[发明专利]数字离子阱的测控方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及到用离子阱来对离子进行质谱分析的技术，尤其涉及数字离子阱的测控方法和装置。

背景技术

传统的四极场离子阱技术自五十年代以来，已有了很大发展，被广泛地运用在质谱分析仪器中。这方面的文献和专利有很多被收录在R.E.March and J.F.J.Todd编写的″Practical Aspects of Ion Trap Mass Spectrometry″一书中。离子阱质谱的基本运用特点是：用三维旋转离子阱形成一个分析空间，在环电极上加射频正弦波电压产生四极场禁锢离子，并在两个端盖之间加一个二极交变电压激发离子，有选择地排出离子。

1999年，申请人丁力提出了用一组开关来驱动四极场进而实现质谱分析的方法(WO 0129875A，PCT/GB00/03964)。在该方法中，一对开关接在高电平和低电平之间，交替分合，产生一个矩形波电压输出到三维旋转离子阱的环电极上，并进一步在两个端盖之间加一个二极交变电压，使离子按质量大小有选择性的实现共振激发，达到质量扫描的目的。

二维直线离子阱自其商业化以来，因其大容量、高灵敏度的优点，已被广大用户接受，但是目前的二维直线离子阱普遍地采用正弦波作为驱动电压。如果将开关电源驱动的数字离子阱技术与二维直线离子阱结合起来将使分析性能进一步提高。虽然专利文献WO 0129875A也提到了在二维直线形离子阱上施加数字电压的方法，但是对如何从直线离子阱中引出离子并予以有效地检测，并没有揭示。

虽然数字离子阱通过扫描频率(周期)能够用较小的电压幅值来实现较大质量的离子分析，也就是说在有限的固定电压下，向上扫描周期可以扫出高m/z的离子，但是低驱动电压意味着低有效势阱深度，从而降低分辨率，也会影响做MS-MS时的碰撞能量，进而降低离解效率。所以高压数字波是实现高效数字离子阱的关键。而单个晶体管(或其他开关管)的耐压有限，用一对晶体管作为开关来切换不足以提供高压驱动电压。

众所周知，驱动四极场的高频高压对探测器的信号窜扰经常会影响仪器的灵敏度。在二维直线离子阱的情况下，一般在x与y轴电极上，要施加互为反相的驱动电压。如果离子是从x电极中的狭缝中出射，探测器必定安装在x电极一侧。x电极中的高频电压就会很容易地窜入探测器的信号中，使输出的离子流信号中有很大的噪声。虽然，在欧阳正等“Rectilinear Ion Trap：Concepts，Calculations，and Analytical Performance of a New Mass Analyzer”(Anal.Chem.2004，76，4595-4605)一文中，把射频驱动电压只加在Y轴电极上，而在x电极上只加一个很小的二极激发电压，离子阱也能工作，但这种阱有一个很大的高频轴电位，沿轴向引入离子的效率会很低，只适合于内部EI离子源的工作方式。如果在离子阱的x电极上也施加开关电压，其中的高频成分就会更容易地窜入探测器电路中，使输出的离子流信号中有很大的数码噪声，所以直线数字离子阱还要解决一个降低数码噪声的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种数字离子阱的测控方法和装置，以产生高压矩形驱动电压。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种数字离子阱的测控方法，包括：产生数字信号；利用该数字信号控制高压开关电路，该高压开关电路包含连接到高、低电压源之间的两组相互串联的开关组，该两开关组受该数字信号控制而交替导通和断开，使该高压开关电路在一高电压与一低电压之间切换以产生高压矩形波；其中每一开关组包括多个串联的开关，每一开关组中的多个开关受该数字信号控制而同时导通和断开。

在上述方法中，多个串联的开关组成的开关组可以提供高压矩形波输出。另外，本发明设计了适于对上述离子阱的离子流信号进行采样的方式，即在离子出射时获取离子流信号，产生一与该数字信号有固定相差的采样信号，以该采样信号控制离子流信号采样的时刻，使之与该高压矩形波的设定相位点同步，并避开高压开关电路干扰引起的尖脉冲位置。

另一方面，本发明提供一种数字离子阱的测控装置，包括：数字信号发生器，用以产生数字信号；高压开关电路，其包含连接到高、低电压源之间的两组相互串联的开关组，其中每一开关组包括多个串联的开关，该多个开关受所述数字信号控制而同时导通和断开，使该两开关组交替导通和断开，进而使该高压开关电路在一高电压与一低电压之间切换以产生高压矩形波。

本发明涉及的数字离子阱可以是三维离子阱，也可以是直线型二维离子阱。