一種小型化的二級真空矩型離子阱質譜儀及其檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及利用質譜儀器進行生化物質的原位和現場檢測領域，特別設及一種具 有二級真空系統的小型矩型離子阱質譜儀W及提高其分析性能的檢測方法。
【背景技術】
[0002] 質譜分析法是一種高特異性、高靈敏度，并且應用廣泛的普適性化學分析方法。近 年來，原位分析與現場檢測需求的不斷增加，使小型化質譜儀器得到了快速的發展與應用。 在各種質譜儀中，離子阱質譜儀憑借其相對簡單的結構和強大的時間串級質譜能力，在生 命科學、醫藥衛生、環境監測、食品安全等領域發揮著巨大的作用。但傳統的線性離子阱由 于雙曲面形狀的電極結構，不便于小型化。
[0003] 在2004年由PURDUE RESEARCH FOUNDATION發表的國際專利（PCT/US2003/ 041687)，將傳統線性離子阱的雙曲面電極替換為平板電極，提出了矩形離子阱質量分析 器。其在擁有與雙曲面的線性離子阱一樣強大的離子儲存能力的同時有更加簡單的結構， 降低了質量分析器的加工難度和制作成本，成為小型質譜儀一個良好的質量分析器的選 擇。他們團隊也在此基礎上發展了多款基于矩型離子阱的具有一級腔體的小型質譜儀。然 而對于只有一級腔體的小型矩形離子阱質譜儀，離子收集，動能冷卻，質量分析等過程均有 矩形離子阱來完成，其進樣效率低，空間電荷效應明顯，導致分析效率、檢測靈敏度、質量精 度W及分辨率等性能都大大降低。所W提高矩形離子阱質譜的分析效率和性能對質譜小型 化非常重要。
[0004] 在傳統的商用質譜中，有人提出將多個質量分析器聯合使用，結合不同分析器的 特點來提高質譜性能。如MDS Sciex公司發表的美國專利US7049580,提出來一種串聯四極 桿復合線性離子阱質譜，將Ξ重四極桿質譜儀的最后一級四極桿（Q3)改為線性離子阱 化IT)，并結合軸向質量選擇出射功能，提高了靈敏度和分辨率的同時兼有定量分析的功 能。ThermoFinnigan公司提出的美國專利US20080142705,發明了一種雙壓線性離子阱質 譜，結合高壓離子阱與低壓離子阱的優點，提高了分析效率。然而運種雙氣壓阱的模式在原 來LTQ質譜上多了一個線性離子阱與緩沖氣單元，增加了系統的復雜性，并且高氣壓單元的 離子阱是無質量選擇的進行離子收集與傳遞，浪費了其質量選擇能力。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種具有兩級真空系統的小型矩形離子阱質譜儀W及提高 其分析性能的檢測方法，W克服一級腔體的小型質譜儀結構簡單但性能不高的問題，同時 克服現有商用質譜儀雖性能較高但系統復雜的缺陷，使質譜儀不僅結構簡單，對加工精度 要求不高，便于小型化，而且具有良好的分析性能。
[0006] 本發明的技術方案如下：
[0007] -種小型化的二級真空矩型離子阱質譜儀，其特征在于:該質譜儀包括具有氣壓 梯度的兩級真空腔，第一級真空腔內包括大氣壓接口取樣錐、四極桿和離子口電極;第二級 真空腔內包括矩形離子阱和離子檢測器;兩級真空腔之間設有離子光學元件;所述的大氣 壓接口取樣錐、四極桿、離子口電極、離子光學元件和矩形離子阱的中屯、軸位于同一直線 上，構成離子傳輸的路徑。
[0008] 上述技術方案中，所述的離子光學元件由帶孔的平板電極、八極桿、四極桿或它們 的組合構成。所述的孔的直徑在0.02mm-2mm范圍內。
[0009] 本發明的技術特征還在于:第二級真空腔內含有引入緩沖氣體的毛細管，來調節 真空度;所述的緩沖氣體為氮氣、氮氣或空氣。
[0010] 基于所述的一種具有二級真空系統的小型矩形離子阱質譜儀的檢測方法，其特征 在于：第一級真空腔內的四極離子阱和第二級真空腔內的矩形離子阱配合工作為兩種模 式:儲存離子阱-矩形阱模式和同步分析離子阱-矩形阱模式。
[0011] 第一種模式：
[0012] 1)離子進入氣壓為1-0.0011?的第一級真空腔后，對大氣壓接口取樣錐施加直流 電壓，四極桿施加射頻電壓或帶有直流偏置的射頻電壓，離子口電極施加直流電壓，Ξ者組 成四極離子阱進行快速的離子收集;在進行串級質譜分析時，收集到的母離子在四級離子 阱內完成隔離與碎裂過程；
[0013] 2)降低離子口電極的電壓，并利用直流、射頻和輔助AC電壓控制離子光學元件和 矩形離子阱，將目標離子傳遞到位于具有氣壓為0.01化-0.0 OOlPa的第二級真空腔內的矩 形離子阱中；
[0014] 3)提高矩形離子阱中前Z平板電極的電壓，目標離子被束縛在矩形離子阱中并完 成動能冷卻；
[0015] 4)掃描矩形離子阱的射頻電壓，完成目標離子的質量分析；
[0016] 5)在矩形離子阱進行質量分析的同時，四極離子阱進行下一個周期的離子收集。
[0017] 第二種模式：
[0018] 如權利要求1所述的一種小型化的二級真空矩型離子阱質譜儀的檢測方法，其特 征在于該檢測方法采用同步分析離子阱-矩形阱模式，其包括如下步驟：
[0019] 1)離子進入氣壓為1-0.0011?的第一級真空腔后，對大氣壓接口取樣錐施加直流 電壓，四極桿施加射頻電壓或帶有直流偏置的射頻電壓，離子口電極施加直流電壓，Ξ者組 成四極離子阱進行快速的離子收集；
[0020] 2)提高大氣壓接口取樣錐的電壓，目標離子被束縛在四極離子阱中完成動能冷 卻；
[0021] 3)四極離子阱工作在軸向質量選擇模式下與矩形離子阱進行同步射頻掃描，目標 離子按照質荷比由小到大的順序，依次分時地從四極離子阱進入矩形離子阱中進行質量分 析，矩形離子阱內始終只包含所有目標離子中的部分離子。
[0022] 本發明具有W下優點及突出性效果:①所述的具有兩級真空腔的矩型離子阱質譜 儀，第一級真空腔內的四極桿不要求較高分辨，對加工和裝配精度要求不高;第二級真空腔 內的分析器采用矩形離子阱，結構簡單，加工與裝配成本低；從而適合小型化質譜儀的研 審IJ。②儲存離子阱-矩形阱模式利用高氣壓四極離子阱進行離子收集與隔離，然后傳遞到矩 形離子阱中進行質量分析，可W提高信號強度，降低定量檢測限;而且在矩形離子阱質量分 析的同時，四極離子阱可進行下一次離子收集，提高離子利用率的同時大大提高分析通量。 ③同步分析離子阱-矩形阱模式利用四極離子阱進行離子收集與冷卻后，由四極離子阱與 矩形離子阱進行同步掃描分析，減少了矩形離子阱中同一時間存在的離子數量，降低了空 間電荷效應的影響，提高了分辨率。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發明所設及的一種具有二級真空腔的小型矩型離子阱質譜儀的結構示意 圖。
[0024] 圖2是已有的矩形離子阱質量分析器的結構示意圖。
[0025] 圖3(a)傳統的四極桿-矩形離子阱模式進行連續兩次質譜分析的控制時序圖，圖3 (b)為本發明所設及的儲存離子阱-矩形離子阱模式進行連續兩次質譜分析的控制時序圖。
[0026] 圖4(a)傳統的四極桿-矩形離子阱模式進行伊馬替尼藥品的定量校正曲線圖；圖4 (b)本發明所設及的儲存離子阱-矩形離子阱模式進行伊馬替尼藥品的定量校正曲線圖。
[0027] 圖5是本發明所設及的新的檢測方法:儲存離子阱-矩形離子阱模式與傳統的四極 桿-矩形離子阱模式在相同的總進樣時間50ms內得到精氨酸譜峰及其信號強度對比圖。
[0028] 圖6(a)是傳統的四極桿-矩形離子阱模式分析聚乙二醇樣品得到的質譜圖；圖6 (b)是本發明所