[发明专利]用于离子迁移谱的设备和方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于离子迁移谱(IMS)的设备和方法。这些设备和方法适于与质谱(MS)组合使用，例如，在混合IMS/MS仪中。

发明背景

已知的离子迁移谱仪典型地包括一个漂移管，其中导致离子在一个所施加的恒定电场的影响下漂移通过一个空间。已提出了漂移管的不同构造。漂移管可以例如包括沿着该光谱仪的长度轴向间隔开的一系列环状电极，其中在相邻环状电极之间维持一个恒定电势差，这样使得在轴向方向上产生一个恒定电场。向含有一种缓冲气体的漂移管中引入一个离子脉冲，并且当这些离子在该恒定电场的影响下行进通过该管时，它们获得一个恒定的漂移速度，并且根据其离子迁移率而在轴向方向上分离。该缓冲气体经常被安排成在与离子行进的方向相反的方向上流动。

一个离子迁移谱仪可以作为用于离子分离的装置独立操作或者它可以在所谓的混合IMS仪中与其他离子分离装置组合使用。混合IMS仪的实例包括基于液相色谱IMS(LC-IMS)、气相色谱IMS(GC-IMS)以及IMS质谱(IMS-MS)的那些。后一种类型的仪器是一种有力的分析工具，它采用质谱来进一步分离和/或鉴别离子迁移谱图中的峰。可以组合两种以上分离技术，例如，LC-IMS-MS。

离子迁移谱仪可以是在大气压下可操作的(参见，例如，US 5162649)并且可以提供高达150的分辨率(参见，例如，吴(Wu)等人，分析化学(Anal.Chem.)1998，70，4929-4938)。然而，在较低压力下操作更适合混合IMS-MS仪(参见例如，US 5905258和WO 01/64320)以提高分离速度并且减少离子损失。离子迁移谱仪在较低压力下的操作时常导致较大的扩散损失和较低的分辨率。为了应对扩散损失的问题，可以在漂移管中安排一个RF伪电势阱(pseudo-potential well)，以径向地限制离子，这样使得该RF伪电势阱用作离子导向器并且可以用于有效地运送离子(参见例如US 6630662)。

在对离子迁移谱仪的一个修改中，US 6914241描述了可以如何通过沿着包括多个轴向间隔开的电极的离子迁移谱仪或RF离子导向器的长度逐步施加瞬态DC电压来根据其离子迁移率分离离子。离子迁移谱仪可以包括一个RF离子导向器，如多极杆组(multipole rod set)或叠环组(stacked ring set)。该离子导向器在轴向方向上分段，这样使得可以对每个区段施加独立的瞬态DC电势。该瞬态DC电势叠加到一个RF电压的顶部之上，该RF电压用于径向限制离子和/或任何恒定的DC偏移电压。瞬态DC电势从而产生一个所谓的行波，该行波沿着离子导向器的长度在轴向方向上移动并且用于使离子沿着离子迁移谱仪的长度移动。

在以上类型的离子迁移谱仪中，离子沿着离子导向器被推进并且离子可以根据其离子迁移率来分离。然而，为了在相对低的压力下实现离子迁移分离的高分辨率或分辨力，必须采用一个相对长的漂移管，以便保持在所谓的低场极限内，如下文更详细地描述。

为了在一个RF离子导向器中根据离子迁移率沿轴向方向来分离离子，可以产生正交于用于进行径向限制的径向RF场的一个轴向DC电场。如果施加了一个恒定的轴向电场E，以便移动离子沿着并且通过含有气体的一个离子导向器，则离子将根据下式获得特征速度v：

v＝E*K(等式1)

其中K是离子迁移率。

为了在所谓的低场状态下维持离子迁移分离，在低场状态下离子不从驱动场接受足够动能，E(单位：V/m)与背景气体压力P(单位：毫巴)的比应保持为低于约200V/(m*毫巴)的值。同时，根据离子迁移率(FWHH)的分离的分辨力R受限于扩散并且可以近似估算为：

(等式2)