CN105719943A

CN105719943A - 在四极杆扫描过程中改变频率以改进分辨率和质量范围

Info

Publication number: CN105719943A
Application number: CN201510954182.0A
Authority: CN
Inventors: J·W·史密斯
Original assignee: Thermo Finnigan LLC
Current assignee: Thermo Finnigan LLC
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: EP3035367A1; CN105719943B; US20160181084A1; US9490115B2

Abstract

提供了用于扫描多极滤质器的频率和电压，同时保持在一系列质量内的扫描期间每质量基本上相同数目的AC周期的技术。例如，通过控制加速离子到滤质器内的DC轴向电压、施加到该滤质器上的DC解析电压、施加到该滤质器上的AC电压幅值、和该AC电压的AC频率，可以获得质谱。这些设置可以被控制为使得不同质荷比的离子是在该滤质器内经过基本上相同数目的AC周期。为了实现该相同数目的AC周期，在该扫描过程中改变该AC频率。对于低质量，可以使用较高的AC频率。对于高质量，可以使用较低的AC频率。

Description

在四极杆扫描过程中改变频率以改进分辨率和质量范围

相关申请的交叉引用

本申请涉及Schoen等人共同拥有的2010年3月2日提交的标题为“具有增强的灵敏度和质量分辨能力的四极质谱仪(QuadrupoleMassSpectrometerWithEnhancedSensitivityAndMassResolvingPower)”的美国专利号8,389,929和Smith等人的2014年4月28日提交的标题为“从时变数据确定谱图的方法(MethodforDeterminingaSpectrumfromTime-VaryingData)”的美国专利申请14/263947，这些专利的公开内容均通过引用以其全文结合在此。

领域

本披露总体上涉及质谱法，并且更具体地涉及用于四极滤质器以得到质谱的扫描设置技术。

背景

四极杆可以用作滤质器，使得只有一定范围的质-荷比(也被称为质量)的离子通过该四极杆传送。此种离子被认为具有稳定的轨迹。具有在稳定性范围外的质荷比的离子被过滤掉。该稳定性范围在扫描中可随时间变化，从而提供在所扫描的质量范围内的质谱。

稳定性极限通过施加能够作为时间的函数斜变的AC和DC电位设定，使得具有特定质荷比范围的离子在整个装置中具有稳定的轨迹。特别是，通过施加固定的和/或斜坡的AC和DC电压以配置圆柱形或双曲线电极杆对，所希望的电场将预定离子在x和y方向上的运动稳定化。其结果是，在x轴上施加的电场稳定了较重离子的轨迹，而较轻的离子具有不稳定的轨迹。相比之下，在y轴上的电场稳定了较轻离子的轨迹，而较重的离子具有不稳定的轨迹。在四极杆中具有稳定轨迹并且因此到达位于四极杆组的离开截面处的检测器的质量范围是由这些质量稳定性极限所限定的。在典型的操作中，通过单调地在时间上改变质量稳定性极限，离子的质荷比可以(大致)由其到达检测器的时间确定。

在一个常规的四极质谱仪中，由到达时间来估算质荷比的不确定度对应于质量稳定性极限之间的宽度。这种不确定度可以通过收窄这些质量稳定性极限而减小，即通过将四极杆作为窄带滤波器运行。在这种模式下，四极杆的质量分辨能力增强了，因为在“稳定”质量窄带之外的离子撞击到杆中而不是穿过到达检测器。然而，这个改进的质量分辨能力是以灵敏度为代价的。特别是当稳定性极限较窄时，即使“稳定的”质量也仅仅在边际处是稳定的，并且因此这些中仅有相对小的部分到达了检测器。

在美国专利号8,389,929中，使用更宽的稳定性范围来增加灵敏度。并且，使用去卷积算法来量化来自可以同时稳定的各种质量的信号。例如，在去卷积过程中可以使用在检测器上的时间和空间信息。在此，这样的技术被称为宽稳定性技术或去卷积技术。然而，此类增加灵敏度而不牺牲分辨率的技术的有效性可能依赖于维持由所传输离子经历的振荡场周期数目的仔细控制。控制这个参数的方法可能是很难在实际仪器中实现的。

因此，所希望的是提供解决在使用宽稳定性技术时的此类问题的新扫描技术。

简要概述

本发明的实施例提供了用于扫描多极滤质器的频率和电压，同时保持在一系列质量上的扫描期间每质量基本上相同数目的AC周期的系统、方法和装置。例如，通过控制加速离子到滤质器内的DC轴向电压、施加到该滤质器上的DC解析电压、施加到该滤质器上的AC电压幅值、和该AC电压的AC频率，可以获得质谱。这些设置可以被控制为使得不同质荷比的离子是在该滤质器内经过基本上相同数目的AC周期。为了实现该相同数目的AC周期，在该扫描过程中改变该AC频率。对于低质量，可以使用较高的AC频率。对于高质量，可以使用较低的AC频率。这种AC频率的变化可以允许实现保持AC周期数目恒定而不要求可能导致操作问题的其他参数的过宽变化(例如，DC轴向电压)的目的。

其他实施例是针对与本文所述的方法相关联的系统和计算机可读介质。

参考以下详细描述和附图可以得到本发明的实施例的性质和优点的更好理解。

附图的简要说明

图1示出了根据本发明的实施例的示例性四极质谱仪100。

图2示出了马蒂厄(Mathieu)稳定性图，该图具有一条代表了较窄的质量稳定性极限的扫描线以及一条“减小的分辨率”扫描线，其中已经将DC/RF之比减小以便提供更宽的质量稳定性极限。

图3示出了可以用本发明的方法运行的三阶段质谱仪系统的有益的示例性构型。

图4示出了根据本发明的实施例可用于保持质量不变RF周期计数的示例四极质谱仪。

图5是根据本发明的实施例在扫描过程中改变频率以保持RF周期不变性的方法500的流程图。

图6示出了根据本发明的实施例采用经典的扫描(其中RF频率在质量范围内是恒定的)以及替代扫描(其中RF频率随质量变化)的图。

图7示出了根据本发明的实施例采用经典的RF电压幅值扫描和替代的RF电压幅值扫描的图。

图8示出了根据本发明的实施例采用经典的DC轴向电压扫描和替代的DC轴向电压扫描的图。

图9示出了与根据本发明的实施例的系统和方法一起可用的示例性计算机系统10的框图。

定义

样品的“谱图”对应于一组数据点，其中每个数据点包括至少两个值。第一值对应于该谱图中的辨别参数，如质量或频率。该参数区别在于这些粒子在谱图中基于该参数的值而区分。该第二值对应于从样品测量的具有对于该参数的第一值的一定量的粒子。例如，数据点可以提供具有特定质荷比(有时也被称为“质量”)的一定量的离子。

“轴向DC电压”指的是用于在质谱仪中沿质谱仪内的离子路径的行进的长轴加速离子的电压。轴向DC电压可以将一定量的能量施加到离子上(例如50eV)，之后将这些离子传输到该四极滤质器。可以改变实际的DC电压，以增加给予这些离子的能量的量，例如以保持在不同质量上的恒定速度。

四极滤质器(也称为分析仪)包括彼此平行设置的四个杆。将DC解析电压和AC电压施加到这些杆上。DC解析电压是指施加到该四极杆上的具有恒定幅值U(也称为DC幅值)的电压信号(其中两个极杆具有负电压并且两个极杆具有正电压)。AC电压是指例如定义为Vcos(wt)的振荡幅值的电压信号，其中V是AC幅值并且w是AC电压的振荡频率。AC电压典型地具有在RF范围内的频率，并且因此经常被称为RF电压。

详细说明

当使用宽稳定性技术时，可能有益的是使离子在行进通过多极滤质器时遭遇相同数目的AC周期，其中这些AC周期是施加到多极杆上的AC电压。然而，在高和低质量下保持相同数目的AC周期可能是困难的或引起问题。实施例提供了用于多极质谱仪的新操作模式。扫描设置能够按许多不同的方式来设置，同时保持每质量基本上相等的RF周期。例如，代替简单地调整轴向电压和四极过滤器电压(DC和AC)，新的模式包括调整RF频率，例如与扫描这些四极过滤器电压相结合。当RF频率变化时可以使用其他各种模式。这允许在使用宽稳定性技术时改进的质量不变RF周期计数和更大的质量范围。

I.四极杆的扫描电压

图1示出了根据本发明的实施例的示例性四极质谱仪100。如所示的，四极质谱仪100包括离子源110、入口孔120、具有DC电压源140和RF电压源150的四极过滤器130、出口孔160和离子检测器170。四极质谱仪100还可以包括用于加速并聚焦离子通过入口孔120的离子光学器件、检测电子器件和高真空系统。四极过滤器130的示例长度是1/4m长，并且用于离开离子光学器件的离子的能量示例量为10eV/100amu。

四极过滤器130包括四个平行的金属杆135。两个相对的杆具有(U+Vcos(wt))的施加电位并且其他两个杆的具有-(U+Vcos(wt))的电位，其中U是DC解析电压并且Vcos(wt)是RF电压(也被称为AC电压)。振荡频率w对应于AC电压变化有多快。

所施加的DC和AC电压幅值以及AC振荡频率w影响离子的轨迹，例如，离子是否沿四个杆135之间中心的飞行路径向下行进。对于给定的DC和RF电压，只有一定范围的质荷比(也简称为“质量”)的离子穿过四极过滤器130和出口孔160被离子检测器170检测到。这些离子被描述为共振离子。其他离子被迫使离开该中央路径并且不被离子检测器170检测到。因此，如果改变DC和AC电压的值，不同的质量将通过四极过滤器130，并且将被离子检测器170检测。

已经使用了两种扫描过程来产生质谱。在一种扫描过程中，随着时间的推移改变(扫描)U和V，以提供质谱，同时保持振荡频率w恒定。在第二种扫描过程中，改变振荡频率w同时保持U和V恒定，这总体上未提供良好的结果。这两种技术可能有问题，特别是在高或低质量下使用宽稳定性技术时。

得到的质谱提供了在任意给定时刻若干特定质荷比的离子的测量。常规四极滤质器典型地在约单位分辨率下运行，使得在任何给定时间，只有具有1m/z(也被称为1汤姆森(TH))范围内的质荷比的离子被检测且测量。然而，为了获得更高的灵敏度，实施例可以传输更宽范围的质量。这样的技术如下关于马蒂厄方程式在下一节中更详细地描述。

II.时间分辨率

在谱测定法中，设备通常被设置成在任何给定时间仅仅检测具有对于辨别参数(例如，质量或频率)的单个值的粒子。例如，质谱仪可以被设置为在给定的时刻检测特定质-荷比的离-子。然后可以改变质谱仪的设置，以检测不同质荷比(有时仅称为“质量”)。为了获得高精确度并检测特定的质量，例如，原子质量单位的分数(amu)，那么必须将质谱仪设置为仅检测非常窄的范围的质量。然而，使用非常窄的范围降低了灵敏度。因此，实施例可以设置成检测具有对于该辨别参数的相对宽的范围的粒子，从而提高灵敏度。但是，为了保持分辨率，可以使用去卷积方法来识别对应于不同粒子的信号。

例如，高性能的四极系统的实施例可以使用去卷积方法来从由离子检测系统产生的一系列多维图像中提取质谱数据。成像系统可检测在四极滤质器的出口处的离子轨迹详情并使用该信息以比经典操作的四极质谱仪有可能更高的灵敏度和分辨率来提取质谱。四极杆是质量分散技术而不只是滤质器。软件挑战是从这些数据实时地提取质谱，这由于具有不同参数的粒子同时在给定的时刻被检测到是困难的。这些粒子可以在二维平面(或其他维数)上检测，这可用于分析中以区分具有不同参数的粒子。在一些实施例中，粒子可能只在不同时间点检测到，而没有空间分辨率。

A.谱测定数据

如上所述，对于辨别参数具有较宽范围的粒子在任何时刻被检测到。控制粒子范围的方式可根据谱测定数据的类型而改变。对于四极质谱仪，该范围由马蒂厄方程式支配。对于待检测的粒子，沿四极杆的轨迹需要在横向于沿四极杆的运动的X和Y方向上是稳定的。

图2示出了具有特定质荷比的离子的马蒂厄四极杆稳定性图的实例。马蒂厄方程能够根据两个无单位参数，a和q来表示，其中a与DC幅值成比例并且q与AC幅值(也被称为RF幅值)成比例。参数a和q是将离子质荷比和系统设计参数(如RF频率和四极场半径)归一化的无单位参数，如本领域中公知的。因此，马蒂厄稳定性图是指示产生稳定的离子轨迹的设置的a:q参数空间的非质量相关表示。图2示出了其中轨迹是稳定的在中部的稳定区域，其中在Y方向上轨迹是不稳定的在左侧的不稳定区域，以及其中在X方向上轨迹是不稳定的在右侧的不稳定区域，其中X和Y方向是相对于这些四极杆定义的。只有在稳定区域内粒子将通过四极杆并且被检测到。

操作扫描线1是一组与质量成反比的值。在扫描线1上的不同点对应不同的质量。落入交叉阴影稳定区域内的这些质量具有稳定的轨迹。如所示的，在扫描线1上在入口2与出口4之间的质量是稳定的。质量m对应于该稳定区域的峰3处的质量。使扫描线1在该稳定区域的顶部相交导致相对窄的范围的质量具有稳定轨迹，并因此被检测。

为了检测不同的质量，使a和q按预定方式改变。随着这些值变化，不同的质量将具有稳定的轨迹。从概念上讲，该稳定区域的峰可以沿着扫描线1行进，从而与a和q渐进变化相结合使不同的质量(或相对窄范围的质量)在不同的时间被检测到。然而，具有窄范围的可检测质量可能降低灵敏度。

降低的扫描线1提供了更大范围的待检测质量，如由入口6和出口8所示的。如果简单地原样采取原始数据的话，则这种增加的灵敏度能以较低的分辨率为代价来实现。为了解决这个问题，实施例识别了不同质量将在不同的时间进入稳定区域并且在不同的时间离开稳定区域。每个质量在二维检测器上表现不同的图案。如在美国专利号8,389,929中描述的，可以使用去卷积来识别在谱测定数据中来自具有不同质量的粒子的贡献。如下所述，美国专利申请14/263,947的实施例在使用对去卷积所获得的值确定谱图中提供了改进的分析。去卷积可以涉及求解Ax＝b中的谱图x，其中A是参考基函数的自相关矩阵(例如，每一个对应于特定的质量)并且b是对应于测量的数据的互相关矢量。

在其他实施例中，检测器可以获取在仅一个维度上的位置，与二维相反。此外，可以检测粒子的离开相位(exitphase)以确定它在三维中的位置，例如，通过使用该离开相位结合二维空间分辨率的数据。对于其他谱测定数据的辨别参数的范围能够按与上述对于四极质谱仪描述的不同的方式来确定。作为其他实例，离开相位可与一个维度中的空间分辨率数据结合，以提供在两个维度中的位置，或相位信息单独地可构成数据的单个维度。

在一个实施例中，可以仅仅使用离开时间而不用相位信息或空间分辨率，例如，可以仅仅使用检测时间而不用空间分辨率。例如，在任何时间点的被检测粒子的量将是其质量落入稳定区域内的离子的组合。可以提取不同质量对每个时间段的量的不同贡献，如下所述。

B.系统

图3示出了三阶段质谱仪系统(例如，商业TSQ)的示例性配置。质谱仪300的操作可以通过具有各种已知类型的电路的控制和数据系统(未描绘)进行控制并且可以通过它来获取数据，该系统被实施为用于提供对质谱仪和/或相关仪器的仪器控制和数据分析的一般或特殊目的的处理器(数字信号处理器(DSP))、固件、软件中的任何一种或组合，以及被配置成执行一组指令的硬件电路，这些指令实施本发明的规定的数据分析和控制程序。此种对数据的处理还可以包括平均、扫描分组、如在此披露的去卷积、库搜索、数据储存以及数据报告。

含有一种或多种感兴趣的分析物的样品可以通过离子源352电离。所得离子经由预定的离子光学器件被引导，从而被促使穿过一系列具有渐减压力的腔室，这些离子光学器件通常可以包括管式透镜、截取锥(skimmer)以及多极杆(例如参考符号353和354，选自射频RF四极和八极离子导向器)等等，这些腔室操作性地引导并聚焦此类离子以便提供良好的传输效率。这些不同的腔室与联接到一组泵(未示出)的多个相应端口380(在图中用箭头表示)连通以便将压力维持在所希望的值。

示例性谱仪300包括三重四极构型364，该构型具有标记为Q1、Q2和Q3的电耦合到相应电源(未示出)上的区段，以便表现为四极离子导向器。具有稳定轨迹的离子到达检测器366，该检测器可以在任何给定时刻检测击中该检测器的粒子。在一些实施例中，检测器366还可以检测离子在一个或多个空间维度中的位置(例如，在二维网格中的位置)。二维空间维度可被划分成X-Y网格的不同网格单元，其中网格单元将是二维网格中最小的分辨率单位。谱测定数据可包括对于每个时间步骤的在每个位置处的强度。

这样的检测器有益地位于四极杆Q3的通道出口处以便提供可以被去卷积成为富质谱368的数据。由这样的操作所产生的依赖时间的数据通过应用在此所述的去卷积方法而转化成质谱，这些去卷积方法将所记录的离子到达时间和位置的集合转化成一组m/z值以及相对丰度。

为了检测位置，可以使用透镜组件，例如，以检测空间信息并且允许使用相机。谱仪300可以包括氦冷却单元，以产生单能离子束，从而确保每种离子种类产生一组相同的图像。设定为随着离子质量不变的仪器参数可以帮助向任何给定的单独质荷种类在整个质量范围内的一组图像提供均匀性。每一离子的离开位置和时间能够以每秒数百万帧的速率记录。

在一些实施方式中，采集的单位分辨率是离子离开图案的多维度表示。该单位可以被称为体元或体积像素。每个体元可以对应于跨越一个四极RF周期多次(例如，8次或甚至只是1次)拍摄的一叠图像平面。体元可以包括来自非连续的图像平面(例如来自不同的扫描)的值。

每个图像平面对应于击中在X-Y网格的相应网格单元的离子的强度在不同时刻的不同测量值。每个体元可以对应于不同的网格单元。对于体元的这些平面的值可以总计或体元可以具有一组值。在体元中平面的数目取决于多么快地拍摄图像以及时间周期多快(即，RF装置周期时间多快)。在一个实施例中，该装置对所有样品以相同的速率进行扫描。更少的平面可以减少每体元的数据加载，以允许每秒更多的体元以及因此扫描更快。

作为实例，每个平面可以是64乘以64像素的图像，合并(binned)成与四极杆的x和y轴对准的64行和64列，总计每平面128个读数，作为该图像平面的4096个像素的压缩。合并可以对行中的值求和并且对列中的值求和，其中也可以进行一些归一化。在这个实例中，每个像素具有用于8个子-RF图像平面的多通道分析仪，该分析仪允许多个RF周期在体元中被累积。

体元平面可以包括压缩的图像平面内压缩的128个读数。体元平面可以包括任何数目的压缩的图像平面，包括非连续的压缩的图像平面(例如，来自不同的扫描)。体元或体元平面的图像平面可以包括用不同的机器参数(例如，对应于不同扫描线的不同DC偏移以及设置)获取的数据，其中体元或体元平面的图像平面可以顺序或非顺序地适时获取。

在对于体元平面使用8个平面的实例中，每个体元平面将包括通过每压缩图像平面128个读数或每体元平面1024个读数的8个压缩体元平面。因此，当读数值是16位时，数据吞吐率是143.744兆字节每秒。此数据量可以很容易地通过4或8通道PCIexpress总线来处理。在使用16个RF周期用于合并和采样过程的情况下，1.123MHzRF精确地产生每秒70187.5个多维体元平面。可以为体元平面或这些体元本身确定总值，其中所有对应于用来确定体元阵列的总强度的总值的不同方式。

III.稳定性范围和RF周期

如上面所提到的，当宽稳定性模式与四极杆一起使用时，在马蒂厄方程式中的a和q参数不随质量变化地被扫描，以获得有用的谱图。例如，每个质量的离子在检测器中具有相同的图案，除了时间上的偏移，从而允许去卷积。马蒂厄方程为：

a = \frac{8 e U}{w^{2} r_{0}^{2} m}

q = \frac{4 e V}{w^{2} r_{0}^{2} m} .

U表示DC电压(也称为“解析”DC电压)的幅值，V表示RF电压的幅值(或振幅)，w表示RF电压的频率，r_n表示四极杆的半径(即，从四极杆的中心路径到杆的距离)，并且m表示离子的质荷比(也称为“质量”)。因此，对于给定质量，并且对于某些U，V，w和r₀设置，可确定参数a和q。由此得出不同的质量会导致不同的a和q值。如参照图2所讨论的，如果a和q值在稳定区域内，离子将通过四极杆并且被检测到。

为了解析不同质荷比(例如，在检测器中具有相同的图案(除了时间上的偏移)的每个质量)，离子在四极过滤器中应该经历相似数目的RF周期。RF周期数目的变化可导致不同的图案，由此导致去卷积中的问题。例如，太大的RF周期的变化以及图像最后看起来不清楚并且模糊，从而导致信息内容的损失。通过四极杆的每个离子所经历的RF周期数目是RF频率和离子速度的函数。

如以上所讨论的，当离子遭遇基本上类似的条件时，去卷积可以区分质量，由此导致遍及多个质量的类似的图案。这些图案受RF周期数目的影响。检测器上的离子的位置取决于当离子进入四极杆时最初遭遇的RF相位。位置还将受到遭遇的若干RF周期的影响。因此，如果离子遭遇一个额外的RF周期或少一个RF周期，位置将改变，从而导致对于不同质量不同的图案。

在一些实施例中，1-2％的误差可以是对于获得有用的数据的最大容许误差。然而，在较高的RF周期数目下，可能存在对于变化更大的容许。例如，在较高的RF周期数目下，具有多一个或少一个RF周期可以是容许的，而在较低的RF周期数目下它可能使数据无用。在一些实施例中，具有不同质荷比的离子可能会经历RF周期的数目的某一变化，例如小于1％、2％、3％、4％或5％。在其他实施例中，RF周期计数可以是n±1个周期、n±2个周期、n±3个周期、或n±4个周期。

因此，当使用宽稳定性模式时，离子的质荷比可以通过在检测器处离子碰撞位置的图案确定，条件是这些离子在四极过滤器中经历类似数目的RF周期。可以改变谱仪参数(例如，U、V、w和轴向电压)，使得不同质量能够通过四极过滤器，始终维持基本上相同数目的RF周期。

至于选择用于扫描的RF周期数目，在高的周期数目下，离子速度/能量的小分数变化可能导致周期计数的大变化(例如，大的绝对变化)。相应地，高周期数目(例如，200)可能导致模糊输出。另一方面，在低的RF周期计数下，离子能量/速度的相同分数变化不会导致相同量的周期计数的变化。例如，当设置20个周期时，约5％的速度变化可导致额外的周期计数。典型的RF周期数目可以是在50至100的范围内。实际周期数目的下端可为约17，并且上端可以稍微超过100。

IV.遍及多个质量保持相同RF周期的问题

经典地，当获得质谱时，已经将频率w固定并且已经通过改变在杆上的RF幅值V和DC幅值U调整参数a和q。然而，这样的操作将会导致不同质量的离子遭遇的RF周期数目的变化。如上所述，为了使用去卷积获得可解析的有意义的数据(例如，不是太模糊的数据)，每质量的RF周期数目应该维持相对恒定。人们可改变扫描过程中的轴向电压(例如，通过离子光学器件产生的)，但是对于高和低质荷比在高和低轴向电压下遇到许多问题。

为了实现较恒定数目的RF周期，除了在扫描过程中增大U和V之外，可以随着质量增加四极杆上的DC轴向电压。例如，当质量增加时，轴向电压可以增加，使得更高的质量被加速到与先前较低质量所获得的相同的速度。在这样的情况下，由于不同的质量将有大致相同的速度，并且因为RF频率是固定的，每个质量在行进通过四极过滤器的同时会遭遇基本上相同数目的RF周期。

尽管该技术实现了扫描期间具有每质量恒定RF周期数目的目标，但是产生了一些其他问题。例如，在扫描高质量时需要非常高的轴向电压。为了不同的质量具有相同的通过四极杆的速度，轴向电压将需要随着质量增加连续地增加，使得对每个质量实现相同的速度。然而，这在高质量下可能要求非常高的轴向电压和离子能量。这样的高电压可能难以实现(例如，10V/100amu)。此外，U和V对于高的质量可能变大。

在四极过滤器的出口处，附加的光学器件可以将图像从可变偏移四极杆传输到静态电压倍增极/MCP装置，从而启动离子束的成像。附加的光学器件可以是聚焦/改变离子和电子的运动的电动式光学装置。MCP是“微通道板”，它是包括具有典型地数千微米大小的通道电子倍增器的小玻璃板的装置。这些倍增器可布置在穿过该板的该装置的整个表面上，这样使得如果离子击中在正面上的这些倍增器之一，然后电子云，典型地为1000到20000个电子，将在另一面离开该通道倍增器。电子可被转化为光子(例如，通过将电子加速成磷光体)，这些光子可以随后被高速照相机检测到。进一步的细节在所拥有的美国专利号8,389,929中提供。

在四极杆的两端，理想的是保持所有来自边缘场和离子光学聚焦的作用不随着质量改变。使用愈加多的能量将离子拉出冷却单元以聚集到更高能量的四极杆中是不太可能导致最佳的离子冷却的，例如，在径向和轴向方向的冷却。因此，对较大的质量应用较高的能量可能导致复杂情况。

当尝试对低质量固定RF周期计数时可能遇到其他问题。在一些实施例中，质谱仪可包括从冷却单元到该四极杆过渡的离子光学器件。为了控制离子的速度和能量，将离子在加速至所希望的速度之前冷却至所希望的能量，作为实现离子遭遇的均匀数目的周期的一部分。

这些离开冷却单元的离子将具有一定的轴向能量分布。这种能量分布可以保持较窄，从而在四极内具有在窄范围内的最终速度。具有在窄范围内的最终速度使得这些离子遭遇基本上相同数目的RF周期。

但是，对于低质量，所希望的最终速度可以相对较小。因此，在离开碰撞单元时的能量需要是相对较小的。在低能量下，轴向能量分布的相对误差是高百分比的该能量。例如，当能量下降低于约50伏时，该轴向能量分布可具有约1V的误差。在离开冷却单元时的这种高能量百分比误差将转化为遭遇的RF周期数目的高百分比误差。因此，在低质量下可能存在降低的能量分辨率。

V.改变频率和电压

为了解决这些顾虑中的一些，并且扩大质量范围而没有来自四极杆上的击穿电压的限制，谱仪可被操作为使得在四极杆上的RF电压的频率随着质量而变化。如上所述，与保持相同数目的RF周期相关联的问题产生自对于低质量需要低能量、或对于高质量需要高轴向电压。改变RF频率可以消除对于低质量低能量以及对于高质量高轴向电压的需要。例如，通过改变频率，不再要求恒定的速度来维持相同数目的RF周期。

对于低质量，问题是为了保持恒定的RF周期计数，离子需要具有低能量使得它们以所要求的速度行进。当轴向能量太低时，由于冷却极限(在离子间太多的相对速度发散)损失分辨率。在一些实施例中，频率可以相对较高，使得可以使用高速(高能量)。较高频率意味着在高速下可以遭遇所希望数目的RF周期。通过这种使用高能量的能力，离开冷却单元的离子的能量的相对误差可以保持相对小并且大致恒定。

对于高质量，问题是为了保持恒定的RF周期计数，离子需要具有高能量以便以所希望的速度行进。所要求的速度通过高轴向电压以及因此高轴向能量来实现。但是，当轴向能量太高，分辨率可能由于边缘场效应损失，并且存在轴向电压可以多高的限制。在实施例中，这通过保持轴向电压较低并降低频率来克服。较低的轴向电压保持能量在正常的操作区域中，但其导致较低的速度。较低频率对应较低的速度，使得每个离子经历相同数目的RF周期。这还消除了质量上限，并且允许甚至更大的质量被扫描。

因此，与保持RF周期随着质量恒定的相关的各种问题通过改变频率克服。较高的频率可以在较低的质量下使用，并且较低频率可以在较高的质量下使用。这允许轴向电压和轴向能量保留在适度范围内，同时扫描高和低质量，从而始终保持RF周期不随着质量改变并且在扫描过程中保持在稳定区域内。

目标是使用四极质谱仪获得不同质荷离子的谱图。该谱图可以以下方式获得：通过调整仪器设置以寻找不同质量，同时确保设置总是使得扫描是在稳定的区域内并且使得RF周期数目是不依赖质量的。可以调整的示例性仪器设置包括U(DC电压幅值)、V(AC电压幅值)、w(RF电压频率)、和DC轴向电压。

频率、U、V和轴向电压能够按许多不同的方式进行调节，同时仍保持RF周期计数和稳定区域。例如，轴向能量仍可能在扫描期间跨越一定范围，或该轴向电压可以保持恒定。这些选项将在下面详细地讨论。

A.系统

图4示出了根据本发明的实施例可用于保持质量不变RF周期计数的示例性质谱仪400。质谱仪400可以是四极质谱仪。例如，在四极杆上的AC电压的频率可以变化，以在扫描过程中保持RF周期不变性。

四极质谱仪400包括用于产生离子的离子源410。离子源410可以是任何合适的离子源，如本领域技术人员已知的。离子可从离子源410被传输到碰撞单元415。

碰撞单元415可以提供具有低轴向能量发散的指定能量的离子。碰撞单元415可以限制离子的轴向和径向能量发散。例如，碰撞单元415可以作为冷却单元，以将离子能量降低到所希望值(或至少所希望值附近的一个窄范围)。此外，离子的径向能量可以被最小化，使得在轴向上随后被加速后，离子在进入四极过滤器之前大多在轴向方向行进。作为实例，该碰撞单元可以包括惰性气体，如氦气。以这种方式，离子可以具有相同的起始能量，这可以有助于遍及多个质量获得类似检测图案。

离子光学器件417可以通过DC轴向电压加速离子并且聚焦离子进入四极过滤器430。离子光学器件417可连接到DC轴向电压源425上。该离子光学器件可以具有任何合适的形式，例如，具有指定电压的一个或多个板。在一个实施例中，控制器480可以控制用于加速离子的DC轴向电压。DC轴向电压是可以选择为是保持遍及多个质量基本上恒定的RF周期的一个设置。实例DC轴向电压是10V至200V。

四极过滤器430包括四根杆，虽然为了便于说明只示出了两个杆。DC电压源440和AC电压源450被联接到四极过滤器430的这些杆上。控制器480可控制DC电压源440和AC电压源450，以保持对于参数a和q的稳定运行区域，作为扫描的一部分。控制器480可控制来自AC电压源450的AC信号的AC电压幅值和RF频率。示出了连接线用于从控制器480发送控制信号给DC电压源440和AC电压源450。示出了其他连接线用于从DC电压源440和AC电压源450发送电压到四极过滤器430。

一旦具有稳定轨迹的离子穿过四极过滤器430，则离子可以通过出口孔460并且被离子检测器470检测到。离子检测器470可以包括用于将检测信号转换成可以被计算机捕获的电子信号的检测电子器件。可以通过高真空系统(未示出)将四极质谱仪400的各个部件保持在真空下。

此外，如在图4所示，每个质量在行进通过四极过滤器430时经历基本上固定数目的RF周期。为了扫描不同质量同时保持质量不变的RF周期，保留在a-q稳定区域，并且避免离子光学器件上的极端轴向电压，控制器480可以改变在扫描过程中来自AC电压源450的RF电压的频率。如下面详细讨论的，在离子光学器件417上的轴向电压和/或由DC电压源440以及AC电压源450输出的电压幅值也可在扫描期间调整。

使用常规技术，对于准确结果的质量极限在不同类型的实验之间不同。标准的全扫描显示出降低到接近130amu的良好分辨率。然而，在碎裂产物扫描期间，下限要高得多，接近300amu(正是对于高分辨率结果的最低值)或更多。上限为约1500amu。使用实施例，对于精确结果的质量极限可达到低于100amu，尤其是在全扫描模式中，并有可能达到约50amu的质量同时具有高品质结果。上限可以由检测能力限制，其可以是在数万amu的范围内。

B.方法

图5是根据本发明的实施例在扫描过程中改变频率以保持RF周期不变性的方法500的流程图。方法500可以利用谱仪400来执行，并且可以提供样品的质谱。

在框510处，提供具有多个质荷比的离子。这些离子可以由电离样品的分子的离子源(例如，410)来提供。

在框520处，使用DC轴向电压加速这些离子，使得这些离子通过多极滤质器。作为举例，该多极滤质器可以是四极或八极滤质器。在一个实施例中，可以通过离子光学器件(例如，离子光学器件417)施加DC轴向电压。DC轴向电压可以由DC轴向电压源供给，该电压源可以被控制以提供可以随着时间而改变的指定DC电压。

在框530处，使用多极滤质器过滤这些离子。该多极滤质器可以被联接到提供DC解析电压的DC电源以及提供AC电压的AC电源上。AC电压具有AC电压幅值和AC频率，这两者都可以随时间变化。DC解析电压也可以随时间改变。

在框540处，控制该DC轴向电压、该DC解析电压、该AC电压幅值、以及该AC频率，使得当扫描一个范围的质荷比-时，不同质荷比的离子在该多极滤质器内经过基本上相同数目的AC周期。该控制包括改变AC频率。该控制还包括改变以下各项中的至少一项：(1)DC轴向电压、以及(2)DC解析电压和AC电压幅值。实施例可以改变仅仅(1)或仅仅(2)，其中改变(2)涉及改变DC解析电压和AC电压幅值。实施例也可以改变(1)和(2)。

在框550处，使用检测器检测这些离子。在一个实施例中，检测器可确定检测器的表面上的离子的二维位置。检测器366是此种检测器的实例。计算机系统可以分析原始数据以确定质谱，如本文和美国专利号8,389,929和美国专利申请14/263,947中所描述的。

在一些实施例中，在该质荷比范围内保持该DC轴向电压恒定。AC频率可以从较低的质荷比到较高的质荷比降低，并且DC解析电压和AC电压幅值可以从较低的质荷比到较高的质荷比降低。以这种方式，可以防止DC轴向电压变得太高。

不同的被扫描范围可以具有以不同的方式改变的参数。例如，DC轴向电压可以对第一范围质量保持恒定，如在以上段落提及的。然后，能够以不同的模式来进行第二范围质量的扫描。例如，DC轴向电压可以在第二范围内增加，AC频率可以保持恒定，并且DC解析电压和AC电压幅值可以在第二范围内增加。

在另一种模式中，DC解析电压和AC电压幅值保持恒定。在这种模式中，AC频率可以随着质荷比的平方根降低，并且DC轴向电压可以随着质荷比的平方根增加。

在一些实施例中，从低到高扫描这些质量，并且AC频率随着增加质荷比而降低。在一个实施例中，该DC解析电压和该AC电压幅值在该质荷比范围内随着增加质荷比而降低。在另一个实施例中，该DC解析电压和该AC电压幅值在该质荷比范围内随着增加质荷比而保持恒定。在这样的实施例中，AC频率可以随着质荷比的平方根降低，并且DC轴向电压可以随着质荷比的平方根增加。

下面提供了用于调整设置的另外选项。

VI.各种操作模式

在经典情况下，当用四极质谱仪以宽-稳定性模式扫描时，频率保持恒定(参见图6中的水平线610)，并且U和V随着质量线性增加(参见图7中的渐增线710)，并且轴向电压随着质量增加(参见图8中的渐增线810)。该方法可以维持恒定数目的RF周期，但是在低和高质量下出现问题。当引入RF频率变化时，其余的设置能够以各种方式改变，从而避免了在低和高质量下的问题。

图6示出了根据本发明实施例采用经典的RF频率扫描和替代的RF频率扫描的图600。图600是以对数标度表示。竖直轴对应于在四极杆上的AC电压信号的以MHz计的频率，而水平轴对应于以amu计的质量。水平线610显示了被保持固定的经典的频率设置。

频率函数620显示了随着增加质量而降低的替代频率设置。频率函数620可以具有各种函数形式，例如，线性、平方根幂函数、指数、或对数模式，其中一些可被选择为使用电子装置实现。如上所述，较大质量一般将具有较低的速度，使得不要求大的轴向电压。因此，具有大质量的离子将在四极过滤器中花费更多的时间。然而，频率被降低以补偿这种较慢的速度，使得较大质量将仍然经历基本上相同数目的RF周期。其他设置可以保持固定或者也可以改变。示例模式在下面进行描述。

图7示出了根据本发明的实施例采用经典的RF电压幅值扫描和替代的RF电压幅值扫描的图700。图700是以对数标度表示。竖直轴对应于在四极杆上的以V计的AC电压幅值，而水平轴对应于以amu计的质量。渐增线710示出了经典的RF电压设置，其中在高质量下需要高RF幅值，因为RF频率w保持恒定。DC解析电压将以相似的方式表现。

AC幅值函数720显示了随着增加质量而降低的替代RF幅值设置。AC幅值函数720可以具有各种函数形式，例如，线性的。当RF频率w降低时，RF幅值可以降低，这取决于RF频率w的降低速率。根据RF频率函数的降低速率，AC幅值函数720可以增加或是恒定的，例如，与质量的平方根成比例地降低频率而不是线性地产生恒定的RF幅值。

如人们在马蒂厄方程式中可见的，RF频率是在具有二的幂的分母中。因此，即使V减小时，当质量m增加时减小w可允许a和q在稳定区域内。可确定w和V变化之间的确切关系，以确保在质量m增加时a和q是在稳定区域内。

图8示出了根据本发明的实施例采用经典的DC轴向电压扫描和替代的DC轴向电压扫描的图800。竖直轴对应于在离子光学器件上的以eV计的DC轴向电压，而水平轴对应于以amu计的质量。DC轴向电压可以指定对于任何给定时刻扫描中心所在的希望的质量。

渐增线810显示了经典的DC轴向扫描设置，其中在高质量下要求高电压。这种方式，较高的能量被施加到较大质量上，使得这些质量可以达到与较小的质量基本上相同的速度。因此，当每个质量实现通过四极过滤器的基本上相同的速度并且频率是恒定时，每个质量经历基本上相同数目的RF周期。

水平线820示出了随着质量增加保持恒定的替代DC轴向扫描设置。如果RF频率降低，则速度也可降低，以便保持恒定的RF周期。轴向电压函数830对应于逐步增加的另一种DC轴向扫描设置。轴向电压函数830对于某些扫描时段是恒定的，并且然后增加。RF频率和解析电压也可以具有类似的扫描结构，该结构具有在一定的时间段减小变化的速率。虽然轴向电压函数830确实增加，增加的量远不及渐增线810那样大。因此，当RF频率减小同时保持恒定RF周期时，可以使用各种扫描模式。各种扫描模式附加描述如下所述。

A.降低频率，恒定的轴向电压，以及降低U和V

如上所述，RF频率w可以在遍及多个质量的扫描中降低，这保持在离子通过四极杆时遭遇的RF周期数目的恒定。在这样的扫描中，一些实施例可以保持轴向电压恒定(参见在图8中水平线820)。如果DC轴向电压固定，则RF周期计数可以通过随着质量增加与减小速度同步地降低RF频率而变得随着质量不变。鉴于速度减小(由于相同的加速电压，但较大的质量)与RF频率的降低相匹配，较大的质量将遭遇相同数目的RF周期。较大的质量将在四极杆内花费更多的时间，但存在每单位时间较少RF周期，从而提供相同数目的RF周期。

在一个实施例中，为了保持a-q扫描，人们能够按随着质量线性减小的方式扫描U和V(在对数标度上)(参见在图7中的AC幅值函数720)。这种U和V的减少方便地去除了质量上限，该上限通常是由于在四极杆上需要过高的电压而发生。并且，在这种模式中，上部质量范围将使用更小的功率以在较低质量下运行。因此，当从低到高质量扫描时，RF频率、U和V可以降低(例如，线性地)。

在一些实施例中，扫描可以开始于高质量并且降低到低质量。在那种情况下，频率、U和V都将线性增加(在对数标度上)。

这些参数之间的这种关系确保了RF周期数目遍及多个质量是恒定的，同时保持所希望的质量范围在稳定a-q区域的所希望的点中。如上针对图2所述，对于特定质量的扫描线将具有对于一系列a和q值是稳定的特定质量。例如，对于给定的a和q，为了使质量加倍并且保持a和q相同，RF频率、U和V都将减少一半。这可以通过查看马蒂厄方程式可知。同样地，如果质量减少一半，RF频率、U和V将加倍，以保持在相同的a和q位置。在一些实施例中，随着增加质量保持轴向电压恒定并且线性减小RF频率、U和V提供了用于保持RF周期在整个扫描中恒定的最佳设置。

如上所述，保持轴向电压恒定意味着施加到每个离子上的轴向能量将是相同的。由此得出不同质量的离子将具有基本相同的能量和不同的速度。在实践中，恒定的轴向电压可以在50到100V的范围内，其中典型地最小50V。

质谱仪通常涉及使分子分裂开，并因此存在多余的能量。为了减少多余的能量，可以冷却离子(例如，在碰撞单元中)，但冷却后仍存在某一能量发散。50V是施加到离子上的良好的最小量的能量，因为甚至在低质量下，相对于平均速度，在离子间的任何剩余速度发散是相对较小的。而且，高RF频率用于低质量，因为它们将具有相对高的速度，从而保持RF周期相同。因此，100V是良好的最大轴向电压，因为更高的轴向电压将产生甚至更快的低质量离子，并且这进而可以要求很高的频率。因此，保持轴向电压100V或更低允许合理的RF频率，甚至是对于低质量。

B.降低频率，增加轴向电压，以及改变U和V

在另一个实施例中，轴向电压可以增加而RF频率降低。轴向电压的增加可以是连续的或逐步地发生，例如，如轴向电压函数830所示。如果轴向电压和RF频率这两者同时被改变，质量不变RF周期计数仍然可以通过以相应速度调整RF频率和轴向电压实现。为了保持a-q稳定区域，U和V参数可以随着质量增加或减少，这取决于频率降低的速率和轴向电压增加的速率。

当轴向电压逐步增加时，这可以实质上将以下情况组合：其中频率是固定的而轴向电压变化的情况以及其中轴向电压是固定的而频率变化的情况。一种选择是在一定质量范围内最初保持轴向电压恒定并且降低RF频率。例如，对于一定范围的质量的扫描的第一部分可能涉及固定的轴向电压和变化的频率。该扫描的这个部分可以用于较小的质量，并且当改变频率时可以使用比典型的轴向电压更高的轴向电压。RF频率可以开始高并且降低。

然后，该扫描的下一部分(这可能是中间质量范围)可以使用固定频率和增加的轴向电压(例如，到下一个幅值)。一旦轴向电压达到所希望的值并且然后保持恒定，RF频率可降低并且轴向电压保持恒定用于频率范围的另一部分。这种逐步模式可以持续任意迭代次数，直到该扫描完成。

这种模式可以被认为是RF频率扫描，但是对于该扫描的不同部分使用不同的静态轴向电压(参见在图8中的轴向电压函数830)。RF频率和轴向电压可以在每个点匹配，使得RF周期随着质量是不变的，并且使得该扫描是在稳定的a-q区域内。在一个实施例中，U和V值可以在频率扫描过程中降低，但是当轴向电压变化时增加。

对于连续轴向电压变化，斜率(或只是原始值)可以小于经典DC轴向电压(在图8中表示出为810)。RF频率将仍然降低，但是不及当轴向电压保持固定时那么多。U和V的变化也将受到影响，因为它们与RF频率的变化同步。例如，RF频率的较慢降低将导致对U和V的较小降低。并且，如果对于质量的加倍RF频率降低了倍，则U和V可以保持恒定。对于针对质量加倍降低了小于则U和V将增加。但是，这样的模式可能会导致仍要求高的轴向电压，这取决于RF频率降低的速率。这种模式可能是所希望的，以减少所要求的RF频率变化，例如，具有比2兆赫兹至50千赫兹更小的范围。

其中轴向电压和频率在扫描期间都改变(同时地亦或交替地)的这些技术还可以提供允许在低和高质量下良好分辨率的优点，并且它可允许更简单的系统。例如，可能更容易地提供以下系统，该系统只提供有限的频率带宽扫描范围，这样使得频率扫描范围可以与一系列轴向电压组合使用。

当待扫描的质量范围大时，改变轴向电压的实施例可能是所希望的。在此类情况下，RF频率范围可能过大。在其中待扫描的质量范围不是太大的生产运行中，保持轴向电压固定可能是希望的。

C.降低频率，增加轴向电压，以及恒定的U和V

在一些实施例中，轴向电压可以增大并且频率可同时降低，使得U和V可以保持恒定。在轴向电压增加而频率是固定的情况下，U和V随着质量增加。在频率降低而轴向电压固定的情况下，U和V随着质量降低。如上所述，轴向电压能够以较慢的速率增加同时频率以较慢的速度降低，只要这些速率匹配使得RF周期计数保持质量不变的。

如果对于质量加倍RF频率降低了倍，则U和V可以保持恒定。因此，扫描可以发生在具有质量不变的RF周期的a-q稳定区域中，其中轴向电压和频率两者均变化，但其中U和V保持恒定。当对于使质量加倍RF频率降低了倍时，DC轴向电压随着质量的平方根增加。

对于实际使用，此特殊情况较容易地以电子方式实现。然而，它可能不是用于保持恒定的RF周期计数的最佳解决方案，因为相比于，例如，其中轴向电压固定并且频率降低的情况下，RF周期可能具有一些变化。但是，这样的模式将使用更少的带宽来操作该AC电压，这意味着它可以是更容易实现的。尽管如此，这样的模式相比其中频率是固定并且轴向电压改变的情况可以具有更少RF周期变化，因为当轴向能量太低或太高时发生的问题。

D.方程式

作为确定RF频率、U、V和DC轴向电压的值的一部分，初始步骤可以是确定该扫描通过a-q稳定区域的轨迹。一旦确定了a和q的值，可以选择所希望数目的RF周期和模式。改变这些参数的设置的任何组合(例如，其中不同的模式被用于该扫描的不同部分)是有可能的。例如，扫描能够以轴向电压恒定并且RF频率、U和V降低开始。对于下一个部分，该轴向电压可以略微增加(例如，随着质量的平方根)，并且RF频率可以随着质量的平方根降低，并且U和V可以保持恒定。并且，在另一部分中，RF频率可以是恒定的，而轴向电压、U和V随着质量线性增加。

这些参数之间的一般关系如下给出。对于具有恒定的RF周期计数的质量不变的a、q值，允许满足以下的任何值。为了满足恒定的a、q值，满足以下关系：

m &Proportional; \frac{U}{w^{2}} &Proportional; \frac{V}{w^{2}} .

为了满足恒定的RF周期计数，满足以下关系：

允许满足这两个方程式的任何值。如果轴向电压是固定的，那么我们看到频率减小以改变质量，这导致减小的U、V值。此外，如果我们固定U、V值，则频率随着所希望的质量的平方根降低，这导致了轴向电压以平方根方式增加。

VII.实例

作为实例，目前在质量500amu下为了合理的结果可能要求在四极杆上50V的轴向电压同时以1.123MHz的固定RF频率和约3kV杆-杆RF电压进行扫描。在1500amu的范围，这些值变成150V的DC轴向电压和10kV的AC电压幅值，其中RF电压幅值限制质量范围并且引起设计限制。DC解析电压是低一点并且不是操作的物理限制。

使用实施例，轴向电压可以保持在50V，但在质量1500amu下，RF电压幅值将下降到1kV，伴随频率相应地下降至374kHz。顶部质量范围不会具有电限制，并且在由更宽稳定性模式所提供的有用的分辨率的情况下，可考虑具有达到高得多的有用质量的装置。新的限制可能会是倍增极转换效率，其可能会成为在10,000amu附近的检测效率的问题。

作为去除质量上限(伴随着大大降低的功耗、RF加热以及去除与高RF电压有关的随机高质量噪音)的交换，可以存在引入质量下限。这种质量下限可以是需要非常高的RF频率以及高解析电压的结果。可以为这种模式确定该质量下限，或者可以重新引入经典的模式以适应较低的质量。例如，该轴向电压可以降低。使用相结合的轴向电压变化与RF频率变化，可以扫描更低质量(即，比使用较低RF频率的技术更低的)。

VIII.计算机系统

在此提及的任何计算机系统(例如，控制器480)可以利用任何适当数量的子系统。这类子系统的实例示于图9的计算机设备10中。在一些实施例中，计算机系统包括单一计算机设备，其中这些子系统可以是该计算机设备的部件。在其他实施例中，计算机系统可以包括具有内部部件的多个计算机设备(每一个都是子系统)。

在图9中所示的子系统经由系统总线75互连。示出了附加的子系统例如打印机74、键盘78、一个或多个存储装置79、被联接到显示适配器82上的监视器76以及其他。联接到I/O控制器71上的外围设备和输入/输出(I/O)设备可以通过本领域已知的任何数目的装置，例如输入/输出(I/O)端口77(例如，USB、)被连接到该计算机系统上。例如，I/O端口77或外部接口81(例如以太网，Wi-Fi等)可用于将计算机系统10连接到广域网(如因特网)、鼠标输入装置或扫描仪。通过系统总线75的互连允许中央处理器73与每个子系统通信并且控制来自系统内存72或一个或多个存储设备79(例如，固定盘，例如硬盘驱动器或光盘)指令的执行，以及子系统之间的信息的交换。系统内存72和/或该一个或多个存储装置79可以实施计算机可读介质。本文提及的任何数据都可以从一个部件输出到另一个部件并且可以被输出给用户。

计算机系统可以包括多个相同的部件或子系统，例如，经外部接口81或由内部接口连接在一起。在一些实施例中，计算机系统、子系统或设备可以通过网络进行通信。在这种情况下，一台计算机可以被认为是客户机并且另一台计算机是服务器，其中每个可以是同一计算机系统的一部分。客户机和服务器可以各自包括多个系统、子系统、或部件。

应当理解，本发明的任何实施例能够以控制逻辑的形式使用硬件(例如，应用专用集成电路或现场可编程门阵列)和/或使用具有通常可编程处理器的计算机软件以模块化或集成方式来实现。如本文所使用的，处理器包括在同一集成芯片上的多核处理器或在单个电路板上或网络连接的多个处理单元。基于本文提供的披露和传授内容，本领域的普通技术人员将知道并且理解用于使用硬件以及硬件和软件的组合来实现本发明的实施例的其他方式和/或方法。

在本申请中描述的任何软件部件或功能可以被实施为软件代码以通过使用任何适当的计算机语言(例如像Java、C、C++、C#或脚本语言如Perl或Python)的处理器，使用例如，常规的或面向对象的技术执行。软件代码可以被存储为在用于存储和/或传输的计算机可读介质上的一系列指令或命令，合适的介质包括随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，磁介质，例如硬盘-驱动器或软盘，或光学介质，如压缩盘(CD)或DVD(数字多功能盘)，闪存，等等。该计算机可读介质可以是此类存储或传输装置的任意组合。

此类程序还可以使用载波信号进行编码和传输，这些载波信号被适配为经由符合各种协议的有线、光学和/或无线网络(包括因特网)进行传输。这样，根据本发明实施例的计算机可读介质可以采用编码有此类程序的数据信号来创建。编码有该程序代码的计算机可读介质可以使用兼容装置包装或与其他装置分开提供(例如，经由因特网下载)。任何这样的计算机可读介质可以驻留在单个计算机产品(例如硬盘驱动器、CD、或整个计算机系统)上或内，并且可以存在于系统或网络内的不同计算机产品上或内。计算机系统可包括监视器、打印机、或其他用于提供本文提到的任何结果给用户的合适的显示器。

本文所描述的任何方法可用包括一个或多个处理器的计算机系统完全或部分地执行，该计算机系统可以被配置为执行这些步骤。因此，实施例可被引导到计算机系统上，该计算机系统被配置为可能使用执行相应步骤或相应步骤的组的不同部件执行本文描述的任何方法步骤。虽然表示为编号的步骤，可以在相同的时间或以不同的顺序来执行在此的方法步骤。此外，这些步骤的部分可与来自其他方法的其他步骤的部分一起使用。此外，步骤的全部或部分可以是任选的。此外，任何方法的任何步骤可以用模块、电路、或其他用于执行这些步骤的装置来执行。

具体实施例的具体细节能够以任何合适的方式相结合而不脱离本发明的实施例的精神和范围。然而，本发明的其他实施例可被引导至涉及每个单独的方面、或者这些单独方面的特定组合的特定实施例。

出于说明和描述的目的，已经呈现本发明的示例性实施例的以上描述。它不旨在是详尽无遗的或将本发明限制于所描述的精确形式，并且许多修改和变化鉴于上面的传授内容是有可能的。选择和描述了这些实施例以便于最佳解释本发明的原理以及其实际应用，从而使本领域的技术人员能够在各种实施例中并且在作出各种修改(如适合于所预期的特定使用)的情况下利用本发明。

“一个/种”或“该”的陈述旨在表示“一个或多个”，除非特别相反地指出。使用“或”旨在是指“可兼或(inclusiveor)”，而不是“不可兼或(exclusiveor)”，除非特别相反地指出。

所有专利、专利申请、出版物和这里提到描述为了所有目的均通过引用以其全部内容结合在此。它们均不被承认是现有技术。

Claims

1.一种操作质谱仪的方法，该方法包括：

提供具有多个质荷比的离子；

使用DC轴向电压加速这些离子，使得这些离子通过多极滤质器；

使用该多极滤质器过滤这些离子，该多极滤质器被联接到：

提供DC解析电压的DC电源，以及

提供AC电压的AC电源，该AC电压具有AC电压幅值和AC频率；

控制该DC轴向电压、该DC解析电压、该AC电压幅值、以及该AC频率，使得当扫描一个范围的质荷比时，不同质荷比的离子在该多极滤质器内经过基本上相同数目的AC周期，其中该控制包括：

改变该AC频率，同时改变以下各项中的至少一项：

该DC轴向电压，以及

该DC解析电压和该AC电压幅值；并且

用检测器检测这些离子。

2.如权利要求1所述的方法，其中该DC轴向电压在该质荷比范围内保持恒定，其中该AC频率从较低质荷比到较高质荷比降低，并且其中该DC解析电压以及该AC电压幅值从较低质荷比到较高质荷比降低。

3.如权利要求2所述的方法，其中该质荷比范围是第一范围，该方法进一步包括：

在第二质荷比范围内增加该DC轴向电压；

在该第二质荷比范围内保持该AC频率恒定；并且

在该第二质荷比范围内增加该DC解析电压和该AC电压幅值。

4.如权利要求1所述的方法，其中该DC解析电压和该AC电压幅值保持恒定，其中该AC频率随着质荷比的平方根降低，并且其中该DC轴向电压随着质荷比的平方根增加。

5.如权利要求1所述的方法，其中这些质荷比按渐增方式进行扫描，并且其中该AC频率随着增加质荷比而降低。

6.如权利要求5所述的方法，其中该DC解析电压和该AC电压幅值在该质荷比范围内随着增加质荷比而降低。

7.如权利要求5所述的方法，其中该DC解析电压和该AC电压幅值在该质荷比范围内随着增加质荷比而保持恒定。

8.如权利要求7所述的方法，其中该AC频率随着质荷比的平方根降低。

9.如权利要求7所述的方法，其中该DC轴向电压随着质荷比的平方根增加。

10.如权利要求1所述的方法，其中该检测器具有表面，并且其中该检测器检测该表面上的离子的二维位置，该方法进一步包括：

在计算机系统中存储该表面上的离子在多个时间的二维位置，以获得检测信息；

由该计算机系统对这些检测数据去卷积，以确定质谱。

11.一种质谱仪，包括：

具有多个杆的滤质器；

联接到该多个杆上并且配置为向该多个杆提供DC解析电压的DC解析电压电源；

联接到该多个杆上并且配置为向该多个杆提供AC电压的AC电压电源，该AC电压具有AC电压幅值和AC频率；

用于接收离子并朝向该滤质器加速这些离子的离子光学器件；

联接到该离子光学器件上并且配置为向该离子光学器件提供DC轴向电压的DC轴向电压源，该DC轴向电压用于加速该离子光学器件；以及

联接到该DC解析电压电源、该AC电压电源、以及该DC轴向电压电源上的控制器，其中该控制器被配置为控制该DC轴向电压、该DC解析电压、该AC电压幅值、以及该AC频率，使得当扫描一个范围的质荷比时，不同质荷比的离子在该多极滤质器内经过基本上相同数目的AC周期，

其中，该控制包括改变该AC频率，同时改变以下各项中的至少一项：

该DC轴向电压，以及

该DC解析电压和该AC电压幅值。

12.如权利要求11所述的质谱仪，其中该离子光学器件包括具有由该DC轴向电压指定的电压的一个或多个板。

13.如权利要求11所述的质谱仪，进一步包括：

位于该离子光学器件之前并且离子源之后的碰撞单元，该碰撞单元被配置为输出具有指定的轴向能量发散的离子。

14.如权利要求13所述的质谱仪，进一步包括：

该离子源，其中该离子源提供的离子处于比从该碰撞单元输出的离子的轴向能量更高的能量下。

15.如权利要求11所述的质谱仪，进一步包括：

具有表面的检测器，其中该检测器检测该表面上的离子的二维位置。

16.如权利要求11所述的质谱仪，其中该控制器进一步被配置为：

在该质荷比范围内保持该DC轴向电压恒定；

从较低质荷比到较高质荷比降低该AC频率，并且

从较低质荷比到较高质荷比降低该DC解析电压和该AC电压幅值。

17.如权利要求16所述的质谱仪，其中该质荷比范围是第一范围，其中该控制器进一步被配置为：

在第二质荷比范围内增加该DC轴向电压；

在该第二质荷比范围内保持该AC频率恒定；并且

在该第二质荷比范围内增加该DC解析电压和该AC电压幅值。

18.如权利要求11所述的质谱仪，其中该控制器进一步被配置为：

在该质荷比范围内保持该DC解析电压和该AC电压幅值恒定，

随着质荷比的平方根降低该AC频率，并且

随着质荷比的平方根增加该DC轴向电压。

19.一种计算机产品，包括存储有多个指令的非暂时性计算机可读介质，这些指令当执行时控制计算机系统来操作质谱仪，该质谱仪包括以下设置：施加到该多个杆上的DC解析电压；施加到该多个杆上的AC电压，该AC电压具有AC电压幅值和AC频率；以及用于将离子加速到该多个杆的DC轴向电压，这些指令包括：

改变该AC频率，同时改变以下各项中的至少一项：

该DC轴向电压，以及

该DC解析电压和该AC电压幅值。

20.如权利要求19所述的计算机产品，其中该控制进一步包括：

在该质荷比范围内保持该DC轴向电压恒定；

从较低质荷比到较高质荷比降低该AC频率；并且

21.如权利要求19所述的计算机产品，其中该控制进一步包括：

在该质荷比范围内保持该DC解析电压和该AC电压幅值恒定；

随着质荷比的平方根降低该AC频率，并且

随着质荷比的平方根增加该DC轴向电压。

22.一种操作质谱仪的方法，该方法包括：

提供具有多个质荷比的离子；

使用该多极滤质器过滤这些离子，该多极滤质器被联接到：

提供DC解析电压的DC电源，以及

提供AC电压的AC电源，该AC电压具有AC电压幅值和AC频率；

控制该DC轴向电压、该DC解析电压、该AC电压幅值、以及该AC频率，使得当扫描一个范围的质荷比时，不同质荷比的离子在该多极滤质器内经过指定范围的AC周期，其中该指定范围的AC周期是至少在特定数目的AC周期的4％内或者至少在该特定数目的AC周期的4个周期内，其中该控制包括：

改变该AC频率，同时改变以下各项中的至少一项：

该DC轴向电压，以及

该DC解析电压和该AC电压幅值；并且

用检测器检测这些离子。

23.如权利要求22所述的方法，其中该指定范围的AC周期是至少在特定数目的AC周期的3％内或者至少在该特定数目的AC周期的3个周期内。

24.如权利要求23所述的方法，其中该指定范围的AC周期是至少在特定数目的AC周期的3％内或者至少在该特定数目的AC周期的3个周期内。

25.如权利要求24所述的方法，其中该指定范围的AC周期是至少在特定数目的AC周期的1％内或者至少在该特定数目的AC周期的1个周期内。

26.一种操作质谱仪的方法，该方法包括：

提供具有多个质荷比的离子；

使用该多极滤质器过滤这些离子，该多极滤质器被联接到：

提供DC解析电压的DC电源，以及

提供AC电压的AC电源，该AC电压具有AC电压幅值和AC频率；

在一定质荷比范围内控制该DC轴向电压、该DC解析电压、该AC电压幅值、和该AC频率，其中该控制包括：

在该质荷比范围内保持该DC轴向电压恒定；

从较低质荷比到较高质荷比降低该AC频率；并且

从较低质荷比到较高质荷比降低该DC解析电压和该AC电压幅值；并且

用检测器检测这些离子。

27.一种操作质谱仪的方法，该方法包括：

提供具有多个质荷比的离子；

使用该多极滤质器过滤这些离子，该多极滤质器被联接到：

提供DC解析电压的DC电源，以及

提供AC电压的AC电源，该AC电压具有AC电压幅值和AC频率；

在该质荷比范围内保持该DC解析电压和该AC电压幅值恒定；

随着质荷比的平方根降低该AC频率，并且

随着质荷比的平方根增加该DC轴向电压；并且

用检测器检测这些离子。