CN105830197A - 质谱仪的离子阱中的同时正离子及负离子积累 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种离子反应装置，其具有用于接收多个离子的离子注入入口及离子可通过其离开所述装置的离子射出出口。所述反应装置包含：多个非线性杆，其是相对于彼此而安置以便提供经配置以经由所述离子注入入口接收多个阴离子及阳离子的轴向区域以及与所述轴向区域连通的多个俘获区域，所述阴离子及阳离子可被局限在所述俘获区域中。DC电压源经调适以横跨所述杆中的至少两者施加DC电压以便在所述轴向区域的至少一部分内产生电场以用于在空间上分离所述经接收阴离子与阳离子并将所述阴离子导向到所述俘获区域中的一者中且将所述阳离子导向到所述俘获区域中的另一者中。

Description

质谱仪的离子阱中的同时正离子及负离子积累
相关申请
本申请要求2013年12月24日提交的第61/920,552号美国临时申请的优先权，所述临时申请的全文是以引用方式并入本文中。
背景技术
本发明涉及用于执行质谱分析的质谱仪及方法，且特定来说涉及在质谱分析中使用且可提供正离子及负离子的同时俘获的离子反应装置。
质谱分析是一种用于确定具有定量应用及定性应用的测试样本的元素分子的分析技术。例如，质谱分析可用来识别未知化合物，确定分子中的元素的组分，且通过观测分子碎片确定分子结构，并且用于量化样本中的特定化合物的量。
离子-离子反应广泛用于质谱分析中。此些离子-离子反应的一些实例包含经由与试剂阴离子的反应的肽/朊阳离子的电子转移解离(ETD)。ETD允许质子化肽/朊的优选主链解离而不损失转译修饰。质子转移反应(PTR)是离子-离子反应的另一实例，其可用来减少倍增质子化肽/朊的电荷状态而不造成主链解离。其中离子-离子反应用来产生产物离子的常规质谱仪可具有某些缺点。例如，常规上将前体离子及试剂离子引进到质谱仪中的方式可导致工作循环的减少。
需要用于将正离子及负离子(例如，前体阳离子及试剂阴离子)引进到质谱仪中的增强系统及方法。
发明内容
在一个方面中，揭示一种在质谱仪中使用的离子反应装置，其包括用于接收多个离子的离子注入入口及离子可通过其离开所述装置的离子射出出口。所述反应装置进一步包含：多个非线性杆，其是相对于彼此而安置以便提供经配置以经由所述离子注入入口接收多个阴离子及阳离子的轴向区域以及与所述轴向区域连通的多个俘获区域，所述阴离子及阳离子可被局限在所述俘获区域中。DC电压源经调适以横跨所述杆中的至少两者施加DC电压以便在所述轴向区域的至少一部分内产生电场以用于在空间上分离所述经接收阴离子与阳离子并将所述阴离子导向到所述俘获区域中的一者中且将所述阳离子导向到所述俘获区域中的另一者中。
在一些实施例中，所述非线性杆呈L形杆的形式。每个L形杆可包含纵向部分及相对于所述纵向部分形成角的横向部分。所述反应装置的所述轴向区域在空间上可由所述杆的所述纵向部分界定。所述多个俘获区域可包括在空间上由所述杆的所述横向部分界定的两个俘获区域，其中所述俘获区域中的每个从与所述轴向区域连通的近端开口径向延伸到远端开口。
在一些情况下，所述L形杆包括一对四极杆组。所述四极杆组可相对于彼此而垂直堆叠使得一组中的每个杆安置在另一组的相应杆下方，且在一些情况下与另一组的相应杆基本上对齐。所述DC电压源可在其每个端子处连接到所述四极对中的一者的两个杆且连接到其它四极对的两个杆，其中一对的所述两个杆是相对于另一对的所述两个杆垂直堆叠，以便在所述轴向区域的至少一部分中产生偶极电场。举例来说，所述DC电压源可经配置以产生约3V到约7V的范围中的DC电压。
在一些实施例中，所述离子反应装置可进一步包含第一透镜及第二透镜，其中所述透镜中的一者安置成接近所述俘获区域中的一者的所述远端开口，且所述透镜中的另一者安置成接近另一俘获区域的所述远端开口，所述透镜经调适以用于将DC偏压施加于其以促进将所述阴离子及所述阳离子俘获在所述俘获区域中的相应者中。
在一些实施例中，所述离子反应装置可进一步包含第三透镜，所述第三透镜安置在所述多个杆的上游且经调适以用于将DC电压施加于所述多个杆。举例来说，所述第三透镜可呈具有孔口的板的形式，所述孔口形成所述反应装置的所述离子注入入口。
在一些实施例中，所述离子反应装置可进一步包含第四透镜，所述第四透镜安置在所述多个杆的下游且经调适以用于将DC电压施加于所述多个杆。举例来说，所述第四透镜可包含具有孔口的板，所述孔口形成所述反应装置的所述离子射出出口。
在一些实施例中，所述离子反应装置可进一步包含第五透镜，所述第五透镜安置在所述轴向区域中且接近所述俘获区域的所述近端开口。DC偏压于所述第五透镜的施加可有助于将所述离子(阴离子及阳离子)局限在相应的俘获区域中。
所述离子反应装置可包含第一RF源，所述第一RF源用于将RF电压施加于所述杆以产生RF电场，所述RF电场经配置以例如在所述阴离子及阳离子传播通过轴向通道时提供所述阴离子及阳离子的径向局限。此外，所述离子反应装置可包含第二RF源，所述第二RF源用于将RF电压施加于所述杆以产生RF电场，所述RF电场经配置以提供所述阴离子及阳离子的轴向局限。在一些实施例中，所述第一RF源及第二RF源经配置以将具有不同频率的RF电压施加于所述杆。在一些其它实施例中，所述第一RF源及第二RF源经配置以将具有相同频率的RF电压施加于所述杆。
在相关方面中，揭示一种质谱仪，所述质谱仪包括：多个离子源，其中所述源中的至少一者经调适以产生阴离子且所述源中的另一者经调适以产生阳离子；及离子反应装置，其经配置以接收所述阴离子及阳离子。所述离子反应装置包含：用于接收多个离子的离子注入入口及离子可通过其离开所述装置的离子射出出口；多个非线性杆，其是相对于彼此而安置以便提供经配置以经由所述离子注入入口接收多个阴离子及阳离子的轴向区域以及与所述轴向区域连通的多个俘获区域，其中可同时局限所述阴离子及阳离子；及DC电压源，其经调适以横跨所述杆中的至少两者施加DC电压以便在所述轴向区域的至少一部分内产生电场以用于在空间上分离所述经接收阴离子与阳离子并将所述阴离子导向到所述俘获区域中的一者中且将所述阳离子导向到所述俘获区域中的另一者中。
在一些实施例中，DC偏转器(例如，四极DC偏转器)可安置在所述反应装置的上游，其中所述偏转器具有用于分别从所述离子源接收所述阴离子及阳离子的第一入口端口及第二入口端口且具有与所述反应装置连通的出口端口。所述DC偏转器经配置以将所述经接收阴离子及阳离子导向到所述出口端口，例如作为将递送到下游反应装置的经合并离子束。所述偏转器使阴离子及阳离子同时偏转。
在一些实施例中，所述质谱仪可进一步包含四极透镜，所述四极透镜安置在所述DC偏转器与所述反应装置之间以用于选择具有所期望范围中的m/z比率或特定m/z值的阳离子及阴离子。
在一些实施例中，所述质谱仪可进一步包含第一四极滤波器，所述第一四极滤波器安置在用于产生阴离子的所述源与所述DC偏转器之间，以用于选择具有所期望范围中的m/z比率(或特定值)的待递送到所述DC偏转器的阴离子。在一些此类实施例中，第二四极滤波器可安置在用于产生阳离子的所述源与所述DC偏转器之间，以用于选择具有所期望范围中的m/z比率(或特定m/z值)的待递送到所述DC偏转器的阳离子。
结合下文作简要描述的相关联附图参考下文详细描述，可获得本发明的各个方面的进一步理解。
附图说明
图1是描绘根据本发明教示的实施例的质谱仪的方框图，
图2A示意地描绘根据本发明教示的离子反应装置中的多个L形杆，
图2B示意地描绘根据本发明教示的离子反应装置，
图3A描绘在本发明教示的实施例中采用的用于将DC电压及RF电压施加于离子反应装置的各种组件的电路，
图3B示意地描绘图3A中所展示的系统控制器的例示性内部硬件，
图4A示意地描绘在离子积累阶段期间根据本发明的离子反应装置的实施例，
图4B展示在图4A中所描绘的积累阶段中采用的RF电势分布图及DC电势分布图，
图5是图4A中所展示的离子反应装置的另一视图，其描绘例示性阴离子及阳离子传播以积累在正离子俘获区域及负离子俘获区域中所沿的路径，
图6A示意地描绘离子处理步骤中的离子反应装置，其中将阴离子及阳离子同时俘获在相应俘获区域中，
图6B展示在图6A中所展示的离子处理步骤中采用的RF电势分布图及DC电势分布图，
图7A示意地描绘离子处理步骤中的离子反应装置，其中阴离子及阳离子经历离子-离子反应，
图7B展示在图7A中所描绘的离子-离子反应阶段期间采用的RF电势分布图及DC电势分布图，
图8A示意地描绘离子处理步骤中的离子反应装置，其中阴离子是从所述装置射出，
图8B展示在图8A中所描绘的离子处理步骤期间采用的RF电势分布图及DC电势分布图，
图9A示意地描绘离子处理步骤中的离子反应装置，其中产物阳离子是从所述装置提取，
图9B展示在图9A中所描绘的离子处理步骤期间采用的RF电势分布图及DC电势分布图，
图10示意地描绘用于产生具有相同频率的轴向RF电压及径向RF电压以用于施加于离子反应装置的杆的例示性电路，
图11示意地描绘用于产生具有不同频率的轴向RF电压及径向RF电压以用于施加于离子反应装置的杆的例示性电路，
图12示意地描绘本发明教示的实施例，其中采用两个四极RF滤波器来选择将递送到离子反应装置的所关注阴离子及阳离子，
图13示意地描绘根据本发明教示的离子反应装置的实施例，其中采用被施加对应于所关注阴离子及阳离子的RF时效频率的四极透镜来选择将递送到所述反应装置的那些阴离子及阳离子。
具体实施方式
本发明大体上涉及用于执行质谱分析的质谱仪及方法。根据本发明教示的质谱仪可包含离子反应装置(本文中也称为嵌合体阱)，所述离子反应装置采用DC偶极场以将从一或多个上游离子源接收的阴离子及阳离子导向到不同俘获区域中。随后，可释放及混合经俘获阴离子及阳离子。如下文更详细论述，阴离子及阳离子的混合可导致离子-离子相互作用，其可产生产物离子以便由质谱仪的下游组件分析。
在本文中，使用与其普通意义一致的各种术语。在本文中，术语“约”用来表示至多5％的变化。
图1示意地描绘根据本发明的实施例的质谱仪1，其包含用于产生不同电荷极性的离子的多个离子源2及3。在一个实施例中，离子源2产生阴离子(例如，试剂分子的阴离子)，且离子源3产生阳离子(例如，前体分子的阳离子)。例如，离子偏转器4经由其多个入口端口从离子源2及3接收离子，并将离子合并成由下游离子聚焦装置5(例如，四极离子透镜)接收的离子束，所述下游离子聚焦装置5使离子径向聚焦。根据本发明教示且下文更详细论述的离子反应装置6从离子透镜5接收包含不同极性离子的离子束。所述反应单元采用DC偶极电场以在空间上分离不同极性离子且将阳离子及阴离子转移到单独俘获区域中。在单独俘获区域中，在RF电势最小值下俘获离子使得由RF场的解离激发减小。随后，可释放及混合经俘获离子。在一些实施例中，离子混合可导致离子-离子相互作用(例如电子转移解离(ETD)或质子转移反应(PTR))，以产生产物离子。然后，可从反应单元提取产物离子并将产物离子导向到质量分析器7。质量分析器可包含各种元件，包含用于检测离子且产生信息以用于获得产物离子的质谱的检测器。
参考图2A及2B，在根据本发明教示的实施例的质谱仪中使用的离子反应装置10包含：八个大致L形杆(本文中也称为电极)L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7及L8，其被排列为相对于彼此而堆叠以提供离子可传递通过的轴向离子传递区域(轴向通路或轴向通道)12的两对下电极(L1到L4)及两对上电极(L5到L8)；及两个三维离子俘获区域(本文中也称为俘获端口)18及20，其中可同时俘获不同极性离子，如下文更详细论述。轴向通路12包含：离子注入部分(本文中也称为离子注入端口)12a，其通过反应装置的离子注入端口14接收多个离子；及离子射出部分(本文中也称为离子射出端口)12b，离子可通过其经由离子射出端口16而退出反应。
每个L形电极包含：纵向部分，其沿反应装置的纵轴(A)(本文中也称为注入轴)延伸；及横向部分，其基本上垂直于纵向部分延伸。在一些实施例中，每个电极可具有约5mm或更长的范围中的纵向尺寸(即，沿纵轴A的尺寸)(L)；及约5mm或更长的范围中的横向尺寸(即，垂直于纵轴A的尺寸)(W)。在一些实施例中，每对下电极(L1到L4)及每对上电极(L5到L8)与所述对的相应电极径向分离达距离(2R)，其中R是在约2mm到约10mm的范围中。在此实施例中，L形杆展现90°尖锐弯头。在其它实施例中，弯头可包含平滑曲率半径。在另外其它实施例中，可采用具有其它形状的非线性杆。例如，杆可在连接结处包含形成除90°外的角的两个部分。
俘获区域18经由近端开口18a与轴向通路12连通，且径向延伸到远端开口18b。俘获区域20经由近端开口20a与轴向通路12连通，且径向延伸到远端开口20b。
继续参考图2B，反应装置10进一步包含多个透镜1、2、3、4及5。透镜1呈导电板的形式且安置在接近远端开口18b处。如下文更详细论述，透镜1可经偏压(例如，经由适当DC电压的施加)以阻止经俘获离子从俘获端口18离开。透镜2也呈导电板的形式且安置在接近离子俘获端口20的远端开口20b处。透镜2可经偏压(例如，经由适当DC电压的施加)以阻止经俘获离子从俘获端口20离开。透镜3呈具有中心孔口的导电板的形式，所述中心孔口用作离子注入端口14，离子可传递通过离子注入端口14以进入轴向区域12的注入端口12a。透镜4也呈具有中心孔口的导电板的形式，所述中心孔口用作离子射出端口16，离子(例如，如下文所论述的产物离子)可在传递通过射出端口12b之后通过离子射出端口16离开反应装置10。如下文更详细论述，在各个离子处理阶段期间，透镜3及4可被偏压(例如，经由适当DC电压的施加)或被保持在接地电势，以促进将离子轴向俘获在电极之间的空间中或以促进将离子注入到反应装置10中及将离子从反应装置10射出。呈板的形式的透镜5安置在通路12的中心区域中且接近俘获区域18及20的近端端口18a及20a。如下文更详细论述，透镜5可在某些离子处理阶段期间保持在接地电势且可在其它阶段期间(例如，通过适当DC电压的施加)经偏压，例如以帮助将经俘获离子容纳在俘获端口18及20内，如下文更详细论述。
参考图3A，反应装置10进一步包含DC电压源300，所述DC电压源300在其一个端子处电连接到电极L1、L4、L5及L8(本文中统称为第一电极组)且在另一端子处电连接到电极L2、L3、L6及L7(本文中统称为第二电极组)，以便在第一电极组与第二电极组之间施加DC电势差以在轴向通路中产生偶极DC电场，以便当不同极性离子传递通过注入端口时在空间上分离所述离子并将一种极性离子导向到俘获区域中的一者中且将相反极性离子导向到另一俘获区域中。另外，DC偏压可在俘获区域18及20中提供稳定俘获电势。在一些实施例中，横跨第一电极组及第二电极组施加的DC电压可例如在约3伏特(V)到约7V的范围中。
继续参考图3A，DC电压源301可将DC电压施加于透镜5，DC电压源302可将DC电压施加于透镜1，DC电压源303可将DC电压施加于透镜2，且DC电压源304可将DC电压施加于透镜3。在一些实施例中，施加于透镜1、2、3、4及5的DC电压可在约-10V到约+10V的范围中。此外，RF源305例如在传递离子通过轴向通路12期间将RF电压施加于电极L1到L8以便提供离子的径向(即，在垂直于图2B中所展示的纵轴(A)的方向上)局限(俘获)。另一RF源306可在某些离子处理阶段期间将RF电压施加于电极L1到L8以便提供离子的轴向俘获。在此实施例中，虽然由RF源305施加于电极L1到L8的RF电压的相位可不同以提供经配置以用于离子的径向俘获的AC电场，但由RF源306施加于电极L1到L8的RF电压的相位可相同。
在一些实施例中，由RF源305施加于电极的RF电压的频率可在约200kHz到约1MHz的范围中，且电压的均方根(rms)振幅可在约50伏特到约200伏特的范围中。此外，由RF源306施加于电极的RF电压的频率可在约200kHz到约1MHz的范围中，且电压的rms振幅可在约50伏特到约200伏特的范围中。
系统控制器307控制RF电压及DC电压于电极L1到L8以及透镜1到5的施加。控制器307可调整在不同离子处理阶段期间施加于此些元件的电压以促进离子到反应装置10中的注入、离子俘获、离子混合及产物离子射出，如下文更详细论述。
通过进一步说明，图3B描绘可用来实施系统控制器307的例示性内部硬件的方框图。总线307a使硬件的其它所说明组件互连。中央处理单元(CPU)307b执行用于执行如本文中所论述的各个离子处理步骤的指令。指令可包含调整施加于根据本发明教示的离子反应装置的杆及透镜的DC电压及RF电压。只读存储器(ROM)307c及随机存取存储器(RAM)307d可用来存储指令。选用接口307e可允许来自总线307a的信息显示在显示器307f上。通信端口307g允许与外部装置通信。硬件还可包含可允许从输入装置(例如键盘307i或其它输入装置307j)接收数据的接口307h。
在一些实施例中，多个上游偏转器及离子导向器用来将离子从多个离子源(例如，源生试剂离子及源生前体离子)引进到反应装置10中。举例来说，图4A示意地描绘具有用于从两个不同离子源接收离子的两个入口端口400a及400b的上游四极DC偏转器400。在此实施例中，入口端口400a从负离子源402接收多个负离子(例如，试剂阴离子)且入口端口400b从正离子源404接收多个正离子(例如，前体阳离子)。四极DC偏转器400包含相对于彼此安置以在其间提供离子可流动通过的通道的四个杆R1、R2、R3及R4。施加于DC偏转器的杆的多个DC电压可在杆之间的区域中产生经配置以使正离子及负离子两者偏转到出口端口400c的四极电场。以此方式，正离子及负离子合并且同时离开四极偏转器400到下游四极离子导向器Q1中。应了解，DC四极偏转器400的使用是任选的，且在其它实施例中，可利用用于将正离子及负离子引进到反应装置中的其它技术。
可采用各种不同类型的离子源。合适离子源的一些实例尤其包含但不限于电喷雾离子化(“ESI”)源、解吸附电喷雾离子化(“DESI”)源，或超声喷雾离子化(“SSI”)源、大气压化学离子化(APCI)源及化学离子化(CI)源。
继续参考图4A，在使用时，在初始步骤1(积累步骤)中，四极离子导向器Q1从四极偏转器400接收经合并正离子及负离子。通过将适当RF电压施加于四极离子导向器Q1的杆，所述四极离子导向器Q1可经配置以用作用于不加区别地传输离子(例如，传输具有广范围内的m/z比率的离子)的离子导向器，或所述四极离子导向器Q1可经配置以用作允许传输具有仅在所期望范围中(或处于特定值)的m/z比率的离子且移除具有所述范围外的m/z比率的离子的质量选择滤波器。在一些实施例中，Q1离子导向器经配置以基本上径向局限从离子源接收的所有离子并将所述离子传输到后续下游元件。例如，如图4B中所描绘，施加于离子导向器Q1的杆的RF电压可在靠近所述导向器的中心轴处产生具有最小值的正离子及负离子的伪电势以将离子径向局限在靠近中心轴的区域中。在此实施例中，传递通过Q1离子导向器的离子传递通过透镜3以进入反应装置。
继续参考图4A以及图4B及5，在离子积累阶段期间，关闭轴向俘获RF电压，使透镜3、4及5接地，且经由适当DC电压的施加而使透镜1及2偏压，如下文所论述。DC偶极电场在空间上分离同时注入的阳离子与阴离子。更具体来说，在此实施例中，DC偶极电场造成阴离子通过偶极DC电压朝向保持在较高正电势的电极组移动且造成阳离子朝向另一电极组移动。在此实例中，假设阴离子具有182的m/z且假设阳离子具有582的m/z。如图4B中所展示，施加于电极L1到L8的RF径向局限电压在接近所述电极处提供具有最小值的伪电势以确保阴离子及阳离子沿径向分离路径轴向移动通过注入端口12a而不碰撞电极表面。
一旦离子到达注入端口12a的远端(即，在透镜5附近)，经施加偶极DC场便造成阴离子进入俘获端口18且造成阳离子进入俘获端口20。DC电压于透镜1及2的施加可确保进入俘获端口18及20的阴离子及阳离子保持局限在所述区域中。换句话来说，所得电场将防止离子离开俘获端口18及20的力施加于所述离子。举例来说，施加于透镜1的负DC电压(例如，约3V到约7V的范围中的电压)可产生将斥力施加于存在于俘获端口18中的阴离子以防止所述阴离子经由开口18b离开所述俘获端口的电场。此外，施加于透镜2的正DC电压(例如，约3V到约7V的范围中的电压)可产生将斥力施加于存在于俘获端口20中的阳离子以防止所述阳离子经由开口20b离开所述端口的电场。
图4B示意地描绘在积累步骤期间的RF伪电势分布图及DC电势分布图，其指示用于分别局限阴离子及阳离子的俘获区域18及20的中心处的电势最小值。阴离子及阳离子继续积累在俘获端口18及20内达所期望时间周期。在一些实施例中，积累步骤持续达约1毫秒到约100毫秒(msec)的范围中的时间周期。
参考图6A及6B，在后续步骤2中，开启轴向俘获RF，同时保持透镜3、4及5接地。如先前步骤中那样使透镜1及2偏压，且保持DC偶极场开启。在此步骤中，保持阴离子俘获在俘获区域18中且保持阳离子俘获在俘获区域20中。换句话来说，将负离子及正离子同时俘获在反应装置10的不同区域中。图6B展示为在此步骤中同时局限负离子及正离子呈现的RF伪电势分布图及DC电势分布图。
根据本发明教示将离子俘获在俘获端口18及20内可有利地防止离子的热致解离(CID)，因为在无DC场的情况下由四极RF场将经俘获离子稳定地局限在径向方向上。
参考图7A及7B，在另一步骤3中(反应周期)，从俘获区域释放阳离子及阴离子以彼此混合在轴向通道的中心区域中。更具体来说，关闭偶极DC电压，且使透镜1到5接地，同时保持径向RF俘获电压及轴向RF俘获电压开启。图7B示意地展示在此反应步骤期间的RF伪电势分布图以及DC电势分布图，其说明靠近其纵轴的轴向通路的中心区域中的电势最小值，阴离子及阳离子可落在所述中心区域中以彼此混合。
在一些实施例中，阳离子及阴离子的此混合可导致电子转移解离(ETD)。ETD过程可通过与带相反电荷的试剂离子的离子相互作用产生产物离子。在ETD中，通常通过前体离子与相反电荷的试剂离子的离子/离子反应而放出或失去电子。在ETD中，肽及朊离子解离可引起产物c型离子及z型离子且引起保留经历肽主链的大规模裂解的前体肽的后转译修饰。在一些实施例中，阳离子及阴离子的混合可导致质子转移反应(PTR)，其中试剂阴离子可造成前体阳离子的非解离电荷减少。
参考图8A及8B，在步骤4中，从反应装置10射出阴离子。更举例来说，关闭轴向俘获RF电压，同时保持径向俘获RF开启。此外，经由适当DC电压于透镜1到5的施加而使所述透镜偏压，以吸引阴离子且排斥阳离子。图8B中展示所得RF伪电势分布图及DC电势分布图。如此图中所展示，阳离子继续良好地保持在轴向通道中心处的电势同时阴离子被吸引到透镜1到5且被所述透镜捕捉，且因此被移除。
参考图9A及9B，在步骤5中(产物提取)，从反应装置10提取在混合步骤期间产生的带正电荷的产物离子且将所述产物离子传输到质谱仪的下游组件以便分析。更具体来说，在此步骤中，保持轴向俘获RF电压关闭，同时保持径向俘获RF电压开启。保持透镜1、2、4及5如先前步骤中那样偏压，同时切换施加于透镜4的DC偏压的极性以便产生用于朝向透镜4将产物阳离子吸引到射出端口12b中的轴向DC电场。图9B中展示所得RF伪电势分布图及DC电势分布图，其说明产物阳离子移动通过射出端口12b以传递通过透镜4的中心孔口且由下游离子透镜Q2接收。可为例如RF四极透镜的透镜Q2可将产物离子导向到下游元件，例如分析器。
在一些实施例中，施加于电极L1到L8的轴向俘获RF电压及径向俘获RF电压的频率可相同。举例来说，图10示意地描绘用于产生具有相同频率的轴向RF电压及径向RF电压的例示性电路。更具体来说，信号产生器1000(例如，在此实例中是正弦波产生器)产生具有例如约200kHz到约1MHz的范围中的频率(例如，在此实例中是500kHz)的RF波形。由产生器1000产生的波形经由多个放大器(例如RF放大器1003及1004)施加于两个变压器1001及1002。变压器1001的输出提供RF径向俘获电压且变压器1002的输出提供RF轴向俘获电压。多个电容器C3到C6及多个电阻器R1到R4用来将DC电压及RF电压两者施加于不同电极。在此实施例中，施加于电极的轴向俘获RF电压具有相同相位，而施加于电极的径向俘获RF电压的相位可在相邻电极之间变化。电容器C1及C2用于调谐谐振频率。在一些实施例中，轴向RF俘获电压及径向RF俘获电压的rms振幅可相同。在其它实施例中，轴向RF俘获电压及径向RF俘获电压的rms振幅可不同。例如，变压器的初级绕组及次级绕组的比率可经调整以获得轴向RF俘获电压及径向RF俘获电压的不同rms振幅。
在其它实施例中，轴向RF俘获电压及径向RF俘获电压可具有不同频率。举例来说，图11示意地描绘用于产生不同频率的轴向RF俘获电压及径向RF俘获电压的电路。两个RF信号产生器1101及1102产生不同频率的RF波形。在此实例中，信号产生器1101产生频率是357kHz的RF波形，且信号产生器1102产生频率是499kHz的RF波形。由产生器1101产生的波形经由RF放大器1104施加于变压器1103，且由产生器1102产生的波形经由RF放大器1106施加于变压器1105。变压器1105的输出提供径向RF俘获电压，且变压器1103的输出提供轴向RF俘获电压。多个电容器C3到C6及多个电阻器R1到R4用来将DC电压及RF电压两者施加于不同电极。在此实施例中，施加于电极的轴向俘获RF电压具有相同相位，而施加于电极的径向俘获RF电压的相位可在相邻电极之间变化。电容器C1及C2用于调谐谐振频率。在一些实施例中，轴向RF俘获电压及径向RF俘获电压的rms振幅可相同。在其它实施例中，轴向RF俘获电压及径向RF俘获电压的rms振幅可不同。例如，变压器的初级绕组及次级绕组的比率可经调整以获得轴向RF俘获电压及径向RF俘获电压的不同rms振幅。
在一些实施例中，一或多个四极质量滤波器可安置在反应装置的上游以从由一或多个离子源产生的多个不同类型的阴离子及阳离子(例如，具有不同m/z比率的阴离子及阳离子)选择所关注阴离子及阳离子。举例来说，图12示意地描绘本发明教示的实施例，其中四极RF滤波器1200从离子源1201接收多个试剂阴离子，且另一四极RF滤波器1202从另一离子源1203接收多个前体阳离子。
四极RF滤波器1200可经由适当RF电压于其杆的施加而配置，以提供用于传递具有所期望m/z比率或特定范围内的m/z比率的所关注阴离子的稳定轨迹，且通过使其它阴离子经受不稳定轨迹而滤出所述其它阴离子。相似地，四极RF滤波器1202可经由适当RF电压于其杆的施加而配置，以提供用于传递具有所期望m/z比率或特定范围内的m/z比率的所关注阳离子的稳定轨迹，且通过使其它阳离子经受不稳定轨迹而滤出所述其它阳离子。
阴离子及阳离子分别传递通过RF滤波器1200及1203，且进入四极DC偏转器400并以上文结合先前实施例所论述的方式偏转到反应装置10中。
在一些实施例中，安置在经配置以从多个离子源接收离子的DC偏转器的下游且安置在根据本发明教示的离子反应装置的上游的RF四极滤波器可经配置以允许传递特定的所关注阴离子及阳离子，同时滤出其余阴离子及阳离子。举例来说，图13展示此一实施例，其中与上文结合图4B及5所论述的实施例相似，四极离子导向器Q1安置在离子偏转器400与离子反应装置10之间。施加于离子导向器Q1的四极杆的RF频率经选择以分别对应于所关注试剂阴离子及前体阳离子的时效频率(fa)及(fc)。换句话来说，时效频率fa可提供具有所期望范围中的m/z比率(或特定值)的试剂阴离子的稳定轨迹，且时效频率fc可提供具有所期望范围中的m/z比率(或特定值)的前体阳离子的稳定轨迹。以此方式，将所关注试剂阴离子及前体阳离子传输到下游离子反应装置10以便以上文所论述的方式处理。
在一些实施例中，可采用单离子源而非两个离子源来产生阴离子及阳离子两者。例如，或者可将试剂分子及前体分子引进到离子源中且可在不同时间周期中切换离子源中采用的电压的极性，使得在一个时间周期期间产生前体离子的阳离子且在另一时间周期中产生试剂分子的阴离子。
所属领域的一般技术人员将明白，在不背离本发明的范围的情况下，可对上述实施例作出各种变化。

Claims (20)

1.一种离子反应装置，其包括：
用于接收多个离子的离子注入入口及离子可通过其离开所述装置的离子射出出口；
多个非线性杆，其是相对于彼此而安置以便提供经配置以经由所述离子注入入口接收多个阴离子及阳离子的轴向区域以及与所述轴向区域连通的多个俘获区域，所述阴离子及阳离子可被局限在所述俘获区域中；及
DC电压源，其经调适以横跨所述杆中的至少两者施加DC电压以便在所述轴向区域的至少一部分内产生电场以用于在空间上分离所述经接收阴离子与阳离子并将所述阴离子导向到所述俘获区域中的一者中且将所述阳离子导向到所述俘获区域中的另一者中。
2.根据权利要求1所述的离子反应装置，其中所述非线性杆是L形杆。
3.根据权利要求2所述的离子反应装置，其中所述L形杆包括一对四极杆组。
4.根据权利要求1所述的离子反应装置，其中所述杆组是相对于彼此而堆叠使得一组中的每个杆安置在另一组的相应杆下方且与另一组的相应杆基本上对齐。
5.根据权利要求4所述的离子反应装置，其中所述L形杆中的每个包含纵向部分及相对于所述纵向部分形成角的横向部分。
6.根据权利要求5所述的离子反应装置，其中所述轴向区域在空间上是由所述杆的所述纵向部分界定。
7.根据权利要求6所述的离子反应装置，其中所述多个俘获区域包括在空间上由所述杆的所述横向部分界定的两个俘获区域，所述俘获区域中的每个从与所述轴向区域连通的近端开口延伸到远端开口。
8.根据权利要求7所述的离子反应装置，其进一步包括第一透镜及第二透镜，其中所述透镜中的一者安置成接近所述俘获区域中的一者的所述远端开口，且所述透镜中的另一者安置成接近另一俘获区域的所述远端开口，所述透镜经调适以用于将DC偏压施加于其以促进将所述阴离子及阳离子俘获在所述俘获区域中的相应者中。
9.根据权利要求8所述的离子反应装置，其进一步包括第三透镜，所述第三透镜安置在所述多个杆的上游且经调适以用于将DC电压施加于所述多个杆，其中所述第三透镜包括具有孔口的板，所述孔口形成所述离子注入入口。
10.根据权利要求9所述的离子反应装置，其进一步包括第四透镜，所述第四透镜安置在所述多个杆的下游且经调适以用于将DC电压施加于所述多个杆，其中所述第四透镜包括具有孔口的板，所述孔口形成所述离子射出出口。
11.根据权利要求10所述的离子反应装置，其进一步包括第五透镜，所述第五透镜安置在所述轴向区域中且接近所述俘获区域的所述近端开口。
12.根据权利要求1所述的离子反应装置，其中所述DC电压源在一个端子处连接到所述电极的子组且在另一端子处连接到所述电极的另一子组以便在所述轴向区域的至少一部分中产生偶极电场，且在所述DC电压源的每个端子处连接到所述四极对中的一者的两个杆且连接到另一四极对的两个杆，其中一对的所述两个杆是相对于另一对的所述两个杆垂直堆叠，以便在所述轴向区域的至少一部分中产生偶极电场。
13.根据权利要求1所述的离子反应装置，其进一步包括第一RF源，所述第一RF源用于将RF电压施加于所述杆，所述杆经配置以提供所述阴离子及阳离子的径向局限。
14.根据权利要求13所述的离子反应装置，其进一步包括第二RF源，所述第二RF源用于将RF电压施加于所述杆，所述杆经配置以提供所述阴离子及阳离子的轴向局限。
15.根据权利要求14所述的离子反应装置，其中所述第一RF源及第二RF源经配置以将具有相同频率及不同频率中的一者的RF电压施加于所述杆。
16.一种质谱仪，其包括：
多个离子源，其中所述源中的至少一者经调适以产生阴离子且所述源中的另一者经调适以产生阳离子；
离子反应装置，其经配置以接收所述阴离子及阳离子，所述反应装置包括：
用于接收多个离子的离子注入入口及离子可通过其离开所述装置的离子射出出口；
多个非线性杆，其是相对于彼此而安置以便提供经配置以经由所述离子注入入口接收多个阴离子及阳离子的轴向区域以及与所述轴向区域连通的多个俘获区域，所述阴离子及阳离子可被局限在所述俘获区域中；及
DC电压源，其经调适以横跨所述杆中的至少两者施加DC电压以便在所述轴向区域的至少一部分内产生电场以用于在空间上分离所述经接收阴离子与阳离子并将所述阴离子导向到所述俘获区域中的一者中且将所述阳离子导向到所述俘获区域中的另一者中；
DC偏转器，其安置在所述反应装置的上游，所述偏转器具有用于分别从所述离子源接收所述阴离子及阳离子的第一入口端口及第二入口端口且具有与所述反应装置连通的出口端口；
其中所述DC偏转器经配置以将所述经接收阴离子及阳离子导向到所述出口端口。
17.根据权利要求16所述的质谱仪，其中所述DC偏转器包括四极DC偏转器。
18.根据权利要求17所述的质谱仪，其进一步包括四极透镜，所述四极透镜安置在所述DC偏转器与所述反应装置之间以用于选择具有在所期望范围中的m/z比率的阳离子及阴离子。
19.根据权利要求17所述的质谱仪，其进一步包括四极透镜，所述四极透镜安置在用于产生阴离子及阳离子中的一者的所述源与所述DC偏转器之间，以用于选择具有在所期望范围中的m/z比率的阴离子及阳离子中的一者供递送到所述DC偏转器。
20.一种在质谱仪中使用的离子反应装置，其包括：
多个非线性电极，所述多个非线性电极中的每个包含纵向段及与所述纵向段形成非零角的横向段，所述电极是相对于彼此而安置使得所述电极的纵向段在其间提供具有用于从一或多个上游离子源接收多个阴离子及阳离子的离子注入端口的轴向区域，且所述横向段提供其中可俘获离子的多个区域；
DC电压源，其经配置以横跨所述电极中的至少两者施加电压以便在所述轴向区域的至少一部分内产生DC电场以用于当所述阴离子及所述阳离子传播通过所述注入端口时在空间上分离所述阴离子与所述阳离子，并将所述阴离子导向到所述俘获区域中的一者中且将所述阳离子导向到所述俘获区域中的另一者中。
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