CN107408488A

CN107408488A - 用以增强质谱仪稳健性的rf/dc滤波器

Info

Publication number: CN107408488A
Application number: CN201680016365.0A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·黑格
Original assignee: DH Technologies Development Pte Ltd
Current assignee: DH Technologies Development Pte Ltd
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2017-11-28
Also published as: US10741378B2; US20180096832A1; CA2976763A1; EP3278352A1; WO2016157032A1; EP3278352A4; JP6774958B2; JP2018511917A

Abstract

本文中所描述的系统及方法利用多极离子导引件，所述多极离子导引件可从离子源接收供传输到下游质量分析器的离子，同时阻止不想要的/干扰/污染离子被传输到质谱仪系统的高真空室中。在各种方面中，可将RF及/或DC信号提供到插置于四极杆组内的辅助电极以便控制或操纵离子从所述多极离子导引件的所述传输。

Description

用以增强质谱仪稳健性的RF/DC滤波器

相关申请案

本申请案主张2015年4月1日提出申请的美国临时申请案第62/141,466号的优先权的权益，所述临时申请案的全部内容据此以引用的方式并入。

技术领域

本发明涉及质谱法，且更特定来说涉及利用用于传输离子的多极离子导引件的方法及设备。

背景技术

质谱法(MS)是用于利用定量及定性应用两者确定测试物质的元素组成的分析技术。举例来说，MS可用于识别未知化合物、确定分子中的元素的同位素组成且通过观察特定化合物的碎裂而确定所述特定化合物的结构，以及量化样本中的特定化合物的量。

在质谱法中，样本分子通常使用离子源来转换成离子且接着由一或多个质量分析器进行分离及检测。针对大多数大气压离子源，离子在进入安置于真空室中的离子导引件之前通过入口孔。在常规质谱仪系统中，当离子输送到质量分析器安置于其中的后续较低压力真空室中时，施加到离子导引件的射频(RF)信号提供沿着离子导引件的中心轴的碰撞冷却及径向聚焦。由于在大气压下进行离子化(例如，通过化学离子化、电喷雾)通常是使样本内的分子离子化的高度高效手段，因此可以高丰度形成所关注分析物的离子以及干扰/污染离子及中性分子。尽管可期望增加离子源与离子导引件之间的入口孔的大小以增加进入离子导引件的所关注离子的数目(借此可能增加MS仪器的灵敏度)，但此配置可同样允许较多不想要的分子进入真空室及位于高真空室(其中所关注离子的轨迹由电场精确地控制)内部深处的可能下游质量分析器级。传输不期望离子及中性分子可堵塞/污染这些下游元件，借此干扰质谱分析及/或导致对高真空室内的关键组件进行清洁所必需的经增加成本或经降低吞吐量。由于利用当前大气压离子化源进行分析的基于生物学的样本的较高样本载荷及污染性质，因此维持清洁质量分析器仍为关键问题。

因此，需要用于减小下游质量分析器中的污染的经改进方法及系统。

发明内容

根据申请人的教示的各种实施例的方面，提供一种质谱仪系统，所述质谱仪系统包括：离子源，其用于产生离子；及离子导引室，其具有用于接收由所述离子源产生的所述离子的入口孔及用于将离子从所述离子导引室传输到装纳至少一个质量分析器(例如，三重四极、线性离子阱、四极飞行时间、轨道阱(Orbitrap)或其它傅里叶变换质谱仪等)的真空室中的至少一个出口孔口。根据各种方面，全部以非限制性实例方式，可使所述离子导引室维持处于在从约1毫托到约10毫托的范围内的压力，而可使所述真空室维持处于较低压力(例如，小于1×10^-4托、约5×10^-5托)。在一些方面中，可使所述离子导引室维持处于一压力，使得所述四极杆的压力×长度大于2.25×10^-2托-厘米(Torr-cm)。所述系统还可包括安置于所述离子导引室中的多极离子导引件，所述多极离子导引件包括：i)四极杆组，其从邻近所述入口孔安置的近端延伸到邻近所述出口孔口安置的远端，所述四极杆组包括第一对杆及第二对杆，其中每一杆与中心纵向轴间隔开且与所述中心纵向轴并排地延伸，及ii)多个辅助电极(例如，T形电极)，其与所述中心纵向轴间隔开且沿着所述四极杆组的至少一部分与所述中心纵向轴并排地延伸(例如，所述辅助电极的长度如果小于所述四极杆组的长度的约50％、约33％、约10％)。在各种方面中，所述多个辅助电极插置于所述四极杆组的所述杆之间，使得所述辅助电极通过所述四极杆组的杆而彼此分离且使得所述辅助电极中的每一者邻近于所述第一对杆中的单个杆及所述第二对杆中的单个杆。在各种方面中，所述系统还包括耦合到所述多极离子导引件的电力供应器，所述电力供应器可操作以将第一RF电压以第一频率且以第一相位提供到所述第一对杆，将第二RF电压以等于所述第一频率的第二频率且以与所述第一相位相反的第二相位提供到所述第二对杆，且将大体上相同辅助电信号提供到所述辅助电极中的每一者。以实例方式，所述电力供应器可包括可操作以将所述第一RF电压提供到所述第一对杆的第一电压源、可操作以将所述第二RF电压提供到所述第二对杆的第二电压源，以及可操作以将RF电压及/或DC电压提供到所述辅助电极的至少一个辅助RF电压源。在各种实施例中，多极离子导引件可用作质谱仪系统中的Q0。

根据本发明教示的各种方面，所述辅助电信号可为与所述四极杆组所维持处于的DC偏移电压不同的DC电压。在一些相关方面中，举例来说，所述系统还可包括控制器，所述控制器经配置以：i)调整提供到所述辅助电极的所述DC电压以便使从所述多极离子导引件传输的离子衰减；ii)调整提供到所述辅助电极的所述DC电压以便调整从所述多极离子导引件传输的离子的m/z范围；及/或iii)调整以下各项中的至少一者：提供到所述第一对杆的所述第一RF电压、施加到所述第二对杆的所述第二RF电压及提供到所述辅助电极的所述DC电压，使得大体上无任何离子被传输到所述真空室中(例如，停止通过所述出口孔口从所述多极离子导引件的传输)。举例来说，通过调整电压，所述多极离子导引件可经配置以传输从所述离子源接收的离子的小于5％、小于2％、小于1％或0％。

根据本发明教示的各种方面，所述辅助电信号可另外或替代地包括RF信号，例如处于第三频率(例如，不同于所述第一频率)且呈第三相位的RF电压。在相关方面中，所述辅助电信号可包括RF信号及与所述四极杆组所维持处于的DC偏移电压不同的DC电压两者。

在各种方面中，所述电力供应器可进一步可操作以将补充电信号提供到所述四极杆组的所述杆中的至少一者，所述补充电信号为DC电压及/或AC激励信号中的一者。以实例方式，所述电力供应器可操作以将补充电信号提供到所述四极杆组以便产生双极DC场、四极DC场或使用与离子束中的离子中的一些离子共振或几乎共振的补充AC场的共振激励。

根据本发明教示的各种方面，所述辅助电极可具有多种配置。以实例方式，所述辅助电极可为圆形或T形的。在一些方面中，T电极可沿着其整个长度具有恒定T形横截面面积。在各种方面中，所述辅助电极可具有小于四极杆组的长度的一半(例如，小于33％、小于10％)的长度，且可沿着所述四极杆组的长度被安置于各种位置处(例如，所述四极杆组的近端三分之一、中间三分之一或远端三分之一中的任一者处)。在一些方面中，所述系统可包括沿着所述四极杆组的长度彼此轴向偏移的两组辅助电极。在相关方面中，举例来说，所述电力供应器可操作以将大体上相同第二辅助电信号提供到第二辅助电极组的电极中的每一者，其中所述第二辅助电信号不同于提供到第一辅助电极组的辅助信号。以非限制性实例方式，施加到所述第一辅助电极组的所述辅助信号可包括与所述四极杆组所维持处于的DC偏移电压不同的DC电压，而第二辅助信号可包括RF信号。

根据申请人的教示的特定实施例的各种方面，提供一种处理离子的方法，所述方法包括：通过离子导引室的入口孔接收由离子源产生的离子；及通过安置于所述离子导引室中的多极离子导引件传输离子，所述多极离子导引件包括：i)四极杆组，其从邻近所述入口孔安置的近端延伸到邻近所述离子导引室的出口孔口安置的远端，所述四极杆组包括第一对杆及第二对杆，其中每一杆与中心纵向轴间隔开且与所述中心纵向轴并排地延伸，及ii)多个辅助电极，其与所述中心纵向轴间隔开且沿着所述四极杆组的至少一部分与所述中心纵向轴并排地延伸。所述多个辅助电极插置于所述四极杆组的所述杆之间，使得所述辅助电极通过所述四极杆组的杆而彼此分离且使得所述辅助电极中的每一者邻近于所述第一对杆中的单个杆及所述第二对杆中的单个杆。所述方法还可包括：将第一RF电压以第一频率且以第一相位施加到所述第一对杆；将第二RF电压以等于所述第一频率的第二频率且以与所述第一相位相反的第二相位施加到所述第二对杆；及将大体上相同辅助电信号施加到所述辅助电极中的每一者。可通过所述出口孔口将离子从所述多极离子导引件传输到装纳至少一个质量分析器(例如，三重四极、线性离子阱、四极飞行时间、轨道阱或其它傅里叶变换质谱仪等)的真空室中。在一些方面中，所述方法还可包括：使所述离子导引室维持处于在从约1毫托到约10毫托的范围内的压力，所述压力可高于下游真空室所维持处于的压力(例如，小于1×10^-4托、约5×10^-5)。在一些方面中，可使所述离子导引室维持处于一压力，使得所述四极杆的压力×长度大于2.25×10^-2托-厘米。

根据各种方面，将大体上相同辅助电信号施加到所述辅助电极中的每一者的步骤可包括将与所述四极杆组所维持处于的DC偏移电压不同的DC电压施加到多个电极中的每一者。在相关方面中，举例来说，所述方法可进一步包括：调整提供到所述辅助电极的所述DC电压以便使从所述多极离子导引件传输的离子衰减(例如，以减小离子电流)及/或调整从所述多极离子导引件传输的离子的m/z范围。在一些方面中，所述方法可进一步包括通过调整以下各项中的至少一者而阻止通过所述出口孔口传输由所述多极离子导引件接收的离子：提供到所述第一对杆的所述第一RF电压、施加到所述第二对杆的所述第二RF电压及提供到所述辅助电极的所述DC电压。

根据本发明教示的各种方面，将大体上相同辅助电信号施加到所述辅助电极中的每一者可包括施加处于第三频率(例如，不同于所述第一频率)且呈第三相位的RF信号。在相关方面中，RF信号及与所述四极杆组所维持处于的DC偏移电压不同的DC电压两者可作为辅助电信号而施加。

在各种方面中，所述方法还可包括：将补充电信号施加到所述四极杆组的所述杆中的至少一者，所述补充电信号为DC电压及AC激励信号中的一者。以实例方式，施加到所述四极杆的所述补充电信号可有效地另外产生双极DC场、四极DC场或使用与离子束中的离子中的一些离子共振或几乎共振的补充AC场的共振激励。

在一些方面中，施加到所述辅助电极的所述辅助电信号可经选择以便促进通过所述多极离子导引件传输的离子的析散。

本文中陈述申请人的教示的这些及其它特征。

附图说明

参考附图，将依据以下进一步描述较完全地了解本发明的前述及其它目标及优点。所属领域的技术人员将理解，下文所描述的图式仅出于图解说明目的。所述图式不打算以任何方式限制申请人的教示的范围。

图1以示意图图解说明根据申请人的教示的各种实施例的一个方面的包含多极离子导引件的QqQ质谱仪系统，所述多极离子导引件包括辅助电极。

图2以示意图描绘根据本发明教示的各种方面的供在图1的质谱仪系统中使用的示范性多极离子导引件的横截面图。

图3描绘图2的多极离子导引件的一部分的示范性原型。

图4A描绘根据本发明教示的各种方面的由质谱仪系统进行处理的具有322Da的m/z的离子的示范性数据。

图4B描绘根据本发明教示的各种方面的由质谱仪系统进行处理的具有622Da的m/z的离子的示范性数据。

图4C描绘根据本发明教示的各种方面的由质谱仪系统进行处理的具有922Da的m/z的离子的示范性数据。

图5A到C描绘根据本发明教示的各种方面的由用于处理离子的质谱仪系统产生的示范性质谱。

图6A到D描绘根据本发明教示的各种方面的由用于处理离子的质谱仪系统产生的示范性质谱。

图7A到C描绘根据本发明教示的各种方面的由用于处理离子的质谱仪系统产生的示范性质谱。

图8A到F描绘根据本发明教示的各种方面的由用于处理离子的质谱仪系统产生的示范性质谱。

具体实施方式

将了解，为清晰起见，以下论述将阐明申请人的教示的实施例的各种方面，同时在方便或适当的情况下省略某些特定细节。举例来说，可稍微缩减对替代实施例中的相似或类似特征的论述。还可为简洁起见而不以任何详尽细节来论述众所周知的想法或概念。所属领域的技术人员将认识到，申请人的教示的一些实施例可不需要每个实施方案中的所具体描述细节中的某些细节，所述所具体描述细节仅在本文中陈述以提供对实施例的透彻理解。类似地，将明了，所描述实施例可在不背离本发明的范围的情况下易于根据公知常识做出更改或变化。对实施例的以下详细描述将不视为以任何方式限制申请人的教示的范围。

如本文中所使用的术语“约”及“大体上相同的”是指可在现实世界中(举例来说)通过测量或处置程序、在这些程序中通过粗心错误、在制造电元件中通过差异/故障、通过电损耗发生的数值数量的变化；以及将被所属领域的技术人员认为是等效的变化(只要此类变化不囊括现有技术所实践的已知值)。一般来说，术语“约”意指大于或小于由规定值的1/10(例如，±10％)规定的值或值范围。举例来说，将约+3V DC的电压施加到元件可意指介于+2.7V DC与+3.3V DC之间的电压。同样，其中值据称为“大体上相同的”，值可相差高达5％。不论是否被术语“约”或“大体上”相同修饰，权利要求书中所陈述的定量值包含所陈述值的等效形式，例如，可发生但将被所属领域的技术人员认为是等效形式的此类值的数值数量的变化。

尽管本文中所描述的系统、装置及方法可结合许多不同质谱仪系统使用，但图1中示意性地图解说明用于此类用途的示范性质谱仪系统100。应理解，质谱仪系统100表示根据本文中所描述的系统、装置及方法的实施例来使用的仅一个可能质谱仪仪器，且具有其它配置的质谱仪也可全部根据本文中所描述的系统、装置及方法来使用。

如图1中所描绘的示范性实施例中示意性地展示，质谱仪系统100通常包括Q-q-Q混合线性离子阱质谱仪，通常如由詹姆斯W.海格(James W.Hager)及J.C.伊夫勒布兰克(J.C.Yves Le Blanc)著作且在“质谱法中的快速通信(Rapid Communicationsin Mass Spectrometry)”(2003；17:1056-1064)中发布的标题为“使用Q-q-Q_linear离子阱(Q)质谱仪的产物离子扫描(Product ion scanning using a Q-q-Q_linear ion trap(Q)mass spectrometer)”的文章中所描述，所述文章据此以其全文引用的方式并入，且根据本发明教示的各种方面来进行修改。可根据本文中所揭示的系统、装置及方法进行修改的其它非限制性示范性质谱仪系统可存在于(举例来说)据此以其全文引用的方式并入的标题为“用于质谱仪的碰撞单元(Collision Cell for Mass Spectrometer)”的美国专利第7,923,681号中。包含但不限于本文中所描述的那些配置的其它配置及所属领域的技术人员已知的其它配置也可结合本文中所揭示的系统、装置及方法来利用。

如图1中所展示，示范性质谱仪系统100可包括离子源102、装纳于第一真空室112内的多极离子导引件120(即，Q0)、装纳于第二真空室114内的一或多个质量分析器以及检测器116。将了解，尽管示范性第二真空室114装纳三个质量分析器(即，细长杆组Q1、Q2及Q3，其由Q1与Q2之间的孔板IQ2及Q2与Q3之间的孔板IQ3分离)，但更多或更少质量分析器元件可包含于根据本发明教示的系统中。为方便起见，细长杆组Q1、Q2及Q3通常在本文中称为四极(即，其具有四个杆)，但细长杆组可具有任何其它适合多极配置，举例来说，六极、八极等。还将了解，全部以非限制性实例方式，一或多个质量分析器可为三重四极、线性离子阱、四极飞行时间、轨道阱或其它傅里叶变换质谱仪中的任一者。

如图1中所展示，示范性质谱仪系统100可另外包含一或多个电力供应器(例如，RF电力供应器105及DC电力供应器107)，所述一或多个电力供应器可由控制器103控制以便将具有RF、AC及/或DC分量的电位施加到四极杆、各种透镜及辅助电极以取决于特定MS应用而针对各种不同操作模式配置质谱仪系统100的元件。将了解，控制器103还可链接到各种元件以便提供对所执行时序序列的联合控制。因此，控制器可经配置以将控制信号提供到以协作方式对各种组件进行供应的电源以便控制质谱仪系统100，如本文中另外所论述。

Q0、Q1、Q2及Q3可安置于邻近室中，所述邻近室(举例来说)由光圈透镜IQ1、IQ2及IQ3分离且被抽空到次大气压，如此项技术中已知。以实例方式，机械泵(例如，涡轮分子泵)可用于将真空室抽空到适当压力。出口透镜115可定位于Q3与检测器116之间以控制到检测器116中的离子流。在一些实施例中，还可在相邻四极杆组对之间提供短粗杆组以促进离子在四极之间的传送。短粗杆可用作布鲁贝克(Brubaker)透镜且可帮助使与可已在邻近透镜附近形成的任何边缘场的相互作用最小化(举例来说，如果使所述透镜维持处于偏移电位的话)。以非限制性实例方式，图1描绘用以将离子流聚焦到Q1中的介于IQ1与Q1之间的短粗杆ST。类似地，举例来说，短粗杆ST包含于细长杆组Q2的上游及下游。

离子源102可为用于产生离子且根据本发明教示进行修改的任何已知或此后经开发离子源。适合于与本发明教示一起使用的离子源的非限制性实例包含大气压化学离子化(APCI)源、电喷雾离子化(ESI)源、连续离子源、脉冲离子源、电感耦合等离子体(ICP)离子源、基质辅助的激光解吸/离子化(MALDI)离子源、辉光放电离子源、电子冲击离子源、化学离子化源或光离子化离子源以及其它。

在质谱仪100的操作期间，由离子源102产生的离子可通过连续通过孔板104中的孔口及锥孔(skimmer)106(即，入口孔112a)以产生窄且高度聚焦的离子束而被提取成相干离子束。在各种实施例中，中间压力室110可位于孔板104与锥孔106之间，所述中间压力室可被抽空到大约在约1托到约4托的范围内的压力，但其它压力可用于此或用于其它目的。在一些实施例中，离子可横穿一或多个额外真空室及/或四极(例如，四极或其它RF离子导引件)以使用气体动力学与射频场的组合来提供对离子束的额外聚焦及较精细控制。

由离子源102产生的离子通过入口孔112a传输以进入多极离子导引件120(即，Q0)，所述多极离子导引件可根据本发明教示经操作以将从离子源102接收的离子的一部分传输到下游质量分析器中以用于进一步处理，同时阻止不想要的离子(例如，干扰/污染离子、高质量离子)被传输到真空室114的较低压力中。举例来说，根据本发明教示的各种方面且如下文详细地论述，多极离子导引件120可包括四极杆组130及多个辅助电极140，所述多个辅助电极沿着多极离子导引件120的一部分延伸并插置于四极杆组130的杆之间，使得在将各种RF及/或DC电位施加到多极离子导引件120的组件后，所关注离子即刻被碰撞冷却(例如，结合真空室112的压力)且通过出口孔口112b被传输到下游质量分析器中以用于进一步处理，同时可在多极离子导引件120内使不想要的离子中和，借此减少下游处理步骤中的可能污染源及/或干扰源。多极离子导引件120装纳于其内的真空室112可与机械泵(未展示)相关联，所述机械泵可操作以将所述室抽空到适合于提供碰撞冷却的压力。举例来说，可将真空室抽空到大约在约1毫托到约10毫托的范围内的压力，但其它压力可用于此或用于其它目的。举例来说，在一些方面中，可使真空室112维持处于一压力，使得四极杆的压力×长度大于2.25×10^-2托-厘米。透镜IQ1(例如，孔板)可安置于Q0的真空室与邻近室之间以将两个室112、114隔离。

在通过透镜IQ1的出口孔口112b从Q0被传输之后，离子可进入可位于真空室114中的邻近四极杆组Q1，所述真空室可被抽空到可维持低于离子导引室112的压力的压力。以非限制性实例方式，可使真空室114维持处于小于约1×10^-4托(例如，约5×10^-5托)的压力，但其它压力可用于此或用于其它目的。如所属领域的技术人员将了解，四极杆组Q1可操作为常规传输RF/DC四极质量滤波器，所述常规传输RF/DC四极质量滤波器可经操作以选择所关注离子及/或所关注离子范围。以实例方式，四极杆组Q1可具备适合于以质量分辨模式进行操作的RF/DC电压。如应了解，将Q1的物理及电性质考虑在内，所施加RF及DC电压的参数可经选择使得Q1建立具有所选择m/z比率的传输窗，使得这些离子可大部分不受扰动地横穿Q1。然而，具有落于所述窗之外的m/z比率的离子不会在四极内获得稳定轨迹且可被阻止横穿四极杆组Q1。应了解，此操作模式仅仅是Q1的一个可能操作模式。以实例方式，可使介于Q1与Q2之间的透镜IQ2维持处于比Q1高得多的偏移电位，使得四极杆组Q1操作为离子阱。以此方式，施加到进入透镜IQ2的电位可经选择性地降低(例如，质量选择性地经扫描)，使得陷获于Q1中的离子可加速到达Q2中，所述Q2(举例来说)也可操作为离子阱。

通过四极杆组Q1的离子可通过透镜IQ2且到达邻近四极杆组Q2中，所述邻近四极杆组Q2如所展示可安置于经加压隔室中且可经配置以在大约在从约1毫托到约10毫托的范围内的压力(但其它压力可用于此或用于其它目的)下操作为碰撞单元。可借助于气体入口(未展示)提供适合碰撞气体(例如，氮气、氩气、氦气等)以使离子束中的离子热化及/或碎裂。在一些实施例中，将适合RF/DC电压施加到四极杆组Q2以及进口透镜IQ2及出口透镜IQ3可提供任选质量滤波。

由Q2传输的离子可传递到邻近四极杆组Q3中，所述邻近四极杆组Q3在上游由IQ3限界且在下游由出口透镜115限界。如所属领域的技术人员将了解，四极杆组Q3可在相对于Q2的操作压力而降低的操作压力(举例来说，小于约1×10^-4托(例如，约5×10^-5托)，但其它压力可用于此或用于其它目的)下进行操作。如所属领域的技术人员将了解，Q3可以若干种方式进行操作，举例来说操作为扫描RF/DC四极或操作为线性离子阱。在通过Q3进行的处理或传输之后，离子可通过出口透镜115而被传输到检测器116中。检测器116可接着以所属领域的技术人员鉴于本文中所描述的系统、装置及方法所已知的方式进行操作。如所属领域的技术人员将了解，可使用根据本文中的教示进行修改的任何已知检测器来检测离子。

现在参考图2及3，较详细地描绘图1的示范性多极离子导引件120。首先，关于图2，以跨越图1中所描绘的辅助电极140的位置的横截面示意图描绘多极离子导引件120。如所展示及上文所述，多极离子导引件120通常包括从邻近入口孔112a安置的近端入口端延伸到邻近出口孔口112b安置的远端出口端的一组四个杆130a、b。杆130a、b环绕离子导引件120的中心轴且沿着所述中心轴延伸，借此界定离子所传输通过的空间。如此项技术中已知，形成四极杆组130的杆130a、b中的每一者可耦合到RF电力供应器，使得在中心轴的相对侧上的杆一起形成杆对，大体上相同的RF信号施加到所述杆对。即，杆对130a可耦合到第一RF电力供应器，所述第一RF电力供应器将第一RF电压以第一频率且以第一相位提供到第一对杆130a。另一方面，杆对130b可耦合到第二RF电力供应器，所述第二RF电力供应器提供处于第二频率(其可与第一频率相同)但呈与施加到第一对杆130a的RF信号相反的相位的第二RF电压。如所属领域的技术人员将了解，还可将DC偏移电压施加到四极杆组130的杆130a、b。

如图2中所展示，多极离子导引件120另外包含插置于四极杆组130的杆之间的多个辅助电极140，所述多个辅助电极也沿着中心轴延伸。如图2中所展示，每一辅助电极140可通过四极杆组130的杆130a、b而与另一辅助电极140分离。此外，辅助电极140中的每一者可邻近于第一对的杆130a及第二对的杆130b而安置且安置于杆130a与杆130b之间。如下文将详细地论述，辅助电极140中的每一者可耦合到RF及/或DC电力供应器(例如，图1的电力供应器105及107)以用于将辅助电信号提供到辅助电极140以便控制或操纵离子从多极离子导引件120的传输，如本文中另外所描述。以非限制性实例方式，在一个实施例中，可将等于施加到四极杆组130a、b的杆的DC偏移电压的DC电压施加到辅助电极140。应了解，施加到辅助电极140的此等效DC电压将对多极离子导引件120中的离子所经历的径向力大体上不具有影响，使得多极离子导引件将用作常规准直四极离子导引件。替代地，根据本发明教示的各种方面，尽管使四极杆组130的杆130a、b维持处于DC偏移电压，其中将第一RF电压以第一频率并以第一相位施加到第一对杆130a且将第二RF电压(例如，具有与第一RF电压相同的振幅(V_0-p))以第二频率但以相反的相位施加到第二对杆130b，但可将多种辅助电信号施加到辅助电极140，所述多种辅助电信号(全部以非限制性实例方式)包含：i)不同于DC偏移电压但不具有RF分量的DC电压；ii)处于第三振幅及频率(例如，不同于第一频率)且呈第三相位的RF信号，同时DC电压等效于DC偏移电压；及iii)不同于DC偏移电压的DC电压以及处于第三振幅及频率且呈第三相位的RF信号两者。此外，将了解，根据本发明教示的各种方面将辅助RF及/或DC信号施加到辅助电极140可与此项技术中已知的用于增加四极离子导引件中的离子的径向振幅的其它技术组合。全部以非限制性实例方式，此类示范性技术包含：双极DC施加；四极DC施加；及共振激励，其使用施加到四极的杆的补充AC信号，所述AC信号与离子束中的离子中的一些离子共振或几乎共振。

鉴于本发明教示将了解，辅助电极140可具有多种配置。以实例方式，辅助电极140可具有多种形状(例如，圆形、T形)，但T形电极可为优选的，这是因为主杆140b从矩形基底140a朝向离子导引件120的中心轴的延伸部允许辅助电极的最内导电表面安置为较接近于中心轴(例如，以增加离子导引件120内的场的强度)。在各种方面中，T形电极可沿着其长度具有大体上恒定横截面，使得主杆140b的最内径向表面保持为沿着辅助电极140的整个长度处于距中心轴大体上恒定距离处。圆形辅助电极(或其它横截面形状的杆)也可根据本发明教示的各种方面来使用，但将通常由于四极杆130a、b之间的有限空间而展现相对于四极杆130a、b的较小横截面面积及/或由于其距中心轴的经增加距离而需要施加较大辅助电位。

如上文所述，辅助电极140无需沿着四极杆130a、b的整个长度延伸。举例来说，辅助电极140可具有小于四极杆组130的长度的一半(例如，小于33％、小于10％)的长度。然而，全部以非限制性实例方式，常规Q0四极的杆电极可沿着纵向轴具有在从约10cm到约30cm的范围内的长度，辅助电极140可具有10mm、25mm或50mm的长度。此外，尽管图1描绘辅助电极140安置于四极杆组130的近端与远端之间约一半处，但辅助电极140可相对于此所描绘示范性实施例定位于更近端或更远端处。以实例方式，辅助电极140可安置于四极杆组130的近端三分之一、中间三分之一或远端三分之一中的任一者处。实际上，由于辅助电极140的相对较短长度，因此将了解，四极杆组130a、b可沿着中心轴在各种位置处容纳多组辅助电极140。以实例方式，在本发明教示的范围内，质谱仪系统100可包含第一辅助电信号(例如，与杆130a、b的DC偏移电压不同的DC电压)可施加到其的第一近端辅助电极组及第二辅助电信号(例如，具有RF分量)可施加到其的一或多个远端辅助电极组。

现在参考图3，描绘离子导引件120的示范性原型的一部分。如图3中所展示，离子导引件120包括四个T形电极140，所述四个T形电极具有基底部分140a及从所述基底部分延伸的主杆部分140b。根据本发明教示的各种方面，长度为10mm且具有长度为大约6mm的主杆140b的电极140可耦合到安装环142，所述安装环可安装到四极杆组130的所要位置。以非限制性实例方式，示范性安装环142包括用于牢固地啮合四极杆组130的杆(例如，如同以幻影展示的四极130a)的凹口。如所展示，可耦合到RF电力供应器105及/或DC电力供应器107的单个引线144还可电耦合到辅助电极140中的每一者，使得将大体上相同辅助电信号施加到辅助电极140中的每一者。

实例

如上文所述，根据本发明教示，可将多种RF及/或DC信号施加到辅助电极140以便控制或操纵离子从多极离子导引件120到下游真空室114中的传输。现在将使用以下实例(经提供以演示但不限制本发明教示)来演示以上教示，其中i)将与施加到杆130a、b的DC偏移电压不同的DC电压(不具有RF分量)施加到图2的示范性辅助T形电极140；ii)将RF信号施加到图2的示范性辅助T形电极140(施加到电极140的DC电压等效于DC偏移电压)；及iii)将与施加到杆130a、b的DC偏移电压不同的DC电压以及RF信号两者施加到图2的示范性辅助T形电极140。

首先参考图4A到C，描绘演示通过4000系统(由SCIEX销售)的各种离子传输的示范性数据，所述4000系统根据本发明教示进行修改以包含位于从Q0的四极杆(其具有约18cm的长度)的近端入口端向下游约12cm处的具有约50mm的长度的辅助T形电极140。使Q0的四极杆维持处于-10V DC偏移，其中将具有不同振幅(即，189V_0-p、283V_0-p、378V_0-p及567V_0-p)的各种RF信号施加到四极杆。施加到四极杆的主驱动RF为大约1MHz，其中施加到邻近四极杆的信号的相位彼此相反。

图4A到C描绘在将施加到辅助电极的DC电压调整为远离DC偏移电压(即，-10V DC)时通过多极离子导引件的分别展现322Da、622Da及922Da的m/z的离子的传输的改变。举例来说，现在特定参考图4A，针对施加到四极杆的各种RF信号中的每一者，具有322Da的m/z的离子的传输在与DC偏移电压相差约±10V-15V DC的辅助DC电压下(即，在约-18V-22V DC及+12V-15V DC下)大体上停止。然而，如图4B及4C中所展示，具有经增加m/z的离子的DC截止大体上取决于施加到四极杆的RF的振幅而变化(通常，随着V_0-p增加，需要越来越高的辅助DC电压来使通过多极离子导引件的离子传输停止)。以实例方式，对于具有922Da的m/z的离子，在189V_0-p下，截止大约处于与DC偏移电压相差±10V DC(即，处于-20V DC及0V DC)，而在567V_0-p下，截止大约处于与DC偏移电压相差±25V DC(即，处于-35V DC及+15V DC)。鉴于这些实例，将了解，施加到四极杆组的RF电压及/或辅助DC信号可经调整(例如，经由控制器103)以便大体上阻止所有离子传输到下游质量分析器。以非限制性实例方式，可将辅助DC电压调整为远离DC偏移电压超过由离子源产生的大体上所有离子的截止点。以上数据还指示，施加到四极杆的RF信号的振幅可单独地降低或结合辅助DC电压与DC偏移电压之间的差的增加而同时地降低，以便阻止离子通过多极离子导引件的传输。因此，举例来说，在已知分析物不存在于被递送到连续离子源的样本中时(例如，在液相色谱仪的梯度洗脱的早期或晚期部分)及/或在下游质量分析器(例如，离子陷获装置)正处理先前通过离子导引件传输的离子时的时间周期期间，根据本发明教示的方法及系统可使到下游质量分析器中的离子流停止(例如，从而进一步减少污染)。

继续参考图4A到C，应了解，在约-10V DC的辅助DC电压下，离子导引件内的电场将不由辅助DC电压大体上更改，使得多极离子导引件将用作常规准直四极(即，如同辅助电极甚至不存在一般)。尽管根据本发明教示的各种方面的方法及系统可有效地减少不想要的离子(例如，具有高m/z的干扰/污染离子，如本文中另外且下文特定关于图5A到C所论述)的传输，但图4A到C出乎意料地演示通过离子导引件的总体离子传输可由于辅助DC信号被调整为远离DC偏移电压而相对于常规准直四极增加。即，如图4A到C中所展示，相对于在使辅助DC电压维持处于DC偏移电压时产生的离子电流，总体所检测离子电流最初通过辅助DC电压而增加。在不受任何特定理论约束的情况下，据信离子电流的此增加可归因于由辅助DC信号导致的离子导引件内的离子的经增加析散。然而，这些重的带电群集可在常规准直四极Q0中被中和及/或在通过Q0被传输到下游真空室中之后污染下游光学元件及质量分析器，根据本发明教示的各种方面的方法及系统可出乎意料地用于析散离子导引件内的这些带电群集，借此从所述带电群集释放离子且通过允许对通常在常规系统中丢失的所关注离子进行传输/检测而可能增加灵敏度。

现在参考图5A到C，描绘在通过4000系统的离子化标准(安捷伦(Agilent)ESI调谐Mix，G2421！，安捷伦技术)的传输之后的示范性质谱，所述4000系统根据本发明教示的各种方面进行修改以包含位于从Q0的四极杆(其具有约18cm的长度)的近端入口端向下游约12cm处的具有约50mm的长度的辅助T形电极。使Q0的四极杆维持处于-10V DC偏移，其中将189V_0-p的RF信号施加到四极杆。施加到四极杆的主驱动RF为大约1MHz，其中施加到邻近四极杆的信号的相位彼此相反。

为产生图5A的质谱图，使辅助电极维持处于-10V DC(即，处于四极杆的相同DC偏移电压)，使得离子导引件大体上用作常规准直四极。针对图5B，通过使辅助杆的电压降低到-15V DC(相对于DC偏移，ΔV＝-5V DC)而将辅助DC电压调整为远离DC偏移电压。即，与四极杆相比，辅助电极对由离子源产生的阳离子的吸引力多出5V。为获得图5C的谱图，使辅助DC电压进一步降低到-19V DC(ΔV＝-9V DC)。不将任何RF信号施加到辅助电极。

将图5B与图5A进行比较，可观察到，通过相对于DC偏移电压调整辅助DC电压(在此情形中，降低辅助DC电压，从而使辅助电极对阳离子更具吸引力)，图5B的配置有效地对高m/z离子进行滤波。举例来说，尽管图5A中在1518.86Da及1521.66Da处存在可识别峰值，但图5B不存在这些峰值。实际上，图5B中在大于约1400Da的m/z处不存在可辨别信号。

在将图5C与图5B进行比较时，观察到，通过相对于DC偏移电压进一步降低辅助DC电压，对高m/z离子进一步进行滤波。举例来说，尽管图5B中在921.25Da处存在可识别峰值，但图5C不存在此峰值。实际上，图5C中在超过约900Da处不存在可辨别信号。还应注意，在将图5C与图5B进行比较时，还可观察到对低m/z离子的经增加滤波，但此效应与高通滤波器效应相比较不显著。举例来说，图5B中在235.66Da处存在的可识别峰值在图5C中不存在。因此将了解，根据本发明教示的各种方面的离子导引件可通过调整辅助DC信号而操作为低通滤波器(如图5B中)及/或操作为带通滤波器(如图5C中)，借此可能阻止干扰/污染离子传输到下游质量分析器。

现在参考图6A到D，描绘在通过4000系统的离子化标准(安捷伦ESI调谐Mix，G2421！，安捷伦技术)的传输之后的示范性质谱，所述4000系统大体上如上文参考图5A到C所描述而进行修改。然而，为获得图6A到D的质谱，将283V_0-p的RF信号施加到四极杆(仍维持处于-10V DC偏移)。图6A到D的实验条件的进一步不同之处在于替代降低电压(即，使辅助DC信号相对于-10V DC偏移为更负的)，通过将辅助杆的电压增加到如图6B中的0V DC(相对于DC偏移，ΔV＝10V DC)、如图6C中的+5V DC(ΔV＝+15V DC)及如图6D中的+9VDC(ΔV＝+19V DC)而将辅助DC电压调整为远离DC偏移电压。即，与四极杆相比，辅助电极对由离子源产生的阳离子更具排斥力。比较图6A到6D，随着辅助电极相对于四极电极变得越来越正(即，对阳离子更具排斥力)，离子导引件似乎更好地对低m/z离子进行滤波。因此将了解，根据本发明教示的各种方面的离子导引件可通过使辅助DC信号为较正的而操作为高通滤波器，借此可能阻止干扰/污染低m/z离子传输到下游质量分析器。

根据各种方面，根据本发明教示的离子导引件可替代地或另外耦合到RF电力供应器，使得将RF信号施加到辅助电极以便控制或操纵离子从多极离子导引件120到下游真空室114中的传输。现在参考图7A到C，描绘在通过4000系统的离子化标准(安捷伦ESI调谐Mix，G2421！，安捷伦技术)的传输之后的示范性质谱，所述4000系统根据本发明教示的各种方面进行修改以包含位于从Q0的四极杆(其具有约18cm的长度)的近端入口端向下游约12cm处的具有约10mm的长度的辅助T形电极。使Q0的四极杆维持处于-10VDC偏移，其中将283V_0-p的RF信号施加到四极杆。施加到四极杆的主驱动RF为大约1MHz，其中施加到邻近四极杆的信号的相位彼此相反。

为产生图7A的质谱图，使辅助电极维持处于-10V DC(即，处于四极杆的相同DC偏移电压)，使得离子导引件大体上用作常规准直四极(即，不施加任何辅助RF信号)。针对图7B，也使辅助DC电压维持处于-10V DC，但将相同辅助RF信号以80kHz的频率、以300V_p-p施加到辅助电极(例如，图2及3的电极140)中的每一者。类似地，针对图7C，使辅助DC电压维持处于-10V DC且将相同辅助RF信号以80kHz的频率、以350V_p-p施加到辅助电极中的每一者。在比较图7A到C时，观察到，增加施加到辅助电极的RF信号的振幅可越来越有效地从质谱中移除高m/z离子，而对所述谱的低m/z部分具有极少或不具有影响。举例来说，尽管图7A中在2116.22Da处存在可识别峰值，但此峰值在图7B中大大衰减。在将图7C与图7B进行比较时(在将辅助RF信号的振幅从300V_p-p增加到350V_p-p之后)，观察到，对高m/z离子进一步进行滤波。举例来说，尽管图7B中在920.77Da及1522.36Da处存在可识别峰值，但图7C中不存在这些峰值。实际上，图7C中在超过约900Da处不存在可辨别信号。因此将了解，在根据本发明教示的各种方面的离子导引件中，可调整施加到辅助电极的RF信号以阻止高m/z离子传输到下游质量分析器，借此可能阻止存在于由离子源产生的离子中的干扰/污染离子的影响。

此外，根据本发明教示的各种方面，可调整施加到辅助电极的辅助DC信号及辅助RF信号两者以便控制或操纵离子从多极离子导引件的传输。现在参考图7A及图8A到F，示范性质谱描绘DC辅助信号及RF辅助信号两者的调整的效应。如上文所述，为产生图7A的质谱图，使辅助电极维持处于-10V DC(即，处于四极杆的相同DC偏移电压)，使得离子导引件大体上用作常规准直四极(即，不施加任何辅助RF信号)。在图8A(其与图7B相同)中，使辅助DC电压维持处于-10V DC，但将相同辅助RF信号以80kHz的频率、以300V_p-p施加到辅助电极中的每一者。针对图8B到E的离子谱，使辅助RF信号维持处于300V_p-p、处于80kHz的频率，而将施加到电极的辅助DC电压分别如下降低：如图8B中的-25V DC(相对于DC偏移，ΔV＝-15VDC)；如图8C中的-30V DC(ΔV＝-20V DC)；如图8D中的-36V DC(ΔV＝-26V DC)；如图8E中的-38V DC(ΔV＝-28V DC)；及如图8F中的-45V DC(ΔV＝-35V DC)。所属领域的技术人员鉴于所附数据及本发明教示将了解，可调整(例如，调谐)RF辅助信号及DC辅助信号两者以便根据本文中所描述的各种方面由离子导引件提供所要滤波。以非限制性实例方式，将了解，图8A到F的数据演示RF信号的施加可减小对高m/z离子进行滤波所需的辅助DC电压的振幅，而低m/z离子保持大部分不受影响(与描绘在-19V DC(相对于DC偏移，ΔV＝-9V DC)的辅助DC电压下具有大量低m/z移除的图5C相比)。

所属领域的技术人员仅使用常规实验即可知晓或能够断定本文中所描述的实施例及实践的许多等效内容。以实例方式，各种组件的尺寸及施加到各种组件的特定电信号的确切值(例如，振幅、频率等)仅为示范性的且不打算限制本发明教示的范围。因此，将理解，本发明将不限制于本文中所揭示的实施例，而是依据将根据法律所允许而尽可能广泛地加以解释的所附权利要求书来进行理解。

本文中所使用的章节标题仅出于组织目的且不应被视为限制性的。尽管结合各种实施例描述了申请人的教示，但并不打算将申请人的教示限制于此类实施例。相反，申请人的教示囊括各种替代方案、修改形式及等效形式，如所属领域的技术人员将了解。

Claims

1.一种质谱仪系统，其包括：

离子源，其用于产生离子；

离子导引室，所述离子导引室包括用于接收由所述离子源产生的所述离子的入口孔及用于将离子从所述离子导引室传输到装纳至少一个质量分析器的真空室中的至少一个出口孔口；

多极离子导引件，其安置于所述离子导引室中，所述多极离子导引件包括：

i)四极杆组，其从邻近所述入口孔安置的近端延伸到邻近所述出口孔口安置的远端，所述四极杆组包括第一对杆及第二对杆，其中每一杆与中心纵向轴间隔开且与所述中心纵向轴并排地延伸，及

ii)多个辅助电极，其与所述中心纵向轴间隔开且沿着所述四极杆组的至少一部分与所述中心纵向轴并排地延伸，所述多个辅助电极插置于所述四极杆组的所述杆之间，使得所述辅助电极通过所述四极杆组的杆而彼此分离且使得所述辅助电极中的每一者邻近于所述第一对杆中的单个杆及所述第二对杆中的单个杆；及

电力供应器，其耦合到所述多极离子导引件，所述电力供应器可操作以：i)将第一RF电压以第一频率且以第一相位提供到所述第一对杆，ii)将第二RF电压以等于所述第一频率的第二频率且以与所述第一相位相反的第二相位提供到所述第二对杆，iii)将辅助电信号提供到所述辅助电极中的每一者，其中施加到所述辅助电极中的每一者的所述辅助电信号为大体上相同的。

2.根据权利要求1所述的质谱仪系统，其中所述电力供应器包括可操作以将所述第一RF电压提供到所述第一对杆的第一电压源、可操作以将所述第二RF电压提供到所述第二对杆的第二电压源，以及可操作以将RF电压提供到所述辅助电极的辅助RF电压源及可操作以将DC电压提供到所述辅助电极的辅助DC电压中的至少一者。

3.根据权利要求1所述的质谱仪系统，其中所述辅助电信号包括与所述四极杆组所维持处于的DC偏移电压不同的DC电压。

4.根据权利要求3所述的质谱仪系统，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以调整提供到所述辅助电极的所述DC电压以便使从所述多极离子导引件传输的离子衰减。

5.根据权利要求3所述的质谱仪系统，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以调整提供到所述辅助电极的所述DC电压以便调整从所述多极离子导引件传输的离子的m/z范围。

6.根据权利要求3所述的质谱仪系统，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以调整以下各项中的至少一者：提供到所述第一对杆的所述第一RF电压、施加到所述第二对杆的所述第二RF电压及提供到所述辅助电极的所述DC电压，使得大体上无任何离子通过所述出口孔口被传输到所述真空室中。

7.根据权利要求1所述的质谱仪系统，其中所述辅助电信号包括处于第三频率且呈第三相位的RF信号。

8.根据权利要求7所述的质谱仪系统，其中所述辅助电信号进一步包括与所述四极杆组所维持处于的DC偏移电压不同的DC电压。

9.根据权利要求1所述的质谱仪系统，其中所述电力供应器进一步可操作以将补充电信号提供到所述四极杆组的所述杆中的至少一者，所述补充电信号为DC电压及AC激励信号中的一者。

10.根据权利要求1所述的质谱仪系统，其中所述辅助电极具有比所述四极杆组的长度小的长度，且

所述系统进一步包括从第一辅助电极组轴向偏移的第二辅助电极组，且

其中所述电力供应器可操作以将大体上相同第二辅助电信号提供到所述第二辅助电极组中的每一者，其中所述第二辅助电信号不同于提供到所述第一辅助电极组的辅助信号。

11.一种处理离子的方法，其包括：

通过离子导引室的入口孔接收由离子源产生的离子；

通过安置于所述离子导引室中的多极离子导引件传输离子，所述多极离子导引件包括：

i)四极杆组，其从邻近所述入口孔安置的近端延伸到邻近所述离子导引室的出口孔口安置的远端，所述四极杆组包括第一对杆及第二对杆，其中每一杆与中心纵向轴间隔开且与所述中心纵向轴并排地延伸，及

ii)多个辅助电极，其与所述中心纵向轴间隔开且沿着所述四极杆组的至少一部分与所述中心纵向轴并排地延伸，所述多个辅助电极插置于所述四极杆组的所述杆之间，使得所述辅助电极通过所述四极杆组的杆而彼此分离且使得所述辅助电极中的每一者邻近于所述第一对杆中的单个杆及所述第二对杆中的单个杆；

将第一RF电压以第一频率且以第一相位施加到所述第一对杆；

将第二RF电压以等于所述第一频率的第二频率且以与所述第一相位相反的第二相位施加到所述第二对；

将大体上相同辅助电信号施加到所述辅助电极中的每一者；及

通过所述出口孔口将离子从所述多极离子导引件传输到装纳至少一个质量分析器的真空室中。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括使所述离子导引室维持处于在从约1毫托到约10毫托的范围内的压力。

13.根据权利要求11所述的方法，其中将大体上相同辅助电信号施加到所述辅助电极中的每一者包括将与所述四极杆组所维持处于的DC偏移电压不同的DC电压施加到所述辅助电极。

14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括调整提供到所述辅助电极的所述DC电压以便使从所述多极离子导引件传输的离子衰减。

15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括调整提供到所述辅助电极的所述DC电压以便调整从所述多极离子导引件传输的离子的m/z范围。

16.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括调整以下各项中的至少一者：提供到所述第一对杆的所述第一RF电压、施加到所述第二对杆的所述第二RF电压及提供到所述辅助电极的所述DC电压，以停止通过所述出口孔口将离子传输到所述真空室中。

17.根据权利要求11所述的方法，其中将大体上相同辅助电信号施加到所述辅助电极中的每一者包括施加处于第三频率且呈第三相位的RF信号。

18.根据权利要求17所述的方法，其中将大体上相同辅助电信号施加到所述辅助电极中的每一者进一步包括将与所述四极杆组所维持处于的DC偏移电压不同的DC电压施加到所述辅助电极。

19.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括将补充电信号施加到所述四极杆组的所述杆中的至少一者，所述补充电信号为DC电压及AC激励信号中的一者。

20.根据权利要求11所述的方法，其中施加到所述辅助电极中的每一者的所述辅助电信号经选择以便促进通过所述多极离子导引件传输的离子的析散。