CN117546270A - 具有高采样占空比的质谱仪 - Google Patents

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CN117546270A CN202280043162.6A CN202280043162A CN117546270A CN 117546270 A CN117546270 A CN 117546270A CN 202280043162 A CN202280043162 A CN 202280043162A CN 117546270 A CN117546270 A CN 117546270A
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Abstract

一种多反射飞行时间质谱仪(8)，包括：质量过滤器或质量分离器(6)；离子加速器(14)，该离子加速器用于脉冲离子包；离子镜(10)，该离子镜被布置成接收来自离子加速器(14)的离子并且当离子在第二维度(z维度)上行进时在离子镜(10)之间在第一维度(x维度)上反射离子；第一离子反射器(20)和第二离子反射器(22)，第一离子反射器和第二离子反射器被布置成使得当它们都被激活时，它们在第二维度上来回反射离子；离子检测器(16)，该离子检测器被布置成当离子反射器(20,22)中的第一离子反射器被去激活时接收离子；和控制电路，该控制电路配置为：控制离子加速器(14)以执行第一脉冲序列，第一脉冲序列将第一多个离子包脉冲到离子镜(10)中；控制反射器(20,22)，使得所述多个包中的离子同时由反射器(20,22)在第二维度上来回反射；以及控制能够由质量过滤器或质量分离器(6)传送到离子加速器(14)的质荷比的范围，以及第一反射器(20)被激活和去激活的定时，使得来自所述多个离子包的基本上所有的离子在检测器(16)处被接收之前在第二维度上经历相同次数的反射。

Description

具有高采样占空比的质谱仪
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年7月14日提交的英国专利申请2110152.2号的优先权和权益。该申请的全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及质谱仪和离子迁移谱仪，它们重复地将离子脉冲到分离区域中，以使离子根据质荷比或离子迁移率分离。
背景技术
飞行时间(TOF)质量分析器是一种已知形式的质量分析器，其具有离子加速器，该离子加速器将离子包脉冲到飞行时间区域(例如，无场区)中并且朝向离子检测器。当离子穿过飞行时间区域时，离子根据它们的质荷比分离出来，然后撞击离子检测器。这样，分离的离子在不同的时间到达离子检测器，其中离子到达检测器的时间与其质荷比相关。给定离子的质荷比可根据该给定离子被脉冲到飞行时间区域的时间与该给定离子由离子检测器检测到的时间之间的持续时间来确定。因此，质量分析器能够确定脉冲到质量分析器中的离子的质荷比和它们的强度并且形成质谱。
为了提供具有高质量分辨率的质量分析器，希望提供具有穿过飞行时间区域的长飞行路径的离子，因为这使得不同质荷比的离子在它们行进穿过飞行时间区域时能够更大程度地分离出来。多反射TOF(MRTOF)质量分析器通过在离子从质量分析器的第一端部处的离子加速器朝向布置在质量分析器的第二相对的端部处的离子检测器漂移时在离子镜之间多次反射离子而在飞行时间区域中提供如此长的飞行路径长度。另选地，为了进一步增加飞行路径的长度(并且因此提高质量分辨率)，已知的是，在允许离子从飞行时间区域射出到检测器上之前，反射离子使得离子在质量分析器的第一端部和第二端部之间来回漂移，离子在这样运动时也在反射镜之间被反射。这种操作模式在本领域中被称为多次传递或“缩放”操作模式。
如本领域中已知的，TOF质量分析器在单个实验运行期间重复地将离子包脉冲(即，推动)到飞行时间区域中，并且获得从这些脉冲中的每一个脉冲检测到的离子的质谱数据。可以对从在预先确定的时间量(即，预先确定的数量的脉冲)内发生的多个脉冲检测到的质谱数据求和，以便形成复合质谱。历史上，相邻脉冲之间的持续时间被设置为足够长，使得来自任何给定脉冲的最慢的感兴趣离子(即，最重的感兴趣质荷比)有时间遍历飞行时间区域并且在执行随后的脉冲之前到达检测器。这是为了防止对来自一个脉冲的快速离子的检测被确定为与来自前一脉冲的离子的光谱数据相关联。
由于MRTOF质量分析器提供了相对较长的离子飞行路径并且因此提供了到检测器的较长飞行时间，所以上述约束导致离子加速器的操作使得脉冲相对不那么频繁。这导致采样占空比较差，在缩放模式下通常小于0.05％。
已知通过使用编码频繁脉冲(EFP)技术来增加TOF质量分析器的采样占空比，该技术操作离子加速器使得相邻脉冲之间的持续时间小于期望被分析的最重质荷比的飞行时间。在这种技术中，离子加速器被控制以便执行脉冲序列，脉冲序列被布置成使得序列中的任何脉冲对之间的持续时间不同于序列内的任何其他脉冲对之间的持续时间。尽管来自不同脉冲的感兴趣的离子将在重叠的时间段内到达检测器，但质量分析器能够解码所得的谱数据，以便通过使用EFP序列中的脉冲的定时来确定与每个脉冲相关的谱数据。
然而，还不可能使用EFP技术来改善在多次传递或缩放模式下操作的质量分析器的采样占空比。特别地，一旦来自一个脉冲的离子已经在质量分析器的第一端部和第二端部之间被来回反射了期望的次数并且被允许传递到检测器，来自一个或多个后续脉冲的离子也能够传递到检测器。这导致来自不同脉冲的离子在质量分析器内经历不同的飞行路径长度，这在飞行时间质量分析器中显然是不可接受的。
发明内容
根据第一方面，本发明提供了一种多反射飞行时间质谱仪，包括：质量过滤器或质量分离器；离子加速器，该离子加速器用于脉冲离子包；离子镜，离子镜被布置成接收来自离子加速器的离子并且当离子在第二维度(z维度)上行进时在离子镜之间在第一维度(x维度)上反射离子；第一离子反射器和第二离子反射器，第一离子反射器和第二离子反射器被布置成使得当它们都被激活时，第一离子反射器和第二离子反射器在第二维度上来回反射离子；离子检测器，该离子检测器被布置成当离子反射器中的第一离子反射器被去激活时接收离子；和控制电路，该控制电路被配置为：控制离子加速器以执行第一脉冲序列，该第一脉冲序列将第一多个离子包脉冲到离子镜中；控制反射器，使得所述多个包中的离子同时由反射器在第二维度上来回反射；以及控制能够由质量过滤器或质量分离器传送到离子加速器的质荷比的范围，以及第一反射器被激活和去激活的定时，使得来自所述多个离子包的基本上所有的离子在检测器处被接收之前在第二维度上经历相同次数的反射。
本发明的发明人已经认识到，通过限制在脉冲序列期间传送到离子加速器的质荷比的范围，反射器可以被可控地激活和去激活，以便确保即使当多个离子包在重叠的时间段期间被脉冲到离子镜中时，不同离子包中的基本上所有的离子在检测器处被接收之前在第二维度上经历相同次数的反射。
质量过滤器或质量分离器被控制为仅向离子加速器提供受限范围的质荷比。
质谱仪可具有用户界面，该用户界面被配置为使得用户可以输入期望被分析的质荷比的范围，并且作为响应，该质谱仪可被配置为然后控制质量过滤器或质量分离器，使得由质量过滤器或质量分离器传送的质荷比的范围是在用户界面处输入的范围。
质量过滤器可以是这样一种装置，该装置被配置和控制成使得具有所述离子范围内的质荷比的离子被传送，而具有其他质荷比的离子被滤除。例如，质量过滤器可以是四极质量过滤器。质量分离器可以是根据质荷比分离离子并且仅向前传送具有期望的质荷比范围的离子的装置。例如，质量分离器可以将离子脉冲到飞行时间区域中，在该飞行时间区域中离子根据质荷比分离。离子门可以位于飞行时间区域的端部，并且可以仅在一段时间内打开，以便传送期望范围的质荷比。还可以设想，可以使用质量选择性离子阱来提供具有期望的质荷比范围的离子。
质谱仪可包括具有所述离子加速器、离子镜、反射器和检测器的正交加速MRTOF质量分析器。离子加速器因此可以在与其接收离子的方向正交的方向上加速离子。
离子镜可以是两个离子镜，这两个离子镜在第一维度上彼此间隔开并且各自可以在第二维度上是细长的。离子镜在第二维度上可以是平行的并且/或者可具有相同的长度。离子镜优选地是反射器。
第二维度可以与第一维度正交。
第一脉冲序列可以是编码频繁脉冲序列，其中第一脉冲序列中的任何两个脉冲之间的持续时间不同于第一脉冲序列中的任何其他两个脉冲之间的持续时间。即，不仅脉冲序列中任何两个相邻脉冲之间的持续时间是唯一的，而且序列中任何两个(非相邻)脉冲之间的持续时间也是唯一的。
质谱仪被配置为在检测器处检测离子并且生成这些离子的质谱数据。质谱仪还被配置为使用编码频繁脉冲中的脉冲的定时来解码质谱数据。因此，质谱仪可以对质谱数据进行解码，以便确定哪个质谱数据与哪个离子脉冲相关。
第一脉冲序列由多个脉冲组成，以第一脉冲开始并且以最终的脉冲结束。控制电路可被配置为在与来自所述第一脉冲的最低质荷比离子例如在已经在第二维度上行进了至少从离子镜的一个端部到离子镜的另一个端部的距离之后第一次到达第一反射器的时间相对应的时间，将第一反射器从处于去激活状态改变为处于激活状态，在去激活状态中，第一反射器不在第二维度上反射离子，并且在激活状态中，第一反射器在第二维度上反射离子。
为避免疑义，最低质荷比是所述质荷比范围内能够由质量过滤器或质量分离器传送的最低质荷比。
控制电路可被配置为：将第一反射器保持激活一段时间，该时间段基本上对应于来自所述第一脉冲的所述最低质荷比离子从第一反射器行进到第二反射器并且返回到第一反射器的整数n次往返行程将花费的时间；以及在所述时间段结束时去激活第一反射器，使得所述最低质荷比离子能够传递到检测器。
所述整数次往返行程可以是≥1；≥2；≥3；≥4；≥5；≥6；≥7；≥8；≥9；或≥10次往返行程。
质谱仪可具有用户界面，该用户界面被配置为使得用户可以输入所述整数次往返行程，并且控制电路可被配置为然后响应于此而控制第一反射器以便执行上述方法。
当来自所述第一脉冲的最低质荷比离子在已经经历整数次往返行程之后将到达第一反射器时(例如，刚好在此之前)，第一反射器可以被去激活。
来自第一脉冲序列中的最终的脉冲的最重质荷比离子必须到达第一反射器，同时第一反射器仍然被激活以便在第二维度上执行期望次数的反射。这样，控制电路可被配置为控制离子加速器，使得在第一反射器被去激活之前的至少时间Tx发生第一脉冲序列中的最终的脉冲，其中Tx是质荷比范围内的最高质荷比离子从离子加速器行进到第一反射器，然后从第一反射器行进到第二反射器并且返回到第一反射器的n-1次往返行程将花费的时间。
第一反射器可以在最高质荷比离子已经进行所述n-1次往返行程并且被第一反射器反射之后(例如，刚好在此之后)被去激活。
当最高质荷比离子到达第一反射器时，第一反射器将已经被去激活，并且最高质荷比离子将能够传递到检测器。
控制电路可被配置为：控制离子加速器以执行第二脉冲序列，第二脉冲序列将第二多个离子包脉冲到离子镜中；控制反射器，使得所述第二多个包中的离子同时由反射器在第二维度上来回反射；以及控制能够由质量过滤器或质量分离器传送到离子加速器的质荷比的范围，以及第一反射器被激活和去激活的定时，使得来自所述第二多个离子包的基本上所有的离子在检测器处被接收之前在第二维度上经历相同次数的反射。
控制电路可被配置为在第一反射器被去激活之后的时间Tr重新激活第一反射器，其中Tr至少是来自第一脉冲序列中的脉冲的最重质荷比离子进行从第一反射器到第二反射器并且返回到第一反射器的往返行程中的一次往返行程所花费的时间。
对于第二脉冲序列能够由质量过滤器或质量分离器传送的质荷比的范围可以不同于对于第一脉冲序列能够传送的质荷比的范围。在这些实施方案中，任何给定脉冲序列中的脉冲的定时以及激活和去激活反射器以便分析来自这些脉冲的离子的定时将基于由用于该脉冲的质量过滤器或质量分离器传送的质荷比的范围来选择。这些实施方案在更宽的质荷比范围内提供相对较高的采样占空比。
另选地，对于第二脉冲序列能够由质量过滤器或质量分离器传送的质荷比的范围可以与对于第一脉冲序列传送的范围相同。
第二脉冲序列可具有与第一脉冲序列相同的特征，但可以设想脉冲序列可以不同。
例如，第二脉冲序列可以是编码频繁脉冲序列，其中第二脉冲序列中的任何两个脉冲之间的持续时间不同于第二脉冲序列中的任何其他两个脉冲之间的持续时间。质谱仪可被配置为在检测器处检测离子并且生成这些离子的质谱数据。质谱仪还可被配置为使用编码频繁脉冲中的脉冲的定时来解码质谱数据。因此，质谱仪可以对质谱数据进行解码，以便确定哪个质谱数据与哪个离子脉冲相关。
第一反射器可以被激活和去激活，以便以与上文关于第一脉冲序列描述的方式相对应的方式反射来自第二脉冲序列的离子。
例如，第二脉冲序列由多个脉冲组成，以第一脉冲开始并且以最终的脉冲结束；并且控制电路可被配置为在与来自第二脉冲序列中的第一脉冲的最低质荷比离子在已经在第二维度上从离子镜的一个端部行进到离子镜的另一个端部之后第一次到达第一反射器的时间相对应的时间，将第一反射器从处于去激活状态改变为处于激活状态，在去激活状态中，第一反射器不在第二维度上反射离子，并且在激活状态中，第一反射器在第二维度上反射离子。
控制电路可被配置为：将第一反射器保持激活一段时间，该时间段基本上对应于来自第二脉冲序列中的第一脉冲的最低质荷比离子从第一反射器行进到第二反射器并且返回到第一反射器的整数n次往返行程将花费的时间；以及在所述时间段结束时去激活第一反射器，使得所述最低质荷比离子能够传递到检测器。
所述整数次往返行程可以是≥1；≥2；≥3；≥4；≥5；≥6；≥7；≥8；≥9；或≥10次往返行程。
质谱仪可具有用户界面，该用户界面被配置为使得用户可以输入所述整数次往返行程，并且控制电路可被配置为然后响应于此而控制第一反射器以便执行上述方法。
整数次往返行程可以与第一脉冲序列的相同。
当来自所述第一脉冲的最低质荷比离子在已经经历整数次往返行程之后将到达第一反射器时(例如，刚好在此之前)，第一反射器可以被去激活。
来自第二脉冲序列中的最终的脉冲的最重质荷比离子必须到达第一反射器，同时第一反射器仍然被激活以便在第二维度上执行期望次数的反射。这样，控制电路可被配置为控制离子加速器，使得第二脉冲序列中的最终的脉冲在第一反射器被去激活之前的至少时间Tx发生，其中Tx是质荷比范围内的最高质荷比离子从离子加速器行进到第一反射器，然后从第一反射器行进到第二反射器并且返回到第一反射器的n-1次往返行程将花费的时间。
第一反射器可以在最高质荷比离子已经进行所述n-1次往返行程并且被第一反射器反射之后(例如，刚好在此之后)被去激活。
当最高质荷比离子到达第一反射器时，第一反射器将已经被去激活，并且最高质荷比离子将能够传递到检测器。
控制电路可被配置为控制离子加速器在第一反射器被重新激活之前的时间Ts或不到时间Ts执行第二脉冲序列中的第一脉冲，其中Ts是来自第二脉冲序列中的第一脉冲的最低质荷比离子在已经在第二维度上行进至少从离子镜的一个端部到离子镜的另一个端部的距离之后第一次到达第一反射器所花费的时间。
可以设想，可以执行第三脉冲序列以及可选地执行另外的脉冲序列，并且对于这些脉冲序列中的每一个脉冲可以按与上文关于第一脉冲序列和第二脉冲序列中的每一者已经描述的方式相对应的方式来控制第一反射器。
控制电路可被配置为将电压脉冲施加到离子加速器以便执行脉冲序列中的每个脉冲序列中的多个脉冲，并且还在所述脉冲序列之间的时间段中将电压脉冲施加到所述离子加速器，并且控制质谱仪进行以下操作：(i)阻止在时间段期间由离子加速器脉冲的离子到达检测器；或者(ii)阻止离子在时间段期间在离子加速器处被接收。
在脉冲序列之间继续周期性地脉冲离子加速器优化了对离子加速器处的电压的控制，并且因此可以提高对离子进行质量分析的质量精度和质量分辨率。
第一反射器和第二反射器可以在第二维度上位于离子镜的相对的端部处或朝向离子镜的相对的端部。
离子加速器与检测器可以在第二维度上位于离子镜的相同的端部处。在这些实施方案中，第一反射器与检测器可以在第二维度上位于离子镜的相同的端部处或朝向离子镜的相同的端部。
另选地，离子加速器可以与检测器在第二维度上位于离子镜的相对的端部处。在这些实施方案中，第一反射器与检测器可以在第二维度上位于离子镜的相同的端部处或朝向离子镜的相同的端部。
质谱仪可包括布置在离子镜之间的周期性透镜，使得离子包在它们从离子镜中的一个离子镜行进到离子镜中的其他离子镜的至少一些次数期间穿过周期性透镜，其中质谱仪被配置为向周期性透镜施加电压，以便当离子包穿过周期性透镜时在第二维度上聚焦离子包。
当离子包在反射镜之间行进时，这保持了离子包在第二维度上的宽度。例如，每当离子包穿过周期性透镜时，周期性透镜可以将离子包重新聚焦到相同的恒定宽度。
可以在离子加速器和第二反射器之间布置周期性透镜中的一个或多个周期性透镜；并且/或者周期性透镜中的一个或多个周期性透镜可以被布置在第一反射器和检测器之间。
可以控制第二反射器以在整个上述分析期间在第二维度上反射离子。
另选地，第二反射器可以在某些次被激活以在第二维度上反射离子，并且在其他次被去激活以允许离子穿过第二反射器而不被反射。例如，当第二反射器与离子加速器位于离子反射镜的相同的端部处或朝向离子反射镜的相同的端部时，第二偏转器可最初被去激活，以便使得来自脉冲序列的离子包能够穿过第二偏转器而不被其反射。一旦这些离子已经穿过第二偏转器，第二偏转器便可被激活以将离子反射回布置在离子镜的另一个端部处或朝向离子镜的另一个端部布置的第一反射器。
本发明还提供了一种质谱分析的方法，该方法包括使用本文所述的质谱仪来对离子进行质量分析。
因此，本发明提供了一种质谱分析的方法，包括：提供具有离子加速器、离子反射镜、第一反射器和第二反射器，以及离子检测器的多反射飞行时间质量分析器；将具有受限范围的质荷比的离子传送到质量分析器；根据第一脉冲序列脉冲离子加速器，以便将第一多个离子包脉冲到离子镜中的第一离子镜，使得当离子在第二维度(z维度)上行进时，离子在离子镜之间在第一维度(x维度)上被反射；控制反射器，使得所述多个包中的离子同时由反射器在第二维度上来回反射；然后去激活第一反射器，使得离子能够传递到检测器；其中第一反射器被激活和去激活的定时被控制，使得来自所述多个离子包的基本上所有的离子在检测器处被接收之前在第二维度上经历相同次数的反射。
可以设想，离子不需要在离子镜之间被反射，而是离子可以简单地由离子光学器件(诸如离子引导件)引导。
另外，或另选地，可以设想，仪器可以通过不同于质荷比的物理化学性质(例如，离子迁移率)来分离离子。
因此，从第二方面，本发明提供了一种质谱仪或迁移谱仪，包括：过滤器或分离器，用于根据物理化学性质来过滤或分离离子；离子加速器，该离子加速器用于脉冲离子包；离子光学器件，离子光学器件被布置成沿着第一维度(z维度)引导离子；第一离子反射器和第二离子反射器，第一离子反射器和第二离子反射器被布置成使得当它们都被激活时，第一离子反射器和第二离子反射器在第一维度上来回反射离子；离子检测器，该离子检测器被布置成当离子反射器中的第一离子反射器被去激活时接收离子；和控制电路，该控制电路被配置为：控制离子加速器以执行第一脉冲序列，该第一脉冲序列将第一多个离子包脉冲到离子光学器件中；控制反射器，使得所述多个包中的离子同时由反射器在第一维度上来回反射；以及控制能够由过滤器或分离器传送到离子加速器的物理化学性质的值的范围，以及第一反射器被激活和去激活的定时，使得来自所述多个离子包的基本上所有的离子在检测器处被接收之前在第一维度上经历相同次数的反射。
过滤器或分离器可以是质量过滤器或质量分离器，或者可以是离子迁移率过滤器或离子迁移率分离器。例如，它可以是漂移时间离子迁移率分离器或FAIMS器件。
当离子沿着第一维度反射时，离子可根据质荷比或离子迁移率分离。
本发明的第二方面可具有本文关于第一方面所述的任何特征，不同之处在于离子不需要在离子镜之间被反射以及/或者仪器可通过不同于质荷比的物理化学性质(例如，离子迁移率)来分离离子。
本发明不限于其中离子通过在反射器之间在某一维度上被反射而沿着装置经历多次传递的布置。相反，离子可以沿着弯曲的离子路径被反射或偏转，或者可以围绕闭环离子路径执行多次传递(即，循环)。例如，闭环离子路径可以是圆形、椭圆形、矩形或正方形形状的离子路径。另选地，闭环离子路径可以是蛇形、曲折或扭曲的离子路径。离子可以通过反射器或偏转器从这样的离子路径射出。
因此，从第三方面，本发明提供了一种质谱仪或迁移谱仪，包括：过滤器或分离器，用于根据物理化学性质来过滤或分离离子；离子加速器，该离子加速器用于脉冲离子包；离子光学器件，离子光学器件被布置成接收来自离子加速器的离子并且沿着离子路径引导离子；至少一个离子偏转器或反射器，该至少一个离子偏转器或反射器能够在第一模式下操作以便允许或致使离子保留在离子路径上，并且能够在第二模式下操作以便允许或致使离子从离子路径射出；和控制电路，该控制电路被配置为：控制离子加速器以执行第一脉冲序列，该第一脉冲序列将第一多个离子包脉冲到离子光学器件中并且沿着离子路径，使得所述多个包中的离子同时沿着或围绕离子路径行进；以及控制能够由物理化学过滤器或分离器传送到离子加速器的物理化学性质的值的范围，以及至少一个偏转器或反射器在第一模式和第二模式下操作的定时，使得来自所述多个离子包的基本上所有的离子在从离子路径射出之前沿着或围绕离子路径经历相同次数的传递。
分析器可包括离子检测器，该离子检测器被布置成当从离子路径射出时接收这些离子。
离子光学器件可以是闭环离子引导件，该闭环离子引导件将所述离子路径限定为闭环离子路径。
本发明的第三方面可具有本文中关于第一方面或第二方面所述的任何特征，不同之处在于离子不需要在离子镜之间被反射以及/或者仪器可通过不同于质荷比的物理化学性质(例如，离子迁移率)来分离离子。
例如，过滤器或分离器可以是质荷比过滤器或质荷比分离器，或者可以是离子迁移率过滤器或离子迁移率分离器。例如，它可以是漂移时间离子迁移率分离器或FAIMS器件。
当离子沿着离子路径行进时，离子可根据质荷比或离子迁移率来分离。
附图说明
现在将仅以举例的方式并且参考附图来描述本发明的各种实施方案，其中：
图1示出了根据本发明实施方案的质谱仪的实施方案的示意图；
图2示出了根据本发明的实施方案的MRTOF质量分析器，当该MRTOF质量分析器被操作时使得离子从一个端部到另一个端部仅传递一次；
图3示出了根据本发明的另一个实施方案的MRTOF质量分析器，该MRTOF质量分析器与正交加速器在相同的端部处具有离子检测器，并且该MRTOF质量分析器在多次传递或缩放模式下操作时；
图4示出了脉冲时序图，该脉冲时序图示出了对于根据图3的多次传递模式实施方案可以如何控制离子加速器的脉冲和由第一反射器引起的俘获，其中离子沿着质量分析器在由离子加速器脉冲和在检测器处被检测之间执行两次往返行程；
图5示出了类似于图4的脉冲时序图，不同之处在于其中离子沿着质量分析器在由离子加速器脉冲和在检测器处被检测之间执行整数n次往返行程；
图6示出了根据图2的实施方案的MRTOF质量分析器，不同之处在于在缩放模式下操作；
图7示出了脉冲时序图，该脉冲时序图示出了对于根据图6的多次传递模式实施方案，可以如何控制离子加速器的脉冲和由第一反射器引起的俘获；并且
图8示出了与关于图6示出和描述的实施方案相同的实施方案，不同之处在于第二反射器被布置在离子加速器和检测器之间的位置处，使得由离子加速器脉冲到质量分析器中的离子在它们到达第二反射器之前在离子镜中被反射一次或多次。
具体实施方式
图1示出了根据本发明实施方案的质谱仪的实施方案的示意图。质谱仪包括离子源2、碎裂或反应装置4、四极质量过滤器6和多反射飞行时间(MRTOF)质量分析器8。应当理解，还可以提供其他离子光学装置，但为了简洁而省略了这些装置。
在操作中，离子由离子源2生成并且传递到碎裂或反应装置4。碎裂或反应装置4可以在第一模式下操作，以便使离子碎裂或反应，从而产生碎片或产物离子，随后将其向下游传送到质量过滤器6。另选地，碎裂或反应装置4可以不使离子碎裂或反应，而是可以简单地将离子向下游传送到质量过滤器6。RF和DC电压被施加到质量过滤器6，使得该质量过滤器仅能够传送所选择的范围的质荷比。离开质量过滤器的离子然后进入MRTOF质量分析器8。
图2示出了根据本发明实施方案的MRTOF质量分析器8，当该MRTOF质量分析器被操作时使得离子从一个端部到另一个端部仅传递一次。质量分析器包括两个离子镜10，这两个离子镜在x维度上由无场区分开。每个离子镜10包括用于在x维度上反射离子的多个电极，并且每个离子镜在z维度上是细长的。周期性透镜阵列12可被布置在离子镜10之间的无场区中。正交加速器14被布置在分析器的第一端部，用于将离子包从离子束加速到离子镜中的一个离子镜中。离子检测器16也被布置在分析器的与第一端部相对的第二端部处(在z维度上)。
在使用中，离子束11传递到正交加速器14，该正交加速器将离子包脉冲到离子镜10中的第一离子镜中。由于正交加速器14，离子包中的离子因此具有x维度上的速度。这些离子在z维度上还具有漂移速度，这是由于这些离子进入正交加速器14时在z维度上的行进方向或者是因为在质量分析器8中为这些离子赋予了漂移速度。离子进入第一离子镜并且被反射回离子镜中的第二离子镜。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。该运动继续，并且当这些离子沿着质量分析器在z维度上从第一端部漂移回第二端部时，它们在两个离子镜10之间被连续地反射，直到离子撞击检测器16。因此，离子在正交加速器14和离子检测器16之间的x-z平面内遵循大体上正弦的平均轨迹18。然后，离子检测器16能够确定被脉冲到质量分析器8的离子包中的离子的质谱。应当理解，当离子从第一端部传递到第二端部时所经历的离子镜反射的次数不限于图2所示的次数，并且如果提供周期性透镜阵列12，则该周期性透镜阵列可以被布置成匹配由反射镜反射的次数所指示的飞行路径。
周期性透镜阵列12被布置成使得离子在它们在离子镜10之间被反射时穿过透镜。将电压施加到透镜12的电极，以使离子包在空间上聚焦于z维度上。这防止离子在z维度上过度发散，从而确保到达检测器16的所有离子都已经历相同次数的反射镜反射。因此，周期性透镜阵列12防止离子在通往检测器16的途中穿过质量分析器8的飞行路径长度明显不同。
质量分析器8还具有在质量分析器的第二端部处的第一离子反射器20和布置在质量分析器的第一端部处的第二离子反射器22，但在图2所示的模式下，这些装置被去激活。
图3示出了根据本发明实施方案的MRTOF质量分析器8，该MRTOF质量分析器与图2所示的质量分析器基本相同，不同之处在于前者与正交加速器14在相同的端部处具有离子检测器16并且在多次传递或缩放模式下操作。质量分析器还包括在质量分析器的端部处的第一离子反射器20和布置在质量分析器的第二端部处的第二离子反射器22。
在使用中，质量过滤器6将具有受限范围的质荷比的离子束递送到正交加速器14，该正交加速器将离子包脉冲到离子镜10中的第一离子镜中。由于正交加速器14，离子包中的离子因此具有x维度上的速度。这些离子在z维度上还具有漂移速度，这是由于这些离子进入正交加速器14时在z维度上的行进方向或者是因为在质量分析器8中为这些离子赋予了漂移速度。离子进入第一离子镜并且被反射回离子镜中的第二离子镜。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。这种情况继续，并且当这些离子沿着质量分析器在z维度上从第一端部漂移回第二端部时，它们在两个离子镜10之间被连续地反射。因此，离子在离子源与离子检测器16之间的x-z平面内遵循大体上正弦的平均轨迹18。应当理解，当离子从第一端部传递到第二端部时所经历的离子镜反射的次数不限于图3所示的次数。离子在质量分析器的第二端部处被第二反射器22反射，使得离子随后沿着质量分析器在z维度上从第二端部漂移回第一端部。当离子从第二端部漂移回第一端部时，离子继续以上述方式在离子镜之间被反射。
当离子已经漂移回第一端部时，第一反射器20可以不被激活(即，第一反射器可以处于去激活状态)以便允许离子撞击在离子检测器16上。然后，离子检测器16能够确定脉冲到质量分析器8的离子包中的离子的质谱数据。另选地，如果希望离子在检测之前经历更长的离子飞行路径(例如，以获得更高的质量分辨率)，则第一离子反射器20可以被激活以便朝向质量分析器8的第二端部反射回离子，而不是允许离子到达检测器16。由第一反射器20反射的离子随后沿着质量分析器在z维度上从第一端部漂移回第二端部。当离子从第一端部漂移回第二端部时，离子继续以上述方式在离子镜10之间被反射。然后，离子在质量分析器8的第二端部处被第二反射器22反射，使得离子随后沿着质量分析器在z维度上从第二端部漂移回第一端部。当离子从第二端部漂移回第一端部时，离子继续以上述方式在离子镜10之间被反射。当离子已经漂移回第一端部时，第一反射器20可处于去激活状态，以便允许离子撞击离子检测器16。另选地，如果希望具有更长的离子飞行路径，则第一反射器20可以保持在激活状态，以便再次将离子反射回质量分析器的第二端部，并且因此第二离子反射器22将再次将这些离子反射回第一端部。然后可以去激活第一反射器20以允许离子撞击离子检测器16，或者在允许离子撞击检测器16之前，可以将在第一端部与第二端部之间来回反射离子的过程重复任意次数。
换句话讲，控制第一离子反射器20和第二离子反射器22以便俘获离子，使得它们在z维度上前后振荡，直到离子已经经历期望的飞行路径长度，此时，控制第一反射器20使得离子能够传递到检测器16。相反，第二反射器22可以反射模式连续地操作，以便将离子反射回第一端部。应当理解，第一反射器20和第二反射器22可各自包括一个或多个电极，并且质谱仪可包括控制电路，该控制电路被配置为向这些电极施加电压，使得反射器20、22执行本文所述的功能。例如，可以将一个或多个电压施加到第二反射器22，以使得离子在z维度上被反射回第一端部。当期望将z维度上的离子反射回第二端部时，可以将一个或多个电压施加到第一反射器20。当希望离子不在z维度上被反射而是离子改为传递到检测器16时，可以将另一电压或无电压施加到第一反射器20。
周期性透镜阵列12被布置成使得离子在它们在离子镜10之间被反射时穿过透镜。将电压施加到透镜12的电极，以使离子包在空间上聚焦于z维度上。这防止离子在z维度上过度发散，从而确保到达检测器16的所有离子都已经历相同次数的反射镜反射。因此，周期性透镜阵列12防止离子在通向检测器16的途中穿过质量分析器8的飞行路径长度明显不同。
如上所述，TOF质量分析器在单次实验运行期间将多个离子包脉冲到离子镜。希望以相对较高的速率执行这些脉冲，以便分析传送到质量分析器的相对较大比例的样本，即实现相对较高的采样占空比。然而，在常规的多次传递模式(也称为缩放模式)下，此脉冲速率已受到限制，因为质量分析器必须被配置为等待，直到任何给定脉冲中最重的感兴趣质荷比在下一个离子包被脉冲到反射镜中之前已到达检测器。如果不这样操作，则当控制第一反射器20以允许来自第一脉冲的离子到达检测器16时(一旦这些离子已经在z维度上被反射期望的次数)，来自第二后续脉冲的相对较快且低质荷比的离子也可以传递到检测器，而不是在z维度上被反射回来。应当理解，必须防止这种情况，否则来自不同脉冲的离子将在z维度上执行不同次数的反射，并且因此将具有到检测器的明显不同的飞行路径长度。
本发明的发明人已经认识到，通过限制被传送到质量分析器的质荷比的范围，反射器可以被可控地激活和去激活，以便确保即使当多个离子包在重叠的时间段中被脉冲到离子镜中时，不同离子包中的基本上所有的离子在z维度上经历相同次数的反射。
图4示出了脉冲时序图，该脉冲时序图示出了对于根据图3的多次传递模式实施方案，可以如何控制离子加速器14的脉冲的定时和由第一反射器20引起的俘获。在图4的实施方案中，使每个离子包中的离子从第一端部递送到第二端部，在z维度上被第二反射器22反射回第一端部，在z维度上被第一反射器20反射回第二端部，在z维度上被第二反射器22反射回第一端部，然后被允许到达检测器16。换句话讲，来自每个脉冲的离子在z维度上遍历质量分析器的长度四次，然后撞击检测器16。
离子加速器14被控制以执行多个顺序脉冲序列，其中每个脉冲序列由多个顺序脉冲P1至Pn组成，多个顺序脉冲P1至Pn将相应的多个离子包脉冲到质量分析器8。虽然每个脉冲序列被示出为由五个脉冲P1至Pn组成，但应当理解，脉冲序列可包括不同数量的脉冲。第一离子包在第一时间由脉冲P1脉冲到质量分析器，并且这些离子在它们朝向检测器16行进时根据质荷比开始分离。应当理解，具有最低质荷比的离子的行进速度最快，而具有最高质荷比的离子的行进速度最慢。因此，最轻的离子将由第二反射器22反射并且最先到达质量分析器的第一端部。在每个脉冲中具有最低质荷比(即，由质量过滤器传送的受限范围的最低质荷比)的离子可以被定义为具有质荷比ML，而在每个脉冲中具有最高质荷比(即，由质量过滤器传送的受限范围的最高质荷比)的离子可以被定义为具有质荷比MH。当具有质荷比ML的离子到达第一反射器20时，必须激活第一反射器20以便将这些离子反射回第二端部。这在图4中示出，其中可以看出，施加到第一反射器20的俘获电势在第一脉冲P1之后的时间T＝K.SQRT(ML)增加，其中K是常数。应当理解，T的该表达式从离子行进距离除以离子速度得出，其中速度是从由离子加速器14的电压脉冲赋予离子的动能来确定的。
因此，最轻的感兴趣离子ML被反射回第二端部，在第二端部，它们由第二反射器22反射回第一端部。由于第二反射器22总是处于反射模式，因此在该实施方案中，施加到第二反射器22的俘获电压的时序图未在图4中示出。最轻的感兴趣离子然后再次到达第一反射器20，此时希望允许这些离子传递到检测器16。这样，此时必须使第一反射器20去激活，因此施加到第一反射器20的俘获电势在增加之后在时间T＝K.SQRT(ML)减小。
在第一反射器20被激活的时间段内(即，在脉冲时间P1之后的时间T和2T之间)到达第一反射器的所有离子将在z维度上被反射，而在从第一脉冲P1开始的时间2T之后到达第一反射器20的离子将不被反射。因此，给定脉冲序列的最终的脉冲Pn中最重的感兴趣质荷比MH必须到达第一反射器20，同时第一反射器20仍然被激活(即，从第一脉冲P1开始的2T)。因此，在第一反射器20被去激活之前，脉冲序列中的最终的脉冲Pn的定时被限制为至少时间T＝K.SQRT(MH)。
由第一反射器20反射的离子反射回第二端部，在第二端部，它们被第二反射器22反射回第一端部。当第一反射器20被去激活时，这些离子接下来将到达第一端部，并且因此将传递到检测器16。
因此，上述定时确保脉冲到质量分析器的离子中的每个离子行进质量分析器的四个且仅四个长度。每个脉冲序列中的脉冲可以根据编码频繁脉冲(EFP)技术脉冲，使得序列中的任何脉冲对之间的持续时间不同于序列内的任何其他脉冲对之间的持续时间。尽管来自不同脉冲的感兴趣的离子将在重叠的时间段内到达检测器16，但质量分析器能够解码所得的质谱数据，以便通过使用EFP序列中的脉冲P1至Pn的定时来确定哪个质谱数据与哪个脉冲相关。
可以针对第二后续脉冲序列P1至Pn重复上述过程，其中质量分析器将以与上述方式相对应的方式控制第一反射器20相对于第二脉冲序列的脉冲有效的时间。第二脉冲序列可以是与第一脉冲序列相同的脉冲序列，或者可以是不同的EFP脉冲序列。第一反射器20必须保持去激活(以允许离子到达检测器16)，直到来自第一脉冲序列的所有感兴趣的离子已经完成质量分析器的四个长度并且到达检测器16。这样，第一反射器20无法被重新激活以便反射来自第二脉冲序列的离子，直到在第一反射器被去激活的时间之后的至少T＝K.SQRT(MH)。为了允许来自第一脉冲序列的最终的脉冲的(被第一反射器20反射的)最重的感兴趣离子行进到第二反射器22并且被反射回检测器16，需要该去激活时间段。如果第一反射器20在该时间段内是活动的，则这些离子中的一些离子可能没有到达检测器16。
如上所述，第一反射器20必须在脉冲序列中的第一脉冲之后的时间K.SQRT(ML)被激活，以便反射该脉冲中最轻的感兴趣离子ML。因此，第二脉冲序列中的第一脉冲的定时是在第二次激活第一反射器20之前的时间K.SQRT(ML)。
应当理解，在实验运行期间可以执行第三和另外的脉冲序列(未示出)，并且对于这些脉冲序列中的每一个脉冲序列可以对应的方式控制第一反射器20。
虽然图4示出了脉冲序列被不存在脉冲的相对较大的时间周期分开，但可以设想，离子加速器14也可以在这些脉冲序列之间脉冲，但来自这些脉冲的离子不被允许到达检测器，例如通过偏转这些离子使得它们不到达检测器。以这种方式在整个分析时间内相对规律地脉冲正交加速器有助于更容易、更准确地控制施加到正交加速器电极的电压，从而使质量分析器以更高的质量精度和质量分辨率分析离子。
图4还示出了该实施方案的采样占空比与质量分析器(在EFP模式下操作)在未在缩放模式下操作时(即，当离子仅行进分析器的一个长度时，如图2所示)的采样占空比的比较。例如，当分析分析物诸如脂质时，可以控制质量过滤器6以便仅传送具有使得ML＝700并且MH 900的质荷比范围的离子。在这种方法中，采样占空比将是基础非缩放模式采样占空比的约40％，这对于缩放模式而言相对较高。
已经描述了缩放模式，其中离子在被脉冲和被检测之间沿着质量分析器的长度在Z维度上进行两次往返。然而，可以设想，可以控制第一反射器20，使得离子在被离子加速器脉冲和在检测器处被检测之间经历更多次的往返行程。
图5示出了脉冲时序图，该脉冲时序图示出了对于与图3中相同的缩放模式实施方案，可以如何控制离子加速器14的脉冲的定时和由第一反射器20引起的俘获，不同之处在于其中离子在由离子加速器脉冲和在检测器处被检测之间沿着质量分析器的z维度执行n次往返行程，其中n≥2。这些实施方案以与上文关于图4所述的方式相同的方式起作用，不同之处在于第一反射器20保持激活并且处于俘获模式的持续时间为T＝(n-1)K.SQRT(ML)。对于其中n>2的模式，该持续时间相对于图4的持续时间被延长，以便确保最轻的感兴趣离子ML在第一反射器20处被反射足够多的次数，使得这些离子在检测器16处被检测之前沿着z维度执行n次往返行程。脉冲序列中的最终的脉冲Pn与第一反射器20被去激活从而不再反射来自该脉冲序列的离子的时间之间的持续时间由T＝(n-1)K.SQRT(MH)给出。对于其中n>2的模式，该持续时间相对于图4的持续时间被延长。其他的定时与图4所示相同。
图5还示出了n≥2时的采样占空比与质量分析器(在EFP模式下操作)在未在缩放模式下操作时(即，当离子仅行进分析器的一个长度时，如图2所示)的采样占空比的比较。
图6示出了根据图2的实施方案的MRTOF质量分析器，不同之处在于在缩放模式下操作。在使用中，质量过滤器6将具有受限范围的质荷比的离子束递送到正交加速器14，该正交加速器将离子包脉冲到离子镜10中的第一离子镜中。当这些离子沿着质量分析器在z维度上从第一端部漂移回第二端部时，它们在两个离子镜10之间被连续地反射。离子在质量分析器的第二端部处被第一反射器20反射，使得离子随后沿着质量分析器在z维度上从第二端部漂移回第一端部。当离子从第二端部漂移回第一端部时，离子继续以上述方式在离子镜10之间被反射。离子在质量分析器的第一端部处被第二反射器22反射，使得离子随后沿着质量分析器在z维度上从第一端部漂移回第二端部。当离子从第一端部漂移回第二端部时，离子继续以上述方式在离子镜10之间被反射。
当离子已经漂移回第二端部时，可以控制第一反射器20以便允许离子撞击离子检测器16。离子检测器16然后能够确定脉冲到离子镜10中的离子包中的离子的质谱数据。另选地，如果希望离子在检测之前经历更长的离子飞行路径(例如，以获得更高的质量分辨率)，则第一离子反射器20可以被激活以便朝向质量分析器的第一端部反射回离子，而不是允许离子到达检测器16。由第一反射器20反射的离子随后沿着质量分析器在z维度上从第二端部漂移回第一端部。当离子从第二端部漂移回第一端部时，离子继续以上述方式在离子镜10之间被反射。然后离子在质量分析器的第一端部处被第二反射器22反射，使得离子随后沿着质量分析器在z维度上从第一端部漂移回第二端部。当离子从第一端部漂移回第二端部时，离子继续以上述方式在离子镜10之间被反射。当离子已经漂移回第二端部时，可以去激活第一反射器20以便允许离子撞击离子检测器16。另选地，如果需要更长的离子飞行路径，则可以控制第一离子反射器20以再次将离子反射回质量分析器的第一端部，并且随后第二离子反射器22将再次将这些离子反射回第二端部。然后可以控制第一反射器20以允许离子撞击离子检测器16，或者在允许离子撞击检测器16之前，可将在第一端部与第二端部之间来回反射离子的过程重复任意次数。
换句话讲，控制第一离子反射器20和第二离子反射器22以便俘获离子，使得它们在z维度上前后振荡，直到离子已经经历期望的飞行路径长度，此时，控制第一反射器20使得离子能够传递到检测器16。相反，第二反射器22可以反射模式连续地操作，以便将离子反射回第一端部。
图7示出了脉冲时序图，该脉冲时序图示出了对于根据图6的缩放模式实施方案，可以如何控制离子加速器14的脉冲的定时和由第一反射器20引起的俘获。在图7的实施方案中，使每个离子包中的离子从第一端部传递到第二端部，由第一反射器20在z维度上反射回第一端部，由第二反射器22在z维度上反射回第二端部，然后允许到达检测器16。换句话讲，来自每个脉冲的离子在z维度上遍历质量分析器的长度三次，然后撞击检测器16。
图7中的时序对应于图4所示的时序，不同之处在于被控制成使得离子在z维度上仅遍历质量分析器的长度三次，然后撞击检测器16。当来自(第一脉冲序列中的)具有质荷比ML的脉冲P1的离子到达第一反射器20时，必须激活第一反射器20以便将这些离子反射回第一端部。这在图7中示出，其中可以看出施加到第一反射器20的俘获电势在第一脉冲P1之后的时间T增加，其中T＝K.SQRT(ML)。因此，最轻的感兴趣离子ML被反射回第一端部，在第一端部，它们由第二反射器22反射回第二端部。施加到第二反射器22的俘获电压的时序图未在图7中示出。最轻的感兴趣离子ML然后再次到达第一反射器20，此时希望允许这些离子传递到检测器16。这样，此时必须去激活第一反射器20，并且因此施加到第一反射器20的俘获电势在增加之后在时间T＝2K.SQRT(ML)减小，即，在最轻的感兴趣离子ML已经沿着质量分析器行进了三个长度之后，第一反射器20被去激活。
在第一反射器20被激活的时间段内(即，在脉冲时间P1之后的T和2T之间)到达第一反射器的所有离子将在z维度上被反射，而在从第一脉冲P1开始的时间2T之后到达第一反射器20的离子将不被反射。因此，给定脉冲序列的最终的脉冲Pn中最重的感兴趣质荷比MH必须到达第一反射器20，同时第一反射器20仍然被激活(即，从第一脉冲P1开始的2T)。因此，在第一反射器20被去激活之前，脉冲序列中的最终的脉冲Pn的定时被限制为至少时间T＝K.SQRT(MH)。
由第一反射器20反射的离子反射回第一端部，在第一端部，它们被第二反射器22反射回第二端部。当第一反射器20被去激活时，这些离子接下来将到达第二端部，并且因此将传递到检测器16。
因此，上述定时确保脉冲到离子镜的离子中的每一个离子行进质量分析器的三个且仅三个长度。每个脉冲序列中的脉冲根据编码频繁脉冲(EFP)技术脉冲，使得序列中的任何脉冲对之间的持续时间不同于序列内的任何其他脉冲对之间的持续时间。尽管来自不同脉冲的离子将在重叠的时间段内到达检测器，但质量分析器能够解码所得的质谱数据，以便通过使用EFP序列中的脉冲P1至Pn的定时来确定哪个质谱数据与哪个脉冲相关。
可以针对第二后续脉冲序列P1至Pn重复上述过程，其中质量分析器将以与上述方式相对应的方式控制相对于第二脉冲序列的脉冲的第一反射器20俘获时间。第二脉冲序列可以与第一脉冲序列相同或不同。第一反射器20必须保持去激活(以允许离子到达检测器)，直到来自第一脉冲序列的所有感兴趣的离子已经完成质量分析器的三个长度并且到达检测器16。这样，第一反射器20无法被重新激活以便反射来自第二脉冲序列的离子，直到在第一反射器被去激活的时间之后的至少T＝2K.SQRT(MH)。为了允许来自第一脉冲序列的最终的脉冲的最重离子遍历到检测器16，需要该去激活时间段。如果第一反射器20在该时间段内是活动的，则这些离子中的一些离子可能没有到达检测器16。
如上所述，第一反射器20必须在脉冲序列中的第一脉冲之后的时间K.SQRT(ML)被激活，以便反射该脉冲中最轻的感兴趣离子ML。因此，第二脉冲序列中的第一脉冲的定时是在第二次激活第一反射器之前的时间K.SQRT(ML)。
应当理解，在实验运行期间可以执行第三和另外的脉冲序列(未示出)，并且对于这些脉冲序列中的每一个脉冲序列可以对应的方式控制第一反射器20。
图7还示出了该实施方案的采样占空比与质量分析器(在EFP模式下操作)在未在缩放模式下操作时(即，当离子仅行进分析器的一个长度时，如图2所示)的采样占空比的比较。
可以设想，第二反射器22也可以在质量分析期间的不同时间被激活和去激活。例如，当离子由离子加速器14脉冲到离子镜时，可能希望第二反射器22处于第一电压(例如，0伏)，但是当离子将在z维度上反射回第二端部时，第二反射器处于第二不同的电压。
图8示出了与关于图6示出和描述的实施方案相同的实施方案，不同之处在于第二反射器22被布置在离子加速器14和检测器16之间(在z维度上)的位置处，使得由离子加速器14脉冲到质量分析器中的离子在它们到达第二反射器22之前在离子镜10中被反射一次或多次。例如，可以在离子加速器14和第二反射器22之间布置周期性透镜14中的一个或多个周期性透镜。第二反射器22的这种布置可以是有利的，因为它允许第二反射器22在俘获模式下操作以便反射离子，而第二反射器22上的俘获电压不影响由离子加速器14脉冲到质量分析器的离子。
尽管已参考优选实施方案描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下，可以做出形式和细节上的各种改变。
例如，虽然已经将质量过滤器描述为四极质量过滤器，但可以设想，可以替代地使用另选类型的质量过滤器或质量分离器。例如，可以使用质量分离器，该质量分离器将离子脉冲到飞行时间区域，在该飞行时间区域中离子根据质荷比分离，并且离子门可以位于飞行时间区域的端部，该飞行时间区域仅在一段时间内打开，以便传送期望范围的质荷比。另选地，质量选择性离子阱可用于将期望范围的质荷比传送到质量分析器。
已经描述了实施方案，其中质量过滤器(或质量分离器)将相同的受限范围的质荷比传送到MRTOF质量分析器，以在单个实验运行期间发生的多个脉冲序列中进行分析。然而，另选地，可以设想，不同范围的质荷比可以由质量过滤器(或质量分离器)传送以通过在单个实验运行期间发生的不同的相应脉冲序列来分析。任何给定脉冲序列中的脉冲定时以及激活和去激活反射器以便分析来自这些脉冲的离子的定时将基于由质量过滤器(或质量分离器)传送的质荷比的范围来选择，如本文所述。这些实施方案在更宽的质荷比范围内提供相对较高的采样占空比。
质谱仪可以在增强占空比模式下操作，其中受限范围的质荷比的离子被俘获在离子加速器上游的离子阱中。这些离子在与每个脉冲序列中的脉冲的定时同步的时间被脉冲送出离子阱并且进入离子加速器，使得具有受限范围的质荷比的离子在脉冲序列中的每个脉冲发生的同时到达离子加速器。这进一步增加了仪器的占空比，因为离子被俘获，而不是在离子加速器脉冲之间丢失。
已经描述了离子加速器被控制以执行多个顺序脉冲序列的实施方案，其中每个脉冲序列由多个顺序推动P1至Pn组成。在实践中，像这样开始和停止顺序推动可导致出现电压稳定性问题，最终影响仪器的质量精度和分辨率。为了减少或避免这些影响，顺序推动的每个序列可以延伸超出推动Pn直到下一序列的推动P1，同时衰减与Pn和P1之间的推动相关联的离子包，从而提高电压稳定性。可以在离子加速器或TOF质量分析器中(即，在离子提取之后)或在TOF质量分析器的上游(诸如在将离子转移到TOF质量分析器中的离子转移光学器件中(即，在提取之前))进行离子包的衰减。
虽然已经描述了其中离子被反射以便沿着MRTOF质量分析器执行多次传递的实施方案，但本发明还扩展到其他类型的分离器，其中使得多个离子脉冲同时经历沿着离子路径的多次传递。例如，本发明扩展到循环离子迁移率分离器，这些循环离子迁移率分离器使得离子在闭环离子引导件周围经历多个循环，在离子这样运动时根据其迁移率进行分离。

Claims (17)

1.一种多反射飞行时间质谱仪，包括：
质量过滤器或质量分离器；
离子加速器，所述离子加速器用于脉冲离子包；
离子镜，离子镜被布置成接收来自离子加速器的离子并且当离子在第二维度(z维度)上行进时在离子镜之间在第一维度(x维度)上反射离子；
第一离子反射器和第二离子反射器，所述第一离子反射器和所述第二离子反射器被布置成使得当它们都被激活时，所述第一离子反射器和所述第二离子反射器在所述第二维度上来回反射所述离子；
离子检测器，所述离子检测器被布置成当所述离子反射器中的第一离子反射器被去激活时接收所述离子；和
控制电路，所述控制电路被配置为：
控制所述离子加速器以执行第一脉冲序列，所述第一脉冲序列将第一多个离子包脉冲到所述离子镜中；
控制所述反射器，使得所述多个包中的离子同时由所述反射器在所述第二维度上来回反射；以及
控制能够由所述质量过滤器或所述质量分离器传送到所述离子加速器的质荷比的范围，以及所述第一反射器被激活和去激活的定时，使得来自所述多个离子包的基本上所有的离子在所述检测器处被接收之前在所述第二维度上经历相同次数的反射。
2.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述第二维度与所述第一维度正交。
3.根据权利要求1或2所述的质谱仪，其中所述一脉冲序列是编码频繁脉冲序列，其中所述第一脉冲序列中的任何两个脉冲之间的持续时间不同于所述第一脉冲序列中的任何其他两个脉冲之间的持续时间。
4.根据权利要求1、2或3所述的质谱仪，其中所述第一脉冲序列由多个脉冲组成，以第一脉冲开始并且以最终的脉冲结束；并且
其中所述控制电路被配置为在与来自所述第一脉冲的最低质荷比离子在已经在所述第二维度上行进了至少从所述离子镜的一个端部到所述离子镜的另一个端部的距离之后第一次到达所述第一反射器的时间相对应的时间，将所述第一反射器从处于去激活状态改变为处于激活状态，在所述去激活状态中，所述第一反射器不在所述第二维度上反射离子，并且在所述激活状态中，所述第一反射器在所述第二维度上反射离子。
5.根据权利要求4所述的质谱仪，其中所述控制电路被配置为：将所述第一反射器保持激活一段时间，所述时间段基本上对应于来自所述第一脉冲的所述最低质荷比离子从所述第一反射器行进到所述第二反射器并且返回到所述第一反射器的整数n次往返行程将花费的时间；以及在所述时间段结束时去激活所述第一反射器，使得所述最低质荷比离子能够传递到所述检测器。
6.根据权利要求5所述的质谱仪，其中所述控制电路被配置为控制所述离子加速器，使得在所述第一反射器被去激活之前的至少时间Tx发生所述第一脉冲序列中的所述最终的脉冲，其中Tx是所述质荷比范围内的最高质荷比离子从所述离子加速器行进到所述第一反射器，然后从所述第一反射器行进到所述第二反射器并且返回到所述第一反射器的n-1次往返行程将花费的时间。
7.根据权利要求5或6所述的质谱仪，其中所述控制电路被配置为：
控制所述离子加速器以执行第二脉冲序列，所述第二脉冲序列将第二多个离子包脉冲到所述离子镜中；
控制所述反射器，使得所述第二多个包中的离子同时由所述反射器在所述第二维度上来回反射；以及
控制能够由所述质量过滤器或所述质量分离器传送到所述离子加速器的质荷比的范围，以及所述第一反射器被激活和去激活的定时，使得来自所述第二多个离子包的基本上所有的离子在所述检测器处被接收之前在所述第二维度上经历相同次数的反射。
8.根据权利要求7所述的质谱仪，其中所述控制电路被配置为在所述第一反射器被去激活之后的时间Tr重新激活所述第一反射器，其中Tr至少是来自所述第一脉冲序列中的脉冲的最重质荷比离子进行从所述第一反射器到所述第二反射器并且返回到所述第一反射器的所述往返行程中的一次往返行程所花费的时间。
9.根据权利要求8所述的质谱仪，其中所述控制电路被配置为控制所述离子加速器在所述第一反射器被重新激活之前的时间Ts或不到所述时间Ts执行所述第二脉冲序列中的所述第一脉冲，其中Ts是来自所述第二脉冲序列中的所述第一脉冲的最低质荷比离子在已经在所述第二维度上行进至少从所述离子镜的一个端部到所述离子镜的另一个端部的距离之后第一次到达所述第一反射器所花费的时间。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的质谱仪，其中所述控制电路被配置为将电压脉冲施加到所述离子加速器以便执行所述脉冲序列中的每个脉冲序列中的所述多个脉冲，并且还在所述脉冲序列之间的时间段中将电压脉冲施加到所述离子加速器，并且控制所述质谱仪以进行以下操作：(i)阻止在所述时间段期间由所述离子加速器脉冲的离子到达所述检测器；或者(ii)阻止离子在所述时间段期间在所述离子加速器处被接收。
11.根据任一前述权利要求所述的质谱仪，其中所述离子加速器与所述检测器在所述第二维度上位于所述离子反射镜的相同的端部处。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的质谱仪，其中所述离子加速器与所述检测器在所述第二维度上位于所述离子反射镜的相对的端部处。
13.根据任一前述权利要求所述的质谱仪，包括布置在所述离子镜之间的周期性透镜，使得所述离子包在它们从所述离子镜中的一个离子镜行进到所述离子镜中的另一个离子镜中的至少一些时间期间穿过所述周期性透镜，其中所述质谱仪被配置为向所述周期性透镜施加电压，以便当所述离子包穿过所述周期性透镜时在所述第二维度上聚焦所述离子包。
14.根据权利要求13所述的质谱仪，其中所述周期性透镜中的一个或多个周期性透镜被布置在所述离子加速器和所述第二反射器之间；并且/或者所述周期性透镜中的一个或多个周期性透镜被布置在所述第一反射器和所述检测器之间。
15.一种质谱分析的方法，包括：
提供具有离子加速器、离子反射镜、第一反射器和第二反射器，以及离子检测器的多反射飞行时间质量分析器；
将具有受限范围的质荷比的离子传送到所述质量分析器；
根据第一脉冲序列脉冲所述离子加速器，以便将第一多个离子包脉冲到所述离子镜中的第一离子镜，使得当所述离子在第二维度(z维度)上行进时，所述离子在所述离子镜之间在第一维度(x维度)上被反射；
控制所述反射器，使得所述多个包中的离子同时由所述反射器在所述第二维度上来回反射；然后
去激活所述第一反射器，使得离子能够传递到所述检测器；
其中所述第一反射器被激活和去激活的定时被控制，使得来自所述多个离子包的基本上所有的离子在所述检测器处被接收之前在所述第二维度上经历相同次数的反射。
16.一种质谱仪或迁移谱仪，包括：
过滤器或分离器，所述过滤器或所述分离器用于根据物理化学性质来过滤或分离离子；
离子加速器，所述离子加速器用于脉冲离子包；
离子光学器件，所述离子光学器件被布置成沿着第一维度(z维度)引导离子；
第一离子反射器和第二离子反射器，所述第一离子反射器和所述第二离子反射器被布置成使得当它们都被激活时，所述第一离子反射器和所述第二离子反射器在所述第一维度上来回反射所述离子；
离子检测器，所述离子检测器被布置成当所述离子反射器中的第一离子反射器被去激活时接收所述离子；和
控制电路，所述控制电路被配置为：
控制所述离子加速器以执行第一脉冲序列，所述第一脉冲序列将第一多个离子包脉冲到所述离子光学器件中；
控制所述反射器，使得所述多个包中的离子同时由所述反射器在所述第一维度上来回反射；以及
控制能够由所述过滤器或所述分离器传送到所述离子加速器的所述物理化学性质的值的范围，以及所述第一反射器被激活和去激活的定时，使得来自所述多个离子包的基本上所有的离子在所述检测器处被接收之前在所述第一维度上经历相同次数的反射。
17.一种质谱仪或迁移谱仪，包括：
过滤器或分离器，所述过滤器或所述分离器用于根据物理化学性质来过滤或分离离子；
离子加速器，所述离子加速器用于脉冲离子包；
离子光学器件，所述离子光学器件被布置成接收来自所述离子加速器的所述离子并且沿着离子路径引导所述离子；
至少一个离子偏转器或反射器，所述至少一个离子偏转器或反射器能够在第一模式下操作以便允许或致使离子保留在所述离子路径上，并且能够在第二模式下操作以便允许或致使离子从所述离子路径射出；和
控制电路，所述控制电路被配置为：
控制所述离子加速器以执行第一脉冲序列，所述第一脉冲序列将第一多个离子包脉冲到所述离子光学器件中并且沿着所述离子路径，使得所述多个包中的离子同时沿着或围绕所述离子路径行进；以及
控制能够由物理化学过滤器或分离器传送到所述离子加速器的所述物理化学性质的值的范围，以及所述至少一个偏转器或反射器在所述第一模式和所述第二模式下操作的定时，使得来自所述多个离子包的基本上所有的离子在从所述离子路径射出之前沿着或围绕所述离子路径经历相同次数的传递。
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