污染减少的滤质器的制作方法

本发明总体上涉及质谱仪和/或离子迁移谱仪，尤其涉及选择性地传输在特定质荷比范围内的离子的滤质器。

背景技术：

1、已知使用四极滤质器以便选择性地传输在特定质荷比范围内的离子。如本领域已知的，四极滤质器传输满足四极场内的稳定性条件的离子，其中稳定性条件由无量纲参数q和a定义：

2、

3、

4、其中e是离子的电荷，v是施加到四极电极的rf电压的振幅，r0是四极的杆之间的内接半径，ω是施加到四极的rf电压的角频率(以弧度/秒为单位)，m是离子的质量，并且u是分辨dc电压。

5、具有导致不稳定离子轨迹的a和q值的离子通常冲击四极的杆电极并丢失。当四极杆组用作滤质器时，利用该特性，使得不希望由滤质器传输的大部分离子冲击杆电极的内表面。然而，随着时间的推移，杆的内表面被离子污染，并且电子电荷在其表面上积聚。最终，污染表面的局部充电导致滤质器的性能下降。这可能导致传输损失，质量分辨率损失或来自下游检测器的离子信号中的离子峰形不佳。如果发生这种情况，则必须将滤质器从真空室中移除并清洁。

6、us 7211788公开了在主分析四极的上游提供低分辨率四极滤质器，以便在不需要的离子到达主分析四极之前过滤掉大部分不需要的离子。尽管这减少了对主分析四极的污染，但是上游低分辨率四极滤质器本身相对快速地受到污染，然后遭受上述问题。

7、wo 2016/193701公开了一种四极滤质器，其在四极杆电极中具有孔口，使得过滤的离子不会冲击杆电极的内表面，从而减少这些区域中的污染和电荷积聚。

技术实现思路

1、本发明提供了一种对离子进行滤质的方法，所述方法包括：提供第一仅ac滤质器；在所述第一滤质器的下游提供第二滤质器；将第一ac电压施加到所述第一滤质器的电极以便将离子径向地限制在所述电极之间，并且在所述第一滤质器的电极之间施加至少一个第二ac电压以便径向地激励所述离子中的一些，使得这些离子不向下游传输到所述第二滤质器中，而其他离子向下游传输到所述第二滤质器中；以及使用所述第二滤质器对由所述第一滤质器传输的离子进行滤质。

2、本发明的发明人已经认识到，由于过滤的离子撞击滤质器的电极，相对较高污染浓度可相对快速地积聚在滤质器(诸如分析滤质器)中，并且在分析滤质器的上游提供本文所述的仅ac滤质器降低了分析滤质器的污染发生的速率。尽管仅ac滤质器本身在其衰减离子时可能被污染，但是在此类滤质器中污染浓度的增加速率可能相对较低，因为离子的振荡振幅由于施加所述至少一个第二ac电压而相对较慢地增加。因此，在离子撞击电极之前，离子可通过仅ac滤质器行进到相对长的轴向距离。仅ac滤质器中的离子冲击区域及因此其污染可由此散布在轴向方向上相对长的区域上。仅ac滤质器的使用还实现了将至少一个第二ac电压施加到仅ac滤质器的实施方案，使得过滤的离子冲击其所有电极，从而将污染散布在相对大的区域上。仅ac滤质器的使用还实现了施加具有相对相位的多个第二电压的实施方案，使得减弱或防止不期望的离子进入下游分析滤质器中的传输。

3、只有ac电压被施加到第一仅ac的滤质器。第一和/或第二ac电压可以是rf电压。在第一仅ac滤质器的电极之间没有施加dc电压。

4、在第一滤质器的电极之间施加至少一个第二ac电压的步骤可径向地激励具有一个或多个质荷比的离子，使得这些离子中的至少一些不向下游传输到第二滤质器中，而具有其他质荷比的离子向下游传输到第二滤质器中。

5、所述第一滤质器和/或第二滤质器可以是多极滤质器，诸如四极滤质器。

6、所述第一滤质器和/或第二滤质器的杆电极可具有圆形横截面，或者可具有双曲线的径向内表面。

7、理想地，第一滤质器中的杆电极的横截面形状与第二滤质器中的杆电极的横截面形状匹配。

8、所述第一滤质器可直接位于所述第二滤质器的上游并且邻近于所述第二滤质器。

9、所述第一滤质器可以是用于第二滤质器的预过滤器。

10、第一滤质器可控制第二滤质器入口处的边缘场，以便允许离子进入第二质量过滤器而基本上不会变得不稳定。

11、第一滤质器可比第二滤质器短。

12、在第一滤质器和第二滤质器是多极滤质器的实施方案中，第一滤质器的杆电极的纵向轴线可与第二滤质器的杆电极的纵向轴线对准。

13、在任何给定时间，施加到第一滤质器的电极中的任一者的第一ac电压可具有与施加到第二滤质器的杆电极的rf电压相同的频率和相位，该杆电极纵向邻近于第一滤质器的电极(即在相同的圆周位置处)，但是第一滤质器的电极可具有较低的振幅，诸如大约仅50％－90％的振幅。

14、替代地，施加到第一滤质器的电极中的任一者的第一ac电压可被锁相到施加到第二滤质器的杆电极(其纵向邻近于第一滤质器的电极)的rf电压，其中第一ac电压的频率是所述rf电压的频率的整数倍(或整数倍的倒数)。例如，第一ac电压的频率可以是所述rf电压的频率的2x、3x、1/2、1/3等。

15、所述第二滤质器可以是分辨滤质器，其中在所述第二滤质器的电极之间施加ac电压和dc电压。

16、第一滤质器的杆电极的纵向轴线可与第二滤质器的杆电极的纵向轴线对准。在任何给定时间，施加到第一滤质器的电极中的任一者的第一ac电压可具有与施加到第二滤质器的杆电极的ac(例如rf)电压相同的频率和相位，该杆电极纵向邻近于第一滤质器电极(即在相同的圆周位置处)。

17、所述第一ac电压的所述振幅和/或所述至少一个第二ac电压的所述振幅可小于施加到所述第二滤质器的所述ac电压的所述振幅。这可减少由于边缘场导致的进入第二滤质器的传输损失。

18、在任何给定时间，所述第二滤质器可仅传输具有第一质荷比范围的离子并且过滤掉所有其他离子。将至少一个第二ac电压施加到第一滤质器的电极的步骤可径向地激励具有在所述第一质荷比范围之外的一个或多个质荷比的离子，使得具有所述一个或多个质荷比的至少一些离子不被传输到第二滤质器中。

19、将至少一个第二ac电压施加到第一滤质器的电极的步骤可径向地激励离子，使得具有高于所述第一质荷比范围的至少一些离子不被传输到第二滤质器中；和/或将该至少一个第二ac电压施加到该第一滤质器的电极的步骤可径向地激励离子，使得具有低于所述第一质荷比范围的至少一些离子不被传输到该第二滤质器中。

20、如果第二滤质器是四极滤质器，则当第二滤质器接收具有高于所述第一质荷比范围的离子时，那些离子将仅冲击第二滤质器中的单对电极。替代地，如果第二滤质器接收具有低于所述第一质荷比范围的离子，则这些离子将仅冲击第二滤质器中的另一对电极。因此，使用第一滤质器来过滤或衰减这些离子中的一些减少了第二滤质器中这些电极的污染。

21、施加到所述第一滤质器的所述第一ac电压可使所述第一滤质器具有低质量截止，使得其仅传输高于阈值质荷比的离子。

22、具有低于该阈值的质荷比的离子可能变得不稳定并且冲击第一滤质器(如果其是多极滤质器)的所有杆电极，且因此需要相对长的时间使污染浓度和电极充电变得显著。

23、在所述第一滤质器的电极之间施加至少一个第二ac电压的所述步骤可包括在所述第一滤质器中的第一对电极之间施加第一偶极激励波形。

24、将至少一个第二ac电压施加到所述第一滤质器的电极的所述步骤可进一步包括在所述第一滤质器中的第二不同对电极之间施加第二偶极激励波形。

25、这可能使过滤的离子冲击相对较多的电极，从而提供相对大的冲击区域，并且因此提供相对小的污染浓度积聚速率。

26、第一偶极激励波形可具有与第二偶极激励波形相同或不同的振幅。

27、振幅差的大小可例如以扫描或步进的方式随时间变化。这可确保不期望的离子分布在相对大的区域上。

28、所述第一偶极激励波形与所述第二偶极激励波形异相可小于180度，或大于180度。

29、例如，第一偶极激励波形可与第二偶极激励波形异相：在10度至170度之间、在20度至160度之间、在30度至150度之间、在40度至140度之间、在50度至130度之间、在60度至120度之间、在70度至110度之间、在80度至100度之间、或大约90度。

30、施加到第一对电极和第二对电极中的每一者的偶极激励波形可具有多个频率分量。在这些实施方案中，每个频率分量可以是异相的。

31、所述方法可包括随时间改变所述第一偶极激励波形与所述第二偶极激励波形之间的相位差。

32、改变所述相位差可有助于确保不期望的离子分布在相对大的区域上。

33、所述第一偶极激励波形可与所述第二偶极激励波形基本同相，或基本异相180度。

34、当偶极同相或异相180度时，离子在第一滤质器的电极之间的区域中振荡，使得离子难以撞击电极。因此，离子可在撞击电极之前沿第一滤质器的轴向长度向上行进到相对长的距离，从而将污染散布在相对大的区域上。此外，由于离子在其中振荡的区域的位置，离子可能在远离其径向内表面的位置处撞击任何给定的电极。因此，电极的污染远离内表面发生，并且对第一滤质器的传输特性的影响较小。

35、第一偶极波形可具有与第二偶极波形相同或不同的频率。

36、施加到第一对电极和/或第二对电极中的每一者的偶极激励波形可具有多个频率分量。

37、例如，激励波形可以是用于过滤或衰减一定范围的离子的宽带激励波形。

38、第一滤质器可以是四极滤质器，并且每个频率分量可同时施加到两对相对的杆电极。

39、将所述至少一个第二ac电压施加到所述第一滤质器的电极以便径向地激励所述离子中的一些的所述步骤可使这些离子冲击所述第一滤质器的电极。

40、将至少一个第二ac电压施加到所述第一滤质器的电极以便径向地激励所述离子中的一些的所述步骤可使离子位于径向外部位置处，使得离子所述第二滤质器的传输被所述第一滤质器与所述第二滤质器之间的电场衰减或阻止。

41、所述第二滤质器可以是分辨滤质器，其中在所述第二滤质器的电极之间施加dc电压，并且其中将所述dc电压的极性反转一次或多次。

42、反转分辨dc电压的极性使任何给定离子(具有在分辨滤质器的质量传输窗口之外的质荷比)变得不稳定的方向的反转。这可将不稳定离子的离子冲击散布在滤质器电极的更大表面面积上。

43、极性可在不同的实验之间反转，例如在每个实验之间反转，或者可周期性地反转(即，在预定时间段过去之后第一次操作)。替代地，每当滤质器已经运行了预定的时间段时，极性可反转。较不优选地，在单个实验运行/分析期间可反转极性，尽管优选的是在单个实验运行/分析期间不反转极性。

44、极性可反转≥1、≥2、≥3、≥4、≥5、≥10、≥15、≥20、≥25、≥30、≥40或≥50次。

45、光谱仪可被配置为自动执行dc分辨电压的极性的切换。

46、当dc电压的极性反转时，分辨滤质器的调谐和/或质量校准可改变。因此，光谱仪可被配置成当dc分辨电压的极性处于第一取向时以第一组操作参数(例如电压)操作，而当dc分辨电压的极性处于第二取向时以不同的第二组操作参数(例如电压)操作。替代地或另外地，可为这两个极性取向中的每一者确定并应用不同的质荷比校准。

47、可在第二滤质器的电极之间施加ac电压。

48、所述第二滤质器可以是多极的，诸如四极滤质器。

49、本发明还提供一种质谱分析方法，其包括如本文所要求保护的方法，并且包括用离子检测器检测由所述第二滤质器传输的离子，并且基于在与所述离子由所述第二滤质器传输的时间对应的时间施加到所述第二滤质器的电压来确定所述离子的质荷比；和/或对由第二滤质器传输的离子进行质量或迁移率分析。

50、第二滤质器的质量传输窗口可在样品分析期间随时间扫描或步进。

51、本发明还提供一种质谱仪，所述质谱仪包括：第一仅ac滤质器，所述第一仅ac滤质器包括多个电极；第二滤质器，所述第二滤质器被布置在所述第一滤质器的下游以便接收由所述第一滤质器传输的离子；一个或多个电压源；以及控制电路，所述控制电路被配置为：控制所述一个或多个电压源，以便将第一ac电压施加到所述第一滤质器的电极以将离子径向地限制在所述电极之间，并且在所述第一滤质器的电极之间施加至少一个第二ac电压以径向地激励所述离子中的一些，使得这些离子不向下游传输到所述第二滤质器中，而其他离子可向下游传输到所述第二滤质器中；以及控制所述一个或多个电压源，以便将电压施加到所述第二滤质器，使得所述第二滤质器对由所述第一滤质器传输的离子进行滤质。

52、光谱仪可被设置和配置为执行本文所述的方法中的任一者。

53、本发明还提供了一种对离子进行滤质的方法，所述方法包括：提供滤质器；在所述滤质器的电极之间施加dc分辨电压；以及将所述dc分辨电压的所述极性反转一次或多次。

54、所述方法可包括当dc分辨电压的极性处于第一取向时对离子进行滤质，以及当dc分辨电压的极性处于第二取向时对离子进行滤质。

55、反转分辨dc电压的极性使任何给定离子(具有在分辨滤质器的质量传输窗口之外的质荷比)变得不稳定的方向的反转。这可将不稳定离子的离子冲击散布在滤质器电极的更大表面面积上。

56、极性可在不同的实验之间反转，例如在每个实验之间反转，或者可周期性地反转(即，在预定时间段过去之后第一次操作)。替代地，每当滤质器已经运行了预定的时间段时，极性可反转。较不优选地，在单个实验运行/分析期间可反转极性，尽管优选的是在单个实验运行/分析期间不反转极性。

57、极性可反转≥1、≥2、≥3、≥4、≥5、≥10、≥15、≥20、≥25、≥30、≥40或≥50次。

58、光谱仪可被配置为自动执行dc分辨电压的极性的切换。

59、当dc电压的极性反转时，滤质器的调谐和/或质量校准可改变。因此，光谱仪可被配置成当dc分辨电压的极性处于第一取向时以第一组操作参数(例如电压)操作，而当dc分辨电压的极性处于第二取向时以不同的第二组操作参数(例如电压)操作。替代地或另外地，可为这两个极性取向中的每一者确定并应用不同的质荷比校准。

60、可在滤质器的电极之间施加ac电压。

61、所述滤质器可以是多极的，诸如四极滤质器。

62、本发明还提供了一种滤质器，所述滤质器包括：多个电极；dc电压源，其用于在所述滤质器的电极之间施加dc分辨电压；以及控制电路，其被配置为将所述dc分辨电压的所述极性反转一次或多次。

63、本发明还提供了一种包括如上所述的滤质器的质谱仪。