CN1833300A - 在离子总体中获取多个母离子的串联质谱分析数据 - Google Patents

Abstract

本发明涉及串联质谱分析，尤其涉及使用线性离子阱和飞行时间检测器来收集质谱以形成MS/MS试验的串联质谱分析。已接受的标准是在飞行时间检测器中进行分裂物的质量分析之前将离子轴向喷射到碰撞室用于分裂，而在这之前存储并质量分析离子阱中的初级离子。本发明使用具有较窄m/z值范围的离子的正交喷射来产生要喷射到碰撞室的离子的带状束。该束的形状以及离子的高能量通过使用碰撞室的平面设计来提供。离子在喷射期间可被保留在离子阱中，从而逐次的较窄范围可顺序地步进以覆盖所有感兴趣的初级离子。

Description

在离子总体中获取多个母离子的串联质谱分析数据

技术领域

本发明涉及串联质谱分析，尤其(尽管不是专门地)涉及使用离子阱来分析和选择初级离子的串联质谱分析，以及并使用飞行时间(TOF)分析器来分析分裂离子。

背景技术

本发明涉及串联质谱分析，尤其(尽管不是专门地)涉及使用离子阱来分析和选择初级离子的串联质谱分析，以及并使用飞行时间(TOF)分析器来分析分裂离子。

电离分子的结构阐明常使用串联质谱仪来实现，其中特定的初级离子在分析的第一阶段或第一质量分析器(MS-1)中选择，该初级离子被分裂(例如在碰撞室中)，且最后的分裂物(产物)离子被传送到第二阶段或第二质量分析器(MS-2)进行分析。该方法可扩展成提供选定分裂物的分裂等等，同时分析每一代的最后分裂物。这通常称为MSⁿ谱分析，n表示质量分析的步骤数和离子的代数。因此，MS²对应于两个质量分析阶段，同时分析了两代离子(初级和产物)。

相关类型的串联质谱仪包括：

1.空间上相继的

a.磁区混合(4-区、磁-阱、磁-TOF等)。例如参见1983年纽约Wiley-Interscience出版的F.W.McLafferty编的“串联质谱分析”(Tandem Mass Spectrometry)。

b.三重四极(Q)，其中第二个四极用作RF碰撞室(QqQ)。例如参见Hunt DF、Buko AM、Ballard JM、Shabanowitz J和Giordani AB的文章“生物医学质谱分析”(Biomedical Mass Spectrometry)8(9)(1981)397-408。

c.Q-TOF(四极分析器+TOF分析器)。例如参见H.R.Morris、T.Paxton、A.Dell、J.Langhome、M.Berg、R.S.Bordoli、J.Hoyes和R.H.Bateman的文章的“质谱分析的快速通信”(Rapid Comm.in Mass Spectrom)10(1996)889-896，以及I.Chernushevich和B.Thomson的2002年的序列号为30159的美国专利。

d.TOF-TOF(中间有碰撞室的两个相继TOF分析器)。例如参见T.J.Cornish和R.J.Cotter的1995年专利号为5,464,985的美国专利。

2.时间上连续的：诸如Paul阱的离子阱(例如参见1989年John Wiley在Chichester出版的R.E.March和R.J.Hughs的“四极存储质谱分析”(Quadrupole Storage MassSpectrometry))、傅立叶变换离子回旋加速器谐振(FT-ICR-示例参见1990年Elsevier在Amsterdam出版的A.G.Marshall和F.R.Verdum的“核磁共振、光学和质谱分析中的傅立叶变换”(Fourier Transform in NMR，Optical and MassSpectrometry))、径向喷射的线性阱质谱仪(LTMS-例如参见M.E.Bier和J.E.Syka的专利号为5,420,425的美国专利)、以及轴向喷射的线性阱质谱仪(例如参见J.Hager的专利号为USA-6,177,688的美国专利)。

3.时间和空间上相继的

a.3D-TOF(示例参见S.M.Michael、M.Chen和D.M.Lubman在Rev.Sci.Instrum.63(10)(1992)4277-4284的文章，以及E.Kawato公布为PCT/WO99/39368的专利)。

b.LT/FT-ICR(例如参见M.E.Belov、E.N.Nikolaev、A.G.Anderson等在AnalChem.73(2001)253的文章以及J.E.P.Syka、D.L.Bai等在2001年芝加哥49届ASMS会议录上的“质谱分析”(Mass Spectrom.))。

c.LT/TOF(例如C.M.Whitehouse、T.Dresch和B.Andrien的专利号为6,011,259中的分析LT-TOF)或四极-阱/TOF(J.W.Hager专利号为US-B-6,504,148的美国专利)。

适于串联质谱分析的众多非相继的质谱仪也已进行了描述(例如参见J.T.Stults、C.G.Enke和J.F.Holland在Anal Chem.55(1983)1323-1330的文章，以及R.Reinhold和A.V.Verentchikov的专利号为6,483,109的美国专利)。

例如，J.W.Hager的专利号为6,504,148的美国专利揭示了串联质谱仪，包括线性离子阱质谱仪、轴向排列的用于离子分裂的陷获碰撞室、然后是TOF质量分析器。

PCT/WO01/15201揭示了包括都轴向排列的两个或多个离子阱和可任选的TOF质量分析器的质谱仪。离子阱可用作碰撞室，因此该光谱仪能够进行MS/MS和MSⁿ试验。

这些质谱仪都是标准的，因为它们依赖于从离子阱到碰撞室并继而到飞行时间分析器的离子的轴向喷射。这些质谱仪都遇到这样的问题，即在分析速度(即每秒内MS/MS试验次数)与空间电荷效应之间存在矛盾。为了确保有足够数量的分裂离子由TOF质量分析器进行检测来给出可靠的试验数据，不断增加的离子丰度必需存储在上游(特别是要分裂并分析一个以上初级离子时)。对第一分析器中上游高离子丰度的需要与这样的事实相矛盾：离子丰度越大，该分析器的分辨率和准确度因为空间电荷效应会越差。对于诸如proteomics的高通过量应用，重要的是提供难以实现的在数百个MS/MS光谱每秒数量级上(而不是5-15的现有极限)分析速度。这同时需要对所有进入离子进行有效的容忍空间电荷的使用，又需要对各个初级离子的m/z的在ms数量级上的快速分析。尽管飞行时间分析器本身允许这样的分析速度，但本系统的所有前面部分即离子阱和碰撞室也应与这个至今尚未拒绝的问题相配。

发明内容

根据背景技术并从第一方面，本发明驻留于使用质谱仪的串联质谱分析的方法，该质谱仪包括离子源、带有多个细长电极的离子阱、碰撞室以及飞行时间分析器，该方法包括：陷获从离子源引入的离子并激发陷获的离子，从而基本上与电极长度方向正交地喷射陷获离子，使喷射离子进入碰撞室；并在碰撞室中分裂从离子阱引入的离子；从碰撞室中喷射已分裂的离子使它们进入飞行时间分析器；以及操作飞行时间质量分析器并在其中获取离子的质谱。

基本上正交地从可以是线性离子阱的离子阱中喷射离子是串联分析器结构的对广泛接受的轴向喷射标准的显著偏离。正交喷射的概念长期被视为劣于轴向喷射，因为正交喷射的离子通常比轴向喷射的有大得多的波束尺寸。因而这将需要一种新颖的装置，用于捕捉离子、分裂它们并传送到飞行时间分析器。另一缺点是生成离子束有较高能量扩展度。

然而，本申请人已了解使用正交喷射可获得好得多的性能，且该优点可胜过大波束尺寸和高能量喷射的缺点。特别地，正交喷射通常允许高得多的喷射效率、高得多的扫描速度、对离子总体的更佳控制以及更高的空间电荷容量。此外，更高喷射能量的可能问题可通过将喷射离子发送到充气碰撞室来减轻，在该碰撞室中这些离子将在可导致分裂的碰撞中失去能量。

对于碰撞室，意指用于离子分裂的任何容器。碰撞室可包含用于此目的的气体、电子、或光子。

陷获的离子最好被喷射为从线性离子阱到碰撞室的带状束。这使得离子阱的空间电荷容量增加，而不损害喷射的性能、速度或效率。碰撞室最好具有平面设计以适应该带状束。例如，碰撞室可设计成它产生的导向场以基本上为平面开始，然后最好将离子聚焦到较小的缝隙中。

在一优选实施例中，碰撞室包括多个具有至少两部分的复合材料细长杆式电极，该方法包括将RF电势施加在每个杆的两部分，并将不同的DC电势施加到每个杆的每个部分。

应注意，多个但不需要是碰撞室内的所有电极。此外，可施加相同或不同的RF电势，并可在多个电极的相应部分施加相同或不同的DC电势。该方法还可包括将DC电势施加到将复合材料杆夹在中间的一对电极上。

在其它实施例中，碰撞室包括只施加DC电压的一组电极，以便提供将离子从碰撞室聚拢到出口缝隙的提取场。

本方法最好包括操作位于离子阱内或与离子阱相邻的离子检测器来获取陷获离子的质谱。这可包括操作离子检测器来获取在陷获区域中获取的初级离子的质谱，以及操作飞行时间质量分析器来获取分裂离子的质谱，其中各扫描形成一次MS/MS试验。

离子检测器可任选地与离子阱相邻，以拦截基本上正交喷射的一部分离子。按常规离子检测器和碰撞室可置于离子阱的两侧。本方法最好包括将由离子源产生的具有相对较广m/z值范围(其中m表示离子质量而z是离子携带的元电荷e的数量)的离子引入离子阱；陷获从离子源引入的基本所有相对较广范围上的离子，并基本上正交地喷射在相对较窄m/z值范围内的离子。

在本优选实施例中，相对较广的m/z值范围的数量级为200Th到2000Th，或者最好在400～4000Th(Th：Thompson＝lamu/单元电荷)。

本方法可任选地包括基本上正交地喷射来自离子阱(第二陷获区域)的在相对较窄m/z值范围内的离子，同时保留离子阱(第二陷获区域)中的其它离子用于随后的分析和/或分裂。

保留离子阱中其它m/z范围的离子同时喷射相对较窄m/z范围内的离子是有利的，因为它允许该方法可任选地包括对来自另一相对较窄m/z范围的离子的喷射、分裂和分析，而无需再填充第二陷获区域。

这在快速收集来自两个或多个不同初级离子的分裂离子的质谱时是有用的，即本方法可任选地包括相继地将来自其它较窄初级离子m/z范围的分裂离子引入飞行时间质量分析器，并操作飞行时间质量分析器来获取与每个初级离子m/z范围相关联的分裂离子的质谱。随后的其它分裂及分析层可优选以便例如提供所有初级离子峰值的质谱。

用保留一些离子同时喷射其它离子获得的益处还可参照组合离子阱的第一陷获区域来获知。因此，本方法还可包括在喷射中等范围内的离子时保留第一陷获区域中不在中等m/z值范围内的其它离子。最好基本上所有不在中等m/z值范围内的离子得到保留。

其它可任选特征将在所附权利要求书中定义。

从第二方面，本发明驻留于使用质谱仪的串联质谱分析的方法，该质谱仪包括离子源、离子阱、碰撞室以及飞行时间分析器，该方法包括：操作离子源以产生具有相对较广范围m/z值的离子；将该离子源生成的离子引入离子阱；操作该离子阱以陷获从离子源引入的离子，并喷射相对较窄m/z值范围内的离子使得它们被引入碰撞室，同时保留该离子阱中的其它离子用于随后的分析和/或分裂；操作碰撞室使得从离子阱引入的离子分裂；将来自碰撞室的分裂离子引入飞行时间分析器；以及操作该分析实践分析器以获取分裂离子的质谱。

从第三方面，本发明驻留于使用质谱仪的串联质谱分析的方法，该质谱仪包括离子源、第一陷获区域、包括多个细长电极的第二陷获区域、碰撞室、离子检测器和飞行时间分析器。本方法包括一填充阶段，它包括操作离子源产生离子，将由离子源生成的离子引入第一陷获区域，并操作第一陷获区域来捕获从离子源引入的初级离子的一级集，该初级离子的一级集具有相对较大的m/z值范围。

本方法还包括第一选择/分析阶段，它包括操作第一陷获区域来喷射初级离子的一级集的第一个二级子集使之进入第二陷获区域，该初级离子的第一个二级集具有中等范围的m/z值，同时将来自初级离子的一级集的其它离子保留在第一陷获区域，操作第二陷获区域以捕获来自从第一陷获区域引入的初级离子的第一个二级子集的离子，操作离子检测器来获取来自初级离子的第一个二级子集的陷获离子的质谱，并执行对来自初级离子的第一个二级子集的陷获离子的多个分裂/分析阶段。

本方法还包括第二选择/分析阶段，它包括操作第一陷获区域来喷射初级离子的一级集的第二个二级子集使之进入第二陷获区域，该初级离子的第二个二级子集具有不同的中等范围m/z值，操作第二陷获区域以捕获来自从第一陷获区域引入的初级离子的第二个二级子集的离子，操作TOF分析器来获取来自初级离子的第二个二级子集的陷获离子的质谱，并执行对来自初级离子的第二个二级子集的陷获离子的多个分裂/分析阶段。

每个相应的多个分裂/分析阶段包括：操作第二陷获区域来与细长电极的方向基本正交地喷射初级离子的具有相对较窄m/z值范围的三级子集，使之被引入碰撞室，操作该碰撞室使得来自从第二陷获区域喷射的初级离子的三级子集的离子分裂，将来自碰撞室的分裂离子引入飞行时间分析器，并操作该飞行时间分析器以获取分裂离子的质谱，其中对于每个二级子集的初级离子的三级子集具有不同的相对较窄的m/z值范围。

显然，术语“一级”、“二级”、和“三级”指初级离子的结构化分层结构，即，每一层指不断变窄的m/z值范围，而不是分裂的连续阶段。这样，分裂仅在初级离子的三级子集上进行。

这种安排是有利的，因为它允许快速执行MS/MS试验从而仅需从离子源填充一次。此外，将初级离子分成不断变窄的m/z值范围使得陷获区域和碰撞室的离子容量能够在空间电荷的极限范围内得到最优化。

本方法还包括三个或多个选择/分析阶段。并不是所有的选择/分析阶段需要包括多个或甚至任何分裂/分析阶段。例如，初级离子的特定二级子集所获取的质谱仅可揭示一个甚至没有感兴趣伪峰，从而去除了分裂的需要。

初级离子的三级子集可从第二陷获区域喷射为具有不超过10毫秒的时间宽度的脉冲。该时间宽度一般不超过5毫秒，较好地不超过2毫秒，更好地不超过1毫秒，最好则不超过0.5毫秒。此外，分裂离子可喷射为具有不超过10毫秒时间宽度的脉冲。分裂离子的脉冲的逐渐优选的最大时间宽度为5毫秒、2毫秒、1毫秒和0.5毫秒。脉冲可将分裂物从碰撞室的出口部分直接推入飞行时间质量分析器。本段落也可应用于使用单离子阱而不是双陷获区域的方法。

尽管对一特定二级子集可选择许多三级子集，仍可选择相关联的较窄范围跨越相关联的中等m/z值范围。这些相对较窄的范围可通过相继单步调试来跨越整个中等范围。每个相对较窄范围所需的质谱可分别从相应质谱分开存储和处理。相对较窄范围的适当宽度可参照预先扫描来确定，该预先扫描即为由离子检测器或飞行时间质量分析器先前获取的包含感兴趣峰值的质谱。随后收集的分裂物质谱可被设置成与包括一个或多个峰值的宽度相对应。质谱仪的操作还可对初级离子的每个三级子集和相应的分裂离子进行调整，即，第二陷获区域、碰撞室、以及飞行时间质量分析器的操作可对当前的相对较窄m/z值范围特别设置。再一次，本段落也可应用于使用单离子阱而不是双陷获区域的方法。

从第四方面，本发明驻留于质谱仪，该质谱仪包括离子源、离子阱、碰撞室、和飞行时间质量分析器，其中离子阱包括多个细长电极，这些电极可操作来提供一陷获区域以捕获从离子源引入的离子并激发捕获离子使得激发离子以基本上与电极长度方向正交地喷射；碰撞室可操作以接受基本上正交地从离子阱喷射的离子；并且飞行时间质量分析器可操作以获取分裂离子的质谱。

串联质谱仪还可包括与离子阱相邻的离子检测器，并可操作以检测基本上从中正交喷射的离子。离子检测器和飞行时间质量分析器可位于与离子阱相对的两面。

碰撞室最好是平面设计的。

从第五方面，本发明驻留于一组合离子阱，该离子阱包括基本上共轴排列的第一和第二离子存储体，该公共轴限定通过第一离子存储体到第二离子存储体的离子路径，该第一存储体由一端的入口电极和另一端的公共电极定义，入口电极和公共电极可操作以提供用于捕获第一离子存储体内的离子的陷获场，该第一离子存储体还可包括一个或多个电极，它们可操作来激发第一m/z范围内的捕获离子使得这些激发离子可沿着到第二离子存储体的离子路径轴向喷射，该第二离子存储体由一端的公共电极和另一端的另一电极限定，公共电极和另一电极可操作以提供用于捕获第二离子存储体内的离子的陷获场，该第二离子存储体还可包括多个细长电极，它们可操作来激发第二m/z范围内的离子使得这些激发离子可从第二离子存储体与出口缝隙长度方向基本正交地喷射。

出口缝隙最好与电极的长度方向相同。

本领域技术人员会理解，参照本发明第一和第二方面描述的许多优点一样可应用于上述组合离子阱、质谱仪和串联质谱仪。

本发明可提供用于在单次扫描中获取多个母离子的串联质谱分析数据的实施技术的方法和装置。在某些实施例中，本发明表征混合的线性阱/飞行时间质谱仪，以及使用这种混合质谱仪的方法。该混合质谱仪可包括线性阱、放置成接收从线性阱径向喷射的离子的碰撞室/离子导向场、以及飞行时间质量分析器。在操作中，离子可在线性阱中积聚，并可正交地喷射/提取使得积聚离子的至少一部分进入碰撞室，在那里它们可经历与靶气体的碰撞。生成的离子可离开碰撞室并可传送到飞行时间质量分析器用于分析。混合质谱仪可配置成在扫描线性阱的整个质量范围时可获得每个初级离子的全分裂波谱。这可通过适当地匹配TOF分析和LTMS分析的时间比例以及通过离子线性阱的离子的正交喷射来获得。

在某些实施例中，TOF质量分析器可以是具有“多通道益处”以及足够的动态范围和获取速度的类型。试验极需要在适于色谱法尤其是液相色层分析法的时间比例上完成。这意味着，限定较大区域的MS/MS数据空间的数据的获取可在＜1-2秒的时间数量级上获取，而每个MS/MS波谱可受到1-2毫秒时间帧的限制。

本发明一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐明。除非以其它方式定义的，在此使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域中普通技术人员共同理解的含义。在此提及的所有出版物、专利申请、专利和其它引用在此全部引入作为参考。在有矛盾的情形中，本说明书包括定义将有控制权。根据描述和附图，本发明的其它特征、目标和优点将显而易见。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明一实施例的质谱仪的顶视图和侧视图；

图2是离子沿着方向X进入其中的图1碰撞室的一部分的透视截面图，并示出与之相连的电路的一部分；

图3对应于图2，但示出另一碰撞室；

图4示出碰撞室的另一实施例，其中仅施加DC电压；

图5示出可用于图2和3的的碰撞室的两类杆式电极的截面图；

图6a示出类似于图5a的电极阵列和最后的电势，而图6b则添加了离子的输入点和输出点的表示；

图7是根据本发明另一实施例的质谱仪的顶视图和侧视图；

图8是根据本发明又一实施例的质谱仪的顶视图和侧视图；

图9示出与离子阱相关联的电路；

图10示出与碰撞室相关联的电路；

图11示出与碰撞室相关联的另一电路；

图12示出创建用于碰撞室的DC电压的电路；

图13示出根据本发明一实施例的离子源和组合离子阱。

具体实施方式

根据本发明一方面，LTMS/TOF混合质谱仪的一个实施例被排列成如图1所示。它包括：

·任何类型的带有传输光学器件20的离子源10(在此示为ESI源)，该传输器件20可包括任何数量的选择和传输级，并可包括差分泵级(未示出)；

·带有电极的线性阱质谱仪(LTMS)30，这些电极包括Y杆31及带有槽的X杆32和33；

·可任选的基于电子倍增器的离子检测器40，该检测器面对杆32中的槽，从而检测器40可接收从线性阱30通过杆32中的槽径向喷射的离子；

·碰撞室50，它面对杆33中的槽。检测器40和碰撞室50可彼此相向，且那些槽可以是相应的尺寸和形状。碰撞室50包含外壳51、充气管52、RF杆式电极53并最好包含DC场辅助电极(元件)54。LTMS 30和碰撞室50之间的间隙需要由至少一个最好两个(为了简化附图未示出)级的差分泵来充气。充入碰撞室50的气体可与充入LTMS 30的不同，示例包括氮、二氧化碳、氩和任何其它气体；

·离子束成形透镜60位于碰撞室50的出口侧以影响离开碰撞室到TOF质量分析器70途中的离子；

·最好是正交类型的TOF质量分析器70，包括推动器75、带有(可任选)离子镜90的飞行管80、以及离子检测器100。相应地，离子从透镜60进入TOF分析器70，且其方向由推动器75改变90°以朝镜子90行进。镜子90反转离子行进的方向，使它们朝检测器100行进。

·数据获取系统110获得来自检测器40和100的数据。

质谱计包括在真空室120中，该真空室由在121和122示出的真空泵抽空。

将描述使用图1所示的混合质谱仪来在单次扫描中获取多个母离子的串联质谱分析数据的方法的一个实现。在操作中：

1.离子由任何已知离子源10(MALDI、ES、场离子化、EI、CI等)引入，并经传输光学器件/装置20传送给LTMS 30；

2.离子在LTMS 30中积聚并陷获。这用两种方法之一来完成。

a.最好采用自动增益控制(AGC)方法，如由J.Schwartz、X.Zhou、M.Bier在专利号为5,572,022的美国专利中所述。基于倍增器的离子检测器40可作为测量在初级试验中在已知离子注入时间内积聚的离子数量的装置，该初级试验允许估算线性阱30中离子的积聚速度，并因此估算主要试验的最优离子注入时间。离子在线性阱中积聚一定已知时间，然后从线性阱30中喷射，使得部分离子入射检测器40。在这种布置中离子喷射在m/z上可以是相继的。这种布置对应于根据专利号为US 5,420,425的美国专利的“常规”径向喷射LTMS 30的布置。这允许在估算用具有选定m/z范围的需要数量的离子来填充线性阱30所需的离子注入时间时校正检测器40的与m/z相关的增益。或者，检测器40可安装在线性阱30的末端，且离子可全体轴向喷射到检测器40用于检测、估算并控制在线性阱30内陷获的离子数量。

b.或者，给定试验的最优积聚时间可基于在先前试验中检测到的总离子流来估算。

3.在将离子注入到线性阱30期间，辅助电压(宽带波形)被施加到杆式电极31-33上，以控制开始时存储在线性阱30中的初级离子的m/z范围(按常规LTMS 30的相似方式操作)；

4.在离子注入之后，还可施加辅助电压以便：

a.影响要分析的初级离子的一个或多个m/z范围的更佳选择；

b.选择初级离子的特定较窄m/z范围，以便选择单个离子种类(或几个离子种类)并激发分裂(或反应)那些种类以产生分裂物或产物离子。该过程可重复多次(n-2)以便执行一MSⁿ试验(MS^n-2MS/MS)。隔离和分裂的这MS^n-2个阶段基本上与MSⁿ试验中用常规LTMS执行的第一个MS^n-1步骤相同；或者

c.以其它方式处理或提取线性阱30内的离子。

5.在离子积聚和处理步骤之后，初级离子正交喷射从而通常至少一半的离子离开，进入碰撞室/平面离子导向场50。该喷射可用多种方法来执行：

a.陷获离子可作为一个组合被提取；

b.离子可按m/z选择性地和/或m/z相继性地提取；以及

c.如果按m/z选择性地和/或按m/z相继性地提取离子，则离子检测器40对检测沿与碰撞室相反的方向离开线性阱30的离子特别有用(实际上，检测器40一般将测量另一半陷获离子)。该记录信号可用来提供一初级离子的质谱。

6.与某些已知阱/TOFMS排列(例如J.Franzen的专利号为US 5,763,873的美国专利或M.Park的US-A-2002/0092980的美国专利申请)相反，从线性阱30提取的离子被导入碰撞室/平面离子导向场50，在那里它们将与碰撞室中提供的靶气体分子(通常是氮、氩、和/或氙)相碰撞。通常这些碰撞将导致这些离子的碰撞诱导的即时分裂，除非特别当心以确保进入碰撞室/平面离子导向场50的离子的动能极低。这样的低能量对于在TOF中提供初级离子质谱是有用的，并可通过使用低RF电压来获取(通常Mathieu等式的参数q＜0.05……0.1)。对于离子的CID，最好值q＞0.2……0.5。

7.生成的分裂离子在与靶气体的碰撞中失去动能。碰撞室50中的RF场提供离子在室50的中央平面附近的运动的强烈聚焦。叠置的DC场使得离子沿着室50的平面提取或拖取，从而它们作为“聚焦”或准直束离开碰撞室50。同样的动作也可通过只有DC的配置来获取，该配置使碰撞室看起来与离子迁移率漂移管(参见例如D.Clemmer、J.Reilly的WO 98/56029和WO 00/70335)相似。不同于后者，不进行或实施根据离子迁移率分离生成的分裂物-相反，主要目标是以0.5-3毫秒数量级的最快速度传送离子，且漂移时间扩展最小，但内能和动能可能最低。

8.离子可用以下两种模式之一离开碰撞室50：

a.离子被允许作为连续束离开碰撞室50，该连续束在扫描(或步进式)从线性阱30喷射的初级离子的m/z和类型时对强度和m/z分布进行调制。可以期望单个初级离子的分裂物将在初级离子进入碰撞室50之后的100-3000毫秒内离开碰撞室50；或者

b.各场(尤其是DC场)可动态变化，从而分裂离子可短暂(10毫秒或以下)积聚或陷获，并提取或释放为集中并相对短暂的离子脉冲(100微秒或以下之内)；

9.离开碰撞室/平面离子导向场50的离子通过透镜60穿行到TOF质量分析器70的推动器75。

10.最好是正交类型的TOF质量分析器70，根据其质量-电荷比分离生成的分裂物，确定飞行时间，并使用模数变压器记录其到达时间和强度。该试验的重复率应当足够高以准确地表示从碰撞室/平面离子导向场50中引入的分裂物变化的m/z分布和强度。在某些实现中，逐次TOF“扫描”之间的间隔应在50-100微秒的范围内。如果离子以脉冲模式从碰撞室50释放，则TOF扫描的触发可定时在对应于释放的分裂物将出现在TOF推动器75中的时间；

11.最后的数据由数据获取系统110处理，该系统将原始时间密度数据转换成质谱数据(质-强度)。然后这些数据可传送到数据存储和分析计算机(未示出)中，其中可应用各种质谱数据分析和搜索工具来分析数据。

图1的混合LTMS-TOF质量分析器可用多种模式来操作：

1)对于所有的质量MS/MS，LTMS 30的RF可用TOF分析器70连续扫描，产生顺序的初级离子m/z窗口的分裂离子质谱；

2)另一种方式，对于所有的质量MS/MS，LTMS 30的RF可分步骤扫描，每个步骤对应于一些适当较窄的初级离子m/z窗口。对于每个步骤，初级离子的相应较窄m/z窗口(例如同位素集束)从线性阱30喷射并在平面离子导向场和碰撞室50中分裂。有各种完成它的方法(袖珍型RF渐降然后是保持器、袖珍型谐振喷射电压的频率扫描、窄带谐振喷射波形脉冲等)。初级离子进入平面离子导向场和碰撞室50并分裂。分裂物可在接近碰撞室50的后端处积聚并陷获。然后它们以脉冲喷射到TOF分析器70的推动器75并在单个TOF试验中进行m/z分析。使用TOF分析器70的适当分辨能力，质谱仪中所有同位素峰将得到分辨以允许电荷状态的确定。

3)对于从上到下的顺序或对于所有的质量MSⁿ/MS，LTMS 30可以平常方法用于MSⁿ，然后可如上分析在碰撞室50中产生的分裂离子；以及

4)对于只有MS的检测或高质量准确度的测量，全m/z范围上的离子可使用最小的必需RF场强度存储在LTMS 30中，并用微弱的宽带偶极激发来喷射。然后，可使喷射离子的动能足够地低来避免在碰撞室/平面离子导向室中的分裂。从线性阱30喷射低动能的离子的可选方法是在X方向上叠置微弱的DC偶极场(并可能在低RF电压上叠置较小的DC四极场使得高m/z离子在Y方向保持稳定)，然后快速地切断施加在杆式电极31-33上的RF陷获电压。

其它方案也是可能的。最重要的是，该设备也可应用于“传统的”离子阱类MSⁿ试验。

碰撞室/平面离子导向场的实施例将参照图2、3和4来描述。因为允许离子从线性阱30喷射以进入碰撞室50的电极33中的槽的长度方向是Z方向，碰撞室50的特定布置(如上所述)对接受从线性阱30散发的带式离子束并将其聚焦为TOFMS所需的紧缩束是必要的。这些挑战比在例如EP-A-1,267,387、US-A-5,847,386、US-A-6,111,250、US-A-6,316-768、US-A-2002/0063,209及其它中所述的更为严格。平面RF离子导向场可用于该碰撞室50以提供具有基本的平面结构的RF导向场。在图1和2中示出的碰撞室50包括杆对53a、53b，其上具有交替的RF相位。有各种各样可构建的RF平面离子导向场。在所示导向场中，相对的杆式电极53具有相同的RF电压相位。如果相对的杆式电极53具有相反的RF电压相位(相邻的杆式电极53a、53b仍然具有相反相位)将导致几乎相等的离子导向场50。不均匀的RF电势极限离子在离子导向场50的中央平面附近的运动。叠置的DC电势用来提供离子在离子导向场50内聚焦和提取，从而离子以小得多的横截面束离开。陷获碰撞室50中的离子可通过在其末端提供DC电势垒来获取。实际上，碰撞室50无需陷获离子，但可用来在离子途经时分裂它们。具有可控DC电势(梯度)的平面RF离子导向场50可用许多方法构建。以下阐述一部分：

1)每对杆53a、53b上的DC偏移以这样的方式来选择：两维电势阱在正交于杆式电极53的轴的方向(即图2中的Z方向)上形成。要沿着杆式电极提取离子的可任选DC场可通过使用场元件54a和54b将DC“场驰垂”(field sag)叠置在RF场上来创建，该场元件如B.A.Thomapson和C.L.Jolliffe的专利号为6,111,250的美国专利以及B.A.Thomapson和C.L.Jolliffe的专利号为5,847,386的美国专利中的轴向情形所述。该提取场的强度取决于元件54a和54b的电压、形状和位置，并取决于RF杆53的几何形状；

2)场元件54a和54b可以这样的方法在两维上(未示出)成形，即Z方向上的电势阱和沿X的轴向场都因离子导向场50内的相关联DC“场驰垂”而形成。这需要在场元件54a和54b上施加更高的电压；

3)图2中所示方法的替代方法是，杆式电极53在与将离子从离子导向场50中提取出来的方向(沿图3所示的Z轴)垂直的方向上放置，且形成聚焦的DC电势阱可以通过使用来自场元件54a和54b(图3)的“场驰垂”来创建。在该方法中，提取场可通过将不同的增量式DC偏移施加在每个相邻杆式电极53上；

4)对于飞行通过布置，可使用充气的只用DC的碰撞室。入口电极56和场电极57上的DC电压可这样选择：减速力将离子导向碰撞室的中心轴。这种力由在与轴正交方向上有正曲率以及根据静电场的拉普拉斯方程沿轴具有负曲率的场来创建。例如，这种场由以下类型的电势分布来创建：

$U(x,y,z)=k\·(-x^2\·(\frac{1}{Y^2}+\frac{1}{Z^2})+\frac{y^2}{Y^2}+\frac{z^2}{Z^2}),$

其中对正离子k＞0，x是从LTMS 30喷射的离子的方向，z是沿电极33中喷射槽的方向，而y的方向是与槽交叉，2Y和2Z是碰撞室电极57分别在Y和Z方向上的内部尺寸(参见图4a)。为了使带状输入束与最好为圆周状的输出束相匹配，Y和Z可缓慢地沿x方向变化，从z＞＞y的输入电极56开始到z≈y的碰撞室50的出口处为止。由于喷射离子的高能量以及对离子迁移率分隔没有任何要求，离子也可正交地喷射到碰撞室50中，如图4b所例示。该室中的电势分布可由以下类似公式来近似：

$U(x,y,z)=k\·(-y^2\·(\frac{1}{X^2}+\frac{1}{Z^2})+\frac{x^2}{X^2}+\frac{z^2}{Z^2}),$

其中2X是x方向上与碰撞室高度相当的特征尺寸。可以理解，可呈现许多遵从相同的一般思路的其它实施例。例如，某些电极(例如图4b中的57a)可定型，其它(例如57b)可具有施加其上的可调电压，而另一些(例如57c、57d等)可具有渐变的尺寸。

5)在基于使用RF场的实施例中，使用场元件54需要施加相对较高的DC电压。这可通过使用诸如图5中所示的开裂组合杆来避免。每根杆53被分成锥形的子杆58和59，其中施加略有不同的DC电压但一样的RF电压，从而平滑的DC梯度可在离子导向场50的中央平面附近在适当方向上形成。在RF四极离子导向场中产生轴向DC梯度的该方法在A.L.Rockwood、L.J.Davis、J.L.Jones和E.D.Lee的专利号为6,316,768的美国专利中例示。根据该场的所需方向，杆53可开裂成沿离子导向场50的中央平面施加接近线性变化(偶极)的DC电势场(参见图5a和6a)或DC电势阱(参见5b和6b)，而无需改变装置中的RF场。尽管这样分割电极53将导致接近电极53的DC电势的重大“步进”或急剧变换，电极部分58、59之间的绝对电压差将很小(期望小于10伏DC)。因而，DC电势梯度不平滑应该不是问题，特别是因为与施加在杆式电极53上的RF电压相关联的有效电势的梯度在杆式电极53附近可能会相对大得多。尽管在图中示出的是单个杆的组合件53，组合杆集53可做成单个陶瓷电路板，具有适当的断路或全电镀用于避免HV击穿或绝缘体充电并因此简化离子导向场50的制造；以及

6)离子还可从RF碰撞室/平面离子导向场50中提取，它们沿从LTMS 30喷射的方向横穿进入碰撞室50，如图7所示。在这种情形中，碰撞室中的DC电势阱这样取向为使离子在X维上受限。可使用众多策略来确保在碰撞室50中捕捉离子：

a)电势阱可做成为非对称的(即离子进入比最远端杆低的电势场：无论如何碰撞这都将确保其在X方向上的反射，只要初始离子动能小于该电压差值与离子电荷的积)。沿轴Z该DC场能向进入TOF分析器70提取离子；和/或

b)平面电极可置于离子导向场50的相对一端，从那里离子进入碰撞室平面离子导向场50。如果它位于离最后的杆式电极半杆缝隙宽度处，则它将对应于RF场的相同电势并因而保持RF场与离子导向场50末端的完整性。如果该离子导向场还有适当DC电压偏压，则它将把离子反射回离子进入离子导向场50的地方。

在平面碰撞室的任何方向或实施例中，碰撞阻尼将根据控制DC电势而使离子在飞向装置的中央平面时减缓并漂移到装置的出口。平面碰撞室中的气压要以类似三重四极和Q-TOF的碰撞室中的方法来选择，典型的压强和行进距离的积超过0.1～1托.毫米。

应当注意，通过离子导向场50中的RF或DC场建立的有效电势阱(m/z相关的)底部将相当平坦。因而，离子束在离开碰撞室/平面导向场50时将具有相当大的直径(相对于在类似气压下类似操作从RF四极中离开的离子束)。碰撞室50的附加RF多极(例如四极)离子导向场部分55将允许在提取到TOF分析器70之前能更好地径向聚焦(如图8所示)。这种碰撞室50的扩展还可用于在脉冲提取到TOF分析器70的推动器75之前的离子积聚。与那些计划在碰撞室50的平面部分上叠置控制DC场类似的杆式电极53部分可用来提取或陷获装置多极部分内的离子。或者，离子导向场55可做成相对较短，其长度与内接直径之比不超过8。通过将电压施加在离子导向场55的端盖上，它将确保因通过这些端盖上的电压自对准栅创建的轴向场而进行的快速离子传送。还需要将碰撞室/离子导向场50的多极(四极)部分包括在独立的隔间51a里，可能还具有它自己的充气管52a。这将允许独立控制碰撞室50的该部分中的压力用于将离子快速提取到TOF分析器70，并可任选地最优陷获。

碰撞室/离子导向场50的初级离子的碰撞能量由它们离开LTMS 30时的动能以及LTMS 30和碰撞室/离子导向场50之间的电压V_acc来确定。取决于LTMS 30的操作参数，甚至对0V_acc都能简便地获得每单位电荷百eV的初级离子能量。然而，为了更好地接受初级离子，最好是在捕捉到离子之后提高(对正离子而言是负向的)LTMS 30的偏移电压。在某些实施例中，该“能量提高”的幅度是数百到数千伏。对于来自线性阱30的高q_eject，喷射离子的动能/单元电荷与m/z成比例，从而可对V_acc编程以在LTMS 30的m/z扫描期间改变，来控制在扫描(或步进)初级离子的m/z时的碰撞能量。

使用平面离子导向场作为碰撞室50的一个优点是接受来自不同侧的离子输入的离子导向能力。这使碰撞室50还能作为束的合并器。此外，众所周知，两维的四极线性离子阱比三维的四极离子阱具有大得多的离子存储容量。杆53中的槽允许离子的径向质量选择性喷射用于检测，但槽的长度受到常规检测器的物理特性的极限。通过使沿槽的整个长度径向喷射的离子能聚焦到常规的检测器上，在此所述的平面离子导向场50可用来便于采用较长的(比常规槽长)两维的四极线性离子阱30。较长的两维四极线性离子阱30最终仍提供较大的离子存储容量。

在某些实施例中，第二个参考离子源可用来向平面离子导向场提供已知m/z的稳定离子源。如果这些参考离子都以足够低的动能被引入碰撞室50，则它们将不分裂。这些参考离子将与离子束及其源自线性阱30的分裂物相混合，并将对每个TOF质谱提供一m/z内部校准。这样，LTMS 30的空间电荷容量就不需要与参考离子共享了。这在产生的TOF频谱中使能更准确的m/z分配，因为在每个质谱中总有精确知晓m/z的m/z峰值。图7示出与碰撞室/平面离子导向场50耦合的这种参考离子源15。该源15可以是相对简单的连续供以参考样本的电子碰撞离子化源。其它具有相对稳定输出的简单离子化源也将是适当的。应强调，该特征具有在本揭示中所述的设备之外的广泛可应用性。内部标准对改进TOF和FTICR设备的m/z分配准确度是有用。在两个质量分析阶段之间混合或转换来自多个离子源的离子束的能力是某些应用中相当需要和新颖的特征。

平面离子导向场50的只用RF版本的传输特征的描述可基于不均一RF文件装置的一般理论，这些理论已在John Wiley，1992年在Chichester出版的C.Ng、M.Baer编的Adv.Chem.Phys.丛书82卷1-176页D.Gerlich“Stat-Selected andState-to-State Ion-Molecule Reaction Dynamics，Part I：Experiment”中概述。对于已建模的一特定装置，有效的电势阱深度超过从m/z 200到m/z 1000的5伏。在与杆式电极53的轴垂直的方向上的有效电势的“波纹”(正弦波纹)从m/z 1000的约0.065伏增加到m/z 200的约0.35伏。这意味着，叠置的DC场(场驰垂)可以是同一方向上的DC场梯度在0.5伏/a(其中a是相邻杆之间中心对中心的距离)数量级上，否则离子将在有效电势“波纹”阱的局部最小值上“陷获”。

在图2或3中所示的电路中，RF电压被耦合到杆式电极53上，该电极具有由电阻分压器网络提供的不同DC电压。RF扼流圈L提供扼制驱动电阻条两端的DC电源电压的RF电压。一种略为行进的方法以及更全面描述的RF电压源在图9-12中示出。图9示出用于四极/离子阱和多极离子导向场的标准RF产生和控制电路。多线RF调谐电路变压器线圈提供产生高RF电压的有效方法，并提供在图2或3中使用的RF扼流线圈的DC扼制功能。

图10例示了使用双线变压器线圈和电阻分压器来获得RF和DC电压在图2-3中所示的平面离子导向场的杆式电极上的叠加。如果电阻条的总电阻在100-1000欧姆以上，则可能需要RF旁路电容(标为C)。如果需要，则旁路电容应在0.01nF的数量级上。整个RC条可置入真空，并位于平面离子导向组合件内(例如，连接杆式电极53的陶瓷电路板、或一侧包含组合电极和另一侧包含RC条的陶瓷电路板)。类似于LCQ中用来驱动多极离子导向场的RF放大器(约15W)和多线变压器应足以在这种平面离子导向场中产生约2.5MHz的约500-1000伏的RF电压。一般而言，施加在这种平面离子导向场上的RF电压将具有0.5～3MHz范围的频率以及300～3000伏之间的振幅。该方案应对该范围内的电压和频率的RF和DC的产生叠加非常有用。

图11示出使用图5a的组合杆来提供提取场梯度的电路的一个版本。这涉及变压器线圈上的额外线对以及线圈每一端上的额外RC分压器。

图12示出可用来产生施加到变压器线圈4根线上的电压，以产生组合的聚焦和提取DC场梯度。该特定布置将允许单独控制聚焦和提取DC场梯度的密度，以及该装置的整体偏压(电压偏移/出口DC电势)。

在以适于色谱法的时间比例上调用逐次的“全质量”MS/MS试验的实施例中，逐次的全质量MS/MS试验之间可允许的最大间隔应为约1～2秒的数量级。取决于需要扫描的初级离子质量范围有多广以及在LTMS 30中允许离子堆积聚多长时间(假设装置以连续初级离子扫描模式操作，尽管对步进模式的考虑也基本相同)，这导致最大初级离子m/z扫描速率在0.5～2Th/ms数量级上。单个TOF试验/获取的典型时间帧是100-200微秒。这对约300-1500微秒的初级离子m/z峰值时间(如在碰撞室/离子导向场50的出口处所测得)中的所需宽度施加了较低极限。该初级离子m/z峰值宽度(时间上)将通过从LTMS 30喷射的离子的初级离子m/z峰值宽度(时间上)与通过平面离子导向场/碰撞室50传送相关联初级离子和分裂离子的时间分步的卷积来确定(应注意，在连续初级离子扫描模式中，可能需要对初级离子m/z标度进行校正，以校正初级离子和产生的相关联离子通过碰撞室/离子导向场的飞行时间的均值)。

这造成了一定的设计灵活性，因为这些时间可基于各种考虑进行调整，诸如：

1.LTMS 30初级离子扫描速率(Th/Sec)和初级离子m/z分辨率(以Th为单位的峰值宽度)

a.对于LTMS 30的较高分辨能力和较高的空间电荷容量，最好在较高的q_eject上操作(例如q_eject＝0.83)；

b.为了最优化，使用接近最小谐振喷射电压振幅的初级离子m/z分辨率；

c.如果愿意牺牲初级离子选择的分辨率，较高的空间电荷容量可在使用较高谐振喷射电压时获得；

d.较高的扫描速率(以及较高的谐振喷射电压)允许较大的离子存储容量，但m/z分辨率较低；

e.为了减少给定扫描速度的扫描时间，可将所有感兴趣的初级离子质量范围分成一组离散的初级离子m/z范围或窗口，最好大概对应于典型的初级离子分析物离子种类的单个m/z离子峰的同位素集束的宽度。然后谐振激发频率或RF陷获电压跳变，从而一个选定初级离子m/z范围可接着另一个谐振喷射，而无需激发这些范围之间的离子。这种质量集可通过在LTMS 30或TOF 70中对少得多的离子的初级离子快速扫描(类似于AGC预扫描试验)来确定。在确定每个初级离子的强度的同时，它允许对每个初级离子改进优化条件(扫描速率、电压等)(自动初级离子控制)。这种初级离子信息可用于在LTMS 30中的离子存储期间优化注入波形。

f.使用较低的q_eject降低了线性阱30中的m/z分辨率和离子存储容量，但在离子从线性阱30中喷射时将降低它们的动能(KE)和KE扩展。这将影响碰撞室/离子导向场50中的气压及其尺寸的选择；

e.增加RF频率将增大离子导向场50的可用分辨率和充电容量，但RF电压增加为f²；或者

2.线性阱碰撞室压力-长度积(P×D)

a.较高的P×D将停止/分裂较高能量的初级离子；

b.较高的P×D将导致较慢的离子传送和离子传送时间的较宽分布。

在某些实施例中，为便于碰撞室50中的有效离子分裂，气体的有效靶厚度(P×D)应大于0.1～1托x毫米，其中P是气体压力，D是碰撞室50的长度。可能需要对相关联的初级离子和分裂离子通过碰撞室/平面离子导向场传送的时间分布，不超过500～2000微秒。如果D小于30～50毫米，则将需要P大于20～30毫托才能获得这种离开时间延迟的分布(参见例如C.Hoaglund-Hyzer、J.Li和D.E.Clemmer在Anal.Chem.72(2000)2737-2740中的文章)。为便于更好地冷却并捕捉初级离子及其相关联的分裂物离子，可能需要更高的P×D的积。在碰撞室/离子导向场50中具有这样的压力，使得碰撞室50和TOF分析器70之间的附加差分进级成为必要。这可通过例如由与LTMS 30中一样的泵来抽空透镜60，并用另一个泵来仅抽空碰撞室50的入口处(在外壳51和例如电极53或56之间)。透镜60提供把离开碰撞室/离子导入场50的离子束变为带有几个毫伏的正交能量扩展的平行束的极精确转换。该透镜区域最好应将压力保持在10-5毫巴范围之内或以下，以防止散射、分裂并最小化例如进入TOF分析器室80的气流。

为了改进TOF分析器50的灵敏度并因而改进MS/MS质谱的质量，其传输和运行周期需要通过例如以下方法的任一种来进行改进：

a)无栅极光学器件，特别是无栅极正交加速器可如A.A.Markarov的WO01/11660所述。

b)Fresnel型的多电极透镜可用来改进运行周期，如A.A.Markarov、D.R.Bandura在“Int.J.Mass Spectrom.Ion Proc.”127卷(1993)45-55页的文章所述。

c)通过将来自充气离子导向场50或55的离子直接脉冲到飞行管中，飞行时间分析器可更紧密地与碰撞室一体化，类似于在A.A.Markarov、M.E.Hardman、J.C.Schwartz、M.Senko的WO02/078046中所述的离子脉冲的产生。

以上所述的实施例还可作改进，用于LTMS 30的空间电荷容量以其它方式变成关键极限的情形。提议通过在线性阱30之前使用一附加离子存储装置来解决该可能问题。该装置最好是另一个线性阱。一特别优选的布置如图13所示。

此时，线性阱30被有效地分成两部分：首先是存储部分130，随后是分析部分230。这些部分130和230由一电极150分开，在该电极上可设置一电势以建立将线性阱30分成两个部分130、230的电势垒。该电势垒仅需提供一定的电势能量阶跃以分隔存储部分，并可使用电场和/或磁场来实现。存储部分130(最好是连续地)捕捉输入离子，并同时激发中等质量范围Δm/z(10-200Th)内的离子来为该范围上随后的唯MS或MS/MS或MSⁿ分析克服分开存储部分130和分析部分230的电势垒。通过激发遍布整个质量范围的离散质量范围Δm/z(例如200Th和2000Th)内的离子，这允许在每个Δm/z步骤上使用分析部分230的所有空间电荷容量而无需牺牲LTMS 30的灵敏度、扫描速度或分辨能力。

尽管由于空间电荷效应在存储部分130中存储的m/z范围对任何有关离子的有用信息而言都太大，被允许进入分析部分230中高分辨率的线性阱分析器的空间电荷相对整个m/z范围减少。此外，两个部分130、230可这样的方式来同步：对于唯MS扫描，线性阱30总是在允许的质量范围Δm/z内扫描，因此没有对分析时间造成破坏。

在操作中，连续离子流进入存储部分130并从分隔130和230两部分的电势垒反射。该电势垒通过组合DC场和可任选的RF场来形成。存储部分130中的离子在与气体在沿存储部分130的长度方向的碰撞中失去动能，并继续存储在靠近电势阱最小值之处。同时，一个AC场被添加到电势垒中，使得特定m/z范围Δm/z内离子的轴向谐振振动被激发。这可通过例如沿存储部分130的轴提供二次DC电势分布来获得。由于严重的空间电荷效应和场的质量较差，该中间m/z范围Δm/z比1Th大得多，最好是总质量范围的5-10％。此外，AC激发可跨越适当的频率范围，从而激发较少地依赖于局部场的实际失真。

在数十个或数百个激发循环之后，中间m/z范围Δm/z内的大部分离子被激发到它们能够克服电势垒的程度(尽管还不能逃出存储选择部分130的入口缝隙)。这使离子能进入分析部分230，在那里它们与存在其中的AC场失谐，并且因为在与气体的碰撞中进一步失去了能量，离子得以存储在该部分230的中间部分从而驻留在电势阱的最小电势上。然后，分析性的唯MS或MS/MS或MSⁿ扫描在已存储离子的预选质量范围上进行。随后，从存储部分130的填充过程对下一预选m/z范围进行重复直到覆盖了整个质量范围，扫描因此完成。通过开始下一扫描，存储部分130内的离子总体已经完全更新。

现在将描述操作包括图13的组合线性阱的质谱仪的示例。

对线性阱的单位分辨能力的典型空间电荷极限是30,000个电荷，且在2000Th的操作质量范围上离子强度基本上是均匀分布的。由于TOFMS的高分辨能力，可接受更多的离子总体(例如300,000个电荷)。扫描速度是10,000Th/s，且输入流约为30,000,000电荷/s。AGC用来估算离子的强度分布，且线性阱30以唯MS模式操作。

使用常规方法，线性阱30将被填充10毫秒以达到允许的空间电荷极限，而LTMS 30将被扫描200毫秒以覆盖所需质量范围。考虑稳定和AGC时间，这导致约4个质谱/秒或每秒分析1,200,000个电荷以达4％的运行周期。

使用提议的方法，所有的离子在进入分析部分230分析之前都被存储在存储部分130中。在300,000个电荷在数毫秒内以100Th的m/z窗口被注入到分析部分230中之后，仅需10毫秒就可扫描这个m/z窗口。整个质量范围分20个步骤以略大于200ms的时间来覆盖，每个步骤包含300,000个电荷。如果130中的存储伴之以激发，该过程可以约4个质谱/秒的速度运行，且如果存储和激发在时间上是顺序排列的，则速度约为2.5个质谱/秒。对于第一个情形，每秒分析24,000,000个电荷以达80％的运行周期，而对于第二个情形，每秒分析15,000,000个电荷以达50％的运行周期。

同时可使用较窄的m/z窗口，然而额外的时间消耗可能限制了约在50×10⁶电荷/秒水平上的进一步增益，这已接近于现代电喷射源的实用极限。

已经描述了本发明的多个实施例。然而，可以理解，可作各种更改而不背离本发明的精神和范围。

Claims (53)

1.一种操作质谱仪的方法，该质谱仪包括离子源、带有多个细长电极的离子阱、碰撞室、以及飞行时间分析器，其特征在于，所述方法包括：

陷获从所述离子源引入的离子并激活所述陷获离子，以便与所述电极的长度方向基本正交地喷射所述陷获离子，使所述喷射离子到达所述碰撞室；

在所述碰撞室中分裂从所述离子阱中引入的离子；

从所述碰撞室喷射分裂离子使它们到达所述飞行时间质量分析器；以及

操作所述飞行时间分析器以获取其中离子的质谱。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，激发在所述离子阱中陷获的离子包括将AC电势施加在所述多个细长电极上。

3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述陷获离子按带状束喷射，且所述碰撞室是平面设计的。

4.如任一前述权利要求所述的方法，包括操作所述碰撞室以陷获离子。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述离子使用包括DC电势的场来陷获。

6.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于，包括仅使用DC电势来操作所述碰撞室。

7.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，包括操作所述碰撞室以提供沿离子路径的电场，所述电场的梯度沿所述离子路径单调增加。

8.如权利要求1-6的任一权利要求所述的方法，其特征在于，包括将离子以与它们离开所述碰撞室的方向正交的方向引入所述碰撞室。

9.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述碰撞室包括多个具有至少两个部分的细长的组合杆式电极，所述方法包括将RF电势施加在每个杆的两个部分上，并将一不同DC电势施加到每个杆的每个部分。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括将DC电势施加在将所述组合杆夹在其中的一对电极上。

11.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，包括操作位于或邻近所述离子阱的离子检测器以获取所述陷获离子的质谱。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述离子检测器与所述离子阱相邻地放置，以拦截基本正交地喷射的一部分离子。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述离子检测器和所述碰撞室置于所述离子阱的两侧。

14.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，包括操作所述离子检测器以获取在所述离子阱中陷获的初级离子的质谱，并操作所述飞行时间质量分析器以获取所述分裂离子的质谱，其中所述扫描形成MS/MS实验。

15.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，包括：

将由具有相对较广m/z值范围的离子源产生的离子引入所述离子阱；

陷获从所述离子源引入的几乎所有相对较广范围上的离子，并基本正交地喷射相对较窄m/z值范围内的离子。

16.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，包括以使用自动增益控制确定的离子丰度来填充所述离子阱。

17.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，包括将参考复合离子注入到所述碰撞室。

18.如权利要求15-17的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述离子阱是包括第一和第二陷获区域的一组合离子阱，所述两个陷获区域沿规定的通过所述第一陷获区域到所述第二陷获区域的离子路径的公共轴基本共轴地排列，所述方法包括：

将由具有相对较广m/z值范围的离子源生成的离子沿所述离子路径引入所述第一陷获区域；

操作所述第一陷获区域以陷获在从所述离子源引入的基本所有相对较广范围上的离子，轴向喷射一个中间m/z值范围内的离子，并沿所述离子路径进入所述第二陷获区域；以及

操作所述第二陷获区域以陷获从所述第一陷获区域引入的离子，并正交地喷射在该相对较窄m/z值范围内的离子。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一和第二陷获区域由第一电势垒分开，且所述方法包括通过将所述中间m/z值范围内的离子激发到足以克服所述第一电势垒，来喷射来自所述第一陷获区域的离子并因此进入所述第二陷获区域。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，离子通过所述第一陷获区域的第一端上的入口被引入所述第一陷获区域，且所述离子通过所述第一陷获区域的第二端上的出口离开所述第一陷获区域，所述第一电势垒位于所述出口处，所述方法还包括：设置所述第一电势垒来反射从所述第一陷获区域引入的离子；随后在所述入口创建第二个较高电势，从而陷获所述第一陷获区域内的离子；以及激发所述中间m/z值范围内的离子，使其足以克服所述第一电势垒但不能克服所述第二电势垒。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，创建所述第二电势垒包括使用一DC电势。

22.如权利要求18-21的任一权利要求所述的方法，其特征在于，设置所述第一电势垒来反射引入所述第一陷获区域的离子包括使用一DC电势。

23.如权利要求18-22的任一权利要求所述的方法，其特征在于，激发所述中间m/z值范围内的离子包括将一AC电势施加到所述第一电势垒上。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，包括使用一AC电势激发在所述第二陷获区域中陷获的离子。

25.如权利要求18-24的任一权利要求所述的方法，其特征在于，包括将离子引入所述第二陷获区域以将所述第二陷获区域填充为空间电荷限制内的预定离子丰度。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，包括根据自动增益控制来确定所述预定离子丰度。

27.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，包括操作所述离子源以产生具有相对较广m/z值范围的离子，并操作所述离子阱以基本正交地喷射相对较窄m/z值范围内的离子。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，包括基本正交地喷射离子所述离子阱的相对较窄m/z值范围内的离子，同时保留所述离子阱内的其它离子用于随后的分析和/或分裂。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括第二个分析步骤，包括操作所述离子阱来喷射至少部分具有在相对更窄范围内m/z值的所述其它离子，使它们被引入所述碰撞室，并操作所述碰撞室使得从所述离子阱引入的离子被分裂。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括将来自第二分析步骤的已分裂离子引入所述飞行时间质量分析器，并操作所述飞行时间质量分析器来获取所述已分裂离子的质谱。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括第三或更多的逐次分析步骤，并使用所述飞行时间质量分析器来获取所述分裂离子的质谱。

32.如权利要求30或31所述的方法，其特征在于，所述分析步骤包括喷射相对较窄m/z值范围内的离子，这些相对较窄m/z值范围组合在一起基本跨越全部所述中间范围。

33.如权利要求28-32的任一权利要求所述的方法，其特征在于，包括在喷射所述相对较窄范围内的离子时，基本上保留所述离子阱中不在相对较窄m/z值范围内的所有离子。

34.一种使用质谱仪的串联质谱分析的方法，所述质谱仪包括离子源、第一陷获区域、包括多个细长电极的第二陷获区域、碰撞室、离子检测器、以及飞行时间质量分析器，其特征在于，所述方法包括：

填充阶段，包括

操作所述离子源以产生离子，

将由所述离子源生成的离子引入所述第一陷获区域，以及

操作所述第一陷获区域来陷获从所述离子源引入的一级初级离子集，所

述一级初级离子集具有相对较大的m/z值范围；

第一选择/分析阶段，包括

操作所述第一陷获区域来喷射所述一级初级离子集的第一个二级子集，所述初级离子的第一个二级子集具有中间m/z值范围，因此进入所述第二陷获区域，同时保留所述第一陷获区域内来自所述初级离子一级集的其它离子，操作所述第二陷获区域以陷获来自从所述第一陷获区域引入初级离子的第一个二级子集的离子，

操作所述离子检测器来获取来自所述初级离子的第一个二级子集的陷获离子的质谱，以及

执行多个对来自所述初级离子的第二个二级子集的陷获离子的分裂/分析阶段；

第二选择/分析阶段，包括

操作所述第一陷获区域来喷射所述一级初级离子集的第二个二级子集，所述初级离子的第二个二级子集具有不同的中间m/z值范围，因此进入所述第二陷获区域，

操作所述第二陷获区域以陷获来自从所述第一陷获区域引入的初级离子的第二个二级子集的离子，

操作所述离子检测器来获取来自所述初级离子的第二个二级子集的陷获离子的质谱，以及

执行多个对来自所述初级离子的第二个二级子集的陷获离子的分裂/分析阶段；

其中所述多个相应分裂/分析阶段的每一个包括

操作所述第二陷获区域以相对于所述电极的长度方向基本正交地喷射具有相对较窄m/z值范围的初级离子的三级子集，使得它们被引入所述碰撞室，操作所述碰撞室使得来自从所述第二陷获区域喷射的初级离子的第三子集的离子分裂，将来自所述碰撞室的分裂离子引入所述飞行时间质量分析器，并操作所述飞行时间质量分析器来获取所述已分裂离子的质谱，其中每一个所述二级子集的初级离子的三级子集具有不同的相对较窄的m/z值范围。

35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，包括将初级离子的三级子集喷射为时间宽度不超过10毫米的脉冲。

36.如权利要求34或35所述的方法，其特征在于，所述相对较窄的m/z值范围跨越所述中间范围。

37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，包括参照初级质谱来确定所述相对较窄范围的宽度。

38.如权利要求34-37的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述第二陷获区域、碰撞室、以及飞行时间质量分析器的操作根据初级离子的三级子集及其分裂离子来调整。

39.一种串联质谱仪，包括离子源、离子阱、碰撞室、和飞行时间质量分析器，其特征在于：

所述离子阱包括多个细长电极，它们可操作以提供陷获场去陷获从所述离子源引入的离子并激发陷获离子，从而所述激发离子与所述电极长度方向基本正交地从所述离子阱喷射；

所述碰撞室可操作以接受从所述离子阱基本正交地喷射的离子，并分裂所接受的离子；以及

所述飞行时间质量分析器可操作以获取所述已分裂离子的质谱。

40.如权利要求39所述的串联质谱仪，其特征在于，还包括与所述离子阱相邻的离子检测器，它可操作以检测基本上正交喷射的离子。

41.如权利要求40所述的串联质谱仪，其特征在于，所述离子检测器和所述飞行时间质量分析器置于所述离子阱的两侧。

42.如权利要求39-41的任一权利要求所述的串联质谱仪，其特征在于，所述碰撞室是平面设计的。

43.如权利要求39-42的任一权利要求所述的串联质谱仪，其特征在于，所述飞行时间质量分析器是正交加速类型的。

44.如权利要求43所述的串联质谱仪，其特征在于，所述飞行时间质量分析器是无栅格的。

45.一种组合离子阱，包括基本上共轴排列的第一和第二离子存储体，所述公共轴限定通过所述第一离子存储体并进入所述第二离子存储体的离子路径，

所述第一离子存储体由一端的入口电极和另一端的公共电极来限定，所述入口电极和所述公共电极可操作以提供一陷获场，用于在所述第一离子存储体中陷获第一个相对较广m/z值范围内的离子，所述第一离子存储体还包括一个或多个电极，所述电极可操作以激发中间m/z范围内的陷获离子，使得所述被激发离子沿所述离子路径轴向喷射到所述第二离子存储体，

所述第二离子存储体由一端的公共电极和另一端的另一电极来限定，所述公共电极和所述另一电极可操作以提供一陷获场，用于在所述第二离子存储体中陷获离子，所述第二离子存储体还包括多个细长电极，所述电极可操作以激发相对较窄m/z范围内的陷获离子，使得所述被激发离子从所述第二离子存储体沿长度方向基本正交地通过出口缝隙喷射。

46.如权利要求45所述的组合离子阱，其特征在于，所述出口缝隙的延伸方向与所述电极的相同。

47.一种质谱仪，包括如权利要求45或46所述的组合离子阱，以及与所述第二离子陷获体相邻的离子检测器，所述离子检测器可操作以检测基本上正交喷射的离子。

48.一种串联质谱仪，包括如权利要求47所述的质谱仪，以及飞行时间质量分析器，它被放置成接受来自所述第二离子存储体的基本上正交喷射的离子。

49.如权利要求48所述的串联质谱仪，其特征在于，所述离子检测器和所述飞行时间质量分析器置于所述第二离子存储体的两侧。

50.如权利要求48或49所述的串联质谱仪，其特征在于，还包括碰撞室，所述碰撞室位于所述第二离子存储体和所述飞行时间分析器之间的离子路径上。

51.如权利要求50所述的串联质谱仪，其特征在于，所述碰撞室是平面设计的。

52.如权利要求51所述的串联质谱仪，其特征在于，所述碰撞室包括多个具有至少两部分的细长的组合杆式电极。

53.如权利要求52所述的串联质谱仪，其特征在于，所述组合杆的两个部分与独立的电源相连。

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