[发明专利]具有正交加速的多次发射飞行时间质谱仪

说明书

技术领域

本发明总的来讲涉及质谱分析的领域，更具体地讲，本发明涉及包括多次反射飞行时间质谱仪(MR-TOF MS)的方法和设备、以及提高低重复率的正交注入的占空比的方法和设备。

背景技术

飞行时间质谱仪(TOF MS)变得越来越流行，既作为独立仪器又作为诸如Q-TOF或TOF-TOF之类的质谱串联配置的一部分。它们提供高速度、灵敏度、分辨能力(分辨率)以及质量准确度的唯一组合。最近引入的多次反射飞行时间(MR-TOF)质谱仪显示了10⁵ 之上的分辨率的实质上升(见由Michisato Toyoda、DaisukeOkumura、Morio Ishihara和Itsu Katakuse所著的题目为“Multi-Turn Time-of-Flight Mass Spectrometers with Electrostatic Sectors(具有静电区的多次反射飞行时间质谱仪)”的在J.Mass Spectrom.38(2003)pp.1125-1142中发表的出版物和由Verentchikov等人所著的在Russian Journal of Technical Physics(JTP)，2005 vol.50，No.1，pp.76-88中发表的出版物)。

在由发明人提交的共同未决国际PCT专利申请(WO2005/001878 A2)中，建议了一种具有平面几何构型和周期聚焦透镜组的MR-TOF。该多次反射方案对飞行路径基本上进行了延伸，并且由此提高了分辨率，同时该平面(基本2D)几何构型允许保留全部质量范围。位于MR-TOF的无场空间内的周期透镜沿着主要竖锯状(jig-saw)轨迹对离子运动提供了稳定限制。为了将MR-TOF耦合到连续离子束，建议采用充气无线电频率(RF)离子阱在MR-TOF的稀疏脉冲之间累积离子。

然而，如ASMS讲述(由B.N.Kozlov等人演讲的ASMS 2005和ASMS 2006的摘要)所示，离子阱源引入了至少两个明显的问题：1)在气体上的离子散射；2)空间电荷影响离子束参数。这些因素限制可以变换成离子脉冲的离子流。靠近RF离子导向器的出口贮存离子的试验显示：当贮存的离子的数目超过N＝30,000时，离子空间电荷开始影响射出的离子的参数。已经在线性离子阱和3D(Paul)阱的文献中获得了相似的估计。气体散射需要低于1毫托的气压下的操作，这又需要在T＝10ms的量级上的衰减时间，也就是说，将脉冲重复率限制为F＝100Hz(由B.N.Kozlov等人所著的ASMS 2005和ASMS 2006的摘要)。所有这一切表明：大于N*F＝3,000,000离子/秒(对应于电流I＝0.5pA)的离子流量将会影响射出的离子的周转时间和能量扩散。与诸如ESI和APCI的现代离子源的强度相比较，这个电流至少要低30倍。如果没有进行测量，则TOF MS的分辨率和质量准确度将会取决于离子束强度，由此取决于分析后的样本的参数。对于具有诸如液体色谱质谱仪(LC-MS)和液体色谱串联配置质谱仪(LC-MS-MS)的色谱法的串联配置，这意味着：当色谱峰值洗脱时，质量范围将会发生漂移。尽管峰值强度的自动调整可以稳定质量范围，但是将会引入另外的离子损失并且将阱的占空比(将连续离子束变换成离子脉冲的效率)限制到几个百分点。

使用线性离子阱替代三维离子阱(见J.Franzen的U.S.专利No.5,763,878)将会减小空间电荷作用。已知线性阱用于产生每束最多10⁶个离子的离子束(LTQ-FTMS)。针对在气体上的离子散射、缓慢脉冲该方案仍然具有缺点，结果，当前已知的检测器和数据获取系统上的大负载具有有限的动态范围。

正交脉冲加速的方法广泛地应用于飞行时间质谱仪(oa-TOFMS)中。通过将非常短的时间扩散下降到1ns，它允许将连续离子束变换成离子脉冲。由于通过低发散离子束进行操作，所以所谓的周转时间基本上下降。由于高频脉冲(1kHz)以及由于延长的离子 束，所以传统oa-TOF中的变换的效率(所谓的占空比)是十分可接受的，同时避免了空间电荷问题。在奇异反射的TOF(所谓的“反射式”)中，已知对于谱中具有最高m/z的离子，正交加速器的占空比在K＝10％至30％的量级上(对于其它离子，与m/z的平方根成比例地下降)。

不幸的是，由于下面的两个原因，传统的正交加速方案不能够良好地应用于MR-TOF，这两个原因如下：

a)较长飞行时间(1ms)以及较低重复率会将占空比减小超过一个量级的大小；以及