CN105405737B - 质量分离器、质量选择检测器、以及优化质量分离的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种质量分离器，其可以包括具有表面的至少一个电极部件，该表面在一个横截面上限定经由至少一个上升部而相关联的至少两个伸展部，上升部正交地连接到伸展部。提供一种质量选择检测器，其可以包括至少第一对相对的电极，相对的电极中的具有互补的表面，该表面在一个横截面上限定经由上升部而相关联的至少两个伸展部。还提供一种用于优化质量选择检测器内的质量分离的方法，包括提供质量分离参数；提供检测器内的一组电极，该组电极具有在检测器内可操作地对准的表面，该表面在一个横截面上限定经由至少一个上升部而相关联的至少两个伸展部，上升部正交地连接到伸展部；并且修正上升部和/或伸展部中的一个或两个以获得质量分离参数。

Description

质量分离器、质量选择检测器、以及优化质量分离的方法

技术领域

本公开涉及质量分析，并且在特定实施例中涉及质量分离器、质量选择检测器、以及用于优化质量选择检测器内的质量分离的方法。

背景技术

典型的质量选择检测器可包括离子阱质量选择器和/或质量过滤器。这些离子阱，诸如典型的双曲线阱内的电场可以通过调整阱内的电极间距和/或电极的双曲线角度而被微调。当对过滤器中所产生的电场进行优化时，该有限的调节能力会遇到很大挑战，并因此对质量选择检测器的性能也产生影响。本公开提供一种质量分离器、质量选择检测器、以及用于优化质量选择检测器内的质量分离的方法。这些分离器、检测器、和/或方法可以利用和/或提供新型的几何，所述新型的几何可以被利用和/或修正以优化质量选择检测器所产生的电场。

发明内容

提供一种质量分离器，包括至少一个电极部件，其具有在分离器内操作地对准的表面，该表面在一个横截面上限定经由至少一个上升部(rise)而相关联的至少两个伸展部(runs)，该上升部正交地连接到伸展部。

提供一种质量选择检测器，包括至少第一对相对的电极，相对的电极中的每个具有互补的表面，该表面在一个横截面上限定经由上升部而相关联的至少两个伸展部，该上升部正交地连接到伸展部。

还提供一种用于优化质量选择检测器内的质量分离的方法。所述方法可以包括提供质量分离参数；在分离器内提供一组电极，该电极具有在分离器内操作地对准的表面，该表面在一个横截面上限定经由上升部而相关联的至少两个伸展部，上升部正交地连接到伸展部；并且修正上升部和/或伸展部中的一个或两个以获得该质量分离参数。

附图说明

参考下列附图对本公开的实施例进行描述。

图1是根据本公开的实施例的质谱仪的框图。

图2和2A描绘了根据本公开的实施例的电极的横截面图。

图3是根据本公开的实施例的质量选择检测器的电极的透视图。

图4是根据本公开的实施例的质量选择检测器的电极的可替代视图。

图5A和5B是根据本公开的实施例的质量选择检测器的又一可替代实施例的视图。

图6A、6B和6C证实根据实施例的在较高阶的电场上改变电极几何的第一伸展部的宽度的效果的数据。

图7A、7B和7C证实在较高阶的电场上改变电极几何的另一伸展部的宽度的效果的数据。

图8A、8B和8C证实在较高阶的电场上改变电极几何的另一伸展部的宽度的效果的数据。

具体实施方式

本公开的提交是为了促进美国专利法所提出的“以提升科学及有用工艺”(第一章，第八节)的立法目的。

下面将参考图1-8C对本公开进行描述。首先参考图1，示出了质谱仪10的框图。质谱仪10包括样本准备电离部分14，其配置为接收样本12以及将准备好的和/或电离的样本传送到质量分析仪16。质量分析仪16可配置为将电离的样本进行分离用于由检测器18检测。质量分析仪16可包括但不限于质量选择器，质量过滤器，和/或质量分离器。

如图1中图示的，可将样本12引入部分14这个。为了本公开的目的，样本12代表包括以固态，液态和/或蒸汽形式的有机和无机物质二者的任何化学成分。适于分析的样本12的具体示例包括诸如甲苯的易挥发的化合物，或者具体示例包括诸如缓激肽的基于高复合的不易挥发的蛋白质的结构。在某些方面中，样本12可以是包含多于一种物质的混合物，或者在其他方面中，样本12可以是大体上纯物质。可以根据下面所描述的示例方面对样本12进行分析。

样本准备电离部分14可包括入口系统(未示出)和离子源(未示出)。该入口系统可将一定量的样本12引入仪器10中。取决于样本12，入口系统可配置为准备用于电离的样本12。入口系统的类型可包括配料入口，直探头入口，色谱(chromatographic)入口，和渗透膜或毛细管膜入口。入口系统可包括准备用于在气体，液体和/或固体相中分析的样本12的器件。在一些方面中，入口系统可与离子源组合。

离子源可配置为接收样本12和将样本12的成分转变成分析物离子。该转变可包括用电子，离子，分子，和/或光子对样本12的成分进行轰击。该转变也可由热或者电能量来实现。

离子源可利用，例如，电子电离(EI，尤其适用于气体相的电离)，光电离(PI)，化学电离，碰撞活化的分离和/或电喷雾电离(ESI)。例如在PI中，可改变光能量从而改变样本的内部能量。另外，当利用ESI时，样本可在大气压和所施加的电势下被激励，当将离子从大气压力传送到质谱仪的真空中时，能被改变以使得分离度发生变化。

分析物可继续进入到质量分析仪16。质量分析仪16可包括离子传输门(未示出)，和质量分离器17。该离子传输门可包含用于选通由离子源所产生的分析物光束的器件。

质量分离器17可包括但不限于本文所描述的质量分离器和/或质量检测仪，也可包括本文所描述的电极的使用。

分析物可继续至检测器18。示例性检测器包括电子倍增器(multiplier)，法拉第杯收集器，照相和激励类型检测器。从样本准备14的分析到检测器18的进展可通过处理和控制单元20进行控制和监测。

根据本发明，使用处理和控制单元20有利于获取和产生数据。处理和控制单元20可以是能够控制仪器10的各种元件的计算机或者迷你计算机。这种控制包括RF和DC电压的具体应用，还可进一步包括确定，存储以及最终显示质量光谱。处理和控制单元20可包括数据获取和搜索软件。在一个方面中，这样的数据获取和搜索软件可配置为执行数据获取和搜索，包括上文所描述的总分析物计数的编程获取。在另一方面中，数据获取和搜索参数可包括用于将所产生的分析物的量与用于获取数据的预定程序相关的方法。

参考图2和2A，示出了成组电极30和31的横截面。例如，这些成组电极可以是质量分离器17的部分，并被用作本文所描述的质谱仪的部分。如示出的，组30包括四个电极：32，33，34和36。这些电极中的对，诸如电极33和36，可彼此相对布置，诸如成对电极32和34可彼此相对布置。单个电极，诸如电极32，例如，可包括表面40，且该表面可限定至少两个伸展部，诸如伸展部42和44，这两个伸展部经由至少一个上升部43而相关联。

上升部43可正交地连接到伸展部42和44。根据示例实施方式，例如，电极32可包括正交地连接到附加伸展部46的附加上升部45。如可以看出的，电极32可包括互补的成组上升部和伸展部，诸如，上升部和伸展部52，53，54和55。如示出的，例如，这些上升部和伸展部可以在高度和/或宽度上是互补的。

根据示例实施方式，这些上升部和伸展部可建立从电极32延伸的一系列基座。作为示例，这些基座可包括伸展部44和54的组合以建立一个基座，以及另一个作为伸展部46的基座。上升部和伸展部的组合可在最后的伸展部46中终止。根据示例实施方式，伸展部42和52可看作是电极表面中的第一台阶。伸展部44和54可看作是电极表面中的第二台阶，而伸展部46可看作是电极表面中的第三台阶。根据示例实施方式，电极34可具有表面60，其限定与相对的电极32的上升部和伸展部互补的上升部和伸展部。

根据附加实施例，电极33和36可限定从电极33的一个表面72延伸到相对表面74的开口。例如，电极36可与电极33互补，并限定另一个开口70。电极33和36还可限定还如图所示的上升部和伸展部。图2A中的电极组31在该组的每个电极中可包括开口70。

参考图3，质量选择检测器80可包括第一对电极82和84，每个相对的电极具有互补的表面92和94，在一个横截面中限定至少两个经由上升部而相关联的伸展部，上升部正交地连接到这些伸展部。质量选择检测器80还可包括附加的一对电极102和104，如图3中所示，例如，该第二对电极可邻近于并且正交地对准于第一对电极82和84。根据示例实施方式，检测器80的电极中的至少一个可限定一个开口，诸如电极82限定开口112。根据示例实施方式，与电极82相对的电极84也可包括开口，图中未示出。

参考图4，质量选择检测器120可包括操作地对准在端盖122和124之间的成组电极。端盖122和124中的一者或二者可包括开口126和/或128。根据示例实施方式，质量选择检测器中的一个或多个可配置为具有端盖122和124的线性离子阱。端盖122和124可以取向并配置为产生沿着与电极组120平行的轴线的电场，和/或限定沿着该轴线的离子。端盖和/或电极可被粘附在具有诸如图5A和5B中的件或间隔块142的绝缘安装块的位置中。开口126和128可沿着在检测器的电极间限定的体积内延伸的一个轴线而彼此对准。

接下来参考图5A和5B，示出了质量选择检测器130的可替代实施例。在图5A中，示出检测器组件的正视图，并且在图5B中，示出检测器组件130的局部(slight)透视图。如在这些视图中可以看出的，组件130可包括成组的电极132，133，134和136。这些电极具有本文所限定的表面，包括所描述的台阶上升部和/或上升部或伸展部表面。参考图5B以及透视图，图示了电极133内的开口140，并且这些电极彼此正交地相关。根据示例实施方式，组件130还可包括间隔块142。

分析物可使用本文所描述的质量分离器进行存储和/或捕获，诸如，通过对电极施加适当的无线电频率和/或直流电压的线性离子阱。例如，并且仅仅通过示例的方式，RF电压可施加到本文所描述的一个或多个电极上。所产生的离子可被引入到限定在电极之间的体积中。分析物可被存储和/或捕获在通过利用RF电压而在间隔中所产生的振动的势阱中。

另外，以这样的方式将RF和/或DC电压施加在电极上以在间隔中产生电场，并且同时捕获单一(m/z)值的分析物。然后将电压步进到下一个(m/z)值，改变间隔中的电场，其中具有该值的分析物被捕获，而具有先前值的分析物被发射到检测器。可以逐步进行该分析以记录所需要的(m/z)范围上的整个质量光谱。这里所描述的以及施加在其上的电场可认为是质量分离参数。已经发现，可以通过改变上升部和/或伸展部的高度和/或宽度来改变电极的特定表面，从而向所感兴趣的具体的分析提供非常具体的电场。

因此，例如，提供一种用于优化质量选择检测器内的质量分离的方法。该方法可包括提供质量分离参数，诸如上文描述的电场参数，并且继而在分离器内提供一组电极，该组电极具有与该分离器操作地对准的表面。该方法可提供电极的表面，该表面在一个横截面上可以限定经由上升部而相关联的至少两个伸展部，其中上升部正交地连接到伸展部。该方法还可提供通过修改上升部和/或伸展部中的一者或二者来获得所希望的质量分离参数。

以这种方式，例如，可将电极打磨成具有具体几何以提供具体的质量分离参数。根据这样的一个示例，可使用固定在质量选择检测器内朝向中的一组电极来获得所希望的质量分离参数。可将这些电极移除，而另一组电极则可以被定位在相同的固定朝向内。但是，该另一组电极可具有不同的台阶或上升部和伸展部的几何。这允许操作者获得不同的质量分离参数，该不同的质量分离参数能够被聚焦并且连接到具体的几何地设计的电极。关于被施加的或者所希望的质量分离参数，可参考美国专利7294832，其全部内容通过引用的方式并入本文。

根据本公开的实施方式，在较高阶的电场上改变步进电极几何的第一台阶的宽度的效果在图6A-6C中示出，并且改变步进电极几何的第二台阶的效果在图7A-7C中示出，以及改变第三台阶的效果在图8A-8C中示出。

遵照法规，本公开的实施例以或多或少具体语言对结构和方法的特征进行了描述。但是，可以理解的是，整个发明不限于具体特征和/或所示出和/或描述的实施例，因为所公开的实施例包括实现发明的形式。

相关申请交叉引用

本申请要求2014年5月16日提交的序列号为61/994778的美国临时专利申请的优先权，将其全部内容通过引用的方式并入本文。

作为联邦政府赞助的研究和开发下做出的发明的权利的声明：

本发明是由政府支持在美国国土安全部门授予的CRAD计划DHS合同HSHQDC-09-C-00057下做出的。政府对于本发明具有一定的权利。

Claims (18)

1.一种质量分离器，包括至少一个电极部件，所述电极部件具有在所述分离器内操作地对准的表面，所述表面在一个横截面上限定经由至少一个上升部而相关联的至少两个伸展部，所述上升部正交地连接到所述伸展部，其中所述至少两个伸展部包括2mm到3.5mm之间的第一伸展部、以及5.5mm到7.5mm之间的第二伸展部。

2.权利要求1所述的分离器，其中所述表面在所述一个横截面上进一步限定从所述伸展部中的至少一个延伸的另一上升部。

3.权利要求2所述的分离器，其中所述表面在所述一个横截面上进一步限定由所述上升部中的至少两个和伸展部组成的基座。

4.权利要求1所述的分离器，其中所述表面在所述一个横截面上限定相对的上升部和伸展部。

5.权利要求4所述的分离器，其中所述相对的上升部和伸展部在所述电极的表面上限定基座。

6.权利要求1所述的分离器，其中所述表面在所述一个横截面上限定在所述至少一个上升部内的开口，所述开口延伸穿过所述电极部件至所述电极部件的相对的表面。

7.一种质量选择检测器，其包括至少第一对相对的电极，所述相对的电极中的每个具有互补的表面，所述表面在一个横截面上限定经由上升部而相关联的至少两个伸展部，所述上升部正交地连接到所述伸展部，其中所述至少两个伸展部包括2mm到3.5mm之间的第一伸展部、以及5.5mm到7.5mm之间的第二伸展部。

8.根据权利要求7所述的质量选择检测器，还包括第二对相对的电极，所述第一对的每一个与所述第二对相邻并且正交。

9.根据权利要求8所述的质量选择检测器，其中所述检测器的电极中的至少一个限定在所述电极的相对的表面之间延伸的开口。

10.根据权利要求7所述的质量选择检测器，其中所述检测器的电极中的至少一个限定在所述电极的相对的表面之间延伸的开口。

11.根据权利要求7所述的质量选择检测器，其中所述检测器的两个相对的电极二者都限定在每个单独电极的相对的表面之间延伸的互补的开口。

12.根据权利要求7所述的质量选择检测器，其中所述第一对电极被配置作为线性离子阱的电极。

13.根据权利要求7所述的质量选择检测器，其中所述第一对电极经由相对的端盖而关于彼此固定。

14.根据权利要求13所述的质量选择检测器，其中所述相对的端盖中的每个限定开口，所述端盖的开口彼此对准。

15.一种用于优化质量选择检测器内的质量分离的方法，所述方法包括：

提供质量分离参数；

在分离器内提供一组电极，所述一组电极具有在所述分离器内操作地对准的表面，所述表面在一个横截面上限定经由上升部而相关联的至少两个伸展部，所述上升部正交地连接到所述伸展部，其中所述至少两个伸展部包括2mm到3.5mm之间的第一伸展部、以及5.5mm到7.5mm之间的第二伸展部；并且

修正所述上升部和/或伸展部中的一个或两个以获得所述质量分离参数。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述质量分离参数包括由所述一组电极在被操作地接合时所提供的电场。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述质量分离器被配置作为线性离子阱，并且所述一组电极是所述阱的一组电极。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括在所述检测器内将所述一组电极提供至固定取向，所述方法还包括，将所述一组电极从所述固定取向上移除、并用另一组电极替换所述一组电极，所述另一组电极与所述一组电极具有不同的上升部和/或伸展部配置。