用于组合的线性离子阱和四极滤质器的方法和装置制造方法
【专利摘要】一种用于质谱仪的装置，该装置包括：一组四个杆电极，这些杆电极限定了在其间的一个离子占用体积，具有入口端和出口端，这些杆电极中的至少一个具有一个从其中穿过的槽；第一和第二离子光学器件，分别被安置成分别与该入口端和出口端相邻；一个电压供应系统；以及至少一个辅助电极，被至少部分安置在该至少一个槽内；其中该电压供应系统被配置为以便跨过该组杆电极的构件供应一个射频(RF)电压、一个直流(DC)滤波电压和一个振荡偶极共振喷射电压并且以便供应一个次级离子捕获无线RF电压和一个次级DC滤波电压至该至少一个辅助电极上且跨过这些杆电极和该第一和第二离子光学器件中的每一个供应DC电压。
【专利说明】用于组合的线性离子阱和四极滤质器的方法和装置 发明领域
[0001] 本发明总体上涉及质谱仪，并且更具体地涉及用在此类质谱仪中的用于根据质荷 比分离离子的四极杆离子光学部件。 发明背景
[0002] 四极滤质器数十年来已经广泛用于多种物质的常规质谱分析，包括小分子如药物 试剂和它们的代谢物，以及大生物分子如肽和蛋白质。近来，二维径向喷射离子阱（也被称 为"线性离子阱"）已经实现了广泛使用（参见，例如Schwartz等人，"二维四极离子阱质谱 仪"，美国质谱学会期刊（J. Am. Soc. Mass Spectrometry)，13:659-669 (2002))。一般而言， 此类四极质量分析装置在结构上是大体类似的并且由四个狭长电极组成，每个电极具有一 个双曲线形表面，这些电极被安排为两个电极对，这两个电极对与在每个电极对之间中间 的中心线对齐并且跨过其相对。
[0003] 在线性离子阱和四极滤质器两者中，存在四个平行的杆，每个与一条中心轴线隔 开，并且典型地形状为双曲线或圆形杆轮廓。一般而言，这些杆的长维度限定一个笛卡尔坐 标系的Z轴。将一个RF电压的相反相位施加在X维度上分开的杆（相对于Y维度上分开 的那些）之间。这个施加的RF电压影响X和Y维度上的离子移动，包括在该装置内离子的 容纳（containment)。对于线性离子阱操作，一个轴向容纳场通过透镜元件、或杆区段来增 力口，可以向该轴向容纳场上施加一个另外的DC电压以包含沿Z维度的离子。
[0004] 在四极滤质器（QMF)装置的操作中，将包括一定质荷比（m/z)比例范围的离子沿 大致平行于中心线的轨迹引入该装置的一个入口端。通过适当选择施加到这些杆上的DC 和RF电压的幅值，完全通过该装置的离子的范围可以限制于仅一个所希望的窄m/z范围。 如此被传输的离子然后可以被一个检测器检测到，该检测器被对齐以便拦截从一端至另一 端完全通过该装置的离子。该检测器产生代表被传输的离子数目的一个信号。这些检测器 信号被传送到一个数据和控制系统以处理并且产生质谱。
[0005] 在用于质量分析的线性离子阱装置的一种形式中，一个电极对的电极中的至少一 个适配有延伸通过该电极或这些电极的厚度的一个孔口（槽）以便允许被喷射的离子行 进穿过该孔口至一个相邻定位的检测器。离子通过将一个射频（RF)电压的相反相位施加 到这些电极对上而被径向地或横向地限制在该离子阱内部中，并且可以通过施加适当的DC 偏移到定位于这些电极或其中心区域的轴向向外处的端部区域或透镜而被轴向地或纵向 地限制。为了进行分析扫描，在该RF电压的幅值渐变的同时，典型地跨过该开孔口的电极 对（通常被称为X电极，因为它们与一个笛卡尔坐标系的X轴对齐，该笛卡尔坐标系这样取 向使得X和Y是该阱的径向轴线并且Z是沿该阱中心线延伸的纵向轴线）的电极施加一个 偶极共振激励电压。该操作导致被俘获离子按它们的m/z比（m/z的）顺序与所施加的激 励电压共振。这些共振受激离子发展不稳定的轨迹并且通过这些X电极的一个或多个孔口 从该阱中被喷射出至这些检测器。
[0006] 每种类别的四极质量分析器-四极滤质器或线性离子阱-与它自己独特的优点相 关联。离子阱以它们对于全扫描质量分析的高灵敏度、进行迭代碎裂和分析（MSn)实验的 能力、以及它们的高扫描速度而众所周知。四极滤质器以它们对于目标化合物分析和量化 的极高灵敏度和检测极限而众所周知。本披露涉及创造一种单一装置，该单一装置在节省 在一个质谱仪仪器内具有两个单独装置的费用和复杂性的同时，可以充当一个线性离子阱 和一个四极滤质器两者并且因此可以实现性能特征的组合。这产生了具有离子阱的理想定 性能力同时额外地保持了 QMF的定量性能方面的一种多用途装置。
[0007] 已知对于线性离子阱操作必需的槽导致对电场的扰动并且使其偏离纯线性场畸 变。已经提出了各种方式来补偿放入离子阱装置的电极中的孔口的有害性能影响，这些离 子阱装置包括三维（3D)离子阱（例如，保罗（Paul)阱）以及线性离子阱。在一些当前可商 购的线性离子阱系统中，补偿这些槽的影响是通过将电极间距从无槽的双曲线杆的理论最 佳间距向外伸展来完成的。基本上，这种补偿方法主要引入正性八极和十二极的高阶（非 线性）场，补偿了由这些槽产生的负性场畸变。然而，这种补偿方法不能产生这些非线性高 阶场的完全取消。其结果是，在现有实施方式中，通常，发生某一过补偿，这仍留下用于有效 性能的一些高阶场。尽管以此方式补偿的装置可以作为一个离子阱质量分析器很好地运 行，但所希望的是QMF操作能够产生一个RF场，该RF场实质上尽可能纯地是一个四极电势 (线性场）。此外，此类补偿机构是不容易可调节的。优选地，任何场畸变补偿机构应该是 以如下方式可调节的，使得能够补偿喷射槽的影响（以便实现最佳离子阱性能）同时还能 够对于QMF模式下的操作进行适当的场校正，因为这两种操作模式可能具有不同的场补偿 要求。这些调节机构可以在仪器操作过程中以及还在仪器校准过程中实时使用以便校正由 制造机械缺陷引入的崎变。
[0008] 美国专利申请号8, 415, 617传授了一种实现作为离子阱和QMF两者的功能的方 法，这是通过要求这些槽被配置为使得实现四倍对称，从而导致可忽略的八极场分量和占 优势的十二极或二十极场畸变。尽管这种对称配置显著降低场畸变水平，但由这些槽造成 的残余非线性场仍可以具有对QMF性能的有害影响。为了允许相同结构也作为一个更理想 的四极滤质器（QMF)，理论上要求甚至进一步校正，从而要求一个更纯的线性（四极的）电 场，其中几乎完全取消所有非线性场。
[0009] 提供最高水平的场校正、连同操作上可调节的补偿的目标导致，相对一个全局 调节像如上所述的杆间距的伸展，或如在一些三维离子阱装置中使用的改变双曲线的渐 近线角度而言，对这些槽更局部的补偿方法。关于3D离子阱已经考虑的一种此类方法 是使局部的突起、或凸起与这些槽相邻。此种方法已经披露于例如美国专利预授
【发明者】J·C·施瓦茨 申请人:萨默费尼根有限公司