[發明專利]用于積聚的俘獲離子遷移譜分析的空間縮放模式

有效

• 申請號: 201610955447.3
• 申請日: 2016-11-03
• 公開（公告）號: CN107039231B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 梅爾文·安德魯·帕克;奧利弗·拉瑟
• 申請（專利權）人: 布魯克道爾頓有限公司
• 主分類號: H01J49/02
• 分類號: H01J49/02;G01N27/62
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 顧麗波;井杰

本發明涉及離子遷移譜儀的工作，這種遷移譜儀基于在電場勢壘中推動離子的氣體，優選與質譜儀結合，還涉及俘獲離子遷移譜儀(“TIMS”)。本發明提出了通過使用由額外電壓產生的長且平緩的電場斜坡來積聚和掃描遷移率在所選范圍內的離子。通過在平緩斜坡起點提供電壓，可選擇待聚集離子的遷移率范圍的最低遷移率。通過起點和終點的電壓差，確定遷移率范圍的寬度。這種空間縮放可有利地聚集相對于時間縮放大幅增多的感興趣離子，而不會因空間電荷效應嚴重損失離子，因而可在質量?遷移率圖中檢測更多離子。

技術領域

本發明涉及高靈敏度采集高分辨率離子遷移譜的方法和裝置。

背景技術

文獻US 7,838,826B1(M.A.Park，2008年)中介紹了一種小型離子遷移譜儀。基本的離子遷移率掃描部件(離子遷移率掃描通道)的長度僅達大約五厘米；加上額外的入口和出口漏斗，該裝置的長度也小于十厘米。圓柱形離子遷移率掃描通道包括四極RF場，其保持離子在軸附近；基于通道內的氣流來根據離子遷移率分離離子，所述氣流在積聚階段將來自離子源的離子驅動到反向DC電場勢壘的斜坡上。停止進一步輸送離子之后，開始掃描階段，在此階段電場勢壘穩步減小。在此掃描階段，氣流推動離子穿過逐漸減小的場勢壘頂部，從而相繼釋放被勢壘俘獲的從低遷移率到越來越高遷移率的離子。離子檢測器可以檢測到這些離子，從而獲得遷移譜。具體地，可通過質譜儀(如飛行時間質譜儀)來測量離子，從而獲得二維質量-遷移率圖。這一小型遷移譜儀與所有其他遷移譜儀相比，具有的優點是能夠通過選擇合適的掃描速度來選擇想要的遷移率分辨率。M.A.Park的裝置已經利用極低的掃描速度實現了高達R_mob＝400的離子遷移率分辨率，而任何其他遷移譜儀則從未達到如此高的離子遷移率分辨率。該裝置是眾所周知的“TIMS”，即“俘獲離子遷移譜儀”。圖1中概括了該裝置的基本原理及其基本操作。

在圖2中，該儀器的離子遷移率分辨率被繪制為掃描離子遷移率常用范圍所需時間的函數。使用僅20毫秒的掃描時間，可實現大約R_mob＝60的遷移率分辨率，使用300毫秒的掃描時間，分辨率可達R_mob＝120。

文獻US 8,766,176B2(“Acquisition Modes for Ion Mobility Spectrometersusing Trapped Ions(使用俘獲離子的離子遷移譜儀的采集模式)”，D.A.Kaplan等；2011年)介紹了TIMS的各種掃描模式，例如可實現線性遷移率范圍的掃描模式。特殊掃描模式涉及“時間縮放模式”，其中，對第一范圍的低遷移率的離子使用高速度執行掃描，以幾乎擺脫這些離子；使用低速度掃描第二范圍的遷移率，以便以高離子遷移率分辨率測量此范圍內的離子遷移率，并再次用高速度穿過遷移譜的末端。如果要以最高遷移率分辨率測量僅很小范圍的遷移率，則該程序可節省時間。用漂移管或任何其他類型的遷移譜儀均無法實現此類時間縮放模式。

美國專利申請序列號14/614,463(“用于質譜儀的高離子利用率離子遷移分離器”，M.A.Park和O.)介紹了如何通過使電勢壘的斜坡變平緩來減弱所選遷移率范圍內的空間電荷影響。如果在遷移譜的某個范圍內將斜坡變得更平緩，則此范圍內的不同遷移率的離子云將在空間上未壓縮，從而減弱因庫侖力造成離子損失的空間電荷的影響。非線性電場斜坡對積聚離子的密度的影響如圖3所示，其中顯示了高質量離子(低遷移率)的解壓。高質量離子被空間電荷力擠出通道的可能性很高，因為通過四極RF場，它們在通道內的結合很弱。實驗證明，大大降低了感興趣重離子的損失。