[发明专利]可用作四极质量过滤器的二维径向喷射阱

说明书

技术领域

本发明涉及质谱仪，更特别地涉及二维径向喷射离子阱质量分析仪。

背景技术

二维径向喷射离子阱在文献中已经被广泛描述(例如，见Schwartz等人的“A Two-Dimensional Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometer(二维四极离子阱质谱仪)”，J.Am.Soc.Mass Spectrometry，13：659-669(2002))，并且被广泛用于多种物质(包括如药剂及其代谢物等小分子，以及肽和蛋白质等大生物分子)的质谱分析。通常所描述的，这种阱包括四个拉长的电极，每个电极具有双曲表面，配置为相互对齐并且对置地跨过阱的中心线的两个电极对。电极对中的至少一个电极设置有贯穿电极的厚度的孔(槽)，以允许喷射的离子穿过孔传输到相邻放置的检测器。通过将相反相位的射频(RF)阱电压施加到电极对，离子被径向地限制在离子阱内部，并且通过将适当的直流偏置施加到电极的端部或在轴向上位于电极外部的透镜或电极的中间部分，离子可以被轴向地限制。为了执行分析扫描，当射频阱电压的幅值下降时，偶极共振激发电压施加到整个有孔的电极对的电极(通常称为X-电极，因为它们与直角坐标系统的X轴对齐，定向直角坐标系统使得X和Y是阱的径向轴而Z是沿着阱的中心线延伸的纵轴)。这会导致捕获的离子与施加的激发电压以它们的质量电荷比(m/z)的量级进行共振。共振激发的离子产生不稳定的轨迹，并从通过X-电极的孔从阱向检测器喷射，该检测器产生表示喷射的离子数量的信号。检测器信号传递到数据和控制系统以处理和产生质谱。

人们早已认识到，X-电极的孔的存在将在期望的四极捕获场(特别是增加的负八极(其中两个X-电极都有孔)以及其他更高的偶阶场分量)中产生失真。当分析扫描采用离子阱时，已发现这些场失真对工作有显着影响，包括但不限于离子频移和质量准确度退化。离子阱设计者试图补偿孔导致的场失真并且使相关不利影响降到最低的一种方式是，在外部移动有孔电极(X-电极)，使得有孔电极相对于无孔的电极被放置在距阱中心线稍远的距离。这种向外的位移有助于取消(或可以反向)由电极中的孔引起的场失真。这种方法(通常称为“拉伸”该阱)的缺点是，当RF电压以正常方式施加到电极时(由此一个电极对的电极接收电压，该电压与其他电极对的电极的电压幅值相等且极性相反)，产生的电场是不平衡的，造成设备的中心线表现出明显的RF电势。然后当离子沿中心线被引入到阱内部时，对于给定的RF幅值，离子的接收可能明显依赖于m/z，这是不期望的行为。此外，不平衡场中的离子能够在X和Y维度以不同的频率有效地振荡，从而消除了在这两个维度进行相位锁定共振实验的可能性。此外，由于八极场分量，所以与改变离子轨迹幅值相关联的振荡频移与X和Y维度的离子运动方向相反。

现有技术中已经提出了在径向喷射二维离子阱中平衡RF场的各种方法，包括改变有孔电极的双曲表面轮廓以减少其相对于无孔电极的曲率半径(见Senko的、题为“System and Method for Implementing Balanced RF Fields in an Ion Trap Device(在离子阱设备中实现平衡的RF场的系统和方法)”的第11/437,038号美国专利申请)，并将不同幅值的RF电压施加到有孔和无孔电极(见Schwartz的、题目也是“System and Method for Implementing Balanced RF Fields in an Ion Trap Device(在离子阱设备中实现平衡的RF场的系统和方法)”的第11/437,087号美国专利申请)。然而，这些方法在实践中可能很难实施，而且会大大增加成本和/或生产与操作质谱仪仪器的复杂性。

因此，在质谱领域仍然需要二维径向喷射离子阱，该二维径向喷射离子阱在维持平衡的RF电场的同时，减少或者消除由于喷射孔的存在而引起的场失真的不利性能影响。

发明内容