基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置和方法与流程

本发明涉及一种质谱仪，更具体地，涉及基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置和方法。

背景技术：
质谱分析法(massspectrometry)是将化合物按不同质荷比(m/z)进行分离检测，实现成分和结构鉴别的一种分析方法。质谱技术因其具有的高特异性和灵敏度，在生物分析领域中的重要地位日益凸显。生物质谱(Bio-massspectrometry，Bio-MS)是应用于生物分子分析的质谱技术，其在蛋白质和多肽研究中有着广泛的应用：如蛋白质相对分子质量测定、肽谱测定、肽序列测定技术、巯基和二硫键定位、蛋白质翻译后修饰、定量蛋白质组分析、蛋白质相互作用研究等。此外，生物质谱还应用于多糖结构测定、寡核苷酸和核酸分析、微生物鉴定、药物研发等领域。伴随着质谱技术的发展，其相关离子化方式也日新月异。许多研究人员在前人的基础上开发出了双极性离子化方法，可同时将样品离子化形成正、负离子。Huang[1,2]等人在nano-ESI源的基础上加以改进，通过脉冲高压诱导方式同时获得了样品的双极性离子。NishantChetwani[3,4]等人也进行了类似的研究，开发出一种新型的高频交流电场ESI源，可基于不同模式获得双极性离子。双极性离子通常采用两种不同的正、负离子模式分别进行检测。另一方面，也有研究人员致力于开发双极性离子同时检测的方法：Chen[5]等人发展了一种基于双极性泰勒锥的双极性离子同步检测方法；Tsai[6]等人开发了一种基于双极性飞行时间检测器(TOF)的双极性离子检测方法，并申请了相关专利。之前的工作主要是利用两套质谱/质量分析器进行正负离子的分别检测；或者是一套质谱/质量分析器两次质谱分析，一次分析正离子一次分析负离子。现有处理方式是采用不同操作参数分别进行正离子模式检测和负离子模式检测，在排除一种极性离子的情况下继续进行二级质谱等后续检测，导致样品用量增大、检测效率降低。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺点，提供基于离子阱的双极性离子分离与检测装置和方法，可以实现气相离子反应过程中，正负母离子与产物离子的同时监测与分析。在一次质谱分析同时检测正负离子，即一次性分离和检测生物样品中的正负离子。减少样品用量，提高分析速度，改善样品定量分析准确性。根据本发明的第一方面，提供了一种基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置，包括：离子阱，离子阱包括多个电极；射频电压源(RF)，用于给离子阱的电极施加射频电压(V)以形成射频电场；直流电压源，用于给离子阱的不同电极施加直流电压(U)以形成偏置电场，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离；在正离子出射的离子阱的电极外设置检测正离子的第一检测器；在负离子出射的离子阱的电极外设置检测负离子的第二检测器。可选择地，基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置可以采用二级场直流电压检测模式。所述离子阱的不同电极为离子阱同一轴向的两个不同电极，所述给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场为给离子阱的同一轴向的两个不同电极分别施加大小相等或不等但极性相反的正直流电压和负直流电压以形成偏置电场，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离并分别向与自身极性相反的电极靠近，正离子向施加负直流电压的电极靠近，负离子向施加正直流电压的电极靠近。所述双极性离子分析与检测的装置还包括激发交流电压源，在正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离之后，激发交流电压源给所述同一轴向的两个不同电极施加激发交流电压(AC)以形成激发交流电场，已分离的正离子和负离子在激发交流电场的作用下分别从离子阱的不同电极出射，离开离子阱，在所述离子阱同一轴向的两个不同电极上有开口，所述离子从所述开口出射；正离子从施加负直流电压的电极端出射并被第一检测器检测，负离子从施加正直流电压的电极端出射并被第二检测器检测。所述正直流电压的初始值为5伏，所述负直流电压的初始值为－5伏，所述正直流电压和负直流电压的扫描速度为1000伏/秒；所述激发交流电压的幅度为20伏、频率为300000Hz；所述射频电压的初始电压幅度为380伏、频率为1000000Hz、扫描速度1000伏/秒。可选择地，基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置可以采用四级场直流电压检测模式。所述离子阱的不同电极包括离子阱y轴向的两个电极和离子阱x轴向的两个电极，所述给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场为给离子阱y轴向的两个电极施加一大小相等的负直流电压和给离子阱x轴向的两个电极施加一大小相等的正直流电压，由所述负直流电压和所述正直流电压形成偏置电场，所述负直流电压和所述正直流电压的幅度相等或不等，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离，使正离子在x轴方向被压缩，负离子在y轴方向被压缩；采用所述直流电压扫描方式和所述射频电压扫描方式，增大所述直流电压的幅度和增大所述射频电压的幅度，正离子在x轴方向被压缩的程度增大，负离子在y轴方向被压缩的程度增大，正离子倾向于从y轴方向出射，负离子倾向于从x轴方向出射，当所述离子离开xy稳定区时，其在一个方向上的运动振幅不断增大而弹射出离子阱，正离子从y轴方向弹射，负离子从x轴方向弹射。对于采用四级场直流电压检测模式的基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置，可选择地，所述负直流电压和所述正直流电压的幅度可以相等，所述负直流电压和所述正直流电压的幅度为U，所述射频电压的幅度为V；在U、V一定时，正离子和负离子按其质荷比不同分别排列于正离子操作线和负离子操作线上；保持U/V不变同时增大U、V电压值，正离子沿正操作线前进，负离子沿负操作线前进，当所述离子离开xy稳定区时，其在一个方向上的运动振幅不断增大而弹射出离子阱。对于采用四级场直流电压检测模式的基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置，可选择地，还可以包括激发交流电压源，在正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离之后，激发交流电压源给所述x轴方向的两个不同电极和y轴向的两个不同电极施加激发交流电压以形成激发交流电场，在形成激发交流电场后，当正离子沿正操作线前进达到正离子AC激发线时，发生共振弹射出离子阱；负离子沿负操作线前进到达负离子AC激发线后，发生共振弹射出离子阱，其中AC表示激发交流电压。所述射频电压的初始电压幅度为380伏、频率为1000000Hz，扫描速度1000伏/秒；U/V值为0.075；激发交流电压的幅度为20伏、频率为310000Hz。根据本发明的第二方面，提供了一种基于离子阱的双极性离子分析与检测的方法，包括：给离子阱的电极施加射频电压以形成射频电场；给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离；正离子从其上施加有负极性直流电压的电极端出射并被检测，负离子从其上施加有正极性直流电压的电极端出射并被检测。可选择地，基于离子阱的双极性离子分析与检测的方法可以采用二级场直流电压检测模式。所述离子阱的不同电极为离子阱同一轴向的两个不同电极，所述给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场包括给离子阱的同一轴向的两个不同电极分别施加大小相等或不等但极性相反的正直流电压和负直流电压以形成偏置电场，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离并分别向与自身极性相反的电极靠近，正离子向施加负直流电压的电极靠近，负离子向施加正直流电压的电极靠近；给所述同一轴向的两个不同电极施加激发交流电压以形成激发交流电场，已分离的正离子和负离子在激发交流电场的作用下分别从离子阱的不同电极出射，离开离子阱，在所述离子阱同一轴向的两个不同电极上有开口，所述离子从所述开口出射；正离子从施加负直流电压的电极端出射并被检测，负离子从施加正直流电压的电极端出射并被检测。所述正直流电压的初始值为5伏，所述负直流电压的初始值为－5伏，所述正直流电压和负直流电压的扫描速度为1000伏/秒；所述激发交流电压的幅度为20伏、频率为300000Hz；所述射频电压的初始电压幅度为380伏、频率为1000000Hz、扫描速度1000伏/秒。可选择地，基于离子阱的双极性离子分析与检测的方法可以采用四级场直流电压检测模式。所述离子阱的不同电极包括离子阱y轴向的两个电极和离子阱x轴向的两个电极，所述给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场为给离子阱y轴向的两个电极施加一大小相等的负直流电压和给离子阱x轴向的两个电极施加一大小相等的正直流电压，由所述负直流电压和所述正直流电压形成偏置电场，所述负直流电压和所述正直流电压的幅度相等或不等，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离，使正离子在x轴方向被压缩，负离子在y轴方向被压缩；采用所述直流电压扫描方式和所述射频电压扫描方式，增大所述直流电压的幅度和增大所述射频电压的幅度，正离子在x轴方向被压缩的程度增大，负离子在y轴方向被压缩的程度增大，正离子倾向于从y轴方向出射，负离子倾向于从x轴方向出射，当所述离子离开xy稳定区时，其在一个方向上的运动振幅不断增大而弹射出离子阱，正离子从y轴方向弹射，负离子从x轴方向弹射。对于采用四级场直流电压检测模式的基于离子阱的双极性离子分析与检测的方法，可选择地，所述负直流电压和所述正直流电压的幅度相等，所述负直流电压和所述正直流电压的幅度为U，所述射频电压的幅度为V；在U、V一定时，正离子和负离子按其质荷比不同分别排列于正离子操作线和负离子操作线上；保持U/V不变同时增大U、V电压值，正离子沿正操作线前进，负离子沿负操作线前进，当所述离子离开xy稳定区时，其在一个方向上的运动振幅不断增大而弹射出离子阱。对于采用四级场直流电压检测模式的基于离子阱的双极性离子分析与检测的方法，可选择地，给所述x轴方向的两个不同电极和y轴向的两个不同电极施加激发交流电压以形成激发交流电场，在形成激发交流电场后，当正离子沿正操作线前进达到正离子AC激发线时，发生共振弹射出离子阱；负离子沿负操作线前进到达负离子AC激发线后，发生共振弹射出离子阱，其中AC表示激发交流电压。所述射频电压的初始电压幅度为380V、频率为1000000Hz，扫描速度1000伏/秒；U/V值为0.075；激发交流电压的幅度为20伏、频率为310000Hz。根据本发明的第三方面提供了一种双极性离子的多极质谱分析方法，包括：首先，给离子阱的电极施加射频电压的初始电压以形成射频电场；给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场，所述离子阱的不同电极包括离子阱y轴向的两个电极和离子阱x轴向的两个电极，给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场包括给离子阱y轴向的两个电极施加一大小相等的负直流电压和给离子阱x轴向的两个电极施加一大小相等的正直流电压，由所述负直流电压和所述正直流电压形成所述偏置电场；所述负直流电压和所述正直流电压的幅度相等或不等，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离，使正离子在x轴方向被压缩，负离子在y轴方向被压缩，然后，在离子阱的x轴方向的电极上施加多通道宽频激发交流信号(SWIFTwaveform)，使被选择的离子处于稳定区，其他离子被激发弹射出离子阱；接着，在离子阱的y轴方向的电极上施加多通道宽频激发交流信号，从稳定存储于离子阱中的离子进一步确定所选离子，使所选离子处于稳定区，其他离子被激发弹射出离子阱；然后，采用前面所述的任一基于离子阱的双极性离子分析与检测的方法对存储于离子阱中的所选离子进行双极性离子分析与检测。根据本发明的第四方面，提供了一种双极性离子的多极质谱分析方法，包括：首先，给离子阱的电极施加射频电压的初始电压以形成射频电场；给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场，所述离子阱的不同电极包括离子阱y轴向的两个电极和离子阱x轴向的两个电极，给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场包括给离子阱y轴向的两个电极施加一大小相等的负直流电压和给离子阱x轴向的两个电极施加一大小相等的正直流电压，由所述负直流电压和所述正直流电压形成所述偏置电场；所述负直流电压和所述正直流电压的幅度相等或不等，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离，使正离子在x轴方向被压缩，负离子在y轴方向被压缩，然后，同时在离子阱的x轴方向的电极上施加多通道宽频激发信号和在离子阱的y轴方向的电极上施加多通道宽频激发信号，使被选择的离子处于稳定区，其他离子被激发弹射出阱；接着，采用前面所述的任一基于离子阱的双极性离子分析与检测的方法对存储于离子阱中的所选离子进行双极性离子分析与检测。根据本发明的第五方面，提供了一种双极性离子的多极质谱分析装置，包括：射频电压源，给离子阱的电极施加射频电压的初始电压以形成射频电场；直流电压源，给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场，所述离子阱的不同电极包括离子阱y轴向的两个电极和离子阱x轴向的两个电极，给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场包括给离子阱y轴向的两个电极施加一大小相等的负直流电压和给离子阱x轴向的两个电极施加一大小相等的正直流电压，由所述负直流电压和所述正直流电压形成所述偏置电场；所述负直流电压和所述正直流电压的幅度相等或不等，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离，使正离子在x轴方向被压缩，负离子在y轴方向被压缩，激发信号源，在正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离之后，激发信号源首先给在离子阱的x轴方向的电极上施加多通道宽频激发信号，使被选择的离子处于稳定区，其他离子被激发弹射出阱；然后，在离子阱的y轴方向的电极上施加多通道宽频激发交流信号，从稳定存储于离子阱中的离子进一步确定所选离子，使所选离子处于稳定区，其他离子被激发弹射出阱；前面所述的任一基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置，所述基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置用于对存储于离子阱中的所选离子进行双极性离子分析与检测。根据本发明的第六方面，提供了一种双极性离子的多极质谱分析装置，包括：射频电压源，给离子阱的电极施加射频电压的初始电压以形成射频电场；直流电压源，给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场，所述离子阱的不同电极包括离子阱y轴向的两个电极和离子阱x轴向的两个电极，给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场包括给离子阱y轴向的两个电极施加一大小相等的负直流电压和给离子阱x轴向的两个电极施加一大小相等的正直流电压，由所述负直流电压和所述正直流电压形成所述偏置电场；所述负直流电压和所述正直流电压的幅度相等或不等，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离，使正离子在x轴方向被压缩，负离子在y轴方向被压缩，激发信号源，在正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离之后，同时给在离子阱的x轴方向的电极上施加多通道宽频激发信号和在离子阱的y轴方向的电极上施加多通道宽频激发信号，使被选择的离子处于稳定区，其他离子被激发弹射出阱；前面所述任一基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置，所述基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置用于对存储于离子阱中的所选离子进行双极性离子分析与检测。与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：本发明提供的基于离子阱的双极性离子分离与检测装置和方法，实现了一次性分离和检测生物样品中的正、负离子，可应用于线性离子阱及三维离子阱中。本发明可用于气相离子反应过程中的正负离子同时检测的目的，提高信息量的同时，也可以控制离子反应进程。采用的双极性离子分析模式，使检测过程中的复杂正负离子反应及双极性离子的多级质谱分析成为可能，所获得的双极性质谱图与常规质谱图相比，增加了离子极性的第3维信息。与现有技术相比，将正、负离子模式的同时进行，使一级质谱的分析速度提高一倍，而样品用量减少50％。本发明减少了样品在极性选择过程中的消耗，有效提高定量检测的准确性。在蛋白质检测的应用中，双极性模式可提高不同极性肽段的覆盖率，使数据库比对结果更为可靠。附图说明应说明的是，下面描述中的附图仅示意地示出了一些实施例，并没有包括所有可能的实施例。图1a示出了的双极性离子在没有偏置电场作用下均匀分布在离子阱中的示意图；图1b示出了双极性离子在偏置电场作用下发生分离的示意图；图2a和2b示出了二级场直流电压检测模式的直流电压的高低对双极性离子分离的影响；图3示出了根据本发明实施例的二级场直流电压检测模式的示意图；图4示出了根据本发明实施例的离子阱稳定性图；图5示出了根据本发明实施例的四级场直流电压检测模式的原理示意图；图6a和图6b示出了根据本发明实施例的四级场直流电压检测模式的示意图；图7a至图7f为四级场直流电压检测模式下，二级质谱选择性操作示意图；图8a和图8b分别为二级场直流电压检测模式实施例中仿真离子出射轨迹和质谱图；图9a和图9b分别为为四级场直流电压检测模式实施例中仿真离子在X轴向和Y轴向的出射轨迹。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图描述本发明的示例性实施例的技术方案。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。所描述的实施例仅用于图示说明，而不是对本发明范围的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为了叙述方便，本文中所称的“x轴”、“y轴”与图6a中的“x轴”、“y轴”方向一致，“x”、“y”的定义与直角坐标系定义相同，但并不对本发明的结构起限定作用。与其他质量检测器相比，离子阱具有体积小、分辨率高等特点，特别适用于各种样品的二级和多级质谱检测。由于其具有的诸多优势，本发明设计了一种基于离子阱的双极性离子分析与检测的技术方案，可一次质谱分析同时检测正负离子，例如，可适用于线性离子阱及三维离子阱。根据本发明的实施例，基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置，包括：离子阱，离子阱包括多个电极；射频电压源，用于给离子阱的电极施加射频电压以形成射频电场；直流电压源，用于给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离；在正离子出射的离子阱的电极外设置检测正离子的第一检测器；在负离子出射的离子阱的电极外设置检测负离子的第二检测器。根据本发明的实施例，基于离子阱的双极性离子分析与检测方法包括：给离子阱的电极施加射频电压以形成射频电场；给离子阱的不同电极施加直流电压以形成偏置电场，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离；正离子从其上施加有负极性直流电压的电极端出射并被检测，负离子从其上施加有正极性直流电压的电极端出射并被检测。作为本发明的可选实施例，本发明的基于离子阱的双极性离子分析与检测装置和方法可以采用二级场直流电压检测模式或四级场直流电压检测模式，下面将结合附图对其进行描述。(1)二级场直流电压检测模式当正、负两种离子产生后，采用双极性离子传输方式将离子导入离子阱，双极性离子在射频电场作用下均匀分布在离子阱中，如图1a所示。例如，可以通过射频电压源RF给离子阱的电极施加射频电压以形成射频电场。双极性离子包括正离子和负离子，在图1a中，在离子阱的电极上没有施加直流电压DC。在离子阱同一轴向的两个不同电极上分别施加大小相等或不等但极性相反的直流电压DC，形成一偏置电场，正离子和负离子在此偏置电场作用下发生分离，向与自身极性相反的电极靠近，正离子向施加负的直流电压的电极靠近，负离子向施加正的直流电压的电极靠近，如图1b所示。图2a和2b示出了二级场直流电压检测模式的直流电压DC对双极性离子分布的影响。如图2a和2b所示，随着直流电压DC的增大，双极性离子的分离程度逐渐增大，与相反极性电极间的距离逐渐减小，由此电极出射的概率随之增大。图3示出了根据本发明实施例的二级场直流电压检测模式的示意图。如图3所示，在离子阱同一轴向的两个不同电极上分别施加大小相等或不等但极性相反的直流电压DC，形成一偏置电场，例如通过直流电压源给离子阱的同一x轴向的不同电极施加大小相等或不等但极性相反的直流电压DC，形成偏置电场。正离子和负离子在此偏置电场作用下发生分离，向与自身极性相反的电极靠近，正离子向施加负的直流电压的电极靠近，负离子向施加正的直流电压的电极靠近。在同一轴向的不同电极外分别设置检测器。在正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离之后，在同一轴向的不同电极施加激发交流电压AC，则正离子从负极性电极端出射并被检测，负离子从相反方向出射及检测，即实现双极性离子的分离与检测。例如通过激发交流电压源给离子阱的同一x轴向的不同电极施加激发交流电压以形成激发交流电场，已分离的正离子和负离子在激发交流电场的作用下分别从离子阱的不同电极出射，离开离子阱。正离子从施加负的直流电压的电极出射，负离子从施加正的直流电压的电极出射。例如，在正离子出射的离子阱的电极外设置检测正离子的第一检测器，在负离子出射的离子阱的电极外设置检测负离子的第二检测器。为了能让离子出射，在施加所述直流电压的离子阱同一轴向的两个不同电极上有开口，离子从所述电极上的开口出射。(2)四级场直流电压检测模式离子在离子阱中的运动轨迹与Mathieu方程具有相同形式，可通过求解Mathieu方程进行理论推导，满足以下二阶微分方程：其中u为离子阱中离子运动轨迹，u为x，y，z，ξ是与射频电压的角频率Ω相关的参数(ξ＝Ωt/2)，t为时间，参数au、qu为别为：其中e为离子电荷，m为离子质量，r0为离子阱半径，Ω为射频电压的角频率，V为射频电压幅度，U为直流电压幅度。通过理论计算可知，当参数au、qu满足一定条件时，离子以一定振幅在离子阱中运动，处于稳定状态。以qu为横坐标、au为纵坐标作图，将符合稳定条件的区域称为稳定区。使离子在x方向稳定的部分为x稳定区，使离子在y方向稳定的部分为y稳定区，x稳定区与y稳定区的交集为xy稳定区,如图4所示。图5示出了根据本发明实施例的四级场直流电压检测模式的原理示意图。在图5中，四条边界围成的区域为xy稳定区，稳定存储于离子阱中的离子处于xy稳定区中。通过改变V、U可以改变au、qu数值，使离子处于不同的稳定状态。在没有给离子阱的电极施加直流电压的情况下，直流电压幅度U为0，根据公式(2)可知，au＝0，正离子和负离子在横坐标qu上，如图5中的左边部分的所示。在给离子阱的电极施加直流电压的情况下，au不等于0。在U、V一定时，正离子和负离子按其质荷比不同(因而其au、qu值不同，)分别排列于正离子操作线和负离子操作线上，例如保持U/V不变同时增大U、V电压值(即按操作线扫描电压)，导致au、qu值增大，如图5中的右边部分的所示，正离子沿正操作线前进，负离子沿负操作线前进，当离子au、qu值超出xy稳定区时，其在一个方向上的运动振幅不断增大而弹射出离子阱。可选择地，也可以采用U/V可变同时增大U、V电压值(即按操作线扫描电压)，导致au、qu值增大，正离子沿正操作线前进，负离子沿负操作线前进，当离子au、qu值超出xy稳定区时，其在一个方向上的运动振幅不断增大而弹射出离子阱。例如，可以通过激发交流电压源给离子阱的电极施加激发交流电压AC以形成激发交流电场。在施加激发交流电压AC后，当正离子沿正操作线前进到达正离子AC激发线时，发生共振弹射出离子阱；当负离子沿负操作线前进到达负离子AC激发线时，发生共振弹射出离子阱。稳定存储于离子阱中的离子处于xy稳定区中，通过改变V、U可以使双极性离子沿不同操作线扫描。例如，沿负离子操作线扫描的负离子进入x不稳定区，导致其在x方向上振幅增大，倾向于从x方向出射；而正离子则沿正离子操作线扫描进入y不稳定区，倾向于从y方向出射。通过射频电压和/或激发交流电压AC使正离子和负离子分别从y、x方向出射，实现双极性离子的分离与检测。图6a、6b示出了根据本发明实施例的四级场直流电压检测模式的示意图。如图6a、6b所示，在离子阱y轴向的两个电极上施加一大小相等的负直流电压，在x轴向的两个电极上施加一大小相等的正直流电压，形成一偏置电场，负直流电压和正直流电压的幅度可以相等或不等。双极性离子在此偏置电场作用下发生分离，使正离子在x轴方向被压缩，负离子在y轴方向被压缩，如图6a所示。例如，采用U/V为定值的方式进行扫描，保持U/V不变同时增大U、V电压值,导致au、qu值增大，双极性离子在各自方向上压缩程度增大，倾向于从各自不同的轴向出射。在x、y轴方向分别设置检测器，并施加激发交流电压AC，则正极性离子从y轴方向出射而被检测，负极性离子从x轴方向出射及检测，即实现双极性离子的分离与检测，如图6b所示。例如，通过直流电压源给离子阱y轴向的两个电极施加一大小相等的负直流电压和给x轴向的两个电极施加一大小相等的正直流电压以形成偏置电场，正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离，使正离子在x轴方向被压缩，负离子在y轴方向被压缩。如图6a所示离子云开始均匀分布，加直流电压后正离子云倾向分布于在y轴，负离子云倾向分布于在x轴。在x轴方向设置检测器，在y轴方向设置检测器，正离子从y轴方向出射而被检测，负离子从x轴方向出射而被检测。例如可以激发交流电压源给所述x轴方向的两个不同电极和y轴向的两个不同电极施加激发交流电压以形成激发交流电场，在形成激发交流电场后，当正离子沿正操作线前进达到正离子AC激发线时，发生共振弹射出离子阱；负离子沿负操作线前进到达负离子AC激发线后，发生共振弹射出离子阱，其中AC表示激发交流电压。为了能让离子出射，在离子阱y轴向的两个电极和x轴向的两个电极上有开口，离子从所述开口出射。在四级场直流电压检测模式下，也可进行有选择性的二级质谱操作。根据离子阱理论，通过调节四极射频电压幅度、射频电压频率、直流电压与离子阱尺寸，使离子在x与y方向的运动频率可控。基于此，可利用多通道宽频激发信号选择任意极性与任意质荷比的离子作为母离子进行二级与多级质谱分析，尤其适用于具有相同质荷比但极性不同离子的分别检测(如图7a至7f)。四级直流电场首先可以控制一个离子在x方向与y方向的运动频率，使得其频率值不等或相等，其次可以控制不同极性的离子在x方向与y方向的运动频率，使得其频率值不等或相等。这样就可以实现相同质荷比不同电荷极性的离子在x方向和/或y方向具有不同或相同的运动频率，当它们具有不同的运动频率时，就可以实现它们的选择性分离与分析。例如，其实现方式为：在一级质谱的基础上，首先在x轴方向上施加多通道宽频激发交流信号AC，使被选择的离子处于稳定区，其他离子被激发弹射出离子阱；接着在y轴方向上施加多通道宽频激发交流信号，进一步确定所选离子，排除干扰离子。经过选择过程获得的母离子进行二级质谱扫描，可获得特定质荷比与极性的离子质谱图。下面结合附图7a至7f描述在四级场直流电压检测模式下选择性的多级质谱分析的实例。如图7a所示，在U/V比值一定时，正负离子按其质荷比不同(au、qu值不同)分别排列于两条直线上，尽管作为例子在图中示出了在XY稳定区中有5个离子，其中三个正离子(位于qu轴下方)，二个负离子了(位于qu轴上方)，但是本发明不局限于5个离子。可以采用例如本发明任一基于离子阱的双极性离子分析与检测的装置、方法或现有技术任何方法对图7a所示的位于xy稳定区的离子进行一级质谱分析和检测，图7b是一级质谱分析和检测的质谱图，在图7b中，在横坐标的上方是正离子的质谱图，横坐标的下方是负离子的质谱图。其中au、qu为离子阱稳定性图中的纵座标和横坐标。在一级质谱的基础上，可以进行二级与多级质谱分析，如附图7c至图7f所示。首先，(a)给离子阱的电极施加射频电压以形成射频电场；给离子阱y轴向的两个电极施加一大小相等的负直流电压和给离子阱x轴向的两个电极施加一大小相等的正直流电压以形成偏置电场，位于离子阱中的正离子和负离子在偏置电场作用下发生分离，使正离子在x轴方向被压缩，负离子在y轴方向被压缩，所述负直流电压和所述正直流电压的幅度相等或不等，然后，(b)在离子阱电极的x方向上施加多通道宽频激发信号，则处于激发信号区域内(深色区域)的离子不稳定出阱，处于非激发信号区域(白色区域)内的离子稳定存储于离子阱中，即实现了一次特定质量数的离子选择，如附图7c所示。接着，(c)在离子阱电极的y方向上施加多通道宽频激发信号，则处于激发信号区域内的离子不稳定出阱，处于非激发信号区域内的离子稳定存储于离子阱中，如附图7c所示。综合上述两步，在x、y两次非激发区域中(两次白色区域重叠部分)的离子得以稳定存储，实现了特定离子的选择。如附图7d所示。然后，(d)保持U/V定值同时增大U、V电压值(按操作线扫描电压)，导致au、qu值增大，图中表现为正、负离子分别沿正、负操作线前进，当离子au、qu值超出xy稳定区时，其在一方向上运动振幅不断增大而弹射出阱，实现特定选择离子的检测，如图7e所示。图7f示出对应于图7e的质谱图。作为可供选择的方案，上述步骤(b)和(c)可以同时进行。为充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式，下面给出实施例。图8a和图8b分别示出了二级场直流电压检测模式实施例中仿真离子出射轨迹和质谱图；图9a和图9b分别示出了四级场直流电压检测模式实施例中仿真离子在X轴向和Y轴向的出射轨迹。以下实施例均采用Matlab编写程序，并进行离子轨迹仿真实验，分别示出了质荷比为180的离子的运动轨迹，质荷比为-200的离子的运动轨迹、质荷比为300的离子的运动轨迹。(1)二级场直流电压检测模式实施例：仿真实验参数：选取离子质荷比为180、-200、300三种离子；射频初始电压380V、1000000Hz；直流初始电压5V；扫描速度1000V/s；激发交流电压20V、300000Hz。仿真实验结果：如图8，质荷比为180、300的离子从y轴负半轴方向出射，而质荷比为-200的离子从y轴正半轴方向出射，两个方向的出射效率均为100％。(2)四级场直流电压检测模式实施例：仿真实验参数：选取离子质荷比为180、-200、300三种离子；射频电压的初始电压为380V、1000000Hz，扫描速度1000V/s；直流电压的初始电压为28.5V(380*0.075)，扫描速度1000V/s，U/V值为0.075；激发交流电压20V、310000Hz。仿真实验结果：如图9，质荷比为180、300的离子从x轴方向出射，而质荷比为-200的离子从y轴方向出射，正离子的出射效率较高。以上对本发明的实施例的描述仅用于说明本发明的技术方案，而不是对本发明范围的限制，本发明并不限于所公开的这些实施例，本领域的技术人员可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换都应落入本发明的保护范围。参考文献[1]GuangmingHuang,GuangtaoLi,andR.GrahamCooks.InducedNanoelectrosprayIonizationforMatrix-TolerantandHigh-ThroughputMassSpectrometry.Angew.Chem.,2011,50:9907–9910[2]GuangmingHuang,GuangtaoLi,JasonDucan,ZhengOuyang,andR.GrahamCooks.SynchronizedInductiveDesorptionElectrosprayIonizationMassSpectrometry.Angew.Chem，2011,50：2503–2506[3]NishantChetwani,CatherineA.Cassou,DavidB.Go,andHsueh-ChiChang.High-FrequencyACElectrosprayIonizationSourceforMassSpectrometryofBiomolecules.AmSocMassSpectrom,2010,21:1852–1856[4]NishantChetwani,CatherineA.Cassou,DavidB.Go,andHsueh-ChiaChang.FrequencyDependenceofAlternatingCurrentElectrosprayIonizationMassSpectrometry.[5]Han-KwangChen,Chia-KaiChang,Chih-CheWu,Ming-ChiaHuang,andYi-ShengWang.SynchronizedDual-PolarityElectrosprayIonizationMassSpectrometry.AmSocMassSpectrom2009,20：2254–2257[6]Shang-TingTsai,ChiuWenChen,,LingChuLoraHuang,Min-ChiaHuang,Chung-HsuanChen,andYi-ShengWang.SimultaneousMassAnalysisofPositiveandNegativeIonsUsingaDual-PolarityTime-of-FlightMassSpectrometer.Anal.Chem.2006,78:7729-7734