[发明专利]离子阱

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于储存带电粒子和将其喷射到质量分析仪的离子 阱。具体地，但非排他地，本发明涉及一种离子阱，其适合用于将离子注 入到诸如多次反射飞行时间分析仪或轨道阱之类的静电阱中。

背景技术

离子阱，包括RF离子阱，是允许储存离子和将储存的离子喷射到诸如 离子回旋共振(ICR)分析仪之类的质量分析仪的现有设备。Kofel，P.、 Allemann，M.、Kellerhals，H.P.和Wanczek，K.P.的“用于离子回旋共振质谱 测量的外部捕获的离子源(External Trapped Ion Source for Ion Cyclotron  Resonance Spectrometry)”(质谱学和离子过程国际期刊(International  Journal ofMass Spectrometry and Ion Processes)，1989，87，237-247)描述了 一种矩形阱，阱中的所有侧面具有相同的电势，且来自ICR磁体的杂散场 产生捕获动作。此外，该文献中建议在磁场中或磁场外使用离子累积RF 阱。

S.Michael、M.Chien、D.Lubman在Rev.Sci.Instrum.，1992，63， 4277-4284、US-A-5,569,917以及US-A-5,763,878中描述了使用3D四极离 子阱作为累积器和对TOF质量分析仪的注入器。然而，在此现有技术的阱 中离子云的体积有限，导致储存的离子之间的严重库仑相互作用，从而极 大影响了所得离子束的参数。

线性离子阱和弧形离子阱(curved ion trap)允许离子云体积增加，从 而降低空间电荷效应开始影响性能的水平(通常，允许的离子数量以数量 级或更大级增长)。因此，已证明线性离子阱和弧形离子阱更适合质谱测 量以及将离子注入到质量分析仪中。Senko M.W.等人在J.Am.Soc.Mass  Spectrom.1997，8，970-976中总结了用于FT-ICR质谱仪的某一范围的不同 阱，并描述了使用八极离子导向件作为累积器，接着以第二八极作为注入 器，离子沿阱轴的方向而不是沿垂直于阱轴的方向从阱端部转移出。Franzen 在US-A-5,763,878中描述了一种阱，其包括平行的直杆，离子喷射垂直于 杆。Makarov等人在US-A-6,872,938中描述了一种垂直喷射的弧形多极杆 阱。

然而，由于离子云基本沿阱轴的长度分布，使随后沿此方向的聚焦存 在问题。冷却的离子云处在RF准电势的最小处，而且这种中心线(“轴”) 可以是弧形的，像US-A-6,872,938中一样。

最近介绍的轨道阱质量分析仪和多次反射飞行时间分析仪不仅均要求 高空间电荷容量，还要求及时、全方向(包括轴向)聚焦离子云的能力。 在US-A-6,872,938中描述了通过轨道阱质量分析仪的微小入口狭缝聚焦离 子的弧形离子阱。聚焦由弧形离子阱本身形状以及通过使用阱与轨道阱质 量分析仪之间的弧形聚焦和偏转光学器件提供。偏转光学器件(z-透镜)还 通过在弯曲路径上引导离子，从而阻挡相对高压的储存阱与目标质量分析 仪或阱之间的直接视线(以及飞过的离子)来减小压力问题。

尽管所得构造提供了高性能，但它具有许多缺点。首先，构造的制造 复杂；第二，构造要求的宽缝(接近聚焦点宽度减小)导致对差动泵浦的 要求提高；第三，阱的缺点是其空间电荷容量低于轨道阱本身的空间电荷 容量。

此外，阱与质量分析仪之间的透镜是弧形的，制造和校准复杂。此外， 累积和注入到质量分析仪中的离子的质量范围有限。

发明内容

针对此背景技术，根据本发明的第一方面，提供了一种离子阱，其包 括多个细长的捕获电极，这些捕获电极被安排成在它们之间形成捕获体积， 该捕获体积大致按延伸轴延伸，而且其中捕获体积在其延伸方向上靠近末 端的截面面积不同于所述捕获体积远离其末端的截面面积。