專利名稱：用于把離子引入離子阱的方法以及離子存儲(chǔ)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種把離子引入到離子阱中的方法以及一種離子存儲(chǔ) 設(shè)備。
背景技術(shù)：
最先由W. Paul和H. Steinwedel于1953年描述了使用四極離子阱 (QIT)作為捕捉及存儲(chǔ)帶電粒子的措施(Zeitschrift fur Naturforschung， 8A; 12f2， p448以及US 2,939,952 )。這種技術(shù)持續(xù) 發(fā)展，并且QIT在1959年第一次被用作質(zhì)語(yǔ)儀，如E. Fischer在 Zeitschrift f. Phvsik 156 ( 1959 Pl-26 )中所描述的那樣。從那時(shí)開(kāi)始， 針對(duì)離子存儲(chǔ)和質(zhì)量分析的QIT就一直在穩(wěn)定發(fā)展。在Raymond E. March和John F. Todd的"Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometry(四 極離子阱質(zhì)譜學(xué))"中回顧了這種進(jìn)展。然而，近來(lái)更多的注意力都集中在2D離子阱上，2D離子阱也被 稱作線性離子阱(LIT )和數(shù)字離子阱(DIT )，正如L. Ding等人在"Ion Motion in the Rectangular Wave Quadrupole Field and Digital Operation Mode of a Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometer (矩形波 四極場(chǎng)中的離子運(yùn)動(dòng)以及四極離子阱質(zhì)譜儀的數(shù)字操作模式)" (Vacuum Science and Technology, V.21, No. 3， 2001, pl76國(guó)181)中 所描述的那樣。這些替換的離子阱大大增強(qiáng)了離子阱在質(zhì)譜學(xué)領(lǐng)域內(nèi) 的能力。認(rèn)識(shí)到使用離子阱來(lái)存儲(chǔ)帶電粒子而不管其極性以及隨后將對(duì)所 存儲(chǔ)的粒子進(jìn)行操縱的可能性已經(jīng)有很長(zhǎng)時(shí)間。然而，直到近期為止， 對(duì)離子阱的這一方面的使用尚沒(méi)有離子阱質(zhì)譜儀(ITMS)的應(yīng)用那么 成功。充當(dāng)離子存儲(chǔ)設(shè)施的離子阱的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)來(lái)自共振噴射(resonant ejection)工藝的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展。通過(guò)利用所述共振噴射工藝，就可能把 特定的離子/離子組(根據(jù)其質(zhì)量/電荷比)保留在離子阱中，而同時(shí)從 離子阱中噴射出其他離子。所保留的離子被稱作前驅(qū)物離子或分析物離子。 一旦所述前驅(qū)物離子被隔離在離子阱中之后，它們就受到共振 激發(fā)，并且碰撞氣體被引入到離子阱中。這導(dǎo)致前驅(qū)物離子經(jīng)歷碎裂 過(guò)程。所述碎裂允許識(shí)別出所述前驅(qū)物離子的各組成部分。通過(guò)識(shí)別 出各單獨(dú)碎片的質(zhì)量及其對(duì)質(zhì)譜的相關(guān)貢獻(xiàn)，就可能闡明所述前驅(qū)物 的結(jié)構(gòu)。眾所周知，所述離子阱可以同時(shí)保留不同極性的離子(陰離子和 陽(yáng)離子)。然而，在典型的離子阱配置中很難實(shí)現(xiàn)對(duì)同時(shí)存儲(chǔ)在離子 阱中的陰離子和陽(yáng)離子的引入、噴射和檢測(cè)，這是由于與離子引入、 噴射和檢測(cè)相關(guān)的離子光學(xué)裝置的單極性而造成的。J丄.Stephenson, Jr.和S.A. McLuckey的"Anion Effects on Storage and Resonance Ejection of High Mass-to-charge Cations in Quadmpole Ion Trap Mass Spectrometry (在四極離子阱質(zhì)諳學(xué)中陰離子對(duì)高質(zhì)荷 比陽(yáng)離子的存儲(chǔ)和共振噴射的影響)，，(Anal. Chem.， ^￡ ( 1997 ) p3760-66 )描述了對(duì)于離子阱內(nèi)的不同極性的離子之間的相互作用所進(jìn) 行的研究。已經(jīng)設(shè)想了許多不同的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)解決在離子阱中引入并存儲(chǔ)不 同離子的問(wèn)題。所使用的一種方法是在離子阱的環(huán)電極中提供附加的入口孔徑， 以便允許把替換的離子引入到離子阱中。然而，這種方法由于需要使 用兩組引入電極(一組用于分析物離子，另一組用于反應(yīng)物離子)而 在耐久性方面受到限制。此外，所述附加的入口孔徑導(dǎo)致離子阱內(nèi)的 不合期望的場(chǎng)畸變。Dearth等人在其標(biāo)題為"Nitric Oxide Chemical Ionization/Ion Trap Mass Spectrometry for the Determination of Hydrocarbons in Engine Exhaust (用于確定引擎廢氣中的碳?xì)浠衔?的氧化氮化學(xué)電離/離子阱質(zhì)譜學(xué))"(Anal. Chem 69 1222 p5121-5129 ) 的文章中描述了基本儀器設(shè)置。這是一種非常昂貴的選擇，并且當(dāng)前 沒(méi)有這樣的商業(yè)可用的儀器。在Wells J.M等人的"Dueling ESI: Instrumentation to study ion/ion reactions of electrospray-generated cations and anions" ( J. Am. Sol， Mass Spectrometry, 2002年6月13 ( 6 ) ， p614畫(huà)622 )中描述了一種替 換的幾何結(jié)構(gòu)。該設(shè)備具有兩個(gè)單獨(dú)的離子源，其中的每一個(gè)具有相 關(guān)聯(lián)的一組透射光學(xué)裝置。這兩組透射光學(xué)裝置具有相反的極性，并且被設(shè)置成把所生成的陰離子和陽(yáng)離子通過(guò)單一入口孔徑引導(dǎo)到離子 阱中。電子捕獲解離(ECD)是在傅里葉變換離子回旋加速器共振 (FTICR)中使用的一種最近開(kāi)發(fā)的技術(shù)，所述傅里葉變換離子回旋加 速器共振已經(jīng)提供了改進(jìn)的并且高度合乎期望的碎裂能力。在這種技 術(shù)中，保持具有適當(dāng)?shù)臒崮艿碾娮泳o鄰感興趣的已電離分子，比如蛋 白質(zhì)或縮氨酸。 一個(gè)或多個(gè)電子被所述感興趣分子捕獲，該分子隨后 經(jīng)歷碎裂。ECD看起來(lái)對(duì)于離子阱中的碎裂是非常具吸引力的，并且 已經(jīng)嘗試了適配該技術(shù)，但是只有利用幾種特定的離子阱設(shè)計(jì)才能實(shí) 現(xiàn)對(duì)于ECD的最優(yōu)條件。在離子阱中可以使用一種被稱作電子轉(zhuǎn)移解離(ETD)的相關(guān)技 術(shù)。該技術(shù)使用具有低電子親和力的離子(通常是陰離子)，其用來(lái) 以類似于ECD的方式轉(zhuǎn)移電子。這種技術(shù)已被用于蛋白質(zhì)/縮氨酸的碎 裂，并且看起來(lái)在獲得蛋白質(zhì)/縮氨酸主鏈的更為完全或優(yōu)選的裂解方 面是很有效的。這種改進(jìn)的碎裂可用于確定蛋白質(zhì)/縮氨酸的結(jié)構(gòu)和/ 或其他屬性。ETD是離子-離子反應(yīng)的一個(gè)例子。4艮明顯，為了高效地4吏用這種ETD 4支術(shù)，必須把ETD陰離子引 入到離子阱中，以便允許ETD陰離子與將被研究的離子相互作用。最 近，在John E.P. Syka等人的"Peptide and Protein Sequence Analysis by Electron Transfer Dissociation Mass Spectrometry (通過(guò)電子轉(zhuǎn)移解離 質(zhì)譜學(xué)進(jìn)行縮氨酸和蛋白質(zhì)序列分析)"(PNAS, 2004年6月29日， Vol. 101 No. 26, pp 9528-9533)中，Syka等人已描述了這樣一種設(shè)備， 其中按照正常的方式通過(guò)LIT的入口孔徑引入蛋白質(zhì)/縮氨酸陽(yáng)離子形 式的分析物離子，而在與該入口孔徑相對(duì)的LIT一端把蒽陰離子(充 當(dāng)ETD陰離子)形式的反應(yīng)物離子引入到LIT中。從上面的討論可以看出，ETD技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。然而，在不 對(duì)離子阱做出顯著機(jī)械修改的情況下，這種技術(shù)通常仍然不適用于最 普通的離子阱配置。為了使得所述ETD技術(shù)成為具有廣泛應(yīng)用范圍的真正通用的技 術(shù)，優(yōu)選地使用只需要最小機(jī)械修改的標(biāo)準(zhǔn)離子阱質(zhì)譜儀。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供了一種把離子引入到離子阱中的方法，其包括以下步驟利用引入裝置通過(guò)到所述離子阱的入口孔徑把第一離子引 入到該離子阱中；以及選擇性地調(diào)節(jié)所述相同的引入裝置的操作條件， 以通過(guò)所述相同的入口孔徑把極性不同于第一離子的第二離子引入到 該離子阱中。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一和第二離子順著共同路徑穿過(guò)所 述引入裝置，典型地是一組離子光學(xué)裝置，并且通過(guò)相同的入口孔徑 進(jìn)入離子阱。所述第一和第二離子可以具有不同的質(zhì)荷比和/或具有不同數(shù)量的 電荷。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一和第二離子適于發(fā)生離 子反應(yīng)，并且第一和第二離子的其中之一是反應(yīng)物離子，其用于電荷 減少，并且可能會(huì)引起所述第一和第二離子當(dāng)中的另 一種的電子轉(zhuǎn)移 解離。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一和第二離子可以由相同的或 不同的離子源生成。第一和第二離子可以通過(guò)以下各項(xiàng)當(dāng)中的一項(xiàng)或 多項(xiàng)生成APCI(大氣壓化學(xué)電離)、PI(光電離)、CI(化學(xué)電離)、 ESI (電噴霧電離)或MALDI (基質(zhì)輔助激光解吸附/電離)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述引入裝置包括靜電透射透鏡，并 且所述調(diào)節(jié)所述引入裝置的所述操作條件的步驟包括顛倒沿著所述透 鏡的透射軸的d.c.電勢(shì)梯度。優(yōu)選地，顛倒所述d.c.電勢(shì)梯度的步驟包 括改變所述透射透鏡的偏置電壓。所述引入裝置可以包括門(mén)透鏡(gate lens),并且所述調(diào)節(jié)所述操 作條件的步驟包括改變?cè)撻T(mén)透鏡的偏置電壓。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還可以包括在所述調(diào)節(jié)步驟 之前禁用所述引入裝置的步驟，以便終止引入所述第一離子?？梢园凑者B續(xù)方式把第一和/或第二離子引入到所述離子阱中，或 者可以按照脈沖的方式將其引入到所述離子阱中。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種離子存儲(chǔ)設(shè)備，其包括離子阱，其 具有入口孔徑；引入裝置，其用于把第一和第二離子引入到該離子阱 中，所述第一離子不同于所述第二離子；調(diào)節(jié)裝置，其用于調(diào)節(jié)所述引入裝置的操作條件，從而通過(guò)該離子阱的所述相同的入口孔徑選擇 性地把所述第 一和第二離子引入到該離子阱中.根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種把離子引入到離子阱中的方法，其包括以下步驟利用引入裝置通過(guò)所述離子阱的入口孔徑把第一離子引 入到該離子阱中；以及選擇性地調(diào)節(jié)該引入裝置的操作條件，以便通 過(guò)所述入口孔徑把所具有的極性與第一離子相反的第二離子引入到該 離子阱中。從而所述第二離子提供電荷補(bǔ)償，以便減輕庫(kù)倫排斥的效 應(yīng)并且減小離子云的尺寸。
下面將僅僅通過(guò)舉例的方式參照附圖來(lái)描述一種把離子引入到離 子阱中的方法以及相關(guān)聯(lián)的設(shè)備，其中圖l是穿過(guò)根據(jù)本發(fā)明的離子阱質(zhì)譜儀的橫截面圖；圖2是在MS/MS實(shí)驗(yàn)的完整循環(huán)期間的DC偏置改變的圖示；圖3示出了傳統(tǒng)的大氣壓化學(xué)電離源；圖4a示出了通過(guò)使用平行毛細(xì)管發(fā)生的從離子源到質(zhì)譜儀的接口區(qū)域的陰離子轉(zhuǎn)移；圖4b示出了通過(guò)使用T形毛細(xì)管發(fā)生的從離子源到質(zhì)譜儀的接口區(qū)域的陰離子轉(zhuǎn)移；圖4c示出了通過(guò)使用同心毛細(xì)管發(fā)生的從離子源到質(zhì)譜儀的接口區(qū)域的陰離子轉(zhuǎn)移；圖5a示出了利用光電離方法來(lái)生成反應(yīng)物離子；圖5b示出了通過(guò)大氣壓下的電暈電離來(lái)生成反應(yīng)物離子；圖5c示出了被定位在離子源與質(zhì)譜儀的接口區(qū)域之間的機(jī)械快門(mén)；圖6示出了通過(guò)氣流輔助的輝光放電管中的電子附著來(lái)生成反應(yīng) 物離子。
具體實(shí)施方式
如圖l所示，離子阱質(zhì)謙儀(MS)典型地包括6個(gè)部件，即分 析物離子源28，具有可控電源11的反應(yīng)物離子源10，大氣壓/低壓接 口 25，具有可控電壓源9的透射光學(xué)裝置12，離子阱6，以及檢測(cè)器8。電噴霧電離(ESI)是一種常被用來(lái)從有機(jī)樣本溶液中單個(gè)地或多 個(gè)地生成電荷離子的方法。這種類型的離子源常被用作液相色譜儀 (LC)與質(zhì)譜儀(MS)之間的鏈接。所述大氣壓/低壓接口 25用于通 過(guò)所謂的去溶劑化處理把濕的帶電粒子從ESI拉到MS的真空室中并 且使其干燥。該大氣壓/低壓接口可以具有加熱的毛細(xì)管/離子入口的形 式(如圖1中的1所示)，或者可替代地可以具有多個(gè)錐形孔徑的形 式，其間有加熱的氣體流動(dòng)以促進(jìn)所述去溶劑化處理。離開(kāi)所述大氣/低壓接口 25之后，干燥的離子進(jìn)入第一離子透射透 鏡2;即被保持在大約10-Ll0"mbar的大致真空下的四極陣列(Q陣 列)。為了促進(jìn)離子從低真空區(qū)域到所述離子阱在其中操作的高真空 區(qū)域的轉(zhuǎn)移，與靜電分離器(skimmer)透鏡3和靜電門(mén)透鏡5相結(jié)合 采用了高頻AC Q陣列透射透鏡2和四極透鏡4。這些透鏡位于一系列 差分泵浦的真空室內(nèi)，其中大氣壓區(qū)域與低壓區(qū)域通過(guò)所述大氣/低壓 接口 25分開(kāi)。上述低壓區(qū)域被所述靜電分離器透鏡3和靜電門(mén)透鏡5 從離子阱6的高真空分成逐漸更高真空的各級(jí)。在低壓區(qū)域中使用這種高頻AC透鏡涉及到眾所周知的高頻離子 轉(zhuǎn)移和聚焦:技術(shù)，這在GB1362232 (Masuda, 1974 ) 、 US4963736 (Douglas, 1990)和US2003/222213 ( Taniguchi， 2003)中做了描述。 該技術(shù)幫助沿著離子透射軸聚焦離子以及通過(guò)所述差分泵浦的真空室 之間的小孔徑引導(dǎo)離子。所述離子透射透鏡2和四極透鏡4內(nèi)部的變 化AC電勢(shì)把離子朝向所述透射軸聚焦，而沿著該透射軸的DC電勢(shì)分 布則幫助離子朝向分析器行進(jìn)，并且所述DC電勢(shì)分布還可以被用來(lái)控 制離子的軸向速度。可以通過(guò)向所述透射光學(xué)裝置12的每個(gè)透鏡施加 適當(dāng)?shù)腄C偏置電壓來(lái)沿著所述透射軸產(chǎn)生適當(dāng)?shù)腄C電勢(shì)分布。離子阱MS通常工作在特定模式下，以便分析正/負(fù)離子。為了檢 測(cè)正離子(陽(yáng)離子)，在所述離子源28、離子透射光學(xué)裝置12和檢測(cè) 器8處的DC偏置被設(shè)置成允許從質(zhì)譜儀中噴射出陽(yáng)離子。對(duì)于負(fù)離子 (陰離子)檢測(cè)，所述DC偏置被設(shè)置成允許從質(zhì)譜儀中噴射出陰離子。為了利用電子轉(zhuǎn)移解離(ETD)來(lái)實(shí)施MS/MS實(shí)驗(yàn)，將具有相反 極性的分析物離子和反應(yīng)物離子順序地透射到分析器，并且將具有單 一極性的產(chǎn)物離子從離子阱6噴射到檢測(cè)器8。被施加到提取透鏡7和 檢測(cè)器8的偏置應(yīng)當(dāng)與在典型的MS/MS實(shí)驗(yàn)中所施加的偏置相同，同時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)穿過(guò)所述透射光學(xué)裝置的離子的極性和質(zhì)荷比來(lái)調(diào)節(jié)施加到所述透射光學(xué)裝置12的偏置。圖2給出了在MS/MS實(shí)驗(yàn)的完整循環(huán)期間的DC偏置改變的進(jìn)一 步圖示。參照?qǐng)Dl，反應(yīng)MS/MS循環(huán)開(kāi)始于把由電噴霧離子源28生成的分 析物離子(陽(yáng)離子)引入到質(zhì)譜儀中。所述Q陣列透射透鏡2和四極 透鏡4與靜電分離器透鏡3和門(mén)透鏡5 —起使得能夠把該離子源28所 生成的分析物陽(yáng)離子從加熱的毛細(xì)管1轉(zhuǎn)移到處在離子阱6的一個(gè)端 蓋內(nèi)的入口孔徑13。所述分析物離子通常是攜帶正電荷的多質(zhì)子縮氨 酸(例如物質(zhì)P)，但是也可以使用其他分析物離子。沿著所述透射軸 的DC電勢(shì)降的減小被用來(lái)把所述分析物離子移動(dòng)通過(guò)所述透鏡系統(tǒng) 的低壓區(qū)域。由所述軸向DC電勢(shì)的減小所提供的能量將通過(guò)所述分析 物離子與靜電分離器透鏡3附近的中性氣體分子之間的碰撞而被部分 消耗，其中所述靜電分離器透鏡3位于Q陣列透射透鏡2與四極透鏡 4之間。此時(shí)，利用可控電壓源9把門(mén)透鏡5設(shè)置在相對(duì)于四極透鏡4 的軸向電勢(shì)的負(fù)電壓下。這樣做允許正分析物離子穿過(guò)門(mén)透鏡5經(jīng)由 入口孔徑13進(jìn)入離子阱6。所述分析物離子進(jìn)入離子阱6，并且將在 設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)在該離子阱6內(nèi)累積。還可以在實(shí)施用于分析物離子 隔離的程序之前對(duì)離子阱6中的分析物離子應(yīng)用一個(gè)設(shè)定的冷卻時(shí)間 段。通過(guò)使用數(shù)字產(chǎn)生的波形來(lái)生成對(duì)離子阱6中的分析物離子的偶 極激發(fā)。例如分別在Marshall等人的US 4,761,545 ( 1988)和Kelley 的US 5,134,286 ( 1992 )中描述的諸如SWIFT (存儲(chǔ)波傅立葉逆變換) 或FNF (濾波噪聲場(chǎng))之類的技術(shù)可以用于偶極激發(fā)。可以在離子阱6 中隔離具有特定質(zhì)荷比的預(yù)先選擇的分析物離子，并且從離子阱中噴 射出所有其他離子。在這一時(shí)間段內(nèi)，所述離子透射光學(xué)裝置12應(yīng)當(dāng) 被關(guān)斷，從而使得不再有分析物離子能進(jìn)入離子阱6。此外，應(yīng)當(dāng)停止 從離子源28把分析物離子注入到質(zhì)譜儀中，以便允許耗盡所述透射透 鏡12中的分析物離子。為了切斷向質(zhì)謙儀中的分析物離子注入，可以快速地降低離子源 28上的高電壓以便停止噴霧，正如P Yang等人所描述的那樣 (Analytical Chemistry. 2001 73,4748-4753 );可替代地，可以激活位于毛細(xì)管1的入口之前的附加的脈沖偏轉(zhuǎn)器(未示出)。為了耗盡來(lái)自所述透射光學(xué)裝置12的分析物離子，可以切斷對(duì)四極透鏡4的高頻驅(qū) 動(dòng)，或者可替代地可以在四極透鏡4的四極桿之間施加高DC電壓，從 而所有的分析物離子都變得不穩(wěn)定并且與四極電極碰撞。一旦完成了所述分析物離子隔離循環(huán)之后，就開(kāi)始把反應(yīng)物陰離 子注入到質(zhì)譜儀中。在該特定實(shí)施例中，如圖3中所示，在具有化學(xué) 電離單元23形式的反應(yīng)物離子源10中生成反應(yīng)物陰離子。通過(guò)栽體 氣體把所述反應(yīng)物陰離子傳送到毛細(xì)管45，所述栽體氣體由氣體源24 通過(guò)閥門(mén)21提供。可以通過(guò)對(duì)閥門(mén)21的脈沖操作來(lái)激活把反應(yīng)物氣 體注入到化學(xué)電離單元23中的過(guò)程。對(duì)于ETD的特定應(yīng)用，所述反 應(yīng)物陰離子典型地是很強(qiáng)的電子施主，并且在與其他氣體物質(zhì)的碰撞 過(guò)程中能夠很容易地失去其電荷。 一般來(lái)說(shuō)，所述反應(yīng)物陰離子是蒽 陰離子，但是也可以使用其他離子。在本例中，由氣體源24提供的載 體氣體通常是惰性氣體或者高純度氮?dú)猓涫禽^差的電子受主。當(dāng)所述反應(yīng)物陰離子離開(kāi)毛細(xì)管45并且通過(guò)大氣/低壓接口 25進(jìn) 入質(zhì)譜儀時(shí)，沿著所述Q陣列透射透鏡2的透射軸的DC電勢(shì)被改變 到增大的梯度，從而可以通過(guò)透射透鏡2和靜電分離器透鏡3來(lái)轉(zhuǎn)移 反應(yīng)物陰離子。可能還必須被改變所述Q陣列透射透鏡2的電壓和/或 頻率以最大化所述反應(yīng)物陰離子的透射效率，這是因?yàn)楫?dāng)與典型的縮 氨酸離子相比時(shí)所述反應(yīng)物陰離子具有相對(duì)較低的質(zhì)荷比。還應(yīng)當(dāng)通過(guò)調(diào)節(jié)可控電壓源9把門(mén)透鏡5處的電壓相對(duì)于四極透 鏡4軸向電勢(shì)設(shè)置為正電勢(shì)。按照這種方式，門(mén)透鏡5打開(kāi)以允許負(fù) 反應(yīng)物陰離子穿過(guò)該門(mén)透鏡5經(jīng)由入口孔徑13到達(dá)離子阱6中。離子 阱6的捕捉質(zhì)量范圍應(yīng)當(dāng)被設(shè)置成允許捕捉所隔離的分析物離子以及 注入的反應(yīng)物陰離子。所述離子阱本質(zhì)上是雙極性的，并且可以同樣 方便地捕捉正、負(fù)離子，包含在離子阱中的離子保持被捕捉，直到將 操作條件調(diào)節(jié)成使離子噴射出離子阱為止?？赡艹霈F(xiàn)某些雜質(zhì)陰離子與所期望的反應(yīng)物陰離子混合在一起的 情況。在這種情況下，四極透鏡4可以為帶通質(zhì)量過(guò)濾器來(lái)操作，以 便去除不需要的雜質(zhì)陰離子。如果四極透鏡4的解析模式不可用，例 如如果使用八極透鏡組而不是四極，則離子阱6本身可以被用來(lái)防止 雜質(zhì)離子在該離子阱6內(nèi)累積?？梢栽O(shè)計(jì)一種寬帶激發(fā)波形，以便從離子阱6中噴射出不需要的雜質(zhì)離子，同時(shí)留下兩個(gè)頻帶凹陷，以便 把分析物離子和反應(yīng)物離子保留在離子阱6中。這種方法涉及到產(chǎn)生 多個(gè)凹陷以便同時(shí)保留大于1的質(zhì)荷比，并且已經(jīng)在U. Yoshikatsu的 EPI369卯1中公開(kāi)了這種方法。這種處理的持續(xù)時(shí)間取決于由反應(yīng)物陰離子源所提供的離子通 量。當(dāng)反應(yīng)物陰離子在離子阱6中的冗余度達(dá)到所期望的水平時(shí)，就 停止從離子源IO向質(zhì)譜儀注入反應(yīng)物陰離子，并且對(duì)四極透鏡4進(jìn)行 偏置，以防止任何其他反應(yīng)物陰離子被轉(zhuǎn)移到質(zhì)譜儀中。在隨后的時(shí)間段中，反應(yīng)物陰離子開(kāi)始冷卻到離子阱6的中心， 并且現(xiàn)在可以發(fā)生反應(yīng)物陰離子與分析物陽(yáng)離子之間的反應(yīng)(例如 ETD反應(yīng))。通過(guò)分沖斤物陽(yáng)離子與反應(yīng)物離子之間的反應(yīng)生成產(chǎn)物離 子，觸發(fā)質(zhì)量掃描，并且將獲得產(chǎn)物離子的質(zhì)語(yǔ)。在該實(shí)施例中，反應(yīng)物陰離子源是如圖3中所示的傳統(tǒng)的大氣壓 化學(xué)電離(APCI)源。針26被電源27充電到幾kV的電勢(shì)，其在電 離單元23內(nèi)提供電暈30,所述反應(yīng)物在該處由電加熱器22蒸發(fā)。所 述化學(xué)電離還可以發(fā)生在壓力降低的電離單元中。可以通過(guò)如圖4a中所示的平行毛細(xì)管45來(lái)實(shí)施把反應(yīng)物陰離子 從反應(yīng)物源IO轉(zhuǎn)移到質(zhì)譜儀的10"mbar區(qū)域中的方法；還可以通過(guò)如 圖4b中所示的T形毛細(xì)管46或者通過(guò)圖4c中所示的同心毛細(xì)管47 來(lái)實(shí)施所述方法。這些毛細(xì)管當(dāng)中的每一種都穿過(guò)大氣/低壓接口 25到 達(dá)質(zhì)譜儀的主體中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，每一種轉(zhuǎn)移方法都有 其自身的價(jià)值和應(yīng)用。某些反應(yīng)物分子可以在大氣壓下被電暈直接電離。如圖5b中所示， 這種反應(yīng)物源10僅僅包括加熱的反應(yīng)物容器31和高壓針電極32，其 中反應(yīng)物容器31具有指向毛細(xì)管1的開(kāi)口 。當(dāng)負(fù)高壓被施加到針電極 32時(shí)，在針尖周?chē)煞烹婋姇?0，并且穿過(guò)電暈30的反應(yīng)物蒸汽 被電離。向針電極32施加脈沖提供了激活及停用反應(yīng)物離子源10的 一種替換措施。在每一個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)物源IO的停用期間，有可能出現(xiàn)來(lái)自停用的 反應(yīng)物源IO的蒸汽或離子會(huì)污染激活的源的情況(反之亦然)，從而 導(dǎo)致兩個(gè)離子源之間的串?dāng)_，并且導(dǎo)致化學(xué)噪聲的增大。為了避免這 一情況，可以采用同步的機(jī)械快門(mén)34 (如圖5c中所示)。這樣做將每次只允許分析物離子/反應(yīng)物陰離子的其中之一進(jìn)入質(zhì)譜儀.還有可能通過(guò)使用光電離方法來(lái)生成反應(yīng)物陰離子。在這種情況下，如圖5a中所示，采用UV燈43來(lái)照射包含反應(yīng)物物質(zhì)42的蒸汽 的體積41。還可以在直接鏈接到第一離子引入光學(xué)裝置的真空室的流管內(nèi)生 成反應(yīng)物陰離子。如圖6中所示，該實(shí)施例中的離子源是位于流管61 內(nèi)的熱燈絲輝光放電離子源60，該流管連接到第一泵浦級(jí)內(nèi)的高頻Q 陣列透射離子2的入口。燈絲62把電子發(fā)射到由氣體源63提供的氣 流，以便維持低壓放電。對(duì)于所述氣流，可以使用純氬氣或者氬氣與 C02的混合物。用于陰離子生成的物質(zhì)64 (比如蒽)也被存儲(chǔ)在流管 61內(nèi)，并且由燈絲62輻射的熱量可能足以導(dǎo)致所述蒽的蒸發(fā)，從而把 蒽分子混合到所述氣流中。通過(guò)在放電等離子體65中的碰撞和庫(kù)侖牽 引，在所述等離子體內(nèi)與正離子一起行進(jìn)的電子可以被有效地冷卻。 所得到的電子的低動(dòng)能使得所述電子有可能附著到蒸發(fā)的蒽分子上， 從而得到反應(yīng)物陰離子。所生成的蒽反應(yīng)物陰離子跟隨所述氣流到達(dá) 第一離子透射透鏡(即Q陣列2)的入口，并且按照與前面描述的分 析物離子相同的方式被引入到離子阱6中。還有可能使用電噴霧技術(shù)來(lái)生成負(fù)反應(yīng)物陰離子。常用在ETD中 的物質(zhì)(例如蒽)可能無(wú)法很容易地在適于產(chǎn)生足夠用于ETD實(shí)驗(yàn)的 反應(yīng)物陰離子的濃度下溶解在溶液中；通過(guò)ESI交替注入相反極性的 離子為涉及到其他離子-離子反應(yīng)的應(yīng)用提供了一種有用的能力，因此 其仍然落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在一種單獨(dú)卻相關(guān)的方法中，把帶有與反應(yīng)物離子極性相反的電 荷的非反應(yīng)離子引入到離子阱6中。引入這些非反應(yīng)離子的目的是在 離子云內(nèi)提供電荷補(bǔ)償，其意圖是減輕庫(kù)侖排斥的效應(yīng)。在典型的操作中，所捕捉的離子通過(guò)與緩沖氣體(比如氦氣)的 碰撞而朝向離子阱6的中心冷卻。隨著所捕捉的離子靠得更近，它們 各自的電荷排斥其他所捕捉的離子，從而通過(guò)庫(kù)侖排斥使其保持分開(kāi)。 這就是所謂的空間-電荷效應(yīng)。最終，在接近離子阱6的中心時(shí)，所捕 捉的離子將通過(guò)與緩沖氣體的碰撞而冷卻，并且逼近由所述空間-電荷 效應(yīng)施加給離子云的尺寸的極限。在決定離子阱中離子云的尺寸時(shí)， 庫(kù)侖排斥是主要因素，并且離子云的尺寸可能在質(zhì)量掃描或離子隔離時(shí)在質(zhì)量線性和分辨率方面導(dǎo)致有害效果。通過(guò)借助于電荷補(bǔ)償減輕 庫(kù)侖排斥效應(yīng)來(lái)減小離子云的尺寸會(huì)降低所噴射的離子的最終能量擴(kuò)展，并且會(huì)根據(jù)被引入到離子阱中的補(bǔ)償電荷的數(shù)目而產(chǎn)生a)對(duì)于 相同離子濃度的質(zhì)量分辨率的相應(yīng)改進(jìn)；或者b)對(duì)于相同質(zhì)量分辨率 的信號(hào)強(qiáng)度的改進(jìn)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，離子阱6被耦合到行程時(shí)間(ToF)分析器 (未示出)，正如Kawatoh在US 6，380，666 ( 2002年4月)中所描述的 那樣。在這種類型的配置中，在獲得與高信號(hào)強(qiáng)度相組合的最高質(zhì)量 分辨率方面的一個(gè)已知的限制是在從離子阱6快速噴射到ToF分析器 中時(shí)的離子的空間分布和速度。在ToF質(zhì)量分析器中，可以通過(guò)使用 離子鏡來(lái)補(bǔ)償離子源(在這種情況下，是離子阱6)處的有限的能量擴(kuò) 展范圍，但是在施加快速噴射電壓時(shí)由離子阱6中的離子的空間位置 和速度所引入的能量擴(kuò)展則無(wú)法由所述離子鏡完全校正。因此，減小 由離子阱6中的空間分布所導(dǎo)致的能量擴(kuò)展的能力是高度合期望的。 分析物離子被存儲(chǔ)在離子阱6中，并且在它們被存儲(chǔ)在離子阱6中的 同時(shí)可以對(duì)它們實(shí)施質(zhì)諳操作(例如離子隔離、碎裂或解離)。在完 成這些操作之后，利用緩沖氣體來(lái)冷卻所捕捉的離子，并且通過(guò)先前 對(duì)于反應(yīng)物陰離子所描述的措施把補(bǔ)償電荷離子引入到離子阱6中. 允許分析物離子和電荷補(bǔ)償離子進(jìn)行進(jìn)一步冷卻至離子阱6的中心。 隨后快速關(guān)斷RF,并且把快速噴射電壓施加到離子阱6的端蓋，以便 使分析物離子從離子阱6噴射到ToF質(zhì)量分析器中。在另一個(gè)實(shí)施例中，離子阱6在公知的分析模式下被用作質(zhì)量分 析器。在質(zhì)量掃描期間，在共振激發(fā)的離子最終從離子阱6中噴射出 去之前，所述共振激發(fā)的離子多次穿過(guò)保留在所述離子云中的未激發(fā) 的離子。眾所周知，相同極性的離子的高密度可能會(huì)導(dǎo)致質(zhì)譜中的譜 偽像和非線性。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯看出，減輕由于相同極性電荷 的大量累積而導(dǎo)致的離子阱中心處的空間-電荷效應(yīng)的能力可以有效地 去除質(zhì)譜中的偽像和非線性，同時(shí)允許測(cè)量高信號(hào)強(qiáng)度。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到，所述電荷補(bǔ)償方法在離子阱質(zhì)譜學(xué) (ITMS)中將具有許多其他的有用應(yīng)用。
權(quán)利要求
1、一種把離子引入到離子阱中的方法，其包括以下步驟利用引入裝置通過(guò)到所述離子阱的入口孔徑把第一離子引入到所述離子阱中；以及選擇性地調(diào)節(jié)所述相同的引入裝置的操作條件，以通過(guò)所述相同的入口孔徑把極性不同于第一離子的第二離子引入到該離子阱中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中，所述第一和第二離子適于發(fā)生 離子-離子反應(yīng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所述第一和第二離子的其中之 一是反應(yīng)物離子，其導(dǎo)致所述第一和第二離子當(dāng)中的另一種的電荷減 少。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述電荷減少導(dǎo)致所述第一和 第二離子當(dāng)中的所述另一種的電子轉(zhuǎn)移解離。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-4當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述第一離子 和所述第二離子由相同的離子源生成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-4當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，所述第一離子 和所述第二離子由不同的離子源生成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6的方法，其中，所述第一和/或第 二離子由APCI、 CI、 PI、 ESI、 MALDI當(dāng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)生成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述反應(yīng)物離子是通過(guò)氣流輔 助的輝光放電管中的電子附著所生成的陰離子。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述氣流輔助的輝光放電管包 括熱燈絲，以便提供電子發(fā)射。
10、 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一離子 與所述第二離子具有不同的質(zhì)荷比。
11、 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述引入裝置 包括靜電透射透鏡，并且所述調(diào)節(jié)所述引入裝置的所述操作條件的步 驟包括顛倒沿著所述透鏡的透射軸的dc電勢(shì)梯度。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中，所述顛倒dc電勢(shì)梯度的 步驟包括改變所述透射透鏡的偏置電壓。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11或10所述的方法，其中，所述引入裝置包 括門(mén)透鏡，并且調(diào)節(jié)所述操作條件的所述步驟包括改變?cè)撻T(mén)透鏡的偏置電壓。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11到13當(dāng)中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所 述引入裝置包括HF多極透鏡。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11到14當(dāng)中的任一項(xiàng)所述的方法，包括以下 步驟在所述調(diào)節(jié)步驟之前禁用所述引入裝置的步驟，以便終止引入 所述第一離子。
16、 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中，按照連續(xù)方式 把所述第一離子和/或所述第二離子引入到所述離子阱中。
17、 根據(jù)權(quán)利要求l到15當(dāng)中的任一項(xiàng)的方法，其中，按照脈沖 的方式把所述第一離子和/或所述第二離子引入到所述離子阱中。
18、 一種離子存儲(chǔ)設(shè)備，其包括離子阱，其具有入口孔徑；引 入裝置，其用于把第一和第二離子引入到所述離子阱中，所述第一離 子的極性不同于所述第二離子；調(diào)節(jié)裝置，其用于調(diào)節(jié)所述引入裝置 的操作條件，借此通過(guò)到該離子阱的所述相同的入口孔徑選擇性地把 所述第一和第二離子引入到該離子阱中。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的離子存儲(chǔ)設(shè)備，其中，所述引入裝置 包括靜電透射透鏡，并且所述調(diào)節(jié)裝置被設(shè)置成顛倒沿著所述透鏡的 透射軸的dc電勢(shì)梯度。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的離子存儲(chǔ)設(shè)備，其中，所述調(diào)節(jié)裝置 被設(shè)置成通過(guò)改變所述透射透鏡的偏置電壓來(lái)顛倒所述dc電勢(shì)梯度。
21、 根據(jù)權(quán)利要求19或權(quán)利要求20所述的離子存儲(chǔ)設(shè)備，其中， 所述調(diào)節(jié)裝置被設(shè)置成令所述dc電勢(shì)梯度的大小保持不變。
22、 根據(jù)如權(quán)利要求19到21當(dāng)中的任一項(xiàng)所述的離子存儲(chǔ)設(shè)備， 其中，所述引入裝置包括門(mén)透鏡，并且所述調(diào)節(jié)裝置被設(shè)置成改變所 述門(mén)透鏡的偏置電壓。
23、 根據(jù)權(quán)利要求19到22當(dāng)中的任一項(xiàng)所述的離子存儲(chǔ)設(shè)備， 其中，所述引入裝置包括HF多極透鏡。
24、 一種把離子引入到離子阱中的方法，其包括以下步驟利用 引入裝置通過(guò)到所述離子阱的入口孔徑把第 一 離子引入到該離子阱 中；以及選擇性地調(diào)節(jié)該引入裝置的操作條件，以便通過(guò)所述相同的 入口孔徑把極性與所述第一離子相反的第二離子引入到該離子阱中， 借此所述第二離子提供電荷補(bǔ)償，以便減輕庫(kù)倫排斥的效應(yīng)并且減小由該離子阱內(nèi)的所述第一離子產(chǎn)生的離子云的尺寸.
25、 一種基本上如這里參照附圖所描述的把離子引入到離子阱中 的方法，
26、 一種基本上如這里參照附圖所描述的離子存儲(chǔ)設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種把離子引入到離子阱中的方法以及一種離子存儲(chǔ)設(shè)備。利用引入裝置通過(guò)到所述離子阱的入口孔徑把第一離子引入到該離子阱中。調(diào)節(jié)所述引入裝置的操作條件，以便通過(guò)所述相同的入口孔徑把極性不同于第一離子的第二離子引入到該離子阱中。
文檔編號(hào)H01J49/16GK101238544SQ200680028592
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者A·J·史密斯, N·E·尼古拉耶維奇, 力 丁 申請(qǐng)人:島津研究所(歐洲)有限公司