具有正交加速的多次反射飞行时间质谱仪制造技术

本发明专利技术公开了一种具有正交加速的多次反射飞行时间质谱仪(MR‑TOF MS)(11)，包括一对无网格离子镜(12)、漂移空间(13)、正交离子加速器(14)、可任选的偏转器(15)、离子检测器(16)、周期透镜组(17)、以及边缘偏转器(18)。为提高MR‑TOF MS中的由长飞行限定的低重复率的离子注入的占空比，可进行多路测量。输入的离子束和加速器可以基本取向为穿过MR‑TOF中的离子路径，同时通过倾斜加速器以及使离子束转向相同角度对离子束的初始速度进行补偿。可通过离子导向器对轴向离子速度进行调制来对离子束进行时间压缩。可通过将离子束捕获在静电阱中来提高离子在加速器中的驻留时间。在加速器中具有延长驻留时间的设备对灵敏度和分辨率均进行了提高。

【技术实现步骤摘要】
具有正交加速的多次反射飞行时间质谱仪本申请是中国专利申请号为201510519226.7、申请日为2006年10月11日、名称为“具有正交加速的多次反射飞行时间质谱仪”的专利技术专利申请的分案申请，该分案申请又是中国专利申请号为200680045703.X、申请日为2006年10月11日的PCT申请PCT/US2006/039464的、名称为“具有正交加速的多次反射飞行时间质谱仪”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术总的来讲涉及质谱分析的领域，更具体地讲，本专利技术涉及包括多次反射飞行时间质谱仪(MR-TOFMS)的方法和设备、以及提高低重复率的正交注入的占空比的方法和设备。
技术介绍
飞行时间质谱仪(TOFMS)变得越来越流行，既作为独立仪器又作为诸如Q-TOF或TOF-TOF之类的质谱串联配置的一部分。它们提供高速度、灵敏度、分辨能力(分辨率)以及质量准确度的唯一组合。最近引入的多次反射飞行时间(MR-TOF)质谱仪显示了105之上的分辨率的实质上升(见由MichisatoToyoda、DaisukeOkumura、MorioIshihara和ItsuKatakuse所著的题目为“Multi-TurnTime-of-FlightMassSpectrometerswithElectrostaticSectors(具有静电区的多次反射飞行时间质谱仪)”的在J.MassSpectrom.38(2003)pp.1125-1142中发表的出版物和由Verentchikov等人所著的在RussianJournalofTechnicalPhysics(JTP),2005vol.50，No.1，pp.76-88中发表的出版物)。在由专利技术人提交的共同未决国际PCT专利申请(WO2005/001878A2)中，建议了一种具有平面几何构型和周期聚焦透镜组的MR-TOF。该多次反射方案对飞行路径基本上进行了延伸，并且由此提高了分辨率，同时该平面(基本2D)几何构型允许保留全部质量范围。位于MR-TOF的无场空间内的周期透镜沿着主要竖锯状(jig-saw)轨迹对离子运动提供了稳定限制。为了将MR-TOF耦合到连续离子束，建议采用充气无线电频率(RF)离子阱在MR-TOF的稀疏脉冲之间累积离子。然而，如ASMS讲述(由B.N.Kozlov等人演讲的ASMS2005和ASMS2006的摘要)所示，离子阱源引入了至少两个明显的问题：1)在气体上的离子散射；2)空间电荷影响离子束参数。这些因素限制可以变换成离子脉冲的离子流。靠近RF离子导向器的出口贮存离子的试验显示：当贮存的离子的数目超过N＝30,000时，离子空间电荷开始影响射出的离子的参数。已经在线性离子阱和3D(Paul)阱的文献中获得了相似的估计。气体散射需要低于1毫托的气压下的操作，这又需要在T＝10ms的量级上的衰减时间，也就是说，将脉冲重复率限制为F＝100Hz(由B.N.Kozlov等人所著的ASMS2005和ASMS2006的摘要)。所有这一切表明：大于N*F＝3,000,000离子/秒(对应于电流I＝0.5pA)的离子流量将会影响射出的离子的周转时间和能量扩散。与诸如ESI和APCI的现代离子源的强度相比较，这个电流至少要低30倍。如果没有进行测量，则TOFMS的分辨率和质量准确度将会取决于离子束强度，由此取决于分析后的样本的参数。对于具有诸如液体色谱质谱仪(LC-MS)和液体色谱串联配置质谱仪(LC-MS-MS)的色谱法的串联配置，这意味着：当色谱峰值洗脱时，质量范围将会发生漂移。尽管峰值强度的自动调整可以稳定质量范围，但是将会引入另外的离子损失并且将阱的占空比(将连续离子束变换成离子脉冲的效率)限制到几个百分点。使用线性离子阱替代三维离子阱(见J.Franzen的U.S.专利No.5,763,878)将会减小空间电荷作用。已知线性阱用于产生每束最多106个离子的离子束(LTQ-FTMS)。针对在气体上的离子散射、缓慢脉冲该方案仍然具有缺点，结果，当前已知的检测器和数据获取系统上的大负载具有有限的动态范围。正交脉冲加速的方法广泛地应用于飞行时间质谱仪(oa-TOFMS)中。通过将非常短的时间扩散下降到1ns，它允许将连续离子束变换成离子脉冲。由于通过低发散离子束进行操作，所以所谓的周转时间基本上下降。由于高频脉冲(1kHz)以及由于延长的离子束，所以传统oa-TOF中的变换的效率(所谓的占空比)是十分可接受的，同时避免了空间电荷问题。在奇异反射的TOF(所谓的“反射式”)中，已知对于谱中具有最高m/z的离子，正交加速器的占空比在K＝10％至30％的量级上(对于其它离子，与m/z的平方根成比例地下降)。不幸的是，由于下面的两个原因，传统的正交加速方案不能够良好地应用于MR-TOF，这两个原因如下：a)较长飞行时间(1ms)以及较低重复率会将占空比减小超过一个量级的大小；以及b)对于漂移方向上的离子群(ionpacket)宽度的分析仪的较小接受会需要由可以再次限制占空比的周期聚焦透镜的孔进行限制的短长度的离子群(这个长度估计低于5-7mm)。全部期待的具有传统正交加速器的MR-TOF的占空比小于1个百分点。以减小质量范围为成本可以在所谓的“脉冲星(pulsar)”方案(诸如在T.Dresch的U.S.专利No.6,020,586中所公开的方案)中提高正交加速器的占空比。该方案建议在线性离子导向器中捕获离子并且周期地释放离子。正交加速器与释放脉冲同步。该方案还在连续离子束的方向上引入了显著的能量扩散。该方案的优点是不重要的，即使在延长的飞行时间的情况下。“脉冲星”方案中的质量范围能够通过应用时间依赖静电场进行扩展，其中，该时间依赖静电场在正交加速器的位置将不同质量的离子聚成束(例如，见U.S.专利No.US7,087,897)。然而，这个方案不适于将离子注入到MR-TOFMS中，这是因为：在聚成束期间不同质量的离子获得不同能量并且由此相对于连续离子束的方向在实质不同的角度之下进行正交加速。这种大角度扩散不能够由MR-TOFMS接受。综上所述，平面多次反射分析仪显著地提高了分辨能力同时提供了全部质量范围。然而，现有技术的离子源不会提供几个百分点之上的充足的占空比，或者具有其它缺点。因此，需要一种同时实现高分辨率以及离子流量到离子脉冲的有效变换的仪器。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种多次反射飞行时间质谱仪(MR-TOFMS)，所述质谱仪包括：离子源，用于产生离子束；正交加速器，将所述离子束变换成离子群；接口，用于在所述离子源与所述正交加速器之间进行离子传递；以及平面多次反射分析仪，在竖锯状轨迹平面内对所述离子群提供多次反射，其中，所述离子束基本上穿过所述轨迹平面进行取向。根据本专利技术的另一个方面，MR-TOFMS包括无线电频率和充气的离子导向器，例如所述离子导向器可以位于离子源与TOF或正交加速器之间，所述离子导向器具有对离子的轴向速度进行周期调制以实现与正交加速的脉冲同步的良好调整的半连续离子流的装置。通过在正交加速器的前面或者在正交加速器内在传递离子光学装置中利用明显的离子加速然后进行减速，时间调制可以伴随着从所述离子导向器到正交加速器的快速离子传递本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多次反射飞行时间质谱仪MR‑TOF MS，包括：离子源，用于产生离子束；正交加速器，将离子束变换成离子群，所述正交加速器包括用于在静电场内捕获离子的静电阱；接口，用于在所述离子源与所述正交加速器之间进行离子传递；以及多次反射分析仪，在静电场内对所述离子群提供多次反射。

【技术特征摘要】
2005.10.11 US 60/725,5601.一种多次反射飞行时间质谱仪MR-TOFMS，包括：离子源，用于产生离子束；正交加速器，将离子束变换成离子群，所述正交加速器包括用于在静电场内捕获离子的静电阱；接口，用于在所述离子源与所述正交加速器之间进行离子传递；以及多次反射分析仪，在静电场内对所述离子群提供多次反射。2.如权利要求1所述的MR-TOFMS，其中，从所述离子源到所述正交加速器的所述离子束的路径相对于所述MR-TOFMS的Y轴以角度α倾斜，其中，从所述离子源到所述正交加速器的所述离子束的路径的倾斜的角度α被选择为使得所述角度α根据以下公式与离子束能量εy以及与所述正交加速器的加速电压Uacc相关：tan2(2α)＝εy/qUacc。3.如权利要求2所述的MR-TOFMS，其中，所述离子源被取向为沿着所述MR-TOFMS的Y轴引导离子流，并且其中所述接口包括转向装置，所述转向装置被取向为将来自沿着所述Y轴的路径的离子流转向到相对于Y轴以所述角度α倾斜的路径。4.根据权利要求2所述的MR-TO...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·N·沃恩特奇科夫，M·I·雅格，Y·卡·辛，
申请(专利权)人：莱克公司，
类型：发明
国别省市：美国,US