[发明专利]质量分析器

说明书

一种质量分析器包括一对电极阵列。每个阵列具有一组聚焦电极，在使用中，所述聚焦电极具有电压，以在电极阵列之间的空间中产生静电场，使得离子在空间中经历周期性的振荡运动，离子在所述聚焦电极组的电极之间穿过，并且在所述电极阵列中间的中心平面被重复地聚焦。每个聚焦电极组中的至少一个电极具有比同组的其它电极的电极表面更接近中心平面的电极表面。所述分析器可以是离子陷阱质量分析器或多匝ToF质量分析器。

技术领域

本发明涉及一种质量分析器，特别是利用多匝ToF或离子陷阱的质量分析器。

背景技术

在质量分析中增加质量分辨能力和质量精度的重要方法之一是设计离子在长飞行路径期间或之后被测量的质量分析器。这种质量分析器最近以两种形式实现，多匝ToF分析器和静电或磁场离子阱分析器。在多匝ToF分析器中，通过镜电极产生反射场，使得长的但是折叠的飞行路径被实现。使用包括二次电子倍增器的检测器，其中，在折叠的长的飞行之后，离子飞溅到检测器的倍增极上并消失，同时产生电流信号以给出ToF质谱。在静电或磁场离子陷阱配置中，离子的振荡运动在拾取电极中感应出图像电流。随着离子在诱捕场中连续地振荡，被感应的图像电流被连续地记录。图像电流信号在被低噪声放大器放大之后，使用傅里叶变换被转换为频谱，然后频谱直接与被捕获的离子的质谱相关联。

高分辨能力质谱仪的早期实例是M.B.Comisarow和A.G.Marshall首先公开在Chem.Phys.Lett.25，282(1974)的所谓的FTICR，其中使用超导线圈来产生高强度的均匀的磁场以捕获离子。因为线圈较大并且需要被冷却到非常低的温度，所以该仪器建造起来非常昂贵并且难以运行和维护。

静电离子陷阱质量分析器更具吸引力，因为它避免使用高强度，高稳定性的超导磁体。由Alexander Makarov公开在Anal.Chem.，2000，72(6)，pp 1156-1162.上的轨道陷阱(Orbitrap)，是静电离子陷阱质量分析器的一个实例，其中离子在轴向方向上来回振荡，同时围绕在中心的纺锤形的电极旋转。为了保持轴向振荡谐波，轨道陷阱的中心电极和外部电极需要被非常精确地加工，以便在陷阱体积内实现所谓的超对数势。

静电离子陷阱质量分析器不必具有例如在轨道阱中的允许离子在特定轴向方向上执行谐波运动的场结构。Li Ding等人的PCT公开号WO 2012/116765描述了一种静电离子陷阱质量分析器，其包括第一电极阵列和第二电极阵列，以在阵列之间的空间中产生静电电场。当两个阵列被供应有相同的电压模式时，所生成的电场使得离子在电极阵列之间的空间中经历周期性的振荡运动，离子在飞行方向上被等时地重复反射，并且基本上在第一和第二阵列中间的中间平面被聚焦。放大器电路用于检测与在第一和第二电极阵列之间的空间中经历周期性振荡运动的离子的质荷比相关的图像电流。而具有多个电极的结构是有利的，因为在分析器被制造之后，通过施加合适的电压，该结构更容易被调谐。WO2012/116765中公开的一个实施例(图9)具有圆形配置，其中每个阵列的场限定电极包括圆形的中心电极以及多个同心的，表面平坦的位于中心电极的径向外向的环形电极。两个阵列同轴地布置在分析器的中心轴线上，并且离子在靠近中心平面处被捕获，该中心平面与第一和第二阵列中的电极等距。

在高分辨率ToF质量分析器的开发中，已经设计了多匝ToF系统的许多配置。在美国公开US 2010/0044558A1中，Sudakov公开了由使用一对矩形平面电极阵列构造的多次反射飞行时间装置。离子通过由平面阵列的平行电极条形成的两个离子镜在飞行方向(x)上反射，并且由相同平面阵列的另一组电极条形成的另一反射场在漂移方向(z)上反射。每个周期期间在(x轴)飞行方向上以及在(z轴)漂移方向上的一次反射中实现相同质荷比的离子的等时运动。

在Curt Flory等人的美国专利号7,919,748B2中，另一种多反射ToF系统还包括一对平面电极阵列，但是它们是圆形的。两组平面电极被彼此相对设置，彼此平行并且彼此轴向偏移，电极结构产生围绕圆柱形的基本上无场的中心区域的圆柱对称环形电场，该电场包括环形的轴向聚焦透镜区域和围绕透镜区域的环形镜区域。