高效离子捕获制造技术

本发明专利技术公开了一种离子捕获系统，其包括用于推动离子在离子捕获区域内扩散的离子推动系统。可选地，离子捕获系统可以使离子偏转，使得离子在不同位置进入离子捕获区域。可选地，离子偏转器可以布置在离子捕获区域的上游或入口处，用于偏转离子，使得离子以不同的速度进入离子捕获区域，使得离子在离子捕获区域内扩散。

High efficiency ion capture

The invention discloses an ion capture system, which includes an ion propel system used to promote the diffusion of ions in the ion capture region. Optionally, ion capture systems allow ions to deflect, allowing ions to enter the ion capture region at different positions. Alternatively, the ion deflector can be arranged at the upstream or inlet of the ion capture region, which is used to deflect ions, so that ions can enter the ion capture region at different speeds, so that ions can diffuse in the ion capture region.

【技术实现步骤摘要】
高效离子捕获相关申请的交叉引用本申请要求于2016年5月25日提交的申请号为1609243.9的英国专利申请的优先权和权益。将该申请的全部内容通过引用引入本文。
本专利技术一般涉及质谱仪，特别涉及一种具有相对较高的空间电荷能力的离子阱的质谱仪。
技术介绍
已知在离子迁移分离器(IMS)装置的上游使用RF限制的离子阱以增加仪器的占空比。特别地，可以从上游离子源将离子累积在离子阱，然后脉冲到IMS装置中。虽然离子在IMS装置内是分离的，但是不希望使其它离子进入IMS装置。在此过程中，来自上游离子源的离子累积在离子阱中，使不会损失离子并提高了仪器的占空比。随后可以将这些离子脉冲进入IMS装置。因此，在每个IMS分离循环开始时，离子可以被累积在离子阱中并且周期性地释放到下游离子迁移分离区。离子阱可以在与IMS装置中采用的压力相似的较高的高压(例如0.2-20毫巴)下操作。在该升高的压力下，在离子束进入离子阱的位置处，离子阱内的局部电荷密度增加了。如果离子阱中的局部电荷密度太高，则离子可能由于靠近径向限制RF场的加热而解离。这是热不稳定化合物的一个特殊问题。此外，当离子从离子阱释放到IMS装置中时，由上述引起的高电荷密度可能导致IMS装置中的RF加热和/或分离过程中IMS峰宽和漂移时间的失真。因此，期望提供改进的质谱或离子迁移谱仪、改进的离子捕获系统、改进的质谱或离子迁移谱方法、和改进的捕获离子的方法。
技术实现思路
第一方面，本专利技术提供一种离子捕获系统，包括：多个电极；连接到电极的一个以上电压源，其中电极和一个以上的电压源适配并配置为在使用中提供离子捕获区域；用于在使用中沿着离子入口轴接收离子到离子捕获区域中的离子入口；用于在使用中沿着离子出口轴从离子捕获区域喷射离子的离子喷射系统，其中电极和电压源被配置为使得离子捕获区域正交于入口轴和/或出口轴延伸的最大尺寸大于离子捕获区域平行于入口轴和/或出口轴延伸的最大尺寸；和还包括以下的一个以上：(i)离子推动系统(ionurgingsystem)，用于在离子捕获区域内正交于入口轴和/或出口轴推动离子，使得离子在离子捕获区域内扩散，其中离子捕获区域被适配并被配置为保持在≥0.01毫巴的压力下；和/或(ii)被布置在离子捕获区域上游的离子偏转器，其中该离子偏转器被配置为使得至少一些朝向离子捕获区域行进的离子发生偏转，使得进入离子捕获区域的离子在在不同位置进入离子捕获区域；和/或(iii)被布置在离子捕获区域的上游或入口处的离子偏转器，其中该离子偏转器被配置为使得至少一些朝向离子捕获区域行进或进入离子捕获区域的离子发生偏转，使得离子正交于出口轴和/或入口轴以不同的速度进入离子捕获区域，从而使离子在正交于出口轴和/或入口轴的方向上在离子捕获区域内扩散。本专利技术的实施方案的离子捕获系统将离子从入口轴和/或出口轴分散开，从而减少了用离子填充离子捕获区域时和/或沿着离子出口轴的空间电荷效应。US2013/0037711公开了Kingdon离子阱，其中离子在其围绕中心电极轨道运行时沿着纵向轴线谐波振荡。谐波振荡在检测器电极上引起电流，然后可进行傅立叶变换确定出离子的质荷比。然而，此类装置需要超高真空来操作。相反，本专利技术的实施方案要求离子捕获区域的压力保持在≥0.01毫巴。在相对较高的压力下，离子通过与背景气体分子的相互作用而丧失了动能，并且有效填充离子捕获区域时发生了困难。WO2013/027054公开了空间延伸的离子捕获区域。参考图3A-C，离子可以沿着z维或沿x维进入装置，并且可以在z维方向沿着装置施加二次DC电势，使得离子在捕获区域302中被捕获。随后可以在z维调制二次阱(quadraticwell)，以便质量选择性地从离子捕获区域喷射离子。然而，WO'054没有公开在质量选择性地喷射离子的二次阱的调制期间将离子捕获区域的压力保持在≥0.01毫巴。在所述的质量选择喷射方法期间不会使用这样高的压力。在WO'054中提到了更高的压力，虽然这些与在其它模式(例如碰撞池)下使用离子捕获区域有关。根据本专利技术的第一方面的选项(i)可以包括离子推动系统，用于在离子捕获区域内正交于入口轴推动离子，使得离子在离子捕获区域内扩散，其中离子捕获区域正交于入口轴延伸的最大尺寸大于离子捕获区域平行于入口轴延伸的最大尺寸。在WO'054中，当二次阱正交于入口轴推动离子，离子捕获区域正交于入口轴延伸的最大尺寸不大于离子捕获区域平行于入口轴延伸的最大尺寸。根据本专利技术的第一方面的选项(i)可以包括离子推动系统，用于在离子捕获区域内正交于出口轴推动离子，使得离子在离子捕获区域内扩散，其中离子捕获区域正交于出口轴延伸的最大尺寸大于离子捕获区域平行于出口轴延伸的最大尺寸。WO'054并没有公开或暗示在离子捕获区域内正交于出口轴推动离子，使得离子在离子捕获区域内扩散。本专利技术的离子捕获系统可以被设置并配置为在用离子填充阱过程中执行步骤(i)和/或(ii)和/或(iii)。离子捕获系统可以被设置并配置成使得离子推动系统不会使离子离开离子捕获区域和/或不会质量地选择性地从离子捕获区域中喷射离子。离子捕获系统可以被设置并配置为使得离子捕获区域随着时间是静态的。本专利技术的实施方案的离子捕获区域在正交于出口轴上具有比平行于出口轴上更高的离子捕获能力。因此，离子捕获区域能够具有相对高的电荷容量，同时使平行于离子出口轴的离子的空间扩散最小化，并且因此使离子在向下游装置(如质量和/或离子迁移分析仪)的喷射方向上的空间扩散最小化。因此，可以将离子作为平行于出口轴的具有相对小尺寸的离子包从离子捕获区域喷射进入下游装置。例如，如果下游装置被配置为仅在时间窗口内接收离子，或需要来自离子捕获区域的所有离子基本上同时进入下游装置(例如，如果下游装置是漂移时间离子迁移分离器)时，这可能是有用的。离子捕获区域平行于入口轴和/或出口轴延伸的最大尺寸可以是离子捕获区域正交于入口轴和/或出口轴延伸的最大尺寸的x％，其中x选自由以下组成的组：≤10；≤15；≤20；≤25；≤30；≤35；≤40；≤45；≤50；≤55；≤60；≤65；≤70；≤75；≤80；≤85和≤90。可以配置电极和电压源，使得离子捕获区域在正交于入口轴和/或出口轴的平面内延伸的最大离子捕获面积大于离子捕获区域在平行于入口轴和/或出口轴的平面内延伸的最大离子捕获面积。离子捕获区域在平行于入口轴和/或出口轴的平面内延伸的最大离子捕获面积可以是离子捕获区域在正交于入口轴和/或出口轴的平面内延伸的最大离子捕获面积的y％，其y选自由以下组成的组：≤10；≤15；≤20；≤25；≤30；≤35；≤40；≤45；≤50；≤55；≤60；≤65；≤70；≤75；≤80；≤85和≤90。因此离子捕获区域可以在正交于入口轴和/或出口轴上具有比平行于入口轴和/或出口轴明显更高的离子捕获能力。该系统包括控制器和电子电路，被布置和配置为：控制一个以上的电压源以便向电极施加电压，使得在离子填充过程中，离子能够沿着所述入口轴被所述离子捕获区域接收并在所述离子捕获区域被捕获；并且其中该控制器被布置和配置为：(i)控制离子推动系统以在离子填充过程中推动离子在离子捕获区域内正交于入口轴和/或出口轴扩散；和/或(ii)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子捕获系统，包括：多个电极；连接到所述电极的一个以上的电压源，其中所述电极和所述一个以上的电压源适配并配置为在使用中提供离子捕获区域；用于在使用中沿着离子入口轴接收离子到所述离子捕获区域中的离子入口；用于在使用中沿着离子出口轴从所述离子捕获区域喷射离子的离子喷射系统，其中所述电极和电压源被配置为使得所述离子捕获区域正交于所述入口轴和/或出口轴延伸的最大尺寸大于所述离子捕获区域平行于所述入口轴和/或出口轴延伸的最大尺寸；和还包括下述的一个以上：(i)离子推动系统，用于在所述离子捕获区域内正交于所述入口轴和/或出口轴推动离子，使得所述离子在所述离子捕获区域内扩散，其中所述离子捕获区域被适配并被配置为保持在≥0.01毫巴的压力下；和/或(ii)被布置在所述离子捕获区域上游的离子偏转器，其中所述离子偏转器被配置为使得至少一些朝向所述离子捕获区域行进的所述离子发生偏转，从而使得进入所述离子捕获区域的离子在不同位置进入所述离子捕获区域；和/或(iii)被布置在所述离子捕获区域的上游或入口处的离子偏转器，其中所述离子偏转器被配置为使得至少一些朝向所述离子捕获区域行进或进入所述离子捕获区域的所述离子发生偏转，使得离子正交于所述出口轴和/或入口轴以不同的速度进入所述离子捕获区域，从而使所述离子在正交于所述入口轴和/或出口轴的方向上在所述离子捕获区域内进行扩散。...

【技术特征摘要】
2016.05.25 GB 1609243.91.一种离子捕获系统，包括：多个电极；连接到所述电极的一个以上的电压源，其中所述电极和所述一个以上的电压源适配并配置为在使用中提供离子捕获区域；用于在使用中沿着离子入口轴接收离子到所述离子捕获区域中的离子入口；用于在使用中沿着离子出口轴从所述离子捕获区域喷射离子的离子喷射系统，其中所述电极和电压源被配置为使得所述离子捕获区域正交于所述入口轴和/或出口轴延伸的最大尺寸大于所述离子捕获区域平行于所述入口轴和/或出口轴延伸的最大尺寸；和还包括下述的一个以上：(i)离子推动系统，用于在所述离子捕获区域内正交于所述入口轴和/或出口轴推动离子，使得所述离子在所述离子捕获区域内扩散，其中所述离子捕获区域被适配并被配置为保持在≥0.01毫巴的压力下；和/或(ii)被布置在所述离子捕获区域上游的离子偏转器，其中所述离子偏转器被配置为使得至少一些朝向所述离子捕获区域行进的所述离子发生偏转，从而使得进入所述离子捕获区域的离子在不同位置进入所述离子捕获区域；和/或(iii)被布置在所述离子捕获区域的上游或入口处的离子偏转器，其中所述离子偏转器被配置为使得至少一些朝向所述离子捕获区域行进或进入所述离子捕获区域的所述离子发生偏转，使得离子正交于所述出口轴和/或入口轴以不同的速度进入所述离子捕获区域，从而使所述离子在正交于所述入口轴和/或出口轴的方向上在所述离子捕获区域内进行扩散。2.根据权利要求1所述的系统，包括控制器和电子电路，被布置和配置为：控制所述一个以上的电压源以便向所述电极施加电压，使得在离子填充过程中，离子能够沿着所述入口轴被所述离子捕获区域接收并在所述离子捕获区域被捕获；并且其中所述控制器被布置和配置为：(i)控制所述离子推动系统以在所述离子填充过程中推动离子在所述离子捕获区域内正交于所述入口轴和/或出口轴扩散；和/或(ii)控制所述离子偏转器使得至少一些朝向所述离子捕获区域行进的离子发生偏转，使得在所述离子填充过程中进入所述离子捕获区域的离子在不同位置进入所述离子捕获区域；和/或(iii)控制所述离子偏转器使得至少一些朝向所述离子捕获区域行进或进入所述离子捕获区域的离子发生偏转，使得在所述离子填充过程中离子正交于所述出口轴和/或入口轴以不同的速度进入所述离子捕获区域，从而使所述离子在正交于所述入口轴和/或出口轴的方向上在所述离子捕获区域内扩散。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述离子推动系统被布置和配置为推动所述离子在基本对应于所述离子捕获区域的所述最大尺寸的尺寸上在所述离子捕获区域内扩散。4.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述离子推动系统被适配并配置为在跨越所述离子捕获区域上施加电势梯度，任选地DC电势梯度，用于引起所述离子正交于所述入口轴和/或出口轴扩散；和/或其中所述离子推动系统被适配和配置为沿着所述离子捕获区域平移至少一个瞬态DC电压，用于引起所述离子正交于所述入口轴和/或出口轴扩散；和/或其中所述离子推动系统包括气泵，所述气泵适配并配置为产生用于引起所述离子正交于所述入口轴和/或出口轴扩散的气流。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述离子偏转器被配置为使得朝向所述离子捕获区域行进的离子发生偏转，使得进入所述离子捕获区域的离子在不同位置(i)同时或(ii)不同时地进入所述离子捕获区域；任选地其中所述离子偏转器被配置为通过随着时间改变离子沿着其进入所述离子捕获区域的平均轴，或在离子束或离子包中通过散焦、发散、分裂或以其它方式扩散至少一些所述离子使离子发生偏转。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述离子偏转器包括至少一个电极和被适配并配置为向所述至少一个电极施加时变电势以进行使离子发生偏转的步骤的至少一个电压源。7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述离子偏转器包括布置在所述离子捕获区域上游的反向离子漏斗，所述反向离子漏斗包括至少一个内部电极和围绕所述至少一个内部电极并在其间限定离子引导路径的至少一个外部电极，其中所述离子引导路径具有在朝向所述离子捕获区域的方向上增加的横截面面积。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述离子偏转器被配置为当离子朝向所述离子捕获区域行进时引起离子绕至少一个内部电极旋转；或其中所述离子偏转器被配置为使得离子沿着所述离子漏斗在轴向方向上行进，基本上不绕所述至少一个内部电极旋转，并且使得在不同时间进入所述反向离子漏斗的离子沿着不同轴向离子路径行进。9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述离子偏转器包括至少一个被布置为与离子束轴径...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·雷蒙德·格林，凯文·贾尔斯，大卫·J·兰格里奇，
申请(专利权)人：英国质谱公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB