高占空比離子光譜儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】提供了一種離子光譜儀，該離子光譜儀包括：一個(gè)離子源，該離子源被安排為連續(xù)地產(chǎn)生具有第一質(zhì)荷比范圍的離子；以及一個(gè)離子阱，該離子阱被安排為沿著一條軸線接收來(lái)自該離子源的離子，并且與該軸線正交地噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子，該第二質(zhì)荷比范圍比該第一質(zhì)荷比范圍更窄。在某些實(shí)施方案中，該離子源產(chǎn)生的離子連續(xù)地流入該離子阱中。另外地或可替代地，離子光學(xué)器件接收從該離子阱噴射的離子并且在沒(méi)有實(shí)質(zhì)性碎裂的情況下冷卻這些離子。一個(gè)離子分析器接收從該離子阱或離子光學(xué)器件噴射的離子并且根據(jù)這些離子的至少一種特性來(lái)分離這些離子。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高占空比離子光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離子光譜儀(諸如離子遷移光譜儀)或一種質(zhì)譜儀，該離子光譜儀或質(zhì)譜儀具體地包括一個(gè)順序掃描質(zhì)量分析器，諸如四極濾質(zhì)器、扇形磁場(chǎng)、多反射飛行時(shí)間以及靜電阱質(zhì)量分析器。
[0002]發(fā)明背景
[0003]現(xiàn)今的連續(xù)離子源在電噴射電離(ESI)、光致電離(PI)和大氣壓化學(xué)電離(APCI)源的情況下提供最聞達(dá)每秒IO9的尚子，在電子電尚(EI)源的情況下提供最聞達(dá)每秒IOici的離子，并且在電感耦合等離子體(ICP)離子源的情況下提供最高達(dá)每秒IO11的離子。令人希望的是，在連續(xù)的基礎(chǔ)上，在不浪費(fèi)離子的情況下將獲得對(duì)于來(lái)自這些離子源的離子的質(zhì)量分析的最高靈敏度以及分析速度。
[0004]順序掃描質(zhì)量分析器包括一個(gè)濾質(zhì)器，該濾質(zhì)器在給定的時(shí)間傳輸僅具有窄的質(zhì)荷比范圍的離子。因此，此類(lèi)分析器浪費(fèi)了任何不具有所被傳輸?shù)馁|(zhì)荷比的離子，因?yàn)檫@些離子被損失了。
[0005]這意味著，當(dāng)進(jìn)行需要分析多種目標(biāo)化合物的量化分析時(shí)，使用此類(lèi)分析器的現(xiàn)有質(zhì)譜儀以低占空比(典型地在0.1%與10%之間)運(yùn)行。當(dāng)分析器占空比如此之低時(shí)，使用連續(xù)離子源(諸如電噴射電離源)可能意味著離子被浪費(fèi)。
[0006]盡管如此，順序掃描質(zhì)量分析器提供了與替代物相比改進(jìn)的線性度和動(dòng)態(tài)范圍。因此，希望的是改進(jìn)此類(lèi)質(zhì)譜儀的占空比。關(guān)于其他類(lèi)型的離子光譜儀，諸如離子遷移光譜儀或質(zhì)譜儀，也出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題，其中占空比的改進(jìn)可能是尤其有益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)此背景，本發(fā)明提供了一種離子光譜儀，該離子光譜儀包括一個(gè)離子源，該離子源被安排為連續(xù)地產(chǎn)生具有第一質(zhì)荷比范圍的離子；一個(gè)離子阱，該離子阱被安排為沿著一條軸線接收來(lái)自該離子源的離子，并且與該軸線正交地噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子，該第二質(zhì)荷比范圍比該第一質(zhì)荷比范圍更窄；一個(gè)電源，該電源聯(lián)接到該離子源和離子阱，以便提供一個(gè)電勢(shì)使該離子源產(chǎn)生的離子連續(xù)地流進(jìn)該離子阱；以及一個(gè)離子分析器，該離子分析器被安排為接收從該離子阱噴射的離子并且根據(jù)這些離子的至少一種特性來(lái)分離這些離子。
[0008]該離子源產(chǎn)生具有寬質(zhì)荷比范圍的連續(xù)離子束并且被聯(lián)接到該離子阱上，使得來(lái)自該源的離子以不間斷的流進(jìn)入該離子阱。從該離子阱噴射具有窄質(zhì)荷比范圍的離子，與此同時(shí)，可以連續(xù)儲(chǔ)存該離子阱接收的其他離子并且準(zhǔn)備用于將來(lái)的噴射。這樣，該離子阱充當(dāng)了連續(xù)填充阱和預(yù)濾質(zhì)器的組合。
[0009]因此，分析器不需要的離子沒(méi)有被浪費(fèi)，而是可以被儲(chǔ)存用于在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻噴射。由于可以用更多在分析范圍內(nèi)的離子來(lái)將分析器填充至其空間電荷容量極限，這還可以改進(jìn)光譜儀的動(dòng)態(tài)范圍。這還使得在更短的時(shí)間間隔內(nèi)達(dá)到檢測(cè)限。
[0010]而且，通過(guò)從離子阱正交地噴射離子，可以將該離子阱緊密聯(lián)接到分析器。這也減少了離子的浪費(fèi)并且改進(jìn)了速度。合起來(lái)，這些優(yōu)點(diǎn)允許更多離子在更短的時(shí)間間隔內(nèi)被有效地處理，使得光譜儀可以獲得高的占空比。
[0011]從而本發(fā)明提供了對(duì)接近在給定時(shí)刻所感興趣的m/z窗口數(shù)的占空比的有效改進(jìn)。典型地，將占空比改進(jìn)至10%與20%之間。
[0012]在離子從阱噴射與特定m/z比的離子到達(dá)該阱并不緊密相關(guān)的條件下，如在此所用的術(shù)語(yǔ)“連續(xù)的”還可以涉及準(zhǔn)連續(xù)的、間歇的或甚至脈沖的離子電流。
[0013]有利的是，該電源進(jìn)一步被安排為向該離子阱提供一個(gè)RF電勢(shì)，以便產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，該電場(chǎng)具有一個(gè)在與沿其噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子的軸線正交的維度內(nèi)的準(zhǔn)勢(shì)阱。當(dāng)離子被注入該離子阱中時(shí)，它們的徑向能量沒(méi)有高到足以從該RF場(chǎng)形成的準(zhǔn)勢(shì)阱逃逸。由于這些離子之后在其停留在該阱內(nèi)期間冷卻，它們的徑向能量變得甚至更低。有利地，由離子源與離子阱之間的DC電勢(shì)使這些離子進(jìn)入該阱。以此方式，可以連續(xù)地將離子儲(chǔ)存在離子阱中，并且同時(shí)根據(jù)它們的質(zhì)荷比選擇性地將其從該離子阱噴射。
[0014]在優(yōu)選實(shí)施方案中，該光譜儀進(jìn)一步包括:被安排為接收從該離子阱噴射的離子并且冷卻這些離子的離子光學(xué)器件。優(yōu)選地，該離子光學(xué)器件被安排為在沒(méi)有實(shí)質(zhì)性碎裂的情況下冷卻這些離子。此外，離子分析器此時(shí)可以被安排為接收來(lái)自該離子光學(xué)器件的離子。在離子阱與離子分析器之間放置用以冷卻離子的離子光學(xué)器件，降低了這些離子的能量并且實(shí)現(xiàn)了其準(zhǔn)確分析。
[0015]在第二方面中，本發(fā)明可在于一種離子光譜儀，該離子光譜儀包括:一個(gè)離子源，該離子源被安排為產(chǎn)生具有第一質(zhì)荷比范圍的離子；一個(gè)離子阱，該離子阱被安排為沿著一條軸線接收來(lái)自該離子源的離子，并且與該軸線正交地噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子，該第二質(zhì)荷比范圍比該第一質(zhì)荷比范圍更窄；離子光學(xué)器件，該離子光學(xué)器件被安排為接收從該離子阱噴射的離子并且在沒(méi)有實(shí)質(zhì)性碎裂的情況下冷卻這些離子；以及一個(gè)離子分析器，該離子分析器被安排為接收從該離子光學(xué)器件噴射的離子并且根據(jù)這些離子的至少一種特性分離這些離子。
[0016]離子光學(xué)器件作為冷卻導(dǎo)引器的使用使這種安排在具有高占空比的情況下適用于簡(jiǎn)單的光譜測(cè)定法。
[0017]本發(fā)明特別適合于高空間電荷密度，例如每秒傳輸多于IO8電荷通過(guò)離子阱。這樣的目的可能在于改進(jìn)離子源對(duì)于下游分析器的有效亮度。從離子阱噴射的第二質(zhì)荷比范圍的離子內(nèi)的峰值離子電流比在該離子阱處從離子源收集的第二質(zhì)荷比范圍的離子內(nèi)的平均電流高至少5、10、或20倍。另外地或可替代地，由濾質(zhì)器接收的平均離子電流可以為至少ΙΟρΑ。
[0018]可以用多種方式獲得高空間電荷密度。例如，可以將阱或離子光學(xué)器件中的棒電極的長(zhǎng)度選為相當(dāng)大的，諸如幾百毫米。此外，該棒電極的內(nèi)切圓半徑可以是大的并且俘獲頻率可以是高的。當(dāng)迅速掃描出離子時(shí)，可以進(jìn)一步改進(jìn)效果。另外，在質(zhì)量分析器的情況下，可能危害掃描過(guò)程中質(zhì)量選擇的分辨率。
[0019]在共同轉(zhuǎn)讓的專(zhuān)利US-7，157,698中示出了一種與本發(fā)明類(lèi)似的配置。但是，此專(zhuān)利涉及的是串聯(lián)質(zhì)譜法。在那種情況下，將離子從離子阱噴射到碰撞室中，在該碰撞室中至少部分離子被碎裂。其中表明，串聯(lián)質(zhì)譜法中正交的離子選擇性噴射典型地允許了高得多的噴射效率、高得多的掃描速率、對(duì)于離子數(shù)的更好控制以及更高的空間電荷容量。然而，以前并不懂得，這些優(yōu)勢(shì)也可以適用于單一質(zhì)譜法。但是，如以上所討論的，通過(guò)將離子從離子阱噴射到離子光學(xué)器件以進(jìn)行冷卻，對(duì)于單一質(zhì)譜法同樣可以獲得類(lèi)似優(yōu)勢(shì)，尤其當(dāng)實(shí)現(xiàn)高的空間電荷密度時(shí)。在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中，該離子源可以是一個(gè)連續(xù)離子源，并且該離子阱沿著該軸線連續(xù)地接收來(lái)自該離子源的離子。
[0020]多個(gè)任選的、優(yōu)選的并且有利的特征可以應(yīng)用于這兩方面之任一者。現(xiàn)在在下面討論這些特征中的一些。
[0021]本發(fā)明尤其適用于包括一個(gè)質(zhì)量分析器、濾質(zhì)器、離子遷移分析器或其任意組合的光譜儀。在某些實(shí)施方案中，離子分析器包括(或者是)一個(gè)濾質(zhì)器或質(zhì)量分析器。在優(yōu)選實(shí)施方案中，離子分析器包括(或者是)一個(gè)順序掃描濾質(zhì)器，該順序掃描濾質(zhì)器被安排為接收從離子阱噴射的離子并且根據(jù)它們的質(zhì)荷比來(lái)順序傳輸離子。另外地或可替代地，離子分析器包括一個(gè)離子遷移分析器。
[0022]優(yōu)選地，離子阱被進(jìn)一步安排為儲(chǔ)存所接收的離子并且繼續(xù)儲(chǔ)存任何沒(méi)有被噴射的所接收的離子。
[0023]在優(yōu)選實(shí)施方案中，該離子阱包括一個(gè)電源以及多個(gè)電極。該電源可以被安排為將以下的一者或多者供應(yīng)給該多個(gè)電極:DC電勢(shì)、RF電勢(shì)、以及激發(fā)電勢(shì)。當(dāng)該電源將激發(fā)電勢(shì)施加到該多個(gè)電極上時(shí)，可以將該電源進(jìn)一步安排為使得該激發(fā)電勢(shì)讓具有第二質(zhì)荷比范圍的離子從離子阱被噴射。通過(guò)其軸向激發(fā)引起的離子的噴射同時(shí)還可以幫助允許連續(xù)填充離子阱。只有儲(chǔ)存在離子阱中、與由該激發(fā)電勢(shì)產(chǎn)生的跨越這些電極(優(yōu)選棒)的場(chǎng)諧振的離子將獲得徑向能量。此能量將增長(zhǎng)，直到它們克服RF場(chǎng)產(chǎn)生的準(zhǔn)勢(shì)阱從該離子阱被噴射。通過(guò)改變激發(fā)電勢(shì)的頻率，可以噴射不同質(zhì)荷比的離子。優(yōu)選地，離子阱包括一個(gè)四極離子阱。
[0024]以此方式，離子以‘帶狀’束被噴射通過(guò)這些電極的整個(gè)長(zhǎng)度。這產(chǎn)生了改進(jìn)的更少依賴(lài)于空間電荷的離子噴射能。此外，這在不危害其噴射性能、速度或效率的情況下，增大了離子阱的空間電荷容量。這樣一種安排對(duì)于以上討論的高空間電荷密度的實(shí)施方案是尤其有利的。
[0025]有利地，離子光學(xué)器件包括一個(gè)被安排為接收來(lái)自離子阱的離子的碰撞冷卻導(dǎo)引器。此碰撞冷卻導(dǎo)引器可以包括一種氣體，并且被安排為使離子與該氣體碰撞以便冷卻這些離子，并且將這些離子噴射到離子分析器。有益地，離子阱和碰撞冷卻導(dǎo)引器共用一個(gè)公共殼體。優(yōu)選地，該碰撞冷卻導(dǎo)引器包括一個(gè)RF離子導(dǎo)引器。則離子仍然有效地在其行進(jìn)過(guò)程中被冷卻，從而準(zhǔn)備好注入質(zhì)量分析器或離子遷移分析器中。因此，本發(fā)明可以代表四極與線性阱技術(shù)的融合。
[0026]優(yōu)選地，離子阱包括一個(gè)出口狹縫，并且碰撞冷卻導(dǎo)引器包括一個(gè)入口狹縫。則該離子阱的出口狹縫有利地位于該碰撞冷卻導(dǎo)引器的入口狹縫相鄰處。
[0027]離子光學(xué)器件(在優(yōu)選實(shí)施例中為一個(gè)碰撞冷卻導(dǎo)引器)優(yōu)選地被安排為沿著主軸線接收來(lái)自離子阱的離子并且沿著副軸線噴射離子，該副軸線與該主軸線實(shí)質(zhì)上正交。任選地，碰撞冷卻導(dǎo)引器的副軸線可以與離子阱的軸線平行。
[0028]當(dāng)碰撞冷卻導(dǎo)引器是一個(gè)RF離子導(dǎo)引器時(shí)，此RF離子導(dǎo)引器可以包括一個(gè)電源以及多個(gè)電極。此時(shí)可以將該電源安排為向該多個(gè)電極供應(yīng)DC電勢(shì)，使得沿著該主軸線產(chǎn)生一個(gè)勢(shì)講。這使離子被俘獲于碰撞冷卻導(dǎo)引器中以有效冷卻。[0029]根據(jù)另一方面，本發(fā)明可在于一種離子光譜測(cè)定方法，該方法包括:在一個(gè)離子源中連續(xù)地產(chǎn)生具有第一質(zhì)荷比范圍的離子；在一個(gè)離子阱處沿著一條軸線連續(xù)地接收來(lái)自該離子源的離子；與該軸線正交地從該離子阱噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子，該第二質(zhì)荷比范圍比該第一質(zhì)荷比范圍更窄；并且在一個(gè)離子分析器處接收從該離子阱噴射的離子。
[0030]有利地，該方法進(jìn)一步包括通過(guò)向該離子阱提供一個(gè)RF電勢(shì)從而產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)來(lái)儲(chǔ)存沿著該軸線在該離子阱處接收的離子，該電場(chǎng)具有一個(gè)在與沿其噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子的軸線正交的維度內(nèi)的準(zhǔn)勢(shì)阱。
[0031]在優(yōu)選實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括:在離子光學(xué)器件處接收從該離子阱噴射的離子；在該離子光學(xué)器件處冷卻所接收的離子；并且向該離子分析器噴射已冷卻的離子。優(yōu)選地，冷卻離子的步驟是在沒(méi)有離子的實(shí)質(zhì)性碎裂的情況下進(jìn)行的。
[0032]在又另一方面中，本發(fā)明可在于一種質(zhì)譜方法，該方法包括:在一個(gè)離子源中產(chǎn)生具有第一質(zhì)荷比范圍的離子；在一個(gè)離子阱處沿著一條軸線接收來(lái)自該離子源的離子；與該軸線正交地從該離子阱噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子，該第二質(zhì)荷比范圍比該第一質(zhì)荷比范圍更窄；在離子光學(xué)器件處接收從該離子阱噴射的離子；在沒(méi)有實(shí)質(zhì)性碎裂的情況下在該離子光學(xué)器件處對(duì)所接收的離子進(jìn)行冷卻；向一個(gè)離子分析器噴射已冷卻的離子；并且在該離子分析器處接收從該離子光學(xué)器件噴射的離子。
[0033]多個(gè)任選、優(yōu)選并且有利的特征可適用于這兩種方法方面之任一者。現(xiàn)在在下面討論這些特征中的一部分。
[0034]在某些實(shí)施方案中，該離子分析器包括(或者是)一個(gè)濾質(zhì)器。優(yōu)選地，離子分析器包括(或者是)一個(gè)順序掃描濾質(zhì)器。則該方法可以進(jìn)一步包括根據(jù)其質(zhì)荷比從該順序掃描濾質(zhì)器順序地噴射離子。另外地或可替代地，該離子分析器包括(或者是)一個(gè)離子遷移分析器。
[0035]任選地，該離子光學(xué)器件可以包括一個(gè)包含氣體的碰撞冷卻導(dǎo)引器。則冷卻離子的步驟可以包括使這些離子與該氣體碰撞從而冷卻這些離子。在某些實(shí)施方案中，離子阱和碰撞冷卻導(dǎo)引器可以共用一個(gè)公共殼體。優(yōu)選地，碰撞冷卻導(dǎo)引器包括一個(gè)RF離子導(dǎo)引器。更優(yōu)選地，離子阱包括一個(gè)出口狹縫而碰撞冷卻導(dǎo)引器包括一個(gè)入口狹縫，并且該離子阱的出口狹縫位于該碰撞冷卻導(dǎo)引器的入口狹縫相鄰處。
[0036]在優(yōu)選實(shí)施方案中，沿著一個(gè)主軸線進(jìn)行在離子光學(xué)器件處接收來(lái)自離子阱的離子的步驟，并且沿著一個(gè)副軸線進(jìn)行從該離子光學(xué)器件噴射離子的步驟。有利地，該副軸線與該主軸線正交。有益地，沿其從該離子光學(xué)器件噴射離子的副軸線與沿其接收來(lái)自離子源的離子的該離子阱的軸線平行。
[0037]在離子光學(xué)器件包括一個(gè)RF離子導(dǎo)引器的實(shí)施方案中，在該離子光學(xué)器件處接收離子的步驟任選地包括，向該RF離子導(dǎo)引器的多個(gè)電極施加DC電勢(shì)，使得沿著該主軸線產(chǎn)生一個(gè)勢(shì)講。
[0038]在某些實(shí)施方案中，從離子阱噴射的第二質(zhì)荷比范圍的離子內(nèi)的峰值離子電流比在該離子阱處接收的來(lái)自離子源的第二質(zhì)荷比范圍的離子內(nèi)的平均電流高至少5、10、或20倍。另外地或可替代地，離子分析器接收的平均離子電流為至少ΙΟρΑ。
[0039]優(yōu)選地，該方法還包括:儲(chǔ)存在該離子阱處接收的離子；并且繼續(xù)儲(chǔ)存在該離子阱處接收的沒(méi)有從該離子阱噴射的任何離子。任選地，第二質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子數(shù)目不多于第一質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子數(shù)目的10%。
[0040]如在此所用，與離子阱的軸線正交的噴射應(yīng)理解為意指包括中心大體上在與該離子阱的軸線正交的角度上的噴射角范圍的噴射。該離子阱的軸線優(yōu)選是直的，但可以是彎曲的。在離子阱的軸線是彎曲的實(shí)施方案中，每個(gè)點(diǎn)處沿著該離子阱的軸線的噴射大體上在與該離子阱在該點(diǎn)處的局部軸線正交的一個(gè)角度上定中心。噴射角大體上在與離子阱正交的角度上定中心，但舉例來(lái)說(shuō)，在離子源與離子阱之間有助于離子阱的連續(xù)填充的電勢(shì)的存在可能引入偏斜角。
[0041]彎曲軸線可以提供加速將離子從冷卻導(dǎo)引器向四極濾質(zhì)器或其他裝置傳輸?shù)囊嫣?。偏斜角也可能由于傳輸過(guò)程中任何剩余軸向能量(尤其在低氣體壓力下)、或離子光學(xué)器件的聚焦作用而產(chǎn)生。
[0042]還應(yīng)理解的是，本發(fā)明并不限于所明確披露的特征的特定組合，而是還有獨(dú)立描述的以及本領(lǐng)域技術(shù)人員可能一起實(shí)現(xiàn)的特征的任意組合。
[0043]附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0044]可以用多種方式實(shí)施本發(fā)明，現(xiàn)在將僅以舉例的方式并且參照附圖來(lái)描述其中一種方式，其中:
[0045]圖1示出了說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方案的示意圖；
[0046]圖2示出了說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施方案的示意圖；
[0047]圖3示出了根據(jù)圖1和2的示意圖的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的俯視圖；
[0048]圖4示出了圖3的實(shí)施方案的側(cè)視圖；
[0049]圖5示出了本發(fā)明的一個(gè)替代性實(shí)施方案的圖4的側(cè)視圖；
[0050]圖6示出了圖3、4和5的實(shí)施方案在高占空比模式下工作時(shí)電勢(shì)對(duì)距離的曲線圖。
[0051]優(yōu)選實(shí)施方案的具體i兌明
[0052]首先參照?qǐng)D1，示出了說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方案的示意圖。
[0053]質(zhì)譜儀10包括一個(gè)離子源20、一個(gè)離子阱40、以及一個(gè)順序掃描質(zhì)量分析器60。離子源20連續(xù)地產(chǎn)生具有第一質(zhì)荷比范圍的離子30。離子阱40連續(xù)地接收具有第一質(zhì)荷比范圍的離子30，并且正交地噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子50。該第二質(zhì)荷比范圍比該第一質(zhì)荷比范圍更窄。然后由順序掃描質(zhì)量分析器60接收離子50用于分析。
[0054]接著參照?qǐng)D2，示出了說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施方案的示意圖。
[0055]質(zhì)譜儀10’包括一個(gè)離子源20、一個(gè)離子阱40、一個(gè)冷卻導(dǎo)引器45以及一個(gè)順序掃描質(zhì)量分析器60。離子源20產(chǎn)生具有第一質(zhì)荷比范圍的離子30。離子阱40接收具有第一質(zhì)荷比范圍的離子30，并且向冷卻導(dǎo)引器45正交地噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子50。該第二質(zhì)荷比范圍比該第一質(zhì)荷比范圍更窄。冷卻導(dǎo)引器45在沒(méi)有實(shí)質(zhì)性碎裂的情況下冷卻所接收的離子50。典型地將這些離子的能量降低到幾eV或甚至小于leV。將已冷卻的離子48軸向噴射到順序掃描質(zhì)量分析器60用于分析。
[0056]現(xiàn)在參照?qǐng)D3，示出了根據(jù)圖1和2的示意圖的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的俯視圖。當(dāng)示出與圖1的那些相同的部件時(shí)，使用同樣的參考號(hào)。
[0057]離子源20噴射具有第一質(zhì)荷比范圍的離子30。四極離子阱100接收離子30，并且向碰撞冷卻導(dǎo)引器110正交地噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子50。從碰撞冷卻導(dǎo)引器110向質(zhì)量分析器60噴射已冷卻的離子120。
[0058]離子30從離子源20連續(xù)地進(jìn)入四極離子阱100。這是通過(guò)離子源20與離子阱100的入口之間的DC電勢(shì)梯度來(lái)進(jìn)行的。四極離子阱100充有氣體并且包括多個(gè)棒105。這些棒上的電勢(shì)使具有第二質(zhì)荷比范圍的離子50被噴射到碰撞冷卻導(dǎo)引器110。碰撞冷卻導(dǎo)引器110包括多個(gè)棒115。這些棒上的電勢(shì)使離子120被軸向地噴射到質(zhì)量分析器60。
[0059]圖4示出了圖2的實(shí)施方案的側(cè)視圖，提供了棒105和棒115上電勢(shì)如何配置的更多息。
[0060]四極離子阱100充當(dāng)一個(gè)激發(fā)導(dǎo)引器。向多個(gè)棒105提供DC和RF電勢(shì)，這些電勢(shì)產(chǎn)生一個(gè)保持所接收的離子30的俘獲電場(chǎng)。這產(chǎn)生了一個(gè)準(zhǔn)勢(shì)壘將離子30與相鄰的碰撞冷卻導(dǎo)引器110分開(kāi)。
[0061]當(dāng)離子被注入四極離子阱100中時(shí)，它們的徑向能量沒(méi)有高到足以從由這些RF電勢(shì)形成的準(zhǔn)勢(shì)壘逃逸。當(dāng)這些離子冷卻時(shí)，它們的徑向能量變得甚至更低。因此，這些離子被俘獲在離子阱100中。
[0062]還向多個(gè)棒105提供一個(gè)激發(fā)電勢(shì)。該激發(fā)電勢(shì)引發(fā)了快速低質(zhì)量的諧振激發(fā)，使得只有具有一定質(zhì)荷比(m/z)子范圍的離子獲得足以克服該準(zhǔn)勢(shì)壘的徑向能量并且因此從該阱通過(guò)一個(gè)出口狹縫被正交地噴射。通過(guò)改變激發(fā)頻率，可以噴射不同m/z的離子。這可以用與共同轉(zhuǎn)讓的專(zhuān)利US-7，157,698中描述的四極離子阱相似的方式來(lái)操作。然而，由于如以上所說(shuō)明的在離子源20與離子阱100之間施加了 DC電勢(shì)，即使在此噴射過(guò)程期間，離子繼續(xù)進(jìn)入該阱。此連續(xù)注入有利地與離子的所選子集的正交噴射相結(jié)合地進(jìn)行。
[0063]這在圖6中說(shuō)明，圖6示出了圖3、4和5的實(shí)施方案在高占空比模式下操作時(shí)電勢(shì)對(duì)距離的曲線圖。曲線200表示橫向于棒105的方向上的DC電勢(shì)。曲線210顯示該準(zhǔn)勢(shì)壘。典型地，以此方式只有總質(zhì)量范圍的5% -10%被正交地噴射。
[0064]冷卻并且儲(chǔ)存剩余在四極離子阱100中的離子，直到輪到它們，或者直到例如通過(guò)降低RF電勢(shì)或通過(guò)消除冷卻導(dǎo)引器110中的DC勢(shì)壘來(lái)清除所有離子。
[0065]RF贗勢(shì)與RF振幅的平方成正比。當(dāng)RF頻率固定時(shí)，如果振幅增大到兩倍，則RF贗勢(shì)阱表現(xiàn)為四倍深。如此，AC振幅應(yīng)增大到四倍并且AC頻率增大到兩倍。
[0066]再回到圖3,碰撞冷卻導(dǎo)引器110充有氣體,具有大的寬度并且包括多個(gè)棒115。離子在橫向于棒115的方向上從四極離子講100進(jìn)入導(dǎo)引器110。向棒115提供一個(gè)在此橫向方向上的減速DC場(chǎng)以使離子進(jìn)入導(dǎo)引器110時(shí)具有足夠的行進(jìn)長(zhǎng)度。碰撞冷卻導(dǎo)引器110配備有一個(gè)出口 130。
[0067]在此實(shí)質(zhì)長(zhǎng)度上與氣體的碰撞使離子能量衰減，并且它們弛豫至DC勢(shì)阱220的底部，這在圖6中說(shuō)明。此阱與冷卻導(dǎo)引器的出口 130對(duì)齊。這允許離子120離開(kāi)此導(dǎo)引器進(jìn)入質(zhì)量分析器60。
[0068]在這樣的實(shí)施方案中，用于激發(fā)以及在源20與質(zhì)量分析器60之間的傳輸?shù)目倳r(shí)間不多于幾毫秒。質(zhì)量分析器中的停留時(shí)間也小于I到3ms。碰撞冷卻導(dǎo)引器110中的氣體壓力在0.001與0.0lmbar之間。壓力乘以長(zhǎng)度在0.03與0.5mbar*mm之間。
[0069]碰撞冷卻導(dǎo)引器110中的氣體優(yōu)選是以下的一種或多種:氦氣、氮?dú)狻輾?。?yōu)選棒105和棒115截面是圓的或截面總體上是圓的，具有朝向軸線的雙曲線輪廓以及1.5至3mm之間的直徑。四極離子阱100中相鄰棒105的中心之間的距離是其直徑的1.3至2倍之間。碰撞冷卻導(dǎo)引器110中相鄰棒105的中心之間的距離是四極離子阱100中相鄰棒之間的距離的1.5至3倍之間。圖3中示出的六對(duì)棒中的部分或所有可以是分段的(sectioned)。
[0070]四極離子阱100的質(zhì)量分辨力在10與20之間。這低于質(zhì)量分析器60的質(zhì)量分辨力。覆蓋全部質(zhì)量范圍的總循環(huán)時(shí)間在30至50ms之間。因此，空間電荷對(duì)激發(fā)過(guò)程的影響并不會(huì)超出可用范圍。
[0071]激發(fā)導(dǎo)引器100和碰撞冷卻導(dǎo)引器110的長(zhǎng)度為30至100mm。這在希望使空間電荷容量最大化同時(shí)取得改進(jìn)的向質(zhì)量分析器的離子傳輸速度之間提供了平衡。
[0072]現(xiàn)在參照?qǐng)D5，示出了本發(fā)明的一個(gè)替代性實(shí)施方案的圖4的側(cè)視圖。在該冷卻導(dǎo)引器中還引入了多個(gè)葉片。對(duì)于本實(shí)施方案，處于完全過(guò)渡(full transition)模式的電極電壓可以如下。
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種離子光譜儀，該離子光譜儀包括: 一個(gè)離子源，該離子源被安排為連續(xù)地產(chǎn)生具有第一質(zhì)荷比范圍的離子； 一個(gè)離子阱，該離子阱被安排為沿著一條軸線接收來(lái)自該離子源的離子，并且與該軸線正交地噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子，該第二質(zhì)荷比范圍比該第一質(zhì)荷比范圍更窄；一個(gè)電源，該電源聯(lián)接到該離子源和離子阱，以便提供一個(gè)電勢(shì)致使該離子源產(chǎn)生的離子連續(xù)地流進(jìn)該離子阱；以及 一個(gè)離子分析器，該離子分析器被安排為接收從該離子阱噴射的離子并且根據(jù)這些離子的至少一種特性來(lái)分離這些離子。
2.如權(quán)利要求1所述的離子光譜儀，其中該電源被進(jìn)一步安排為向該離子阱提供一個(gè)RF電勢(shì)，以便產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，該電場(chǎng)具有一個(gè)在與沿其噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子的軸線正交的維度內(nèi)的準(zhǔn)勢(shì)阱。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的離子光譜儀，該離子光譜儀進(jìn)一步包括: 離子光學(xué)器件，該離子光學(xué)器件被安排為接收從該離子阱噴射的離子并且冷卻這些離子；并且 其中該離子分析器被安排為接收來(lái)自該離子光學(xué)器件的離子。
4.一種離子光譜儀，該離子光譜儀包括: 一個(gè)離子源，該離子源被安排為產(chǎn)生具有第一質(zhì)荷比范圍的離子； 一個(gè)離子阱，該離子阱被安排為沿著一條軸線接收來(lái)自該離子源的離子，并且與該軸線正交地噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子，該第二質(zhì)荷比范圍比該第一質(zhì)荷比范圍更窄；離子光學(xué)器件，該離子光學(xué)器件被安排為接收從該離子阱噴射的離子并且在沒(méi)有實(shí)質(zhì)性碎裂的情況下冷卻這些離子；以及 一個(gè)離子分析器，該離子分析器被安排為接收從該離子光學(xué)器件噴射的離子并且根據(jù)這些離子的至少一種特性來(lái)分離這些離子。
5.如權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的離子光譜儀，其中該離子光學(xué)器件包括一個(gè)碰撞冷卻導(dǎo)引器,該碰撞冷卻導(dǎo)引器包括一種氣體并且被安排為接收來(lái)自該離子講的離子，以便致使這些離子與該氣體碰撞從而冷卻這些離子，并且向該順序掃描濾質(zhì)器噴射這些離子。
6.如權(quán)利要求5所述的離子光譜儀,其中該離子講和碰撞冷卻導(dǎo)引器共用一個(gè)公共殼體。
7.如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的離子光譜儀,其中該碰撞冷卻導(dǎo)引器包括一個(gè)RF離子導(dǎo)引器。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的離子光譜儀，其中該離子阱包括一個(gè)出口狹縫而該碰撞冷卻導(dǎo)引器包括一個(gè)入口狹縫，并且其中該離子阱的出口狹縫位于該碰撞冷卻導(dǎo)引器的入口狹縫相鄰處。
9.如權(quán)利要求3至8中任一項(xiàng)所述的離子光譜儀，其中該離子光學(xué)器件被安排為沿著一個(gè)主軸線接收來(lái)自該離子阱的離子并且沿著一個(gè)副軸線噴射離子，該副軸線與該主軸線正交。
10.如權(quán)利要求9所述的離子光譜儀，其中該離子光學(xué)器件的副軸線與該離子阱的軸線平行。
11.如權(quán)利要求9或10所述的離子光譜儀，其中該離子光學(xué)器件包括一個(gè)RF離子導(dǎo)引器，并且其中該RF離子導(dǎo)引器包括一個(gè)電源以及多個(gè)電極，該電源被安排為向該多個(gè)電極供應(yīng)DC電勢(shì)，使得沿著該主軸線產(chǎn)生一個(gè)勢(shì)阱。
12.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的離子光譜儀，其中從該離子阱噴射的第二質(zhì)荷比范圍的離子內(nèi)的峰值離子電流比在該離子阱處接收的來(lái)自該離子源的第二質(zhì)荷比范圍的離子內(nèi)的平均電流高至少5、10、或20倍。
13.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的離子光譜儀，其中該離子分析器接收的平均離子電流為至少ΙΟρΑ。
14.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的離子光譜儀，其中該離子阱被進(jìn)一步安排為儲(chǔ)存所接收的離子并且繼續(xù)儲(chǔ)存任何沒(méi)有被噴射的所接收的離子。
15.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的離子光譜儀，其中該離子阱包括一個(gè)電源以及多個(gè)電極，該電源被安排為將一個(gè)DC電勢(shì)、一個(gè)RF電勢(shì)以及一個(gè)激發(fā)電勢(shì)供應(yīng)給該多個(gè)電極，該電源被進(jìn)一步安排為使得該激發(fā)電勢(shì)致使具有第二質(zhì)荷比范圍的離子從該離子阱被噴射。
16.如權(quán)利要求15所述的離子光譜儀，其中該離子阱包括一個(gè)四極離子阱。
17.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的離子光譜儀，其中該離子分析器包括一個(gè)濾質(zhì)器。
18.如權(quán)利要求17所述的離子光譜儀，其中該離子分析器包括一個(gè)順序掃描濾質(zhì)器，該順序掃描濾質(zhì)器被安排為接收從該離子阱噴射的離子并且根據(jù)它們的質(zhì)荷比來(lái)順序地傳輸離子。
19.如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的離子光譜儀，其中該離子分析器包括一個(gè)離子遷移分析器。
20.一種離子光譜測(cè)定方法，該方法包括: 在一個(gè)離子源中連續(xù)地產(chǎn)生具有第一質(zhì)荷比范圍的離子； 在一個(gè)離子阱處沿著一條軸線連續(xù)地接收來(lái)自該離子源的離子； 與該軸線正交地從該離子阱噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子，該第二質(zhì)荷比范圍比該第一質(zhì)荷比范圍更窄；并且 在一個(gè)離子分析器處接收從該離子阱噴射的離子。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，該方法進(jìn)一步包括: 通過(guò)向該離子阱提供一個(gè)RF電勢(shì)從而產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)來(lái)儲(chǔ)存沿著該軸線在該離子阱處接收的離子，該電場(chǎng)具有一個(gè)在與沿其噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子的軸線正交的維度內(nèi)的準(zhǔn)勢(shì)阱。
22.如權(quán)利要求20或權(quán)利要求21所述的方法，該方法進(jìn)一步包括: 在離子光學(xué)器件處接收從該離子阱噴射的離子； 在該離子光學(xué)器件處冷卻所接收的離子；并且 向該離子分析器噴射已冷卻的離子。
23.一種質(zhì)譜方法，該方法包括: 在一個(gè)離子源中產(chǎn)生具有第一質(zhì)荷比范圍的離子； 在一個(gè)離子阱處沿著一條軸線接收來(lái)自該離子源的離子； 與該軸線正交地從該離子阱噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子，該第二質(zhì)荷比范圍比該第一質(zhì)荷比范圍更窄； 在離子光學(xué)器件處接收從該離子阱噴射的離子； 在沒(méi)有實(shí)質(zhì)性碎裂的情況下在該離子光學(xué)器件處對(duì)所接收的離子進(jìn)行冷卻； 向一個(gè)離子分析器噴射已冷卻的離子；并且 在該離子分析器處接收從該離子光學(xué)器件噴射的離子。
24.如權(quán)利要求22 或權(quán)利要求23所述的方法，其中該離子光學(xué)器件包括一個(gè)包含一種氣體的碰撞冷卻導(dǎo)引器，并且其中冷卻這些離子的步驟包括致使這些離子與該氣體碰撞從而冷卻這些離子。
25.如權(quán)利要求22至24中任一項(xiàng)所述的方法，其中沿著一個(gè)主軸線進(jìn)行在該離子光學(xué)器件處接收來(lái)自離子阱的離子的步驟，并且沿著一個(gè)副軸線進(jìn)行從該離子光學(xué)器件噴射離子的步驟，該副軸線與該主軸線正交。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中沿其從該離子光學(xué)器件噴射離子的副軸線與沿其接收來(lái)自該離子源的離子的該離子阱的軸線平行。
27.如權(quán)利要求25或26所述的方法，其中該離子光學(xué)器件包括一個(gè)RF離子導(dǎo)引器，并且其中在該離子光學(xué)器件處接收離子的步驟包括向該RF離子導(dǎo)引器的多個(gè)電極施加DC電勢(shì)，使得沿著該主軸線產(chǎn)生一個(gè)勢(shì)阱。
28.如權(quán)利要求20至27中任一項(xiàng)所述的方法，其中從該離子阱噴射的第二質(zhì)荷比范圍的離子內(nèi)的峰值離子電流比在該離子阱處接收的來(lái)自該離子源的第二質(zhì)荷比范圍的離子內(nèi)的平均電流高至少5、10、或20倍。
29.如權(quán)利要求20至28中任一項(xiàng)所述的方法，其中該離子分析器接收的平均離子電流為至少ΙΟρΑ。
30.如權(quán)利要求20至29中任一項(xiàng)所述的方法，該方法進(jìn)一步包括: 儲(chǔ)存在該離子阱處接收的離子；并且 繼續(xù)儲(chǔ)存在該離子阱處接收的沒(méi)有從該離子阱噴射的任何離子。
31.如權(quán)利要求20至30中任一項(xiàng)所述的方法，其中該第二質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子數(shù)目不多于該第一質(zhì)荷比范圍內(nèi)的離子數(shù)目的10%。
32.如權(quán)利要求20至31中任一項(xiàng)所述的方法，其中該離子阱包括一個(gè)四極離子阱，并且其中從該離子阱噴射具有第二質(zhì)荷比范圍的離子的步驟包括向該四極離子阱的多個(gè)電極施加一個(gè)激發(fā)電勢(shì)，從而致使具有第二質(zhì)荷比范圍的離子從該離子阱被噴射。
33.如權(quán)利要求20至32中任一項(xiàng)所述的方法，其中該離子分析器包括一個(gè)濾質(zhì)器。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中該離子分析器包括一個(gè)順序掃描濾質(zhì)器，該方法進(jìn)一步包括: 根據(jù)其質(zhì)荷比從該順序掃描濾質(zhì)器順序地噴射離子。
35.如權(quán)利要求20至32中任一項(xiàng)所述的方法，其中該離子分析器包括一個(gè)離子遷移分析器。
【文檔編號(hào)】H01J49/06GK103988278SQ201280061435
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月24日
【發(fā)明者】A·A·馬卡洛夫 申請(qǐng)人:塞莫費(fèi)雪科學(xué)（不來(lái)梅）有限公司