[发明专利]高占空比离子光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子光谱仪(诸如离子迁移光谱仪)或一种质谱仪，该离子光谱仪或质谱仪具体地包括一个顺序扫描质量分析器，诸如四极滤质器、扇形磁场、多反射飞行时间以及静电阱质量分析器。

发明背景

现今的连续离子源在电喷射电离(ESI)、光致电离(PI)和大气压化学电离(APCI)源的情况下提供最高达每秒10⁹的离子，在电子电离(EI)源的情况下提供最高达每秒10¹⁰的离子，并且在电感耦合等离子体(ICP)离子源的情况下提供最高达每秒10¹¹的离子。令人希望的是，在连续的基础上，在不浪费离子的情况下将获得对于来自这些离子源的离子的质量分析的最高灵敏度以及分析速度。

顺序扫描质量分析器包括一个滤质器，该滤质器在给定的时间传输仅具有窄的质荷比范围的离子。因此，此类分析器浪费了任何不具有所被传输的质荷比的离子，因为这些离子被损失了。

这意味着，当进行需要分析多种目标化合物的量化分析时，使用此类分析器的现有质谱仪以低占空比(典型地在0.1％与10％之间)运行。当分析器占空比如此之低时，使用连续离子源(诸如电喷射电离源)可能意味着离子被浪费。

尽管如此，顺序扫描质量分析器提供了与替代物相比改进的线性度和动态范围。因此，希望的是改进此类质谱仪的占空比。关于其他类型的离子光谱仪，诸如离子迁移光谱仪或质谱仪，也出现类似问题，其中占空比的改进可能是尤其有益的。

发明内容

针对此背景，本发明提供了一种离子光谱仪，该离子光谱仪包括一个离子源，该离子源被安排为连续地产生具有第一质荷比范围的离子；一个离子阱，该离子阱被安排为沿着一条轴线接收来自该离子源的离子，并且与该轴线正交地喷射具有第二质荷比范围的离子，该第二质荷比范围比该第一质荷比范围更窄；一个电源，该电源联接到该离子源和离子阱，以便提供一个电势使该离子源产生的离子连续地流进该离子阱；以及一个离子分析器，该离子分析器被安排为接收从该离子阱喷射的离子并且根据这些离子的至少一种特性来分离这些离子。

该离子源产生具有宽质荷比范围的连续离子束并且被联接到该离子阱上，使得来自该源的离子以不间断的流进入该离子阱。从该离子阱喷射具有窄质荷比范围的离子，与此同时，可以连续储存该离子阱接收的其他离子并且准备用于将来的喷射。这样，该离子阱充当了连续填充阱和预滤质器的组合。

因此，分析器不需要的离子没有被浪费，而是可以被储存用于在适当的时刻喷射。由于可以用更多在分析范围内的离子来将分析器填充至其空间电荷容量极限，这还可以改进光谱仪的动态范围。这还使得在更短的时间间隔内达到检测限。

而且，通过从离子阱正交地喷射离子，可以将该离子阱紧密联接到分析器。这也减少了离子的浪费并且改进了速度。合起来，这些优点允许更多离子在更短的时间间隔内被有效地处理，使得光谱仪可以获得高的占空比。

从而本发明提供了对接近在给定时刻所感兴趣的m/z窗口数的占空比的有效改进。典型地，将占空比改进至10％与20％之间。

在离子从阱喷射与特定m/z比的离子到达该阱并不紧密相关的条件下，如在此所用的术语“连续的”还可以涉及准连续的、间歇的或甚至脉冲的离子电流。

有利的是，该电源进一步被安排为向该离子阱提供一个RF电势，以便产生一个电场，该电场具有一个在与沿其喷射具有第二质荷比范围的离子的轴线正交的维度内的准势阱。当离子被注入该离子阱中时，它们的径向能量没有高到足以从该RF场形成的准势阱逃逸。由于这些离子之后在其停留在该阱内期间冷却，它们的径向能量变得甚至更低。有利地，由离子源与离子阱之间的DC电势使这些离子进入该阱。以此方式，可以连续地将离子储存在离子阱中，并且同时根据它们的质荷比选择性地将其从该离子阱喷射。

在优选实施方案中，该光谱仪进一步包括：被安排为接收从该离子阱喷射的离子并且冷却这些离子的离子光学器件。优选地，该离子光学器件被安排为在没有实质性碎裂的情况下冷却这些离子。此外，离子分析器此时可以被安排为接收来自该离子光学器件的离子。在离子阱与离子分析器之间放置用以冷却离子的离子光学器件，降低了这些离子的能量并且实现了其准确分析。