直线式离子阱及质量分析器系统和方法

专利名称：直线式离子阱及质量分析器系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种离子阱及离子阱质量分析器，特别是，涉及一种直线式离子阱和使用直线式离子阱的质量分析器。
背景技术：
具有在r和z(在极坐标系统中)两方向上的四极场的三维离子阱对离子施加线性力，可以用作对具有较宽或较窄质/荷比范围的离子的离子阱。场的形状通常由一个环形电极和两个双曲线形的端盖电极这三个电极组成的一组电极来确定。这样的装置称为保罗或四极离子阱。在更简单的替代装置中，圆柱形离子阱(CITs)，环的内表面是圆柱形的而端盖是平的。
保罗阱和圆柱形离子阱已知有一些缺点。它们包括对可陷获的离子的数量的限制和对外部离子射入的效率较低。为了使空间电荷效应最小化因而在商业质谱仪中实现高分辨率，在典型的实验中，只有500个或更少的离子能被陷获。通过端盖电极的入口孔射入的全体离子经历RF场，只有那些在适当的RF相位射入的离子能被有效地陷获。和缓冲气体的碰撞帮助陷获，大体上连续射入离子的陷获效率小于5％，在许多情况下还更少。
另一种离子阱，线性离子阱，专注于这些问题。线性离子阱包括伸长的隔开的多极杆，RF和DC电压施加在上面以陷获由多极杆限定的体积中的离子。在美国专利6177668中描述了具有伸长的多极杆装置的线性离子阱。二维的RF场放射状限定这些落入有关质量范围内的被陷获离子。这些离子被施加到端电极上的dc场轴向容纳在杆限定的体积内。被陷获的离子通过由边缘场引起的离子的自由度的混合而被质量选择性地轴向射出。美国专利6403955专注于四极离子阱质谱仪，其陷获体积由间隔的杆限定。离子在陷获体积中的运动产生离子的象电流特性。美国专利5420425描述了一种线性四极离子阱，其中通过形成在限定陷获体积的间隔线形杆其中之一上的伸长开口射出离子。上面所有的离子阱，除了圆柱形离子阱意外，都需要精确的机械处理如加工、装配等，在制造使用离子阱的小的便携式的质量分析器时，该机械处理就要更复杂。
美国专利6483109公开一种多段质谱仪。一个优选实施例包括与质量选择的离子阱装置的线形阵列连接的脉冲离子源，至少一个阱连接导外部的离子检测器。每个离子阱构造为具有用于散布在一对沿其z轴排列的保护单元之间的感兴趣离子的陷获的存储单元。射频(RF)和直流(DC)电压施加到离子阱装置的电极上而将离子保持在存储单元中。每个陷获单元具有一个亚区，其中离子的动态运动沿z方向展现出依赖于m/z的谐振频率，允许离子的运动被m/z值选择性地激发。AC电压可以与施加的DC电压中的时间分解(time-resolved)的改变结合以使单独的陷获单元可以在离子陷获、质量选择和离子断裂模式之间切换。离子可以选择性的在离子阱中传输，并选择性的在每个阱中离解以能实现MSn操作。离子阱的线性阵列包括由若干个开放单元组成的谐波线性阱(HLTs)。HLTs的单元由在ZX和ZY平面上取向的平行六面体形矩形电极组成，而在XY平面上没有矩形电极。

发明内容
本发明的总体目的是提供一种具有新的且简单的几何形状的离子阱。
本发明的另一目的是提供一种离子阱，其允许在简单的几何形状中以高的陷获能力陷获气相离子。
本发明的另一目的是提供一种离子阱，其可操作为在质量选择的不稳定模式中提供质量分析，而在质量选择的稳定模式中和在破坏检测模式中与其他阱相同。可选的，当使用双曲线和圆柱形离子阱时可以使用非破坏检测模式容易地完成质量分析。
本发明的另一目的是提供用于质量存储、质量分析和质量分隔的直线式离子阱阵列。
本发明的又一目的是提供直线式离子阱阵列，其允许在离子阱上施加多种气相过程的组合以实现高灵敏度、高选择性及/或更高的离子分析处理量。
提供一种直线式离子阱，其包括设置在zx和zy平面上间隔的x和y对平电极以限定一陷获体积，RF电压源其用于在x和y对电极之间施加RF电压，以在由所述对x和y电极限定的陷获体积末端在xy平面端电极上产生RF陷获场，DC电压源其用于向至少所述端电极上施加电压以沿z轴提供DC陷获场由此离子被陷获在该陷获体积内，AC电压源其用于向至少一对所述x或y电极上施加AC电压以在相应的zx或zy平面内激发离子。端电极可包括设置在xy平面中的平面电极板或对或其组合。可向端电极施加AC电压以在z方向激发离子。Rf电极和端板可包括狭缝或开口以在x、y和z方向上射出离子。
提供一种多段离子处理系统，其包括相互连接的若干个直线式离子阱，由此离子可以在阱间移动。该阱安排为串联或并联或其组合，以便离子在x、y或z方向上在阱间移动。


参考附图，阅读下面的描述，可清楚地理解本发明，在附图中图1a-b示出直线式离子阱，其允许离子沿z轴的射入/射出以及DC陷获电压；图2a-b示出直线式离子阱，其具有沿x轴的用于离子射入/射出的狭缝以及DC陷获电压；图3a-b示出具有三个RF部的直线式离子阱和DC陷获电压；图4a-b示出具有三个RF部和端板的直线式离子阱和DC陷获电压；图5概略地示出在质量分析系统中的图2所示类型的直线式离子阱；图6示出使用图5中的系统对苯乙酮获得的质谱；图7示出在图5的系统中通过CID获得的苯乙酮的母体m/z105离子的质谱和断片离子m/z105的质谱；图8示出为获得质量m/z111的离子用不同时间对二氯苯电离的效果；图9示出使用对直线式离子阱的RF和DC电压绘制的稳定图示(在下面定义)；图10a-10b示出用于沿z轴通过在图1中的直线式离子阱的端电极中的孔进行质量选择离子射出的AC和RF电压；图11示出用于通过在端电极中的狭缝进行质量选择射出的直线式离子阱，AC电压被施加在x电极之间；图12示出用于通过在端电极中的狭缝进行质量选择射出的直线式离子阱，AC电压被施加在x或y电极之间；图13示出用于在x电极上施加AC扫描电压而通过在x RF电极中的狭缝来扫描离子的直线式离子阱；图14示出用于在相应的电极上施加AC扫描电压而通过在相应x或y RF电极中的狭缝来扫描离子的直线式离子阱；图15示出在RF和端电极上具有狭缝以允许离子可在任意方向射出的直线式离子阱；图16示出立方形直线式离子阱，其在每个电极上具有交叉的狭缝，由此在选定对的电极之间施加RF和AC电压允许离子在x、y或z方向射出；图17示出直线式离子阱的串连组合和施加的DC电压；图18概略地示出同样尺寸的离子阱的串连阵列；图19a-e概略地示出对三种串连连接的直线式离子阱的多种操作模式；图20概略地示出不同尺寸的直线式离子阱的串连阵列；图21是示出直线式离子阱的并联阵列的透视图；图22是示出对离子总体完成一系列操作的直线式离子阱的并联阵列的透视图；图23是示出串联排列的两个直线式离子阱的并联阵列的透视图；图24是用于离子迁移率的测量的并联阵列的透视图；图25概略地示出一中用于非RF扫描多过程分析的不定尺寸的直线式离子阱并联阵列；图26概略地示出另一用于非RF扫描多过程分析的不定尺寸的直线式离子阱并联阵列；及图27是在三维阵列中排列的直线式离子阱的透视图。
具体实施例方式
图1-4示出四种直线式离子阱几何形状及如可能情形的DC、AC和RF电压施加到电极板上以陷获和分析离子。陷获体积由在zx和zy平面中的x和y对间隔的平面或平板RF电极11、12和13、14限定。离子在z方向被陷获，图1和2，由施加到在xy平面中设置在由x、y对板限定的陷获体积末端的间隔的平面或平板端电极16、17上的DC电压实现，或在图3中，由与RF一起施加到部件18、19的DC电压实现，其中每个部件18、19包括几对平面或平板电极电极11a、12a和13a、13b。在图4中，除了RF部分，可以加入平面或平板电极16、17。在图1b、2b、3b和4b中为每一中几何形状示出其DC陷获电压。离子被施加到板上的RF电压产生的四极RF场陷获在x、y方向上。如立刻要描述的，可沿z轴通过形成在端电极中的开口射出离子或沿x或y轴通过形成在x或y电极中的开口射出离子。要被分析或激发的离子可以在陷获体积内通过当它在该体积内时电离样品气体例如电子碰撞电离来形成，或者离子可在外部电离而射入到离子阱中。离子阱通常在缓冲气体的辅助下工作。这样当离子被射入到离子阱中时它们通过与缓冲气体的碰撞而失去动能而被DC势阱陷获。当离子被施加的RF陷获电压陷获时，可以向电极施加AC和其他波形以便于在下面将要详细描述的质量选择方式中分隔或激发离子。为完成轴向射出扫描，在AC电压被施加到端板时要扫描RF振幅。轴向射出依赖于和控制具有圆形杆电极的线性阱的轴向射出(美国专利6177668)的相同原理。为了完成正交离子射出扫描，要扫描RF振幅及向包括开口的该组电极施加AC电压。可以扫描AC振幅以便于射出。用于施加和控制RF、AC和DC电压的电路为众所周知。
当改变DC电压以移除在RIT末端的势垒时，可以沿z轴将陷获在RIT中的离子从阱中移出。在图1中的RIT结构中，在RIT末端的RF场的扭曲可在处理期间如分隔、碰撞诱导分解(CID)或质量分析时，引起对陷获离子的不希望有的作用。如图3a和4a中所示的RIT增加的两个端RF部件18和19可帮助为中央部分产生均匀的RF场。施加在三个部分上的DC电压建立DC陷获势，而离子在中央部分被陷获，在中央部分完成对离子多种过程。在需要离子分隔或离子聚焦的情况中，可如图4所示安装端电极16、17。这样图1-4和其他要描述的图示仅是指出从合适的电压源施加的电压。
为了证明直线式离子阱的性能，在由Thermo Finnigan圣何塞，加州所售的ITMS系统中使用直线式离子阱(RIT)构建一个分析系统并进行试验。该RIT是图2所示的类型，而整个系统在图5中概略地示出。在具有开口的x方向(x0)的两个电极之间和在y方向(y0)的两个电极之间的半距是5.0mm。在x和y电极与z电极之间的距离是1.6mm。x和y电极长为40mm。在x电极上的狭缝长15mm，宽1mm并定位于中间。施加的RF电压频率为1.2MHz并施加在y电极与地之间。在两个x电极11、12之间施加AC双极场。图2，在z电极16、17上施加正的DC电压(50-200V)以在RIT内沿Z方向陷获正离子。加入氦作为缓冲气体直到指示压力为3×10-5torr。
在实验中要分析的挥发性化合物渗入真空室直到指示压力为2×10-6torr。从丝极21发出的电子射入到RIT中以电离该挥发性化合物而通过电子碰撞(EI)电离在RIT内形成离子。离子被施加的RF和DC场陷获。在冷却了一段时间后，RF蔓延(ramp)而离子通过在x电极上的狭缝被射出并被装备由转换倍增电极23的电子倍增器22检测。图6示出在实验中记录的苯乙酮的质谱。该谱示出比较丰富的该化合物在其他类型质谱中会典型看到的分子和碎片离子。
也试验了RIT的MS/MS能力。苯乙酮的碎片离子m/z105被使用RF/DC离析而分隔并然后通过施加0.35V振幅和277kHz频率的AC场被激发。在图7中示出母离子的分隔和MS/MS产生离子的光谱。
使用可观察的空间电荷效应(“光谱限制”)的发作现象作为估计陷获离子的数量的标准，试验了其陷获能力。当离子的数目超过空间电荷的光谱限制时，光谱的分辨率明显变差。为了辨别RIT的光谱限制，使用0.1、1和10ms电离时间(0.1是使用ITMS控制电路能设定的最短的电离时间；当使用比10ms长的电离时间时，信号强度超过了检测器的限度)电离二氯苯。在RIT中对陷获的离子进行质量分析以产生谱。如图8所示，对每次的电离时间使用m/在111的峰形来比较其质量分辨率。当电离时间变化100倍从0.1ms倒10ms时，峰的FWHM没有改变，这意味着在达到电子倍增器的动态范围的限制时，还没有达到光谱限制(在下面定义)。
通过下面的方程可以估计在陷获离子的质荷比、RIT的几何形状荷施加的RF及DC电压之间的关系。
me=A28VRFqxx02Ω2]]>方程1me=-A216UDCaxx02Ω2]]>方程2其中，A2是电场的多极展开表达式中的四极展开系数，VRF和UDC是在x和y电极之间施加的RF和DC电压的幅值，ax和qx是Mathieu参数，x0是到x电极距离的中心，而Ω是施加的RF的频率。长期频率ωu(u＝x或y)可通过下式估计ωu=12βuΩ]]>方程3
其中βu2=au+qu(βu+2)2-au-qu2(βu+4)2-au-qu2(βu+6)2-au-....]]>+qu(βu-2)2-au-qu2(βu-4)2-au-qu2(βu-6)2-au-....]]>方程4在图9中示出RIT的稳定图示。
从前述的方程中可以看到，通过向RF电极施加预定频率的RF电压及向电极施加DC电压，在也依赖于离子阱尺寸的质量范围上陷获离子。陷获的离子可以被分隔、射出、质量分析和监控。通过向xy电极对施加RF/DC电压来完成离子分隔。RF幅度决定分隔窗的中心质量，而RF对DC幅度的比决定分隔窗的宽度。另一种分隔离子的方法是通过施加合适的RF和DC电压在较宽的质量范围内陷获离子，然后施加包含除那些要分隔的离子的所有离子的长期频率的宽波段波形。在两个相对的(典型的x或y)电极之间施加该波形一段预定时间。当其他离子被射出时，感兴趣的离子不受影响。可以由方程3确定对任何具有任意给定m/z值的离子的长期频率，并可通过改变RF幅度来改变该频率。通过在两个相对的RF电极之间施加具有和特定的要激发的离子的长期频率相同的频率的AC信号，可以激发陷获的离子。具有该长期频率的离子被在阱中激发并会断裂或逃出陷获场。通过向端电极施加AC信号可以展开相似的过程。可以在任意两个相对的电极之间施加DC电压脉冲，可以从RIT中射出较宽质量范围的陷获离子。
如下所述，可以使用RIT完成多种模式的质量分析a)无扫描离子监控使用如图1所示的，最简单的结构，通过完成离子分隔和RF幅度调整可以实现单一或多离子监控。通过使用RF/DC(质量选择稳定性)或上述的波形方法可以实现感兴趣离子的分隔。
i)对于单一离子监控，分隔感兴趣离子然后通过降低DC陷获场允许离子在z方向漂移出RIT或者它们可以被脉冲式地赶出或被AC激发出而用于检测。
ii)对于多离子监控，使用多种上述的单一离子监控的例子顺次监控几个m/z值的离子。
iii)对于MSn质量分析，经由通过在CID施加AC电压和断片，具有感兴趣m/z值的离子可以被分隔、激发。可通过单一或多离子监控对产生的离子进行质量分析。
b)通过在端电极上的开口扫描离子使用具有如图11所示的几何形状的RIT可以实现质量不稳定性扫描。
i)图10b，在x(或y)电极之间施加AC信号，并且当进行RF扫描时扫描。图10a，根据离子的m/z值(从低到高)离子被在适当的方向上质量选择地射出。图11，在端板16上的开口为狭缝26，其沿x轴以允许被AC信号振荡的离子可沿x轴有效地射出。
ii)图12，在RIT的端板上的双缝27，28(交叉的)允许在或者x电极之间或者y电极之间或者x电极之间y电极之间两者施加AC。通过选择施加AC的电极对(x或y)，选择从RIT中射出的离子束的取向(沿x或y轴)。该选择适于在射出的离子云形状需要与下一个装置例如另一RIT的开口配合的情况。如果不同频率的AC电压被施加到x和y电极上，将从缝种射出两种不同质量的离子。
c)通过在RF电极上的狭缝扫描离子i)图13，通过在x(或y)电极上增加开口或狭缝29并在这两电极之间施加选定的频率的AC电压，通过扫描RF幅度，离子可被通过狭缝质量选择地射出。典型的，也可以扫描AC电压的幅度以得到更高的分辨率。
ii)在图14中示出的RIT在x和y电极上都具有狭缝29和31。通过选择电极对，x或y或者两者，来施加AC信号，可以选择射出方向。不同质量的离子可以从每个狭缝中射出。
d)通过电极在任意方向上扫描离子在图15中示出的RIT装置组合了上述的结构中的特征，并允许沿任何x、y或z轴进行离子注入和质量选择或无选择射出。这种类型的RIT通过向相应的电极施加DC脉冲或AC信号可以沿任何x、y或z方向移动离子。选择规则如上所述。在图16中示出一种可选择的几何形状，其为立方形，在每个电极上具有对称特征。
i)图16，可以向立方形装置中的每对电极施加在相位上相差120度的RF信号，以产生(转动)3D RF陷获场。
ii)通过选择要加上RF或DC的电极对可以选择性地改变RF陷获平面和DC陷获轴。通过向相应的电极加入AC或DC信号可以施加使用AC和DC的射出模式。该装置可以作为在离子迁移操作中的方向切换器。
iii)可选择陷获模式可以将任何两对电极电连接到同一RF信号而形成类似于在圆柱形离子阱中的那个的“立方阱”，另一对通过接地或被施加相位上相差180度的RF而作为一对端电极。
e)多边组合直线式离子阱以构造多种装置i)图17示出典型的RIT的串行排列。该排列使用两个RIT，II部和IV部，以及RF陷获部I和III及端板31和具有狭缝33的端板32，通过端板31引入离子。概略示出了施加到电极上的DC陷获电压34和36。在模式I中，建立DC势阱的方式为使得可将离子陷获在部分II和部分IV中。在模式II中，允许在部分II中的离子转移到部分IV中。部分III被用于使在部分II和IV之间的干涉最小化，在两者中对离子执行的是不同的操作。例如，在部分II中可以积聚(质量选择地或非选择地)离子而同时在部分IV中可以完成如分隔、CID、离子/离子或离子分子反应和质量选择射出等多种操作。
ii)图18示出相同尺寸的RIT以串列结构安排而作为具有类似于三重四极质谱仪的特性的串联质谱计。通过以与图17所示的相同的方式改变DC电势将离子从一个RIT转移到下一个。
iii)图19a-e示出三个RIT 41、42和43的用作离子/离子反应的几种操作模式。使用短RIT46、47代替用于离子转移的端板透镜以提高离子转移效率。图19a示出离子分别从外部离子源A、B和C射入RIT41、42和43中，图19a，离子从离子源射入并通过向端板44、短RF部分46、47施加DC陷获电压及向RIT 41、42和43施加RF电压而在每一个中积聚离子。图19b，如所示通过改变DC陷获电压，陷获在RIT 41中的离子转移到它们能够反应的RIT42。图19c示出用于将积聚的离子从RIT41、43转移到RIT 42的DC电压。图19d和19e分别示出用于将离子从RIT42转移到RIT41以及从RIT42转移到RIT43的DC电压。可以注意到，这些操作模式具有与常规串联结构如三重四极的那些明显不同的特征。在该结构中可以在任何阶段引入离子；陷获在任何阶段中的离子都可以被分隔或激发而产生断片；陷获在任何阶段中的离子都可以被在两个方向(向前和向后)上转移到其他上而与其他离子或中性粒子反应。
iv)图20，用固定振幅的单一RF信号操作三个不同尺寸的RIT。在不同时间向所有x或y电极施加两组波形，一组用于离子分隔，一组用于离子激发，以完成需要的操作。基于用于分隔母离子的想要的q值选择第一个RIT的尺寸。用于计算尺寸的方程是 方程5其中x0(y0)是在x(y)电极之间的一半距离。
基于此q值也计算用于离子分隔的波形I。当离子被射入到RIT51并冷却后，施加波形I而分隔具有想要的m/z值的母离子；调整沿射束轴的DC势从而使母离子转移到第二个RIT52。基于母离子的m/z值和用于CID或离子/分子反应的想要的q值来选择RIT 52的尺寸，也基于此q值计算用于CID的波形II。通过施加波形II或使母离子与分子或其他离子反应而打断母离子以产生生成离子；当调整DC势后生成离子被转移到RIT53。基于要分隔及监控的生成离子的m/z计算第三个RIT53的尺寸。用于分隔的q值可以是和用于RIT51同样的，这样可以使用同样的波形以在RIT53中分隔；基于q值和要分隔/监控的离子的m/z值计算RIT53的尺寸。射出分隔离子以用于外部的检测。该类型的串联排列提供使用RIT的例如MSn的分析处理而不需要精密的电子装置来扫描RF电压。在适当的q值使用RF/DC分隔也可以在RIT I和III中实现分隔。
v)因为他们的矩形形状及可以在x和y以及z方向上射出离子的能力，即可以有串联阵列也可以有并联阵列及串联与并联阵列的组合。图21示出离子从单一样品中在z方向上射入并联阵列的所有RIT中，被冷却并然后被质量分析。被陷获和检测的离子的总数正比于RIT的数目及多通道RIT阵列团的灵敏度。从不同样品来的离子可以射入到不同的RIT中而每个RIT可作为一个独立的质量分析器。可以对每个通道使用单独的检测器，未示出，或者可以使用处理空间解析信号的图像检测器来检测射出的离子。可以同时对多个样品中的被分析物进行离子化和质量分析以达到对大量样品的大处理量分析。通过允许离子以气相在最后的质量分析和检测前通过多种选择过程，也可以使用同样的并联阵列完成高选择性分析。如图22所示，射入到RIT1中的离子可以被质量选择性分隔，通过在电极上的狭缝被转移到用于离子/离子反应的RIT2中，然后通过在电极上的狭缝被转移到用于离子/离子反应的RIT3中，然后通过经过在电极中的狭缝射出而被质量分析。显然，该装置可以具有更多的通道以允许在高选择性模式下的更多处理及在高选择性模式下的更强的信号及能在大处理量模式下同时分析更多样品。图23示出平行阵列串联连接的组合。
在或x或y方向上将离子总体转移到相邻阱的能力允许具有给定质/荷比的离子可以被放置在三维离子阱阵列内的任何地方。固定化学上的特殊种类的空间位置的能力允许多种潜在的应用包括(i)通过离子/表面反应和离子软着陆的离子向相邻表面的转移；(ii)离子湮灭试验，其中在电极电压减小以允许反应混合前具有相反电荷的离子存储在相邻的元件中(iii)由三个空间维度和一个质/荷维度构成的高密度信息存储。
vi)如图24所示，当使用DC脉冲将离子从一个RIT转移到另一个时，从第一个RIT中射出的离子仅能在特定的狭窄的RF位相窗口之间进入第二个RIT。由于用于和He碰撞的碰撞横截面的差异，同时离开第一个RIT的出口狭缝的离子可能没有同时到达第二个RIT的入口狭缝。通过仔细地选择或者射出RF相位、在RIT之间的距离，或He的压力，具有不同横界面的离子由于不同的离子迁移率会在空间上分开，它们中的一些可以在第二个RIT中陷获而其他的可能不会。对比在第一个RIT中的离子和陷获在第一个RIT中的离子，可以估计离子的横截面。
vii)就象在串联RIT的情况下一样，可以用固定幅度的一个RF信号操作并行的或不同尺寸的RIT。可以使用方程1计算RIT的尺寸从而在每个RIT中在同样的用于离子分隔的q值下操作要监控的离子。如图25所示，在同样的q值下施加具有缺口的单一波形到所有RIT上，而在每个RIT中分隔和陷获具有相应的m/z值或m/z值范围的离子。陷获的离子稍后被沿x/y或z方向射出而被检测。可选择的离子分隔方法是RF/DC方法。图26示出对并联阵列的一种可选择的排列。离子沿y轴转移并顺次经历在图20的串联阵列中示出的步骤，而不是沿z轴转移离子。
另一种构建RIT阵列的方法是使用立方形离子阱作为在RIT之间的接合部(图27)。从一个RIT来的离子可以被转移到立方形阱中，被存储并然后转移到下一个RIT中。用同样的结构，通过施加DC脉冲或AC波形，可以在六个方向的任一上将射入到立方形阱中的离子转移。不同尺寸的RIT可以使用立方形阱连接而形成多种阵列。
上述的仅仅是怎样使用RIT及组合RIT以进行离子分析和处理的例子。板结构便于及简化离子阱的制造。离子阱的最简单的矩形结构允许直线式离子阱的多边组合。
权利要求
1.一种直线式离子阱质量分析器，包括设置在zx和zy平面上间隔的x和y对平面电极以限定一陷获体积；RF电压源，其用于在x和y对电极之间施加RF电压以在xy平面上产生RF陷获场；在由所述x和y电极对限定的陷获体积内的末端的端电极DC电压源，其用于向至少所述端电极上施加DC电压以沿z轴提供DC陷获场由此离子被陷获在该陷获体积内；及AC电压源，其用于向至少一对所述间隔的x或y电极施加AC电压以在相应的zx或zy平面内激发离子。
2.如权利要求1所述的直线式离子阱，其中端电极包括设置在xy平面中的板。
3.如权利要求1所述的直线式离子阱，其中端电极包括设置在zx和zy平面中的间隔的平面的端RF电极对。
4.如权利要求3所述的直线式离子阱，包括设置在xy平面中在所述间隔的平面的端RF电极对的末端的端板。
5.如权利要求2或4所述的直线式离子阱，其中至少一个所述端电极包括在与施加AC电压的相同的方向上取向的狭缝由此以提高在z方向上的离子射出。
6.如权利要求2或4所述的直线式离子阱，其中至少一个所述端板包括在x和y方向上取向的狭缝。
7.如权利要求1所述的直线式离子阱，其中至少AC电压所施加的x或y对板中的一个包括在z方向上取向的狭缝或拉长的开口。
8.如权利要求5所述的直线式离子阱，其中至少x和y电极板之一包括狭缝或拉长的开口。
9.如权利要求2所述的直线式离子阱，其中x和y电极和端电极限定一立方形陷获体积，所有的板包括交叉的狭缝或拉长的开口。
10.一种多阶段离子处理系统包括若干个直线式离子阱，每个包括设置在zx和zy平面上间隔的x和y对平面电极以限定一陷获体积；RF电压源，其用于在x和y对电极之间施加RF电压以在xy平面上产生RF陷获场；在由所述x和y电极对限定的陷获体积内的末端的端电极DC电压源，其用于向至少所述端电极上施加DC电压以沿z轴提供DC陷获场由此离子被陷获在该陷获体积内；及AC电压源，其用于向至少一对所述间隔的x或y电极施加AC电压以在相应的zx或zy平面内激发离子。可向端电极施加AC电压以在相应的所述直线式离子阱相互耦合的zx或zy平面上激发离子，由此离子可以在离子阱之间转移。
11.如权利要求10所述的多阶段离子处理系统，包括至少三个直线式离子阱。
12.如权利要求11所述的多阶段离子处理系统，其中端电极包括具有至少一个狭缝的端板，而直线式离子阱为串联排列，由此离子在z方向上在离子阱之间转移。
13.如权利要求11所述的多阶段离子处理系统，其中至少设置在zx和zy方向上的平面电极中的一个包括在z方向上取向的狭缝，而直线式离子阱为并联排列，由此离子在x或y方向上在离子阱之间转移。
14.如权利要求11所述的多阶段离子处理系统，其中所述若干个直线式离子阱被以串联和并联阵列组合。
15.如权利要求11所述的多阶段离子处理系统，其中所述直线式离子阱排列为它们的轴正交安排，而阱通过直线式离子阱相互耦合，由此离子可以在x、y和z方向上转移。
16.如权利要求15所述的多阶段离子处理系统，其中使直线式离子阱耦合的是立方形离子阱。
17.如权利要求12所述的多阶段离子处理系统，其中阱的RF电极具有不同的间距。
18.如权利要求13所述的多阶段离子处理系统，其中阱的RF电极具有不同的间距。
19.操作权利要求1所述的离子阱以分隔感兴趣离子的方法，包括象RF电极施加RF/DC分隔电压以陷获感兴趣离子。
20.如权利要求19所述的方法包括在分隔离子后向一对RF电极施加AC电压以打断离子。
21.操作权利要求1所述的离子阱以分隔感兴趣离子的方法，包括向一对RF电极施加一在频谱中有间隙的宽波段AC电压，由此除了具有在间隙频率处的激发频率的离子外其他离子被共振到阱外。
22.操作权利要求5所述的离子阱的方法，包括向在狭缝方向的RF电极对施加AC电压。
23.操作权利要求7所述的离子阱的方法，包括向RF电极施加RF陷获电压和向包括狭缝的该组RF电极施加AC电压。
24.操作权利要求7所述的离子阱的方法，包括向一组RF电极施加RF电压以及向另一组RF电极施加不同频率的AC电压以在x和y方向上射出不同质量的离子。
25.操作权利要求9所述的离子阱的方法，包括通过改变施加到电极对的RF、AC和DC波形的组合来选择陷获离子的运动方向。
全文摘要
描述了一种新形状的离子阱及其作为质谱仪的使用。可以线性地及并联地组合离子阱而形成用于质量储存、分析、打断、分隔等的系统。离子阱具有简单的直线几何形状，并具有高的陷获能力。它可操作为既在质量选择稳定模式下也在质量选择不稳定模式下提供质量分析。多个离子阱的阵列允许对陷获离子应用多个气相过程的组合以在离子分析中达到高灵敏度、高选择性及/或更高的处理量。
文档编号H01J49/42GK1788327SQ200380110126
公开日2006年6月14日 申请日期2003年12月31日 优先权日2003年1月10日
发明者罗伯特·G·库克斯, 欧阳政 申请人:珀杜研究基金会