[发明专利]用于通过离子聚束进行离子转移的方法和设备

说明书

一种质谱法方法包括：在离子传输装置的入口端处接收离子流；使所述离子流的第一部分积聚在所述离子传输装置内的位于所述入口端与出口端之间的第一位置处的第一电势阱处；在所述离子传输设备内在第二位置与所述出口端之间产生总体上下降的电势分布，并且同时在所述离子传输设备内的第三位置处产生第二电势阱，所述第二位置安置在所述第一位置与所述入口端之间，所述第三位置安置在所述第二位置与所述入口端之间；以及在所述总体上下降的电势分布的推动下将所述离子流的所积聚的第一部分从所述第一位置传输到所述出口端，并且同时使所述离子流的第二部分积聚在所述第二电势阱处。

技术领域

本公开涉及质谱法。更具体地，本公开涉及在1毫托至多几十托的压力范围内在背景气体存在下的离子转移。

背景技术

在质谱法应用中，通过背景气压在1毫托至多几十托(例如，80托)压力范围内的区域快速高效地传输离子通常很重要。由于这些条件下的离子运动是由气体中的迁移率确定的，为了减少离子漂移时间，必须增加沿束路径的电势梯度。如果离子路径相当长，则可能需要大的总电势差。这可能会导致问题，因为一些元素不能轻易地浮动到相对于地面的高电势。

例如，Giles等人在美国专利第9,978,572号中解释的是，质谱仪系统的相邻组件之间的多个电势阶跃的积聚效应可能会在存在气体的情况下导致上游组件中出现不可接受的大电压。此问题在图1A中以一般意义示意性地展示，所述图涉及质谱仪系统的系统配置100，所述系统配置包括第一上游装置3、第二上游装置4、气体填充碰撞池5和下游装置6。虚线8表示电击穿极限。沿仪器的位置从左到右描绘，并且所述位置处的电势由竖直轴表示。为了引起碎裂，通过升高向上游装置3、4施加的绝对电势而在上游装置3、4与碰撞池5之间引入电势差。跨系统的电势分布由虚线101示意性地展示。上游装置的升高的电势使从第二上游装置4出现的离子通过第二上游装置4的出口与碰撞池5的入口之间的电势差(在图1A中表示为“CE”)被加速。碰撞能量主要由此电势差确定。然而，电势升高可能使向上游装置3、4施加的电压高于电击穿极限8。尽管Giles等人的讨论具体涉及由于需要将碰撞能量传递给离子而导致的大电势和电势梯度，但在施加大电势梯度以通过具有背景压力的区域传输离子时，可能会出现类似的问题。

为了避免此类复杂情况，已经提出了几种解决方案。例如，Giles等人在前述美国专利第9,978,572号专利中教导了产生反向轴向DC电场的电势的施加以及驱动离子逆向对应电势梯度的“行波”的产生。此方法示意性地展示在目前随附的图1B和1C中。如图1B中所示的系统配置1所描绘的，碰撞诱导解离所需的电势差(CE)可以通过向碰撞池5施加反向轴向DC电场来引入、至少部分引入。反向轴向电场在下游方向上提供增加的轴向电势，使得碰撞池5的出口处的电势相对于入口处的电势升高。因此，限定碰撞能量的电势降定位于碰撞池5的入口周围的区域。为了将离子从碰撞池5传送到下游装置6，必须驱动离子逆向轴向电场。如果碰撞池包括多个电极和/或在轴向方向上进行分段，使得可以向每个区段施加独立的瞬态DC电势或电压波形，则可以实现此效果。向每个区段施加的瞬态DC电势或电压波形产生在轴向方向上移动的行波7，并且从而推动或推进离子向上或逆向反向轴向电场的电势梯度。作为替代方案，所需碰撞能量(CE)可以通过在上游组件4中产生反向轴向DC电场来提供，如在图1C中所示的系统配置120中示意性地描绘。在此情况下，行波是在上游组件4中产生的。

用于通过质谱仪的含气体区域传输离子的替代方法包含使用气流作为离子传输的“驱动力”。然而，在实践中，无论是在离子运动定时、技术可行性还是成本效益方面，行波或者气流传输机制的实施的实现都非常复杂，并且可能不适用于所有系统。

发明内容

根据本发明教导，可以通过中断离子流的连续性来实现电势梯度的降低。进入的离子流中的离子聚束成单独的空间分离的包，以允许在离子传输设备内临时产生不存在离子的反向梯度区域。以此方式，离子传输设备内的处于包之间的区域可以暂时升高到与离子传输设备的离子入口的电势类似的电势，从而允许单独的离子包向前迁移，同时降低跨离子传输设备和整个仪器的整体梯度。