直线式离子阱及质量分析器系统和方法技术方案

一种直线式离子阱质量分析器，包括：　　　　设置在ｚｘ和ｚｙ平面上间隔的ｘ和ｙ对平面电极以限定一陷获体积；　　　　ＲＦ电压源，其用于在ｘ和ｙ对电极之间施加ＲＦ电压以在ｘｙ平面上产生ＲＦ陷获场；　　　　在由所述ｘ和ｙ电极对限定的陷获体积内的末端的端电极　　　　ＤＣ电压源，其用于向至少所述端电极上施加ＤＣ电压以沿ｚ轴提供ＤＣ陷获场由此离子被陷获在该陷获体积内；及　　　　ＡＣ电压源，其用于向至少一对所述间隔的ｘ或ｙ电极施加ＡＣ电压以在相应的ｚｘ或ｚｙ平面内激发离子。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种离子阱及离子阱质量分析器，特别是，涉及一种直线式离子阱和使用直线式离子阱的质量分析器。
技术介绍
具有在r和z(在极坐标系统中)两方向上的四极场的三维离子阱对离子施加线性力，可以用作对具有较宽或较窄质/荷比范围的离子的离子阱。场的形状通常由一个环形电极和两个双曲线形的端盖电极这三个电极组成的一组电极来确定。这样的装置称为保罗或四极离子阱。在更简单的替代装置中，圆柱形离子阱(CITs)，环的内表面是圆柱形的而端盖是平的。保罗阱和圆柱形离子阱已知有一些缺点。它们包括对可陷获的离子的数量的限制和对外部离子射入的效率较低。为了使空间电荷效应最小化因而在商业质谱仪中实现高分辨率，在典型的实验中，只有500个或更少的离子能被陷获。通过端盖电极的入口孔射入的全体离子经历RF场，只有那些在适当的RF相位射入的离子能被有效地陷获。和缓冲气体的碰撞帮助陷获，大体上连续射入离子的陷获效率小于5％，在许多情况下还更少。另一种离子阱，线性离子阱，专注于这些问题。线性离子阱包括伸长的隔开的多极杆，RF和DC电压施加在上面以陷获由多极杆限定的体积中的离子。在美国专利6177668中描述了具有伸长的多极杆装置的线性离子阱。二维的RF场放射状限定这些落入有关质量范围内的被陷获离子。这些离子被施加到端电极上的dc场轴向容纳在杆限定的体积内。被陷获的离子通过由边缘场引起的离子的自由度的混合而被质量选择性地轴向射出。美国专利6403955专注于四极离子阱质谱仪，其陷获体积由间隔的杆限定。离子在陷获体积中的运动产生离子的象电流特性。美国专利5420425描述了一种线性四极离子阱，其中通过形成在限定陷获体积的间隔线形杆其中之一上的伸长开口射出离子。上面所有的离子阱，除了圆柱形离子阱意外，都需要精确的机械处理如加工、装配等，在制造使用离子阱的小的便携式的质量分析器时，该机械处理就要更复杂。美国专利6483109公开一种多段质谱仪。一个优选实施例包括与质量选择的离子阱装置的线形阵列连接的脉冲离子源，至少一个阱连接导外部的离子检测器。每个离子阱构造为具有用于散布在一对沿其z轴排列的保护单元之间的感兴趣离子的陷获的存储单元。射频(RF)和直流(DC)电压施加到离子阱装置的电极上而将离子保持在存储单元中。每个陷获单元具有一个亚区，其中离子的动态运动沿z方向展现出依赖于m/z的谐振频率，允许离子的运动被m/z值选择性地激发。AC电压可以与施加的DC电压中的时间分解(time-resolved)的改变结合以使单独的陷获单元可以在离子陷获、质量选择和离子断裂模式之间切换。离子可以选择性的在离子阱中传输，并选择性的在每个阱中离解以能实现MSn操作。离子阱的线性阵列包括由若干个开放单元组成的谐波线性阱(HLTs)。HLTs的单元由在ZX和ZY平面上取向的平行六面体形矩形电极组成，而在XY平面上没有矩形电极。
技术实现思路
本专利技术的总体目的是提供一种具有新的且简单的几何形状的离子阱。本专利技术的另一目的是提供一种离子阱，其允许在简单的几何形状中以高的陷获能力陷获气相离子。本专利技术的另一目的是提供一种离子阱，其可操作为在质量选择的不稳定模式中提供质量分析，而在质量选择的稳定模式中和在破坏检测模式中与其他阱相同。可选的，当使用双曲线和圆柱形离子阱时可以使用非破坏检测模式容易地完成质量分析。本专利技术的另一目的是提供用于质量存储、质量分析和质量分隔的直线式离子阱阵列。本专利技术的又一目的是提供直线式离子阱阵列，其允许在离子阱上施加多种气相过程的组合以实现高灵敏度、高选择性及/或更高的离子分析处理量。提供一种直线式离子阱，其包括设置在zx和zy平面上间隔的x和y对平电极以限定一陷获体积，RF电压源其用于在x和y对电极之间施加RF电压，以在由所述对x和y电极限定的陷获体积末端在xy平面端电极上产生RF陷获场，DC电压源其用于向至少所述端电极上施加电压以沿z轴提供DC陷获场由此离子被陷获在该陷获体积内，AC电压源其用于向至少一对所述x或y电极上施加AC电压以在相应的zx或zy平面内激发离子。端电极可包括设置在xy平面中的平面电极板或对或其组合。可向端电极施加AC电压以在z方向激发离子。Rf电极和端板可包括狭缝或开口以在x、y和z方向上射出离子。提供一种多段离子处理系统，其包括相互连接的若干个直线式离子阱，由此离子可以在阱间移动。该阱安排为串联或并联或其组合，以便离子在x、y或z方向上在阱间移动。附图说明参考附图，阅读下面的描述，可清楚地理解本专利技术，在附图中图1a-b示出直线式离子阱，其允许离子沿z轴的射入/射出以及DC陷获电压；图2a-b示出直线式离子阱，其具有沿x轴的用于离子射入/射出的狭缝以及DC陷获电压；图3a-b示出具有三个RF部的直线式离子阱和DC陷获电压；图4a-b示出具有三个RF部和端板的直线式离子阱和DC陷获电压；图5概略地示出在质量分析系统中的图2所示类型的直线式离子阱；图6示出使用图5中的系统对苯乙酮获得的质谱；图7示出在图5的系统中通过CID获得的苯乙酮的母体m/z105离子的质谱和断片离子m/z105的质谱；图8示出为获得质量m/z111的离子用不同时间对二氯苯电离的效果；图9示出使用对直线式离子阱的RF和DC电压绘制的稳定图示(在下面定义)；图10a-10b示出用于沿z轴通过在图1中的直线式离子阱的端电极中的孔进行质量选择离子射出的AC和RF电压；图11示出用于通过在端电极中的狭缝进行质量选择射出的直线式离子阱，AC电压被施加在x电极之间；图12示出用于通过在端电极中的狭缝进行质量选择射出的直线式离子阱，AC电压被施加在x或y电极之间；图13示出用于在x电极上施加AC扫描电压而通过在x RF电极中的狭缝来扫描离子的直线式离子阱；图14示出用于在相应的电极上施加AC扫描电压而通过在相应x或y RF电极中的狭缝来扫描离子的直线式离子阱；图15示出在RF和端电极上具有狭缝以允许离子可在任意方向射出的直线式离子阱；图16示出立方形直线式离子阱，其在每个电极上具有交叉的狭缝，由此在选定对的电极之间施加RF和AC电压允许离子在x、y或z方向射出；图17示出直线式离子阱的串连组合和施加的DC电压；图18概略地示出同样尺寸的离子阱的串连阵列；图19a-e概略地示出对三种串连连接的直线式离子阱的多种操作模式；图20概略地示出不同尺寸的直线式离子阱的串连阵列；图21是示出直线式离子阱的并联阵列的透视图；图22是示出对离子总体完成一系列操作的直线式离子阱的并联阵列的透视图；图23是示出串联排列的两个直线式离子阱的并联阵列的透视图；图24是用于离子迁移率的测量的并联阵列的透视图；图25概略地示出一中用于非RF扫描多过程分析的不定尺寸的直线式离子阱并联阵列；图26概略地示出另一用于非RF扫描多过程分析的不定尺寸的直线式离子阱并联阵列；及图27是在三维阵列中排列的直线式离子阱的透视图。具体实施例方式图1-4示出四种直线式离子阱几何形状及如可能情形的DC、AC和RF电压施加到电极板上以陷获和分析离子。陷获体积由在zx和zy平面中的x和y对间隔的平面或平板RF电极11、12和13、14限定。离子在z方向被陷获，图1和2，由施加到在xy平面中设置在由x、y对板限定的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种直线式离子阱质量分析器，包括设置在zx和zy平面上间隔的x和y对平面电极以限定一陷获体积；RF电压源，其用于在x和y对电极之间施加RF电压以在xy平面上产生RF陷获场；在由所述x和y电极对限定的陷获体积内的末端的端电极DC电压源，其用于向至少所述端电极上施加DC电压以沿z轴提供DC陷获场由此离子被陷获在该陷获体积内；及AC电压源，其用于向至少一对所述间隔的x或y电极施加AC电压以在相应的zx或zy平面内激发离子。2.如权利要求1所述的直线式离子阱，其中端电极包括设置在xy平面中的板。3.如权利要求1所述的直线式离子阱，其中端电极包括设置在zx和zy平面中的间隔的平面的端RF电极对。4.如权利要求3所述的直线式离子阱，包括设置在xy平面中在所述间隔的平面的端RF电极对的末端的端板。5.如权利要求2或4所述的直线式离子阱，其中至少一个所述端电极包括在与施加AC电压的相同的方向上取向的狭缝由此以提高在z方向上的离子射出。6.如权利要求2或4所述的直线式离子阱，其中至少一个所述端板包括在x和y方向上取向的狭缝。7.如权利要求1所述的直线式离子阱，其中至少AC电压所施加的x或y对板中的一个包括在z方向上取向的狭缝或拉长的开口。8.如权利要求5所述的直线式离子阱，其中至少x和y电极板之一包括狭缝或拉长的开口。9.如权利要求2所述的直线式离子阱，其中x和y电极和端电极限定一立方形陷获体积，所有的板包括交叉的狭缝或拉长的开口。10.一种多阶段离子处理系统包括若干个直线式离子阱，每个包括设置在zx和zy平面上间隔的x和y对平面电极以限定一陷获体积；RF电压源，其用于在x和y对电极之间施加RF电压以在xy平面上产生RF陷获场；在由所述x和y电极对限定的陷获体积内的末端的端电极DC电压源，其用于向至少所述端电极上施加DC电压以沿z轴提供DC陷获场由此离子被陷获在该陷获体积内；及AC电压源，其用于向至少一对所述间隔的x或y电极施加AC电压以在相应的zx或zy平面内激发离子。可向端电极施加AC电压以在相应的所述直线式离子阱相互耦合的zx或zy平面上激...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·G·库克斯，欧阳政，
申请(专利权)人：珀杜研究基金会，
类型：发明
国别省市：