质谱系统的迁移率分离器的离子存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于根据迁移率和质荷比进行离子组合分离的方法和仪器。质谱系统包括离子源、迁移率分离器和质量分析器，其中迁移率分离器包括：(i)填充有气体的漂移区域，其具有实质上恒定的直流电场或行进电场；以及(ii)离子存储装置，其邻近所述漂移区域的入口或位于所述漂移区域的入口中。所述离子存储装置包括电场梯度和气流，其中所述电场梯度和所述气流为所述离子存储装置中的离子提供相反的力，使得离子被俘获于所述离子存储装置内部的迁移率相关位置处。

Ion storage device of mobility separator for mass spectrometry system

The present invention relates to a method and apparatus for ion mobility separation according to the combination and the mass. The mass spectrometry system includes an ion source, mobility separator and mass analyzer, which comprises: mobility separator (I) gas filled drift region, which has a substantially constant DC electric field or moving electric field; and (II) ion storage device, which is adjacent to the entrance or entrance to the drift region located in the drift region in. The ion storage device comprises the electric field gradient and flow, wherein the electric field gradient and the air force to provide instead of the ion ion storage device, the ions are trapped in the interior of the ion migration storage device rate related position.

【技术实现步骤摘要】
质谱系统的迁移率分离器的离子存储装置
本专利技术涉及用于分别根据离子迁移率和质荷比来进行离子迁移率和质谱的组合测量或离子的组合分离的方法和装置。
技术介绍
在来自存在于样本内的分子的离子源中，通常会形成几种离子种类(比如，单体和二聚物)以及同一物质的若干分子构型(同分异构体)的离子。每个离子种类具有特有的迁移率。电荷相关质量m/z相同但碰撞截面不同的同分异构离子在相同的温度、压力和组成的气体中具有不同的迁移率。最小几何碰撞截面的同分异构体具有最大的迁移率，并因此具有穿过气体的最高漂移速度vd。与紧密折叠的蛋白质相比，未折叠的蛋白质离子经历更多的碰撞。因此，未折叠的或部分折叠的蛋白质离子遭遇更多的碰撞，并且比相同质量的紧密折叠的离子晚到达漂移区域的终点。但是结构同分异构体(例如，具有位于不同部位处的糖基、脂质或磷酰基的蛋白)也具有不同碰撞截面，这允许通过测量它们的迁移率就能对其进行区分。美国专利No.5,905,258(Clemmer等人)公开了一种混合离子迁移率和包括耦接至迁移率分离器的离子源的飞行时间质谱仪，其中迁移率分离器将根据迁移率在时间上分离(separatedintime)的离子直接馈送到飞行时间质量分析器的离子加速区域。离子在离子源中生成，并且被传输至迁移率分离器。通过将离子脉冲注入到漂移区域中来操作迁移率分离器，其中，该漂移区域中填充有气体并且包括沿其轴线的实质上恒定的(均匀的)电场。离子脉冲由门栅装置生成，该门栅装置位于漂移区域入口处，并且仅仅在通常少于几百微秒的短时间间隔内就能够将离子注入到漂移区域中。被注入的离子被恒定电场吸引而穿过气体。每种离子种类与气体摩擦产生与电场强度E成比例的恒定漂移速度vd，其中E:vd＝μ·E。比例系数μ被称为离子种类的“离子迁移率系数”。迁移率μ是气体温度、气体压力、气体类型、离子电荷以及特别是离子中性碰撞截面的函数。这种漂移类型的迁移率分离器可以在约10Pa和大于大气压之间的压力下进行工作。在10Pa和2000Pa之间的低压下，漂移区域的长度通常为一米至四米，并且电场强度介于1千伏特/米至3千伏特/米之间。离子的漂移时间通常约为1毫秒至100毫秒。与在大气压下进行工作的迁移率分离器相反，在低压下通过与漂移气体或漂移气体中所含的杂质产生反应而形成的复合离子非常少，可以忽略不计。这个事实使得低压离子迁移率质谱法能够精确地确定离子中性碰撞截面。此外，低压离子迁移率质谱仪可以与在真空下工作的质量分析器更容易地耦接。将迁移率分辨率定义为R＝μ/Δμ＝vd/Δvd，其中，Δμ是半高处的离子信号的宽度，Δvd是对应的速度差。具有恒定漂移电场的迁移率分离器的迁移率分辨率R主要受电场强度、离子电荷状态、温度和离子注入的持续时间的影响。诸如空间电荷和电场不均匀性的其它影响通常往往可以忽略不计。图1示出了具有漂移管(4)和作为门栅装置的Bradbury-Nielsen栅格(2)的漂移型迁移率分离器。Bradbury-Nielsen栅格(2)包括具有正/负直流(DC)电压的双极栅格。来自离子源(未示出)的离子(1)被引导到双极Bradbury-Nielsen栅格(2)，并在Bradbury-Nielsen栅格(2)处放电后停在该处。如果Bradbury-Nielsen栅格(2)的双极DC电压关断，则部分离子被传输通过Bradbury-Nielsen栅格(2)并进入到漂移管(4)中。在漂移期间，离子种类(9a，9b，9c)根据其不同的漂移速度而在时间上分离。漂移管电极(8)通常具有较宽内径，并且允许注入的离子(9a，9b，9c)通过在气体中扩散而径向膨胀。分离的离子种类(9a，9b，9c)被引导到下游质量分析器(5)。使用Bradbury-Nielsen栅格(2)作为门栅装置的缺点是只有离子群(1)中的较少部分被传输到漂移管(4)的入口、被注入到漂移管(4)中并被进一步分析。通过将离子俘获到位于漂移管前面的离子存储装置中并将离子从离子存储装置注入到漂移管中，这可以实现更高的离子利用率，从而获得更好的灵敏度。美国专利No.5,905,258中公开了在漂移型迁移率分离器的入口处的离子俘获。美国专利No.6,818,890(Smith等人)公开了一种具有位于漂移管的入口处的特定离子存储装置的漂移型迁移率分离器。图2示出了这种漂移型迁移率分离器的原理图。特定的离子存储装置是射频(RF)离子漏斗(6)。从离子源传输至漂移管(4)的入口的离子群(7)被俘获于RF离子漏斗(6)中，并且在通常小于1毫秒的短时间间隔内脉冲输出到漂移管(4)中。在RF离子漏斗(6)的俘获区域内，电极(8)以RF和DC电压的叠加来进行工作。RF电压使离子远离电极(8)，并且DC电压将离子推向漏斗的开口。离子可在先前注入的离子漂移穿过漂移管(4)期间在RF离子漏斗(6)中集聚。通过调节DC电压和/或RF电压，可以关闭或打开RF离子漏斗(6)，以将离子从RF离子漏斗(6)释放到漂移区域(4)中。在漂移期间，离子种类(9a，9b，9c)根据其不同的漂移速度而在时间上分离。漂移管电极(8)通常具有较宽内径，并允许离子(9a，9b，9c)通过在气体中扩散而径向膨胀。第二RF离子漏斗(未示出)可以位于漂移管(4)的末端，以便将径向膨胀和分离的离子(9a，9b，9c)重新聚焦在漂移管(4)的轴线上。分离的离子种类(9a，9b，9c)被引导到下游质量分析器(5)。美国专利No.6,639,213(Gillig等人)公开了几种漂移型迁移率分离器，其通过使用周期性聚焦DC电场来将迁移的离子保持在围绕行进的轴线的小半径内，用以使迁移离子的空间扩散最小化。周期性聚焦DC电场在时间上是实质上恒定的。美国专利No.6,791,078(Giles等人)公开了一种不同类型的迁移率分离器。与在整个漂移区域上使用恒定电场的漂移型迁移率分离器不同，行波迁移率分离器由堆环RF离子导向器构成，该RF离子导向器将具有特定波高、速率和速度的瞬态DC电压的重复序列施加至环形电极。来自离子源的离子被传输到行波迁移率分离器的入口处的离子存储装置。与漂移型迁移率分离器类似，通过将离子脉冲注入到漂移区域中来使行波迁移率分离器进行工作。瞬态DC电压产生行进电场，其推动注入的离子穿过填充有气体的漂移区域。离子漂移穿过漂移区域所需的漂移时间取决于离子的迁移率以及波高、速率、速度以及气压。具有高迁移率的离子种类能够更好地跟上行波，并且被推动得更快地穿过漂移区。具有低迁移率的离子种类更频繁地被行波顶起，必须等待后续行波以将它们向前推，这导致更长的漂移时间。根据不同离子的迁移率而随时间分离的不同离子种类被引导到下游质量分析器(其通常是具有正交离子注入的飞行时间质量分析器)。行波迁移率分离器的分辨率受行波高度、速率、速度、气压以及离子注入的持续时间的影响。目前仍然需要用于有效地对离子进行俘获并将其注入到漂移型迁移率分离器或行波迁移率分离器的漂移区域中的方法和装置，特别是在离子源提供较高的离子流并且由此可在俘获区域中形成较高空间电荷的情况下如此。在根据本专利技术的装置中，在不牺牲迁移率分离器的迁移率分辨率的情况下，注入的离子的数量应当比根据现有技术的装置中的注入的离子的数量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种质谱系统，包括：离子源；迁移率分离器，所述迁移率分离器包括：(i)填充有气体的漂移区域，其沿着轴线延伸，并且具有以下电场中的一种：实质上恒定的直流电场、周期性聚焦直流电场或行进电场；以及(ii)离子存储装置，其邻近所述漂移区域的入口或位于所述漂移区域的入口中；以及质量分析器，其中，所述离子存储装置包括电场梯度和气流，所述电场梯度和所述气流沿所述漂移区域的轴线延伸，并且对从所述离子源传输至所述离子存储装置的离子施加相反的力。

【技术特征摘要】
2016.04.28 US 15/140,5541.一种质谱系统，包括：离子源；迁移率分离器，所述迁移率分离器包括：(i)填充有气体的漂移区域，其沿着轴线延伸，并且具有以下电场中的一种：实质上恒定的直流电场、周期性聚焦直流电场或行进电场；以及(ii)离子存储装置，其邻近所述漂移区域的入口或位于所述漂移区域的入口中；以及质量分析器，其中，所述离子存储装置包括电场梯度和气流，所述电场梯度和所述气流沿所述漂移区域的轴线延伸，并且对从所述离子源传输至所述离子存储装置的离子施加相反的力。2.根据权利要求1所述的质谱系统，其中，所述迁移率分离器位于所述离子源和所述质量分析器之间。3.根据权利要求1所述的质谱系统，其中，所述迁移率分离器的所述离子存储装置和/或所述漂移区域包括电极组和射频生成器，其中所述射频生成器用于向相邻电极施加不同相位的射频电势。4.根据权利要求3所述的质谱系统，其中，所述电极组是分段杆状电极和分段的一叠环状同轴电极中的一种。5.根据权利要求1所述的质谱系统，其中，所述漂移区域沿轴线的长度比所述离子存储装置沿轴线的长度大。6.根据权利要求5所述的质谱系统，其中，所述漂移区域的长度大于20cm。7.根据权利要求1所述的质谱系统，其中，所述漂移区域中的压力介于10Pa和2000Pa之间。8.根据权利要求1所述的质谱系统，其中，所述离子存储装置邻近所述迁移率分离器的入口或者位于所述迁移率分离器内，并且所述气流被引导朝向所述漂移区域的出口。9.根据权利要求1所述的质谱系统，其中，所述离子存储装置邻近所述迁移率分离器的入口或者位于所述迁移率分离器内，并且所述气流被引导远离所述漂移区域的出口。10.根据权利要求1所述的质谱系统，其中，所述质量分析器是具有以下配置之一的飞行时间仪器：正交离子注入、静电离子阱、射频离子阱、离子回旋频率和四极滤质器。11.根据权利要求10所述的质谱系统，还包括位于所述迁移率分离器和所述质量分析器之间的破碎池。12.根据权利要求11所述的质谱系统，还包括位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔舒亚·西尔韦拉，
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