【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在静电线性离子阱中捕获离子的设备和方法
[0001]相关申请的交叉引用本申请要求于2018年6月4日提交的美国临时专利申请号62/680,296的优先权和权益，该申请的公开内容通过引用全部并入本文。
[0002]政府权利本专利技术是在由美国国家科学基金会授予的CHE1531823下的政府支持下进行的。美国政府在本专利技术中享有某些权利。
[0003]本公开大体上涉及电荷检测质谱分析仪器，并且更具体地涉及用这些仪器进行质量和电荷测量。
技术介绍
[0004]质谱分析提供通过根据离子质量和电荷分离物质的气态离子来鉴定化学成分。已经开发了各种仪器和技术来确定这种分离的离子的质量，并且一种这样的技术被称为电荷检测质谱分析（CDMS）。在CDMS中，根据测量的离子质荷比（通常被称为“m/z”）和测量的离子电荷来测量离子质量。
[0005]利用早期CDMS检测器的m/z和电荷测量的高度不确定性已经导致了静电线性离子阱（ELIT）检测器的开发，在该检测器中，使离子通过电荷检测圆筒来回振荡。离子多次通过这样的电荷检测圆筒为每个离子提供多次测量，并且结果已经表明，电荷测量的不确定性以n
1/2
降低，其中，n是电荷测量的次数。然而，在电荷检测器上拾取的外来和/或其他电荷可能对区分有效和可检测的电荷与电荷检测器噪声带来挑战，并且当电荷信号水平接近电荷检测器的噪声基底时，这种影响会变得甚至更加明显。因此，期望寻求ELIT设计和/或操作的改进，这些改进将有效的、可检测的电荷测量范围扩展到超过使用当...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于俘获离子以进行其测量的系统，所述系统包括：静电线性离子阱（ELIT），离子源，所述离子源被配置成将离子供应给所述ELIT，处理器，所述处理器可操作地耦合到所述ELIT，以及存储器，所述存储器具有存储在其中的指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器：（i）产生至少一个控制信号以打开所述ELIT，从而允许由所述离子源供应的离子进入所述ELIT；（ii）确定与从所述离子源流入打开的ELIT中的离子的频率对应的离子进入频率；（iii）生成或接收目标离子电荷值；（iv）根据所述目标离子电荷值和确定的所述离子进入频率确定最佳阈值；以及（v）产生至少一个控制信号，以在所述ELIT内的离子的电荷超过所述最佳阈值时关闭所述ELIT，从而在所述ELIT中俘获所述离子。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述ELIT包括限定第一通路的第一离子镜、限定第二离子通路的第二离子镜和限定从其通过的第三通路的电荷检测圆筒，其中，所述第一通路、所述第二通路和所述第三通路与设置在所述第一离子镜与所述第二离子镜之间的所述电荷检测圆筒同轴对准，使得所述ELIT的纵向轴线通过所述第一通路、所述第二通路和所述第三通路中的每一者的中心，所述第一离子镜限定离子入口孔，经由所述离子入口孔，由所述离子源供应的离子流入所述ELIT中。3.根据权利要求2所述的系统，所述系统进一步包括至少一个电压源，所述电压源可操作地耦合到所述处理器以及所述第一离子镜和所述第二离子镜，并且被配置成产生电压，以在其中选择性地建立离子传输电场或离子反射电场，所述离子传输电场被配置成使通过所述第一离子镜和所述第二离子镜中的相应一者的离子向所述纵向轴线集中，所述离子反射电场被配置成使从所述电荷检测圆筒进入所述第一离子镜和所述第二离子镜中的相应一者的离子在相反的方向上停止和加速，返回通过所述电荷检测圆筒并且朝向所述第一离子镜和所述第二离子镜中的另一者，同时还使所述离子向所述纵向轴线集中。4.根据权利要求3所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令：所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器产生至少一个控制信号，以通过控制所述至少一个电压源以在所述第一离子镜和所述第二离子镜中建立所述离子传输电场，来打开所述ELIT，使得由所述离子源供应的离子流入所述第一离子镜中并且然后通过所述电荷检测圆筒和所述第二离子镜，每个离子都流过所述电荷检测圆筒，从而在其上感应出相应的电荷。5.根据权利要求3或权利要求4所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令：所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器产生至少一个控制信号，以通过控制所述至少一个电压源在所述ELIT内的所述离子的所述电荷超过所述最佳阈值时，在所述第一离子镜和所述第二离子镜中同时建立所述离子反射电场，来关闭所述ELIT，从而在所述ELIT中俘获所述离子，并且使被俘获的离子每次通过所述电荷检测圆筒并且在其上感应出对应的电荷时都在所述第一离子镜与所述第二离子镜之间来回振荡。6.根据权利要求3或权利要求4所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器产生至少一个控制信号，以通过在确定所述最佳阈值之后控制所述至少一个电压源以在所述第二离子镜中建立所述离子反射电场和在所述第二离子镜中建立所述离子反射电场之后控制所述至
少一个电压源以在所述ELIT内的所述离子的电荷超过所述最佳阈值时在所述第一离子镜中建立所述离子反射电场，来关闭所述ELIT，其中，在所述第一离子镜和所述第二离子镜中建立的所述离子反射场一起使被俘获的离子每次通过所述电荷检测圆筒并且在其上感应出对应电荷时在所述第一离子镜与所述第二离子镜之间来回振荡。7.根据权利要求4至6中任一项所述的系统，所述系统进一步包括用于确定所述离子进入频率和将确定的所述离子进入频率提供给所述处理器的装置。8.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，所述系统进一步包括电荷前置放大器，所述电荷前置放大器具有可操作地耦合到所述电荷检测圆筒的输入和可操作地耦合到所述处理器的输出，所述电荷前置放大器被配置成每次通过所述电荷检测圆筒的离子在其上感应出电荷时在其所述输出处产生电荷检测信号，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器通过监测在从所述离子源进入所述ELIT的离子通过所述电荷检测圆筒时由所述电荷前置放大器产生的所述电荷检测信号和确定监测到的所述电荷检测信号的频率，来确定所述离子进入频率。9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，所述系统进一步包括响应于目标离子电荷值的用户输入以将所述目标离子电荷值供应给所述处理器的装置。10.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，所述系统进一步包括显示监视器，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器控制所述显示监视器，以显示包括一个或多个可选择GUI元素的控制图形用户界面（GUI），并且经由与所述一个或多个可选择GUI元素的用户交互接收所述目标离子电荷值。11.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，所述处理器是第一处理器并且进一步包括：显示监视器，以及第二处理器，所述第二处理器被编程以控制所述显示监视器显示包括一个或多个可选择GUI元素的控制图形用户界面（GUI），以经由与所述一个或多个可选择GUI元素的用户交互接收所述目标离子电荷值，并且将接收到的所述目标离子电荷值提供给所述第一处理器，并且其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述第一处理器执行时使所述第一处理器接收来自所述第二处理器的所述目标离子电荷值。12.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器生成所述目标离子电荷值。13.根据权利要求12所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器：（vi）产生至少一个控制信号，以在俘获事件持续时间内已经关闭所述ELIT之后打开所述ELIT，在所述俘获事件持续时间内，所述离子在所述ELIT内被俘获，（vii）以增量电荷值修改生成的所述目标离子电荷值，以及（viii）使用修改后的目标离子电荷值来重复（i）、（ii）、（iv）和（v）。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器在目标离子电荷值的范围内重复（vi）至（viii）。15.根据权利要求2至6和9至14中任一项所述的系统，所述系统进一步包括：电荷前置放大器，所述电荷前置放大器具有可操作地耦合到所述电荷检测圆筒的输入和可操作地耦合到所述处理器的输出，所述电荷前置放大器被配置成每次通过所述电荷检测圆筒的离子在其上感应出电荷时在所述电荷前置放大器的输出处产生电荷检测信号，阈值发生器电路，所述阈值发生器电路具有耦合到所述处理器的输入和输出，以及比较器电路，所述比较器电路具有耦合到所述电荷前置放大器的输出的第一输入、耦合到所述阈值发生器电路的所述输出的第二输入以及耦合到所述处理器的输出，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器控制所述阈值发生器在其所述输出处产生等于所述最佳阈值的信号，监测所述比较器的所述输出，并且产生所述至少一个控制信号，以响应于由所述电荷前置放大器所产生的所述电荷检测信号的大小超过所述最佳阈值所引起的所述比较器的输出的状态的变化来关闭所述ELIT。16.根据权利要求8至14中任一项所述的系统，所述系统进一步包括：阈值发生器电路，所述阈值发生器电路具有耦合到所述处理器的输入和输出，以及比较器电路，所述比较器电路具有耦合到所述电荷前置放大器的输出的第一输入、耦合到所述阈值发生器电路的输出的第二输入以及耦合到所述处理器的输出，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器控制所述阈值发生器在其所述输出处产生等于所述最佳阈值的信号，监测所述比较器的输出，并且产生所述至少一个控制信号，以响应于由所述电荷前置放大器所产生的所述电荷检测信号的大小超过所述最佳阈值所引起的所述比较器的所述输出的状态的变化来关闭所述ELIT。17.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，所述系统进一步包括被耦合在所述电荷前置放大器的输出与所述比较器的第一输入之间的带通滤波器，所述带通滤波器将所述电荷前置放大器所产生的所述电荷检测信号限制到小于所述电荷检测圆筒上的噪声的频率范围的频率的预定义频带。18.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，所述系统进一步包括被耦合在所述电荷前置放大器的输出与所述比较器的第一输入之间的信号整形放大器，所述信号整形放大器在所述电荷前置放大器所产生的所述电荷检测信号的上升沿和下降沿中的每一者上产生高斯型脉冲。19.根据权利要求1至18中任一项所述的系统，其中，所述存储器已经在其中存储了多个最佳阈值映射，每个映射包括映射到不同离子进入频率的对应电荷值的多个最佳阈值，并且其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器通过基于所述目标离子电荷值和确定的离子进入频率选择在存储所述存储器中的所述多个最佳阈值映射中的一个或多个来确定所述最佳阈值，并且基于所述目标离子电荷值和确定的离子进入频率从所述多个最佳阈值映射中被选择的所述一个或多个来确定所述最佳阈值。
20.根据权利要求2至6和9至14中任一项所述的系统，所述系统进一步包括电荷前置放大器，所述电荷前置放大器具有可操作地耦合到所述电荷检测圆筒的输入和可操作地耦合到所述处理器的输出，所述电荷前置放大器被配置成每次通过所述电荷检测圆筒的离子在其上感应出电荷时在所述电荷前置放大器的输出处产生电荷检测信号，并且其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器记录由所述电荷前置放大器产生的电荷检测信号，所述电荷检测信号由在俘获事件的持续时间内重复检测所述离子的电荷而引起，在所述持续时间内，所述离子在所述ELIT内被俘获。21.根据权利要求8和15至19中任一项所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器记录由所述电荷前置放大器产生的所述电荷检测信号，所述电荷检测信号由在俘获事件的持续时间内重复检测所述离子的电荷而引起，在所述持续时间内，所述离子在所述ELIT内被俘获。22.根据权利要求20或权利要求21所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时，使所述处理器处理记录的所述电荷检测信号，以确定被俘获的离子的电荷以及被俘获的离子的质荷比和质量中的至少一者。23.根据权利要求22所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器根据所确定的最佳阈值、所确定的离子进入频率和被俘获的离子的所确定电荷来确定校正系数，并且通过所述校正系数来校正所测量的离子的强度，以反映由所述离子源供应给所述ELIT的离子中的所述离子的相对丰度。24.根据权利要求23所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器根据所确定的离子进入频率和被俘获的离子的所确定的电荷来确定被俘获的离子的检测频率，并且根据所确定的检测频率、所确定的最佳阈值和被俘获的离子的所确定的电荷来确定所述校正系数。25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述存储器已经在其中存储有多个检测频率映射，每个映射包括映射到针对不同对的最佳阈值和离子电荷振幅值的对应离子进入频率值的多个检测频率值，并且其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器通过基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最佳阈值和所确定的离子进入频率选择存储在所述存储器中的所述多个检测频率映射中的一个或多个来确定所述检测频率，并且基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最佳阈值和所确定的离子进入频率从所述多个检测频率映射中被选择的所述一个或多个来确定所述检测频率。26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述存储器已经在其中存储有多个校正系数映射，每个映射包括映射到针对不同对的最佳阈值和离子电荷振幅值的对应检测频率值的多个校正系数值，并且其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器通过基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最
佳阈值和所确定的检测频率选择存储在所述存储器中的所述多个校正系数映射中的一个或多个来确定所述校正系数，并且基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最佳阈值和所确定的检测频率从所述多个校正系数映射中被选择的一个或多个来确定所述校正系数。27.一种用于分离离子的系统，所述系统包括：根据权利要求1至26中任一项所述的离子俘获系统，其中，所述离子源被配置成从样品生成离子，以及至少一个离子分离仪器，所述离子分离仪器被配置成根据至少一个分子特性分离生成的离子，其中，离开所述至少一个离子分离仪器的离子被供应给所述ELIT。28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述ELIT包括设置在第一离子镜与第二离子镜之间的电荷检测圆筒，以及其中，所述ELIT被配置和被控制，使得在其中被被俘获的离子以50%的占空比通过所述电荷检测圆筒在所述第一离子镜和第二离子镜之间来回振荡，所述占空比与所述离子移动通过所述电荷检测圆筒所花费的时间与在一个完整的振荡循环期间所述离子穿过所述第一离子镜和所述第二离子镜以及所述电荷检测圆筒的组合所花费的总时间的比例对应。29.根据权利要...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。