[发明专利]采用并行积聚的俘获离子迁移谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及采集按迁移率分离的离子质谱的装置和方法。

背景技术

文献US 7,838,826 B1(M.A.Park，2008年)中介绍了一种相对较小的离子迁移谱仪，其被称为“俘获离子迁移谱仪”(TIMS)。若不计附加的入口漏斗和出口漏斗，基本迁移率分离单元(分离器通道)的长度仅为约五厘米。根据迁移率分离离子借助圆柱形分离器通道中的气流进行，在积聚阶段，气流对抗反作用直流电场势垒推动来自离子源中的离子，同时四极射频场径向地限定离子。停止进一步输送离子之后，开始扫描阶段，在此阶段直流电场势垒逐渐减小。在扫描阶段，气流推动离子穿过逐渐减小的直流电场势垒，从而相继释放从低迁移率到较高迁移率的被势垒俘获的离子。可在离子检测器中检测到这些离子，从而获得迁移谱。

图1示意性示出了US 7,838,826 B1所述的俘获离子迁移谱仪的优选设计和工作。入口漏斗(10)和出口漏斗(12)间的管状分离器管道(11)的长度仅为约48毫米；内径为8毫米。离子迁移分离器通道(11)包含一系列扇形体电极(1)、(2)、(3)和(4)的分段隔膜，用于生成四极射频场。来自离子源(未显示)的离子(6)与气流(7)一道通过毛细管(8)引入到第一真空室内。推斥板(9)引导离子进入漏斗(10)；气流(14)推动离子进入分离器通道(11)。图1底部显示了三个工作阶段中电场E(z)沿z轴的分布：在积聚阶段(A)，离子被气流(16)吹向介于z轴位置(20)和(23)之间的电场分布上升沿。在只有一至二毫秒的俘获阶段(B)，停止离子流入，离子将根据其迁移率在上升沿上达到其平衡位置。在扫描阶段(C)，不断减小的分布电压按离子迁移率递增的顺序在位置(23)和(24)之间的电场平台上释放离子，使离子通过出口漏斗并进入离子检测器。具体地，可通过飞行时间质谱仪之类的质谱仪来测量这些离子，从而获得质量与迁移率的二维谱。与其他建立小型离子迁移谱仪的试验不同，M.A.Park的装置已经能够实现高达R_mob＝250的离子迁移分辨率，而传统迁移谱仪则从未达到非常高的迁移分辨率。

仍需要使质谱仪离子源中产生的离子的利用率(占空比)达到最高的装置和操作方法，从而减少对迁移分辨率的限制，尤其是要与耦合到液相色谱的电喷雾离子源结合使用，以用于在自下而上蛋白质组学鉴定领域中分析复杂样本。

发明内容

在第一方面中，本发明提供了一种操作俘获离子迁移谱仪的方法，包含以下步骤：(a)在射频离子阱中积聚来自离子源的离子；(b)将至少一部分积聚的离子转移到俘获离子迁移分离器，转移的离子将在其中由射频场径向地限定，并被气流推向第一轴向直流电场势垒的上升沿，从而使转移的离子按离子迁移率在空间上沿上升沿分离；(c)在来自离子源的离子在射频离子阱中继续积聚的同时，通过降低直流电场势垒的高度来获得转移离子的离子迁移谱。

使用现有技术在离子源中产生、积聚并随后在俘获离子迁移谱仪中分离的离子的利用率被限制在q＝t_a/(t_a+t_s)，其中t_a是俘获离子迁移分离器中的离子积聚时间，t_s是直流电场势垒的扫描时间，在此期间离子将无法在俘获离子迁移分离器中积聚。此处的利用率也称“占空比”。根据本发明，在射频离子阱(积聚单元)和俘获离子迁移分离器(扫描单元)中不丢失任何离子时，占空比能够接近100％。

在一个实施例中，在俘获离子迁移分离器中由四极射频场径向地限定离子。可在位于离子源和俘获离子迁移分离器之间的射频漏斗中积聚离子，其中射频漏斗的出口处的场优选地调节为俘获离子迁移分离器的入口处的四极射频场。离子优选地在具有径向地限定离子的四极射频场的线性射频阱中积聚。虽然具有六极或八极等更多极的射频场能够进一步提升线性射频离子阱的离子存储容量，但此处主要详细介绍射频离子阱与俘获离子迁移分离器的优选的四极射频场结合使用的情况。

在其他实施例中，重复步骤(b)和步骤(c)来获得一系列离子迁移谱，尤其是离子迁移谱的时间序列。根据之前的一个或多个离子迁移谱确定作为离子迁移率的函数的离子密度，并随后用于调整第一直流电场势垒上升沿的电场分布，以将步骤(b)和步骤(c)期间在俘获离子迁移分离器中的离子损失降至最低。优选的是，对电场分布进行调节以使确定具有高离子密度之处或确定待分析离子之处的离子被解压。