CN108807133B - 在轨道型离子阱中进行离子反应和分析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在轨道型离子阱中进行离子反应和分析的方法，轨道型离子阱包括共同围成环状的第一子离子阱和第二子离子阱，第一子离子阱包括第一矩形轨道和位于第一矩形轨道两端的两个扇形轨道，第二子离子阱包括第二矩形轨道和位于第二矩形轨道两端的两个扇形轨道；第一和第二子离子阱分别用于束缚两种待反应的离子；所述方法包括：将两种待反应的离子分别束缚于第一子离子阱和第二子离子阱中，并控制第一和第二子离子阱两端的扇形轨道的离子门打开，使得被束缚于第一和第二子离子阱内的两种离子在真空条件下碰撞发生反应；在离子反应持续预设时间后，控制轨道型离子阱进入离子分析阶段，将离子反应产物激发出所述轨道型离子阱。

Description

在轨道型离子阱中进行离子反应和分析的方法

技术领域

本发明涉及离子阱质谱仪领域，尤其是涉及一种在小型化的轨道型离子阱中进行离子反应和分析的方法。

背景技术

质谱仪是一种通过定性、定量地测定物质的荷质比，从而确定该物质的仪器。离子阱是离子阱质谱仪的核心部件之一，离子阱将离子按照荷质比的大小将离子区分开来，并依次送入离子检测器。

H形阵列离子阱反应器，虽然能够实现离子分析和离子反应，但是由于矩形离子阱本身的限制，即离子门的存在，两种待反应的离子只能部分的进入中间的用于离子反应的阱中，离子反应效率低。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种在轨道型离子阱中进行离子反应和分析的方法，借助于质谱仪的真空条件下离子之间的碰撞完成不同离子间的离子反应，克服普通离子反应的诸多限制(如：反应一般在溶液中进行，生成难溶解及难电离或者挥发性物质等)，并可以使几乎所有被束缚的离子进行反应，提高反应效率，并分析反应过程的中间产物或最终产物的离子。

本发明为达上述目的提出以下技术方案：

一种在轨道型离子阱中进行离子反应和分析的方法，所述轨道型离子阱包括共同围成环状的第一子离子阱和第二子离子阱，所述第一子离子阱包括第一矩形轨道和位于所述第一矩形轨道两端的两个扇形轨道，所述第二子离子阱包括第二矩形轨道和位于所述第二矩形轨道两端的两个扇形轨道；第一和第二子离子阱分别用于束缚两种待反应的离子；所述方法包括：

将两种待反应的离子分别束缚于第一子离子阱和第二子离子阱中，并控制所述第一和第二子离子阱两端的扇形轨道的离子门打开，使得被束缚于所述第一和第二子离子阱内的两种离子在真空条件下碰撞发生反应；在离子反应持续预设时间后，控制所述轨道型离子阱进入离子分析阶段，将离子反应产物激发出所述轨道型离子阱。

本发明提供的上述技术方案，离子束缚、反应和分析均在一个整体的离子阱中进行，只需要通过控制施加的电压，即可依次实现离子束缚、离子反应和离子分析，从而克服离子在传输过程中产生损耗的缺陷，保证离子反应效率，有利于反应器的小型化。

附图说明

图1是本发明实施例中用于进行离子反应的轨道型离子阱结构示意图；

图2是图1所示离子阱的俯视图；

图3是图1所示离子阱的侧视图；

图4是图1所示离子阱的另一侧视图；

图5是本发明采用如图1所示的离子阱进行离子反应和分析的电压施加时序图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的具体实施方式提供一种在轨道型离子阱中进行离子反应和分析的方法，参考图1和图2，所述轨道型离子阱包括共同围成环状的第一子离子阱10和第二子离子阱20，所述第一子离子阱10包括第一矩形轨道13和位于所述第一矩形轨道13两端的两个扇形轨道11、12，所述第二子离子阱20包括第二矩形轨道23和位于所述第二矩形轨道23两端的两个扇形轨道21、22；第一和第二子离子阱10、20分别用于束缚两种待反应的离子；两种待反应的离子可以都是正离子，也可以都是负离子，或者正离子与负离子反应。所述在轨道型离子阱中进行离子反应和分析的方法(后述简称“所述方法”)包括：

首先将两种待反应的离子分别束缚于第一子离子阱10和第二子离子阱20中，然后控制第一子离子阱10和第二子离子阱20两端的扇形轨道的离子门打开，使得被束缚于两个子离子阱内的这两种离子在真空条件下碰撞发生离子反应；在离子反应持续预设时间后，控制所述轨道型离子阱进入离子分析阶段，将离子反应产物激发出所述轨道型离子阱。

在具体的实施例中，如图1至图4所示，所述第一矩形轨道13、所述第二矩形轨道23以及四个所述扇形轨道均是由四个电极板围成，分别是上下相对位置的两个电极板和内外相对位置的两个电极板，此处的“上、下、内、外”是附图1中的相对位置关系。例如，构成扇形轨道11的四个电极板，外电极板111、上电极板112、下电极板113，内电极板图中不可见；又例如，构成扇形轨道21的四个电极板，外电极板211、上电极板212、下电极板213，内电极板图中不可见；再比如，构成第二矩形轨道23的四个电极板分别是外电极板231、上电极板232、下电极板233，内电极板不可见。

本发明的所述方法，首先应将两种待反应的离子分别束缚在第一子离子阱10和第二子离子阱20中，具体做法例如是：

参考图5，在第一子离子阱10的两个扇形轨道11和12的每个电极板上分别施加第一直流恒定电压DC1，第一矩形轨道13的内外相对位置的两个电极板分别施加大小和方向均相同的幅值固定的第一高频电压RF1，第一矩形轨道13的上下相对位置的两个电极板不施加电压；以及，在第二子离子阱20的两个扇形轨道21和22的每个电极板上分别施加第二直流恒定电压DC2，第二矩形轨道23的内外相对位置的两个电极板分别施加大小和方向均相同的幅值固定的第二高频电压RF2，第二矩形轨道23的上下相对位置的两个电极板不施加电压；从而，可以将两种待反应的离子分别束缚于第一子离子阱10和第二子离子阱20中，此为离子束缚阶段S1。

当束缚(存储)了一定数量的离子后，在所述轨道型离子阱的所有内外电极板上均施加大小和方向均相同的幅值固定的第三高频电压RF3，所有上下电极板均不施加电压，以使第一子离子阱10和第二子离子阱20的两端的扇形轨道的离子门打开，进入离子反应阶段S2。扇形轨道11和12位于第一矩形轨道13的两端，在离子束缚阶段形成了第一子离子阱10的离子门；扇形轨道21和22位于第二矩形轨道23的两端，离子束缚阶段形成第二子离子阱20的离子门。

继续参考图5，当所述离子反应阶段持续所述预设时间后，在第一子离子阱10的两个扇形轨道11和12的每个电极板上分别施加第三直流恒定电压DC3，第一矩形轨道13的内外两电极板分别施加大小和方向均相同的第一高频扫描电压rf1，第一矩形轨道13的上下两电极板分别施加大小相同、方向相反的第一共振激发电压AC1；以及，在第二子离子阱20的两个扇形轨道21和22的每个电极板上分别施加第四直流恒定电压DC4，第二矩形轨道23的内外两电极板分别施加大小和方向均相同的第二高频扫描电压rf2，第二矩形轨道23的上下两电极板分别施加大小相同、方向相反的第二共振激发电压AC2；以使得离子从第一和第二矩形轨道13、23中按照荷质比的大小被激发出离子阱，实现离子的分析，此为离子分析阶段S3。此阶段分析的离子包括反应过程的中间产物或/和最终产物，并按离子荷质比大小激发出离子阱，完成离子反应的中间产物或/和最终产物的分析。其中，第一、第二共振激发电压AC1、AC2可以是固定值，也可以是扫描值。

在离子束缚阶段，若所述第一直流恒定电压DC1与所述第二直流恒定电压DC2均为正值电压，则第一和第二子离子阱10、20中均存储正离子，在离子反应阶段实现正-正离子反应；若所述第一直流恒定电压DC1与所述第二直流恒定电压DC2均为负值电压，则第一和第二子离子阱10、20中均存储负离子，在离子反应阶段实现负-负离子反应；若所述第一直流恒定电压DC1与所述第二直流恒定电压DC2为一正一负时，则两个子离子阱分别存储正、负离子，在离子反应阶段实现正-负离子反应。

在完成离子分析后，进入离子清除阶段S4，卸载所述轨道型离子阱的所有电极板上的电压，以清除阱内残留离子。

在上述的实施例中，在所述轨道型离子阱的所有上下电极板上开设有供离子出射的狭缝。另外，在内外电极板上狭缝可有可无。本发明对构成离子阱的电极板的形状不作限制，可以是三角电极、平板电极、双曲线电极、弧形电极、圆柱电极等。在离子束缚阶段对各扇形轨道的电极板施加的直流恒定电压可相同，也可不相同。对离子入射和出射狭缝的尺寸不作限制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种在轨道型离子阱中进行离子反应和分析的方法，所述轨道型离子阱包括共同围成环状的第一子离子阱(10)和第二子离子阱(20)，所述第一子离子阱(10)包括第一矩形轨道(13)和位于所述第一矩形轨道(13)两端的两个扇形轨道(11、12)，所述第二子离子阱(20)包括第二矩形轨道(23)和位于所述第二矩形轨道(23)两端的两个扇形轨道(21、22)；第一和第二子离子阱(10、20)分别用于束缚两种待反应的离子；其特征在于：

所述方法包括：

将两种待反应的离子分别束缚于第一子离子阱(10)和第二子离子阱(20)中，并控制所述第一和第二子离子阱(10、20)两端的扇形轨道的离子门打开，使得被束缚于所述第一和第二子离子阱内的两种离子在真空条件下碰撞发生反应；在离子反应持续预设时间后，控制所述轨道型离子阱进入离子分析阶段，将离子反应产物激发出所述轨道型离子阱；

所述第一矩形轨道(13)、所述第二矩形轨道(23)以及四个所述扇形轨道均是由四个电极板围成，分别是上下相对位置的两个电极板和内外相对位置的两个电极板；

在第一子离子阱(10)的两个扇形轨道(11、12)的每个电极板上分别施加第一直流恒定电压(DC1)，第一矩形轨道(13)的内外相对位置的两个电极板分别施加大小和方向均相同的幅值固定的第一高频电压(RF1)，第一矩形轨道(13)的上下相对位置的两个电极板不施加电压；以及，在第二子离子阱(20)的两个扇形轨道(21、22)的每个电极板上分别施加第二直流恒定电压(DC2)，第二矩形轨道(23)的内外相对位置的两个电极板分别施加大小和方向均相同的幅值固定的第二高频电压(RF2)，第二矩形轨道(23)的上下相对位置的两个电极板不施加电压，以将两种待反应的离子分别束缚于第一子离子阱(10)和第二子离子阱(20)中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述轨道型离子阱的所有内外电极板上均施加大小和方向均相同的幅值固定的第三高频电压(RF3)，所有上下电极板均不施加电压，以使所述第一和第二子离子阱(10、20)两端的扇形轨道的离子门打开，进入离子反应阶段。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：当所述离子反应阶段持续所述预设时间后，在第一子离子阱(10)的两个扇形轨道(11、12)的每个电极板上分别施加第三直流恒定电压(DC3)，第一矩形轨道(13)的内外两电极板分别施加大小和方向均相同的第一高频扫描电压(rf1)，第一矩形轨道(13)的上下两电极板分别施加大小相同、方向相反的第一共振激发电压(AC1)；以及，

在第二子离子阱(20)的两个扇形轨道(21、22)的每个电极板上分别施加第四直流恒定电压(DC4)，第二矩形轨道(23)的内外两电极板分别施加大小和方向均相同的第二高频扫描电压(rf2)，第二矩形轨道(23)的上下两电极板分别施加大小相同、方向相反的第二共振激发电压(AC2)；以使得离子从第一和第二矩形轨道(13、23)中按照荷质比的大小被激发出离子阱，实现离子的分析。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：在所述轨道型离子阱的所有上下电极板上开设有供离子出射的狭缝。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：当完成离子分析后，卸载所述轨道型离子阱的所有电极板上的电压，以清除阱内残留离子。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

当所述第一直流恒定电压(DC1)与所述第二直流恒定电压(DC2)均为正值电压时，第一和第二子离子阱(10、20)中均存储正离子，在离子反应阶段实现正-正离子反应；

当所述第一直流恒定电压(DC1)与所述第二直流恒定电压(DC2)均为负值电压时，第一和第二子离子阱(10、20)中均存储负离子，在离子反应阶段实现负-负离子反应；

当所述第一直流恒定电压(DC1)与所述第二直流恒定电压(DC2)为一正一负时，分别存储正、负离子，在离子反应阶段实现正-负离子反应。