CN112106172B - 多反射飞行时间质量分析器 - Google Patents

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Abstract

一种质量光谱仪包括：多反射飞行时间(MRTOF)质量分析器或质量分离器，其具有两个无栅离子镜2，所述无栅离子镜在第一维度(Z维度)上伸长且被配置成当离子在所述第一维度上行进时在第二正交维度(X维度)上多次反射离子；所述光谱仪被配置成按以下模式操作：(i)用于与所述质量分析器或分离器中的背景气体分子具有第一相互作用速率的离子的第一模式，使得所述离子在所述离子镜2之间被反射第一次数；以及(ii)用于与所述质量分析器或分离器中的背景气体分子具有较高的第二相互作用速率的离子的第二模式，使得离子在所述离子镜2之间被反射较少的第二次数。

Description

多反射飞行时间质量分析器
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月10日提交的第1807605.9号英国专利申请的优先权和权益。本申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及多反射飞行时间(MRTOF)质量分析器或质量分离器，且具体地，涉及用于控制离子镜之间的离子反射次数的技术。
背景技术
飞行时间(TOF)质量分析器使用离子加速器对离子施加脉冲以使离子朝向检测器进入飞行时间区。使用离子被施加脉冲与在检测器处被检测到之间的持续时间来确定所述离子的质荷比。为了提高飞行时间质量分析器的分辨能力，有必要增加离子的飞行路径长度。
已知多反射TOF质量分析器，其中离子在飞行时间区中在离子镜之间被多次反射，从而向检测器提供相对长的离子飞行路径。由于离子在离子加速器处的初始条件，离子的轨迹在离子穿过质量分析器时趋向于发散。已知在离子镜之间设置周期性透镜，以便控制通过离子镜的离子的轨迹。然而，周期性透镜将像差引入离子飞行时间，这限制了仪器的分辨能力。
此外，会出现除了初始离子条件之外的光谱分辨率退化的原因。
发明内容
根据第一方面，本发明提供一种质量光谱仪，包括：多反射飞行时间(MRTOF)质量分析器或质量分离器，其具有两个无栅离子镜，所述无栅离子镜在第一维度(z维度)上伸长且被配置成当离子在第一维度上行进时在第二正交维度(x维度)上多次反射离子；以及控制器，所述控制器被配置成按以下模式操作光谱仪：(i)第一模式，用于对与质量分析器或分离器中的背景气体分子具有第一相互作用速率的离子进行质量分析或质量分离，其中控制在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上和/或镜之间的第二维度(x维度)上的离子速度，使得离子在离子镜之间被反射第一次数；以及(ii)第二模式，用于对与质量分析器或分离器中的背景气体分子具有较高的第二相互作用速率的离子进行质量分析或质量分离，其中控制在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上和/或镜之间的第二维度(x维度)上的离子速度，使得离子在离子镜之间被反射少于所述第一次数的第二次数。
发明人已经认识到，由于不同类型的离子与质量分析器或分离器中的背景气体分子的相互作用程度不同，因此可能希望使不同类型的离子经历不同次数的离子镜反射，使得不同类型的离子通过质量分析器或分离器的飞行路径长度不同。例如，不同类型的离子可能与质量分析器或质量分离器中的残留气体分子发生碰撞的概率不同，即具有不同的碰撞横截面面积。替代地或另外，其中一种类型的离子与其它类型的离子相比可能更不稳定并且更可能在碰撞时碎裂(或者无论如何甚至例如通过亚稳定的单分子过程碎裂)。
第一模式使得离子能够在离子镜之间反射相对多的次数，以使这些离子的飞行路径长度相对较长。这使得能够以高分辨率对离子进行质量分析或分离。第二模式使得离子能够在离子镜之间反射相对少的次数，以使这些离子的飞行路径长度相对较短。尽管对于给定类型的离子，第二模式可能预期提供比第一模式更低的质量分辨率或更低的离子分离度，但第二模式的路径长度较短意味着这些离子与背景气体经历的碰撞次数相对少，因此会发生更少的散射(和/或碎裂)。因此，与第一模式相比，第二模式可以提高分辨这些离子的分辨率。这种技术还可以用于确保在第二模式下分析的基本所有离子经历相同次数的离子镜反射。
在本发明的第一模式下，可以控制在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上的离子的平均速度与在镜之间的第二维度(x维度)上的离子的平均速度的比率，使得离子在离子镜之间被反射所述第一次数。在第二模式下，可以控制在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上的离子的平均速度与在镜之间的第二维度(x维度)上的离子的平均速度的比率，使得离子在离子镜之间被反射所述第二次数。
在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上的离子的平均速度可以在第一模式和第二模式之间变化，以改变所述比率。替代地或另外，在离子镜之间的第二维度(x维度)上的离子的平均速度可以在第一模式和第二模式之间变化，以改变第一模式与第二模式之间的所述比率。
所述第一次数可以是在第一模式下，离子在进入质量分析器或分离器与撞击质量分析器或分离器中的离子检测器(或离开质量分离器)之间在离子镜中被反射的总次数。类似地，所述第二次数可以是在第二模式下，离子在进入质量分析器或分离器与撞击质量分析器或分离器中的离子检测器(或离开质量分离器)之间在离子镜中被反射的总次数。
为免生疑问，无栅离子镜是在离子镜内的离子路径中没有布置任何栅电极的离子镜。使用无栅离子镜能够使离子在离子镜内多次反射，而不会使镜衰减或散射离子束，这在MRTOF仪器中可能尤其成问题。
两个离子镜可以被配置成在第一维度(z维度)上在基本上相同的长度内反射离子。这使得可以在第一模式和第二模式下执行的离子镜反射次数具有极大的灵活性，并简化了仪器的构造和操作。
质量分析器或质量分离器可以包括离子加速器，所述离子加速器用于使离子加速到离子镜之一中，且所述离子加速器布置在离子镜之间；和/或包括离子检测器，所述离子检测器用于检测已被离子镜反射后的离子，且布置在离子镜之间。离子镜之间的离子加速器和/或检测器的布置能够避免离子镜的散射场对离子的影响。
离子加速器和/或检测器可以基本上布置在离子镜之间的第二维度(x维度)的中间。这可能有助于使用简单的离子镜。例如，离子镜可以基本上关于由第一维度和与第一维度和第二维度正交的第三维度限定的平面(即，y-z平面)对称。
为了最小化由于在第一维度(z维度)上的离子扩散而产生的像差，无栅镜的大小或电势可能不会沿第一维度发生变化，除了在镜的边缘(在第一维度上)。
用于将离子引导到镜中的构件(例如，离子加速器)可以布置成使进入任一离子镜的离子的第一点在第一维度上与所述离子镜的前边缘隔开，使得所有行进通过镜的离子具有与其在第一维度的坐标无关的相同条件。
用于从镜接收离子的构件(例如，检测器)可以布置成使从任一离子镜离开的离子的最终点在第一维度上与所述离子镜的后边缘隔开，使得所有行进通过镜的离子具有与其在第一维度的坐标无关的相同条件。
例如，质量分析器或质量分离器可以被配置成使得进入任一离子镜的离子的第一点在第一维度(z维度)上距所述离子镜的两端一定距离，所述距离大于2H，其中H是在正交于第一维度和第二维度的第三维度(y维度)上的离子镜的最大内部维度。离子离开任一镜的最终点也可能在第一维度(z维度)上距所述离子镜的两端一段距离，所述距离大于2H。
离子镜可以沿第一维度(z维度)具有平移对称性，即离子首次进入和最终离开离子镜的点之间的大小没有变化。这有助于避免第一维度的扰动。
质量分析器或分离器可以被配置成维持在以下压力：≥1×10-8mbar、≥2×10- 8mbar、≥3×10-8mbar、≥4×10-8mbar、≥5×10-8mbar、≥6×10-8mbar、≥7×10-8mbar、≥8×10-8mbar、≥9×10-8mbar、≥1×10-7mbar、≥5×10-7mbar、≥1×10-6mbar、≥5×10-6mbar、≥1×10-5mbar、≥5×10-5mbar、≥1×10-4mbar、≥5×10-4mbar、≥1×10-3mbar、≥5×10- 3mbar、或≥1×10-2mbar。
还可以设想的是，质量分析器或分离器可以被配置为维持在以下压力：≥1×10- 11mbar、≥5×10-11mbar、≥1×10-10mbar、≥5×10-10mbar、≥1×10-9mbar或≥5×10-9mbar。
随着质量分析器或分离器中背景气体压力的增加，这两种模式的使用变得更加重要，因为离子与背景气体分子以更高的速率相互作用，因此可能会散射得更多。
作为上述压力的替代或补充，质量分析器或分离器可以被配置成维持在以下压力：≤1×10-11mbar、≤5×10-11mbar、≤1×10-10mbar、≤5×10-10mbar、≤1×10-9mbar、≤5×10-9mbar、≤1×10-8mbar、≤2×10-8mbar、≤3×10-8mbar、≤4×10-8mbar、≤5×10-8mbar、≤6×10-8mbar、≤7×10-8mbar、≤8×10-8mbar、≤9×10-8mbar、≤1×10-7mbar、≤5×10- 7mbar、≤1×10-6mbar、≤5×10-6mbar、≤1×10-5mbar、≤5×10-5mbar、≤1×10-4mbar、≤5×10-4mbar、≤1×10-3mbar、≤5×10-3mbar或≤1×10-2mbar。
离子在离子镜中反射的第一次数比所述第二次数大以下倍数：≥2、≥3、≥4、≥5、≥6、≥7、≥8、≥9、≥10、≥11、≥12、≥13、≥14、≥15、≥16、≥17、≥18、≥19或≥20。
离子在离子镜中反射的所述第一次数可以是：≥5、≥6、≥7、≥8、≥9、≥10、≥11、≥12、≥13、≥14、≥15、≥16、≥17、≥18、≥19或≥20。
离子在离子镜中反射的第二次数可以是：≥2、≥3、≥4、≥5、≥6、≥7、≥8、≥9或≥10。
控制器可以被配置成使得在第一模式下分析的基本上所有离子在离子镜中经历相同次数的反射，和/或在第二模式下分析的基本上所有离子可以在离子镜中经历相同次数的反射。
控制器可以被配置成使得在第一模式下，离子在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上具有第一范围的速度，并且在第二模式下，离子在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上具有较低的第二范围的速度；和/或控制器可以被配置成使得在第一模式下，离子在离子镜之间的第二维度(x维度)上具有第一范围的速度，并且在第二模式下，离子在离子镜之间的第二维度(x维度)上具有较低的第二范围的速度。
离子可以沿第一维度(z维度)上的轴进入质量分析器或分离器。
如上所述，控制器可以被配置成使得离子在第一模式和第二模式下在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上具有不同的速度。
因而，光谱仪可以包括电极和一个或多个电压电源，所述电压电源被配置成在电极之间施加使离子加速或减速的电势差，使得在第一模式下，离子以在第一维度(z维度)上的所述速度进入MRTOF质量分析器或质量分离器，从而使离子被反射所述第一次数，并且在第二模式下，离子以在第一维度(z维度)上的所述速度进入MRTOF质量分析器或质量分离器，从而使离子被反射所述第二次数。
替代地或另外，控制器可以被配置成使得离子在第一模式和第二模式下在第二维度(x维度)上具有不同的平均速度。例如，这可以通过在第一模式和第二模式之间改变施加到一个或多个离子镜的一个或多个电压来实现，和/或如果正交加速器用于将离子加速到离子镜中，则通过在第一模式和第二模式之间改变施加到正交加速器的一个或多个电压来实现。
光谱仪可以包括在MRTOF质量分析器或分离器内的偏转模块，其被配置成在第一模式和/或第二模式下偏转离子的平均轨迹，使得在第一模式下，离子在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上具有第一范围的速度；并且在第二模式下，离子在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上具有较高的第二范围的速度。
因此，将了解，偏转模块在第一模式和/或第二模式下偏转离子的平均轨迹，使得在第一模式下，离子在第二维度(x维度)上具有第一范围的平均速度；并且在第二模式下，离子在第二维度(x维度)上具有较低的第二范围的平均速度。
偏转模块可以包括：一个或多个电极；以及连接到所述电极的电压电源；其中偏转模块被配置成向一个或多个电极施加一个或多个电压，使得离开偏转模块的离子的平均轨迹在第一模式下与第二维度(x维度)成相对小的锐角，并且在第二模式下与第二维度(x维度)成相对大的锐角。
光谱仪可以包括正交加速器，所述正交加速器被配置成沿离子接收轴接收离子，并且使这些离子正交于离子接收轴且朝向离子镜之一加速，其中偏转模块被布置在正交加速器的下游。
正交加速器可以被配置成沿与第一维度(z维度)成锐角布置的离子接收轴接收离子，并且偏转模块可以被配置成使得在第一模式或第二模式下，使离开正交加速器的离子的平均轨迹朝向第二维度(x维度)偏转所述锐角。
偏转模块本身可以用来使离子具有更多或更少的离子镜反射，而与离子在正交加速器处的入射角无关。
本文所述的光谱仪可以包括正交加速器，其被配置成沿离子接收轴接收离子并且使这些离子正交于离子接收轴加速；其中：(i)离子接收轴平行于第一维度(z维度)；或(ii)离子接收轴与第一维度(z维度)成锐角。
正交加速器可以被配置成以一系列脉冲对离子施加脉冲，其中脉冲的时序由编码序列确定，所述编码序列随一系列脉冲的进行而改变相邻脉冲之间的时间间隔的持续时间；其中光谱仪包括处理器，所述处理器被配置成使用编码序列中的脉冲的时序来确定在检测器处检测到的哪个离子数据与哪个离子加速器脉冲相关，以便分辨从不同的离子加速器脉冲获得的光谱数据。
离子加速器可以被配置成以一定速率对离子施加脉冲以使离子朝向检测器，使得以任何给定脉冲被施加脉冲以朝向检测器的一些离子在以后续脉冲被施加脉冲以朝向检测器的一些离子之后到达检测器。
光谱仪可以包括：分子量过滤器或离子分离器，其被布置在MRTOF质量分析器或质量分离器的上游，其中控制器被配置成使分子量过滤器或离子分离器与质量分析器或质量分离器同步，使得在使用中，将与背景气体分子具有第一相互作用速率的离子传输到MRTOF质量分析器或质量分离器中，同时将所述MRTOF质量分析器或质量分离器控制在第一模式，并且将与背景气体分子具有较高的第二相互作用速率的离子传输到MRTOF质量分析器或质量分离器中，同时将所述MRTOF质量分析器或质量分离器控制在第二模式。
例如，控制器可以被配置成使分子量过滤器或离子分离器与质量分析器或质量分离器同步，使得在使用中，将具有第一分子量范围的离子传输到MRTOF质量分析器或质量分离器中，同时将所述MRTOF质量分析器或质量分离器控制在第一模式，并且将具有更高的第二分子量范围的离子传输到MRTOF质量分析器或质量分离器中，同时将所述MRTOF质量分析器或质量分离器控制在第二模式。
然而，可以设想的是，离子分离器可以根据物理化学性质(而不是分子量)分离离子，所述物理化学性质确定这些离子与背景气体分子的相互作用速率。
例如，离子分离器可以是布置在质量分析器或质量分离器的上游的离子迁移率分离(IMS)装置，以便按离子迁移率的顺序将离子输送到质量分析器或质量分离器中。质量分析器或质量分离器可以与IMS装置同步，使得在第一模式下分析从IMS装置洗脱的较高迁移率离子，并在第二模式下分析从IMS装置洗脱的较低迁移率离子。
离子分离器可以在空间上分离离子并传输所有分离的离子。替代地，离子分离器可以是被配置成在任何给定时间(仅)传输与背景气体分子具有一定相互作用速率范围的离子并滤出其它离子的过滤器，其中传输的范围随时间的变化而变化。
离子分离器可以是质量分离器，例如随时间变化而改变传输的质荷比的四极质量过滤器。
可以设想的是，质量分析器或质量分离器可以按一种或多种另外的操作模式操作，其中分别执行第三或另外的不同次数的离子镜反射。质量分析器或质量分离器可以与离子分离器同步，使得在离子从离子分离器洗脱的同时质量分析器或质量分离器在不同模式之间切换。例如，质量分析器或质量分离器可以在离子洗脱时切换模式，使得按序模式下的离子镜反射次数逐渐减少。这可以确保离子镜反射的最佳次数和每种类型的离子洗脱可能的最高分辨率。在每种模式下都可以获得单独的光谱。
设想了其中控制器被设置且配置成在单个实验运行期间在第一模式和第二模式之间反复交替光谱仪的实施例。这可以优化对样品中低分子量和高分子量离子的分析。
质量分析器或分离器可以被配置成使得当离子在离子镜之间行进时，所述离子基本上不在所述第一维度(z维度)上空间地聚焦和/或准直；或质量分析器或分离器可以被配置成使得当离子在离子镜之间行进时，基本上不存在由于在第一维度(z维度)上的空间聚焦而产生的像差。
例如，光谱仪可以被配置成使得：(i)离子在质量分析器或分离器内基本上不会在第一维度(z维度)上空间地聚焦和/或准直；或(ii)离子在质量分析器或分离器内没有周期性地在第一维度(z维度)上聚焦和/或准直；或(iii)在第一离子镜反射后，离子在质量分析器或分离器内基本上不会在第一维度(z维度)上空间地聚焦和/或准直。这与常规的MRTOF质量分析器不同，常规的MRTOF质量分析器包含在离子镜之间的用于在第一维度(z维度)上聚焦离子的周期性透镜阵列。因此，本发明的实施例避免与周期性透镜阵列相关联的飞行时间像差。
质量分析器或质量分离器本身被认为是新颖的。因此，根据第二方面，本发明提供一种多反射飞行时间(MRTOF)质量分析器或质量分离器，其具有两个无栅离子镜，所述无栅离子镜在第一维度(z维度)上伸长且被配置成当离子在第一维度上行进时在第二正交维度(x维度)上多次反射离子；以及控制器，所述控制器被配置成按以下模式操作质量分析器或质量分离器：(i)第一模式，用于对与质量分析器或分离器中的背景气体分子具有第一相互作用速率的离子进行质量分析或质量分离，其中控制在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上和/或镜之间的第二维度(x维度)上的离子速度，使得离子在离子镜之间被反射第一次数(N)；以及(ii)第二模式，用于对与质量分析器或分离器中的背景气体分子具有较高的第二相互作用速率的离子进行质量分析或质量分离，其中控制在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上和/或镜之间的第二维度(x维度)上的离子速度，使得离子在离子镜之间被反射少于所述第一次数的第二次数。
质量分析器或质量分离器可以具有本文所论述的任何特征，例如关于本发明的第一方面所论述的任何特征。
本发明还提供一种质量光谱分析或质量分离的方法，包括：提供本文所述的光谱仪，或本文所述的质量分析器或质量分离器；在第一模式下操作光谱仪、或质量分析器或质量分离器，其中控制在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上和/或镜之间的第二维度(x维度)上的离子速度，使得与质量分析器或分离器中的背景气体分子具有第一相互作用速率的离子在离子镜之间被反射第一次数；并且在第二模式下操作光谱仪、或质量分析器或质量分离器，其中控制在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上和/或镜之间的第二维度(x维度)上的离子速度，使得与质量分析器或分离器中的背景气体分子具有较高的第二相互作用速率的离子在离子镜之间被反射少于所述第一次数的第二次数。
与背景分子的相互作用速率可以是离子在质量分析器或质量分离器中行进每单位路径长度的平均相互作用(例如，碰撞)次数。
所述方法可以包括本文所述的任何特征，例如关于本发明的第一方面所述的任何特征。
例如，离子在离子镜中反射的所述第一次数可以比所述第二次数大以下倍数：≥2、≥3、≥4、≥5、≥6、≥7、≥8、≥9、≥10、≥11、≥12、≥13、≥14、≥15、≥16、≥17、≥18、≥19或≥20。
在第一模式下分析的所有离子可以在离子镜中经历相同次数的反射，和/或在第二模式下分析的基本上所有的离子可以在离子镜中经历相同次数的反射。
在第一模式下，离子可以在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上具有第一范围的速度；并且在第二模式下，离子可以在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上具有较高的第二范围的速度。替代地或另外，可以使离子在第一模式和第二模式下在第二维度(x维度)上具有不同的平均速度。例如，这可以通过在第一模式和第二模式之间改变施加到一个或多个离子镜的一个或多个电压来实现，和/或如果正交加速器用于将离子加速到离子镜中，则通过在第一模式和第二模式之间改变施加到正交加速器的一个或多个电压来实现。
离子可以沿第一维度(z维度)上的轴进入质量分析器或分离器。
离子可以例如通过电势差来加速或减速，使得在第一模式下，离子以在第一维度(z维度)上的所述速度进入MRTOF质量分析器或质量分离器，从而使得离子被反射所述第一次数，并且在第二模式下，离子以在第一维度(z维度)上的所述速度进入MRTOF质量分析器或质量分离器，使得离子被反射所述第二次数。
MRTOF质量分析器或分离器内的偏转模块可以在第一模式和/或第二模式下偏转离子的平均轨迹，使得在第一模式下，离子在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上具有第一范围的速度；并且在第二模式下，离子在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上具有较高的第二范围的速度。
偏转模块可以向一个或多个电极施加一个或多个电压，使得在第一模式下，离开偏转模块的离子的平均轨迹相对于第二维度(x维度)成相对小的锐角，并且使得在第二模式下，所述平均轨迹相对于第二维度(x维度)成相对大的锐角。
正交加速器可以用于沿离子接收轴接收离子，并且使这些离子正交于离子接收轴且朝向离子镜之一加速。偏转模块可以布置在正交加速器的下游，使得所述偏转模块接收来自正交加速器的离子。
正交加速器可以沿与第一维度(z维度)成锐角布置的离子接收轴接收离子，并且偏转模块(在第一模式或第二模式下)可以使离开正交加速器的离子的平均轨迹朝向第二维度(x维度)偏转所述锐角。
正交加速器可以以一系列脉冲对离子施加脉冲，其中脉冲的时序由编码序列确定，所述编码序列随一系列脉冲的进行而改变相邻脉冲之间的时间间隔的持续时间；并且编码序列中的脉冲的时序可以用于确定在检测器处检测到的哪个离子数据与哪个离子加速器脉冲相关，以便分辨从不同的离子加速器脉冲获得的光谱数据。
离子加速器可以以一定速率对离子施加脉冲以使离子朝向检测器，使得以任何给定脉冲被施加脉冲以朝向检测器的一些离子在以后续脉冲被施加脉冲以朝向检测器的一些离子之后到达检测器。
所述方法可以包括：当与质量分析器或分离器中的背景气体分子具有相对低的相互作用程度的第一离子进入质量分析器或分离器时，以第一模式操作光谱仪；并且当与质量分析器或分离器中的背景气体分子具有相对高的相互作用程度的第二离子进入质量分析器或分离器时，以第二模式操作光谱仪。
第一离子的分子量可以低于第二离子的分子量。
第一离子与背景气体分子的碰撞横截面可以小于第二离子与背景气体分子的碰撞横截面。
所述方法可以包括：向质量分析器或质量分离器提供离子，根据确定离子与背景气体分子的相互作用速率的物理化学性质分离所述离子；在所述第一模式下操作，同时将具有所述物理化学性质的第一范围值的离子传输到MRTOF质量分析器或质量分离器中；以及在所述第二模式下操作，同时将具有所述物理化学性质的第二范围值的离子传输到MRTOF质量分析器或质量分离器中。
例如，物理化学性质可以是离子迁移率、分子量或质荷比。这可以优化对样品中低分子量和高分子量离子的分析。
当离子在离子镜之间行进时，离子可能不会在第一维度(z维度)上空间地聚焦和/或准直。例如，离子在质量分析器或分离器内可能不会在第一维度(z维度)上空间地聚焦和/或准直；或在第一离子镜反射后，离子在质量分析器或分离器内可能不会在第一维度(z维度)上空间地聚焦和/或准直。这与常规的MRTOF质量分析器不同，常规的MRTOF质量分析器包含在离子镜之间的用于在第一维度(z维度)上聚焦离子的周期性透镜阵列。因此，本发明的实施例避免与周期性透镜阵列相关联的飞行时间像差。
可以设想的是，离子镜不一定是无栅离子镜。因此，根据第三方面，本发明提供一种多反射飞行时间(MRTOF)质量光谱仪、质量分析器或质量分离器，其具有两个离子镜，所述离子镜在第一维度(z维度)上伸长且被配置成当离子在第一维度上行进时在第二正交维度(x维度)上多次反射离子；以及
控制器，所述控制器被配置成按以下模式操作光谱仪：(i)第一模式，其中控制在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上和/或镜之间的第二维度(x维度)上的离子速度，使得离子在离子镜之间被反射第一次数；以及(ii)第二模式，其中控制在通过质量分析器或分离器的第一维度(z维度)上和/或镜之间的第二维度(x维度)上的离子速度，使得离子在离子镜之间被反射少于所述第一次数的第二次数。
第三方面可以具有上文关于本发明的第一方面和第二方面描述的任何特征。
附图说明
现将仅借助于实例且参考附图来描述各种实施例，在附图中：
图1示出现有技术MRTOF质量分析器；
图2A示出根据本发明的实施例的在第一模式下操作的MRTOF质量分析器的示意图，其中离子以低漂移速度进入质量分析器；且图2B示出在第二模式下操作的质量分析器，其中离子以高漂移速度进入质量分析器；并且
图3示出根据另一实施例的(在第二模式下操作的)MRTOF质量分析器的示意图，其中离子轨迹在第一模式和第二模式下由偏转模块偏转不同的角度。
具体实施方式
图1示出已知的多反射TOF(MRTOF)质量光谱仪。仪器包括两个离子镜2，所述离子镜在x维度上由无场区3隔开。每一离子镜2包括用于在x维度上反射离子的多个电极，并且所述离子镜在z维度上伸长。周期性透镜阵列4布置在离子镜2之间的无场区中。正交离子加速器6布置在分析器的一端，且离子检测器8布置在分析器的另一端(在z维度上)。
在使用中，离子源将离子输送到正交离子加速器6，所述正交离子加速器以相对于x轴倾斜的角度将离子包10加速到第一离子镜中。因此，离子在x维度上具有速度，并且在z维度上还具有漂移速度。离子进入第一离子镜，并被反射回第二离子镜。然后，离子进入第二镜，并被反射回第一离子镜。然后，第一离子镜将离子反射回第二离子镜。这继续进行，并且当离子在z维度上沿装置漂移时，离子在两个离子镜之间不断反射，直到离子撞击到离子检测器8上为止。因此，离子在离子源与离子检测器8之间的x-z平面内遵循基本正弦的平均轨迹。
然而，离子在z维度上具有一定速度范围，且因此当离子行进穿过质量分析器时，离子在z维度上趋向于发散。为了减小这种发散，布置周期性透镜阵列4，使得当离子包10在离子镜2之间反射时穿过所述周期性透镜阵列。将电压施加到周期性透镜阵列4的电极，以使离子包在空间上聚焦于z维度上。这防止离子包在z维度上过度发散，否则会导致到达检测器8的一些离子仅被反射一定次数，而到达检测器的其它离子被反射更多次数。因此，周期性透镜阵列4防止离子在通向检测器8的途中通过质量分析器的飞行路径长度明显不同，飞行路径长度明显不同将会降低仪器的分辨率。然而，透镜阵列4可能引入TOF像差，并且透镜元件的位置也限制可以进行的离子镜反射的次数。周期性透镜还增加了系统的成本和复杂性。
本发明的发明人已经认识到，MRTOF质量分析器中光谱分辨率退化的另一原因是：不同类型的离子与背景气体分子相互作用的程度不同，因此在角度上的散射量不同。这可能导致不同类型的离子通过质量分析器的路径长度不同，且因此可能使质量分析器检测到的质量峰的光谱展宽。例如，具有相对大分子量的离子倾向于与质量分析器中的背景气体分子具有相对大的碰撞横截面，且因此相对很可能与质量分析器中的残留气体分子发生碰撞。相反，具有相对低分子量的离子倾向于与质量分析器中的背景气体分子具有相对小的碰撞横截面，且因此相对不太可能与质量分析器中的残留气体分子发生碰撞。
如上所述，离子与质量分析器中的背景气体分子之间的碰撞导致离子的角度散射和能量变化，从而导致光谱峰展宽。几个过程可能是TOF光谱退化的原因。例如，可能发生引起离子反冲和将能量流失到气体分子的弹性碰撞。另外或替代地，可能发生引起离子将中性或带电粒子(例如质子或溶剂加合物)流失到气体分子的非弹性碰撞。另外或替代地，可能发生引起离子经由碰撞诱导解离(CID)分裂成两个或更多个碎片离子的非弹性碰撞。由于离子在解离过程中释放能量，因此也可能在碰撞过程中发生飞行时间像差，这称为Derrick shift。因此，TOF光谱的退化可能与例如离子的碰撞横截面、离子的飞行路径长度、离子的能量以及离子与背景气体碰撞时发生分裂的易感性等因素有关(例如，已经观察到，与变性蛋白质相比，天然生成的紧密且电荷低的蛋白质不太可能分裂)。
上述过程可能改变离子经历的离子镜反射次数，且因此引起相当大的光谱噪声。这对于MRTOF质量分析器来说可能尤其成问题，因为所述MRTOF质量分析器不包含在用于在z维度上空间地聚焦离子包的离子镜之间的周期性透镜阵列。
上述问题可以通过将质量分析器的真空腔室抽吸至极低压力从而降低背景气体分子的浓度来得到缓解。然而，这种抽吸系统是昂贵的，并且在商用质量光谱仪中很难维持这种高度真空。替代地，TOF检测器可以在能量辨别模式下操作，但这明显减少了检测到的离子信号。
发明人已经认识到，由于不同类型的离子与质量分析器中的背景气体分子的相互作用程度不同，因此可能希望使不同类型的离子经历不同次数的离子镜反射，使得不同类型的离子通过质量分析器的TOF路径长度不同。在第一模式下，可以使与背景气体分子的相互作用程度相对低的离子在离子镜之间反射相对多的次数，以使这些离子的TOF路径长度相对较长且其质量分辨率相对较高。例如，具有相对低分子量的离子可以在离子镜之间被反射相对多的次数。相反，在第二模式下，可以使与背景气体分子的相互作用程度相对高的离子在离子镜之间反射相对少的次数，以使这些离子的TOF路径长度相对较短。例如，具有相对高分子量的离子可以在离子镜之间被反射相对少的次数。尽管第二模式可能预期提供较低的质量分辨率，但较短的路径长度意味着这些离子与背景气体发生的碰撞次数相对少，且因此散射较少。由于当发生较少的碰撞时光谱质量和分辨率变高，因此即使路径长度相对短，第二模式也可以提供相对高的分辨率。这种模式也有助于确保在第二模式下分析的基本所有离子引起相同次数的离子镜反射。可以配置质量分析器以使第二模式下的分辨率维持足够高以实现所需目的，例如定义分析物的同位素包膜。
如上所述，对于高分子量离子，有利的是减小气体压力与路径长度的乘积，从而避免与背景气体分子的碰撞。然而，永久地减小路径长度对低分子量物质的分析是不利的，例如对于较短的离子飞行时间而言，TOF像差变得更成问题。本文所述的操作的实施例克服了这些问题。
图2A示出根据本发明的实施例的在第一模式下操作的MRTOF质量分析器的示意图。仪器包括两个离子镜2，所述离子镜在x维度上由无场区3隔开。每一离子镜2包括多个电极，以使可以将不同的电压施加到电极上，从而使离子在x维度上被反射。电极在z维度上伸长，这允许离子在穿过装置时被每一镜2多次反射，如将在下文更详细地描述。每一离子镜2可以在X-Y平面中形成二维静电场。布置在离子镜2之间的漂移空间3可以是基本上无电场的，使得当离子被反射并在离子镜2之间的空间中行进时，所述离子行进穿过基本上无场区3。正交离子加速器6布置在质量分析器的一端，且离子检测器8布置在分析器的另一端(在z维度上)。
在使用中，离子在MRTOF质量分析器中被接收，且例如沿第一轴(例如，在z维度上延伸)进入正交加速器6。这允许仪器的占空比保持较高。正交加速器6正交于第一轴对离子(例如，周期性地)施加脉冲(即，在x维度上施加脉冲)，使得离子包在x维度上朝向离子镜2中的第一离子镜行进并进入所述第一离子镜。离子在z维度上保持其进入正交加速器6时具有的速度分量。因而，将离子以相对于x维度较小的倾斜角度注入到仪器的飞行时间区3中，其中x维度上的主要速度分量朝向第一离子镜2且z维度上的次要速度分量朝向检测器8。
离子进入离子镜中的第一离子镜，并反射回离子镜中的第二离子镜。离子在其朝向第二离子镜行进时穿过镜2之间的无场区3，并且所述离子以在无场区发生的已知方式根据其质荷比分离。然后，离子进入第二镜并被反射回第一离子镜，当所述离子朝向第一离子镜行进时再次穿过镜之间的无场区3。然后，第一离子镜将离子反射回第二离子镜。这继续进行，并且当离子在z维度上沿装置漂移时，离子在两个离子镜2之间不断反射，直到离子撞击到离子检测器8上为止。因此，离子在正交加速器6与离子检测器8之间的x-z平面内遵循基本正弦的平均轨迹。可以确定并使用从正交加速器6对给定离子施加脉冲的时间到检测到离子的时间之间经过的时间，并将其与飞行路径长度知识一起用于计算所述离子的质荷比。
在第一模式下，质量光谱仪被配置成当离子从正交加速器6传递到检测器8时使离子在离子镜之间反射相对多的次数，从而提供相对长的离子飞行路径和高质量分辨率。这可以通过使离子在行进穿过质量分析器时在z维度上具有相对低的速度来实现。例如，可以使离子进入在z维度上具有相对低的速度(例如，在z维度上的动能为20qV)的质量分析器。可以通过电势差使离子加速进入质量分析器，并且可以选择电势差，以使离子在行进穿过质量分析器时在z维度上具有相对低的速度。
可以在第一模式下操作质量分析器，以优化对与质量分析器中的背景气体分子的相互作用程度相对低的例如相对低分子量离子等离子的分析。可以在质量分析器的上游设置分子量过滤器或分离器，以便当质量分析器在第一模式下操作时(仅)将相对低分子量离子传输到所述质量分析器中。替代地，当已知分析物离子(仅)是相对低分子量离子时，质量分析器可以在第一模式下操作。光谱仪可以被配置成使得在第一模式下，在MRTOF质量分析器中接收到的所有离子当从正交加速器6被施加脉冲以送入到检测器8时执行相同次数的离子镜反射。然而，还可以设想的是，在单个实验运行期间，质量分析器可以在第一模式与第二模式之间交替(下文将详细论述)，以便优化对低分子量离子和高分子量离子的分析。
虽然在图2中示出20次离子镜反射，但是可以设置光谱仪以使离子经历不同次数的离子反射。
图2B示出在第二模式下操作的图2A的质量分析器。除了使离子在离子镜2之间的反射次数少于在第一模式下的反射次数之外，这种模式的操作方式与上述关于图2A的第一模式的操作方式相同。因此，在第二模式下，质量光谱仪被配置成当离子从正交加速器6传递到检测器8时使离子在离子镜2之间反射相对少的次数，从而提供相对短的离子飞行路径。这可以通过使离子在行进穿过质量分析器时在z维度上具有相对高的速度来实现。例如，可以使离子进入在z维度上具有相对高的速度(例如，在z维度上的动能为2000qV)的质量分析器。可以通过电势差使离子加速进入质量分析器，并且可以选择电势差，以使离子在行进穿过质量分析器时在z维度上具有相对高的速度。
可以在第二模式下操作质量分析器，以优化对与质量分析器中的背景气体分子的相互作用程度相对高的例如相对高分子量离子等离子的分析。
可以设想的是，可以在质量分析器的上游设置分子量过滤器或分离器，以便当质量分析器在第二模式下操作时(仅)将相对高分子量离子传输到所述质量分析器中。例如，可以将离子迁移率分离(IMS)装置布置在质量分析器的上游，以便按离子迁移率的顺序将离子输送到质量分析器中。质量分析器可以与IMS装置同步，使得在第一模式下分析从IMS装置洗脱的较高迁移率离子，并在第二模式下分析从IMS装置洗脱的较低迁移率离子。
替代地，质量分析器可以在第一模式下操作，同时已知被分析的样品(仅)包含具有相对低分子量离子的分析物离子，并且质量分析器可以在第二模式下操作，同时已知被分析的样品(仅)包含具有相对高分子量离子的分析物离子。
还可以设想的是，在单个实验运行期间，质量分析器可以在第一模式与第二模式之间交替，以便优化对例如可以同时被分析的低分子量离子和高分子量例子的分析。
光谱仪可以被配置成使得在第二模式下，在MRTOF质量分析器中接收到的所有离子当从正交加速器6被施加脉冲以送入检测器8时执行相同次数的离子镜反射。虽然在图2中仅示出两个离子镜反射，但是可以设置光谱仪以使离子经历不同次数的离子反射。
尽管已经描述了其中改变进入质量分析器的离子的动能(在z维度上)以在第一模式和第二模式下引起不同次数的离子镜反射的实施例，但可以设想的是，可以使用其它技术改变离子镜反射的次数。例如，可以使离子在第一模式和第二模式下于离子镜2之间在第二维度(x维度)上具有不同的平均速度。例如，这可以通过在第一模式和第二模式之间改变施加到一个或多个离子镜2的一个或多个电压和/或通过在第一模式和第二模式之间改变施加到正交加速器6的一个或多个电压来实现。
图3示出根据本发明的另一实施例的MRTOF质量分析器的示意图(在第二模式下操作)。除了将偏转模块12布置在正交加速器的下游以用于控制质量分析器内z维度上的离子的速度且因此控制离子经历的离子镜反射的次数之外，这种实施例的操作方式与上述关于图2A-2B的实施例的操作方式相同。偏转模块12可以包括一个或多个电极以及与其连接的供应电压，所述电极被布置和配置成控制离开正交加速器6的离子的轨迹。在所描绘的实施例中，偏转模块12包括两个间隔开的电极，离子在所述电极之间移动且电压电源在这些电极之间施加电势差，以便控制离子的轨迹。
离子由正交加速器6正交地施加脉冲以朝向离子镜2，且离子进入偏转模块12。控制施加到偏转模块12的电极的电压，使得在第一模式下，离开偏转模块12的离子的平均轨迹与x维度成相对小的锐角。因而，当离子漂移通过质量分析器并经历相对多次数的离子镜反射时，它们在z维度上的速度相对低。在第二模式下，控制施加到偏转模块12的电极的电压，使得离开偏转模块12的离子的平均轨迹与x维度成相对小的锐角。因而，当离子漂移通过质量分析器并经历相对少次数的离子镜反射时，它们在z维度上的速度相对高。
这种实施例使得离子能够在第一模式和第二模式期间进入在z维度上具有相同能量的MRTOF质量分析器(例如，如20qV的低能量)。这可以通过改变或不改变推进器模块的角度来提高TOF分辨率。然而，可以设想的是，结合使用如上所述的偏转模块可以在第一模式与第二模式之间改变z维度上的离子能量。
本发明的实施例涉及一种MRTOF质量分析器，其在离子镜2之间在z维度上基本上没有离子聚焦。(例如，没有用于在z维度上聚焦离子的周期性透镜4)。而是，当每一离子包10从正交加速器6行进到检测器8时，通过选择在第一模式和第二模式下通过质量分析器的适当离子飞行路径长度(即，反射次数)来限制所述离子包在z维度上的扩展，使得离子与背景气体的碰撞不足以使相同类型的离子在任何给定模式之一下通过质量分析器的路径长度不同。相反，MRTOF质量光谱仪通常试图获得非常高的分辨率，因此需要在离子镜2之间进行多次数的反射。因此，通常认为有必要使用布置在离子镜2之间的周期性透镜阵列来提供z维度聚焦，以防止离子包的宽度发散。
为了说明本文所论述的实施例的优点，下面描述数值实例。
平均自由路径计算预测，TOF质量分析器内离子与气体分子之间的平均碰撞次数Nc由下式给出：
Nc＝k.A.P.L
其中k是常数(241)，A是以埃平方为单位的离子的碰撞横截面面积，P是以mbar为单位的背景气体的压力，且L是离子在TOF质量分析器中行进的以米为单位的飞行路径长度(不是有效路径长度)。
因此，以大分子量离子为例，例如具有约7000A2碰撞横截面面积、并在保持在5×10-8mbar压力下且在第一模式下提供20m飞行路径长度的MRTOF质量分析器中进行分析的单克隆抗体，平均碰撞次数大于一且约为1.7。在这些条件下，MRTOF质量分析器的光谱质量相对较差，因为碰撞会导致离子被离子镜反射反射不同次数，从而为相同类型的离子提供多种路径长度和飞行时间。但是，切换到第二种模式，在这种模式下，飞行路径长度减少了十倍，仅为2m，这将平均碰撞次数减少到小于一(约为0.17)。例如，这可以通过将离子的动能(在z维度上)增加100倍(例如，从20qV到2000qV)来执行。第二种模式减少了离子与气体的碰撞，因此离子经历恒定次数的离子镜反射，从而为相同类型的离子提供基本相同的路径长度和飞行时间。
尽管已经参考优选实施例描述本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求书所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。
例如，尽管已经描述其中质量分析器在执行不同次数的离子镜反射的两个模式之间交替的实施例，但可以设想的是，可以执行其中执行不同次数的离子镜反射的任何数量的模式。可以设想的是，可以执行第三、第四或第五(或其它)模式，其中分别执行三次、四次或五次(或更多次)离子镜反射。当离子在质量分析器的上游，例如通过离子迁移率分离器(IMS)装置分离时，这可能特别有用。在这些实施例中，质量分析器可以与离子分离器同步，使得在离子从分离器洗脱的同时质量分析器在不同模式之间步进。例如，质量分析器可以在离子洗脱时切换模式，使得按序模式下的离子镜反射次数逐渐减少。这可以确保离子镜反射的最佳次数和每种类型的离子洗脱可能的最高分辨率。在每种模式下都可以获得单独的光谱。
尽管已经描述其中在第一模式和第二模式下离子都在MRTOF质量分析器的z维度上行进相同距离的实施例，但可以设想的是，可以使离子在第一模式下在z维度上行进的距离大于在第二模式下在z维度上行进的距离，使得离子在第一模式下比第二模式下执行更多次数的离子镜反射。例如，这可以通过在z维度上的不同位置处设置两个检测器来实现，使得在第一模式下，在z维度上更远离正交加速器布置的检测器处检测离子，在第二模式下，由z维度上位于更靠近正交加速器的检测器检测离子。替代地，离子在第一模式下在z维度上被反射的次数可比离子在第二模式下在z维度上被反射的次数(如果有的话)多，使得离子在到达检测器之前在第一模式下比在第二模式下执行更多次的离子镜反射。在这些实施例中，在第一模式和第二模式下，离子在离子镜中反射的间距(即离子轨迹角度)可相同或不同。
尽管已经关于具有用于确定离子质荷比的检测器的MRTOF质量分析器描述了实施例，但可以替代地设想离子镜可以简单地提供没有TOF检测器的质量分离区。

Claims (18)

1.一种质量光谱仪，包括：
多反射飞行时间MRTOF质量分析器或质量分离器，所述多反射飞行时间MRTOF质量分析器或质量分离器具有两个无栅离子镜，所述无栅离子镜在第一维度上伸长且被配置成当离子在所述第一维度上行进时在正交的第二维度上多次反射所述离子；
控制器，所述控制器被配置成按以下模式操作所述光谱仪：(i)第一模式，用于对与所述质量分析器或分离器中的背景气体分子具有第一相互作用速率的离子进行质量分析或质量分离，其中控制在通过所述质量分析器或分离器的所述第一维度上和/或所述无栅离子镜之间的第二维度上的离子速度，使得所述离子在所述无栅离子镜之间被反射第一次数；和(ii)第二模式，用于对与所述质量分析器或分离器中的背景气体分子具有较高的第二相互作用速率的离子进行质量分析或质量分离，其中控制在通过所述质量分析器或分离器的所述第一维度上和/或所述无栅离子镜之间的第二维度上的所述离子速度，使得所述离子在所述无栅离子镜之间被反射少于所述第一次数的第二次数；和
用于向所述MRTOF质量分析器或质量分离器提供离子的装置，根据确定所述离子与所述背景气体分子的相互作用速率的物理化学性质分离所述离子，
其中所述控制器被配置成在所述第一模式下操作所述光谱仪，同时将具有所述物理化学性质的第一范围值的离子传输到所述MRTOF质量分析器或质量分离器中；并且被配置成在所述第二模式下操作所述光谱仪，同时将具有所述物理化学性质的第二范围值的离子传输到所述MRTOF质量分析器或质量分离器中。
2.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述两个无栅离子镜被配置成在所述第一维度上在基本上相同的长度内反射离子。
3.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述质量分析器或质量分离器包括离子加速器，所述离子加速器用于使离子加速到所述无栅离子镜之一中，且所述离子加速器布置在所述无栅离子镜之间；和/或
包括离子检测器，所述离子检测器用于检测已被所述无栅离子镜反射后的离子，且布置在所述无栅离子镜之间。
4.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述质量分析器或分离器被配置成维持在以下压力：≥1×10-8mbar。
5.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述离子在所述无栅离子镜中被反射的所述第一次数比所述第二次数大以下倍数：≥2。
6.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述控制器被配置成使得在所述第一模式下分析的基本上所有所述离子在所述无栅离子镜中经历相同次数的反射，和/或其中在所述第二模式下分析的基本上所有所述离子在所述无栅离子镜中经历相同次数的反射。
7.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述控制器被配置成使得在所述第一模式下，所述离子在通过所述质量分析器或分离器的所述第一维度上具有第一范围的速度，并且在所述第二模式下，所述离子在通过所述质量分析器或分离器的所述第一维度上具有较低的第二范围的速度；和/或
其中所述控制器被配置成使得在所述第一模式下，所述离子在所述无栅离子镜之间的所述第二维度上具有第一范围的速度，并且在所述第二模式下，所述离子在所述无栅离子镜之间的所述第二维度上具有较低的第二范围的速度。
8.根据权利要求7所述的光谱仪，包括电极和一个或多个电压电源，所述电压电源被配置成在所述电极之间施加使所述离子加速或减速的电势差，使得在所述第一模式下，离子以在所述第一维度上的所述速度进入所述MRTOF质量分析器或质量分离器，从而使所述离子被反射所述第一次数，并且在所述第二模式下，离子以在所述第一维度上的所述速度进入所述MRTOF质量分析器或质量分离器，从而使所述离子被反射所述第二次数。
9.根据权利要求1所述的光谱仪，包括在所述MRTOF质量分析器或分离器内的偏转模块，所述偏转模块被配置成在所述第一模式和/或所述第二模式下偏转所述离子的平均轨迹，使得在所述第一模式下，所述离子在通过所述质量分析器或分离器的所述第一维度上具有第一范围的速度；并且在所述第二模式下，所述离子在通过所述质量分析器或分离器的所述第一维度上具有较高的第二范围的速度。
10.根据权利要求9所述的光谱仪，其中所述偏转模块包括：一个或多个电极；和连接到所述电极的电压电源；并且其中所述偏转模块被配置成向所述一个或多个电极施加一个或多个电压，使得离开所述偏转模块的所述离子的所述平均轨迹在所述第一模式下与所述第二维度成相对小的锐角，并且在所述第二模式下与所述第二维度成相对大的锐角。
11.根据权利要求9所述的光谱仪，包括正交加速器，所述正交加速器被配置成沿离子接收轴接收离子，并且正交于所述离子接收轴且朝向所述无栅离子镜之一加速这些离子，并且其中所述偏转模块被布置在所述正交加速器的下游。
12.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述用于向所述MRTOF质量分析器或质量分离器提供离子的装置包括：分子量过滤器或离子分离器，所述分子量过滤器或离子分离器被布置在所述MRTOF质量分析器或质量分离器的上游，其中所述控制器被配置成使所述分子量过滤器或离子分离器与所述质量分析器或质量分离器同步，使得在使用中将与所述背景气体分子具有第一相互作用速率的离子传输到所述MRTOF质量分析器或质量分离器中，同时将所述MRTOF质量分析器或质量分离器控制在所述第一模式，并且将与所述背景气体分子具有较高的第二相互作用速率的离子传输到所述MRTOF质量分析器或质量分离器中，同时将所述MRTOF质量分析器或质量分离器控制在所述第二模式。
13.根据权利要求1所述的光谱仪，其中所述质量分析器或分离器被配置成使得当离子在所述无栅离子镜之间行进时，所述离子不在所述第一维度上空间地聚焦和/或准直；或
其中所述质量分析器或分离器被配置成使得当所述离子在所述无栅离子镜之间行进时，不存在由于在所述第一维度上的空间聚焦而产生的像差。
14.一种质量光谱分析或质量分离的方法，包括：
提供
多反射飞行时间MRTOF质量分析器或质量分离器，所述多反射飞行时间MRTOF质量分析器或质量分离器具有两个无栅离子镜，所述无栅离子镜在第一维度上伸长且被配置成当离子在所述第一维度上行进时在正交的第二维度上多次反射所述离子；和
控制器，所述控制器被配置成按以下模式操作所述质量分析器或质量分离器：(i)第一模式，用于对与所述质量分析器或分离器中的背景气体分子具有第一相互作用速率的离子进行质量分析或质量分离，其中控制在通过所述质量分析器或分离器的所述第一维度上和/或所述无栅离子镜之间的第二维度上的离子速度，使得所述离子在所述无栅离子镜之间被反射第一次数；和(ii)第二模式，用于对与所述质量分析器或分离器中的背景气体分子具有较高的第二相互作用速率的离子进行质量分析或质量分离，其中控制在通过所述质量分析器或分离器的所述第一维度上和/或所述无栅离子镜之间的第二维度上的所述离子速度，使得所述离子在所述无栅离子镜之间被反射少于所述第一次数的第二次数；
在所述第一模式下操作所述质量分析器或质量分离器以对所述与所述质量分析器或分离器中的背景气体分子具有第一相互作用速率的离子进行质量分析或质量分离，其中控制在通过所述质量分析器或分离器的所述第一维度上和/或所述无栅离子镜之间的所述第二维度上的所述离子速度，使得所述与所述质量分析器或分离器中的背景气体分子具有第一相互作用速率的离子在所述无栅离子镜之间被反射所述第一次数；并且
在所述第二模式下操作所述质量分析器或质量分离器以对所述与所述质量分析器或分离器中的背景气体分子具有较高的第二相互作用速率的离子进行质量分析或质量分离，其中控制在通过所述质量分析器或分离器的所述第一维度上和/或所述无栅离子镜之间的所述第二维度上的所述离子速度，使得所述与所述质量分析器或分离器中的背景气体分子具有较高的第二相互作用速率的离子在所述无栅离子镜之间被反射少于所述第一次数的所述第二次数。
15.根据权利要求14所述的方法，其中第一离子的分子量低于第二离子的分子量。
16.根据权利要求14所述的方法，其中第一离子与所述背景气体分子的碰撞横截面小于第二离子与所述背景气体分子的碰撞横截面。
17.根据权利要求14所述的方法，包括：向所述质量分析器或质量分离器提供离子，根据确定所述离子与所述背景气体分子的相互作用速率的物理化学性质分离所述离子；在所述第一模式下操作，同时将具有所述物理化学性质的第一范围值的离子传输到所述MRTOF质量分析器或质量分离器中；和在所述第二模式下操作，同时将具有所述物理化学性质的第二范围值的离子传输到所述MRTOF质量分析器或质量分离器中。
18.根据权利要求14所述的方法，其中当离子在所述无栅离子镜之间行进时，所述离子不在所述第一维度上空间地聚焦和/或准直。
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