多电极离子阱制造技术

本发明专利技术主要涉及多反射静电系统，尤其涉及对轨道阱静电离子阱的改进。本发明专利技术提出了一种适用于操作静电离子俘获装置的方法，该静电离子俘获装置具有能够模拟单个电极工作的电极阵列，所述方法包括：确定三个或者多个不同电压，当将这些电压施加于多个电极中的各个电极时就产生静电俘获场，该俘获场近似于将电压施加于单个电极所产生的场；以及将三个或者多个所确定的电压施加于各个电极。另一项改进是从一个或者多个所采集到的质谱中具有不同强度的峰值中测量多个性能，并得到特性，以及使用所测量到的特性来改善将要施加于多个电极的电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多电极离子阱专利
本专利技术主要涉及多反射静电系统，尤其涉及轨道阱(Orbitrap)静电离子阱中 的改进及其相关的改进。专利技术背景质谱仪可以包括一个离子阱，用于在进行质谱分析期间或者分析之前存储离 子。众所周知，所有俘获式质谱仪的有效高性能都决定性地取决于离子阱所使用 的电磁场的品质，其中包括高阶非线性分量。这一品质和它的重复性都是确定的， 也就是说，是由离子阱制造过程中的不完美性以及向离子阱中的电极提供信号以 便于产生俘获场的相关电源的控制程度所确定的。大家都知道，越是复杂的组件， 越是难以获得所需要等级的性能，因为容许和误差都会有较大的分布或者积累， 以及俘获场的调试麻烦也大大增加。这一问题在轨道阱质谱仪中得到了例证，例如在美国专利US5,886,346中的讨 论。在这类轨道阱质谱仪中，离子是以脉冲的方式从外部源(例如，直线性阱(LT)) 注入到在内部、类似细长轴状电极和外部、桶状电极之间所定义的体积中。这些 电极的形状都需要十分仔细的设计，使得它们的形状以尽可能理想的方式一起形 成，称之为在俘获体积中的超对数静电势能，其公式为<formula>formula see original document page 7</formula> 式中r和z都是圆柱坐标，C是常数，k是场曲率，以及Rm是特征半径。俘 获体积的中心被定义为z = 0，且俘获场对称于该中心。离子可以各种方式(径向或者轴向)注入到轨道阱中。WO — A — 02/078,046 讨论了一些必要的离子注入参数，以便于确保离子可以给定质量尽可能紧凑的离 子束方式进入到俘获体积中，以改变m/z比率，使得能量适合于轨道阱质谱仪的能量接受窗口。 一旦注入之后，离子就呈现出以轴向围绕着中心电极的轨道运动 并且使用在电极上的静电电压实现在俘获体积中的径向俘获。外部电极一般绕其中心(Z=0)分开并且在外部电极中由离子团形成的图像 电流通过差分放大器来检测。最终产生的信号是可以进行数字化和快速傅立叶变 换的时域瞬时信号，以便于最后给出存在于俘获体积中的离子的质谱。用于将外部电极分开的间隙可以用于将离子引入到俘获中心。在这种情况下， 激发离子从而形成除了轨道运动之外的轴向振荡。另外，离子也可以在沿着偏离Z =0的轴向位置上引入，在这种情况下，离子就自动地呈现出除了轨道运动之外的 轴向振荡。电极的精确形状以及最终产生的静电场都会产生离子的运动，这种运动组合了围绕着中心电极旋转的轴向振荡。在理想的阱中，超对数场不会包含任何r和z 的交叉项，从而使得在z方向上的电位是一个单纯的二次方程式。这就形成沿着z 轴的离子振荡，这可以被认为是一个谐波振荡器，它与离子的(x， y)运动无关。 在这种情况下，轴向振荡的频率仅仅只与离子的质量电荷之比(m/z)有关，艮卩式中(D是振荡的频率，而K是常数。所需要的高性能和高分辨率对俘获体积中所产生的场的品质提出了高要求。 这也进一步对电极形状的优化提出了更高的要求，因为偏离理想电极形状的任何 误差都会引入非线性。这就使得轴向振荡的频率变成不再单纯取决于离子的质量 电荷比，还要考虑其它因素。这一结果使得对诸如质量精确度(峰值位置)、分 辨率、峰值强度(相对于离子的边界)等等因素进行尽可能的折衷变得难以接受。 因此，批量生产这类具有苟刻容许的电极成为一种挑战。轨道阱质谱仪仅仅只是较为普及类型的基本上静电式的多反射系统中的一种特定情况，这些在下列非限制的举例中进行了讨论，US-A-6013913， US-A-6888130， US-A-2005-0151076， US-A-2005陽0077462， WO-A-05續878， US隱A- 2005/0103992， US-A-6300625 ， WO-A-02/103747或者GB-A- 2,080,021 。
技术实现思路
针对这一背景，本专利技术的第一方面提出了一种操作静电离子阱装置的方法， 该静电离子阱装置具有可模拟单个电极的电极阵列，所述方法包括确定三个或 者多个不同的电压，当将这些不同的电压施加于多个电极中的各个电极上时就会 产生近似于通过将电压施加于单个电极所产生的场的静电俘获场；以及将三个或 者多个如此确定的电压施加于各个电极。这样，不完美性通过使用电极阵列并通过确定要施加于这些电极的电压以确 保俘获场具有较好的品质，便可以校正单个电极中的不完美性。在电极中的任何 不完美性，无论是电极形状还是电极位置，都会引起在俘获场中的不完美性，并 由此表现出在俘获场中所俘获到的离子形成的质谱的不完美性。另一种选择，该方法包括将电压施加于各个电极，从而形成近似于超对数的 俘获场。这是类似于轨道阱分析仪的静电质量分析仪的特定优点。电极阵列的形 状使得作为离子俘获装置的俘获体积的边界的那些表面遵循超对数场的等电位； 因此该方法可以包括将三个或者多个电压施加于各个电极以便于产生所需要的等 电位。另外一种方法，作为俘获体积的边界的表面釆用在俘获体积中所产生的俘 获场的等电位。电极阵列的表面可以是弯曲的，使之遵循超对数场的等电位，或者，另一种 选择，电极阵列的表面可以是成台阶的，使之遵循超对数场的等电位。在其它的 结构中，电极阵列可以近似于圆柱形的内或外表面，所述方法包括将三个或者多 个电压施加于各个电极以匹配于所需要的超对数场的电位，此处该场接触各个电 极的边缘。任选地，上述电极可以包括平板电极阵列且平板电极沿着俘获体积的纵轴间 隔排列，并且该方法可以包括将电压施加于平板电极阵列。在另外一个预想的实 施例中，平板电极的边缘定义了作为俘获体积边界的内部或外部电极表面，并且 该方法包括将电压施加于平板电极以匹配于所需要的超对数场的电位，此处该场 接触电极的边缘。这样，平板电极被用于设置与俘获场边界条件相匹配的电位， 此处俘获场接触电极。这种解决方法允许使用不遵循等电位的表面。例如，环形 电极的阵列可以用于定义圆柱形电极。超对数俘获场关于俘获装置的俘获体积的中心对称，并且电极阵列也可以关于俘获体积的中心来对称排列。这是一项优点，因为它允许将共同电压施加于对 称设置的电极对。较佳的是，确定三个或者多个将要施加于各个电极的电压的步骤包括(a) 将第一组三个或者多个电压施加于各个电极，从而产生俘获场以将一组测试离子 俘获在俘获体积中，使得所俘获到的离子采用振荡运动；(b)从所俘获到的离子 中收集一个或者多个质谱并且测量所述一个或者多个质谱的多个性能，从而得到 一个或多个特性；以及(C)将一个或多个测量到的特性与一个或多个容许数值相 比较。如果一个或多个测量到的特性符合一个或多个容许数值的话，则控制器(d)使用第一组三个或者多个电压作为确定的三个或者多个电压。如果一个或多 个测量到的特性不符合一个或多个容许数值，则控制器(e)使用一个或多个测 量到的特性来改善施加于各个电极的电压；以及(f)重复(a)至(c)的步骤。测量离子的特性(例如，在质谱中的峰值形状)以及将该特性与己知的数值 进行比较，允许改善施加于各个电极的电压从而可以产生更好的俘获场。较佳的是，步骤(b)包括从不同强度的峰值中测量多个性能。峰值可以形成 相同的质谱。另外，步骤(c)可以包括将一个或多个具有不同强度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分析在质谱仪的俘获体积中被俘获的离子的方法，包括：　　　　（ａ）将电压施加于多个电极上，由此产生一俘获场以便将一组测试离子俘获在所述俘获体积中，使得所俘获到的离子采用振荡运动；　　　　（ｂ）从所俘获到的离子中收集一个或者多个质谱，并且从所述一个或者多个质谱中测量具有不同强度的峰值的多个性能以便得到一个或多个特性；　　　　（ｃ）将所测得的一个或多个特性与一个或多个容许数值进行比较；以及　　　　（ｄ）如果所测得的一个或多个特性符合所述一个或多个容许数值，则将所述电压施加于所述多个电极，以便将一组分析离子俘获在所述俘获体积中，使得所俘获到的离子采用振荡运动；和　　　　（ｅ）从所述俘获体积中所俘获的分析离子中收集一个或者多个质谱；或者　　　　（ｆ）如果所测得的一个或多个特性不符合所述一个或多个容许数值，则使用所测得的一个或多个特性来改善将要施加于所述多个电极的电压；和　　　　（ｇ）重复步骤（ａ）至（ｃ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2005-6-27 0513047.11.一种用于分析在质谱仪的俘获体积中被俘获的离子的方法，包括(a)将电压施加于多个电极上，由此产生一俘获场以便将一组测试离子俘获在所述俘获体积中，使得所俘获到的离子采用振荡运动；(b)从所俘获到的离子中收集一个或者多个质谱，并且从所述一个或者多个质谱中测量具有不同强度的峰值的多个性能以便得到一个或多个特性；(c)将所测得的一个或多个特性与一个或多个容许数值进行比较；以及(d)如果所测得的一个或多个特性符合所述一个或多个容许数值，则将所述电压施加于所述多个电极，以便将一组分析离子俘获在所述俘获体积中，使得所俘获到的离子采用振荡运动；和(e)从所述俘获体积中所俘获的分析离子中收集一个或者多个质谱；或者(f)如果所测得的一个或多个特性不符合所述一个或多个容许数值，则使用所测得的一个或多个特性来改善将要施加于所述多个电极的电压；和(g)重复步骤(a)至(c)。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括将具有不同强 度的峰值的一个或多个相应测得特性与一个或多个容许数值进行比较，以确保在 所述测得特性之间的扩展在容许的范围之内。3. 如权利要求1或者2所述的方法，还包括测量其强度相差大于2、 5、 10、 20、 100或500的因子的两个峰值的性能。4. 如上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)包 括测量所述性能的等时性。5. 如上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括测 量下列中的两项或者多项峰值位置、峰值振幅、峰值宽度、峰值形状、峰值分 辨率、信号比噪声、质量精度或者漂移。6. 如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述一个或多个特性涉及所 述一个或者多个质谱的逼真度。7. 如上述权利要求中的任一项所述的方法，还包括执行步骤(f)，以便根据演化算法来改善电压。8. 如上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述多个电极中的 至少一个电极包括平板电极阵列，所述方法包括将所述电压施加于所述平板电极 阵列。9. 如权利要求8所述的方法，还包括改善将要施加于各个平板电极的电压。10. 如权利要求1至8中任一项所述的方法，还包括改善所述电压以便产生一俘获场，该俘获场用于改善振荡着的俘获离子的相干性的保持。11. 如权利要求io所述的方法，其特征在于，所述质谱是在检测时间内收集到的，并且所述方法包括改善所述电压使得在检测期间与相干性丢失有关的任何相位漂移都小于2;t。12. 如权利要求10或ll所述的方法，其特征在于，所述俘获体积具有纵轴， 并且所述方法包括优化被俘离子振荡的轴向分量的相干性的保持。13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述俘获体积被定义在内部电 极和外部电极之间，所述外部电极基本围绕着所述内部电极，并且所述方法包括 将所述电压施加于所述内部和外部电极。14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，将所述电压施加于所述内部和 外部电极产生一种超对数俘获场。15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述内部电极和/或外部电极的 形状使得其作为俘获体积边界的表面遵循所述超对数场的等电位，并且所述方法 包括将一电压施加于这类形状的内部或外部电极以产生所需等电位。16. 如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述内部电极和/或外部 电极包括平板电极阵列，所述平板电极阵列沿着所述俘获体积的纵轴按间隔排列 方式延伸，所述方法包括将所述电压施加于所述平板电极阵列。17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述俘获体积具有至少大致遵 循所述超对数场的等电位的表面，并且所述方法包括将共同电压施加于所述平板 电极上并使用所述特性来改善将要施加于各个平板电极的电压。18. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述平板电极的边缘定义了作 为俘获体积边界的内部或外部电极的表面，并且所述方法包括将所述电压施加于 所述平板电极以匹配于所期望的超对数场的电位，此处所述超对数场接触所述平19. 如权利要求14至18中的任一项所述的方法，其特征在于，所述超对数俘获场关于所述俘获体积的中心对称。20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，当依赖于上述权利要求16至 18中的任一项时，所述平板电极阵列关于所述俘获体积的中心对称，并且所述方 法包括将共同电压施加于对称设置的一对平板电极。21. 如权利要求20所述的方法，还包括改善施加于各个环状电极的共同电压， 以便为每一对对称设置的平板电极产生经改善的电压。22. —种用于操作具有电极阵列的...

【专利技术属性】
技术研发人员：AA马卡洛夫，
申请(专利权)人：萨默费尼根有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]