CN113508450A - 四极装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种操作四极装置(10)的方法。电压源(12)向所述四极装置(10)施加主四极电压、辅四极电压和二极电压。这可以以使得仅与单个X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域相对应的离子由所述四极装置(10)传输的方式进行。

Description

四极装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年3月11日提交的英国专利申请第1903213.5号和于2019年3月11日提交的英国专利申请第1903214.3号的优先权和权益。这些申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及四极装置和分析仪器，如包括四极装置的质量和/或离子迁移谱仪，且具体涉及四极滤质器和包括四极滤质器的分析仪器。

背景技术

四极滤质器是公知的，并且包括四个平行杆电极。图1示出了四极滤质器的典型布置。

在常规操作中，向四极的杆电极施加RF电压和DC电压，使得四极在质量或质荷比分辨操作模式下进行操作。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。

驱动电压被选择为使得四极装置在一个或多个所谓的“稳定性区域”之一中操作，即，使得至少一些离子将在四极装置中呈现稳定轨迹。例如，四极装置通常在所谓的“第一”(即，最低阶)稳定性区域中操作。

US 5227629描述了向四极的电极(除了主RF和DC电压之外)施加单个另外四极AC扰动电压的操作模式。这具有改变稳定性图使得产生新的稳定性区域或“稳定性岛(islands of stability)”的作用。在这种操作模式下进行操作可以提供高质量分辨率。

N.V.Konenkov等人在《国际质谱学杂志(International Journal of MassSpectrometry)》208(2001)17–27(Konenkov)中的文章中更具体描述了这些修改的稳定性图。

M.Sudakov等人在《国际质谱学杂志》408(2016)9-19(Sudakov)中的文章中描述了一种操作模式，其中向四极的杆电极(除了主RF和DC电压之外)施加两个另外锁相AC激励。这具有沿着第一稳定性区域顶部附近的高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。

期望提供一种改进的四极装置。

发明内容

根据一方面，提供了一种操作四极装置的方法，所述方法包括：

向所述四极装置施加主四极电压；

向所述四极装置施加辅四极电压；以及

向所述四极装置施加二极电压。

各个实施例涉及一种操作四极装置(如四极滤质器)的方法，其中向所述四极装置(同时)施加主(AC或RF)四极电压和辅(AC或RF)四极电压。

因此，例如，根据各个实施例，通过向四极装置的一对相对电极施加重复(AC或RF)四极电压波形的第一相位并且向另一对相对电极施加重复(AC或RF)四极电压波形的相反相位(180°异相)，向四极装置施加包括主(AC或RF)和辅(AC或RF)四极电压的重复(AC或RF)四极电压波形。

除了主四极(AC或RF)和辅(AC或RF)四极电压之外，还向四极装置施加(与主四极电压和辅四极电压同时)二极(AC或RF)电压。

因此，例如，根据各个实施例，通过向所述四极装置的电极之一施加重复(AC或RF)二极电压波形的第一相位，并且向所述四极装置的相反电极施加重复(AC或RF)二极电压波形的相反相位(180°异相)(或通过向四极装置的一对邻近电极施加重复(AC或RF)二极电压波形的第一相位，并且向另一对邻近电极施加重复(AC或RF)二极电压波形的相反相位(180°异相))，向四极装置施加包括(AC或RF)二极电压的重复(AC或RF)二极电压波形。

如下文将更详细地描述的，向四极装置施加辅(AC或RF)四极电压可以允许四极装置在具有改进的性能特征(如高质量分辨率和快速质量分离)的操作模式下进行操作，如在“X频带”、“类X频带”、“Y频带”或“类Y频带”操作模式下。

然而，如在本文所描述的各个实施例中，在向四极装置施加仅单个辅四极电压的情况下，使四极装置在此类操作模式下进行操作可能导致四极装置在两个独立的质荷比范围内不期望地同时传输离子。这是因为在这些操作模式下，所谓的“扫描线”可以与多个不同的稳定性区域重叠。

根据各个实施例，向四极装置施加另外的(AC或RF)二极电压以防止不期望的离子的传输，当在此操作模式(“单个辅激励X频带”或“单个辅激励Y频带”)下进行操作时，所述不期望的离子可以以其它方式被四极装置传输。

如下文将更详细地描述的，以这种方式向四极装置施加(AC或RF)二极电压代表了一种特别方便的技术，用于防止这些不期望的离子的传输，并且可以以相对直接的方式实现，而不会显著增加装置复杂性，并且因此不会显著增加装置成本。

因此，各个实施例提供了一种操作模式，其中可以实现(类)X频带(或(类)Y频带)操作的益处，例如在高质量分辨率和快速质量分离方面，同时确保只有在单个(期望)质荷比窗口内的离子才能由四极装置以特别直接和方便的方式传输。

因此，将理解，本发明提供了一种改进的四极装置。

所述方法可以包括向四极装置施加一个或多个DC电压(与主四极、辅四极和辅二极电压同时)。

所述主四极电压、所述辅四极电压和所述一个或多个DC电压可以被选择为对应于所述四极装置同时在两个或更多个稳定性区域中的操作。即，主四极电压、辅四极电压和所述一个或多个DC电压可以被选择为使得当向四极装置(同时)施加仅主四极电压、辅四极电压和所述一个或多个DC电压(而不施加二极电压)时，质荷比在至少两个不同质荷比范围(每个范围与所述两个或更多个稳定性区域中的相应一个稳定性区域相对应)内的离子同时在四极装置内(可以在其中呈现稳定轨迹)稳定(并且因此可以被四极装置(同时)传输)。换句话说，所述主四极电压、所述辅四极电压和所述一个或多个DC电压可以被选择为使得扫描线跨两个或更多个稳定性区域。

所述(或每个)(AC或RF)二极电压可以被选择为使得向四极装置施加(AC或RF)二极电压使与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域(相应的稳定性区域)相对应的离子衰减(在那些离子穿过四极装置时)。

根据另一方面，提供了一种操作四极装置的方法，所述方法包括：

向所述四极装置施加主四极电压；

向所述四极装置施加辅四极电压；以及

向所述四极装置施加一个或多个DC电压；

其中所述主四极电压、所述辅四极电压和所述一个或多个DC电压被选择为对应于所述四极装置同时在两个或更多个稳定性区域中的操作；所述方法进一步包括：

在与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应的离子穿过所述四极装置时使那些离子衰减。

在与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应的离子穿过所述四极装置时使那些离子衰减可以包括向四极装置施加一个或多个(AC或RF)电压(与主(AC或RF)四极电压、辅(AC或RF)四极电压和一个或多个DC电压同时)。所述一个或多个(AC或RF)电压可以包括一个或多个(AC或RF)二极电压。

可以通过(向四极装置施加二极电压)在离子穿过四极装置时使所述离子中的至少一些(例如全部)离子的径向振幅增加来使所述离子(与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应)衰减。

可以通过(向四极装置施加二极电压)使所述离子中的至少一些(例如全部)离子撞击四极装置的一个或多个电极和/或径向离开四极装置(四极装置的电极之间)来使离子(与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应)衰减和/或以其它方式由四极装置(不传输)衰减(到下游装置)。

所述(AC或RF)二极电压可以被配置成使与所述两个或更多个稳定性区域中除单个所选稳定性区域外的一个或多个稳定性区域相对应的离子衰减。

所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域可以是X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域。因此，在所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域的稳定性边界处的不稳定性(喷射)可以(仅)在单个(x或y)方向上。

所述单个所选稳定性区域可以是X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域。即，所述单个所选稳定性区域可以是稳定性区域，对于所述稳定性区域，稳定性区域的稳定性边界处的不稳定性(喷射)可能(仅)在单个(x或y)方向上。

所述方法可以包括使与所述两个或更多个稳定性区域中除(单个)X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域外的每个稳定性区域相对应的离子衰减。这可以通过选择(AC或RF)二极电压使得向四极装置施加(AC或RF)二极电压使与所述两个或更多个稳定性区域中除(单个)X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域外的每个稳定性区域相对应的离子衰减来进行。

四极装置可以传输(仅)与(仅)(单个)X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域相对应的离子。即，四极装置可以传输(仅)与(仅)(单个)稳定性区域的相对应离子，对于所述稳定性区域，稳定性区域的稳定性边界处的不稳定性(喷射)在(仅)单个(x或y)方向上。

仅可以向四极装置施加单个辅四极电压。

(单个)X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域可以是“单个激励X频带”(或“单个激励Y频带”)稳定性区域。即，(单个)X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域可以通过向四极装置施加仅单个辅四极电压(除了主四极电压之外)来产生。

主四极电压、辅四极电压和二极电压中的至少一个(例如，每个)电压可以包括数字电压。

主四极电压、辅四极电压和二极电压中的至少一个(例如，每个)电压可以包括谐波(RF或AC)电压。

四极装置可以包括四个(平行)(杆)电极，并且可以向四个电极中的至少一个电极如两个或所有(四个)电极施加每个电压。

向所述四极装置施加主(AC或RF)四极电压波形可以包括向四极装置的(四个)电极中的至少一个电极，如两个或所有(四个)电极施加主(AC或RF)四极电压波形。

向所述四极装置施加辅(AC或RF)四极电压可以包括向四极装置的(四个)电极中的至少一个电极，如两个或所有(四个)电极施加辅(AC或RF)四极电压。

向所述四极装置施加所述(或每个)(AC或RF)二极电压可以包括向四极装置的(四个)电极中的至少一个电极，如两个或所有(四个)电极施加(AC或RF)二极电压。

向所述四极装置施加所述一个或多个DC电压可以包括向四极装置的(四个)电极中的至少一个电极，如两个或所有(四个)电极施加所述一个或多个DC电压(中的每个)。

四极装置的四个电极可以被布置为两对相对电极。四个电极可以因此被分组为两对邻近电极，其中每对相邻电极仅包括每对相对电极中的一个电极。

向四极装置施加主(AC或RF)四极电压和/或向四极装置施加辅(AC或RF)四极电压可以包括向四极装置的一对相对电极(的每个电极)施加重复(AC或RF)四极电压波形的第一相位，以及向另一对相对电极(的每个电极)施加重复(AC或RF)四极电压波形的相反相位(180°异相)。

另外或可替代地，向四极装置施加主(AC或RF)四极电压和/或向四极装置施加辅(AC或RF)四极电压可以包括向四极装置的相对电极对中的仅一对(的每个电极)施加重复(AC或RF)四极电压波形的第一相位(并且不向四极装置的另一对相对电极(的每个电极)施加重复四极电压波形(的任何相位))。

向四极装置施加所述(或每个)(AC或RF)二极电压可以包括向四极装置的一对邻近电极(的每个电极)施加重复(AC或RF)二极电压波形的第一相位，以及向另一对邻近电极(的每个电极)施加重复(AC或RF)二极电压波形的相反相位(180°异相)。

另外或可替代地，向四极装置施加所述(或每个)(AC或RF)二极电压可以包括向四极装置的仅一个电极施加重复(AC或RF)二极电压波形的第一相位，以及向四极装置的(仅)相对电极施加重复(AC或RF)二极电压波形的相反相位(180°异相)(并且不向四极装置的其它(两个)电极施加重复二极电压波形(的任何相位))。

四极装置可以包括四极滤质器。

所述方法可以包括使所述四极滤质器进行操作，使得离子根据所述离子的质荷比得到选择和/或过滤。

所述方法可以包括改变(如扫描)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)。即，所述方法可以包括改变四极装置的设定质量。

所述方法可以包括改变四极装置的分辨率。这可以根据四极装置选择和/或传输离子的质荷比或质荷比范围(的中心)来进行(即，根据四极装置的设定质量)。

所述方法可以包括：

增加四极装置的分辨率，同时增加四极装置选择和/或传输离子的质荷比或质荷比范围(的中心)(即，同时增加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(的中心)(即，同时减小四极装置的设定质量)。

如本文所使用的，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。

所述方法可以包括改变四极装置的分辨率以便对于不同的质荷比或质荷比范围(即，对于不同的设定质量)保持恒定的峰宽。

所述方法可以包括通过改变主四极电压和/或辅四极电压和/或二极电压的振幅和/或频率来改变四极装置的分辨率。

根据一方面，提供了一种质谱法和/或离子迁移谱法方法，其包括上文所描述的方法。

根据另一方面，提供了一种设备，其包括：

四极装置；以及

一个或多个电压源，所述一个或多个电压源被配置成：

向所述四极装置施加主四极电压；

向所述四极装置施加辅四极电压；并且

向所述四极装置施加二极电压。

所述一个或多个电压源可以被配置成向四极装置施加一个或多个DC电压(与主(AC或RF)四极、辅(AC或RF)四极和辅(AC或RF)二极电压同时)。

所述主(AC或RF)四极电压、所述辅(AC或RF)四极电压和所述一个或多个DC电压可以被选择为对应于所述四极装置同时在两个或更多个稳定性区域中的操作。换句话说，所述主四极电压、所述辅四极电压和所述一个或多个DC电压可以被选择为使得扫描线跨两个或更多个稳定性区域。

所述(或每个)(AC或RF)二极电压可以被选择为使得向四极装置施加(AC或RF)二极电压使与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域(相应的稳定性区域)相对应的离子衰减(在那些离子穿过四极装置时)。

根据另一方面，提供了一种设备，其包括：

四极装置；以及

一个或多个电压源，所述一个或多个电压源被配置成：

向所述四极装置施加主四极电压；

向所述四极装置施加辅四极电压；并且

向所述四极装置施加一个或多个DC电压；

其中所述主四极电压、所述辅四极电压和所述一个或多个DC电压被选择为对应于所述四极装置同时在两个或更多个稳定性区域中的操作；并且

其中所述设备被配置成在与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应的离子穿过所述四极装置时使那些离子衰减。

所述一个或多个电压源可以被配置成向四极装置施加一个或多个(AC或RF)电压(与主(AC或RF)四极电压、辅(AC或RF)四极电压和一个或多个DC电压同时)，以在与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应的离子穿过所述四极装置时使那些离子衰减。所述一个或多个(AC或RF)电压可以包括一个或多个(AC或RF)二极电压。

所述设备可以被配置成通过(向四极装置施加(AC或RF)二极电压)在离子穿过四极装置时使所述离子中的至少一些(例如全部)离子的径向振幅增加来使所述离子(与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应)衰减。

所述设备可以被配置成通过(向四极装置施加(AC或RF)二极电压)使所述离子中的至少一些(例如全部)离子撞击四极装置的一个或多个电极和/或径向离开四极装置(四极装置的电极之间)来使离子(与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应)衰减和/或以其它方式由四极装置(不传输)衰减(到下游装置)。

所述(AC或RF)二极电压可以被配置成使与所述两个或更多个稳定性区域中除单个所选稳定性区域外的一个或多个稳定性区域相对应的离子衰减。

所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域可以是X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域。因此，在所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域的稳定性边界处的不稳定性(喷射)可以(仅)在单个(z或y)方向上。

所述单个所选稳定性区域可以是X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域。即，所述单个所选稳定性区域可以是稳定性区域，对于所述稳定性区域，稳定性区域的稳定性边界处的不稳定性(喷射)可能(仅)在单个(x或y)方向上。

所述设备可以被配置成使与所述两个或更多个稳定性区域中除(单个)X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域外的每个稳定性区域相对应的离子衰减。(AC或RF)二极电压可以被选择使得向四极装置施加(AC或RF)二极电压使与所述两个或更多个稳定性区域中除(单个)X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域外的每个稳定性区域相对应的离子衰减来进行。

所述设备可以被配置成使得四极装置传输(仅)与(仅)(单个)X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域相对应的离子。所述设备可以被配置成使得四极装置传输(仅)与(仅)(单个)稳定性区域相对应的离子，对于所述稳定性区域，稳定性区域的稳定性边界处的不稳定性(喷射)在(仅)单个(x或y)方向上。

所述一个或多个电压源可以被配置成向所述四极装置施加仅单个辅(AC或RF)四极电压。

(单个)X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域可以是“单个激励X频带”(或“单个激励Y频带”)稳定性区域。即，单个X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域可以通过向四极装置施加仅单个辅(AC或RF)四极电压来产生。

所述一个或多个电压源中的至少一个(例如，每个)电压源可以包括数字电压源。

所述一个或多个电压源中的至少一个(例如，每个)电压源可以包括谐波(RF或AC)电压源。

四极装置可以包括四个(平行)(杆)电极，并且所述一个或多个电压源可以被配置成向四个电极中的至少一个电极如两个或所有(四个)电极施加每个电压(波形)。

所述一个或多个电压源可以被配置成通过向四极装置的(四个)电极中的至少一个电极，如两个或所有(四个)电极施加主(AC或RF)四极电压来向所述四极装置施加主(AC或RF)四极电压。

所述一个或多个电压源可以被配置成通过向四极装置的(四个)电极中的至少一个电极，如两个或所有(四个)电极施加辅(AC或RF)四极电压来向所述四极装置施加辅(AC或RF)四极电压。

所述一个或多个电压源可以被配置成通过向四极装置的(四个)电极中的至少一个电极，如两个或所有(四个)电极施加(AC或RF)二极电压来向所述四极装置施加所述(或每个)(AC或RF)二极电压。

所述一个或多个电压源可以被配置成通过向四极装置的(四个)电极中的至少一个电极，如两个或所有(四个)电极施加所述一个或多个DC电压(的每个)来向四极装置施加所述一个或多个DC电压。

四极装置的四个电极可以被布置为两对相对电极。四个电极可以因此被分组为两对邻近电极，其中每对相邻电极仅包括每对相对电极中的一个电极。

所述一个或多个电压源可以被配置成通过向四极装置的一对相对电极(的每个电极)施加重复(AC或RF)四极电压波形的第一相位，并且向另一对相对电极(的每个电极)施加重复(AC或RF)四极电压波形的相反相位(180°异相)来向四极装置施加主(AC或RF)四极电压和/或辅(AC或RF)四极电压。

另外或可替代地，所述一个或多个电压源可以被配置成通过向四极装置的相对电极对中的仅一对(的每个电极)施加重复(AC或RF)四极电压波形的第一相位(并且不向四极装置的另一对相对电极(的每个电极)施加重复四极电压波形(的任何相位))来向四极装置施加主(AC或RF)四极电压和/或辅(AC或RF)四极电压。

所述一个或多个电压源可以被配置成通过向四极装置的一对邻近电极(的每个电极)施加重复(AC或RF)二极电压波形的第一相位，以及向另一对邻近电极(的每个电极)施加重复(AC或RF)二极电压波形的相反相位(180°异相)来向四极装置施加所述(或每个)(AC或RF)二极电压。

另外或可替代地，所述一个或多个电压源可以被配置成通过向四极装置的仅一个电极施加重复(AC或RF)二极电压波形的第一相位，以及向四极装置的(仅)相对电极施加重复(AC或RF)二极电压波形的相反相位(180°异相)(并且不向四极装置的其它(两个)电极施加重复二极电压波形(的任何相位))来向四极装置施加所述(或每个)(AC或RF)二极电压。

四极装置可以包括四极滤质器。

所述设备可以被配置成使得所述四极滤质器进行操作，使得离子根据所述离子的质荷比得到选择和/或过滤。

所述设备可以被配置成改变(如扫描)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)。即，控制系统可以被配置成改变四极装置的设定质量。

所述设备可以被配置成改变四极装置的分辨率。这可以根据四极装置选择和/或传输离子的质荷比或质荷比范围来进行(即，根据四极装置的设定质量)。

所述设备可以被配置成：

增加四极装置的分辨率，同时增加四极装置选择和/或传输离子的质荷比或质荷比范围(的中心)(即，同时增加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(的中心)(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。

所述设备可以被配置成改变四极装置的分辨率以便对于不同的质荷比或质荷比范围保持恒定的峰宽。

所述设备可以被配置成通过改变主四极电压和/或辅四极电压和/或二极电压的振幅和/或频率来改变四极装置的分辨率。

根据一方面，提供了一种质谱仪和/或离子迁移谱仪，其包括上文所描述的设备。

根据一方面，提供了一种方法，其包括：

提供包括第一对相对电极和第二对相对电极的第一四极离子导向器；

在第一对相对电极与第二对相对电极之间施加振幅为V和频率为ω的第一主或驱动AC电压；

在第一对相对电极与第二对相对电极之间施加DC电压U；以及

在第一对相对电极与第二对相对电极之间施加振幅为V_ex和频率为ω_ex的第二参数激励AC电压，其中V>V_ex并且ω≠ω_ex，使得在操作中多于一个不同的质荷比区域是同时传输的；

其中所述同时传输的质荷比范围中的一些质荷比范围内的离子在穿过四极离子导向器时被阻止传输。

可以通过向第一四极离子导向器施加一个或多个二极激励波形来提供防止离子传输的手段。

根据各个实施例，除了限制RF和分辨DC电压之外，还施加单个四极激励波形以改变四极装置的稳定性图。

在操作中，DC/RF比可以被调整使得多于一个质荷比区域或窗口被四极装置同时传输。

传输的质荷比区域中的至少一个质荷比区域可以源自离子稳定性区域，这导致改进的峰形、丰度灵敏度和分辨率-传输率特征。

通过在一个或多个可能与四极激励频率不同的频率下施加一个或多个单独的二极激励波形，不期望被传输的质荷比范围的离子可以被阻止离开四极装置或被阻止被向前传输。

二极激励波形可以用于增加不需要的离子穿过四极装置时的径向振幅，使得所述离子撞击电极，在电极之间或通过电极喷射或者在退出时受到足够的干扰，以至于所述离子无法被下游装置传输或检测。因此，四极装置可能只允许传输单个质荷比范围。

附图说明

现将仅通过实例并且参考附图描述各个实施例，其中：

图1示意性地示出了根据各个实施例的四极滤质器；

图2示出了在操作模式下进行操作的四极滤质器的稳定性图，其中向四极滤质器施加单个辅四极激励波形；

图3A示意性地示出了其中辅滤质器布置在分析四极滤质器上游的布置；并且图3B示意性地示出了其中辅滤质器布置在分析四极滤质器下游的布置；

图4展示了滤质器对图2的稳定性图的作用；

图5A示出了使用通过同时与两个稳定性区域相交的扫描线进行操作的四极滤质器获得的质谱；并且图5B展示了根据各个实施例，当向四极滤质器施加辅二极激励波形时，使用通过同时与两个稳定性区域相交的扫描线进行操作的四极滤质器获得的质谱；并且

图6和7示意性地示出了包括根据各个实施例的四极装置的各种分析仪器。

具体实施方式

各个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中示意性展示的，四极装置10可以包括可以布置为彼此平行的多个电极，如四个电极，例如杆电极。四极装置可以包括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。

多个或所有杆电极可以在轴向(z)方向对齐。

所述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。

所述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)可以包括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10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。

如下文将更详细地描述的，在各个实施例中(在操作中)，例如通过一个或多个电压源12向四极装置10的电极施加多个不同的电压。所述一个或多个电压源12中的一个或多个或每一个可以包括模拟电压源和/或数字电压源。

如图1所示，根据各个实施例，可以提供控制系统14。所述一个或多个电压源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，例如以本文所描述的各个实施例的方式。控制系统14可以包括合适的控制电路系统，所述控制电路系统被配置成使四极10和/或电压源12以本文所描述的各个实施例的方式操作。控制系统还可以包括被配置成执行关于本文所描述的各个实施例的必要的处理和/或后处理操作中的任何一种或多种或全部操作的合适的处理电路系统。

四极装置10的一(或两)对电极中的电极可以电连接和/或可以被提供一个或多个相同的电压(尽管情况不必如此)。例如，四极装置10的每一对相对电极可以电连接和/或可以被提供一个或多个相同的电压。可以向所述相对电极对中的一对施加一个或多个或每个(RF或AC)四极电压的第一相位，并且可以向另一对电极施加所述电压的相反相位(180°异相)。另外或替代地，可以仅向相对电极对中的一对施加一个或多个或每个(RF或AC)四极电压。另外，可以在所述两对相对电极之间施加DC电位差，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，所述一个或多个电压源12可以包括一个或多个四极(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可以包括一个或多个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电位差。

另外，并且如下文将更详细地描述的，所述一个或多个电压源12可以包括一个或多个驱动电压源，每个驱动电压源可以被配置成向相对杆电极对中的一对或两对提供一个或多个二极驱动电压。

可以选择向四极装置10(的电极)施加的所述多个电压，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)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，向四极装置10施加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。

如上文所描述的，在常规(“正常”)操作中，通过向四极装置10的电极施加单个四极RF电压和分辨DC电压来实现质量或质荷比选择和/或过滤。

在这种情况下，总施加电位V_n(t)可以表示为：

V_n(t)＝U-V_RFcos(Ωt)， (1)

其中U是施加的分辨DC电位的振幅，V_RF是主四极RF波形的振幅，并且Ω是主四极RF波形的频率。

还如上文所描述的，除了限制RF和分辨DC电压之外，向四极装置10施加单个四极AC激励电压还可以改变稳定性图，使得新的稳定性区域或“稳定性岛”得以产生。

这通过图2展示。图2示出了由向四极装置10(除了主四极RF和DC电压(根据等式1)之外)施加所述形式V_excos(ω_ext)的单个辅四极激励波形产生的稳定性图(在a、q维度中)的尖端。

对于四极装置10在此模式下的操作，总施加的四极电位V_xb(t)可以表示为：

V_xb(t)＝U-V_RFcos(Ωt)-V_excos(ω_ext+α_ex)， (2)

其中U是施加的分辨DC电位的振幅，V_RF是主四极RF波形的振幅，Ω是主四极RF波形的频率，V_ex是辅四极波形的振幅，ω_ex是辅四极波形的频率，并且α_ex是辅四极波形相对于主四极RF电压相位的初始相位。

辅波形的无量纲参数q_ex、a和q可以定义为：

和

其中M是离子质量，并且e是其电荷。

辅四极激励频率ω_ex可以用无量纲基频v表示为主限制RF频率Ω的分数：

ω_ex＝vΩ。

v的合适值可以在约大1/6与1/40之间，在实施例中在大约1/10与1/20之间。q_ex的合适值可以是大约0.1或更小(或更大)。可以选择q_ex以提供期望的分辨率。在图2所描绘的示例中，ν＝0.95并且q_ex＝0.01。

根据各个实施例，可以改变分辨DC电位U的振幅和主四极波形V_RF的振幅，使得分辨DC电位的振幅与主四极波形的振幅的比率2U/V_RF(＝a/q)是常数。对应于固定a/q比率的线被定义为所谓的操作线或“扫描线”。

如从图2中可以看出，单个辅RF激励的施加导致形成了许多不同的稳定性岛。可能期望在这些不同的稳定性岛中的任何一个稳定性岛中操作四极装置10。例如，稳定性岛中的一个或多个稳定性岛可以展现出X频带、类X频带(或Y频带或类Y频带)性质。类X频带(或类Y频带)稳定性区域可以包括稳定性区域，对于所述稳定性区域，稳定性区域的稳定性边界处的不稳定性(喷射)可能仅在x(或y)方向上。

在图2中，区域“A”、“C”和“E”可以被认为是此单个辅激励操作模式的“X频带”的一部分。区域“B”和“D”可以被认为是“Y频带”的一部分。然而，其它区域也可能显示类X频带(或类Y频带)性质。例如，X频带区域左边的区域，如区域“F”，也可以显示类X频带性质。对于此类区域，区域任一边缘处的稳定性边界可以是x方向(y方向)不稳定性，因此它可以具有类X频带(或类Y频带)性质和相当的接受度。对于图2中示出和未示出的其它稳定性区域，情况也可能如此。

如从图2还可以看出，第一扫描线21与标记为“A”的单个稳定性岛相交。然而，扫描线22与两个不同的稳定性岛“C”和“D”相交。这意指使用扫描线21操作四极可能会导致四极传输仅单个质荷比(m/z)值范围内的离子，而使用扫描线22操作四极可能会导致同时传输来自两个单独的质荷比(m/z)范围内离子，这是不期望的。此外，其它扫描线可以与三个或更多个稳定性岛相交。

因此，在US 5227629中，分辨DC电压被选择为使得可以传输仅单个质荷比(m/z)范围。即，选择仅与区域“A”相交的扫描线，如扫描线21。与在没有辅激励的情况下的操作(“正常”操作)相比，在此类操作模式下的操作可以改进峰形和丰度灵敏度。然而，a/q(DC/RF)比率的错误设置可能会不期望地导致质荷比在多于一个质荷比(m/z)范围内的离子被四极传输。

已经发现，与常规(“正常”)模式下的操作相比，在区域“A”、“C”或“E”中的任何区域(或频带“A”-“C”-“E”中较低a值下的另外的区域(图2中未示出))中使四极装置10进行操作可以提供离子的快速喷射和改进的滤质器性能，例如改进的峰形。此外，已经发现在区域“C”或“E”(或频带“A”-“C”-“E”中较低a值下的另外的区域)中使四极进行操作与在区域“A”中使四极进行操作相比，提供了许多另外的优点。

具体地，在区域“C”或“E”(或频带“A”-“C”-“E”中较低a值下的另外的区域)中使四极进行操作可以导致在高和低q边界处在相同方向(朝向同一对相对电极)喷射离子。与之相反，在区域“A”中，仅在稳定性边界处不会在一个方向上发生喷射。此外，与在区域“C”或“E”(或频带“A”-“C”-“E”中较低a值下的另外的区域)中进行操作的四极装置10相比，在区域“A”中进行操作的四极装置10的传输率相对于分辨率显著较差。

因此，这些期望的稳定性区域(“C”、“E”和频带“A”-“C”-“E”中较低a值下的另外的区域)的特征在于稳定性边界处的不稳定性在(仅)单个方向上，并且可以被称为“X频带”稳定性区域。具体地，由于这些区域(“C”、“E”和频带“A”-“C”-“E”中较低a值下的另外的区域)可能在向四极装置施加仅单个辅四极激励波形时产生，因此所述区域可以被称为“单个激励X频带稳定性区域”。

发明人已经认识到，在单个激励X频带稳定性区域(对于所述稳定性区域，稳定性边界处的不稳定性在仅单个方向上)中操作四极装置10可能是期望的。例如，如上文所描述的，此类稳定性区域包含区域“C”、“E”和在频带“A”-“C”-“E”中较低a值下的另外的区域。在每个此类X频带稳定性区域中操作可以提供改进的峰形、丰度灵敏度和分辨率-传输率特征。

然而，如上文所讨论的，发明人已经发现，当在此类(期望的)X频带稳定性区域中进行操作时，扫描线22可以穿过一个或多个其它(不太期望的)稳定性区域。例如，如上文所描述的，扫描线22也可以穿过区域“D”。

因此，扫描线22可以同时穿过两个(或更多个)稳定性区域，即四极装置10可以同时在两个(或更多个)稳定性区域中进行操作(通过V_RF和U的适当选择)。使四极装置10同时在两个(或更多个)稳定性区域中进行操作可以导致质荷比在两个单独的质荷比(m/z)范围内的离子的同时传输，这是不期望的。

因此，期望使四极装置10在X频带稳定性区域中进行操作，同时避免与其它(不太期望的)稳定性区域或频带，如区域“D”相对应的离子的同时传输。

在其它实施例中，可能期望使四极装置10在其它类型的稳定性区域中进行操作，如类X频带稳定性区域、Y频带稳定性区域或类Y频带稳定性区域，如图2中所示出的和上文所描述的稳定性区域中的任何一个稳定性区域。

例如，可以通过使用辅滤质器(即，使用除主四极装置10之外的滤质器(并且可以与其分离))去除不期望的离子，例如与区域“D”相对应的离子来实现此类操作。

图3示出了这种情况的实例。图3A展示了其中辅滤质器32布置在主分析四极10上游的布置。图3B示出了其中辅滤质器32布置在主分析四极10下游的替代性布置。

在这些实例中，可以向主分析四极10(除了主RF和DC电压之外)施加单个辅AC(RF)四极激励波形，并且四极10可以使用与区域“C”和“D”相交的扫描线进行操作，如图2中的扫描线22。辅滤质器32然后可以用于去除与区域“D”相对应的不需要的离子，即，使得不需要的离子不被辅滤质器32传输。

如图3所示出的，这些布置还可以任选地包含仅RF预过滤器31A、31B，所述过滤器可以用于帮助维持离子从非RF环境传输到RF滤质器或从耦合到具有不同过滤条件的另一个滤质器的一个滤质器。

图4展示了图3的布置相对于图2的稳定性图的作用。

在此实例中，辅滤质器32被布置成作为带通滤波器进行操作，并且图4中的阴影区域表示辅滤质器32的通带(在q中)。

与主分析四极10的稳定性区域“C”相对应的离子在辅滤质器32的通带内，并且因此被辅滤质器32传输。然而，与主分析四极10的稳定性区域“D”相对应的离子不在辅滤质器32的通带内，并且因此不被辅滤质器32传输。

因此，在图3A的布置中，稳定性区域“D”内的离子将不会到达主分析四极10，并且因此将不会进入主分析四极10或被其传输。在图3B的布置中，稳定性区域“D”内的离子将被主分析四极10传输，但然后将不被辅滤质器32传输。

应当理解，在这些布置中，辅滤质器32不需要具有与主分析四极10相同的性能特征。即，辅滤质器32的性能可能次于主分析四极10。因此，辅滤质器32可以是分辨率相对较低的装置(与主分析四极10相比)。类似地，辅滤质器32可以具有相对较短的长度和/或可以构造成具有相对宽松的机械公差(与主分析四极10相比)。还应当理解，辅滤质器32装置可以作为高质量截断(高通)装置而不是带通装置进行操作。

然而，除了主分析四极10之外，使用辅滤质器32可以增加装置复杂性，并且因此增加成本(与不使用辅滤质器32相比)。具体地，硬件、电子设备和相关联的控制要求将会更高。此外，在没有大量(且如此昂贵)的重新设计的情况下，不可能将辅滤质器32集成到现有的四极或仪器设计中。

实现X频带操作同时避免与其它(不太期望的)稳定性区域相对应的离子同时传输的另一种方式是使四极装置10在“双激励X频带”操作模式下进行操作，例如，如Sudakov中所描述的。在这种操作模式下，向四极装置10(除了主RF和DC电压之外)施加两个另外的锁相辅四极AC激励。

通过精确调整这两个辅四极激励波形的相对频率和振幅，并且控制它们之间的相位差，可以以仅单个质荷比(m/z)范围被四极装置10传输的方式改变稳定性图。

具体地，通过适当选择两个另外AC激励波形的激励频率和振幅，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。

四极装置可以在X频带模式或Y频带模式下进行操作，但是在X频带模式下进行操作对于质量过滤可以是有利的，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，包含：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的尺寸的可能性。

对于四极装置在两个激励X频带模式下的操作，总施加电位V_xb(t)可以表示为：

V_xb(t)＝U-V_RFcos(Ωt)-V_ex1cos(ω_ex1t+α_ex1)+V_ex2cos(ω_ex2t+α_ex2)，

其中U是施加的分辨DC电位的振幅，V_RF是主RF波形的振幅，Ω是主RF波形的频率，V_ex1和V_ex2是第一辅四极波形和第二辅四极波形的振幅，ω_ex1和ω_ex2是第一四极辅波形和第二辅四极波形的频率，并且α_ex1和α_ex2是两个辅波形相对于主RF电压的相位的初始相位。

第n个辅四极波形的无量纲参数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。

辅四极波形的相位偏移α_ex1和α_ex2可以通过以下方式彼此相关：

α_ex2＝2π-α_ex1。

因此，两个辅四极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以及ω_ex2＝v₂Ω。

表1中示出了两个激励X频带操作的可能激励频率和相对激励振幅(q_ex2/q_ex1)的实例。基频v通常在0与0.1之间。通常，v₁＝v并且v₂＝1-v，但是如表1所示，其它组合也是可能的。比率q_ex2/q_ex1的最佳值取决于q_ex1和q_ex2的量值以及基频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)的比率的两个另外激励电压的振幅的最佳比率取决于所选择的激励频率。在保持最佳振幅比的同时增大或减小激励振幅导致稳定性频带变窄或变宽，且因此增大或减小四极装置的质量分辨率。

尽管四极装置10在两个激励X频带模式下的操作与各种优点(如上文所描述的)相关联，但发明人已经发现，用于施加彼此相位相干(或锁相)的两个辅波形的要求可能是艰巨的，例如在所需的电子设备等方面。具体地，在宽质荷比(m/z)范围内进行两个激励X频带操作所需的精确电子控制可以增加复杂性和费用。

这在采用数字驱动系统的情况下尤其如此。在以两个辅激励X频带操作模式下进行操作的数字驱动四极装置10中(其中向四极10施加两个数字生成的锁相辅四极激励波形)，与四极10被谐波驱动的情况相比，消除稳定性图尖端附近的y轴不稳定性频带可能不太有效。这可以导致稳定X频带的尺寸减小，尤其是在高分辨率下。

在相位和电压振幅没有得到完美控制的情况下，这些作用可能会增加，如复杂度较低的数字驱动系统通常就是所述情况。因此，四极装置10在使用数字驱动系统在两个辅激励X频带操作模式下的令人满意的操作可能需要相对较复杂且如此昂贵的控制系统。

因此，根据各个实施例，向四极装置10(除了限制RF和分辨DC电压之外)施加仅单个辅AC四极激励波形以改变稳定性图以产生多个稳定性岛或区域，所述多个稳定性岛或区域包含例如一个或多个“单个激励X频带”稳定性区域，如区域“C”、“E”和频带“A”-“C”-“E”中较低a值下的另外的区域，例如作为在图2所展示的实例中。

应当理解，图2示出了由第一(即，最低阶稳定性区域)产生的稳定性岛，然而在各个其它实施例中，可以由其它更高阶稳定性区域产生稳定性岛。

因此，根据各个实施例，可以选择(单个)辅四极电压以在第一(或其它(更高阶))稳定性区域内产生多个稳定性岛。所述两个或更多个稳定性区域可以各自包括(是)第一(或其它(更高阶))稳定性区域内的所述多个稳定性岛之一。

然后a/q(DC/RF)比率可以被选择为使得向四极装置10施加(仅)限制四极RF电压、分辨DC电压和单个辅AC四极激励波形，质荷比(m/z)在多于一个质荷比(m/z)范围内(每个范围与所述多个稳定性岛或稳定性区域之一相对应)的离子可以同时被四极装置10传输。即，根据各个实施例，所施加的电压被选择为对应于四极装置10同时在两个或更多个稳定性区域中的操作(即，适合于使四极装置10进行操作)。

此外，根据各个实施例，选择可以使得质荷比(m/z)范围之一对应于“单个激励X频带”或“单个激励Y频带”稳定性区域。例如，根据各个实施例，所施加的电压被选择为对应于与区域“C”相交的扫描线，如图2中的扫描线22。

如上文所讨论的，使用此类扫描线使四极装置10进行操作可以不期望地导致与其它稳定性区域相对应的离子的同时传输。例如，在扫描线22的情况下，与区域“D”相对应的离子可以和与区域“C”相对应的离子同时传输。如从图2中可以看出，其它扫描线可以导致与三个或更多个稳定性区域或岛相对应的离子的同时传输。

因此，根据各个实施例，然后使具有质荷比(m/z)范围内的质荷比(m/z)值的与其它不期望的稳定性区域相对应的离子(如与区域“D”相对应的离子)衰减、被阻止离开四极装置10或阻止被四极装置10向前传输。根据各个实施例，这是通过向四极装置10施加一个或多个(单独的)AC(RF)二极激励波形来完成的。

因此，在各个实施例中，使与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应的离子衰减(防止被四极装置10传输)。在各个实施例中，这是通过向四极装置10施加一个或多个AC(RF)二极电压波形来完成的。所述一个或多个AC(RF)二极激励波形可以以一个或多个不同于主四极波形的频率Ω且不同于单个辅AC(RF)四极激励波形的频率ω_ex的频率施加。

根据各个实施例，当不需要的离子穿过四极装置10时，所述一个或多个AC(RF)二极激励波形具有增加不需要的离子(如与区域“D”相对应的离子)的径向振幅的作用，使得不需要的离子例如由于撞击四极装置10的电极而衰减或在电极之间或通过电极径向喷射或在离开四极装置10时受到足够的扰动，以至于所述不需要的离子无法被传输到下游装置或被下游装置检测到。

因此，在各个实施例中，所述一个或多个AC(RF)二极激励波形被选择为使得向四极装置10施加AC(RF)二极电压波形使在与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应的离子穿过四极装置10时使那些离子衰减。这可以通过适当地选择一个或多个AC(RF)二极激励波形的数量和/或频率和/或振幅和/或(x或y)方向来完成。

此外，在各个实施例中，所述选择使得与除了单个X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域之外的所述两个或更多个稳定性区域中的每个稳定性区域相对应的离子衰减。类X频带(或类Y频带)稳定性区域可以包括稳定性区域，对于所述稳定性区域，稳定性区域的稳定性边界处的不稳定性(喷射)可能仅在x(或y)方向上。

因此，根据各个实施例，所施加的电压被选择为使得四极装置10(基本上)仅允许在单个(期望的)质荷比(m/z)范围内的离子被传输。在特定实施例中，(基本上(仅))与(仅)单个(单个激励)X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域相对应的离子被四极装置10传输。

因此，各个实施例允许四极装置10在X频带、类X频带、Y频带或类Y频带操作模式下进行操作，同时避免与其它(不太期望的)稳定性区域相对应的离子的同时传输。例如，四极装置10可以在区域“C”中进行操作，其中使与区域“D”相对应的离子衰减。

此外，当不期望的离子穿过四极装置10时，AC(RF)二极波形可以使那些离子衰减，而不是例如必须提供另外的硬件以在离子穿过四极装置10之前或之后去除不期望的离子。因此，不需要提供例如辅滤质器32形式的另外的硬件(例如，如上文所描述的)，从而降低装置复杂性和成本。

此外，即使向四极装置10施加仅单个辅AC(RF)四极电压波形，也可以避免不期望的离子传输。因此，不需要多个锁相激励波形就可以避免不期望的离子传输，如两个激励X频带操作模式所需要的(例如，如上文所描述的)。因此，可以避免对相位对齐和波形振幅比率控制的严格要求。这意指例如，可以简化控制系统14，从而进一步降低装置复杂性和成本。此外，并且如上文所讨论的，各个实施例因此特别适合用于数字驱动四极装置10。

因此，应当理解，各个实施例可以允许四极装置10在具有改进的性能特征的单个稳定性区域中进行操作，如X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域，而不会显著增加装置复杂性，并且因此不会显著增加装置成本。

图5A示出了在没有尝试去除不需要的离子信号(来自区域“D”)的情况下，即，没有向四极装置10施加辅二极波形的情况下，通过使用单个辅四极激励和类似于图2中的扫描线22的扫描线使四极装置10进行操作而产生的质谱。

在此实例中，主RF频率为Ω＝1.185MHz。辅四极波形的频率是主RF驱动频率的0.9，ω_ex＝0.9Ω。四极的内切半径为r₀＝5.33mm。在保持恒定的a/q(RF:DC振幅)比率的同时扫描主RF振幅V_RF。

如图5A所示出的，在此实例中，每个质荷比(m/z)种类在质谱中产生两个峰。例如，图5A示出了由具有相同质荷比(m/z)值的离子产生的两个峰51和52，所述离子在稳定性图的两个区域中是稳定的。具体地，峰51对应于类Y频带区域，如区域“D”，并且峰52对应于类X频带区域，如区域“C”，如图2所展示的。峰51在质荷比(m/z)值低于峰52时出现，并且分辨率低于峰52。

图5B示出了根据各个实施例的通过使用与上文针对图5A所描述的相同条件，但使用向四极装置10施加的另外的辅二极波形使四极装置10进行操作而产生的质谱。辅二极激励波形的振幅为V_d＝5V(零到峰值)，并且频率为ω_d＝504KHz。

图5B示出了，由于辅二极激励的存在，与稳定性区域“D”相对应的离子被阻止传输(衰减)，从而产生高质量的质谱。

因此，在各个实施例中，操作四极装置10以产生一个或多个质谱。

在各个实施例中，所述主AC(RF)四极电压波形、所述辅AC(RF)四极电压波形和所述一个或多个DC电压被选择为对应于所述四极装置同时在两个或更多个稳定性区域中的操作。换句话说，所述主四极电压、所述辅四极电压和所述一个或多个DC电压可以被选择为使得扫描线跨两个或更多个稳定性区域。然而，应当理解，在各个实施例中，四极装置10实际上将不会同时在所述两个或更多个稳定性区域中进行操作，因为AC(RF)二极电压波形将引起与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应的离子在四极装置10中变得不稳定。

因此，应当理解，主AC(RF)四极电压波形、辅AC(RF)四极电压波形和所述一个或多个DC电压可以适合于使四极装置10在两个或更多个稳定性区域中同时进行操作。即，所施加的电压可以被选择为使得(同时)向四极装置施加(仅)主AC(RF)四极电压波形、辅AC(RF)四极电压波形和所述一个或多个DC电压(并且不是二极电压波形)，质荷比在至少两个不同质荷比范围(每个范围与所述两个或更多个稳定性区域中的相应一个稳定性区域相对应)内的离子可以在四极装置10中同时呈现稳定轨迹(并且因此被四极装置(同时)传输)。

尽管已经特别参考所选择的所施加电压描述了上述实施例使得四极装置10(仅)传输与单个激励X频带稳定性区域相对应的离子(并且辅AC(RF)二极波形使与一个或多个其它稳定性区域相对应的离子衰减)，应当理解，电压可以被选择为使得四极装置10(仅)传输与任何期望的稳定性区域相对应的离子(并且使与任何其它稳定性区域相对应的离子衰减)。

例如，所施加的电压可以被选择为使得四极装置10(仅)传输与两个激励X频带或Y频带稳定性区域、类X频带稳定性区域或类Y频带稳定性区域相对应的离子，并且使与其它稳定性频带相对应的离子衰减。

因此，还应当理解，尽管上述实施例已经特别参考向四极装置10施加的仅单个辅四极波形进行了描述，但在其它实施例中，可以向四极装置10施加多个(例如，2个、3个或更多个)辅四极波形。

还应当理解，在各个实施例中，四极装置10在扫描操作模式下作为四极滤质器进行操作。在这些实施例中，主和/或辅四极波形的振幅和/或频率和/或DC电压的振幅可以(各自)用质荷比调整或扫描，例如以便维持在质荷比值的扫描范围内恒定峰宽或恒定分辨率。

类似地，例如根据质荷比和/或质量分辨率还可以改变、调整或扫描AC(RF)二极波形的数量和/或振幅和/或频率，例如以便确保有效去除(衰减)不需要的离子。

还应当理解，可以向四极装置10的相对电极对中的一对或两对施加一个或多个AC(RF)二极激励波形。因此，不期望的离子可以在任何径向方向上被喷射或扰动。

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。

如上文所描述的，在各个实施例中，例如通过所述一个或多个电压源12(同时)向四极装置10的电极施加多个不同电压，所述多个不同电压包括主四极(RF或AC)电压波形、辅四极(RF或AC)电压波形、二极(RF或AC)电压波形和一个或多个DC电压。可以向四极电极中的一些或全部(四个)电极施加所述多个不同电压。

主四极电压波形可以具有任何合适的振幅V_RF。主四极电压波形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。主四极电压波形可以包括RF或AC电压，并且例如可以采取V_RFcos(Ωt)的形式。

同样地，所述一个或多个DC电压中的每一个可以具有任何合适的振幅U。

辅四极电压波形可以包括RF或AC电压，并且例如可以采取V_excos(ω_ext+α_ex)的形式，其中V_ex是辅四极电压波形的振幅，ω_ex是辅四极电压波形的频率，并且α_ex是辅四极电压波形相对于主四极电压波形的相位的初始相位。

辅四极电压波形可以具有任何合适的振幅V_ex和任何合适的频率ω_ex。

同样，所述(或每个)二极电压波形可以具有任何合适的振幅V_d和任何合适的频率ω_d。

可以向四极装置施加一个或多个二极电压。在向四极装置施加多个二极电压的情况下，每个二极电压可以具有与每个其它二极电压不同的频率和/或振幅。

主四极电压波形的振幅可以大于辅四极电压波形的振幅，V_RF>V_ex。主四极电压波形的振幅可以大于(或每个)二极电压波形的振幅，V_RF>V_d。

所述(或每个)二极电压波形的振幅可以不同于或(大约)等于辅四极电压波形的振幅，V_d＝V_ex。每个二极电压波形的振幅可以不同于或(大约)等于每个其它二极电压波形的振幅。

主四极电压波形的频率可以不等于辅四极电压波形的频率，Ω≠ω_ex。主四极电压波形的频率可以大于辅四极电压波形的频率，Ω>ω_ex。辅四极电压波形的频率可以等于主四极电压波形的频率的分数ν，ω_ex＝νΩ。所述分数ν可以选自由以下组成的组：(i)<0.5；(ii)0.5-0.75；(iii)0.75-0.85；(iv)0.85-0.9；(v)0.9-0.95；和(vi)>0.95。

所述(或每个)二极电压波形的频率可以不等于主和/或辅四极电压波形的频率，ω_d≠Ω；ω_d≠ω_ex。所述(或每个)二极电压波形的频率可以小于主和/或辅四极电压波形的频率，ω_d<Ω；ω_d<ω_ex。所述(或每个)二极电压波形的频率可以等于主四极电压波形的频率的分数ν_d，ω_d＝ν_dΩ。所述分数ν_d可以选自由以下组成的组：(i)<0.1；(ii)0.1-0.4；(iii)0.4-0.4.5；(iv)0.45-0.5；(v)0.5-0.8；和(vi)>0.8。每个二极电压波形的频率可以不同于或等于每个其它二极电压波形的频率。

可以选择二极电压的振幅以足以驱动具有不期望的质荷比(m/z)的所有离子到不稳定。这将具体取决于质荷比(m/z)和不期望的离子通过四极装置10的渡越时间(例如，与主和辅四极电压振幅和频率相比更是如此)。

合适的二极电压振幅可以高达大约10V(或更少)。在各个实施例中，例如在仪器设置/校准过程期间，可以凭经验确定二极电压振幅。如果向四极装置10施加过大的二极激励，则可以使期望传输的(X频带峰)离子衰减。

对于没有辅四极激励电压的“正常”操作模式，稳定离子的长期频率与其在x/y轴上的β值直接相关(其中ω＝Ω*β/2)。因此，对于稳定性图中的任何点，都可以计算长期频率。在长期频率下施加二极激励会导致离子在对应的质荷比(m/z)值处衰减。

当施加辅四极激励时(如上文所描述的)，具有不稳定性的频带被打开，这导致稳定性图分裂成岛，例如，如图2所示出的。具有不稳定性的频带定位于对应于辅频率分母的β值处。例如，对于1/20或19/20激励，频带在0.95、0.9、0.85等β值处打开。

考虑到图2中所示出的实例，扫描线跨区域的β值因此可以近似。因此，例如，区域“C”跨越β_x＝0.95到1，而区域“D”跨越β_x＝0.85到0.9。可以对β_y值进行相同的操作。

如果β值近似位于这些范围的中心，则可以得出稳定性图的这些区域的长期频率值，即区域“D”为Ω*0.4375，并且区域“C”为Ω*0.4875。因此，对于Ω＝1MHz，可以在437.5kHz下施加二极激励以使区域“D”衰减或在487.5kHz下使区域“C”衰减。对于其它稳定性区域，例如区域“B”，可以获得类似的值。

应该注意的是，上述值只是近似值，特别是因为辅四极波形的施加可以使离子的长期运动扭曲。然而，可以模拟稳定性图中给定位置的离子运动，并且例如可以将快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)应用于追踪离子运动，以直接计算离子运动的频率分量。当对图2中的区域进行此操作时，发现区域“D”的最大频率分量为436.1kHz，并且区域“C”的最大频率分量为485.3kHz，与上述理论估计值相当一致。

尽管上文概述的方法可以针对适当的二极电压频率给出良好的估计值，但确切的最佳值可以通过实验确定。因此，在各个实施例中，可以凭经验确定二极电压的频率，例如在仪器设置/校准过程中(连同振幅)。

如上文所描述的，可以向四极装置施加单个或多个二极电压。根据期望衰减的区域的宽度，可以优先施加例如每个二极电压具有相对较小的振幅的多个二极电压，而不是具有相对较大的振幅的单个二极电压。可以选择这以最大化或增加不期望区域的衰减效率，同时最小化或减少对期望区域的任何衰减或其它影响。

如上文所描述的，可以在任何(x或y)方向上施加所述二极电压或其中的每个二极电压。例如，在向四极装置10施加多个二极电压的情况下，可以在一个(x或y)方向和/或两个(x和y)方向上施加多个二极电压。即，可以跨x杆对和y杆对中的任一个施加二极电压中的每个二极电压，并且可以跨x杆对和y杆对之一和/或跨x杆对和y杆对两者施加多个二极电压。所述或每个二极电压的频率可以取决于施加二极电压的哪个(x或y)方向。

尽管已经就X频带或类X频带稳定性条件的使用描述了上述各个实施例，但是也可以例如以对应的方式，加以必要的变更来使用Y频带或类Y频带稳定性条件。通过施加合适的激励频率，可以产生Y频带或类Y频带稳定性条件并用于质荷比(m/z)过滤(而不是X频带)。

四极装置10可以在各种操作模式下进行操作，所述操作模式包含质谱(“MS”)操作模式；串联质谱法(“MS/MS”)操作模式；母体离子或前体离子交替碎裂或反应以产生碎片离子或产物离子，并且不碎裂或不反应或在较小程度上碎裂或反应的操作模式；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。

在各个实施例中，四极装置10可以在恒定质量分辨操作模式下进行操作，即可以由四极滤质器选择并向前传输具有单个质荷比或单个质荷比范围的离子。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(如上文所描述的)施加的多个电压的各种参数。

可替代地，四极装置10可以在变化的质量分辨操作模式下进行操作，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，根据各个实施例，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。另外或可替代地，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。

(如本文所使用的，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。)

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(如上文所描述的)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的振幅和DC电压U的振幅。主驱动电压V_RF的振幅和DC电压U的振幅可以以连续、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电压振幅与主RF电压振幅的比率λ＝2U/V_RF保持恒定的同时进行。

由于通过四极装置10的传输率与其分辨率有关，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，根据各个实施例，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(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分离器时的离子迁移漂移时间)。

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/或变更向四极装置10(如上文所描述的)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，从而扫描、改变和/或变更四极装置10的分辨率。

根据各个实施例，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6示出了包括离子源80、离子源80下游的四极装置10和四极装置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，如在离子穿过四极装置10时，向四极装置10施加的所述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/或根据其质荷比得到选择或过滤。

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7示出了串联四极布置，其包括位于四极装置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。在各个实施例中，一个或两个四极可以以上文所描述的方式操作。

在这些实施例中，离子源80可以包括任何合适的离子源。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)大气压光致电离(“APPI”)离子源；(iii)大气压化学电离(“APCI”)离子源；(iv)基质辅激光解吸电离(“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)液相二次离子质谱法(“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)撞击器离子源；(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)基质辅入口电离(“MAII”)离子源；(xxvi)溶剂辅入口电离(“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可以包括任何合适的碰撞、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-撇渣器界面碎裂装置；(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离子或产物离子的离子-离子反应装置；(xxiv)用于使离子反应以形成加合离子或产物离子的离子-分子反应装置；(xxv)用于使离子反应以形成加合离子或产物离子的离子-原子反应装置；(xxvi)用于使离子反应以形成加合离子或产物离子的离子-亚稳态离子反应装置；(xxvii)用于使离子反应以形成加合离子或产物离子的离子-亚稳态分子反应装置；(xxviii)用于使离子反应以形成加合离子或产物离子的离子-亚稳态原子反应装置；以及(xxix)电子电离解离(“EID”)碎裂装置。

各个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，分析仪器可以包括位于离子源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括液相色谱或气相色谱装置。可替代地，分离装置可以包括：(i)毛细管电泳(“CE”)分离装置；(ii)毛细管电色谱法(“CEC”)分离装置；(iii)基本刚性的陶瓷基多层微流体基板(“瓷片”)分离装置；或(iv)超临界流体色谱法分离装置。

分析仪器可以进一步包括：(i)一个或多个离子导向器；(ii)一个或多个离子迁移分离装置和/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域。

尽管已经参考优选实施例对本发明进行了描述，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所示的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上作出各种改变。

Claims (20)

1.一种操作四极装置的方法，所述方法包括：

向所述四极装置施加主AC四极电压；

向所述四极装置施加辅AC四极电压；以及

向所述四极装置施加AC二极电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其包括向所述四极装置施加一个或多个DC电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述主四极电压、所述辅四极电压和所述一个或多个DC电压被选择为对应于所述四极装置同时在两个或更多个稳定性区域中的操作。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述二极电压被配置成使与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应的离子衰减。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述二极电压被配置成使与所述两个或更多个稳定性区域中除单个所选稳定性区域外的一个或多个稳定性区域相对应的离子衰减。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述单个所选稳定性区域是X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述二极电压被配置成通过在离子穿过所述四极装置时使所述离子中的至少一些离子的径向振幅增加来使所述离子衰减。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述主四极电压、所述辅四极电压和所述二极电压中的一个或多个包括数字电压。

9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述四极装置包括四个电极，并且每个电压施加到所述四个电极中的至少一个电极。

10.一种设备，其包括：

四极装置；以及

一个或多个电压源，所述一个或多个电压源被配置成：

向所述四极装置施加主AC四极电压；

向所述四极装置施加辅AC四极电压；以及

向所述四极装置施加AC二极电压。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述一个或多个电压源被配置成向所述四极装置施加一个或多个DC电压。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述主四极电压、所述辅四极电压和所述一个或多个DC电压被选择为对应于所述四极装置同时在两个或更多个稳定性区域中的操作。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述二极电压被配置成使与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应的离子衰减。

14.根据权利要求12或13所述的设备，其中所述二极电压被配置成使与所述两个或更多个稳定性区域中除单个所选稳定性区域外的一个或多个稳定性区域相对应的离子衰减。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述单个所选稳定性区域是X频带、类X频带、Y频带或类Y频带稳定性区域。

16.根据权利要求10到15中任一项所述的设备，其中所述二极电压被配置成通过在离子穿过所述四极装置时使所述离子中的至少一些离子的径向振幅增加来使所述离子衰减。

17.根据权利要求10到16中任一项所述的设备，其中所述一个或多个电压源中的至少一个电压源包括数字电压源。

18.根据权利要求10到17中任一项所述的设备，其中所述四极装置包括四个电极，并且所述一个或多个电压源被配置成向所述四个电极中的至少一个电极施加每个电压。

19.一种设备，其包括：

四极装置；以及

一个或多个电压源，所述一个或多个电压源被配置成：

向所述四极装置施加主四极电压；

向所述四极装置施加辅四极电压；并且

向所述四极装置施加一个或多个DC电压；

其中所述主四极电压、所述辅四极电压和所述一个或多个DC电压被选择为对应于所述四极装置同时在两个或更多个稳定性区域中的操作；并且

其中所述设备被配置成在与所述两个或更多个稳定性区域中的至少一个稳定性区域相对应的离子穿过所述四极装置时使那些离子衰减。

20.一种质谱仪和/或离子迁移谱仪，其包括根据权利要求10到19中任一项所述的设备。

Images