[发明专利]直线式离子阱及质量分析器系统和方法

说明书

本申请是申请人为：珀杜研究基金会，申请日为：2003年12月31日，申请号为：200380110126.4，名称为：直线式离子阱及质量分析器系统和方法的发明的分案申请。

本申请要求2003年1月10日申请的序号60/439350的临时申请的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及一种离子阱及离子阱质量分析器，特别是，涉及一种直线式离子阱和使用直线式离子阱的质量分析器。

背景技术

具有在r和z（在极坐标系统中）两方向上的四极场的三维离子阱对离子施加线性力，可以用作对具有较宽或较窄质/荷比范围的离子的离子阱。场的形状通常由一个环形电极和两个双曲线形的端盖电极这三个电极组成的一组电极来确定。这样的装置称为保罗或四极离子阱。在更简单的替代装置中，圆柱形离子阱（CITs），环的内表面是圆柱形的而端盖是平的。

保罗阱和圆柱形离子阱已知有一些缺点。它们包括对可陷获的离子的数量的限制和对外部离子射入的效率较低。为了使空间电荷效应最小化因而在商业质谱仪中实现高分辨率，在典型的实验中，只有500个或更少的离子能被陷获。通过端盖电极的入口孔射入的全体离子经历RF场，只有那些在适当的RF相位射入的离子能被有效地陷获。和缓冲气体的碰撞帮助陷获，大体上连续射入离子的陷获效率小于5％，在许多情况下还更少。

另一种离子阱，线性离子阱，专注于这些问题。线性离子阱包括伸长的隔开的多极杆，RF和DC电压施加在上面以陷获由多极杆限定的体积中的离子。在美国专利6177668中描述了具有伸长的多极杆装置的线性离子阱。二维的RF场放射状限定这些落入有关质量范围内的被陷获离子。这些离子被施加到端电极上的dc场轴向容纳在杆限定的体积内。被陷获的离子通过由边缘场引起的离子的自由度的混合而被质量选择性地轴向射出。美国专利6403955专注于四极离子阱质谱仪，其陷获体积由间隔的杆限定。离子在陷获体积中的运动产生离子的象电流特性。美国专利5420425描述了一种线性四极离子阱，其中通过形成在限定陷获体积的间隔线形杆其中之一上的伸长开口射出离子。上面所有的离子阱，除了圆柱形离子阱意外，都需要精确的机械处理如加工、装配等，在制造使用离子阱的小的便携式的质量分析器时，该机械处理就要更复杂。

美国专利6483109公开一种多段质谱仪。一个优选实施例包括与质量选择的离子阱装置的线形阵列连接的脉冲离子源，至少一个阱连接导外部的离子检测器。每个离子阱构造为具有用于散布在一对沿其z轴排列的保护单元之间的感兴趣离子的陷获的存储单元。射频（RF）和直流（DC）电压施加到离子阱装置的电极上而将离子保持在存储单元中。每个陷获单元具有一个亚区，其中离子的动态运动沿z方向展现出依赖于m/z的谐振频率，允许离子的运动被m/z值选择性地激发。AC电压可以与施加的DC电压中的时间分解（time-resolved）的改变结合以使单独的陷获单元可以在离子陷获、质量选择和离子断裂模式之间切换。离子可以选择性的在离子阱中传输，并选择性的在每个阱中离解以能实现MSⁿ操作。离子阱的线性阵列包括由若干个开放单元组成的谐波线性阱（HLTs）。HLTs的单元由在ZX和ZY平面上取向的平行六面体形矩形电极组成，而在XY平面上没有矩形电极。

发明内容

本发明的总体目的是提供一种具有新的且简单的几何形状的离子阱。

本发明的另一目的是提供一种离子阱，其允许在简单的几何形状中以高的陷获能力陷获气相离子。

本发明的另一目的是提供一种离子阱，其可操作为在质量选择的不稳定模式中提供质量分析，而在质量选择的稳定模式中和在破坏检测模式中与其他阱相同。可选的，当使用双曲线和圆柱形离子阱时可以使用非破坏检测模式容易地完成质量分析。

本发明的另一目的是提供用于质量存储、质量分析和质量分隔的直线式离子阱阵列。

本发明的又一目的是提供直线式离子阱阵列，其允许在离子阱上施加多种气相过程的组合以实现高灵敏度、高选择性及/或更高的离子分析处理量。