CN110870042B - 多极离子导向器 - Google Patents

Abstract

本文所描述的系统和方法涉及具有多极离子导向器的质谱法系统，所述多极离子导向器可从离子源接收离子以用于发射到下游质量分析器，同时防止不想要的离子发射到质谱仪系统的高真空腔室中。至少一个离子导向器可具有沿着所述离子导向器的至少一部分延伸的两个或更多个辅助电极。电力供应器将RF电压提供到所述离子导向器的极以用于在所述离子导向器的内部体积内径向限制所述离子。还对所述辅助电极提供辅助电信号，所述辅助电信号可选择性地使低m/z离子的至少一部分从所述内部体积径向偏转，以便防止不合需要的低m/z离子发射到下游质量分析器中。

Description

多极离子导向器

相关申请案

本申请要求2017年7月6日提交的第62/529235号美国临时申请案的优先权，所述美国临时申请案的内容以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本发明教示是针对质谱法，且更具体地说，是针对用于增加质谱仪的灵敏度且控制发射到质谱仪的下游区段中的离子通量的方法和系统。

背景技术

质谱法(MS)是经常用于确定测试物质的元素组成的分析技术。质谱法可具有定量和定性应用。举例来说，MS可用于识别测试物质中的未知化合物，确定特定分子中的元素的同位素组成，通过观察特定化合物的分段而确定其结构，和/或量化测试样本中的特定化合物的量。

质谱法大体上涉及使用离子源将样本分子转换为离子，且使用一或多个质量分析器分离和检测离子。具体地，对于大多数大气压力离子源，离子通过质谱仪的入口孔口，然后进入安置于质谱仪的真空腔室中的离子导向器。在大多数常规质谱仪系统中，施加于离子导向器的射频(RF)信号提供沿着离子导向器的中心轴线的碰撞冷却和径向聚焦，因为离子被输送到其中安置质量分析器的后续较低压力真空腔室中。

在大气压下的电离(例如，通过化学电离、电喷射)大体上是使样本内的分子电离的高效方式。然而，生成所关注分析物的离子的过程也通常生成干扰/污染离子以及残余或重组中性分子。虽然增加离子源与离子导向器之间的入口孔口的大小可增加进入离子导向器的所关注离子的数目(进而潜在地增加MS仪器的灵敏度)，但此配置也会让更多的这些不想要的分子进入真空腔室且可能进入位于高真空腔室内部深处的下游质量分析器级，在所述高真空腔室处必须通过电场精确控制所关注离子的轨迹。

不合需要的/不想要的离子和中性分子的发射会污染这些下游元件。下游元件的此污染又会干扰质谱分析，增加与质谱仪的维护相关联的成本，或减小对高真空腔室内的关键组件的清洁所必要的质谱仪的处理量。

质谱法系统的大多数离子光学器件(例如，透镜)固有地经受离子和中性物沉积，且因此可展现根据实质污染的显著不同表现(例如，灵敏度损失)。因此，必须常规地清洁结垢表面以维持灵敏度。虽然前端组件(例如，帘板、孔板、Qjet离子导向器、IQ0)的表面可相对地可到达且容易清洁，但包含于下游高真空腔室内的组件(例如，Q0、Q1、IQ1)的结垢可导致大量时间和/或费用，因为真空腔室在清洁之前必须通风且大体上拆卸。

因此，仍需要用于减少下游质量分析器中的污染的改进的方法和系统。

发明内容

本发明涉及用于增加质谱法仪器的灵敏度和/或用于减少质谱仪系统的高真空腔室中的污染的设备和对应方法。可经常通过增加取样孔口的面积来增加质谱仪灵敏度。然而，取样孔口的面积的增加也可以增加通过质谱仪传送的离子群体的大小。大离子群体又可增加质谱仪的下游光学器件的污染率。根据本发明教示的各个方面，本文揭示的系统和方法可允许通过选择性地将所关注离子(例如，具有特定质量/电荷(m/z)比率的离子)传送到分析器的下游部分而增加灵敏度，同时不考虑会充当下游质谱仪组件的结垢来源的不关注的离子。在各种方面中，本文揭示的离子导向器可充当上游部分中的高通滤波器以便选择性地允许所关注离子发射到下游质量分析器中。

在各种方面中，本文揭示的系统可采用其中包含可在高压力区(例如，维持在100毫托到10托和/或自由射流膨胀腔室)中使用的多个辅助电极的离子导向器(例如，Qjet离子导向器或双Qjet离子导向器)。在自由射流膨胀区中操作的离子导向器可机械地限制流出的射束，因为自由射流膨胀区中的离子动力学大体上是气流主导的。朝向离子导向器的后端，限制性RF场可开始对离子约束具有强影响，因为在所述区中(即，朝向离子导向器的末端)气体流和离子束的平移能量都减小。高压力区可为真空腔室，且离子导向器可包含于真空腔室中以使得其沿着中心纵向轴线从邻近于真空腔室的入口开孔安置的近端延伸到邻近于真空腔室的出口开孔安置的远端。离子导向器可包括多个棒，且所述棒可经配置以使得它们沿着离子导向器的纵向轴线延伸且界定用于离子导向器的内腔。由离子导向器接收的离子大体上在此内腔内由气流夹带，且被离子导向器的RF场的生成径向限制。大体上，轻的组成部分(例如，具有较低质荷比的离子)在自由射流膨胀区中经历比较重组成部分(例如，具有较高质荷比的离子)更大量的横向射束散布。为了防止此类低m/z离子对质谱仪的下游元件的污染，本文的根据本发明教示的各个方面的系统利用施加于在高压力区中操作的离子导向器中包含的所述多个辅助电极的电信号，其可按需求选择性地影响低m/z离子的离子轨迹，同时在由离子导向器界定的体积内大体上维持高m/z离子的整个群体。

在一些特定方面中，根据本发明教示的系统可通过利用安置于四极离子导向器的棒之间的辅助电极控制发射到质谱仪的下游部分的离子通量，所述辅助电极经配置以使经受横向射束散布的低m/z离子径向偏转，以便防止其发射到质谱仪系统的下游组件。在各种方面中，可利用两个或更多个辅助电极，且电极可采取各种形状(例如，圆形、T形、细条、刀片电极)。借助于非限制性实例，辅助电极可展现T形横截面积。在各种方面中，四极离子导向器的棒可具有沿着离子导向器的纵向轴线成锥形的轮廓，这可增加离子导向器的近端中的棒之间的空间以便允许在邻近入口孔口的区中用以夹带所关注离子的气体的增加膨胀，且因此使低m/z离子经受由辅助电极生成的偏转场的增加强度。举例来说，在一些方面中，离子导向器的棒可经配置以使得它们在其中安置离子导向器的真空腔室的入口开孔附近具有一半圆形一半方形轮廓。棒还可经配置以在沿着离子导向器的长度的某一长度中采取此一半圆形一半方形形状。举例来说，棒可经配置以在沿着离子导向器的长度的近似8.5厘米(cm)中采取一半圆形一半方形形状。替代地或另外，棒可采取锥形形状，使得在电极的长度的其余部分，它们采取圆柱形形状。举例来说，棒可在沿着离子导向器的长度的最后4.0cm中采取圆柱形形状。

根据本发明教示的各个方面的系统可通过对行进通过质谱仪的离子基于其质荷比密度进行选择性滤波而减少质谱分析系统的下游组件中的污染，且防止具有落在期望范围之外的质荷比密度的离子穿过质谱仪的下游元件。具体地，可控制施加于棒和辅助电极的电压以确保具有落在关注的期望范围之外的质荷比密度的离子被电极排斥，且进而被阻止传送到质谱仪的下游区段和/或污染所述下游区段。举例来说，四极棒可包括第一和第二对棒，其大体上经配置以提供径向限制电场(例如，四极电场)以径向聚焦进入离子导向器的离子。举例来说，具有第一频率和第一相位的RF电压可施加于第一对棒，且具有与第一频率相同频率和第二相位的RF电压可施加于另一对棒。DC电压可同时由电力供应器施加于辅助电极，所述DC电压具有与待滤波离子(例如，低m/z离子)的极性相同或不同极性以使得辅助电极从被四极场限制的体积内移除(例如，径向偏转、吸引、排斥)低m/z离子，以使得防止这些离子发射到下游组件中。大体上，具有较低m/z的离子在自由射流膨胀期间经受增加的径向散布，并且可更容易被由辅助电极生成的场偏转。鉴于本发明教示将了解，被阻止进入下游组件的离子的同一性和/或量可取决于各种因素，包含离子群体、电极的大小和施加于电极的电压。任何数目的辅助电极可与本文揭示的实施例一起使用。举例来说，在某一实施方案中，可利用2个或3个辅助电极。辅助电极可具有与正经滤波的离子相似的极性。举例来说，如果辅助电极带正电，那么它们可从中心纵向轴线排斥低m/z比的正离子且防止这些离子进入质谱仪的下游组件。虽然较高m/z比的正离子也经受排斥性场，但此场对通过离子导向器的这些较高m/z离子的轨迹的影响相对于低m/z离子减少，原因是在自由射流膨胀期间高m/z离子的减少的径向膨胀以及不对称场对高m/z离子的减小的影响。替代地，如果辅助电极带负电，那么它们可从中心纵向轴线吸引低m/z比的正离子且防止这些离子进入质谱仪的下游组件。在一些方面中，可将不同极性的DC电压施加于不同辅助电极以使得一或多个辅助电极排斥某一极性的离子，而其它辅助电极吸引这些相同离子。因此，本领域的技术人员将了解，通过控制辅助电极的电压和极性，本发明教示可选择性地允许所关注的离子(例如，具有某些质量/电荷密度的离子)进入离子导向器的腔。

根据本发明教示的各个方面，提供一种质谱仪系统，其可包括离子源、第一真空腔室、安置于第一真空腔室内的至少一个离子导向器、耦合到所述至少一个离子导向器的电力供应器，以及相对于第一真空腔室维持在较低压力的第二真空腔室。离子源在高压力区中从所关注的样本生成离子。第一真空腔室可维持在高于约500毫托的压力。第一真空腔室可在入口开孔与出口开孔之间延伸。入口开孔可从高压力区接收由离子源生成的离子，且出口开孔可定位于入口开孔的下游且经配置以将所述离子的至少一部分从第一真空腔室发射到第二真空腔室。所述至少一个离子导向器可安置于第一真空腔室内在入口开孔与出口开孔之间。离子导向器包括多个棒和多个辅助电极。所述多个棒可包括至少第一对棒和第二对棒，所述棒沿着中心纵向轴线从邻近所述入口开孔安置的近端延伸到远端，所述多个棒与所述中心纵向轴线间隔开且界定内部体积，通过所述入口开孔接收的所述离子在所述内部体积内由气流夹带。所述多个辅助电极可沿着所述离子导向器的至少一部分延伸，且辅助电极中的每一个可插入于所述第一对棒的单个棒与所述第二对棒的单个棒之间。电力供应器耦合到离子导向器且可经配置以将电信号提供到离子导向器的各种组件。举例来说，电力供应器可经配置以将处于第一频率和第一相位的第一RF电压提供到第一对棒且将处于第一频率和第二相位的第二RF电压提供到第二对棒以用于在所述内部体积内径向限制离子。电力供应器可进一步经配置以将辅助电信号提供到辅助电极中的至少一个以选择性地使低m/z离子的至少一部分从所述内部体积径向偏转，以便防止所述低m/z离子发射通过出口开孔。

在其它实例中，上述方面中的任一个或者本文所描述的任何系统、方法、设备可包含以下特征中的一个或多个。

电力供应器可将大体上相同电DC电压施加到每一辅助电极。替代地或另外，电力供应器可对至少一个辅助电极施加与施加于其它辅助电极的DC电压不同的DC电压。施加于每一辅助电极的DC电压可具有与低质量离子相同的极性。此外，施加于辅助电极的DC电压可与所述多个棒维持于的DC偏移电压不同。

质谱仪也可包括控制器，所述控制器可经配置以例如修改电场，以便通过相对于所述多个棒维持于的DC偏移电压调整施加于辅助电极的DC电压来增加所述多个辅助电极的低m/z离子的排斥。在此类方面中，举例来说，控制器可经配置以通过增加施加于辅助电极的DC电压而衰减从离子导向器发射的低m/z离子。另外或替代地，控制器可通过调整施加于辅助电极的DC电压而调整从离子导向器发射的离子的m/z范围。

在各种方面中，入口开孔的配置以及离子源与真空腔室之间的压力差可提供入口开孔下游的超音速自由射流膨胀，所述自由射流膨胀包括具有预定直径的圆筒激波区，在一些方面中所述预定直径可大体上对应于围绕中心纵向轴线安置的棒的内表面的直径。

在各种方面中，所述多个棒可包括四极棒组，但也可以提供更多棒(例如，作为六极离子导向器、八极离子导向器)。所述棒可具有沿着其长度大体上恒定的多种横截面形状(例如，圆形、抛物线、方形)，但在一些示范性方面中，所述棒可展现沿着离子导向器的纵向轴线的长度成锥形的轮廓以便允许入口开孔的区中的增加的径向膨胀。在一些方面中，所述多个棒中的每一个可展现在其近端的非圆形横截面和在其远端的圆形横截面。举例来说，在一些方面中，离子导向器的棒可经配置以使得它们在其中安置离子导向器的真空腔室的入口开孔附近具有一半圆形一半方形轮廓。棒还可经配置以在沿着离子导向器的长度的某一长度中采取此一半圆形一半方形形状。

在一些方面中，高压力区(电离腔室)可维持在大体上大气压力，而第一真空腔室可维持在从约0.5托到约50托范围内的压力。替代地在一些方面中，第一真空腔室可维持在从约10托到约50托范围内的压力。

辅助电极可具有小于所述多个棒中的棒的长度的长度。借助于非限制性实例，棒可具有超过约10厘米的长度，而辅助电极可具有沿着纵向轴线约1cm的长度。另外在一些方面中，辅助电极可安置成较靠近入口开孔以使得所述多个辅助电极的远端可接近所述多个棒的远端。举例来说，辅助电极可距入口开孔约3cm来安置。另外或替代地，所述多个辅助电极可具有多种横截面形状(例如，圆形、方形、刀片等)，但在示范性方面中可展现T形横截面形状。

质谱仪可进一步包含接收从第一真空腔室发射的离子的质量分析器。质谱仪还可包含沿着中心纵向轴线安置于第一真空腔室内的第二离子导向器。第二离子导向器可包括在邻近所述第一多个棒的远端安置的近端与邻近出口开孔安置的远端之间延伸的第二多个棒。第二离子导向器可包括四极棒组。

本发明的其它方面和优点可从以下附图和说明变得显而易见，所述附图和说明全部仅借助于实例说明本文揭示的实施例的原理。

附图说明

参照附图，从以下进一步说明将更完全地理解本发明的前述和其它目的及优势。所属领域的技术人员将理解，以下描述的图式仅出于说明的目的。这些图式并不打算以任何方式限制申请人教示的范围。

图1示意性地描绘根据申请人教示的实施例的各种方面的示范性质谱仪系统。

图2是根据本发明教示的各种方面的质谱仪系统的第一真空腔室中可包含的示范性组件的高级示意性图示。

图3是根据本发明教示的各种方面的示范性入口开孔、离子和超音速自由射流膨胀的详细示意图。

图4A-图4C是根据本发明教示的各种方面的示范性多极离子导向器的示意性图示，其中基于施加于离子导向器的棒和电极的示范性信号通过多极离子导向器说明势能和等电位场线。

图5A-图5C是根据本发明教示的各种方面的另一示范性多极离子导向器的示意性图示，其中基于施加于离子导向器的棒和电极的示范性信号通过多极离子导向器说明势能和等电位场线。

图6示意性地描绘根据本发明教示的各种方面的适合用于图1的质谱仪系统中的另一示范性多极离子导向器。

图7A-图7F描绘根据本发明教示的各个方面的通过用于处理离子的质谱仪系统获得的示范性实验质谱。

图8描绘根据本发明教示的各个方面的由用于处理离子的质谱仪系统生成的质谱的实例。

具体实施方式

应了解，为了清楚起见，以下论述将阐明申请人教示的实施例的各个方面，同时每当省略某些具体细节是适宜或恰当的时便省略某些具体细节。举例来说，在替代实施例中，相同或类似特征的论述可以略微简化。为简洁起见，众所周知的构想或概念也可不进行任何详细论述。技术人员应认识到，申请人传授内容的一些实施例可能不需要每次实施中的某些具体描述的细节，所述细节仅在本文中阐述以提供实施例的彻底理解。类似地，将显而易知可以根据公共常识，在不脱离本发明的范围的情况下，易于对所述实施例进行更改或改变。实施例的以下详细描述不应被视为以任何方式限制申请人传授内容的范围。

如本文所使用的术语“约”和“大体上相同”是指可例如通过现实世界中的测量或处理程序；通过这些程序中的无心之失；通过电气元件制造中的差异/错误；通过电损失发生的数字量的变化；以及将由所属领域的技术人员认识为只要不涵盖通过现有技术实践的已知值即可等效的变化。通常，术语“约”意味着比所陈述值或值范围大或小所陈述值的1/10，例如±10％。举例来说，将约+3V DC的电压施加到元件可意味着+2.7V DC与+3.3V DC之间的电压。同样地，当值据称“大体上相同”时，所述值可相差高达5％。不管是否由术语“约”或“大体上”相同修饰，权利要求书中叙述的定量值包括所叙述值的等效物，例如此类值的数字量的会发生的变化，但将由所属领域的技术人员识别为等效物。

本文中描述用于防止质谱仪系统的腔室内的组件的污染的方法和对应系统。根据本文揭示的实施例的质谱仪系统可包括在高压力区内操作的一或多个离子导向器，所述离子导向器可优先偏转低质量离子，而相对高质量离子的轨迹保持更靠近离子导向器的中心纵向轴线。图1借助于非限制性实例示意性地描绘根据本发明教示的各个方面的质谱仪系统100，其可允许增加灵敏度和/或选择性地防止不关注的离子(例如，低m/z离子)发射到下游高真空质谱仪组件中。如图所示，示范性的质谱仪系统100可包括用于在电离腔室14内生成离子的离子源104、上游区段16和下游区段18。上游区段16经配置以执行从离子源104接收的离子的初始处理，且包含例如帘板301和一或多个离子导向器106、108等各种元件。下游区段18包含一或多个质量分析器110、114、碰撞池112和检测器118。如下文所详细论述，根据本发明教示的各个方面的离子导向器106可包含多个辅助电极，所述辅助电极可经配置以从离子导向器106的内部体积径向偏转低m/z离子的至少一部分以便防止此类离子发射到质谱仪系统100的下游区段18中。

离子源104可为用于生成离子的任何已知或随后开发的离子源且根据本发明教示进行修改。适合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电离(APCI)源、电喷射电离(ESI)源、连续离子源、脉冲离子源、电感耦合等离子体(ICP)离子源、基质辅助激光解吸/电离(MALDI)离子源、辉光放电离子源、电子冲击离子源、化学电离源，或光电离离子源等等。另外，如图1所示，质谱仪系统100可包含经配置以将样本提供到离子源104的样本源102。样本源102可为此项技术中已知的任何合适的样本进入系统。举例来说，离子源104可经配置以从多种样本源接收流体样本，所述样本源包含含有流体样本的储集器，所述流体样本递送到样本源(例如，泵送)、液相色谱法(LC)柱、毛细管电泳装置且经受样本到载剂液体中的注入。在图1中所描绘的实例中，离子源104包括电喷射电极(未示出)，其可包括流体地耦合到样本源102(例如，通过一或多个导管、通道、管路、管线、毛细管等)的毛细管，且终止于至少部分地延伸到电离腔室14中以排放其中的液体样本的出口端。离子源104可电耦合到对离子源104提供合适电压的电力供应器。除为离子源104供应电压之外，所述一或多个电力供应器还可对质谱仪系统100的其它组件供应电力。举例来说，系统可包含第二电力供应器(例如，包含RF电力供应器195和DC电力供应器197)，其可受控制器193控制以便将具有RF、AC和/或DC分量的电位施加到质谱仪系统100的各种组件，如下文详细地论述。此外，离子源104可为喷雾器辅助式或非喷雾器辅助式的。在一些实施例中，也可使用加热器来促进电离，举例来说，加热电离腔室以便促进从离子源排放的液体的溶解。

返回参看图1，包含于从离子源104排放的样本内的分析物可在电离腔室14内电离。电离腔室14通过帘板301与上游区段16分离。帘板301可界定帘板孔口31，所述帘板孔口与上游区段16成流体连通。虽然在图1中未图示，但质谱仪系统100可包含各种其它组件。举例来说，质谱仪系统100可包含帘式气体供应器(未示出)，其将帘式气体流(例如，N₂)提供到质谱仪系统100的上游区段16。帘式气体流可帮助保持质谱仪系统100的下游区段18清洁(例如，通过散开和抽空大的中性颗粒)。举例来说，帘式气体的一部分可流出帘板孔口31进入电离腔室14，进而防止液滴和/或中性分子进入通过帘板孔口31。

电离腔室14可维护在压力P0，其可为大气压力或大体上为大气压力。然而，在一些实施例中，电离腔室14可经抽空到低于大气压力的压力。由离子源104生成的离子可连续发射通过上游区段16的元件(例如，帘板301、离子导向器106和离子导向器108)而导致窄的且高度聚焦离子束(例如，在沿着质谱仪系统100的中心纵向轴线的z方向上)以用于下游区段18内的进一步质量分析。系统的上游区段16可容纳于一或多个真空腔室121、122内。类似地，系统的下游区段18可容纳于至少一个真空腔室141内。

由离子源104生成的离子在进入上游区段16之后即刻可横穿一或多个额外真空腔室121、122和/或离子导向器106、108(例如，如根据本发明教示修改的例如离子导向器中的四极)。这些组件(例如，真空腔室121、122和离子导向器106、108)使用气体动力学和射频场的组合提供离子束的额外聚焦和对离子束的较精细控制，然后才将离子束发射到下游区段18中。

仍参考图1，离子导向器106(下文还称为“QJet离子导向器”)将接收的离子进而通过离子透镜107(下文还称为“IQ0”)传送到例如离子导向器108(下文还称为“Q0”)的后续离子光学器件。离子可通过离子透镜107中的出口开孔从离子导向器106发射。离子导向器108可为RF离子导向器且包括四极棒组。此离子导向器108可定位于第二真空区中且经布置以输送离子通过中压力区(例如，约3毫托到约15毫托的范围中)且递送离子通过后续光学器件(IQ1透镜)109到质谱仪系统100的下游区段18。

此外，如图1所示，离子导向器108可位于真空腔室122中，所述真空腔室可经抽空到可维持低于真空腔室121的压力的压力。举例来说，真空腔室122可维持于约3到15毫托的压力，但其它压力也可用于此目的或其它目的。

通过四极棒组Q0的离子可通过透镜IQ1并进入下游区段18中的邻近四极棒组Q1(质量分析器110)。在通过透镜IQ1的出口开孔从Q0发射之后，离子可进入邻近四极棒组Q1，所述邻近四极棒组可位于真空腔室141中，所述真空腔室可经抽空到可维持低于离子导向器Q0和Qjet离子导向器腔室(真空腔室121和真空腔室122)的压力的压力。举例来说，真空腔室141可维持于小于约1×10^-4托(例如，约5×10^-5托)的压力，但其它压力也可用于此目的或其它目的。如本领域的技术人员将了解，四极棒组Q1可作为常规发射RF/DC四极滤质器操作，其可操作以选择所关注的离子和/或某一范围的所关注的离子。举例来说，四极棒组Q1可配备有适合于在质量解析模式下操作的RF/DC电压。如应当理解，考虑Q1的物理和电学性质，可选择用于所施加RF和DC电压的参数以使得Q1建立所选m/z比的发射窗口，以使得这些离子可大部分不受干扰地横穿Q1。然而，具有落在窗口外部的m/z比的离子并不在四极内达到稳定轨迹，且可被阻止横穿四极棒组Q1。应了解，此操作模式仅仅是Q1的一个可能操作模式。举例来说，Q1(质量分析器110)与Q2之间的透镜IQ2可维持于比Q1高得多的偏置电位，以使得四极棒组Q1可作为离子阱操作。以此方式，可选择性地降低(例如，质量选择性地扫描)施加于进入透镜IQ2的电位以使得捕获于Q1中的离子可加速进入Q2，Q2也可以例如作为离子阱操作。

通过四极棒组Q1的离子可通过透镜IQ2并进入邻近四极棒组Q2，所述邻近四极棒组如所示可安置于加压隔室中且可经配置以在近似处于从约1毫托到约10毫托范围内的压力下作为碰撞池操作，但其它压力也可用于此目的或其它目的。可借助于气体入口(未示出)提供合适的碰撞气体(例如，氮气、氩气、氦气等)以使离子束中的离子热化和/或分段。

由Q2发射的离子可传递到邻近四极棒组Q3中，所述邻近四极棒组在上游由IQ3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，四极棒组Q3可在相对于Q2减小的操作压力下操作，举例来说，小于约1×10^-4托(例如，约5×10^-5托)，但其它压力也可用于此目的或其它目的。如所属领域的技术人员将了解，Q3可为以若干方式操作，例如作为扫描RF/DC四极或作为线性离子阱。在通过Q3处理或发射后，离子可通过出口透镜115发射到检测器118中。检测器118随后可鉴于本文所描述的系统、装置和方法以本领域的技术人员已知的方式操作。如本领域的技术人员将了解，根据本文中的教示修改的任何已知检测器可用于检测离子。

虽然为方便起见本文中将质量分析器110、114描述为具有伸长棒组(例如，具有四个棒)的四极，但本领域的普通技术人员应当了解，质量分析器110、114可具有其它合适的配置。还应了解，一或多个质量分析器110、114可为三重四极、线性离子阱、四极飞行时间、轨道离子阱或其它傅立叶变换质谱仪中的任一种，全部是举非限制性实例。

如上所述，生成的离子沿由图1中的箭头11指示的方向朝向真空腔室121、122、141行进。图2是图1所示的质谱仪系统100的高级图解说明，其说明真空腔室121中可包含的组件。如图2所示，离子可通过入口开孔(帘板孔口31)进入真空腔室121，其中离子由超音速气流夹带，通常称为超音速自由射流膨胀(超音速自由气体射流34)，如第11/315,788号美国专利申请案(第7,259,371号美国专利)中详细描述，其整个教示以引用的方式在本文描述。

如图2所示，真空腔室121可包括位于入口开孔(帘板孔口31)下游的出口开孔32。离子导向器106定位于入口开孔(帘板孔口31)与出口开孔32之间，且经配置以用于径向限制、聚焦和发射来自超音速自由气体射流34的离子30的至少一部分。出口开孔32可为分离真空腔室121与可容纳额外离子导向器或质量分析器的下一真空腔室或真空腔室122的腔室间开孔，如下文将描述。

真空腔室121中的压力P1可由泵42维持，且RF电力供应器195可连接到离子导向器106的各种组件以提供离子的一部分的选择性发射，如本文另外论述。离子导向器106可为四极棒组130，具有由刻画的圆表征的预定横截面，所述圆具有如由参考字母D(也在图3中示出)指示的直径，所述四极棒沿着离子导向器106的轴向长度延伸以界定内部的体积37。离子30最初可通过孔口帘式气体区，本领域中一般已知用于执行去溶剂化且阻止不想要的颗粒进入真空腔室121，但为了清晰的目的，这未在图1-图2中图示。

为了帮助理解离子30的至少一部分如何可在入口开孔(帘板孔口31)与出口开孔32之间被径向限制、聚焦和发射，现在参考图3。气体从标称高压力P0区到有限背景压力P1的区中的绝热膨胀形成超音速自由气体射流34的无约束膨胀，也被称为超音速自由射流膨胀。入口开孔(帘板孔口31)可为基于流速与局部声速的比率可将通过孔口或喷嘴的气体的膨胀划分成两个相异区的地方。在高压力P0区中，孔口或喷嘴附近的流速低于局部声速。在此区中，流可视为亚声速的。在气体从入口开孔(帘板孔口31)膨胀为背景压力P1时，流速增加而局部声速减小。流速等于声速的边界称为音速表面。此区称为超音速区，或更通常称为超音速自由射流膨胀。开孔的形状影响音速表面的形状。当入口开孔(帘板孔口31)可经界定为薄板时，音速表面可朝向P1压力区成弓形。常规地包括汇聚-发散管道的理想形状喷嘴的使用可产生平坦且位于喷嘴的出口处的音速表面。汇聚部分也可方便地由倒角表面界定，而真空腔室121的体积可界定发散部分。

汇聚-发散管道28的最小面积位置经常表示为喉部29。最小面积或喉部29的直径在图3上使用参考标号Do示出。当通过直径Do的气体的绝对压力比率小于或等于0.528时，通过喉部29的气体的速度变成“受遏制”或“受限”且达到局部声速，从而产生音速表面。在超音速自由气体射流34中，气体的密度单调地减小且来自高压力P0区的气体的焓转换为受引导的流。气体动力学温度下降且流速超过局部声速(因此术语为超音速膨胀)。

如图3所示，膨胀可包括同心的圆筒激波区46且由称为马赫盘48的垂直激波区端接。在离子30通过入口开孔(帘板孔口31)进入真空腔室121时，它们夹带于超音速自由气体射流34中，且由于圆筒激波区46的结构界定了其中气体和离子膨胀的区，因此实际上通过入口开孔(帘板孔口31)的所有离子30被限制于圆筒激波区46的区。大体上应理解，马赫盘48下游的气体可重新膨胀且形成一系列一或多个后续圆筒激波区以及与主圆筒激波区(圆筒激波区46)和主马赫盘(马赫盘48)相比较差界定的马赫盘。然而，被限制于后续圆筒激波区和马赫盘中的离子30的密度与夹带于主圆筒激波区和主马赫盘中的离子30可对应地降低。

超音速自由气体射流34可大体上由圆筒激波区直径Db表征，通常位于如图3中指示的最宽部分和马赫盘48的下游位置Xm，如从入口开孔(帘板孔口31)且更精确地说从产生音速表面的入口开孔(帘板孔口31)的喉部29所测量。Db和Xm尺寸可从入口开孔的大小(即直径Do)、在离子源处的压力P0和从真空腔室121中的压力P1计算，如例如Ashkenas,H.和Sherman,F.S.在编者为deLeeuw,J.H.的稀薄气体动力学第四次研讨会IV卷2(纽约学术出版社，1966)第84页的论文中所描述：

其中P0是在入口开孔(帘板孔口31)上游的离子源104的区周围的压力，且P1是入口开孔(帘板孔口31)下游的压力，如上文所描述。举例来说，如果入口开孔(帘板孔口31)的直径是近似0.6mm，具有合适的泵速以使得下游的真空腔室121中的压力是约2.6托，且离子源104的区中的压力是约760托(大气压)，从方程式(1)，圆筒激波区的预定直径Db是4.2mm，其中马赫盘48位于入口开孔(帘板孔口31)的喉部29下游近似7mm，如从方程式(2)计算。

超音速自由气体射流34和从入口开孔(帘板孔口31)的喉部29向下游扩展的圆筒激波区46可为输送离子30且限制其初始膨胀直到离子30良好处于离子导向器106的体积37内的有效方法。所有气体和离子30被限制于在圆筒激波区46内和周围的超音速自由气体射流34的区的事实意味着如果离子导向器106被设计成接受整个或几乎整个超音速自由气体射流34，那么较大比例的离子30可最初被限制于离子导向器106的体积37。另外，离子导向器106可定位于一位置处以使得马赫盘48可在离子导向器106的体积37内。通过将离子导向器106定位于入口开孔(帘板孔口31)的下游且在一位置以包含超音速自由气体射流34的基本上全部直径Db，可使用较大的入口开孔(帘板孔口31)且因此可使用较高的真空腔室121压力P1，同时维持在入口开孔(帘板孔口31)、出口开孔32之间径向限制和聚焦离子30的高效率以进而允许更多离子进入真空腔室122。

因此，通过适当的RF电压、离子导向器尺寸和真空压力，不仅离子导向器106可提供径向离子约束，而且离子导向器106也可在离子30横穿入口开孔(帘板孔口31)与出口开孔32之间的内部体积的同时有效聚焦离子30的至少一部分，如例如第4,963,736号美国专利中所描述，其内容以引用的方式并入本文中。虽然可将离子导向器106的功能描述为提供离子的径向约束和聚焦，但离子导向器106执行离子聚焦效果不是必要的。然而，通过离子导向器106的聚焦能力可实现入口开孔(帘板孔口31)与出口开孔32之间的更大的高效离子发射。

在上文描述的实例中，其中圆筒激波区46直径Db是近似4.2mm且从入口开孔(帘板孔口31)的喉部测得的马赫盘48的位置Xm是约7mm，离子导向器106的预定横截面(在此实例中，直径D的刻画圆)可为约4mm，以便将超音速自由气体射流34中的所有或基本上所有被限制离子30包含于离子导向器106的体积37内。可选择离子导向器106大于7mm的适当长度以使得可实现有效的RF离子径向约束。这可得到最大灵敏度而不必增加真空泵送容量和因此与较大的泵相关联的成本。

如上文所描述且根据方程式(1)和(2)，在含有离子导向器106的真空腔室121内的压力P1可有助于超音速自由气体射流34结构的表征。如果压力P1过低，那么圆筒激波区46的直径Db较大，且离子导向器106可需要大量实际努力以大到足以限制由超音速自由气体射流34夹带的离子30。因此，如果大的刻画直径D可根据大的圆筒激波区直径Db设定大小，那么必须使用较大电压以便提供有效的离子径向约束和离子聚焦。然而，较大电压可造成电击穿和放电，这可干扰离子导向器的正常功能且会对仪器的安全且可靠的操作带来相当大的复杂性。另外，能够提供大电压的电力供应器往往价格较高，这会增加商业仪器的成本。因此，最有效的是保持压力相对高以便保持射流直径小且保持离子导向器的直径D尽可能小，以使得电压维持低于电击穿条件。

相反，如果压力P1过高，那么离子导向器106的聚焦动作减少。在本文揭示的实施例中，质谱仪系统100的真空腔室121的压力P1维持在从近似100毫托到近似50托范围的压力。举例来说，在一些方面中，真空腔室121可维持在高于约500毫托的压力。在某些实施方案中，真空腔室121可维持在从约0.5托到约10托范围内的压力。替代地或另外，真空腔室121可维持在从约10托到约50托范围的压力。

返回参看图1，离子导向器106可包括四极棒组130和多个辅助电极140，所述辅助电极沿着离子导向器106的一部分延伸且插入于四极棒组130的棒之间，以使得在将各种RF和/或DC电位施加到离子导向器106的组件后，所关注的离子经碰撞冷却(例如，与真空腔室121的压力结合)且通过出口开孔32(在图2中示出)发射到下游质量分析器中用于进一步处理，而不想要的离子可在离子导向器106内经中和(例如，从由四极棒组130界定的体积径向喷射，进而减少下游处理步骤中的污染和/或干扰的潜在来源。其内容纳离子导向器106的真空腔室121可与机械泵(42，在图2中示出)相关联，所述机械泵可操作以将腔室抽空到适合于提供碰撞冷却的压力。举例来说，如上所述，可将真空腔室抽空到近似在约100毫托到约50托范围内的压力，但其它压力也可用于此目的或其它目的。离子透镜107可安置于Q0的真空腔室与邻近腔室之间以隔离两个真空腔室121、122。

根据本发明教示的各个方面，还应了解本文所描述的实例离子导向器可安置于质谱仪系统的多种前端位置中。借助于非限制性实例，离子导向器108可用于离子导向器的常规作用(例如，在约1-10托的压力下操作)、在离子导向器之前的聚焦离子导向器、作为组合的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、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)。

图4A-图4C是图1的离子导向器106的示意性说明，其中基于施加于离子导向器106的棒和电极的示范性信号而描绘势能(图4B)和等电位场线(图4C)。如图4A所示，离子导向器106可包括一对伸长的棒130a与一对伸长的棒130b(例如，四极棒组)和多个辅助电极140。在图4A中展示的实例中，在横截面示意图中跨越图1中所描绘的辅助电极140的位置描绘了离子导向器106。如图所示，离子导向器106可大体上包括一组棒(例如，在图4A中展示的实例中的两对棒130a、130b)，所述棒从邻近入口孔口(帘板孔口31)安置的近侧入口端延伸到邻近出口开孔32安置的远侧出口端。棒130a、130b包围离子导向器106的中心轴线(未示出)且沿着所述中心轴线延伸，进而界定离子发射通过的空间。将了解，虽然离子导向器106的棒130a、130b在本文中大体上被称作四极(例如，四个棒)，但所述多个伸长棒可为任何其它合适的多极配置，举例来说，六极、八极等。还应了解，所述一或多个离子导向器或质量分析器可为三重四极、线性离子阱、四极飞行时间、轨道离子阱或其它傅立叶变换质谱仪中的任一种，全部是举非限制性实例。

形成四极棒组130的棒130a、130b中的每一个可耦合到RF电力供应器，以使得在中心轴线的相对侧上的棒一起形成施加大体上相同RF信号的棒对。即，棒130a可耦合到第一RF电力供应器，所述第一RF电力供应器以第一频率和第一相位将第一RF电压提供到棒130a。另一方面，棒130b可耦合到第二RF电力供应器，所述第二RF电力供应器以第二频率(可相同于第一频率)但与施加于棒130a的RF信号相反的相位提供第二RF电压。如所属领域的技术人员将了解，DC偏移电压也可以施加于四极棒组130的棒130a、130b。

棒130a、130b可采用各种形状和轮廓。在各种方面中，所述多个棒中的每一个可展现在其近端的非圆形横截面和在其远端的圆形横截面。举例来说，至少一个棒可沿着离子导向器106的纵向轴线具有锥形轮廓。棒130a、130b的轮廓的锥形增加了棒130a、130b之间的间距，这可允许限制所关注离子的气体的初始膨胀。此气体膨胀增加了离子、且尤其是低m/z离子的径向膨胀，以使得具有较低m/z的离子经受由辅助电极140生成的电场的增加强度，如下文进一步论述。在某些实施方案中，棒130a、130b可经配置以使得它们在其中安置离子导向器的真空腔室的入口开孔附近具有一半圆形一半方形轮廓。棒还可经配置以在沿着离子导向器的长度的某一长度中采取此一半圆形一半方形形状。举例来说，棒可经配置以在沿着离子导向器的长度的近似8.5厘米(cm)中采取一半圆形一半方形形状。替代地或另外，棒可最初采取锥形形状，而在电极的长度的其余部分，它们采取圆柱形形状。举例来说，棒可在沿着离子导向器的长度的最后4.0cm中采取圆柱形形状。如上所述，棒的轮廓的此改变导致棒之间的空间的增加，且在一些方面中可增加气体的径向膨胀。

图4A中描绘的示范性的离子导向器106另外包含也沿着中心轴线延伸的插入于四极棒组130的棒之间的多个辅助电极140，辅助电极140大体上经配置以覆盖不对称DC电场(相对于由四极棒组130生成的大体径向限制RF场)，所述不对称DC电场经配置以使离子、且尤其是低m/z离子沿着中心纵向轴线从其平均轨迹偏转。如图4A所示，举例来说，每一辅助电极140可通过四极棒组130的棒130a、130b与另一辅助电极140分离。此外，辅助电极140中的每一个可经安置成在第一对的棒130a与第二对的棒130b的邻近处和之间。辅助电极140中的每一个可耦合到DC电力供应器(例如，图1的DC电力供应器197)以用于将辅助电信号提供到辅助电极140，所述辅助电极可选择性地控制或操纵从离子导向器106的离子发射。

可将多种辅助DC电信号施加于辅助电极140以便优先径向偏转低m/z离子。大体上，具有较低m/z的离子将在自由射流膨胀期间经受增加的径向散布，并且可更容易被由辅助电极生成的DC场偏转。举例来说，DC电信号可具有与待滤波的离子(例如，低m/z离子)的极性相同或不同的极性，以使得辅助电极从由四极场限制的体积内移除(例如，径向偏转、抵抗、吸引)低m/z离子以使得防止这些离子发射到下游组件中。虽然可将等于施加于四极棒组130的棒的DC偏移电压的DC电压施加于辅助电极140以便使离子从中心纵向轴线偏转，但在一些方面中，可将施加于辅助电极140的DC电压选择为大于四极棒上的DC偏移，以便增加高通滤波器的效果。借助于非限制性实例，在三重四极MS系统中，借助于非限制性实例，辅助电极140可维持在相对于QJet离子导向器棒偏移约0V到约±350V范围中的DC电位，而QJet离子导向器中的四极棒通常维持在约±10V的DC偏移电压。对于飞行时间QTOF MS系统，QJet离子导向器中的四极棒的DC偏移电压通常维持在从约10V到约200V(或-10V到约-200V)的范围内。现在参看图4B-图4C，针对施加于离子导向器106的棒和“有效”辅助电极的示范性DC信号描绘势能(图4B)和等电位场线(图4C)。如图4B-图4C中的模型，棒维持在-10V的DC偏移电压，同时将+50V DC信号施加于两个有效辅助电极中的每一个。其它“非作用”辅助电极接地。如图所示，由棒界定的体积内的阳离子将经受通过对“作用”辅助电极施加这些示范性DC信号而生成的DC电场的排斥，因此趋于使离子偏转远离离子导向器106的中心纵向轴线(例如，朝向“非作用”辅助电极)。鉴于本发明教示将进一步理解，被阻止进入下游组件的离子的同一性(例如，基于低m/z截止)和/或量可取决于各种因素，包含离子群体、电极的大小和施加于电极的电压。因此，鉴于本发明教示将了解，可调整(例如，在控制器的影响下)施加于辅助电极140的DC电位以便调整离子导向器106的滤波方面。此外，虽然示出为包含两个辅助电极140，但可利用任何数目的电极。举例来说，在其它实施方案中且如图5A所示，多离子导向器可包含三个辅助电极。

辅助电极140可具有多种形状(例如，圆形、T形、薄条、刀片电极)，但T形电极可为优选的，因为杆柄140b从矩形基底140a朝向离子导向器106的中心轴线的延伸允许辅助电极的最内导电表面安置成更靠近中心轴线(例如，以增加离子导向器106内的场的强度)。T形电极可沿着其长度具有大体上恒定的横截面，以使得杆柄140b的最内径向表面沿着辅助电极140的整个长度保持在距中心轴线大体上恒定的距离。但也可以使用圆形辅助电极(或其它横截面形状的棒)。然而，此类电极由于棒130a、130b之间的有限空间而大体上展现相对于棒130a、130b的较小横截面积，和/或由于其距中心轴线增加的距离而需要施加较大辅助电位。

辅助电极140可具有多种长度且在一些方面中无需沿着棒130a、130b的整个长度延伸。举例来说，辅助电极140可具有小于四极棒组130的长度的二分之一(例如，小于33％、小于10％)的长度。鉴于常规QJet离子导向器的棒电极可具有沿着纵向轴线的在从约10cm到约30cm范围内的长度，辅助电极140可具有10mm、25mm或50mm的长度，全部举非限制性实例。此外，辅助电极140可定位在相对于入口开孔(帘板孔口31)和出口开孔32的更近侧或更远侧。举例来说，辅助电极140可安置于四极棒组130的近侧第三个、中间第三个或远侧第三个中的任一个处。当使用具有较短长度的辅助电极140时，四极棒组130可适应在沿着中心轴线的各种位置的多组辅助电极140。举例来说，在本发明教示的范围内的是质谱仪系统100可包含可被施加第一辅助电信号(例如，与棒130a、130b的DC偏移电压不同的DC电压)的第一组近侧辅助电极，以及可被施加第二辅助电信号(例如，DC电压)的一或多组远侧辅助电极。

现在参看图5A-图5C，如从入口端观看示意性地描绘根据本发明教示的各个方面的另一示范性的离子导向器506，其中基于施加于离子导向器506的棒和辅助电极的示范性信号描绘势能(图5B)和等电位场线(图5C)。图5A中描绘的示范性的离子导向器506大体上类似于图4A中示出的离子导向器106，但不同之处在于离子导向器506包括三个T形的辅助电极540，所述辅助电极具有基底部分540a和从其延伸的杆柄部分540b。辅助电极540可为例如10mm的长度且具有近似6mm长度的杆柄部分540b。另外，辅助电极540可耦合到安装环，安装环又可安装到四极棒组的棒530a、530b的所需位置。借助于非限制性实例，安装环可包括用于安全地接合四极棒组的棒530a、530b的凹口。根据本发明教示的各个方面，单个引线可将辅助电极540耦合到DC电力供应器(未示出)以使得可将大体上相同辅助电信号施加于辅助电极540中的每一个，如本文另外论述。现在参看图5B-图5C，针对施加于离子导向器506的棒530a、530b和三个T形的辅助电极540的示范性DC信号描绘势能(图5B)和等电位场线(图5C)。如图5B-图5C中的模型，棒530a、530b维持在-10V的DC偏移电压，同时将+50V DC信号施加于三个辅助电极540中的每一个。如图所示，由棒530a、530b界定的体积内的阳离子将经受通过对辅助电极540施加这些示范性DC信号生成的DC电场的排斥，因此趋于使离子偏转远离离子导向器506的中心纵向轴线。

如上所述，根据本发明教示的各个方面的系统和方法可减少质谱分析系统的下游组件中的污染，可通过对行进通过质谱仪的离子基于其m/z进行选择性滤波而充当高通滤波器，且防止具有落在期望范围之外的低m/z的离子穿过质谱仪的下游元件。具体地，可控制施加于棒和辅助电极的电压以确保具有低于所关注期望范围的m/z的离子可被由电极生成的DC场偏转和/或排斥，并且进而被阻止传送到质谱仪的下游区段和/或污染所述下游区段。举例来说，具有第一频率和第一相位分量的RF电压可施加于第一对棒。具有与第一频率相同频率和第二相位的另一RF电压可施加于至少另一对棒。辅助电极也可从电力供应器接收DC电压。施加于辅助电极的DC电压可经配置以使得其具有与不关注且应当经滤波的离子(例如，低质量阳离子)的极性相同的极性。这致使辅助电极抵抗不关注的离子且防止其进入质谱仪的其它组件(例如，下游组件)且污染那些组件。大体上，具有较低质荷比的离子更容易偏转。此外，经偏转(被阻止进入质谱仪的其它组件)的离子的量可取决于各种因素，包含离子群体、电极的大小和施加于电极的电压。任何数目的辅助电极可与本文揭示的实施例一起使用。举例来说，在某一实施方案中，可利用2个或3个辅助电极。辅助电极可具有与正经滤波的离子相似的极性。举例来说，如果辅助电极带正电，那么它们可抵抗具有低质量/密度比率的正离子且防止这些离子进入质谱仪的下游组件。虽然具有较高质量/密度比率的正离子也被排斥，但由于这些离子具有较大质量/电荷密度，因此由辅助电极施加的排斥力将不能阻止这些离子进入离子导向器的腔。因此，通过控制辅助电极的电压和极性，本文揭示的实施例可选择性地允许所关注的离子(例如，具有某些质量/电荷密度的离子)进入离子导向器的腔。

如上所述，质谱仪的下游腔室内含有的组件(例如，参考图1所描述的QJet离子导向器、Q0、IQ₁等)的实质结垢可对质谱仪系统的有效操作具有显著影响(例如，造成灵敏度损失、增加的噪声等)。本发明可减少在MS实验的非分析时段期间的离子发射，可导致下游元件的污染的显著减少，且因此可增加处理量，改进稳健性，和/或减小维护(例如，通风/拆解/清洁)质谱仪系统通常所需的停工时间。

图6示意性地说明根据本发明教示的各种方面的质谱仪的另一示范性的离子导向器606。如图6所示，离子导向器606包括双QJet离子导向器，如整个教示以引用的方式并入本文中的第7,259,371号美国专利中一般描述，且根据本发明教示修改。如图所示，双QJet离子导向器采用串联安置于高压力的真空腔室121中的上游离子导向器630a和下游离子导向器630b。上游离子导向器630a和下游离子导向器630b已经彼此串联耦合且经布置以使得下游离子导向器630b促进用以夹带所关注离子的气体的膨胀。具体地，下游离子导向器630b在其第一部分(例如，其前20.5mm)利用一半方形/一半圆形轮廓，且在其长度的其余部分(可例如为31mm)具有圆柱形轮廓。此一半方形/一半圆形轮廓连同圆柱形部分一起允许形成用于携载所关注离子的气体的膨胀的空间。如图所示，如本文另外论述的辅助电极640也定位于下游离子导向器630b中。

图7A-图7F描绘根据本文揭示的各种方面的由质谱仪系统在处理胰岛素离子的同时利用图5A中示意性地描绘的离子导向器506的技术原型生成的质谱的实例。为了生成图7A和图7B中示出的色谱图，根据本发明教示的各个方面，三个辅助电极540以对其施加的0VDC的DC电压(图7A，即，使得离子导向器大体上用作常规准直四极)和+50V DC的DC电压(图7B)来使用以防止发射低m/z离子。比较图7A和图7B，将观察到当+50V DC的排斥性DC电压施加于所述三个辅助电极时，许多低m/z离子存在显著衰减。举例来说，参考分别表示图7A-图7B的放大版本的图7C-图7D，对于约0Da到约200Da的m/z范围，可见峰表示当0V的DC施加于辅助电极时的信号。应注意，对于50V DC的信号是几乎不可见的，指示低于约200Da的m/z离子已经显著衰减(例如，>>90％)。然而，现在参看分别表示图7A-图7B的放大版本的图7E和图7F，对于约650Da到约1200Da的m/z范围，无论施加于辅助电极540的信号是0V DC还是+50V DC，色谱图都大体上相同。因此将理解，施加于辅助电极的+50V DC电信号使得离子导向器能够表现为高通滤波器，其中大体上防止低m/z离子发射到检测器，同时相对较高m/z离子的检测大部分不受影响。

图8描绘根据本发明教示的各个方面的用于处理离子的质谱仪系统在利用PPG2e-7解决方案时生成的额外示范性质谱。在此示例性系统中，提供四个辅助电极，其中每次仅两个邻近辅助电极被非零DC电压供能，同时剩余辅助电极保持接地(例如，使得离子导向器大体上用作上文参考图4A所论述的离子导向器)。为了生成绘图，监视五个m/z的强度(即，906Da、616Da、500Da、175Da和59Da)，因为施加于所述两个邻近被供能电极的DC辅助信号是从约-350V DC到约350V DC扫描的。首先将注意到，在约0V DC，每一离子的相对强度(在所述特定DC电压的离子的强度相对于其在扫描范围上的最大强度)全部远高于100％，指示离子导向器大体上充当常规准直四极。然而在-350V DC，较低质量离子大部分衰减(超过90％)，其它离子的相对强度随着其m/z增加而增加。如图所示，906Da离子在-350V DC展现约60％相对强度。如所属领域的技术人员鉴于本发明教示将了解，此数据指示不对称吸引的电位同样可有效使低m/z离子从中心纵向轴线偏转且防止其发射。然而，相反极性的DC辅助电位将吸引离子而不是排斥离子。最终，在+350V DC，较低59Da离子几乎100％衰减，其它离子的相对强度在+350V DC随着其m/z增加而增加。将了解，可选择施加于辅助电极的DC电信号以使离子导向器能够表现为高通滤波器，能够特定针对较低m/z离子调整衰减水平，同时相对较高m/z离子的检测受影响较少。

应了解出于清楚起见，本文呈现的说明将阐明本文揭示的实施例的各种方面，同时在任何方便或合适时省略某些具体细节。举例来说，在替代实施例中，相同或类似特征的论述可以略微简化。为简洁起见，众所周知的构想或概念也可不进行任何详细论述。技术人员应当认识到，本文所描述的一些实施例不一定需要在每个实施方案中具体描述的细节的某些方面，本文仅阐述这些方面以提供实施例的彻底理解。类似地，将显而易知可以根据公共常识，在不脱离本发明的范围的情况下，易于对所述实施例进行更改或改变。实施例的以下详细描述不应被视为以任何方式限制申请人传授内容的范围。

本领域的技术人员将了解或仅仅使用常规实验即能够确定本文所描述的实施例和实践的许多等效物。举例来说，施加于各种组件的特定电信号的各种分量和显式值(例如，振幅、频率等)的维度仅是示范性的且并不希望限制本发明教示的范围。因此，应了解，本发明不限于本文中所揭示的实施例，而是应从所附权利要求书了解，其应解释为法律容许的最广泛范围。

本文所用的章节标题仅用于组织目的且不应视为限制。虽然结合各种实施例来描述本申请人的教示内容，但并不打算将申请人的教示内容限制于此类实施例。与其相反，本领域技术人员应了解，申请人的传授内容涵盖多种替代方案、修改和等效物。

Claims (20)

1.一种质谱仪，包括：

离子源，所述离子源经配置以在电离腔室中从所关注样本生成离子；

第一真空腔室，所述第一真空腔室与所述电离腔室直接相邻并且维持在高于500毫托的压力，所述第一真空腔室在入口开孔与出口开孔之间延伸，所述入口开孔经配置以从所述电离腔室接收由所述离子源生成的离子，所述出口开孔定位于所述入口开孔的下游且经配置以将所述离子的至少一部分从所述第一真空腔室发射到相对于所述第一真空腔室维持在较低压力的第二真空腔室；

至少一个离子导向器，所述至少一个离子导向器安置于所述第一真空腔室内在所述入口开孔与所述出口开孔之间，所述至少一个离子导向器包括第一离子导向器，所述第一离子导向器包括：

第一多个棒，所述第一多个棒包括至少第一对棒和第二对棒，所述第一多个棒沿着中心纵向轴线从邻近所述入口开孔安置的近端延伸到远端，所述第一多个棒与所述中心纵向轴线间隔开且经配置以界定内部体积，通过所述入口开孔接收的离子在所述内部体积内由经受自由射流膨胀的气流夹带，在所述自由射流膨胀中具有比所关注质荷比m/z范围低的m/z的离子相比于具有在所关注m/z范围内的m/z的离子经历增加的径向散布；以及

多个辅助电极，所述多个辅助电极沿着所述第一离子导向器的至少一部分延伸，每个辅助电极插入于所述第一对棒的单个棒与所述第二对棒的单个棒之间；以及

电力供应器，所述电力供应器耦合到所述第一离子导向器，所述电力供应器经配置以将处于第一频率和第一相位的第一RF电压提供到所述第一对棒且将处于所述第一频率和第二相位的第二RF电压提供到所述第二对棒以用于在所述内部体积内径向限制由经受自由射流膨胀的气流夹带的离子，所述电力供应器还经配置以将辅助电信号提供到所述辅助电极中的至少一个辅助电极以生成偏转场，在由经受自由射流膨胀的气流夹带的离子当中具有比所关注m/z范围低的m/z的离子相比于具有在所关注m/z范围内的m/z的离子在所述偏转场中经受增加的偏转场强度，从而从所述内部体积径向偏转具有比所关注m/z范围低的m/z的离子的至少一部分，以便防止所述具有比所关注m/z范围低的m/z的离子发射通过所述出口开孔。

2.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述电力供应器经配置以施加以下中的一者：到每个辅助电极的相同DC电压，以及到至少一个辅助电极的与施加于其它辅助电极的DC电压不同的DC电压。

3.根据权利要求1所述的质谱仪，其中施加于每个辅助电极的DC电压是以下中的至少一者：与具有比所关注m/z范围低的m/z的离子相同或不同的极性，以及与所述第一多个棒维持于的DC偏移电压不同。

4.根据权利要求1所述的质谱仪，还包括控制器，所述控制器经配置以通过相对于所述第一多个棒维持于的DC偏移电压调整施加于所述辅助电极的DC电压来衰减从所述第一离子导向器发射的具有比所关注m/z范围低的m/z的离子而增加对具有比所关注m/z范围低的m/z的离子的排斥。

5.根据权利要求1所述的质谱仪，还包括控制器，所述控制器经配置以通过调整施加于所述辅助电极的DC电压而调整从所述第一离子导向器发射的离子的m/z范围。

6.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述第一多个棒包括四极棒组。

7.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述第一真空腔室维持在从0.5托到50托范围内的压力。

8.根据权利要求1所述的质谱仪，还包括经配置以接收从所述第一真空腔室发射的离子的质量分析器。

9.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述辅助电极具有小于所述第一多个棒中的棒的长度的长度。

10.根据权利要求1所述的质谱仪，还包括在所述第一真空腔室内且沿着所述中心纵向轴线安置于所述第一离子导向器下游的第二离子导向器，所述第二离子导向器包括在邻近所述第一多个棒的远端安置的近端与邻近所述出口开孔安置的远端之间延伸的第二多个棒。

11.根据权利要求10所述的质谱仪，其中所述第二离子导向器包括四极棒组。

12.根据权利要求10所述的质谱仪，其中所述多个辅助电极的远端接近所述第二多个棒的近端。

13.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述多个辅助电极展现T形横截面形状。

14.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述第一多个棒中的每个棒在其近端展现非圆形横截面且在其远端展现圆形横截面。

15.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述第一多个棒在所述第一真空腔室的所述入口开孔附近包括一半圆形一半方形轮廓。

16.一种用于执行质谱法分析的方法，所述方法包括：

在电离腔室中从所关注样本生成离子；

在与所述电离腔室直接相邻并且维持在高于500毫托的压力的第一真空腔室中接收由离子源生成的离子，所述第一真空腔室包含在所述第一真空腔室内安置于所述第一真空腔室的入口开孔与所述第一真空腔室的出口开孔之间的至少一个离子导向器，所述至少一个离子导向器包括：

多个棒，所述多个棒包括至少第一对棒和第二对棒，所述多个棒沿着中心纵向轴线从邻近所述入口开孔安置的近端延伸到远端，所述多个棒与所述中心纵向轴线间隔开且界定内部体积，通过所述入口开孔接收的离子在所述内部体积内由经受自由射流膨胀的气流夹带，在所述自由射流膨胀中具有比所关注质荷比m/z范围低的m/z的离子相比于具有在所关注m/z范围内的m/z的离子经历增加的径向散布；以及

多个辅助电极，所述多个辅助电极沿着所述离子导向器的至少一部分延伸，每个辅助电极插入于所述第一对棒的单个棒与所述第二对棒的单个棒之间；以及

将处于第一频率和第一相位的第一RF电压提供到所述第一对棒且将处于所述第一频率和第二相位的第二RF电压提供到所述第二对棒以用于在所述内部体积内径向限制由经受自由射流膨胀的气流夹带的离子；

将辅助电信号提供到所述辅助电极中的至少一个辅助电极以生成偏转场，在由经受自由射流膨胀的气流夹带的离子当中具有比所关注m/z范围低的m/z的离子相比于具有在所关注m/z范围内的m/z的离子在所述偏转场中经受增加的偏转场强度，从而从所述内部体积选择性地径向偏转具有比所关注m/z范围低的m/z的离子的至少一部分，以便防止所述具有比所关注m/z范围低的m/z的离子发射通过所述出口开孔；以及

将剩余离子的至少一部分从所述第一真空腔室发射到相对于所述第一真空腔室维持在较低压力的第二真空腔室以用于进一步处理。

17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述辅助电信号提供到所述辅助电极中的至少一个辅助电极包括以下中的至少一者：将相同DC电压施加到每个辅助电极，以及对至少一个辅助电极施加与施加于其它辅助电极的DC电压不同的DC电压。

18.根据权利要求16所述的方法，其中将所述辅助电信号提供到所述辅助电极中的至少一个辅助电极包括将与具有比所关注m/z范围低的m/z的离子相同或不同极性的DC电压施加到每个辅助电极。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括通过相对于所述多个棒维持于的DC偏移电压调整施加于所述辅助电极的DC电压来衰减从所述离子导向器发射的具有比所关注m/z范围低的m/z的离子而增加对具有比所关注m/z范围低的m/z的离子的排斥。

20.根据权利要求16所述的方法，还包括将所述第一真空腔室维持在从0.5托到50托范围内的压力。

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