位m/z分辨率，即使在尺度的高m/z端。當(dāng)離源的距離增加時(shí)，它們可被放置成進(jìn)一步間隔開(kāi)。將會(huì)理解，按照以上的公式和自變量，通過(guò)使用不同的電壓和距離，可以實(shí)施其它檢測(cè)器尺寸。
稍微更實(shí)際的實(shí)施方案可以是對(duì)于給定的實(shí)驗(yàn)具有更加有限的m/z范圍的儀器。例如，700到1200道爾頓的范圍對(duì)于肽的電噴霧電離分析是非常有用的。對(duì)于這個(gè)應(yīng)用的曲線顯示于圖4。這個(gè)曲線只是圖3的曲線的展開(kāi)的部分。在這個(gè)m/z范圍中，在相鄰的單位m/z值之間的檢測(cè)器長(zhǎng)度從在m/z為1200的80微米變化到在m/z為700的170微米，或從尺度的一端到另一端的略超過(guò)2倍的改變。檢測(cè)器的總長(zhǎng)度將是5.6cm。如果檢測(cè)器是包含以80微米間隔的700個(gè)單元的陣列，則將得到從700到1200道爾頓的m/z范圍的單位m/z分辨率。
對(duì)于恒定的場(chǎng)提取，行進(jìn)的距離是如圖5所例示的先驅(qū)物離子m/z的非線性函數(shù)，圖5顯示在恒定的提取場(chǎng)下離子飛行距離對(duì)m/z的關(guān)系曲線。正如以前推導(dǎo)和計(jì)算的，這導(dǎo)致潛在的m/z分辨率作為m/z的函數(shù)的大范圍的變化。這種非線性可能是不希望的，因?yàn)楫?dāng)還要檢測(cè)小得多的m/z值的離子時(shí)，在較高m/z范圍中達(dá)到想要的分辨率可導(dǎo)致不必要的大檢測(cè)器。
線性化的和緊湊的提取對(duì)于使得在m/z與距離之間的關(guān)系線性化和對(duì)于減小覆蓋給定的m/z值范圍所需的檢測(cè)器的長(zhǎng)度的另一個(gè)可能性是使用非線性提取。從較低的提取電壓開(kāi)始，提取電壓隨時(shí)間增加。
提取電壓斜坡應(yīng)當(dāng)在想要的m/z范圍的高端的離子離開(kāi)提取區(qū)域之前完成。具有較低m/z值的離子將受到較小的加速，因此比恒定能量提取具有更低的速度，以及具有較高m/z值的離子將受到較大的加速，因此比起恒定的能量提取來(lái)說(shuō)得到更高的速度。這將壓縮從最低m/z到最高m/z的速度的范圍，以及潛在地使得對(duì)于所有m/z值的關(guān)系線性化。對(duì)于寬m/z范圍的儀器，這或許是最想要的實(shí)施方案。
達(dá)到作為飛行距離的函數(shù)的m/z值的線性化和緊湊性的一個(gè)替換的方法是把附加的提取區(qū)域剛好加到在存儲(chǔ)和脈沖發(fā)生器裝置中包含的提取區(qū)域的外面。在這個(gè)第二提取區(qū)域中的場(chǎng)強(qiáng)將在提取開(kāi)始以后隨時(shí)間增加，這樣，比具有較小m/z的離子更晚從源發(fā)出的具有較高m/z值的離子比起在它們之前的較低m/z的離子更易受到更高的提取場(chǎng)。圖6上的插圖顯示這樣的附加提取電壓的可能的時(shí)間相關(guān)的值。所顯示的時(shí)間相關(guān)將導(dǎo)致在檢測(cè)器距離和檢測(cè)的離子的電荷與質(zhì)量比(m/z)值之間的線性關(guān)系。
如圖6所示，把成形提取脈沖應(yīng)用到兩場(chǎng)提取源中第二場(chǎng)區(qū)域可在很廣泛的m/z范圍中產(chǎn)生在先驅(qū)物m/z與飛行距離之間的線性關(guān)系。在所顯示的實(shí)施方案中，第一場(chǎng)是在1cm上200v/cm。創(chuàng)建第二場(chǎng)的電壓從提取開(kāi)始起隨時(shí)間增加，如圖6的插圖所顯示的。偏轉(zhuǎn)脈沖的時(shí)間是20微秒。斜率是常數(shù)18微米/Thomson。圖5和6都是從理論計(jì)算推導(dǎo)的。將會(huì)理解，初始場(chǎng)和斜坡場(chǎng)輪廓的其它組合可用來(lái)達(dá)到等價(jià)的效果。
替換地，成形提取脈沖可以變化，以給出檢測(cè)器陣列的區(qū)域上任何部分的質(zhì)量范圍。這樣，儀器可以動(dòng)態(tài)選擇m/z范圍和通過(guò)固定的檢測(cè)器陣列達(dá)到的分辨率。
還有可能的是，連續(xù)增加提取能量可以提供譜的某一空間聚焦(Kovtoun和Cotter 2000)。在源中較遠(yuǎn)地返回并因此具有較長(zhǎng)飛行路徑的離子將被給予大一點(diǎn)的加速度，因此，在檢測(cè)脈沖的時(shí)間能夠趕上更靠近源的前沿開(kāi)始的具有相同m/z的離子。
恒定動(dòng)量提取在離子提取的替換方法中，在存儲(chǔ)和脈沖發(fā)生器裝置中把非常短暫的提取脈沖加到離子束，這樣，它們都接收相同的加速力。提取脈沖必須在任何離子離開(kāi)加速區(qū)域之前結(jié)束。在這個(gè)“恒定動(dòng)量”加速方法中，離子將得到速度v=Etpezm---(14)]]>
其中E是加速場(chǎng)強(qiáng)，以每米伏計(jì)，以及tp是提取脈沖的持續(xù)時(shí)間。mi道爾頓的離子的速度將是v=Etpzimi×9.63×107---(15)]]>米/秒?？紤]承載單個(gè)電荷并在100ns內(nèi)受到5000V/cm的提取場(chǎng)的1000道爾頓的離子。它的速度將是48.15米/秒。從源提取的離子然后進(jìn)入基本上無(wú)場(chǎng)的區(qū)域，在其中它們的不同速度將把它們沿著路徑在任何給定的時(shí)刻載送不同的距離。
對(duì)于恒定動(dòng)量提取的情形，其中施加非常短的脈沖，該脈沖是如此之短，以致在脈沖結(jié)束時(shí)還沒(méi)有離子離開(kāi)源，離子在支配的意義上是能量突發(fā)，它使得離子在脈沖結(jié)束后靠它們自己離開(kāi)源。動(dòng)量是電荷乘場(chǎng)強(qiáng)的乘積。通過(guò)提供恒定的動(dòng)量，相同的加速力被施加到每個(gè)離子。對(duì)于離子的檢測(cè)器距離可以通過(guò)使用以下公式進(jìn)行計(jì)算Ddet=9.63×107toe(Etpzimi)---(16)]]>對(duì)于具有100到2000道爾頓的m/z范圍的儀器，具有m/z為100的離子的Ddet＝20×具有m/z為2000的離子的Ddet。在這個(gè)儀器中，在檢測(cè)點(diǎn)處的距離與檢測(cè)的離子的m/z值之間有倒數(shù)關(guān)系。這在圖7的曲線上對(duì)于100到2000道爾頓的范圍進(jìn)行顯示。在這個(gè)曲線上使用的參數(shù)是對(duì)于E的5000V/cm、100ns的加速脈沖以及20μs的提取時(shí)間。再者，這些參數(shù)的改變將影響距離尺度，但不影響總的曲線的形狀。比較圖3和7，可以看到，倒數(shù)關(guān)系在所繪的m/z范圍上比平方根關(guān)系產(chǎn)生更大的斜率差，因此恒定的能量加速實(shí)施方案可能是優(yōu)選的。
然而，這個(gè)斜率差在有限的m/z范圍儀器的情形下被最小化。對(duì)于這樣的儀器的曲線被顯示于圖8。這使用與圖4的曲線相同的m/z范圍。在該例中，斜率在m/z為1200處是每道爾頓67微米，而在m/z為700處是每道爾頓200微米。檢測(cè)器的總長(zhǎng)度是5.7cm。
上述的計(jì)算和例子清楚地顯示，DOF質(zhì)譜儀在實(shí)施中是完全實(shí)際的。而且，這樣的儀器有許多潛在的優(yōu)點(diǎn)。它在結(jié)構(gòu)上是簡(jiǎn)單的。它避免在檢測(cè)系統(tǒng)中對(duì)于高速電子裝置的需要。檢測(cè)器可以是積分裝置，用于累積來(lái)自源的許多離子提取的結(jié)果，或是瞬時(shí)檢測(cè)器，用于連續(xù)畫(huà)出每個(gè)m/z值的強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的曲線。它可以是非常緊湊的。對(duì)于目標(biāo)分析，可以只采用位于感興趣的m/z值的距離的幾個(gè)檢測(cè)器，這進(jìn)一步簡(jiǎn)化儀器。然而，可能本發(fā)明的最令人激動(dòng)的方面是它作為MS/MS儀器的m/z分離的裝置的潛力。對(duì)于MS/MS能力，需要加上離子碎裂單元、正交提取TOF扇區(qū)和二維檢測(cè)系統(tǒng)。
在MS/MS儀器中DOF-MS的應(yīng)用按照本發(fā)明的組合DOF-TOF質(zhì)譜儀儀器的示意圖被顯示于圖9。樣本分子的先驅(qū)物離子從離子聚束器被提取，并通過(guò)在提取區(qū)域中突然施加提取脈沖而被加速。在聚束器中離子生成和收集的各種方法在本圖上未示出，因?yàn)楦鞣N各樣的公知的可選項(xiàng)(包括圖1所示的方法)是可得到的。聚束器可選項(xiàng)包括四極和線性離子阱。通過(guò)以前提到的幾種方法的任一種方法，離子被給予m/z相關(guān)的速度。然而，為了完成MS/MS，先驅(qū)物離子必須經(jīng)受碎裂以形成生成物離子。
在離子束中的先驅(qū)物離子被碎裂，例如通過(guò)施加強(qiáng)烈的高能光束，時(shí)間上與離子束在碎裂區(qū)域中的出現(xiàn)相一致。碎裂區(qū)域是具有內(nèi)部反射面的單元42的形式，以使得離子的光激勵(lì)的概率最大化。當(dāng)離子自發(fā)地離解時(shí)，碎裂物保持與先驅(qū)物離子相同的方向和速度(除了把結(jié)合能變換成生成物離子的動(dòng)能的改變的較小變換以外)。所以，生成物離子進(jìn)入下一級(jí)質(zhì)量分析，其具有與它們的先驅(qū)離子相同的速度，但具有不同的(通常較低的)m/z。也可以理解，可以使用其它激發(fā)先驅(qū)物離子的方法。這些方法包括撞擊離解(通過(guò)單次碰撞)和電子激勵(lì)。
采用正交的加速飛行時(shí)間以按照生成物m/z值來(lái)選出生成物離子(Chernushevich，Ens等人，1999；Cotter 1999)。沿DOF飛行路徑但在碎裂過(guò)程后的部分路徑，離子束受到與DOF飛行路徑正交的第二提取脈沖43的影響。這使得不同m/z的離子碎裂以不同的速度行進(jìn)。從這一點(diǎn)而言，離子運(yùn)動(dòng)是由原始的直線DOF速度向量(取決于先驅(qū)物m/z)與由第二提取脈沖強(qiáng)加的正交速度向量(取決于生成物m/z)組成的速度向量。這種分類如何發(fā)生的數(shù)學(xué)細(xì)節(jié)被包括在下一節(jié)中。
離子軌跡的理論分析檢測(cè)的總飛行時(shí)間tdet是在源與正交提取脈沖之間的時(shí)間toe與離子在正交TOF扇區(qū)中花費(fèi)的時(shí)間的總和，torth-tdet＝toe+torth(17)正交提取的時(shí)間對(duì)于所有的離子是相同的，但在儀器的正交扇區(qū)中花費(fèi)的時(shí)間只取決于生成物離子的m/z。這個(gè)時(shí)間是正交飛行路徑的有效長(zhǎng)度Lorth和正交速度向量vorth的函數(shù)。由于正交提取是恒定的能量，所以vorth將由公式2給出。因此，torth=Lorthvorth=Lorth1.39×104(Vorth(m/z)prod)12---(18)]]>其中Vorth是由生成物離子經(jīng)受的提取場(chǎng)的值。從公式16和17中我們看到，檢測(cè)的時(shí)間是生成物離子m/z的函數(shù)，并且與先驅(qū)物m/z值無(wú)關(guān)。
(m/z)prod=Vorth(1.39×104(tdet-toe)Lorth)2---(19)]]>然而，在正交提取時(shí)生成物離子的位置和它的水平速度向量的值僅僅取決于先驅(qū)物m/z。離子被檢測(cè)的位置是水平提取位置與它在正交扇區(qū)中移動(dòng)的附加水平距離Dorth的總和。此后一項(xiàng)將取決于生成物離子m/z。因此，Ddet=Doe+Dorth=1.39×104toe(Vext(m/z)prec)12+torthvprec]]>=1.39×104toe(Vext(m/z)prec)+Lorth(Vext(m/z)prec)12(Vorth(m/z)prod)12---(20)]]>
以及(m/z)prec=Vext(1.39×104tdetDdet)2---(21)]]>公式18和20顯示，對(duì)于每個(gè)檢測(cè)的離子，先驅(qū)物m/z和生成物m/z可以根據(jù)檢測(cè)器位置與檢測(cè)時(shí)間的測(cè)量值而被唯一地確定。
由以上推導(dǎo)的公式作出的要點(diǎn)進(jìn)一步顯示于圖10。這里，畫(huà)出檢測(cè)時(shí)間對(duì)從m/z為800、1000和1200道爾頓的先驅(qū)物離子推導(dǎo)出的每100m/z值的生成物離子的檢測(cè)器位置的曲線。在這個(gè)計(jì)算中假設(shè)的值是對(duì)于Vext和Vorth的200V和2000V，10μs的正交提取時(shí)間和等價(jià)于0.5米的正交飛行路徑。從給定的先驅(qū)物m/z值，所有的生成物離子落在同一條直線上，正如從公式20中所看到的，其中對(duì)于給定的(m/z)prec值，tdet與Ddet的比是常數(shù)。
以上顯示的計(jì)算假設(shè)來(lái)自離子源的離子的恒定的能量加速。如上所述，斜坡提取電壓可以提供改進(jìn)的性能，以及具有在相鄰m/z值之間的恒定間隔的更加緊湊的檢測(cè)區(qū)域。這樣的提取場(chǎng)的實(shí)施方案將影響公式20所示的關(guān)系，但對(duì)于先驅(qū)物m/z與生成物m/z值的每個(gè)組合，在距離-時(shí)間域中將保持唯一的位置。
離子碎裂單元圖9上離子碎裂單元的代表的重要方面是在來(lái)自源的先驅(qū)物離子提取以后和在其中施加正交提取場(chǎng)的區(qū)域之前它的位置。重要的是，碎裂的能量以不牽涉到很大動(dòng)量轉(zhuǎn)移的方式被施加到激勵(lì)的離子。這可以通過(guò)使用可創(chuàng)建亞穩(wěn)離子的較高能量的電離來(lái)完成，該亞穩(wěn)離子可以在源與正交提取之間的無(wú)場(chǎng)區(qū)域中同時(shí)分解。這樣的離子通常由MALDI電離方法產(chǎn)生。
在源中產(chǎn)生穩(wěn)定的離子的情形下，這些離子必須被激勵(lì)，以便以某種方式引起碎裂。實(shí)際上，用于激勵(lì)的粒子具有非常低的質(zhì)量，以便避免改變先驅(qū)物相關(guān)的速度，該速度是先驅(qū)物離子m/z的DOF決定的一部分。這是通過(guò)使用光子完美地完成的(Vanderhart 1992)。光子激勵(lì)可以在紅外區(qū)域(Little，Speir等人，1994；Stephenson，Booth等人，1994；Pirce，Schnier等人，1996；Payne和Glish 2001)或在可見(jiàn)光-紫外線區(qū)域(Gimonkinsel，Kinsel等人，1995；Guan，Kelleher等人，1996)用光子發(fā)生。通過(guò)使用反射鏡碎裂室可以提高光子碎裂效率，這樣，每個(gè)光子將橫穿離子飛行路徑多次，以便提高它被先驅(qū)物離子吸收的概率。
另一個(gè)可能性是使用高能電子束而不是光源。引入電子而沒(méi)有干擾的電場(chǎng)將是一種挑戰(zhàn)。碰撞引起的分解可用于高能模式，在其中能量轉(zhuǎn)移是通過(guò)最小的動(dòng)量轉(zhuǎn)移完成的。
正交提取TOF在儀器的正交提取扇區(qū)中，離子被給予與來(lái)自離子源的它們的軌跡正交的運(yùn)動(dòng)向量。正如對(duì)于正交提取儀器的標(biāo)準(zhǔn)，所使用的加速模式是恒定的能量，雖然時(shí)間相關(guān)的提取場(chǎng)沒(méi)有被排除。給予這個(gè)扇區(qū)中離子的正交速度取決于生成物離子m/z。正交扇區(qū)可以是“線性的”，也就是在正交飛行路徑的末端處具有檢測(cè)器，或它可包括離子鏡。兩種可能性顯示于圖9。如果使用離子鏡，則它將具有有效的長(zhǎng)度，這然后被用作Lorth。通常，離子鏡在較小的空間提供較好的生成物離子分辨率(Kerley 1998；Dorosheko和Cotter 1999；Berkout，Cotter等人，2001)。
與在許多現(xiàn)有儀器中使用的通常的正交TOF扇區(qū)的顯著差別是正交加速區(qū)域的軸長(zhǎng)度。它必須足夠長(zhǎng)，以便包括在提取時(shí)在感興趣的m/z值的全部范圍上的離子位置。另外，可選的離子鏡必須提供在這個(gè)全部飛行路徑的長(zhǎng)度上對(duì)于離子的精確的反射和空間聚焦。對(duì)于本申請(qǐng)將需要寬口徑的鏡子。
陣列檢測(cè)器圖9所示的檢測(cè)器陣列是排列成直線陣列的一系列檢測(cè)器。每個(gè)檢測(cè)器被連接到一個(gè)電子裝置，該電子裝置可記錄在檢測(cè)器處的離子強(qiáng)度以作為時(shí)間的函數(shù)。這些裝置可以是模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)或時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)。這樣，在時(shí)間和距離的二維中的所有點(diǎn)可被檢測(cè)，并且可以計(jì)算所有檢測(cè)的離子的先驅(qū)物和生成物m/z值。
離子飛行時(shí)間只是生成物離子m/z的函數(shù)，因?yàn)樗械碾x子被同時(shí)但以取決于m/z的速度進(jìn)行正交提取。離子的軸向距離取決于先驅(qū)物離子速度和總飛行時(shí)間。對(duì)于三個(gè)不同的先驅(qū)物離子m/z值的生成物的總飛行時(shí)間與軸向距離的得出的曲線被顯示于圖10。
圖11、12和13顯示質(zhì)譜儀，其中用二維X-Y檢測(cè)器陣列檢測(cè)具有各種軸向飛行距離和正交速度的離子。離子束受到正如在所述的DOF-TOF儀器中那樣的第二提取脈沖的作用，其中離子通過(guò)它們的軸向位置和通過(guò)它們的飛行時(shí)間而被檢測(cè)。然而，在本實(shí)施例中，離子穿過(guò)偏轉(zhuǎn)板46，該偏轉(zhuǎn)板上加有時(shí)間相關(guān)的偏轉(zhuǎn)電壓。偏轉(zhuǎn)是在另一個(gè)正交方向(向印刷圖11的紙面)。首先從離子鏡呈現(xiàn)的較小m/z值的離子比以后呈現(xiàn)的較大m/z值的離子用更小的場(chǎng)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。因此，離子以取決于m/z的角度被偏轉(zhuǎn)，這樣，不同m/z的離子將落在二維檢測(cè)器陣列的不同的部分上。具體參考顯示二維陣列中檢測(cè)器的位置的圖13，檢測(cè)器的行47將相應(yīng)于各種飛行距離(取決于先驅(qū)物m/z和生成物m/z)，而在每個(gè)陣列中的列48將相應(yīng)于從時(shí)間相關(guān)的偏轉(zhuǎn)場(chǎng)46的不同的角度，因此是不同的飛行時(shí)間(取決于生成物m/z)。讀出二維檢測(cè)器陣列代表三維質(zhì)量分析(先驅(qū)物離子質(zhì)量碎裂離子質(zhì)量強(qiáng)度)。
圖14和15說(shuō)明在實(shí)現(xiàn)同時(shí)MS/MS時(shí)的DOF-MS的替換實(shí)施方案?？紤]圖14所示的裝置。正如看到的和早先預(yù)測(cè)的，在正交加速后，由于它們不同的正交速度，所以生成物離子將具有與它們的先驅(qū)物離子不同的軌跡。這些生成物離子然后將出現(xiàn)在檢測(cè)器陣列上與它們的先驅(qū)物離子不同的點(diǎn)上。希望區(qū)分生成物離子檢測(cè)和先驅(qū)物離子檢測(cè)。這可以在第三維上通過(guò)在橫向(進(jìn)入或走出紙面)維度上傳遞離子運(yùn)動(dòng)而完成，該運(yùn)動(dòng)取決于生成物離子m/z值。由于所有離子的正交能量向量是相同的，所以水平設(shè)置的靜電偏轉(zhuǎn)器將同樣地影響所有的離子而不具有凈得的分辨率。偏轉(zhuǎn)板所以必須垂直地設(shè)置。這可以在正交偏轉(zhuǎn)之前、同時(shí)或之后完成。優(yōu)選實(shí)施例顯示于圖15，其中橫向偏轉(zhuǎn)板位于正交偏轉(zhuǎn)板之前。這個(gè)橫向偏轉(zhuǎn)場(chǎng)可以恒定地施加。也可以理解，加到板上的平均電壓必須是與無(wú)場(chǎng)區(qū)域的相同的電位。
這些計(jì)算和例子清楚地顯示，享有對(duì)于在源中所有先驅(qū)物離子的所有生成物離子的同時(shí)檢測(cè)的MS/MS質(zhì)譜儀是實(shí)際的。這樣的儀器使得MS/MS質(zhì)譜測(cè)量有益于在其中為了得到想要的信息而必須取得全部譜的的應(yīng)用領(lǐng)域。這樣的應(yīng)用的例子是搜索與疾病或藥物代謝有關(guān)的生物修正方案。另一個(gè)例子是尋找在諸如健康體與非健康體之類的兩個(gè)環(huán)境之間的化學(xué)組份的差別。它對(duì)于用于其活性的具體性質(zhì)是未知的生物活性的藥物篩檢也是有用的。
重要的是，從這三種類型的MS/MS掃描可得到的所有數(shù)據(jù)是在所得到的每個(gè)三維譜中可用的。這三種掃描類型是生成物掃描(特定的先驅(qū)物的所有生成物)、先驅(qū)物掃描(產(chǎn)生特定生成物的所有先驅(qū)物)和中性損失掃描(在碎裂后經(jīng)受特定m/z改變的所有先驅(qū)物)。生成物離子掃描在第二級(jí)質(zhì)量分析中采用成批質(zhì)量分析器的所有MS/MS儀器中是固有的。然而，后兩種掃描是在流行的Q-TOF或ITMS質(zhì)譜儀中可得到的，它們僅僅通過(guò)掃描四極先驅(qū)物質(zhì)量分析器而實(shí)現(xiàn)(Chernushevich和Thompson 2001)。先驅(qū)物和中性損失掃描使得研究者能夠搜索化學(xué)或生物化學(xué)反應(yīng)生成物，對(duì)于這些生成物，碎裂將產(chǎn)生特定生成物m/z或特定的中性質(zhì)量的損失。許多應(yīng)用被開(kāi)發(fā)用于這樣的掃描，但現(xiàn)在很大程度地被忽略，因?yàn)榘凑宅F(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)來(lái)掃描先驅(qū)物質(zhì)量分析器效率太低。
長(zhǎng)期以來(lái)一直感到需要同時(shí)的二維擴(kuò)散(McLafferty，1983)。得到這樣的擴(kuò)散對(duì)于達(dá)到在本申請(qǐng)中先前提到的效率目標(biāo)是希望的。本發(fā)明達(dá)到這樣的擴(kuò)散。確實(shí)，從MS/MS儀器可得到的信息在性質(zhì)上基本上是三維的。這樣的信息可用于強(qiáng)度對(duì)先驅(qū)物m/z對(duì)生成物m/z的曲線。僅僅沿一個(gè)軸的擴(kuò)散只能給出沿該軸的強(qiáng)度。為了得到全部三維，必須具有二維擴(kuò)散或重復(fù)進(jìn)行該過(guò)程足夠的次數(shù)以填充第二維。本發(fā)明能夠同時(shí)進(jìn)行二維擴(kuò)散。
本發(fā)明的達(dá)到同時(shí)二維擴(kuò)散的這樣的MS/MS儀器具有許多另外的優(yōu)點(diǎn)。它在結(jié)構(gòu)上是簡(jiǎn)單的。它避免在檢測(cè)系統(tǒng)中需要高速電子裝置(當(dāng)在正交扇區(qū)中定時(shí)的掃描用于二維陣列檢測(cè)器時(shí)或者在橫向加速的情形下)。二維陣列檢測(cè)器可以是用于累積來(lái)自源的許多離子提取的結(jié)果的積分裝置，這提供改進(jìn)的信噪比和更寬的動(dòng)態(tài)范圍。儀器可以是非常緊湊的，從而潛在地將它很大的分辨能力和巨大的數(shù)據(jù)產(chǎn)生率帶到各種各樣的環(huán)境和安全應(yīng)用的領(lǐng)域。
雖然上述的說(shuō)明和附圖代表本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但將會(huì)理解，可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的條件下作出各種改變和修正。
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權(quán)利要求
1.一種質(zhì)量分析器，包括a.離子存儲(chǔ)裝置，用于接收和存儲(chǔ)離子；b.存儲(chǔ)裝置，用于把離子提取電壓脈沖施加到所述存儲(chǔ)裝置以便對(duì)離子加速，由此離開(kāi)所述存儲(chǔ)裝置的離子具有取決于質(zhì)量-電荷比的速度；c.無(wú)場(chǎng)區(qū)域，通過(guò)該區(qū)域，不同質(zhì)量-電荷比的離子在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)行進(jìn)不同的距離；以及d.檢測(cè)器，它們被間隔開(kāi)放置以接收在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)行進(jìn)不同距離的不同質(zhì)量-電荷比的離子，以及提供表示接收的離子的質(zhì)量-電荷比的輸出。
2.如在權(quán)利要求1中的質(zhì)量分析器，包括用于接收要被分析的樣本和形成由離子存儲(chǔ)裝置接收的離子的電離器。
3.如在權(quán)利要求2中的質(zhì)量分析器，其中電離器是從包括下述的一個(gè)組中選擇的電噴霧電離器、基質(zhì)輔助激光解吸電離器、大氣壓化學(xué)電離器、輝光放電電離器、電子撞擊電離器和納噴霧電離器。
4.如在權(quán)利要求1或2中的質(zhì)量分析器，其中表示接收的離子的質(zhì)量-電荷比的所述輸出是從被放置來(lái)接收特定質(zhì)量-電荷比的離子的檢測(cè)器中得到的。
5.如在權(quán)利要求1或2中的質(zhì)量分析器，包括用于把在所述無(wú)場(chǎng)區(qū)域中行進(jìn)的離子沿正交方向向所述檢測(cè)器偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)器。
6.如在權(quán)利要求1或2中的質(zhì)量分析器，包括用于把在所述無(wú)場(chǎng)區(qū)域中的所述離子的質(zhì)量-電荷比分解或改變成生成物離子從而使所述生成物離子以與它們的先驅(qū)物離子基本上相同的速度行進(jìn)的裝置，以及用于把正交加速電壓脈沖施加到所述生成物離子和先驅(qū)物離子從而使不同質(zhì)量-電荷比的未改變的先驅(qū)物和生成物離子以不同的速度行進(jìn)的裝置，所述檢測(cè)器被安排成檢測(cè)未改變的先驅(qū)物和生成物離子，以及提供要在其中識(shí)別生成物離子和它們的先驅(qū)物離子的質(zhì)量-電荷比的質(zhì)譜。
7.如在權(quán)利要求6中的質(zhì)量分析器，其中用于改變所述離子的質(zhì)量-電荷比的所述裝置包括用于碎裂、分解、與分子反應(yīng)、加合物形成和電荷剝離的裝置。
8.如在權(quán)利要求6中的質(zhì)量分析器，其中生成物離子由飛行時(shí)間檢測(cè)器檢測(cè)。
9.如在權(quán)利要求6中的質(zhì)量分析器，它包括用于把正交場(chǎng)施加到所述生成物離子以偏轉(zhuǎn)離子的裝置，以及所述檢測(cè)器被放置成能夠進(jìn)行位置相關(guān)的檢測(cè)。
10.如在權(quán)利要求6中的質(zhì)量分析器，包括用于在形成生成物離子后把橫向偏轉(zhuǎn)場(chǎng)施加到離子流以使得先驅(qū)物和生成物離子按照它們的質(zhì)量-電荷比被橫向地分開(kāi)的裝置。
11.如在權(quán)利要求10中的質(zhì)量分析器，其中用于施加橫向偏轉(zhuǎn)場(chǎng)的所述裝置被放置在正交的加速區(qū)域的前面。
12.如在權(quán)利要求10中的質(zhì)量分析器，其中用于施加橫向偏轉(zhuǎn)場(chǎng)的所述裝置被放置在正交的加速區(qū)域的后面。
13.如在權(quán)利要求10中的質(zhì)量分析器，其中按照它們的先驅(qū)物質(zhì)量-電荷比軸向地?cái)U(kuò)散以及按照它們的生成物質(zhì)量-電荷比橫向地?cái)U(kuò)散的離子通過(guò)使用離子檢測(cè)器的二維陣列而被檢測(cè)。
14.一種對(duì)于離子流進(jìn)行質(zhì)量分析的方法，該方法包括以下步驟把離子收集到離子存儲(chǔ)裝置中；把縱向提取電壓施加到該存儲(chǔ)裝置，從而使具有較小質(zhì)量-電荷比的離子比起較大質(zhì)量-電荷比的離子以更大的速度行進(jìn)；允許所述離子在預(yù)定時(shí)間內(nèi)在無(wú)場(chǎng)區(qū)域中行進(jìn)，從而使它們行進(jìn)不同的距離；以及用基本上平行于行進(jìn)線而間隔開(kāi)的檢測(cè)器檢測(cè)不同質(zhì)量-電荷比的離子。
15.一種分析不同質(zhì)量-電荷比的離子的流的方法，該方法包括以下步驟接收和存儲(chǔ)預(yù)定數(shù)目的所述離子；加速所述存儲(chǔ)的離子，從而使不同質(zhì)量-電荷比的離子得到不同的速度；以及通過(guò)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)由不同質(zhì)量-電荷比的離子行進(jìn)的距離確定所述離子的質(zhì)量-電荷比。
16.一種對(duì)于不同質(zhì)量-電荷比的離子的流進(jìn)行質(zhì)量分析的方法，該方法包括以下步驟把所述離子流引導(dǎo)到離子存儲(chǔ)裝置中；把提取電壓周期性地施加到所述存儲(chǔ)裝置上，以便從所述存儲(chǔ)裝置中提取具有取決于所述離子的質(zhì)量-電荷比的速度的離子；允許所述離子行進(jìn)通過(guò)無(wú)場(chǎng)區(qū)域；以及利用離子檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)所述離子，所述離子檢測(cè)器被間隔開(kāi)以便接收在預(yù)定時(shí)間內(nèi)行進(jìn)不同距離的不同質(zhì)量-電荷比的離子。
17.權(quán)利要求14的方法，該方法包括下述附加步驟分解在無(wú)場(chǎng)區(qū)域中的所述離子，從而形成具有與先驅(qū)物離子相同速度的成束的碎裂離子，以及此后把正交電壓脈沖施加到所述束，以使得碎裂離子得到取決于它們的質(zhì)量-電荷比的速度，以及檢測(cè)所述碎裂離子并提供關(guān)于它們的質(zhì)量-電荷比和它們的先驅(qū)物離子的質(zhì)量-電荷比的信息。
18.如在權(quán)利要求13中的方法，其中碎裂離子是通過(guò)檢測(cè)它們的飛行時(shí)間而被檢測(cè)的。
19.如在權(quán)利要求17中的方法，其中碎裂離子是通過(guò)檢測(cè)在正交脈沖之后它們以預(yù)定時(shí)間行進(jìn)的距離而被檢測(cè)的。
20.一種質(zhì)譜儀，包括離子存儲(chǔ)裝置；提取器，其被配置和安排成提供一個(gè)提取器場(chǎng)，用來(lái)提取和加速來(lái)自離子存儲(chǔ)裝置的離子束，以便以比較大電荷-質(zhì)量比的離子更高的速度來(lái)加速較小質(zhì)量-電荷比的離子；一個(gè)供離子束穿過(guò)的無(wú)場(chǎng)區(qū)域；與加速區(qū)域間隔開(kāi)的多個(gè)分開(kāi)的檢測(cè)器，其每個(gè)相隔互相不同的相應(yīng)距離，以及；橫向加速器，其被配置和安排成在無(wú)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)生成橫向場(chǎng)，以使得離子橫向地改變它們的行進(jìn)方向而達(dá)到相鄰的分開(kāi)的檢測(cè)器，該分開(kāi)的檢測(cè)器被配置和安排來(lái)檢測(cè)到達(dá)它們上的所述較小和所述較大質(zhì)量-電荷比的離子的強(qiáng)度。
21.權(quán)利要求20的質(zhì)譜儀，其中分開(kāi)的檢測(cè)器被安排成平行于行進(jìn)線。
22.權(quán)利要求20的質(zhì)譜儀，其中多個(gè)分開(kāi)的檢測(cè)器按這些分開(kāi)的檢測(cè)器與提取區(qū)域的距離的相反次序提供離子強(qiáng)度以產(chǎn)生質(zhì)譜。
23.權(quán)利要求20的質(zhì)譜儀，其中每個(gè)分開(kāi)的檢測(cè)器被配置成累積一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)的離子改變。
24.權(quán)利要求20的質(zhì)譜儀，其中質(zhì)量分析器被配置成在時(shí)間上順序地成束地進(jìn)行存儲(chǔ)和加速。
25.權(quán)利要求20的質(zhì)譜儀，其中離子碎裂單元處在加速的離子束的路徑中的無(wú)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，并且被配置成分解所述離子以形成離子碎裂，其中所述橫向加速器把較小電荷-質(zhì)量比的離子加速到比較大電荷-質(zhì)量比的離子更大的速度，以及其中所述檢測(cè)器被配置成測(cè)量在離子被橫向加速后的飛行時(shí)間以檢測(cè)碎裂離子，由此提供關(guān)于(母本和)碎裂離子和它們的先驅(qū)物的信息。
26.權(quán)利要求25的質(zhì)譜儀，其中離子分解通過(guò)與中性氣體分子碰撞來(lái)激勵(lì)離子流的先驅(qū)物離子，從而引起分解。
27.權(quán)利要求25的質(zhì)譜儀，其中碎裂單元把碎裂能量施加到離子流，這避免顯著的動(dòng)量轉(zhuǎn)移到碎裂離子。
28.權(quán)利要求20的質(zhì)譜儀，其中分開(kāi)的檢測(cè)器互相相對(duì)地排列，以使得每個(gè)離子檢測(cè)的位置具有與該離子的電荷-質(zhì)量比的平方根關(guān)系。
29.權(quán)利要求20的質(zhì)譜儀，其中由提取器生成的提取場(chǎng)是從幅度隨著時(shí)間增加的提取電壓得到的。
30.權(quán)利要求20的質(zhì)譜儀，其中由提取器生成的提取場(chǎng)是從其形狀變化的提取脈沖得到的。
31.權(quán)利要求20的質(zhì)譜儀，還包括一個(gè)被安排來(lái)碎裂離子流的碎裂部分，一個(gè)被安排來(lái)按照質(zhì)量-電荷比值把碎裂的離子流的離子進(jìn)行分類的正交飛行時(shí)間部分，所述檢測(cè)器被安排來(lái)檢測(cè)分類的離子的到達(dá)時(shí)間。
32.權(quán)利要求25的質(zhì)譜儀，還包括用于施加在時(shí)間上與到達(dá)碎裂單元的離子的出現(xiàn)一致的強(qiáng)烈的高能光束的碎裂器。
33.權(quán)利要求32的質(zhì)譜儀，其中碎裂部分包括帶有內(nèi)部反射面的單元。
34.權(quán)利要求25的質(zhì)譜儀，包括一個(gè)偏轉(zhuǎn)器，該偏轉(zhuǎn)器提供偏轉(zhuǎn)場(chǎng)給碎裂離子從而使它們通過(guò)飛行距離被分隔開(kāi)，以及其中該檢測(cè)器陣列包括二維陣列，用來(lái)檢測(cè)離子的到達(dá)并提供每個(gè)離子的離子碎裂的質(zhì)量-電荷比。
35.一種利用質(zhì)譜儀進(jìn)行離子檢測(cè)的方法，包括通過(guò)施加提取場(chǎng)加速來(lái)自離子存儲(chǔ)器的離子，以使得較小質(zhì)量-電荷比的離子比起較大電荷-質(zhì)量比的離子被加速到更大的速度，從而形成沿著飛行路徑通過(guò)無(wú)場(chǎng)區(qū)域的離子流；橫向加速在無(wú)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的離子流，以使其到達(dá)在檢測(cè)器陣列中相鄰的分開(kāi)的檢測(cè)器，所述分開(kāi)的檢測(cè)器與加速區(qū)域分隔開(kāi)，每個(gè)檢測(cè)器相隔互相不同的相應(yīng)距離；以及利用分開(kāi)的檢測(cè)器檢測(cè)離子強(qiáng)度。
36.權(quán)利要求35的方法，其中橫向加速是通過(guò)施加在方向上與飛行路徑正交的電場(chǎng)而引起的。
37.權(quán)利要求35的方法，還包括碎裂離子流；按照質(zhì)量-電荷比值將碎裂的離子流的離子分類；以及檢測(cè)分類的離子。
38.權(quán)利要求36的方法，還包括通過(guò)確定從沿飛行路徑的位置相對(duì)于在范圍內(nèi)相鄰的單位質(zhì)量-電荷比值的關(guān)系得到的在分開(kāi)的檢測(cè)器之間的分開(kāi)的距離，來(lái)安排分開(kāi)的離子檢測(cè)器，以提供用于其它特定質(zhì)量-電荷比分辨率的一個(gè)質(zhì)量單位。
全文摘要
用于質(zhì)譜分光儀中的一種飛行距離(DOF)方法，在其中各種離子質(zhì)量之間的分辨是在空間而不是在時(shí)間上完成的。分開(kāi)的檢測(cè)器與每個(gè)離子質(zhì)量分辨單元有關(guān)。DOF質(zhì)譜儀可以用作級(jí)聯(lián)裝置中的一個(gè)單元，該級(jí)聯(lián)裝置具有對(duì)于從源提取的每個(gè)離子束產(chǎn)生全部二維先驅(qū)物/生成物譜的能力。“飛行距離”(DOF)質(zhì)量分析器具有離子存儲(chǔ)裝置(21)，其用于把離子提取電壓脈沖施加到所述存儲(chǔ)裝置(22，23)、無(wú)場(chǎng)區(qū)域和檢測(cè)器(29)，它與飛行時(shí)間(TOF)質(zhì)量分析結(jié)合使用以用于先驅(qū)物和生成物擴(kuò)散。所有先驅(qū)物離子可以同時(shí)經(jīng)受質(zhì)量改變反應(yīng)，而仍舊保持關(guān)于特定先驅(qū)物m/z值的基本信息，每個(gè)生成物m/z值是從該特定的先驅(qū)物m/z值發(fā)出的。通過(guò)使用二維檢測(cè)器，來(lái)自所有先驅(qū)物的所有的生成物離子可以針對(duì)被分析的每個(gè)離子束而被檢測(cè)。
文檔編號(hào)H01J49/40GK1871686SQ200480013676
公開(kāi)日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月20日
發(fā)明者C·恩克 申請(qǐng)人:新墨西哥大學(xué)科學(xué)和技術(shù)公司