-MS系统。
[0110] 图14中考虑还被称作停留时间的飞行时间。离子传输强烈地趋向在分辨率及峰 值容量的相反方向上。此外，当离子的停留时间增加时，离子损失变得更普遍，如使用菱形 标记的强度所展示。从图中将看出，理想污染物过滤器将具有可能的最短飞行时间以最大 化传输且减少分辨率及峰值容量，所有其它要素与对于参考图3及5所描述的此特定单元 产生性能数据时的一样。再次，其它设计要素的平衡提供灵活性，且各种商用及非商用DMS 装置之间的散布不展示与经优化作为污染物过滤器的版本的单元的明显区别。y轴上的性 能趋势大体上适用于全部，但其在X轴上的位置随着飞行时间改变而对于每一个别系统变 化。然而，被展示具有极长飞行时间的装置具有提供最大分辨率的机会，前提是良好地优化 了其它设计参数。A=污染物过滤器1。B=污染物过滤器2。C=商用DMS-MS系统。D.商 用微机械加工DMS-MS系统。E.商用圆柱形FA頂S-MS系统。F.非商用DMS-MS系统。G.非 商用DMS-MS系统。H.商用圆柱形FA頂S-MS系统。
[0111] 确定分辨率、峰值容量及传输这些性能特性的三个最重要设计要素是飞行时间、 间隙高度及分离电压。其以部分相反关系一起操作，我们称此关系为分辨率-传输指数或 RT指数，其数学表达式为：
[0112] RT=τ/hSv(等式 5)
[0113] 其中τ为飞行时间，h为间隙高度，且Sv为分离电压
[0114] 图15中考虑RT指数。当在此关系中一起考虑这些设计要素，而不是如先前三个 图形中个别考虑时，可在适用于DMS系统的所有变体的通用尺度上制作所述三个性能特点 的图表，这是因为在等式中考虑了它们的相互依赖性。针对这些设计要素的所有组合，相对 性能图形均适用，从而允许将每一要素与其它要素就其性能潜能相比较。在一极端情况下， E-Η群组组合三个设计要素以在发生严重传输损失的情况下实现其装置可提供的可能的最 高分辨率，展示的RT指数极大。注意X轴的非线性，其在0.01的RT值处具有断点。在另 一极端情况下，在以牺牲分辨率及峰值容量（其经设计以充分过滤带电碎肩及低质量溶剂 离子）为代价的情况下，污染物过滤器提供其装置可提供的最大离子传输效率。在中间的 是分析装置，其试图达到合理折衷以充当用于质谱仪耦合的一般选择性增强元件。污染物 过滤器处在RT指数的区域中，所述区域是鲜明及独特的且在之前从未被利用，这很大程度 归因于缺乏对此应用潜能的了解及在科学界缺乏关于需要过滤的特定物质（尤其是带电 高质量粒子及低质量溶剂离子）的知识。此设计参数区域由最大RT值=0. 002来限制，所 述最大值界定了由于缺乏对其效用的理解及其应用的非显而易见性而迄今尚未被突破的 阈值。
[0115] 低分辨率装置的价值在于允许具有广泛范围的迀移率的大范围的分析物离子通 过而无需改变SV或CoV电压。这帮助将所述系统的工作循环保持在最大值。图16a及16b 证明此原理，且还突出显示了不当的低质量离子电流可被消除的程度。尽管此低质量溶剂 主导的离子电流（由于其固有的挥发性）不大可能引起在图16a的右部及图9a中看见的 真空入口的堵塞，但其巨大强度可导致如图l〇a中所展示的真空系统内部的关键聚焦元件 上的离子斑点。大质量带电粒子是所述堵塞的原因且被消除（如图9b及10b中的照片所 展示）。尽管污染物过滤器经独特设计成在迀移空间中宽带通，但所述污染物过滤器确实通 过调整SV及CoV来提供对此窗位置的控制（如果针对特定应用需要所述过滤器的细微调 整）。因为其为迀移过滤器，其不限制精确m/z范围，且通常不需要关于目标分析物的迀移 率的先验知识（由于分辨率非常低）。与高分辨率DMS装置相比较的所述污染物过滤器的 宽带通性质也可从图17的电离图中了解，其中将术语离子洗涤器用以描述根据本发明申 请者的教示的高传输迀移过滤器。
[0116] 图16中的频谱及图像展示所述过滤器消除污染物的程度代表了相对于不使用所 述装置时的若干数量级提高。原理上，这可将在昂贵且耗时的清洁及维修之间的质谱仪工 作寿命从几个月延长到数年。
[0117] 根据本发明申请者的教示，归因于本发明申请者的高传输迀移过滤器离子洗涤 器，大部分污染物质被保持在真空系统之外且远离质谱仪的离子入口孔隙。图18a到d展 示污染物的去向。如图18a中所展示，一些材料沉积在大气帘板的外部，就像不管是否安装 过滤器都会按正常预期那样发生的一样。当所述材料沉积在此区域中时，其不对质谱仪产 生有害影响。但可在通向平面DMS单元的入口上观察到大量碎肩材料，在图18b中其视觉 上表现为端头相对而成为槽。如果所述单元被拆卸，且视觉检查分离通道的内部，观察到碎 肩在离子路径的前几毫米处积累到最大程度，如图18c及d所展示。此区域与由RF及DC 电势产生的强边缘场的存在相关，如图19中的在所述单元的入口区域中离子轨迹及带电 粒子轨迹两者的模拟中所展示。所述模拟展示归因于所述边缘场，带电粒子被偏转且撞击 在通向所述单元（1)的入口处的电极，且离子（2)通过入口场。所述边缘场有可能是移除 大部分此材料的原因。所述单元在大气离子源区域中且可在不破坏真空环境或甚至不需要 使用工具的情况下简单地将其移除及替换。停机时间仅为几分钟且可由不熟练的操作者来 完成。此外，在此区域中的离子束不会受到碎肩积累的显著影响。这是由于在此区域中的 离子轨迹主要由强气体流控制，因此在入口处的场的扰动不会显著地降低分析物离子传输 或分辨率。
[0118] 本文所使用的章节标题仅用于组织目的且不应被解释为限制性的。尽管结合各种 实施例描述本发明申请者的教示，但不希望将本发明申请者的教示限于此类实施例。相反， 如由所属领域的技术人员应了解，本发明申请者的教示涵盖各种替代、修改及等效物。
【主权项】
1. 一种操作质谱仪系统的方法，所述方法包括：提供离子源以用于电离样本以产生多 个离子； 提供低分辨率、高传输离子迀移谱仪，用于减少污染物； 将所述多个离子引入所述离子迀移谱仪的输入端；将在通过所述离子迀移谱仪的漂移 气体中的所述多个离子从所述离子迀移谱仪的所述输入端运送到其输出端； 提供与微分迀移谱仪流体连通的质谱仪，用于从微分迀移谱仪的所述输出端接收所述 离子；且 所述离子通过所述离子迀移谱仪的停留时间对所述离子迀移谱仪的电极之间的间隙 高度与施加到所述离子迀移谱仪的所述电极上的最大分离电压之积的比小于0. 002。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述离子通过所述离子迀移谱仪的所述停留时间 对所述离子迀移谱仪的电极之间的间隙高度与施加到所述离子迀移谱仪的所述电极上的 所述最大分离电压之所述积的所述比小于〇. 0015。3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述离子的所述停留时间小于100毫秒。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述间隙高度在0. 02与5毫米之间。5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述分离电压SV包括施加到所述电极的RF信号， 且包含由施加到所述电极的DC信号组成的补偿电压CoV，且其中所述RF及DC信号经配置 以产生接近所述离子迀移谱仪的所述输入端的边缘场，所述边缘场可有效导致具有经选择 的质量的所述离子遵循离轴轨迹以与接近所述输入端的所述电极碰撞。6. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括选择通过所述离子迀移谱仪的所述离子 的穿越时间以促进所关注的分析物穿越所述离子迀移谱仪。7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述穿越时间经选择以为广泛质量范围的离子提 供大于50%的传输效率。8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述离子迀移谱仪包括微分迀移谱仪或FAMS系 统。9. 一种用于分析离子的系统，其包括： 离子源； 用于减少污染物的低分辨率、高传输离子迀移谱仪，其具有用于从所述离子源接收离 子的输入端及输出端，所述离子迀移谱仪具有内部操作压力、电极、及用于向所述电极提供 DC及RF电压的至少一个电压源； 质谱仪，其与所述微分迀移谱仪流体连通，用于从微分迀移谱仪的所述输出端接收所 述离子；及控制器，其可操作地耦合到所述离子迀移谱仪且经配置以控制所述DC及RF电 压；以及 所述离子通过所述离子迀移谱仪的停留时间对所述离子迀移谱仪的电极之间的间隙 高度与施加到所述离子迀移谱仪的所述电极上的最大分离电压之积的比小于0. 002。10. 根据权利要求9所述的系统，其中所述离子通过所述离子迀移谱仪的所述停留时 间对所述离子迀移谱仪的所述电极之间的间隙高度与施加到所述离子迀移谱仪的所述电 极上的所述最大分离电压之所述积的所述比小于〇. 0015。11. 根据权利要求9所述的系统，其中所述离子的所述停留时间小于100毫秒。12. 根据权利要求9所述的系统，其中所述间隙高度在0. 02与5毫米之间。13. 根据权利要求9所述的系统，其中所述分离电压SV包括施加到所述电极的RF信 号，且包含由施加到所述电极的DC信号组成的补偿电压CoV，且其中所述RF及DC信号经配 置以产生接近所述离子迀移谱仪的所述输入端的边缘场，所述边缘场可有效导致具有经选 择的质量的所述离子遵循离轴轨迹以与接近所述输入端的所述电极碰撞。14. 根据权利要求9所述的系统，其进一步包括选择通过所述离子迀移谱仪的所述离 子的穿越时间以促进所关注的分析物穿越所述离子迀移谱仪。15. 根据权利要求14所述的系统，其中所述穿越时间经选择以为广泛质量范围的离子 提供大于50%的传输效率。16. 根据权利要求9所述的系统，其中所述离子迀移谱仪包括微分迀移谱仪或FAMS谱 仪。17. -种操作质谱仪系统的方法，所述质谱仪系统包含离子迀移谱仪及与所述离子迀 移谱仪流体连通的质谱仪，所述方法包括： 电离样本以产生多个离子； 将所述多个离子引入所述离子迀移谱仪的输入端； 将通过所述离子迀移谱仪的漂移气体中的所述多个离子从所述离子迀移谱仪的输入 端运送到其输出端； 在所述多个离子被运送通过所述离子迀移谱仪时从所述漂移气体过滤具有大于约 2000amu的质量的离子；且 在所述多个离子被运送通过所述离子迀移谱仪时从所述漂移气体过滤具有小于约 200amu的质量的离子。18. -种用于分析离子的系统，其包括： 离子源； 离子迀移谱仪，其具有用于从所述离子源接收离子的输入端及输出端，所述离子迀移 谱仪具有内部操作压力、电极、及用于向所述电极提供DC及RF电压的至少一个电压源； 质谱仪，其与所述微分迀移谱仪流体连通，用于从微分迀移谱仪的所述输出端接收所 述离子；以及 控制器，其可操作地耦合到所述离子迀移谱仪及经配置以控制所述DC及RF电压，使得 所述离子迀移谱仪优选地将具有在约200amu到约2000amu的范围中的质量的离子运送到 所述离子迀移谱仪的所述输出端。
【专利摘要】本文提供用于执行质谱分析法的方法及系统。根据本发明申请者的教示的各种方面，所述方法及系统可利用在大气或低真空压力下操作的离子迁移谱仪以移除造成定位在高真空系统(例如，离子光学系统、质量过滤器、检测器)内的质谱仪的关键下游组件的污染及降解的主要因素，同时引起有限的信号损失。
【IPC分类】H01J49/02, H01J49/26, G01N27/62
【公开号】CN105308713
【申请号】CN201480034987
【发明人】托马斯·R·柯维, 布拉德利·B·施奈德
【申请人】Dh科技发展私人贸易有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2014年6月20日
【公告号】CA2915076A1, EP3011583A1, US20160118234, WO2014203071A1