一种用多个离子阱进行串级质谱分析的方法技术

本发明专利技术属于质量分析技术领域，具体涉及一种用多个离子阱进行串级质谱分析的方法，包括在第一个离子阱内产生以四极场为主的高频捕获电场，以捕获多种质荷比的离子，又在第一个离子阱内产生沿连接第一个离子阱中心到第二个离子阱中心的直线方向的一定频率的偶极激发交变电场，使某一质荷比的离子受到共振激发而沿该方向振荡达到较大的振幅，进一步在第一个离子阱的某特定相位，产生排出脉冲电场，使上述达到较大的运动振幅的离子排出并进到第二个离子阱内，而其他质荷比的离子仍留在第一个离子阱内；通过在第二个离子阱内加减速场或利用气体碰撞，使上述进入的离子或其产物离子被捕获，并在第二个离子阱中作进一步的研究分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于质量分析
，具体涉及一种使用两个或两个以上的离子阱对离子进 行质量分析的方法。
技术介绍
质谱仪是一种可以用于分析物质样品中各种成分、含量和分子结构的科学仪器。离子 阱质谱仪是目前被广泛应用的质谱仪器之一。它具有结构简单，操作方便，价格较便宜等 特点。被广泛地应用于化学，生命科学，地质科学，石油化工，医药卫生，环境保护，食 品安全等各个领域。传统的离子阱按照其结构的不同可以分为三维离子阱，线形离子阱。构成离子阱的电 极形状有双曲面形电极，圆柱形电极，或矩形电极等。图1给出了一个传统的线形离子阱的四根双曲面电极的结构示意图(线形离子阱的两 个端电极图中没有显示)。在实际使用中，将两根相对的电极ll和13, 12和14连接在一 起，形成两个端点15和16，然后在每一个端点上加上极性相反的射频电源。如下式所示①,(t)二+(U+Vcoscot)①2(t):-(U+Vcoscot)式中，U代表直流电压，V代表交流电压，=2Jif代表射频电源的角频率，f为射频 电源的频率。四极离子阱系统在射频电源的作用下，在由四根电极所围成的区域内，产生以四极电 场为主的电场分布。它可以使得进入此四极杆系统内的正离子或负离子在四极电场为主的 电场作用下，被束缚在四根电极等所围成的区域内，即离子被存储下来。当需要对存储在离子阱中的离子进行质量分析时，可以通过变化加在四极电极上的交 流电压值，让不同质荷比的离子被依次通过电极杆上的狭缝17被逐出。检测和记录被逐 出离子的信号，即得到质谱分析的结果。专利号为200410024946.8的中国专利技术专利给出了一种用印刷线路板来构建线形离子 阱的方法。图2给出了一个印刷线路板离子阱的截面结构示意图。在图2中，21， 22， 23， 和24分别为四块印刷线路板制成。每一个印刷线路板又由敷在表面的五个条形电极所组 成。如线路板21由五个更小的条形电极201， 202， 203， 204和205所组成；线路板22由五个更小的条形电极206， 207， 208， 209和210所组成；线路板23由五个更小的条形 电极2U， 212， 213， 214和215所组成;线路板24由五个更小的条形电极216, 217, 218， 219和220所组成。当上述的离子阱处于工作状态时，其电源连接方式为电极201和206连接在一起， 电极210和211连接在一起，电极215和220连接在一起，电极205和216连接在一起， 上述各组电极最后根据实验需要被加载一个相同的直流电压。电极202和204连接在一起， 电极212和214被连接在一起。电极207和209连接在一起，电极217和219连接在一起。 离子阱工作电压的加载方式为电极203和213被连接在一起并加载射频电源+RF1,电 极208和218被连接在一起，并加载射频电源-RF1。电极202和204，电极212和214被 加载射频电源+ a RF1 (0< a 〈1),电极207和209,电极217和219被加载射频电源- a RFl(0〈a〈1)。在上述电极连接方式和电源的作用下，在离子阱的中心区域内将产生以四 极电场为主，并含有少量其他高阶电场成分的离子束缚电场。进入离子阱中的离子221在 这些电场的作用下，将被存储在离子阱中。利用辅助AC电场，可以对存储在离子阱中的离子221按它们质荷比的大小依次进行激 发和逐出，由狭缝222中逐出的离子可以由离子探测器223接收并作信号放大。进一步的 信号记录和处理将给出所需要的质谱测量结果。国际专利W00129875A， PCT/GB00/03964提出了用一组开关来产生一个矩形波电压输出 离子阱的电极上，也能达到质量分析的目的。实践证明，上述的PCB离子阱也同样可以由 矩形波电压来代替正弦波RF电压，作为驱动电压，实现数字式PCB线形离子阱质量分析。 这样前式中，0^(0=-。2(t)= (-1) nVn=int(2t/T)即t经历每半个周期T/2，束缚场驱动电压由+V变为-V，或-V变为+V。 常用的分析分子结构的质谱学方法是所谓的串级质谱分析方法。它是通过首先将被分 析的样品离子裂解成碎片离子，然后再进一步对碎片离子进行质谱分析，得到组成样品离 子的碎片离子产物。再由碎片离子推断出原来被分析离子的分子组成和结构等。当用串级质谱方法分析分子结构时，通常的实验分析过程包括三个部分(1)母体离 子选择，(2)母体离子解离，(3)子体离子分析。即，先将离子源所产生的样品离子，即 通常所谓的母体离子从其它各种离子中分离出来，然后再将分离出来的母体离子用一 定的方法解离成碎片离子，即所谓的子体离子。最后再测量出子体离子的成分。可以 根据子体离子的成分分析出母体离子的组成和结构。传统上，有几种方法可以用于母体离子选择。 一种方法是用四极离子阱来实现母体离 子选择。其具体过程是，先将离子源产生的样品离子引入并存储在离子阱中，然后叠加特 定的交流电场将其中不需要的离子都逐出离子阱，而将需要进一步做串级质谱分析的母体 离子保留在离子阱中。接下来，采用物理或化学的方法使继续保留并存储在离子阱中的母 体离子发生解离反应，生成碎片离子，或称为子体离子。分析子体离子的质谱结果，可以 得到子体离子的成分。最后根据子体离子的组成即可进一步推断出母体离子的组成和结 构。另一种用于母体离子选择的方法是用四极杆滤质器来进行。其具体过程是，先将离子 源产生的样品离子引入四极杆滤质器的中心区域，然后将四极滤质器的工作电压设置成一 定的数值，使得只有被选定质荷比的母体离子可以稳定地通过四极杆离子滤质器并到达下 一个反应装置，而其余的离子都因为在事先设定的条件下，其运动状态不稳定而不能通过 四极杆离子滤质器。经四极杆滤质器选定的母体离子一般被引入到后续的离子反应室中， 如四极离子碰撞室中，进行离子解离反应并生成碎片离子，或称为子体离子。分析子体离 子的质谱结果，得到子体离子的成分，即可进一步推断出母体离子的组成和结构。从上述二种常用的母体离子选择方法可以看到不论是用离子阱，还是用四极杆滤质 器来选择母体离子，每次都只能选择并保留一个母体离子，而其余的离子都必须被浪费掉。 也就是说，在实验过程中，每次只能对一个母体离子进行串级质谱分析，而其余的离子都 只能浪费掉。因此，若要对样品中的多个成分进行串级质谱分析，必须不断重复上述实验 过程。这对于只有很少样品的物质成分分析将非常困难。还有其他一些研究串级质谱的分析方法，如在飞行时间质谱中实现母体离子的解离，并进一步分析产物子体离子的成分。但同样地，每次也只能得到一个物质成分的子体离子 结果。在专利号为200410024946.8的中国专利技术专利中，专利技术人还给出了一种用印刷线路板构 建的多条并列线形离子阱实现离子串级质谱分析的方法。根据此专利技术给出的方法，在用印 刷线路板构建的多级线形离子阱系统中，先将离子源产生的所有样品离子都引入并存储在 第一个离子阱中，然后，选择一个感兴趣的母体离子，将此离子从加工在离子阱的一个电 极上的狭缝中逐出第一个离子阱，并引入第二个离子阱中存储起来。然后，采用物理或化 学的方法使存储在第二个离子阱中的母体离子发生解离反应，生成碎片离子。分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用多个离子阱进行串级质谱分析的方法，包含下列步骤：在第一个离子阱内产生以四极场为主的高频捕获电场，用以捕获多种质荷比的离子；在第一个离子阱内产生沿连接第一个离子阱中心到第二个离子阱中心的直线方向的一定频率的偶极激发交变电场，使某一质荷 比的离子受到共振激发而在该方向达到较大的运动振幅；在偶极激发交变电场某特定相位，在第一个离子阱内，产生排出脉冲电场，使上述达到较大的运动振幅的某一质荷比的离子排出并进入到第二个离子阱内，而其他质荷比的离子仍留在第一个离子阱内；在第二个离 子阱内，产生高频捕获电场，使上述进入第二个离子阱的离子或其产物离子在第二个离子阱被捕获。

【技术特征摘要】
1一种用多个离子阱进行串级质谱分析的方法，包含下列步骤在第一个离子阱内产生以四极场为主的高频捕获电场，用以捕获多种质荷比的离子；在第一个离子阱内产生沿连接第一个离子阱中心到第二个离子阱中心的直线方向的一定频率的偶极激发交变电场，使某一质荷比的离子受到共振激发而在该方向达到较大的运动振幅；在偶极激发交变电场某特定相位，在第一个离子阱内，产生排出脉冲电场，使上述达到较大的运动振幅的某一质荷比的离子排出并进入到第二个离子阱内，而其他质荷比的离子仍留在第一个离子阱内；在第二个离子阱内，产生高频捕获电场，使上述进入第二个离子阱的离子或其产物离子在第二个离子阱被捕获。2. 根据权利要求1所述的串级质谱分析的方法，其特征在于进一步包含，在第二个离 子阱内，叠加脉冲减速电场，使上述进入第二个离子阱的离子动能降低，被第二个离子阱 的电场捕获。3. 根据权利要求1所述的串级质谱分析的方法，其特征在于进一步包含，在第二个离 子阱内，注入碰撞气体，使上述进入第二个离子阱的离子因碰撞而降低动能，被第二个离 子阱的电场捕获。4. 根据权利要求1所述的串级质谱分析的方法，其特征在于进一步包含，在第二个离 子阱内，注入碰撞气体，使上述进入第二个离子阱的离子因碰撞而发生裂解，裂解后至少 一种产物离子被第二个离子阱的电场捕获。5. 根据权利要求1所述的串级质谱分析的方法，其特征在于所述第一个离子阱和第二 个离子阱为直线形离子阱，两阱的轴线基本平行放置，两阱间有通槽能使离子传输到对方。6. 根据权利要求1或5所述的串级质谱分析的方法，其特征在于所述一定频率的偶极 激发交变电场为周期性脉冲交变电场。7. 根据权利要求1至6之一所述的串级质谱分析的方法，其特征在于所述其中偶极激 发的电场强度足以使上述被选质荷比的离子受到共振激发至运动振幅超过离子阱场半径 的一半。8. 根据权利要求2至7之一所述的串级质谱分析的方法，其特征在于所述的直线形离 子阱至少一个是具有矩形横截面的直线形离子阱。9. 根据权利要求2至7之一所述的串级质谱分析的方法，其特征在于所述第一个和第二个直线形离子阱都具有矩形横截面，并由之间的一面包含电极以及电极中的通槽的隔墙 隔开。10.根据权利要求8或9之一所述的串级质谱分析的方法，其特征在于所述具有矩形 横截面的直线形离子阱边界上的电极由绝缘体或半导体的基片上的印刷电路构成。11.根据权利要求1至10之一所述的串级质谱分析的方法，其特征在于所述排出脉冲 电...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋公羽，罗婵，丁传凡，丁力，
申请(专利权)人：复旦大学，株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]