本发明大体上涉及质谱领域，包含用于多极操作的系统和方法。
背景技术：
质谱依赖于可与质荷比(m/z)有关的物理值的测量来确定样本内的离子物质或化合物的质量。ORBITRAP质量分析仪是一种极其强大的分析仪器，其能够实现高分辨力、质量准确性和动态范围，而不使用基于傅里叶变换的仪器(离子回旋共振机器)的先前生产过程中利用的超导磁体。经由例如ORBITRAP质量分析仪等静电阱分析仪进行的质量分析的关键方面之一是用于将离子引入到阱的方法。通常，离子以聚束的形式从外部累积装置引入。先前已描述以非常适于质量分析的方式将离子引入到静电阱的弯曲线性多极(2002年3月20日申请且以引用的方式并入本文中的美国专利6872938)。离子应聚集到极小大小，从而使得到ORBITRAP质量分析仪的入口孔径的尺寸可保持较小，致使对ORBITRAP质量分析仪内部场的最小干扰。离子还应在极窄时间窗口内全部进入阱。杆的弯曲帮助提供离子到ORBITRAP质量分析仪的入口狭缝的恰当聚集。然而，多极的弯曲性质可致使场非线性和相关联谐振。对具有特定对特性的电极结构的扰动向四极装置的标称线性场引入非线性场，这致使离子运动中的特性泛音振荡。在特定条件下，泛音和基本离子振荡频率可重合，结果是离子从捕获场获得能量且可从装置喷出。此现象限制了装置的可用质量范围。
从上文应了解，需要改进的用于质谱的多极操作。
技术实现要素：
在第一方面中，一种用于识别样本的组分的方法可包含：将样本提供到离子源且从样本的构成组分产生多个离子；在第一RF振幅处将第一RF波形施加到具有场谐振的离子阱，同时将所述多个离子导引到所述离子阱中；以及在第二RF振幅处将第二RF波形施加到离子阱，同时沿着纵向轴线朝向离子阱的中心聚集所述多个离子。所述方法可进一步包含使所述多个离子从离子阱喷出到质量分析仪中；以及使用质量分析仪来确定离子的质荷比。第一和第二RF振幅可经选择以增加喷出到质量分析仪中的离子的质量范围。
在第一方面的各种实施例中，第二振幅可经选择以避免离子阱内的场非线性所导致的谐振。
在第一方面的各种实施例中，所述第一振幅可大于所述第二振幅。
在第一方面的各种实施例中，所述方法可进一步包含在离子已进入弯曲离子阱之后且在离子朝向离子阱的中心聚集之前在第三振幅处施加第三RF波形。
在第一方面的各种实施例中，所述第三振幅可大于所述第二振幅。
在第一方面的各种实施例中，离子阱内的离子的至少一部分可在第一振幅处具有高于场谐振的长期频率。
在第一方面的各种实施例中，离子阱内的离子可在第二振幅处具有小于场谐振的长期频率。
在第二方面中，一种用于分析样本的系统可包含：源，其经配置以从样本的构成组分产生离子；质量分析仪，其经配置以确定离子的质荷比；以及离子阱，其经配置以聚集离子且将离子转移到质量分析仪；以及RF控制器。所述离子阱可具有场谐振。RF控制器可经配置以在第一RF振幅处将第一RF波形施加到离子阱，同时将所述多个离子导引到离子阱中，且在第二RF振幅处将第二RF波形施加到离子阱，同时朝向弯曲的中心聚集所述多个离子。
在第二方面的各种实施例中，第二振幅可经选择以避免离子阱内的场非线性所导致的谐振。
在第二方面的各种实施例中，所述第一振幅可大于所述第二振幅。
在第二方面的各种实施例中，所述RF控制器可进一步经配置以在离子已进入弯曲离子阱之后且在离子朝向离子阱的中心聚集之前在第三振幅处施加第三RF波形。
在第二方面的各种实施例中，所述第三振幅可大于所述第二振幅。
在第二方面的各种实施例中，离子阱内的离子的至少一部分可在第一振幅处具有高于场谐振的长期频率。
在第二方面的各种实施例中，离子阱内的离子可在第二振幅处具有小于场谐振的长期频率。
在第三方面中，一种用于识别样本的组分的方法可包含：将样本提供到离子源且从样本的构成组分产生多个离子；在第一RF振幅处将第一RF波形施加到具有场谐振的离子阱，同时将所述多个离子导引到所述离子阱中；以及在第二RF振幅处将第二RF波形施加到离子阱，同时朝向弯曲的中心聚集所述多个离子。所述方法可进一步包含使所述多个离子从离子阱喷出到质量分析仪中；以及使用质量分析仪来确定离子的质荷比。所述第二RF振幅可低于经选择以避免离子阱内的场非线性所导致的谐振的阈值，且所述第一RF振幅可高于所述阈值。
在第三方面的各种实施例中，第一和第二RF振幅可经选择以增加喷出到质量分析仪中的离子的质量范围。
在第三方面的各种实施例中，所述方法可进一步包含在离子已进入弯曲离子阱之后且在离子朝向离子阱的中心聚集之前在第三振幅处施加第三RF波形。
在第三方面的各种实施例中，所述第三振幅可大于所述第二振幅。
在第三方面的各种实施例中，离子阱内的离子的至少一部分可在第一振幅处具有高于场谐振的长期频率。
在第三方面的各种实施例中，离子阱内的离子可在第二振幅处具有小于场谐振的长期频率。
附图说明
为了更完整地理解本文所揭示的原理以及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，在附图中：
图1和2是根据各种实施例的示范性质谱系统的框图。
图3是根据各种实施例用于在样本的分析期间操作多极的示范性方法的流程图。
图4为说明根据各种实施例的示范性计算机系统的流程框图。
图5是展示各种条件下作为RF振幅的函数的离子强度的示范性曲线图。
图6是展示随着第一获取质量变化的特定离子的强度的示范性曲线图。
应理解，图式不一定按比例绘制，图式中的对象也不一定相对于彼此按比例绘制。图式是意图引入本文中所揭示的设备、系统和方法的各种实施例的清晰性和对其的理解的描绘。只要可能，在图式中相同的参考标号将始终用于指代相同或相似的部件。此外，应了解，图式并不意图以任何方式限制本发明教示的范围。
具体实施方式
本文中描述了用于多极操作的系统和方法的实施例。
本文所用的章节标题仅用于组织目的并且不应理解为以任何方式限制所描述的主题。
在各种实施例的此详细描述中，出于解释的目的，阐述许多特定细节以提供所揭示的实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将了解，这些各种实施例可以在具有或不具有这些特定细节的情况下实践。在其它情况下，结构和装置以框图形式展示。此外，所属领域的技术人员可以容易地了解，用以呈现和执行方法的具体顺序为说明性的，且预期所述顺序可以改变且仍保持在本文中所揭示的各种实施例的精神和范围内。
本申请案中引用的所有文献和类似材料(包含(但不限于)专利、专利申请案、文章、书籍、论文和因特网网页)出于任何目的明确以全文引用的方式并入。除非另外描述，否则本文所用的所有技术和科学术语具有与本文所描述的各种实施例所属的领域的一般技术人员通常所了解相同的含义。
应了解，在本教示中论述的温度、浓度、时间、压力、流动速率、横截面面积等之前存在隐含的“约”，使得略微和非实质偏差在本教示的范围内。在本申请案中，除非另外明确陈述，否则单数的使用包含复数。此外，“包括(comprise/comprises/comprising)”、“含有(contain/contains/containing)”以及“包含(include/includes/including)”的使用并不意图为限制性的。应理解，以上大体描述和以下详细描述均仅是示范性和说明性的且并不限制本发明教示。
如本文所用，“一(a/an)”也可指“至少一个”或“一或多个”。此外，“或”的使用是包含性的，使得当“A”真实、“B”真实，或“A”和“B”都真实时，短语“A或B”真实。此外，除非上下文另外需要，否则单数术语应包含复数并且复数术语应包含单数。
阐述一组组件的“系统”(真实或抽象)包括一个整体，其中每一组件与整体内的至少一个其它组件相互作用或与其相关。
质谱平台
质谱平台100的各种实施例可包含如图1的框图中显示的组件。在各种实施例中，图1的元件可并入到质谱平台100中。根据各种实施例，质谱仪100可包含离子源102、质量分析仪104、离子检测器106和控制器108。
在各种实施例中，离子源102从样本产生多个离子。离子源可包含(但不限于)矩阵辅助激光解吸附/电离(MALDI)源、电喷雾电离(ESI)源、大气压化学电离(APCI)源、大气压光致电离源(APPI)、电感耦合等离子体(ICP)源、电子电离源、化学电离源、光致电离源、辉光放电电离源、热喷雾电离源等等。
在各种实施例中，质量分析仪104可基于离子的质荷比分离离子。举例来说，质量分析仪104可包含四极质量过滤器分析仪、四极离子阱分析仪、飞行时间(TOF)分析仪、静电阱质量分析仪(例如，ORBITRAP质量分析仪)、傅里叶变换离子回旋共振(FT-ICR)质量分析仪等等。在各种实施例中，质量分析仪104还可经配置以使用碰撞引发分解(CID)、电子转移分解(ETD)、电子俘获分解(ECD)、光引发分解(PID)、表面引发分解(SID)等等将离子分段，且进一步基于质荷比分离经分段离子。
在各种实施例中，离子检测器106可检测离子。举例来说，离子检测器106可包含电子倍增器、法拉弟杯等等。离开质量分析仪的离子可由离子检测器检测到。在各种实施例中，离子检测器可定量，使得可确定离子的准确计数。
在各种实施例中，控制器108可与离子源102、质量分析仪104和离子检测器106通信。举例来说，控制器108可配置离子源或启用/停用离子源。另外，控制器108可配置质量分析仪104以选择待检测的特定质量范围。此外，控制器108可例如通过调节增益而调节离子检测器106的灵敏度。另外，控制器108可基于正检测的离子的极性调节离子检测器106的极性。举例来说，离子检测器106可经配置以检测正离子或经配置以检测负离子。
图2中，汇接质谱仪200具有离子源202，其展示为电喷射离子源，但可能为任何其它合适的形式的准连续或脉冲控制的离子源。
来自离子源202的离子通过离子光学器件204且进入线性阱206中。线性阱可为四极离子阱，或可能实际上具有高阶(六极或八极)杆电极。
线性阱206在选定的辅助质量范围内存储来自离子源202的离子。随后通过以已知方式调节线性阱206的端帽上的DC电压而使所存储离子从线性阱206喷出，从而使得离子通过第二离子光学器件208进入弯曲或C形阱210中。C形阱210具有弯曲的纵向轴线，如所属领域的技术人员将熟悉。来自线性阱206的离子沿着C形阱210的弯曲纵向轴线转移，通过任选第三离子光学器件212进入分段单元214，分段单元214因此定位在出自从源经由线性阱206和C形阱210到轨道阱(例如ORBITRAP质量分析仪216)的路径的“盲端”位置中。
在离子注入到分段单元214中且分段或仅存储之后，其再次经由任选第三离子光学器件212往回喷出到C形阱210中。其随后沿着C形阱210的纵向弯曲轴存储，然后经由离子透镜218垂直喷出到ORBITRAP质量分析仪216中。
在替代实施例中，离子可累积在C形阱210中且经由离子透镜218垂直喷出到ORBITRAP质量分析仪216中，而不首先行进到分段单元214。
从离子获得的图像电流经受傅里叶变换以便产生质谱，如此项技术中已知。
图2的汇接质谱仪200的各种组件再次在控制器220的控制下。控制器220控制线性阱206以便依次调节杆上的电压和端帽上的DC电压，来选择特定质量范围，且随后使其喷出到C形阱210中。控制器220控制C形阱210以在该处垂直于ORBITRAP质量分析仪216和/或相对于分段单元214轴向地喷出所接收的离子。控制器220还控制分段单元214从而使得适当分段能量(或能量)可施加到离子。最后，控制器220可经配置以接收来自ORBITRAP质量分析仪216的图像电流检测器的数据，用于处理和/或向前发射到外部计算机222。
汇接质谱仪200内的组件中的每一者可驻留在真空腔室中，真空腔室可有差异地抽吸且差异抽吸在图2中参考标号224和226处指示。
质量分析方法
用于RF装置的质量范围的一个定义可给定为可捕获特定m/z的最大电压与可捕获相同m/z的最小电压的比率。
较大范围可比较小范围更合乎需要。将离子转移到离子阱中且制备所述离子以从离子阱转移出去可限制质量范围。减少问题的程度的一种方式是在扫描程序的不同部分期间针对展现场谐振的离子阱使用不同RF振幅设定点。通常，离子阱RF振幅经设定使得频谱中的最低质量将具有刚好小于最低频率谐振的频率的频率。在本文中所揭示的各种实施例中，频谱中的最低质量设定到较高频率；在离子较少受场谐振影响的时间期间(例如在转移到离子阱期间和存储期间)，同时刚好在分析之前，直到其仍稳定所处的最高频率，电压可下降到低于最低谐振以在场谐振最剧烈地影响离子时避免谐振效应。在各种实施例中，所揭示的程序可增加质量范围，即因为最大电压在离子转移到离子阱期间较高且最小电压在分析/预分析期间较低。参看下文描述的图5，可注意到，转移期间捕获m/z 195所需的最小电压大大高于预分析期间所需的最小电压。
图3为用于分析样本的示范性方法300的流程图。在302处，所述系统可从样本产生离子。在各种实施例中，样本可以可挥发的液体形式提供且以可电离的气体形式电离，或呈可烧蚀从而形成离子的固体或半固体形式。离子可由离子源产生，例如图1中的离子源102或图2中的离子源202。
在304处，所述系统可将注入波形施加到具有场谐振的离子阱。虽然具有场谐振的离子阱可为C形阱(比如图2中的C形阱210)，但离子阱可具有其它离子阱几何形状，包含线性离子阱几何形状，其可归因于电极结构中的扰动产生场谐振。注入波形可具有注入RF振幅，使得离子阱内的至少一些离子可具有高于场谐振的长期频率。
在306处，离子可注入到离子阱中。随着离子进入离子阱，注入波形可作用以在质荷比(m/z)范围内捕获离子。
在308处，存储RF波形可施加到离子阱。存储RF波形可作用以减少阱内离子的径向运动(冷却所述离子)，且将离子维持在离子阱的纵向轴线附近。在各种实施例中，类似于注入波形，存储波形可具有RF振幅使得离子阱内的至少一些离子具有高于场谐振的长期频率。
在各种实施例中，注入RF波形和存储RF波形可径向约束离子以最小化场谐振的影响。
在310处，预分析RF波形可施加到离子阱。预分析RF波形可制备离子以从离子阱喷出。在各种实施例中，此可为从离子阱径向喷出。在特定实施例中，离子可朝向离子阱的中心且背离离子阱的末端聚集。归因于由于离子聚集而增加的离子密度，离子可径向散布且体验来自场谐振的更大影响。预分析RF波形可具有RF振幅使得离子阱内的离子具有小于离子阱的场谐振的长期频率。也就是说，预分析RF波形的RF振幅可经选择以避免离子阱内的场非线性所导致的谐振。具有低于场谐振的长期频率的离子可保持在阱中，而非在预分析脉冲期间由场谐振喷出。在各种实施例中，预分析RF波形的RF振幅可低于注入RF波形或存储RF波形的RF振幅。
在312处，离子可从离子阱转移到质量分析仪。归因于通过预分析RF波形对离子的聚集，离子可在转移到质量分析仪中时紧密地集群为小体积。在其中离子阱为C形阱(例如图2中的C形阱210)的特定实施例中，C形阱的弯曲可在进入质量分析仪之前进一步聚集离子。在314处，质量分析仪可确定样本内的离子的m/z比。
在各种实施例中，在注入和存储阶段期间使用高于阈值的RF振幅(其中离子阱中的离子具有高于离子阱的场谐振的长期频率)，同时在预分析状态期间将RF振幅降低到阈值以下从而使得离子阱中的离子具有低于离子阱的场谐振的长期频率，可增加转移到质量分析仪的离子的质量范围。
计算机实施的系统
图4为说明本发明教示的实施例可在其上实施的计算机系统400的框图，其可并入系统控制器(例如，图1中展示的控制器108)或与之通信使得相关联质谱仪的组件的操作可根据由计算机系统400作出的计算或确定来调节。在各种实施例中，计算机系统400可包含用于传送信息的总线402或其它通信机制，以及与总线402耦合以用于处理信息的处理器404。在各种实施例中，计算机系统400还可包含耦合到总线402以便确定基底调用的存储器406(其可为随机存取存储器(RAM)或其它动态存储装置)以及待通过处理器404执行的指令。存储器406也可用于在执行待由处理器404执行的指令期间存储临时变量或其它中间信息。在各种实施例中，计算机系统400可进一步包含耦合到总线402以便存储用于处理器404的静态信息和指令的只读存储器(ROM)408或其它静态存储装置。可提供存储装置410(例如磁盘或光盘)，且其耦合到总线402以便存储信息和指令。
在各种实施例中，计算机系统400可经由总线402耦合到显示器412，例如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)以将信息显示给计算机用户。包含文数字和其它键的输入装置414可耦合到总线402用于将信息和命令选择传送到处理器404。另一类型的用户输入装置是用于将方向信息和命令选择传送到处理器404并且用于控制显示器412上的光标移动的光标控制件416，例如鼠标、跟踪球或光标方向键。此输入装置通常具有在两个轴，第一轴(即x)和第二轴(即y)中的两个自由度，允许装置在平面中指定位置。
计算机系统400可执行本发明教示。与本发明教示的某些实施方式一致，结果可由计算机系统400响应于处理器404执行含于存储器406中的一或多个指令的一或多个序列来提供。可将此些指令从另一计算机可读媒体(例如存储装置410)读取到存储器406中。存储器406中含有的指令序列的执行可致使处理器404执行本文所描述的过程。在各种实施例中，存储器中的指令可以对处理器内可用的逻辑门的各种组合的使用排序以执行本文描述的过程。或者，可以使用硬连线电路代替或结合软件指令以实现本发明教示。在各种实施例中，硬连线电路可包含所需逻辑门，其以所需顺序操作以执行本文所描述的过程。因此，本发明教示的实施方案不限于硬件电路和软件的任何特定组合。
如本文所用的术语“计算机可读媒体”是指参与将指令提供到处理器404以供执行的任何媒体。这类媒体可以呈许多形式，包含(但不限于)非易失性媒体、易失性媒体以及发射媒体。非易失性媒体的实例可包含(但不限于)光盘或磁盘，例如存储装置410。易失性媒体的实例可包含(但不限于)动态存储器，例如存储器406。发射媒体的实例可包含(但不限于)同轴电缆、铜线和光纤，包含包括总线402的电线。
非暂时性计算机可读媒体的常见形式包含(例如)软盘、软磁盘、硬盘、磁带，或任何其它磁性媒体、CD-ROM、任何其它光学媒体、穿孔卡片、纸带、具有孔洞图案的任何其它物理媒体、RAM、PROM和EPROM、闪存EEPROM、任何其它存储器芯片或盒带或计算机可以从其读取的任何其它有形媒体。
根据各种实施例，被配置成被处理器执行以执行方法的指令存储在计算机可读媒体上。计算机可读媒体可以是存储数字信息的装置。举例来说，计算机可读媒体包含用于存储软件的如此项技术中已知的压缩光盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读媒体被适合于执行经配置以被执行的指令的处理器访问。
在各种实施例中，本发明教示的方法可以在以如C、C++、C#等常规编程语言编写的软件程序和应用中实施。
虽然结合各个实施例来描述本发明教示，但是并不打算将本发明教示限制为此类实施例。相反地，如所属领域的技术人员应了解，本发明教示涵盖各种替代方案、修改和等效物。
此外，在描述各种实施例时，本说明书可能将方法和/或过程呈现为特定顺序的步骤。然而，在方法或过程不依赖于本文阐述的步骤的特定顺序的程度上，方法或过程不应限于所描述的步骤的特定顺序。如所属领域的一般技术人员将理解，步骤的其它顺序可以是可能的。因此，在说明书中阐述的步骤的特定次序不应解释为对权利要求书的限制。此外，针对方法和/或过程的权利要求不应限于以书写的顺序执行其步骤，并且所属领域的一般技术人员可以易于了解的是顺序可以变化并且仍保持在各种实施例的精神和范围内。
本文所描述的实施例可以用包含以下的其它计算机系统配置实践：手持式装置、微处理器系统、基于微处理器或可编程消费型电子装置、微型计算机、大型主机计算机等。实施例也可以在其中任务通过经网络链接的远程处理装置执行的分布式计算环境中实践。
还应了解，本文中所描述的实施例可以采用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机实施的操作。这些操作为需要物理量的物理操纵的操作。通常(但未必)，这些量呈能够被存储、转移、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。另外，执行的操纵通常以如产生、识别、确定或比较等术语提及。
形成本文所描述的实施例的一部分的操作中的任一个为有用的机器操作。本文所描述的实施例还涉及用于执行这些操作的装置或设备。本文所描述的系统和方法可以出于所需目的专门构建或其可以是通过存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或配置的通用计算机。确切地说，各种通用机器可以与根据本文中的教示编写的计算机程序一起使用，或可能更方便的是构建更专门设备以执行所需操作。
某些实施例还可以体现为计算机可读媒体上的计算机可读代码。计算机可读媒体是可以存储此后可以通过计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读媒体的实例包含硬盘驱动器、网络附接存储装置(NAS)、只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁带以及其它光学和非光学数据存储装置。计算机可读媒体也可以分布在网路耦合的计算机系统上，以使得计算机可读代码以分布方式存储和执行。
结果
图5说明场谐振对离子强度的影响。针对注入波形、存储波形和预分析波形在各种RF振幅处监视具有m/z 195的离子的强度。预分析波形展示高于2000V的离子强度的显著下降，其中离子长期频率与场谐振一致。虽然当转移波形和存储波形的振幅超出2000V时存在略微减小，但直至转移波形和存储波形的振幅超出2600V才存在显著下降。转移波形展示显著较高的低电压稳定性起始，这是归因于需要限制具有显著轴向能量的离子。在存储期间，稳定性的起始在低得多的电压下开始。
图6说明通过增加转移波形和存储波形的振幅同时将预分析波形维持在避免谐振效应所需的阈值以下而经历的改进。随着第一获取质量变化监视具有m/z 524的离子的强度。波形的振幅与第一获取质量成比例变化。使用其中转移波形、存储波形和预分析波形的RF振幅全部维持在避免谐振效应所需的阈值以下的先前方法，直至第一获取质量设定成约80才实现524处的显著强度。使用本文所描述的方法，在约60处实现m/z 524处的显著强度。