[發明專利]用于質譜儀在高壓時的改進性能的射頻(RF)離子引導器

有效

• 申請號: 201380049574.1
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN104662638B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: G·佩雷爾曼;T·里斯特羅菲
• 申請（專利權）人: 安捷倫科技有限公司
• 主分類號: H01J49/06
• 分類號: H01J49/06;H01J49/10
• 代理公司: 北京市嘉元知識產權代理事務所(特殊普通合伙)11484
• 代理人: 劉彬

優先權要求

本申請要求專利合作條約(PCT)的條款4.10下來自名為T.Ristroph和G.Perlman的發明人于2012年9月25日提交的美國專利申請No.13/626,698的優先權。

背景技術

質譜法(MS)是一種用于樣本的定量元素分析的分析方法。樣本中的分子由分光計基于它們相應質量而電離并且分離。分離后的分析物離子然后受檢測，并且樣本的質譜得以產生。質譜提供關于質量的信息，并且在一些情況下提供關于構成樣本的各種分析物顆粒的數量的信息。具體地，質譜法可以用于確定分析物內的分子的分子量和分子碎片(fragment)。此外，質譜法可以基于裂解方式(fragmentation pattern)來識別分析物內的成分。

供質譜法分析的分析物離子可以通過各種電離系統中的任何一種而產生。例如，大氣壓力矩陣輔助激光器解吸電離(AP-MALDI)、大氣壓力光電離(APPI)、電噴霧電離(ESI)、大氣壓力化學電離(APCI)和感應耦合等離子體(ICP)系統可以用于在質譜系統中產生離子。這些系統中的許多系統在大氣壓力(760Torr)或其附近生成離子。一旦生成，就必須將分析物離子引入或采樣到質譜儀中。典型地，質譜儀的分析器部分保持在10^-4Torr到10^-8Torr的高真空等級。實際上，對離子進行采樣包括：通過一個或多個中間真空腔室的方式，以窄禁閉離子射束的形式將分析物離子從離子源傳送到高真空質譜儀腔室。中間真空腔室中的每一個保持在前面腔室與后面腔室的真空級別之間的真空級別。因此，離子射束傳送分析物離子，并且以階梯方式從與離子形成關聯的壓力級別過渡到質譜儀的壓力級別。在多數應用中，期望將離子傳送通過質譜儀系統的相應腔室中的每一個而沒有顯著的離子損耗。一般，離子引導器用于使得離子在MS系統中以所限定的方向運動。

在允許或促進離子軸向地傳送的同時，離子引導器通常使用電磁場徑向地禁閉離子。一類離子引導器通過施加依賴于時間的電壓生成多極場，其一般處于射頻(RF)譜中。這些所謂的RF多極離子引導器已經在MS系統的各部分之間和離子捕集的各組件之間傳送離子方面發現各種應用。一般，離子引導器也在存在緩沖氣體的情況下工作，以在軸向和徑向方向上都減少離子的速度。離子速度在軸向和徑向方向上的這種減少公知為由于離子與緩沖氣體的中性分子的多次碰撞以及所得的動能傳遞所引起的“熱化”或“冷卻”離子種群。在改進離子傳輸通過MS系統的孔口以及減少飛行時間(TOF)儀器中的徑向速度擴散方面，徑向方向上壓縮的熱化的射束是有用的。RF多極離子引導器形成偽勢阱，其將離子禁閉在離子引導器內部。

射束限制孔徑用于限制離子射束的橫向空間寬度和角度擴散(射束發散度)。因為在橫向位置或角度航向中相對于射束軸偏離太多的離子軌道可能導致質量分析器中的色散，所以限制離子射束的空間寬度和角度擴散是有用的。質量分析器中的這種色散基于離子初始狀況而非僅基于離子質量。例如，在“理想”TOF MS系統中，離子飛行時間僅取決于離子質量，這是因為這是待測量的量。實際上，飛行時間弱勢地取決于每個離子的準確空間位置和角度航向。位置和角度偏離的擴散導致飛行時間的擴散，并且減少TOF MS系統的質量分辨率。因此，在很多質量分析器中，通過有時被稱為限制器(slicer)的無場區域中的兩個連貫孔徑的集合來限制射束大小和角度擴散，其防止可接受范圍之外的離子進入分析器。

雖然射束限制孔徑在改進質量測量的精度方面是有用的，但在離子引導器中包括射束限制孔徑的已知MS系統具有特定缺點。首先，射束限制孔徑通過防止離子射束的顯著部分進入質量分析器而降低了整個質譜儀靈敏度。其次，在包括射束限制孔徑的金屬表面上入射的離子可能隨著時間而污染金屬表面，并且使得附近的靜電場變形。這種場變形可能改動離子射束方向，這可能使得質量分辨率和靈敏度降級，使得系統不穩定，并且一起阻擋射束。

為了使得與已知限制器關聯的這些問題的影響最小化，期望調節離子射束，使得大部分離子射束將穿過孔徑。在已知MS系統中，一系列靜電透鏡使得離子射束聚焦，以最佳耦合通過限制器的孔徑。然而，在已知MS系統中，即使在最佳耦合的情況下，通過限制器的傳輸也受限于射束發射度(其定義為乘積射束空間大小和角度擴散)。這種基本限制是相空間密度守恒的直接后果。因此，盡可能多地減少射束發射度是令人期望的。定義為離子射束電流除以射束發射度的射束亮度通過減少射束發射度而如期望地增加。然而，已知離子引導器并未合適地禁閉低射束發射度。