專利名稱：利用寬帶波形信號(hào)的高分辨率離子分離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及離子分離波形信號(hào)及其在含離子體積方面的應(yīng)用，其中使 所選中的質(zhì)荷比或質(zhì)荷比范圍的離子與出現(xiàn)在體積中的其它離子分離。本發(fā)明 還涉及用于可以利用離子分離信號(hào)的離子分離的方法、系統(tǒng)和裝置。例如，可 以連同與光譜測(cè)定法有關(guān)的操作一起來(lái)使用離子分離信號(hào)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)在要求控制離子運(yùn)動(dòng)的許多不同應(yīng)用中使用了離子存儲(chǔ)裝置。尤其，
已經(jīng)利用了離子存儲(chǔ)裝置作為質(zhì)譜測(cè)定法(MS)系統(tǒng)中的質(zhì)量分析器或分類器。 離子存儲(chǔ)裝置包括離子阱，其中在要求的時(shí)間周期內(nèi)可以對(duì)覆蓋不同質(zhì)荷 (m/z)比的較寬范圍的選中離子進(jìn)行引入或形成、存儲(chǔ)，并且經(jīng)受分裂或其 它過(guò)程。還可以從離子阱選擇性地噴射離子以消除或檢測(cè)經(jīng)噴射的離子，或與 要求保留在離子阱中以待額外研究或處理的其它離子分離。根據(jù)設(shè)計(jì)，可以通 過(guò)電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)來(lái)建立離子阱。涉及到本揭示的范圍，各種類型的離子存儲(chǔ) 裝置以及使用離子存儲(chǔ)裝置的各種類型的MS系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)和操作通常都是 已知的，因此不需要在本揭示中詳細(xì)描述。
在提供基于電場(chǎng)的離子阱的離子存儲(chǔ)裝置的操作中，把射頻(RF)信號(hào)施 加于離子存儲(chǔ)裝置的電極結(jié)構(gòu)以增加RF捕集場(chǎng)。RF捕集場(chǎng)限制離子沿兩或三 維到電極結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間中的離子捕集體積或區(qū)域的運(yùn)動(dòng)。還可以把補(bǔ)充RF信 號(hào)與主RF捕集信號(hào)一起施加于電極結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生補(bǔ)充RF激勵(lì)場(chǎng)。其中，可以利 用補(bǔ)充RF場(chǎng)從離子捕集體積噴射離子以進(jìn)行消除或檢測(cè)。尤其，可以利用補(bǔ) 充RF場(chǎng)從離子阱噴射不需要離子，從而從離子阱中分離出所需要的、選中質(zhì) 量或質(zhì)量范圍的離子。為了分離出需要離子，可能通過(guò)從具有寬帶波形的補(bǔ)充 RF信號(hào)產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)從離子存儲(chǔ)裝置同時(shí)噴射不同ra/z比值范圍的所有不需要離 子。此外，寬帶波形信號(hào)在其頻譜中有一個(gè)凹槽?？梢栽O(shè)置操作參數(shù)以致所需 要的一個(gè)或多個(gè)離子的長(zhǎng)期的頻率落在凹槽的帶寬(凹槽帶)內(nèi)。凹槽帶不包 含頻率與該長(zhǎng)期的頻率對(duì)應(yīng)的信號(hào)分量。因此，可以利用凹槽寬帶波形信號(hào)來(lái) 噴射質(zhì)量大于或小于需要離子的質(zhì)量的不需要離子，同時(shí)需要離子保留在阱中 不受該寬帶信號(hào)的影響，因此與經(jīng)噴射的、不需要離子分離。
由于兩個(gè)離子的特性或特征頻率(secular frequency)相互接近，可以 緊密地耦合不同m/z比值的兩個(gè)離子的離子運(yùn)動(dòng)。當(dāng)把凹槽寬帶信號(hào)施加于離 子存儲(chǔ)裝置來(lái)分離離子時(shí)，兩個(gè)不同離子的特征頻率的接近是一個(gè)問(wèn)題。例如， 考慮已經(jīng)捕集在離子存儲(chǔ)裝置中的多個(gè)離子。這些離子包括m/z比值為M的需 要離子、m/z比值為M+l的不需要離子以及ra/z比值為M+i的其它離子，其中 i〉1?？梢园寻疾蹏娚洳ㄐ涡盘?hào)施加于離子存儲(chǔ)裝置以致M離子的特征頻率落 在凹槽的頻帶寬(凹槽帶)中，M+l離子的特征頻率落在凹槽帶外但是處于或 接近于凹槽帶的邊緣，以及其它M+i離子的各自的特征頻率落在比M+1離子更 遠(yuǎn)離凹槽帶處。噴射M+1離子比噴射M+i離子需要更多的功率。傳統(tǒng)上，通過(guò) 施加平均功率足夠高的整個(gè)合成波形信號(hào)以有效地噴射M+l離子因此使M+l離 子與M離子分離而致力于這個(gè)要求。然而，這意味著，也使用高功率來(lái)噴射更 遠(yuǎn)的M+i離子。不幸地，這個(gè)高功率趨向于減少凹槽的有效帶寬，因此減少了 質(zhì)量分辨率。此外，不需要用有效地噴射M+1離子那樣的較高功率來(lái)噴射質(zhì)量 遠(yuǎn)離需要的M離子的其它不需要的(M+i)離子。
如上所述，提供這樣的離子分離波形信號(hào)是有利的，這些離子分離波形信 號(hào)是為從不需要離子中分離出需要離子而較佳地定制的，并且不需要像以前施 加的分離波形信號(hào)那么多的功率。這些改進(jìn)的分離波形信號(hào)只有當(dāng)需要時(shí)才提 供高功率一在頻率處于或接近于特征頻率(該特征頻率對(duì)應(yīng)于要分離的需要離 子，用于共振地噴射ro/z比值與需要離子的m/z比值接近的離子)處，但是不 在與不需要離子(這些不需要離子的m/z比值遠(yuǎn)離需要離子的m/z比值)相關(guān) 聯(lián)的頻率處。如此，可以從不需要離子有效地分離出需要離子，同時(shí)提高質(zhì)量 分辨率，或至少不降級(jí)，并且可以施加平均功率更低于傳統(tǒng)要求的離子分離信 號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
為了處理上述問(wèn)題的全部或一部分，和/或熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)觀 察到的其它問(wèn)題，本揭示提供了用于分離離子的方法、系統(tǒng)、裝置和/或設(shè)備， 如下所闡明的實(shí)施中通過(guò)例子的描述。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施，提供用于在離子捕集體積中分離需要離子的方法。把離 子分離信號(hào)施加于離子捕集體積中的多個(gè)離子，包括要保留在離子捕集體積中 的需要離子和要從離子捕集體積噴射出的不需要離子。離子分離信號(hào)包括橫越 頻率范圍的多個(gè)信號(hào)分量。多個(gè)信號(hào)分量包括頻率接近需要離子的特征頻率的 第一分量以及頻率與第一分量的頻率鄰近的鄰近分量。第一分量的幅度比鄰近 分量的幅度大范圍從約1. 1到6的一個(gè)因子。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施，離子分離信號(hào)包括多個(gè)橫越頻率范圍的多個(gè)信號(hào)分量。 頻率范圍包括下頻帶，上頻帶以及分開(kāi)下頻帶和上頻帶的凹槽帶。多個(gè)信號(hào)分 量包括第一分量和鄰近分量。第一分量具有與在凹槽帶外的、處于凹槽帶的邊 緣處的需要離子的特征頻率接近的第一頻率。鄰近分量具有處于第一頻率的同 一頻帶中的、與同一頻帶中的其它信號(hào)分量相比與第一頻率鄰近的鄰近頻率。 第一頻率的幅度大于鄰近分量的幅度。下頻帶或上頻帶可以包括第一分量。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施，第一頻率處于低頻帶中，并且處于凹槽帶的第一邊緣處。 多個(gè)信號(hào)分量還包括第二分量和最接近分量。第二分量具有接近需要離子的特 征頻率的、在凹槽帶的第二邊緣處的凹槽帶外的第二頻率。最接近分量具有在 上頻帶中的和與上頻帶中的其它信號(hào)分量相比與第二頻率鄰近的最接近頻率。 第二頻率的幅度大于最接近分量的幅度。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施，提供用于分離在內(nèi)部需要的離子的裝置。該裝置包括具
有內(nèi)部的電極配置。該裝置還包括用于把離子分離信號(hào)施加于電極機(jī)構(gòu)以把RF
激勵(lì)場(chǎng)賦予內(nèi)部中的多個(gè)離子的裝置，多個(gè)離子包括內(nèi)部中要保留的需要離子 以及要從內(nèi)部噴射出去的不需要離子。離子分離信號(hào)包括橫越頻率范圍的多個(gè) 信號(hào)分量。多個(gè)信號(hào)分量包括頻率接近需要離子的特征頻率的第一分量，以及 鄰近分量，該鄰近分量的頻率與其它信號(hào)分簟相比與第一分量的頻率鄰近。第
一分量的幅度比鄰近分量的幅度大范圍從約1. 1到6的一個(gè)因子。


圖1是示意圖，以橫截面圖示出三維或兩維離子存儲(chǔ)裝置以及相關(guān)聯(lián)的元 件和電路，作為可以應(yīng)用本揭示中揭示的離子分離波形信號(hào)的操作環(huán)境的一個(gè) 例子。
圖2是根據(jù)本揭示產(chǎn)生的離子分離信號(hào)的一個(gè)例子在頻域中的圖示。 圖3是根據(jù)本揭示產(chǎn)生的離子分離信號(hào)的另一個(gè)例子在頻域中的圖示。 圖4是根據(jù)本揭示產(chǎn)生的離子分離信號(hào)的另一個(gè)例子在頻域中的圖示。
圖5是根據(jù)本揭示產(chǎn)生的離子分離信號(hào)的另一個(gè)例子在頻域中的圖示。 圖6是根據(jù)本揭示產(chǎn)生的離子分離信號(hào)的另一個(gè)例子在頻域中的圖示。 圖7示出沒(méi)有施加離子分離信號(hào)的經(jīng)質(zhì)量分析的采樣的質(zhì)譜。 圖8示出圖7的經(jīng)質(zhì)量分析的采樣的質(zhì)譜，但是在施加現(xiàn)有技術(shù)的凹槽寬
帶離子分離信號(hào)之后。
圖9示出圖7的經(jīng)質(zhì)量分析的采樣的質(zhì)譜，但是在施加本揭示中描述的類
型的離子分離信號(hào)之后。
圖IO是流程圖，示出實(shí)施本揭示中描述的離子分離信號(hào)的例子。
具體實(shí)施例方式
通常把術(shù)語(yǔ)"質(zhì)量一對(duì)一電荷"表示為m/z、 m/e或m/q，或通常在電荷數(shù) 具有值"1"時(shí)簡(jiǎn)稱為"質(zhì)量"。因此，為了本揭示的目的，可同等地處理諸 如"m/z比值"和"質(zhì)量"之類的術(shù)語(yǔ)，并且可以互換使用，除非另行指出。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)"需要的離子"是指在給定空間中(諸如通過(guò)離子 存儲(chǔ)裝置提供的一個(gè)體積中)所選中的、要與其它不同質(zhì)量的離子分離的給定 質(zhì)量的離子。在分離需要離子方面沒(méi)有施加限制。在一些應(yīng)用中，可以分離需 要離子來(lái)促使需要離子成為較小離子的后續(xù)的分裂，例如，作為一前一后的MS (MS/MS或MS"分析的一部分。在其它實(shí)施中，可以分離需要離子以促進(jìn)對(duì) 可以包含需要離子的反應(yīng)、離子一分子交互作用、氣相離子化學(xué)等的研究。在 這些應(yīng)用的許多應(yīng)用中，己經(jīng)在著作上把需要離子指為"母"離子或"先驅(qū)" 離子。
如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)"不需要的"離子、"不想要的離子"或"受到拒 絕的離子"是指選中的、要從給定空間中(諸如通過(guò)離子存儲(chǔ)裝置提供的一個(gè)
體積中)消除或噴射出去的給定質(zhì)量的離子，通常作為分離一個(gè)或多個(gè)需要的 離子的處理的一部分。根據(jù)執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)，可以丟棄或可以檢測(cè)經(jīng)噴射出的不需 要的離子。然而，更一般性地，在噴射不需要離子方面沒(méi)有施加限制。
通常，這里使用術(shù)語(yǔ)"通信"(例如，第一分量與第二分量"進(jìn)行通信" 或"正在進(jìn)行通信")來(lái)表示兩個(gè)或多個(gè)分量(或元件、特征等)之間的結(jié)構(gòu) 的、功能的、機(jī)械的、電氣的、光學(xué)的、磁的、離子的或流體的關(guān)系。同樣地, 說(shuō)一個(gè)分量與第二分量進(jìn)行通信這樣的事實(shí)并不旨在排除在第一和第二分量 之間可以存在、和/或可操作地相關(guān)聯(lián)或接合另外的分量的可能性。
這里揭示的主題一般涉及離子分離波形信號(hào)的產(chǎn)生和應(yīng)用?？梢园央x子分 離波形信號(hào)施加于任何合適的電極結(jié)構(gòu)以在電極結(jié)構(gòu)的相對(duì)立的電極之間包 含的空間中產(chǎn)生離子一分離電場(chǎng)。同樣地，可以把離子分離波形信號(hào)施加于還 施加了離子捕集場(chǎng)的離子存儲(chǔ)裝置?？梢允┘与x子分離波形信號(hào)作為質(zhì)譜測(cè)定 過(guò)程的一部分。因此，施加了離子分離波形信號(hào)的離子存儲(chǔ)裝置可以和合適的 質(zhì)譜測(cè)定系統(tǒng)一起操作。然而，本揭示中描述的離子分離波形信號(hào)的各種應(yīng)用
不局限于這些類型的過(guò)程、裝置和系統(tǒng)。下面參考圖i一io更詳細(xì)地描述離子
分離波形信號(hào)及其在裝置和方法中實(shí)施的例子。
如上所述，可以使用離子存儲(chǔ)裝置來(lái)約束具有不同m/z比值范圍的離子的 運(yùn)動(dòng)，以致穩(wěn)定地捕集和存儲(chǔ)這些離子達(dá)要求的時(shí)間周期。下面描述和在圖1
中示出離子存儲(chǔ)裝置的例子。在使用中，可以把RF捕集信號(hào)施加于離子存儲(chǔ)
裝置的電極結(jié)構(gòu)以在由電極結(jié)構(gòu)中電極的面向內(nèi)的表面定義的內(nèi)部空間中產(chǎn)
生RF捕集場(chǎng)。在典型的但是非限制性的實(shí)施中，配置電極結(jié)構(gòu)為如下所述的 具有三個(gè)主電極的四極離子阱。結(jié)果，四極RF捕集場(chǎng)捕集具有不同ra/z比值 范圍的離子。起初，根據(jù)RF捕集場(chǎng)和離子存儲(chǔ)裝置的參數(shù)，不能夠約束出現(xiàn) 在離子存儲(chǔ)裝置中的、m/z比值落在捕集范圍(受到RF捕集場(chǎng)影響的范圍)外 的離子，-因此從離子存儲(chǔ)裝置中消除這些離子，從而其余的離子仍存儲(chǔ)在捕集 場(chǎng)中。繼續(xù)捕集的離子可以包括具有一個(gè)或多個(gè)選中的m/z比值的需要離子以 及具有其它m/z比值的不需要離子。
某些實(shí)驗(yàn)要求在離子存儲(chǔ)裝置中保留選中一個(gè)或多個(gè)m/z比值的離子(需 要的離子)以待進(jìn)一步研究或處理，并且從離子存儲(chǔ)裝置中除去其余的、具有
其它m/z比值的不需要離子。為了完成這個(gè)過(guò)程，要實(shí)施使需要離子與不需要 離子分離的一種技術(shù)。例如，可以把另外的、補(bǔ)充RF分離信號(hào)施加于電極結(jié)
構(gòu)以在電極結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間中產(chǎn)生RF激勵(lì)場(chǎng)(或RF分離場(chǎng))。補(bǔ)充的RF信 號(hào)一般施加于電極結(jié)構(gòu)中一對(duì)對(duì)置的電極以在這兩個(gè)對(duì)置電極之間的內(nèi)部空 間中產(chǎn)生周期性的補(bǔ)充RF雙極場(chǎng)。補(bǔ)充的RF信號(hào)通過(guò)沿設(shè)置有兩個(gè)對(duì)置電極 的軸的共振激勵(lì)而從捕集場(chǎng)噴射出選中m/z比值的不需要離子。共振激勵(lì)的機(jī) 構(gòu)和通過(guò)共振激勵(lì)噴射離子的各種技術(shù)是眾知的，因此不需要在本揭示中詳細(xì) 描述。這里，要注意，只有在不需要離子的特征頻率等于或接近補(bǔ)充的RF信 號(hào)的頻率時(shí)才噴射不需要離子，假定在該共振條件下補(bǔ)充的RF信號(hào)向不需要
離子提供足夠功率使其克服捕集場(chǎng)給予的恢復(fù)力。另一方面，需要離子的特征 頻率是如此的，以致需要離子不與激勵(lì)場(chǎng)一起共振。結(jié)果，需要離子繼續(xù)捕集 在離子阱中，同時(shí)噴射出不需要離子。
用于離子分離的補(bǔ)充的RF信號(hào)可以是寬帶頻率波形信號(hào)。可以利用該寬 帶波形信號(hào)來(lái)產(chǎn)生激勵(lì)場(chǎng)，該激勵(lì)場(chǎng)對(duì)于從離子阱同時(shí)通過(guò)共振來(lái)噴射出一個(gè) 質(zhì)量范圍的不需要離子是有效的。寬帶波形信號(hào)橫越一個(gè)頻域，該頻域包括與 要噴射的各個(gè)不需要離子的特征頻率對(duì)應(yīng)的頻率分量信號(hào)(即，在某些頻率處 的"頻率分量"、"分量信號(hào)"或"信號(hào)分量")。寬帶波形信號(hào)可以包括插 在下頻帶和上頻帶之間的凹槽帶。可以利用如此的凹槽波形信號(hào)來(lái)噴射質(zhì)量大 于或小于一個(gè)或多個(gè)需要離子的一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量的不需要離子。如上所述，在 現(xiàn)有技術(shù)中用于離子分離的寬帶波形信號(hào)已經(jīng)展現(xiàn)出效率低的分離和差的質(zhì) 量分辨率。
這里揭示的方法和裝置致力于關(guān)注現(xiàn)有技術(shù)的離子分離技術(shù)的這些問(wèn)題， 提供了特別定制的、只在需要時(shí)(在用于共振地噴射不需要離子的頻率分量處， 這些不需要離子的質(zhì)量與要分離的需要離子的質(zhì)量是最接近的)才提供高功率 的離子分離波形信號(hào)。在一些實(shí)施中，離子分離波形信號(hào)是覆蓋頻率范圍的寬 帶波形信號(hào)。需要離子的特征頻率的值可以接近于信號(hào)分量(該信號(hào)分量接近 于寬帶波形信號(hào)的邊緣中之一)的頻率值，但是該特征頻率不落在寬帶波形信 號(hào)橫越的頻率范圍內(nèi)。在這些實(shí)施中，只在一個(gè)或多個(gè)信號(hào)分量的頻率處于寬 帶波形信號(hào)的邊緣時(shí)才提供高功率。寬帶波形信號(hào)的這個(gè)邊緣與要分離的需要
離子的特征頻率相鄰。在其它實(shí)施中，離子分離波形信號(hào)是有凹槽的寬帶頻率 波形信號(hào)。在這些實(shí)施中，只在一個(gè)或多個(gè)信號(hào)分量的頻率位于凹槽帶的一個(gè) 或兩個(gè)邊緣時(shí)才施加較高功率。需要離子的特征頻率值落在這個(gè)凹槽帶內(nèi)，艮口， 在凹槽帶的邊緣之間。
在這里揭示的分離波形信號(hào)中，通過(guò)增加合成波形信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)選中 的頻率分量的幅度來(lái)提供較高功率。因此，具有在(幾乎在、接近、或鄰近) 寬帶信號(hào)的邊緣處(或，在凹槽寬帶信號(hào)的情況中，在信號(hào)的凹槽帶的邊緣處) 的頻率的信號(hào)分量的幅度大于具有遠(yuǎn)離凹槽帶的頻率的信號(hào)分量的幅度。在一 些實(shí)施中，通過(guò)對(duì)幅度加權(quán)(諸如使信號(hào)分量的幅度乘以一個(gè)權(quán)重因子)來(lái)產(chǎn) 生選中信號(hào)分量的相對(duì)較高的幅度。下面描述根據(jù)這些原理產(chǎn)生的定制的離子 分離波形信號(hào)的例子，并包括圖2 — 6中示出的離子分離波形信號(hào)。
當(dāng)用本揭示中描述的波形類型施加離子分離信號(hào)時(shí)，與現(xiàn)有技術(shù)的離子分 離信號(hào)相比較，可以降低整個(gè)離子分離信號(hào)的平均功率，并且在凹槽波形信號(hào) 的情況中，可以保持凹槽帶的適當(dāng)?shù)挠行挾?。?shí)際上，本揭示中描述的離子 分離信號(hào)保證(1)大多數(shù)或所有的需要離子一即，為了分離的目的而打算 捕集在離子捕集體積中和此后保留在離子捕集體積中的大多數(shù)或所有的離子 一事實(shí)上作為施加離子分離信號(hào)的結(jié)果而保持捕集；以及(2)事實(shí)上噴射出
大多數(shù)或所有的不需要離子一即，特征頻率落在凹槽窗口或?qū)拵н吘壨獾拇蠖?數(shù)或所有的離子以及特征頻率落在寬帶內(nèi)的其它離子。此外，本揭示中描述的 離子分離信號(hào)提供提高的質(zhì)量分辨率以及需要較少的總功率。
圖l示出質(zhì)譜測(cè)定法(MS)裝置或系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施，作為可以應(yīng)用這 里揭示的分離波形信號(hào)的一個(gè)類型的操作環(huán)境的例子。MS裝置100可以包括任 何合適類型的離子存儲(chǔ)裝置105以及相關(guān)聯(lián)的電路。在圖1中特別地示出的例 子中，離子存儲(chǔ)裝置105是四極離子阱，因此包括定義離子阱IIO的四極電極 結(jié)構(gòu)。如通過(guò)圖1的橫截面圖所示出，通過(guò)安排四個(gè)雙曲線形的、導(dǎo)電表面來(lái) 形成離子阱110，以致兩對(duì)相對(duì)置的表面相互朝內(nèi)而面對(duì)，從而定義了適合于 包含離子捕集體積或區(qū)域的離子阱110的中央內(nèi)部空間112。從圖1的透視圖 可看到，離子阱IIO包括頂部電極122和對(duì)置的底部電極124，以及兩個(gè)對(duì)置 的側(cè)電極126和128。
圖1中描繪的離子阱110的配置可以是三維的或兩維的。即，在一個(gè)實(shí)施
中，頂部電極122可以是上端帽電極，底部電極124可以是下端帽電極，而側(cè) 電極126和128可以是代替物理上分開(kāi)的電極的連續(xù)環(huán)形電極的一部分。在點(diǎn) 130處表示出離子阱110的內(nèi)部空間112的幾何中心。在另一個(gè)實(shí)施中，頂部 電極122可以是延長(zhǎng)的上電極，底部電極124可以是延長(zhǎng)的下電極，而側(cè)電極 126和128可以是延長(zhǎng)的側(cè)電極。沿兩維離子阱的中央縱軸發(fā)生延長(zhǎng)。從圖1 的透視圖可看到，中央縱軸指向畫(huà)兩，并且由點(diǎn)130來(lái)表示。因此兩維型離子 阱110的內(nèi)部空間112還沿縱軸130延長(zhǎng)。為了方便起見(jiàn)，主要按三維配置情 況來(lái)描述圖1中示出的離子阱110，但是要理解，兩維(或線性)配置也是可 應(yīng)用的。
MS裝置100可以包括用于把采樣離子提供或引入離子阱110的內(nèi)部空間 112的離子化設(shè)備140。在本情況中，術(shù)語(yǔ)"提供"和"引入"旨在包括內(nèi)部 (在阱中)離子化技術(shù)或外部離子化技術(shù)的使用。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知 各種類型的內(nèi)部和外部離子化技術(shù)，因此不需要在本揭示中詳細(xì)描述。圖l中 示出的離子化設(shè)備140可以是使采樣材料離子化以及然后把產(chǎn)生的離子流引入 離子阱110的外部離子化接口。在其它實(shí)施中，把釆樣分子流引入離子阱110， 并且設(shè)備140把能量流引入離子阱110以使采樣分子離子化。
MS裝置100還可以包括用于進(jìn)行各種功能和控制MS裝置100的各種部件 的任何合適的電子控制設(shè)備或系統(tǒng)(或電子控制器)144。通常，圖1中的電 子控制器144是MS裝置100的電子或計(jì)算運(yùn)算系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意表示。同樣地， 電子控制器144可以包括計(jì)算機(jī)、微計(jì)算機(jī)、微處理器、微控制器、模擬電路 等，或作為它們的一部分，這些術(shù)語(yǔ)在本技術(shù)領(lǐng)域中是可理解的。電子控制器 144可以表示或?qū)嵤┰诓恢挂粋€(gè)處理部件中。例如，電子控制器144可以包括 主控制部件，諸如計(jì)算機(jī)結(jié)合實(shí)施更特定的或?qū)Ｓ玫墓δ艿囊粋€(gè)或多個(gè)其它處 理部件。例如，電子控制器144可以控制電壓源、信號(hào)發(fā)生器、振蕩器、頻率 合成器等以實(shí)現(xiàn)波形參數(shù)和合成、混頻、時(shí)鐘和定時(shí)、鎖相等，這些是施加本 揭示中描述的離子分離波形信號(hào)以及為其它目的而使用的信號(hào)所需要的。電子 控制器144可以具有硬件和軟件兩種特征。電子控制器144可以適用于執(zhí)行在 計(jì)算機(jī)可讀出或承載信號(hào)的介質(zhì)中實(shí)施的指令以執(zhí)行本揭示中描述的一個(gè)或
多個(gè)算法、方法或過(guò)程，或如此的算法、方法或過(guò)程的一部分或子例程?？梢?用任何合適的代碼來(lái)編寫(xiě)指令， 一個(gè)例子是C。電子控制器144可以包括用于
從MS裝置100的用戶接收命令和數(shù)據(jù)的輸入接口以及用于與讀出/顯示裝置
(未示出)進(jìn)行通信的輸出接口。
MS裝置100可以包括執(zhí)行多種離子控制功能所需要的一個(gè)或多個(gè)電 壓源。例如，可以使用一個(gè)或多個(gè)電壓源來(lái)產(chǎn)生用于把離子限制和存儲(chǔ)在 離子阱110中的主要的或基本的RF捕集場(chǎng)，以及根據(jù)諧振激勵(lì)或通過(guò)諧 振激勵(lì)增強(qiáng)而產(chǎn)生與捕集場(chǎng)協(xié)作而執(zhí)行任務(wù)的一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)充RF場(chǎng)，包 括分離離子、促進(jìn)離子分裂或破碎、噴射離子以檢測(cè)或消除以及促進(jìn)氣相 離子化學(xué)。
因此，在圖l給出的例子中，MS裝置100包括主RF波形信號(hào)發(fā)生器148， 例如，主RF波形信號(hào)發(fā)生器148電連接到離子阱110的環(huán)形電極或電極對(duì)126、 128。可以利用主RF波形信號(hào)發(fā)生器148向離子阱110施加離子捕集信號(hào)以在 離子阱110中產(chǎn)生四極RF捕集場(chǎng)。電子控制器144可以與主RF波形信號(hào)發(fā)生 器148通信以按需要控制離子捕集信號(hào)的幅度、頻率和相位以及它的施加定時(shí)。
同樣，在圖l給出的例子中，MS裝置IOO包括一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)充RF波形信 號(hào)發(fā)生器152，例如，補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生器152電連接到離子阱110的頂部 電極和底部電極122和124以在對(duì)置電極對(duì)122和124之間產(chǎn)生雙極激勵(lì)場(chǎng)。 在一些實(shí)施中，補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生器152是寬帶多頻率波形信號(hào)發(fā)生器。 在本例子中，補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生器152通過(guò)變壓器156與離子阱110耦合， 雖然補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生器152可以經(jīng)由任何合適的裝置與MS裝置100進(jìn)行 通信。根據(jù)所執(zhí)行的功能，通過(guò)補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生器152施加的電壓信號(hào) 可以是單個(gè)、固定頻率的信號(hào)，或在下面描述的分離波形信號(hào)的情況中，可以 包括不同頻率的分立信號(hào)分量的全體(即，不同頻率分量信號(hào)的集合)。電子 控制器144可以與補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生器152進(jìn)行通信以控制補(bǔ)充RF信號(hào)的 各種操作參數(shù)，諸如幅度、頻率、頻率間隔、定時(shí)等。
可以理解，除了離子分離之外，可以為其它用途而使用雙極或多極RF激 勵(lì)場(chǎng)，諸如促進(jìn)包括分離離子的反應(yīng)、執(zhí)行一前一后的MS過(guò)程、啟動(dòng)離子的 質(zhì)量一選擇噴射等。對(duì)于與離子分離不一致的任務(wù)，可以利用補(bǔ)充RF波形信
號(hào)發(fā)生器152進(jìn)行不同的任務(wù)。應(yīng)理解，否則可以使另外的的補(bǔ)充RF波形信 號(hào)發(fā)生器(未示出)與離子存儲(chǔ)裝置105耦合。
熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，例如，可以通過(guò)利用電子控制器144執(zhí) 行軟件程序來(lái)創(chuàng)建本揭示中描述的離子分離波形信號(hào)以及其它補(bǔ)充波形信號(hào)， 所述軟件程序計(jì)算波形參數(shù)和創(chuàng)建內(nèi)容裝載入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)以及然 后通過(guò)時(shí)鐘觸發(fā)而輸出到數(shù)碼轉(zhuǎn)換器(DAC)的數(shù)據(jù)文件?？梢允褂密浖?lái)構(gòu) 造下面描述的對(duì)于給定的MS實(shí)驗(yàn)為最佳的離子分離信號(hào)?？梢酝ㄟ^(guò)合適的有 線或無(wú)線裝置把軟件傳送到或裝載入電子控制器144。為了本揭示的目的，可 以考慮軟件駐留在圖1中示意性地描繪的電子控制器144中。
作為操作MS裝置100的一個(gè)例子，通過(guò)執(zhí)行內(nèi)部或外部離子化技術(shù)向離 子阱110提供或引入不同m/z值的離子。操作主RF波形信號(hào)發(fā)生器148以向 離子阱110施加四極捕集場(chǎng)，以捕集m/z值的可捕集范圍內(nèi)所有的離子。當(dāng)捕 集場(chǎng)為有效時(shí)，并且在離子阱110中的采樣材料的離子化期間或之后或把離子 引入離子阱110期間或之后，操作補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生器152以分離離子阱 110中選中質(zhì)量或質(zhì)量范圍的需要離子。為了執(zhí)行分離步驟，補(bǔ)充RF波形信號(hào) 發(fā)生器152根據(jù)下述的任何離子分離波形信號(hào)來(lái)施加RF信號(hào)。離子分離波形 信號(hào)產(chǎn)生與捕集場(chǎng)結(jié)合的激勵(lì)場(chǎng)，導(dǎo)致通過(guò)共振從離子阱110噴射出所有不需 要離子。此后可以使一個(gè)或多個(gè)經(jīng)分離的離子經(jīng)受任何合適的處理，諸如分裂、 反應(yīng)等。在分離或進(jìn)一步處理之后，可以通過(guò)熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任 何合適的噴射技術(shù)(^如，通過(guò)使用固定的、單個(gè)頻率雙極激勵(lì)場(chǎng)和選中的掃 描策略)使保留在離子阱110中的任何離子從離子阱110噴射出。經(jīng)噴射的離 子沿指定的方向(例如，所施加的激勵(lì)場(chǎng)雙極的軸)行進(jìn)到合適的離子檢測(cè)器 166，離子檢測(cè)器166的位置相對(duì)于離子阱110可以在外部或內(nèi)部。
可以按需要通過(guò)任何合適的裝置處理離子檢測(cè)器166產(chǎn)生的輸出信號(hào)以產(chǎn) 生由MS裝置IOO處理的分析物采樣的質(zhì)譜情報(bào)。只是作為例子，圖l示出在 包括放大器170、信號(hào)輸出存儲(chǔ)和總和電路174以及輸入/輸出(I/O)處理 控制178的電子控制器144控制下操作的各種后一檢測(cè)處理功能或電路。通常， 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知用于捕獲和處理數(shù)據(jù)、調(diào)節(jié)信號(hào)以及顯示頻譜信息 的部件和技術(shù)，因此不需要在此進(jìn)一步詳細(xì)描述。
在諸如上述的和圖1中示出的離子存儲(chǔ)裝置105之類的離子存儲(chǔ)裝置的操 作中，通過(guò)施加定制而以致如下所述地使波形信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)頻率分量信 號(hào)的幅度增加或進(jìn)行加權(quán)的離子分離波形信號(hào)，可以使需要離子與不需要離子
的分離最佳或提高。例如，可以利用諸如圖1所示的補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生器 152之類的合適的補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生裝置以及任何相關(guān)聯(lián)的電路來(lái)產(chǎn)生和施 加離子分離波形信號(hào)。任何合適的電子或計(jì)算機(jī)控制裝置(諸如圖l中示意性 地表示的電子控制器144)都可以控制補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生器152以產(chǎn)生具有 適合于執(zhí)行實(shí)驗(yàn)的波形的離子分離信號(hào)。可以操作用于產(chǎn)生離子分離波形信號(hào) 的各種硬件、固件和/或軟件組件作為諸如上述的和圖1中示出的MS裝置100 之類的質(zhì)譜測(cè)定系統(tǒng)的一部分。 一
現(xiàn)在將結(jié)合圖2 — 6來(lái)描述根據(jù)本揭示產(chǎn)生的離子分離波形信號(hào)的例子。 圖2 — 6是離子分離波形信號(hào)在頻域中的軌跡。在圖2 — 6的每一幅圖中，橫坐 標(biāo)以Hz或kHz表示合成波形信號(hào)的獨(dú)立的信號(hào)分量(頻率分量信號(hào))的各個(gè) 頻率值Fj"而縱坐標(biāo)表示按歸一化的數(shù)值范圍的頻率分量的各個(gè)幅度I Vlj, I 的絕對(duì)值。在離子分離波形信號(hào)的下述描述中，相同的標(biāo)號(hào)指波形信號(hào)的相同 特征。
圖2示出根據(jù)這里揭示的原理產(chǎn)生的離子分離信號(hào)200的一個(gè)例子。在該 實(shí)施中，離子分離信號(hào)200是凹槽寬帶波形信號(hào)。離子分離信號(hào)200 —般包括 下頻帶204、上頻帶208以及分開(kāi)下頻帶和上頻帶204和208 (或插在其間的) 的凹槽帶212?？梢詮姆蛛x信號(hào)分量(頻率分量信號(hào)或頻率分量)的全體或混 合物產(chǎn)生離子分離信號(hào)200，由特定的頻率值和幅度值給出每個(gè)信號(hào)分量的特 征。選擇信號(hào)分量的參數(shù)，以致在給定的實(shí)施中，至少一些信號(hào)分量對(duì)應(yīng)于(即， 符合于或接近于)特征頻率，該特征頻率是噴射存在于離子阱中具有不同m/z 比值的所有不需要離子所需要的。此外，離子分離信號(hào)200覆蓋的頻域的寬度 足以覆蓋所有駐留在離子阱中的離子的對(duì)應(yīng)m/z比值，以致離子分離信號(hào)200 能夠在施加離子分離信號(hào)200的時(shí)刻噴射所有駐留在離子阱中的離子。凹槽帶 212橫越第一或下凹槽帶邊緣216和第二或上凹槽帶邊緣220之間的頻率窗口。 凹槽帶212可以比下頻帶204和上頻帶208窄。在給定的實(shí)施中，與一個(gè)或多 個(gè)需要離子(對(duì)其尋找離子阱中的分離)的m/z比值對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)特征頻
率落在凹槽帶212內(nèi)，以致在適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件下，離子分離波形信號(hào)200并不
共振地激勵(lì)一個(gè)或多個(gè)需要離子從離子阱中噴射。如果需要的話，凹槽帶212 可以寬到足以分離具有不同ra/z比值范圍的多個(gè)需要離子。
繼續(xù)參考圖2，離子分離信號(hào)200包括通常定位于(即，通常符合于或接 近于)第一凹槽帶邊緣216的第一信號(hào)分量224以及通常定位于第二凹槽帶邊 緣220的第二信號(hào)分量228。換一種說(shuō)法，第一分量224在(即，在或接近)第 一凹槽帶邊緣216處具有第一頻率，而第二分量228在(即，在或接近)第二 凹槽帶邊緣220處具有第二頻率。下頻帶204通常從離子分離信號(hào)200的最低 頻率分量信號(hào)232橫越到第一分量224。上頻帶208通常從第二分量228橫越 到離子分離信號(hào)200的最高頻率分量信號(hào)236。第一和第二分量224和228的 頻率通常對(duì)應(yīng)于(即，等于或接近于) 一些離子的特征頻率，相對(duì)于m/z值(一 般在幾個(gè)ra/z單位(原子質(zhì)量單位amu或Dalton Da)內(nèi))，這些離子與需要 離子相鄰。在一個(gè)典型的實(shí)施中，第一分量224的頻率一般對(duì)應(yīng)于ra/z比值最 接近于，但是大于需要離子的離子的特征頻率，而第二分量228的頻率一般對(duì) 應(yīng)于ra/z比值最接近于，但是小于需要離子的離子的特征頻率。對(duì)于需要離子 M，最接近需要離子的離子(最近的一個(gè)或下一個(gè))可以離開(kāi)需要離子一個(gè)Da (M+/—l個(gè)離子)。然而，更一般地，這些相鄰的不需要離子可以離開(kāi)需要 離子一個(gè)或多個(gè)0&^+ / —j個(gè)離子，其中j二l，2，3…，或更典型地，j = l，2， 或3)。
在圖2的離子分離信號(hào)200中，對(duì)接在凹槽帶邊緣216和220之后的一個(gè) 或多個(gè)信號(hào)分量(諸如第一和第二分量224和228)的幅度進(jìn)行加權(quán)(增加)。 對(duì)這些位于邊緣的分量加權(quán)，以致在一個(gè)離子分離步驟中施加離子分離信號(hào) 200期間，可用更多功率來(lái)噴射那些離子(M= /—j個(gè))，那些離子(M二/一 j個(gè))在m/z比值方面最接近在離子阱中保持分離的需要離子M。如此，例如， 與現(xiàn)有技術(shù)的波形信號(hào)(其中把相等的幅度任意地分配給包括第一和第二分量 224和228的所有頻率分量)相比，可以降低整個(gè)分離信號(hào)200的平均功率同 時(shí)保持適當(dāng)?shù)赜行У陌疾蹘挾群土己玫馁|(zhì)量分辨率。在該例子中，加權(quán)的頻 率分量包括至少第一和第二分量224和228。如上所述，只有在不需要離子的 m/z比值接近需要離子的m/z比值時(shí)才需要經(jīng)加權(quán)的幅度。通常，需要離子和
不需要離子的m/z比值的差異越小，權(quán)重因子應(yīng)該越大。作為一個(gè)特定的例子， 當(dāng)捕集場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)功率為約780 kHz和需要離子的q值(眾知的與離子阱相關(guān)聯(lián) 的Mathieu參數(shù))為約O. 75時(shí)，覆蓋約l一2 Da的經(jīng)加權(quán)的幅度足夠保證離 子分離信號(hào)200從最接近的不需要離子有效地分離需要離子。
從圖2可以明白，選中進(jìn)行加權(quán)的頻率分量的經(jīng)加權(quán)的幅度大于沒(méi)有進(jìn)行 如此加權(quán)的選中的頻率分量的幅度。在一些實(shí)施中，經(jīng)加權(quán)的頻率分量的幅度 至少大于位于同一頻帶中的一個(gè)或多個(gè)相鄰的或接近的頻率分量的幅度。例 如，第一分量224的幅度可以大于相鄰的或接近的信號(hào)分量240的幅度，而第 二分量228的幅度可以大于相鄰的或接近的信號(hào)分量244的幅度。
在其它實(shí)施中，經(jīng)加權(quán)的幅度大于離子分離信號(hào)200的其余頻率分量(即， 未加權(quán)的頻率分量)的幅度一或，至少，在第一凹槽帶邊緣216處的一個(gè)或多 個(gè)分量的經(jīng)加權(quán)的幅度大于下頻帶204的其余頻率分量的幅度，而在第二凹槽 帶邊緣220處的一個(gè)或多個(gè)分量的經(jīng)加權(quán)的幅度大于上頻帶208的其余頻率分 量的幅度。在一些實(shí)施中，與經(jīng)加權(quán)的頻率分量不同的頻率分量(即未加權(quán)的 頻率分量)的幅度彼此相等或彼此實(shí)質(zhì)上相等。在其它實(shí)施中，未加權(quán)的頻率 分量的幅度彼此根本不相等。在每種情況中，未加權(quán)的頻率分量的所有幅度大 大地小于經(jīng)加權(quán)的頻率分量的幅度，因?yàn)槿缟纤?，噴射m/z比值遠(yuǎn)離需要離 子的m/z比值的不需要離子時(shí)，不需要像噴射最接近的不需要離子(M+/—J 個(gè))那么多的功率。在這些實(shí)施中，當(dāng)涉及特定的經(jīng)加權(quán)的頻率分量時(shí)，可以 給出經(jīng)加權(quán)的幅度的增加的值的特征為大于其余頻率分量的平均幅度一或在 同一頻帶204或208中至少大于其余頻率分量的平均幅度。
在一些實(shí)施中，離子分離信號(hào)200的經(jīng)加權(quán)的幅度增加值比未加權(quán)的幅度 大了大于1的一個(gè)因子(例如，1. 1)。在其它實(shí)施中，增加的值大了約2或 更大的一個(gè)因子。在其它實(shí)施中，增加的值大了從約l (例如，1.1)到6范圍 內(nèi)的一個(gè)因子。在其它實(shí)施中，增加的值大了從約2到3.5范圍內(nèi)的一個(gè)因子。
圖3示出根據(jù)這里揭示的原理產(chǎn)生的凹槽寬帶離子分離波形信號(hào)300的另 一個(gè)例子。圖3中的離子分離信號(hào)300與圖2中的離子分離信號(hào)200相似， 主要的差異在于只對(duì)其頻率在圖3的凹槽帶邊緣316或320中之一處的信號(hào)分 量或信號(hào)分量組進(jìn)行加權(quán)。可以對(duì)第一凹槽帶邊緣316加權(quán)以提供較高功率而
噴射出不需要離子或在需要離子的鄰近的和在其高質(zhì)量側(cè)上的離子，或如圖3 所示，可以對(duì)第二凹槽帶邊緣320進(jìn)行加權(quán)以提供較高功率而噴射出不需要離
子或與需要離子鄰近的和在其低質(zhì)量側(cè)上的離子。相對(duì)于圖3中示出的離子分 離信號(hào)300的其它信號(hào)分量的各個(gè)幅度或平均幅度，在離子分離信號(hào)300的第 一凹槽帶邊緣316或第二凹槽帶邊緣320處的信號(hào)分量的幅度可以增加一個(gè)因 子，該因子落在上面結(jié)合圖2中示出的離子分離信號(hào)200而描述的范圍中的一 個(gè)范圍內(nèi)。
圖4示出根據(jù)這里揭示的原理產(chǎn)生的凹槽寬帶離子分離波形信號(hào)400的另 一個(gè)例子。在圖4的離子分離信號(hào)400中，對(duì)一群或一組信號(hào)分量進(jìn)行加權(quán)來(lái) 代替只對(duì)單個(gè)信號(hào)分量(諸如第一分量424或第二分量428)進(jìn)行加權(quán)，所述 一群或一組信號(hào)分量具有接近于凹槽帶邊緣416和420中之一或兩者的頻率。 在圖4示出的特定的例子中，只對(duì)接近于第二凹槽帶邊緣420的分量組448進(jìn) 行加權(quán)，而組448包括第二分量428。施加于組448中的分量的各個(gè)權(quán)重可能 是全部相同的，或施加于這些分量中的一個(gè)或多個(gè)的權(quán)重可以與施加于組448 中其它經(jīng)加權(quán)的分量的權(quán)重不同。根據(jù)諸如q、 rn/z比值、頻率間隔等因子和 其它因子，可以利用多個(gè)經(jīng)加權(quán)的頻率分量信號(hào)的組448來(lái)噴射單個(gè)m/z比值 (例如，M+ / —1)的不需要離子或多個(gè)m/z比值(例如，M+ / —1、 M+ / — 2、 M+/_3)的不需要離子。在噴射單個(gè)一質(zhì)量離子的情況中，由于與儀器 有關(guān)的條件(諸如機(jī)械的或電氣的不完整性)、離子阱中離子的數(shù)量、空間電 荷效應(yīng)等，施加多個(gè)經(jīng)加權(quán)的頻率分量信號(hào)是有用的。這些條件可以導(dǎo)致噴射 給定質(zhì)量的一個(gè)離子所需要的實(shí)際特征頻率偏離該離子的期望的或計(jì)算的特 征頻率。相對(duì)于圖4中示出的離子分離信號(hào)400的其它信號(hào)分量的值或平均值， 在該離子分離信號(hào)400中選中進(jìn)行加權(quán)的一些信號(hào)分量的值可以增加一些因 子，這些因子在上述結(jié)合圖2中示出的離子分離信號(hào)200描述的范圍中的一個(gè) 范圍內(nèi)。
圖5示出根據(jù)這里揭示的原理產(chǎn)生的凹槽寬帶離子分離波形信號(hào)500的另 一個(gè)例子。圖5中的離子分離信號(hào)500與圖4中的離子分離信號(hào)400相似， 主要的差異在于對(duì)接近于凹槽帶邊緣516和520中之一或兩者的要加權(quán)的組中 的多個(gè)頻率分量信號(hào)在該組中進(jìn)行不同的加權(quán)。g卩，用與同一組中其它頻率分
量不同的因子對(duì)組中至少一個(gè)經(jīng)加權(quán)的頻率分量進(jìn)行加權(quán)。在圖5中示出的特
定例子中，只對(duì)接近于第二凹槽帶邊緣520的組548中的頻率分量進(jìn)行加權(quán)， 而組548包括第二分量528。在對(duì)兩個(gè)凹槽帶邊緣516和520都進(jìn)行加權(quán)的實(shí) 施中，對(duì)在第一凹槽帶邊緣516處加權(quán)的頻率分量進(jìn)行的加權(quán)可以與對(duì)在第二 凹槽帶邊緣520處加權(quán)的頻率分量進(jìn)行的加權(quán)不同。即，在第一凹槽帶邊緣516 處加權(quán)的至少一個(gè)頻率分量可以用與在第二凹槽帶邊緣520處加權(quán)的至少一個(gè) 頻率分量不同的因子來(lái)進(jìn)行加權(quán)。相對(duì)于圖5中示出的離子分離信號(hào)500的其 它頻率分量的各個(gè)值或平均值，在離子分離信號(hào)500中選中而進(jìn)行加權(quán)的頻率 分量的值可以增加一些因子，這些因子落在上面結(jié)合圖2中示出的離子分離信 號(hào)200而描述的范圍中的一個(gè)范圍內(nèi)。
在包括圖2 — 5中作為例子示出的那些信號(hào)200、 300、 400和500的上述 離子分離信號(hào)中，可以通過(guò)合適的手段來(lái)完成選中幅度的加權(quán)。例如，在一些 實(shí)施中，通過(guò)選擇要加權(quán)的頻率分量以及使這些選中頻率分量的幅度乘以要求 的權(quán)重因子來(lái)完成加權(quán)。因此，在一些實(shí)施中，權(quán)重因子的值可以大于1 (例 如，1.1)。在一些實(shí)施中，權(quán)重因子的值可以是約2或更大。在其它實(shí)施中， 權(quán)重因子的值的范圍為從約1 (例如，1.1)到6。在其它實(shí)施中，權(quán)重因子的 值的范圍為從約2到3. 5。
在其它實(shí)施中，通過(guò)代替單個(gè)合成波形信號(hào)的兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)來(lái)創(chuàng)建離子 分離信號(hào)的頻譜。在這些其它實(shí)施中，通過(guò)施加未加權(quán)的凹槽寬帶波形信號(hào)以 及還可以同時(shí)地或順序地施加具有選中而進(jìn)行加權(quán)的頻率的一個(gè)或多個(gè)另外 的信號(hào)來(lái)完成加權(quán)。這些信號(hào)在選中頻率處的幅度比凹槽寬帶信號(hào)的分量信號(hào) 的幅度，或凹槽波形信號(hào)的頻帶的平均幅度，要大一個(gè)適當(dāng)?shù)囊蜃?，該因子?huì) 落在上述范圍中的一個(gè)范圍內(nèi)。在這些其它實(shí)施中，合成的、組合的分離信號(hào) 可以與圖2 — 5中示出的信號(hào)200、 300、 400或500或它們上述的變型中的一 個(gè)信號(hào)相似。
圖6示出根據(jù)這里揭示的原理產(chǎn)生的凹槽寬帶離子分離波形信號(hào)600的另 一個(gè)例子。在離子分離信號(hào)600中，按與圖2 — 5中示出的信號(hào)200、 300、 400 或500或它們上述的變型中的一個(gè)信號(hào)相似的方式，對(duì)在第一凹槽帶邊緣616 和/或第二凹槽帶邊緣620處的一個(gè)或多個(gè)頻率分量的幅度進(jìn)行加權(quán)。又，在
該離子分離信號(hào)600中，在下頻帶604和/或上頻帶608中的未加權(quán)的頻率 分量的各個(gè)幅度并非彼此都相等，而是有變化的。然而，未加權(quán)的頻率分量的 各個(gè)幅度中的每一個(gè)大大地小于經(jīng)加權(quán)的頻率分量的幅度。這是因?yàn)?，像在?述其它分離信號(hào)的情況中那樣，利用未加權(quán)的頻率分量來(lái)與一些離子的特征頻 率匹配，這些離子所具有的m/z比值比最接近于需要離子的離子的m/z比值相 差好多，并且為了分離需要離子或離子阱中的離子，這些更遠(yuǎn)的離子不需要更 多功率以從離子阱噴射出。
在圖6中特別示出的例子中，在下頻帶604中的頻率分量的幅度依線性或 單調(diào)關(guān)系變化，這在某些實(shí)驗(yàn)中是有用的。更具體地，按與打算通過(guò)這些頻率 分量共振激勵(lì)的離子的m/z比值成反比的關(guān)系而標(biāo)定下頻帶604中的頻率分量 的幅度。換一種說(shuō)法，對(duì)于下頻帶604中的頻率分量，Am/z與1/ (m/z)成 正比。在共同轉(zhuǎn)讓給本揭示的受讓人的、美國(guó)專利5，330,772號(hào)中提供了用于 提供與不需要離子的m/z比值成反比的幅度的一種技術(shù)的示例性詳細(xì)描述。如 美國(guó)專利5， 330， 772號(hào)中所述，對(duì)于范圍從m/z比值i到m/z比值n的離子， 可以從下面的關(guān)系式來(lái)確定用于噴射這些離子的頻率分量的經(jīng)定標(biāo)的幅度
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其中1. 5》x 20. 5。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這個(gè)類型的關(guān)系式對(duì)于噴射m/z比值比需要 離子的ra/z比值較高的離子(特別，對(duì)于噴射從背景環(huán)境空氣氣體得到的離子) 特別有用。因此，在圖6示出的例子中，把與m/z比值為反比關(guān)系的權(quán)重施加 于下頻帶604，要理解，離子的特征頻率與它們的m/z比值為近似反比的關(guān)系。
可以通過(guò)任何合適的手段產(chǎn)生形成這里揭示的改進(jìn)的分離信號(hào)的基礎(chǔ)的 凹槽寬帶波形信號(hào)，包括在圖2 — 6中作為例子示出的那些。作為一個(gè)例子， 可以通過(guò)諸如圖1中描繪的補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生器152那樣的合適的信號(hào)發(fā) 生器來(lái)產(chǎn)生凹槽寬帶信號(hào)，通過(guò)帶通濾波器處理以通過(guò)頻率分量信號(hào)的選中的 頻譜，然后通過(guò)帶阻濾波器處理以產(chǎn)生凹槽帶，并且有效地除去與一個(gè)或多個(gè)
需要離子的一個(gè)或多個(gè)特征頻率對(duì)應(yīng)的任何頻率分量信號(hào)。還可以從同時(shí)地或 順序地施加的兩個(gè)不重疊的寬帶信號(hào)產(chǎn)生凹槽寬帶信號(hào)?？梢酝ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù) 文件指示幅度要增加的(或要加權(quán)的)頻率分量信號(hào)的選擇以及增加的(或加
權(quán)的)值，作為控制補(bǔ)充RF波形信號(hào)發(fā)生器152的過(guò)程的一部分。
還要理解，根據(jù)這里描述的相關(guān)實(shí)施的任何一個(gè)的凹槽寬帶波形信號(hào)可以 包括不止一個(gè)凹槽帶。在這種情況下，除了最下頻帶和最上頻帶之外，多個(gè)凹 槽寬帶波形信號(hào)將包括可用于噴射不需要離子的一個(gè)或多個(gè)中間頻帶。對(duì)于分 離落在兩個(gè)或多個(gè)不同質(zhì)量范圍內(nèi)的需要離子，多個(gè)凹槽寬帶波形信號(hào)是有用 的。
在根據(jù)本揭示的其它實(shí)施中，離子分離波形信號(hào)是寬帶信號(hào)，但是不包括 凹槽帶。對(duì)與需要離子相關(guān)聯(lián)的特征頻率最接近的一個(gè)或多個(gè)頻率分量進(jìn)行加 權(quán)，如在本揭示中所述，但是只在需要離子的低質(zhì)量側(cè)或高質(zhì)量側(cè)。換言之， 代替像在迄今所描述的實(shí)施中那樣施加凹槽寬帶波形信號(hào)，為分離而使用的寬 帶信號(hào)在需要離子的特征頻率的一側(cè)上有效地只包括下頻帶或上頻帶。在這種
實(shí)施中，寬帶信號(hào)操作而或者噴射M+j個(gè)離子和m/z比值比需要離子的m/z 比值大的其它不需要離子，或者噴射M-j個(gè)離子和m/z比值比需要離子的m/z 比值小的其它不需要離子。因此，可以結(jié)合噴射所有其它不需要離子的另外的 技術(shù)來(lái)使用這個(gè)離子分離信號(hào)。
作為一個(gè)例子，在共同轉(zhuǎn)讓給本揭示的受讓人的美國(guó)專利5， 198， 665號(hào)中， 通過(guò)執(zhí)行兩個(gè)步驟來(lái)完成需要離子的分離。在第一步驟中，通過(guò)已知方式的掃 描和共振激勵(lì)的組合來(lái)噴射m/z比值小于或等于M—1的離子。例如，可以把 固定頻率的補(bǔ)充AC電壓施加于離子阱的一對(duì)對(duì)置電極。在施加補(bǔ)充AC電壓的 同時(shí)，RF捕集長(zhǎng)的基本電壓的幅度從低值升到高值，從而當(dāng)離子的特征頻率與 補(bǔ)充AC電壓的固定頻率匹配時(shí)，噴射出ra/z比值連續(xù)變化的離子。在第二步 驟中，通過(guò)施加包括共振地噴射這些較高質(zhì)量的離子要求的頻率分量的寬帶波 形信號(hào)而噴射出m/z比值大于或等于M+1的離子。根據(jù)這個(gè)寬帶信號(hào)的組成， 在施加寬帶信號(hào)期間，RF捕集場(chǎng)的基本電壓的值可以保持恒定或可以降低。根 據(jù)本實(shí)施，通過(guò)在第二步驟中使用包括選中的加權(quán)的頻率分量的寬帶信號(hào)，艮P， 如上所述，通過(guò)對(duì)與需要離子相關(guān)聯(lián)的特征頻率最接近的一個(gè)或多個(gè)頻率分量
加權(quán)，可以改進(jìn)諸如在美國(guó)專利5，198,665號(hào)中描述的兩一步驟過(guò)程。在剛才 描述的特定例子中，相對(duì)于寬帶信號(hào)的其它頻率分量，對(duì)用于噴射M+1個(gè)離子 的一個(gè)或多個(gè)頻率分量，或用于噴射M+j個(gè)離子的頻率分量群，進(jìn)行加權(quán)。
通常，可以通過(guò)熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何合適的數(shù)字或模擬手段 來(lái)產(chǎn)生包括圖2_6中作為例子示出的上述離子分離信號(hào)。相鄰頻率分量信號(hào) 之間的頻域中的距離可以彼此都相等或可以不相等。要注意，在實(shí)際中，離子 阱中離子的特征頻率分布一般是不均勻的。因此，每個(gè)頻率分量信號(hào)可以不對(duì) 應(yīng)于確切的額定一質(zhì)量離子。此外，根據(jù)數(shù)字分辨率(即，頻率間隔的大小)， 可以改變?cè)谔囟l率范圍中的總的頻率分量信號(hào)的數(shù)量。最終，根據(jù)所進(jìn)行的 實(shí)驗(yàn)，所施加的離子分離信號(hào)的波形的類型、經(jīng)捕集的離子質(zhì)量范圍或組成、 或期望對(duì)捕集場(chǎng)的操作參數(shù)進(jìn)行掃描的其它因子，諸如在施加離子分離信號(hào)期 間的驅(qū)動(dòng)電壓的幅度。
當(dāng)使用這里揭示的改進(jìn)的離子分離信號(hào)時(shí)，通過(guò)比較圖7 — 9中示出的質(zhì) 譜，離子存儲(chǔ)裝置性能的提高是很明顯的。圖7 — 9示出從使用三一維四極離 子捕集質(zhì)譜儀分析的采樣材料得到的質(zhì)譜，其中的一個(gè)例子如上結(jié)合圖l所描 述。在圖7 — 9中的每一幅圖中，橫坐標(biāo)表示通過(guò)質(zhì)譜儀檢測(cè)的離子的m/z比 值，而縱坐標(biāo)表示所檢測(cè)的離子的相對(duì)豐裕量(abundances)(例如，離子計(jì) 數(shù)或離子流密度)。期望分離的離子所具有的m/z比值為1222。
圖7示出從執(zhí)行沒(méi)有施加離子分離信號(hào)的質(zhì)量分析產(chǎn)生的質(zhì)譜。可以看到， 與M個(gè)需要離子(在本情況中，m/Z=1222) —起存在大量M+1個(gè)離子(在本 情況中，m/z = 1223)。圖8示出在施加現(xiàn)有技術(shù)的凹槽寬帶波形信號(hào)之后執(zhí) 行質(zhì)量分析而產(chǎn)生的質(zhì)譜?？梢钥吹剑诩航?jīng)較佳地從M+l個(gè)離子以及其它 不需要離子中分離出M個(gè)需要離子的同時(shí)，作為分離過(guò)程的結(jié)果，已經(jīng)丟失了 M個(gè)需要離子中接近一半的離子。即，M個(gè)離子中不可接受數(shù)量的離子已經(jīng)與 不需要離子一起噴射出，因此，認(rèn)為質(zhì)量分辨率是差的。最終，圖9示出在施 加與圖2或3所示出的相似地產(chǎn)生的凹槽寬帶波形信號(hào)之后執(zhí)行質(zhì)量分析產(chǎn)生 的質(zhì)譜。在圖9中，不但已經(jīng)從M+1個(gè)離子有效地分離出M個(gè)需要離子，而 且所有M個(gè)需要離子或至少其中的大多數(shù)已經(jīng)成功地保留在離子阱中，如所打 算的那樣。即，作為施加本揭示中描述的離子分離信號(hào)的結(jié)果，己經(jīng)噴射出所有M+l個(gè)不需要離子或至少其中的大多數(shù)以及所有其它不需要離子，同時(shí)沒(méi) 有噴射出M個(gè)需要離子或僅噴射出其中的少數(shù)幾個(gè)。
圖10示出一些方法的例子，這些方法用于分離選中質(zhì)量、質(zhì)量范圍或一 個(gè)體積中(諸如離子阱或離子存儲(chǔ)裝置的內(nèi)部)的質(zhì)量范圍中的一個(gè)或多個(gè)需
要離子。在一個(gè)實(shí)施中，在方框1040處，向離子存儲(chǔ)裝置施加根據(jù)本揭示中 描述的任何一個(gè)實(shí)施的離子分離信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施中，在方框1030處，產(chǎn) 生離子分離信號(hào)，并且在方框1040處，向離子存儲(chǔ)裝置施加所產(chǎn)生的離子分 離信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施中，在方框1020處，離子捕集在離子存儲(chǔ)裝置中，并 且在方框1040處，向離子存儲(chǔ)裝置施加離子分離信號(hào)，以致使離子的運(yùn)動(dòng)限 制在離子存儲(chǔ)裝置中的離子捕集體積中。在另一個(gè)實(shí)施中，在方框1010處， 向離子存儲(chǔ)裝置提供離子，諸如通過(guò)外部或內(nèi)部離子化手段引入到或形成在離 子存儲(chǔ)裝置中。
根據(jù)其它實(shí)施，提供了一種裝置，該裝置包括具有內(nèi)部的電極配置。該裝 置可以包括定義內(nèi)部的離子阱或存儲(chǔ)裝置。該裝置還可以包括用于施加根據(jù)本 揭示中描述的任何一個(gè)實(shí)施的離子分離信號(hào)的裝置。通常，該裝置可以包括用 于實(shí)施本揭示中描述的任何一個(gè)方法的裝置，包括上面結(jié)合圖10描述的任何 方法。在一些實(shí)施中，該裝置可以與，例如，諸如上面描述的和在圖1中示出 的質(zhì)譜儀或質(zhì)量測(cè)定系統(tǒng)之類的，分析儀器一起操作或作為分析儀器的一部 分。
要理解，可以在如上一般描述的和在圖1在政治在中作為例子示出的MS 系統(tǒng)中實(shí)施本揭示中描述的離子分離信號(hào)、方法和裝置。然而，本主題不局限 于圖1中示出的特定MS裝置100或圖1中示出的電路的特定配置。此外，本 主題不局限于基于MS的應(yīng)用。
還可以發(fā)現(xiàn)把本揭示中描述的主題應(yīng)用于基于傅里葉變換離子回旋加速 器共振(FT—ICR)而工作的離子阱，它使用磁場(chǎng)來(lái)捕集離子和使用電場(chǎng)從阱 (或離子回旋加速器單元)中噴射出離子。還可以發(fā)現(xiàn)本主題可應(yīng)用于諸如美 國(guó)專利5，886,346號(hào)中描述的靜電離子阱。用于執(zhí)行這些離子捕集和質(zhì)譜測(cè)定 技術(shù)的裝置和方法是熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾知的，因此這里不需要進(jìn)一步詳 細(xì)描述。
還要理解，本揭示中描述的主題可以與一前一后的MS (MS/MS)和多個(gè)一 MS (MSn)應(yīng)用一起應(yīng)用。例如，可以捕集需要m/z范圍的離子，分離成"母" 離子或"先驅(qū)"離子，并且通過(guò)使用用于與分離離子碰撞的合適的背景氣體(例 如，氦)的眾知的裝置使之經(jīng)受碰撞誘發(fā)的分裂(CID)。然后對(duì)所產(chǎn)生的"女 兒"、"碎片"或"產(chǎn)物"離子進(jìn)行質(zhì)量分析，并且可以對(duì)連續(xù)產(chǎn)生的離子重 復(fù)進(jìn)行處理。通常，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾知MS/MS和MSn應(yīng)用，因此這里 不需要任何進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
還要理解，在本揭示中描述的實(shí)施中施加周期性的電壓不局限于正弦波形 信號(hào)。通常，這里教導(dǎo)的原理可以應(yīng)用于其它類型的周期性波形信號(hào)，諸如三 角形(鋸齒形)波、方波等。
再要進(jìn)一步理解，可以改變本發(fā)明的各個(gè)方面或細(xì)節(jié)而不偏離本發(fā)明的范 圍。此外，上面的說(shuō)明只是示意性的，不作為對(duì)由權(quán)利要求書(shū)定義的本發(fā)明的 限制。
權(quán)利要求
1.一種用于在離子捕集體積中分離需要的離子的方法，所述方法包括下列步驟把離子分離信號(hào)施加于離子捕集體積中的多個(gè)離子，多個(gè)離子包括要保留在離子捕集體積中的需要的離子和要從離子捕集體積中噴射出的不需要的離子，其中離子分離信號(hào)包括橫越一頻率范圍的多個(gè)信號(hào)分量，所述頻率范圍包括下頻帶、上頻帶以及將下頻帶和上頻帶分開(kāi)的凹槽帶；多個(gè)信號(hào)分量包括第一信號(hào)分量，所述第一信號(hào)分量具有與在凹槽帶外和處于凹槽帶邊緣處的需要的離子的特征頻率接近的第一頻率；以及鄰近信號(hào)分量，所述鄰近信號(hào)分量具有在第一頻率的同一頻帶中的、且與同一頻帶中其它信號(hào)分量相比與第一頻率鄰近的鄰近頻率；以及第一信號(hào)分量的幅度比鄰近分量的幅度大。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)離子包括多個(gè)不需 要的離子，多個(gè)不需要的離子包括第一不需要的離子，與其它不需要的離子相 比，所述第一不需要的離子的m/z比值最接近需要的離子的ra/z比值，并且第一分量的頻率至少近似地等于第一不需要的離子的特征頻率。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步驟對(duì)施加于離子捕集體積的捕集場(chǎng)進(jìn)行掃描，同時(shí)把固定頻率激勵(lì)信號(hào)施加于離子捕集體積以從離子捕集體積中噴射出其m/z比值小于需要的離子的m/z比值的不需要的 離子，其中施加離子分離信號(hào)從離子捕集體積中噴射出其m/z比值大于需要的 離子的ra/z比值的不需要的離子。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一分量的幅度大于第 一分量的同一頻帶中的其它信號(hào)分量的平均幅度。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一分量的幅度比鄰近 分量的幅度大了一個(gè)約在1. 1到6之間的因子。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一頻率在下頻帶中。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一頻率在上頻帶中。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)信號(hào)分量包括第一 組信號(hào)分量，所述第一組信號(hào)分量具有彼此處于同一頻帶中且在凹槽帶一側(cè)的 第一組頻率，與同一頻帶中的其它信號(hào)分量的頻率相比，所述第一組頻率最接 近需要的離子的特征頻率，所述第一組信號(hào)分量包括第一分量，鄰近頻率與第 一組頻率中的至少一個(gè)頻率鄰近，并且第一組的每個(gè)信號(hào)分量的幅度大于鄰近 分量的幅度。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于 所述第一頻率在下頻帶中并且在凹槽帶的第一邊緣處；所述多個(gè)信號(hào)分量還包括第二信號(hào)分量，所述第二信號(hào)分量具有與在凹 槽帶外的、處于凹槽帶第二邊緣處的和在上頻帶中的需要的離子的特征頻率接 近的第二頻率；以及最接近信號(hào)分量，所述最接近信號(hào)分量具有在上頻帶中的 且與上頻帶中其它信號(hào)分量相比與第二頻率鄰近的最接近頻率；以及第二信號(hào)分量的幅度比最接近信號(hào)分量的幅度大。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一分量和第二分量的 各個(gè)幅度是相同的。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一分量和第二分量的 各個(gè)幅度是不相同的。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于 所述多個(gè)信號(hào)分量包括第一組信號(hào)分量，所述第一組信號(hào)分量具有在下頻 帶中且與下頻帶中的其它信號(hào)分量相比最接近于凹槽帶的第一組頻率，所述第 一組信號(hào)分量包括第一分量，所述鄰近頻率與第一組頻率中的至少一個(gè)頻率鄰 近，第一組中的每個(gè)信號(hào)分量的幅度大于鄰近分量的幅度；以及所述多個(gè)信號(hào)分量還包括第二組信號(hào)分量，所述第二組信號(hào)分量具有在上 頻帶中的、且與上頻帶中其它信號(hào)分量相比最接近于凹槽帶的第二組頻率，第 二組信號(hào)分量包括第二分量，最接近頻率與第二組頻率中的至少一個(gè)頻率鄰 近，并且第二組中的每個(gè)信號(hào)分量的幅度大于最接近分量的幅度。
13. —種用于分離一內(nèi)部之中的需要的離子的裝置，所述裝置包括 具有內(nèi)部的電極配置；以及用于把離子分離信號(hào)施加于電極結(jié)構(gòu)從而把RF激勵(lì)場(chǎng)賦予該內(nèi)部之中的多個(gè)離子的裝置，多個(gè)離子包括內(nèi)部中要保留的需要離子以及要從內(nèi)部噴射出去的不需要離子，其中離子分離信號(hào)包括橫越一頻率范圍的多個(gè)信號(hào)分量，所述多個(gè)信號(hào)分量包 括其頻率接近需要的離子的特征頻率的第一信號(hào)分量；以及鄰近信號(hào)分量， 與其它信號(hào)分量相比，所述鄰近信號(hào)分量的頻率與第一信號(hào)分量的頻率鄰近， 以及第一信號(hào)分量的幅度比鄰近信號(hào)分量的幅度大了一個(gè)約在1. 1到6之間的因子。
全文摘要
通過(guò)向離子捕集體積中的多個(gè)離子施加離子分離信號(hào)而分離離子捕集體積中的需要離子，包括要保留在離子捕集體積中的需要離子和要從離子捕集體積噴射出的不需要離子。離子分離信號(hào)包括橫越頻率范圍的多個(gè)信號(hào)分量。多個(gè)信號(hào)分量包括頻率接近需要離子的特征頻率的第一分量，以及鄰近分量，該鄰近分量的頻率與第一分量的頻率鄰近。第一分量的幅度大于鄰近分量的幅度。
文檔編號(hào)H01J49/42GK101366098SQ200680041254
公開(kāi)日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者D·李, K·牛頓, M·王, S·查奇特勒 申請(qǐng)人:凡利安股份有限公司