一种离子解离装置

本发明涉及质谱分析装置与方法，具体而言，涉及一种离子解离装置。

背景技术：

1、用串联质谱法分析肽和蛋白质的序列，需要各种解离方法。其中电子捕获解离(electron capture dissociation，ecd)能够提供比基于与中性气体分子碰撞解离更广泛的序列覆盖范围，而且它可以保留翻译后修饰产生的侧链、基团，为翻译后修饰位点确定提供准确信息，是一种很有用的技术。电子捕获解离需要使多价正离子与能量小于1-3ev的离子(具体取决于何种待解离的离子)的电子反应，电子被离子上的正电荷捕捉，释放的能量引起化学键断裂，造成离子解离。

2、目前，电子捕获解离装置主要有离子传输型和离子囚禁型。在离子传输型装置中，电子源产生的电子汇聚成一个电子密度较高的低能电子云，离子穿过这个区域时会捕获电子，发生裂解；在离子囚禁型装置中，离子首先在离子阱中被囚禁，同时引入低能电子进入离子囚禁空间，使离子与低能电子发生反应。研究发现，离子囚禁型的电子捕获解离装置，能够获得相对于传输型装置更好的解离效率。早期，离子囚禁型的电子捕获解离装置是利用超导磁体icr池将离子囚禁，同时，使电子顺着磁力线引入到离子囚禁空间，使二者发生反应；然而，这种装置体积大、造价和维护成本高，有条件使用这种装置的单位比较少。在使用射频电场来囚禁离子的离子阱中，人们也开展了大量的电子捕获解离尝试；但是通过射频电场来囚禁离子的离子阱具有很强的交变电场，这种交变电场会使入射的电子束发生偏转或者加速，导致电子能量很难低于1ev，甚至都不易低于3ev。

3、为了解决交变电场对入射电子束造成影响的这个问题，一些人提出了新的解决方法；例如takashi baba在analytical chemistry第76期(2004)4263-4266页提到在射频离子阱的轴线方向引入了一个磁场，让电子沿着这个磁场的方向进入离子阱，因为在射频四极场中央的电场强度几乎为零，电子沿着处于囚禁四极场中央的磁力线传输进入到离子阱中是不会被加热的，这种方法需要额外提供一个精心设计的磁场，加工安装难度较大；另外还有gregory s.j.wells在美国专利us20090547358a中采用了一种特殊波形的囚禁电场，这种囚禁电场的交变电压波形存在一个电场为零的短暂时段，在这个时段内，电子可以不受干扰地进入到离子囚禁空间；但是，该种特殊波形是在射频电源的正弦波上进行剪切获得的，这种技术的实现困难极大，很难得到实际应用。此外，美国专利us7755034b2给出另一种方法，其采用可以形成三个台阶的数字方波作为离子阱的驱动电压，其中有一个台阶上的时间段电场为零，在电场为零的时段将电子引入到离子阱。还有丁力等在analyticalchemistry第78期(2006)1995-2000页则用了一高一低的两个电平的数字方波来驱动一个3维离子阱，在正电平时段从端盖引入电子，电子在向3维离子阱中心输送的时候，面临一个减速场，在减速场作用下，电子的能量可以被减到近乎为零，在3维离子阱中实现了比较好的电子捕获解离。虽然开关产生的数字方波用于驱动离子阱在技术上已不是问题，但目前大多数质谱分析仪所采用的离子阱仍然使用射频电源产生的正弦波驱动，同时3维离子阱也因为其较差的引入效率，较低的离子存储容量而逐步被淘汰。

4、综上，目前在技术上非常期待一种能够扩大高频驱动波形中成功引入电子发生电子捕获解离的比例，提升引入效率。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是如何扩大高频驱动波形中成功引入电子发生电子捕获解离的时间相对于整个高频周期的比例范围，提升电子捕获解离效率。

2、为解决上述问题，本发明提供一种离子解离装置，包括:

3、线形离子阱，用于囚禁待解离的母离子和产物离子，包括由偶数个条形电极围成的离子囚禁空间，至少一个条形电极上开有将电子从线形离子阱外引入离子囚禁空间的电子引入槽；

4、电子发射源，用于向线形离子阱发射电子，所述电子发射源对应电子引入槽设置，所述电子发射源与电子引入槽之间形成电子发射路径；

5、电极组，设置在电子发射路径上，所述电极组包括用于对电子发射源发射电子进行加速形成扁平的电子束的控制电极和用于汇聚电子束的聚焦透镜，所述控制电极、聚焦透镜沿电子发射源向线形离子阱方向依次设置；

6、高频电源，用于产生电压幅度相等、相位相反的正相高频电压和反相高频电压，所述正相高频电压和反相高频电压依次交替施加在条形电极上，离子囚禁空间内形成交变的高频多极场，高频多极场在离子囚禁空间内中心轴处存在一个固定的直流鞍点电位；

7、电位控制单元，与电子发射源电连接用以控制电子发射源的电位；所述电位控制单元控制电子发射源的电位与直流鞍点电位的电位差小于预设范围，其结果导致电子引入槽对应的条形电极的高频电压处于正半周时，电子发射源发射的电子经过电子引入槽进入线形离子阱，并在抵达离子囚禁空间的中心轴前减速到发生电子捕获解离的能量范围，并与被囚禁待解离的母离子反应并造成解离，生成产物离子。

8、本发明离子解离装置的有益效果是：本发明采用正相高频电压和反相高频电压依次交替施加在线形离子阱的条形电极上，使得离子囚禁空间的中心轴处存在一个直流鞍点电位，由电子发射源产生的电子，通过电极组进行加速、聚焦后引入离子囚禁空间，通过将电子发射源的电位与直流鞍点电位设置相近，使得电子在电子引入槽所在条形电极上的高频电压处于正半周时，使得电子进入线形离子阱，并在抵达离子囚禁空间的中心轴前减速到可以发生电子捕获解离的能量范围值，从而扩大高频驱动波形周期内成功引入电子发生电子捕获解离的时间范围，提升电子捕获解离效率。

9、作为优选，所述电子发射源的发射面呈长条形，所述电子发射源的发射面的延伸方向与离子囚禁空间中心轴平行。

10、作为优选，所述电子发射源为间热式热阴极发射源，避免加热电流形成的电压降，保证电子发射源的发射面在整个轴向具有一致的电位。

11、作为优选，所述电子发射源为直热式热阴极发射源，所述电子发射源由多个直热式热阴极拼接形成，采用正、负、正...的交替加热电压接法，结果导致电子发射源的发射面呈低电压差。

12、作为优选，所述电子发射源为涂敷碳纳米管、天鹅绒等电子发射材料的场致发射电子发射源，或为化学刻蚀方法在基底上形成微发射突起或发射刀刃的场致发射电子发射源。

13、作为优选，所述聚焦透镜包括至少两个聚焦电极，所述聚焦电极与聚焦电极之间平行，所述聚焦电极上开设有矩形开口，进一步汇聚电子束，保证扁平的电子束能够顺利穿越电子引入槽进入离子囚禁空间。

14、作为优选，与所述电子引入槽对称且具有相同电压的条形电极上开有电子引出槽，所述线形离子阱外对应电子引出槽处设有反射电极，所述反射电极的电位比电子发射源的电压负预设范围值，其结果对穿过离子囚禁空间中心的电子起到反射和重复使用的作用。

15、作为优选，所述高频电源包括lc振荡电路；lc振荡电路包括电感线圈，电感线圈具有第一输出端、第二输出端和一个中心抽头，其中第一输出端、第二输出端用于产生相位相反的正相高频电压和反相高频电压的电感线圈，所述第一输出端、第二输出端与中心抽头之间分别电连接有平衡调节可变电容，通过调整平衡调节可变电容来保证正相高频电压和反相高频电压的电压幅度相等；若直流鞍点电位的电位相等且为零时，中心抽头接地；若线形离子阱需要悬浮到预设电位，则所述中心抽头电连接有供电电源提供特定电位。

16、作为优选，所述线形离子阱对应条形电极的两端设有前端盖、后端盖，所述前端盖、后端盖上分别电连接有直流电源，前端盖、后端盖上的电位高于线形离子阱内部中心轴的电位，用以轴向束缚被解离的离子。

17、作为优选，所述线形离子阱沿轴向分为前、中、后三段，所述线形离子阱的前、中、后三段施加有相同的高频电压，且所述线形离子阱的前、后两段进一步叠加有直流电位，且直流电位高于线形离子阱内部中心轴的电位，用以轴向束缚被解离的离子。