用于組合的線性離子阱和四極濾質(zhì)器的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種用于質(zhì)譜儀的裝置，該裝置包括：一組四個桿電極，這些桿電極限定了在其間的一個離子占用體積，具有入口端和出口端，這些桿電極中的至少一個具有一個從其中穿過的槽；第一和第二離子光學(xué)器件，分別被安置成分別與該入口端和出口端相鄰；一個電壓供應(yīng)系統(tǒng)；以及至少一個輔助電極，被至少部分安置在該至少一個槽內(nèi)；其中該電壓供應(yīng)系統(tǒng)被配置為以便跨過該組桿電極的構(gòu)件供應(yīng)一個射頻(RF)電壓、一個直流(DC)濾波電壓和一個振蕩偶極共振噴射電壓并且以便供應(yīng)一個次級離子捕獲無線RF電壓和一個次級DC濾波電壓至該至少一個輔助電極上且跨過這些桿電極和該第一和第二離子光學(xué)器件中的每一個供應(yīng)DC電壓。
【專利說明】用于組合的線性離子阱和四極濾質(zhì)器的方法和裝置 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明總體上涉及質(zhì)譜儀，并且更具體地涉及用在此類質(zhì)譜儀中的用于根據(jù)質(zhì)荷 比分離離子的四極桿離子光學(xué)部件。 發(fā)明背景
[0002] 四極濾質(zhì)器數(shù)十年來已經(jīng)廣泛用于多種物質(zhì)的常規(guī)質(zhì)譜分析，包括小分子如藥物 試劑和它們的代謝物，以及大生物分子如肽和蛋白質(zhì)。近來，二維徑向噴射離子阱（也被稱 為"線性離子阱"）已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了廣泛使用（參見，例如Schwartz等人，"二維四極離子阱質(zhì)譜 儀"，美國質(zhì)譜學(xué)會期刊（J. Am. Soc. Mass Spectrometry)，13:659-669 (2002))。一般而言， 此類四極質(zhì)量分析裝置在結(jié)構(gòu)上是大體類似的并且由四個狹長電極組成，每個電極具有一 個雙曲線形表面，這些電極被安排為兩個電極對，這兩個電極對與在每個電極對之間中間 的中心線對齊并且跨過其相對。
[0003] 在線性離子阱和四極濾質(zhì)器兩者中，存在四個平行的桿，每個與一條中心軸線隔 開，并且典型地形狀為雙曲線或圓形桿輪廓。一般而言，這些桿的長維度限定一個笛卡爾坐 標(biāo)系的Z軸。將一個RF電壓的相反相位施加在X維度上分開的桿（相對于Y維度上分開 的那些）之間。這個施加的RF電壓影響X和Y維度上的離子移動，包括在該裝置內(nèi)離子的 容納（containment)。對于線性離子阱操作，一個軸向容納場通過透鏡元件、或桿區(qū)段來增 力口，可以向該軸向容納場上施加一個另外的DC電壓以包含沿Z維度的離子。
[0004] 在四極濾質(zhì)器（QMF)裝置的操作中，將包括一定質(zhì)荷比（m/z)比例范圍的離子沿 大致平行于中心線的軌跡引入該裝置的一個入口端。通過適當(dāng)選擇施加到這些桿上的DC 和RF電壓的幅值，完全通過該裝置的離子的范圍可以限制于僅一個所希望的窄m/z范圍。 如此被傳輸?shù)碾x子然后可以被一個檢測器檢測到，該檢測器被對齊以便攔截從一端至另一 端完全通過該裝置的離子。該檢測器產(chǎn)生代表被傳輸?shù)碾x子數(shù)目的一個信號。這些檢測器 信號被傳送到一個數(shù)據(jù)和控制系統(tǒng)以處理并且產(chǎn)生質(zhì)譜。
[0005] 在用于質(zhì)量分析的線性離子阱裝置的一種形式中，一個電極對的電極中的至少一 個適配有延伸通過該電極或這些電極的厚度的一個孔口（槽）以便允許被噴射的離子行 進(jìn)穿過該孔口至一個相鄰定位的檢測器。離子通過將一個射頻（RF)電壓的相反相位施加 到這些電極對上而被徑向地或橫向地限制在該離子阱內(nèi)部中，并且可以通過施加適當(dāng)?shù)腄C 偏移到定位于這些電極或其中心區(qū)域的軸向向外處的端部區(qū)域或透鏡而被軸向地或縱向 地限制。為了進(jìn)行分析掃描，在該RF電壓的幅值漸變的同時，典型地跨過該開孔口的電極 對（通常被稱為X電極，因?yàn)樗鼈兣c一個笛卡爾坐標(biāo)系的X軸對齊，該笛卡爾坐標(biāo)系這樣取 向使得X和Y是該阱的徑向軸線并且Z是沿該阱中心線延伸的縱向軸線）的電極施加一個 偶極共振激勵電壓。該操作導(dǎo)致被俘獲離子按它們的m/z比（m/z的）順序與所施加的激 勵電壓共振。這些共振受激離子發(fā)展不穩(wěn)定的軌跡并且通過這些X電極的一個或多個孔口 從該阱中被噴射出至這些檢測器。
[0006] 每種類別的四極質(zhì)量分析器-四極濾質(zhì)器或線性離子阱-與它自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)相 關(guān)聯(lián)。離子阱以它們對于全掃描質(zhì)量分析的高靈敏度、進(jìn)行迭代碎裂和分析（MSn)實(shí)驗(yàn)的 能力、以及它們的高掃描速度而眾所周知。四極濾質(zhì)器以它們對于目標(biāo)化合物分析和量化 的極高靈敏度和檢測極限而眾所周知。本披露涉及創(chuàng)造一種單一裝置，該單一裝置在節(jié)省 在一個質(zhì)譜儀儀器內(nèi)具有兩個單獨(dú)裝置的費(fèi)用和復(fù)雜性的同時，可以充當(dāng)一個線性離子阱 和一個四極濾質(zhì)器兩者并且因此可以實(shí)現(xiàn)性能特征的組合。這產(chǎn)生了具有離子阱的理想定 性能力同時額外地保持了 QMF的定量性能方面的一種多用途裝置。
[0007] 已知對于線性離子阱操作必需的槽導(dǎo)致對電場的擾動并且使其偏離純線性場畸 變。已經(jīng)提出了各種方式來補(bǔ)償放入離子阱裝置的電極中的孔口的有害性能影響，這些離 子阱裝置包括三維（3D)離子阱（例如，保羅（Paul)阱）以及線性離子阱。在一些當(dāng)前可商 購的線性離子阱系統(tǒng)中，補(bǔ)償這些槽的影響是通過將電極間距從無槽的雙曲線桿的理論最 佳間距向外伸展來完成的?；旧?，這種補(bǔ)償方法主要引入正性八極和十二極的高階（非 線性）場，補(bǔ)償了由這些槽產(chǎn)生的負(fù)性場畸變。然而，這種補(bǔ)償方法不能產(chǎn)生這些非線性高 階場的完全取消。其結(jié)果是，在現(xiàn)有實(shí)施方式中，通常，發(fā)生某一過補(bǔ)償，這仍留下用于有效 性能的一些高階場。盡管以此方式補(bǔ)償?shù)难b置可以作為一個離子阱質(zhì)量分析器很好地運(yùn) 行，但所希望的是QMF操作能夠產(chǎn)生一個RF場，該RF場實(shí)質(zhì)上盡可能純地是一個四極電勢 (線性場）。此外，此類補(bǔ)償機(jī)構(gòu)是不容易可調(diào)節(jié)的。優(yōu)選地，任何場畸變補(bǔ)償機(jī)構(gòu)應(yīng)該是 以如下方式可調(diào)節(jié)的，使得能夠補(bǔ)償噴射槽的影響（以便實(shí)現(xiàn)最佳離子阱性能）同時還能 夠?qū)τ赒MF模式下的操作進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱鲂Ｕ?，因?yàn)檫@兩種操作模式可能具有不同的場補(bǔ)償 要求。這些調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以在儀器操作過程中以及還在儀器校準(zhǔn)過程中實(shí)時使用以便校正由 制造機(jī)械缺陷引入的崎變。
[0008] 美國專利申請?zhí)?, 415, 617傳授了一種實(shí)現(xiàn)作為離子阱和QMF兩者的功能的方 法，這是通過要求這些槽被配置為使得實(shí)現(xiàn)四倍對稱，從而導(dǎo)致可忽略的八極場分量和占 優(yōu)勢的十二極或二十極場畸變。盡管這種對稱配置顯著降低場畸變水平，但由這些槽造成 的殘余非線性場仍可以具有對QMF性能的有害影響。為了允許相同結(jié)構(gòu)也作為一個更理想 的四極濾質(zhì)器（QMF)，理論上要求甚至進(jìn)一步校正，從而要求一個更純的線性（四極的）電 場，其中幾乎完全取消所有非線性場。
[0009] 提供最高水平的場校正、連同操作上可調(diào)節(jié)的補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)導(dǎo)致，相對一個全局 調(diào)節(jié)像如上所述的桿間距的伸展，或如在一些三維離子阱裝置中使用的改變雙曲線的漸 近線角度而言，對這些槽更局部的補(bǔ)償方法。關(guān)于3D離子阱已經(jīng)考慮的一種此類方法 是使局部的突起、或凸起與這些槽相鄰。此種方法已經(jīng)披露于例如美國專利預(yù)授
【發(fā)明者】J·C·施瓦茨 申請人:薩默費(fèi)尼根有限公司