CN110291613A - 傅里叶变换质谱仪 - Google Patents

Abstract

在一个方面中，本发明公开一种质量分析器，其包括四极，所述四极具有用于接收离子的输入端和离子离开所述四极能够穿过的输出端，所述四极具有多个杆，RF电压能够施加到所述多个杆中的至少一些以产生四极场，所述四极场用于在所述离子传播穿过所述四极时致使对所述离子的径向局限并且另外在所述输出端附近产生边缘场。所述质量分析器另外包含至少一电压源，所述电压源用于将电压脉冲施加到所述杆中的至少一个，以便激励在其长期频率下穿过所述四极的所述离子的至少一部分的径向振荡，其中所述径向被激励离子在离开所述四极时与所述边缘场交互以使得其径向振荡转换成轴向振荡。

Description

傅里叶变换质谱仪

相关申请案

本申请案主张2017年2月1日申请的标题为的“傅里叶变换质谱仪(FourierTransform Mass Spectrometer)”的美国临时申请案第62/453,167号的优先权，所述美国临时申请案以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

本发明大体上涉及质量分析器，且特定来说，涉及可以用于多种不同质谱仪中的傅里叶变换质量分析器。

质谱法(MS)是用于确定测试物质的元素组成的分析技术，其既具有定性应用又具有定量应用。举例来说，MS可用以识别未知化合物，确定分子中的元素的同位素组成，并且通过观测特定化合物的碎裂来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。在一些情况下，在上游色谱分离之后，低分辨率质谱可足以识别受关注分析物。

仍需要改进的具有适合灵敏度的扫描质谱仪，所述扫描质谱仪可与色谱分离组合使用。

发明内容

在一个方面中，公开一种质量分析器，其包括四极，所述四极具有用于接收离子的输入端和离子离开所述四极可穿过的输出端，所述四极具有多个杆，RF电压可施加到所述多个杆中的至少一些以产生四极场，所述四极场用于在所述离子传播穿过所述四极时致使对所述离子的径向局限并且另外在所述输出端附近产生边缘场。所述质量分析器另外包含至少一电压源，所述电压源用于将电压脉冲施加到所述杆中的至少一个，以便激励在其长期频率下穿过所述四极的所述离子的至少一部分的径向振荡，其中所述径向被激励离子的至少一部分在离开所述四极时与所述边缘场交互以使得其径向振荡转换成轴向振荡。

所述质量分析器可另外包含检测器，所述检测器安置于所述四极的所述输出端下游以用于检测离开所述四极的所述轴向振荡离子。所述检测器响应于检测到所述轴向振荡离子的至少一部分而产生时变信号。分析器可从检测器接收时变信号并且可将傅里叶变换应用于所述时变信号以便产生频域信号。所述分析器可对所述频域信号进行进一步操作以产生所检测离子的质谱。

可例如基于特定应用来选择电压脉冲的振幅和持续时间。借助于实例，电压脉冲可具有在约10纳秒(ns)到约1毫秒的范围内，例如在约1微秒到约100微秒的范围内、或在约5微秒到约50微秒的范围内、或在约10微秒到约30微秒的范围内的持续时间。此外，电压脉冲可具有例如在约10伏特到约40伏特的范围内的振幅。举例来说，电压脉冲的振幅可在约20伏特到30伏特的范围内。在一些实施例中，电压脉冲作为两极电压而施加，即经由将正电压施加到一个杆且将负电压施加到另一杆(通常为对角相对杆)而施加。在其它实施例中，电压脉冲可施加到单个杆。

在一些实施例中，四极杆维持在约1×10^-6托到约1.5×10^-3托的范围内的压力下。举例来说，四极杆可维持在约8×10^-6托到约1×10^-4托的范围内的压力下。在一些实施例中，四极维持在约1×10^-6托到约9×10^-3托的范围内的压力下。

所述四极可包含四个杆(在本文中被称为四极杆)，所述四个杆布置成在其间提供通路以为穿过其离子提供通道。一或多个RF电压施加到四极杆中的一或多个可产生四极场，所述四极场可在离子穿过四极时有助于对所述离子的径向局限。在一些实施例中，所述四极包含多个辅助电极，例如穿插在四极杆之间的四个辅助电极。在一些此类实施例中，电压脉冲施加到辅助电极中的至少一个。举例来说，两极电压脉冲可施加到两个对角相对辅助电极。

在一些实施例中，所述质量分析器可包含输入透镜和/或输出透镜。所述分析器可包含用于将DC电压施加到输入透镜和/或输出透镜中的任一个的DC电压源。输入透镜可定位成靠近四极的输入端以促进离子进入四极，且出射透镜可定位成靠近四极的输出端以促进离子离开四极。在一些实施例中，具有吸引力的DC电压可施加到出射透镜以调整四极的输出端附近的边缘场，所述DC电压例如相对于四极DC偏移有吸引力的在约-5V到-50V的范围内的DC电压。在一些实施例中，分析器可包括用于将RF电压施加到输入透镜和/或输出透镜中的任一个的RF电压源。在一些实施例中，RF电压可施加到出射透镜以调整四极的输出端附近的边缘场，所述RF电压例如在约10V_p-p到300V_p-p的范围内的RF电压，具有在50kHz到2MHz的范围内的频率。

根据本发明教示内容的质量分析器可并入于多种不同的质谱仪中。举例来说，这类质谱仪可包含根据本发明教示内容的质量分析器、用于产生离子的离子源，以及安置在例如质量分析器的上游的用于聚焦、导引、选择和/或解离离子的元件。借助于实例，离子聚焦四极可安置于离子源与根据本发明教示内容的质量分析器之间。在一些实施例中，碰撞池可安置于离子源与四极之间。碰撞池可从离子源接收离子并且引起所接收的离子的至少一部分碎裂以产生碎裂离子，其中碎裂离子的至少一部分被四极接收。

在相关方面中，公开一种执行质量分析的方法，其包括使多个离子穿过包括多个杆的四极，所述四极具有用于接收所述离子的输入端和离子离开所述四极穿过的输出端，以及将至少一个RF电压施加到所述杆中的至少一个，以便产生用于在所述离子穿过所述四极时径向局限所述离子的电磁场。所述方法可另外包含跨至少一对所述多个杆施加电压脉冲以便激励在其长期频率下穿过所述四极的所述离子的至少一部分的径向振荡，其中在所述被激励离子离开所述四极杆集时，所述输出端附近的边缘场可将所述被激励离子的至少一部分的所述径向振荡转换成轴向振荡。

所述方法可另外包含检测离开所述四极杆集的所述轴向振荡离子的至少一部分以产生时变信号。可获得所述时变信号的傅里叶变换以便产生频域信号。接着可使用所述频域信号产生与所述所检测离子相关联的质谱。在一些实施例中，选择进入所述四极的所述离子的动能以便获得对应于所要分辨率的所述时变信号的时间长度，其中所述分辨率随着所述时变信号的所述时间长度增加而增加。

参考以下结合相关图式进行的详细描述可以获得对本发明教示内容的进一步理解，相关图式简单描述如下。

附图说明

图1A示意性地描绘根据本发明教示内容的实施例的质量分析器，

图1B是图1A中描绘的质量分析器的四极杆的示意性端视图，

图2示意性地描绘适合在根据本发明教示内容的质量分析器的一些实施例中使用的方形电压脉冲，

图3示意性地描绘适合在根据本发明教示内容的质量分析器中使用的分析模块的一个示范性实施方案，

图4A是根据实施例的质量分析器的侧视示意图，其中所述分析器包含四个四极杆和四个辅助电极，

图4B是图4A中描绘的质量分析器的端视图，

图5是其中并入根据本发明教示内容的质量分析器的质谱仪的示意性视图，

图6是用以获取说明性数据的设备的示意图，

图7示出使用根据本发明教示内容的原型质量分析器获得的时变离子信号，

图8是图7中示出的振荡离子信号的傅里叶变换，

图9A-9F呈现在进入质量分析器的多种不同离子能量下获取的一系列振荡信号，

图10示出具有多个频率分量的振荡离子信号，所述频率分量对应于使用根据本发明教示内容的实施例的质量分析器通过利血平(reserpine)m/z 609离子的碎裂所产生的多个产物离子，

图11是图10中示出的振荡离子信号的傅里叶变换，和

图12A和12B示出在1.4×10^-3托的室压力下的两个碰撞能量下的质量选定m/z 609利血平离子的频谱。

具体实施方式

本发明教示内容涉及一种可包含四极杆集和任选地多个辅助电极的质量分析器。将电压脉冲施加到四极杆中的一或多个或施加到辅助电极中的一或多个，这可引起对穿过四极的离子的至少一部分的径向激励。径向激励的离子与四极的输出端附近的边缘场交互，这可将被激励离子的至少一部分的径向振荡转换成轴向振荡。检测器可检测到轴向振荡离子以产生离子信号。可基于离子信号的傅里叶变换来计算所检测的离子的质谱。所述离子穿过质量分析器而非首先就被捕获于质量分析器中。

本文中所使用的各个术语与其在所属领域中的常见含义一致。术语“径向”在本文中用以指平面内的垂直于四极杆集的轴向尺寸的方向(例如，沿着图1A中的z方向)。术语“径向激励”和“径向振荡”分别是指在径向方向上的激励和振荡。如本文中所使用的修饰数值的术语“约”意图标示围绕所述数值的至多5％的变化。

图1A和1B示意性地描绘根据本发明教示内容的实施例的质量分析器1000，其包含从输入端(A)延伸到输出端(B)的四极杆集1002，其中所述输入端(A)被配置成用于接收离子，离子可穿过所述输出端(B)离开四极杆集。在此实施例中，四极杆集包含四个杆1004a、1004b、1004c和1004d(在本文中统称为四极杆1004)，所述杆以在其间提供过道的方式相对于彼此布置，四极杆集所接收的离子可从输入端(A)穿过所述过道传播到输出端(B)。在此实施例中，四极杆1004具有环形横截面，而在其它实施例中，可具有不同的横截面形状，例如双曲线。

质量分析器1000可接收离子源(在此图中未示出)所产生的离子，例如连续离子流。可采用多种不同类型的离子源。一些适合实例包含但不限于电喷射电离装置、喷雾器辅助电喷射装置、化学电离装置、喷雾器辅助雾化装置、基质辅助激光解吸/电离(MALDI)离子源、光致电离装置、激光电离装置、热喷射电离装置、电感耦合等离子体(ICP)离子源、声波喷射电离装置、辉光放电离子源，以及电子轰击离子源、DESI等等。

将射频(RF)电压施加到四极杆1004，这可提供在离子穿过四极时用于径向局限所述离子的四极场。可在具有或不具有可选择量的分辨DC电压同时施加到四极杆中的一或多个的情况下，将所述RF电压施加到所述杆。

在一些实施例中，施加到四极杆1004的RF电压可具有在约0.8MHz到约3MHz的范围内的频率和在约100伏特到约1500伏特的范围内的振幅，不过也可采用其它频率和振幅。在此实施例中，RF电压源1008在控制器1010的控制下操作，以将所需RF电压提供到四极杆1004。

在一些实施例中，四极杆集内的压力可维持在约1×10^-6托到约1.5×10^-3托的范围内，例如在约8×10^-6托到约5×10^-4托的范围内。在一些实施例中，使四极维持在约1×10^-6托到约9×10^-3托的范围内的压力下。

施加RF电压可导致在四极内产生四极场，所述四极场表征为四极杆集的输入(入口)和出射端附近的边缘场。如下文更详细地论述，这类边缘场可耦合离子的径向和轴向运动。借助于实例，四极杆集的输出端(B)附近的区域中的四极电势的减弱可导致产生边缘场，其可呈现沿着四极的纵向方向(沿着z方向)的分量。在一些实施例中，此电场的振幅可随距四极杆集的中心的径向距离增加而增加。

借助于说明而非受限于任何特定理论，将RF电压施加到四极杆可导致产生如在以下关系中定义的二维四极电势：

其中表示相对于地面所测量的电势，且x和y表示定义垂直于离子的传播方向(即，垂直于z方向)的平面的笛卡尔坐标。可通过获得电势的空间梯度来计算以上电势所产生的电磁场。

此外，不限于任何特定理论，对于第一近似值，与四极的输入和输出端附近的边缘场相关联的电势可通过如下文所指示的函数f(z)表征为四极的输入和输出端附近的二维四极电势的减弱：

其中标示与边缘场相关联的电势，且表示上文所论述的二维四极电势。归因于二维四极场的减弱的边缘电场的轴向分量(E_z,quad)可如下描述：

如下文更详细地论述，这类边缘场允许使经由将电压脉冲施加到四极杆中的一或多个(和/或一或多个辅助电极)所激励的离子的径向振荡转换成轴向振荡，其中通过检测器检测到轴向振荡离子。

继续参考图1A和1B，在此实施例中，质量分析器1000另外包含安置成靠近四极杆集的输入端的输入透镜1012，以及安置成靠近四极杆集的输出端的输出透镜1014。DC电压源1016在控制器1010的控制下操作，可将例如在约1V到50V的范围内的两个DC电压施加到输入透镜1012和输出透镜1014，所述DC电压相对于四极的DC偏移具有吸引力。在一些实施例中，施加到输入透镜1012的DC电压致使产生促进离子进入质量分析器的电场。此外，将DC电压施加到输出透镜1014可促进离子离开四极杆集。

透镜1012和1014可以多种不同方式实施。举例来说，在一些实施例中，透镜1012和1014可呈具有开口的板形式，其中离子穿过所述开口。在其它实施例中，透镜1012和1014中的至少一个(或两个)可实施为网状结构。也可在四极的入口和出射端存在仅RF布鲁巴克(Brubaker)透镜。

在一些实施例中，DC电压源可将分辨DC电压施加到四极杆中的一或多个以便选择所要m/z窗内的离子。在一些实施例中，这类分辨DC电压可在约10V到约150V的范围内。

继续参考图1A和1B，分析器1000另外包含用于将脉冲式电压施加到四极杆1004中的至少一个的脉冲式电压源1018。在此实施例中，脉冲式电压源1018将两极脉冲式电压施加到杆1004a和1004b，不过在其它实施例中，两极脉冲式电压可施加到杆1004c和1004d。

在一些实施例中，施加的脉冲式电压的振幅可例如在约10伏特到约40伏特的范围内，或在约20伏特到约30伏特的范围内，不过也可使用其它振幅。此外，脉冲式电压的持续时间(脉冲宽度)可例如在约10纳秒(ns)到约1毫秒的范围内，例如在约1微秒到约100微秒的范围内，或在约5微秒到约50微秒的范围内，或在约10微秒到约40微秒的范围内，不过也可使用其它脉冲持续时间。一般来说，可采用多种脉冲振幅和持续时间。在多个实施例中，脉冲宽度越长，脉冲振幅越小。穿过四极的离子通常暴露于仅单个激励脉冲。一旦被激励离子的“弹丸(slug)”穿过四极，就触发额外激励脉冲。这通常每1到2ms发生一次，使得每秒收集约500到1000个数据获取周期。

与电压脉冲相关联的波形可具有多种不同形状，其目标是提供快速宽带激励信号。借助于实例，图2示意性地示出具有方形时间形状的示范性电压脉冲。在一些实施例中，电压脉冲的爬升时间，即电压脉冲从零电压增加到达到其最大值所花费的持续时间可例如在约1nsec到100nsec的范围内。在其它实施例中，电压脉冲可具有不同时间形状。

不限于任何特定理论，例如跨两个对角相对四极杆施加电压脉冲会产生四极内的瞬态电场。四极内的离子暴露于此瞬态电场可径向激励长期频率下的所述离子中的至少一些。这类激励可涵盖具有不同质荷比(m/z)比的离子。换句话说，使用具有短时间期间的激励电压脉冲可提供对四极内的离子的的宽带径向激励。

径向激励的离子在达到输出端(B)附近的四极杆集的末端部分时将与出射边缘场交互。此外，不限于任何特定理论，这类交互可将被激励离子的至少一部分的径向振荡转换成轴向振荡。

再次参考图1A和1B，轴向振荡离子使四极杆集和出射透镜1014到达在控制器1010的控制下操作的检测器1020。检测器1020响应于检测到轴向振荡离子而产生时变离子信号。可采用多种检测器。适合检测器的一些实例包含但不限于Photonis Channeltron型号4822C和ETP电子倍增器模型AF610。

与检测器1020通信的分析器1022(在本文中还被称作分析模块)可接收所检测的时变信号并且对信号进行操作以产生与所检测离子相关联的质谱。更具体地，在此实施例中，分析器1022可获得所检测时变信号的傅里叶变换以产生频域信号。分析器接着可使用马蒂厄(Mathieu)a和q参数与m/z之间的关系将频域信号转换成质谱。

其中z是离子上的电荷，U是杆上的DC电压，V是RF电压振幅，Ω是RF的角频率，且r₀是四极的特征性尺寸。径向坐标r通过下式得出：

r²＝x²+y² 方程式(6)

另外，当q<～0.4时，参数β通过下式得出：

且基本长期频率通过下式得出：

在其中a＝0且q<～0.4的条件下，所述长期频率通过以下近似关系与m/z相关。

β的精确值是是关于a和q马蒂厄参数的连续分数表达式。此连续分数表达式可在以下中找到：参考文件J.Mass Spectrom.，第32卷，351-369(1997)，其以全文引用的方式并入本文中。

可替代地通过使一组频率拟合到以下方程式来确定m/z与长期频率之间的关系：

其中A和B是待确定的常数。

在一些实施例中，根据本发明教示内容的质量分析器可用以产生具有一分辨率的质谱，所述分辨率取决于时变激励离子信号的长度，但所述分辨率通常可在约100到约1000的范围内。

分析器1022可以多种不同方式实施于硬件和/或软件中。借助于实例，图3示意性地描绘分析器1200的实施例，其包含用于控制分析器的操作的处理器1220。示范性分析器1200另外包含用于存储指令和数据的随机存取存储器(RAM)1240和永久性存储器1260。分析器1200还包含用于对从检测器1180接收的时变离子信号进行操作(例如，经由傅里叶变换)以产生频域信号的傅里叶变换(FT)模块1280，以及用于基于频域信号计算所检测的离子的质谱的模块1300。通信模块1320允许分析器与检测器1180通信，以例如接收所检测的离子信号。通信总线1340允许分析器的各种组件与彼此通信。

在一些实施例中，根据本发明教示内容的质量分析器可包含四极杆集以及一或多个辅助电极，电压脉冲可施加到所述四极杆集以及一或多个辅助电极以用于径向激励四极内的离子。借助于实例，图4A和4B示意性地描绘根据这类实施例的质量分析器2000，其包含由四个杆2020a、2020b、2020c和202d(在本文中统称为四极杆2020)构成的四极杆集2020。在此实施例中，分析器2000另外包含多个辅助电极2040a、2040b、2040c和2040d(在本文中统称为辅助电极2040)，其穿插在四极杆2020之间。类似于四极杆2020，辅助电极2040从四极的输入端(A)延伸到其输出端(B)。在此实施例中，辅助电极2040与四极杆2020具有大体上类似的长度，不过在其它实施例中，其可具有不同的长度。

类似于先前实施例，RF电压可例如经由RF电压源(未示出)施加到四极杆2020以用于径向局限穿过其的离子。并非将电压脉冲施加到四极杆中的一或多个，而是在此实施例中，电压脉冲可施加到辅助电极中的一或多个以致使对穿过四极的离子中的至少一些的径向激励。借助于实例，在此实施例中，脉冲式电压源2060可将两极电压脉冲施加到杆2040a和2040d(例如，将正电压施加到杆2040a并且将负电压施加到杆2040d)。

类似于先前实施例，电压脉冲可致使对穿过四极的离子中的至少一些的径向激励。如上文所论述，径向被激励离子与四极的输出端附近的边缘场的交互可将径向振荡转换成轴向振荡，且检测器(在此图中未示出)可检测到轴向振荡离子。类似于先前实施例，例如上文所论述的分析器1200的分析器可对由于检测到轴向振荡离子而产生的时变离子信号进行操作以产生频域信号，并且可对频域信号进行操作以产生所检测离子的质谱。

根据本发明教示内容的质量分析器可并入于多种不同的质谱仪中。借助于实例，图5示意性地描绘这类质谱仪100，其包括用于在电离室14内产生离子的离子源104、用于初始处理从其接收的离子的上游区段16，以及含有一或多个质量分析器、碰撞池和根据本发明教示内容的质量分析器116的下游区段18。

离子源104所产生的离子可依次穿过上游区段16的元件(例如，帘板30、孔板32、QJet 106和Q0 108)传输以产生高度聚焦的窄离子束(例如，在沿着中心纵向轴线的z方向上)，以用于高度真空下游部分18内的进一步质量分析。在描绘的实施例中，电离室14可维持在大气压力下，不过在一些实施例中，电离室14可排空到低于大气压力的压力。帘室(即，帘板30与孔板32之间的空间)也可维持在高压(例如，约大气压力，大于上游区段16的压力)下，而上游区段16和下游区段18可通过穿过一或多个真空泵端口(未示出)的排气，维持在一或多个选定压力(例如，相同或不同的亚大气压，低于电离室的压力)下。质谱仪系统100的上游区段16通常维持在相对于下游区段18的各个压力区域的一或多个高压下，所述下游区段18通常在减小的压力下操作以便有助于紧密聚焦和控制离子移动。

电离室14通过帘板30与气帘室间隔开，其中可电离含于所述电离室14内的从离子源104排放的流体样本内的分析物，所述帘板30界定经由孔板32的取样孔与上游区段流体连通的帘板孔口。根据本发明教示的各个方面，帘式气体供应可提供帘板30与孔板32之间的帘式气体流(例如，N₂)，以通过析散和抽空大的中性颗粒，辅助使质谱仪系统的下游区段保持干净。借助于实例，帘式气体的一部分可离开帘板孔口流到电离室14中，进而防止小液滴穿过帘板孔口进入。

如下文所详细论述，质谱仪系统100还包含电源和控制器(未示出)，其可耦合到各个组件以便操作根据本发明教示的各个方面的质谱仪系统100。

如所示出，所描绘的系统100包含样本源102，其被配置成将流体样本提供到离子源104。样本源102可为所属领域的技术人员已知的任何适合的样本入口系统并且可被配置成容纳和/或将样本(例如，含有或疑似含有受关注分析物的液体样本)引入到离子源104。样本源102可流体耦合到离子源，以便将液体样本从待分析样本的储集器，从线内液相色谱(LC)柱、从毛细管电泳(CE)仪器或从注入样本可穿过的输入端口(全部都是借助于非限制性实例)(例如，穿过一或多个导管、通道、管路、管道、毛细管等)传输到离子源102。在一些方面中，样本源102可包括用于使液体载剂持续流动到离子源104的输注泵(例如，针筒或LC泵)，而样本块可间歇地注入到液体载剂中。

离子源104可具有多种配置但通常被配置成从含于样本(例如，从样本源102接收的流体样本)内的分析物产生离子。在此实施例中，离子源104包括电喷射电极，所述电喷射电极可包括流体耦合到样本源102并且在一出射端中终止的毛细管，所述出射端至少部分地延伸到电离室14中以排放其中的液体样本。如所属领域的技术人员根据本发明教示将了解，电喷射电极的出射端可将液体样本雾化、气溶胶化、喷雾化或以其它方式排放(例如，用喷嘴喷射)到电离室14中以形成样本羽流，所述样本羽流包括大体引向帘板孔口(例如，帘板孔口附近)的多个微液滴。如所属领域中已知，举例来说，中产生样本羽流时，离子源104可电离含于微液滴内的分析物(即，使其带电)。在一些方面中，电喷射电极的出射端可由导电材料制成并且电耦合到电源(例如，电压源)，所述电源可操作地连接到控制器20以使得随着含于样本羽流内的微液滴内的流体在电离室12中的脱溶剂期间蒸发，裸带电分析物离子或溶合离子被释放并且朝向并穿过帘板孔口抽取。在一些替代性方面中，喷射器的排放端可为不导电的，且可通过导电结合部位或导电结发生喷射充电以将高电压施加到液体流(例如，毛细管的上游)。虽然离子源104在本文中描述大体为电喷射电极，但应了解，可使用在所属领域中已知用于电离样本内的分析物并且根据本发明教示经修改的任何数目种不同电离技术作为离子源104。借助于非限制性实例，离子源104可为电喷射电离装置、喷雾器辅助电喷射装置、化学电离装置、喷雾器辅助雾化装置、基质辅助激光解吸/电离(MALDI)离子源、光致电离装置、激光电离装置、热喷射电离装置、电感耦合等离子体(ICP)离子源、声波喷射电离装置、辉光放电离子源，以及电子轰击离子源、DESI等等。应了解，离子源102可相对于帘板孔口和离子路径轴线正交地安置，以使得从离子源104排放的羽流还大体跨帘板孔口的面引导，以便可从电离室14移除不抽取到帘室中的液体小滴和/或大的中性分子，从而防止电离室内的潜在污染物的积聚和/或再循环。在各种方面中，也可提供喷雾器气体(例如，围绕离子源102的排放端)，以防止在喷射器尖端上积聚小液滴和/或以在帘板孔口的方向上引导样本羽流。

在一些实施例中，离子在穿过孔板32后即刻可横穿一或多个额外真空室和/或四极(例如，四极)，以在传输到下游高真空区段18中之前使用气体动力学和射频场的组合提供对离子束的额外聚焦和更精细控制。根据本发明教示的各个方面，还应了解本文中所描述的示范性离子导向器可安置于质谱仪系统的多个前端位置中。借助于非限制性实例，离子导向器108可用以离子导向器的常规作用(例如，在约1-10托的压力下操作)，作为前面存在离子导向器的常规Q0聚焦离子导向器(例如，在约3-15毫托的压力下操作)，作为组合式Q0聚焦离子导向器和离子导向器(例如，在约3-15毫托的压力下操作)，或作为离子导向器与Q0之间的中间装置(例如，在数百毫托的压力下操作，在典型离子导向器与典型Q0聚焦离子导向器之间的压力下操作)。

如所示出，系统100的上游区段16经由孔板32与帘室间隔开并且通常包括第一RF离子导向器106(例如，SCIEX的)和第二RF导向器108(例如，Q0)。在一些示范性方面中，第一RF离子导向器106可用以使用气体动力学与射频场的组合捕获和聚集离子。借助于实例，离子可穿过取样孔传输，其中由于孔板32的任一侧上的室之间的压力差而发生真空膨胀。借助于非限制性实例，第一RF离子导向器的区域中的压力可维持在约2.5托压力下。QJet 106将接收的离子进而穿过安置于其间的离子透镜IQ0107传送到后续离子光学件，例如Q0RF离子导向器108。Q0RF离子导向器108传送离子穿过中压区域(例如，在约1毫托到约10毫托的范围内)并且将离子穿过IQ1透镜109递送到系统100的下游区段18。

系统100的下游区段18通常包括高度真空室，其含钠一或多个质量分析器以用于进一步处理从上游区段16传输的离子。如图5所示，示范性下游区段18包含质量分析器110(例如，伸长杆集Q1)和可操作为碰撞池的第二伸长杆集112(例如，q2)。下游区段另外包含根据本发明教示内容的质量分析器114。

质量分析器110与碰撞池112通过孔板IQ2分隔开，且碰撞池112与质量分析器114通过孔板IQ3分隔开。举例来说，在从108Q0传输穿过透镜109IQ1的出射孔之后，离子可进入相邻四极杆集110(Q1)，所述四极杆集可位于真空室中，所述真空室可排空到可维持在低于安置有RF离子导向器107的室的压力的值的压力下。

借助于非限制性实例，含有Q1的真空室可维持在小于约1×10^-4托(例如，约5×10^-5托)的压力下，不过其它压力可用于此目的或用于其它目的。如所属领域的技术人员将了解，四极杆集Q1可操作为常规传输RF/DC四极质量过滤器，其可操作以选择受关注离子和/或受关注离子范围。借助于实例，四极杆集Q1可配备有适用于在质量分辨模式中操作的RF/DC电压。如应了解，考虑到Q1的物理和电性质，所施加RF电压和DC电压的参数可经选择以使得Q1建立所选m/z比的传输窗，使得这些离子可以基本无扰的方式横穿Q1。然而，落在所述窗外部的具有m/z比的离子不获得四极内的稳定轨迹并且可被阻止横穿四极杆集Q1。应了解，此操作模式是用于Q1的仅一个可能的操作模式。

穿过四极杆集Q1的离子可穿过透镜IQ2并进入相邻四极杆集q2，所述四极杆集可安置于经加压隔室中并且可被配置成大致在从约1毫托到约10毫托的范围内的压力下操作为碰撞池，不过其它压力可用于此目的或用于其它目的。可借助于气体入口(未示出)提供适合的碰撞气体(例如，氮、氩、氦等)以热化和/或碎裂离子束中的离子。

在此实施例中，离开碰撞池112的离子可被根据本发明教示内容的质量分析器114接收。如上文所论述，质量分析器114可实施为具有或不具有辅助电极的四极质量分析器。将RF电压施加到四极杆(具有或不具有可选择分辨DC电压)可在离子穿过四极时提供对所述离子的径向局限，且将DC电压脉冲施加到RF杆或辅助电极中的一或多个可致使对离子的至少一部分(并且优选地所有离子)的径向激励。如上文所论述，径向被激励离子在离开四极时与边缘场的交互可将离子中的至少一些的径向激励转换成轴向激励。检测器118接着检测到离子，并产生时变离子信号。与检测器118通信的分析器120可对时变离子信号进行操作，以用上文所论述的方式导出所检测离子的质谱。

以下实例是为了进一步阐明本发明教示的各个方面而提供，并且并不意在必然提供实践本发明教示的最佳方式或可获得的最佳结果。

实例

(Sciex)质谱仪经修改以并入有根据本发明教示内容的质量分析器并且在图6中示意性地描绘。此系统非常类似于上文所描述的系统，其中的主要不同之处在于大气-真空界面涉及孔口-分流器(skimmer)配置，而非配置。喷雾器辅助电喷射离子源(未示出)产生离子，且所述离子穿过孔口行进到大约2托的压力下的界面区域中。离子从此处进入维持在约8×10^-3托的压力下的Q0碰撞聚焦区域。接着将离子引导到含有四极Q1、Q2和Q3的主真空室中。此室的压力标称为8×10^-6托，但可使用外部气体供应调整所述压力。包封的Q2碰撞池含纳约5×10^-3托的压力下的氮气。Q1可在仅RF模式中用于输送从Q0区域下游发出的大部分离子，或可充当提供质量窗选择的四极质量过滤器。Q0、Q1和Q2的RF频率是约1MHz。Q3 RF频率是1.839MHz。通过放大Agilent 33220A函数发生器产生的矩形脉冲来提供在离子穿过Q3时对所述离子的激励，所述矩形脉冲以两极方式施加到四极的两个相邻杆。通常，两极脉冲的正向侧和负向侧在放大之后各自为约20-40V。

在图7中示出在检测器处产生的振荡信号的实例。在来自0.17pmol/μL利血平溶液的m/z 609的Q1质量选定波束的激励(750ns，30V)两极脉冲之后产生此信号。Q3 RF电压固定在640V(0峰值)下，对应于m/z质子化分子态离子的q值0.174。振荡信号持续大约1ms。当通过FFT程序(DPlot版本2.2.1.1，HydeSoft Computing，USA)放入此数据文件时，产生图8中示出的频谱。主峰位于114.1KHz的频率下，其非常接近于所计算的长期频率113.7kHz，所述长期频率是针对所述四极条件下的609.28的m/z的离子所计算。

振荡信号的长度提供质谱分辨率的上限。在此情况下，图8中示出的峰值是1.4kHz宽，其产生(114.1kHz/1.4kHz)＝81.5的分辨率。此分辨力(resolving power)不高，但仍适用于混合物中的化合物的分离。可通过增加振荡信号的长度来增加分辨力，所述振荡信号的长度很大程度上是由穿过四极的离子的动能确定。图9A-9F示出在激励脉冲之后离子动能对振荡信号的长度的效应。随着离子动能减小，振荡信号的长度增加且分辨率增加。

由于此分析器通过连续离子束起作用，因此一旦振荡信号消失，就可触发另一激励脉冲并且获取另一振荡信号。对于持续约1ms的信号，可获取大约1000个这类轨迹，或更确切地，可以1kHz获取速率获取数据。由于激励并检测到穿过四极的所有离子，因此此质量分析器记录每个激励脉冲的全质谱，因此浪费极少离子。因此，此分析器快速且灵敏。

如图10中所示，当存在多个不同质荷比的离子时，所得振荡信号可相当复杂。图10中的迹线是针对m/z 609下的Q1质量选定质子化利血平(0.17pmol/uL溶液)的离子束所获取，所述离子束加速到42.5eV下的经加压Q2碰撞池中以产生碎片离子。Q3 RF电压固定在640V(0峰值)下。当图10中描绘的数据经傅里叶变换时，获得图11中的频谱。此频谱是利血平的产物离子谱。在频谱中展示频率和相关联m/z值。

已发现，此分析器与通常限于压力＜1×10^-4托的常规四极质量过滤器相比在高得多的操作压力下工作且几乎不损失性能。此情况在图12A和12B中示出，其中针对如下两个不同的Q2碰撞能量呈现m/z 609下的利血平质子化分子态离子的经傅里叶变换谱：8eV和45eV。Q1设置为传输围绕m/z 609利血平离子的5amu宽窗，且Q3 RF电压固定在640V(0峰值)下。激励条件是在40V下的750ns宽两极脉冲。使用外部氮气供应使室压力增加到1.4×10^-3托。尽管室压力为高，在连个碰撞能量下仍获得完全可接受的谱。

所属领域的普通技术人员将了解可在不脱离本发明范围的情况下对以上实施例作出各种改变。此外，所属领域的普通技术人员将理解一个实施例的特征可与另一实施例的特征组合。

Claims (20)

1.一种质量分析器，其包括：

四极，其具有用于接收离子的输入端和离子离开所述四极能够穿过的输出端，所述四极具有多个杆，RF电压能够施加到所述多个杆中的至少一些以产生四极场，所述四极场用于在所述离子传播穿过所述四极时致使对所述离子的径向局限并且另外在所述输出端附近产生边缘场，

至少一电压源，其用于将电压脉冲施加到所述杆中的至少一个，以便激励在其长期频率下穿过所述四极的所述离子的至少一部分的径向振荡，

其中所述径向被激励离子在离开所述四极时与所述边缘场交互以使得其径向振荡转换成轴向振荡。

2.根据权利要求1所述的质量分析器，其另外包括检测器，所述检测器安置于所述四极的所述输出端下游以用于检测离开所述四极的所述轴向振荡离子。

3.根据权利要求2所述的质量分析器，其中所述检测器响应于检测到所述轴向振荡离子而产生时变信号。

4.根据权利要求3所述的质量分析器，其另外包括分析模块，所述分析模块用于接收所述时变信号并且将傅里叶变换应用于所述时变信号以便产生频域信号。

5.根据权利要求4所述的质量分析器，其中所述分析模块对所述频域信号进行操作以产生所述被激励离子的质谱。

6.根据权利要求1所述的质量分析器，其中所述电压脉冲具有在约10ns到约1毫秒的范围内的持续时间。

7.根据权利要求6所述的质量分析器，其中所述电压脉冲具有在约1微秒到约5微秒的范围内的持续时间。

8.根据权利要求1所述的质量分析器，其中所述电压脉冲具有在约10伏特到约40伏特的范围内的振幅。

9.根据权利要求1所述的质量分析器，其中所述电压脉冲具有在约20伏特到约30伏特的范围内的振幅。

10.根据权利要求1所述的质量分析器，其中所述四极维持在约1×10^-6托到约9×10^-3托的范围内的压力下。

11.根据权利要求10所述的质量分析器，其中所述四极维持在约8×10^-6托到约1×10^-4托的范围内的压力下。

12.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述多个杆包含四个杆，所述四个杆布置成响应于施加到其上的RF电压而产生四极场。

13.根据权利要求12所述的质谱仪，其中所述多个杆另外包含至少一对辅助电极。

14.根据权利要求10所述的质谱仪，其中所述电压源跨所述对所述辅助电极施加所述电压脉冲。

15.根据权利要求1所述的质谱仪，其另外包括出射透镜，所述出射透镜安置成靠近所述四极的所述输出端。

16.根据权利要求12所述的质谱仪，其中所述至少一个电压源被配置成将DC或RF电压施加到所述出射透镜以便调整所述四极的所述输出端附近的所述边缘场。

17.一种执行质量分析的方法，其包括：

使多个离子穿过包括多个杆的四极，四极杆集包括用于接收所述离子的输入端和离子离开所述四极穿过的输出端，

将至少一个RF电压施加到所述杆中的至少一个，以便产生用于在所述离子穿过所述四极时径向局限所述离子的场，

跨至少一对所述多个杆施加电压脉冲以便激励在其长期频率下穿过所述四极的所述离子的至少一部分的径向振荡，其中在所述被激励离子离开所述四极杆集时，所述输出端附近的边缘场将所述被激励离子的至少一部分的所述径向振荡转换成轴向振荡，和

检测离开所述四极杆集的所述轴向振荡离子的至少一部分以产生时变信号。

18.根据权利要求17所述的方法，其另外包括获得所述时变信号的傅里叶变换以便产生频域信号，并且使用所述频域信号产生与所述所检测离子相关联的质谱。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述使所述离子穿过所述四极的步骤是在不使所述离子捕集于所述四极内的情况下达成。

20.根据权利要求17所述的方法，其另外包括选择进入所述四极的所述离子的动能以便获得对应于所要分辨率的所述时变信号的时间长度，其中所述分辨率随着所述时变信号的所述时间长度增加而增加。