[发明专利]质谱仪及相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及质谱仪和用于根据带电粒子的荷质比检测带电粒子的质谱分析方法。所公开的技术具有多种应用，包括混合粒子的分类、粒子的识别、物质检测和物质提纯。

背景技术

质谱是众所周知的并且涉及通过利用电场和/或磁场操纵带电粒子以获得从粒子的荷质比(q/m)得出的结果。在一个例子中，使用带电板将已电离的分子加速到与垂直磁场交叉的区域中。由于粒子的运动，在每个粒子上产生洛伦兹力，使得粒子的轨迹弯曲。弯曲的程度将取决于分子的质量和电荷：较重并且/或者较低电荷的粒子比较轻并且/或者较高电荷的粒子偏转程度小。设置一个或多个检测器以接收偏转的粒子，并且分布可以用于推导包括每种类型粒子的质量和各种粒子的相对比例的信息。这还可被用于确定例如分子结构等信息以及识别所测试的物质。已针对具体应用开发出专用形式的质谱仪。

因此，质谱可被用于许多目的，包括：识别未知化合物、确定同位素成分、研究分子结构、对混合粒子的样品进行分类以及对样品中物质的量进行量化等等。质谱还可被用于分析几乎任何类型的可被带电的粒子，包括：化学元素和化合物，如药物；生物分子，包括蛋白质和它们的缩氨酸、DNA、RNA、酶等；以及许多其它例子，包括污染物如灰尘等。

在相关领域中，先前已在WO-A-03/051520中使用离心式谱仪在成形的电场影响下根据带电例子的荷质比分离带电粒子的样品。将要被分离的离子放在填充了缓冲溶液的腔体中，腔体被高速旋转。公开了多种用于施加适当形状的径向电场的手段，并且在电和离心力的影响下离子沿着腔体分离，使得能够离析各个离子类型并进行相对测量。US-A-5,565,105、WO-A-2008/132227、GB-A-1488244和WO-A-2004/086441公开了其它离子分离装置。

发明内容

根据本发明，提供一种质谱仪，该质谱仪包括：腔室；适于将带电粒子注入到该腔室中的注入装置；适于建立作用在该带电粒子上的至少一个场的场生成设备，该至少一个场具有：被配置成在旋转轴和该腔室的周界之间形成至少一个通道的角向捕集分量，该至少一个通道由该角向捕集分量的能量最小值限定，该场生成设备还适于使该角向捕集分量围绕该旋转轴旋转，由此，在使用中，带电粒子由该角向捕集分量沿着该至少一个通道在角向上约束从而与该角向捕集分量一起旋转，离心力由此作用在该带电粒子上；以及径向平衡分量，至少在该至少一个通道附近，该径向平衡分量的幅度随着自该旋转轴起的半径的增大而单调增大，由此，在使用中，带电粒子在该离心力和该径向平衡分量的组合影响下沿着该至少一个通道移动，从而根据粒子的荷质比形成一个或多个粒子轨道；该质谱仪还包括被配置成检测至少一个所述粒子轨道的检测器。

本发明还提供一种质谱分析方法，该质谱分析方法包括：将带电粒子注入到腔室中；建立作用在该带电粒子上的至少一个场，该至少一个场具有：被配置成在旋转轴和该腔室的周界之间形成至少一个通道的角向捕集分量，该至少一个通道由该角向捕集分量的能量最小值限定；以及径向平衡分量，至少在该至少一个通道附近，该径向平衡分量的幅度随着自该旋转轴起的半径的增大而单调增大；使该角向捕集分量围绕该旋转轴旋转，由此，带电粒子由该角向捕集分量沿着该至少一个通道在角向上约束从而与该角向捕集分量一起旋转，离心力由此作用在该带电粒子上，该带电粒子在该离心力和该径向平衡分量的组合影响下沿着该至少一个通道移动，从而根据粒子的荷质比形成一个或多个粒子轨道；以及检测至少一个所述粒子轨道。

在WO-A-03/051520中，对缓冲液的要求意味着不能从样品推导出任何绝对的信息，例如粒子质量、构成等。然而，如权利要求1中所述的，通过使用角向能量最小值建立通道，沿着该通道捕集带电粒子，粒子可以根据它们的q/m比沿着通道布置，而不需要物理腔或缓冲液。这不仅能够确定粒子的绝对质量(缓冲液的浮力影响被消除)，而且还大大简化了谱仪设备。另外，由于可以同时形成多个轨道，所以可以同时地并且在远超过传统装置的动态q/m范围上分析不同粒子类型。此外，由于没有物理腔，所以可以针对每个应用通过简单调整所施加的场，按照期望改变装置参数(如“虚拟”通道的数目、形状和长度)。如果需要的话，这甚至可以动态进行(即，在谱处理期间)。