在离子回旋谐振质谱计中使用离子磁控管谐振的总离子数测定制造技术

在付里叶变换离子回旋谐振质谱计中在离子化或离子引入过程期间所形成或获得的离子总数或通过使用适谐实验技术或失谐实验技术被测定。两种技术都利用离子磁控管的运转。在适谐技术中质谱计按磁控管模式被激发并且由这种激发引起的单个谐振信号被检测以确定离子的总数。在失谐技术中磁控管模式在接近磁控管频率的频率下被激发而同步检测所引起的离子运动。失谐技术使离子群体留在适合于随后的分析状态。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及质谱计(MS)，它使用傅里叶变换离子回旋谐振(FTICR)技术去测定离子的质量，并更具体而言去测定在离子化或离子引入期间所形成或获得的离子总数。现有技术描述当低压下的气相离子处于均匀静磁场中时，离子最后的状态由离子速度相对于磁场的大小和取向决定。如果离子是静止的，或如果离子仅具有平行于外加场的速度，离子不经受与场的相互作用。如果离子速度存在垂直于外加场的分量，离子将经受垂直于速度分量和外加场二者的力。这个力引起圆形的离子轨道运动，它被称为回旋运动。在不存在任何其他作用在离子上的情况下，这个运动的角频率是离子电荷、离子质量及磁场强度的简单函数ω=qB/m(式1)其中ω=角频率(弧度/秒)q=离子电荷(库仑)B=磁场强度(特斯拉)m=离子质量(千克)FTICR MS通过大幅度的回旋运动并随后确定运动的频率，利用式1所描述的基本关系去确定离子的质量。在离子回旋谐振质谱计中付里叶变换的第一次使用在1976年2月10日发布给M.B.Comisarow和A.G.Marshall的题为“傅里叶变换离子回旋谐振质谱学的方法和仪器”的3,937,955号美国专利中被描述。待分析的离子最初以最小的垂直(径向)速度和弥散被引入磁场。由磁场诱发的回旋运动实现对离子的径向限制；然而，平行于场轴的离子移动必须借助一对“捕集”电极被约束。这些电极一般由垂直于磁场轴的取向并被配置在初始的离子群体轴向范围相对终端的一对平行板组成。捕集电极被保持与离子电荷相同符号的电势，该电势有足够的大小在电极对之间附近所形成势阱中去实现对离子的轴向限制。被保留在捕集势阱中的一些或全部离子除了前面描述的回旋模式外，还可呈现出两种额外的周期运动模式。第一种是在捕集电极之间的轴向“捕集”振荡，而第二种是由轴向磁场和捕集电场径向分量的联合作用引起的所谓“磁控管”模式。这种运动能被描述为回旋旋转中心沿约在盒轴中心的径向等势线缓慢的径向漂移。尽管为了分析的目的捕集和磁控管模式一般并不被利用，但这些模式的表现形式具有主要影响质量校准和离子保留的显著和熟知的后果。俘获离子的质量分析由暴露在电场中开始，该电场垂直于磁场并且以待分析离子的回旋频率振荡。这样的场一般通过施加适当的差动电势到第二对平行板“激发”电极产生，这对电极平行于磁场轴取向并被配置在初始离子群体径向范围相对的两侧。如果多于一种质量的离子待分析，振荡场的频率可被扫过适当的范围，或可包含各个频率组分的适当混合。当振荡场的频率与给定的离子质量的回旋频率相符时，所有的那种质量的离子将经受被电场的谐振加速并且它们的回旋运动的半径将增大。这种谐振加速的重要特点是离子的初始径向弥散基本上不改变。受激的离子将保持一起群聚在新的回旋轨道的周围，并且到弥散相对于新的回旋半径较小的范围，它们的运动将相互同相位并且相干。如果初始的离子群体由多于一种质量的离子组成，加速过程将引起许多等质量离子束，每个按其相应的回旋频率沿轨道运动。加速被延续直到回旋轨道使离子足够接近到一个或更多的检测电极以导致在电极上感生出可检测的影象电荷。这些“检测”电极一般由配置在初始离子群体径向范围相对两侧并垂直于激发的和捕集电极两者取向的第三对平行板电极组成。因而被使用于离子捕集，激发和检测的三对平行板电极是相互垂直并一起形成闭合的被称为俘获离子盒的箱形结构。附图说明图1示出关于具有捕集电极12a及12b；激发电极12c及12d；和检测电极12e及12f的俘获离子盒12的简化图。图1还示出磁场矢量11。随着盒内的相干回旋运动使离子的各个等质量束交替地接近检测电极12e,12f或从它们后退，在检测电极上的影象电荷相应地增加或减少。如果检测电极12e,12f被制成外部放大器电路(未被示出)的一部分，则变化的影象电荷将在外部电路中引起正弦电流。电流的振幅正比于轨道运动的离子束的总电荷并因而表现出所呈现的离子数目。这个电流被放大并被数字化，并且频率数据借助于傅里叶变换被提取。最后，结果的频率谱利用式1中的关系被转换成质量谱。现在参看图2，FTICR MS 10的概括的实施过程被示出。FTICR MS10由完成上述的分析程序所必需的七个主要的子系统组成。俘获离子盒12被束缚在包含由适当的抽气装置14b抽成真空的室14a的真空系统14内。真空室位于磁铁装置16内，该装置遍及俘获离子盒12的范围施加均匀的静磁场。尽管磁铁装置在图2中被示作永久磁铁，但超导磁铁也可用于去提供磁场。待分析的样品借助样品引入系统18被导入真空室14a，引入系统可以，例如，由泄漏阀或气体色层分离柱组成。样品分子借助电离器20在俘获离子盒12内被转变成带电形式，该电离器一般由穿过盒12的栅控电子束组成，但可由质子源或其他电离装置组成。另一方面，样品分子可借助许多不同技术中的任何一种在真空室14a外部被产生，然后沿磁场轴被注入到室14a和俘获离子盒12。实现上述俘获离子盒事项所必需的各种电子电路被容纳在由利用计算机的数据系统24控制的电子包22内。数据系统24还被使用去完成所获取信号数据的简化、操纵、显示和传递。在FTICR MS 10中在离子化或离子引入过程期间所形成或获得的离子总数是未知的。离子总数能被用于许多目的，包括定性分析，压强确定，离子化过程表征和空间电荷确定。因此，需要知道在离子化或离子引入过程期间所形成或获得的离子总数。现在用于在实验中确定离子总数的一种技术是逐一用数量表示并且总计在该实验所获取的宽带FTICR质谱中各个峰值。在应用这项技术上的一个限制是该技术不能检测具有回旋谐振在实验带宽以外的离子。在应用这项技术上的另一个限制是所测量的离子群体被留在一种状态，没有复杂的离子轴向化步骤该状态将防碍随后的分析。这项技术的另一个限制是该技术在计算上复杂并且费时。因而需要有用于确定离子总数而不存在上述限制的技术。本专利技术使用的离子磁控管谐振(IMR)技术就不具有这些限制。专利技术概述用于确定在具有俘获离子盒的傅里叶变换离子回旋谐振(FTICR)质谱计(MS)中总离子数的方法。该方法使用适谐技术并包括步骤a．在该俘获离子盒中使样品离子化；b．在离子化样品中在引起离子磁控管谐振的频率下激发离子化样品；c．检测来自受激离子化样品的离子磁控管谐振信号；以及d．从所检测的离子磁控管谐振信号的振幅确定该总离子数。用于确定在具有俘获离子盒的傅里叶变换离子回旋谐振(FTICR)质谱计(MS)中总离子数的方法。该方法使用失谐技术并包括步骤a．在俘获离子盒中使样品离子化；b．在接近但并不等于在离子化样品中引起离子磁控管谐振的频率下激发离子化样品，并同步检测来自受激离子化样品的代表离子运动的信号；以及c．从所检测的离子运动代表信号的振幅确定总离子数。附图描述图1示出关于俘获离子盒的简化图。图2示出一般的FTICR MS的方框图。图3a示出在FTICR MS的磁控管模式的适谐激发以后所获得的瞬变过程。图3b示出图3a中信号片断的频谱。图4a示出在磁控管模式的失谐激发以后所获得的瞬变过程。图4b示出示于图4a中信号的频谱。图5示出对于示于图1中盒的电极间和引线间的电容。图6示出示于图5中电容的示意的等效电路。图7a和7b分别示出被连接在图6的电路中可变的调谐电容器和为此的示意的等效电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于确定在具有俘获离子盒的傅里叶变换离子回旋谐振（ＦＴＩＣＲ）质谱计（ＭＳ）中总离子数的方法，包含步骤：ａ．在该俘获离子盒中使样品离子化；ｂ．在该离子化样品中在引起离子磁控管谐振的频率下激发该离子化的样品；ｃ．检测来自该受激的离 子化样品的离子磁控管谐振信号；以及ｄ．从由该所检测的离子磁控管谐振信号的振幅确定该总离子数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1998-5-28 09/086,6111．用于确定在具有俘获离子盒的傅里叶变换离子回旋谐振(FTICR)质谱计(MS)中总离子数的方法，包含步骤a．在该俘获离子盒中使样品离子化；b．在该离子化样品中在引起离子磁控管谐振的频率下激发该离子化的样品；c．检测来自该受激的离子化样品的离子磁控管谐振信号；以及d．从由该所检测的离子磁控管谐振信号的振幅确定该总离子数。2．权利要求1的方法另外包括使该受激样品折回到该俘获离子盒轴的步骤。3．权利要求1的方法，其中该样品是气体。4．用于确定在具有俘获离子盒的傅里叶变换离子回旋谐振(FTICR)质谱计(MS)中总离子数的方法，包含步骤a．在该俘获离子盒中使样品离子化；b．...

【专利技术属性】
技术研发人员：SC博，
申请(专利权)人：西门子应用自动控制公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]