[發(fā)明專利]橫向擴展的捕集離子遷移譜儀

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210286555.1
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN115112746A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設計）人: 梅爾文·帕克
• 申請（專利權）人: 布魯克科學有限公司
• 主分類號: G01N27/622
• 分類號: G01N27/622;G01N27/623
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權代理有限公司 11112
• 代理人: 張凱;張杰

本發(fā)明涉及一種捕集離子遷移率分離器(TIMS)和其操作方法，其中離子沿軸從入口到出口通過TIMS的離子區(qū)域具有垂直于該軸線的長形橫截面輪廓，其具有一個長尺寸和一個短尺寸。提供了沿軸作用在離子上的反作用的第一力和第二力，其中第一力和第二力中的至少一個對離子具有依賴于離子遷移率的影響，并且其中第一和第二力中的至少一個沿軸在空間上變化，使離子通過離子遷移率被捕集并分離。不同的實施例使用氣流和電場電勢的不同組合來提供第一力和第二力，并且采用為系統(tǒng)提供不同有利特性的多種電極結構。

技術領域

本發(fā)明涉及用于離子遷移譜，尤其是捕集離子遷移譜的方法和設備，以及使用離子遷移譜和質譜的混合系統(tǒng)。

背景技術

離子遷移譜(IMS)是一種分析技術，用于研究氣體中離子的遷移率，并根據(jù)其遷移率進行分離。離子遷移譜的一個固有特征是氣體中離子的遷移率取決于離子的分子幾何形狀，因此通常可以解析并因此分離質譜法無法解析的異構體或構象異構體。許多應用還利用了通過測量的遷移率確定分析物離子橫截面的能力。遷移率或橫截面的知識已被證明在許多領域都很重要，包括識別分析物(例如蛋白質組學和代謝組學)、分離化合物類別和確定分子結構(例如在結構生物學中)。

在捕集離子遷移譜(TIMS)中，離子被反作用氣流沿非均勻直流電場，通常為電場梯度捕集，或由具有不均勻的軸向速度分布的反作用氣流沿均勻直流電場捕集。捕集的離子根據(jù)離子遷移率在空間中分離，隨后通過調(diào)整氣體速度或軸向直流電場的強度根據(jù)其遷移率隨時間洗脫(參見例如Loboda的美國專利6,630,662 B1和Park的美國專利7,838,826B1)。TIMS的理論基礎也有說明，例如，在Michelmann等人的文章“捕集離子遷移譜的基礎”中(J.Am.Soc.Mass Spectrom.,2015,26,14-24)。

美國專利9,683,964(Park等人)教導了一種TIMS分析儀，該分析儀包括捕集區(qū)域和用于平行積聚的分離區(qū)域。TIMS分析儀在捕集區(qū)域中積聚離子，而在分離區(qū)域中在時間上平行分離預積聚的離子。氣流驅動離子朝向捕集區(qū)域的反作用直流電場勢壘的斜坡，使得離子被軸向捕集并且根據(jù)其在沿斜坡的位置處的遷移率被分離。在捕集區(qū)域中離子的積聚過程中，氣流還驅動已經(jīng)在先前積聚中積聚并轉移到分離區(qū)域的離子朝向分離區(qū)域的反作用直流電場勢壘的斜坡，使得離子被軸向捕集根據(jù)其遷移率而空間分離。在將待分析的積聚離子裝載到分離區(qū)域后，反作用的直流電場勢壘的高度逐漸降低，從而離子種類按照其遷移率的順序從分離區(qū)域中釋放出來。

美國專利10,458,944(Park等人)教導使用高階(階N＞2)線性多極RF系統(tǒng)在TIMS分析儀的直流電場勢壘處積聚和分析離子，或者是純高階RF多極系統(tǒng)或者是這樣的多極RF系統(tǒng)，其中在直流電場勢壘的頂點前從高階向低階過渡。

盡管離子根據(jù)其遷移率和使用高階場而在空間分離的位置處積聚，但仍然需要進一步增加TIMS分析器的存儲容量，而不會因空間電荷效應而造成相當大的離子損失。增強的存儲容量提高了靈敏度，并能夠分析和識別更多低豐度分析物，尤其是在復雜樣品的領域中，如自下而上蛋白質組學或代謝組學。

發(fā)明內(nèi)容

在第一方面，本發(fā)明提供了一種捕集離子遷移率分離器(TIMS)，其包括離子區(qū)域，離子沿著從入口到出口的軸行進通過該離子區(qū)域；一系列電極結構；施加沿軸線作用在離子上的第一軸向力的第一力發(fā)生器和施加沿軸線作用在離子上的第二軸向力的第二力發(fā)生器，其中第二軸向力反向作用于第一軸向力，其中第一和第二軸向力中的至少一個對所述離子有依賴于離子遷移率的影響，并且其中第一和第二軸向力中的至少一個沿軸在空間上變化，使得離子在積聚階段期間沿該軸被捕集并且通過離子遷移率被分離，并且其中該第一和/或第二力發(fā)生器被配置為在洗脫階段期間隨時間改變第一力相對于第二力的大小，使得作為離子遷移率的函數(shù)，將離子逐漸驅動到出口。