[发明专利]用于质谱仪在高压时的改进性能的射频(RF)离子引导器

说明书

描述在质谱仪(MS)系统中使用的离子引导器(200)。所述离子引导器(200)被配置为：提供反射电动场和直流(I或静态)电场，以提供对于相当大的质量范围在空间上更禁闭的离子射束。在MS系统(100)的离子源(101)与第一级真空腔室(805)之间提供一些离子引导器(200)。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年1月6日提交的题为“Radio Frequency(RF)Ion Guide forImproved Performance in Mass Spectrometers at High Pressure”的美国专利申请13/345,392的优先权。本申请还要求于2012年9月25日提交的题为“Radio Frequency(RF)IonGuide for Improved Performance in Mass Spectrometers at High Pressure”的美国专利申请13/626,698的优先权。

背景技术

质谱法(MS)是一种用于样本的定量元素分析的分析方法。样本中的分子由光谱仪基于它们的各个质量而得以离子化并且分离。分离后的分析物离子然后受检测，样本的质谱得以产生。质谱提供关于质量的信息，并且在一些情况下提供关于构成样本的各种分析物颗粒的数量的信息。具体地，质谱法可以用于确定分析物内的分子的分子量和分子碎片(fragment)。此外，质谱法可以基于裂解方式(fragmentation pattern)来标识分析物内的成分。

任何各种电离系统都可以产生供质谱法进行分析的分析物离子。例如，大气压力矩阵辅助激光器解吸电离(AP-MALDI)、大气压力光电离(APPI)、电喷雾电离(ESI)、大气压力化学电离(APCI)和感应耦合等离子体(ICP)系统可以用于在质谱系统中产生离子。这些系统中的很多在大气压力(760Torr)或其附近生成离子。一旦生成，就必须将分析物离子引入或采样到质谱仪中。典型地，质谱仪的分析器部分保持在从10^-4Torr到10^-8Torr的高真空级别。实践中，对离子进行采样包括：通过一个或多个中间真空腔室的方式以窄禁闭离子射束(confined ion beam)的形式将分析物离子从离子源传送到高真空质谱仪腔室。中间真空腔室中的每一个保持在前面腔室与后面腔室的真空级别之间的真空级别。因此，离子射束传送分析物离子，并且以逐步方式从与离子形成关联的压力级别过渡到质谱仪的压力级别。在多数应用中，期望通过质谱仪系统的各个腔室中的每一个传送离子，而没有显著的离子损耗。一般，离子引导器用于使得离子在MS系统中在所限定的方向上运动。

在允许或促进离子轴向地传送的同时，离子引导器典型地使用电磁场来径向地禁闭离子。一类离子引导器通过施加依赖于时间的电压来生成多极场，其一般处于射频(RF)谱中。这些所谓的RF多极离子引导器已经在MS系统的各部分之间传送离子以及离子成分捕获方面发现各种应用。一般，离子引导器也在存在缓冲气体的情况下操作，以在轴向方向和径向方向上都减小离子的速度。这种离子速度在轴向方向和径向方向上的减小被称为归因于离子与缓冲气体的中性分子的多次碰撞以及所得的动能传递而引起的“热化”或“冷却”离子种群。在径向方向上受压缩的热化射束在改进通过MS系统的小孔的离子传输以及减少飞行时间(TOF，time-of-flight)仪器中的径向速度扩散方面是有用的。RF多极离子引导器创建伪势阱，其将离子禁闭在离子引导器内部。

射束限制孔径用于限制离子射束的横向空间宽度和角度扩散(射束发散度)。因为在横向位置或角度航向(angular heading)中距射束轴偏离太多的离子轨道可能导致质量分析器中的离散，所以限制离子射束的空间宽度和角度扩散是有用的。质量分析器中的这种离散基于离子初始条件而非仅基于离子质量。例如，在“理想”TOF MS系统中，离子飞行时间仅取决于离子质量，这是因为这是待测量的量。实际上，飞行时间弱势地取决于每个离子的准确空间位置和角度前进。位置的扩散和角度偏离导致飞行时间的扩散，并且减少TOFMS系统的质量分辨率。因此，在很多质量分析器中，通过有时被称为限制器(slicer)的无场区域中的两个连贯孔径的集合来限制射束大小和角度扩散，其防止可接受范围之外的离子进入分析器。