今天為大家介紹一項國家發明授權專利——開口阱質譜儀。該專利由萊克公司申請，并于2016年10月12日獲得授權公告。

內容說明

本發明總體上涉及質譜分析、靜電阱和多通飛行時間質譜儀的領域，更具體地說，本發明涉及包含具有非固定飛行路徑的開口靜電阱（open electrostatic trap）的設備及使用方法。

發明背景

飛行時間質譜儀（TOF MS）被廣泛地用于分析化學中，用于各種混合物的識別和定量分析。對于實際應用，這樣的分析的靈敏度和分辨率是重要的關注事項。為了提高TOF MS的分辨率，由Mamyrin等人提出的US 4 ，072 ，862（通過引用并入本文）公開了一種用于改進與離子能量有關的飛行時間聚焦的離子鏡。為了提高TOF MS的靈敏度，由Dodonov等人提出的W09103071（通過引用并入本文）公開了一種提供將連續離子流有效地轉換為脈沖離子包的正交脈沖注入的方案。很久以前就認識到用飛行路徑來度量TOF MS的分辨率。

為了在保持適度的物理長度的同時提高飛行路徑，已經提出了包含多反射（MRTOF）和多轉彎（MT-TOF）質譜儀的多通飛行時間質譜儀（M-TOF MS）。由Nazarenko等人提出的SU1725289（通過引用并入本文）介紹了一種使用二維無格柵和平面離子鏡的折疊路徑MR-TOF MS的方案。反射鏡幾何結構和電勢被設置為提供同步離子振蕩。離子經歷平面反射鏡之間的多次反射，同時在所謂的偏移方向（這里為Z軸）上緩慢地向檢測器漂移。通過改變離子注入角度來調整循環的數量和分辨率。但是，通過飛行時間檢測原理，該技術假定固定的飛行路徑，并且離子反射的數量被限制為很小，從而避免相鄰反射之間的重疊。

發明內容

發明人已經實現了新型的質譜儀，即在本文中所稱的“開口靜電阱”，與現有技術E阱和M-TOF相比，其改進了質譜儀的參數（分辨率、靈敏度和動態范圍）的組合。與多通TOF類似，開口靜電阱（E阱）采用相同類型的分析儀的靜電場，其中，在從脈沖源行進到檢測器時，離子包經歷多次振蕩（在離子鏡之間的反射或靜電區內的回路循環（loop cycle））。與多通TOF相反，E阱不采用將離子包限制在所謂的漂移方向（在本申請中總是Z方向）上的手段。脈沖離子源與離子檢測器之間的離子路徑由整數N個離子振蕩構成，其中，數字N不是固定的，而是可以在某一跨度ΔΝ內改變。譜解碼利用現有已知的關于每個多重譜組內的測量強度分布和噴射定時的信息。

該方法主要可應用于級聯式質譜儀，并可應用于具有在MS分析之前的離子分離的各種級聯的形式。因此，譜內容是稀疏的（通常低于譜空間的1%），這允許由多個重疊信號來重構譜。在僅使用MS的分析的情況中，與相關的遷移性m/z過濾一樣，通過將非重疊信號記錄在輔助檢測器上，通過使用前方時間分離，或通過化學噪聲抑制，來幫助信號解碼。

針對比如正交加速器、射頻和靜電脈沖離子導向器以及射頻離子阱的若干具體的脈沖轉換器和脈沖離子源來描述該方法。

根據本發明的第一方面，提供一種質譜分析的方法，該方法包括下述步驟：使離子包通過提供同步離子振蕩的靜電場、射頻場或磁場；記錄與整數個離子振蕩循環的跨度相對應的飛行時間譜（多重譜）；以及由包含多重譜的信號重構質譜。

其中，重構的質譜能夠用于質譜分析。根據本發明的第二方面，提供一種質譜分析的方法，該方法包括下述步驟：形成來自被分析的樣品的多種核素的離子包；設置靜電場，該靜電場提供在至少兩個方向上的空間離子捕獲和沿著中心離子軌跡的同步離子運動；注入所述離子包，以便離子通過所述靜電場，其中，所述離子包能夠形成多次離子振蕩；針對跨度ΔN內的整數N個離子循環，在檢測器平面處檢測離子并測量離子包飛行時間（多重譜）；以及由包含多重譜的所檢測到的信號重構質譜。

一個實施例包含位于所述脈沖轉換器與所述檢測器之間的空間聚焦裝置，該空間聚焦裝置用于控制多重譜內的峰值數量ΔN和離子包Z發散度。優選地，為了控制與離子m/z相對的多重譜的數量，所述空間聚焦裝置可以被附著到具有時間變量信號的發生器。或者，恒定靜電聚焦可以被用于提供多重譜內的與m/z無關的強度分布。優選地，本實施例還可以包含位于所述脈沖轉換器與所述離子檢測器之間的離子包轉向裝置。該轉向將允許控制傾斜角，從而控制多重譜內的數量N和ΔN。

在另一組實施例中，所述脈沖轉換器包含正交加速器，該正交加速器用于將基本上沿Z方向傳播的連續或準連續離子束轉換為基本上沿X方向加速的離子包。優選地，所述正交加速器可以包含具有用于離子提取的狹縫的平行板電極。或者，所述轉換器包含在任一氣體條件的RF離子導向器，用于離子衰減，可選地，用于離子累積。再或者，所述脈沖轉換器可以包含在真空條件的RF離子導向器，以與前方的氣體RF離子導向器傳遞離子。再或者，該正交加速器可以包含用于離子徑向限制的靜電離子導向器。優選地，所述連續或準連續離子束的離子能量可以被控制，以調整在所述E阱中的離子反射的數量。優選地，與中心離子軌跡的X-Z平面相比，所述正交加速器可以在Y方向上被移位，然后一組脈沖偏轉器將離子包返回到中心平面上。該布置防止離子在E阱內被反射后擊中加速器。或者，正交加速器可以被設置為與Z軸成小的傾斜角α，并且經過E阱分析儀中的第一次反射后，離子被轉向，從而提供對由于傾斜和轉向而導致的飛行時間偏離的相互補償。優選地，傾斜和轉向的角度考慮到了在平板加速器或靜電離子導向器加速器的情況中連續離子束的有限能量或在氣體RF離子阱情況中接近零的離子能量所導致的離子軌跡傾斜角。在減小用于緊湊的軌跡折疊的E阱分析儀內的離子軌跡傾斜角的同時，該布置將在正交加速器與轉向裝置之間提供更寬的Z空間。

本發明主要可應用于級聯式質譜儀，其中，質譜本質上是稀疏的。一個實施例還包含下面組中的至少一個母離子分離器：（i）質量-電荷分離器；（ii）離子遷移率分離器；（iii）差分離子遷移率分離器；以及（iv）后面跟隨裂解單元的上述離子分離器中的任何一個。或者，為了改進譜解碼，該實施例還可以在正交加速器之前包含RF離子阱和粗飛行時間分離器或者離子遷移率分離器。該加速器改進了在開口E阱譜中的多重譜分離。優選地，為了改進E阱靈敏度和譜解碼，可以將離子注入到所述E阱之間的周期布置為比最重的m/z離子核素到檢測器的飛行時間更快。