可用作四极质量过滤器的二维径向喷射阱制造技术

由四个有孔电极构建二维径向喷射离子阱，每个电极具有朝向内部的双曲表面，每个所述电极与中心线间隔距离ｒ，该距离ｒ大于由双曲表面限定的双曲半径ｒ０。这个几何形状产生了平衡对称捕获场，该平衡对称捕获场具有可忽略不计的八极场分量和较大的十二极或二十极场分量。在一个具体实施中，通过将过滤直流电压施加到电极，离子阱可选择地用作四极质量过滤器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及质谱仪，更特别地涉及二维径向喷射离子阱质量分析仪。
技术介绍
二维径向喷射离子阱在文献中已经被广泛描述(例如，见khwartz等人的“A Two-Dimensional Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometer(二维四极离子讲质i普仪)”， J. Am. Soc. Mass Spectrometry, 13 :659-669 (2002))，并且被广泛用于多种物质(包括如药 剂及其代谢物等小分子，以及肽和蛋白质等大生物分子)的质谱分析。通常所描述的，这种 阱包括四个拉长的电极，每个电极具有双曲表面，配置为相互对齐并且对置地跨过阱的中 心线的两个电极对。电极对中的至少一个电极设置有贯穿电极的厚度的孔(槽)，以允许 喷射的离子穿过孔传输到相邻放置的检测器。通过将相反相位的射频(RF)阱电压施加到 电极对，离子被径向地限制在离子阱内部，并且通过将适当的直流偏置施加到电极的端部 或在轴向上位于电极外部的透镜或电极的中间部分，离子可以被轴向地限制。为了执行分 析扫描，当射频阱电压的幅值下降时，偶极共振激发电压施加到整个有孔的电极对的电极 (通常称为χ-电极，因为它们与直角坐标系统的X轴对齐，定向直角坐标系统使得X和Y是 阱的径向轴而Z是沿着阱的中心线延伸的纵轴)。这会导致捕获的离子与施加的激发电压 以它们的质量电荷比(m/z)的量级进行共振。共振激发的离子产生不稳定的轨迹，并从通 过X-电极的孔从阱向检测器喷射，该检测器产生表示喷射的离子数量的信号。检测器信号 传递到数据和控制系统以处理和产生质谱。人们早已认识到，X-电极的孔的存在将在期望的四极捕获场(特别是增加的负八 极(其中两个X-电极都有孔)以及其他更高的偶阶场分量)中产生失真。当分析扫描采 用离子阱时，已发现这些场失真对工作有显着影响，包括但不限于离子频移和质量准确度 退化。离子阱设计者试图补偿孔导致的场失真并且使相关不利影响降到最低的一种方式 是，在外部移动有孔电极(X-电极)，使得有孔电极相对于无孔的电极被放置在距阱中心线 稍远的距离。这种向外的位移有助于取消(或可以反向)由电极中的孔引起的场失真。这 种方法(通常称为“拉伸”该阱)的缺点是，当RF电压以正常方式施加到电极时(由此一 个电极对的电极接收电压，该电压与其他电极对的电极的电压幅值相等且极性相反)，产生 的电场是不平衡的，造成设备的中心线表现出明显的RF电势。然后当离子沿中心线被引入 到阱内部时，对于给定的RF幅值，离子的接收可能明显依赖于m/z，这是不期望的行为。此 外，不平衡场中的离子能够在X和Y维度以不同的频率有效地振荡，从而消除了在这两个维 度进行相位锁定共振实验的可能性。此外，由于八极场分量，所以与改变离子轨迹幅值相关 联的振荡频移与X和Y维度的离子运动方向相反。现有技术中已经提出了在径向喷射二维离子阱中平衡RF场的各种方法，包括 改变有孔电极的双曲表面轮廓以减少其相对于无孔电极的曲率半径(lknko的、题为 "System and Method for Implementing Balanced RF Fields in an Ion Trap Device(在 离子阱设备中实现平衡的RF场的系统和方法)”的第11/437，038号美国专利申请)，并将5不同幅值的RF电压施加到有孔和无孔电极(见khwartz的、题目也是“System and Method for Implementing Balanced RF Fields in an Ion Trap Device (在离子讲设备中实现平 衡的RF场的系统和方法)，，的第11/437，087号美国专利申请)。然而，这些方法在实践中 可能很难实施，而且会大大增加成本和/或生产与操作质谱仪仪器的复杂性。因此，在质谱领域仍然需要二维径向喷射离子阱，该二维径向喷射离子阱在维持 平衡的RF电场的同时，减少或者消除由于喷射孔的存在而引起的场失真的不利性能影响。
技术实现思路
根据示例性实施方式，二维径向喷射离子阱被构建为围绕阱中心线配置的四个拉 长的电极。每个所述电极都具有限定了双曲半径为Α、向内定向的双曲表面以及纵向延伸 的孔。所述四个电极具有与所述中心线间隔相等的距离r，其中，r大于Γ(ι，使得两个电极对 相对于“标准”间隔都等量拉伸。当捕获RF电压以常规方式施加到电极时，利用接收振荡 电压的一对电极(该电压与施加到其他电极对的电压的幅度相等且极性相反)，产生平衡 的RF场。该平衡场大大降低了离子注入过程的m/z依赖性，并且允许在相同的RF幅值处 注入具有更宽的m/z范围的离子。另外，相对于注入到常规非平衡场，平衡场允许在高RF 幅值(相应的高Mathieu参数q的值)处进行离子注入，这具有以下优势有关空间电荷容 量、消除不需要的低m/z离子以及更高的离子频散(这有利于在离子注入期间更高分辨率 离子分离或离子喷射)。上述结构的离子阱的进一步优势是由此产生的RF场不具备明显的 八极场分量；替代地，主要高阶场分量是十二极或二十极，这具有的优势包括两个径向(X 和Y)维度上的任意离子频移相同。这准许，例如，在X和Y维度之间执行相位锁定共振激 发。根据示例性实施方式构建的离子阱的另一个潜在优势方面是，它的场是对称的， 并且更加接近常规圆棒四极质量过滤器。因此，离子阱(也称为多极结构)可配置为可选 择地用作径向喷射离子阱质量分析仪或者(通过移除直流电势阱并且为施加的RF电压增 加分解直流分量)用作四极质量过滤器分析仪。因此，在另一个示例性实施方式中，提供 了质谱仪，该质谱仪具有用于从待分析的样品产生离子的离子源、用于引导来自所述离子 源的所述离子的一组离子光学元件、和多极设备，所述多极设备包括四个有孔拉长的电极， 每个电极具有围绕中心线配置的双曲表面，使得每个电极与所述中心线间隔拉伸的距离r ； 以及耦接到多极设备的控制器，用于将RF和直流电压施加到电极，以可选择地将多极设备 用作四极质量过滤器或二维径向喷射离子阱质量分析仪。这个实施方式的一个具体实现 包括四极质量过滤器以及位于来自多极设备的离子路径上游的碰撞室，使得质谱仪可用作 (通过调整施加到多极设备的RF和直流电压)三重四极质谱仪或混合Q-阱质谱仪。附图说明在附图中图1是根据本专利技术的实施方式构建的采用二维径向喷射离子阱的质谱仪的示意 图；图2是图1的质谱仪中所采用的二维径向喷射离子阱的立体图；图3是通过图2的中心部分获得的二维径向喷射离子阱的横截面图4是另一个质谱仪的示意图，该质谱仪包括多极结构，该多极结构可选择地可 用为二维径向喷射离子阱或四极质量过滤器；以及图5是图4所示的质谱仪的变体的示意图，其中四极质量过滤器和碰撞室被放置 在来自多极设备的离子路径的上游，使得质谱仪可选择地可操作为三重四极或Q阱分析模 式。具体实施例方式图1描述了质谱仪100的部件，其中根据本专利技术的实施方式可以实施二维径向喷 射离子阱质量分析仪。将理解的是，质谱仪100的某些功能和配置是通过示例性实施例的 方式提出，而不应被视为限制离子阱质量分析仪在特定环境中实施。可以采用电喷洒离子 源105形式的离子源从分析物材料产生离子，例如来自液体色谱仪(未描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种二维离子阱质量分析仪，包括：四个拉长的棒电极，每个所述棒电极都具有朝向中心线、双曲半径为ｒ０的双曲表面，以及贯穿所述电极的厚度的孔；所述四个棒电极与所述中心线间隔相等的距离ｒ，其中，ｒ大于所述双曲半径为ｒ０；以及ＲＦ电压源，用于将ＲＦ捕获电压施加到所述棒电极，以产生将离子径向地限制在所述离子阱的内部的ＲＦ捕获场；以及直流电压源，用于将直流偏置施加到所述棒电极或施加到在所述棒电极的外部放置的一组轴向捕获电极，以产生将离子轴向地限制在所述离子阱的所述内部的电势阱。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰·C·斯沃特兹，
申请(专利权)人：萨莫芬尼根有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US