线性离子阱的电极系统技术方案

本发明专利技术涉及质谱分析的领域，尤其是，本发明专利技术涉及线性离子阱以及线性离子阱的构成捕获场的电极系统的设计。所要求保护的线性离子阱的电极系统具有四个电极，每一对被相对地放置。电极对的对称面相互垂直。不同于标准型的是，至少一对电极的每个电极具有实质上为等腰三角形的形状的横截面。该三角形的顶端朝向阱的纵轴。在该等腰三角形的两腰之间的夹角为130°到152°的时候，获得最佳结果。换言之，电极的工作面之间的夹角是130°到152°。在这种电极中用于喷射离子的缝隙宽度小于阱的内切半径的24%。所建议的用于线性离子阱的电极系统允许达到高分辨率，该分辨率相对于具有双曲几何形状的离子阱的分辨率具有可比性，即明显地高于通过标准离子阱可以获得的分辨率。同时在所提出的系统中的电极的工作面是由平坦表面组成的，这些平坦表面相互之间以特定的角度被放置，夹角的顶端朝向离子阱轴。这种电极的制造更简单。在喷射狭缝的区域中的角补偿场强的局部衰减。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及质谱分析的领域，尤其是，本专利技术涉及线性离子阱以及构成捕获场的线性离子阱的电极系统的设计。离子阱能直接被用于质量分析，并且也能在下游质谱仪中被用于捕获离子云一段时间和用于更进一歩分析的离子组合的制备。
技术介绍
具有捕获场的由四个围绕着公共轴线(阱轴线)排列的细长形电极(杆状)形成的线性离子阱是本领域公知的。从轴线到电极表面的最短距离被称为“场半径”或者阱的内切半径。这是阱的主要几何參数。在线性离子阱的设计中的主要区别在于电极的工作面的形状，即在径向方向上定义场形的电极的内部形状。 生成这种阱中的捕获场是通过施加射频电位RF+和RF-(即下文中的RF源)，正相位在一对相对放置的电极上，并且负相位在相对应的另ー对电极上。RF源的幅值Vkf和频率Ω也是离子阱的主要參数，因为该幅值和频率定义捕获的离子的质量范围。由变化的AC电位生成的磁场是被用于具有离子云的操作。正电位和负电位(AC+和AC-)被施加于ー对相对放置的电极。进入到与激发场离子的共振之中，离子增加其振动的振幅并且能在电极上出现。在具有径向喷射作用的离子阱中，离子经由电极中的狭缝被喷射到检测器，狭缝是与阱的轴线平行地被切割。可以在所有的四个电极中使用喷射狭縫。离子阱中的离子操作的方法是基于离子振动的共振激发。这就是为什么离子振动的主频率(特征频率)应当被明确定义，并且应当仅取决于离子质量。为了达到这个目的，阱的有效电位的恢复カ应当线性正比于离子到阱轴线的距离。只有四极场具有这种特性。为了生成四极场，阱的电极应当具有双曲线的形状，因为双曲线是四极场的等位面。美国专利6，797，950描述了具有对称地围绕阱的纵轴排列的四个延伸电极的线性离子阱，各电极具有双曲线形状的工作面。双曲线电极的制造和精确的装配是复杂并且昂贵的过程。随着离子阱的小型化，这些问题变得更加困难。喷射狭缝的存在将缺陷(imperfection)引入捕获场的形状，导致在狭缝邻近处电场的减小。由于这个，具有双曲线电极的离子阱更适合被设计为具有狭窄的狭縫，即不超过内切半径的10%。在美国专利6，838，666中所描述的离子阱更好地满足小型化和制造的要求。这个阱的电极是延伸的平板。同吋，由于捕获场相对于四极的显著的偏移，设计的这种简化导致捕获场形状的显著退化。众所周知的是磁场強度在扁平电极表面附近被削弱，因此平板电极的使用只是增加在喷射狭缝邻近处的场衰减。离子的特征频率变为不仅依赖于离子质量，还依赖于离子振动的振幅。在增加离子振动的振幅并且离子趋近喷射狭缝的同时，离子脱离与激发场的共振。因此，离子或者没有经由狭缝喷射到检测器，或者在显著的延时之后喷射，这会显著地减少质量分析的分辨率。通过改变顺着扁平电极的表面的电位，场形可以在某种程度上得到改善。专利申请TO 2005/119737描述了ー种线性离子阱，其中扁平电极被分为多个纵向的窄条。RF电位以一定的比例被施加于窄条。这个阱的优势是可以借助于印刷电路板技术制造电极。借助于每ー电极多个窄条，捕获场的形状可以更加接近四极。同时，问题的这种解决方案导致电源的显著的复杂化。国际专利申请WO 2007/025475描述了多个具有不同的工作面形状的用于质谱仪的线性电极的设计。那些设计具有ー个共同的特性-工作面的形状具有两个或更多台阶。所描述设计的一部分，尤其是具有弧形台阶面的那些电极，具有与上述双曲线表面的电极相同的优势和问题。所提及的专利申请还描述了具有平坦的平面台阶的电扱。这种电极能够在四极附近形成磁场，而且该电极的制造比双曲线电极的制造简单得多。特别地，在申请WO 2007/025475说明书的图I中所示的那些电极被挑选作为标准。然而，即使是那些电极，也不是没有缺点。喷射狭缝位于这种电极的上部平坦台阶。在狭缝区域中平面的存在导致质量分析的分辨率的减小。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是改善质谱仪分辨率的同时简化电极设计。技术成果是在喷射狭缝附近的场衰减的补偿。通过电极设计的修改实现了目标。所提出的线性离子阱的电极系统具有四个电极，每ー对被相对地放置。电极对的对称面相互垂直。不同于标准型的是，至少一对电极的每ー电极的具有实质上为等腰三角形的形状的横截面。该三角形的顶端朝向阱的纵轴。在该等腰三角形的两腰之间的夹角为130°到152°的时候，获得最佳結果。换言之电极的工作面之间的夹角是130°到152°。在这种电极中用于喷射离子的缝隙宽度小于阱的内切半径的24%。附图说明更进一歩地解释所提出的电极形状的效率，并列举具有等腰三角形形状横截面的电极的离子阱的仪器的实例(为简单起见，以下称这种电极为三角电极)。以下将通过图形阐明本专利技术图I是离子阱电极系统的三维投影图。图2是具有相同电极的离子阱的示意横截面图。图3是，在具有三角电极的离子阱中，X轴方向(激发方向)上的离子振动强度作为时间t的函数，且在三角形的腰之间的夹角α的几个值处的图，其中A图中α=140° 3图中 α =142°，C 图中 α =134° 时。图4是在三角电极的角度α =140°，激发脉冲振幅在多个不同数值时，每个单位时间内从离子阱中喷射的质量为1891Da的离子的数目(为时间t的函数)的图表，其中a图中 Uac=O. 4V (分辨率 4571)，b 图中 Uac=O. 5V (分辨率 6603)，c 图中 Uac=O. 6V (分辨率 2971)。图5是具有内切半径数值为5_的阱在多个不同缝隙宽度下，分辨率随角度α变化的情况。图6是在获得最大分辨率处的最佳角度α与喷射狭缝宽度的关系。图7是具有两个三角电极和两个扁平电极的离子阱的横截面视图的示意图。具体实施例方式本专利技术的作者已经认识到当使用离子阱作为质谱仪时，可以使用工作面包含平坦部分的线性离子阱电扱，同时保持高分辨率。电极的平坦部分彼此相邻，构建成具有等腰三角形形状的横截面的棱柱。图I中所示为具有四个这种电极的电极系统。为了在纵向方向上(沿着阱轴线)捕获离子，可以如标准型中(没有显示在图中)那样使用来自阱两侧的薄膜或者电极的分段。所提出的系统包含两对电极I。在姆一对电极中，电极位于相对的位置上。电极对的对称面是彼此是垂直的。至少ー对电极的两个电极中的每ー个所具有的横截面基本上具有顶端朝向阱的纵轴的等腰三角形的形状。图I中的參数^是电极之间的内切圆的半径，α是电极I的工作平面2之间的角度。如图I中所示，三角形的底角可以被切除，工作面的其余部分被做成平坦的。在本专利技术文中，电极横断面的“等腰三角形”形状应当被理解为横截面主要的外部轮廓的形状。在这个轮廓内部，即在工作面2背面的电极的内部中，凹槽3可以以任意形状呈现。在所提出的离子阱设计中，一对中相对的两个电极的每ー个都具有纵向的狭缝(指定d为缝隙宽度)，用于向检测器喷射离子，狭 缝位于三角形的顶端，即在电极对称面中。上述激发电位AC+和AC-被施加于那些电极之间。作为质谱仪的离子阱的最主要的參数是分辨率，该分辨率等于离子质量对用质量単位表示的离子电流的峰宽之比。为了对所提出的具有三角电极的离子阱定义分辨率，进行离子的质量选择共振喷射的模拟。图2中所示的具有电极的离子讲，其中使用内切半径rQ=5mm和缝隙宽度d=0. 8mm建摸。周期性的捕获RF源是具有占空比为O. 5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：米哈依尔·尤利耶维奇·苏达科夫，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：