离子阱中的离子的检测的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及离子阱中的离子的检测，尤其但不仅仅设及包含集成的像素化离子检 测器的离子阱，包含含有集成的离子检测器的离子阱的检测系统，和离子阱中的离子的检 测方法。
【背景技术】
[0002] 傅里叶变换离子回旋共振质谱法(FT-ICR MS)代表可获得的最高质谱性能质量分 析器。高质量分辨力、高质量精度和高动态范围使得能够实现从小分子到完整蛋白质的高 性能质谱法。许多串联MS能力可利用FT-ICR MS处理，包括碰撞诱导解离（CID，池外和池 内），红外多光子解离（IRMPD)，电子捕获解离化CD)和电子转移解离化TD) dFT-ICR MS是精 密蛋白质组学，自顶向下蛋白质组学，质谱成像和石油组学的首选分析器。
[0003] 在存在强磁场的情况下，离子获得与其质量成反比的旋转频率。所述关系由回旋 方程式COC =姐/m给出，其中CO C是所谓的未扰离子回旋频率，q是离子电荷，m是离子质量，B 是磁场强度。常见的生物分子的ICR频率落在对商用电子设备来说非常适合的范围化化~ MHz范围）中。可W非常精确地测量离子回旋的频率，从而FT-ICR MS的质量测量精度很高， 易于在百万分率或十亿分率范围中。运种高质量精度便于元素组成测定，从而与较低性能 的质谱仪相比，识别能力提高。类似地，由于FT-ICR的检测周期较长，测得的频率较高，因此 质量分辨力高。运使非常密集的质量峰的质谱分离成为可能。
[0004] 质谱法中的关键挑战之一是精确地识别被分析的分子种类的能力。当两个紧密相 邻的峰在质谱域中未被分辨时，质量分辨力的欠缺会导致模糊的质谱细节。FT-ICR MS的高 质量分辨力易于分辨利用低性能质谱仪难W分辨的在不到5mDa(0.005Da)质量单位内的间 隔紧密的质量峰。
[0005] 回旋方程式定义"未扰"离子回旋频率。不过，实验需要FI-ICR分析器室中的离子 的轴向约束。较小的静电"俘获"电位的施加会影响测得的离子回旋频率。此外，FT-ICR分析 室中的其它mA离子的存在会导致离子间相互作用(或者空间电荷效应），运进一步扭曲FT-ICR分析器室中的电场，从而改变离子回旋频率。
[0006] 为此，FT-ICR分析器室中的离子运动的模拟已成为研究运些实验必要性的普遍方 法。利用模拟研究的现象包括离子云运动，峰并合和离子间相互作用（空间电荷），等等。运 样的高性能计算机模拟强大到足W检查FT-ICR分析器室内的离子的理论行为。所述模拟允 许重要的参数(磁场，FT-ICR分析器室中的离子的数目，静电位，俘获静电场几何形状，激发 之前的离子的起始位置，激发半径，激发波形种类等)被改变。然而，运些模拟固有地受计算 时间限制(计算时间与建模参数的精确性相互关联）。对运些参数对FT-ICR信号质量的影响 的了解已导致新的FT-ICR室设计几何学，W及FT-ICR实验参数对于改进的数据质量的重要 理解，和离子运动的基本原理的理解。然而，模拟结果仍然是理论上的，非常期望与实验数 据的比较。
[0007] US7928371(Ryjkov)提出一种飞行时间技术，其中化nning阱中的离子被喷射(推 送)到阱之外，并利用位置敏感MCP检测器检测。Ry化OV未说明检测系统的实际技术实现，但 是认可把离子喷射到离子阱之外，并在强磁场中操作MCP检测器的动作会导致测得信号的 失真。此外，Ry化OV对于在超高真空中，在强场磁体的空腔内安装运种检测器的问题只字未 提。
[000引此外，Eitel 等在他们的论文"Position-sensitive ion detection in precision Penning 1:rap mass spectrometry"中描述一种飞行时间技术，其中开口圆柱 形化nning阱中的离子被喷射到阱之外，并利用位置敏感MCP检测器检巧U。为了避免在强磁 场中操作检测器的问题，离子被喷射到离子阱之外，进入漂移管中，所述漂移管用于把离子 转移到位于TOF-ICR谱仪的强磁场之外的检测器。然而，与漂移管结合的喷射脉冲的使用导 致失真，W致难W准确地分析离子运动参数。从而，Eitel提出的技术不提供离子阱内的离 子的精确"直接"测量。
[0009] 根据上面所述，可见检测离子阱中的离子的已知检测技术存在不允许运些检测技 术用作诸如FT-ICR质谱法之类离子阱应用中的有用工具的许多缺陷。从而，需要检测离子 阱中的离子的改进系统和方法。特别地，需要检测在强磁场和(超)高真空内的离子阱中的 离子的空间分布和/或重要参数的改进系统和方法。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是减小或消除现有技术中的已知缺陷至少之一。在第一方面，本发 明设及包含至少一个集成的离子检测器，优选位置敏感和/或时间敏感离子检测器的离子 阱，优选离子回旋共振分析器室(阱）。在实施例中，所述离子检测器的至少一部分被配置成 所述离子阱的电极。
[0011] 按照本发明的离子阱从而包含允许离子阱中的负或正离子的空间分布，和/或与 所述阱中的离子相关的飞行时间信息的直接成像的离子检测器，优选位置敏感和/或时间 敏感离子检测器。离子检测器构成离子阱的组成部分，从而提供适合于把所述阱设置在(超 导)磁体的空腔内的非常紧凑的设计。此外，离子阱允许关于不同参数，比如离子阱中的离 子的m/z比和空间分布的一个或多个离子系综的检查。利用离子检测器测量的信息可用于 研究离子云移动，峰并合，离子间相互作用（等等），可用于模拟的验证，和FT-ICR质谱仪的 最佳工作参数的确定。
[0012] 在实施例中，离子阱可包含多个电极，用于生成俘获所述离子的俘获电场，和/或 施加激发电场，其中所述离子检测器集成在所述多个电极中的至少一个之中。从而，检测器 可W是阱电极的一部分，因此允许检测器非常接近离子阱中的离子。
[0013] 在实施例中，所述离子检测器可包含像素元件的阵列，其中至少部分的所述像素 元件可包含像素读出电子器件，或者连接到像素读出电子器件。从而，离子检测器可W是像 素化检测器，其中每个像素可包含用于处理与所述离子阱中的离子的检测相关的信息的电 子器件。运样，离子检测器检测的离子的信息被并行处理，从而允许时间分辨离子检测事 件，比如测量离子的飞行时间信息。
[0014] 在实施例中，所述离子检测器还包含检测板，所述检测板包含半导体层和/或微通 道板。本发明允许不同种类的离子检测器的集成，包括完全集成的离子检测器，混合式离子 检测器，和包含微通道板或另一个事件倍增器(event multiplier)的离子检测器。
[0015] 在实施例中，至少部分的所述离子检测器可连接到电压源，所述电压源用于向所 述像素化电极施加电压，最好所述电压偏置的部分的所述离子检测器在所述离子阱中产生 电场，和/或操纵所述离子阱中的电场。
[0016] 在实施例中，所述读出电子器件被配置成计数与和所述离子检测器相互作用的一 个或多个离子相关的事件，和/或确定与和所述离子检测器相互作用的一个或多个离子相 关的飞行时间信息。
[0017] 在实施例中，所述离子阱还包括安装在所述离子检测器的检测面前面的导电格 栅，所述导电格栅连接到用于在所述离子阱中产生电场的电压源。从而，可W引入更多的电 极，W改善离子阱内的电场的形成和/或操纵。
[0018] 在实施例中，所述离子阱可被配置成离子回旋共振分析器室(阱）。在实施例中，所 述离子阱可被配置成立方阱、矩形阱、圆柱阱或双曲线阱。
[0019] 在又一方面，本发明设及检测离子阱中的离子的检测系统，包括如上所述的离子 阱。在实施例中，检测系统还可包括向所述离子阱的电极至少之一施加电压的至少一个电 压源，所述电压源被配置成操纵所述离子阱中的电场，W致所述离子阱中的至少部分离子 朝着所述离子检测器移动。
[0020] 在另一方面，本发明设及包含如上所述的离子阱的真空兼容离子阱组合件。在实 施例中，离子阱组合件还包括忍片载体，优选印刷电路板(PCB)，用于承载所述离子检测器， 所述忍片载体包括:具备一个或多个第一电极的顶面;具备一个或多个第二电极的背面;和 嵌入所述忍片载体中，分别电连接所述一个或多个第一电极和所述一个或多个第二电极的 一个或多个导电线;其中所述顶面被覆盖WUHV密封层，优选包含液晶聚合物材料的所述第 一密封层。
[0021] 在一个实施例中，离子阱包括至少部分在所述顶面上延伸的至少第一导热层，和 至少部分在所述背面上延伸的至少第二导热层，所述忍片载体还包括嵌入所述PCB中，用于 热连接所述至少第一导热层和所述第二导热层的一个或多个导热通孔。
[0022] 在一个实施例中，所述离子检测器可W与所述第一导热表面热接触，其中所述第 二导热表面与导热金属支承块接触，所述检测器组合件优选还包括热连接到所述支承块， 用于散逸所述离子检测器产生的热量的冷却装置。
[0023] 在一个实施例中，所述离子阱组合件还包括读出板，所述读出板包括读取所述离 子检测器生成的数据信号的读出电子器件，其中所述读出电子器件经所述第一和第二电 极，电连接到所述离子检测器。
[0024] 本发明还设及如上所述的离子阱在质谱仪，优选傅里叶变换离子回旋共振质谱仪 中的应用，其中所述离子检测器被配置成在所述质谱仪中，测量与离子相关的空间分布和/ 或飞行时间信息。
[0025] 本发明也可W是如上所述的离子阱的应用，其中所述离子阱用在强磁场中，优选 在0.1~50T之间选择的所述强磁场中。
[0026] 在另一方面，本发明还设及用于检测离子阱，优选离子回旋共振分析器室（阱）中 的离子的方法，其中