利用宽质量范围空间聚焦的飞行时间质谱仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及飞行时间质谱仪的测量方法，该质谱仪通过对表面吸附的分析物质进 行脉冲电离来工作，并利用对离子加速开始时间延迟的方式改善质量分辨率；特别利用了 在延迟的开始时间后随时间变化的离子加速电压，以获得广泛质量范围内的恒定质量分辨 率。
[0002] 由于变化的加速电压会导致与飞行方向成直角的离子束增宽，而这种增宽会随着 离子的质量增加，因此本发明的目的在于，在额外的离子光学透镜（其电压也随时间变化） 的帮助下，对于离子束的增宽进行补偿以达到所需程度。
【背景技术】
[0003] 飞行时间质谱仪通常通过脉冲电离表面吸附的分析物质来工作；尤其常见的方法 是借由基质辅助激光解吸（MALDI)进行样本电离。激光焦点处将生成等离子云，该等离子 云扩散，因此产生等离子颗粒的速度分布，所述分布越宽，等离子粒子（离子和分子）距离 表面越远。速度分布意味着，可通过临时延迟离子加速的开始时间来提高质量分辨率。速 度较高的离子仅穿过加速电场的一部分，因此获得较低的额外加速度，所以，原本较慢的离 子就可在临时聚焦处赶上它们。遗憾的是，不同质量的离子，其焦点并不完全相同。但是， 如果在延迟的开始时间后使用随时间变化的离子加速电压，尤其在电压持续升高或降低的 情况下（取决于极性），则可使不同质量的离子的焦点彼此靠近。结合Mamyrin反射器，可 以获得较高的质量分辨率，该分辨率在大质量范围中大约保持恒定（参考文档DE 196 38 577 C1、GB 2 317 495 B或US 5,969,348 A，J.Franzen，1996 年）〇
【发明内容】
[0004] 样品支撑盘前面空间中的加速电场在加速电极的圆孔中产生透镜效应，因此使离 子束稍微散焦。由于低质量的快速离子会快速离开该加速空间，因此，不断增加的加速电场 强度对质量大的慢速离子产生比对质量小的较快离子更大的影响。这会导致与飞行方向成 直角的离子束增宽，而这种增宽会随着离子的质量增加。就此，本发明目的在于，在额外的 离子光学透镜（其电压也随时间变化）的帮助下，对离子束的增宽进行补偿以达到所需程 度。透镜可以是单透镜，或是加速透镜。
[0005] 对于非常宽的质量范围内的离子，可在离子通过第一段飞行路径、反射器和第二 段飞行路径时，通过使用该额外透镜聚焦将离子束保持在大约四毫米（或更小）的直径范 围内。
[0006] 对于某些其他工作模式，稍微高于该最小值的直径最理想。例如，在发射器中离子 飞行得非常缓慢的离子反向点上，如果离子束太窄，则质量分辨率可能由于空间电荷效应 而降低。或者离子检测器可能由于在一些点上过高的离子密度而饱和。因此可通过适当的 对可变透镜电压的函数变化实现最佳质量分辨率和动态测量范围。在任何情况下，与具有 静态透镜电压的工作模式相比，离子束的直径都明显减小。
[0007] 通常情况下，在宽质量范围内对离子束直径的减小和均化可产生更好的离子可定 量性，因为如果没有进行这些步骤，离子束将增宽太多，使该离子束在大质量范围内不能够 由反射器和/或检测器的几何构造完全接受或接收。外部离子，尤其是m/z高的离子，将无 法得到测量，因此也会削弱灵敏度。
【附图说明】
[0008] 图1显示了 MALDI飞行时间质谱仪的简略示意图。与加速电极⑵一起处于20到 30千伏的高压中的样品支撑盘（1)上的样品受到紫外脉冲激光器（11)中发出的纳秒光脉 冲（12)的轰击。每次都会生成在样品支撑盘（1)和电极（2)之间最初的无场空间中不受 干扰地扩散的等离子体。在数十分之一微秒的延迟后，调整加速电极（2)上的电压，从而使 离子加速，以此实现使相同质量的离子在可随意漂移的位置上临时聚焦，例如聚焦到位置 (14)，以作为时间延迟和加速电压的函数。大多数加速发生在加速电极⑵和基电极（3) 之间，基电极在常规操作中处于地电位。单透镜（4、5、6)聚焦稍微发散的离子束（7)，该离 子束在第一段直线飞行路径之后进入Mamyrin型反射器（8)，在此被反射并在第二段飞行 路径（9)之后撞击到离子检测器（10)上。对于线性模式操作，可关闭反射器（8)，并在未反 射的情况下在第二检测器（13)中测量离子电流。
[0009] 图2也是一个示意图，但是更加详细地表示出图1中飞行时间质谱仪的离子源。在 图2中，画出等势线来举例说明了加速电压脉冲期间的情况。
[0010] 图3是支撑盘⑴和⑵之间加速电压的图表，作为对样品支撑盘⑴上高压的 参考。时间延迟t v之后接通加速电压；在此示例中，稍后增加该加速电压，从而对所有质量 的离子的实现大致相同的质量分辨率。
[0011] 图4是根据本发明变化的透镜电压的图表。时间延迟灯之后，在此示例中增加透 镜电压。
[0012] 图5描绘出作为针对不同工作模式的离子质量的函数、与飞行方向成直角的离子 束直径。底部曲线（22)显示永久接通加速电压时的直径，即不发生延迟加速。顶部曲线 (20)显示，在延迟接通之后、但透镜电压恒定时，离子束直径随着加速电压的增加而增加。 中间曲线（21)代表直径在透镜电压额外变化的情况下的表现，如图4的示意图中示例所 示。离子束直径可保持在明显低于四毫米的值，这对于反射器和/或检测器的接受区域而 言足够窄，因而没有（或至少少有）离子得不到测量。
【具体实施方式】
[0013] 图1和2中显示了 MALDI飞行时间质谱仪（MALDI-T0F)的简略示意图和相应离子 源的详细视图。与加速电极（2)最初一起处于大约20到30千伏的恒定高压中的样品支 撑盘（1)上的样品受到紫外脉冲激光器（11)中发出的1到10纳秒的纳秒光脉冲（12)的 轰击。每个激光脉冲都会在碰撞位置产生一个微小的等离子云，该等离子云在样品支撑盘 (1)和加速电极⑵之间最初的无场空间不受阻碍地扩散。例如，在数十分之一微秒的延迟 仁后，接通加速电极（2)上的电压，从而加速离子，以此实现使相同质量的离子在可选位置 上，例如在位置（14)上，通过已知的方式临时聚焦，。但是，大多数加速通常不是发生在样 品支撑盘⑴和加速电极⑵之间，而是发生在加速电极⑵和基电极⑶之间，基电极在 常规操作中处于地电位。但是，这点在本发明中并不重要。加速电极（2)任意一侧的不同 场强都会在加速电极（2)的小孔中产生透镜效应，导致离子束变得稍微发散。单透镜（4、5、 6)将稍微发散的离子束（7)聚焦，该离子束在第一段直线飞行路径之后进入Mamyrin型反 射器（8)，在此被反射并在第二段飞行路径（9)之后撞击到离子检测器上（10)。
[0014] 可通过时间延迟和加速电压的振幅随意选择离子临时聚焦的位置（14)。通常选 择如图1所示距离离子源不是很远的位置。相同质量的离子同时通过该临时聚焦的位置
[14] ，但是所具有的能量稍有不同，临时聚焦的位置通过聚能反射器（8)在检测器（10)上 成像，以便再次临时聚焦。
[0015] 遗憾的是，对于不同质量的离子，离子第一次临时聚焦的位置（14)并不完全相 同。事实上，焦距稍微取决于离子的质量。为了使所有质量的离子的临时聚焦位置大致相 同，可执行一种工作模式，其中加速电压在延迟离子加速开始时间后不断变化。图3的图表 中举例描述了样品支撑盘（1)和加速电极（2)之间加速电压的暂时变化。这可确保离子临 时聚焦的焦距在较宽的质量范围内保持恒定，并按照预期获得质量解析率在大质量范围内 也保持较高水平的结果。
[0016]