[发明专利]离子阱的端盖电压控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年12月10日提交的美国临时申请编号61/012,660的优先权，其通过引入在此并入。

技术领域

本发明涉及离子阱、离子阱质谱仪，且更具体地，涉及针对在质谱化学分析中使用的离子阱的控制信号生成。

背景技术

使用离子阱是执行质谱化学分析的一种方法。离子阱使用由一个或多个驱动信号产生的动态电场从测量样本中动态地俘获离子。通过改变俘获离子的电场的特性(例如，幅度、频率等)，对应于它们的质量-电荷比率(质量(m)/电荷(z))将离子选择性地弹出。关于离子阱质谱测定法的更多背景信息可以在Raymond E.March等人所著的“Practical Aspects of Ion Trap MassSpectrometry”中找到，这里通过引用将其并入。

Ramsey等人在美国专利编号6,469,298和6,933,498(以下称为“Ramsey专利”)中公开了一种用于离子的质谱化学分析的亚毫米离子阱和离子阱阵列。在美国专利编号6,469,298中描述的离子阱包括：具有孔径的中央电极；一对绝缘体，均具有孔径；一对端盖(end cap)电极，均具有孔径；耦接到中央电极的第一电子信号源；以及耦接到端盖电极的第二电子信号源。中央电极、绝缘体、和端盖电极按照三明治构造结合成一体，其中它们各自的孔径被共轴对准并且关于轴对称以形成部分封闭的空腔，该空腔具有有效半径R₀和有效长度2Z₀，其中R₀和/或Z₀小于1.0毫米(mm)，而比率Z₀/R₀大于0.83。

George Safford在美国专利编号4,540,884中提出“Method of MassAnalyzing a Sample by use of a Quadrupole Ion Trap”，其描述了完整的基于离子阱的质谱仪系统。

在由施加到中央电极的电信号相对于端盖电压(或信号)创建的动态四极场中离子阱在内部俘获离子。简单地，将恒定频率的信号施加到中央电极并将两个端盖电极维持在静态零伏特。中央电极信号的幅度线性地斜线上升以便选择形地扰动离子阱中持有的离子的不同群体(mass)。此幅度弹出配置不会导致最佳的性能或解析度(resolution)，而且会实际上导致输出谱中的双波峰。可以通过施加第二信号到离子阱的一个端盖来改进该幅度弹出方法。该第二信号引起轴向激励，其导致当离子在阱中振荡的长期(secular)频率与端盖激励频率匹配时，离子从离子阱共振弹出。共振弹出导致离子在与小于1的稳定性图beta值对应的长期共振点处从离子阱中弹出。传统上通过施加作为中央电极频率的1/n的因子的端盖(轴向)频率来获得小于1的beta值，其中n一般是大于或等于2的整数。

Moxom等人在Rapid Communication Mass Spectrometry 2002，16：第755-760页的“Double Resonance Ejection in a Micro Ion Trap Mass Spectrometer”中描述了通过在端盖上使用不同电压的Ramsey专利设备中的改进的质谱解析度。测试展示出在端盖之间施加不同电压促进在比较早的Ramsey专利更低的电压处的共振弹出，并且消除了在较早的Ramsey专利中固有的“波峰成双”效应。该设备需要最少两个单独的电压供应：一个必须控制施加到中央电极的射频(RF)电压信号，以及至少一个必须控制端盖电极(相对于系统的其余部分，第一端盖电极接地，或者处于零伏特)。

虽然通过对离子阱的端盖之一施加附加的信号的应用可以增强离子阱的性能，但是这样做增加了系统的复杂度。第二信号需要电子装置用于产生和驱动信号到离子阱的端盖中。该信号优化地需要与中央电极信号同步。这些额外的电子装置增加了质谱仪系统的尺寸、重量、和功耗。这在便携质谱仪应用中是十分重要的。

发明内容

一种离子阱，包括导电的环形中央电极，该中央电极具有从第一开放端延伸到第二开放端的第一孔径。信号源在第一和第二端子之间产生具有至少一个交流(AC)分量的俘获信号。第一端子耦接到中央电极，而第二端子耦接到参考电压电势。导电的第一电极端盖布置为与中央电极的第一开放端相邻并且耦接到参考电压电势。在第一电极端盖的表面与中央电极的第一开放端的表面之间形成第一固有电容。