用于为离子操纵装置产生共振激发的设备和方法制造方法及图纸

提供了为离子操纵装置(101)产生共振激发的设备和方法。离子操纵装置(101)可以作为与粒子质谱系统一起使用的离子过滤装置来操作。该设备和方法能够产生共振激发以在多极装置中实现离子过滤。通过将射频信号与具有不同频率的多个交流电压信号混合来产生共振激发。可以将共振激发添加到多极装置的至少一个电极。混合交流电压信号的产生在时域中进行，因此不需要耗时的傅里叶逆变换，这显著提高了粒子质谱系统的分析速度和吞吐量。谱系统的分析速度和吞吐量。谱系统的分析速度和吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于为离子操纵装置产生共振激发的设备和方法


[0001]本公开内容通常涉及与粒子质谱系统一起使用的离子操纵装置。更具体地，本公开内容涉及用于为离子操纵装置产生共振激发的设备和方法，其能够通过共振激发在离子操纵装置中同时滤除多种类型的离子。

技术介绍

[0002]已经开发了基于质谱的技术，这极大地提高了粒子分析的性能。质谱具有诸如灵敏度高、分析速度快、多参数测量和特异性高等许多优点。基于动态电场的多极质量分析仪广泛用于质谱分析。
[0003]多极质量分析仪可以对离子执行诸如质量分离等各种离子操纵。四极质量分析仪可以是多极质量分析仪的示例。四极场理论可以成为四极质量分析仪和四极离子阱的基础。产生理想的四极场需要向其施加适当的射频(RF)和直流(DC)电压的两对双曲面电极。离子的物理大小、电压参数和质量决定了离子在四极场中的稳定条件，也就是说，根据四极场理论，某个离子的所谓a值和q值应该位于稳定区域内。只有满足稳定条件的离子才能在四极场中保持稳定的周期性运动，这样这些离子才能通过四极质量分析仪。任何不满足稳定条件的离子都会从四极质量分析仪中逸出或撞击电极，因为它们的振荡幅度越来越大。
[0004]四极质量分析仪中离子的运动可以分为两个分量。一个运动分量是轴向分量，其中运动方向与四极质量分析仪的延伸方向相同。另一个运动分量是径向分量，其中运动方向是四极场的施加方向。理论上，除了四极的两个轴向端外，离子运动的两个分量是独立且解耦的，因此可以独立研究它们。四极质量分析仪中的质量分离主要通过控制径向运动分量来执行。径向离子运动比较复杂，并且由被称为长期频率的一组具有不同频率的分量组成。对于具体四极设备和工作参数，长期频率是离子的质荷比特性。因此，可以通过施加具有与具体离子组的长期频率相同的频率的交流(AC)电压来引起该具体离子组在径向方向上共振。当离子的共振幅度足够大时，离子会撞击电极或从四极设备中逸出。可以扫描AC电压的频率，来依次过滤具有不同质量的离子。此外，可以混合每个都有不同频率的一组AC电压并将其施加到四极质量分析仪的电极，以便同时过滤多种类型的离子，或者甚至只允许小质量范围通过四极质量分析仪。
[0005]也基于用于离子质量分离的四极场理论的四极离子阱质量分析仪也被广泛使用。四极离子阱质量分析仪的工作原理与四极质量分析仪的工作原理略有不同。通常，RF电压只施加到四极离子阱质量分析仪的电极，这意味着所有离子的a值都等于0且只考虑q值；因此，更宽质量范围的离子可以捕获在四极离子阱中。为了实现离子的质量分离，可以额外施加具有特定频率的AC电压。AC电压的频率与四极离子阱中具有特定质荷比的离子的长期频率相同，因此会引起离子的共振激发。当共振激发的幅度足够大时，离子将被喷射并被四极离子阱外的检测器捕获。由于离子的长期频率也与其q值有关，因此可以通过扫描AC电压的频率或RF电压的频率/幅度来实现四极离子阱的质量扫描。此外，可以同时施加多个具有不同频率的AC电压，从而可以同时激发或喷射多种类型的离子。

技术实现思路

[0006]具有不同质量的离子可以进入四极质量分析仪进行分析。可以扫描施加在电极的RF和DC电压，使得离子可以以一定的质荷比顺序通过四极。然而，由于RF和DC电压的幅度与离子的质荷比成正比，因此高质量离子需要高RF电压，通常高达几千伏。这不仅增加了放电的风险，也给电源的设计带来了挑战。
[0007]存储波形傅里叶逆变换(stored waveform inverse Fourier transform，SWIFT)技术可以与四极离子阱一起用于离子激发和隔离。SWIFT波形包括各种频率分量，因此可用于同时激发多个离子。其基本原理是，首先根据待激发离子的长期频率在频域中产生频谱，并继而在时域中经由傅里叶逆变换得到电压波形。然而，由于SWIFT方法需要耗时的傅里叶逆变换过程，因此四极离子阱的分析速度和吞吐量受到不利限制。
[0008]需要能够在多极质量分析仪中同时过滤多种类型的离子的设备和方法。通过本公开内容提供的用于为多极质量分析仪产生共振激发的设备和方法，可以通过施加混合交流电压同时从多极质量分析仪中过滤多种类型的离子，每种类型的离子具有具体的质荷比。此外，在时域中直接进行混合交流电压的产生，避免了耗时的傅里叶逆变换过程。因此，可以显著提高多极质量分析仪的分析速度和吞吐量。
[0009]本文公开了一种用于为具有多个电极的离子操纵装置产生共振激发的设备。该设备可以包括：耦合到离子操纵装置的射频(RF)电源，该RF电源被配置成产生RF电压信号，以及耦合到离子操纵装置的混合交流(AC)电源，该AC电源被配置成通过叠加多个AC电压信号来产生混合AC电压信号。将混合AC电压信号和RF电压信号组合，并且组合电压信号被施加到离子操纵装置的至少一个电极。
[0010]可以选择RF电压信号的频率、幅度和/或相位以将离子限制在离子操纵装置内。可以选择混合AC电压信号的频率、幅度和/或相位以用于离子操纵装置内的多个离子的共振激发。
[0011]在实施方式中，混合AC电源可以包括信号相加设备。信号相加设备可以被配置成叠加多个交流信号，多个交流信号中的每一个具有具体频率、幅度和/或相位以产生混合AC电压信号。多个交流信号可以在时域中产生。在一些情况下，多个交流信号和混合AC电压信号可以是数字信号，并且信号相加设备可以是数字信号相加设备。信号相加设备可以包括数模转换器，该数模转换器被配置成将数字混合AC电压信号转换成模拟混合AC电压信号。在一些情况下，多个交流信号和混合AC电压信号可以是模拟信号，并且信号相加设备可以是模拟信号相加设备。在实施方式中，混合AC电源可以包括耦合到信号相加设备的放大器。放大器可以被配置成放大混合AC电压信号。
[0012]在实施方式中，离子操纵装置是离子过滤装置。多个AC电压信号的数量可以至少基于要由离子过滤装置过滤的离子类型的数量来确定。可以产生至少一个AC电压信号以过滤特定离子类型。在一些情况下，用于滤除特定离子类型的至少一个AC电压信号的频率可以由特定离子类型的长期频率确定。例如，用于滤除特定离子类型的至少一个AC电压信号的频率可以与特定离子类型的长期频率内的基频基本相同以引起特定离子类型的共振激发。
[0013]离子操纵装置可以是多极装置。多个电极可以包括多个极。在一些情况下，多极装置可以包括六极。六极可以包括分段六极。在一些情况下，多极装置可以包括八极。八极可
以包括分段八极。在一些情况下，多极装置可以包括四极。四极可以包括分段四极。四极可以包括基本上彼此平行延伸的四个极。四个极可以包括第一组和第二组。在实施方式中，RF电压信号可以被施加到第一组中的每个极，负RF电压信号加上混合AC电压信号可以被施加到第二组中的第一极，并且负RF电压信号减去混合AC电压信号可以被施加到第二组中的第二极。在实施方式中，RF电压信号加上混合AC电压信号可以被施加到第一组中的每个极，并且负RF电压信号减去混合AC电压信号可以被施加到第二组中的每个极。在实施方式中，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】1.一种用于为具有多个电极的离子操纵装置产生共振激发的设备，所述设备包括：耦合到所述离子操纵装置的射频(RF)电源，所述RF电源被配置成产生RF电压信号；以及耦合到所述离子操纵装置的混合交流(AC)电源，所述混合AC电源被配置成通过叠加多个AC电压信号来产生混合AC电压信号，其中将所述混合AC电压信号和所述RF电压信号组合，并且所述组合电压信号被施加到所述离子操纵装置的至少一个电极。2.根据权利要求1所述的设备，其中选择所述RF电压信号的频率、幅度和/或相位以将离子限制在所述离子操纵装置内。3.根据权利要求1所述的设备，其中选择所述混合AC电压信号的频率、幅度和/或相位以用于所述离子操纵装置内的多个离子的共振激发。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述混合AC电源包括信号相加设备，所述信号相加设备被配置成叠加多个交流信号，所述多个交流信号中的每一个具有具体频率、幅度和/或相位以产生所述混合AC电压信号。5.根据权利要求4所述的设备，其中所述多个交流信号在时域中产生。6.根据权利要求4所述的设备，其中所述多个交流信号和所述混合AC电压信号是数字信号，并且其中所述信号相加设备是数字信号相加设备。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述信号相加设备包括数模转换器，所述数模转换器被配置成将数字混合AC电压信号转换成模拟混合AC电压信号。8.根据权利要求4所述的设备，其中所述多个交流信号和所述混合AC电压信号是模拟信号，并且其中所述信号相加设备是模拟信号相加设备。9.根据权利要求4所述的设备，其中所述混合AC电源包括耦合到所述信号相加设备的放大器，所述放大器被配置成放大所述混合AC电压信号。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述离子操纵装置是离子过滤装置。11.根据权利要求10所述的设备，其中所述多个AC电压信号的数量至少基于要由所述离子过滤装置过滤的离子类型的数量来确定。12.根据权利要求11所述的设备，其中产生至少一个AC电压信号以过滤特定离子类型。13.根据权利要求12所述的设备，其中用于滤除所述特定离子类型的所述至少一个AC电压信号的频率由所述特定离子类型的长期频率确定。14.根据权利要求13所述的设备，其中用于滤除所述特定离子类型的所述至少一个AC电压信号的所述频率与所述特定离子类型的长期频率内的基频基本相同以引起所述特定离子类型的共振激发。15.根据权利要求1所述的设备，其中所述离子操纵装置是多极装置。16.根据权利要求15所述的设备，其中所述多个电极包括多个极。17.根据权利要求15所述的设备，其中所述多极装置包括四极。18.根据权利要求17所述的设备，其中所述四极包括分段四极。19.根据权利要求17所述的设备，其中所述四极包括基本上彼此平行延伸的四个极，所述四个极包括第一组和第二组，其中所述RF电压信号被施加到所述第一组中的每个极，负RF电压信号加上所述混合AC电压信号被施加到所述第二组中的第一极，并且负RF电压信号
减去所述混合AC电压信号被施加到所述第二组中的第二极。20.根据权利要求17所述的设备，其中所述四极包括基本上彼此平行延伸的四个极，所述四个极包括第一组和第二组，其中所述RF电压信号加上所述混合AC电压信号被施加到所述第一组中的每个极，负RF电压信号减去所述混合AC电压信号被施加到所述第二组中的每个极。21.根据权利要求17所述的设备，其中所述四极包括基本上彼此平行延伸的四个极，所述四个极包括第一组和第二组，其中所述RF电压信号被施加到所述第一组中的每个极，负RF电压信号被施加到所述第二组中的第一极，并且负RF电压信号加上所述混合AC电压信号被施加到所述第二组中的第二极。22.根据权利要求17所述的设备，其中所述四极包括基本上彼此平行延伸的四个极，所述四个极包括第一组和第二组，其中所述RF电压信号加上所述混合AC电压信号被施加到所述第一组中的每个极，负RF电压信号被施加到所述第二组中的第一极，并且负RF电压信号加上所述混合AC电压信号被施加到所述第二组中的第二极。23.根据权利要求15所述的设备，其中所述多极装置包括六极。24.根据权利要求23所述的设备，其中所述六极包括分段六极。25.根据权利要求15所述的设备，其中所述多极装置包括八极。26.根据权利要求25所述的设备，其中所述八极包括分段八极。27.一种用于为具有多个电极的离子操纵装置产生共振激发的方法，所述方法包括：利用射频(RF)电源产生RF电压信号，所述RF电源耦合到所述离子操纵装置；通过将多个交流(AC)电压信号与混合AC电源叠加来产生混合AC电压信号，所述混合AC电源耦合到所述离子操纵装置；以及将所述混合AC电压信号和所述RF电压信号组合以产生组合电压信号，其中将所述组合电压信号施加到所述离子操纵装置的至少一个电极。28.根据权利要求27所述的方法，其中选择所述RF电压信号的频率、幅度和/或相位以将离子限制在所述离子操纵装置内。29.根据权利要求27所述的方法，其中选择所述混合AC电压信号的频率、幅度和/或相位以用于所述离子操纵装置内的多个离子的共振激发。30.根据权利要求27所述的方法，其中所述混合AC电源包括信号相加设备，所述信号相加设备被配置成叠加多个交流信号，所述多个交流信号中的每一个具有具体频率、幅度和/或相位以产生所述混合AC电压信号。31.根据权利要求30所述的方法，其中所述多个交流信号在时域中产生。32.根据权利要求30所述的方法，其中所述多个交流信号和所述混合AC电压信号是数字信号，并且其中所述信号相加设备是数字信号相加设备。33.根据权利要求32所述的方法，其中所述信号相加设备包括数模转换器，所述数模转换器被配置成将数字混合AC电压信号转换成模拟混合AC电压信号。34.根据权利要求30所述的方法，其中所述多个交流信号和所述混合AC电压信号是模拟信号，并且其中所述信号相加设备是模拟信号相加设备。35.根据权利要求30所述的方法，其中所述混合AC电源包括耦合到所述信号相加设备的放大器，所述放大器被配置成放大所述混合AC电压信号。
36.根据权利要求27所述的方法，其中所述离子操纵装置是离子过滤装置。37.根据权利要求36所述的方法，其中所述多个AC电压信号的数量至少基于要由所述离子过滤装置过滤的离子类型的数量来确定。38.根据权利要求37所述的方法，其中产生至少一个AC电压信号以过滤特定离子类型。39.根据权利要求38所述的方法，其中用于滤除所述特定离子类型的所述至少一个AC电压信号的频率由所述特定离子类型的长期频率确定。40.根据权利要求39所述的方法，其中用于滤除所述特定离子类型的所述至少一个AC电压信号的所述频率与所述特定离子类型的长期频率内的基频基本相同以引起所述特定离子类型的共振激发。41.根据权利要求27所述的方法，其中所述离子操纵装置是多极装置。42.根据权利要求41所述的方法，其中所述多个电极包括多个极。43.根据权利要求41所述的方法，其中所述多极装置包括四极。44.根据权利要求43所述的方法，其中所述四极包括分段四极。45.根据权利要求43所述的方法，其中所述四极包括基本上彼此平行延伸的四个极，所述四个极包括第一组和第二组，其中所述RF电压信号被施加到所述第一组中的每个极，负RF电压信号加上所述混合AC电压信号被施加到所述第二组中的第一极，并且负RF电压信号减去所述混合AC电压信号被施加到所述第二组中的第二极。46.根据权利要求43所述的方法，其中所述四极包括基本上彼此平行延伸的四个极，所述四个极包括第一组和第二组，其中所述RF电压信号加上所述混合AC电压信号被施加到所述第一组中的每个极，负RF电压信号减去所述混合AC电压信号被施加到所述第二组中的每个极。47.根据权利要求43所述的方法，其中所述四极包括基本上彼此平行延伸的四个极，所述四个极包括第一组和第二组，其中所述RF电压信号被施加到所述第一组中的每个极，负RF电压信号被施加到所述第二组中的第一极，并且负RF电压信号加上所述混合AC电压信号被施加到所述第二组中的第二极。48.根据权利要求43所述的方法，其中所述四极包括基本上彼此平行延伸的四个极，所述四个极包括第一组和第二组，其中所述RF电压信号加上所述混合AC电压信号被施加到所述第一组中的每个极，负RF电压信号被施加到所述第二组中的第一极，并且负RF电压信号加上所述混合AC电压信号被施加到所述第二组中的第二极。49.根据权利要求41所述的方法，其中所述多极装置包括六极。50.根据权利要求49所述的方法，其中所述六极包括分段六极。51.根据权利要求41所述的方法，其中所述多极装置包括八极。52.根据权利要求51所述的方法，其中所述八极包括分段八极。53.一种用于为具有多个电极的离子操纵装置提供用于产生共振激发的设备的方法，所述方法包括：提供射频(RF)电源，所述RF电源耦合到所述离子操纵装置并被配置成产生RF电压信号；提供混合交流(AC)电源，所述混合AC电源耦合到所述离子操纵装置并被配置成通过叠加多个AC电压信号产生混合AC电压信号；以及
将所述混合AC电压信号和所述RF电压信号组合，并将所述组合电压信号施加到所述离子操纵装置的至少一个电极。54.根据权利要求53所述的方法，其中选择所述RF电压信号的频率、幅度和/或相位以将离子限制在所述离子操纵装置内。55.根据权利要求53所述的方法，其中选择所述混合AC电压信号的频率、幅度和/或相位以用于所述离子操纵装置内的多个离子的共振激发。56.根据权利要求53所述的方法，其中所述混合AC电源包括信号相加设备，所述信号相加设备被配置成叠加多个交流信号，所述多个交流信号中的每一个具有具体频率、幅度和/或相位以产生所述混合AC电压信号。57.根据权利要求56所述的方法，其中所述多个交流信号在时域中产生。58.根据权利要求56所述的方法，其中所述多个交流信号和所述混合AC电压信号是数字信号，并且其中所述信号相加设备是数字信号相加设备。59.根据权利要求58所述的方法，其中所述信号相加设备包括数模转换器，所述数模转换器被配置成将数字混合AC电压信号转换成模拟混合AC电压信号。60.根据权利要求56所述的方法，其中所述多个交流信号和所述混合AC电压信号是模拟信号，并且其中所述信号相加设备是模拟信号相加设备。61.根据权利要求56所述的方法，其中所述混合AC电源包括耦合到所述信号相加设备的放大器，所述放大器被配置成放大所述混合AC电压信号。62.根据权利要求53所述的方法，其中所述离子操纵装置是离子过滤装置。63.根据权利要求62所述的方法，其中所述多个AC电压信号的数量至少基于要由所述离子过滤装置过滤的离子类型的数量来确定。64.根据权利要求63所述的方法，其中产生至少一个AC电压信号以过滤特定离子类型。65.根据权利要求64所述的方法，其中用于滤除所述特定离子类型的所述至少一个AC电压信号的频率由所述特定离子类型的长期频率确定。66.根据权利要求65所述的方法，其中用于滤除所述特定离子类型的所述至少一个AC电压信号的所述频率与所述特定离子类型的长期频率内的基频基本相同以引起所述特定离子类型的共振激发。67.根据权利要求53所述的方法，其中所述离子操纵装置是多极装置。68.根据权利要求67所述的方法，其中所述多个电极包括多个极。69.根据权利要求67所述的方法，其中所述多极装置包括四极。70.根据权利要求69所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：程玉鹏，吴斯彧，
申请(专利权)人：上海宸安生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：