高产出的四极离子阱的制作方法

专利名称：高产出的四极离子阱的制作方法
技术领域：
本发明公开的实施例通常涉及用于运行线性离子阱的装置和方法。
背景技术：
线性离子阱在质谱学的许多领域中找到许多应用。这些应用典型地需
要串联质谱学(MS/MS)技术，高质荷(m/z)比的测量，大动态范围，精度， 高质量数据和处理能力的帮助。这尤其是在生物或生物化学应用的情况 中。例如在蛋白质组学领域中，其中需要分析仪器识别小分子和大分子， 以及确定分子结构，并且需要快速完成且提供高质量的结果。需要这些仪 器用以识别单个样本中成千上万个覆盖大动态范围的縮氨酸。也需要基于 串联质谱学或縮氨酸MS/MS分裂的缩氨酸识别。另外，该技术的特殊领 域典型地需要高度自动化以在最短时间内收纳大量数据。由于这些原因， 因此寻求允许线性离子阱满足该需求的新的装置和方法。

发明内容
根据本发明，公开了一种与传统的三部分线性离子阱相比，能够提供 允许增加了功能的通用性的装置和方法。设置线性离子阱，该离子阱具有 轴向，并在空间上分割为至少两个分区，包括第一和第二分区。在操作中， 分区将初始数量的离子在空间上分割为至少第一离子数量和第二离子数 量，并使对应于所述第一离子数量的离子基本上与对应于第二离子数量的 离子同时排出离子阱离子被从离子阱中排出。离子可以沿着基本上与轴向 方向正交的方法排出。
每个分区可有效地独立，在离子从离子阱屮排出之前，能够操作独
6立于所述第二离子数量的第一离子数量；在相同的条件下产生上述离子。 可以在两个或者多个分区中同时操作上述离子。可以采用分裂，隔离或者 其他任何可以影响离子行为的工艺的形式。
该线性离子阱具有多个电极，每个电极分为多个部分。每个部分包括 三部分电极组件。
由于该装置允许快速执行串联(MS/MS)质谱学试验，且仅需要来自离 子源的一个填充。并且，将原始离子分为渐增的很窄范围的m/z值允许在 它们的空间电荷限制内优化捕获区域的离子容量。
在本发明的一个方面中，在初始离子数量进入线性离子阱之前，可以 在空间上分割它，例如根据质荷比。在该种情况下，通过分割初始数量， 线性离子阱运行以在线性离子阱内保持初始数量的空间分割。
根据本发明另外一方面，通过在用于离子运动且具有第一 q参数的(a,q) 稳定区图中，将离子从稳定的离子运动区域移动至不稳定的离子运动区 域，排出与第一离子数量对应的离子，以及在用于离子运动且具有第二q 参数的(a,q)稳定区图中，将离子从稳定的离子运动区域移动至不稳定的离 子运动区域，而排出与第二离子数量对应的离子，所述第一和第二q参数 彼此不同。
根据本发明另外一方面，所述线性离子阱包括多个分区，所述多个分 区轴向放置，每个分区与多个伸长的电极相关联，并且每个分区的电极具 有r。值，其与相邻分区的电极的r。值相同。
根据本发明另外一方面，所述线性离子阱包括多个分区，所述多个分 区轴向放置，每个分区与多个伸长的电极相关联，并且每个分区的电极具 有r。值，其与相邻分区的电极的r。值不同。在这个实施例中，在用于离 子运动且q参数基本相同的(a,q)稳定区图中，将稳定的离子运动区域中的 离子移动至不稳定的离子运动区域，而排出与第一离子数量和第二离子数 量对应的离子。


为了更好的理解本发明的性质和目标，结合附图，参考下述详细描述， $中
图1示出了包括线性离子阱的质谱仪的结构。
图2是用于说明一维线性离子阱的基本设计的透视图。
图3示出了根据本发明一个方面的包括线性离子阱的质谱仪的结构。
图4a,4b和4c是根据本发明的用于示出线性离子阱如何构造为提供 分区的示意性说明。
图5是用于说明根据本发明一个方面的方法的流程图。
图6a至6d说明了一种方式，其中分割过程可以用于离子数量的分区。
图7说明了另一种方式，其中分隔过程可以用于离子数量的分区。
图8是根据本发明另-方面的用于示出分区的线性离子阱结构的示 意性说明。
图9是用于说明根据本发明另一方面的方法的流程图。 在附图的几个视图中，相同的附图标记始终表示对应的部分。
具体实施例方式
图1说明了典型的线性离子阱质谱仪的结构100。该结构100包括适 当的离子源110，例如腔室120中的电喷雾离子源。在腔室120中形成的 离子经由加热的毛细管140传导至第二腔室130，并通过透镜装置150到 达第三腔室160。进入第三腔室160的离子由四极离子向导170导引，并 到达装在真空室190中的二维(线性)四极离子阱180。由离子源110产生 的离子直接或间接进入离子阱180。
四极离子阱基本使用四极场以捕获离子。在纯四极场中，通过被称为 Mathieu方程的二阶差分方程的解来数学地描述离子的运动。该解可以扩 展用于应用到所有射频(RF)和直流(DC)四极设备的一般情况，其中该设备 包括二维和三维四极离子阱。二维四极阱在美国专利Na5420425中描述过，且其被并入本文作为参考。
图2说明了线性或二维(2D)四极离子阱200的四极电极/杆的结构。该 四极结构包括两组相对的电极，其包括限定了伸长的内部体积的杆，其中 该内部体积具有沿坐标系统的z方向的中心轴。 一个X组相对的电极包 括沿着坐标系统x轴布置的杆215和220， 一个Y组相对的电极包括沿着 坐标系统的y轴布置的杆205和210。正如所说明的，每个杆205， 210， 215，220被切割为主要或中心部分230以及前面的部分和后面的部分235， 240。
在控制器290的控制下，由施加于X和Y组电极/杆的RF四极捕获电 势径向约束离子。射频(RF)电压施加于杆，其中一相施加于X组，而相 对相施加于Y组。这在x和y方向上建立了 RF四极约束场，并使得离子 在这些方向被捕获。
为了在轴向(z方向)约束离子，控制器290可以构造为将DC电压施加 于中心分区230的电极，或者改变该DC电压，其中该中心分区不同于前 分区和后分区235， 240。这样，除了的四极场的径向约束外，在z方向 形成DC"电势井"，从而导致在全部三维约束离子。
在杆205， 210， 215， 220中一个的至少一个屮心部分230屮定义孔 245。通过该孔245，控制器290进一步通过在垂直于中心轴的方向上施 加或改变额外的AC双极电场，而有助于基于捕获的离子在垂直于中心轴 方向的质荷比，有选择性地排出该捕获的离子。在该示例中，该孔和施加 的双极电场在X组的杆中。也可以使用其它恰当的方法使得离子被排出， 例如离子在杆之间被喷出。
一种获得被约束的离子的质谱的方法是改变捕获参数，使得增加了质 荷比的值的捕获离子变得不稳定。有效地，该离子的动能被激励使得它们 变得不稳定。这些不稳定的离子产生超出了捕获结构边界的轨道，并通过 电极结构中的一个孔或一系列孔离开四极场。
顺序被排出的离子通常冲击倍增电极195，并且从该倍增电极发出的 次级粒子被发射至随后的检测器装置的元件。该检测器装置的位置和类型 会变化，例如该检测器装置沿着离子阱的长度延伸。通过该描述，倍增电极被认为是检测器装置的一部分，其它元件是例如为电子乘法器，预放大 器，等其它类似设备的元件。
应当理解如本领域所公知的，在质量分析系统中可以使用不同的装置。 例如，分析设备可以构造为使得离子从离子阱轴向地而不是径向地被排 出。可以使用有效的轴向用以将线性离子阱耦合至另一质量分析器，例如
傅立叶变换RF四极分析器，飞行时间分析器，三维离子阱，Orbitrap 或其它类型的混合结构的质量分析器。
图3示出了根据本发明一个方面的质谱器结构300，其包括线性离子 眺380。可以看出，该结构表现出在图1中示出和描述的结构的所有部件， 除了线性离子阱380和倍增电极395。在该结构中，线性离子阱380包括 多重分区，相邻于每个离散的分区放置多个倍增电极395。在该特殊的结 构中，在多重分区线性离子阱的任一侧放置倍增电极395，以充分检测从 离子阱中排出的所有离子。可以理解倍增电极的数量，以及它们的位置不 限于所说明的，并且如图1所示，倍增电极可以仅在线性离子阱的一侧放 置，或者相邻于每隔一个分区放置，或者例如包括轴向放置的倍增电极。 在该方面，应当注意图3不一定代表从离子阱中排出离子(典型地被喷射 和/或抽取)的方向，但是仅代表它们从轴向和/或径向被排出的事实。除了 其它情况之外，排出的轨迹取决于所采用的结构。
在运行中，图3的线性离子阱结构用于从多重分区的线性离子阱380 中同时排出离子，并由多个倍增电极395检测排出的离子。在离子没有同 时从多个部分的线性离子阱380的所有分区中排出的情况下，多组的至少 两个分区在任意一个时间将它们的离子排出，第二次和其它随后排出的结 果可以和第一次排出的结果求和，以产生单个质谱。
与在图1中说明且在美国专利No.5420425中详细描述的传统的三部分 线性离子阱相比，利用多重分区的四极离子阱允许在功能上增加通用性。 将线性离子阱在空间上分割成多个准独立的分区会提供一种结构，其有助 于在这些分区中存储的离子被独立操作，并允许在独立的分区中同时执行 离子处理。另外，它允许在相同条件下几乎同时从相同的源发出的预定数 量的离子被同时操作，检测或其他的处理或分析。每个离子数量也可以在
10随后的检测，处理或分析之前被独立操作。
一种实现质谱数据质量改进的应用是将扫描输出扩展的质量范围优 化。另一种实现质谱数据质量改进的应用是在给定扫描速率的情况下，什 么时候试图减少扫描时间。这些应用的一部分将在下面更详细描述。
图4a， 4b和4c说明了两种根据本发明的线性离子阱的实现方式。线 性离子阱380构造为提供多个(至少两个)基本离散的捕获体积或分区 410，当一种电和/或磁隔离机构被激活时，这些分区中的每一个或这些分 区的组合彼此电隔离，当分区被"组装"或电隔离装置无效时，其能组合 用作连续设备。该线性离子阱380能够使图4a巾示出的初始数量的离子 420被影响或被物理细分，使得预定数量的离子在多重分区的离子阱的一 个或多个分区410中被空间定位，如图4b和4c所说明的。
可以通过产生空间分割线性离子阱380的势垒来提供线性离子阱的多 重分区。在本发明的一个方面，通过激励相应的多极杆组件430，例如包 括四杆电极的四极杆组件，来产生或激活分区。每个多杆组件围绕多重分 区的线型离子阱的轴至少部分限定分区或捕获体积(即限定至少分区或捕 获体积的一个端部)。这些多极杆组件可以包括单个部分或连续的杆，或 包括多个部分的杆。在该捕获体积中，通过将RF和DC电势的组合应用 于多极杆组件，而在一个或多个部分中径向和轴向限制离子。
在木发明的一个方面中，如图4b所说明的，通过三部分的多极杆组件 440和450构造线性离子阱380的分区。第一个三部分的多极杆组件440 能够运行产生捕获体积410a，其主要被限制在组件440的中心部分。第 二个二部分的多极杆组件450能够运行产生捕获体积410b，其主要被限 制在组件450的中心部分。
在本发明的另一方面，如图4c所说明的，线性离子阱380的分区由三 部分的多极杆组件460， 470和480重新构造。但是，在该种情况下，第 一个二.部分的多极杆组件460的第三部分也用作第二个三部分的多极杆 组件470的第一部分。类似地，第二个三部分的多极杆组件470的第三部 分也用作第三个三部分的多极杆组件480的第一部分。三部分的多极杆组 件有效重叠，并且在运行中能够产生捕获体积410c， 410d和410e，该捕
ii获体积比图4b说明的结构中的更大。
单独的多极杆组件每一个都具有它们自己的RF， DC和补充的激励电
压。通常，端部部分被构造为对于离子进入或离开离子阱的弥散场效应最
小。 一旦离子在阱中被捕获，可以使用RF， DC和/或补充的电压分量来 影响被捕获的离子，以沿着离子阱的长度以预定方式分布这些被捕获的离 子本身。RF， DC和/或补充电压分量的变形可以进一步被使用以影响离 子在离子阱内从-个分区移动至另-个分区，用以空出离子分区，或者使 相邻分区之间的离子耦合最小。
通常，控制单元将相应组的RF电压施加于多重分区的离子阱的分区 以产生RF多极电势用以在捕获体积中围绕线性离子阱的轴来径向限制离 子。控制单元也将各种DC偏移施加于离子阱的分区，以沿着离子阱的捕 获体积在任意一个分区或分区组合中轴向捕获离子。
如果需要的话，多极杆组件的一个或多个杆可以具有槽或孔以使得离 子传至多个检测器装置。
通过在一对杆的相关分区之间施加补充的AC电压，使得在该特殊分 区中的离子谐振并离开该离子阱，从而实现从离子阱排出离子。施加该 AC电压可能影响其它分区中的离子，因此，这需要补偿。这是由于下述 事实，即施加的AC电压不仅对该特殊分区内的离子有影响，而且其弥散 效应将耦合至相邻分区中的离子。
在图5和6中通过一系列步骤说明一种根据本发明一个方面的运行线 性离子阱的方法。该方法的步骤包括在多重分区的线性离子阱中捕获初始 数量的离子(420)(步骤510);将初始的离子数量在空间上分割为至少两个 离子数量(步骤520)，包括第一数量和第二数量；以及从多重分区的线性 离子阱中同时排出与第一和第二离子数量对应的离子(步骤530)。与第一 和第二离子数量对应的离子包括分别来自或者从第一和第二离子数量获 得的离子。与第一数量对应的至少一部分离子可以随后被第一检测器装置 检测，并且与第一-数量的离子对应的至少一部分离子可以由第二检测器装 置检测。在某些情况下，第一和第二检测器装置可以共用一些元件，或者 它们是分立的。
12可选地，如步骤525所指示的，如果需要的话，在多重分区线性离子 阱的任意分区或分区组合中的离子被抽取并传给检测器装置之前，可操作 这些离子。与第一离子数量对应的离子可以独立丁与第二离子数量对应的 离子而被操作，如果需要的话，可以同时操作。操作可以采取分裂，隔离， 或任何其它的该种运行的形式，或者影响离子典型地响应。
图6说明了由三部分的多极电极结构610， 615， 620提供多重分区线 性离子阱380的每个分区的结构。如所说明的，在基本与轴向方向625 垂直的方向执行从多重分区线性离子阱380排出离于。或者，以和轴向方 向625基本平行和垂直的组合方式执行离子抽取。
一种可以在空间上分割离子数量的方式是根据质荷比(m/z)或m/z范 围。例如，多重分区的线性离子阱380的第三分区620可以构造为在质量 范围M^^中捕获离子，该范围包括低于质量nn的质量。多重分区的线 性离子阱380的第二分区615可以构造为在质量范围Mrange2中捕获离子， 该范围用于在质量i化和m2之间的质量。第一分区610可以构造为在质 量ni2和m3之间的质量范围M皿ge3屮捕获离子，其中mfmpnn。
具有几种可以实现其的方式，其中一种是施加轴向变化的轴向激励 AC电压。这实质上使得离子沿着阱前进直到它们到达一个分K，在该分 区中，没有施加激励以影响该分区适应的m/z的范围。在那里，它们在碰 撞中损失能量并在停留在该分区。
例如，该初始离子数量605包括M，^+M，ge2+lVUge3。这些离子在从
读者方向看去的附图的左手侧进入多重分区的离子阱。第一分区610捕获
进入的离子(优选地，连续流)，并且同时激励第二质量范围M，ge2和第三
质量范围Mrangel，例如m/z范围(150-200Th)和m/z(200-2000)内的离子， 以克服将第一和第二分区610， 615分离的电势势垒。电势势垒可以由DC 和可选的RF场的组合形成。由增加至电势势垒的AC场提供激励，以激 励在特殊质荷比之上的离子的谐振轴向振荡。与第一分区610中的第一数 量的离子对应的离子获得轴向能量直到已经获得充分的能量以克服将分 区610和615分离的电势势垒，并到达第二分区615(M，ge3)。为了避免 通过第一分区610的入口孔时丢失离子，在将离子反射回分区610的孔上
13施加额外的DC电势。
如上所述，图6说明了通过多个部分的四极杆组件610， 615， 620提 供多重分区的线性离子阱380的每个分区的结构，因此，将激励电压施加 于多重分区的线性离子阱380的x-电极的第一个二个部分，用于向该部 分630， 635， 640提供电势V2K)。激励电压的幅值足够大以向前并沿着多
重分区线性离子阱380轴向激励质荷比在质量范围Mr皿ge3之外的离子，
因此，质量范围M皿^和Mrange1中的离子沿着方向625向前传播。与第 一数量的离子对应的离于，即在质量范围Mange3中的离子被捕获并且没有 第一个多部分的四极杆组件610的第三部分640传播的远。如图6所指示 的，可以施加应用于第一个三部分630， 635， 640的激励电压，以在相邻 的部分之间，W-V21(),+V21Q,-V21C的形式交变极性。因此，在质量范围Mrange3 中的离子在中间部分，部分二， 635中被有效捕获。在这种方式中，质量 范围M,皿ge3中的离子受相邻的第4部分645中的离子影响小，并也不可 能返回源头。利用上述的方法，不仅使所有不属于质量范围Mrange3的离 子从分区610移动，并且除此之外，所有该质量范围中的离子在分区610 中被收集，而不是允许质量范围M皿ge3屮的离子分布在分区610， 615和 620之间。可以在轴向沿着离子阱的长度施加很小的正DC电压，将离子 独立于质量地拖拽至具有最低DC电势的点，该点位于组件的最左边的 点，即部分630。这样，将位于任意一个分区610， 615， 620中的质量范 围M^n^的离子传送至分区610。类似地，这应用于其它m/z范围的离子， 但是选择由轴向AC场提供的激励幅值，以提供足够的轴向能量用于从分 区610向外推离子(用于Mrangel和M^ge2)以及从分区610， 615向外推 M皿一的离子。将DC电压来说，将相同的考虑应用于其它质量范围的离 子，DC产生的场收集组件左侧的离子，而轴向AC产生的场在相反方向 独立于质量激励它们，直到它们在没有谐振AC场的分区停止，冷却，并 停留在该区域中。这些离子不会进一步蔓延开来，进入没有施加谐振AC 电压的区域，这是因为上述产生的DC场将抵制该运动。
类似地，施加应用于第二组三个部分(第二个多部分的四极杆组件615) 的激励电压，使得质量范围M^^中的离子沿着方向625从源头传播出去，并传播至多重分区的离子阱380的另一端部。与第一-离子数量对应的 离子，在质量范围Mrange2内的离子，被捕获，并且没有第二个多部分四
极杆组件615的第三部分655传播的远。这些离子与那里存在的AC场失 去谐振，并且由于和空气的碰撞，它们的能量进一歩损失，这些离子存储
在该区域615中。施加的电压VK)不足以使M皿ge2范围中的离子穿过电势
势垒，进入多重分区线性离子阱380的随后的分区620。再次，施加应用 于第二个多部分的四极杆组件615的激励电压，并且极性在相邻的部分 645， 650， 655之间以+Vkj,-Vk),+Vu)交变。因此，质量范围Mrailge2中的 离子在这三个部分的中间，即从左边数第5个部分650被有效捕获。在该 种方式中，与第二数量的离子对应的离子，在质量范围Mrange2中的离子 受相邻的第4和第6部分645， 655中的离子影响小。
可以对所说明的多重分区的线性离子阱380结构的第二个多部分的四 极杆组件620做出类似的解释。和与第三离子数量对应的离子一起，质量 范围Mrangel中的离子以和上述类似的方式在第8个部分被捕获。
作为替换，通过在分区之间的接口中的杆之间施加谐振的双极和四极 场，来从特殊分区排出和抽取离子。轴向和径向运动之间的耦合激发离子 轴向移动，但是仅仅是和所施加的AC电压谐振的那些离子。利用正DC 梯度的相同想法也用于促进在分区中收集离子，其中在该分区中，给予 m/z比将分割初始化。
利用所述的结构，一旦以该种方式将离子数量在空间上定位并且分区， 那么不仅执行排出，使得从第一分区扫描输出的质量范围与从第二分区扫 描输出的质量范围不同，并且基本同时执行扫描，这需要一个或两个独立 的检测器装置。这需要将独立的AC信号分别有差别地施加于多重分区的 线性离子阱的第一和第二分区。
一种用于实现质谱数据质量改进的应用是在扫描输出扩展的质量范围 期间，例如多至6000Th。考虑人们需要扫描输出150-4000Th质量范围的 试验。如果与用于一般的质量范围(150-2000Th)，以及与现有技术普遍指 示的RF发生器相同的RF发生器用于该扩展的质量范围，多至4000Th， 那么喷出q参数必须大约减小因数2。如果使用相同的扫描输出速率(从
15离子阱屮排出离子的速率，分析的速度)，那么与一般的150-2000Th的质
量范围相比，数据的质量通常较低。该数据具有更差的质量分辨率，质量 精度和灵敏度，除非分析速度显著减小。这尤其是在高质量范围离子的情
况下，这些高质量范围离子典型地在区域中以比具有低于2000Th m/z的 离子慢三倍的情况进行扫描。
根据本发明的一个方面，具有m/z的离子在预定的q值被放置，其中 该m/z处于某一有关的低值。然后，线性扫描RF幅值直到某一最大电压， 其通过将离子的q值移动至喷出q来喷出离子直到某一最大m/z。在这种 方式中，通过在用于离子运动目.具有第一q参数的(a,q)稳定区图中，将离 子从稳定的离子运动区域移动至不稳定的离子运动区域，而排出与第一数 量的离子对应的离子，以及在用于离子运动且具有第二 q参数的(a,q)稳定 区图中，将离子从稳定的离子运动区域移动至不稳定的离子运动区域，而 排出与第二数量的离子对应的离子，第一和第二q参数彼此不同。
通过向多重分区的线性离子阱中较高质量范围的离子所在的分区施加 第一.谐振喷出信号，从而当RF幅值斜线下降时，可以使用相当低的q参 数值来在该q值喷出，并且可以同时在较高q值喷出较低质量范围的离子。 例如，第二分区可以扫描m/z 150-2000Th，而第一分区可以扫描m/z 2000-4000 Th。前述的方法使用四个检测器。另外，扫描输出时间减少， 这是由于200-2000Th范围中的离子以0.88的正常速率被扫描，而 2000-4000Th的更高质量范围屮的离子以q=0.44被扫描输出，但是由于 该范围广，那么在该很低的q处扫描的离子小于整个范围200-4000Th。 可以在更短的吋间中实现以该很低的q值扫描，并且扫描输出时间整体减 少。作为替换，在相同的扫描输出时间的情况下，可以实现质量分辨率和 质量精度的提高。
这样，离子根据它们的m/z比分散在整个多重分区的线性离子阱中， 并且随后在三部分的多极电极组件的恰当部分被捕获。在该种情况下利用 多重分区的RF离子阱可以通过优化整个扩展范围中的数据，来实现质谱 数据质量的改进。通过一种方式激励离子，其中该种方式与被讨论的特殊 的离散的质量范围相适应和一致，那么人们可以在有必要牺牲灵敏度，扫
16描速度或线性离子阱的分辨能力的情况下，对时间的利用进行优化。
利用传统的方法，三部分的线性离子阱由100 fmol/uL范围中的化合 物填充0.01-0.1ms(低于ms时间用于10fmol/uL)以达到允许的大约为2000 的空间电荷限制，并且该线性离子阱扫描1.5s(扫描速率为0.4ms/Th)以覆 盖150-4000Th的质量范围。本发明利用大约50%的时间获取相同的数据， 这是因为在该示例中，与扫描输出时间相比，喷射时间不重要。
图6说明了如何利用多个三部分的多极杆组件(与图4b中的类似)，实 现线性离子阱的分区，其中每个多杆组件的每个部分具有在特定相施加的 激励电压以确定所需的结果。图7说明了能够实现此冃的的其它方式，例 如正如所说明的，利用两部分的多极结构提供分区，在多个部分中或之间 形成捕获体积。
在本发明的另一方面，在离子进入多重分区的离子阱之前，根据它们 的m/z比将它们分散。 一旦在多重分区的离子阱中，可以通过在多重分区 的线性离子阱内激励该分区来保持该分散。在该特殊的情况下，如果之前 分散的离子基于离子特定的离子移动性，在较低压力下穿过无场区域或者 在离子传送光学仪器的有压力部分中分离，那么不同的m/z比将在不同的 时间穿过该区域并到达多重分K的线性离子阱。较低的m/z值将在较高的 m/z值之前到达离子阱，因此能够保持分散。
可以使用各种其它机制以沿着线性离子阱的轴向维度产生离散的电势 势垒。例如，如图8所说明的，这些包括在距离轴825变化的距离，定位 分区或多极杆组件。实质上， 一个分区的r。值(从多重分区的线性离子阱 的纵轴825的距离)与相邻的分区的r。值具有不同的值。参照图3，人们 可以看出多个分区中每一个的ro的值是相同的，而在图8中，每个是不 同的，即n， r2， r3， r4， rjr6。
在该例子中，在多重分区的线性离子阱中捕获初始离子数量。然后通 过公知的方法和/或上述的方法，将该初始离子数量在空间上分割以产生 几个m/z范围(m!s， m22;， m3S， m化，m52， 11161:)的离子数量。与上述具有 统一的rQ的示例相比，产生DC和AC场以实现该分割所需的电压需要被 恰当地调谐。如果在扫描输出事件期间，相同的RF场施加于多重分区的线性离子阱的每个分区，那么整个质量范围(m化，m2S， m3S， m4S， m5S， m6。中的离子将从具有相同或相近的q参数的相邻的分区(或不同的rc值， ri， r2， r3， r4， 1"5和re)排出。这是由于q参数，质量，RF电势，频率和 ro之间的关系。在该种方式中，可以实现完成离子数量的排出所需的时间 的优化，但是在质量分辨率，质量精度和灵敏度之间需要一个折衷。
每个具有特定ri的分区可以被细分为至少三个部分，采用与之前利用 统一的ro相同的方法，该方法具有产生的用以在分区之间分割离子的轴 向AC和DC场的组合。由于改变n，用于实现该分割的DC和AC场的 电压也必须相应地调谐。
存在几种其它的从离子阱中喷出离子的方法，例如通过在一组杆之间 施加DC激励电压，或者仅将离子脉冲地送出至检测器装置。这些过程的 细节不在这里描述，但是是本领域技术人员公知的。
在本发明的另一方面屮，如图9所说明的，描述了一种运行线性离子 阱的替换方式。该方法的步骤可以包括在多重分区的线性离子阱中捕获初 始数量的离子(步骤910);将初始离子数量在空间上分割为至少两个离子 数量OP骤920)，包括第一数量和第二数量；以及独立于第二离子数量， 操作第一离子数量的离子(步骤930)。由检测器装置随后检测与第一和第 二离子数量对应的至少一部分离子。该检测器装置可以包括用于第一和第 二离子数量的单独的检测器。在本发明的另一方面，操作对应于第一和第 二离子数量的离子可以基本同时发生。在本发明的再一方面，离子数量可 以送至随后的质量分析设备。
当执行需要分裂离子的串联质谱(MS/MS)试验时，该方法尤其有用。 在运行完全的MS扫描之后，其屮该扫描允许识别有关的峰值，那么这些 离子在下一喷射事件期间存储在阱中。作为替换，仅有来自第一喷射事件 的一部分离子用于完全的MS扫描。它们剩余的部分可以利用恰当的AC 和DC电势存储在其它的分区中。最后的方法在喷射时间很长时尤其有 用。另外，人们可以将初始的离子数量在空间上分割为第一离子数量，第 二离子数量和可选择地更多的数量，所有离子数量在相同的条件下从相同 的源发出。人们例如通过隔离每个数量中不同的m/z，并将两个m/z进行
18分裂，而彼此独立地操作每个数量， 一旦分裂，每个分区的内容被送至离 散的检测器装置，实质上其利用一个线性离子阱同时有助于两个分裂试 验。所有或一些这些事件基本可以同时发生。这节省了时间，以及蛋白质 工业中昂贵的商品。
本发明的方法可以在数字电子电路，或硬件，软硬件结合，软件，或 它们的组合中实现。本发明的方法歩骤可以由执行计算机程序的一个或多 个可编程处理器执行，以通过运行输入数据和产生输出来执行本发明的功能。
基于各种方面所解释的各种特征可以组合以形成本发明的另一方面。
除非另有限定，这里使用的所有技术和科技术语都是本发明所属领域 的技术人员所理解的含义。该公开的材料，方法和示例仅用于示意，而不 意在限制。熟练的技师可以理解与这里描述的等价的方法和材料可以用于 实施本发明。
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权利要求
1、一种用于运行具有轴向的线性离子阱的方法，该方法包括a. 在离子阱中捕获初始数量的离子；b. 将初始数量的离子在空间上轴向至少分割为两个离子数量，包括第一和第二离子数量；c. 同时从离子阱中排出与所述第一和第二离子数量对应的离子。
2、 如权利要求l所述的方法，进一歩包括检测与所述第一和第二离子 数量对应的离子。
3、 如权利要求1和2中任一个所述的方法，进一歩包括(d)在排出之前，独立于所述第二离子数量，操作至少一个离子数量。
4、 如权利要求3所述的方法，其中所述操作的步骤包括将离子分裂。
5、 如权利要求3和4中任一个所述的方法，其中所述操作的步骤包括隔离具有理想的质荷比范围的离子。
6、 如权利要求1至5中任一个所述的方法，其中所述排出离子的步骤包括在基本与所述轴向垂直的方向排出离子。
7、 如权利要求1至6中任一个所述的方法，其中所述第一离子数量具有与所述第二离子数量的质荷比的范围不同的质 荷比。2
8、 如权利要求1至7中任一个所述方法，其中所述排出离子的歩骤包括通过在用于离子运动且具有第一 q参数的(a,q)稳定区图中，将离子从稳 定的离子运动区域移动至不稳定的离子运动区域，而排出与第一离子数量 对应的离子，以及在用于离子运动且具有第二q参数的(a,q)稳定区图屮， 将离子从稳定的离子运动区域移动至不稳定的离子运动区域，而排出与第 二离子数量对应的离子，所述第一和第二 q参数彼此不同。
9、 如权利要求1至8中任一个所述的方法，其中所述线性离子阱包括 多个分区，所述多个分区轴向放置，每个分区与多个伸长的电极相关联， 并且每个分区的电极具有r0值，其与相邻分区的电极的r0值相同。
10、 如权利要求1至9中任一个所述的方法，其中所述线性离子阱包括 多个分区，所述多个分区轴向放置，每个分区与多个伸长的电极相关联， 并且每个分区的电极与相邻分区的电极具有不同的r0值；通过激活所述 线性离子阱多个分区结构的分区的步骤，实现在空间上分割初始离子数量 的离子。
11、 如权利要求1至10中任一个所述的方法，其中通过在用于离子运 动且q参数基本相同的(a,q)稳定区图中，将稳定的离子运动区域中的离子 移动至不稳定的离子运动区域，而排出与第一离子数量和第二离子数量对 应的离子。
12、 如权利要求10所述的方法，其中激活所述分区的步骤通过施加激 励电压提供，所述激励电压的幅值对于每个分区来说基本相同。
13、 如权利要求1至12中任一个所述的方法，其中初始离子数量具有宽范围的质荷比的值，并且与第一离子数量对应的 离子具有窄范围的质荷比的值，其比初始离子数量的质荷比的值窄。
14、 如权利要求13所述的方法，其中所述宽范围是在200至400Th之间。
15、 如权利要求13和14中任一个所述的方法，其中 所述窄范围在200至2000Th之间。
16、 如权利要求13和14中任一个所述的方法，其中 所述窄范围在2000至4000Th之间。
17、 一种装置包括具有多个电极的线性离子阱，每个电极被分为多个部分；控制器，其被构造为向所述多个电极的部分施加电压，以在线性离子 阱中至少建立第一和第二分区，所述第一和第二分区分别限制第一和第二 离子数量；以及所述控制器进一步构造为向多个电极的部分施加电压或改变施加的电 压，以同时排出与第一和第二分区对应的离子。
18、 如权利要求17所述的装置，进一步包括检测器装置，其包括第一 检测器，用于检测从第一分区排出的至少一部分离子，以及第二检测器， 用于检测从第二分区排出的至少一部分离子。
19、 如权利要求17和18中任一个所述的装置，其中所述控制器进一步 构造为施加或调整多个电极的部分的电压以彼此独立地操作第一和第二数量离子中的一个。
20、 如权利要求17至19中任一个所述的装置，其中多个中的每一个具 有三个部分。
21、 如权利要求17至20中任一个所述的装置，其中 每个部分包括三部分的电极结构。
22、 一种用于运行具有伸长的轴向的线性离子阱的方法，所述方法包括:a. 轴向捕获空间上分割的离子数量，空间上分割以提供至少两个离子 数量，即第一和第二离子数量；b. 在线性离子阱中保持空间上分割；c. 从所述离子阱同时排出对应于第一和第二离子数量的离子。
23、 如权利要求22所述的方法，进一步包括通过包括第一检测器和第二检测器的检测装置检测排出的离子，所述第一检测器检测与所述第一离 子数量对应的至少一部分离子，所述第二检测器检测与所述第二离子数量对应的离子。
24、 如权利要求22和23中任一个所述的方法，进一步包括(d)在排出 之前，独立于所述第二离子数量，操作至少一个离子数量。
全文摘要
本发明提供一种用于运行线性离子阱(380)的方法和装置。与传统的三部分线性离子阱相比，该线性离子阱(380)被设置为允许增加功能的通用性。在运行中，该线性离子阱(380)设置多个分区(610，615，620)，将初始数量的离子(420)在空间上至少分割为两个离子数量(步骤520)，并使对应于所述第一离子数量的离子基本上与对应于第二离子数量的离子同时排出离子阱(380)(步骤530)。每个分区有效独立，并且对应于第一离子数量的离子能够独立于对应于第二离子数量的离子而被处理；在相同条件下由离子源产生离子。
文档编号B01D59/44GK101489651SQ200780026476
公开日2009年7月22日 申请日期2007年6月28日 优先权日2006年7月11日
发明者维亚切斯拉夫·V·科夫敦 申请人:塞莫费尼根股份有限公司