技术领域
[0001] 本
发明涉及质谱
质量分析技术领域，具体地说，涉及一种四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法和装置。
背景技术
[0002] 共振激发技术广泛应用于质谱操作中。常用的共振激发技术为偶极共振激发以及四极共振激发。偶极共振激发是在四极质量分析器上施加一对反相的
电压，四极共振激发其施加方式与主射频的施加方式一样，相对
电极的
信号为同相信号，
频率和幅度相对于主射频较小，该四极激发电场将由主射频形成的稳定区划分为稳定岛，使原先稳定区域变成不稳定区域，从而实现对离子激发。
[0003] 然而，对于微型质谱仪来说，其工作气压比商业化的大型仪器的工作气压高，并且在缓冲气体的作用下仪器的
分辨率变差，导致气压越高分辨率越差。
发明内容
[0004] 为了克服上述技术问题，本发明提供了一种四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法和装置，具有更好的激发效率，提升了仪器的分辨能
力和灵敏度。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供了一种四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法，用于
离子阱质量分析器，该方法包括：
[0006] 在所述离子阱质量分析器的任意一对极板上施加主射频；
[0007] 在任意一对极板上施加四极激发信号，并在任意一对极板上施加
相位相反的偶极激发信号。
[0008] 在一种可选的实施方式中，所述四极激发信号的幅值为所述主射频的幅值的0.8％至1.2％。
[0009] 在一种可选的实施方式中，所述四极激发信号的频率为主射频的频率的1/n，n为大于1的整数。
[0010] 在一种可选的实施方式中，所述偶极激发信号的频率的范围在所述四极激发信号所产生的不稳定区域对应的频率左右偏移3k以内。
[0011] 本发明还提供了一种四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法，用于四极杆，该方法包括：
[0012] 在所述四极杆的一
对电极杆上施加正向主射频，在另一对电极杆上施加负向主射频；
[0013] 在任意一对电极杆上施加四极激发信号，并在任意一对电极杆上施加相位相反的偶极激发信号。
[0014] 本发明还提供了一种四极电场联合偶极电场的离子共振激发装置，包括：
[0015] 离子阱质量分析器、主射频、四极激发信号源、偶极激发信号源；
[0016] 所述主射频施加在所述离子阱质量分析器的任意一对极板上；所述四极激发信号源和所述偶极激发信号源分别施加在所述离子阱质量分析器的任意一对极板上。
[0017] 本发明还提供了一种四极电场联合偶极电场的离子共振激发装置，包括：
[0018] 四极杆、正向主射频、负向主射频、四极激发信号源、偶极激发信号源；
[0019] 所述正向主射频施加在所述四极杆的一对电极杆上，所述负向主射频施加在所述四极杆的另一对电极杆上；所述四极激发信号源和所述偶极激发信号源施加分别在所述四极杆的任意一对电极杆上。
[0020] 本发明所述的四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法，用于离子阱质量分析器，该方法包括：在离子阱质量分析器的一对极板上施加主射频，在任意一对极板上施加四极激发信号，并在任意一对极板上施加相位相反的偶极激发信号。该方案实现了四极增强偶极共振，相比传统方案具有更高的激发效率，对于高气压引起的谱峰展宽效应具有抑制作用，提高了质谱设备尤其是微型质谱仪的检测灵敏度和分辨力，扩展了微型质谱仪的应用范围。本发明所述的四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法还可用于四极杆，提高了分辨能力。
附图说明
[0021] 图1为本发明所述四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法的
流程图；
[0022] 图2(a)至图2(b)为本发明所述四极电场和偶极电场的场形分布图和
电信号连接图；
[0023] 图3(a)为由四极激发产生的稳定区域和不稳定区域示意图；
[0025] 图3(c)至图3(e)为离子轨迹仿真图；
[0026] 图4(a)至图4(c)为在三种四极激发频率时的信号强度图；
[0027] 图5为不同气压下传统的偶极激发和本发明的四极电场联合偶极电场激发的比对图；
[0028] 图6为不同进样时间下传统的偶极激发和本发明的四极电场联合偶极电场激发的比对图；
[0029] 图7为对MRFA和利血平的混合物、bradykinin的比对图；
[0030] 图8为传统的偶极激发和本发明的四极电场联合偶极电场激发的浓度比对图；
[0031] 图9为在四极杆施加四极激发信号和偶极激发信号的电信号施加图。
具体实施方式
[0032] 下面参考附图来说明本发明的
实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件或处理的表示和描述。
[0033] 本发明实施例提供了一种四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法，用于离子阱质量分析器，如图1所示，该方法包括：
[0034] 101、在离子阱质量分析器的一对极板上施加主射频。
[0035] 102、在任意一对极板上施加四极激发信号，并在任意一对极板上施加相位相反的偶极激发信号。
[0036] 其中，四极激发信号的幅值为所述主射频的幅值的0.8％至1.2％。
[0037] 四极激发信号的频率为主射频的频率的1/n，n为大于1的整数。
[0038] 进一步的，偶极激发信号的频率与四极激发频率相对应，具体的，偶极激发信号频率的范围在四极激发信号所产生的不稳定区域对应的频率左右偏移3k以内。
[0039] 对应的，本发明实施例还提供了一种四极电场联合偶极电场的离子共振激发装置，包括：离子阱质量分析器、主射频、四极激发信号源、偶极激发信号源。主射频施加在离子阱质量分析器的任意一对极板上，且四极激发信号源和偶极激发信号源分别施加在离子阱质量分析器的任意一对极板上。如图2(b)所示为一种具体的结构。在竖直方向的一对极板施加主射频Vcos(Ωt)，在
水平方向的一对极板施加了相位相反的偶极激发信号Vd cos(ωd t)，并且在竖直方向的一对电极杆施加了四极激发信号Vq cos(ωq t)。
[0040] 本发明实施例提供的四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法和装置，应用于离子阱质量分析器，实现了四极增强偶极共振，提高了仪器灵敏度，对于高气压引起的谱峰展宽效应具有抑制作用，提高了质谱设备尤其是微型质谱仪的检测灵敏度和分辨力，扩展了微型质谱仪的应用范围。
[0041] 本发明实施例的方案所需的四极电场强度较小，四极电场用于辅助偶极谐振激发。本发明实施例的方案能够抑制由于空间电荷效应带来的分辨率降低。
[0042] 图2(a)为四极电场和偶极电场的场形分布图，图2(b)为电信号的连接图，辅助四极激发信号的接法与主射频的接法一致，可以在主射频上耦合四极激发信号；偶极激发信号的施加方式为在一对相对的极板上施加一对相位相反的信号。其中，四极激发信号为Vq cos(ωq t)，偶极激发信号为Vd cos(ωd t)。
[0043] 从理论
角度来对于本发明实施例进行分析。离子在高气压下理想四极电场中的运动满足
马修(mathieu)方程,
[0044]
[0045]
[0046] 其中c为阻尼系数，u表示离子x或y方向的运动，ξ＝Ωt/2,表示时间维度。Vd为四极电场的幅度大小，ωd为四极激发信号的频率，Vq为偶极电场幅度大小，ωq为偶极激发信号的频率，V为主射频电场的幅度大小，Ω为射频频率，m为离子质量，r0为场半径，U为施加的直流电压。利用辅助四极电场将离子激发起来，施加的辅助四极电场可将马修方程的第一稳定区分裂成“稳定岛”。
[0047] 如图3(a)所示，以v’＝1/3,q’＝0.01为例，稳定区沿着iso-β线分别在β＝1/3和β＝2/3处形成不稳定区域，不稳定区的宽度与施加的电场的幅度有关，当离子运动频率与共振频率满足Kv＝|ν+β|,ν＝0,±1,±2...,K＝1,2,3...其中K为参数激发的阶数,离子将会被激发起来，如果施加的四极电场强度较大，离子将会被弹射出去。图3(b)对该方程做频谱分析，加入四极电场引入了四极场频率(βq)和离子运动频率(β0)的耦合项，以及四极场频率(βq)和偶极激发频率(βd)的耦合项,概括起来包括：2m±(nβq±β0),2m±(nβq±βd),m＝0,±1,±2…,n＝0,±1,±2…。当βq＝2β0，β0＝βd；βq＝β0,β0＝βd四极场和偶极场发生非线性共振，使离子迅速被激发，以达到提高仪器性能的效果，图3(c)、3(d)、3(e)对该激发方法的离子轨迹进行了仿真，可见在同时施加偶极电场和四极电场的情况下，离子的运动幅度较单独施加偶极电场和单独施加四极电场的情况下的幅度要大。
[0048] 本发明实施例的方法可应用到
正弦波频率扫描微型质谱仪上，通过实验测试，与偶极激发的结果进行比较。用于产生离子的离子源为电喷雾离子源(ESI)，质量分析器为线性离子阱，所用的样品为MRFA、利血平以及bradykinin。图4为四极增强的激发点，4(a)为四极激发频率为1/3，四极激发电场在β＝1/3,2/3处形成不稳定区域，在该不稳定区域内施加一定强度的偶极电场，离子信号强度明显增大。4(b)为四极电场激发频率在1/4处，四极激发电场在β＝1/4,2/4,3/4处形成不稳定区域，在该不稳定区域内施加一定强度的偶极电场，离子信号强度明显增大。4(c)为四极激发频率为1/2，四极激发电场在β＝1/2处形成不稳定区域，在该不稳定区域内施加一定强度的偶极电场，离子信号强度明显增大,如果仍然在β＝2/3处施加一个偶极电场，将看不到信号增强的效果，这说明了四极电场的增强作用。
[0049] 图5对不同气压下传统的偶极激发和本发明实施例提供的四极电场联合偶极电场激发方式进行了比较，在相同气压下，四极电场联合偶极电场激发方式的分辨率较传统偶极激发方式的分辨要高，大约能够提升2倍左右。图6测试了不同进样时间T，两种方法的半峰宽，说明空间电荷效应对于两种方案的影响，对于传统的偶极激发，随着进样时间的增加，离子的半峰宽也在增加，而对于四极电场联合偶极电场激发，随着进样时间的增加，其分辨的变化较小，同时信号强度也有所提升。图7对于MRFA和利血平的混合物进行了测试，MRFA的峰宽从3.3Da减小到0.65Da，利血平的半峰宽从3.75Da减小到1.38Da，bradykinin的半峰宽从0.84Da减小到0.46Da，有效抑制了半峰宽。并且采用四极电场联合偶极电场激发的方式，其信号强度均能得到大大的提升。图8对仪器的灵敏度进行了表征，相比于偶极激发方式，四极电场联合偶极电场激发方式的灵敏度能提高2倍左右。
[0050] 此外，本发明实施例还提供了一种四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法，用于四极杆，该方法包括：
[0051] 在四极杆的一对电极杆上施加正向主射频，在另一对电极杆上施加负向主射频。
[0052] 在任意一对电极杆上施加四极激发信号，并在任意一对电极杆上施加相位相反的偶极激发信号。
[0053] 相应的，本发明实施例提供了一种四极电场联合偶极电场的离子共振激发装置，该装置包括：四极杆、正向主射频、负向主射频、四极激发信号源、偶极激发信号源。正向主射频施加在四极杆的一对电极杆上，负向主射频施加在四极杆的另一对电极杆上；四极激发信号源和偶极激发信号源施加分别在四极杆的任意一对电极杆上。
[0054] 在四极杆的操作模式中使用四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法及装置，能够提高四极杆质谱仪的分辨率，在四极杆的操作模式中，四极激发信号可以以耦合的形式施加在主射频上，也可以是以幅度或者频率调制的形式施加在四极杆的主射频上将稳定区划分成不稳定岛，图9为在四极杆施加四极激发信号和偶极激发信号的电信号施加图。
[0055] 为施加在四极杆的主
射频信号，其中 U为施加到四极杆上的直流。如图9的左侧图所示，在x方向施加的正向主射频 在y方向施加了负向主射频- 在x方向的一对电极杆施加了相位相反的偶极激发信号Vdcos(ωdt)，在x方向的一对电极杆施加了四极激发信号Vqcos(ωqt)。可见偶极激发信号的施加方式是四极杆的x方向，四极激发信号的施加方式沿四极杆的y方向。此外也可以沿x方向或者在x方向与y方向上同时施加四极激发信号。示例性的，如图9的右侧图所示，偶极激发信号和四极激发信号同时施加在x方向上。
[0056] 本发明实施例提供的四极电场联合偶极电场的离子共振激发操作方法和装置，应用于四极杆，从而能够提高四极杆质谱仪的分辨能力。
[0057] 虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的
权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本
申请的范围不仅限于
说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
