CN116097395A - 傅立叶变换四极质谱仪中的信噪比改善 - Google Patents

Abstract

在一方面，公开了一种执行傅立叶变换(FT)质谱法的方法，该方法包括使多个离子通过FT质量分析器，该FT质量分析器包括以多极配置布置的多个杆，其中多个杆包括用于接收离子的输入端口和离子可以通过其离开质量分析器的输出端口。该方法还可以包括将至少一个RF电压施加到所述杆中的至少一个杆，以便在离子通过质量分析器时生成用于离子的径向约束的RF场，以及将AC信号的共振脉冲串施加到所述杆中的至少一个杆，以便从引入到FT质量分析器中的离子中移除具有所选择的m/z比、例如期望范围内的m/z比的离子。

Description

傅立叶变换四极质谱仪中的信噪比改善

相关申请

本申请要求于2020年8月6日提交的题为“Signal-to-Noise Improvement inFourier Transform Quadrupole Mass Spectrometer”的美国临时申请no.63/061,855的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本教导涉及用于执行傅立叶变换质谱法的方法和系统。

质谱法(MS)是一种用于确定测试物质的元素组成的分析技术，具有定量和定性应用两者。MS对于识别未知化合物、通过观察其碎片确定特定化合物的结构以及量化样本中特定化合物的量可以是有用的。质谱仪将化学实体检测为离子，使得在处理期间必须发生分析物向带电离子的转换。

在一些质谱仪中，可以采用傅立叶变换(FT)质量分析器。引入到FT质量分析器中的离子可以被径向约束在分析器内，由下游检测器激励和检测。所提取的离子可以表现出可以被下游离子检测器检测到的振荡，以便生成时变离子检测信号。可以获得时变离子检测信号的傅立叶变换并将其用于生成离子的质谱。

当用(FT)质量分析器、例如四极FT质量分析器获取数据时，高强度离子信号，尤其是在较低的m/z比下，可能部分掩盖与较高m/z、较低频率离子相关联的振荡，从而降级相应质谱的信噪比(SNR)。

因而，需要可以增强使用FT质量分析器获得的质谱的SNR的用于FT质谱法的方法和系统。

发明内容

在一方面，公开了一种执行傅立叶变换(FT)质谱法的方法，该方法包括使多个离子通过FT质量分析器，该FT质量分析器包括以多极配置布置的多个杆，其中多个杆包括用于接收离子的输入端口和离子可以通过其离开质量分析器的输出端口。该方法还可以包括将至少一个RF电压施加到其中至少一个杆上，以便在离子通过多极杆组时生成用于径向约束离子的RF场，以及将AC信号的共振脉冲串施加到其中至少一个杆，以便从引入到FT质量分析器中的离子中移除具有所选择的m/z比、例如在期望范围内的m/z比的离子。

其余离子的至少一部分可以在其长期频率下被径向激励，使得当激励的离子离开多极杆组时多个杆的输出端附近的边缘场将径向激励的离子的至少一部分的径向振荡转换成轴向振荡。轴向振荡离子的至少一部分离开多极杆组以被下游检测器检测，该下游检测器响应于检测到离子而生成时变信号。

可以获得时变信号的傅立叶变换以便生成频域信号并且频域信号可以用于生成与检测到的离子相关联的质谱。

在一些实施例中，RF电压可以具有在大约10伏至大约1000伏的范围内的峰-峰幅值和在大约50kHz至大约3MHz的范围内的频率。

在一些实施例中，AC脉冲串信号被配置为移除m/z比小于大约200Th的离子。举例来说，在一些实施例中，AC脉冲串信号可以具有在大约50至大约600kHz的范围内的频率，并且AC脉冲串信号中的振荡次数可以在例如大约2至大约50的范围内。另外，在一些实施例中，AC脉冲串信号可以具有在大约1伏至大约50伏的范围内的幅值。

其余离子的径向振荡的激励可以通过在多个杆中的至少一对杆上施加电压脉冲来实现。举例来说，电压脉冲可以具有在大约0.1微秒至大约10微秒的范围内的持续时间，例如2微秒，以及在大约10伏至大约60伏的范围内的幅值。

在一些实施例中，AC脉冲串信号与电压脉冲之间的时间分隔可以等于或小于大约50微秒，例如，在大约5微秒至大约50微秒的范围内。在其它实施例中，AC脉冲串信号和电压脉冲可以基本上同时施加到多极杆组。在一些实施例中，径向激励脉冲可以先于AC脉冲串信号。在其它实施例中，AC脉冲串信号可以先于径向激励脉冲，而在其它实施例中，可以基本上同时施加径向激励脉冲和AC脉冲串信号。

在相关方面，公开了一种FT质量分析器，该FT质量分析器包括：多极杆组，该多极杆组包括多个杆，这些多个杆相对于彼此布置以允许离子在其间通过，所述多极杆组包括用于接收离子的输入端口和离子可以通过其离开多极杆组的输出端口；以及RF电压源，用于将RF电压施加到其中至少一个杆以便在离子传播通过多极杆组时引起离子的径向约束。另外，提供至少一个AC电压源用于将AC信号的共振脉冲串施加到其中至少一个杆，以便从引入到FT质量分析器中的离子中移除具有所选择的m/z比、例如在期望范围内的m/z比的离子。

在一些实施例中，AC脉冲串信号可以具有在大约50kHz至大约600kHz的范围内的频率，并且AC信号中的振荡次数可以例如在大约2至大约50的范围内。另外，在一些实施例中，AC信号可以表现出在大约5至大约50伏的范围内的幅值。

至少一个电压源在其中至少两个杆上施加电压脉冲，以便激励其余离子的至少一部分在其长期频率下的径向振荡，使得当激励的离子离开多极杆组时在多极杆组的输出端口附近的边缘场将激励的离子的至少一部分的径向振荡转换成轴向振荡，并且部署在所述FT质量分析器下游的检测器可以检测离开多极杆组的轴向振荡离子。

响应于检测到轴向振荡离子，检测器可以生成时变信号。分析模块可以接收时变信号并对其应用傅立叶变换以生成频域信号，该频域信号可以用于生成质谱。

多极杆组可以使用不同数量的杆来实现。举例来说，在一些实施例中，多极杆组被实现为四极杆组，但在其它实施例中也可以采用其它数量的杆。

在一些实施例中，电压脉冲可以具有在大约100ns至10微秒的范围内的持续时间，例如，在大约500ns至大约5微秒的范围内，诸如在大约1微秒至大约3微秒的范围内。电压脉冲可以具有在大约10伏至大约60伏的范围内的幅值，例如，20伏至大约50伏。

可以通过参考以下详细描述并结合所附附图来获得对本教导的各个方面的进一步理解，这些附图在下文被简要描述。

附图说明

图1是描绘根据本教导的用于执行样本的FT质谱测量的方法中的各个步骤的流程图，

图2A示意性地描绘了根据本教导的实施例的质量分析器，

图2B是图2A中描绘的质量分析器的四极杆组的示意性端视图，

图3A示意性地描绘了适合在根据本教导的质量分析器的一些实施例中使用的方波电压脉冲，

图3B示意性地描绘了根据本教导的短AC信号，

图4示意性地描绘了适合在根据本教导的质谱仪中使用的分析模块的示例，

图5A是根据实施例的质量分析器的侧视示意图，其中该分析器包括四个四极杆和四个辅助电极，

图5B是图4A中描绘的质量分析器的端视图，

图6是其中结合了根据本教导的质量分析器的质谱仪的示意图，

图7是用于获取说明性数据的设备的示意图，

图8A示出了从blt正离子溶液中检测到的振荡离子信号，

图8B示出了从振荡离子信号得出的质谱，

图8C示出了图8A中描绘的振荡离子信号的傅立叶变换，图8B中所示的质谱基于该变换得出，

图9A是根据本教导的在blt正离子溶液通过FT质量分析器之后从其获得的振荡信号，其中采用AC信号的脉冲串来移除某些离子以改善所得质谱的信噪比，

图9B是基于图9A中描绘的振荡信号的傅立叶变换得出的结果质谱，其相对于图8B中描绘的质谱表现出增强的SNR，以及

图10示出了施加到FT质量分析器的各种信号的时序。

具体实施方式

本教导涉及一种用于执行傅立叶变换(FT)质谱法的方法和对应的傅立叶变换质量分析器，其采用AC(交流电压)的脉冲串以从引入到FT质量分析器中的多个离子中移除具有所选择的m/z比的离子，从而实现其余离子、例如具有较大m/z比的离子的检测的改善信噪(S/N)比，由此改善结果质谱的质量。如下面更详细地讨论的，根据本教导的FT质量分析器可以包括多极杆组，该多极杆组具有由上游离子源生成的离子可以通过其进入分析器的入口端口和离子可以通过其离开质量分析器的出口端口。FT质量分析器除其它组件外可以包括AC电压源，该AC电压源可以将AC信号的共振脉冲串施加到多极杆组的其中至少一个杆以便移除某些离子，例如低m/z离子，从而改善结果质谱，如下文更详细地讨论的。

本文使用的各种术语与其在本领域中的普通含义一致。术语“径向”在本文中用于指垂直于多极杆组的轴向维度的平面内的方向(例如，沿着图2A中的z方向)。术语“径向激励”和“径向振荡”分别是指径向方向上的激励和振荡。如本文中用于修饰数值的术语“大约”旨在表示关于该数值最多5％的变化。

图1是描绘用于执行傅立叶变换质谱法的方法的实施例中的各个步骤的流程图，其包括电离样本以便生成具有m/z比的分布的多个离子(步骤1)。可以将离子引入到具有多个杆的FT质量分析器中，这些多个杆以多极配置布置并提供用于接收离子的入口端口和离子通过其离开质量分析器的出口端口(步骤2)。

将射频(RF)电压施加到多极杆组的其中至少一个杆上，以便在离子通过多极杆组时生成用于径向约束离子的RF场(步骤3)。将AC信号的共振脉冲串施加到其中至少一个杆，以便从引入到FT质量分析器中的离子中移除具有所选择的m/z比的离子，例如，在期望范围内的离子(步骤4)。其余离子的至少一部分的径向振荡在那些离子的长期频率下被激励，使得当激励的离子离开多极杆组时多个杆的出口端口附近的边缘场可以将激励的离子的至少一部分的径向振荡转换成轴向振荡(步骤5)。检测离开多极杆组的轴向振荡离子的至少一部分，以便生成时变检测信号(步骤6)。获得时变检测信号的傅立叶变换以便生成频域信号并且利用频域信号生成与检测到的离子相关联的质谱(步骤7)。

在一些实施例中，RF电压可以具有在大约10伏至大约300伏的范围内的峰-峰幅值和在大约50kHz至大约2MHz的范围内的频率。

在一些实施例中，为从FT质量分析器中移除某些离子而施加的AC信号的振荡周期数可以在大约2至大约50的范围内，并且AC信号的幅值可以在大约1伏至大约50伏的范围内。

如上所述，可以经由在至少一对杆上施加电压脉冲来实现其余离子的径向振荡的激励。在一些实施例中，电压脉冲可以具有在大约1微秒至大约5微秒的范围内的持续时间。在一些实施例中，这种电压脉冲可以具有在大约10伏至大约50伏的范围内的幅值。

图2A和图2B示意性地描绘了根据本教导的实施例的质量分析器1000，该质量分析器1000包括四极杆组1002，该四极杆组1002从被配置用于接收离子的输入端(A)(本文也称为入口端口)延伸到离子可以通过其离开四极杆组的输出端(B)(本文也称为出口端口)。在这个实施例中，四极杆组包括四个杆1004a、1004b、1004c和1004d(本文统称为四极杆1004)，它们相对于彼此布置以在其间提供通路，四极杆组接收的离子通过该通路可以从输入端(A)传播到输出端(B)。在这个实施例中，四极杆1004具有圆形截面，而在其它实施例中，它们可以具有不同的截面形状，诸如双曲线。

质量分析器1000可以接收离子，例如，由离子源(图中未示出)生成的离子的连续流。可以采用多种不同类型的离子源。一些合适的示例包括但不限于电喷雾电离装置、喷雾器辅助电喷雾装置、化学电离装置、喷雾器辅助雾化装置、基质辅助激光解吸/电离(MALDI)离子源、光电离装置、激光电离装置、热喷雾电离装置、电感耦合等离子体(ICP)离子源、声波喷雾电离装置、辉光放电离子源和电子轰击离子源DESI，等等。

将射频(RF)电压施加到四极杆1004可以提供四极场，用于在离子通过四极时径向约束离子。可以将RF电压施加到杆上，同时将可选择量的分辨DC电压施加到一个或多个四极杆上或者不施加。

在一些实施例中，施加到四极杆1004的RF电压可以具有在大约50kHz至大约3MHz的范围内的频率和在大约50伏至大约1000伏的范围内的幅值，但是也可以采用其它频率和幅值。在这个实施例中，在控制器1010的控制下操作RF电压源1008向四极杆1004提供所需的RF电压。

经由向杆施加(一个或多个)RF电压生成的四极场可以在四极杆组的出口端口附近表现出边缘场，这可以用于经由在其中至少两个杆上施加电压脉冲以引起径向离子激励来从FT质量分析器获得离子的质量选择性提取，如下文更详细地讨论的。

继续参考图2A和图2B，在这个实施例中，质量分析器1000还包括部署在四极杆组的输入端附近的输入透镜1012和部署在四极杆组的输出端附近的输出透镜1014。在控制器1010的控制下操作DC电压源1016可以向输入透镜1012和输出透镜1014施加两个DC电压，例如，相对于四极的DC偏移在大约1至50V吸引力的范围内。在一些实施例中，施加到输入透镜1012的DC电压引起促进离子进入到质量分析器中的电场的生成。另外，将DC电压施加到输出透镜1014可以促进离子从四极杆组离开。离子通过分析器而不被困在其中。

透镜1012和1014可以以各种不同的方式实现。例如，在一些实施例中，透镜1012和1014可以是具有开口的板的形式，离子可以通过该开口。在其它实施例中，透镜1012和1014中的至少一者(或两者)可以被实现为网。在四极的入口和出口端处也可以有仅RF的Brubaker透镜。

质量分析器1000还包括AC电压源1019，用于将AC脉冲串信号的共振脉冲串施加到四极杆中的至少一个，以引起从FT分析器中移除某些离子。特别地，已经发现与某些离子相关联的振荡，尤其是在较低的m/z比以及因此较高的频率下，可能至少部分地掩盖与感兴趣的离子相关联的振荡，例如，与具有较高m/z比以及因此较低频率的离子相关联的振荡。因此，移除某些离子，尤其是那些具有较低m/z比的离子，可以有利地改善经由检测到的振荡离子信号的傅立叶变换获得的结果质谱的信噪比(SNR)。举例来说，在一些实施例中，AC脉冲串信号的振荡周期数可以在大约2至大约50的范围内并且AC信号的幅值可以在大约1伏至大约50伏的范围内，例如，在大约10伏至大约30伏的范围内。另外，在一些实施例中，AC脉冲串信号的频率可以在大约50kHz至大约600kHz的范围内。如下面的示例中所示，使用诸如图3B中示意性描绘的短AC信号从FT分析器中移除某些离子可以减少与被移除的离子和感兴趣的离子相关联的振荡信号的重叠并且因此可以改善感兴趣离子的结果质谱的信噪比，例如，改善大约2至大约3的范围内的因数。

在施加AC脉冲串信号之后或之前，或者在一些实施例中基本上与施加AC脉冲串信号同时，可以在四极杆中的至少两个杆上施加电压脉冲以引起其余离子的径向振荡，这可能导致从FT质量分析器中对那些离子的质量选择性提取。举例来说，AC脉冲串信号和所施加的电压脉冲的时间分隔可以例如小于大约50微秒。如上所述，虽然在一些实施例中AC脉冲串信号先于施加的电压脉冲，但在其它实施例中，施加的电压脉冲可以先于AC脉冲串信号。但是，在其它实施例中，AC脉冲串信号和施加的电压脉冲可以基本上同时被施加。如下文更详细地讨论的，将电压脉冲施加到四极杆中的至少一个杆可以激励FT质量分析器内离子的径向振荡。径向振荡离子可以与FT质量分析器的出口端口附近的边缘场相互作用，使得将径向振荡转换成轴向振荡。轴向振荡离子可以离开FT质量分析器并且可以被下游检测器1020检测到。

通过进一步说明并且不限于任何特定理论，将(一个或多个)RF电压施加到四极杆可以导致生成如以下关系定义的二维四极电位：

其中，

表示相对于地测得的电位，并且x和y表示定义垂直于离子的传播方向(即，垂直于z方向)的平面的笛卡尔坐标。由以上电位生成的电磁场可以通过获得电位的空间梯度来计算。

再次不限于任何特定理论，对于第一近似，与四极的输入端和输出端附近的边缘场相关联的电位可以通过函数f(z)通过四极的输入端和输出端附近的二维四极电位来表征，如下所示：

其中，

表示与边缘场相关联的电位并且

表示上面讨论的二维四极电位。由于二维四极场的减小所引起的边缘电场的轴向分量(E_z,quad)可以描述如下：

如下面更详细地讨论的，这种边缘场允许将经由将电压脉冲施加到四极杆中的一个或多个(和/或一个或多个辅助电极)而激励的离子的径向振荡转换成轴向振荡，其中轴向振荡离子由检测器检测。

继续参考图2A和图2B，分析器1000还包括脉冲电压源1018，用于向四极杆1004中的至少一个杆施加脉冲电压。在这个实施例中，脉冲电压源1018向杆1004a和1004b施加偶极脉冲电压，但是在其它实施例中，偶极脉冲电压可以施加到杆1004c和1004d。

在一些实施例中，所施加的脉冲电压的幅值可以例如在大约10伏至大约60伏的范围内，或在大约20伏至大约30伏的范围内，但也可以使用其它幅值。另外，脉冲电压的持续时间(脉冲宽度)可以例如在大约100纳秒(ns)至大约1毫秒的范围内，例如在大约1微秒至大约100微秒的范围内，或在大约5微秒至大约50微秒的范围内，或在大约10微秒至大约40微秒的范围内，但也可以使用其它脉冲持续时间。一般而言，可以采用各种脉冲幅值和持续时间。在许多实施例中，脉冲宽度越长，脉冲幅值越小。通过四极的离子通常仅暴露于单个激励脉冲。一旦激励的离子的“团块”通过四极，就触发附加的激励脉冲。这通常每1到2ms发生一次，因此每秒收集大约500至1000个数据获取周期。

与电压脉冲相关联的波形可以具有多种不同的形状，目的是提供快速宽带激励信号。举例来说，图3A示意性地示出了具有方形时间形状的示例性电压脉冲。在一些实施例中，电压脉冲的上升时间、即电压脉冲从零电压增加到达到其最大值所花费的持续时间例如可以在大约1至100纳秒的范围内。在其它实施例中，电压脉冲可以具有不同的时间形状。

不受任何特定理论的限制，例如在两个对角相对的四极杆上施加电压脉冲在四极杆内生成瞬态电场。四极内离子暴露于这个瞬态电场可以在它们的长期频率下径向激励这些离子中的至少一些。这种激励可以涵盖具有不同质荷(m/z)比的离子。换句话说，使用具有短持续时间的激励电压脉冲可以提供四极内的离子的宽带径向激励。

当径向激励的离子到达输出端(B)附近的四极杆组的端部时，它们将与出口边缘场相互作用。再次，不受任何特定理论的限制，这种相互作用可以将激励的离子的至少一部分的径向振荡转换成轴向振荡。

轴向振荡离子离开四极杆组和出口透镜1014到达检测器1020，该检测器1020在控制器1010的控制下操作。检测器1020响应于检测到轴向振荡离子而生成时变离子信号。可以采用多种检测器。合适检测器的一些示例包括但不限于Photonics Channeltron Model4822C和ETP electron multiplier Model AF610。

与检测器1020通信的分析器1022(本文也称为分析模块)可以接收检测到的时变信号并对那个信号进行操作以生成与检测到的离子相关联的质谱。更具体而言，在这个实施例中，分析器1022可以获得检测到的时变信号的傅立叶变换以生成频域信号。然后，分析器可以使用Mathieu a和q参数与m/z之间的关系将频域信号转换成质谱。

其中z是离子上的电荷，U是杆上的DC电压，V是RF电压幅值，Ω是RF的角频率，并且r₀是四极的特征维度。径向坐标r由下式给出

r²＝x²+y²     等式(6)

此外，当q<～0.4时，参数β由以下关系给出：

并且基本长期频率由下式给出

在a＝0且q<～0.4的条件下，长期频率通过以下近似关系与m/z相关。

β的确切值是根据a和q Mathieu参数的连续分数表达式。这个连续分数表达式可以在参考文献J.Mass Spectro第32卷第351-369页(1997)中找到，该参考文献通过引用整体并入本文。

m/z与长期频率之间的关系可以可替代地通过将频率的集合拟合到等式来确定

其中，A和B是要确定的常数。

在一些实施例中，可以采用根据本教导的质量分析器来生成具有取决于时变激励离子信号的长度的分辨率的质谱，但是分辨率通常可以在大约10至大约1000的范围内。

分析器1022可以以各种不同的方式在硬件和/或软件中实现。举例来说，图4示意性地描绘了分析器1200的实施例，该分析器1200包括用于控制分析器的操作的处理器1220。示例性分析器1200还包括用于存储指令和数据的随机存取存储器(RAM)1240和永久存储器1260。分析器1200还包括用于对从检测器1180接收的时变离子信号进行操作(例如，经由傅立叶变换)以生成频域信号的傅立叶变换(FT)模块1280以及用于基于频域信号计算检测到的离子的质谱的模块1300。通信模块1320允许分析器与检测器1180通信，例如，以接收检测到的离子信号。通信总线1340允许分析器的各种组件彼此通信。

以上控制器1010(参见图2A)也可以使用由本教导告知的已知技术以硬件、软件和/或固件来实现。例如，在控制器1010的实施方式的一个示例中，类似于图4中描绘的分析器1200的实施方式，控制器可以包括处理器、随机存取存储器(RAM)、永久存储器、通信模块和允许处理器与其它组件通信的总线。在一些实施例中，用于操作根据本教导的FT质量分析器的指令可以存储在永久存储器中并且在运行时期间可以从永久存储器中检索并传送到RAM以供执行。举例来说，指令可以实现期望的工作流程，诸如图10中描绘的。如图10中所示，在这个实施例中，控制器1010可以在整个数据获取周期期间将RF电压施加到FT质量分析器的其中至少一个杆上，以提供离子的径向约束。在这个实施例中，存储在控制器中的时序指令使得用于移除某些离子的AC脉冲串信号的施加先于用于引起离子的径向激励的电压脉冲的施加。如上面所讨论的，在其它实施例中，电压脉冲可以先于AC脉冲串信号，而在其它实施例中，AC脉冲串信号和电压脉冲可以基本上同时施加。在一些实施例中，根据本教导的质量分析器可以包括四极杆组以及一个或多个辅助电极，电压脉冲可以对其施加以径向激励四极内的离子。举例来说，图5A和图5B示意性地描绘了根据这种实施例的质量分析器2000，该质量分析器2000包括由四个杆2020a、2020b、2020c和202d(本文统称为四极杆2020)组成的四极杆组2020。在这个实施例中，分析器2000还包括散布在四极杆2020之间的多个辅助电极2040a、2040b、2040c和2040d(本文统称为辅助电极2040)。与四极杆2020类似，辅助电极2040从四极的输入端(A)延伸到其输出端(B)。在这个实施例中，辅助电极2040具有与四极杆2020基本上类似的长度，但是在其它实施例中它们可以具有不同的长度。

与前面的实施例类似，RF电压可以施加到四极杆2020，例如，经由RF电压源(未示出)用于径向约束从中通过的离子。在这个实施例中，电压脉冲可以施加到辅助电极中的一个或多个以引起通过四极的离子中的至少一些的径向激励，而不是将电压脉冲施加到四极杆中的一个或多个。举例来说，在这个实施例中，脉冲电压源2060可以向杆2040a和2040d施加偶极电压脉冲(例如，向杆2040a施加正电压并向杆2040d施加负电压)。

与前面的实施例类似，电压脉冲可以引起通过四极的离子中的至少一些的径向激励。如上面所讨论的，径向激励的离子与四极的输出端附近的边缘场的相互作用可以将径向振荡转换成轴向振荡，并且轴向振荡离子可以被检测器(图中未示出)检测到。与前面的实施例类似，诸如上面讨论的分析器1200之类的分析器可以对作为轴向振荡离子的检测的结果而生成的时变离子信号进行操作以生成频域信号并且可以对频域信号进行操作以生成检测到的离子的质谱。

根据本教导的质量分析器可以结合在多种不同的质谱仪中。举例来说，图6示意性地描绘了根据本教导的这种质谱仪100，该质谱仪100包括用于在电离室14内生成离子的离子源104、用于对从其接收到的离子进行初始处理的上游部16以及包含一个或多个质量分析器、碰撞池和质量分析器116的下游部18。

由离子源104生成的离子可以被相继传输通过上游部16的元件(例如，帘板30、孔板32、QJet 106和Q0 108)以产生窄且高度聚焦的离子束(例如，在沿着中心纵轴的z方向上)用于在高真空下游部分18内进行进一步的质量分析。在所描绘的实施例中，电离室14可以被维持在大气压下，但是在一些实施例中，电离室14可以被抽空至低于大气压的压力。帘室(即，帘板30与孔板32之间的空间)也可以维持在升高的压力下(例如，大约大气压、大于上游部16的压力)，而上游部16和下游部18可以通过经由一个或多个真空泵端口(未示出)抽真空而维持在一个或多个所选择的压力(例如，相同或不同的次大气压、低于电离室的压力)下。质谱仪系统100的上游部16通常维持在相对于下游部18的各种压力区域的一个或多个升高的压力下，下游部18通常在降低的压力下操作以促进离子移动的紧密聚焦和控制。

包含在从离子源104排放的流体样本内的分析物可以在其中被电离的电离室14通过帘板30与气帘室分隔，帘板30定义经由孔板32的采样孔与上游部流体连通的帘板孔径。根据本教导的各个方面，帘式气体供应可以在帘板30与孔板32之间提供帘式气流(例如，N₂)以帮助保持质谱仪系统的下游部通过去聚集和疏散大的中性粒子进行清洁。举例来说，帘式气体的一部分可以流出帘板孔径进入电离室14，从而防止液滴通过帘板孔径进入。

如下文详细讨论的，质谱仪系统100还包括电源和控制器(未示出)，该控制器可以耦合到各种组件以便根据本教导的各个方面操作质谱仪系统100。

如图所示，所描绘的系统100包括样本源102，该样本源102被配置为向离子源104提供流体样本。样本源102可以是本领域技术人员已知的任何合适的样本入口系统并且可以被配置为包含样本(例如，包含或怀疑包含感兴趣的分析物的液体样本)和/或将样本引入到离子源104。样本源102可以流体耦合到离子源以便将液体样本从待分析样本的贮存器、从在线液相色谱(LC)柱、从毛细管电泳(CE)仪器或样本可以通过其注入的输入端口传输到离子源102(例如，通过一个或多个导管、通道、管道、管子、毛细管等)，这是都是非限制性示例。在一些方面，样本源102可以包括用于使液体载体连续流动到离子源104的输液泵(例如，注射器或LC泵)，同时样本的柱塞可以间歇地注入到液体载体中。

离子源104可以具有多种配置，但一般被配置为从样本(例如，从样本源102接收的流体样本)内包含的分析物生成离子。在这个实施例中，离子源104包括电喷雾电极，该电喷雾电极可以包括流体耦合到样本源102的毛细管并终止于出口端，该出口端至少部分地延伸到电离室14中以排放其中的液体样本。如本领域技术人员根据本教导将认识到的，电喷雾电极的出口端可以将液体样本雾化、气雾化、喷雾化或以其它方式排放(例如，用喷嘴喷射)到电离室14中以形成样本羽流，该样本羽流包括一般指向帘板孔径(例如，在其附近)的多个微滴。如本领域中已知的，包含在微滴内的分析物可以被离子源104电离(即，带电)，例如，在生成样本羽流时。在一些方面，电喷雾电极的出口端可以由导电材料制成并且电耦合到可操作地耦合到控制器20的电源(例如，电压源)，使得当包含在样本羽流内的微滴内的液体在电离室12中的去溶剂化期间蒸发时，裸露的带电分析物离子或溶剂化离子被释放并被拉向并通过帘板孔径。在一些替代方面，喷雾器的排放端可以是非导电的并且可以通过导电接合或接头将高电压施加到液体流(例如，毛细管的上游)发生喷雾充电。虽然离子源104在本文中一般被描述为电喷雾电极，但是应当认识到的是，本领域中已知的用于电离样本内的分析物并根据本教导修改的任何数量的不同电离技术都可以用作离子源104。作为非限制性示例，离子源104可以是电喷雾电离装置、喷雾器辅助电喷雾装置、化学电离装置、喷雾器辅助雾化装置、基质辅助激光解吸/电离(MALDI)离子源、光电离装置、激光电离装置、热喷雾电离装置、电感耦合等离子体(ICP)离子源、声波喷雾电离装置、辉光放电离子源和电子轰击离子源DESI等。将认识到的是，离子源102可以相对于帘板孔径和离子路径轴正交地部署，使得从离子源104排放的羽流也一般被引导跨过帘板孔径的面，使得未被吸入到帘室中的液滴和/或大中性分子可以从电离室14中被移除，以便防止潜在污染物在电离室内的积累和/或再循环。在各个方面，还可以提供雾化器气体(例如，在离子源102的排放端附近)以防止液滴在喷雾器尖端上积累和/或在帘板孔径的方向上指引样本羽流。

在一些实施例中，在通过孔板32后，离子可以穿过一个或多个附加的真空室和/或四极(例如，

四极)以在被传输到下游高真空部18之前使用气体动力学和射频场的组合提供对离子束的附加聚焦和更精细的控制。根据本教导的各个方面，还将认识到的是，本文描述的示例性离子导向器可以部署在质谱仪系统的各种前端位置。作为非限制性示例，离子导向器108可以用于

离子导向器(例如，在大约1-10Torr的压力下操作)的常规角色，作为

离子导向器之后的常规Q0聚焦离子导向器(例如，在大约3-15mTorr的压力下操作)，作为组合的Q0聚焦离子导向器和

离子导向器(例如，在大约3-15mTorr的压力下操作)，或者作为

离子导向器与Q0之间的中间装置(例如，在100s的mTorr的压力下、在典型的

离子导向器与典型的Q0聚焦离子导向器之间的压力下操作)。

如图所示，系统100的上游部16经由孔板32与帘室分隔，并且一般包括第一RF离子导向器106(例如，SCIEX的

)和第二RF导向器108(例如，Q0)。在一些示例性方面，第一RF离子导向器106可以用于使用气体动力学和射频场的组合来捕获和聚焦离子。举例来说，离子可以传输通过采样孔，其中由于孔板32任一侧的腔室之间的压力差而发生真空膨胀。作为非限制性示例，第一RF离子导向器的区域中的压力可以维持在大约2.5Torr的压力。QJet 106将由此接收到的离子通过部署在之间的离子透镜IQ0 107传送到后续的离子光学器件，诸如Q0 RF离子导向器108。Q0 RF离子导向器108将离子运输通过中间压力区域(例如，在大约1mTorr至大约10mTorr的范围内)并通过IQ1透镜109将离子递送到系统100的下游部18。

系统100的下游部18一般包括高真空室，该高真空室包含一个或多个质量分析器，用于进一步处理从上游部16传输的离子。如图5中所示，示例性下游部18包括质量分析器110(例如，细长的杆组Q1)和可以作为碰撞池操作的第二细长杆组112(例如，q2)。下游部还包括根据本教导的质量分析器114。

质量分析器110和碰撞池112由孔板IQ2分隔，并且碰撞池112和质量分析器114由孔板IQ3分隔。例如，在从108Q0传输通过透镜109IQ1的出口孔径之后，离子可以进入相邻的四极杆组110(Q1)，该四极杆组110(Q1)可以位于真空室中，该真空室可以被抽空至可以维持在低于其中部署RF离子导向器107的腔室的值的压力。

作为非限制性示例，包含Q1的真空室可以维持在小于大约1x10^-4Torr(例如，大约5×10^-5Torr)的压力下，但也可以使用其它压力用于这个或其它目的。如本领域技术人员将认识到的，四极杆组Q1可以作为常规传输RF/DC四极质量过滤器来操作，该四极质量过滤器可以被操作以选择感兴趣的离子和/或感兴趣的离子的范围。举例来说，可以为四极杆组Q1提供适合在质量分辨模式下操作的RF/DC电压。如应当认识到的，考虑到Q1的物理和电气性质，可以选择用于所施加的RF和DC电压的参数，以使得Q1建立所选择的m/z比的传输窗口，使得这些离子可以在很大程度上不受干扰地穿过Q1。但是，具有落在该窗口之外的m/z比的离子不会在四极内获得稳定的轨迹并且可以被阻止穿过四极杆组Q1。应当认识到的是，这种操作模式只是用于Q1的一种可能操作模式。

通过四极杆组Q1的离子可以通过透镜IQ2并进入相邻的四极杆组q2，该四极杆组q2可以部署在加压室中并且可以被配置为在近似在从大约1mTorr至大约10mTorr的范围内的压力下作为碰撞池操作，但是可以使用其它压力用于这个或其它目的。可以通过气体入口(未示出)提供合适的碰撞气体(例如，氮气、氩气、氦气等)以热化和/或分裂离子束中的离子。

在这个实施例中，离开碰撞池112的离子可以由根据本教导的质量分析器114接收。如上面所讨论的，质量分析器114可以被实现为具有或不具有辅助电极的四极质量分析器。将RF电压施加到四极杆(有或没有可选择的分辨DC电压)可以在离子通过四极时提供离子的径向约束，并且将DC电压脉冲施加到RF杆或辅助电极中的一个或多个可以引起离子的至少一部分(并且优选地是全部)的径向激励。如上面所讨论的，当径向激励的离子离开四极时它们与边缘场的相互作用可以将离子中的至少一些的径向激励转换成轴向激励。离子然后由检测器118检测，该检测器118生成时变离子信号。与检测器118通信的分析器120可以对时变离子信号进行操作以便以上面讨论的方式得出检测到的离子的质谱。

提供以下示例以进一步阐明本教导的各个方面，并且不旨在一定提供实践本教导的最优方式或可以获得的最优结果。示例表明，使用AC脉冲串信号从FT质量分析器中移除某些离子可以有利地改善与其余离子的结果质谱相关联的信噪比。

示例

示例1

具有根据本教导的FT质量分析器的、包括用于将AC脉冲串信号施加到FT质量分析器的四极杆组的杆中的至少一个的AC电压源的与上面图7中描绘的质谱仪类似的质谱仪被用来在施加和不施加AC脉冲串信号的情况下获得X500R正离子校准溶液的质谱。采用质量依赖的提取以从FT质量分析器提取离子，以便以本文公开的方式由下游检测器检测。

图8A示出了从X500R正离子溶液(Sciex零件号：5042912)检测到的振荡离子信号。图8C示出了图8A中所示的振荡离子信号的傅立叶变换。并且图8B示出了从图8C中描绘的FT信号得出的结果质谱。

示例2

在这个示例中，质谱仪被用于获得X500R正离子校准溶液的质谱，但添加了如本文所公开的AC脉冲串信号以便移除否则将生成干扰振荡信号的离子的至少一部分。

更具体而言，在这个实施例中，短AC脉冲串信号包括频率为227.4kHz的10个振荡周期，以移除标称的132m/z质量信号。

结果振荡信号在图9A中描绘并且对应的质谱在图9B中示出。图9B中描绘的质谱表现出与m/z大于132的离子对应的质量峰的增强信噪比(SNR)。

本领域的普通技术人员将认识到的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对以上实施例进行各种改变。

Claims (20)

1.一种执行傅立叶变换质谱法的方法，包括：

使多个离子通过傅立叶变换FT质量分析器，该FT质量分析器包括以多极配置布置的多个杆，所述多个杆包括用于接收离子的输入端口和离子能够通过其离开质量分析器的输出端口，

将至少一个RF电压施加到所述杆中的至少一个杆，以便在离子通过四极时生成用于离子的径向约束的RF场，

将AC信号的共振脉冲串施加到所述杆中的至少一个杆，以便从引入到FT质量分析器的离子中移除具有在期望范围内的m/z比的离子，

激励其余离子的至少一部分在其长期频率下的径向振荡，使得当所述激励的离子离开四极杆组时所述多个杆的输出端附近的边缘场将所述激励的离子的至少一部分的所述径向振荡转换成轴向振荡，以及

检测离开四极杆组的所述轴向振荡离子的至少一部分以生成时变信号。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括获得所述时变信号的傅立叶变换以便生成频域信号并利用所述频域信号生成与检测到的离子相关联的质谱。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述AC信号中的振荡周期数在大约2至大约50的范围内。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述AC信号具有在大约1伏至大约50伏的范围内的幅值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述AC信号具有在大约50kHz至大约600kHz的范围内的频率。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，激励其余离子的至少一部分的径向振荡的所述步骤包括在所述多个杆中的至少一对杆上施加电压脉冲。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电压脉冲具有在大约0.1微秒至大约10微秒的范围内的持续时间。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述电压脉冲具有在大约10伏至大约60伏的范围内的幅值。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，AC信号的所述脉冲串与所述电压脉冲之间的时间分隔小于大约50微秒。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述RF电压具有在大约10伏至大约1000伏的范围内的峰-峰幅值。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述RF电压具有在大约50kHz至大约3MHz的范围内的频率。

12.一种傅立叶变换FT质量分析器，包括：

多极杆组，包括多个杆，所述多个杆相对于彼此布置为允许离子在其间通过，所述多极杆组包括用于接收离子的输入端口和离子能够通过其离开所述多极杆组的输出端口，

RF电压源，用于将RF电压施加到所述杆中的至少一个杆，用于在离子传播通过所述多极杆组时引起离子的径向约束，

至少一个AC电压源，用于将AC信号的共振脉冲串施加到所述杆中的至少一个杆，以便从引入到FT质量分析器的离子中移除具有在期望范围内的m/z比的离子，

至少一个电压源，用于向所述杆中的至少一个杆施加电压脉冲，以便激励其余离子的至少一部分在其长期频率下的径向振荡，使得当激励的离子离开所述多极杆组时在所述多极杆组的输出端口附近的边缘场将激励的离子的至少一部分的径向振荡转换成轴向振荡，以及

检测器，部署在所述FT质量分析器的下游，用于检测离开所述多极杆组的所述轴向振荡离子。

13.根据权利要求12所述的FT质量分析器，其中，所述多极杆组包括四极杆组。

14.根据权利要求12所述的FT质量分析器，其中，所述检测器响应于检测到所述轴向振荡离子而生成时变信号。

15.根据权利要求12所述的FT质量分析器，还包括分析模块，用于接收所述时变信号并对所述时变信号应用傅立叶变换以便生成频域信号。

16.根据权利要求15所述的FT质量分析器，其中，所述分析模块对所述频域信号进行操作以生成检测到的离子的质谱。

17.根据权利要求12所述的FT质量分析器，其中，所述AC共振信号中的振荡次数在大约2至大约50的范围内。

18.根据权利要求12所述的FT质量分析器，其中，所述AC共振信号表现出在大约1伏至大约50伏的范围内的幅值。

19.根据权利要求12所述的FT质量分析器，其中，所述电压脉冲具有在大约100ns至大约100微秒的范围内的持续时间。

20.根据权利要求12所述的FT质量分析器，其中，所述电压脉冲具有在大约20伏至大约60伏的范围内的幅值。

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