一种离子连续收集装置和方法、以及离子富集系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及质谱分析领域，具体涉及一种基于线性离子阱的离子收集装置和收集方法，以及一种低丰度离子的富集系统和富集方法。
【背景技术】
[0002]质谱法(MS)作为一种定性与定量的方法已经广泛应用于化学、生物、环境科学、制药行业、空间探测等多种领域。质谱仪不仅可以测量离子的质荷比(m/z)，而且可以通过串联MS检测离子结构。
[0003]质量分析器为质谱仪中的核心器件，是一种在磁场或电场的作用下使离子按质荷比分离的部件。目前，已发明了多种质量分析器，例如，磁质谱(sector)分析器、飞行时间(TOF)分析器、线性离子阱(四极离子阱)分析器、傅立叶变换离子回旋共振(FT-1CR)单元(cell)以及轨道离子阱(Orbitrap)分析器等。其中的线性离子阱除可用作质量分析器外，还可用作离子存储、离子导引以及离子反应装置，甚至可与其它质量分析器组合使用从而构成功能强大的混合MS仪器。
[0004]MS应用的发展也给MS仪器带来了新的需求与挑战。针对高分辨、高灵敏质谱应用发展的需求，国内外仪器研究组织和厂商已经研发出多项杂交质谱成果，包括三重四极质谱、离子阱阵列质谱、离子阱-飞行时间质谱等等。高效离子传输方法一直以来就是高性能质谱的关键技术之一。离子的传输效率低主要归因于离子能量范围宽，不易捕获，线性离子阱一方面可以进行选择性离子激发，另一方面可以有效进行离子存储，而且体积相对较大，具有较大的离子容量。
[0005]现有的线性离子阱结构通常包括X向和I向的电极对(电极类型为双曲电极或平板电极)，用以在x、y方向上产生射频电压，线性离子阱结构还包括端盖电极，一个端盖电极的中心位置处设有离子入射口。对于低能量的离子而言，由于其能量较低，很容易被离子阱囚禁而进行检测。具有相对较高能量(一般大于10eV)的离子则难以囚禁于离子阱中进行收集、检测，一个重要的原因就是高能离子易从电压较低的离子入射口逃逸。为避免高能离子的逃逸，现有线性离子阱的端盖电极在进样阶段(离子入射时)接地，完成进样后马上施加高电压，即设有离子入射口的端盖的电压施加方式为开关式，开的时候接地(电势为0)，离子容易进入线性离子阱内，关的时候加高电压，离子无法逃逸。基于此，现有线性离子阱无法实现宽能量范围离子的连续收集。因此，就目前而言，针对宽能量范围的离子(同时具有高能离子和低能离子)难以进行连续地操控，一直以来是离子精确操控的难题。目前，有关宽能量范围离子连续收集的技术或装置尚未见报道。
【发明内容】
[0006]为克服现有线性离子阱难以连续收集宽能量范围离子的缺陷，本发明的一个目的是提供一种基于线性离子阱的离子连续收集装置。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种基于线性离子阱的离子连续收集方法。
[0008]本发明的另一个目的是提供一种低丰度离子的富集系统。
[0009]本发明的另一个目的是提供一种低丰度离子的富集方法。
[0010]本发明提供了一种基于线性离子阱的高能离子连续收集装置，所述线性离子阱包括用于施加射频电压的X向电极对和y向电极对、以及端盖电极，所述端盖电极上设有离子入射口，其中，所述收集装置还包括用于向所述X向电极对中的一个电极和/或y向电极对中的一个电极上施加直流偏置电压的电压施加装置。
[0011]上述收集装置中，所述电压施加装置施加的直流偏置电压的大小为所述射频电压大小的0.01?0.1倍。
[0012]本发明还提供了另一种基于线性离子阱的高能离子连续收集装置，所述线性离子阱包括用于施加射频电压的X向电极对和y向电极对、以及端盖电极，所述端盖电极上设有离子入射口，其中，所述离子入射口设置于所述端盖电极的非中心处。
[0013]上述收集装置中，所述收集装置还包括用于向所述X向电极对中的一个电极和/或y向电极对中的一个电极上施加直流偏置电压的电压施加装置。
[0014]上述收集装置中，所述电压施加装置施加的直流偏置电压的大小为所述射频电压大小的0.01?0.1倍。
[0015]上述收集装置中，所述离子入射口偏离所述端盖电极中心处的距离为所述端盖电极中心处至边缘距离的0.05?0.3倍。
[0016]优选地，所述离子入射口偏离所述端盖电极中心处的距离为所述端盖电极中心处至边缘距离的0.1?0.2倍。
[0017]上述收集装置中，所述离子入射口设置于所述线性离子阱内χ-y向场平面对角线沿z向在所述端盖电极上投影的位置处。
[0018]本发明还提供了一种基于线性离子阱的离子连续收集方法，其采用以上技术方案任一项所述的收集装置进行离子的连续收集。
[0019]本发明还提供了一种低丰度离子的富集系统，所述富集系统包括:
[0020]离子激发装置，用于选择性激发所要富集的低丰度离子；
[0021]离子收集装置，用于收集激发的低丰度离子；
[0022]其中，所述离子激发装置的离子出口与所述离子收集装置的离子入射口相连，所述离子收集装置为以上技术方案任一项所述的收集装置。
[0023]上述富集系统中，所述离子激发装置为3D离子阱。
[0024]本发明还提供了一种低丰度离子的富集方法，其采用上述技术方案任一项所述的富集系统，富集过程包括以下步骤:
[0025]S1:将所要富集的低丰度离子进行选择性激发；
[0026]S2:将激发的低丰度离子连续入射至离子收集装置进行连续收集即可。
[0027]本发明提供的离子连续收集装置使线性离子阱内的电场中心和离子入射口在离子阱z方向上发生偏离，能有效抑制高能离子在线性离子阱中的逃逸，无需变换端盖电极的电压，即可实现离子的连续入射，从而实现离子的连续收集，本发明提供的收集装置制造简单，具有非常实际的应用价值。
[0028]本发明提供的离子连续收集方法可实现离子的连续进样，提高了宽能量范围离子在离子阱中的囚禁率。本发明提供的低丰度离子富集系统和方法可用于低丰度离子的富集，从而能进一步检测出现有方法无法检测到的低丰度离子，可提高质谱检测技术的准确性。
【附图说明】
[0029]图1为线性离子阱X向、y向电极对的结构示意图；
[0030]图2A为中心位置处设置离子入射口的前端盖电极结构示意图；
[0031]图2B为X、y方向上施加射频电压和直流偏置电压后的电场示意图；
[0032]图3A为非中心位置处设置离子入射口的前端盖电极结构示意图；
[0033]图3B为X、y方向上仅施加射频电压后的电场示意图；
[0034]图4A为非中心位置处设置离子入射口的前端盖电极结构示意图；
[0035]图4B为X、y方向上施加射频电压和直流偏置电压后的电场示意图；
[0036]图2A、3A和4A中，1.离子入射口 ；2.前端盖电极；
[0037]图2B、3B和4B中，V表示射频电压，U表示施加的直流偏置电压；
[0038]图5为低丰度离子检测的传统方法和本发明所述富集方法富集后进行检测的效果对比示意图；
[0039]图6为实施例所述3D离子阱和线性离子阱联用的结构示意图；
[0040]图6中，3.3D离子阱(圆筒离子阱)；4.线性离子阱；5.前端盖电极；6.后端盖电极；
[0041]图7A-7C分别为实施例中1)、2)、3)三种方法所得的z方向离子轨迹图。
【具体实施方式】
[0042]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