CN110326084B - 离子导向器出口传输控制 - Google Patents

Abstract

公开了一种离子导向器(40)，其包括离子限制区域，所述离子限制区域具有第一横截面轮廓，所述第一横截面轮廓在正交于离子传输方向的平面中具有第一横截面面积A1。衰减装置喷出具有空间位置的离子或使其偏转，所述空间位置落在具有第二横截面面积A2的第二横截面轮廓的外部，其中A2＜A1。

Description

离子导向器出口传输控制

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年12月22日提交的英国专利申请号1621966.9的优先权和权益。该申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及分析仪器，并且特别地涉及诸如质谱仪或离子迁移率谱仪的分析仪器，以及使用该分析仪器的分析的方法。

背景技术

当以连续入射束操作模式操作时，常规的正交加速飞行时间质谱仪能够每一飞行瞬态(即，推动或正交加速事件)时间以每质谱物质峰大于1500个离子的离子到达速率操作。

已知将离子迁移率谱仪(“IMS”)与飞行时间质谱仪组合以产生嵌套离子迁移率-质荷比数据集。当获得这样的嵌套数据集时，给定物质的离子不再在给定时间段内作为连续的离子流递送到飞行时间质量分析仪。相反，离子被浓缩成窄离子迁移率峰。例如，典型的离子迁移率分离可能需要约20ms，但是单独的离子迁移率分离峰可以具有仅0.3ms的FWHM宽度。因此，应当清楚，如果保持每单位时间相同的平均离子电流，那么离子到达速率可以以例如60倍的倍数增加，使得例如在这种离子迁移率分离操作模式下可能每一推动90,000个离子(ipp)。

本领域的技术人员应当理解，截至本申请(2016)的优先权日，在设计商业模拟到数字记录系统(ADC)方面是有问题的，其能够以离子到达速率定量地记录单独的质荷比物质的接近90,000ipp的单次离子到达。

本领域的技术人员还将理解，这种非常高的离子到达速率可能超过当前利用的商用电子倍增器的线性动态范围，如典型地在飞行时间质谱仪中使用的。

已知尝试通过控制质谱仪的各个级内的离子的传输来扩展正交加速飞行时间质谱仪的动态范围。例如，US-8445845(Micromass)公开了一种衰减在离子阱上游的离子束的方法，从而允许离子群在固定填充时间期间在离子阱内发生变化。当该方法与下游离子迁移率分离器结合地应用时，可以控制累积在上游捕集区域中(并且随后释放到离子迁移率分离装置中)的离子群。

然而，控制进入离子迁移率分离装置的总离子群的缺点是必须减小所有质荷比物质群，以便确保具有最大离子群的物质不造成检测器或ADC饱和。这减小了所产生的质谱数据的整体动态范围。在目标分析中，在离子阱中的离子群可以被设置来控制目标质荷比的下游饱和特性。这可能仅是提供下游质量过滤器(例如，解析四极)以确保捕集有目标离子的非常大的非目标物质群不导致检测系统的畸变的情况。

US-8653446(Mordehai)公开了另一种增加离子迁移率谱仪的动态范围的方法。该方法包括在第一时间间隔内累积第一离子样本并将第一离子样本提供给离子检测器以提供第一帧。该方法还包括在第二时间间隔(与第一时间间隔不同)上累积第二离子样本并将第二离子样本提供给离子检测器以提供第二帧。第一帧的第一数据点选择性地与第二帧的第二数据点组合，以提供第一离子样本和第二离子样本的累积帧。

WO2015/004457(Micromass)公开了一种质谱仪，该质谱仪包括传输离子并获得第一质谱数据并在采集期间自动地确定第一质谱数据是否饱和或接近饱和。如果在采集期间确定第一质谱数据经受饱和或接近饱和，那么该方法进一步包括自动地改变或更改由离子检测器检测的离子强度并获得第二质谱数据。该方法进一步包括用乘以衰减或比例因子和/或整数或其他值或以其进行缩放的第二质谱数据的一个或多个对应部分代替第一质谱数据的一个或多个部分，以便形成复合质谱，其中复合质谱包括来自第一质谱数据的一个或多个离子峰和来自第二质谱数据的一个或多个离子峰。

US-9129781(Micromass)公开了一种衰减在离子迁移率分离装置下游的离子束的方法。可以通过使来自上游离子导向器的离子的释放与正交加速脉冲同步以调整质谱仪的占空比来实现衰减。这具有以下优点：当不同的离子群从离子迁移率分离器洗脱或出现时，快至足以允许选择性地衰减不同的离子群。然而，仅受限制的质荷比范围可以被传输到正交加速飞行时间质量分析仪中。另外，与照射正交加速区域的轴向长度的全部或大部分的高传输模式中的离子相比，低占空比操作模式中的离子仅居于该区域的一小部分中。因此，这可以产生针对不同的衰减值的质荷比变化。

还已知使用诸如US-7038197(Micromass)中所述的散焦透镜，以便以选择性方式衰减离子束。然而，尽管使用散焦透镜是快速衰减方法，但是这种方法还可能导致不期望的质荷比和/或电荷状态辨别效应，这可能需要复杂的校准程序才能进行补偿。

需要提供在离子迁移率谱仪与质谱仪耦合的条件下衰减离子束的改善的方法。特别地，需要提供衰减离子束的改善的方法，该方法不受限于质荷比和/或电荷状态辨别效应。

发明内容

根据一个方面，提供了一种离子导向器，包括：

离子限制区域，该离子限制区域具有第一横截面轮廓，该第一横截面轮廓在正交于离子传输方向的平面中具有第一横截面面积A₁；以及

衰减装置，该衰减装置被布置和适配成喷出具有空间位置的离子或使其偏转，所述空间位置落在具有第二横截面面积A₂的第二(不同)横截面轮廓的外部。

根据各种实施例，第二横截面轮廓和/或第二横截面面积A₂可以小于第一横截面轮廓和/或第一横截面面积A₁(即，根据各种实施例，A₂＜A₁)。

公开了涉及在基本上没有质荷比和/或电荷状态相关效应的情况下衰减离子束的各种实施例。公开了涉及比常规的离子束衰减技术所固有的严重的相关效应显著减小的情况下衰减离子束的其他实施例。

因此，将会清楚，各种实施例的特别有益的方面是：由于根据各种实施例的离子束的衰减的方法不会引入任何显著的质荷比和/或电荷状态相关效应，因此可以显著地简化可能需要的衰减因子的任何校准(或可能使之变得多余)。

公开了各种实施例，其提供了在基本上没有质荷比、电荷或迁移率相关性或畸变的情况下衰减或减少从离子源行进到例如下游装置的离子群的数量密度的装置或方法。

各种实施例允许从离子迁移率谱仪或质量分离器洗脱或出现的不同的离子群基于它们的洗脱或出现时间而不同地衰减。

离子导向器可以被布置和适配成向前传输具有落在第二(较小)横截面轮廓内的空间位置的离子。根据各种实施例，具有落在第二横截面轮廓外的空间位置的离子可以衰减或以其他方式损失到系统，而具有落在第二横截面轮廓内部或内的空间位置的离子可以基本上不受衰减装置的操作影响，并且因此此类离子可以被允许向前行进到在衰减装置下游的离子导向器的区域。

根据各种实施例，在离子限制区域内的离子群可以被布置：(i)以便基本上均匀地分布在基本上正交于离子传输方向的一个或多个方向上；或者(ii)以便至少在基本上正交于离子传输方向(例如，z方向)的方向(例如，x方向)上基本上均匀地分布在第二横截面轮廓内。设想的是，根据某些实施例，离子可能不会在也基本上正交于离子传输方向(例如，z方向)的另一个方向(例如，y方向)上完全均匀地分布。

离子导向器可以包括多个第一电极。离子导向器可以进一步包括装置，该装置被布置和适配成将AC或RF电压施加到多个第一电极，以便产生伪势阱，该伪势阱用来将离子在离子导向器内限制在第一径向方向(例如，y方向)上。离子导向器可以进一步包括一个或多个第二电极，并且离子导向器可以进一步包括装置，该装置被布置和适配成将一个或多个DC电压施加到一个或多个第二电极，以便将离子在离子导向器内限制第二径向方向(例如，x方向)上。根据各种实施例，离子可以由伪势阱限制在第一径向方向(即，y方向)上，而可以由静态DC势阱限制在正交的第二径向方向(即，x方向)上。

设想了其他实施例，其中RF电压可以被施加到一个或多个第二电极，以便将离子在离子导向器内限制在第二径向方向上。

离子导向器可以进一步包括控制装置，该控制装置被布置和适配成将一个或多个电压施加到衰减装置，以便使得在离子限制区域内的离子的一部分：(i)从离子限制区域喷出；或者(ii)从在离子限制区域内的离子光轴偏转离开；或者(iii)从离子限制区域出现然后喷出和/或偏转离开离子光轴。例如，设想的是，衰减装置可以包括位于例如离子导向器的中间区段内的一个或多个电极(例如，一个或多个平面或环形电极)。控制装置可以将一个或多个DC和/或RF电压施加到衰减装置，以便致使不期望的离子从离子导向器喷出和/或偏转。特别地，离子导向器可以包括减小的径向限制区段，其中在操作模式中，穿过减小的径向限制区段的离子相对于离子导向器的在减小的径向限制区段上游和/或下游的区段(在其中或在那里期望径向地限制离子)基本上没有减小的径向限制程度或经受减小的径向限制程度。此外，根据各种实施例，衰减装置可以位于：(i)减小的径向限制区段内或与之相邻，使得当衰减装置被激活以便喷出来自离子限制区域的离子的一部分或使其偏转时，离子可以基本上从离子导向器喷出或偏转；或者(ii)衰减装置可以位于离子导向器下游，以便喷出离子和/或使其偏转。因此，离子导向器的与衰减装置(或包括衰减装置的一个或多个电极)相邻的部分可以允许离子径向地从中通过，而离子不被径向伪势阱或径向静态DC势阱径向地限制。

衰减装置可以包括多个衰减电极，其中控制装置被布置和适配成根据需要将一个或多个电压施加到不同的衰减电极，以便改变、控制、增大或减小离子衰减因子。应当理解，根据各种实施例的特别有益的方面是可变地控制衰减装置的衰减因子的能力。例如，离子束可以被衰减装置衰减，使得在通过衰减装置之后的离子束的强度为紧接离子由衰减装置从离子导向器喷出之前的离子束的强度的＜5％、5％-10％、10％-15％、15％-20％、20％-25％、25％-30％、30％-35％、35％-40％、40％-45％、45％-50％、50％-55％、55％-60％、60％-65％、65％-70％、70％-75％、75％-80％、80％-85％、85％-90％、90％-95％或＞95％。

可以操作衰减装置，以便以连续、平滑、规则、线性或时间相关的方式改变离子束的强度。或者，可以操作衰减装置，以便以不连续、阶梯式、不规则、非线性或非时间相关方式改变离子束的强度。例如，设想了实施例，其中衰减装置可以在以两个或更多个设定或以其他方式固定的衰减因子操作之间重复地来回切换。例如，根据一个实施例，衰减装置可以在相对高的传输操作模式与相对低的传输操作模式之间重复地来回切换，在相对高的传输操作模式中，衰减装置可以被有效地切换为关断，在相对低的传输操作模式中，衰减装置可以被有效地切换为接通，以便使从中通过的离子束衰减。

控制装置可以被布置和适配成依据时间、保留时间、洗脱时间或出现时间以时间相关方式或以预定或数据相关方式来改变、控制、增大或减小离子衰减因子。

根据各种实施例，控制装置可以被布置和适配成在一个或多个离子迁移率分离循环过程期间改变、控制、增大或减小离子衰减因子。控制装置可以被布置，以便选择性地衰减在基本上相同的时间上出现或洗脱的具有基本上类似的离子迁移率的离子的单独的离子迁移率峰或组。每个离子迁移率分离循环可以例如花费＜5ms、5ms-10ms、10ms-15ms、15ms-20ms、20ms-25ms、25ms-30ms或＞30ms。

还设想了其他实施例，其中控制装置可以被布置和适配成依据离子强度、电荷状态、质量、质荷比、离子迁移率、差分离子迁移率或另一种物理化学性质来改变、控制、增大或减小离子衰减因子。

离子导向器可以进一步包括装置(或离子迁移率区段)，该装置被布置和适配成根据在离子导向器内的离子迁移率、差分离子迁移率、碰撞横截面(“CCS”)或相互作用横截面致使离子分离。该装置或离子迁移率区段可以例如布置在衰减装置的上游和/或下游。

根据另一个方面，提供了一种质谱仪，该质谱仪包括如上所述的离子导向器。

质谱仪可以进一步包括布置在离子导向器上游和/或下游的离子迁移率分离(“IMS”)装置、差分离子迁移率分离装置或场非对称离子迁移率谱仪(“FAIMS”)分离装置。

根据另一个方面，提供了一种对离子进行导向的方法，包括：

将离子限制在具有第一横截面轮廓的离子限制区域内，该第一横截面轮廓具有在正交于离子传输方向的平面中的第一横截面面积A₁；以及

喷出具有空间位置的离子或使其偏转，所述空间位置落在具有第二(不同)横截面面积A₂的第二横截面轮廓的外部。

根据各种实施例，第二横截面轮廓和/或第二横截面面积A₂可以小于第一横截面轮廓和/或第一横截面面积A₁(即，根据各种实施例，A₂＜A₁)。

根据各种实施例，在离子限制区域内的离子群可以被布置：(i)以便基本上均匀地分布在基本上正交于离子传输方向的一个或多个方向上；或者(ii)以便至少在基本上正交于离子传输方向的方向上基本上均匀地分布在第二横截面轮廓内。

根据另一个方面，提供了一种质谱仪，该质谱仪包括如上所述的方法。

可以将形成在离子源中的离子引入离子导向器中，因此这些离子可以占据在正交于离子行进方向的方向上的空间上分布的位置。离子可以在正交于离子行进方向的方向上基本上均匀地布置。在离子导向器的出口处，或在离子导向器内的中间区域处，可以提供构件或装置，其可以被布置成防止具有某些特定空间分布的离子在轴向方向上继续向前，即，此类离子可以被喷出或偏转(例如，从离子导向器)或以其他方式衰减，具有减少向前传输的离子束的传输的整体效应。可以调整用于限制离子向前通过的构件或装置从而以预定或数据相关方式改变离子导向器的有效传输。

可变限制装置可以布置在例如离子迁移率分离装置的出口处，以衰减从离子迁移率分离装置喷出的离子。

控制离子传输通过仪器可以用于减轻下游分析仪、捕集区域或检测电子器件的饱和效应。

各种实施例提供了一种衰减离子束(例如，离开离子迁移率分离装置)的改善的方法，以便增加下游检测系统或其他下游装置的动态范围。

根据一个方面，提供了一种质谱仪，包括：(a)在离子源中产生离子；(b)传输离子通过包含缓冲气体(例如，空气、氮、氦、氩、二氧化碳等)的RF限制的离子导向器，使得离子在它们横越离子导向器时占据在离子导向器内的扩展的横截面面积A内的位置；(c)提供布置在离子导向器的出口处的设备或场，使得在操作中，仅基本上在横截面A'内的离子向前传输，而在横截面面积A-A'内的离子从离子导向器喷出，其中A＞A'。

离子导向器可以包括离子迁移率分离装置。

离子导向器的内部横截面可以在正交于离子行进方向(例如，z方向)的维度(例如，x方向)上扩展。

离子束的横截面可以在离子导向器的出口处比在离子导向器的入口或上游端处更大。

离开离子导向器的离子的传输可以重复地从高传输改变到低传输，以便提供高传输数据集和低传输数据集。

离开离子导向器的离子的传输可以以数据相关方式进行更改。

可以在IMS循环内更改离子的传输。

谱仪可以包括选自由以下项组成的组的离子源：(i)电喷涂电离(“ESI”)离子源；(ii)大气压光电离(“APPI”)离子源；(iii)大气压化学电离(“APCI”)离子源；(iv)基质辅助激光解吸电离(“MALDI”)离子源；(v)激光解吸电离(“LDI”)离子源；(vi)大气压电离(“API”)离子源；(vii)硅上解吸电离(“DIOS”)离子源；(viii)电子轰击(“EI”)离子源；(ix)化学电离(“CI”)离子源；(x)场电离(“FI”)离子源；(xi)场解吸(“FD”)离子源；(xii)电感耦合等离子体(“ICP”)离子源；(xiii)快速原子轰击(“FAB”)离子源；(xiv)液体二次离子质谱(“LSIMS”)离子源；(xv)解吸电喷涂电离(“DESI”)离子源；(xvi)镍-63放射性离子源；(xvii)大气压基质辅助激光解吸电离离子源；(xviii)热喷涂离子源；(xix)大气采样辉光放电电离(“ASGDI”)离子源；(xx)辉光放电(“GD”)离子源；(xxi)冲击器离子源；(xxii)实时直接分析(“DART”)离子源；(xxiii)激光喷涂电离(“LSI”)离子源；(xxiv)声波喷涂电离(“SSI”)离子源；(xxv)基质辅助入口电离(“MAII”)离子源；(xxvi)溶剂辅助入口电离(“SAII”)离子源；(xxvii)解吸电喷涂电离(“DESI”)离子源；(xxviii)激光烧蚀电喷涂电离(“LAESI”)离子源；以及(xxix)表面辅助激光解吸电离(“SALDI”)离子源。

谱仪可以包括一个或多个连续或脉冲离子源。

谱仪可以包括一个或多个离子导向器。

谱仪可以包括一个或多个离子迁移率分离装置和/或一个或多个场非对称离子迁移率谱仪装置。

谱仪可以包括一个或多个离子阱或一个或多个离子捕集区域。

谱仪可以包括选自由以下项组成的组的一种或多种碰撞、裂解或反应池：(i)碰撞诱导解离(“CID”)裂解装置；(ii)表面诱导解离(“SID”)裂解装置；(iii)电子转移解离(“ETD”)裂解装置；(iv)电子捕获解离(“ECD”)裂解装置；(v)电子碰撞或撞击解离裂解装置；(vi)光诱导解离(“PID”)裂解装置；(vii)激光诱导解离裂解装置；(viii)红外辐射诱导解离装置；(ix)紫外辐射诱导解离装置；(x)喷嘴-撇渣器接口裂解装置；(xi)源内裂解装置；(xii)源内碰撞诱导解离裂解装置；(xiii)热或温度源裂解装置；(xiv)电场诱导裂解装置；(xv)磁场诱导裂解装置；(xvi)酶消化或酶降解裂解装置；(xvii)离子-离子反应裂解装置；(xviii)离子-分子反应裂解装置；(xix)离子-原子反应裂解装置；(xx)离子-亚稳态离子反应裂解装置；(xxi)离子-亚稳态分子反应裂解装置；(xxii)离子-亚稳态原子反应裂解装置；(xxiii)用于使离子反应形成加合物或产物离子的离子-离子反应装置；(xxiv)用于使离子反应形成加合物或产物离子的离子-分子反应装置；(xxv)用于使离子反应形成加合物或产物离子的离子-原子反应装置；(xxvi)用于使离子反应形成加合物或产物离子的离子-亚稳态离子反应装置；(xxvii)用于使离子反应形成加合物或产物离子的离子-亚稳态分子反应装置；(xxviii)用于使离子反应形成加合物或产物离子的离子-亚稳态原子反应装置；以及(xxix)电子电离解离(“EID”)裂解装置。

离子-分子反应装置可以被配置成对脂质中的烯(双)键的位置进行臭氧分解。

谱仪可以包括选自由以下项组成的组的质量分析仪：(i)四极质量分析仪；(ii)2D或线性四极质量分析仪；(iii)保罗或3D四极质量分析仪；(iv)彭宁阱质量分析仪；(v)离子阱质量分析仪；(vi)磁性扇形质量分析仪；(vii)离子回旋共振(“ICR”)质量分析仪；(viii)傅里叶变换离子回旋共振(“FTICR”)质量分析仪；(ix)被布置成产生具有四对数电势分布的静电场的静电质量分析仪；(x)傅里叶变换静电质量分析仪；(xi)傅立叶变换质量分析仪；(xii)飞行时间质量分析仪；(xiii)正交加速飞行时间质量分析仪；(xiv)线性加速飞行时间质量分析仪。

谱仪可以包括一个或多个能量分析仪或静电能量分析仪。

谱仪可以包括一个或多个离子检测器。

谱仪可以包括选自由以下项组成的组的一个或多个质量过滤器：(i)四极质量过滤器；(ii)2D或线性四极离子阱；(iii)保罗或3D四极离子阱；(iv)彭宁离子阱；(v)离子阱；(vi)磁性扇形质量过滤器；(vii)飞行时间质量过滤器；(viii)维恩过滤器。

谱仪可以包括：用于脉冲离子的装置或离子门；和/或用于将基本上连续的离子束转换成脉冲离子束的装置。

谱仪可以包括C阱和质量分析仪，该质量分析仪包括外部筒状电极和同轴内部心轴状电极，这些电极形成具有四对数电势分布的静电场，其中在第一操作模式中离子被传输然后注入到质量分析仪中，并且其中在第二操作模式中离子被传输到C阱然后传输到碰撞池或电子转移解离装置，其中至少一些离子先裂解成片段离子，并且其中然后片段离子在注入到质量分析仪中之前被传输到C阱。

谱仪可以包括堆叠环形离子导向器，其包括多个电极，每个电极具有孔，在使用中离子传输通过该孔，并且其中电极的间距沿离子路径的长度增加，并且其中在离子导向器的上游区段中的电极中的孔具有第一直径，并且其中在离子导向器的下游区段中的电极中的孔具有小于第一直径的第二直径，并且其中AC或RF电压的相反相位在使用中被施加到连续电极。

谱仪可以包括装置，该装置被布置和适配成将AC或RF电压供应到电极。AC或RF电压任选地具有选自由以下项组成的组的振幅：(i)＜50V峰-峰；(ii)约50V-100V峰-峰；(iii)约100V-150V峰-峰；(iv)约150V-200V峰-峰；(v)约200V-250V峰-峰；(vi)约250V-300V峰-峰；(vii)约300V-350V峰-峰；(viii)约350V-400V峰-峰；(ix)V约400V-450V峰-峰；(x)约450V-500峰-峰；以及(xi)>约500V峰-峰。

AC或RF电压可以具有选自由以下项组成的组的频率：(i)＜约100kHz；(ii)约100kHz-200kHz；(iii)约200kHz-300kHz；(iv)约300kHz-400kHz；(v)约400kHz-500kHz；(vi)约0.5kHz-1.0MHz；(vii)约1.0kHz-1.5MHz；(viii)约1.5kHz-2.0MHz；(ix)约2.0kHz-2.5MHz；(x)约2.5kHz-3.0MHz；(xi)约3.0kHz-3.5MHz；(xii)约3.5kHz-4.0MHz；(xiii)约4.0kHz-4.5MHz；(xiv)约4.5kHz-5.0MHz；(xv)约5.0kHz-5.5MHz；(xvi)约5.5kHz-6.0MHz；(xvii)约6.0kHz-6.5MHz；(xviii)约6.5kHz-7.0MHz；(xix)约7.0kHz-7.5MHz；(xx)约7.5kHz-8.0MHz；(xxi)约8.0kHz-8.5MHz；(xxii)约8.5kHz-9.0MHz；(xxiii)约9.0kHz-9.5MHz；(xxiv)约9.5kHz-10.0MHz；以及(xxv)>约10.0MHz。

谱仪可以包括在离子源上游的色谱或其他分离装置。色谱分离装置可以包括液相色谱或气相色谱装置。或者，分离装置可以包括：(i)毛细管电泳(“CE”)分离装置；(ii)毛细管电色谱(“CEC”)分离装置；(iii)基本上刚性的陶瓷基多层微流体基质(“陶瓷砖”)分离装置；或者(iv)超临界流体色谱分离装置。

离子导向器可以保持在选自由以下项组成的组的压力下：(i)＜约0.0001mbar；(ii)约0.0001mbar-0.001mbar；(iii)约0.001mbar-0.01mbar；(iv)约0.01mbar-0.1mbar；(v)约0.1mbar-1mbar；(vi)约1mbar-10mbar；(vii)约10mbar-100mbar；(viii)约100mbar-1000mbar；以及(ix)>约1000mbar。

分析物离子可以在电子转移解离裂解装置中受到电子转移解离(“ETD”)裂解。可以使分析物离子与离子导向器或裂解装置内的ETD试剂离子相互作用。

任选地，为了实现电子转移解离：(a)分析物离子被裂解或被诱导以解离并在与试剂离子相互作用时形成产物或片段离子；和/或(b)电子从一种或多种试剂阴离子或带负电荷的离子转移到一种或多种多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子，因此多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子至少一些被诱导以离解并形成产物或片段离子；和/或(c)分析物离子被裂解或被诱导以解离并在与中性反应气体分子或原子或非离子反应气体相互作用时形成产物或片段离子；和/或(d)电子从一种或多种中性、非离子或不带电荷的碱性气体或蒸气转移到一种或多种多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子，因此多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子中的至少一些被诱导以解离并形成产物或片段离子；和/或(e)电子从一种或多种中性、非离子或不带电荷的超强碱试剂气体或蒸气转移到一种或多种多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子，因此多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子中的至少一些被诱导以解离并形成产物或片段离子；和/或(f)电子从一种或多种中性、非离子或不带电荷的碱金属气体或蒸气转移到一种或多种多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子，因此多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子中的至少一些被诱导以解离并形成产物或片段离子；和/或(g)电子从一种或多种中性、非离子或不带电荷的气体、蒸气或原子转移到一种或多种多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子，因此多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子中的至少一些被诱导以离解并形成产物或片段离子，其中一种或多种中性、非离子或不带电荷的气体、蒸气或原子选自由以下项组成的组：(i)钠蒸气或原子；(ii)锂蒸气或原子；(iii)钾蒸气或原子；(iv)铷蒸气或原子；(v)铯蒸气或原子；(vi)钫蒸气或原子；(vii)C₆₀蒸气或原子；(viii)镁蒸气或原子。

多电荷分析物阳离子或带正电荷的离子可以包括肽、多肽、蛋白质或生物分子。

任选地，为了实现电子转移解离：(a)试剂阴离子或带负电的离子衍生自多环芳烃或取代的多芳烃；和/或(b)试剂阴离子或带负电荷的离子衍生自由以下项组成的组：(i)蒽；(ii)9,10二苯基蒽；(iii)萘；(iv)氟；(v)菲；(vi)芘；(vii)荧蒽；(viii)

；(ix)苯并菲；(x)苝；(xi)吖啶；(xii)2,2'联吡啶；(xiii)2,2'联喹啉；(xiv)9-蒽烯腈；(xv)硫芴；(xvi)1,10'-菲咯啉；(xvii)9'蒽烯腈；以及(xviii)蒽醌；和/或(c)试剂离子或带负电荷的离子包括偶氮苯阴离子或偶氮苯自由基阴离子。

电子转移解离裂解过程可以包括使分析物离子与试剂离子相互作用，其中试剂离子包括二氰基苯、4-硝基甲苯或甘菊环。

可以提供色谱检测器，其中该色谱检测器包括：

破坏性色谱检测器，其任选地选自由以下项组成的组：(i)火焰电离检测器(FID)；(ii)基于气溶胶的检测器或纳米量分析物检测器(NQAD)；(iii)火焰光度检测器(FPD)；(iv)原子发射检测器(AED)；(v)氮磷检测器(NPD)；(vi)蒸发光散射检测器(ELSD)；或者

非破坏性色谱检测器，其任选地选自：(i)固定或可变波长UV检测器；(ii)热导率检测器(TCD)；(iii)荧光检测器；(iv)电子捕获检测器(ECD)；(v)电导率监测器；(vi)光电离检测器(PID)；(vii)折射率检测器(RID)；(viii)无线电流量检测器；以及(ix)手性检测器。

谱仪可以以各种操作模式操作，包括：质谱(“MS”)操作模式；串联质谱(“MS/MS”)操作模式；母体或前体离子交替地裂解或反应以产生片段或产物离子而不裂解或反应或较低程度地裂解或反应的操作方式；多反应监测(“MRM”)操作模式；数据相关分析(“DDA”)操作模式；数据独立分析(“DIA”)操作模式；定量操作模式；或者离子迁移率谱仪(“IMS”)操作模式。

电极可以包括形成在印刷电路板、印刷接线板或蚀刻接线板上的电极。例如，根据各种实施例，电极可以包括施加或层压到非导电衬底上的多个迹线。电极可以设为布置在衬底上的多个铜或金属电极。电极可以丝网印刷、光刻、蚀刻或铣削到印刷电路板或等同物上。根据一个实施例，电极可以包括布置在浸渍有酚醛树脂的纸质衬底上的电极或布置在浸渍在环氧树脂内的玻璃纤维垫上的多个电极。更一般地，电极可以包括布置在非导电衬底、绝缘衬底或塑料衬底上的一个或多个电极。根据实施例，多个电极可以布置在衬底上。

多个绝缘体层可以散布或交错在电极阵列之间。多个电极可以布置在一个或多个绝缘体层上或沉积在一个或多个绝缘体层上。

附图说明

现在将参考附图仅以举例的方式描述各种实施例，其中：

图1示出了常规的质谱仪布置；

图2示出了具有上游离子捕集区段的常规的离子导向器；

图3示出了根据各种实施例的离子导向器；

图4A示出了根据实施例的离子导向器，其中离子导向器以高传输操作模式操作，使得离子基本上不受阻碍地通过离子导向器，并且图4B示出了以另一种操作模式操作的离子导向器，其中通过离子导向器的离子束的侧向部分向上偏转并离开离子导向器，使得离子的一部分有效地损失到系统，其结果是通过离子导向器的离子束以衰减因子衰减；以及

图5示出了包括环形离子导向器的另一个实施例。

具体实施方式

首先将参考图1描述常规的质谱仪。图1示出了结合离子迁移率分离装置的常规的质谱仪布置的框图。如图1所示的质谱仪包括离子源1、离子阱2、离子迁移率分离器3、质量过滤器和/或碰撞或反应池4，接着是正交加速飞行时间质谱仪或质量分析仪5。

已知质谱仪可以以离子迁移率分离操作模式操作，其中离子在离子源1中产生，并且离子然后捕集在离子累积区域或离子阱2内。在离子累积区域或离子捕集区域2内的离子可以周期性地从累积区域2释放到布置在离子捕集区域2下游的离子迁移率分离区域或离子迁移率分离器3中。从离子捕集区域2喷出的离子在它们通过离子迁移率分离器3时根据它们的离子迁移率来时间上分离。然后，时间上分离的离子可以被布置成传递到四极质量过滤器和/或布置在离子迁移率分离器3下游的碰撞或反应池4。质量过滤器可以被布置成对离子进行质量过滤，并且碰撞或反应池4可以被布置成使离子裂解或使离子经受反应。然后，母离子(或片段离子)被布置成传递到正交加速飞行时间质谱仪5中，其中离子然后进行质量分析。

图2示出了可用作离子迁移率分离装置的已知离子导向布置20。离子导向器20包括初始离子捕集区域或上游离子捕集区域22和下游离子迁移率分离区域23。在释放或以其他方式脉冲到下游离子迁移率分离区域23中之前，离子初始地可以轴向地保持或捕集在上游离子捕集区域22内。

离子导向器20包括多个环形电极24，这些环形电极被布置成形成离子隧道布置。离子导向区域形成在离子导向器20内，其中离子导向区域具有圆形横截面。RF电压的相反相位被施加到轴向相邻的环形电极24，其结果是产生伪电势，该伪电势用于将离子径向地限制在离子导向器20内。示出了离子束21，该离子束沿离子导向器20的中心轴线入射，并且离子被示出为在上游离子捕集区域22内限制在轴向(z方向)上。捕集在上游离子捕集区域22内的离子假定在x径向方向和y径向方向上的位置散布。

离子导向器20可以以离子迁移率分离操作模式操作，其中离子导向器20可以例如保持在例如0.5mbar至10mbar的压力下，并且离子迁移率分离缓冲气体(例如，空气、氮、氦、氩、二氧化碳等)可以提供在离子导向器20内。离子可以从上游离子捕集区域22释放和喷出到下游离子迁移率分离区域23中。一个或多个瞬态DC电压可以被施加到在离子迁移率分离区域23中的环形电极24，以便沿离子迁移率分离区域23推动离子并使离子通过离子迁移率分离区域，使得离子根据它们的离子迁移率来时间上分离。

在图2中所示的已知布置中，离子限制区域包括柱形体积，并且内切半径具有的直径为5mm-10mm。

图2中所示的特定布置具有的优点是：施加到形成离子导向器20的环形电极24以将离子限制在离子导向器20内和/或沿该装置20的轴向长度驱动或以其他方式推动离子(例如，通过将一个或多个瞬态DC电压施加到环形电极24)的任何电压具有产生电场的效果，该电场在该装置的中心轴线上或沿该装置的中心轴线有效地穿透到离子限制区域中。因此，限制在离子导向区域内的离子基本上受到因将电压施加到环形电极24而产生的任何电场的完全冲击。

然而，离子阱或离子捕集区域22具有相对有限的空间电荷容量。此外，离开该装置20的离子可以占据径向位置，这取决于它们的质荷比和/或它们的电荷状态。该效应一般是不期望的，并且被称为层化(stratification)。

在某些情况下，在离子导向器内并关于从离子迁移率区段23出现的离子的层化可能是有问题的。

还应当理解，US-7038197(Micromass)中描述的衰减方法可以类似地导致可能有问题的质荷比和/或电荷状态相关效应。

层化效应可能是有问题的，因为它们可能要求衰减装置的衰减因子相对于离子的质荷比和/或电荷状态进行校准。关于衰减因子的质荷比和/或电荷状态相关校准的计算和利用可能是相当复杂的，并且一般是不期望的。

图3示出了根据各种实施例的具有扩展的离子捕集区域的离子导向器或离子迁移率装置30，其寻求使得离子束能够以受控的方式衰减而不经受层化效应。根据各种实施例，提供了离子捕集布置，其包括多个第一延伸的板或平面电极36a、36b，这些第一延伸的板或平面电极被布置成使得矩形离子捕集区域形成在第一板或平面电极36a、36b之间。设在第一板或平面电极36a、36b之间的离子捕集区域在x方向上具有延伸的长度。离子捕集区域在y方向上具有常规或标准长度或高度。因此，离子捕集区域在x方向上比在y方向上长，并且因此可以认为离子导向器在x方向上具有扩展的捕集区域，其中具有整体扩展的(即，矩形)离子限制区域。

根据各种实施例，离子捕集区域可以具有如图3所示在y方向上约5mm的高度和在x方向上约10mm-15mm、15mm-20mm、20mm-25mm、25mm-30mm、30mm-35mm、35mm-40mm、40mm-45mm、45mm-50mm或＞50mm的更大的宽度。

第一板或平面电极36a、36b可以包括形成在印刷电路板、印刷接线板或蚀刻接线板上的电极。例如，根据各种实施例，电极可以包括施加或层压到非导电衬底上的多个迹线。电极可以设为布置在衬底上的多个铜或金属电极。电极可以丝网印刷、光刻、蚀刻或铣削到印刷电路板或等同物上。根据一个实施例，电极可以包括布置在浸渍有酚醛树脂的纸质衬底上的电极或布置在浸渍在环氧树脂内的玻璃纤维垫上的多个电极。更一般地，电极可以包括布置在非导电衬底、绝缘衬底或塑料衬底上的一个或多个电极。根据实施例，多个电极可以布置在衬底上。

多个绝缘层可以散布或交错在第一板或平面电极36a、36b的阵列之间。多个第一板或平面电极36a、36b可以布置在一个或多个绝缘层上或沉积在一个或多个绝缘层上。

如图3所示，离子导向器或离子迁移率装置30可以进一步包括两个(或更多个)第二纵向板或平面电极37，它们可以在平行于离子行进通过离子导向器或离子迁移率装置30的方向(即，在z方向上)的平面中沿离子导向器或离子迁移率装置30的相对侧布置。

第一板或平面电极36可以包括多个第一上部板或平面电极36a和对应的多个第一下部板或平面电极36b。上部板或平面电极36a和对应的下部板或平面电极36b可以提供在成对相对电极中，即，在相同x-y平面中。上部板或平面电极36a和对应的下部板或平面电极36b可以大体上布置在正交于离子行进通过离子导向器的方向(即，z方向)的平面中(即，在x-y平面中)。

两个第二纵向板或平面电极37可以大体上布置在正交于第一上部板或平面电极36a和第一下部板或平面电极36b(它们布置在x-y平面中)的平面中(即，在y-z平面中)。

第二纵向板或平面电极37可以包括形成在印刷电路板、印刷接线板或蚀刻接线板上的电极。例如，根据各种实施例，电极可以包括施加或层压到非导电衬底上的多个迹线。电极可以设为布置在衬底上的多个铜或金属电极。电极可以丝网印刷、光刻、蚀刻或铣削到印刷电路板或等同物上。根据一个实施例，电极可以包括布置在浸渍有酚醛树脂的纸质衬底上的电极或布置在浸渍在环氧树脂内的玻璃纤维垫上的多个电极。更一般地，电极可以包括布置在非导电衬底、绝缘衬底或塑料衬底上的一个或多个电极。根据实施例，多个电极可以布置在衬底上。

第二纵向板或平面电极37可以布置在一个或多个绝缘层上或沉积在一个或多个绝缘层上。

图3中示出了离子束31，其入射在离子导向器或离子迁移率装置30上。当离子束31进入离子导向器或离子迁移率装置30时，离子在x方向上呈现扩展的位置范围，如图3所示。

通过将RF电压的交替相位施加到成对延伸板或平面电极36a、36b，即施加到多个上部板或平面电极36a和施加到对应的多个上部板或平面电极36b，可以将离子限制在第一径向方向(即，y方向)上。特别地，RF电压的相反相位可以被施加到成对轴向相邻的第一板或平面电极36。

通过将DC电压施加到两个第二纵向板或平面电极37，也可以将离子限制在第二径向方向(即，x方向)上。

因此，离子导向器或离子迁移率分离装置30可以包括多个第一电极。离子导向器或离子迁移率分离装置30可以进一步包括装置，该装置被布置和适配成将AC或RF电压施加到多个第一电极36，以便产生伪势阱，该伪势阱用来将离子在离子导向器或离子迁移率分离装置30内限制在第一径向方向(例如，y方向)上。离子导向器或离子迁移率分离装置30可以进一步包括一个或多个第二电极37，并且离子导向器或离子迁移率分离装置30可以进一步包括装置，该装置被布置和适配成将一个或多个DC电压施加到一个或多个第二电极37，以便将离子在离子导向器或离子迁移率分离装置30内限制第二径向方向(例如，x方向)上。因此，根据各种实施例，离子可以由伪势阱限制在第一径向方向(即，y方向)上，并且可以由静态DC势阱限制在正交的第二径向方向(即，x方向)上。

应当清楚，如图3所示的离子捕集布置具有扩展的横截面轮廓。特别地，离子导向器或离子迁移率分离装置30具有离子捕集区域，该离子捕集区域具有允许离子在x维度上呈现扩展的空间分布的横截面轮廓。离子可以在x方向上均匀地分布。此外，该布置具有有益效果，即，通过将电压施加到上部板或平面电极36a或下部板或平面电极36b产生的电场能够完全地穿透到离子限制区域中。因此，在离子限制区域内的离子基本上受到因将一个或多个电压施加到第一平面或板电极36a、36b和/或第二纵向平面或板电极37而产生的任何产生的电场的全部效应。

还应当清楚，与例如如图2所示的已知离子隧道离子导向器相比，根据如图3所示的各种实施例的离子导向器或离子迁移率分离器30具有显著更高的空间电荷容量。

根据如图3所示的各种实施例的行进通过离子导向器或离子迁移率分离器30的离子可以自由地占据在x方向上的扩展的位置。在图3中所示的特定示例中，示出了离子束31入射在离子导向器或离子迁移率分离器30上，其中入射离子束31在x-y平面中具有初始相对小的分布。离子在离子束31进入离子导向器或离子迁移率分离器30时，允许通过扩散过程在离子导向器或离子迁移率分离器30内呈现平衡位置。因此，离子在正x方向和负x方向(相对于中心纵向轴线)自由地散开，使得离子在x-y平面中呈现扩展的矩形空间轮廓，如图3所示。

应当理解，上面关于图3示出和描述的特定实施例代表被动实施例，其中允许离子在x方向上扩散。然而，也设想了其他替代主动实施例，其中离子可以主动地在x方向上偏转。例如，根据各种实施例，进入离子导向器或离子迁移率分离器30的离子可以使用一个或多个偏转电极以主动的方式分布或以其他方式分散在离子导向器或离子迁移率分离器30的入口内。离子可以在x方向上均匀地分布。

还设想了这样的实施例，即，其中离子可以通过被动扩散的组合以及通过使用一个或多个偏转电极进行的主动偏转在x方向上分散。根据各种实施例，在离子离开离子导向器或离子迁移率分离器30时，离子可以被布置成在x-y平面中具有呈现的平衡位置。

由于离子由伪势阱限制在y维度上，根据各种实施例，关于如图2所示的已知离子导向器的如上所述的层化效应仍然可以有限程度地发生在离子导向器或离子迁移率分离器30的y维度上。然而，在x维度上的层化效应显著地降低并达离子在x维度上以质荷比和/或电荷状态相关方式层化或以其他方式分布的程度，这种离子层化被限制到最靠近布置在y-z平面中的两个第二纵向板或平面电极37的x维度上的两个端部或侧向区域。重要地，分布在离子导向器的中心区域周围的离子将不在x方向上经受层化效应并将均匀地分布。

如下面将参考图4A和图4B更详细地描述的，根据各种实施例，可以利用在x方向上在离子导向器或离子迁移率分离器的中心区域中的离子层化(或离子的均匀性)的缺乏，以便使得能够提供离子束衰减器，其中由离子束衰减器(其以离子束衰减模式操作)的向前传输的离子束不经受显著的层化效应。

特别地，如下面将参考图4A和图4B更详细地描述的，离子束衰减器可以被布置成衰减具有例如矩形横截面轮廓的离子束的侧向部分。根据各种实施例，在具有矩形轮廓的离子束的侧向部分中，层化效应可以是较小程度地明显的。然而，在此类侧向部分中的离子可能从离子导向器喷出(或从轴线偏转离开)，并且因此丢失到系统中。因此，随着离子束31由离子导向器或离子迁移率装置30向前传输，离子束31在强度上衰减或以其他方式减小。

因此，各种实施例的特别有益的方面是，对于在x方向上朝向离子导向器或离子迁移率分离器30的中心的在取得平衡位置处的离子，在x维度上将基本上没有离子层化(或在最坏情况下最小化或显著地减少离子层化)。

因此，如图3所示在离子导向器或离子迁移率分离器30的x方向上在中心位置处离开离子导向器或离子迁移率分离器30的离子群的组成将基本上代表进入该装置的离子群的组成，即，不期望的离子层化在离子导向器或离子迁移率分离器30的中心部分中在x方向上基本上为零或仅最小程度，并且被向前传输的就是该均匀分布的离子群。

此外，离子的分布将保持代表初始离子群，除非或直到严重空间电荷饱和效应开始占主导地位。

根据各种实施例，通过限制离子的向前通过，可以可控制地衰减行进通过或离开离子导向器或离子迁移率分离器30的离子群，以便仅允许具有在x-y平面的限定区域或部分内的空间位置的离子离开该装置30。根据一个实施例，可以允许在x-y平面中在x维度上围绕离子导向器或离子迁移率分离器30的中心定心的区域中分布的离子向前行进到下游装置。

未向前传输或以其他方式引导到离子导向器或离子迁移率分离器30的下游区域的所有其他离子可以正交地由偏转或衰减电极偏转，使得在x方向上在离子导向区域的任一侧向极端处的离子可以从离子限制电极结构离开或以其他方式喷出。如下面还将参考图4A和图4B更详细地描述的，从离子导向器或离子迁移率分离器30喷出的离子可以被布置成通过离子导向器或离子迁移率分离器30的某个区段或部分喷出，其中离子不经受RF径向限制(或其中离子经受相对弱的RF径向限制)。因此，从离子导向器或离子迁移率分离器30喷出的离子可以通过非RF限制区域或可以通过相对弱的RF限制区域，使得离子逸出离子导向器或离子迁移率分离器30并基本上丢失到系统中。设想了其他实施例，其中离子从轴线偏转离开。

根据各种实施例，正交地从离子导向器或离子迁移率分离器30偏转或以其他方式喷出的离子可以从离子导向器或离子迁移率分离器30偏转或以其他方式喷出，使得离子避免撞击或以其他方式入射在第一上部电极板或平面电极36a、第一下部板或平面电极36b和第二纵向板或平面电极37上。应当理解，特别有利的是，确保从离子导向器或离子迁移率分离器30偏转或以其他方式喷出的离子(或从轴线偏转离开的离子)不会撞击电极板或平面电极36a、36b、37，以便最小化不期望的可能的表面污染和/或表面充电效应。

根据各种实施例，离子群的一部分可以使用设置在离子导向区域的出口端部处或在处于离子导向器或离子迁移率分离器30内、沿离子导向器或离子迁移率分离器或在离子导向器或离子迁移率分离器下游的一个或多个其他位置处的一组偏转或引出电极来停止、从离子导向区域或离子迁移率分离装置喷出、或从离子导向区域或离子迁移率分离装置偏转离开。这些实施例允许离子群的衰减取决于任何下游装置的要求或限制而变化。这在下面将参考图4A和图4B更详细地描述。

图4A和图4B更详细地示出了根据各种实施例的离子导向器或离子迁移率分离器40，其中离子导向器或离子迁移率分离器40包括第一上游区域或区段43和第二下游区域或区段49。可以在第一上游区域或区段43与第二下游区域或区段49之间提供第三中间区域或区段48。第三中间区域或区段48可以包括其中基本上没有对离子的RF限制或其中离子在离子导向器或离子迁移率分离器40内仅经受相对弱的RF限制的区域，使得主动地从离子导向器或离子迁移率分离器40喷出(或偏转)的离子能够离开中间区域或区段43。设想了其他实施例，其中离子从轴线偏转离开。

离子导向器或离子迁移率分离器40可以以第一高传输操作模式操作，如图4A所示，其中离子可以被布置成基本上不受阻碍地通过整个电极结构，使得离子如图4A所示从离子导向器或离子迁移率分离器40出现而不被衰减。

离子导向器也可以以在另一个第二较低传输操作模式操作，如图4B所示，其中DC电压可以被施加到一个、两个或多于两个衰减或偏转板或平面电极50、51。图4B中所示的两个衰减或偏转板或平面电极50、51可以位于中间区域或区段48下游，并且可以有效地定位在第二下游区域或区段49的入口处。将从图4A和图4B清楚，衰减或偏转板或平面电极50、51可以包括在x方向上分段的电极布置，使得电极布置的在x方向上的不同的电极区段可以保持在不同的DC电势下。

根据各种实施例，一个或多个DC电压可以被施加到两个衰减或偏转板或平面电极50、51，使得离子束中的一些离子正交地向上或在大体上正交于离子行进通过离子导向器或离子迁移率分离器40的方向(即，z方向)径向方向(即，y方向)上偏转。允许离子束(其可以均匀地分布)的中心区域或部分中的离子向前行进到第二下游离子导向区段49中并从中穿过。在其中基本上没有对离子的RF限制的中间区域或区段48中偏转的离子可以从离子导向器或离子迁移率分离器40偏转或以其他方式喷出，使得离子穿过离子导向器或离子迁移率分离器40的其中基本上没有对离子的RF限制的中间区域或区段48。因此，离子可以从离子导向器或离子迁移率分离器40喷出或偏转而不撞击或入射在任何板电极上。设想了其他实施例，其中离子从光轴偏转离开，即，其中离子从z方向偏转离开或偏转远离z方向。因此，被喷出或偏转的离子丢失到系统中。

布置在中间区域或区段48下游并在第二下游区域或区段49的入口处的两个板或平面衰减电极50、51可以包括一个或多个上部平面或板电极50和/或一个或多个下部平面或板电极51。例如，一个或多个上部平面或板电极50和/或一个或多个下部平面或板电极51可以被分段，以便形成例如在x方向上扩展的两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或多于十个离散电极。

根据各种实施例，并且如图4A和图4B所示，离子的向前传输可以恰好在两个衰减值之间变化。然而，根据其他实施例，通过将衰减或偏转电极50、51分割成多个离散区段，可以实现对离子束衰减的更精细的控制。特别地，可以提供衰减装置，该衰减装置能够根据需要来使离子束在几个不同的衰减值中的一个之间衰减。例如，设想了这样的实施例，即，其中在各种操作模式期间，可以实现两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或多于十个不同的衰减值或设置。

离子群所扩散于的横截面面积可以在正交于离子行进的方向(例如z方向)的方向(例如x方向)上扩展，并且衰减可以通过以使得仅在离子导向区域的横截面面积的一部分内的离子被允许向前行进到下游装置的方式限制离子的轴向行进来实现。

根据各种实施例，离子可以在缓冲气体(例如，空气、氮、氦、氩、二氧化碳等)的存在下在升高压力下在离子导向器或离子迁移率分离器40内衰减，使得离子基本上在热能下。例如，缓冲气体(例如，空气、氮、氦、氩、二氧化碳等)可以保持在0.5mbar-10mbar的压力下。然而，根据其他实施例，离子导向器40可以保持在选自由以下项组成的组的压力下：(i)＜0.0001mbar；(ii)0.0001mbar-0.001mbar；(iii)0.001mbar-0.01mbar；(iv)0.01mbar-0.1mbar；(v)0.1mbar-1mbar；(vi)1mbar-10mbar；(vii)10mbar-100mbar；(viii)100mbar-1000mbar；以及(ix)＞1000mbar。

在图4A和图4B中所示的特定实施例中，离子导向器或离子迁移率分离装置40的上游区段43可以包括离子迁移率分离装置的分离区域，并且离子导向器或离子迁移率分离装置40的下游区段49可以包括转移区域。离子束横截面轮廓可以通过一个或多个透镜元件或通过在转移区域49下游的离子导向器的几何形状减小，以便产生适于与其他下游装置对接的束轮廓。例如，根据各种实施例，可以逐渐地限制或扩大被传输通过转移区域49的离子束的横截面轮廓。还设想了这样的实施例，即，其中当离子穿过转移区域49时，离子束的横截面轮廓可以逐渐地成形。例如，根据一个实施例，穿过转移区域49的离子束的横截面轮廓可以从具有矩形横截面轮廓逐渐地改变为具有方形或近圆形横截面轮廓，以便传输离子通过圆形差分泵浦孔或进入具有圆形接收角的下游离子光学装置。设想了其他实施例，其中离子束轮廓可以从第一矩形或方形横截面轮廓逐渐地改变为不同的第二矩形或方形横截面轮廓。

图5示出了根据另一个实施例的离子导向器或离子迁移率分离器60，其原理上类似于上面关于图3、图4A和图4B中示出和描述的各种实施例，不同之处是将离子限制在具有环形横截面轮廓的离子导向区域内。

以类似于上面参考图3、图4A和图4B中示出和描述的实施例的方式并如图5所示，可以仅允许来自环形横截面的某个物理部分、环形位置、区域、扇区或节段的离子离开装置60或由离子导向器或离子迁移率分离器60以其他方式向前传输。所有其他离子可以在离子导向器或离子迁移率分离器60的其中离子在径向方向上不经受RF限制的区域中径向地从离子导向器或离子迁移率分离器60喷出。

上面参考图5示出和描述的特定实施例具有如下特定优点，即，一旦离子已经达到平衡，离子群的组成对于在环形横截面周围的所有点都是相同的。

存在其中可以使用对离子传输的控制来扩展正交加速飞行时间质谱仪的动态范围的几种已知方法。

例如，US-7038197(Micromass)描述了一种方法，其中初级离子束重复地在高传输模式与低传输模式之间切换。超过检测系统的动态范围的高传输数据中的单独的质谱峰可以由来自低传输数据的对应数据(适当地缩放)代替。该方法产生具有增加的动态范围的复合频谱。GB-2518491(Micromass)描述了一种确定和标记到达飞行时间质谱仪的检测器的离子的饱和的方法。标志可以用于将软件导向成将来自两个或更多个预定传输值的数据合并或组合成单个高动态范围频谱。以此方式，可以产生用于嵌套LC-IMS-MS采集的高动态范围数据。

设想的是，传输控制的类似的方法可以以数据相关或反馈控制方式使用，以便控制目标分析物或离子群的强度，使得避免离子检测器或下游分析器或分离器饱和。根据这样的实施例，可以利用多个衰减值，并且可以基于先前采集的数据的询问来对衰减值进行编程或以其他方式设置。

各种公开的实施例的一个重要方面是在离子迁移率分离循环时间期间可以更改或以其他方式改变离开根据各种实施例的离子导向器或离子迁移率分离装置的离子比例的控制。每个离子迁移率分离循环可以例如花费＜5ms、5ms-10ms、10ms-15ms、15ms-20ms、20ms-25ms、25ms-30ms或＞30ms。这允许具有特定离子迁移率的离子群以特定值或衰减因子衰减，同时在不同漂移或洗脱时间上有效地从离子迁移率分离器出现或洗脱的具有不同的离子迁移率的离子群可以基本上不衰减。

这样的实施例使得质谱仪的总占空比能够最大化，从而最大化低丰度分析物的敏感度，同时控制高丰度分析物的强度。

该方法还可以用于控制在其中扩展的离子群在进入下游分析器(诸如四极杆或飞行时间质量分析仪)之前需要被压缩成较小的横截面的高容量离子迁移率分离装置的端部处的空间电荷畸变。

虽然所描述的传输控制的方法不取决于离子的电荷状态、质荷比或离子迁移率，但是它也可能不是完全地确定的，并且因此可能需要一定程度的校准以用于后续重新缩放。然而，任何这样的校准过程(如果需要)都被显著地简化。

各种实施例还包括使用上述方法来校准衰减因子的方法，其中该方法包括在两个或更多个衰减值下从已知标准材料获取数据并在这两个或更多个值下记录强度比。

可以确定施加到偏转或阻挡电极的电势与所得的衰减因子之间的关系并将其用于衰减的离子束的后续强度缩放。

在一个实施例中，在离子束进入离子导向器或离子迁移率分离装置的离子捕集区域之前，束轮廓可能已经在一个维度上扩展。在这种情况下，上述方法可以用于衰减进入上游离子导向或捕集区域的信号或离子束。

在捕集区域中的离子累积之前的束的衰减具有以下缺点：所有迁移率的离子必须衰减相同的量。

因此，上面已经描述了涉及离子导向器、离子阱或离子迁移率分离装置的各种实施例，其中允许离子呈现可在至少一个方向上扩展的空间轮廓，或其中允许离子呈现环形空间轮廓。矩形或环形离子束的一个或多个部分可以以受控的方式从离子导向器、离子阱或离子迁移率分离装置喷出或偏转(或从轴线偏转离开)，从而允许离子束衰减期望的量。此外，向前传输的离子束不经受层化效应(并且在x方向和/或y方向上基本上均匀地分布)，以使得能够执行更简单的衰减校准例程(如果确实实际上需要的话)。此外，与常规的离子隧道布置相比，根据各种实施例的离子导向器、离子阱或离子迁移率分离装置可以具有增强的容量。因此，应当了解，根据各种实施例的各种离子导向器、离子阱或离子迁移率分离装置代表本领域的显著进步。

尽管已经参考各种实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (17)

1.一种离子导向器，包括：

离子分离区域，所述离子分离区域具有第一横截面轮廓，所述第一横截面轮廓在正交于离子传输方向的平面中具有第一横截面面积A₁；和

衰减装置，所述衰减装置被布置在所述离子分离区域的下游，其中所述衰减装置被布置和适配成通过喷出空间位置落在具有第二横截面面积A₂的第二横截面轮廓的外部的从所述离子分离区域出现的分离离子或使其偏转来衰减从所述离子分离区域出现的所述分离离子，其中A₂＜A₁。

2.如权利要求1所述的离子导向器，其中所述离子分离区域被布置和适配成使得从所述离子分离区域出现的所述分离离子至少在基本上正交于所述离子传输方向的方向上在所述第二横截面轮廓内基本上均匀地分布。

3.如权利要求1或2所述的离子导向器，其中所述衰减装置被布置和适配成向前传输具有落在所述第二横截面轮廓内的空间位置的从所述离子分离区域出现的分离离子。

4.如权利要求1或2所述的离子导向器，其中所述离子导向器包括多个第一电极，并且其中所述离子导向器进一步包括被布置和适配成将AC或RF电压施加到所述多个第一电极以产生伪势阱的装置，所述伪势阱用来将离子限制在所述离子导向器内的第一径向方向上。

5.如权利要求1或2所述的离子导向器，其中所述离子导向器进一步包括一个或多个第二电极，并且其中所述离子导向器进一步包括被布置和适配成将一个或多个DC电压施加到所述一个或多个第二电极以将离子限制在所述离子导向器内的第二径向方向上的装置。

6.如权利要求1或2所述的离子导向器，进一步包括控制装置，所述控制装置被布置和适配成将一个或多个电压施加到所述衰减装置，以使得从所述离子分离区域出现的分离离子的一部分从所述离子分离区域出现然后被喷出和/或偏转离开离子光轴。

7.如权利要求1或2所述的离子导向器，其中所述离子导向器包括减小的径向限制区段，其中在操作模式中，通过所述减小的径向限制区段的离子基本上没有受到径向限制或受到减小程度的径向限制，并且其中所述衰减装置位于所述减小的径向限制区段内或与所述减小的径向限制区段相邻，使得当所述衰减装置被激活以喷出从所述离子分离区域出现的离子或使其偏转时，所述离子可以基本上从所述离子导向器喷出或偏转。

8.如权利要求1或2所述的离子导向器，其中所述离子分离区域被布置并适配成沿着所述离子传输方向分离离子，并且其中所述第二横截面面积A₂在正交于所述离子传输方向的平面中。

9.如权利要求6所述的离子导向器，其中所述衰减装置包括多个衰减电极，并且其中所述控制装置被布置和适配成根据需要将一个或多个电压施加到不同的衰减电极，以改变、控制、增大或减小离子衰减因子。

10.如权利要求9所述的离子导向器，其中所述控制装置被布置和适配成依据时间、保留时间、洗脱时间或出现时间以与时间相关方式或以预定或数据相关方式来改变、控制、增大或减小所述离子衰减因子。

11.如权利要求9所述的离子导向器，其中所述离子分离区域是离子迁移率分离器，并且其中所述控制装置被布置和适配成在所述离子迁移率分离器的一个或多个离子迁移率分离循环过程期间改变、控制、增大或减小所述离子衰减因子。

12.如权利要求1或2所述的离子导向器，其中所述离子分离区域被布置和适配成根据离子的离子迁移率、差分离子迁移率、碰撞横截面(“CCS”)或相互作用横截面使得所述离子分离。

13.如权利要求1或2所述的离子导向器，其中所述第二横截面轮廓对应于所述第一横截面轮廓的中心区域。

14.一种质谱仪，包括如前述权利要求中任一项所述的离子导向器。

15.一种对离子导向的方法，包括：

将离子在具有第一横截面轮廓的离子分离区域内分离，所述第一横截面轮廓具有在正交于离子传输方向的平面中的第一横截面面积A₁；和

通过喷出空间位置落在具有第二横截面面积A₂的第二横截面轮廓的外部的从所述离子分离区域出现的分离离子或使其偏转来衰减从所述离子分离区域出现的分离离子，其中A₂＜A₁。

16.如权利要求15所述的方法，其中从所述离子分离区域出现的所述分离离子至少在基本上正交于所述离子传输方向的方向上在所述第二横截面轮廓内基本上均匀地分布。

17.一种质谱分析的方法，包括如权利要求15或16所述的方法。

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