[发明专利]静电离子阱

说明书

相关申请

本申请案主张美国临时申请案No.60/858,544的优势，其呈递于公元2006 年11月13日。将上述申请案的整体技术并入于此以作为参考。

背景技术

一些不同方法已被使用于该科学及技术文献中以记载及比较所有目前可 用的质谱术仪器科技。在最基本层级，根据是否需要捕捉或储存离子，质谱仪 可被区分为使质量分离及分析。非捕捉型质谱仪不会捕捉或储存离子，且在质 量分离及分析前，离子密度不会累积或增长于该装置内。本类型的一般范例为 四极质量过滤器及磁扇形质谱仪，其中在高功率动力电场或高功率磁场，分别 用以选择性稳定单一质量对电荷(mass-to-charge，M/q)比值的离子束轨道。捕 捉型质谱仪可被分成两种子类型：动力阱，例如Paul设计的四极离子阱 (quadrupole ion trap，QIT)；及静态阱，例如更新近所发展的静电限制阱。目 前可用并用作质谱仪的静电阱仰赖和谐电位捕捉井来确保离子能量与具有振 荡周期的离子阱内的振荡无关而只与该些离子的质量对电荷比值有关。一些现 代静电阱中的质量分析已透过(i)使用远程感应式读取头及感测电子组件及快 速傅立叶转换(Fast Fourier Transform，FFT)频谱解回旋来执行。替代性地，已 藉由快速切断该些高压捕捉电位的任一瞬间取出离子。接着所有离子逸出，而 其质量对电荷比值透过飞行时间分析(飞行时间质谱仪(Time of Flight Mass Spectrometer，TOFMS))来决定。某些最近的发展已结合圆柱阱设计内的离子 捕捉与动力(虚拟)及静电电位场两者。四极径向限制场被使用以限制径向中的 离子轨道，而静电电位井被使用以限制轴向中具有真正和谐振荡运动的离子。 该轴向中该离子运动的共振激发接着被使用以达到质量选择性离子射出。

发明内容

本发明关于用以限制不和谐电位井内不同质量对电荷(M/g)比值及动能的 离子的静电离子阱的设计及操作。该离子阱也配备有小振幅交流电(AC， alternating current)驱动器，其以激发受限离子。由于该AC驱动频率及该些 离子的自然振荡频率之间的自动共振，该隶属于限制离子振荡幅度的质量随着 该增加的能量而增加，直到该些离子的振荡幅度超过该离子阱的实体尺寸，或 该些离子分裂或进行任何其它物理或化学变化为止。该离子轨道能紧靠并沿着 离子限制轴运行。该离子阱能以圆柱对称于一阱轴，并且该离子限制轴能与该 阱轴实质符合。

该离子阱可包含二相对的面镜电极结构及中间透镜电极结构。该镜像电极 结构可由具有轴上或离轴孔径或其结合的杯状物或平板所构成。该中间透镜电 极结构可为具有轴向位置孔径的平板或开放式圆柱体。该二面镜电极结构可被 不相等地偏压。

该离子阱可配备有扫瞄控制系统，其藉由扫瞄该AC激发频率，例如自高 于该些离子的自然振荡频率的频率扫瞄至低于感兴趣离子的自然振荡频率的 频率，或藉由扫瞄施加至该离子阱的中间透镜电极的偏压，例如自足以限制感 兴趣离子的偏压扫瞄至较大绝对值大小的偏压，以降低该AC激发频率及该些 离子的自然振荡频率之间的频率差。该AC激发频率的振幅可小于施加至该中 间透镜电极的偏压的绝对值至少三个数量级大小且大于临界振幅。扫瞄该 ACAC激发频率的扫瞄率可随着该驱动频率减少而减少。

限制于该离子阱内该些最轻离子的自然振荡频率可例如介于约0.5MHz至 约5MHz之间。该些受限离子可具有多个质量对电荷比值及多能量。

该离子阱可配备有离子源以构成离子束源。该离子阱也可配备有离子侦测 器以构成电浆离子质谱仪，随着离子源的加入，该离子阱可被架构成质谱仪。 该离子源可为电子撞击式游离化离子源。该离子侦测器可为电子倍增器装置。 该离子侦测器能相对于该离子阱线性轴作离轴置放。可于该驱动频率被扫瞄时 不断地操作该离子源，或可在该驱动频率扫瞄马上要开始前的一段时间内产生 该些离子。

附图说明

上述者可藉由下列本发明实施例的更明确说明中变得显而易见，如该些附 图所示，在全部不同图形中的相似参考符号指相同部分。该些图式不须按比例， 而是加强说明本发明实施例。

图1为短静电离子阱的离子轨道仿真的计算机所产生代表图。

图2A为在显示正不和谐、和谐及负不和谐电位的短静电离子阱中该离子 电位能对上该离子阱轴上位置的图形。