用于质谱法在四极离子阱中分离离子制造技术

通过调节场以及利用弹射频率波形，在离子阱中分离在预定狭窄质荷比范围中的离子。这样，质量－电荷比分离窗口被控制，并在没有增加频率分量数目情况下具有提高的分辨率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及在四极离子阱中分离离子。
技术介绍
四极离子阱用于质谱仪，以存储具有某些预定范围质荷比(m/z-其中m为质量，而z为电子电荷的数目)的离子。在离子阱中，存储的离子可被操纵。例如，可使具有特定质荷比的离子分离或者使之成为碎片。根据它们的质荷比，离子还可以从离子阱到检测器有选择地被弹射或者否则被消除，以形成质谱。存储的离子还可以被提取、传送或者弹射到关联的串联质量分析器，例如傅里叶变换、RF四极分析器、飞行时间分析器或者副四极离子阱分析器。所有离子阱在有多少离子可被有效地存储或者操纵方面具有限制。此外，获得特定离子结构信息还要求具有特定m/z(或者m/z的)的离子在离子阱中有选择地分离，而将所有其他离子从离子阱中排除。在MS/MS实验中，随后使分离的离子成为碎片，成为产物离子，将这些产物离子进行分析以获得特定离子的结构信息。这样，在离子阱仪器中，有多种原因需要有效的离子分离技术。四极离子阱基本上使用四极场来捕捉离子。在纯粹的四极场中，通过被称为马丢方程的二阶微分方程的解来在数学上描述离子的运动。可以发展这些解用于一般的情况，即可运用到所有射频(RF)和直流(DC)四极器件上，该设备包括二维和三维四极离子阱。在第5,420,425号美国专利中描述了一个二维四极阱，而在第4,540,884号美国专利中描述了一个三维四极阱，两个专利都全部参考引入。通常，马丢方程的解和相应离子运动的特征在于，通过折合参数au和qu，其中u代表对应于沿着场对称轴位移的x、y或者z空间方向。au＝(KaeU)/(mro2ω2)qu＝(KqeV)/(mro2ω2)其中V＝施加射频(RF)正弦电压的幅值U＝施加直流(DC)电压的幅值e＝离子上的电荷m＝离子质量ro＝器件特性尺寸ω＝2πff＝RF电压的频率Ka＝对于au的器件-场几何相关的常数Kq＝对于qu的器件-场几何相关的常数RF电压产生用于限制离子在器件内运动的RF四极场。此运动的特征在于，特性频率(也称为主频率)和另外的高阶频率和这些特性频率取决于离子的质量和电荷。独立的特性频率也与每个维有关，其中四极场发生作用。这样，为三维四极离子阱确定单独的轴向(z维)和径向(x和y维)特性频率。在二维四极离子阱中，离子在x和y维具有单独的特性频率。对于特定的离子，特定的特性频率不仅取决于离子质量、在离子上的电荷，而且也取决于阱场的若干参数。可利用辅助AC场，通过在一个或者更多它们特性频率处来共振该离子，激发离子运动。通过把相对小的振荡(AC)电位施加到适当的电极上，把辅助AC场叠加到主四极场。为了激发具有特定m/z的离子，辅助AC场包括一个分量，该分量在离子运动的特性频率或者在其附近振荡。如果具有一个以上m/z的离子要被激发，则辅助场可包含多个频率分量，这些频率分量与将要共振的每个m/z相应的特性频率一起振荡。为了产生辅助AC场，通过波形发生器产生辅助波形，而与产生的波形有关的电压通过变压器施加到适当的电极上。辅助波形可包含许多与一些相对相位一起增加的频率分量。这些波形在这里称为共振弹射频率波形或者简单地称为弹射频率波形。这些弹射频率波形可用于从离子阱中共振地弹射大量不需要的离子。当离子通过辅助场驱动时，该离子从该场中获得动能，该辅助场包括一个分量，它的振动频率与该粒子的特征频率接近。如果足够动能结合到离子上，则它的振荡幅度可越出离子阱的界限。离子将随后撞击在阱壁上，或者如果适当的孔存在，则该离子将从该离子阱弹射出。由于不同的m/z离子具有不同的特性频率，则可通过激发离子阱而有选择地确定该不同m/z离子的振荡幅度。此振荡幅度有选择的操作可用于在任何时候从阱中除去不需要的离子。例如，当阱首次充填离子时，在离子积聚期间，可利用弹射频率波形来把窄范围的m/z比分离。在这种方式中，该阱可只填充所需要的离子，因此允许想要的m/z比用增强的信噪比来检测。同样，在用于实现MS/MS实验而填充阱之后，或者在MSn实验中的每个离解阶段后，特定m/z范围在离子阱内被分离。利用宽带共振弹射频率波形来实现离子分离，该波形一般地通过把由正弦波(如在第5,324,939号美国专利中描述的那样)表示的离散频率分量求和来形成。也就是说，求和的正弦波具有离散的频率，与希望弹射离子m/z范围相对应，但是，排除与希望保留的离子m/z范围对应的频率分量。删除的频率在弹射频率波形上确定了频率凹口。因此，当使用弹射频率波形时，具有不希望有的m/z的离子能够基本上同时弹射或者被消除，而保持想要的m/z离子，因为它们的m/z比值对应于频率分量从弹射波形消失的位置。为了基本上同时弹射或者否则消除所有不希望有的离子，该弹射频率波形需要包括接近地间隔离散频率分量。因此该弹射频率波形一般地由大量正弦波产生。通常，控制这种波形的产生是一个复杂的问题。如果正弦波的离散频率均匀地隔开，并且每个正弦波具有相同的相对幅度，则该普遍的问题可被简化。为了进一步简化波形的产生，该离散的频率可相对宽泛地分离(间隔开，例如至少相隔1500Hz)，并且该系统可包括一个装置，以调制RF电压来产生离子，该离子将否则在频率分量之间落下，以取得共振(例如参见第5,457,315号美国专利)。当希望把宽度大体上小于1amu(原子质量单位，为1.660538×10-27千克)的m/z范围分离时，宽带弹射频率波形可以需要很多这样的频率分量，这些频率分量间隔很接近以致于波形产生变得不切实际。此外，如果使用，这样的波形还要不得不被不切实际地应用较长时间。例如，对于760kHz RF频率，利用500Hz间隔在m/z1200以上，获得均匀的单位分解隔离是困难的。在替代的技术中，辅助场只包括单一频率分量，并且通过缓慢增加或者降低阱RF电压幅值来弹射不希望有的离子(参见Schwartz，J.C.；Jardine，I.Rapid Comm.Mass Spectrum.6 1992 313)。
技术实现思路
通过调节场以及使用弹射波形，将在预定狭窄m/z范围中的离子在离子阱中进行分离。这样，控制质荷比分离窗口，并具有改进的分辨率，同时没有增加频率分量数目。通常，专利技术提供用于在离子阱中分离离子的方法和装置。将离子阱配置成以利用具有第一值的场的产生来促进离子保留在离子阱中。要分离的离子具有一定范围的质荷比，和初始特性频率的相应范围，其中该一定范围由质荷比的下限和质荷比的上限来确定。离子阱具有多个电极。在专利技术的一个方面，专利技术涉及一种方法，该方法包括把弹射频率波形应用到至少一个电极上，该弹射频率波形具有至少第一频率边缘和第二频率边缘，并且该将要被分离的离子范围的至少初始相应频率包含在第一和第二频率边缘之间的频率范围内，这样最初，将第一和第二频率边缘之间具有特性频率的初始相应范围的所有离子均保持在该离子阱中。从第二值到第三值来调节场，选择该第二和第三值，这样，基本上所有在将要被分离的质荷比范围外的离子从该离子阱中被消除。在专利技术的另一个方面，该特性频率包括第一维的频率分量和第二维的频率分量。离子阱包括电极，该电极包括沿着第一维对准的电极和沿着第二维对准的电极，而该方法包括跨越对准第一维的电极应用弹射频率波形的第一部分，该弹射波形的第一部分包括在第一维的至少第一频率边缘和第二频率边缘，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在离子阱中分离离子的方法，利用具有第一值场的产生来促进在该离子阱中离子的捕获，要被分离的离子具有一个质荷比的范围，由质荷比下限和质荷比上限来限定，和特性频率的初始相应范围，该离子阱包括至少两个电极，并且该方法包括：将弹射频率波形应用到至少一个电极上，该弹射频率波形具有至少一个第一频率边缘和一个第二频率边缘，并且将至少要被分离的离子范围的初始相应频率包含在该第一和第二频率边缘之间的频率范围中；这样将具有第一和第二频率边缘之间特性频率的初始相应范围的最初全部离子均保持在该离子阱中；并且从第二值到第三值调节该场，将第二和第三值选择成，将该质荷比范围之外将要被分离的实质上所有离子从该离子阱中消除出去。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-8-19 10/922,8091.一种用于在离子阱中分离离子的方法，利用具有第一值场的产生来促进在该离子阱中离子的捕获，要被分离的离子具有一个质荷比的范围，由质荷比下限和质荷比上限来限定，和特性频率的初始相应范围，该离子阱包括至少两个电极，并且该方法包括将弹射频率波形应用到至少一个电极上，该弹射频率波形具有至少一个第一频率边缘和一个第二频率边缘，并且将至少要被分离的离子范围的初始相应频率包含在该第一和第二频率边缘之间的频率范围中；这样将具有第一和第二频率边缘之间特性频率的初始相应范围的最初全部离子均保持在该离子阱中；并且从第二值到第三值调节该场，将第二和第三值选择成，将该质荷比范围之外将要被分离的实质上所有离子从该离子阱中消除出去。2.如权利要求1的方法，其中调节场包括调节RF电压。3.如权利要求1的方法，其中调节场包括调节DC电压。4.如权利要求1的方法，其中调节场包括实质上四极场。5.如权利要求1的方法，其中第二值选择成将质荷比上限以上的离子从离子阱中消除掉。6.如权利要求1的方法，其中第三值选择成将质荷比下限以下的离子从离子阱中消除掉。7.如权利要求1的方法，其中第二值选择成将质荷比下限以下的离子从离子阱中消除掉。8.如权利要求1的方法，其中第三值选择成将质荷比上限以上的离子从离子阱中消除掉。9.如权利要求1的方法，其中将该场从第二值调节到第三值包括至少一个分阶段的过渡。10.如权利要求9的方法，其中在小于大约1ms内，从第二值到第三值调节该场。11.如权利要求1的方法，其中从第二值到第三值调节该场包括至少一个渐变的过渡。12.如权利要求11的方法，其中用于至少一个渐变过渡电压的时间对要分离的质荷比或者需要分离的分辨率具有一些依赖性。13.如权利要求1的方法，其中在应用第二值前，应用在前的值，这样将要分离的质荷比的范围设置成它们特性频率的初始相应范围在第一和第二频率边缘之间。14.如权利要求1的方法，其中使用从离散频率中选择的一系列有序的频率产生该弹射频率波形。15.如权利要求14的方法，其中该离散频率是实质上均匀间隔的。16.如权利要求14的方法，其中在该系列中相邻频率以大约750Hz或者更少彼此隔开。17.如权利要求14的方法，其中在该系列中相邻频率以大约500Hz或者更少彼此隔开。18.如权利要求1的方法，其中至少一个电极对准第一维，并且至少一个电极对准第二维。19.如权利要求18的方法，其中该弹射波形同时应用到对准第一维的电极和对准第二维的电极。20.如权利要求18的方法，其中该弹射波形顺次首先应用到对准第一维的电极然后应用到对准第二维的电极。21.如权利要求1的方法，其中该弹射波形包括至少两个波形部分。22.如权利要求21的方法，其中该两个波形部分实质上同时应用。23.如权利要求21的方法，其中该两个波形部分顺次应用。24.如权利要求21的方法，其中该两个波形部分顺次一个接着一个多次应用。25.如权利要求21的方法，其中该两个波形部分中的第一个限定该弹射频率波形的第一个边缘。26.如权利要求25的方法，其中该两个波形部分中的第二个限定该弹射频率波形的第二个边缘。27.如权利要求26的方法，其中把场调节到第二值，从该离子阱弹射实质上所有具有在第一频率边缘一侧的特性频率的离子。28.如权利要求27的方法，其中把场调节到第三值，从该离子阱弹射实质上所有具有在第二频率边缘一侧的特性频率的离子。29.如权利要求28的方法，其中具有在第一频率边缘一侧特性频率的所有离子和具有在第二频率边缘一侧特性频率的所有离子，包括在要分离质荷比范围以外的实质上所有离子。30.如权利要求1的方法，其中该弹射波形包括在至少二维中的频率分量。31.如权利要求30的方法，其中至少一个电极对准第一维，和至少一个电极对准第二维。32.如权利要求31的方法，其中将该弹射频率波形实质上同时应用到对准第一维的电极和对准第二维的电极。33.如权利要求31的方法，其中该弹射频率波形顺次应用到对准第一维的电极和对准第二维的电极。34.如权利要求30的方法，其中该弹射频率波形包括至少两个波形部分。35.如权利要求34的方法，其中该至少两个波形部分中的第一个包括在第一维的频率分量，和该至少两个波形部分中的第二个包括在第二维的频率分量。36.如权利要求1的方法，其中该离子阱包括一个二维线性离子阱。37.如权利要求1的方法，其中该离子阱包括一个三维离子阱。38.一种用于在离子阱中分离离子的方法，利用具有第一值的场的产生来促进在该离子阱中离子的捕获，要被分离的离子具有一定范围的质荷比，由第一质荷比极限和第二质荷比极限来限定，和特性频率的初始相应范围，包括第一维的频率分量和第二维的频率分量，该离子阱包括电极，包括沿着第一维对准的电极和沿着第二维对准的电极，该方法包括穿过对准第一维的电极，应用弹射频率波形的第一部分，该弹射波形的第一部分包括在该第一维的至少第一频率边缘和第二频率边缘，以及在要分离质荷比范围的第一维中，至少将特性频率的初始相应范围包含在第一边缘和第二边缘之间频率范围内；穿过对准第二维的电极，应用弹射频率波形的第二部分，该弹射波形的第二部分在第二维具有第三频率边缘和第四频率边缘，以及在要分离离子范围的第二维中，至少将初始对应频率包含在第三边缘和第四边缘之间的频率范围内。39.如权利要求38的方法，其中弹射频率波形的第一部分和弹射频率波形的第二部分实质上同时应用。40.如权利要求38的方法，其中弹射波形的第一部分和弹射波形的第二部分顺次应用。41.如权利要求38的方法，进一步包括从第二值到第三值调节场，将第二和第三值选择成，把要分离质荷比范围外实质上所有离子从该离子阱中消除掉。42.如权利要求38的方法，其中使用从离散频率中选择的一系列有序的频率产生该弹射频率波形。43.如权利要求42的方法，其中该离散频率实质上均匀间隔。44.如权利要求43的方法，其中在该系列中相邻频率以大约750Hz或者更少彼此隔开。45.如权利要求43的方法，其中在该系列中相邻频率以大约500Hz或者更少彼此隔开。46.如权利要求38的方法，其中应用两个波形部分中之一，在第一方向上产生离子振幅的增加和这些离子第一振荡频率的移动。47.如权利要求46的方法，其中应用两个波形部分中另一个，在第二方向上产生离子振幅增加和这些离子的第二振荡频率的移动。48.如权利要求47的方法，其中该第一方向与第二方向相对。49.如权利要求38的方法，其中该四极离子阱为实质上的四极非线性离子阱。50.如权利要求49的方法，其中该非线性离子阱包括一个二维离子阱。51.如权利要求49的方法，其中该非线性离子阱包括一个三维离子阱。52.一种用于在离子阱中分离离子的方法，利用具有第一值场的产生来促进在该离子阱中离子的捕获，要被分离的离子具有一定范围的质荷比，由质荷比上限和质荷比下限来限定，该离子阱包括至少两个电极，并且该方法包括把包括至少两个频率的第一弹射频率波形应用到至少一个电极上，该第一弹射频率波形具有至少一个第一边缘，以及从第二到第三值调节该场，这些值选择成将最初具有在第一边缘和质量电荷范围最近极限之间特性频率的至少所有离子从离子阱中消除掉。53.如权利要求52的方法，其中该最近的边缘相应于质荷比上限。54.如权利要求53的方法，进一步包括跨越至少一个电极，应用包括至少两个频率的一个第二弹射频率波形，该第二弹射频率波形具有一个第二边缘，和从第四到第五值调节该场，这些值选择成将具有在第二弹射频率波形的第二边缘和质荷比下限之间特性频率的至少所有离子消除掉。55.如权利要求52的方法，其中该最近的边缘相应于质荷比下限。56.如权利要求55的方法，进一步包括跨越至少一个电极，应用包括至少两个频率的一个第二弹射频率波形，该第二弹射频率波形具有一个第二边缘，和从第四到第五值调节该场，这些值选择成将具有在第二弹射频率波形的第二边缘和质荷比上限之间特性频率的至少所有离子消除掉。57.如权利要求52的方法，其中调节场包括调节RF电压。58.如权利要求52的方法，其中调节场包括调节DC电压。59.如权利要求52的方法，其中该场包括实质上四极的场。60.一种用于在离子阱中分离离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特T夸姆比，杰C施瓦兹，约翰EP西卡，
申请(专利权)人：塞莫费尼根股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]