[发明专利]线形离子存储器和飞行时间质量分析器串联的质谱仪

说明书

技术领域

本发明属于质谱分析技术领域，具体涉及一种线形离子存储器和飞行时间质量分析器串联的质谱分析仪器。

背景技术

质谱仪是一种根据不同质量的带电粒子在电磁场中运动轨迹不同，从而实现不同物质的原子、分子或分子碎片的分离和检测的分析仪器。质谱仪具有对未知化合物的定性、定量分析、结构组成确定等能力，广泛应用于环境检测、食品安全、地质勘测、生物医学等领域。从1919年第一台质谱仪问世以来，质谱仪的种类已经多种多样：磁质谱仪、四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、飞行时间质谱仪、轨道阱分析器、离子回旋共振质谱仪等。

飞行时间质谱仪的原理是样品离子首先进入离子调制区，在直流脉冲电压作用下依次进入加速透镜和聚焦透镜中，进过加速和聚焦后进入无场飞行区，最终到达检测器。根据离子在无场区的飞行时间的差异，离子质量越大，到达检测器所用时间越长，离子质量越小，到达检测器所用时间越短，根据这一原理，实现对不同质量数离子的分离和检测。反射式飞行时间质谱增加了反射透镜，用以校正样品离子的初始空间分散，提高质量分辨率。飞行时间质谱具有质量范围理论上无上限、分析速度快和灵敏度高等优点，已经广泛的用于生物大分子例如肽段、蛋白、核酸等的质谱分析。但是，飞行时间质谱仪具有其自身的缺陷，样品离子从离子调制区进入飞行管采用脉冲进样方式，离子调制区中的样品离子只有一小部分被引入飞行管进行质量分离，使得仪器的占空比（duty cycle）非常低，同时造成了大量样品离子的损失；此外，飞行时间质谱自身不具备串级质谱分析能力，难以得到样品的碎片离子的信息。

为了改善飞行时间质谱的分析性能，质谱业内人士采用了离子阱与飞行时间质量分析器联用的方法，样品离子进入飞行时间质量分析器之前，先经过一个离子阱。在当前一批样品离子进入飞行时间质量分析器后，其后面的样品离子随即在离子阱中存储，待之前的离子完成质量分析后，再进入离子调制区，离子阱与离子调制区之间通过离子传输系统连接。调制区中的离子在脉冲电压的作用下进入飞行管，有效提高仪器的占空比，减少了离子的损失。

离子阱与飞行时间质量分析器的联用技术最初采用的离子阱是三维离子阱。三维离子阱的结构导致其离子存储数量非常有限，相比于当代离子源可以提供nA 级别的离子电流，远远无法满足离子存储和分析的要求。同时，三维离子阱中离子被束缚后的状态一般是汇聚于阱的中心点附近运动，受空间电荷效应的影响非常明显，最终，导致三维离子阱与飞行时间质谱联用仪器的性能提高非常有限。2002年，线性离子阱出现后，离子阱与飞行时间质量分析器的联用技术开始采用线性离子阱。线性离子阱中离子的状态一般是汇聚于线性离子阱的z轴方向的一条线上运动，阱中可容纳离子的数量大幅度提高。相比于传统的三维离子阱，线性离子阱具有更高的离子存储能力和更低的空间电荷效应。

专利WO 99/30350中描述了一种串联线性离子阱-飞行时间质谱仪。离子沿轴向进入线性离子阱中，然后沿轴向释放，通过离子传输系统进入飞行时间分析器的离子调制区。离子运行的方向与飞行管的方向呈垂直正交分布。线性离子阱由四根圆杆电极组成，离子沿圆杆围成区域的中心轴运动，进入飞行时间分析器。该专利提出的技术方案，会受到离子离子质量数的影响，并且更重要的是，离子调制区内，一次脉冲引入到飞行时间质量分析器中的离子的质量数受限，仅是离子阱中全部质量范围离子的一部分，这导致样品分析通量受到限制。

在专利US 5763878 中描述了一种使线性离子阱中离子进入飞行时间质谱仪的方法。根据该方法，线性离子阱采用圆杆电极组成，离子沿轴向进入线性离子阱中，通过与缓冲气体的碰撞冷却，在射频电场的作用下，将沿阱的轴向聚集，然后，离子将沿与阱的轴向方向正交的方向弹出，具体的是从圆杆电极之间的空隙穿过，进入飞行时间分析器。该专利提出在离子引出时，阱上的射频电场将断开，并通过施加直流脉冲电压将离子弹出，但并未描述该如何实现，对电极上的电压配置和引出时序也未有描述。此外，离子阱运行时，四根圆杆电极上施加的电场是一个具有时序变化的高压射频电场，幅值一般在几千伏（零峰值），该专利提出的方法将要求圆杆电极上的高压射频电场瞬间断开同时在很短的时间内（几个毫秒）施加上一个很高的直流脉冲电压用于离子引出，这在实际中是难以实现的，目前也尚未有关实现该技术的报道。