CN111630625A - 四极装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种操作四极装置的方法。所述方法包含：向所述四极装置施加主驱动电压；以及向所述四极装置施加三个或更多个辅助驱动电压。所述三个或更多个辅助驱动电压对应于两对或更多对X频带或Y频带辅助驱动电压。

Description

四极装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月16日申请的英国专利申请第1802601.3号和于2018年2月16日申请的英国专利申请第1802589.0号的优先权和权益。这些申请的整个内容在此以引入方式并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及四极装置和分析仪器，例如包含四极装置的质量和/或离子迁移谱仪，且具体涉及四极滤质器和包含四极滤质器的分析仪器。

背景技术

四极滤质器是公知的，并且包含四个平行杆电极。图1示出了四极滤质器的典型布置。

在常规操作中，将RF电压和DC电压施加到四极的杆电极，使得四极在质量或质荷比分辨操作模式下操作。质荷比在期望质荷比范围内的离子将被滤质器向前传输，但是质荷比在质荷比范围之外的不期望的离子将被大幅衰减。

M.Sudakov等人在“国际质谱学杂志”(International Journal of MassSpectrometry)408(2016)9-19(Sudakov)中的文章中描述了一种操作模式，其中将特定形式的两个附加AC激励施加到四极的杆电极上(除了主RF和DC电压之外)。这具有沿着第一稳定区域顶部附近的高q边界(“X频带”)产生窄且长的稳定性频带的效果。在X频带模式下的操作可以提供高质量分辨率和快速质量分离。

申请人相信仍然存在对四极装置的改进。

发明内容

根据一方面，提供了一种操作四极装置的方法，其包含：

向所述四极装置施加主驱动电压；以及

向所述四极装置施加三个或更多个辅助驱动电压；

其中所述三个或更多个辅助驱动电压对应于两对或更多对X频带或Y频带辅助驱动电压。

各种实施例涉及一种操作四极装置(如四极滤质器)的方法，其中主驱动电压被施加到四极装置。除此之外，且与已知技术相反，三个或更多个辅助驱动电压也被施加到四极装置(即，彼此同时施加，并且与主驱动电压同时施加)。

如下面将更详细描述的，申请人已经发现，将例如限定两个或更多个X频带或Y频带稳定性条件的三个或更多个辅助驱动电压(例如特定形式的电压)施加到四极装置可以产生新的稳定性图。与已知的X频带或Y频带模式相比，在这种“混合X频带”或“混合Y频带”模式下四极的操作可以提供许多额外的优势。

因此，将理解，本发明提供了一种改进的四极装置。

所述方法可以包含向四极装置施加一个或多个DC电压。

三个或更多个辅助驱动电压中的每一个的频率可以不同于主驱动电压的频率。

所述三个或更多个辅助驱动电压可以包含具有至少三个不同频率的三个或更多个辅助驱动电压。

向四极装置施加三个或更多个辅助驱动电压可以包含向四极装置施加三个或四个辅助驱动电压。

主驱动电压可以具有频率Ω。

所述三个或更多个辅助驱动电压可以包含第一对辅助驱动电压，所述第一对辅助驱动电压包含具有第一频率ω_ex1的第一辅助驱动电压和具有第二频率ω_ex2的第二辅助驱动电压，其中主驱动电压频率Ω与第一ω_ex1和第二频率ω_ex2可以通过ω_ex1＝v₁Ω和ω_ex2＝v₂Ω相关，其中v₁和v₂是常数。

所述三个或更多个辅助驱动电压可以包含第二对辅助驱动电压，所述第二对辅助驱动电压包含具有第三频率ω_ex3的第三辅助驱动电压和具有第四频率ω_ex4的第四辅助驱动电压，其中所述主驱动电压频率Ω与所述第三频率ω_ex3和所述第四频率ω_ex4可以通过ω_ex3＝v₃Ω和ω_ex4＝v₄Ω相关，其中v₃和v₄是常数。

第一对辅助驱动电压可以包含：(i)第一辅助驱动电压对类型，其中v₁＝v(a)并且v₂＝1-v(a)；(ii)第二辅助驱动电压对类型，其中v₁＝v(a)并且v₂＝1+v(a)；(iii)第三辅助驱动电压对类型，其中v₁＝1-v(a)并且v₂＝2-v(a)；(iv)第四辅助驱动电压对类型，其中v₁＝1-v(a)并且v₂＝2+v(a)；(v)第五辅助驱动电压对类型，其中v₁＝1+v(a)并且v₂＝2-v(a)；或(vi)第六辅助驱动电压对类型，其中v₁＝1+v(a)并且v₂＝2+v(a)。

第二对辅助驱动电压可以包含：(i)第一辅助驱动电压对类型，其中v₃＝v(b)并且v₄＝1-v(b)；(ii)第二驱动电压对类型，其中v₃＝v(b)并且v₄＝1+v(b)；(iii)第三辅助驱动电压对类型，其中v₃＝1-v(b)并且v₄＝2-v(b)；(iv)第四辅助驱动电压对类型，其中v₃＝1-v(b)并且v₄＝2+v(b)；(v)第五辅助驱动电压对类型，其中v₃＝1+v(b)且v₄＝2-v(b)；或(vi)第六辅助驱动电压对类型，其中v₃＝1+v(b)并且v₄＝2+v(b)。

v(a)可以不等于v(b)。

v(a)可以等于v(b)，其中三个或更多个辅助驱动电压可以对应于两个不同的辅助驱动电压对类型。

所述三个或更多个辅助驱动电压可以包含具有第一幅值V_ex1的第一辅助驱动电压和具有第二幅值V_ex2的第二辅助驱动电压，其中比率V_ex2/V_ex1的绝对值可以在1-10的范围内。

所述三个或更多个辅助驱动电压可以包含具有第三幅值V_ex3的第三辅助驱动电压和具有第四幅值V_ex4的第四辅助驱动电压，其中比率V_ex4/V_ex3的绝对值可以在1-10的范围内。

所述方法可以包含改变四极装置的分辨率或质荷比范围。

所述方法可以包含通过以下操作改变四极装置的分辨率或质荷比范围：(i)改变一个或多个辅助驱动电压的幅值；(ii)改变两个或更多个所述辅助驱动电压之间的相位差；和/或(iii)改变所述主驱动电压的占空比。

所述方法可以包含通过改变两个或更多个辅助驱动电压之间的幅值比来改变四极装置的分辨率或质荷比范围。

所述方法可包含通过改变所述第一幅值和/或所述第二幅值与所述第三幅值和/或所述第四幅值的比率来改变所述四极装置的所述分辨率或所述质荷比范围。

所述方法可包含根据以下各者改变所述四极装置的所述分辨率或所述质荷比范围：(i)质荷比(m/z)；(ii)色谱保留时间(RT)；和/或(iii)离子迁移率(IMS)漂移时间。

所述方法可以包含：

增大四极装置的分辨率，同时增大四极装置选择和/或传输离子的质荷比或质荷比范围(即，同时增大四极装置的设定质量)；或

减小四极装置的分辨率，同时减小四极装置选择和/或传输离子的质荷比或质荷比范围(即，同时减小四极装置的设定质量)。

如这里所使用的，四极装置的设定质量是四极装置选择和/或传输离子的质荷比或质荷比范围的中心。

所述方法可以包含：

在第一X频带操作模式下操作所述四极装置，其中主驱动电压和两个辅助驱动电压被施加到所述四极装置；然后

在一操作模式下操作所述四极装置，在所述操作模式下所述主驱动电压和所述三个或更多个辅助驱动电压被施加到所述四极装置。

所述方法可以包含：

在一操作模式下操作所述四极装置，在所述操作模式下所述主驱动电压和所述三个或更多个辅助驱动电压被施加到所述四极装置；然后

在第二X频带操作模式下操作所述四极装置，其中主驱动电压和两个辅助驱动电压被施加到所述四极装置。

主驱动电压和/或三个或更多个辅助驱动电压可以包含数字驱动电压。

根据一方面，提供了一种质量和/或离子迁移谱方法，其包含：

使用上述方法操作四极装置；以及

使离子通过所述四极装置，使得根据所述离子的质荷比选择和/或过滤所述离子。

根据一方面，提供了一种四极装置，其包含：

多个电极；以及

一个或多个电压源，其被配置成：

向所述电极施加主驱动电压；以及

向所述电极施加三个或更多个辅助驱动电压；

其中所述三个或更多个辅助驱动电压对应于两对或更多对X频带或Y频带辅助驱动电压。

四极装置可以包含一个或多个电压源，其被配置成向电极施加一个或多个DC电压。

三个或更多个辅助驱动电压中的每一个的频率可以不同于主驱动电压的频率。

所述三个或更多个辅助驱动电压可以包含具有至少三个不同频率的三个或更多个辅助驱动电压。

向四极装置施加三个或更多个辅助驱动电压可以包含向四极装置施加三个或四个辅助驱动电压。

主驱动电压可以具有频率Ω。

所述三个或更多个辅助驱动电压可以包含第一对辅助驱动电压，所述第一对辅助驱动电压包含具有第一频率ω_ex1的第一辅助驱动电压和具有第二频率ω_ex2的第二辅助驱动电压，其中主驱动电压频率Ω与第一频率ω_ex1和第二频率ω_ex2可以通过ω_ex1＝v₁Ω和ω_ex2＝v₂Ω相关，其中v₁和v₂是常数。

所述三个或更多个辅助驱动电压可以包含第二对辅助驱动电压，所述第二对辅助驱动电压包含具有第三频率ω_ex3的第三辅助驱动电压和具有第四频率ω_ex4的第四辅助驱动电压，其中所述主驱动电压频率Ω与所述第三频率ω_ex3和所述第四频率ω_ex4可以通过ω_ex3＝v₃Ω和ω_ex4＝v₄Ω相关，其中v₃和v₄是常数。

第一对辅助驱动电压可以包含：(i)第一辅助驱动电压对类型，其中v₁＝v(a)并且v₂＝1-v(a)；(ii)第二辅助驱动电压对类型，其中v₁＝v(a)并且v₂＝1+v(a)；(iii)第三辅助驱动电压对类型，其中v₁＝1-v(a)并且v₂＝2-v(a)；(iv)第四辅助驱动电压对类型，其中v₁＝1-v(a)并且v₂＝2+v(a)；(v)第五辅助驱动电压对类型，其中v₁＝1+v(a)并且v₂＝2-v(a)；或(vi)第六辅助驱动电压对类型，其中v₁＝1+v(a)并且v₂＝2+v(a)。

第二对辅助驱动电压可以包含：(i)第一辅助驱动电压对类型，其中v₃＝v(b)并且v₄＝1-v(b)；(ii)第二辅助驱动电压对类型，其中v₃＝v(b)并且v₄＝1+v(b)；(iii)第三辅助驱动电压对类型，其中v₃＝1-v(b)并且v₄＝2-v(b)；(iv)第四辅助驱动电压对类型，其中v₃＝1-v(b)并且v₄＝2+v(b)；(v)第五辅助驱动电压对类型，其中v₃＝1+v(b)且v₄＝2-v(b)；或(vi)第六辅助驱动电压对类型，其中v₃＝1+v(b)并且v₄＝2+v(b)。

v(a)可以不等于v(b)。

v(a)可以等于v(b)，其中三个或更多个辅助驱动电压可以对应于两个不同的辅助驱动电压对类型。

所述三个或更多个辅助驱动电压可以包含具有第一幅值V_ex1的第一辅助驱动电压和具有第二幅值V_ex2的第二辅助驱动电压，其中比率V_ex2/V_ex1的绝对值可以在1-10的范围内。

所述三个或更多个辅助驱动电压可以包含具有第三幅值V_ex3的第三辅助驱动电压和具有第四幅值V_ex4的第四辅助驱动电压，其中比率V_ex4/V_ex3的绝对值可以在1-10的范围内。

四极装置和/或一个或多个电压源可以被配置成改变四极装置的分辨率或质荷比范围。

所述四极装置和/或所述一个或多个电压源可以被配置成通过以下操作改变所述四极装置的分辨率或质荷比范围：(i)改变一个或多个辅助驱动电压的幅值；(ii)改变两个或更多个所述辅助驱动电压之间的相位差；和/或(iii)改变所述主驱动电压的占空比。

四极装置和/或一个或多个电压源可以被配置成通过改变两个或更多个辅助驱动电压之间的幅值比来改变四极装置的分辨率或质荷比范围。

四极装置和/或一个或多个电压源可以被配置成通过改变第一幅值和/或第二幅值与第三幅值和/或第四幅值的比率来改变四极装置的分辨率或质荷比范围。

所述四极装置和/或所述一个或多个电压源可以被配置成根据以下各者改变所述四极装置的分辨率或质荷比范围：(i)质荷比(m/z)；(ii)色谱保留时间(RT)；和/或(iii)离子迁移率(IMS)漂移时间。

所述四极装置和/或所述一个或多个电压源可以被配置成增大所述四极装置的分辨率，同时增大所述四极装置选择和/或传输离子的质荷比或质荷比范围(即，同时减小所述四极装置的设定质量)；或

减小四极装置的分辨率，同时减小四极装置选择和/或传输离子的质荷比或质荷比范围(即，同时减小四极装置的设定质量)。

四极装置的设定质量可以是四极装置选择和/或传输离子的质荷比或质荷比范围的中心。

所述四极装置和/或所述一个或多个电压源可被配置成：

在第一X频带操作模式下操作所述四极装置，其中主驱动电压和两个辅助驱动电压被施加到所述四极装置；然后

在一操作模式下操作所述四极装置，在所述操作模式下所述主驱动电压和所述三个或更多个辅助驱动电压被施加到所述四极装置。

所述四极装置和/或所述一个或多个电压源可被配置成：

在一操作模式下操作所述四极装置，在所述操作模式下所述主驱动电压和所述三个或更多个辅助驱动电压被施加到所述四极装置。然后

在第二X频带操作模式下操作所述四极装置，其中主驱动电压和两个辅助驱动电压被施加到所述四极装置。

一个或多个电压源可以包含一个或多个数字电压源。

根据一个方面，提供了一种包含如上所述的四极装置的质量和/或离子迁移谱仪。

根据一方面，提供了一种操作四极滤质器的方法，所述四极滤质器包含第一对相对杆电极和第二对相对杆电极，所述第一对相对杆电极均平行于第一平面中的中心轴放置，所述第二对相对杆电极均平行于第二平面中的中心轴放置，所述第二平面在中心轴处与第一平面垂直相交，所述方法包含：

DC电源，其在两对相对杆电极之间提供DC电势差U；

第一AC电源P₁，其在两对相对杆之间提供幅值为V₁且频率为U₁的AC电压；以及

将三个或更多个辅助四极激励波形基本同时地施加到四极滤质器，其中至少两个辅助四极激励波形具有不同的频率。

辅助波形的相对幅值和绝对幅值可以以以下各者连续或不连续地调整：(i)质荷比(m/z)；和/或(ii)色谱保留时间(RT)；和/或(iii)离子迁移率(IMS)漂移时间，使得：

滤质器的透射率/分辨率特性保持在质荷比(m/z)范围的最佳值；和/或

电源要求在实际极限内；和/或

对于大范围的质荷比(m/z)值和质荷比(m/z)分辨率，将稳定性区域的操作点处的a和/或q的值保持在基本上相同的值。

附图说明

现将仅通过实例并且参考附图描述各种实施例，其中：

图1示意性地示出了根据各种实施例的四极滤质器；

图2示出了在X频带操作模式下操作的四极滤质器的稳定性图，其中v＝1/20，v₁＝v，v₂＝(1-v)，q_ex1＝0.0008，以及q_ex2/q_ex1＝2.915；

图3示出了在X频带操作模式下操作的四极滤质器的稳定性图，其中v＝1/10，v₁＝v，v₂＝(1-v)，q_ex1＝0.008，以及q_ex2/q_ex1＝2.69；

图4示出了根据各种实施例的在混合X频带操作模式下操作的四极滤质器的稳定性图，其中v(a)＝1/10，v₁＝v(a)，v₂＝(1-v(a))，q_ext1＝0.008，q_ext2/q_ext1＝2.69，v(b)＝1/20，v₃＝v(b)，v₄＝(1-v(b))，q_ext3＝0.0008，q_ext4/q_ext3＝2.915，并且Δ_α1-3＝0；

图5示出了对于四个不同的基频v值，在X频带操作模式下操作的四极滤质器的log(q/Δq)对q_ex1的曲线图；

图6示出了质荷比为50的离子对于两个不同的基频v值穿过在X频带操作模式下操作的四极滤质器的透射率对分辨率的曲线图；

图7示出了对于激励波形幅值q₁的不同值，在X频带操作模式下操作的四极滤质器的稳定性图，其中v＝1/20并且相位偏移为0；

图8示出了根据各种实施例的在混合X频带操作模式下操作的四极滤质器的两个叠加的稳定性图，其中v(a)＝1/20，并且v(b)＝1/10；

图9示出了在X频带操作模式下操作的四极滤质器的两个稳定性图，其中v＝1/20；

图10示出了在X频带操作模式下操作的四极滤质器的两个稳定性图，其中v＝1/10；

图11示出了根据不同实施例的在混合X频带操作模式下操作的四极滤质器的稳定性图，其中具有基频v(a)和v(b)的激励之间的相位偏移不同；

图12示出了根据各种实施例的在混合X频带操作模式下操作的四极滤质器的稳定性图；

图13示出了在数字X频带操作模式下操作的四极滤质器的稳定性图，其中v＝1/20，并且qex1＝0.003；以及

图14和15示意性地示出了包含根据各种实施例的四极装置的各种分析仪器。

具体实施方式

各种实施例涉及一种操作四极装置(如四极滤质器)的方法。

如图1中示意性示出的，四极装置10可以包含可以布置为彼此平行的多个电极，例如四个电极，例如杆电极。四极装置可以包含任何适当数量的其它电极(未示出)。

杆电极可以布置成围绕四极的中心(纵向)轴(z轴)(即，在轴向(z)方向上延伸)并且平行于所述轴(平行于轴向或z方向)。

每个杆电极可以在轴向(z)方向上相对延伸。多个或所有杆状电极可以具有相同的长度(在轴向(z)方向)。杆电极中的一个或多个或每一个的长度可以具有任何合适的值，例如(i)<100mm；(ii)100-120mm；(iii)120-140mm；(iv)140-160mm；(v)160-180mm；(vi)180-200mm；或(vii)>200mm。

多个延伸电极中的每一个可以在径向(r)方向(其中径向(r)正交于轴向(z)方向)上从离子导向器的中心轴偏移相同的径向距离(内切半径)r₀，但是可以具有不同的角(方位角)位移(相对于中心轴)(其中角方向(θ)正交于轴向(z)方向和径向(r)方向)。四极内切半径r₀可以具有任何合适的值，例如(i)<3mm；(ii)3-4mm；(iii)4-5mm；(iv)5-6mm；(v)6-7mm；(vi)7-8mm；(vii)8-9mm；(Viii)9-10mm；或(ix)>10mm。

多个延伸电极中的每一个可以在角(θ)方向上等距间隔开。这样，电极可以以围绕中心轴旋转对称的方式布置。每个延伸电极可以被布置为在径向方向上与另一个延伸电极相对。即，对于相对于离子导向器的中心轴以特定角位移θ_n布置的每个电极，以角位移θ_n±180°布置另一个电极。

因此，四极装置10(例如四极滤质器)可以包含第一对相对杆电极和第二对相对杆电极，所述第一对相对杆电极均平行于第一(x)平面中的中心轴放置，所述第二对相对杆电极均平行于第二(y)平面中的中心轴放置，所述第二(y)平面在中心轴处与第一(x)平面垂直相交。

四极装置可以被配置成(在操作中)使得至少一些离子在径向(r)方向(其中径向方向与轴向方向正交并且从轴向方向向外延伸)上被限制在离子导向器内。可以大体上沿着(靠近)中心轴径向地限制至少一些离子。在使用中，至少一些离子可以大体上沿着(靠近)中心轴经过离子导向器。

如下面将更详细地描述的，在各种实施例中(在操作中)，例如通过一个或多个电压源12将多个不同的电压施加到四极装置10的电极。一个或多个电压源12中的一个或多个或每一个可以包含模拟电压源和/或数字电压源。

如图1所示，根据各种实施例，可以提供控制系统14。一个或多个电压源12可以由控制系统14控制和/或可以形成控制系统12的一部分。控制系统可以被配置成控制四极10和/或电压源12的操作，例如以在此描述的各种实施例的方式。控制系统14可以包含合适的控制电路，所述控制电路被配置成使四极10和/或电压源12以这里描述的各种实施例的方式操作。控制系统还可以包含合适的处理电路，所述处理电路被配置成执行关于在此描述的各种实施例的必要处理和/或后处理操作中的任何一个或多个或所有操作。

如图1所示，四极装置10的每一对相对电极可以电连接和/或可以被提供相同的电压。一个或多个或每个(RF或AC)驱动电压的第一相位可以施加到所述相对电极对中的一对，并且该电压的相反相位(180°异相)可以施加到另一对电极。另外或替代地，一个或多个或每个(RF或AC)驱动电压可以仅施加到相对电极对中的一对。另外，可以在两对相对电极之间施加DC电势差，例如通过向电极对中的一对或两对施加一个或多个DC电压。

因此，一个或多个电压源12可以包含一个或多个(RF或AC)驱动电压源，所述驱动电压源可以各自被配置成在两对相对杆电极之间提供一个或多个(RF或AC)驱动电压。另外，一个或多个电压源12可以包含一个或多个DC电压源，所述DC电压源可以被配置成在两对相对杆电极之间提供DC电势差。

可以选择施加到四极装置10(的电极)的多个电压，使得具有期望的质荷比或具有期望的质荷比范围内的质荷比的在四极装置10内(例如，经过四极装置10)的离子将在四极装置10内呈现稳定的轨迹(即，将径向地或以其它方式被限制)，并且因此将被保留在装置内和/或由装置向前传输。质荷比值不同于期望的质荷比或在期望的质荷比范围之外的离子可能在四极装置10中呈现不稳定的轨迹，并且因此可能丢失和/或大幅衰减。因此，施加到四极装置10的多个电压可以被配置成使四极装置10内的离子根据所述离子的质荷比被选择和/或过滤。

如上所述，在常规操作中，通过向四极装置10的电极施加单个RF电压和分辨DC电压来实现质量或质荷比选择和/或过滤。

同样如上所述，(特定形式的)两个四极或参数激励ω_ex1和ω_ex2的添加(即，除了(主)RF电压和分辨DC电压之外)可以在稳定性图(a，q维)的尖端附近产生稳定性区域，其特征在于，在稳定性区域的上质荷比(m/z)边界和下质荷比(m/z)边界处的不稳定性在单个方向上(例如，在x或y方向上)。

特别地，通过适当选择两个额外AC激励的激励频率ω_ex1、ω_ex2和幅值V_ex1、V_ex2，对于x或y方向上的离子运动，两次激励的影响可以相互抵消，并且可以沿着第一稳定性区域的顶部附近的边界(所谓的“X频带”或“Y频带”)产生稳定性的窄且长的频带。

四极装置10可以在X频带模式或Y频带模式下操作，但是在X频带模式下操作对于质量过滤是特别有利的，因为它导致在非常少的主RF电压周期内发生不稳定性，从而提供几个优点，包括：快速质量分离、较高的质荷比(m/z)分辨率、对机械缺陷的容忍度、对初始离子能量的容忍度和由于污染引起的表面带电，以及小型化或减小四极装置10的尺寸的可能性。

对于四极装置10在X频带模式下的操作，总施加电势V(t)可以表示为：

V(t)＝U+V_RF cos(Ωt)+V_ex1 cos(ω_ex1t+α_ex1)-V_ex2 cos(ω_ex2t+α_ex2)，

其中U是所施加的分辨DC电势的幅值，V_RF是主RF波形的幅值，Ω是主RF波形的频率，V_ex1和V_ex2是第一辅助波形和第二辅助波形的幅值，ω_ex1和ω_ex2是第一辅助波形和第二辅助波形的频率，并且α_ex1和α_ex2是两个辅助波形相对于主RF电压的相位的初始相位。主RF电压和辅助电压(V_RF、V_ex1和V_ex2)的幅值对于q的正值被定义为正。

第n个辅助波形的无量纲参数q_ex(n)，a和q可以定义为：

和

其中M是离子质量，并且e是其电荷。

辅助波形的相位偏移α_ex1和α_ex2可以通过以下方式彼此相关：

α_ex2＝2π-α_ex1。

因此，两个辅助波形可以是相位相干的(或锁相的)，但是相对于主RF电压在相位上自由变化。

两个参数激励ω_ex1和ω_ex2的频率可以用无量纲基频v表示为主限制RF频率Ω的分数：

ω_ex1＝v₁Ω，和ω_ex2＝v₂Ω。

表1中示出了X频带操作的可能激励频率和相对激励幅值(q_ex2/q_ex1)的实例。基频v通常在0与0.1之间。比率q_ex2/q_ex1的最佳值取决于q_ex1和q_ex2的幅值以及基频v的值，且因此不是固定的。

I

II

III

IV

V

VI

v<sub>1</sub>

v

v

1-v

1-v

1+v

1+v

v<sub>2</sub>

1-v

v+1

2-v

2+v

2-v

2+v

q<sub>ex2</sub>/q<sub>ex1</sub>

～2.9

～3.1

～7.1

～9.1

～6.9

～8.3

表1

表示为尺寸参数q_ex1和q_ex2(在表1中)的比率的两个额外激励电压的幅值的最佳比率取决于所选择的激励频率。在保持最佳幅值比的同时增大或减小激励幅值导致稳定性频带变窄或变宽，且因此增大或减小四极装置10的质量分辨率。

图2示出了X频带操作的稳定性图(在a，q空间中)的尖端的模拟数据。对于该模型(以及这里的所有模拟数据)，使用以下参数：四极内切半径r₀＝5.33mm，主RF频率Ω＝1MHz，四极长度z＝130mm。另外，使用类型为v₁＝v和v₂＝(1-v)(即表1中的类型I)的X频带波形。

在图2的实例中，v＝1/20，v₁＝v，v₂＝(1-v)，q_ext1＝0.0008，以及q_ext2/q_ext1＝2.915。操作线20(即比率a/q为常数)被示出与X频带30相交。

滤质器的分辨率由其与操作线20相交的X频带稳定性区域30的宽度决定。出于在此讨论的目的，四极滤质器10的分辨能力R可以根据在X频带的中心处的q值与在该位置处从X频带的一侧到另一侧的q值之差(Δq)的比率来定义，在X频带的中心处q值与操作线20q_中心相交：

Δq＝q_最大-q_最小，

和

在图2中，Δq＝2e^-3，q_中心＝0.705，并且R＝350。

图3示出了X频带操作的稳定性图(在a，q空间中)的尖端，其中v＝1/10，v₁＝v，v₂＝(1-v)，q_ext1＝0.008，并且q_ext2/q_ext1＝2.69。

在图3中，Δq＝3.6e^-3，q_中心＝0.711，并且R＝200。

尽管四极装置10在X频带模式下的操作具有许多优点(如上所述)，但是申请人已经认识到可以进行进一步的改进。

根据各种实施例，表示两个或更多个不同X频带(或Y频带)稳定性条件的三个或更多个辅助波形被同时施加到四极装置10。这导致了新的稳定性图(“混合X频带”或“混合Y频带”)，其允许X频带类(或Y频带类)操作，但是与已知的X频带技术相比具有额外的有利特性。同样地，各种实施例涉及一种叠加X频带(或Y频带)操作的方法。

图4示出了稳定性图的尖端(在a，q空间中)，其中同时施加了关于图2和3所描述的辅助电压。

在此实例中，为两对波形v(a)和v(b)定义了两个v值，其中v(a)＝1/10，v₁＝v(a)，v₂＝(1-v(a))，q_ext1＝0.008，并且q_ext2/q_ext1＝2.69；并且v(b)＝1/20，v₃＝v(b)，v₄＝(1-v(b))，q_ext3＝0.0008，并且q_ext4/q_ext3＝2.915。在这个实例中，第一对辅助波形和第二对辅助波形之间的相位差被设置为零：Δ_α1-3＝α_ex1-α_ex3＝0。

对于图4，Δq＝4e^-4，q_中心＝0.714，并且R＝1785。

因此可以看出，在这些条件下，尽管将与关于图2和3所述的相同幅值的激励波形施加到四极装置10，但是分辨率大约比关于图2所述的条件所实现的分辨率高五倍。

这样，在根据各种实施例的混合X频带模式下的操作(即，其中表示两个或更多个不同X频带稳定性条件的三个或更多个辅助波形被同时施加到四极装置10)可以有利地提供(例如)与正常X频带模式相比显著增大的分辨率，而不增大施加到四极装置10的激励波形的最大幅值。这又意味着，在不显著增大四极装置10的复杂性或成本的情况下，可以实现显著增大的分辨率，同时使用实际上可以例如根据电子设备的功率要求实现的激励波形幅值。

应当注意，图4的稳定性图不是图2和3的稳定性图的简单叠加，在两对施加的激励波形之间没有任何相互作用。相反，两对波形相互作用以提供增大的分辨率。应用具有不同基频v值的两个或更多个X频带激励波形的组合允许生成许多不同的稳定性条件，从而给出高度的灵活性。

此外，组合多个不同的X频带(具有任何基频v值)的推论是不重要的结果。并非显而易见的是，组合将导致未受干扰的X频带操作或性能的任何改进。相反，可以预期，波形的这种复杂组合可能导致X频带条件的中断。

因此，将理解，各种实施例提供了一种改进的四极装置。

如上所述，在各种实施例中，例如通过一个或多个电压源12(同时)向四极装置10的电极施加的多个不同电压包含主(RF或AC)驱动电压、三个或更多个辅助(RF或AC)驱动电压和任选地一个或多个DC电压。

多个电压应(且在各种实施例中)经配置(选择)以对应于两个(不同)X频带或Y频带稳定性条件。如上所述，可以通过向四极装置10施加具有频率ω_ex1和ω_ex2(具有特定形式)(即，除了(主)驱动电压和任选的分辨DC电压之外)的两个四极或参数激励来产生每个X频带或Y频带稳定性条件。

因此，根据各个实施例，四个辅助(RF或AC)驱动电压被施加到四极装置10(即，除了主驱动电压之外)，例如包含两对(即，第一对和第二对)辅助驱动电压，其中每对辅助驱动电压包含X频带或Y频带辅助驱动电压对。因此，(同时)向四极装置10的电极施加的多个不同电压可以包含四个辅助(RF或AC)驱动电压(即，第一辅助、第二辅助、第三辅助和第四辅助(RF或AC)驱动电压)。在这些实施例中，四个辅助驱动电压可以对应于两对X频带或Y频带辅助驱动电压。

然而，如下面将更详细描述的，还可能仅使用三个辅助驱动电压来产生两个(不同的)X频带或Y频带稳定性条件，例如其中第一对辅助驱动电压的频率中的一者与第二对辅助驱动电压的频率中的一者相同。因此，根据各种实施例，三个辅助驱动电压被施加到四极装置10(即，除了主驱动电压和任选的一个或多个DC电压之外)。因此，(同时)向四极装置10的电极施加的多个不同电压可以包含三个辅助(RF或AC)驱动电压(即，第一、第二和第三辅助(RF或AC)驱动电压)。在这些实施例中，三个辅助驱动电压可以对应于两对X频带或Y频带辅助驱动电压。

因此，根据各种实施例，(同时)向四极装置10施加的多个电压包含主驱动电压、第一辅助驱动电压、第二辅助驱动电压、第三辅助驱动电压和任选地第四辅助驱动电压。

如果需要，还可以向四极装置施加四个以上的辅助(RF或AC)驱动电压。因此，(同时)向四极装置10的电极施加的多个不同电压可以包含四个以上的辅助驱动电压。

主驱动电压可以具有任何合适的幅值V_RF。主驱动电压可以具有任何合适的频率Ω，例如(i)<0.5MHz；(ii)0.5-1MHz；(iii)1-2MHz；(iv)2-5MHz；或(v)>5MHz。主驱动电压可以包含RF或AC电压，并且例如可以采取V_RF cos(Ωt)的形式。

同样地，一个或多个DC电压中的每一个可以具有任何合适的幅值U。

辅助驱动电压中的每一个可以包含RF或AC电压，并且例如可以采取V_exn cos(ω_exnt+α_exn)的形式，其中V_exn是第n个辅助驱动电压的幅值，ω_exn是第n个辅助驱动电压的频率，并且α_exn是第n个辅助波形相对于主驱动电压的相位的初始相位。

使用与上述相同的符号，根据各种实施例的用于叠加两对辅助波形的总施加电势可被定义为：

V(t)＝U+V_RF cos(Ωt)+V_ex1 cos(ω_ex1t+α_ex1)-V_ex2 cos(ω_ex2t+α_ex2)+V_ex3 cos(ω_ex3t+α_ex3)-V_ex4 cos(ω_ex4t+α_ex4)。

对于q的正值，电压幅值都被定义为正(而对于q的负值都被定义为负)。

遵循此符号和描述振荡四极场中离子运动的已知惯例，无量纲参数q_ex(n)，a和q可被定义为：

和

每一对辅助驱动电压可以对应于一对X频带或Y频带辅助驱动电压(例如，如上所述)。

因此，每一对辅助波形的相位偏移可以以与单个X频带情况相同的方式相关，即：

α_ex2＝2π-α_ex1，和

α_ex4＝2π-α_ex3。

因此，每一对辅助波形可以是相位相干的(锁相的)，但是可以相对于主驱动电压在相位上自由变化。

第一对激励波形和第二对激励波形之间的相位差(Δα_ex1-3)可以定义为：

Δ_α1-3＝α_ex1-α_ex3。

第一对激励波形和第二对激励波形之间的相位差(Δα_ex1-3)可以取任何合适的值，例如零或非零值(即，其中0<Δα_ex1-3<2π)。在各种实施例中，第一对辅助驱动电压和第二对辅助驱动电压之间的相位差(Δα_ex1-3)可以取值(i)0至π/2；(ii)π/2至π；(iii)π至3π/2；或(iv)3π/2至2π。

辅助驱动电压中的每一个可以具有任何合适的幅值V_exn和任何合适的频率ω_exn。辅助驱动电压中的至少三个可以具有不同的频率。因此，例如，当三个辅助驱动电压被施加到四极装置10时，辅助驱动电压中的每一个可以具有不同的频率。在四个辅助驱动电压被施加到四极装置10的情况下，辅助驱动电压中的三个可以具有不同的频率(即，辅助驱动电压中的两个可以共享相同的频率)，或者所有四个辅助驱动电压可以各自具有不同的频率。

每一对辅助驱动电压的频率和/或幅值可以对应于例如如上所述的X频带或Y频带辅助驱动电压对的频率和/或幅值。

因此，辅助驱动电压中的每一个的频率可以表示为根据两个无量纲基频v(a)和v(b)的主限制驱动频率Ω的分数，即第一对辅助驱动电压的第一无量纲基频v(a)和第二对辅助驱动电压的第二无量纲基频v(b)：

ω_ex1＝v₁Ω，和ω_ex2＝v₂Ω；和

ω_ex3＝v₃Ω，和ω_ex4＝v₄Ω。

辅助驱动电压对中的每一对的激励频率ω_exn之间的关系可各自对应于例如如上所述的(例如，上面在表1中给出的那些)X频带或Y频带辅助驱动电压对的激励频率ω_exn之间的关系。

同样地，辅助驱动电压对中的每一对的激励幅值q_exn之间的关系可以各自对应于例如如上所述的(例如上面在表1中给出的那些)X频带或Y频带辅助驱动电压对的激励幅值q_exn之间的关系。因此，比率q_ex2/q_ex1的绝对值(即，V_ex2/V_ex1)可以在1-10的范围内。同样地，比率q_ex4/q_ex3的绝对值(即，V_ex4/V_ex3)可以在1-10的范围内。

因此，根据各种实施例，可以从表2中选择第一对辅助驱动电压的激励频率和/或相对激励幅值(q_ex2/q_ex1)。

I

II

III

IV

V

VI

v<sub>1</sub>

v(a)

v(a)

1-v(a)

1-v(a)

1+v(a)

1+v(a)

v<sub>2</sub>

1-v(a)

v(a)+1

2-v(a)

2+v(a)

2-v(a)

2+v(a)

q<sub>ex2</sub>/q<sub>ex1</sub>

～2.9

～3.1

～7.1

～9.1

～6.9

～8.3

表2相应地，可以从表3中选择第二对辅助驱动电压的激励频率和/或相对激励幅值(q_ex4/q_ex3)。

I

II

III

IV

V

VI

v<sub>3</sub>

v(b)

v(b)

1-v(b)

1-v(b)

1+v(b)

1+v(b)

v<sub>4</sub>

1-v(b)

v(b)+1

2-v(b)

2+v(b)

2-v(b)

2+v(b)

q<sub>ex4</sub>/q<sub>ex3</sub>

～2.9

～3.1

～7.1

～9.1

～6.9

～8.3

表3

基频v(a)、v(b)中的每一个可以取任何合适的值，例如(i)在0与0.5之间；(ii)0与0.4之间；(iii)在0与0.3之间；和/或(iv)在0与0.2之间。在各种特定实施例中，基频v(a)、v(b)中的一个或每一个在0与0.1之间。

常数v(a)可以等于、大于或小于常数v(b)。

两对辅助驱动电压可以是相同的类型(即表1-3中定义的类型I到VI中的任何一个)，或者第一对辅助驱动电压和第二对辅助驱动电压可以是不同的类型。

在各种实施例中，两对辅助驱动电压对应于两个不同的X频带或Y频带。这可以通过将两个基频v(a)、v(b)设置为不同(即v(a)≠v(b))来实现(在这种情况下，辅助驱动电压对可以是相同或不同类型的)。替代地，通过将两个基频v(a)、v(b)设置为相同，即v(a)＝v(b)，并将辅助驱动电压对设置为不同类型，三个或更多个辅助驱动电压可以对应于两个不同的X频带或Y频带。

四极装置10可以在各种操作模式下操作，所述操作模式包括质谱(“MS”)操作模式；串联质谱(“MS/MS”)操作模式；母离子或先驱离子交替地碎裂或反应以产生碎片离子或产物离子，而不碎裂或不反应或碎裂或反应至较小程度的操作模式；多反应监测(“MRM”)操作模式；数据相关分析(“DDA”)操作模式；数据无关分析(“DIA”)操作模式；量化操作模式；和/或离子迁移谱(“IMS”)操作模式。

在各种实施例中，四极装置10可以在恒定质量分辨操作模式下操作，即可以由四极滤质器选择并向前传输具有单一质荷比或单一质荷比范围的离子。在这种情况下，可以适当地(选择和)保持和/或固定向四极装置10(如上所述)施加的多个电压的各种参数。

替代地，四极装置10可以在变化的质量分辨操作模式下操作，即可以由滤质器选择并向前传输具有多于一个特定质荷比或多于一个质荷比范围的离子。

例如，根据各种实施例，可以例如基本上连续地扫描四极装置10的设定质量，例如以便顺序地选择和传输具有不同质荷比或质荷比范围的离子。另外或替代地，四极装置的设定质量可以不连续地和/或离散地改变，例如在多个不同质荷比(m/z)值之间改变。

在这些实施例中，可以适当地扫描、改变和/或变更向四极装置10(如上所述)施加的多个电压的各种参数中的一个或多个或每一个参数。

特别地，为了扫描、变更和/或改变四极装置的设定质量，可以扫描、改变和/或变更主驱动电压V_RF的幅值和DC电压U的幅值。主驱动电压V_RF的幅值和DC电压U的幅值可以以连续、不连续、离散、线性和/或非线性的方式适当地增大或减小。这可以在将主分辨DC电压幅值与主RF电压幅值的比率λ＝2U/V_RF保持恒定的同时进行。

由于通过四极装置10的传输与其分辨率有关，通常希望在低质荷比(m/z)下保持较低的分辨率，而在较高质荷比(m/z)下保持较高的分辨率。例如，通常在每个所需质荷比(m/z)值下或在所需质荷比(m/z)范围内操作具有固定峰宽(以Da表示)的四极滤质器。

因此，根据各种实施例，四极装置10的分辨率例如随时间被扫描、改变和/或变更。四极装置10的分辨率可以根据以下各者而变化：(i)质荷比(m/z)(例如四极装置的设定质量)；(ii)色谱保留时间(RT)(例如从四极装置上游的色谱装置洗脱而得到离子的洗脱剂的色谱保留时间)；和/或(iii)离子迁移率(IMS)漂移时间(例如当离子通过四极装置10上游或下游的离子迁移率分离器时的离子迁移率漂移时间)。

四极装置10的分辨率可以以任何合适的方式变化。例如，可以扫描、改变和/或变更施加到四极装置10(如上所述)的多个电压的各种参数中的一个或多个或每一个参数，从而扫描、改变和/或变更四极装置10的分辨率。

如上所述，对于X频带操作，增大或减小辅助激发的幅值(同时保持幅值比q_ex2/q_ex1恒定)导致稳定性频带变窄或变宽，且因此增大或减小四极装置10的质量分辨率。

因此，根据各种实施例，改变(增大或减小)辅助RF或AC电压中的一个或多个或每一个的幅值V_exn(或q_exn)，以便改变(增大或减小)四极装置10的分辨率。

返回到图2和3，可以看出，在图3的布置中，q_ex1的值比对于图2的布置高一个数量级。因此，图3中使用的激励波形的幅值比图2中的大十倍。然而，关于图3描述的配置的分辨率低于关于图2描述的配置的分辨率，即，尽管具有更高的幅值激励波形。这说明，为了在X频带操作中保持具有较高基频v值的特定质量分辨率，必须施加高得多的激励幅值。

另一个观察结果是，对于v＝1/20(图2)，低于X频带(在较低的q值下)的不稳定性频带比对于v＝1/10(图3)窄得多。这样，在图2中(即，对于v＝1/20)，在X频带停止存在之前，分辨率只能降低少量(使得X频带30更宽)。相反，在图3的布置中(即，对于v＝1/10)，可以进一步降低分辨率而不损害X频带操作。

这样，与在较低的基频v值下的操作相比，在较高的基频v值下，可实现较低的分辨率同时保持X频带操作。另一方面，实现给定分辨率所需的辅助波形的幅值随着基频v值的增大而增大。

图5示出了四种不同v值(1/20、1/16、1/12和1/10)的log q/Δq对q_ex1的曲线图。从图5中可以看出，当基频v的值增大时，保持相同分辨率所需的激励幅值有很大的差别。较低的基频v值需要较低的激励幅值以实现相同的分辨率。

另一方面，在低质荷比(m/z)处，以低的基频v值激励(即，并因此以高分辨率操作四极装置10)会导致传输损耗。

图6示出了质荷比(m/z)为50的离子的透射率(％)对分辨率的曲线图。曲线图40示出了在激励基频v＝1/20的情况下X频带操作的透射分辨率特性。使用该激励频率，不可能保持分辨率低于200(峰宽>0.25Da)的X频带操作。在该分辨率下的透射率小于40％。

曲线图42示出了在激励基频v＝1/10的情况下X频带操作的透射分辨率特性。使用该激励频率，可以在>70％的透射率下将分辨率调整到70(峰宽0.7Da)。

因此应当理解，可以使用相对低的基频v值来获得相对高的分辨率。然而，由于对于相对较低的基频v值，X频带以下的不稳定性频带相对较小，所以不可能使用相对较低的基频v值来获得相对较低的分辨率。在较高的幅值下，(a，q)坐标中的X频带的工作点移动到较高的a值和q值，对于给定的最大主RF电压减小了四极的有效质荷比(m/z)范围。

相反，可以使用相对高的基频v值来获得相对低的分辨率。然而，对于相对较高的基频v值，为了获得相对较高的分辨率，必须使用非常大的激励幅值，这实现起来可能是不切实际的和昂贵的。换句话说，在更高的质荷比(m/z)下使用该波形需要越来越高的激励幅值，这在电子设备的功率要求方面变得不切实际。

因此，在低质荷比(m/z)值下，希望使用具有较高基频v值的激励。在较高的质荷比(m/z)下，需要具有较低v值并因此具有较低幅值的辅助波形。

克服这些限制的一种方法是以合适的质荷比(m/z)值不连续地切换X频带激励的频率。然而，这将意味着X频带的位置将在转变点突然改变，导致质荷比(m/z)标度不连续。这将使得质荷比(m/z)校准变得困难或不可能。

与此相反，并且根据各种实施例，通过在此转变期间混合两对辅助驱动电压(例如，每一对可以具有不同的基频v)的幅值，可以实现平滑转变，从而允许简单的质荷比(m/z)校准。特别地，通过扫描、调整和/或改变所施加的辅助波形对(例如，其可以具有基频v(a)和v(b))的相对幅值，可以在整个质荷比(m/z)范围内无缝地控制分辨率/透射率特性，从而优化每个质荷比(m/z)值处的透射分辨率特性。

具有几个不同的基频v值的几个波形可以以这种方式混合以覆盖感兴趣的质荷比(m/z)范围而不引入不连续性。

因此，根据各种特定实施例，通过改变向四极装置10施加的两对辅助驱动电压的相对幅值来改变四极装置的分辨率。

因此，根据各种实施例，以下比率中的一个或多个或全部：(i)V_ex1/V_ex3(即，q_ex1/q_ex3)；(ii)V_ex1/V_ex4(即，q_ex1/q_ex4)；(iii)V_ex2/V_ex3(即，q_ex2/q_ex3)；和/或(iv)V_ex2/V_ex4(即，q_ex2/q_ex4)被改变，从而改变四极装置10的分辨率。这可以例如通过以下操作来进行：(i)增大或减小V_ex1和/或V_ex2(q_ex1和/或q_ex2)；(ii)通过增大或减小V_ex3和/或V_ex4(q_ex3和/或q_ex4)；(iii)通过增大V_ex1和/或V_ex2(q_ex1和/或q_ex2)和减小V_ex3和/或V_ex4(q_ex3和/或q_ex4)；和/或(iv)通过减小V_ex1和/或V_ex2(q_ex1和/或q_ex2)和增大V_ex3和/或V_ex4(q_ex3和/或q_ex4)。

可以以连续的、不连续的、离散的、线性的和/或非线性的方式增大或减小幅值V_exn(q_exn)中的一个或多个或每一个。

可以根据需要选择幅值V_exn(q_exn)中的每一个变化的范围。幅值V_exn(q_exn)中的一个或多个或每一个例如可以在零与特定的(例如所选的)最大值之间变化，和/或幅值V_exn(q_exn)中的一个或多个或每一个例如可以在特定的(例如所选的)最小(非零)值与最大值之间变化。

根据各种实施例，四极装置10可以在第一X频带或Y频带操作模式(例如，其中第一对辅助驱动电压被施加到四极装置10)下操作，然后可以在混合X频带或混合Y频带操作模式(例如，其中三个或更多个辅助驱动电压被施加到四极装置10，例如，所述电压对应于第一对辅助驱动电压以及第二(不同的)对辅助驱动电压)下操作。

根据各种实施例，四极装置10可以在混合X频带或混合Y频带操作模式下操作，然后可以在第二X频带或Y频带操作模式(例如，其中第二对辅助驱动电压被施加到四极装置10)下操作，例如，其中三个或更多个辅助驱动电压被施加到四极装置10，例如，在混合X频带或混合Y频带操作模式下，所述电压对应于第二对辅助驱动电压以及第一(不同)对辅助驱动电压。

根据各种实施例，四极装置10可以在第一X频带或Y频带操作模式(例如，其中第一对辅助驱动电压被施加到四极装置10)下操作，然后可以在混合X频带或混合Y频带操作模式下操作，然后可以在第二(不同)X频带或Y频带操作模式(例如，其中第二(不同)对辅助驱动电压被施加到四极装置10)下操作，例如，其中在混合X频带或混合Y频带操作模式下，对应于第一对辅助驱动电压和第二对辅助驱动电压的三个或更多个辅助驱动电压被施加到四极装置10。

在这些实施例中，在第一X频带或Y频带操作模式下，第二对辅助驱动电压的一个或两个幅值可以被设置为零，并且在第二X频带或Y频带操作模式下，第一对辅助驱动电压的一个或两个幅值可以被设置为零。在混合X频带或混合Y频带操作模式下，第一对辅助驱动电压和第二对辅助驱动电压的幅值比可以变化，例如如上所述。

辅助波形的相对和/或绝对幅值可以根据以下各者(连续地或不连续地)调整：(i)质荷比(m/z)；和/或(ii)色谱保留时间(RT)；和/或(iii)离子迁移率(IMS)漂移时间。

这可以如下进行：(i)对于每个质荷比(m/z)值或范围，四极装置10(例如滤质器)的透射率/分辨率特性保持在最佳值；和/或(ii)电源要求保持在实际极限内。

这也可以这样进行，使得(iii)对于大范围的质荷比(m/z)值和质荷比(m/z)分辨率，将稳定性区域的操作点处的a和/或q的值保持在基本上相同的值。

在这点上，根据各种实施例的另一益处在于，在给定质荷比(m/z)值处，混合两个或更多个X频带或Y频带波形可允许调整分辨率而不引起q的大移位。这允许改变分辨率而不需要重新校准质荷比(m/z)标度。

图7示出了在稳定性图的尖端处的多个不同X频带与施加有基频1/20和相位偏移为0的不同值激励波形幅值q₁的单对激励波形的叠加。

当q₁在0.001(曲线50)、0.003(曲线52)、0.005(曲线54)、0.007(曲线56)和0.009(曲线58)之间变化时，为了给出逐渐更高的分辨率，X频带的尖端在q上从0.707变化到0.723。尖端在α维度上的位置也有显著变化。

实际上，这意味着当分辨率改变时，质荷比(m/z)位置与V_RF/U之间的关系基本上不再是线性的。这需要对整个质荷比(m/z)和分辨率范围进行复杂的校准。

此外，对于相同的X频带宽(Δq)，基频V越大，尖端位置在q，a坐标中越高。因此，在图2和3中可以看出，v＝1/10的X频带30(在图3中)的尖端位置在q，a坐标中高于v＝1/20的X频带30(在图2中)的尖端位置，尽管给出了较低的分辨率。

相反，当使用根据各种实施例的多X频带操作模式时，通过改变两对波形(即，可以具有基频v(a)和v(b)的两个波形)的激励电压的相对幅值，可以调谐稳定性图以获得不同的分辨率，同时尖端位置基本上固定在q，a坐标中。这是有益的，因为减少了调整扫描线的需要并且需要更简单的质量校准。这对于单个X频带操作是不可能的。

图8示出了在稳定性图尖端的两个叠加的杂合X频带稳定性区域。使用具有v(a)＝1/20和v(b)＝1/10的波形的组合来产生两个稳定性图(如图4所示)。对于较窄的混合X频带60，q₁＝0.001，并且q₃＝0.008。对于较宽的混合X频带62，q₁＝0.0035，并且q₃＝0.004。两个X频带的Δq和q_中心是Δq＝1.3e^-4，q_中心＝0.7145，和Δq＝3e^-4，q_中心＝0.7145。

可以看出，两个稳定性区域在q，a维度上重叠，但是具有不同的分辨率。这说明根据各种实施例的混合X频带模式可用于允许调整四极装置10的分辨率而不引起q的大偏移，并且不需要复杂的校准。

为了比较，图9示出了在稳定性图的尖端处的两个X频带，其具有与图8中的那些相同的Δq值，但是使用常规的X频带，其中对于较宽的X频带v＝1/20并且q₁＝0.00385，并且对于较窄的X频带q₁＝0.0055。两个X频带的尖端位置中心是q＝0.711和q＝0.7146。

图10示出了在稳定性图的尖端处的两个X频带，其具有与图8中的那些相同的Δq值，但是使用常规的X频带，其中对于较宽的X频带v＝1/10并且q₁＝0.0264，并且对于较窄的X频带q₁＝0.035。两个频带的尖端位置q_中心是q＝0.75和q＝0.77

可以清楚地看到分辨率改变时工作点的移位。根据各种实施例，例如具有不同的基频v值的两个或更多个X频带的混合可以用于控制该效果。

如上所述，在图4中，两对激励(例如其可以具有基频v(a)和v(b))之间的相位偏移被设置为零。然而，可以选择任何相位偏移(尽管零相位偏移是有益的)。

图11示出了对于相同激励但在第一对辅助驱动电压和第二对辅助电压之间具有不同相位偏移的组合(例如具有基频v(a)和v(b)的激励)，图4中的稳定性图的尖端的放大区域。

当相位差从零(曲线70)变为0.25(2π)(曲线72)再变为0.5(2π)(曲线74)时，分辨率下降，并且混合X频带的中心下降到较低的q值。这具有与减小激励波形的幅值类似的效果。

因此，以这种方式调整相位差可以提供对分辨率的控制，例如除了改变激励波形的相对或绝对幅值之外，或者单独进行。因此，根据各种实施例，可以选择和/或调整两对激励之间的相位差，例如以便控制分辨率。

尽管上述各种实施例包含“类型I”激励(来自表1)的组合，即，其中v₁＝v且v₂＝(1-v)，但是根据各种实施例，可以将任何类型的X频带激励与任何其它激励组合以产生混合X频带。

此外，对于一些组合，可以通过仅施加三个激励波形(而不是四个)来实现混合X频带操作模式。

例如，可以组合类型I和类型II激励(来自表1)，即其中对于类型I：v₁＝v，v₂＝(1-v)，而对于类型2：v₁＝v，v₂＝(1+v)。在这两种类型的激励具有相同的基频v的情况下(即，在v(a)＝v(b)的情况下)，只需要将三个不同的激励波形施加到四极装置10。

图12示出了对于三种不同激励条件在稳定性图的尖端处的X频带。在图12A中，v＝1/20，v₁＝v，v₂＝(1-v)，q_ext1＝0.002，以及q_ext2/q_ext1＝2.915。在图12B中，v＝1/20，v₁＝v，v₂＝(1+v)，q_ext1＝0.002，以及q_ext2/q_ext1＝3.1。在图12C中，v＝1/20，v₁＝v，v₂＝(1-v)，v₃＝(1+v)，q_ext1＝0.002，q_ext2/q_ext1＝2.915/2，以及q_ext3/q_ext1＝3.1/2。

从图12可以看出，X频带稳定性在所有情况下都是等效的。然而，调整三次激励(导致混合稳定性图)的实施例所需的激励的最大幅值是单个X频带激励波形所需的最大幅值的一半。

可以显示具有公同的频率的其它组合以给出类似的结果。例如类型I和III激励(来自表1)具有共同的频率(1-v)。因此，可以调整三个波形来产生混合X频带：v₁＝(1-v)，v₂＝v，v₃＝(2-v₁)。许多其它组合也是可能的。

为简单起见，在本文中可根据使用两对辅助驱动电压来操作四极装置来描述这些操作模式(其中四极装置使用三个辅助驱动电压来操作)，例如其中两个辅助驱动电压共用一个频率。在这些实施例中，各种复数的幅值、频率和/或相位之间的关系可以使用这里描述的等式来描述，即使实际上只有三个辅助驱动电压可以被施加到四极装置10。

从上文可以理解，各种实施例允许在扩展的质荷比(m/z)范围内使用实际激励幅值的X频带或Y频带操作，而不会在所施加的波形改变时引入不连续性。这允许稳定的质荷比(m/z)校准。

尽管已经就两个X频带稳定性条件的使用描述了上述各种实施例，但是也可以使用两个Y频带稳定性条件(例如)以相应的方式加以必要的变更来形成混合Y频带。通过施加适当的激励频率，可以产生Y频带并用于质荷比(m/z)过滤(而不是X频带)。混合这些激励波形以产生混合稳定性图也可以通过所描述的方法来实现。

如上所述，四极装置10(例如四极滤质器)可以使用一个或多个正弦(例如模拟)RF或AC信号来操作。然而，也可以使用一个或多个数字信号来操作四极装置10，例如用于一个或多个或所有施加的驱动电压。数字信号可具有任何合适的波形，例如方形或矩形波形、脉冲式EC波形、三相矩形波形、三角形波形、锯齿波形、梯形波形等。

在数字驱动的四极(在正常模式下操作)中，可以改变(例如扫描)主RF电压的频率Ω以改变四极装置的设定质量(质荷比(m/z))，即代替改变(例如扫描)V_RF/U比。此外，(在正常模式下)可以改变数字波形的占空比，例如将稳定性图的尖端定位在α＝0线上。这允许在不使用分辨DC电压(即，其中作为数字波形顺序地施加相等和相反的电压)的情况下进行质量过滤。然后可以通过调整占空比来实现分辨率的调整。

根据各种实施例，数字驱动的四极可以在X频带或Y频带模式下操作。对于数字驱动电压(与模拟(谐波)驱动电压相比)可以显示存在类似的X频带或Y频带不稳定特性，但是辅助波形需要稍微不同的幅值特性、频率特性和相位特性。

图13示出了在X频带模式操作的数字驱动四极的实例稳定性图。主波形的占空比为61.15/38.85。辅助波形中的每一个的占空比是50/50，其中基频v＝1/20，且q_ex1＝0.003。图13中还示出了α＝0的扫描线。工作点是该线横穿X频带的地方。

在数字系统中，扫描驱动电压频率实际上是可行的，因此通过平滑地扫描辅助频率可以获得宽分辨率范围内的平滑校准功能。因此，根据各种实施例，扫描、改变和/或变更主驱动电压的频率Ω和/或辅助驱动电压的频率ω_exn以扫描、改变和/或变更四极装置10的设定质量。

根据各种实施例，在X频带(或Y频带)模式下，可以调整主波形的占空比以将X频带(或Y频带)工作点定位在α＝0线上。因此，根据各种实施例，四极装置10可以在X频带(或Y频带)模式下操作，而不向四极装置10施加分辨DC电压。

在正常模式下而没有分辨DC电压的情况下操作的数字驱动四极中，分辨率可以通过占空比的精确调整来控制(这类似于U/V比的精确控制)。相反，在数字X频带(或Y频带)操作模式下，可以通过调整辅助电压的参数来控制分辨率。这意味着在数字X频带(或Y频带)操作模式下，不需要能够精确地控制占空比，即，占空比的相当粗糙级别的控制就足够。这使得硬件要求不那么严格。

为了提取有用的质荷比(m/z)数据，可以校准四极滤质器10。在校准期间，例如，使用包含具有多个质荷比(m/z)值的物质的参考标准，可以确定所传输的质荷比(m/z)与所施加的RF电压V_RF之间的关系。该校准的形式可以取决于在每个质荷比(m/z)值选择的U、v、V_ext1、V_ext2、V_ext3、V_ext4的值，以给出期望的性能。

对于期望的性能所需的操作参数与V_RF之间的关系可以在设置过程中例如使用标准参照物确定。实际上，可以存在将V_RF、DC/RF比(U/V_RF)、V_ext1和V_ext3中的每一个与质荷比(m/z)相关的一组校准函数。(V_ext2和V_ext4可以分别简单地与V_ext1和V_ext3相关)。虽然通常涉及V_RF与质荷比(m/z)的校准，但是应当理解，其它参数也被有效地校准。

为了最好的结果，希望校准函数的形式应该考虑变化的操作参数与传输的质荷比(m/z)范围之间的预测的一般关系。

如上所述，在各种操作模式下，四极装置10的操作参数可以被连续扫描，例如以产生质谱。在这些模式下，在一种操作模式与另一种操作模式之间具有平滑转变是有益的，例如以避免不连续。在这些连续扫描模式下，可能需要和使用单个复杂的校准函数(组)。

在上述操作模式下，四极滤质器在具有一个v值的激励波形的X频带模式与具有不同v值的激励波形的X频带模式之间转变，其中在转变区域期间同时施加具有不同v值的两个不同激励波形，可能需要和使用单个复杂校准函数(组)。

所述(或每个)校准曲线的形式可以在第一X频带波形的函数特性到两个X频带波形的变化的混合的函数特性再到第二X频带波形的函数特性之间转变。

为了在四极装置10在这两个或更多个操作模式之间转变的操作期间进行充分的质量校准，质荷比(m/z)校准函数可以是反映这些不同特性和在转变区域的特性的形式。

根据各种实施例，四极装置10可以是例如质量和/或离子迁移谱仪的分析仪器的一部分。分析仪器可以任何合适的方式配置。

图14示出了包含离子源80、位于离子源80下游的四极装置10和位于四极装置10下游的检测器90的实施例。

由离子源80产生的离子可以注入到四极装置10中。例如，在离子通过四极装置10时，施加到四极装置10的多个电压可以使所述离子在径向上被限制在四极装置10内和/或根据其质荷比被选择或过滤。

从四极装置10出来的离子可以由检测器90检测。可以任选地提供正交加速飞行时间质量分析器，例如邻近检测器90。

图15示出了串联四极装置，其包含位于四极装置10下游的碰撞、碎裂或反应装置100和位于碰撞、碎裂或反应装置100下游的第二四极装置110。在各种实施例中，一个或两个四极可以以上述方式操作。

在这些实施例中，离子源80可以包含任何合适的离子源。例如，离子源80可以选自由以下组成的群组：(i)电喷雾电离(“ESI”)离子源；(ii)大气压光电电离(“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)电子撞击(“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)解吸电喷雾电离(“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)热喷雾离子源；(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)Impactor离子源；(xxii)实时直接分析(“DART”)离子源；(xxiii)激光喷雾电离(“LSI”)离子源；(xxiv)超声喷雾电离(“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)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(xxviii)激光烧蚀电喷雾电离(“LAESI”)离子源；(xxix)表面辅助激光解吸电离(“SALDI”)离子源；和(xxx)低温等离子体(“LTP”)离子源。

碰撞、碎裂或反应装置100可以包含任何合适的碰撞、碎裂或反应装置。例如，碰撞、碎裂或反应装置100可以选自由以下组成的群组：(i)碰撞诱导解离(“CID”)碎裂装置；(ii)表面诱导解离(“SID”)碎裂装置；(iii)电子转移解离(“ETD”)碎裂装置；(iv)电子捕获解离(“ECD”)碎裂装置；(v)电子碰撞或撞击解离碎裂装置；(vi)光诱导解离(“PID”)碎裂装置；(vii)激光诱导解离碎裂装置；(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-分离器界面碎裂装置；(xi)源内碎裂装置；(xii)源内碰撞诱导解离碎裂装置；(xiii)热源或温度源碎裂装置；(xiv)电场诱导碎裂装置；(xv)磁场诱导碎裂装置；(xvi)酶消化或酶降解碎裂装置；(xvii)离子-离子反应碎裂装置；(xviii)离子-分子反应碎裂装置；(xix)离子-原子反应碎裂装置；(xx)离子-亚稳态离子反应碎裂装置；(xxi)离子-亚稳态分子反应碎裂装置；(xxii)离子-亚稳态原子反应碎裂装置；(xxiii)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-离子反应装置；(xxiv)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-分子反应装置；(xxv)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-原子反应装置；(xxvi)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳态离子反应装置；(xxvii)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)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳态原子反应装置；和(xxix)电子电离解离(“EID”)碎裂装置。

各种其它实施例是可能的。例如，可以在任何离子源80、四极装置10、碎裂、碰撞或反应装置100、第二四极装置110和检测器90的上游、下游和/或之间提供一个或多个其它装置或级。

例如，分析仪器可以包含位于离子源80上游的色谱或其它分离装置。色谱或其它分离装置可以包含液相色谱或气相色谱装置。或者，分离装置可以包含：(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板(“瓷砖”)分离装置；或(iv)超临界流体色谱分离装置。

分析仪器可以进一步包含：(i)一个或多个离子导向器；(ii)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谱仪装置；和/或(iii)一个或多个离子阱或一个或多个离子捕获区。

尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种操作四极装置的方法，其包含：

向所述四极装置施加主驱动电压；以及

向所述四极装置施加三个或更多个辅助驱动电压；

其中所述三个或更多个辅助驱动电压对应于两对或更多对X频带或Y频带辅助驱动电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述三个或更多个辅助驱动电压中的每一个具有与所述主驱动电压不同的频率；和/或

所述三个或更多个辅助驱动电压包含具有至少三个不同频率的三个或更多个辅助驱动电压。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其进一步包含向所述四极装置施加一个或多个DC电压。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：

所述主驱动电压具有频率Ω；并且

所述三个或更多个辅助驱动电压包含第一对辅助驱动电压，所述第一对辅助驱动电压包含具有第一频率ω_ex1的第一辅助驱动电压和具有第二频率ω_ex2的第二辅助驱动电压，其中所述主驱动电压频率Ω与所述第一频率ω_ex1和所述第二频率ω_ex2通过ω_ex1＝v₁Ω和ω_ex2＝v₂Ω相关，其中v₁和v₂是常数；和/或

所述三个或更多个辅助驱动电压包含第二对辅助驱动电压，所述第二对辅助驱动电压包含具有第三频率ω_ex3的第三辅助驱动电压和具有第四频率ω_ex4的第四辅助驱动电压，其中所述主驱动电压频率Ω与所述第三频率ω_ex3和所述第四频率ω_ex4通过ω_ex3＝v₃Ω和ω_ex4＝v₄Ω相关，其中v₃和v₄是常数。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：

所述第一对辅助驱动电压包含：(i)第一辅助驱动电压对类型，其中v₁＝v(a)并且v₂＝1-v(a)；(ii)第二辅助驱动电压对类型，其中v₁＝v(a)并且v₂＝1+v(a)；(iii)第三辅助驱动电压对类型，其中v₁＝1-v(a)并且v₂＝2-v(a)；(iv)第四驱动电压对类型，其中v₁＝1-v(a)并且v₂＝2+v(a)；(v)第五辅助驱动电压对类型，其中v₁＝1+v(a)并且v₂＝2-v(a)；或(vi)第六辅助驱动电压对类型，其中v₁＝1+v(a)并且v₂＝2+v(a)；和/或

所述第二对辅助驱动电压包含：(i)第一辅助驱动电压对类型，其中v₃＝v(b)并且v₄＝1-v(b)；(ii)第二辅助驱动电压对类型，其中v₃＝v(b)并且v₄＝1+v(b)；(iii)第三辅助驱动电压对类型，其中v₃＝1-v(b)并且v₄＝2-v(b)；(iv)第四驱动电压对类型，其中v₃＝1-v(b)并且v₄＝2+v(b)；(v)第五辅助驱动电压对类型，其中v₃＝1+v(b)并且v₄＝2-v(b)；或(vi)第六辅助驱动电压对类型，其中v₃＝1+v(b)并且v₄＝2+v(b)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中v(a)≠v(b)。

7.根据权利要求5所述的方法，其中v(a)＝v(b)，并且其中所述三个或更多个辅助驱动电压对应于两个不同的辅助驱动电压对类型。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：

所述三个或更多个辅助驱动电压包含具有第一幅值V_ex1的第一辅助驱动电压和具有第二幅值V_ex2的第二辅助驱动电压，其中所述第二幅值与所述第一幅值的比率V_ex2/V_ex1的绝对值在1-10的范围内；和/或

所述三个或更多个辅助驱动电压包含具有第三幅值V_ex3的第三辅助驱动电压和具有第四幅值V_ex4的第四辅助驱动电压，其中所述第四幅值与所述第三幅值的比率V_ex4/V_ex3的绝对值在1-10的范围内。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包含改变所述四极装置的分辨率或质荷比范围。

10.根据权利要求9所述的方法，其包含通过以下操作改变所述四极装置的所述分辨率或所述质荷比范围：(i)改变一个或多个所述辅助驱动电压的幅值；(ii)改变两个或更多个所述辅助驱动电压之间的相位差；和/或(iii)改变所述主驱动电压的占空比。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其包含通过改变两个或更多个所述辅助驱动电压之间的幅值比来改变所述四极装置的所述分辨率或所述质荷比范围。

12.根据权利要求9、10或11所述的方法，其包含通过改变所述第一幅值和/或所述第二幅值与所述第三幅值和/或所述第四幅值的比率来改变所述四极装置的所述分辨率或所述质荷比范围。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其进一步包含根据以下各者改变所述四极装置的所述分辨率或所述质荷比范围：(i)质荷比(m/z)；(ii)色谱保留时间(RT)；和/或(iii)离子迁移率(IMS)漂移时间。

14.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其进一步包含：

增大所述四极装置的所述分辨率，同时增大所述四极装置选择和/或传输离子的所述质荷比或所述质荷比范围；或

减小所述四极装置的所述分辨率，同时减小所述四极装置选择和/或传输离子的所述质荷比或所述质荷比范围。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包含：

在第一X频带操作模式下操作所述四极装置，其中主驱动电压和两个辅助驱动电压被施加到所述四极装置；然后

在一操作模式下操作所述四极装置，在所述操作模式下所述主驱动电压和所述三个或更多个辅助驱动电压被施加到所述四极装置。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包含：

在一操作模式下操作所述四极装置，在所述操作模式下主RF或AC电压和所述三个或更多个辅助驱动电压被施加到所述四极装置；然后

在第二X频带操作模式下操作所述四极装置，其中主驱动电压和两个辅助驱动电压被施加到所述四极装置。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述主驱动电压和/或所述三个或更多个辅助驱动电压包含数字驱动电压。

18.一种质量和/或离子迁移谱方法，其包含：

使用根据前述权利要求中任一项所述的方法操作四极装置；以及

使离子通过所述四极装置，使得根据所述离子的质荷比选择和/或过滤所述离子。

19.一种四极装置，其包含：

多个电极；以及

一个或多个电压源，其被配置成：

向所述电极施加主驱动电压；以及

向所述电极施加三个或更多个辅助驱动电压；

其中所述三个或更多个辅助驱动电压对应于两对或更多对X频带或Y频带辅助驱动电压。

20.一种质量和/或离子迁移谱仪，其包含根据权利要求19所述的四极装置。

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