具有可调离子光学部件的电扇形体飞行时间质谱仪制造技术

本发明专利技术提供用于预定的飞行时间（ＴＯＦ）质谱测定方法（２００）的设备和方法。本发明专利技术的质谱仪包括一个或更多个聚焦电扇形体（２５０、３５０、４５０和５５０）。至少一个电扇形体与一个离子光学部件（２６６、２６７）联结。离子光学部件（２６６、２６７）包括至少一种可调电极（２６０、２６１）以使可调电极（２６０、２６１）能够调整被进入（７０）或者退出（７２）与其联结的电扇形体（２５０、３５０、４５０或５５０）的离子感应到的电势。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是在化学分析和生物化学分析的领域内，特别是涉及用于采用质谱测定法而具有改进的分辨率和灵敏度的检测分析的设备和方法。
技术介绍
飞行时间(TOF)质谱测定方法自其在1946年构思以来经历了令人难忘的发展。目前，TOF质谱测定方法是一种广泛使用的技术，发现对测定大的生物分子的分子质量来说特别有用。由于采用TOF质谱测定方法的质量分析不要求与时间有关的变化磁场或电场，因此对于很宽的质量范围来说能够在较小的时间窗口内进行质量分析。在其最简单的结构中，TOF质谱仪包括至少三个主要部件离子源、自由飞行区和离子检测器。在离子源中，通常通过高能量轰击使分子从试样转变到能飞行的离子。每种离子特征在于其质荷比，即m/z。所以，离子源从包括不同质量的分子的试样产生许多种类离子，每一种类具有特性m/z。在离子化以后，一些极性适合的离子被电场加速到最终速度并且进行自由飞行区。这样的抽取和加速把近乎恒定的动能赋予各个离子。从而，每个离子在加速以后达到与其质量平方根成反比的最终速度。因此，越轻的离子比越重的离子具有越高的速度。在自由飞行期间，不同质量的离子因其不同的速度而分类。在渡过自由飞行区以后，离子抵达离子检测器部件。离子通过这段距离的需用时间、称之为飞行时间(TOF)可以用来计算离子的质量。用这样的方法，可以把飞行时间范围转换成原试样的质谱。具有完全相同的质量和动能的离子以非常紧密的包的形式通过自由飞行区。以上所述的包到达离子检测器并且被离子检测器记录，对于在那里面的所有离子而言基本上具有单一的TOF。在以上所述的最佳情况中，质量测定是非常准确而灵敏的，区分质量相似的不同种类离子的能、一种被称之为质量分辨率的性能、也是非常准确而灵敏的。然而实际上，难以实现这些使用TOF质谱仪的最佳情况。一些随机因素导致把一种能量分布场赋予在离子源内形成的离子。这样的分布场由于在离子初始形成期间离子之间的不均匀性，例如在离子热能、速度、占据空间的位置和形成时间中的差异，就有可能产生。结果是相同离子的包在飞行时间区弥散而因此以较宽的飞行时间分布到达离子检测器。这种较宽的分布降低质谱的准确度、灵敏度和分辨率。因此，所得到的质谱是难以准确测定离子质量的质谱，由于重叠一些信号，因此困难的是分辨同种但不相同质量的离子的能力。这些问题对TOF质谱仪的准确度和应用产生严重的制约。描述了试图在自由飞行期间补偿这种与质量有关的弥散、通常称之为离子聚焦的各种各样技术。这些聚焦技术中的某些聚焦技术，例如时滞聚焦、后置源聚焦和动态脉冲聚焦，在离子加速期间控制电场。其他一些方法包含通过改变飞行路径长度构成离子聚焦的离子镜或者离子反射镜，以使能量越高的离子相应通过的路径越长。然而，这些技术局限于在限定质量范围内的离子聚焦。另一种聚焦技术使用电扇形体构成的弯曲偏转电场。美国专利No.3576992(Moorman等人)和No.3863068(Poschenrieder)描述使用电扇形体的离子聚焦技术。电扇形体包括在其间具有偏转电场的弯曲的静电板对。离子进入电扇形体并且在退出之前在其内被电场偏转而沿着弯曲路径旋转。因为在电扇形体里不同能量的离子沿着不同路径旋转所以发生离子聚焦。能量越高的离子沿着越长的弯曲路径以比能量较低的离子低的角速度旋转。因此，为了通过电扇形体能量越高的离子比能量越低的离子需要越长的时间，需要一种与在直线自由飞行区中质量分辨率的弥散和损失相反而因此补偿在直线自由飞行区中分辨率的弥散和损失的走向。在电扇形体和自由飞行区之间恰当分配离子飞行路径的情况下，离子聚焦可以产生具有较高质量分辨率和灵敏度TOF质谱。在Poschenrieder和其他一些参考文献(T.Sakurai等人，“用作具有多对称性的飞行时间质谱仪的离子镜片”，Int，J.Mass.Spectrom.Ion Proc.63，PP273-287(1985)；T.Sakurai等人，“新式飞行时间质谱仪”，Int.J.Mass.Spectrom.Ion Proc.66，PP283-290(1985))中描述了进一步的增强。串联排列许多电扇形体，各个电扇形体序贯地使单离子飞行路径偏转而聚焦。这种排列也考虑到可以位于各个电扇形之前和跟接各个电扇形体的许多自由飞行区。而且，许多电扇形体可以安装成为提高能量和立体聚焦而构成的一种紧凑、对称的排列。由于可以使离子飞行路径的总长度容纳在非常小的容积的空间里因此紧溱的特点是一种进一步的优点，从而节省设备里的宝贵空间。虽然说明了在TOF质谱仪中电扇形体的某些优点，但其应用仍然由于一些缺点而受到限制。例如，电扇形体的离子聚焦能力显著的依赖于其电场性质和一些物理参数并且对电场性质和一些物理参数是敏感的。这些参数中的微小偏差能够大大地影响其离子聚焦能力。因此，对于获得理想的结果来说，建立和安装电扇形体是困难的。而且，在其构造和安装以后通过机械方法改变或者调整这些参数也是极其困难的。因此，最理想的是提供用于进行带有离子聚焦电扇形体的TOF质谱测定方法的设备和方法，以提高质谱的质量分辨率和/或灵敏度。最理想的是提供用于进行带有离子聚焦电扇形体的TOF质谱测定方法的设备和方法以使电扇形体的离子聚焦性能是容易调节的，因此进行TOF质谱仪中的调整可以提高质量分辨率或灵敏度。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种具有一个或更多个电扇形体的飞行时间质谱仪来满足以上所述的一些要求和其他一些要求。电扇形体中至少一个电扇形体与一个或更多个离子光学部件相联结。把离子光学部件配置在电扇形体中的或是入口或是出口或者既是入口又是出口处，以便光学部件调整被进入或退出与其有关联的电扇形体的离子感应到电势。每个光学部件包括至少一种微调电极，其中微调电极的电位是可调的。而且，每种微调电极相对于其他可调节的微调电极和其他电扇形体是可以独立调节的。所以，每种可调节的微调电极可以提供调整电扇形体中的离子聚焦性能的附加自由度而不需要更困难的机械调节或者电扇形体自身的变换。在本专利技术的另一个实施例中，TOF质谱仪进一步包括许多呈对称排列的电扇形体。电扇形体的这种排列使离子偏转进入相应对称的飞行路径，因而在紧凑的空间中提供辅助离子聚焦的能力。电扇形体中至少一个电扇形体与一个或更多个离子光学部件相联结。每个离子光学部件包括至少一种如以上所述的可独立调节的微调电极。另一方面，提供使本专利技术TOF质谱仪的调整能够提高所获得的质谱的质量分辨率或灵敏度的一些方法。通过调节其中提供的一个或更多个离子光学部件中的可调节的微调电极来进行这种调整，因而改进质谱仪的离子聚焦性能。观察和比较调节对质谱的效果可以用来进一步控制微调电极调节，直至获得理想的质谱。本专利技术提供包括限定离子飞行路径并具有离子进入口和离子退出口的离子飞行路径装置；包括用于使从离子源进入离子飞行路径装置离子进入口的离子脉冲加速的装置的离子源；与离子飞行路径装置的离子进入口连通的离子检测器以及用于记录所检测的离子的飞行时间范围的装置的一种飞行时间质谱仪。离子飞行路径装置包括至少一个无场区；至少一个电扇形体；具有入口和出口的各个电扇形体；以及至少一个与至少一个电扇形体联结的离子光学部件，其中每个离子光学部件调整被进入或退出电扇形体的离子感应到的电势。在本专利技术的某些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行时间质谱仪，包括：ａ）飞行路径装置，限定用于离子的飞行路径和具有离子进入口和离子退出口的离子，包含：ｉ）至少一个无场区；ｉｉ）至少一个电扇形体，每个电扇形体具有入口和出口；和ｉｉｉ）至少一个离子光学部 件，与至少一个电扇形体相关联，其中每个离子光学部件调整被进入或者退出电扇形体的离子感应到的电势；ｂ）离子源，包含用于加速从离子源进入离子飞行路径装置的进入口的离子的装置；ｃ）离子检测器，与离子飞行路径装置的离子退出口连通；以 及ｄ）用于记录所检测的离子的飞行时间谱的装置。

【技术特征摘要】
US 2002-9-24 60/413,406;US 2003-4-24 10/424,3511.一种飞行时间质谱仪，包括a)飞行路径装置，限定用于离子的飞行路径和具有离子进入口和离子退出口的离子，包含i)至少一个无场区；ii)至少一个电扇形体，每个电扇形体具有入口和出口；和iii)至少一个离子光学部件，与至少一个电扇形体相关联，其中每个离子光学部件调整被进入或者退出电扇形体的离子感应到的电势；b)离子源，包含用于加速从离子源进入离子飞行路径装置的进入口的离子的装置；c)离子检测器，与离子飞行路径装置的离子退出口连通；以及d)用于记录所检测的离子的飞行时间谱的装置。2.权利要求1的质谱仪，其中离子光学部件包括聚焦透镜。3.权利要求1的质谱仪，其中离子光学部件包括至少一种可调节地调整被进入或退出电扇形体的离子感应到的电势的可调节的微调电极。4.权利要求1或者权利要求2的质谱仪，其中离子源是激光解吸离子源。5.权利要求1或者权利要求2的质谱仪，其中离子源包括用于选择供应一个或更多个质量或者一个范围的质量的装置。6.权利要求5的质谱仪，其中离子源进一步包括用于供应所选择的质量或所选择范围的质量的碎片的装置。7.权利要求3的质谱仪，其中在电扇形体的入口和出口之间配置可调节的微调电极。8.权利要求3的质谱仪，其中至少一种可调节的微调电极包括配置成离子在对中的可调节的微调电极之间通过的一对可调节的微调电极，其中该对与电扇形体的或是出口或入口连通。9.权利要求3的质谱仪，其中至少一种可调节的微调电极包括许多可调节的微调电极对，每一对配置成离子在对中的可调节的微调电极之间通过，其中一对与每个电扇形体中的每个入口和每个出口联结。10.权利要求9的质谱仪包括四个电扇形体，每个电扇形体具有大约270度的偏转角，其中无场区把各个电扇形体分开。11.权利要求3的质谱仪包括许多电扇形体，其中至少一种可调节的微调电极包括第一和第二对可调节的微调电极，每一对配置成离子在对中的可调节的微调电极之间通过，其中第一对与接近离子飞行路径进入口的电扇形体入口连通而第二对与接近离子飞行路径退出口的电扇形体出口连通。12.权利要求11的质谱仪包括四个电扇形体，每个电扇形体具有大约270度的偏转角，其中无场区使各个电扇形体分开。13.权利要求3的质谱仪，其中离子源包括激光解吸/电离装置。14.权利要求3的质谱仪，其中离子源包括化学电离装置、电子碰撞电离装置、光电离装置或电火花电离装置。15.权利要求3的质谱仪，其中离子源包括用于选择供应一个或更多个质量或者一个范围的质量的装置。16.权利要求3的质谱仪，其中离子源包括四级离子陷阱。17.权利要求3的质谱仪，其中离...

【专利技术属性】
技术研发人员：小希德尼E布特里尔，
申请(专利权)人：赛弗根生物系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]