[发明专利]离子阱和质量分析设备

说明书

离子阱和质量分析设备包括具有沿轴线连续定位的多个区段的分段电极结构，各区段包括围绕轴线配置的多个电极。第一电压以径向约束模式操作，属于各区段的电极被供给AC电压波形以提供用于将离子径向约束在该区段内的约束电场。第二电压以俘获模式操作，属于这些区段的电极被供给不同的DC电压以提供具有轴向变化分布的俘获电场用于将离子推向并将离子俘获在多个区段中的目标片段中。第一子集的区段位于第一腔室内。第二子集的区段位于第二腔室内，目标区段是第二子集的区段之一。气体泵将气体从第二腔室泵出，以提供与第一腔室相比低的气体压力。气流限制部位于第一和第二腔室之间，允许离子从第一向第二腔室传递，限制从第一向第二腔室的气流。

技术领域

本发明涉及离子阱，优选为与飞行时间质量分析器一同使用的线性离子阱。

背景技术

线性离子阱飞行时间(“LIT-TOF”)质谱仪是用于分析离子的已知装置。

通常，在LIT-TOF仪器中，离子被俘获在线性离子阱(“LIT”)中，被冷却然后通过施加引出电压而被引出。引出电压使离子向着飞行时间(“TOF”)分析器加速。TOF分析器能够对最初俘获在LIT中的离子进行质量分析。

本发明人已观察到，如果LIT-TOF仪器的LIT中的缓冲气体的压力过高，则由于在从LIT引出来自缓冲气体原子/分子的离子期间这些离子发生散射，可能会损害仪器的性能。此外，如果LIT中的压力高，则TOF分析器中的压力可能受损，并且/或者可能需要TOF分析器的附加泵浦(pumping)。LIT中的高压还可能导致离子碎裂、TOF分辨率、传输和峰形状裂化。在施加引出电压以从LIT引出离子时，高压还可能导致电气击穿，由此限制可以施加的引出电压的大小。而这将降低可实现的最大分辨率。

另一方面，如果在LIT中压力降低，则离子与背景气体达到热平衡所用的时间变长，结果从LIT引出后续离子束之间的时间必须相应地延长。换句话说，扫描速率变低，并且这将导致质谱仪的性能下降，特别是动态范围、质量准确度、灵敏度和(例如，在分析物的分子构成随时间快速改变时)用以跟踪动态事件的能力下降。

US2010/072362A1描述了用于接收离子源所供给的样品离子的分段线性离子阱。向分段装置施加俘获电压，以最初将离子俘获到一组两个或更多个相邻区段中，随后将这些离子俘获在分段装置中的比该一组区段短的区域中。俘获电压对于沿着装置的长度提供均匀的俘获场也可以是有效的。离子阱包括多个电极。US2010/072362A1所教导的离子俘获方法使用分段线性四极离子阱。

图1是实现US2010/072362A1的原理的线性离子阱101和施加至线性离子阱101的电极的DC(直流)电压分布100的简化图。

在该示例中，图1中所示的线性离子阱101具有全部具有相同的径向尺寸的七个区段。共用RF电压和个体DC供应连接至各区段。向这些区段应用DC电压分布100以将离子俘获在中央区段中。离子阱填充有均匀压力的缓冲气体。在t＝0(未示出)处，将具有一系列m/z值的离子集合从左侧引入、即引入到区段1中。随后离子流入所有区段；在3ms之后，如利用附图标记111所示，离子束已经散开并延伸穿过中央的5个电极。到7ms时，离子已经失去一些能量，并且如利用附图标记112所示，离子束的离子正聚集在中央(目标)区段中。在10ms处，如利用附图标记113所示，离子束的大部分离子已聚集在目标区段中。在某个时间之后，所有离子都将与填充阱的缓冲气体达到热平衡。这允许高效地将离子俘获到线性离子阱中。在目标区段有必要处于比可用于将离子高效地俘获到单个区段阱中的压力低的压力时，本发明特别有用。通过使用例如五个区段来形成延伸区域，与单个区段阱相比，能够使目标阱中的压力降低5倍。可以采用更多数量的区段来以更低的压力获得高效的离子俘获。

本发明人已发现，使用如在US2010/072362A1中所述的俘获方法构建的LIT-TOF仪器对于制备具有所需特性的离子云以实现良好的TOF分辨率是有效的。