将离子注入静电阱的设备和方法技术

一种质谱方法包含：将第一离子包存储在离子存储设备内；将所述第一离子包通过一组静电透镜转移到静电阱质量分析器中，其中在转移期间，所述透镜以第一操作模式操作，或将具有第一预定量值的注入电压施加到所述质量分析器的电极；使用所述质量分析器对所述第一离子包进行质量分析；将第二离子包存储在所述离子存储设备内；将所述第二离子包通过所述一组透镜转移到所述质量分析器中，其中在所述转移期间，所述透镜以第二操作模式操作或将具有第二预定量值的注入电压施加到所述质量分析器的所述电极；以及使用所述静电阱质量分析器对所述第二离子包进行质量分析。述第二离子包进行质量分析。述第二离子包进行质量分析。

【技术实现步骤摘要】
将离子注入静电阱的设备和方法


[0001]本专利技术总体上涉及质谱法和质谱仪，更特别地，涉及静电阱质量分析器的操作和采用静电阱质量分析器的质谱仪系统的操作。

技术介绍

[0002]静电阱是一类离子光学设备，其中移动的离子在基本上静电场中经历多次反射或偏转。与RF场离子阱中的捕获不同，静电阱中的捕获仅可能用于移动离子。因此，需要高真空以确保在数据采集时间T
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内发生这种运动时，由于碰撞导致的离子能量损失最小。ORBITRAP
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质量分析器，其属于静电阱质量分析器类别，自2005年商业推出以来已被广泛认为是质谱分析的有用工具。简而言之，ORBITRAP
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质量分析器(可从美国马萨诸塞州沃尔瑟姆的赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific of Waltham Massachusetts USA)购得)是一种由早期的Kingdon离子阱大幅改进的静电阱质量分析器。下面将进一步讨论图1A和图1B，图1A和图1B分别提供了ORBITRAP
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质谱仪系统和ORBITRAP
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质量分析器的各部分的示意图。图1A至1B所示类型的静电捕获质谱仪系统和质量分析器提供精确的质荷比(m/z)测量和高m/z分辨率，类似于用傅立叶变换离子回旋共振(FT
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ICR)质谱仪可实现的，而不需要高强度磁体。ORBITRAP
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质量分析器和采用这种质量分析器的质谱仪的结构和操作细节在Makarov,静电轴向谐波轨道捕获：一种高性能质谱分析技术(Electrostatic Axially Harmonic Orbital Trapping:A High
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Performance Technique of Mass Analysis),《分析化学(Anal.Chem.)》,72(6),2000,1156
‑
1162页和专利技术人为Makarov的美国专利第5,886,346号和专利技术人为Makarov等的美国专利第6,872,938号中进行了描述。
[0003]在FT
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ICR和ORBITRAP
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质量分析器中，迫使离子在分析器内经历集体振荡运动，这在相邻的检测电极中感生相应的振荡象电荷，从而能够检测离子。用于检测的振荡运动可以是各种形式，包括例如在FT
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ICR的情况下进行圆形振荡运动以及在图1A至1B中示意性示出类型的质谱仪系统或质量分析器的情况下进行绕中心电极轨道运动的轴向振荡运动。振荡象电荷又在连接到检测电极的电路中感生振荡象电流和相应的电压。然后，通常将该信号放大、数字化并存储在计算机存储器中。信号
‑
时间的记录被称为瞬态(即时域中的瞬时信号)。
[0004]振荡离子在与离子的质荷比(m/z)值相关的频率下感生振荡象电荷和振荡电流。给定质荷比(m/z)值的每个离子将以相应的给定频率振荡，使得集合离子象电流产生信号，该信号通常呈给定频率的周期波的形式。于是，所检测到的瞬态的总象电流是存在的所有频率处的象电流的合成和(即，周期性信号的和)。瞬态的频谱分析(例如傅里叶变换)产生与检测到的特定振荡离子关联的振荡频率；根据频率，离子的m/z值可以通过参数由先前校准实验确定的已知方程来确定(即质谱)。
[0005]更具体地，ORBITRAP
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质量分析器包括外筒形电极和沿轴线的中央心轴形电极。参考图1A，包括ORBITRAP
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质量分析器的质谱仪系统的一部分以纵向剖面图示意性地示出。质谱仪系统1包括离子存储设备2和静电轨道捕获质量分析器4。在这种情况下，离子存储设备
2是弯曲的多极曲线阱(称为“C阱”)。离子在脉冲中从“C阱”径向喷射到轨道阱。关于弯曲阱或C阱设备及其与静电阱的耦合的细节，请参见美国专利6,872,938号；第7,498,571号；第7,714,283号；第7,728,288号；和第8,017,909号，这些专利中的每一个通过引用整体并入本文。C阱可以接收和捕获来自离子源3的离子，离子源3可以是任何已知类型的源，例如电喷雾(ESI)离子源、基质辅助激光解吸电离(MALDI)离子源、化学电离(CI)离子源、电子电离(EI)离子源等。在离子源3与C阱2之间或在C阱与质谱仪的其它部件之间可以任选地包括附加的未绘示的其它处理部件，例如离子引导部件、质量过滤部件、线性离子捕获部件、离子碎裂部件等。未示出的质谱仪的其它部件是常规的，例如附加的离子光学器件、真空泵系统、电源等。
[0006]可以使用其它类型的离子存储设备来代替C阱。例如，上述美国专利第6,872,938号教导了一种注入组件的用途，该注入组件包含分段四极线性离子阱，该分段四极线性离子阱具有入口段、出口段、邻近入口段的入口透镜和邻近出口段的出口透镜。通过在两个透镜以及每个段的棒上适当地施加“直流”(DC)电压，可以在出口段内在轴向方向上产生临时轴向电势阱。选择阱内部的压力，使离子在其第一次通过阱期间损失足够的动能，使得它们聚集在轴向电势阱的底部附近。随后，将适当的电压脉冲施加到出口透镜上，并使中央心轴电极上的电压渐变，使得离子从阱中排空轴向通过出口透镜电极并进入静电轨道捕获质量分析器4。
[0007]静电轨道捕获质量分析器4包含中央心轴形电极6和被分成两个半部8a和8b的周围外电极。图1B是内电极和外电极的放大剖视图。内心轴电极6和外电极半部8a和8b之间的环形空间17是离子在其中绕轨道运行和振荡的体积，并且包含测量室，其中离子在该体积内的运动感生用于确定离子m/z比和相对丰度的测量信号。内电极和外电极(中央电极6和外电极8a、8b)具体地成形为使得当被供应适当电压时将产生相应的电场，这些电场相互作用以便在测量室17内产生所谓的“四对数电势”U(有时也被称为“超对数电势”)，“四对数电势”U在圆柱坐标(r,z)中由以下等式描述：
[0008][0009]其中a、b、c和d是由轨道捕获分析器电极的尺寸和施加到轨道捕获分析器电极的电压确定的常数，并且其中在对应于电极结构的对称赤道面7的轴向位置处取z＝0。“四对数电势”取决于轴向位移的部分(即确定沿纵轴9的运动的轴向尺寸z的部分)的“底部”或零轴向梯度点出现在赤道面7处。该电势场具有沿轴向(Z)方向的谐波电势阱，如果没有足够的动能逃逸，则该谐波电势阱允许离子被轴向捕获在电势阱内。应当注意的是，公式1表示电势的理想函数形式，并且任何特定物理设备中的实际电势将包括z和r中的高阶项。
[0010]捕获离子的运动与三个特征振荡频率相关联：围绕中央电极6的旋转频率、围绕标称旋转半径的轨道频率和沿z轴的轴向振荡频率。为了检测振荡频率，给定m/z的离子的运动需要是相干的。对于相同m/z的离子，径向振荡和旋转振荡仅是部分相干的，因为平均轨道半径和径向振荡大小的差异对应于不同的轨道和径向频率。当离子以轴向谐波电势移动时，最容易在轴向振荡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于操作包含静电阱质量分析器的质谱仪系统的方法，所述方法包含：将由离子源生成的离子流的一部分作为第一离子包存储在所述质谱仪系统的离子存储设备内；将存储的第一离子包通过一组静电透镜转移到静电阱质量分析器中，其中，在将所述第一离子包转移到所述静电阱质量分析器中期间，所述静电透镜以第一操作模式操作，或者将具有第一预定量值的注入电压施加到所述质量分析器的电极；使用所述静电阱质量分析器对所述第一离子包进行质量分析；将所述离子流的第二部分作为第二离子包存储在所述离子存储设备内；将存储的第二离子包通过所述一组静电透镜转移到所述静电阱质量分析器中，其中在将所述第二离子包转移到所述静电阱质量分析器中期间，所述静电透镜以第二操作模式操作，或者将具有第二预定量值的注入电压施加到所述质量分析器的电极；以及使用所述静电阱质量分析器对所述第二离子包进行质量分析。2.根据权利要求1所述的用于操作包含静电阱质量分析器的质谱仪系统的方法，其中所述静电透镜的操作模式从所述第一操作模式改变到所述第二操作模式或所述注入电压从所述第一预定量值改变到所述第二预定量值使得相对于由对所述第一离子包进行所述质量分析所生成的第一质谱，由对所述第二离子包进行所述质量分析所生成的第二质谱中的质谱峰的聚结减少。3.根据权利要求1所述的用于操作包含静电阱质量分析器的质谱仪系统的方法，其中所述静电透镜的所述操作模式从所述第一操作模式改变到所述第二操作模式或所述注入电压从所述第一预定量值改变到所述第二预定量值使得相对于由对所述第一离子包进行所述质量分析所生成的第一质谱，由对所述第二离子包进行所述质量分析所生成的第二质谱中的质谱峰的分辨率提高或者信噪比改善。4.根据权利要求1所述的用于操作包含静电阱质量分析器的质谱仪系统的方法，其中响应于所述第一离子包与所述第二离子包的离子群体大小之间的差异，将所述静电透镜的所述操作模式从所述第一操作模式改变到所述第二操作模式或将所述注入电压从所述第一预定量值改变到所述第二预定量值。5.根据权利要求1所述的用于操作包含静电阱质量分析器的质谱仪系统的方法，其中所述静电透镜的所述操作模式从所述第一操作模式改变到所述第二操作模式包含改变施加到透镜电极的至少一个电压。6.根据权利要求5所述的用于操作包含静电阱质量分析器的质谱仪系统的方法，其中所述改变所述至少一个电压引起离子聚焦位置相对于所述静电阱质量分析器的离子入口孔移位。7.根据权利要求5所述的用于操作包含静电阱质量分析器的质谱仪系统的方法，其中所述改变所述至少一个电压包含改变施加到DC四极透镜的至少一个电压。8.根据权利要求1所述的用于操作包含静电阱质量分析器的质谱仪系统的方法，其中所述静电透镜的所述操作模式从所述第一操作模式改变到所述第二操作模式包含改变透镜电极的位置。9.根据权利要求8所述的用于操作包含静电阱质量分析器的质谱仪系统的方法，其中所述改变所述透镜位置引起离子聚焦位置相对于所述静电阱质量分析器的离子入口孔移
位。10.根据权利要求1所述的用于操作包含静电阱质量分析器的质谱仪系统的方法，其中：第一注入电压和第二注入电压都施加到静电阱的中央心轴电极，并且具有吸引所述第一离子包和所述第二离子包中的离子的极性；并且所述注入电压从所述第一预定量值改变到所述第二预定量值包含相对于所述第一注入电压的量值增加所述第二注入电压的量值，以便使得相对于由对所述第一离子包进行所述质量分析所生成的第一质谱，由对所述第二离子包进行所述质量分析所生成的第二质谱中的质谱峰的聚结减少。11.根据权利要求1所述的用于操作包含静电阱质量分析器的质谱仪系统的方法，其中：所述第一注入电压和所述第二注入电压都施加到静电阱的中央心轴电极，并且具有吸引所述第一离子包和所述第二离子包中的离子的极性；并且所述注入电压从所述第一预定量值改变到所述第二预定量值包含相对于所述第一注入电压的量值减小所述第二注入电压的量值，以便相对于所述静电阱质量分析器的分析室内所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：萨默费尼根有限公司，
类型：发明
国别省市：