CN107437491B - 用于减少从线性离子阱径向射出的离子的动能扩散的系统和方法 - Google Patents

用于减少从线性离子阱径向射出的离子的动能扩散的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107437491B
CN107437491B CN201710373123.3A CN201710373123A CN107437491B CN 107437491 B CN107437491 B CN 107437491B CN 201710373123 A CN201710373123 A CN 201710373123A CN 107437491 B CN107437491 B CN 107437491B
Authority
CN
China
Prior art keywords
trap
electrode
ion
voltage
pair
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710373123.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107437491A (zh
Inventor
V·V·考弗陶恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thermo Finnigan LLC
Original Assignee
Thermo Finnigan LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thermo Finnigan LLC filed Critical Thermo Finnigan LLC
Publication of CN107437491A publication Critical patent/CN107437491A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107437491B publication Critical patent/CN107437491B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/06—Electron- or ion-optical arrangements
    • H01J49/062—Ion guides
    • H01J49/063—Multipole ion guides, e.g. quadrupoles, hexapoles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
    • H01J49/4205—Device types
    • H01J49/422—Two-dimensional RF ion traps
    • H01J49/423—Two-dimensional RF ion traps with radial ejection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
    • H01J49/426—Methods for controlling ions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
    • H01J49/426—Methods for controlling ions
    • H01J49/427—Ejection and selection methods
    • H01J49/4285—Applying a resonant signal, e.g. selective resonant ejection matching the secular frequency of ions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

一种用于分析样本的系统包含线性离子阱、嵌入DC电极、电压控制器和RF控制电路。所述线性离子阱包含第一对阱电极和第二对阱电极，其彼此隔开并且包围阱内部。所述第二对阱电极中的一个电极包含阱出口。所述嵌入DC电极定位成邻近于所述阱出口。所述电压控制器向所述嵌入DC电极施加DC电压。所述RF控制电路向所述第一对阱电极施加主RF电压，向所述第二对阱电极施加所述主RF的一部分，增加施加于所述第一对阱电极的所述主RF，并且向所述第二对阱电极施加辅助RF电压。

Description

用于减少从线性离子阱径向射出的离子的动能扩散的系统和 方法
技术领域
本公开大体上涉及质谱分析领域，包含用于减少从线性离子阱径向射出的离子的动能扩散的系统和方法。
背景技术
线性离子阱(LIT)是可以用于质谱分析的一种类型的离子阱。在线性离子阱中，离子可以被二维射频(RF)场径向限制，并且被施加于端电极的遏止电位轴向限制。由于线性离子阱具有高注射效率和高离子储存容量，所以线性离子阱可以用来处理高处理量二维质谱分析用的大离子群体。
离子可以注射到离子阱内部中或者在离子阱内部形成。通过施加适当的RF和DC电压，可以将离子限制或截留在离子阱的中心区部内。施加于离子阱的电压可以经过调整
通过向阱的所有区段施加RF电压并且利用补充两极谐振射出电压，可以从阱中射出离子。这些变化可以使离子在两极激励的方向上变得不稳定并且离开俘获场。通过线性地增加RF电压，可以依次从阱中射出离子以产生质谱。
根据上文，应了解，需要用于减少从线性离子阱径向射出的离子的动能扩散的经过改进的系统和方法。
发明内容
在第一方面中，一种用于分析样本的系统可以包含离子源、离子检测器、线性离子阱、嵌入DC电极、电压控制器和RF控制电路。所述离子阱可以包含多个阱电极，其彼此隔开并且包围阱的内部，所述多个阱电极包含第一对阱电极和第二对阱电极。第二对阱电极中的至少第一阱电极可以包含阱出口，阱出口包括孔口，并且嵌入DC电极可以定位成邻近于阱出口。阱电极可以被配置成在阱内部生成RF俘获场并且用于从阱内部质量选择性射出离子。电压控制器可以被配置成向嵌入DC电极施加DC电压。RF控制电路可以被配置成：向第一对阱电极施加主RF电压，向第二对阱电极施加主RF的一部分，并且按比例增加施加于第一对阱电极的主RF，以维持第一对阱电极与第二对阱电极之间的电压差，并且以两极方式向第二对阱电极施加辅助RF电压。RF控制电路可以被配置成向第一对阱电极施加主RF电压，向第二对阱电极施加主RF的一部分，并且按比例增加施加于第一对阱电极的主RF，以维持第一对阱电极与第二对阱电极之间的电压差，并且以两极方式向第二对阱电极施加辅助RF电压。在各种实施例中，DC控制电路可以被配置成向第一对阱电极和第二对阱电极都施加可变DC电压，从而将两对阱电极之间的DC电压差维持在接近0。
在第一方面的各种实施例中，嵌入DC电极的DC电压的绝对值可以在约1000V与约5000V之间。在具体实施例中，DC电压的绝对值在约1500V与约3500V之间。对于正离子，DC电压可以是负的，对于负离子，DC电压可以是正的。
在第一方面的各种实施例中，RF控制电路可以被配置成以主RF电压频率的整数分数频率生成辅助RF电压。在具体实施例中，RF控制电路可以被配置成以约2/3的β射出离子。在具体实施例中，RF控制电路可以被配置成维持主RF电压与辅助RF电压之间的相位锁定。
在第一方面的各种实施例中，RF控制电路可以被配置成生成具有主RF电压频率的整数分数频率的辅助RF电压，并且在主RF电压与辅助RF电压之间提供相位锁定。
在第一方面的各种实施例中，RF控制电路可以被配置成用0度与120度之间的范围的相移将辅助RF电压和主RF电压锁相。
在第一方面的各种实施例中，施加于第二对阱电极的主RF电压部分可以在施加于电压差的RF电压的约2％与约10％之间。在具体实施例中，施加于第二对阱电极的主RF电压部分可以在施加于电压差的RF电压的约3％与约7％之间。在具体实施例中，施加于第二对阱电极的主RF电压部分可以在施加于电压差的RF电压的约4％与约6％之间。
在第一方面的各种实施例中，动能分布因数(在25eV动能窗内射出的1000m/z离子的百分比)可以在约50与约100之间，诸如在约60与约95之间，甚至在约70与约90之间。
在第一方面的各种实施例中，施加于第一和第二对阱电极的DC电压的绝对值可以在0与1000V之间。在具体实施例中，施加于第一和第二对阱电极的DC电压的绝对值可以在0与400V之间。
在第二方面中，一种用于识别样本的组分的方法可以包含向质量选择性线性离子阱供应离子。所述离子阱可以包含多个阱电极和一个DC嵌入电极，阱电极彼此隔开并且包围阱内部，DC嵌入电极定位成邻近于阱电极中的至少一个阱电极中形成的阱出口孔口。阱电极可以被配置成用于在阱内部生成RF俘获场。所述方法可以进一步包含：在RF俘获场内俘获离子；向嵌入DC电极施加DC电压；向第一对阱电极施加主RF电压；向第二对阱电极施加主RF的一部分；按比例增加施加于第一对阱电极的主RF以维持第一对阱电极与第二对阱电极之间的电压差；以及通过向第二对阱电极施加辅助RF电压而基于离子质量从阱内部选择性地射出离子。可以在第二对阱电极中的第一阱电极与第二阱电极之间180°不同相地施加辅助RF电压。在各种实施例中，DC控制电路向第一和第二对阱电极施加相同值的DC电压。射出离子的离子阱内部的阱电极对之间的DC电压差维持在接近0。
在第二方面的各种实施例中，RF控制电路可以被配置成以主RF电压频率的整数分数频率生成辅助RF电压。在具体实施例中，RF控制电路可以被配置成以约2/3的β射出离子。在具体实施例中，RF控制电路可以被配置成维持主RF电压与辅助RF电压之间的相位锁定。
在第二方面的各种实施例中，施加于第二对阱电极的主RF电压部分可以在施加于电压差的RF电压的约2％与约10％之间。在具体实施例中，施加于第二对阱电极的主RF电压部分可以在施加于电压差的RF电压的约3％与约7％之间。在具体实施例中，施加于第二对阱电极的主RF电压部分可以在施加于电压差的RF电压的约4％与约6％之间。
在第二方面的各种实施例中，动能分布因数可以在约50与约100之间，诸如在约60与约95之间，甚至约70与约90之间。
在第三方面中，一种质量选择性离子俘获装置可以包含多个阱电极，所述阱电极彼此隔开并且包围阱内部。所述多个阱电极可以包含第一对阱电极和第二对阱电极。第二对阱电极中的至少一个阱电极可以包含阱出口，阱出口包括孔口。阱电极可以被配置成用于在阱内部生成RF俘获场并且用于从阱内部质量选择性射出离子。所述质量选择性离子俘获装置可以进一步包含定位成邻近于阱出口的嵌入DC电极、被配置成向嵌入DC电极施加DC电压的电压控制、以及RF电路。所述RF电路可以被配置成向第一对阱电极施加主RF电压，向第二对阱电极施加主RF的一部分，按比例增加施加于第一对阱电极的主RF以维持第一对阱电极与第二对阱电极之间的电压差，并且向第二对阱电极施加辅助RF电压。可以在第二对阱电极中的第一阱电极与第二阱电极之间180°不同相地施加辅助RF电压。在各种实施例中，DC控制电路向第一和第二对阱电极施加相同值的DC电压。射出离子的离子阱内部的阱电极对之间的DC电压差维持在接近0。
在第三方面的各种实施例中，RF控制电路可以被配置成以主RF电压的频率的整数分数频率生成辅助RF电压，到具有主RF电压频率的整数分数频率的辅助RF电压。在具体实施例中，RF控制电路可以被配置成以约2/3的β射出离子。在具体实施例中，RF控制电路可以被配置成维持主RF电压与辅助RF电压之间的相位锁定。
在第三方面的各种实施例中，施加于第二对阱电极的主RF电压部分可以在阱电极的第一对与第二对之间的RF电压差的约2％与约10％之间。在具体实施例中，施加于第二对阱电极的主RF电压部分可以在第一对阱电极与第二对阱电极之间的RF电压差的约3％与约7％之间。在具体实施例中，施加于第二对阱电极的主RF电压部分可以在第一对阱电极与第二对阱电极之间的RF电压差的约4％与约6％之间。
在第三方面的各种实施例中，动能分布因数可以在约50与约100之间，诸如约60与约95之间，甚至约70与约90之间。
附图说明
为了更加全面地理解本文中所公开的原理及其优点，现在参考结合附图获得的以下描述，附图中：
图1是根据各种实施例的示例性质谱分析系统的框图。
图2A和图2B是示出根据各种实施例的线性离子阱的横截面的图示。
图2C是示出根据各种实施例的线性离子阱的示例性RF供应电路的图示。
图3是示出根据各种实施例的分析离子的示例性方法的流程图。
图4和图5是示出根据各种实施例的从线性离子阱射出的离子的动能分布的1000个离子的直方图。
图6是示出了根据各种实施例的针对各种谐振射出条件、依据相角而变的以25eV窗内的动能射出的离子的百分比的图表。
图7是示出了根据各种实施例的针对各种质荷比、依据出射透镜上的电压而变的以25eV窗内的动能射出的离子的百分比的图表。
图8是根据各种实施例的比较针对β＝0.8依据镜头电压而变的以25eV窗内的动能射出的离子的百分比的图表。
图9是示出了根据各种实施例的针对各种质荷比的依据辅助RF电压与主RF电压之间的相角而变的以25eV窗内的动能射出的离子的百分比的图表。
图10和图11是示出根据各种实施例的从线性离子阱射出的离子的动能分布的直方图。
应理解，附图不一定按比例绘制，附图中的物体也不一定相对于彼此按比例绘制。附图是希望便于对本文所公开的设备、系统以及方法的各种实施例能有明晰和理解的图示。在可能的情况下，整个附图中将使用相同的参考标号来指代相同或相似零件。此外，应了解，附图并不希望以任何方式限制本发明教示的范围。
具体实施方式
本文中描述用于离子分离的系统和方法的实施例。
本文中所用的章节标题仅用于组织目的并且不应理解为以任何方式限制所描述的主题。
在各种实施例的此详细描述中，出于解释的目的，阐述许多特定细节以提供所公开的实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将了解，这些各种实施例可以在具有或不具有这些特定细节的情况下实践。在其它情况下，以框图形式示出结构和装置。此外，所属领域的技术人员可以容易了解，呈现和执行方法的特定顺序是说明性的，并且预期所述顺序可以改变并且仍保持在本文所公开的各种实施例的精神和范围内。
本申请中引用的所有文献和类似资料(包含(但不限于)专利、专利申请、文章、书籍、论文和因特网网页)出于任何目的以全文引用的方式明确地并入。除非另外描述，否则本文所用的所有技术和科学术语均具有与本文所描述的各种实施例所属领域的一般技术人员通常所理解相同的含义。
应了解，在本教示中论述的温度、浓度、时间、压力、流动速率、横截面面积等之前存在隐含的“约”，使得略微和非大幅的偏差在本教示的范围内。在本申请中，除非另外具体陈述，否则单数的使用包含复数。此外，“包括(comprise/comprises/comprising)”、“含有(contain/contains/containing)”以及“包含(include/includes/including)”的使用并不打算是限制性的。应理解，以上大体描述和以下详细描述均仅是示例性和说明性的且并不限制本发明的教示。
如本文所用，“一”也可指代“至少一个”或“一个或多个”。此外，“或”的使用是包括性的，因此当“A”成立、“B”成立或“A”和“B”均成立时，短语“A或B”成立。此外，除非上下文另外需要，否则单数术语应包括复数并且复数术语应包括单数。
“系统”阐述一组组件(真实或抽象)，包含一个整体，其中每个组件与整体内的至少一个其它组件相互作用或与其相关。
质谱分析平台
质谱分析平台100的各种实施例可以包括如图1的框图中显示的组件。在各种实施例中，图1的元件可并入到质谱分析平台100中。根据各种实施例，质谱仪100可以包含离子源102、质量分析仪104、离子处理器106、质量分析仪108、离子检测器110和控制器112。
在各种实施例中，离子源102从样本产生多个离子。离子源可包含(但不限于)矩阵辅助激光解吸附/电离(MALDI)源、电喷雾电离(ESI)源、大气压化学电离(APCI)源、大气压光致电离源(APPI)、电感耦合等离子体(ICP)源、电子电离源、化学电离源、光致电离源、辉光放电电离源、热喷雾电离源等。
在各种实施例中，质量分析仪104可以基于离子的质荷比分离离子。例如，质量分析仪104可包含四极质量过滤器分析仪、四极离子阱分析仪、飞行时间(TOF)分析仪、静电阱质量分析仪(例如，轨道阱(ORBITRAP)质量分析仪)、傅里叶变换离子回旋共振(FT-ICR)质量分析仪等等。在各种实施例中，质量分析仪104还可被配置成使用碰撞诱导分解(CID)、电子转移分解(ETD)、负电子转移分解(nETD)、质子转移反应(PTR)、电子俘获分解(ECD)、光诱导分解(PID)、表面诱导分解(SID)等等将离子分段，并且进一步基于质荷比来分离经过分段的离子。
在各种实施例中，离子处理器106可以俘获离子、将离子分段和将离子运回到质量分析仪108。替代地，离子处理器106可以将离子运回到质量分析仪104以分析片段离子或者选择片段离子的子组用于进一步分段。
在各种实施例中，第二质量分析仪108可以分析在离子处理器106中产生的片段离子，基于离子的质荷比分离离子。例如，质量分析仪108可包含四极质量过滤器分析仪、四极离子阱分析仪、飞行时间(TOF)分析仪、静电阱质量分析仪(例如，轨道阱(ORBITRAP)质量分析仪)、傅里叶变换离子回旋共振(FT-ICR)质量分析仪等等。
在各种实施例中，离子检测器110可以检测离子。例如，离子检测器110可以包含电子倍增器、法拉第杯等。质量分析仪内的离子或离开质量分析仪的离子可由离子检测器检测到。在各种实施例中，离子检测器可以是定量的，使得可以确定离子的准确计数。
在各种实施例中，所述系统可以包含离子光学器件，以在离子从离子源102移动到质量分析仪104时引导和集中离子。可以利用额外离子光学器件在离子从质量分析仪104移动到离子处理器106到质量分析仪108(或返回质量分析仪104)并且进一步到离子检测器110时引导或集中离子。离子光学器件可以包含离子镜头、离子导向器等等。
在各种实施例中，控制器112可以与离子源102、质量分析仪104、离子处理器106、质量分析仪108和离子检测器110通信。例如，控制器112可以配置离子源或启用/停用离子源。此外，控制器112可以配置质量分析仪104以选择要检测的特定质量范围。此外，控制器112可以配置离子处理器106以实现离子处理器106中的最佳碰撞能量和滞留时间。此外，控制器112可以选择质量分析仪108的质量分辨率和质量范围以分析在离子处理器106中产生的片段离子。此外，控制器112可例如通过调节增益而调节离子检测器110的灵敏度。另外，控制器112可基于正检测的离子的极性调节离子检测器110的极性。例如，离子检测器110可被配置成检测正离子或被配置成检测负离子。
线性离子阱
图2A示出了根据各种实施例的线性离子阱200的横截面。线性离子阱200可以包含第一对阱电极或条202和204和第二对阱电极或条206和208。阱电极202、204、206和208的间隔可以界定阱内部210，通过施加合适的RF和DC电压可以将离子俘获在阱内部210内。在各种实施例中，阱电极202、204、206和208可以具有面朝阱内部的双曲线或近双曲线表面。当向阱电极202、204、206和208施加RF电位时，双曲线表面可以在阱内部210内产生四极俘获场。在各种实施例中，线性离子阱没有伸长部，离子阱的半径在X和Y方向上是相同的。在各种实施例中，其它表面形状，诸如具有圆形或半圆形横截面的条，可以提供阱内部内的双曲线俘获场的充分逼近。
在各种实施例中，通过向阱电极202和204施加RF电位，并向阱电极206和208施加180度不同相的类似RF电位，借此可以产生用于在阱内部210内俘获离子的俘获场。向两对阱电极施加类似但是不同相的RF电位可以被称作平衡RF电位或平衡模式。在阱内部210内俘获离子可以取决于RF电位的频率曲线以及幅值。
替代地，线性离子阱可以用不平衡模式操作，其中阱电极202和204上的RF电位的幅值不同于阱电极206和208上的RF电位。例如，可以向阱电极202和204施加RF电位，而不向阱电极206和208施加不同相的RF电位。然而，第一对阱电极(202，204)与第二对阱电极(206，208)之间的整体幅值差需要维持，从而要求施加于第一对(202，204)的RF电位的幅值是平衡模式中需要的幅值的两倍。
阱电极206和208可以包含出口孔口212和214，在谐振射出期间，离子通过该出口孔口离开线性离子阱。阱电极206和208可以包含图2B中示出的出口孔口212和214周围的内表面上的凸出部分222，图2B示出了放大的区域220。此外，线性离子阱200可以包含嵌入电极216和218，其定位成邻近于出口孔口212和214。
在谐振射出期间，离子可以通过两个出口孔口212或214离开，其中离子的第一部分通过212离开，离子的第二部分通过214离开。在各种实施例中，离子光学器件可以定位于这两个阱出口的下游，并且在下游分析中可以利用离子的这两个部分。大体而言，这可能需要复制下游离子光学器件和检测器机构中的一些或全部。在其它实施例中，复制下游离子光学器件可能是不可行的，并且可以只利用在一个方向(诸如通过出口孔口212)上离开的离子。在此类实施例中，阱电极208可以不包含出口孔口，并且可以不存在嵌入电极218。
在各种实施例中，谐振射出可以在阱处于不平衡模式时执行，其中主要向第一对阱电极(202，204)施加主RF电位，并且向第二对阱电极(206，208)施加辅助RF电位。可使用辅助RF电位激励阱内的离子以便将离子射出。当辅助RF电位处在或接近阱内的离子的谐振频率时，离子的运动可以累积，直到离子从出口孔口212移出为止。一旦到阱的外部，离子就可以移动通过嵌入电极216并且进入离子光学器件(未图示)以将离子引导到下游装置用于进一步分析。
在各种实施例中，可以向第二对阱电极(206，208)施加主RF电位的一部分，并且可以按比例增加第一对阱电极(202，204)上的主RF电位，以维持第一对阱电极与第二对阱电极之间的电压差。此外，可以向嵌入电极216施加DC电压，从而使阱电极206与嵌入电极216之间的空间内的离子受到加速场作用。
由于离子阱内的离子的初始位置和初始速度的差别，以及射出之前离子在线性离子阱内部内经历的随机碰撞，所以离子在穿过出口孔口212时可能有动能扩散。在穿过狭槽之后，离子进入RF条电极与嵌入电极的外部之间的空间，其中通过阱电极206与嵌入电极216之间的电压差可以使离子加速。质荷比相同的离子，在射出之前动能较大的离子(快离子)比动能较小的离子(慢离子)进入和离开出口孔口212的狭槽更早。当RF接近其最大绝对值(对于正离子是相角～270度)时射出离子。当阱电极上的RF幅值接近最大绝对值时，快离子进入阱电极220与嵌入电极216之间的空间。当慢离子进入空间时，慢离子会受到较低的RF电压绝对值。主RF电压对阱电极206的影响是与未施加主RF电压时的情况相比离子减速。在快离子进入狭槽后面的空间时RF电压的绝对值更大，与慢离子相比快离子的减速度就更大。这是因为慢离子是在主RF电压下降时的稍后的时间穿过出口孔口212。因此，动能扩散能够减少。
在各种实施例中，可以向阱电极202、204、206和208施加DC偏置电压。此外，可以用质量或m/z相依方式调节DC偏置电压。因为DC偏置电压在所有四个阱电极上将是相同的，所以阱内的离子不会受到DC偏置电压的影响。然而，在离子穿过出口孔口212时，DC偏置电压会促成阱电极206与嵌入电极216之间的电压差。通过在从离子阱中扫描出不同质量的离子时调节DC偏置电压，借此可以针对每个质量优化电压差。替代地，可以用质量相依方式调节嵌入电极216上的DC电压。然而，改变嵌入电极216上的DC电压可能影响离子阱下游的离子光学器件上的调谐并且可能是不希望的。
图2C示出了示例性RF供应电路250。电路250可以包含主RF变压器242、辅助变压器244、DC供应源246和低通滤波器248。主RF变压器242可以通过电路径250向阱电极202和204供应主RF，并且辅助变压器244可以分别通过电路径252和254向阱电极206和208供应辅助RF电位。DC供应源246可以向阱电极202、204、206和208提供DC偏置电压。低通滤波器248可以对来自DC电源的可能影响线性离子阱200内的离子的高频电噪声进行滤波。
主RF变压器242可以包含初级绕组254以供应主RF波形，以及次级绕组256以生成主RF电位必需的电压。位于次级绕组上、在少量绕组之后的分接头258可以汲取有待施加于辅助RF电位的偏移。另一位置处的类似数量的额外绕组可以使主RF电压增加补偿量。阱电极202和204可以从同一电路径250馈送，使得阱电极202和204上的主RF电位是同相的。
辅助RF变压244可以包含初级绕组262和次级绕组264。初级绕组262可以供应辅助RF波形，并且次级绕组可以被配置成提供辅助RF电位必需的电压。分接头258可以向次级绕组供应主RF电位的一部分和DC偏置电压。电路径252可以向阱电极208供应RF偏移、DC偏置电压和辅助RF电位，并且电路径254可以向阱电极206供应RF偏移、DC偏置电压和辅助RF电位。因为电路径252和254是在变压器的相对侧上，所以提供到阱电极208的辅助RF电位与提供到阱电极206的辅助RF电位180度不同相。
在各种实施例中，阱200可以具有大于50、甚至大于70的动能分布因数。通过当阱在不平衡模式中操作时，以β＝2/3并有相位锁定而测量在25eV窗内从阱射出的1000m/z离子的百分比，可以确定动能分布因数。通过向阱电极施加RF偏移并且向嵌入电极施加DC电压，可以改进动能分布因数。在各种实施例中，阱200可以具有约50与约100之间、诸如约60与约95之间、甚至约70与约90之间的动能分布因数。
图3示出了使用以减少的动能扩散排出离子的线性离子阱来分析离子的示例性方法300。在302处，离子可以从样本产生。例如，离子源可以从气态样本或液体样本生成离子。在304处，可以向线性离子阱供应离子。在各种实施例中，通过被配置成使离子从离子源移动到线性离子阱的离子光学器件，可以将离子加速、减速、集中、引导和从惰性气体分子中分离出来。在另外的实施例中，额外离子处理步骤，诸如分段小室、离子迁移率分离器等等，可以安置于离子源与线性离子阱之间。
在306处，进入线性离子阱的离子可以被俘获在离子阱中的俘获场内。俘获场可以通过施加于线性离子阱的一或多个条对的主RF电位生成。在各种实施例中，俘获场可以是选择性的，从而俘获一或多个狭窄的质荷比(m/z)范围内的离子。在其它实施例中，俘获场可以更一般地俘获广泛的m/z范围内的离子，其实际上具有基本上不同的高质量和低质量截止值。
在308处，可以向线性离子阱施加不平衡的RF。这个主RF可以主要施加于第1电极对(诸如图2的电极202、204)。此外，这个主RF的较小部分还可以施加于第2电极对(诸如图2的电极206、208)，并且施加于第1电极对的RF可以增加相同的量。在各种实施例中，施加于第二电极对的主RF部分可以在主RF电压的约2％与约10％之间，诸如约3％与约7％之间，甚至约4％与约6％之间。通过使第一电极对上的RF按比例增加相同的量，可以维持第一电极对与第二电极对之间的电压差，以维持线性离子阱内的场强。
在310处，可以诸如通过谐振射出从离子阱选择性地射出离子。在各种实施例中，可以向第二电极对施加辅助RF场。在各种实施例中，辅助RF电压可以具有主RF电压的整数分数频率。在具体实施例中，整数分数可以是约1/3(β＝2/3)或约2/5(β＝4/5)。在各种实施例中，主RF与辅助RF之间的谐振射出相角可以在约2度与约12度之间，诸如约3度与约10度之间，甚至约4度与约7度。在各种实施例中，主RF电压和辅助RF电压可以用诸如对于β＝2/3在约0度与约120度之间或对于β＝0.8在0与72度之间的角度锁相。
辅助两极RF场可以激励离子使其在X方向上运动(在第二对电极之间振荡)。对于线性离子阱中的谐振频率处在或接近辅助RF场频率的离子，所述运动可以一直增加到离子离开线性离子阱为止。对于其它离子，辅助RF场可能不扩增X方向上的运动，并且离子可能继续被俘获在主RF场内，从而一直未在X方向上积累足够速度到达出口。
在各种实施例中，可以改变辅助RF场和主RF场，以便依次扫描通过m/z范围，从而以增大(或减小)的m/z射出离子。在其它实施例中，可以无需扫描而从离子阱射出特定m/z的离子。
在从离子阱射出离子的同时，可以向位置靠近出口孔口的嵌入电极施加DC电压。在各种实施例中，DC电压可以对于带正电离子在约-1000V与约-5000V之间，甚至在约-1500V与约-3500V之间。在其它实施例中，DC电压可以对于带负电离子逆向，使得DC电压在约1000V与5000V之间，甚至在约1500V与3500V之间。
在各种实施例中，从线性离子阱出来的离子可以在处于出口孔口与嵌入电极之间的同时加速。移动更快的离子可以比移动更慢的离子更早进入狭槽，并且对于大多数离子，RF相角可以处于180-270度之间。对于锁相条件，这个范围与非锁相条件相比可以明显地压缩。在穿过狭槽之后，离子进入RF条电极与嵌入电极的外部之间的空间，其中通过条电极与嵌入电极之间的电压差可以使离子加速。因为施加于条电极的RF，电压可以是动态的。如果在主RF电压已经超过最大值、仍然是负的并且正在下降(绝对值)之后正离子离开离子阱，则起初快速移动的离子与起初缓慢移动、稍后离开的离子相比可以经历RF条上的更大负电压。因此，起初快速移动的离子可以经历RF条与嵌入电极之间的较大减速电压差，并且起初缓慢移动的离子可以经历RF条与嵌入电极之间的较低减速电压差。因此，起初快速移动的离子经历的减速比起初缓慢移动的离子更多。嵌入电极上的电压可以较大，使得离子保持在RF条与嵌入电极之间的空隙中，保持的时间长度仅仅足以使RF相位的前述效应将对于快离子比对于慢离子提供更多的减速，并且从线性离子阱射出的离子的动能扩散可以压缩。在各种实施例中，射出离子可以具有约60与约100之间、诸如约70与约90之间的动能分布因数(25eV动能窗内的类似m/z的射出离子的百分比)。
在312处，可以分析离子以便确定m/z。在各种实施例中，可以将离子从阱中扫描出来并且传送至检测器。使检测器检测到的离子与RF属性相关，可以提供离子的m/z的示数。替代地，离子可以从离子阱射出并且接受进一步的分析，诸如分段、使用单独的质量分析仪的质量确定等等。
结果
图4和图5是示出各种条件下的动能分布的直方图。这些数据是针对1000amu离子，其中数据是对于60us/amu的扫描速率下并且β＝2/3的1000个离子收集的。此外，辅助RF电压与主RF电压之间存在5度的相角，并且嵌入透镜处在-2750V。在图4中，主RF电压仅仅施加于Y电极，从而引起占据25eV宽的动能窗的离子的仅仅约15％的较大的动能扩散。可以看出，大量离子的动能在大约250eV上扩散。相比之下，图5示出了具有5％的RF偏移的结果(主RF电压的5％施加于X电极，主RF电压的105％施加于Y电极)。结果示出了25eV宽的动能窗内的离子的约75％。图中阐明了大于70的动能分布因数。通过当阱在不平衡模式中操作时，以β＝2/3并有相位锁定而测量从25eV窗内的阱射出的1000m/z离子的百分比，可以确定动能分布因数。
图6是示出了各种谐振射出条件下的25eV动能扩散内的离子的百分比的图表。通过调节辅助RF与主RF之间的相角，在各种扫描速率下大于60％的离子可以集中在25eV动能窗内。
图7示出了对于各种大小的具有5％的RF偏移的离子(5％的主RF电压施加于X电极，105％的主RF电压施加于Y电极)，随着嵌入透镜电压而变的以25eV窗内的动能射出的离子的百分比。对于400m/z、700m/z和1000m/z的离子示出了以25eV窗内的动能射出的离子的百分比。具有大m/z的离子倾向于在嵌入电极206处的较低绝对值电压(低于3000V(绝对值))下在25eV动能窗内具有减少的百分比。对于400m/z和700m/z的离子，阐明了大于60％的动能分布因数。嵌入电极上的接近-4000V的电压范围是危险值，在这个值下，不同大小的离子的动能分布因数接近最大值。图中阐明了大于50的动能分布因数。图8示出了使用0.8的β并且带有相位锁定的随着出射透镜上的电压而变的以25eV窗内的动能射出的离子的百分比。数据显示，与未向X条施加主RF电压相比，以6％的RF偏移(6％的主RF电压施加于X电极，106％的主RF电压施加于Y电极)在25eV区间(根据透镜电压，从约10％到大约30-50％)中射出的离子的百分比有明显增加。
图9是示出了对于具有6％的RF偏移(6％的主RF电压施加于X电极，106％的主RF电压施加于Y电极)的400m/z、550m/z、700m/z、850m/z和1000m/z的不同大小的离子的随着辅助RF电压与主RF电压之间的相角(β＝2/3，相位锁定)而变的以25eV窗内的动能射出的离子的百分比的图表。对于在从400m/z到1000m/z的范围内的离子，在约4度与约7度之间，所射出的大于70％的离子处于25eV动能窗内。图中阐明了大于70的动能分布因数。
图10和图11是示出没有相位锁定(q＝0.88)的情况下1000个离子的动能分布的直方图。在图10中，主RF电压仅仅施加于Y电极，从而引起较大的动能扩散(约800eV)，填充量最大的25eV宽的动能窗内有最多约7％的离子(1000个总离子)。相比之下，图11示出了具有6％的RF偏移的结果(主RF电压的6％施加于X电极，主RF电压的106％施加于Y电极)。结果显示，在150eV与200eV之间的两个25eV宽的动能窗内射出的离子百分比有明显增加，其中一个25eV窗内有大约20％的离子。此外，整体扩散明显减少，几乎所有离子都以0eV与600eV之间的动能射出。
虽然结合各种实施例来描述本发明传授内容，但是并不打算将本发明传授内容限制于这类实施例。相反，如所属领域的技术人员应了解，本发明传授内容涵盖各种替代方案、修改以及等效物。
此外，在描述各种实施例时，本说明书可能将方法和/或过程呈现为特定顺序的步骤。然而，在方法或过程不依赖于本文中阐述的步骤的特定次序的程度上，方法或过程不应限于所描述的步骤的特定顺序。如所属领域的一般技术人员将了解，步骤的其它顺序可以是可能的。因此，说明书中所阐述步骤的特定顺序不应理解为对权利要求书的限制。另外，针对方法和/或过程的权利要求不应限于以书写的次序执行其步骤，并且所属领域的技术人员可以易于了解的是顺序可以变化并且仍保持在各种实施例的精神和范围内。

Claims (23)

1.一种用于识别样本的组分的方法，其包括：
向质量选择性线性离子阱供应离子，所述离子阱包含彼此隔开并且包围阱内部的多个阱电极，所述多个阱电极包含第一对阱电极和第二对阱电极，和定位成邻近于所述第二对阱电极中的所述阱电极中的至少一个中形成的阱出口孔口的嵌入DC电极，所述阱电极被配置成用于在所述阱内部中生成RF俘获场；
在所述RF俘获场内俘获所述离子；
向所述嵌入DC电极施加DC电压；
向所述第一对阱电极施加主RF电压；
向所述第二对阱电极施加所述主RF的一部分，并且将施加于所述第一对阱电极的所述主RF增加相同的量，以维持所述第一对阱电极与第二对阱电极之间的电压差；以及
通过向所述第二对阱电极施加辅助RF电压，借此基于离子的质量从所述阱内部选择性地射出离子，所述辅助RF电压在所述第二对阱电极中的第一阱电极与第二阱电极之间180°不同相地施加。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述RF控制电路被配置成以所述主RF电压的频率的整数分数频率生成所述辅助RF电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述RF控制电路被配置成维持所述主RF电压与所述辅助RF电压之间的相位锁定。
4.根据权利要求1所述的方法，其中施加于所述第二对阱电极的所述主RF电压部分在所述第一对阱电极与第二对阱电极之间的RF电压差的2％与10％之间。
5.根据权利要求4所述的方法，其中施加于所述第二对阱电极的所述主RF电压部分在所述第一对阱电极与第二对阱电极之间的RF电压差的3％与7％之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中施加于所述第二对阱电极的所述主RF电压部分在所述第一对阱电极与第二对阱电极之间的RF电压差的4％与6％之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在25eV窗内从阱射出的离子的百分比在50与100之间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在25eV窗内从阱射出的离子的百分比在70与90之间。
9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括向所述多个阱电极施加DC偏置电压。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述DC偏置电压随着从所述离子阱出来的离子的质量而变。
11.一种质量选择性离子俘获装置，其包括：
多个阱电极，其彼此隔开并且包围阱内部，所述多个阱电极包含第一对阱电极和第二对阱电极，所述第二对阱电极中的所述阱电极中的至少一个包含包括孔口的阱出口，所述阱电极被配置成用于在所述阱内部中生成RF俘获场并且用于从所述阱内部质量选择性射出离子；
嵌入DC电极，其定位成邻近于所述阱出口；
电压控制，其被配置成向所述嵌入DC电极施加DC电压；
RF电路，其被配置成：
向所述第一对阱电极施加主RF电压；
向所述第二对阱电极施加所述主RF的一部分，并且将施加于所述第一对阱电极的所述主RF增加相同的量，以维持所述第一对阱电极与第二对阱电极之间的电压差；以及
向所述第二对阱电极施加辅助RF电压，所述辅助RF电压在所述第二对阱电极中的第一阱电极与第二阱电极之间180°不同相地施加。
12.根据权利要求11所述的质量选择性离子俘获装置，其中所述RF控制电路被配置成以所述主RF电压频率的整数分数频率生成所述辅助RF电压。
13.根据权利要求12所述的质量选择性离子俘获装置，其中所述RF控制电路被配置成维持所述主RF电压与所述辅助RF电压之间的相位锁定。
14.根据权利要求11所述的质量选择性离子俘获装置，其中施加于所述第二对阱电极的所述主RF电压部分在所述第一对阱电极与第二阱电极之间的所述RF电压差的2％与10％之间。
15.根据权利要求14所述的质量选择性离子俘获装置，其中施加于所述第二对阱电极的所述主RF电压部分在所述第一对阱电极与第二阱电极之间的所述RF电压差的3％与7％之间。
16.根据权利要求14所述的质量选择性离子俘获装置，其中施加于所述第二对阱电极的所述主RF电压部分在所述第一对阱电极与第二阱电极之间的所述RF电压差的4％与6％之间。
17.根据权利要求11所述的质量选择性离子俘获装置，其中在25eV窗内从阱射出的离子的百分比在50与100之间。
18.根据权利要求17所述的质量选择性离子俘获装置，其中在25eV窗内从阱射出的离子的百分比在70与90之间。
19.根据权利要求11所述的质量选择性离子俘获装置，其中所述RF电路进一步被配置成向所述多个阱电极施加DC偏置电压。
20.根据权利要求19所述的质量选择性离子俘获装置，其中所述DC偏置电压随着从所述离子阱出来的所述离子的质量而变。
21.根据权利要求11所述的质量选择性离子俘获装置，其中所述DC电压的绝对值在1000V与5000V之间。
22.根据权利要求11所述的质量选择性离子俘获装置，其中所述DC电压的绝对值在1500V与3500V之间。
23.一种用于分析样本的系统，其包括：
离子源；
离子检测器；以及
根据权利要求11至22中任一项所述的质量选择性离子俘获装置。
CN201710373123.3A 2016-05-26 2017-05-24 用于减少从线性离子阱径向射出的离子的动能扩散的系统和方法 Active CN107437491B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/165,192 US9865446B2 (en) 2016-05-26 2016-05-26 Systems and methods for reducing the kinetic energy spread of ions radially ejected from a linear ion trap
US15/165,192 2016-05-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107437491A CN107437491A (zh) 2017-12-05
CN107437491B true CN107437491B (zh) 2019-08-02

Family

ID=58765758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710373123.3A Active CN107437491B (zh) 2016-05-26 2017-05-24 用于减少从线性离子阱径向射出的离子的动能扩散的系统和方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9865446B2 (zh)
EP (1) EP3249680B1 (zh)
CN (1) CN107437491B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10297433B2 (en) * 2016-07-05 2019-05-21 Bruker Daltonik Gmbh Suppressing harmonic signals in ion cyclotron resonance mass spectrometry
US10665441B2 (en) * 2018-08-08 2020-05-26 Thermo Finnigan Llc Methods and apparatus for improved tandem mass spectrometry duty cycle
US11004672B2 (en) * 2019-08-27 2021-05-11 Thermo Finnigan Llc Systems and methods of operation of linear ion traps in dual balanced AC/unbalanced RF mode for 2D mass spectrometry
US11087964B2 (en) 2019-11-21 2021-08-10 Thermo Finnigan Llc Method and apparatus for improved electrospray emitter lifetime

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5468958A (en) * 1993-07-20 1995-11-21 Bruker-Franzen Analytik Gmbh Quadrupole ion trap with switchable multipole fractions
US7157698B2 (en) * 2003-03-19 2007-01-02 Thermo Finnigan, Llc Obtaining tandem mass spectrometry data for multiple parent ions in an ion population
US7582864B2 (en) * 2005-12-22 2009-09-01 Leco Corporation Linear ion trap with an imbalanced radio frequency field

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3752470B2 (ja) * 2002-05-30 2006-03-08 株式会社日立ハイテクノロジーズ 質量分析装置
US20080097243A1 (en) * 2006-08-23 2008-04-24 James Samsoondar Hollow needle assembly
US7323683B2 (en) * 2005-08-31 2008-01-29 The Rockefeller University Linear ion trap for mass spectrometry
US7378653B2 (en) * 2006-01-10 2008-05-27 Varian, Inc. Increasing ion kinetic energy along axis of linear ion processing devices
US7351965B2 (en) * 2006-01-30 2008-04-01 Varian, Inc. Rotating excitation field in linear ion processing apparatus
US7365318B2 (en) 2006-05-19 2008-04-29 Thermo Finnigan Llc System and method for implementing balanced RF fields in an ion trap device
GB0624679D0 (en) * 2006-12-11 2007-01-17 Shimadzu Corp A time-of-flight mass spectrometer and a method of analysing ions in a time-of-flight mass spectrometer
JP5262010B2 (ja) * 2007-08-01 2013-08-14 株式会社日立製作所 質量分析計及び質量分析方法
US8766171B2 (en) 2009-07-06 2014-07-01 Dh Technologies Development Pte. Ltd. Methods and systems for providing a substantially quadrupole field with a higher order component
US8158934B2 (en) * 2009-08-25 2012-04-17 Agilent Technologies, Inc. Electron capture dissociation apparatus and related methods
US8637816B1 (en) 2012-07-31 2014-01-28 Agilent Technologies, Inc. Systems and methods for MS-MS-analysis
CN112420478B (zh) * 2013-04-23 2024-05-10 莱克公司 具有高吞吐量的多反射质谱仪
GB201409074D0 (en) * 2014-05-21 2014-07-02 Thermo Fisher Scient Bremen Ion ejection from a quadrupole ion trap

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5468958A (en) * 1993-07-20 1995-11-21 Bruker-Franzen Analytik Gmbh Quadrupole ion trap with switchable multipole fractions
US7157698B2 (en) * 2003-03-19 2007-01-02 Thermo Finnigan, Llc Obtaining tandem mass spectrometry data for multiple parent ions in an ion population
US7582864B2 (en) * 2005-12-22 2009-09-01 Leco Corporation Linear ion trap with an imbalanced radio frequency field

Also Published As

Publication number Publication date
CN107437491A (zh) 2017-12-05
US20170345636A1 (en) 2017-11-30
EP3249680A1 (en) 2017-11-29
EP3249680B1 (en) 2018-11-07
US9865446B2 (en) 2018-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9991108B2 (en) Ion guide with orthogonal sampling
US20160225598A1 (en) Pulsed ion guides for mass spectrometers and related methods
US9190251B2 (en) Pre-scan for mass to charge ratio range
CN107437491B (zh) 用于减少从线性离子阱径向射出的离子的动能扩散的系统和方法
US7557344B2 (en) Confining ions with fast-oscillating electric fields
US7319222B2 (en) Mass spectrometer and mass analysis method
US8664591B2 (en) Adjusting energy of ions ejected from ion trap
US20050258353A1 (en) Method and apparatus for ion fragmentation in mass spectrometry
US20090179150A1 (en) Mass spectrometer with looped ion path
US9431230B2 (en) Method of extracting ions with a low M/Z ratio from an ion trap
EP2633299A1 (en) Asymmetric field ion mobility in a linear geometry ion trap
WO2007079588A1 (en) Concentrating mass spectrometer ion guide, spectrometer and method
WO2018142265A1 (en) Fourier transform mass spectrometer
CA2312806A1 (en) Method of analyzing ions in an apparatus including a time of flight mass spectrometer and a linear ion trap
US9870911B2 (en) Method and apparatus for processing ions
CN109643634A (zh) 四极装置
CN113496866B (zh) 逆流均匀场离子迁移率谱仪
US9536723B1 (en) Thin field terminator for linear quadrupole ion guides, and related systems and methods
Le Vot et al. Implementation of a Penning ionization source on a FTICR instrument with ion funnel optics
US20240162027A1 (en) System and Method for Variable FFT Analysis Windows in Mass Spectrometry
CN116686065A (zh) 使用带通过滤碰撞池对高强度离子束执行ms/ms以增强质谱稳健性的方法
CN115803847A (zh) 用于寡核苷酸治疗剂的测序的降低电荷质谱法
CA2815435A1 (en) Asymmetric field ion mobility in a linear geometry ion trap

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant