[发明专利]具有高吞吐量的离子迁移率谱仪

说明书

技术领域

本公开涉及离子迁移率谱领域，更具体地，涉及改进离子迁移率谱，以便与液相和气相色谱、多维气相色谱和质谱结合。

背景技术

离子迁移率谱仪(IMS)广泛用于依据电离化合物的迁移率，分析电离化合物，电子化合物的迁移率是离子电荷、质量和形状的函数。典型的IMS包含用于被分析化合物的软电离的离子源，形成短离子包的离子门(一般是Tyndal门)，用于静电场中的离子分离的充气漂移管，和测量时间相关信号的收集器。作为独立的分析技术，IMS具有一般较低的分辨力(大体在50-100之间)。IMS一直主要被视为检测有毒的挥发性化合物的低成本手持式系统和方法，因为它具有通过利用与掺杂蒸气的特定离子分子反应，能够被增强的一般较低的检测极限。最近，IMS已与气相色谱(GC)、液相色谱(LC)和质谱(MS)结合，这种情况下，IMS带来分析分离的额外维度。然而，归因于Tyndal离子门的约～1％的占用比，以及IMS和MS之间的气压和离子云大小的失配，简单的结合会在IMS中产生极大的信号损失。另外，如果采用扫描MS(例如，四极等)，那么存在时间尺度的失配。

在此整体引为参考的US5200614公开通过在选通脉冲之间，俘获离子，改善IMS灵敏度。在此整体引为参考的US3902064公开一种利用IMS谱仪和下游的质谱仪，以便用离子质量测量补充迁移率测量的组合。Young等在论文J.Chem.Phys.，v.53，No 11，pp.4295-4302(在此整体引为参考)公开一种利用IMS谱仪和下游的正交加速飞行时间检测器的组合，它通常能够快速记录更高速度和占用比的质量测量的全景(所有质量)谱。在此整体引为参考的US5905258公开两种特征-在IMS之前的离子俘获和在IMS之后的正交TOF的组合，从而利用两种优点-IMS和MS的更高占用比。

在此整体引为参考的US6107628公开一种用于在中等气压下，会聚离子流的离子漏斗设备。在此整体引为参考的US6818890公开一种用于在IMS之后的离子约束的离子漏斗。在此整体引为参考的论文Anal.Chem.，2008，v.80，pp.612-623描述把离子漏斗设备用于-在IMS之前的离子俘获，和用于在IMS之外的离子约束。在在此整体此为参考的Anal.Chem.，2007，v.79，pp.7845-7852中，也介绍了所谓的沙漏式离子漏斗陷阱的细节。描述的方法介绍了现有技术的最灵敏的IMS-MS，所述IMS-MS通常仍然存在一些限制。被俘获离子的数目因离子阱和IMS漂移管的空间电荷容量而局限于通常在约1ms时间内累积的约1E+7电荷/脉冲。沙漏式门和下游离子漏斗把离子包扩展到大体约(200-400)μs，这减慢IMS速度，需要大体约(20-40)ms的较长漂移分离时间，需要构成较长(约1m长)的IMS漂移管，和限制IMS占用比(约1ms的门饱和对约40ms的循环)、电荷吞吐量和动态范围。

在此整体引为参考的WO2008112351公开一种通过复用与每个IMS分离单一阱激发的常规条件相比，在高得多的净频率下工作的离子阱的编码，改善IMS动态范围和空间电荷容量的方法。然而，这种方法会导致离子包重叠和数据解释时的混乱。为了匹配IMS分离时间，采用的下游正交TOS具有约100μs的脉冲周期，从而分辨力有限(约R＝5000)。

综上，现有技术的IMS和IMS-TOF在其电荷吞吐量、动态范围、速度和分辨力方面受到限制，限制了它们与快速分离方法的结合。于是，如这里所述，改善IMS和IMS-TOF参数是有益的。

发明内容

发明人认识到通过在IMS门，形成短得多，空间均匀并且更宽的离子包，与现有技术的装置和方法相比，能够增大IMS的电荷吞吐量和速度。发明人提出一种新颖的俘获门，所述俘获门包括对偶网格，同时在网格之间施加RF信号，从而形成用于在大体约(1～100)mBar的气压下，积聚离子的RF屏障。在一种实现中，离子可被脉冲喷射，从而形成大体约(10-20)μs的包，或者例如利用斜坡DC场，以质量相关方式释放离子。短离子包的形成可能允许减小IMS谱仪的大小，和获得一个数量级的更快速度(大体约(1-2)ms循环)，更高的吞吐量和动态范围-所有这些对快速提前分离设备，比如GCxGC或LCxCE分离的使用，对快速表面分析，对跟踪快速源内反应来说通常都很重要。