多维倍增电极检测器制造技术

描述了一种质谱仪，其包含配置成传送离子流的多极杆，所述离子流包括在由(a，q)值限定的稳定性边界内的一定丰度的一个或多个离子种类。由多个倍增电极形成的检测器配置成检测所述丰度的离子的空间和时间性质，其中每个倍增电极布置成使得其被与所述离子流有已知空间关系的离子撞击。所述检测器还包含多个带电粒子检测器，每个带电粒子检测器与所述多个倍增电极中的一个或多个倍增电极相关联。处理系统配置成记录和存储所述检测器中的所述倍增电极对所述丰度的离子中的离子检测的模式。

Multidimensional multiplier electrode detector

【技术实现步骤摘要】
多维倍增电极检测器
本公开涉及质谱分析领域。更具体地说，本公开涉及一种质谱仪系统和方法，其通过对在四极杆仪器的出射孔处采集的空间和时间特性进行解卷积来提供改进的高质量分辨能力(MRP)和灵敏度。
技术介绍
四极杆质量分析仪是一种用于质谱分析的质量分析仪。顾名思义，四极杆由通常为圆柱形或双曲线的四个杆组成，所述杆被设置成彼此平行的对，例如竖直对和水平对。这四个杆负责在离子沿四个杆创建的路径传递时基于离子的质荷比(m/z)选择样本离子。在四极滤质器中基于离子在在施加于杆的振荡电场中的轨迹稳定性来对离子进行分离。每个相对杆对电连接在一起，并且在一对杆与另一对杆之间施加带有DC偏移电压的射频(RF)电压。离子在杆之间沿四极杆行进。对于施加于杆的给定电压比，仅某一质荷比的离子才能够穿过杆并且到达检测器。其它离子具有不稳定轨迹，并且会与杆碰撞。这准许选择具有特定m/z的离子，或允许操作者通过连续变化所施加电压来扫描一定范围的m/z值。通过借助能够随时间斜变的所施加RF和DC电势来设置稳定性限值，此类仪器可用作滤质器，使得具有特定范围的质荷比的离子在整个装置中具有稳定轨迹。具体地说，通过以所属领域的技术人员已知的方式将固定的和/或斜变的AC和DC电压施加于配置的圆柱形但更常见为双曲线的电极杆对，建立期望的电场以稳定预定离子在x和y维度中的运动。因此，在x轴中施加的电场使较重离子的轨迹稳定，而较轻离子具有不稳定轨迹。相比之下，y轴中的电场使较轻离子的轨迹稳定，而较重离子具有不稳定轨迹。在四极杆中具有稳定轨迹并因此到达位于四极杆杆组的出射横截面的检测器的质量范围由质量稳定性限值限定。通常，四极杆质谱分析系统使用单个检测器来在四极杆杆组的出射横截面处记录离子随着时间推移的到达。通过及时单调地变化质量稳定性限值，可根据离子到达检测器的时间来(大致)确定离子的质荷比。在常规四极杆质谱仪中，根据其到达时间估计质荷比的不确定性对应于质量稳定性限值之间的宽度。可通过缩小质量稳定性限值，即，将四极杆用作窄带滤波器，来减少这种不确定性。在此模式中，四极杆的质量分辨能力增强，因为窄带外的具有“稳定”质量的离子碰撞杆而非穿过而到达检测器。然而，改进的质量分辨能力要以灵敏度为代价。具体地说，当稳定性限值很窄时，即使“稳定”的质量也仅是稍微稳定，因此，这其中只有相对较小的一部分到达检测器。图1A示出来自三重四极杆(TSQ)质量分析仪的示例数据，以说明在四极杆装置中当前可用的质量分辨能力。如图1A所示，由示例的所检测m/z508.208离子产生的质量分辨能力约为44，170，这类似于通常在例如傅里叶变换质谱法(FTMS)的“高分辨率”平台中通常实现的质量分辨能力。为了获得此类质量分辨能力，在预定质量稳定性区域边界内缓慢扫描并操作仪器。对于仪器来说，尽管数据所示的质量分辨能力(即固有质量分辨能力)相对较高，但灵敏度——尽管未示出——非常差。图1B(参看插图)示出来自TSQ质量分析仪的示例m/z182、508和997离子的Q3强度，所述质量分析仪在狭窄稳定性传输窗口(标示为A的数据)以及较宽稳定性传输窗口(标示为A′的数据)的情况下操作。图1B中的数据用以示出质量选择性四极杆的灵敏度可通过打开传输稳定性窗口来显著增大。然而，尽管未在图中明确示出，但在此类宽带模式下操作的四极杆仪器的固有质量分辨能力通常是不合意的。图1A和1B要注意的重点在于，常规上，四极滤质器的操作提供相对高的质量分辨能力，或以质量分辨能力为代价提供高的灵敏度，但并不同时提供高质量分辨能力和高灵敏度，并且在所有情况下，扫描速率相对缓慢。最近，已开发允许分辨检测器处的离子出射模式的四极杆质谱分析系统。此系统描述于Schoen等人于2011年9月8日公布的标题为“具有增强的灵敏度和质量分辨能力的四极杆质谱仪(QUADRUPOLEMASSSPECTROMETERWITHENHANCEDSENSITIVITYANDMASSRESOLVINGPOWER)”的第2011/0215235号美国专利申请中，所述申请的内容特此以引用的方式并入本文中。新系统不仅检测离子的撞击，还允许使用光检器检测撞击在检测器上的位置。图2B示出显示来自检测器的空间信息的检测图的示例。所述系统能够通过记录随施加的RF和DC场而变的离子撞击位置敏感检测器的位置来加宽穿过四极杆的稳定离子的频带，并且可区分离子种类，即使在两种离子同时稳定时也如此。当到达时间和位置被分组时，数据可被视作一系列离子图像。每个观测到的离子图像实质上是分量图像的叠加，每个分量图像对应在给定时刻离开四极杆的每个不同m/z值。因为本公开提供对随m/z和所施加场而变的任意离子图像的预测，所以可通过本文所论述的数学解卷积过程从一系列观测到的离子图像中提取每个个体分量。每个种类的质荷比和丰度必然由解卷积直接得来。遗憾的是，Schoen等人描述的光谱测定系统类型需要极昂贵的检测部件和处理，并且对于许多应用来说不实用。因此，质谱分析领域中需要在简化检测器部件和设计的同时使用检测器处的特殊信息来改进质量分辨能力。本文公开的系统和方法通过测量随时间和射束横截面中的相对空间位移两者而变的离子流且接着解卷积来自各个离子种类的信号的贡献来解决这种需要。
技术实现思路
本公开涉及一种新颖的四极杆质谱仪，其包含配置成传送在由(a，q)值限定的稳定性边界内具有一定丰度的一个或多个离子种类的离子流的四极杆。检测器用以使用多个倍增电极检测所述丰度的离子的空间和时间性质。每个倍增电极布置成使得其被与离子流有已知空间关系的离子撞击。多个带电粒子检测器与所述多个倍增电极中的一个或多个倍增电极相关联以放大去往每个倍增电极的信号，而处理构件记录并存储检测器中的倍增电极对所述丰度的离子中的离子检测的模式。在另一方面，一种质谱仪提供关于离子流的时间和空间信息。所述质谱仪包含配置成传送离子流的多极杆，所述离子流由(a，q)值限定的稳定性边界内的一定丰度的一个或多个离子种类形成。多个倍增电极基于每个离子在离子流中的空间位置来检测所述丰度的离子，其中所述多个倍增电极包含：第一倍增电极，其布置成被离子流中心的离子撞击；第二倍增电极，其配置成被离子流的y+部分的离子撞击；第三倍增电极，其配置成被离子流的y-部分的离子撞击；第四倍增电极，其配置成被离子流的x+部分的离子撞击；以及第五倍增电极，其配置成被离子流的x-部分的离子撞击。在优选实施例中，第二倍增电极、第三倍增电极、第四倍增电极和第五倍增电极以带有与第一倍增电极相关联的孔的方锥形布置进行配置。多个带电粒子检测器与所述多个倍增电极中的一个或多个倍增电极相关联，并且处理器记录并存储检测器中的所述多个倍增电极对所述丰度的离子中的离子检测的模式。在又一方面，描述一种操作质谱仪的方法。所述方法包含：操作多极杆以传送离子流，所述离子流包括在由(a，q)值限定的稳定性边界内的一定丰度的一个或多个离子种类；以及使用检测器检测所述丰度的离子的空间和时间性质。所述检测器由多个倍增电极形成，每个倍增电极布置成使得其被与离子流有已本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质谱仪，其包括：/n多极杆，其配置成传送离子流，所述离子流包括在由(a，q)值限定的稳定性边界内的一定丰度的一个或多个离子种类；/n检测器，其配置成检测所述丰度的离子的空间和时间性质，其中所述检测器包括多个倍增电极，每个倍增电极布置成使得其被与所述离子流有已知空间关系的离子撞击，并且所述检测器还包括多个带电粒子检测器，所述多个带电粒子检测器中的每个带电粒子检测器与所述多个倍增电极中的一个或多个倍增电极相关联；以及/n处理构件，其配置成记录和存储所述检测器中的所述倍增电极对所述丰度的离子中的离子的检测模式。/n

【技术特征摘要】
20181218 US 16/224,5931.一种质谱仪，其包括：
多极杆，其配置成传送离子流，所述离子流包括在由(a，q)值限定的稳定性边界内的一定丰度的一个或多个离子种类；
检测器，其配置成检测所述丰度的离子的空间和时间性质，其中所述检测器包括多个倍增电极，每个倍增电极布置成使得其被与所述离子流有已知空间关系的离子撞击，并且所述检测器还包括多个带电粒子检测器，所述多个带电粒子检测器中的每个带电粒子检测器与所述多个倍增电极中的一个或多个倍增电极相关联；以及
处理构件，其配置成记录和存储所述检测器中的所述倍增电极对所述丰度的离子中的离子的检测模式。


2.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述检测器中的所述多个倍增电极是五个倍增电极，所述五个倍增电极中的第一倍增电极布置成被所述离子流中心中的离子撞击，第二倍增电极配置成被所述离子流的y+部分中的离子撞击，第三倍增电极配置成被所述离子流的y-部分中的离子撞击，第四倍增电极配置成被所述离子流的x+部分中的离子撞击，以及第五倍增电极配置成被所述离子流的x-部分中的离子撞击。


3.根据权利要求2所述的质谱仪，其中所述第二倍增电极、第三倍增电极、第四倍增电极和第五倍增电极以带有与所述第一倍增电极相关联的孔的方锥形形式布置。


4.根据权利要求2所述的质谱仪，其中所述五个倍增电极中的每个倍增电极与带电粒子检测器相关联。


5.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述检测器中的所述多个倍增电极是三个倍增电极，所述三个倍增电极中的第一倍增电极布置成被所述离子流中心中的离子撞击，第二倍增电极配置成被所述离子流的y+部分或所述离子流的x+部分中的离子撞击，以及第三倍增电极配置成被所述离子流的y-部分或所述离子流的x-部分中的离子撞击。


6.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述多极杆还包括四极杆。


7.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述带电粒子检测器包含电子倍增器、光电倍增器、硅光电倍增器、雪崩光电二极管，或其任何组合。


8.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述稳定性边界由R限定，其中R＝(稳定宽度的中心)/(稳定AMU宽度)，并且R的值包括约10到多达约1000的稳定性传输窗口。


9.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述质谱仪配置成以全扫描模式、产物离子扫描模式、单离子监测模式、单反应监测模式或其任何组合来操作。


10.一种确定多极杆质谱仪中的空间信息的方法，所述方法包括：
操作多极杆以传送离子流，所述离子流包括在由(a，q)值限定的稳定性边界内的一定丰度的一个或多个离子种类；
使用检测器检测所述丰度的离子的空间和时间性质，其中所述检测器包括多个倍增电极，每个倍增电极布置成使得其被与所述离子流有已知空间关系的离子撞击，所述检测器还包括多...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·W·史密斯，S·T·夸姆比，
申请(专利权)人：萨默费尼根有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US