[发明专利]多电极离子阱

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/GB2006/002361，国际申请日为2006年6月27日，进入中国国家阶段的申请号为200680022640.6，名称为“多电极离子阱”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明主要涉及多反射静电系统，尤其涉及轨道阱(Orbitrap)静电离子阱中的改进及其相关的改进。

发明背景

质谱仪可以包括一个离子阱，用于在进行质谱分析期间或者分析之前存储离子。众所周知，所有俘获式质谱仪的有效高性能都决定性地取决于离子阱所使用的电磁场的品质，其中包括高阶非线性分量。这一品质和它的重复性都是确定的，也就是说，是由离子阱制造过程中的不完美性以及向离子阱中的电极提供信号以便于产生俘获场的相关电源的控制程度所确定的。大家都知道，越是复杂的组件，越是难以获得所需要等级的性能，因为容许和误差都会有较大的分布或者积累，以及俘获场的调试麻烦也大大增加。

这一问题在轨道阱质谱仪中得到了例证，例如在美国专利US5,886,346中的讨论。在这类轨道阱质谱仪中，离子是以脉冲的方式从外部源(例如，直线性阱(LT))注入到在内部、类似细长轴状电极和外部、桶状电极之间所定义的体积中。这些电极的形状都需要十分仔细的设计，使得它们的形状以尽可能理想的方式一起形成，称之为在俘获体积中的“超对数”静电势能，其公式为：

U(r,z)=k2(z2-r22)+k2(Rm)2ln[rRm]+C]]>

式中：r和z都是圆柱坐标，C是常数，k是场曲率，以及R_m是特征半径。俘 获体积的中心被定义为z＝0，且俘获场对称于该中心。

离子可以各种方式(径向或者轴向)注入到轨道阱中。WO-A-02/078,046讨论了一些必要的离子注入参数，以便于确保离子可以给定质量尽可能紧凑的离子束方式进入到俘获体积中，以改变m/z比率，使得能量适合于轨道阱质谱仪的能量接受窗口。一旦注入之后，离子就呈现出以轴向围绕着中心电极的轨道运动并且使用在电极上的静电电压实现在俘获体积中的径向俘获。

外部电极一般绕其中心(z＝0)分开并且在外部电极中由离子团形成的图像电流通过差分放大器来检测。最终产生的信号是可以进行数字化和快速傅立叶变换的时域“瞬时”信号，以便于最后给出存在于俘获体积中的离子的质谱。

用于将外部电极分开的间隙可以用于将离子引入到俘获中心。在这种情况下，激发离子从而形成除了轨道运动之外的轴向振荡。另外，离子也可以在沿着偏离z＝0的轴向位置上引入，在这种情况下，离子就自动地呈现出除了轨道运动之外的轴向振荡。

电极的精确形状以及最终产生的静电场都会产生离子的运动，这种运动组合了围绕着中心电极旋转的轴向振荡。在理想的阱中，超对数场不会包含任何r和z的交叉项，从而使得在z方向上的电位是一个单纯的二次方程式。这就形成沿着z轴的离子振荡，这可以被认为是一个谐波振荡器，它与离子的(x，y)运动无关。在这种情况下，轴向振荡的频率仅仅只与离子的质量电荷之比(m/z)有关，即：