ES2331494T3 - Guia de iones multipolar para espectrometria de masas. - Google Patents
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Abstract
SE HA INCORPORADO UNA GUIA MULTIPOLAR DE IONES (40), QUE EMPIEZA EN UNA ETAPA DE BOMBEO (53) Y SIGUE, CONTINUAMENTE, EN UNA O MAS ETAPAS DE BOMBEO CONSECUTIVAS (41,42), A UN SISTEMA ESPECTROMETRICO MASIVO DE UNA FUENTE DE PRESION ATMOSFERICA DE IONES. LOS IONES SUMINISTRADOS AL VACIO DESDE UN PULVERIZADOR ELECTRICO, LA IONIZACION QUIMICA DE LA PRESION ATMOSFERICA O UNA FUENTE DE IONES DE PLASMA ACOPLADO POR INDUCCION, SE DIRIGEN Y CONCENTRAN EN UN ANALIZADOR MASIVO (57), CON UNA ALTA EFICACIA, UTILIZANDO LA GUIA MULTIPOLAR DE IONES. LA PRESION DE FONDO SOBRE UNA PARTE DE LA LONGITUD DE LA GUIA MULTIPOLAR DE IONES ES LO SUFICIENTEMENTE ALTA, COMO PARA PROVOCAR QUE EL ENFRIAMIENTO DE LA ENERGIA CINETICA DE LOS IONES ATRAVIESE LA LONGITUD DE LA GUIA DE IONES, DEBIDO A COLISIONES DE IONES CON MOLECULAS DE GAS NEUTRAL DEL FONDO. ESTE ENFRIAMIENTO DE LA ENERGIA CINETICA DE IONES REDUCE LA EXTENSION DE LA ENERGIA DE LOS IONES QUE ATRAVIESAN LA LONGITUD DE LA GUIA MULTIPOLAR DE IONES. EL POTENCIALSECUNDARIO DE CORRIENTE ELECTRICA DE LA GUIA MULTIPOLAR DE IONES, PUEDE UTILIZARSE PARA AJUSTAR LA ENERGIA MEDIA DE LOS IONES Y LOS VALORES A Y Q DE LA GUIA DE IONES PUEDEN ESTABLECERSE PARA QUE REDUZCAN O AUMENTEN LA GAMA DE MASA DE IONES A CARGAR, QUE SE TRANSMITIRA A TRAVES DE LA GUIA DE IONES. ESTAS CARACTERISTICAS DE LAS GUIAS MULTIPOLARES DE IONES Y GUIAS MULTIPOLARES DE IONES DE MULTIPLES ETAPAS DE BOMBEO, SE UTILIZAN PARA MEJORAR EL RENDIMIENTO Y REDUCIR EL COSTE DE LOS INSTRUMENTOS ESPECTROMETROS MASIVOS DE LA FUENTE DE IONES DE PRESION ATMOSFERICA.
Description
Guía de iones multipolar para espectrometría de
masas.
Esta invención se refiere a la configuración y
método del uso de una guía de iones multipolar para transportar y
enfocar iones que se introducen al vacío desde una fuente de iones
a presión atmosférica, a un analizador de masas. La guía de iones
multipolar que comienza en una fase de bombeo de vacío ha sido
configurada para extenderse continuamente a través de una o más
fases de vacío posteriores. Las guías de iones multipolares se
utilizan para transferir eficazmente iones a través de una o más
fases de vacío mientras que se permite que el gas ambiente neutro
sea bombeado hacia afuera. La frecuencia de CA y voltajes de CA y
CC que son aplicados a los polos de una guía de iones multipolar
pueden ser establecidos de modo que la guía de iones multipolar
pase una gama seleccionada de masa a carga iónica. Las propiedades
de transmisión de iones de las guías de iones multipolares pueden
utilizarse para aumentar el rendimiento de tipos específicos de
analizadores de masas que son conectados a fuentes de iones a
presión atmosférica.
Las fuentes de iones a presión atmosférica (API)
se han vuelto cada vez más importantes como medios para generar
iones usados en el análisis de masas. Las fuentes de iones por
electrospray o electrospray asistido por nebulización (ES),
ionización química a presión atmosférica (APCI) y plasma acoplado
de forma inductiva (ICP) producen iones de especies de analito en
una región que está aproximadamente a presión atmosférica. Los iones
deben después ser transportados en vacío para el análisis de la
masa. Una parte de los iones creados en la fuente API son
arrastrados en la cámara de la fuente API con gas de baño y son
barridas en vacío junto con el gas de baño o portador a través de
un orificio en vacío. Espectrómetros de masa (MS) generalmente
operan en un vacío mantenido a entre 10^{-4} a 10^{-10} torr
dependiendo del tipo de analizador de masas. Los iones de fase de
gas que entran al vacío desde una fuente API deben ser separados
del gas portador ambiente y transportados y enfocados a través de
un sistema de vacío de única o múltiples fase(s) en el
analizador de masas. Las variaciones en el sistema de vacío y
configuraciones de lente electroestática asociadas han emergido en
sistemas API/MS. Cuando múltiples fases de bombeo han sido
empleadas, los elementos de lentes electroestáticas se configuran
para servir como orificios restringidos entre fases de vacío al
igual que el suministro de aceleración de iones y enfoque de iones
dentro del analizador de masas. Los equilibrios de rendimiento
pueden ocurrir cuando las lentes electroestáticas deben también
adaptar la restricción de la transmisión de gas neutro desde una
fase de bombeo a la siguiente. Por ejemplo, un separador colocado
entre una fase de bombeo y la siguiente puede restringir el flujo
de gas neutro pero puede también restringir el paso de iones
también debido a su orificio de tamaño relativamente pequeño. Dos
tipos de lentes iónicas han sido usadas para transportar y enfocar
iones en vacío, particularmente cuando los iones están
introduciendo vacío desde la presión atmosférica a través de una
expansión de chorro libre. La primera es una lente de voltaje
estático y la segunda es una guía de iones de campo dinámico. Las
configuraciones de lente más eficaces usadas en sistemas API/MS
emplean una combinación juiciosa de ambos elementos que tienen
campos estáticos y dinámicos aplicados.
El primer tipo de lente iónica, una lente
electroestática, tiene un voltaje fijo o de CC estático aplicado
durante el tiempo en el que un ión está atravesando el campo
eléctrico de la lente. La Figura 1 es una representación
esquemática de un sistema API/MS de cuatro fases de bombeo con
lentes electroestáticas de voltaje estático. El gas que emerge
desde la salida del capilar 8 en vacío se extiende como un chorro
supersónico libre y una parte del gas pasa a través de los
separadores primero 10 y segundo 14. Los separadores entre las
fases de bombeo normalmente tienen orificios pequeños para
restringir el flujo de gas neutro en cada fase de vacío de flujo
descendente. Los voltajes de CC son aplicados a la salida del
capilar, separadores y otras lentes electroestáticas 9, 14, 15, 16
y 17 con valores establecidos para maximizar la transmisión de
iones dentro del analizador de masas 18. Los iones arrastrados en
el gas en expansión siguen trayectorias que son conducidas por una
combinación de fuerzas electroestáticas y dinámicas de gas. Una
fuerte influencia de la dinámica del gas puede extenderse hasta y
más allá del segundo separador 13 para la configuración mostrada en
la figura 1. La eficacia de la transmisión de iones a través de un
conjunto de lente de voltaje estático puede ser reducida dispersando
las pérdidas debidas a colisiones entre iones y el gas ambiente que
ocurren a lo largo de la trayectoria iónica. Los iones con
diferente m/z pueden tener secciones transversales colisionales
diferentes y por lo tanto experimentar números diferentes de
colisiones ambientes mientras que son transportados a través del
vacío. Para un ajuste de voltaje dado de lente electroestática, la
eficacia del transporte iónico en el espectrómetro de masas puede
variar con m/z o la sección transversal colisional. El
establecimiento de los valores del voltaje de la lente para
optimizar la transmisión para una especie de ión dada puede no
optimizar la eficacia de transmisión para otras especies de iones.
Las configuraciones de las lentes estáticas usadas en aplicaciones
de API/MS no pueden transmitir compuestos de masa molecular
inferior tan eficazmente como los compuestos de masa molecular más
alta. Los iones más pequeños pueden soportar unas pérdidas de
transmisión mayores debido a la dispersión colisional del gas
ambiente que los compuestos de masa mayor. Para aumentar la
eficacia de la transmisión de iones a través de una pila de lentes
estáticas, la energía electroestática debe ser ajustada lo
suficientemente alta de modo que los iones de m/z baja puedan ser
conducidos a través del gas ambiente. También, las configuraciones
de lente de voltaje estático pueden enfocar iones de diferente
energía en puntos focales diferentes. Los iones entregados dentro
del vacío desde una fuente de API producen un haz de iones que
puede inicialmente tener energías iónicas diferentes para las
diferentes especies de iones presentes. Si el punto focal para un
ión dado no está localizado en la entrada del espectrómetro de
masas, pueden ocurrir pérdidas de transmisión. Para superar los
efectos de la discriminación de transmisión de la masa a carga y
los inconvenientes del transporte iónico que ocurren cuando se usan
lentes de voltaje estáticas, se emplean guías de iones de campo
dinámico multipolar para transportar iones a través de fases de
bombeo de vacío en la región de vacío de sistemas API/MS. Los campos
dinámicos electroestáticos dentro de una guía de iones multipolar
dominan sobre las colisiones de dispersión del gas ambiente y
"atrapan" eficazmente los iones mientras que atraviesan la
longitud de la guía de iones multipolar.
El uso de guías de iones multipolares ha
demostrado ser un medio eficaz para transportar iones a través de
vacío. Publicaciones por Olivers et. al. (Anal. Chem, vol.
59, p. 1230-1232, 1987), Smith et al. (Anal.
Chem. vol. 60; p. 436-441, 1988) y la patente
estadounidense número 4,963,736 han proporcionado el uso de la guía
de iones cuadrupolar accionada en el modo sólo CA para transportar
iones desde una fuente API en un analizador de masas cuadrupolar.
La patente estadounidense 4,963,736 describe el uso de una guía de
iones multipolar sea en la fase de bombeo en vacío dos de un
sistema de tres fases o sea en la primera fase de bombeo de un
sistema de vacío de dos fases. Esta patente también informa de que
el aumento de la presión ambiente hasta 10 militorr en la fase de
vacío donde se situó la guía de iones resultó en un aumento en la
eficacia de la transmisión de iones y una reducción en la
dispersión de energía iónica de los iones transmitidos. La
intensidad de la serial iónica disminuyó para presiones ambientes
superiores a 6 militorr en la configuración cuadrupolar
proporcionada. Un instrumento API/MS comercialmente disponible
fabricado por Sciex, una empresa canadiense, incorpora una guía de
iones cuadrupolar accionada en el modo sólo CA localizado antes del
filtro de masa cuádruple en un sistema de vacío de fase única. Los
iones y el gas neutro que fluyen en vacío a través de un orificio
en la fuente de API se introducen en la guía de iones cuadrupolar en
modo sólo CA. Los iones son atrapados para no expandirse en la
dirección radial por los campos cuadrupolares de CA y son
transmitidos a lo largo de la longitud de la barra de guiado de
iones cuadrupolares cuando el gas neutro es bombeado hacia afuera a
través de la separación de la barra. Los iones que salen de la guía
de iones cuadrupolares son enfocados en un filtro de masa
cuadrupolar localizado en la misma cámara de vacío. El gas neutro es
bombeado hacia afuera por una bomba criogénica de alta capacidad.
Las guías de iones cuadrupolares múltiples han sido usadas para
transportar iones desde fuentes de API a través de fases de bombeo
de vacío múltiples y en un analizador de masas por resonancia
ciclotrónica por transformada de Fourier. Beu et al. (J. Am.
Soc. Mass Spectrom vol. 4. 546-556, 1993) han
informado del uso de tres guías de iones cuadrupolares accionadas
en el modo sólo CA localizadas en tres fases de bombeo de vacío
consecutivas de un instrumento de espectrómetro de masas de cinco
fases de bombeo por Resonancia ciclotrónica por transformada de
Fourier (FT-ICR) por electrospray. Las fases de
bombeo múltiples son requeridas para conseguir presiones operativas
en el analizador de masas inferiores a 2 x 10^{-9} torr. Los
orificios instalados en las particiones entre cada fase de bombeo
de vacío que restringen la conductancia de gas neutro desde una
fase de bombeo a la siguiente se localizaron entre las guías de
iones cuadrupolares consecutivas.
En estos últimos años como el diseño del sistema
API/MS ha evolucionado, un mayor rendimiento con un coste más bajo
de sistema ha sido conseguido usando fases de vacío múltiple para
eliminar el gas ambiente mientras que los sistemas de lente iónicos
localizados en cada fase de vacío aceleran y enfocan iones que
introducen vacío desde la presión atmosférica en el analizador de
masas. El tipo de analizador de masas al que una fuente API está
conectada coloca sus únicas demandas en las configuraciones de las
lentes del transporte iónico y en los requisitos de vacío en la
región de transporte iónico entre la presión atmosférica y el
analizador de masas. Cada tipo de analizador de masas tiene una
energía iónica aceptable, dispersión de energía iónica y
divergencia angular de entrada que el sistema de lentes de
transporte iónico de flujo ascendente debe satisfacer entregando los
iones a la entrada de un espectrómetro de masas. Por ejemplo, un
analizador de masas cuadrupolar puede aceptar iones con energía
axial translacional generalmente debajo de 40 voltios electrónicos
mientras que un espectrómetro de masas de sector magnético requiere
iones con millares de voltios de energía axial translacional.
Según una forma de realización para la presente
invención, una guía de iones multipolar es configurada para
aumentar la sensibilidad global de un sistema API/M a la vez que se
reduce el coste del instrumento y la complejidad. En una forma de
realización de la presente invención, una guía de iones multipolar
se utiliza para transportar iones que entran en vacío desde una
fuente de API a una trampa de iones con
Tiempo-de-vuelo (TOF) y
analizadores de masa FT-ICR. Una gama de masa a
carga (m/z) de iones puede ser transmitida eficazmente a través de
una guía de iones multipolar con la condición de que la guía de
iones que funciona en la región de estabilidad sea establecida para
pasar estos valores de m/z. Si un ión con una proporción de masa a
carga dada cae dentro de la región de estabilidad operativa de una
guía de iones multipolar, el ión será eficazmente atrapado y no se
acumulará mucho en la dirección fuera del eje pero es libre para
moverse en la dirección del eje de la guía de iones. Si la m/z del
ión cae fuera de la región de estabilidad, no tendrá una
trayectoria estable y puede no alcanzar el extremo de salida. Las
colisiones entre un ión y el gas ambiente dentro del ensamblaje
multipolar puede también lograr la trayectoria iónica y la energía
cinética iónica cuando el ión pasa a través de la guía de iones
multipolar. El gas ambiente, si está presente a una presión
suficientemente alta, puede servir, a través de colisiones, para
amortiguar el movimiento de iones cuando pasan a través de la guía
de iones multipolar, enfriando su energía cinética y térmica. Esto
ayuda en la formación de un haz de iones que sale de la guía de
iones multipolar con dispersión de energía reducida para unas
especies de iones dadas dentro del haz. La región de estabilidad o
gama de m/z que son transmitidos a través de una guía de iones
multipolar para un entorno de presión ambiente dado pueden ser
variados ajustando la frecuencia de CA y los voltajes de CA y/o CC
que pueden ser aplicados con polaridad alterna a cada barra
contigua. El potencial de compensación por transferencia de la
lente multipolar, es decir el voltaje de CC aplicado uniformemente
a todas las barras sobre las que los potenciales de la barra de CA
y la polaridad alterna CC son emitidos y referenciados es una
variable que puede ser usada para establecer la energía de los iones
transmitidos a través de la guía de iones multipolar. La invención
incluye guías de iones multipolares configuradas para transportar
eficazmente iones a través de una amplia gama de presiones de
vacío. La capacidad de una guía de iones multipolar para entregar
un haz iónico en un analizador de masas con dispersión de energía
baja donde la energía media y gama de m/z es independientemente
ajustable, puede utilizarse para mejorar el rendimiento de los
sistemas API/Tiempo de vuelo, API/trampa de iones y
API/espectrómetro de masas FT-ICR.
Otra forma de realización de la invención
incluye la incorporación de una guía de iones multipolar de fases
de bombeo de vacío múltiples en un sistema API/MS. Una guía de
iones multipolar de fases de bombeo de vacío múltiples es una guía
de iones multipolar que comienza en una fase de bombeo y se
extiende continuamente a través de una o más fases de bombeo de
vacío adicionales de un sistema de vacío de fases de bombeo
múltiples. Las guías de iones multipolares que están localizadas en
una única fase de bombeo de vacío de un sistema de fases de bombeo
múltiples debe entregar los iones que salen de la guía de iones a
través de una apertura que divide una fase de bombeo de la
siguiente. Si la presión ambiente es suficientemente alta para
dispersar los iones después de la salida de la guía de iones
multipolar o la apertura a la siguiente fase de bombeo tiene un
diámetro más pequeño que la sección transversal de haz iónico,
pueden producirse pérdidas en la transmisión de iones. Si las guías
de iones multipolares individuales están localizadas
progresivamente en las primeras fases de bombeo de un sistema
API/MS, las pérdidas de transmisión de iones pueden ocurrir al
transferir iones entre fases de bombeo. Si se usan menos fases de
bombeo para reducir las pérdidas de transmisión de iones entre
fases de bombeo, el flujo total de gas y por lo tanto el número
total de iones que puede ser entregado en vacío pueden verse
comprometidos. Una eficacia de transmisión de iones superior al 95%
puede ser conseguida a través de fases de bombeo de vacío múltiples
usando guías de iones multipolares configuradas para extenderse
continuamente a través de más de una fase de bombeo de vacío. Una
guía de iones multipolar de fase de vacío múltiple debe ser
configurada para servir como una guía de iones con un área interna
abierta lo suficientemente pequeña para minimizar el flujo de gas
neutro de una fase de bombeo a la siguiente. Xu et al.
(Nuclear Instr. and Methods in Physics Research, Vol. 333, p. 274,
1993) han desarrollado una lente hexapolar que se extiende a través
de dos fases de bombeo de vacío para transportar iones formados en
una fuente de emisión de helio accionada en una cámara mantenida a
10 a 20 kPa (75 a 150 torr) de vacío. Una parte de los iones
formados en la fuente de emisión de helio fueron barridos dentro de
la siguiente fase de vacío a través de un orificio en el que fueron
transportados a través de dos fases de vacío adicionales usando una
guía de iones hexapolar accionada en modo RF sólo. Los iones
atrapados por la guía de iones fueron transportados eficazmente a
través de las dos fases de vacío de flujo descendente de la cámara
de vacío de fuente. La presión ambiente en la fase de bombeo de
vacío de flujo descendente de la cámara de vacío de fuente fue 600
militorr seguida de una fase de vacío con una presión ambiente de
98 militorr. Las eficacias de transmisión de iones a través de la
guía de iones hexapolar empezando en la fase de vacío uno y que se
extiende ininterrumpida a la fase de vacío dos fueron provistas
siendo del 90% para O^{2+}. Ningún espectrómetro de masas fue
usado en el aparato discutido por Xu et. al. y la presión
ambiente de la fuente de iones de emisión de helio en este aparato
fue 5 a 10 veces inferior a la presión atmosférica y el helio fue
usado como el gas ambiente. Existen diferentes configuraciones y
criterios de rendimiento para guías de iones multipolares con fases
de bombeo múltiples incorporadas en un sistema de espectrómetro de
masas/fuente de iones a presión atmosférica que fueron requeridos
para la aplicación de la guía de iones descrita por Xu y
cotrabajadores. Las guías de iones multipolares incorporadas en
sistemas API/MS deben tener la capacidad de transmitir eficazmente
iones de varios estados de carga sobre una amplia gama de masa a
carga. Nitrógeno, no helio, es normalmente usado como gas portador
en las fuentes de API y las presiones ambientes en sistemas API/MS
de fases de vacío múltiples son frecuentemente muy diferentes de
las presiones proporcionadas en el aparato de la guía de iones
provistas por Xu. Una restricción añadida impuesta en los sistemas
API/MS que no estaba presente en la aplicación sin API/MS
practicada por Xu et al. es la capacidad para fragmentar
iones moleculares por Disociación Colisional Inducida (CID) en la
región de expansión de gas en las dos primeras fases de vacío. Se
puede obtener información valiosa estructural a partir de CID de
iones moleculares producidos en fuentes ES y APCI. Las condiciones
de CID pueden ser establecidas ajustando potenciales relativos
entre lentes de voltaje estáticas e incluso los potenciales de
compensación de CC de las guías de iones multipolares localizadas
en las dos primeras fases de bombeo de vacío de una fuente de
API.
En una forma de realización de la presente
invención, unas guías de iones multipolares de fases de bombeo
múltiples son configuradas para maximizar el rendimiento de los
sistemas API/MS mientras que se reduce el coste de la bomba de
vacío del sistema. El aumento de la sensibilidad de la señal a la
vez que se disminuye el coste de bombeo de vacío se consigue
maximizando la eficacia de la transferencia de iones desde la fuente
de API hasta el analizador de masas mientras que se minimiza la
cantidad de gas neutro transferida. La invención describe guías de
iones multipolares de fases de bombeo múltiple que comienzan en una
fase de bombeo de vacío y se extienden ininterrumpidas a través de
una o más fases de bombeo posteriores donde el diámetro de la barra
y la separación de la barra en el ensamblaje de la guía de iones
multipolar fueron configurados lo suficientemente pequeños para
minimizar la transmisión de gas neutro a través de la guía de iones
en fases de bombeo de flujo descendente. Una presión de vacío
aceptable por cada fase de bombeo fue conseguida con bombas de
vacío de capacidad moderada. La guía de iones con un pequeño
diámetro interno fue configurada para permitir una conducción
suficiente de gas neutro a través de los espacios entre las barras
o polos de manera que el gas neutro fuera bombeado eficazmente en
cada fase de bombeo. El atrapado de iones eficaz y transporte a
través de la guía de iones fueron conseguidos sobre una gama amplia
de presiones ambientes a lo largo de la longitud de la guía de
iones. La invención describe guías de iones que pueden ser
accionadas eficazmente a presiones ambientes más altas que las
guías de iones de API /MS proporcionadas en la bibliografía arriba
mencionada. Los pequeños diámetros internos de la guía de iones
multipolar, descritos en una forma de realización de la invención,
produjo un haz de iones con una sección transversal
proporcionalmente pequeña. El haz de iones de sección transversal
más pequeña enfocado en el analizador de masas permitió la
reducción de la apertura de entrada del analizador de masas sin
comprometer la eficacia de la transmisión de iones. Un transporte de
iones eficaz, control de energía iónico, dispersión de energía
reducida y un pequeño diámetro del haz es conseguido usando una
guía de iones multipolar de fases de bombeo de vacío múltiples.
En un primer aspecto, la presente invención
proporciona un aparato según la reivindicación 1.
En un segundo aspecto, la presente invención
proporciona un método según la reivindicación 38.
Conforme a una forma de realización de la
presente invención, una fuente de iones a presión atmosférica que
incluye fuentes por electrospray o electrospray asistido por
nebulización, ionización química a presión atmosférica y de iones
de plasma acoplado inductivamente a un analizador de masas incorpora
una guía de iones multipolar en la región de bombeo de vacío entre
la fuente de API y el analizador de masas.
El sistema API/MS incluye fases de bombeo de
vacío múltiples y una guía de iones multipolar que comienza en una
fase de bombeo de vacío y se extiende ininterrumpida a través de
dos o más fases de bombeo de vacío. El diámetro interno de la guía
de iones multipolar es reducido para minimizar la conducción de gas
neutro entre las fases de bombeo de vacío a la vez que permite el
transporte eficaz de los iones a través de la longitud de la guía de
iones multipolar. Al menos una parte de una guía de iones
multipolar de fases de vacío múltiples es sometida a presiones de
gas ambiente que son lo suficientemente altas para que los iones
que atraviesan la longitud de la guía de iones sean sometidos a
varias colisiones con moléculas de gas ambiente neutro. Las
eficacias de transmisión de iones a través de tales ensamblajes de
guía de iones multipolar pueden exceder el 95% incluso con presiones
ambientes en una fase de bombeo de vacío de cientos de militorr.
Las colisiones entre los iones y el gas neutro ambiente en la guía
de iones multipolar provoca el enfriamiento de la energía cinética
iónica, reduciendo la dispersión de energía iónica. El campo de CA
de la guía de iones multipolar retiene los iones dentro de una
sección transversal radial e impide pérdidas de dispersión de los
iones que experimentan colisiones con el gas ambiente cuando los
iones atraviesan la longitud de la guía de iones. La energía de los
iones que sale de la guía de iones multipolar con respecto al
potencial de apertura de la entrada del analizador de masas puede
ser establecida variando el potencial de compensación de CC de la
guía de iones multipolar. Con un enfriamiento suficiente de la
energía cinética iónica en la guía de iones, la energía de iones
puede ser ajustada sobre una amplia gama con un pequeño cambio para
la dispersión de energía iónica para una m/z dada. Los iones con
energías medias de pocos voltios electrónicos o inferiores pueden
ser transmitidos en la apertura de la entrada del analizador de
masas usando guías de iones multipolares de fases de bombeo de
vacío múltiples. Los iones de energía inferior con una dispersión
de energía estrecha transmitida en los analizadores de masa
cuadrupolares resultarán en una resolución superior para una
sensibilidad dada que puede ser conseguida con iones de energía
superior. Una sensibilidad y resolución aumentadas pueden ser
conseguidas usando guías de iones multipolares de fases de bombeo de
vacío múltiples con costes del sistema de vacío reducidos para
espectrómetros de masas cuadrupolares, por
tiempo-de-vuelo, por trampa de
iones, de FT-ICR y por sector
magnético.
magnético.
Cuando las guías de iones multipolares funcionan
en el modo sólo CA o con CA y CC aplicados a los polos, la
frecuencia y niveles de voltaje pueden ser ajustados de modo que
una amplia gama de m/z de iones sea transmitido a través de la guía
de iones multipolar. La frecuencia de CA y los voltajes de CA y CC
pueden también ser establecidos para restringir la gama de valores
de m/z que serán transmitidos a través de la guía de iones
multipolar para un entorno de presión ambiente dado. El
estrechamiento de la gama de valores de m/z transmitidos al
analizador de un espectrómetro de masas TOF puede utilizarse para
aumentar el ciclo de funcionamiento y por lo tanto la sensibilidad
de un instrumento de espectrómetro de masas API/TOF. La limitación
de la gama de m/z para iones transmitidos en una trampa de iones o
la célula del analizador de un instrumento de espectrómetro de
masas FT-ICR puede reducir los efectos de espacio
cargando la trampa o célula de FT- ICR durante el análisis de la
masa. Esto puede mejorar la exactitud de la medición de la masa,
resolución y gama dinámica del analizador de masas.
La Figura 1 es un diagrama de un instrumento
cuadrupolar ES/MS de cuatro fases de vacío con una configuración de
lente estática incorporada en las fases de vacío 1 a 3, útil para
la comprensión de la presente invención;
La Figura 2 es un diagrama de un instrumento
cuadrupolar ES/MS de cuatro fases de vacío con una guía de iones
multipolar que empieza en la segunda fase de bombeo de vacío y que
se extiende continuamente en la tercera fase de bombeo conforme a
una forma de realización de la presente invención.
La Figura 3a muestra la eficacia de transmisión
de iones a través de una guía de iones multipolar de dos fases de
vacío para m/z 110 sobre una escala de valores para
q_{n}.
La Figura 3b muestra la eficacia de transmisión
de iones a través de una guía de iones multipolar de dos fases de
vacío para m/z 872 sobre una escala de valores para
q_{n}.
La Figura 3c muestra la eficacia de transmisión
de iones a través de una guía de iones multipolar de dos fases de
vacío para m/z 1743 sobre una escala de valores para
q_{n}.
La Figura 4 es un espectro de masa de glucagón
con el valor q_{n} de la guía de iones multipolar de dos
fases de bombeo de vacío ajustado para pasar una gama amplia de
valores de m/z.
La Figura 5a es un espectro de masa de
electrospray de arginina donde el valor q_{n} de la guía
de iones multipolar se ajusta para pasar una gama amplia de valores
de m/z.
La Figura 5b es un espectro de masa de arginina
donde el valor q_{n} de la guía de iones multipolar se
fija de modo que se produce una transmisión de iones de corte de
m/z baja.
La Figura 6a es un espectro de masa de
electrospray de Gramicidina S donde el valor q_{n} de la
guía de iones multipolar se ajusta para pasar una gama amplia de
valores de m/z.
La Figura 6b es un espectro de masa de
Gramicidina S donde el valor de q_{n} de la guía de iones
multipolar se fija de modo que se produce una transmisión de iones
de corte de m/z baja.
Figura 7a es un espectro de masa de electrospray
de una mezcla de arginina, leucina, encefalina y Gramicidina S
donde valor de q_{n} de la guía de iones multipolar se
fija para pasar una gama amplia de valores de m/z.
La Figura 7b es un espectro de masa de una
mezcla de arginina, leucina, encefalina y Gramicidina S donde el
valor de q_{n} de la guía de iones multipolar se fija de
modo que se produce una transmisión de iones de corte de m/z
alta.
La Figura 8a es una curva de señal de iones para
m/z 571 contra el potencial de la lente de salida de guía de iones
multipolar para un potencial de compensación de CC de la guía de
iones multipolar a 0,1 voltios.
La Figura 8b es una curva de señal de iones para
m/z 571 contra el potencial de la lente de salida de guía de iones
multipolar para un potencial de compensación de CC de la guía de
iones multipolar a 15,3 voltios.
La Figura 8c es una curva de señal de iones para
m/z 571 contra el potencial de la lente de salida de guía de iones
multipolar para un potencial de compensación de CC de la guía de
iones multipolar ajustado a 25,1 voltios.
La Figura 9 es un espectro de un valor máximo de
Gramicidina S doblemente cargado escaneado con el potencial de
compensación de guía de iones multipolar ajustado a 0,1
voltios.
La Figura 10 es un diagrama de un instrumento de
tiempo-de-vuelo ES/MS de cuatro
fases de vacío con impulso ortogonal que incluye una guía de iones
múltiple que empieza en la segunda fase de bombeo de vacío y que se
extiende en la tercera fase de bombeo de vacío conforme a una forma
de realización de la presente invención.
La Figura 11 es un diagrama de un instrumento de
trampa de iones ES/MS de tres fases de vacío con una guía de iones
multipolar que empieza en la primera fase de vacío y que se
extiende a través de la segunda y dentro de la tercera fase de
bombeo de vacío conforme a una forma de realización de la presente
invención.
La Figura 12 es una sección transversal de una
guía de iones hexapolar que incluye el soporte de montaje
eléctricamente aislante.
La Figura 13 es un diagrama de un instrumento de
trampa de iones API/MS de tres fases de bombeo de vacío con una
guía de iones multipolar de única fase de bombeo localizada en la
segunda fase de vacío que no cae dentro del campo de las
reivindicaciones pero que es útil para la comprensión de la
presente invención.
La Figura 14 es un diagrama de un instrumento
API/ espectrómetro de masas TOF de impulsos ortogonales de cuatro
fases de bombeo de vacío con guías de iones multipolares de única
fase de vacío localizado en la segunda y tercera fase de vacío que
no cae dentro del campo de las reivindicaciones pero que es útil
para la comprensión de la presente invención.
El líquido de soporte de la muestra es
introducido en fuentes de ionización de presión atmosférica
incluyendo fuentes ES, APCI y ICP y iones de fase gaseosa son
producidos a partir del analito en solución. Los sistemas API/MS
están disponibles que incluyen de una a aproximadamente cinco fases
de bombeo de vacío. Una fuente de iones de electrospray conectada a
un espectrómetro de masas cuadrupolar está representada en la
figura 1. El sistema mostrado incluye cuatro fases de bombeo de
vacío y una configuración de lente de voltaje estática para
transferir iones a través de las tres primeras fases de bombeo y
enfocarlas a la entrada del espectrómetro de masas cuadrupolar 18.
En la configuración mostrada, la muestra de soporte de líquido es
introducida a través de la aguja 1 y es sometida a electrospray en
el gas de baño en la cámara 2. Las gotitas líquidas se evaporan en
la cámara 2 o cuando son barridas en vacío a través del capilar 3 y
los iones son liberados de las gotitas de la evaporación. Las
gotitas de líquido cargadas pueden ser secadas usando un gas de
secado a contracorriente 23 y/o un capilar calentado 3. Una parte
de los iones y gotitas cargadas formadas en la cámara de
electrospray 2 se introducen en la entrada del capilar 4 con una
parte del gas de baño ambiente y son barridos en vacío a través del
anillo del capilar 5. De forma alternativa el orificio del capilar
en vacío puede ser sustituido por una boquilla con el tamaño de
orificio apropiado. El baño o gas portador y los iones arrastrados
son barridos a través del capilar y se introducen en la primera fase
de vacío 7 después de pasar a través de la salida del capilar 8. La
presión en la fase de vacío 7 es generalmente mantenida entre 0,4 y
20 torr de modo que el gas que sale del capilar se expande en un
chorro supersónico libre. Los iones arrastrados en este chorro
supersónico libre son acelerados por colisiones con el gas ambiente
en expansión. El gas ambiente usado es normalmente nitrógeno pero
puede también ser dióxido de carbono, oxígeno, helio o cualquier
cantidad de otros gases que se ajustan a los requisitos de análisis
y tipo de fuente de iones. Un campo electrostático es aplicado
entre la salida del capilar 8, la lente del anillo 9 y el primer
separador 10 para enfocar electroestáticamente y acelerar los iones
a través del orificio 11 del separador 10 y en la segunda fase de
vacío 12. La fase de vacío 12 es normalmente accionada a una
presión que varía de 0,13 Pa a 20,6 Pa (1 a 200 militorr)
dependiendo de las velocidades de bombeo y del tamaño del orificio
del separador 11. Los potenciales electroestáticos son mantenidos
entre los separadores 10 y 13 y una parte de los iones que pasan a
través del separador 10 son enfocados a través del orificio 22 en
el separador 13 en la tercera fase de bombeo de vacío 20. La
presión en la fase de bombeo 20 es mantenida normalmente entre 1 x
10^{-3} hasta debajo de 0,01 Pa (8 x 10^{-5} torr). Los
potenciales son establecidos en los elementos de lente
electroestática 14, 15 y 16 para enfocar iones a través de la
apertura 17 después de lo cual éstas pasan en el filtro de masa
cuadrupolar 18 localizado en la cuarta fase de bombeo 24.
El sistema de lente de voltaje estático mostrado
en la figura 1 transmite y enfoca iones a través de las fases de
vacío y en el analizador de masas mientras que permite que el gas
ambiente sea bombeado hacia afuera. La energía iónica relativa al
voltaje de compensación del filtro de masa cuadrupolar es
establecido por una combinación de energía de aceleración impartida
por el gas portador en expansión y los potenciales electroestáticos
aplicados. El potencial de salida del capilar 8 relativo al
electrodo del anillo 9 y el electrodo del separador 10 puede ser
ajustado lo suficientemente alto para causar la disociación
colisional inducida (CID) que puede afectar a la energía y
dispersión de energía de los iones parentales y en fragmentos. Las
pérdidas de transmisión de iones pueden ocurrir en cada fase de
bombeo debido a la dispersión de presión ambiente y a la
incapacidad para enfocar electroestáticamente todos los iones a
través de los orificios del separador de la fase de bombeo 11 y 22
y la apertura de la entrada cuadrupolar 17. Para conseguir las
presiones de vacío deseadas por cada fase de bombeo, con
velocidades de bombeo de vacío inferiores a 800 L/seg por cada fase
de vacío para reducir el coste y tamaño de la bomba de vacío, el
orificio del separador 11 en esta configuración normalmente tendría
un diámetro de 0,8 a 1,5 mm y un orificio del separador 22 puede
variar de 0,8 a 3,0 mm. Dependiendo de la presión del analizador de
masas requerida, los tamaños de separadores apropiados de
1,3x10^{-4} Pa (10^{-6} torr) para analizadores quadrupolares y
1,3x10^{-5} (10^{-7} torr) para analizadores de sector
magnético) pueden ser seleccionados para satisfacer los requisitos
de vacío dentro de las limitaciones de velocidad de bombeo
disponibles. Cuanto más pequeño es el tamaño del orificio del
separador, menor es el número de iones que puede ser transmitido a
través de esta configuración de lente estática. Cuanto mayor es la
dispersión de energía iónica para una m/z dada y cuanto mayor es la
diferencia de energía para iones con diferente m/z, menos son los
iones que pueden ser eficazmente enfocados en el espectrómetro de
masas y la masa analizada. Dependiendo de las presiones de vacío
mantenidas durante el funcionamiento, la configuración de lente
estática mostrada puede mostrar rendimientos de transmisión
diferentes para valores de m/z diferentes. También, con sistemas de
lentes de voltaje estáticos, el rendimiento
de transmisión de iones puede caer rápidamente si la energía iónica es reducida debajo de 10 voltios electrónicos.
de transmisión de iones puede caer rápidamente si la energía iónica es reducida debajo de 10 voltios electrónicos.
Para mejorar el rendimiento de transmisión de
iones e incluso conservar las ventajas de las fases de bombeo
múltiples para eliminar el gas neutro de forma más económica, una
guía de iones multipolar ha sido usada, sustituyendo algunas lentes
de voltaje estático. La Figura 2 ilustra un ensamblaje de lentes
multipolar 40 que se inicia en la fase de bombeo de vacío 41 y se
extiende ininterrumpida en la fase de bombeo de vacío 42. Barras o
polos individuales 45 en el ensamblaje 40 son mantenidos en su sitio
y aislados eléctricamente de la partición entre la fase de bombeo
de vacío 41 y 42 por el aislante 43. Una sección transversal de una
guía de iones hexapolar está ilustrada en la figura 12 con el
aislante 156 sirviendo para el objetivo doble de sujetar seis
barras o polos 160 en posición mientras que se minimiza el área de
apertura eficaz dentro del diámetro de ensamblaje de barras a través
del cual fluye el gas neutro y los iones son transmitidos desde una
fase de bombeo a la siguiente. El ensamblaje de la guía de iones
multipolar 40 consiste en electrodos paralelos 45 en la figura 12
mostrados como barras redondas 160 distanciadas equitativamente con
un radio común desde la línea central. Una guía de iones octapolar
tendría ocho barras distanciadas equitativamente y una cuadrupolar
tendría cuatro barras o polos distanciados equitativamente. Cuando
la guía de iones multipolar 40 es accionada en el modo sólo CA, cada
barra tiene la misma frecuencia de CA, voltaje y fase y cada barra
contigua tiene la misma frecuencia de CA y voltaje aplicado pero
una diferencia de fase de 180 grados. Así para una guía de iones
hexapolar, tres barras o polos, (barras 1,3 y 5) serían accionadas
con la misma frecuencia de CA, voltaje y fase y la misma frecuencia
de CA y voltaje con una diferencia de fase de 180 grados serían
aplicados a las tres barras restantes (barras 2, 4 y 6). Un voltaje
de compensación de CC es aplicado a todas las barras 45 de la guía
de iones multipolar 40 y juega un papel importante en el
establecimiento de la energía iónica. El potencial del separador 1
se fija con respecto al potencial de compensación de CC de la guía
de iones multipolar para permitir un transporte eficaz de iones que
pasan a través del orificio 48 del separador 47 en la guía de iones
multipolar 40. La energía cinética de los iones que se introducen en
la guía de iones multipolar 40 incluye contribuciones de la
velocidad impartida por el gas en expansión que sale de salida del
capilar 50, los potenciales de CC electroestáticos relativos
aplicados a la salida del capilar 50, la lente del anillo 51, el
separador 47 y el potencial de compensación de CC de la barra
multipolar 40 al igual que cualquier componente de voltaje de CA de
los campos limítrofes cuando los iones se introducen en la guía de
iones multipolar 40. Los elementos de lente de voltaje estática 53
pueden ser añadidos en el extremo de salida 52 de la guía de iones
multipolar para enfocar iones en la entrada del analizador de masas
47. La lente 53 está situada en la salida 52 de la guía de iones
multipolar 40 para proteger los iones que salen de los campos que
bordean el voltaje CA multipolar y para enfocar los iones en la
apertura de entrada del analizador de masas 47. La eficacia del
transporte de iones a través de esta guía de iones multipolar de
dos fases de bombeo 40 es superior al 95% para una gama amplia de
valores de m/z de iones. Las eficacias de transmisión de iones
fueron determinadas midiendo el flujo de iones total que pasa a
través del orificio del separador 48 y midiendo el flujo de iones
total que sale de la guía de iones multipolar 40 para las mismas
condiciones de funcionamiento de la fuente de iones por
electrospray.
El analizador de masas cuadrupolar mostrado para
fines de ilustración en la figura 2 pueden ser sustituidos por
otros tipos de analizadores de masas tales como trampas iónicas,
TOF, FT-ICR y espectrómetros de masas de sector
magnético. Para analizadores de masas que requieren energías iónicas
de varios kilovoltios tales como con espectrómetros de masas de
sector magnético, los potenciales de la guía de iones de RF y CC
pueden ser emitidos con potenciales de aceleración de iones en
kilovoltios. Aunque se haga referencia a potenciales de aceleración
en kilovoltios, los potenciales de CA y CC de la guía de iones
relativos, del separador 47 y de la lente de salida 53 para un
analizador de sectores puede permanecer cerca de estos usados para
configuraciones del analizador de masas de baja energía así como en
guías de iones quadrupolares, FT-ICR y TOF con
tubos de vuelo accionados a potenciales de aceleración de
iones.
Las características de rendimiento de la guía de
iones multipolar de dos fases de bombeo de vacío 40 representadas
en la figura 2 serán usadas como un ejemplo aunque muchas
variaciones en las guías de iones multipolares de fases de bombeo
múltiples son posibles. Una guía de iones hexapolar fue configurada
con barras que comienzan en la fase de bombeo de vacío 41 y que se
extienden continuamente en la fase de bombeo de vacío 42 de un
sistema de cuatro fases como está representado en la figura 2. Para
fines de evaluación, las presiones ambientes fueron variadas en la
primera y segunda fases de bombeo 53 y 41. Con la guía de iones
multipolar 40 accionada en el modo sólo CA, la frecuencia y
amplitud de CA y los potenciales de compensación de CC fueron
variados para trazar el rendimiento sobre una gama de presiones
ambientes.
Una guía de iones hexapolar de dos fases de
vacío fue elegida sobre una cuadrupolar u octapolar para el sistema
API/MS de cuatro fases de vacío representado en la figura 2 porque
la configuración hexapolar fue el compromiso más favorable entre la
eficacia de atrapado, la conducción de bombeo de vacío a través de
la separación de la barra y el recubrimiento de regiones de
estabilidad para una gama amplia de valores de m/z y presiones
ambientes. Dos coeficientes no dimensionales de a_{n} y
q_{n} son comúnmente usados cuando se trazan las
trayectorias de iones en las guías de iones multipolares o filtros
de masa resolviendo la ecuación de Laplace de movimiento. Los dos
coeficientes son definidos como:
donde n es el número de pares de
barra (n=3 para una hexapolar), U es el potencial de CC
aplicado a las barras, cada barra teniendo polaridad opuesta, m/z
es la masa para cargar la proporción del ión que atraviesa la guía
de iones multipolar, es la frecuencia aplicada, V es el potencial
de CA de cero-a-valor máximo
aplicado a las barras, cada barra siendo de 180 grados fuera de
fase, y r_{0} es el radio de la línea central del ensamblaje.
Cuando la guía de iones multipolar es accionada en el modo sólo CA,
U se fija igual al cero modo que a_{n} se sale de la
ecuación de movimiento. El potencial de compensación de barra CC
aplicado equitativamente a todas las barras sólo logra las
trayectorias de iones que entran y salen de la guía de iones
multipolar 40. El potencial de compensación no debería efectuar la
estabilidad de las trayectorias de iones una vez que los iones
pasan en la guía de iones y son atrapados dentro de las barras a
parte que para influir en su trayectoria y velocidad de entrada
inicial. Para la configuración mostrada en la figura 2, la presión
de gas ambiente dentro del ensamblaje de barra varía a lo largo de
la longitud de la guía de iones multipolar y efectuará las
trayectorias de iones a través de la guía de iones. Para modelar
teóricamente el efecto de las colisiones de gas neutro ambiente en
la trayectoria de iones a través de una guía de iones multipolar, la
sección transversal de los iones debe ser conocida. Las secciones
transversales colisionales de iones generados por fuentes API, en
particular las secciones transversales de iones cargados de forma
múltiple producidos por fuentes de iones por electrospray, no son
siempre conocidas. Consecuentemente, para configuraciones de la
guía de iones multipolar descrita por la invención, los valores de
a_{n} y q_{n} para los cuales la transmisión de
iones eficaz a través de la lente multipolar es conseguida fueron
experimentalmente determinados sobre una gama de m/z de iones y
combinaciones de presiones
ambientes.
Con a_{n} = 0, los voltajes de CA de la
barra fueron elevados para diferentes valores de radiofrecuencias
(RF) usando la configuración de guía de iones multipolar
representada en la figura 2, para trazar las regiones de
q_{n} estables para todos los m/z que caen dentro de la
gama del espectrómetro de masas cuadrupolar. El gradiente de
presión ambiente fue mantenido constante para cada conjunto de
pruebas de transmisión de iones para establecer los valores de
q_{n} donde se pueden conseguir trayectorias de iones
estables y eficaces a través de la guía de iones multipolar de dos
fases de vacío 40. El número de iones para colisiones de gas neutro
que ocurren cuando un ión atraviesa la longitud de la barra es una
función de la presión ambiente así como de la longitud de barra.
Cuanto más largas son las barras, más colisiones ocurren para un
ión que atraviesa las barras en una presión ambiente dada. El
ensamblaje de guía de iones multipolar 40 fue construido con un
diámetro interno eficaz más pequeño que 2,5 milímetros para
minimizar la conducción de gas neutro entre las fases de vacío 41 y
42. La longitud de la barra en la fase de vacío 41 fue 2,9 cm y la
longitud de la barra en la fase 42 fue 3,0 cm. Para esta
configuración de guía de iones multipolar y gradiente de presión
ambiente evaluado, el voltaje de CA aplicado fue mantenido debajo
del punto en el que una avería eléctrica ocurriera entre las
barras. Para determinar qué valores de q_{n} permiten una
trayectoria estable para un ión con una m/z dada y estado de carga,
la amplitud multipolar de RF fue elevada a frecuencias establecidas
que variaban de 1 a 10 MHz.
Una serie de pruebas de ejemplo está provista en
la figura 3a, 3b y 3c tomada con las presiones ambientes
siguientes: fase de bombeo 53 fue 266 Pa (2 torr), fase de bombeo
41, 150 militorr, fase de bombeo 42, 0.05 Pa (4 x 10^{-4} torr) y
fase de bombeo 54 fue 7.5x10^{-4} Pa (6 x 10^{-6} torr). Para
los datos tomados en la figura 3a, el filtro de masa cuadrupolar
fue escaneado de m/z 109.6 a 110.6. La señal iónica fue medida a
cada fase de 1 MHz de la frecuencia de RF variando la amplitud de
RF para encontrar la señal máxima.
A cada frecuencia de RF la amplitud de RF fue
elevada del mínimo al máximo y luego reducida de nuevo a su valor
mínimo. En el punto 61 en la figura 3a la guía de iones multipolar
de dos fases de vacío está siendo accionada en el modo sólo CA con
su frecuencia RF establecida en 3 MHz y la amplitud de RF
establecida baja. Como la amplitud de RF es elevada hasta su valor
máximo en 62, la eficacia de transmisión de iones para m/z 110
alcanza su máximo en 63 para esta frecuencia. Desde 62 la amplitud
es reducida hasta su valor original bajo en 64 donde poca o ninguna
transmisión de iones es observada. El máximo de señal observado en
65 tiene aproximadamente la misma amplitud de RF que en 63 según
está previsto puesto que el mismo valor de q_{3} ocurre en
los puntos 63 y 65. A una frecuencia de RF de 5 MHz, la amplitud de
RF es elevada desde un valor mínimo en 66 hasta un máximo en 67
volviendo a un mínimo en 68. La forma superior relativamente plana
de la señal iónica que ocurre entre 78 y 67 indica que una
transmisión de iones muy eficaz a m/z 110 se está produciendo sobre
una gama de amplitud de RF o q_{3}. La Figura 3b muestra
la eficacia de transmisión de iones para m/z 872 generada
simultáneamente con los datos mostrados en las Figuras 3a y 3c. El
filtro de masa cuadrupolar fue escaneado de m/z 871.7 a 872.7
mientras que se aplicaban los mismos valores de frecuencia y
amplitud de RF que fueron ejecutados para m/z 110 en la figura 3a.
La amplitud de RF fue establecida en 1 MHz con una amplitud baja en
69. Como la amplitud de RF fue aumentada de un mínimo en 69 a un
máximo en 71, la transmisión de iones máxima ocurrió en 70. Según
estaba previsto, la transmisión de iones máxima ocurre en el mismo
valor de q_{3} al reducir la amplitud de RF desde su valor
máximo en 71 de nuevo a su mínimo en 72. Cuando la frecuencia es
aumentada a 3 MHz y la amplitud de RF elevada de un mínimo en 73 a
un máximo en 74 volviendo a un mínimo en 75, la transmisión de
iones eficaz es conseguida sobre una gama amplia de amplitud de RF
o q_{3}. La Figura 3c muestra la eficacia de transmisión
de iones para m/z 1743 (escaneado de 1742.5 a 1743.5) sobre la
misma frecuencia de RF y gamas de amplitud que fueron usadas para
m/z 110 mostrados en la figura 3a. La Figura 3 ilustra que para un
gradiente de presión ambiente dado, variando los órdenes de
magnitud sobre la longitud de la guía de iones multipolar, se puede
conseguir una transmisión de iones eficaz a través de la guía de
iones accionada en el modo sólo CA para una gama amplia de valores
de m/z.
Por ejemplo, si la eficacia máxima en la
transmisión de iones fue deseada sobre la gama completa de m/z
evaluado en la figura 3 entonces la frecuencia de RF sería
establecida en 4 MHz y ejecutada con una amplitud de RF que podría
caer aproximadamente al valor de q_{3} indicado en el punto
76. Para este valor fijo de q_{3} y presiones ambientes en
las que los rendimientos de transmisión fueron medidos, valores de
m/z inferiores a 110 hasta más de 1743 serían eficazmente
transmitidos a través de la guía de iones multipolar. La Figura 4
es un espectro de masa de glucagón tomado con el valor de la guía
de iones q_{3} establecido en el punto indicado por 76 en
la figura 3. Una solución de 2 picomoles/1 de glucagón en 1:1 agua
fue sometida a electrospray usando una introducción de la muestra
en infusión continua en un instrumento API/MS según está
configurado en la figura 2 y el espectrómetro de masas cuadrupolar
fue escaneado desde m/z 20 a 1900. Los valores máximos de glucagón
(M+4H)^{+4}, (M+3H)^{+3} y (M+2H)^{+2}
están indicados por 80, 81 y 82 respectivamente. El uso de una guía
de iones multipolar de fases de bombeo múltiples para transmitir y
enfocar iones que salen de una expansión de chorro libre en un
analizador de masas permite flexibilidad en la configuración de un
instrumento de vacío API/MS y sistema de óptica iónica sin
comprometer la sensibilidad. Instrumentos API/MS de fases de bombeo
múltiples más pequeños pueden ser configurados con bombas de vacío
elegidas para minimizar el coste del instrumento sin comprometer el
rendimiento. Guías de iones multipolares de fases de bombeo
múltiples pueden ser configuradas y accionadas para permitir una
transmisión de iones eficaz y enfoque sobre una gama amplia de
gradientes de presión. Para la configuración ilustrada en la figura
2, la presión ambiente en la segunda fase de vacío 12 fue
establecida a valores diferentes que cubren una gama mayor que 26.6
Pa (200 militorr) hasta menos que pocos militorr con cambio pequeño
en el rendimiento de transmisión de iones.
Debido a esta gama amplia de presión operativa
posible con esta invención, formas de realización diferentes de
guías de iones multipolares descritas aquí pueden ser configuradas
para el uso con varios tipos de analizadores de masas que pueden
requerir diferente regímenes de presión operativa. Por ejemplo un
analizador de masas cuadrupolar puede operar eficazmente a una
presión de vacío de 13.3 Pa (1 x 10^{-5} torr) o menos mientras
que un analizador TOF requiere presiones ambientes en la gama debajo
de 0.13 Pa (10^{-7} torr) o inferior para evitar números
significantes de colisiones entre iones y gas ambiente durante el
tiempo de vuelo iónico. Un instrumento API/MS de fases de bombeo de
vacío múltiples con una gama de presión amplia única o una guía de
iones multipolar de fases de bombeo múltiples puede ser configurada
para maximizar la transmisión de iones y enfocar incluso minimizar
costes de bombeo.
La Figura 3 ilustra que los valores a_{n} y
q_{n} pueden ser establecidos de modo que ocurra un bajo o un
alto corte de m/z en la transmisión de iones. Por ejemplo con
a_{n} = 0 si la frecuencia de RF fueron establecidos a 3 MHz y la
amplitud de RF accionada en cualquier sitio del punto 79 al 62
entonces los iones con m/z 110 o más bajos no serán transmitidos a
través de la guía de iones multipolar al analizador de masas. De
forma similar, si la frecuencia de RF fue accionada a 7 MHz con el
conjunto de amplitud de RF en el valor indicado por 77 entonces un
alto corte de m/z en la transmisión de iones a través de la guía de
iones al analizador de masas ocurriría. Las Figuras 5a y 5b ilustran
la operación de la guía de iones multipolar 40 con el valor de
q_{n} establecido para pasar una gama amplia de m/z en la figura
5a y el valor de q_{n} establecido en un punto donde un bajo
corte de transmisión de m/z ocurre en la figura 5b. La Figura 5a es
un espectro de masa tomado de al someter a electrospray a una
solución de 2 picomoles/1 de arginina en 1:1 metanol:agua usando
infusión continua con el valor q_{3} de la guía de iones
multipolar 40 establecido para transmitir una gama amplia de
valores m/z. Las impurezas de catión de sodio 85 (m/z 23) y potasio
86 (m/z 39) presentes en solución aparecen en el espectro de masa
al igual que el monómero de metanol protonado 87 (m/z 33) y el
dímero 88 (m/z 65) y el valor máximo protonado de la muestra de
arginina 90 a m/z 175. La Figura 5b muestra un espectro de masa
tomado con la misma solución siendo sometida a electrospray bajo
condiciones de pulverización idénticas pero con valor q_{3}
de la guía de iones hexapolar fue establecido de modo que un corte
bajo de m/z ocurre. Una transmisión de iones debajo de m/z 100 a
120 ha sido eficazmente cortada sin reducir el rendimiento de
transmisión de iones de arginina 91 o valores de m/z mayores. Otro
ejemplo de ello está ilustrado en la figura 6a y 6b donde una
muestra de 2 picomoles de Gramicidina S en 1:1 metanol:agua fue
sometida a electrospray con infusión continua usando la
configuración de API/MS ilustrada en la figura 2. En la figura 6a
el valor de q_{3} hexapolar 40 se establece para
transmitir una amplia gama de m/z y un valor máximo de potasio de
impureza 92 y el valor máximo protonado doblemente cargado de
Gramicidina S 93 (M+2H)^{+2} son observados en el espectro
de masa. La Figura 6b es un espectro de masa de la misma solución
de Gramicidina S sometida a electrospray usando condiciones
idénticas como en la figura 6a pero con el valor q_{3}
hexapolar 40 se establece de modo que se produzca un bajo corte de
m/z. Los iones de potasio ya no son transmitidos al analizador de
masas pero la eficacia de transmisión de iones de los iones de
Gramicidina S doblemente cargados como se muestra por el valor
máximo 94, sigue siendo retenida. Un valor q_{n} puede también
ser seleccionado para provocar un alto corte de m/z como está
ilustrado en la figura 7a y 7b donde una mezcla de arginina, leucina
Encefalina y Gramicidina S, 2 picomoles/ul cada una en 1:1
metanol:agua fue sometida a electrospray usando la configuración de
API/MS mostrada en la figura 2. La Figura 7a es un espectro de
masas tomado donde el valor de q_{3} de la guía de iones
multipolar 40 fue establecido para transmitir una amplia gama de
valores m/z. El valor máximo 95 de la arginina (M+H)^{+},
el valor máximo 96 de Encéfalo leucina (M+H)^{+} y el
valor máximo 97 de Gramicidina S doblemente cargada
(M+2H)^{+2} están presentes en el espectro de masa al igual
que los valores máximos 98 de m/z de iones inferiores. La Figura 3b
es un espectro de masa tomado cuando la misma solución es sometida
a electrospray usando condiciones de pulverización idénticas a
excepción de que la guía de iones 40 los valores a_{n} y
q_{3} hayan sido establecidos de modo que m/z de iones
inferiores son transmitidos como se indica por valores máximos 99
pero m/z de iones superiores no son transmitidos a través de la
guía de iones multipolar 40.
Una característica valiosa de guías de iones
multipolares cuando son accionadas en presiones ambientes
superiores es que los iones que atraviesan la longitud de la guía
de iones experimentan varias colisiones con el gas ambiente dando
como resultado el enfriamiento de la energía cinética iónica.
Mientras que los iones se introducen la guía de iones multipolar y
son transmitidos a través de ella, el campo de RF o
RF-CC combinado evita eficazmente que los iones se
dispersen en la dirección radial debido a colisiones con el gas
ambiente incluso permite el movimiento de iones en la dirección
axial en parte conducida por la dinámica del gas. El enfriamiento de
energía cinética iónica debido a colisiones con el gas ambiente
resulta en un estrechamiento de la dispersión de energía iónica
para aquellos iones que salen de las barras multipolares. El número
de colisiones que un ión experimenta al atravesar la longitud de la
guía de iones es una función de la longitud de la barra, la presión
ambiente dentro del ensamblaje de la barra y su trayectoria cuando
es conducido por el campo eléctrico variable. Cuando la presión
ambiente a lo largo de una parte del ensamblaje de la guía de iones
es suficientemente alta dando como resultado que muchos iones
colisionen con la molécula neutra, el potencial de compensación de
CC de la guía de iones puede utilizarse para establecer la energía
media de los iones que salen de la guía de iones. También,
accionando una guía de iones multipolar con una parte de su
longitud en una región de presión más alta en la que se produce el
enfriamiento colisional del ión, la resultante dispersión de energía
estrecha de los iones transmitidos puede ser mantenida
independientemente de los cambios en la energía iónica media cuando
el potencial de compensación de CC de la guía de iones es ajustado.
Se descubrió con el aparato representado en la figura 2 que con 20
Pa (150 militorr) de presión ambiente mantenida en la segunda fase
de vacío 12, el potencial del separador 47 podría ser ajustado
sobre una gama de voltaje con respecto al potencial de compensación
de CC de la guía de iones 40 con un cambio pequeño observado en la
energía iónica media o la dispersión de energía para iones que
emergen de la guía de iones. Aunque los campos eléctricos aplicados
a los electrodos de la guía de iones 40 son la fuerza dominante que
efectúa el movimiento iónico a lo largo de la mayor parte de la
longitud de la guía de iones, la dinámica del gas que se produce
dentro de la guía de iones sobre una parte de su longitud juega un
papel significante en el establecimiento de la energía iónica y en
la dispersión de energía. Es posible que la presión más alta cerca
de la entrada de la guía de iones 40 ayude a aumentar la eficacia
de atrapado de los iones que se introducen en la guía de iones.
Para ilustrar los efectos de la dinámica del gas
dentro de la guía de iones ilustrada en la figura 2, la dispersión
de energía de un ión de Gramicidina S doblemente cargado
(M+2H)^{+2} (m/z 571) fue medida elevando el voltaje de la
lente 53 en la figura 2 mientras se controlaba la señal del ión del
espectrómetro de masas. Esta técnica no dará un perfil preciso de
energía iónica porque la lente 53 es un elemento de enfoque al
igual que tiene la capacidad para aplicar potenciales de parada. No
obstante, aunque las características de enfoque cambien cuando el
voltaje de 53 es elevado, los límites de la energía iónica para una
m/z dada pueden ser logrados. Usando la configuración de guía de
iones multipolar de la figura 2 y manteniendo la presión ambiente en
la fase de vacío 53 en 0.26 Pa (2 torr), fase de vacío 41 en 20 Pa
(150 militorr), fase de vacío 42 en 0.05 Pa (4 x 10^{-4} torr) y
fase de vacío 54 en 7.8x10^{-2} Pa (6 x 10^{-6} torr), la
energía iónica fue cambiada ajustando el potencial de compensación
de CC del potencial de tierra hexapolar relativo a la apertura de
entrada 47 cuadrupolar. Las Figuras 8 a, b y c muestran la señal
iónica del valor máximo de la Gramicidina S protonada doblemente
cargada (M+2H)^{+2} para tres potenciales de compensación
de CC diferentes de la guía de iones hexapolar 40. En la figura 8a
la guía de iones hexapolar 40 fue accionada en el modo sólo CA con
el potencial de compensación de CC establecido en 0,1 voltios con
respecto a la apertura de entrada 47 cuadrupolar. La Figura 8a
muestra el nivel de señal iónica 100 a m/z 571.6 para tres subidas
de voltaje consecutivas de la lente 53 de 2 a 8.2 voltios. Sobre un
noventa por ciento de los iones de m/z 571.6 caen dentro de una
ventana de un voltio de energía iónica. La Figura 8b muestra la
señal iónica 101 a m/z 571.6 para tres subidas de voltaje
consecutivas de la lente 53 de 19 a 21.2 voltios con el potencial de
compensación de CC de la guía de iones hexapolar 40 establecido en
15.3 voltios. Un noventa por ciento de los iones de m/z 571.6
detectados tienen una energía que cae dentro de una ventana de un
voltio. De forma similar, la figura 8c muestra la señal iónica 102
a m/z 571.6 para tres subidas de voltaje consecutivas de la lente
53 de 29 a 35 voltios con el potencial de compensación de CC de la
guía de iones hexapolar 40 establecido en 25.1 voltios. De nuevo,
aproximadamente el noventa por ciento de los iones de m/z 571.6 que
salen de la guía de iones hexapolar 40 están dentro de una ventana
de energía de 1 voltio. La energía iónica media varía de
aproximadamente 3 a 5.2 voltios superior al potencial de
compensación de CC en la guía de iones hexapolar 40 en las Figuras
8 a, b y c. La aceleración iónica conducida por el gas de expansión
en el chorro libre que ocurre en la fase de vacío 51 puede
representar de 2.6 a 3 voltios de esta energía de ión añadida para
iones de Gramicidina S. No está todavía determinado si se añade de
uno a dos voltios de energía sobre 3 voltios mientras que se
aumenta el potencial de compensación de CC de la guía de iones
multipolar. El transporte eficaz de iones con dispersión de energía
baja combinado con la capacidad para controlar la energía iónica de
promedio para una m/z dada para ajustar el potencial de
compensación de CC de la guía de iones multipolar 40, permite
conseguir una sensibilidad mayor a una resolución más alta para
muchos tipos de analizadores de masas. Un sistema API/MS que
incorpora una guía de iones multipolar con una parte de su longitud
funcionando en una presión de vacío que es lo suficientemente alta
para provocar el enfriamiento colisional cuando los iones
atraviesan la longitud de la barra permite tres características de
rendimiento significantes. La primera es que la guía de iones
accionada en presencia de colisiones ambientes suficientes pueden
reducir la dispersión de energía iónica sin reducir la eficacia de
transmisión de iones cuando se ejecuta con los valores apropiados
de un ajuste de a_{n} y q_{n}. Segundo, la energía iónica media
para una m/z dada puede ser ajustada cambiando el potencial de
compensación de CC de la guía de iones multipolar sin provocar
cambios significantes en la dispersión de energía iónica. Tercero,
la energía iónica puede ser ajustada cambiando el potencial de
compensación de CC de la guía de iones sin reducir el rendimiento
de transmisión de iones a través de la guía de iones multipolar. Un
ejemplo para ilustrar estas tres características está dado en la
figura 9 que muestra un espectro de masa 103 de un valor máximo de
Gramicidina S protonada doblemente cargada (M+2H)^{+2} con
valores máximos de isótopo parcialmente resueltos. El espectro fue
tomado por electrospray de una muestra de Gramicidina S de 2
picomoles/ul en una solución 1:1 metanol: agua usando un sistema
API de espectrómetro de masas cuadrupolar como está configurado en
la figura 2. El potencial de compensación de CC de la apertura de
entrada hexapolar 40 fue establecido en 0.1 voltios con respecto a
la cuadrupolar 47 del potencial de tierra. A energías iónicas
inferiores, pueden ocurrir pérdidas de transmisión entre la salida
de la guía de iones multipolar 52 y el filtro de masa cuadrupolar 57
dependiendo de las características de enfoque y de transferencia de
las lentes de voltaje estáticas 53 y 47 en presencia de la guía de
iones multipolar 40 y los campos limítrofes del filtro de masa
cuadrupolar 57. Los equilibrios de rendimiento entre la energía
iónica, nivel de resolución y de señal para el filtro de masa
cuadrupolar 57, favoreció a los iones de energía inferior cuando se
analizaron con ajustes de resolución más alta. Usando un sistema de
lentes de voltaje estáticas como está ilustrado en la figura 1 la
resolución y sensibilidades mostrados no podrían ser conseguidos en
la figura 9. El uso de una guía de iones multipolar accionada con
el ajuste de a_{n} y q_{n} apropiado en una región donde las
presiones ambientes son lo suficientemente altas para causar el
enfriamiento colisional de iones cuando atraviesan la longitud de la
guía de iones mejora el rendimiento del sistema API/MS comparado
con configuraciones de lentes estáticas.
Las capacidades de rendimiento de una guía de
iones multipolar accionada en una región de presión ambiente donde
se produce el enfriamiento de energía cinética iónica puede
utilizarse para mejorar el rendimiento de diferentes tipos de
espectrómetros de masas. Las ventajas de las eficacias de
transmisión de iones mejoradas usando guías de iones multipolares
de fases de bombeo de vacío múltiples conjuntamente con analizadores
de masa cuadrupolares fueron ilustradas con los ejemplos dados
arriba. La capacidad para establecer la energía iónica media
ajustando el potencial de compensación multipolar CC sin cambiar la
dispersión de energía estrecha por m/z puede utilizarse para
mejorar la resolución y sensibilidad de los instrumentos API/MS
donde el analizador de masas puede ser un espectrómetro de masas
cuadrupolar, sector magnético, TOF, trampa de iones o un
FT-ICR. Sensibilidades y resoluciones sistema API/MS
superiores pueden ser conseguidas y los costes de bombeo pueden ser
minimizados cuando guías de iones multipolares que se extienden a
través de dos o más fases de bombeo de vacío son usadas en las
fases de bombeo de vacío iniciales antes que el analizador de
masas. La capacidad para accionar una guía de iones multipolar en
un modo donde un corte en la transmisión de iones para una gama
dada de m/z es establecida no puede ofrecer una ventaja de
funcionamiento cuando se aplica con analizadores de masa por
escaneado tales como filtros de sector magnético o de masa
cuadrupolares. Estos tipos de analizador de masas por escaneado
transmiten iones sólo en una gama estrecha de m/z a cualquier
tiempo dado hacia el detector. No obstante, para analizadores de
masa que emplean técnicas de retención y/o sin escaneado tales como
TOF, trampas de iones y FT-ICR, la capacidad de las
guías de iones multipolares para limitar la gama de valores de m/z
transmitidos en el analizador de masas puede aumentar el
rendimiento del sistema. La Figura 10 es un diagrama de un sistema
API/MS de impulso ortogonal de cuatro fases de bombeo de vacío con
un analizador de masas por
tiempo-de-vuelo de reflectrón. Para
fines de ilustración, una fuente de iones por electrospray está
mostrada como la fuente de API aunque ésta podría de forma
alternativa ser una fuente de APCI o una de ICP también. El líquido
portador de la muestra es introducido a través de la aguja de
electrospray 110 y es sometido a electrospray o a electrospray
asistido por nebulización en la cámara 111 cuando sale de la aguja
a 112. Las gotitas cargadas producidas, se evaporan y desabsorben
iones de fase gaseosa ambos en cámara 111 y cuando son barridos en
vacío a través del anillo en el capilar 113. Una parte de los iones
que se introducen en la primera fase de vacío 133 a través de la
salida del capilar 114 son enfocadas a través del orificio 136 en
el separador 116 con la ayuda de la lente 115 y el potencial
establecido en la salida del capilar 114. Los iones que pasan a
través del orificio del separador 136 se introducen en la guía de
iones multipolar 118. La guía de iones 118 comienza en la fase de
bombeo de vacío 117 y se extiende ininterrumpida en la fase de
vacío 119. Si los voltajes de CA y CC de la guía de iones
multipolar son establecidos para pasar iones que caen dentro de una
gama de m/z entonces los iones dentro de esta gama que se
introducen en la guía de iones multipolar saldrá en 121 y son
enfocados con la lente de salida 120 a través del orificio de
entrada del analizador 122 de TOF. Esta barra de iones primaria 134
pasa entre las lentes electroestáticas 123 y 124 dispuestas en la
cuarta fase de bombeo 126. Los voltajes relativos en las lentes
123, 124 y 125 son impulsados de modo que una parte del haz iónico
134 que cae entre las lentes 123 y 124 se expulsa como un paquete a
través de la lente de la rejilla 125 y se acelera hacia abajo del
tubo de vuelo 127. Los iones son conducidos por ajustes de las
lentes x e y esquemáticamente ilustradas por 128 cuando continúan
su movimiento hacia abajo del tubo de vuelo 127. En la
configuración mostrada, el paquete de iones es reflejado a través
de un reflectrón o espejo iónico 130 y es detectado en el detector
131. Cuando un paquete de iones impulsado prosigue hacia abajo del
tubo de vuelo 127, los iones con diferente m/z se separan en el
espacio debido a sus diferencias de velocidad y llegan al detector
en tiempos diferentes. El uso de impulso ortogonal en un sistema
API/TOF ayuda a reducir la dispersión de energía iónica del paquete
de iones inicial permitiendo conseguir una resolución y
sensibilidad más altas.
Para un flujo de Ihaz de iones primario dado que
pasa a través de la apertura del analizador de masas 122, cuanto
más baja es la energía iónica, más iones estarán presentes en la
región de impulso por impulso. Esto tiene un impacto directo en la
respuesta de la señal iónica que puede ser conseguida por impulso.
También, cuanto más baja es la energía electrostática de la barra
de iones primaria, menos densidad iónica contra la discriminación de
m/z ocurrirá en la región de impulso 135. Esta discriminación
ocurre porque los iones con m/z inferior acelerados
electroestáticamente se moverán más rápido que los iones con m/z
superior y consecuentemente tendrán menos densidad relativa para un
flujo de iones similar por m/z en la región de impulso. Se hace
aquí una distinción entre iones acelerados electroestáticamente y
aquellos acelerados debido a la dinámica del gas en el chorro
libre. Aunque se produce alguna pérdida para masas moleculares más
altas, los iones acelerados solamente por el gas neutro que se
expande en vacío en un chorro libre forman un haz de iones que está
más cerca de ser mono-velocidad antes que
monoenergético. La aceleración electroestática en la ausencia de
colisiones con gas ambiente crearán un haz de iones que está más
cerca de ser monoenergético. Un haz de
mono-velocidad que se introduce en la región de
impulso 135 reduce las diferencias de densidad iónica contra m/z
para un flujo de iones dado y por lo tanto permite la generación de
un espectro de masa cuyas alturas de valores máximos relativos son
más representativas de las intensidades de m/z relativas en el haz
de iones original 134.
La energía de translación de los iones en el haz
de iones primario 134 será la suma de la energía impartida por el
gas en expansión y por aceleración electroestática. La guía de
iones multipolar 118, una parte de la cual es accionada en una
región de vacío de presión más alta, pueden entregar un haz de
iones que tiene energía de translación baja a través del orificio
del analizador de masas 122 con divergencia del haz mínima. Cuando
se usan sistemas de lente estática, la disminución de la energía
del haz de iones generalmente resulta en una divergencia de haz
aumentada. La divergencia de haz no sólo reducirá la intensidad del
haz iónico que se introduce en la apertura 122 sino que también
aumentará el área transversal del haz en la región de impulso 135.
La divergencia del haz de iones primario puede resultar en una
resolución reducida en una geometría de TOF ortogonal impulsada. El
uso de la guía de iones multipolar 118 para ayudar a entregar iones
a la región de impulso puede reducir el grado de divergencia del
haz de iones para energías del haz de iones más bajas. El resultado
neto es una sensibilidad y resolución mejoradas.
El diámetro interno eficaz de la guía de iones
multipolar 118 es reducido para minimizar la conducción de gas
neutro entre las fases de bombeo de vacío 117 y 119 sin comprometer
la eficacia de transmisión de los iones. El diámetro interno eficaz
para la guía de iones multipolar 118 es normalmente 2.5 milímetros
o menos. La geometría de la guía de iones dispone ella misma un
límite superior en la sección transversal del haz de iones que sale
en 121. Limitando el diámetro de haz de iones que sale de la guía
de iones multipolar 118 a menos de 2 mm, la apertura 122 puede ser
reducida a 2 mm con poca o ninguna pérdida de rendimiento de
transmisión de iones dentro de la región de impulso 135. Cuanto más
pequeño sea el tamaño de la apertura 122 menor será la cantidad de
gas neutro que pasa dentro de la fase de bombeo de vacío 126,
reduciendo los requisitos de velocidad de bombeo de vacío y
disminuyendo el coste del instrumento. Cuanto más pequeño sea el haz
de iones primario 134 que entra en la región de impulso 124, menor
será la dispersión espacial que ocurra antes de que los iones sean
impulsados hacia afuera de la región 135 y en el tubo de vuelo 127.
Con impulso ortogonal, reduciendo la anchura del haz de iones 134,
se puede reducir la anchura del paquete de iones impulsado o la
dispersión espacial y de energía, de forma potencial dando como
resultado mayor sensibilidad de TOF y rendimiento de
resolución.
Una dispersión de energía iónica estrecha es
deseable en el impulso ortogonal de TOF porque el componente
ortogonal de la energía iónica que es la energía del haz de iones
inicial, se traslada en movimientos laterales de iones cuando
atraviesan el tubo de vuelo. Cuanto más baja es la dispersión de
energía en el haz de iones inicial más estrecho es el paquete de
iones de m/z inicial que permanece en la dirección radial cuando
viaja a través del tubo de vuelo 127 dando como resultado más iones
enfocados sobre la superficie del detector 131. Como se muestra en
la figura 8, el funcionamiento de una guía de iones multipolar en
un régimen de presión de vacío donde se produce el enfriamiento de
energía cinética iónica resulta en un estrechamiento de la
dispersión de la energía iónica y en la capacidad para reducir la
energía iónica sin reducir la eficacia de transmisión de iones ni
aumentar la dispersión de la energía iónica. La capacidad para
reducir la energía iónica mientras que se mantiene una dispersión
de energía iónica baja puede ayudar a mejorar la sensibilidad y
aumentar el ciclo de funcionamiento de un analizador de masas TOF.
Los iones con una m/z y energía dadas necesitarán tiempo para
rellenar el espacio entre lentes 123 y 124 después de que un
impulso haya ocurrido. Si la longitud del espacio es
aproximadamente 2 cm entonces un ión de m/z 1000 con 20 voltios de
energía necesitará 10,2 seg para viajar 2 cm y rellenar el espacio
de impulso. El mismo ión a 3 voltios de energía necesitará 26,3 seg
para viajar 2 cm y rellenar la región de impulso. Estos iones que no
son impulsados en el tubo de vuelo se pierden cuando impactan en
las paredes de la región de impulso 134 y son neutralizados. Si los
paquetes iónicos son impulsados a razón de 10.000 veces por
segundo, es decir una vez cada 100 seg, entonces el impulso de un
haz de iones primario 134 de 3 voltios mejorará el ciclo de
funcionamiento y, por lo tanto, la sensibilidad de un factor de 2,6
comparado con el impulso de un haz de iones primario 134 que tiene
20 voltios de energía de translación. La capacidad de una guía de
iones multipolar para entregar el haz de iones 135 con una pequeña
sección transversal y una reducida energía media, mejora
significativamente el rendimiento de un sistema API/TOF sobre el
cual puede ser conseguido usando un sistema de lentes de voltaje
estáticas.
La capacidad de la guía de iones multipolar para
transmitir selectivamente una gama de valores de m/z mientras que
se corta de la transmisión de m/z fuera de esta gama puede
utilizarse para aumentar el ciclo de funcionamiento y la
sensibilidad del detector en un sistema API/TOF. El ciclo de
funcionamiento puede ser aumentado en TOF reduciendo la gama de m/z
de iones que se introducen en la región de impulso 135. Haciendo
referencia a las figuras 5, 6 y 7, los valores a_{n} y
q_{n} de una guía de iones multipolar pueden ser
establecidos de modo que la guía de iones se comporte como un filtro
de paso bajo o de paso alto con puntos de corte de transmisión de
m/z. Si un potencial de CC es aplicado a los polos donde cada polo
contiguo tiene polaridad de CC opuesta, los valores a_{n}
y q_{n} pueden ser seleccionados de modo que la guía de
iones multipolar pase una gama más estrecha de m/z. Los filtros
cuadrupolares son comúnmente usados en este modo puesto que los
filtros de masa en regímenes de presión de vacío que son mantenidos
debajo de 2 x 10^{-5} torr donde los efectos debidos a las
colisiones de iones con el gas ambiente son inapreciables. Cuando
+/- CC es impuesta en las barras multipolares con una presión
ambiente presente considerable, las características de transmisión
de cada guía de iones de tipo multipolar o ensamblaje de filtro de
masa deben ser evaluadas y calificadas. Los mapas de transmisión de
iones de a_{n} y q_{n} no pueden ser los mismos
para guías de iones multipolares con números diferentes de polos y
accionados en presiones ambientes diferentes. Una variable que
afecta al ciclo de funcionamiento en un instrumento TOF es el nivel
de repetición en el que los iones son impulsados en el tubo de
vuelo, acelerados y detectados. Asumiendo que la región de impulso
135 puede rellenarse entre impulsos, es decir que la energía del haz
de iones primario 134 se establece para satisfacer este criterio,
el nivel de repetición de impulsos estará limitado por el tiempo de
vuelo más rápido del ión de m/z más baja y el tiempo de vuelo más
bajo del ión de m/z más alta en paquetes de iones consecutivos que
viajan a través del tubo de vuelo 127 hasta el detector. Cualquier
superposición de iones de un paquete impulsado al siguiente
aumentará la dificultad para interpretar el resultante espectro de
masa. Si los iones de m/z más baja o más alta no fueron de interés
en un análisis dado, se podría prevenir que estos iones se
introduzcan en la región de impulsos seleccionando un valor de
a_{n} y q_{n} apropiado para el funcionamiento de la barra
multipolar 118. Reduciendo la extensión del tiempo de llegada de un
paquete de iones cuando viaja debajo del tubo de vuelo, el tiempo
entre pulsaciones puede ser reducido dando como resultado un
aumento en el ciclo de funcionamiento.
Considerando un ejemplo donde un sistema API/MS
como está representado en la figura 10 tiene una longitud de vuelo
de iones eficaz de 2.5 metros y una energía de aceleración de iones
en el tubo de vuelo de 1500 voltios electrónicos (ev). Cuanto más
grande sea la diferencia en los tiempos de llegada en el detector
TOF entre valores de m/z de iones cercanos, mayor será la
resolución que es teóricamente alcanzable. No obstante, para fuentes
de API de haces de iones continuos, la resolución en aumento
mediante el aumento de la extensión de tiempo de llegada de
paquetes de iones puede reducir el ciclo de funcionamiento. Tiempos
de vuelo relativos en un tubo TOF de 2.5 metros con un ión que
acelera la energía de 1500 ev sería como sigue para valores
diferentes de m/z:
\vskip1.000000\baselineskip
Restando el tiempo de vuelo más bajo al más
rápido de iones presentes en el paquete impulsado determinará el
tiempo mínimo requerido entre impulsos consecutivos para evitar que
los iones de m/z baja del impulso de salida se agarren a los iones
de m/z alta del impulso anterior. Si los iones de m/z que varían de
agua protonada (m/z 19) a m/z 3000 están presentes en los paquetes
de iones del impulso, entonces un retraso de 255 seg debe ser
mantenido entre los impulsos consecutivos permitiendo
aproximadamente 3,921 impulsos por segundo. Un haz de iones
primario 134 con iones de m/z de 3000 e inferiores y con 3 voltios
de energía de translación rellenará la longitud de 2 cm del espacio
de impulso 135 en menos de 45 seg. Cuanto más largo es el retraso
entre impulsos de iones en el tubo de vuelo, más bajo será el ciclo
de funcionamiento dando como resultado una sensibilidad inferior
para una intensidad dada de un haz de iones primario. Si los iones
de interés para un análisis dado cayeron en una ventana de m/z más
estrecha, es decir debajo de m/z 1000 entonces los valores
a_{n} y q_{n} de la guía de iones multipolar
podrían ser establecidos para pasar sólo iones debajo de m/z 1000.
El retraso de tiempo mínimo entre impulsos sería reducido a 147 seg
eficazmente aumentando el ciclo de funcionamiento y la sensibilidad
de forma potencial por un factor de 1.7. A la inversa, si la gama
de masa de interés cayó encima de m/z 500 y los valores de m/z
presentes en el haz de iones primario estaban debajo de 2000 m/z
entonces valores a_{n} y q_{n} en funcionamiento
de la guía de iones multipolar 118 podrían ser establecidos para
rechazar iones debajo de 500 m/z. La frecuencia de impulsos del
paquete de iones podría ser establecida hasta unas 9500 impulsos
por segundo de funcionamiento en aumento para todos los valores de
m/z transmitidos en la región de impulsos 135.
Los multiplicadores de electrones de Placa
Multicanal en capas (MCP) son frecuentemente usados para detectores
en espectrometría de masas TOF. El tiempo de recuperación de canal
individual de un canal MCP después de que un ión golpee y provoque
una cascada de electrones puede ser tan larga como 1 milisegundo. Si
un ión golpea el canal antes de que se haya recuperado entonces se
producirá poca o ninguna cascada de electrones y el ión permanecerá
sin detectar. Iones de m/z inferiores que llegan en el detector
primero para un paquete dado de iones impulsados podría amortiguar
canales para iones con m/z más pesado que les siguen. También si el
número de impulsos de paquete excede 1000 hertzios, es decir el
tiempo entre impulsos es más corto que el tiempo de recuperación
del canal MCP, esto podría resultar en una reducción en intensidad
de señal puesto que los iones que llegan en el detector producen
una intensidad de cascada de electrones secundaria reducida porque
los iones de impulsos precedentes han amortiguado varios canales.
Si los iones de interés para un análisis dado caen dentro de una
gama de m/z limitada, la respuesta del detector puede ser aumentada
para iones de interés previniendo que valores de m/z indeseados
alcancen el detector. La ventana de transmisión de m/z de la guía de
iones multipolar 118 puede ser seleccionada para minimizar el
número de valores de m/z indeseados que se introducen en la región
de impulsos 135, evitando que aquellos valores de m/z alcancen el
detector.
La prevención selectiva de que los iones
alcancen el detector ha sido realizada también desviando una parte
de un paquete iónico cuando atraviesa el tubo TOF antes de que
alcance el detector. Las lentes de iones usadas para desviar iones
son esquemáticamente representadas por 132 en la figura 10. El uso
de lentes multipolares para limitar que valores de m/z se
introduzcan en la región de impulso TOF es una técnica
complementaria al uso de deflectores en el tubo de vuelo. La
desviación de lentes, no obstante, no ayudará a aumentar el ciclo
de funcionamiento a menos que se empleen muy temprano en la línea
de vuelo de los iones, una región donde la separación de m/z puede
ser pobre. Un sistema API/MS impulsado lineal según ha sido
proporcionado por Boyle, Whitehouse y Fenn (Rapid Communications in
Mass Spectrom. Vol. 5, 400-405, 1991) puede tener
un aumento similar en sensibilidad y ciclo de funcionamiento por
incorporación de una guía de iones multipolar en las fases de vacío
de flujo ascendente como es conseguido en configuraciones TOF de
impulso ortogonal.
Cuando fuentes de API son conectadas con trampas
de iones y analizadores de masa FT-ICR, el uso de
guías de iones multipolares en la óptica de transferencia de vacío
puede utilizarse para mejorar el rendimiento mediante el aumento de
la eficacia de transmisión de iones en la región de retención del
analizador de masas, reducir la dispersión de energía iónica y
reducir los límites de carga espacial para gamas de m/z deseadas
transmitiendo selectivamente gamas de m/z limitadas. También la
capacidad para reducir la energía iónica y la dispersión de energía
en una gama de iones de m/z ayuda a aumentar la eficacia de
retención en trampas de iones y analizadores de masa
FT-ICR. Una forma de realización de la guía de iones
multipolar de fases de bombeo múltiples usada en conjunción con
analizadores de masas por trampa de iones puede ser realizada
sustituyendo el analizador de masas cuadrupolar mostrado en la
figura 2 por una trampa de iones. Otra forma de realización de la
invención está ilustrada en la figura 11. La Figura 11 representa
un sistema de tres fases de bombeo de vacío API/trampa de iones
donde una guía de iones multipolar comienza en la fase de bombeo de
vacío 148 y se extiende continuamente a través de las tres fases de
bombeo de vacío. Una fuente de iones de electrospray o de
electrospray asistido por nebulizador está mostrada conectada al
espectrómetro de masas por trampa de iones 154. El líquido de
soporte de la muestra es introducido en la entrada de la aguja de
electrospray 140 y es sometido a electrospray o a electrospray
asistido por nebulizador cuando emerge de la punta de aguja de
electrospray 141.
Las gotitas de líquido cargadas producidas en la
cámara de electrospray 142 se dirigen a la entrada del capilar 144
contra un flujo de gas de secado a contracorriente 164. Los iones
son producidos a partir de las gotitas cargadas por evaporación y
son barridas en vacío a través del capilar 145. Este capilar puede
ser calentado por el calentador del capilar 146 que ayuda a calentar
el gas que se expande a través del capilar dentro del vacío. Los
iones que salen del capilar a 147 son acelerados en la primera fase
de bombeo de vacío 148 por la expansión de chorro libre de gas
neutro. Una gran parte de los iones que salen del capilar se
introducen en la guía de iones multipolar 165 y son eficazmente
retenidos y eficazmente transportados a través de su longitud
entera. Los iones salen de la guía de iones multipolar 165 en la
tercera fase de vacío 151 y son enfocados en la trampa de iones 154
a través de la su placa de extremidad 155 por la lente 162.
Orientando la trampa de iones a un ángulo, los iones pueden también
introducirse en la trampa a través del espacio entre el tapón
terminal y el electrodo de RF. La presión en la fase de vacío 148
puede variar de 13,3 Pa a 266 Pa (0,1 a 2 torr) dependiendo del
diámetro interno y longitud del capilar 145, el tamaño de la bomba
de vacío elegido y la temperatura en la que el calentador del
capilar es ejecutado. La tercera fase de bombeo 151 es normalmente
mantenida a una presión debajo de 6.6x10^{-3} Pa (5 x 10^{-5}
torr) para asegurar el funcionamiento apropiado del detector del
multiplicador electrónico 152, no obstante, la presión de la trampa
interna es frecuentemente establecida superior a la presión
ambiente en la fase 151 por la adición de helio directamente en la
trampa 154. La presión en la fase de bombeo 157 es generalmente
mantenida a una presión inferior a 20 Pa (150 militorr).
La guía de iones multipolar 165 tiene barras o
polos 150 que se inician en la fase de bombeo 148, continúan
ininterrumpidos a través de la fase de bombeo 157 y se extienden en
la fase de bombeo 151. Aislantes y corchetes de soporte 156 y 158
sirven para el objetivo doble de soportar el ensamblaje de barra
multipolar y de dividir las cámaras de vacío para minimizar el flujo
de gas ambiente en las fases de bombeo de flujo descendente. La
Figura 12 ilustra una sección transversal de un ensamblaje
hexapolar tomado en el aislante 156. Las seis barras 160 son
mantenidas en una posición igualmente distanciada y a una distancia
radial igual desde la línea central por fijación al aislante 156. El
aislante está configurado para minimizar el área transversal eficaz
de la abertura interna sin distorsionar el campo electrostático
producido por las barras hexapolares durante el funcionamiento
dentro del área transversal del ensamblaje de la barra multipolar
161. Los diámetros de barra tan pequeños como 0,5 mm han sido
construidos con un espaciado de barra interna 166 de 2 mm para
minimizar la conductancia de gas neutro en fases de bombeo de flujo
descendente y reducen el tamaño y coste de las bombas de vacío
requeridas. El aumento de las longitudes del aislante 156 y 158 a
lo largo del eje también ayuda a reducir la conductancia de gas
neutro de una fase de bombeo de vacío a la siguiente. Cuanto más
pequeño es el área transversal interno del ensamblaje de la guía de
iones 161 con diámetros de la barra 160 proporcionalmente pequeños,
más pequeña será la sección transversal del haz de iones que sale
de la guía de iones multipolar. Cuanto más pequeña es la sección
transversal del haz de iones que es transmitida a través de una guía
de iones multipolar 165 y lente de salida 162, más pequeño será el
tamaño de apertura eficaz que es requerido en la placa de
extremidad de la trampa de iones 155.
La guía de iones multipolar 165 puede
transportar eficazmente iones a través del gradiente en la presión
del gas ambiente. Como se ha mostrado en las Figuras 8a, b y c, la
dispersión de energía iónica es reducida debido a un enfriamiento
colisional de iones con el gas ambiente. Una eficacia de retención
más alta puede ser conseguida con iones que se introducen en una
trampa de iones 154 cuando los iones tienen una dispersión de
energía más estrecha y un promedio de energía inferior. Eficacias
de retención aumentadas resultan en una sensibilidad más alta para
un flujo de iones dado que se introduce en una trampa 154. La
capacidad para un corte de selectividad de una gama de transmisión
de m/z a través de la guía de iones multipolar 165 puede utilizarse
para aumentar la sensibilidad y gama dinámica de señal en
espectrómetros de masa de trampa de iones. Las trampas de iones
deben primero atrapar iones antes de realizar un análisis de la
masa en el paquete de iones atrapados. La trampa puede sólo
mantener una cantidad limitada de iones antes de sufrir los efectos
de la carga espacial que pueden variar los valores medidos de m/z y
deteriorar la resolución. Para un análisis dado, el valor
a_{n} y q_{n} de la guía de iones multipolar
puede ser establecido para reducir la gama de m/z de iones que son
transmitidos a la trampa de iones 154 a través de lente de salida
162 y placa de extremidad de la trampa de iones 155. Esto extiende
la respuesta de la señal de la gama dinámica para los valores de
m/z de interés reduciendo los efectos de la carga espacial desde
valores de m/z que no son de interés para un análisis dado. Por
ejemplo, la contaminación 85, 86 y los valores máximos 87, 88
relacionados de solventes observados en el espectro de la figura 5a
contribuirán a rellenar la trampa con carga y reducir la gama de
intensidad de señal sobre la que el valor máximo de arginina 90
podría ser observado en la trampa de iones porque los valores
máximos de m/z inferiores serían ampliamente responsables de los
límites de carga espacial que son alcanzados en la trampa de iones.
Si el valor a_{n} y q_{n} de la guía de iones multipolar fueron
establecidos para un corte de m/z bajo como se muestra en el
espectro de la figura 5b entonces el valor máximo de arginina 91
sería la fuente primaria de iones que se introducen en la trampa y
consecuentemente la señal a ruido observada tendría una gama
dinámica más alta antes de que los efectos de la carga espacial
fueran observados. Una gama dinámica aumentada dentro de un
espectro es importante para el análisis de las trazas y el análisis
dónde alturas de valores máximos relativos precisas son necesarias
para determinar concentraciones relativas en solución.
Espectrómetros de masas FT-ICR
también atrapan iones y realizan un análisis de la masa con
paquetes de iones. De forma similar a las trampas de iones, se
pueden conseguir mejoras en el rendimiento con un instrumento
API/FT-ICR MS usando una guía de iones multipolar
accionada en presión de vacío donde el enfriamiento por energía
cinética iónica ocurre reduciendo la dispersión de energía iónica
para una m/z dada. Los efectos debidos a límites de carga espacial
en la célula de retención de FT-ICR MS pueden ser
reducidos de una manera similar a la que se describe para trampas de
iones más arriba aumentando eficazmente la gama dinámica del
FT-ICR MS para valores de m/z de interés en un
análisis dado. El diámetro interno eficaz más pequeño de estas
guías de iones multipolares produce una pequeña sección transversal
del haz iónico que permite una reducción en los tamaños de la
apertura que conduce al analizador de masas FT-ICR
sin reducir significativamente la transmisión de iones a través de
los orificios más pequeños.
Varias configuraciones de API/ espectrómetros de
masas híbridos han sido proporcionados cuyo rendimiento sería
mejorado por la incorporación de una guía de iones multipolar en la
región de transporte de iones por vacío. Chien, Michael y Ludman
(Anal. Chem., vol. 65, 1916-1924, 1993) han usado
una trampa de iones para atrapar iones que se introducen desde una
fuente de API y los impulsan en un tubo de vuelo del espectrómetro
de masas TOF. Una guía de iones multipolar podría ser eficazmente
empleada en las fases de vacío de flujo ascendente para transmitir
iones desde las regiones de vacío de presión más alta en la trampa
de iones de este instrumento API/trampa de iones/TOF.
Cada tipo de espectrómetro de masas tiene su
propia energía iónica, óptica de entrada y requisitos de vacío. La
configuración de guías de iones multipolares, particularmente
aquellos que se extienden a través de dos o más fases de bombeo de
vacío pueden ser confeccionados geométricamente y operacionalmente
para maximizar el rendimiento del instrumento donde son
incorporados. No obstante, para algunas geometrías del instrumento
que no están dentro del campo de las reivindicaciones pero son
útiles para la comprensión de la invención guías de iones
multipolares de fase de bombeo única pueden ser usadas. Dos
variaciones para configurar guías de iones multipolares en sistemas
API/MS TOF y de trampa de iones están mostradas en las Figuras 13 y
14. La Figura 13 es una representación del diagrama de un sistema
API de 3 fases de vacío/espectrómetro de masas por trampa de iones
donde una guía de iones multipolar 170 está localizada en la fase de
bombeo de vacío 172. Los iones que pasan desde fase de bombeo 171 a
través del orificio del separador 176 son atrapados y no pueden
moverse muy lejos del eje en la dirección radial ni ser
transmitidos a través de la guía de iones 170. Los iones que salen
de la guía de iones 170 son enfocados por lente de la salida 175 en
la trampa de iones 177 a través de placa de extremidad 174. La
apertura de la placa de extremidad de la trampa de iones 178,
también sirve como el orificio en la tercera fase de bombeo de
vacío 173. Los iones pueden ser inyectados en una trampa de iones a
través de diferentes espacios o aperturas en los electrodos de
trampa de iones, no obstante, esta configuración está mostrada como
una forma de realización. La presión de vacío en la fase de vacío
172 y la longitud de la guía de iones multipolar 170 puede ser
configurada para provocar un enfriamiento colisional de iones
suficiente con el gas neutro ambiente dando como resultado un
estrechamiento de la dispersión de energía iónica para una m/z
dada. El uso de una única guía de iones multipolar de fase de
bombeo puede no permitir los equilibrios óptimos en el aumento del
rendimiento y en la reducción del coste de bombeo de vacío como es
posible con una guía de iones multipolar de fases de bombeo
múltiples pero algunas ventajas de rendimiento pueden ser
realizadas cuando se compara con el uso de una configuración de
lente de voltaje estático.
Otra variación con el uso de guías de iones
multipolares es la incorporación de dos o más guías de iones en
fases de bombeo de vacío consecutivas. Esto permite establecer
diferentes valores de a_{n} y q_{n} por guía de
iones pero aumenta la complejidad y el coste del sistema. La Figura
14 es un diagrama de un sistema de cuatro fases de vacío API/
espectrómetro de masas TOF con guías de iones multipolares de fase
de bombeo de vacío única 180 y 181 localizado en las fases de
bombeo 184 y 185 respectivamente que no caen dentro del campo de
las reivindicaciones pero se incluye para comprensión de la
presente invención. Los iones en fase de vacío 183 pasan a través
del separador 190 y se introducen en la guía de iones 180. Los
iones que son transportados a través de la fase de vacío 184 por la
guía de iones 180 son enfocados a través de la apertura 194 por la
lente de salida 187 multipolar 180. Los iones luego se introducen
en una segunda guía de iones 181 en la fase de vacío 185 y son
enfocados por la lente 188 a través de la apertura 189 cuando salen
de la guía de iones multipolar 181. Los iones que pasan por la
apertura 189 en la fase de vacío 186 son impulsados ortogonalmente
con el conjunto de lentes 191 en el analizador de masas TOF 192.
Las guías de iones multipolares pueden ser accionadas con valores
independientes de a_{n} y q_{n} que pueden ser
establecidos para optimizar el ciclo de funcionamiento y
sensibilidad de TOF. De forma similar a la configuración de la guía
de iones multipolar de fases múltiples de bombeo continuo, la
configuración de guía de iones multipolar doble como está
representado en la figura 14 puede ser usada para reducir la
dispersión de energía iónica y entregar iones de energía baja en el
analizador de masas. No obstante, con la configuración de la guía de
iones multipolar doble, se pueden producir pérdidas en la eficacia
de transmisión de iones en la región de las lentes de voltaje
estático 187 y 195 entre los dos ensamblajes multipolares 180 y
181.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citada por el
solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información
del lector. No forma parte del documento de patente europea. La
misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin
embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u
omisiones.
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Claims (45)
1. Aparato para analizar especies químicas,
comprendiendo:
(a) una fuente de iones para producir iones a
partir de una sustancia de muestra;
(b) al menos dos fases de vacío (53, 41, 42,
54), cada una de dichas fases de vacío (53, 41, 42, 54) teniendo
medios para bombear hacia afuera el gas para producir un vacío
parcial, dichas fases de vacío (53, 41, 42, 54) estando en
comunicación entre sí de manera que dichos iones puedan moverse a
través de una secuencia de fases de vacío (53, 41, 42, 54) y donde
cada fase de vacío sucesiva en dicha secuencia de fases de vacío
tiene una presión ambiente inferior que la fase de vacío
precedente;
(c) un analizador de masas (57) y detector,
dicho analizador de masa (57) y detector estando localizado en al
menos una de las fases de vacío (54); y
(d) al menos una guía de iones multipolar (40);
y
(e) medios para aplicar voltaje eléctrico a
dicha al menos una guía de iones multipolar (40);
donde:
dicha al menos una guía de iones multipolar (40)
se extiende continuamente desde una fase de vacío (41) dentro de al
menos una fase de vacío posterior (42) y donde la presión ambiente
para una parte de la longitud de la guía de iones multipolar es lo
suficientemente alta para provocar un enfriamiento de la energía
cinética iónica dando como resultado una reducción de la dispersión
de la energía iónica para dichos iones de una proporción masa a
carga dada transmitida a través de dicha guía de iones
multipolar.
2. Aparato según la reivindicación 1, donde la
primera de dichas fases de vacío (53) está en comunicación con
dicha fuente de iones de manera que dichos iones pueden moverse
desde dicha fuente de iones a dicha primera de dichas fases de
vacío (53).
3. Aparato según las reivindicaciones 1 o 2,
donde dicha fuente de iones produce iones a partir de una solución
y entrega dichos iones en una primera fase de bombeo de vacío (53)
a través de un orificio (50).
4. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicha al menos una guía de iones multipolar (40) es
cuadrupolar o hexapolar o tiene más de seis polos.
5. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicho analizador de masas (57) es uno de un espectrómetro de
masas cuadrupolar, un espectrómetro de masas por sector magnético,
un espectrómetro de masas por trampa de iones, o un espectrómetro
de masas por transformada de Fourier.
6. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicho analizador de masas (57) es un espectrómetro de masas
por tiempo-de-vuelo.
7. Aparato según la reivindicación 6, donde
dicho espectrómetro de masas por
tiempo-de-vuelo comprende una región
de impulsos de iones, y un tubo de
tiempo-de-vuelo (127).
8. Aparato según la reivindicación 7, donde
dicho analizador de masas por
tiempo-de-vuelo incluye medios para
el impulso ortogonal de dichos iones de dicha región de impulsos en
dicho tubo de tiempo-de-vuelo
(127).
9. Aparato según la reivindicación 7, donde
dicho analizador de masas por
tiempo-de-vuelo incluye medios para
impulsar linealmente dichos iones desde dicha región de impulsos en
dicho tubo de tiempo-de-vuelo
(127).
10. Aparato según la reivindicación 6, donde
dicho analizador de masas por
tiempo-de-vuelo incluye una trampa
de iones para el impulso de dichos iones desde dicha región de
impulsos en dicho tubo de
tiempo-de-vuelo (127).
11. Aparato según la reivindicación 6, donde
dichos medios para aplicar voltaje eléctrico a dicha guía de iones
multipolar comprende medios para aplicar voltajes de CA y CC
ajustables que pueden ser establecidos para aumentar el ciclo de
funcionamiento de dicho analizador de masas por
tiempo-de-vuelo.
12. Aparato según la reivindicación 6, donde
dichos medios para aplicar voltaje eléctrico a dicha guía de iones
multipolar comprende medios para aplicar voltaje de CA y CC
ajustable que puede ser establecido para reducir el tiempo muerto
del detector de dicho analizador de masas por
tiempo-de-vuelo.
13. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dichas al menos dos fases de vacío (53, 41, 42, 54)
comprenden tres de dichas fases de vacío (41, 42, 54).
\global\parskip0.930000\baselineskip
14. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dichas al menos dos fases de vacío (53, 41, 42, 54)
comprenden cuatro de dichas fases de vacío (53, 41, 42, 54).
15. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dichas al menos dos fases de vacío (53, 41, 42, 54)
comprenden más de cuatro de dichas fases de vacío (53, 41, 42,
54).
16. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicha al menos una guía de iones multipolar (165) se extiende
continuamente en al menos tres de dichas fases de vacío (148, 157,
151).
17. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicha al menos una guía de iones multipolar (40) se extiende
continuamente en dos de dichas fases de vacío (41, 42).
18. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicho aparato comprende al menos tres fases de vacío (53, 41,
42, 54), y donde dicha al menos una guía de iones multipolar (40)
se inicia en la segunda fase de vacío (41) de dichas fases de vacío
y se extiende continuamente en la tercera fase de vacío (42) de
dichas al menos tres fases de vacío (53, 41, 42, 54).
19. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicha al menos una guía de iones multipolar (165) se inicia
en la primera (148) de dichas al menos dos fases de vacío (148,
157, 151)) y se extiende continuamente en la segunda fase de vacío
(157) de dichas al menos dos fases de vacío (148, 157, 151).
20. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicha al menos una guía de iones multipolar (40) se extiende
continuamente desde una fase de bombeo de vacío (41) a la siguiente
(42) de dichas al menos dos fases de bombeo de vacío (53, 41, 42,
54).
21. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicha al menos una guía de iones multipolar (165) se inicia
en la primera fase de vacío (148) de dichas al menos dos fases de
vacío (148, 157, 151).
22. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicha al menos una guía de iones multipolar (40) se inicia en
la segunda fase de vacío (41) de dichas al menos dos fases de vacío
(53, 41, 42, 54).
23. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicho aparato comprende al menos tres fases de vacío (148,
157, 151), y donde dicha al menos una guía de iones multipolar
(165) se extiende continuamente desde la primera (148) de dichas al
menos tres fases de vacío (148, 157, 151) a través de al menos dos
fases de vacío posteriores (157, 151) de dichas al menos tres fases
de vacío (148, 157, 151).
24. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde la primera (53) de dichas al menos dos fases de vacío (53,
41, 42, 54) tiene una presión ambiente inferior a 2.6 kPa (20
torr).
25. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde la segunda (41) de dichas fases de vacío (53, 41, 42, 54)
tiene una presión ambiente inferior a 66.5 Pa (500 militorr).
26. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dichas al menos dos fases de vacío (53, 41, 42, 54)
comprenden al menos tres fases de vacío (53, 41, 42, 54) y donde la
tercera (42) de dichas al menos tres fases de vacío (53, 41, 42,
54) tiene una presión ambiente inferior a 1.33 Pa (10
militorr).
27. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dichos medios de aplicación de voltaje eléctrico a al menos
una guía de iones multipolar (40) incluye la aplicación de voltaje
de CA y CC a dicha al menos una guía de iones multipolar (40).
28. Aparato según la reivindicación 27, donde
dichos voltajes de CA y CC y la frecuencia de CA son
ajustables.
29. Aparato según la reivindicación 27, donde
dicha frecuencia de CA es fija, dicha amplitud de voltaje de CA es
ajustable y dichos voltajes de CC son ajustables.
30. Aparato según la reivindicación 28, donde
dicha frecuencia de CA y dichos voltajes de CA y CC son
establecidos para limitar la gama de
masa-a-carga de dichos iones que
pueden ser transmitidos a través de dicha al menos una guía de
iones multipolar (40).
31. Aparato según la reivindicación 29, donde
dicha frecuencia de CA es fija y dicha amplitud de voltaje de CA y
dichos voltajes de CC son ajustados para limitar la gama de
masa-a-carga de iones que pueden
ser transmitidos a través de dicha al menos una guía de iones
multipolar (40).
32. Aparato según la reivindicación 28 o 29,
donde dichos voltajes de CA y CC son ajustados para seleccionar la
energía de dichos iones que se introducen en dicho analizador de
masas (57).
33. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde la presión ambiente en al menos una de dichas al menos dos
fases de vacío donde se extiende una parte de dicha al menos una
guía de iones multipolar (40) es de tal manera que se produce el
enfriamiento colisional de la energía cinética iónica.
\global\parskip1.000000\baselineskip
34. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde al menos una (41) de dichas al menos dos fases de vacío (41,
42) en las que dicha al menos una guía de iones multipolar (40) se
extiende siendo mantenida a una presión ambiente de al menos 0,13
Pa (1 militorr), más preferiblemente al menos 6,6 Pa (50 militorr),
más preferiblemente al menos 13,3 Pa (100 militorr), incluso más
preferible al menos 20 Pa (150 militorr).
35. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde la distancia radial desde la superficie interna de un polo
(160) de dicha al menos una guía de iones multipolar (40) a la
línea central de dicha al menos una guía de iones multipolar (40)
no es mayor de 2.5 milímetros, de forma más preferible no mayor de
1.5 milímetros, incluso más preferible no mayor de 1.0
milímetros.
36. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicha fuente de iones funciona sustancialmente a presión
atmosférica.
37. Aparato según la reivindicación 1, 2 o 3,
donde dicha fuente de iones es una de una fuente de iones por
electrospray, una fuente de ionización química a presión
atmosférica, una fuente de iones de plasma acoplado inductivamente,
o una fuente de iones por electrospray con asistencia de
nebulización neumática.
38. Método de análisis de especies químicas
comprendiendo:
(a) suministrar el aparato según la
reivindicación 1;
(b) producir iones a partir de una sustancia de
muestra usando dicha fuente de iones;
(c) dirigir dichos iones en dicha guía de iones
multipolar (40), dicha guía de iones multipolar (40) teniendo un
voltaje eléctrico aplicado a dicha guía de iones multipolar
(40);
(d) dirigir dichos iones a través de dicha al
menos una guía de iones multipolar (40); y,
(e) transferir dichos iones en dicho
espectrómetro de masas (57) y detector para analizar dichos
iones.
39. Método según la reivindicación 38, donde
dicha fase de producción de dichos iones es realizada a presión
sustancialmente atmosférica.
40. Método según la reivindicación 38, donde
dicha sustancia de muestra introducida en dicha fuente de iones es
una solución.
41. Método según la reivindicación 38,
comprendiendo además la fase de mantener una presión ambiente de al
menos 0.13 Pa (1 militorr), más preferiblemente al menos 6.6 Pa (50
militorr), más preferiblemente al menos 13.3 Pa (100 militorr),
incluso más preferiblemente al menos 20 Pa (150 militorr) en al
menos una de dichas fases de vacío (53, 41, 42, 54) en la que está
localizada una parte de dicha guía de iones (40).
42. Método según la reivindicación 38, donde
dicho voltaje eléctrico aplicado a dicha al menos una guía de iones
multipolar (40) comprenden componentes de CA y CC, y comprenden
además la fase de aplicación de dicho voltaje eléctrico
comprendiendo componentes de CA y CC para dicha al menos una guía
de iones multipolar (40) para establecer la energía de dichos iones
que salen de dicha al menos una guía de iones multipolar (40).
43. Método según la reivindicación 38, donde
dicho voltaje eléctrico aplicado a dicha al menos una guía de iones
multipolar (40) comprende componentes de CA y CC, y comprende
además la fase de aplicación de dicho voltaje eléctrico
comprendiendo componentes de CA y CC para dicha al menos una guía
de iones multipolar (40) para limitar la gama de
masa-a-carga de dichos iones que
pasarán a través de dicha al menos una guía de iones multipolar
(40).
44. Método según la reivindicación 38, donde
dicho análisis es realizado con cualquiera de un analizador de
masas cuadrupolar (57), un analizador de masas por sector
magnético, un analizador de masas por
tiempo-de-vuelo, un analizador de
masas por trampa de iones (177), un analizador de masas por
transformada de Fourier, o un analizador de masas por
tiempo-de-vuelo que tiene una región
de impulsos y un tubo de
tiempo-de-vuelo (127).
45. Método según la reivindicación 38, donde
dicha fase de producción de dichos iones es realizada usando
cualquiera de ionización por electrospray, ionización por
electrospray asistida por nebulizador, ionización química a presión
atmosférica, o ionización de plasma acoplado inductivamente.
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