CN104011830A - 用于改良质谱仪灵敏度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种方法和一种设备，其包括用于产生离子的离子源；真空室，其具有用于接收离子的入口孔径，和用于使离子从所述真空室通过的出口孔径。在所述入口孔径与出口孔径之间提供至少一个离子导向，所述至少一个离子导向具有进口端和出口端。所述至少一个离子导向具有内圆筒和外圆筒。所述内圆筒具有多个区段，各区段具有不同数目的槽且所述内圆筒同轴安置于所述外圆筒内，其中所述内圆筒配置成产生一个以上多极场。提供电源，以用于在所述外圆筒与内圆筒之间提供RF电压。

Description

用于改良质谱仪灵敏度的方法和设备

相关申请案

本申请案主张2011年12月29日提交的美国临时申请案第61/581,349号的权益和优先权，所述申请案的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本申请者教示涉及一种用于改良质谱仪灵敏度的方法和设备，且更具体来说涉及用于传输离子的离子导向。

背景技术

在质谱分析中，在离子化步骤中使用离子源将样品分子转化成离子，接着在质量分离和检测步骤中通过质谱分析器检测。对于多数大气压离子源，离子在进入真空室中的离子导向之前先通过入口孔径。离子导向将来自离子源的离子传输且聚焦到随后的真空室中，且可向所述离子导向施加射频电压以提供离子在所述离子导向内的径向聚焦。然而，在离子传输通过离子导向期间，可能会发生离子损失。因此，需要提高离子沿离子导向的传输效率且防止传输期间的离子损失，以获得高灵敏度。

发明内容

鉴于上述内容，申请者教示包含质谱仪系统。在多个方面中，所述系统包含用于从样品产生离子的离子源；和真空室，其包含用于接收所述离子的入口孔径，和使离子从所述真空室通过的出口孔径。在多个实施例中，所述系统包含至少一个在所述入口孔径与出口孔径之间的离子导向，所述至少一个离子导向具有进口端和出口端。在多个方面中，所述至少一个离子导向包含内圆筒和外圆筒，所述内圆筒具有多个区段，各区段包含在所述内圆筒中的多个槽且所述内圆筒的所述多个区段中的每一个包含不同数目的槽。在多个方面中，所述内圆筒可同轴安置于所述外圆筒内，其中所述内圆筒可配置成产生一个以上多极RF场。在多个方面中，所述系统包含电源，其用于在所述外圆筒与内圆筒之间提供RF电压以将所述离子径向约束于所述至少一个离子导向的所述内圆筒内。在多个方面中，所述多个槽可适合地间隔以产生所述一个以上所要多极场。在多个实施例中，槽数目由n/2决定，其中n为所产生多极RF场的阶数。在多个方面中，所述内圆筒的所述多个区段中的所述槽数目可由以下组成的群组中选出：用以产生四极电场的两个槽、用以产生六极电场的三个槽、用以产生八极电场的四个槽以及其任何组合。在多个实施例中，所述内圆筒的所述多个区段包含第一区段和第二区段，各区段具有多个槽以产生所述一个以上多极RF场。在多个方面中，所述第一区段包含四个槽以产生八极场，且所述第二区段包含两个槽以产生四极场。在多个实施例中，所述外圆筒包含筛孔。在多个方面中，所述多个槽可适合地尺寸化以产生所述一个以上所要多极场。在多个方面中，所述内圆筒在所述至少一个离子导向的所述出口端附近的区段进一步包含额外四极电极以产生较强四极场。

提供一种用于发射离子的方法。在多个方面中，所述方法包含提供用于从样品产生离子的离子源。在多个实施例中，所述方法包括提供真空室，其包含用于接收所述离子的入口孔径，和用于使离子从所述真空室通过的出口孔径。在多个方面中，在所述入口孔径与出口孔径之间提供至少一个离子导向，且所述至少一个离子导向可具有进口端和出口端。在多个实施例中，所述至少一个离子导向包含内圆筒和外圆筒。在多个方面中，所述内圆筒可具有多个区段，各区段包含在所述内圆筒中的多个槽，且所述内圆筒的所述多个区段中的每一个包含不同数目的槽。在多个方面中，所述内圆筒可同轴安置于所述外圆筒内，其中所述内圆筒配置成产生一个以上多极RF场。在多个实施例中，所述方法包含提供电源，其用于在所述外圆筒与内圆筒之间提供RF电压以将所述离子径向约束于所述至少一个离子导向的所述内圆筒内。

在多个方面中，所述多个槽之间的空间可适合地间隔以产生所述一个以上所要多极场。在多个实施例中，槽数目由n/2决定，其中n为所产生多极RF场的阶数。在多个方面中，所述内圆筒的所述多个区段中的所述槽数目可由以下组成的群组中选出：用以产生四极电场的两个槽、用以产生六极电场的三个槽、用以产生八极电场的四个槽以及其任何组合。在多个实施例中，所述内圆筒的所述多个区段包含第一区段和第二区段，各区段具有多个槽以产生所述一个以上多极RF场。在多个方面中，所述第一区段中的槽数目与所述第二区段中的槽数目不同。在多个实施例中，所述第一区段包含四个槽以产生八极场，且所述第二区段包含两个槽以产生四极场。在多个方面中，所述外圆筒可有孔。在多个方面中，所述多个槽可适合地尺寸化以产生所述一个以上所要多极场。在多个方面中，所述内圆筒在所述至少一个离子导向的所述出口端附近的区段进一步包含额外四极电极以产生较强四极场。

本文阐述申请者教示的这些和其它特征。

附图说明

所属领域的技术人员应理解下文所述的图式仅出于说明目的。附图不打算以任何方式限制申请者教示的范围。

图1为根据申请者教示的多个实施例的质谱仪系统的示意图。

图2为根据申请者教示的多个实施例的图1的实施例的离子导向的剖视图。

图3为根据申请者教示的多个实施例的离子导向的剖视图。

图4显示多个多极场RF场，其由根据申请者教示的多个实施例的图3的实施例的离子导向产生。

图5为根据申请者教示的多个实施例的离子导向的剖视图。

图6为根据申请者教示的多个实施例的离子导向的示意图。

图7为根据申请者教示的多个实施例的一系列离子导向的示意图。

在所述图式中，类似参考数字表示类似部件。

具体实施方式

应理解，除非上下文另外明确指出，否则与申请者教示结合关于多个要素所使用的短语“一”涵盖“一或多个/种”或“至少一个/种”。在多个方面中，提供用于发射离子的质谱仪系统和方法。首先参看图1，其示意性显示根据申请者教示的多个实施例的质谱仪系统20。在多个实施例中，系统20包含用于从所关注样品(未图示)产生离子24的离子源22。在多个方面中，离子24可以箭头32所指示的方向向真空室26行进。在多个方面中，真空泵41a可向真空室26提供适合真空。在多个实施例中，真空室26可进一步包含位于入口孔径28下游的出口孔径30，其用于使离子24从真空室26通过。在多个方面中，出口孔径30可分隔真空室26(也称为第一真空室)与随后的或第二真空室52，其可容纳质谱分析器54(如图1中所示)或另一离子导向56(如图7中所示)。在多个方面中，真空泵41b可向真空室52提供适合真空。在多个方面中，系统20可包含至少一个离子导向34。在多个实施例中，至少一个离子导向34可位于入口孔径28与出口孔径30之间，以径向约束、聚焦和发射离子24。在多个实施例中，至少一个离子导向34可包含进口端36和出口端38。在多个实施例中，至少一个离子导向34可包含内圆筒40和外圆筒42。

在多个方面中，如图2中所示，内圆筒40可包含多个区段44a、44b等。在多个实施例中，内圆筒40的多个区段44中的每一个可包含不同数目的槽46a、46b等。举例来说，图2显示图1的离子导向34的横截面，其中内圆筒40包含区段44a、44b和44c。各区段可具有不同数目的槽。举例来说，如图2中所示，区段44a、44b和44c具有不同数目的槽46a、46b和46c，如阴影区所示。在多个方面中，内圆筒40的各区段44可包含任何数目的槽。在多个方面中，内圆筒的表面可经机械加工以形成槽。在多个实施例中，槽可适合地间隔以形成槽，以产生所要多极RF场。在多个实施例中，内圆筒40可同轴安置于外圆筒42内，如图1和图2所示，以产生一个以上多极RF场。在多个实施例中，外圆筒与内圆筒之间的距离可小于槽宽度。在多个实施例中，外圆筒与内圆筒之间的距离可为约1mm。在多个实施例中，内圆筒的厚度可小于槽宽度。在多个实施例中，内圆筒的厚度可为约0.5mm到约1mm。在多个实施例中，槽的最小宽度可为约1mm。在多个实施例中，外圆筒与内圆筒之间的距离可小于槽宽度。内圆筒的厚度可小于槽宽度。接着，在多个实施例中，内圆筒的厚度可为约0.5到约1mm，槽的最小宽度可为1mm。在多个实施例中，电源48可在外圆筒42与内圆筒40之间提供RF电压，以将离子径向约束于至少一个离子导向34的内圆筒40内。在多个实施例中，还可以在外圆筒42与内圆筒40之间施加DC电势。

在多个实施例中，内圆筒的各区段中的槽数目可由n/2决定，其中n为所产生多极RF场的阶数。可产生多个多极场。举例来说，如果内圆筒中有12个槽，那么可产生24极电场，四个槽可形成八极电场，且两个槽可形成四极场。在多个方面中，所述内圆筒的多个区段中的槽数目可由以下组成的群组中选出：用以产生四极电场的两个槽、用以产生六极电场的三个槽、用以产生八极电场的四个槽以及其任何组合。

在多个方面中，如图2所示，内圆筒40的多个区段可包含区段。举例来说，如图2中所说明，第一区段44a和第二区段44b可各自分别包含多个槽46a和46b，以产生一个以上多极RF场。在多个实施例中，举例来说，第一区段可包含四个槽以产生八极场且第二区段可包含两个槽以产生四极场。在多个实施例中，多个槽的长度和宽度可适合地尺寸化以产生所要多极场。在多个实施例中，外圆筒与内圆筒之间的距离可小于槽宽度。在多个实施例中，外圆筒与内圆筒之间的距离可为约1mm。在多个实施例中，内圆筒的厚度可小于槽宽度。在多个实施例中，内圆筒的厚度可为约0.5mm到约1mm。在多个实施例中，槽的最小宽度可为约1mm。在多个方面中，举例来说，图3显示内圆筒40的多个区段，其包含第一区段44a，具有12个槽46a以产生24极电场；第二区段44b，包含四个槽46b以产生八极电场；和第三区段44c，包含两个槽46c以产生四极电场；所述槽由阴影区表示。参看图4，其例证图3的至少一个离子导向的各区段中可产生的多个多极RF场(24极电场、八极场和四极场)。

在多个实施例中，内圆筒可由导电材料组成，且在多个方面中，可由(但不限于)黄铜组成。在多个实施例中，外圆筒可由导电材料组成，且在多个方面中，可由(但不限于)不锈钢组成。在多个实施例中，外圆筒可为固体。在多个实施例中，外圆筒可有孔，以更好的抽吸真空。在多个实施例中，内圆筒和外圆筒的厚度可变化。在多个实施例中，内圆筒的厚度可小于槽宽度。在多个实施例中，内圆筒的厚度可为约0.5mm到约1mm。在多个实施例中，槽的最小宽度可为约1mm。

在多个实施例中，内圆筒的长度可适于产生所要多极场。在多个实施例中，外圆筒的长度可适于产生所要多极场。在多个实施例中，内圆筒的长度可长于10mm。在多个实施例中，内圆筒的长度可为约50mm到约200mm。在多个实施例中，外圆筒的长度可为约50mm到约200mm。

在多个方面中，提供至少一个离子导向34，如图5所示。至少一个离子导向34可包含内圆筒40和外圆筒42。在此实例中，内圆筒包含多个区段A、B和C。内圆筒的多个区段中的每一个可包含不同数目的槽46a、46b等，由阴影区表示。在多个实施例中，内圆筒的各区段中的槽数目可由n/2决定，其中n为所产生多极RF场的阶数。在多个方面中，内圆筒可同轴安置于外圆筒内。内圆筒40在至少一个离子导向34的出口端38附近的区段D可进一步包含额外四极电极50，以产生较强四极场。参看图6，其也例证包含额外电极50的至少一个离子导向。在多个实施例中，额外四极电极50可位于至少一个离子导向34内的任何位置。在多个实施例中，可向额外四极电极50施加RF电压48。在多个方面中，含有不同形状的电极的其它配置也有可能。

在多个实施例中，至少一个离子导向可包含一个以上离子导向。在多个方面中，各离子导向可配置成产生一个以上多极RF场。在多个方面中，至少一个离子导向可包含一系列多极离子导向。举例来说，参看图7，其显示第一多极离子导向34和第二多极离子导向56。在图7中，共用元件具有与图1中相同的参考数字，且为了简单描述这些共用元件，上文已描述的元件未重复描述。在多个方面中，多极离子导向系列中的各离子导向可配置成产生一个以上多极场。在此实例中，两个离子导向34和56界定所述系列，然而，所述离子导向系列可包含两个以上离子导向。

在多个方面中，离子24可通过接收离子24的入口孔径28进入室26，其中所述离子由超声气体流夹带，所述超声气体流通常称为超声自由射流膨胀，如例如通过引用并入本文中的申请者的美国专利7,256,395和7,259,371中所述。在多个实施例中，当配置成产生24极场时，至少一个离子导向的第一区段的长度可与马赫盘(Mach disk)一样长或较短，以避免高速空气，如空气从孔通过低阶多极区(如八极或四极)的自由射流。

在多个实施例中，提供一种用于产生或制造至少一个多重多极离子导向的方法。所述方法可包含产生内圆筒和外圆筒。在多个方面中，内圆筒可包含多个区段。在多个实施例中，各区段可经机械加工以形成不同数目的槽，在至少一个离子导向中产生一个以上多极RF场。内圆筒的多个区段中的每一个可包含不同数目的槽。在多个实施例中，内圆筒的各区段中的槽数目可由n/2决定，其中n为所产生多极RF场的阶数。在多个实施例中，内圆筒可整体成形。在多个方面中，外圆筒可有孔。在多个方面中，内圆筒可配置成同轴安置于外圆筒内。在多个实施例中，内圆筒和外圆筒的厚度可变化。在多个实施例中，内圆筒的厚度可小于槽宽度。在多个实施例中，内圆筒的厚度可为约0.5mm到约1mm。在多个实施例中，槽的最小宽度可为约1mm。在多个实施例中，内圆筒的长度可适于产生所要多极场。在多个实施例中，外圆筒的长度可适于产生所要多极场。在多个实施例中，内圆筒的长度可长于10mm。在多个实施例中，内圆筒的长度可为约50mm到约200mm。在多个实施例中，外圆筒的长度可为约50mm到约200mm。

本申请案中引用的所有文献和类似材料，包括(但不限于)专利、专利申请案、论文、书籍、专题论文和网页，不管所述文献和类似材料的形式如何，其全部内容都通过引用而被明确并入。在一或多个并入的文献和类似材料与本申请案(包括(但不限于)被定义项、术语用途、所述技术等)不同或矛盾的情况下，以本申请案为准。

尽管已参考具体说明性实施例特定显示和描述了申请者教示，但应理解，可对形式和细节作出多个改变而不悖离所述教示的精神和范围。因此，主张所述教示的范围和精神内的所有实施例以及其等效物。申请者教示的方法的描述和图式不应被解读为限于所描述的元件顺序，除非注明为那样。

尽管已结合多个实施例和实例描述申请者教示，但不预期申请者教示限于所述实施例或实例。相反，如所属领域的技术人员所了解，申请者教示涵盖多个替代、修正和等效物，且相信所有所述修正或变化在本发明的领域和范围内。

Claims (20)

1.一种质谱仪系统，其包含：

用于从样品产生离子的离子源；

真空室，其包含用于接收所述离子的入口孔径，和用于使离子从所述真空室通过的出口孔径；

在所述入口孔径与出口孔径之间的至少一个离子导向，所述至少一个离子导向具有进口端和出口端；

所述至少一个离子导向包含内圆筒和外圆筒，所述内圆筒具有多个区段，各区段包含在所述内圆筒中的多个槽且所述内圆筒的所述多个区段中的每一个包含不同数目的槽，所述内圆筒同轴安置于所述外圆筒内，其中所述内圆筒配置成产生一个以上多极RF场；以及

电源，其用于在所述外圆筒与内圆筒之间提供RF电压以将所述离子径向约束于所述至少一个离子导向的所述内圆筒内。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述槽数目由n/2决定，其中n为所产生的所述多极RF场的阶数。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述内圆筒的所述多个区段中的所述槽数目是从由以下组成的群组中选出：用以产生四极电场的两个槽、用以产生六极电场的三个槽、用以产生八极电场的四个槽以及其任何组合。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述内圆筒的所述多个区段包含第一区段和第二区段，各区段具有多个槽以产生所述一个以上多极RF场。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一区段包含四个槽以产生八极场且所述第二区段包含两个槽以产生四极场。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述外圆筒有孔。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个槽适合地间隔以产生所述所要的一个以上多极场。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述内圆筒的长度适合产生所述所要的一个以上多极场。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述外圆筒的长度适合产生所述所要的一个以上多极场。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述内圆筒在所述至少一个离子导向的所述出口端处的区段进一步包含额外四极电极以产生较强四极场。

11.一种用于发射离子的方法，其包含：

提供用于从样品产生离子的离子源；

提供真空室，其包含用于接收所述离子的入口孔径，和用于使离子从所述真空室通过的出口孔径；

提供所述入口孔径与出口孔径之间的至少一个离子导向，所述至少一个离子导向具有进口端、界定内部体积的预定进口横截面和出口端；

提供所述至少一个离子导向，其包含内圆筒和外圆筒，所述内圆筒具有包含多个槽的多个区段，且所述内圆筒的所述多个区段中的每一个包含不同数目的槽，所述内圆筒同轴安置于所述外圆筒内，其中所述内圆筒配置成产生一个以上多极RF场；以及

提供电源，其用于在所述外圆筒与内圆筒之间提供RF电压以将所述离子径向约束于所述至少一个离子导向的所述内圆筒内。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述槽数目由n/2决定，其中n为所产生的所述多极RF场的阶数。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述内圆筒的所述多个区段中的所述槽数目是从由以下组成的群组中选出：用以产生四极电场的两个槽、用以产生六极电场的三个槽、用以产生八极电场的四个槽以及其任何组合。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述内圆筒的所述多个区段包含第一区段和第二区段，各区段具有槽以产生所述一个以上多极RF场。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一区段包含四个槽以产生八极场且所述第二区段包含两个槽以产生四极场。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述外圆筒有孔。

17.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个槽适合地间隔以产生所述所要多极场。

18.根据权利要求11所述的方法，其中所述内圆筒的长度适合产生所述所要的一个以上多极场。

19.根据权利要求11所述的方法，其中所述外圆筒的长度适合产生所述所要的一个以上多极场。

20.根据权利要求11所述的方法，其中所述内圆筒在所述至少一个离子导向的所述出口端处的区段和所述外圆筒在所述至少一个离子导向的所述出口端处的对应区段包含额外电极以产生较强四极场。