[发明专利]用于离子轴向空间分布聚焦的方法和设备

说明书

本发明涉及用于质谱仪，特别是TOF(飞行时间“time-of-flight”)质谱仪的方法和设备。特别地，本发明涉及用于离子轴向空间分布聚焦的方法和设备。

TOF质谱分析是一种分析技术，用于通过使离子加速并且测量它们到达探测器的飞行时间来测量离子的质荷比。

两种已知的TOF质谱分析法是基质辅助激光解吸电离TOF质谱分析(“MALDI TOF”质谱分析)和串联TOF质谱分析(“TOF-MS/MS”质谱分析)。Maldi TOF-MS和TOF-MS/MS长期作为例如在生物系统中识别大分子化合物的方法。

在Maldi TOF-MS中，激光脉冲被聚焦至一个样板上的生物材料样本和吸光基质的混合物上的小点(激光光斑“laser spot”)，从而产生离子脉冲。

通过飞行时间质谱仪(TOF-MS)分析和探测此离子脉冲，从而测量离子的质荷比。

在TOF-MS/MS质谱分析中，离子在被分析和探测前要经受碎裂。可通过例如亚稳态衰变(源后衰变，post-source decay，PSD)或者碰撞诱导解离(CID)对离子进行碎裂。TOF-MS/MS是有效的，因为它允许前体离子(未分裂离子)和产物离子(碎片离子)两者均得到分析。TOF-MS/MS质谱分析能够与MALDI TOF质谱分析结合应用。换言之，MALDI离子源能够被用在其中离子在被探测到之前要经受碎裂的质谱仪中。

在TOF质谱仪的离子源中，在离子提取时，存在不同的离子分布，所述不同表现在它们的初始方向、位置和能量方面。例如，径向位置(与离子光轴的距离)的范围由光斑大小所决定，如图1中所示出的。因此，从样板1解吸后，离子2、4以距离R与离子光轴6(质谱仪的主轴)隔开。在MALDI源的情况下R的大小由“激光光斑”的直径决定，作为通过激光束从样本中产生离子的区域。

离子源中的每一点能够产生沿初始方向上的分布或者与离子光轴成一定角度的分布，如图2中所示出的。因此，离子10可具有拥有径向分量的速度，这使得引起它们以与离子光轴6成角度θ从源离开。这表现为离子羽流12从光斑14的中心向外扩展。

离子还以具有一定的初始能量或速度范围的方式产生，如图3中所示出的。因此，离子羽流中的离子20、22拥有不同的能量或速度，以使得例如，离子20的能量E₁可小于离子22的能量E₂.

在Maldi样本的情况下，轴向速度分布对应于公知为喷射速度的分布，一般大约几百ms^-1.

在垂直于样本表面的轴向方向上还存在离子的空间分布，如图4中所示出的。这可能是由于样本的表面形态和/或厚度所导致的离子的起始位置不同所引起的。这还可能是由于与轴向速度匹配的离子的不同起始时间所引起的。因此，离子30、32在轴向方向上(平行于离子光轴6)以距离Z空间间隔。

每一分布影响TOF-MS(和TOF-MS/MS)的性能并且通过单一质荷比的峰宽来测量出该结果，通过该结果又确定了质量分辨率。

效应的大小可能受各种方式控制。例如，径向空间分布由聚焦的激光光斑的大小设定并且受质谱仪中离子光学透镜的准直控制。类似地，在离子光学中，角度分布的效应也受到透镜的控制。

能够采用离子的空间分布与脉冲静电场相组合通过脉冲提取来补偿轴向空间分布或者速度分布以在飞行管中产生空间聚焦(Time-of-FlightMass Spectrometer with Improved Resolution，W.C.Wiley和I.H.McLaren，Rev.Sci.Instrum.，26，1150(1955))。空间焦点是这样一个点，速度分布中的所有离子在同一时间聚集到该点处。在线性飞行时间的情况下可位于探测器处或者在反射飞行时间中空间焦点能够是离子镜的前焦点。

然而，在采用从离子源的脉冲提取中，众所周知的是一次只有一个轴向分布能够被聚焦。初始轴向空间分布或者初始轴向速度分布能够到达空间焦点但这两种分布不能同时进行。

在从例如电喷射TOF-MS中的束中进行离子的垂直提取的情况下，轴向空间分布通过脉冲提取聚焦同时在垂直方向上的飞行时间的轴向速度分布被忽略不计。