[发明专利]离子阱质谱仪

说明书

技术领域

本发明总地涉及用于捕获并分析带电粒子的飞行时间质谱仪和静电阱的领域，尤其涉及具有图像检测和傅里叶分析的静电阱质谱仪和使用方法。

背景技术

静电阱（E阱）质谱仪（MS）和多次飞行时间（MP-TOF）质谱仪这二者共享一个共同的特征——分析器静电场被设计为相对于离子包的很小的初始的能量扩展度、角度扩展度和空间扩展度提供等时离子运动。这两种技术的区别在于离子运动的布置和离子m/z测量的方法。在MP-TOF MS中，离子包遵循从脉冲式源到检测器的预定折叠离子路径，并且从离子飞行时间（T）确定离子质荷比（m/z），其中T~(m/z)^0.5。在E阱MS中，离子被无限期地捕获，并且离子飞行路径是不固定的。离子m/z从离子振荡的频率（F）确定，其中F~(m/z)^-0.5。来自镜像电荷检测器的信号使用傅里叶变换（FT）进行分析。

这两种技术面临的挑战是提供以下参数的组合：(a)高达一秒100个谱图的谱图采集速率，以便匹配GC-MS、LC-IMS-MS和LC-MS-MS实验的速度；(b)从1E+9到1E+11个离子/秒的离子电荷吞吐量，以便匹配来自现代离子源的离子通量，所述现代离子源比如，ES1（1E+9个离子/秒）、EI（1E+10个离子/秒）和ICP（1E+11个离子/秒）；和(c)100,000级的质量分辨能力，以为高度密集的质谱中的明确识别提供低于百万分之一（ppm）的质量准确度。

TOF MS：以前已通过引入静电离子镜朝向高分辨率TOF MS迈出了重要一步。Mamyrin等人在US4072862（其通过引用并入本文）中建议用双级离子镜来达到每能量聚焦的二阶时间。Frey等人在US4731532（其通过引用并入本文）中引入无网格离子镜来提供空间离子聚焦和避免网眼上的离子损失，在镜入口处具有减速透镜。Wollnik等人在Rapid Comm.Mass Spectrom.,v.2(1998)#5,83-85（其通过引用并入本文）中通过并入加速透镜来改进无网格离子镜的像差。从这一点来看，变得显然，TOF MS的分辨率不再受分析器像差限制，而是受脉冲式离子源中出现的初始时间扩展度限制。为了减小初始时间扩展度的影响，应该延伸(extend)飞行路径。

多次TOF MS：一种类型的MP-TOF，多重反射MR-TOF MS将折叠W形离子路径布置在静电离子镜之间，以保持仪器的合理尺寸。Shing-Shen Su,Int.J.Mass Spectrom.Ion Processes,v.88(1989)21-28（其通过引用并入本文）描述了被网格覆盖的平行离子镜。为了避免网格上的离子损失，Nazarov等人在SU1725289（其通过引用并入本文）中建议无网格离子镜。为了控制粒子漂移，Verenchikov等人在WO2005001878（其通过引用并入本文）中建议在无场区中使用一组周期性透镜。如Satoh等人的J.Am.Soc.Mass Spectrom.,v.16(2005)1969-1975（其通过引用并入本文）中所述的，另一种类型的MP-TOF——所谓的多重周回（multi-turn）TOF（MT-TOF）利用静电扇区（sector）来形成螺旋式回旋（跑道形）离子轨迹。与MR-TOF相比，螺旋式MT-TOF具有明显更高的离子光学像差，并且可容忍离子包的小得多的能量扩展度、角度扩展度和空间扩展度。MP-TOF MS提供100,000范围内的质量分辨能力，但是它们受空间电荷吞吐量限制，所述空间电荷吞吐量被估计为每秒每质量峰1E+6个离子。

具有TOF检测器的E阱MS：静电阱（E阱）中捕获的离子允许飞行路径的进一步延伸。GB2080021和US5017780（都通过引用并入本文）建议I路径MR-TOF，在该I路径MR-TOF中，离子包在同轴的无网格镜之间反射。Ishihara等人在US6300625（其通过引用并入本文）中描述了离子轨迹在静电扇区之间的回旋。在这两个例子中，离子包被脉冲式地注入到回旋轨迹上，并且在预设延迟之后，这些包被喷射到飞行时间检测器上。为了避免谱图重叠，被分析质量范围与循环次数成反比地缩小，这是具有TOF检测器的E阱的主要缺点。