本发明专利技术提供了用于将离子从RF离子贮存处推送进入飞行时间质谱仪的飞行管中的方法和装置。推送器池基本上包括两块平行板，两块板均完全开缝为两个电绝缘半板。四个半板可提供有RF电压以沿中心在狭缝之间形成二维四极场，或可提供有DC电压以形成均匀的加速场以喷射离子。RF四极场并非理想场，但足以贮存离子，通过额外的碰撞气体来抑制离子，并在四极场的轴处形成细丝状离子。DC加速场是非常均匀的；可通过外部电极校正狭缝处的轻微变形。理想加速场可获得高质量分辨率，且装置并未显示任何质量歧视。
【技术实现步骤摘要】
飞行时间质谱仪的离子注入装置和方法、以及与其它装置联合的方法
本专利技术涉及推送离子进入飞行时间质谱仪的飞行管的简单方法和装置。
技术介绍
正交发射离子的飞行时间质谱仪(简称“OTOF”)通常具有推动器，其与离子细束的初始飞行方向正交地推动一部分离子细束进入质谱仪的飞行管中。为生成离子细束，离子通常贮存在线性射频(RF)离子阱中，使得其动能减弱，并由3～10伏低电压的透镜型加速器加速。这类操作具有严重缺点：当数万道尔顿范围内的重离子穿过加速器和推送器之间的距离并且推送器已被这些重离子所填充时，数百道尔顿范围内的轻离子已飞行十倍该距离，这样在推送器中的轻离子浓度会被稀释十倍。这一操作显示出非常强的质量歧视。为避免质量歧视，离子可被直接推出贮存装置进入质谱仪的飞行管中。近二十年以来，人们已经知道，可以按以下方式可将离子推出线性RF杆(rod)系统，即离子通过杆之间的一个空隙垂直于杆轴地离开杆系统进入质谱仪的飞行管(参见例如专利US5,763,878,J.Franzen)。该方法并未在质谱实践中被接受，这是因为产生的双极喷射(dipolarejection)会不够精确，会导致低的质谱分辨率。经验表明，双极场中的喷射是至关重要的。当双极喷射场并非是无任何高阶场叠加的绝对均匀场时，质量分辨率会降低。在专利申请公开文件US2013/0009051A1(M.A.Park)中，公开了飞行时间质谱仪的推动装置，其可在近乎理想的四极场(用于贮存离子)和近乎理想的双极场(推出离子)之间切换。通过引用将该公开的全部内容并入本文。但是US2013/0009051A1中的装置包括大量围绕贮存容积的电极，这很难制造，并很难精确提供所需的大量电压。
技术实现思路
本专利技术基于以下认同，对于在飞行时间质谱仪中使用的离子推送器而言，一个非常均匀的推动场是必需的，而四极贮存场的质量不太重要。本专利技术提供了将离子推送进入飞行时间质谱仪的飞行管中的方法和装置，其中该装置对US2013/0009051A1中所示的装置相比大大简化。该专利技术装置包括仅四个电极，基本布置为两块平行板，两块板均完全开缝为两个电绝缘半板。四块半板可提供有RF电压以在狭缝之间沿中心形成二维四极场，或提供有直流电压(DC)以形成理想的双极场来喷射离子。双极场仅在狭缝附近处出现一些变形，并可用板之间的空间以外的校正电极进行较好的校正。相反，对四极场的要求要低很多，其可被具有可观强度的高阶的多极场叠加。但四极场足以贮存离子，通过额外的碰撞气体抑制离子，并在四极场的轴处形成细丝状的离子云。可通过额外电极在一端或两端密闭四极贮存池，从而为离子生成密闭的贮存容积。根据Wiley-McLaren(W.C.WileyandI.H.McLaren:“Time-of-FlightMassSpectrometerwithImprovedResolution”,Rev.Scient.Instr.26,1150(1955))，当关闭RF后，无任何场的一个短暂延迟时间可让离子云扩展，使得开启加速双极场产生公知的相同质量离子的时间聚焦。附图说明图1示出了根据现有技术的飞行时间质谱仪的简略示意图。在离子源1中在大气压下通过喷雾毛细管生成离子，通过入口毛细管进入真空系统，经离子隧道2收集，该离子隧道2引导离子进入到作为离子引导件操作的RF四极杆系统3。透镜系统4形成细束。推送器5使来自一段该细束的离子与其最初飞行方向正交地加速进入到质谱仪的飞行管中，形成小型线性离子云组成的离子束6，该离子云每个具有一种质量的离子。离子束6利用反射器7中速度聚焦而被反射，并利用检测器8测量。质谱仪可用泵9抽空。图2示出了两个拉出器半板10和11和两个推送器半板12和13以及所施加的RF电压的瞬时等势线。RF电压的一个相位与半板10和13连接，而另一相位与半板11和12连接。在中心处，形成一个四极场。图3示出了表示四极场的贮存容积的等位线。当离子的动能被减弱并被碰撞气体加热时，其会在中心处被贮存为细丝。离子垂直于图像平面进入，并被位于装置前方和后方处的电极(不可见)滞留在贮存容积内。图4描述了双极场，其在拉出器板10、11和推送器板12、13上提供DC电压时出现。均匀的双极场在半板之间的狭缝附近稍微变形。图5示出了如何由校正板14及校正板14与推送器半板12、13之间的强校正电压来校正双极场的变形。图6示出了校正板14，其具有沿半板12和13之间的狭缝而延伸的凸起15。通过凸起15，可大大降低用于实现场校正的校正电压。图7添加了进一步加速离子所需的两块加速半板16和17。通过正确选择这些半板处的加速电压、距拉出器半板的距离、以及狭缝宽度，可进一步降低双极场的扰动。启动离子加速的双极场尽可能均匀是必要的。图8示意性地示出了根据本专利技术的原理的推送器设计30，其具有加速板32，用于朝向配有外部电极39和两个内部电极40的Cassini反射器入口狭缝34加速离子云31。离子束35被精确地聚焦至出口狭缝36处，然后被电极37加速至高能，并被离子检测器38检测。Cassini反射器在前端和后端被具有细电极结构的板41和42密闭，以在内部生成充满的Cassini场(参见专利申请DE102013011462,C.尚未公开)。Cassini反射器的优势在于可用仅仅具有300伏数量级的低动能离子来操作，产生长飞行时间和高分辨率。图9示出了电场设置，其中四极场中心更靠近推送器半板(底部)中的狭缝。在拉出器半板(顶部)之间施加的RF电压达500伏，推送器半板之间的RF电压为100伏。在DC场中，离子至拉出器板具有较长的加速路径，并获得更多能量。其甚至可以从略弯曲的DC场开始在空间上聚集离子进入拉出器狭缝。通过不完全校正狭缝附近的DC场由来生成弯曲的DC场。可通过非对称狭缝宽度来生成类似的场形状。图10示意性地示出了根据本专利技术原理的推送器池50，其具有校正板51和加速光阑52、53和54。加速光阑可作为如箭头58至61所示的差动泵送系统的一部分。差动泵送系统保持飞行管57(其压力小于10-6帕斯卡)和推送器池50(其压力约为10-1帕斯卡)之间的压差。在加速光阑52和53之间，离子束56会被偏转聚光器驱动至减速弯道状的弯道55上，以阻碍气流无阻碍通过光阑的狭缝进入飞行管57中。具体实施方式如上所述，本专利技术基于以下认同，对于在飞行时间质谱仪中使用的的离子推送器而言，非常均匀的DC推动场是必需的，而多极RF贮存场的质量不太重要。本专利技术提供将离子推送入飞行时间质谱仪的飞行管中的方法和装置，而该装置相比例如US2013/0009051A1所示的复杂装置大大简化。如图2至7所示，根据本专利技术的原理的装置的必要部件可能包括仅四个电极，其布置为两块平行板，一块拉出器板和一块推送器板，两块板均完全开缝为两块电绝缘半板。拉出器板包括半板10和11，推送器板具有半板12和13。拉出器板和推送器板之间的距离可在2至4毫米之间选择，狭缝宽度可以为0.5至1.0毫米。四块半板可横向提供RF电压的两个相位以在平行于狭缝的中心线处形成二维(线性)四极场，从而形成贮存场。对于拉出器和推送器之间的2.3毫米的距离以及0.7毫米的狭缝宽度，有利的RF电压为+/-300伏。该贮存场并非是理本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于将离子推送进入飞行时间质谱仪的飞行管中的推送器池，其包括：推送器板和拉出器板，两块板均通过狭缝而开缝为电绝缘半板；RF电压生成器，其电压在推送器半板之间施加，以及在拉出器半板之间反相地施加，RF电压在板的狭缝之间生成用于离子的四极贮存容积；以及DC电压生成器，其电压施加在推送器板和拉出器板之间，该DC电压生成加速场。
【技术特征摘要】
2014.06.19 US 14/308,7721.一种用于将离子推送进入飞行时间质谱仪的飞行管中的推送器池，其包括：推送器板和拉出器板，两块板均通过狭缝而开缝为电绝缘半板，所述推送器板的各个半板与第一平面对齐，所述拉出器板的各个半板与第二平面对齐，其中第一平面和第二平面间隔开并且彼此平行；RF电压生成器，其电压在推送器半板之间施加，以及在拉出器半板之间反相地施加，RF电压在板的狭缝之间生成用于离子的四极贮存容积；以及DC电压生成器，其电压施加在推送器板和拉出器板之间，DC电压生成加速场。2.根据权利要求1的推送器池，还包括拉出器板和推送器板之间的空间外的场校正电极。3.根据权利要求1的推送器池，还包括加速光阑组。4.根据权利要求3的推送器池，其中加速光阑作为差动泵送系统的一部分。5.根据权利要求4的推送器池，其中加速光阑包括用于离子的减速弯道状弯道。6.根据权利要求1的推送器池，其中电压生成器能够提供频率相同但幅度不同的两个RF电压，其中一个RF电压施加在拉出器半板之间，而另一个RF电压施加在推送器半板之间。7.根据权利要求1的推送器池，其作为离子引导器来引导进入的离子穿过其RF四极场进入下游装置。8.根据权利要求7的推送器池，其中下游装置为质量分析器。9.一种用于将离子推送进入飞行时间质谱仪的飞行管中的方法，该方法包括以下步骤：提供具有推送器板和拉出器板的推送器池，两块板均通过狭缝而开缝为电绝缘半板；提供施加至推送器半板的RF电压，以及提供施加至拉出器半板的反相电压，RF电压在板槽之间生成四极贮存容积；在贮存容积中提供碰撞气体；用离子填充贮存容积；等待将离子抑制为丝状云；移除RF电压；添加无任何场的延迟时段；以及在推送器板和拉出器板之间施...
【专利技术属性】
技术研发人员：梅尔文·安德鲁·帕克，
申请(专利权)人：布鲁克·道尔顿公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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