CN1685467A - 具有可调离子光学部件的电扇形体飞行时间质谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于预定的飞行时间(TOF)质谱测定方法(200)的设备和方法。本发明的质谱仪包括一个或更多个聚焦电扇形体(250、350、450和550)。至少一个电扇形体与一个离子光学部件(266、267)联结。离子光学部件(266、267)包括至少一种可调电极(260、261)以使可调电极(260、261)能够调整被进入(70)或者退出(72)与其联结的电扇形体(250、350、450或550)的离子感应到的电势。

Description

具有可调离子光学部件的电扇形体飞行时间质谱仪
技术领域
本发明是在化学分析和生物化学分析的领域内，特别是涉及用于采用质谱测定法而具有改进的分辨率和灵敏度的检测分析的设备和方法。
背景技术
飞行时间(TOF)质谱测定方法自其在1946年构思以来经历了令人难忘的发展。目前，TOF质谱测定方法是一种广泛使用的技术，发现对测定大的生物分子的分子质量来说特别有用。由于采用TOF质谱测定方法的质量分析不要求与时间有关的变化磁场或电场，因此对于很宽的质量范围来说能够在较小的时间窗口内进行质量分析。
在其最简单的结构中，TOF质谱仪包括至少三个主要部件：离子源、自由飞行区和离子检测器。在离子源中，通常通过高能量轰击使分子从试样转变到能飞行的离子。每种离子特征在于其质荷比，即m/z。所以，离子源从包括不同质量的分子的试样产生许多种类离子，每一种类具有特性m/z。
在离子化以后，一些极性适合的离子被电场加速到最终速度并且进行自由飞行区。这样的抽取和加速把近乎恒定的动能赋予各个离子。从而，每个离子在加速以后达到与其质量平方根成反比的最终速度。因此，越轻的离子比越重的离子具有越高的速度。
在自由飞行期间，不同质量的离子因其不同的速度而分类。在渡过自由飞行区以后，离子抵达离子检测器部件。离子通过这段距离的需用时间、称之为飞行时间(TOF)可以用来计算离子的质量。用这样的方法，可以把飞行时间范围转换成原试样的质谱。
具有完全相同的质量和动能的离子以非常紧密的包的形式通过自由飞行区。以上所述的包到达离子检测器并且被离子检测器记录，对于在那里面的所有离子而言基本上具有单一的TOF。在以上所述的最佳情况中，质量测定是非常准确而灵敏的，区分质量相似的不同种类离子的能、一种被称之为质量分辨率的性能、也是非常准确而灵敏的。
然而实际上，难以实现这些使用TOF质谱仪的最佳情况。一些随机因素导致把一种能量分布场赋予在离子源内形成的离子。这样的分布场由于在离子初始形成期间离子之间的不均匀性，例如在离子热能、速度、占据空间的位置和形成时间中的差异，就有可能产生。结果是相同离子的包在飞行时间区弥散而因此以较宽的飞行时间分布到达离子检测器。这种较宽的分布降低质谱的准确度、灵敏度和分辨率。因此，所得到的质谱是难以准确测定离子质量的质谱，由于重叠一些信号，因此困难的是分辨同种但不相同质量的离子的能力。这些问题对TOF质谱仪的准确度和应用产生严重的制约。
描述了试图在自由飞行期间补偿这种与质量有关的弥散、通常称之为离子聚焦的各种各样技术。这些聚焦技术中的某些聚焦技术，例如时滞聚焦、后置源聚焦和动态脉冲聚焦，在离子加速期间控制电场。其他一些方法包含通过改变飞行路径长度构成离子聚焦的离子镜或者离子反射镜，以使能量越高的离子相应通过的路径越长。然而，这些技术局限于在限定质量范围内的离子聚焦。
另一种聚焦技术使用电扇形体构成的弯曲偏转电场。美国专利No.3576992(Moorman等人)和No.3863068(Poschenrieder)描述使用电扇形体的离子聚焦技术。电扇形体包括在其间具有偏转电场的弯曲的静电板对。离子进入电扇形体并且在退出之前在其内被电场偏转而沿着弯曲路径旋转。因为在电扇形体里不同能量的离子沿着不同路径旋转所以发生离子聚焦。能量越高的离子沿着越长的弯曲路径以比能量较低的离子低的角速度旋转。因此，为了通过电扇形体能量越高的离子比能量越低的离子需要越长的时间，需要一种与在直线自由飞行区中质量分辨率的弥散和损失相反而因此补偿在直线自由飞行区中分辨率的弥散和损失的走向。在电扇形体和自由飞行区之间恰当分配离子飞行路径的情况下，离子聚焦可以产生具有较高质量分辨率和灵敏度TOF质谱。
在Poschenrieder和其他一些参考文献(T.Sakurai等人，“用作具有多对称性的飞行时间质谱仪的离子镜片”，Int，J.Mass.Spectrom.Ion Proc.63，PP273-287(1985)；T.Sakurai等人，“新式飞行时间质谱仪”，Int.J.Mass.Spectrom.Ion Proc.66，PP283-290(1985))中描述了进一步的增强。串联排列许多电扇形体，各个电扇形体序贯地使单离子飞行路径偏转而聚焦。这种排列也考虑到可以位于各个电扇形之前和跟接各个电扇形体的许多自由飞行区。而且，许多电扇形体可以安装成为提高能量和立体聚焦而构成的一种紧凑、对称的排列。由于可以使离子飞行路径的总长度容纳在非常小的容积的空间里因此紧溱的特点是一种进一步的优点，从而节省设备里的宝贵空间。
虽然说明了在TOF质谱仪中电扇形体的某些优点，但其应用仍然由于一些缺点而受到限制。例如，电扇形体的离子聚焦能力显著的依赖于其电场性质和一些物理参数并且对电场性质和一些物理参数是敏感的。这些参数中的微小偏差能够大大地影响其离子聚焦能力。因此，对于获得理想的结果来说，建立和安装电扇形体是困难的。而且，在其构造和安装以后通过机械方法改变或者调整这些参数也是极其困难的。
因此，最理想的是提供用于进行带有离子聚焦电扇形体的TOF质谱测定方法的设备和方法，以提高质谱的质量分辨率和/或灵敏度。
最理想的是提供用于进行带有离子聚焦电扇形体的TOF质谱测定方法的设备和方法以使电扇形体的离子聚焦性能是容易调节的，因此进行TOF质谱仪中的调整可以提高质量分辨率或灵敏度。
发明内容
本发明通过提供一种具有一个或更多个电扇形体的飞行时间质谱仪来满足以上所述的一些要求和其他一些要求。电扇形体中至少一个电扇形体与一个或更多个离子光学部件相联结。把离子光学部件配置在电扇形体中的或是入口或是出口或者既是入口又是出口处，以便光学部件调整被进入或退出与其有关联的电扇形体的离子感应到电势。每个光学部件包括至少一种微调电极，其中微调电极的电位是可调的。而且，每种微调电极相对于其他可调节的微调电极和其他电扇形体是可以独立调节的。所以，每种可调节的微调电极可以提供调整电扇形体中的离子聚焦性能的附加自由度而不需要更困难的机械调节或者电扇形体自身的变换。
在本发明的另一个实施例中，TOF质谱仪进一步包括许多呈对称排列的电扇形体。电扇形体的这种排列使离子偏转进入相应对称的飞行路径，因而在紧凑的空间中提供辅助离子聚焦的能力。电扇形体中至少一个电扇形体与一个或更多个离子光学部件相联结。每个离子光学部件包括至少一种如以上所述的可独立调节的微调电极。
另一方面，提供使本发明TOF质谱仪的调整能够提高所获得的质谱的质量分辨率或灵敏度的一些方法。通过调节其中提供的一个或更多个离子光学部件中的可调节的微调电极来进行这种调整，因而改进质谱仪的离子聚焦性能。观察和比较调节对质谱的效果可以用来进一步控制微调电极调节，直至获得理想的质谱。
本发明提供包括限定离子飞行路径并具有离子进入口和离子退出口的离子飞行路径装置；包括用于使从离子源进入离子飞行路径装置离子进入口的离子脉冲加速的装置的离子源；与离子飞行路径装置的离子进入口连通的离子检测器以及用于记录所检测的离子的飞行时间范围的装置的一种飞行时间质谱仪。离子飞行路径装置包括至少一个无场区；至少一个电扇形体；具有入口和出口的各个电扇形体；以及至少一个与至少一个电扇形体联结的离子光学部件，其中每个离子光学部件调整被进入或退出电扇形体的离子感应到的电势。
在本发明的某些实施例中，离子光学部件可以包括聚焦透镜和/或至少一个可调节地改变被进入或退出电场的离子感受到的电势的可调节的微调电极。可以把可调节的微调电极配置在电扇形体的入口和出口之间。一般，微调电极可以包括一对或者许多对微调电极，其中每对微调电极与电扇形体中的或是入口或是出口相联结。微调电极对可以安装成使离子在二个微调电极之间通过。
在某些实施例中，质谱仪可以包括许多电扇形体，最好是四个电扇形体，其中无场区使各个电扇形体分开。一般，每个电扇形体具有大约270度的偏转角。质谱仪可以包括在第一电扇形体之前和在最后的电扇形体之后的无场区。
在某些实施例中，本发明的质谱仪包括许多电扇形体，其中可调节的微调电极包括第一对可调节的微调电极和第二对可调节的微调电极，每一对安装成使离子在该对的可调节的微调电极之间通过，其中第一对与紧接离子飞行路径离子进入口的电扇形体入口相联结而第二对与紧接离子飞行路径离子退出口的电扇形体出口相联结。
在某些实施例中，离子源可以包括激光解吸/电离装置、化学电离装置、电子碰撞电离装置、光电离装置或者电火花电离装置。离子源也可以包括用于选择供应一种或更多种质量或者一个或更多个质量范围的离子，或者其碎片的装置，例如四级离子陷阱或者线性离子陷阱。
在某些实施例中，用于加速离子脉冲的装置包括在离子形成之后施加的脉冲电压。离子源可以包括从脉冲离子束或者连续离子束以大体上与束方向正交的方向抽取一组离子的装置。
在某些实施例中，质谱仪可以包括至少一个具有小孔的Herzog分流器，其中Herzog分流器与或是电扇形体入口或是电扇形体出口相联结以便离子可以通过小孔。在另一个实施例中，质谱仪可以包括封装至少一个电扇形体的外壳，该外壳可以包含至少一个为起Herzog分流器作用而配置的小孔。
在某些实施例中，本发明进一步包括为调节微调电极而配置的控制系统，其中该种调节可调地改变被进入或退出电扇形体的离子感应到的电势。控制系统可以包括软件程序。
本发明还提供一种用于调整飞行时间质谱仪的方法。该方法包括准备本发明的质谱仪，在第一设置时测定检测离子的分辨率或灵敏度，在第二设置时测定检测离子的分辨率或灵敏度和在第二设置时确定检测离子的分辨率或者灵敏度是改进了还是降低了。通过对至少一种可调节的微调电极施加电压、获得来自离子源的离子的第一个质谱和从第一个质谱测定检测的分辨率或灵敏度，测定在第一设置时检测的分辨率或灵敏度。通过调节对至少一种可调节的微调电极施加的电压、获得来自离子源的离子的第二个质谱和从第二个质谱测定检测的分辨率或灵敏度，可以测定在第二设置时的分辨率或灵敏度。
如果在第二设置时测得降低的分辨率或灵敏度，则方法可以进一步包括在第三设置时测定检测离子的分辨率或灵敏度以及确定在第三设置时检测离子的分辨率或灵敏度是改进了还是降低了。通过以与第二设置的调节相反的方向调节对至少一种可调节的微调电极施加的电压，获得来自离子源的离子的第三个质谱以及从第三个质谱测定检测的分辨率或灵敏度可以测定在第三设置时检测离子的分辨率或灵敏度。
如果在第二设置时测得改进的分辨率或灵敏度，则在第三设置时通过以与第二设置的调节相同的方向调节对至少一种可调节的电极施加的电压，获得来自离子源的离子的第三个质谱以及从第三个质谱测定检测的分辨率或灵敏度可以代替测定检测离子的分辨率或灵敏度。
附图说明
由于结合附图看下面的详细描述因此本发明的上述和其他的目的以及优点会是显而易见的，在附图中相同的标记自始至终表示相同的部分，而其中：
图1是本发明的一个实施例的示意顶视横截面图；
图2是在标准离子飞行路径垂直于图平面的情况下本发明的敞开的电扇形体的示意图；
图3是本发明另一个实施例的示意顶视横截面图；
图4是在标准离子飞行路径垂直于图平面的情况下并在标尺寸的情况下本发明的敞开的电扇形体的示意图；
图5A和5B分别是本发明的敞开的电扇形体的示意顶视横截面图和部件分解等角图；
图6A、6B和6C是使用根据本发明的设备而获得的IgG(免疫球蛋白G)典型质谱部分；
图7A-7H是使用根据本发明的设备的一般牛血浆白蛋白水解液典型质谱部分；
图8A和8B是使用根据本发明的设备的一般牛血浆白蛋白水解液典型质谱部分；
图9是使用根据本发明的设备的促肾上腺皮质荷尔蒙典型质谱部分；以及
图10是本发明的另一个实施例的示意顶视横截面图。
发明的详细描述
具体实施方式
定义
正如在本文中使用的那样，在下面列举的一些具有特殊性的术语有下列的一些定义。如果不另作定义的话，那么在本文中采用的所有术语具有精通本发明有关技术的人通常所理解的含义。
“离子源”指的是质谱仪中的一种适用于从试样产生和抽取许多离子的部件。用图1和10中的标记数字110以及图3中的标记数字210表示离子源。
“离子飞行路径”是指离子在质谱仪设备里在“离子进入口”和“离子退出口”之间所占用的路径。可以用标准离子沿着而行的路径作为离子飞行路径的例子，例如在图1和10中的标记数字50、52和54以及在图3中的标记数字60表示的一些离子飞行路径。
“离子飞行路径装置”指的是质谱仪设备中的限定离子飞行路径的部件。离子飞行路径装置具有离子进入口和离子退出口，并且可以包括至少一个无场区、至少一个电扇形体和至少一个离子光学部件。图1和10中的典型离子飞行路径装置包括自由飞行区120和125、电扇形体150以及离子光学部件166和167。图3所示的实施例中的离子飞行路径装置包括自由飞行区220、222、224、226和228；电扇形体250、350、450和550；以及与电扇形体联结的离子光学部件。
“无场区”指的是离子飞行路径中的使离子可以在没有直线加速度或角加速度的情况下通过的一个或更多个区段。用图1中的标记数字120和125以及图3中的标记数字220、222、224、226和228表示无场区。
“电扇形体”指的是质谱仪设备中的限定离子飞行路径中的弯曲偏转区域的部件。电扇形体包括为通过角加速度偏转离子以使离子沿着弯曲路径而行所配置的二个在其间有电场的偏转电极。在附图中例如用标记数字150、250、350、450和550表示电扇形体。
“离子光学部件”是指质谱仪设备中的为改变被在离子飞行路径中的离子感应到的电势而配置与电扇形体截然不同的部件。在离子光学部件与电扇形体相联结时，随着离子进入、退出或者通过电扇形体时把调整的电势施加于离子。例如用图1和10中的标记数字166和167以及图3、5A和5B中的标记数字266和267表示离子光学部件。
“离子检测器”指的是质谱仪设备中的适用于检测进入离子飞行路径以后的离子的部件。终端离子的检测是用来测定该离子的飞行时间。为了用图说明，用图1和10中的标记数字180以及用图3中的标记数字280表示离子检测器。
“微调电极”指的是离子光学部件中的为了改变被在离子飞行路径上的离子感应到的电势而配置的一个或更多个部件。本发明包括可调节的微调电极。用图1和10上的标记数字160-163以及图3、5A和5B上的标记数字260-263表示用图例举的一些微调电极。
“碎片”指的是由分子离子分解产生的离子。在试样电离期间或者以后可以生成碎片。
“偏转角”指的是根据电扇形体的弧度观测到使在离子飞行路径上的离子偏转的角度。例如，在图1和10中电扇形体的偏转角约为180°而在图3中每个电扇形体的偏转角约为270°。
“离子陷阱”指的是离子源中适用于在其抽取之前捕获在离子源中形成的离子的部件。离子陷阱使用为选择地捕获和供应一种或更多种质量或者一个或更多个质量范围的离子，或者其碎片而配置的电场。离子陷阱包括四级离子陷阱和线性离子陷阱。
“Herzog分流器”指的是质谱仪设备中适用于限制电扇形体终端电场的部件或结构。Herzog分流装置有自始至终允许离子飞行路径穿过的小孔。用图1和10中的标记数字170和171以及用图3、5A和5B中的标记数字270和275表示用图例举的Herzog分流器。用在图10上的标记数字370和375-376分别表示的外壳和小孔也起Herzog分流器的作用。
“聚焦透镜(einzel lens)”是离子光学部件中包括一个或更多个电极适用于使在离子飞行路径上径向分布的离子聚焦的部件。
“分辨率”指的是当一些信号和/或测量质量信号的宽度随着其测定的质量的比例而分开时区分除了质量不相同的离子外的质量相似的离子的能力。
“灵敏度”指的是检测和辨别在质谱噪声上的信号的能力，由此确定为检测信号而要求的试样最小量。
“准确度”指的是校准质谱仪对一种离子提供接近这种离子预测质量的质量值的能力。
“谱限”指的是在单个谱内质谱仪能够从给定试样中检测和测量某个质量和/或飞行时间范围的限度。在质谱的谱限外面的离子通常是不可检测的。
本发明的描述
在本发明的设备中，包括一些可独立而快速调节的一些微调电极的离子光学部件为调整被通过电扇形体的离子感应到的电势而提供附加自由度。在这样的方法中，电扇形体的离子聚焦性能也是可独立而快速调节的，而不需要困难的机械调整或者电扇形体自身的调节。因此，本发明的离子光学部件大大地改进TOF质谱仪设备的性能及其使用的方法。
参阅图1，根据本发明，设备100包括以顶视横截面图方式表示TOF质谱仪。横截面穿过由标准离子自始至终通过的飞行路径50确定的平面。设备100包括离子源110、自由飞行区120和125、电扇形体150、离子光学部件166和167、Herzog分流器170和171以及离子检测器180。在TOF质谱仪的典型动作期间，在离子源110内产生一些离子并被加速，在自由飞行区120内分开，通过分流器170的小孔175，在离子光学部件166中的成对微调电极160和161之间通过，并且经由入口156进入电扇形体150。外侧和内侧电极154和152分别在其间构成使离子偏转成弯曲路径的电场。然后离子经由出口158退出，在离子光学部件167中的成对微调电极162和163之间通过、穿过分流器171中的小孔176，在自由飞行区125内分开，并且在到达离子检测器180上时被检测。飞行路径50是标准离子的路径，而飞行路径52和54是具有比标准离子的角度稍大或稍小角度的离开离子源110离子所占用的路径的示意表示。
因此，离子飞行路径被限定在设备100内，就离子飞行路径来说，飞行路径50是一个代表性的例子。飞行路径50包括与自由飞行区120连通的离子源110使离子进入飞行路径50的离子进入口40。相应的是，飞行路径50进一步包括离子在到达与自由飞行区125连通的离子检测器180时退出飞行路径50的离子退出口42。
离子源110包括用于产生技术上已知的离子的装置，因此包括任何一种在比较小的容积内和在比较短的时间内产生大量离子在技术上已知的装置或方法。也包括在任何一种用于产生离子脉冲在技术上已知的装置或方法，以致离子脉冲具有好像离子是在比较小的容积内和在比较短的时间内产生的状态或者呈现似乎在比较小的容积内和在比较短的时间内产生离子。离子源110可以包括以连续方式或者脉冲方式形成离子的装置。离子源也可以包括聚集离子的装置，例如四级离子陷阱或者线性离子陷阱。
离子源110例如可以包括使用与固体表面相互作用的脉冲激光器、使在小容积内的气体离子化的脉冲聚焦激光器、或者与气体或固体表面相互作用的脉冲电子束或离子束的装置。在另一个例子中，离子源110为了产生脉冲离子可以使用采用快速扫描在狭缝上面通过的连续离子束的装置，其中当离子束在狭缝上面通过时由穿过狭缝的离子产生离子的短脉冲。离子源110可以使用，但不是限定使用的电火花电离、激光解吸/电离(“LDI”)、矩阵加速的激光解吸/电离(“MALDI”)、表面增强型激光解吸/电离(“SELDI”)、表面增强型纯解吸(“SEND”)、快原子轰击、表面增强型对光不稳定附着和释放、脉冲型离子抽取、等离子体解吸、多光子电离、电子碰撞电离、电感耦合等离子体、化学电离、大气压化学电离、过热源电离等等。
而且，离子源110也可以包括从其中选择供应一个或更多个质量或者一个或更多个质量范围的离子，或碎片的装置。通过本发明的TOF质量谱仪以串联方式与许多包括磁扇形体、静电分析计、离子陷阱、四级离子陷阱、四级质量过滤器和TOF器件的分析器组合可以做成功上述的装置。
离子源110也可以可以包括用于离子抽取或者从离子源到离子飞行路径中的离子进入口40使离子加速的装置。抽取方法可以是与离子源110中产生的离子束平行的或者是垂直的。此外，离子形成以后，例如通过施加脉冲电压可以造成离子的抽取或者加速。
而且，离子检测器180包括大家知道的、用于检测离子和放大其信号的装置，在这里也不打算详细地讨论。例如，离子检测器180可以包括连续电子倍增器、分立倍增极电子倍增器、闪烁计数器、法拉第杯、光电倍增管等等。离子检测器180也可以包括用于记录在其内检测的离子的装置，例如计算机或其他电子设备。
电扇形体150包括内侧偏转电极152和外侧偏转电极154。参阅图2，使离子飞行路径大致垂直于图平面就表示出电扇形体150中的入口156的视图。如所表示的那样，电扇形体进一步包括分别是190和192的顶部Matsuda板和底部Mastuda板。在最佳实施例中，两个偏转电极都是圆柱形的截面而外侧电极154具有比内侧电极152大的半径。可替换的是，静电板可以符合其他的形状，例如环形截面或球形截面。一些进一步替换的实施例包括内侧板和外侧板的半径基本上相同而因此在顶部和底部处聚焦的静电板，例如在采用环形截面的时候。Matsuda板190和192本身是为在防止离子退出电扇形体的顶部或底部期间进一步控制离子通过电扇形体而配置的电极，因而增大电扇形体的离子传输率。
再参阅图1，在电扇形体150中的相应开口处安装入口Herzog分流器170和出口Herzog分流器171。这些Herzog分流器是具有与电扇形体里的平均电位大致相同的电位的电极。正如在技术上所知道的那样，Herzog分流器的用途是为了使电扇形体的电场尽可能近地终接到其开口，从而接近一个理想偏转电场。而且，当离子穿过Herzog分流器中的小孔175和176时，由于较窄的离子轨道范围因此随着离子进入和退出电扇形体时小孔起选择作用。最理想的是Herzog分流器小孔175和176的形状与联结它们的电扇形体开口的形状相符合。例如，在内侧电极152和外侧电极154是圆柱形截面的实施例中，与入口156或出口158相联结的Herzog分流器小孔的最佳形状在外形共形上是矩形。Herzog分流器的小孔具有比联结分流器的电扇形体的入口或出口小的尺寸也是最理想的。
离子光学部件166与电扇形体150联结，被配置在入口156处。同样，离子光学部件167被配置在出口158处。离子光学部件166包括一对微调电极160和161；同样，部件167包括微调电极162和163。两对微调电极都使飞行路径50能够在成对的微调电极之间通过。最理想的是使给定的离子光学部件中的微调电极对离开比联结离子光学部件的电扇形体入口或出口中的内侧和外侧电极离开的距离小的距离。每种微调电极具有相对于其他可调节的微调电极以及相对于偏转电极152和154能够可独立调节的电位。因而，每种可调节的微调电极提供调整电扇形体150的离子聚焦性能的附加自由度。
正如在Herzog分流器小孔的情况中那样，最理想的是微调电极的内侧边缘与联结它们的电扇形体开口的形状相符合。例如，在图1所示的实施例中，微调电极160的内侧边缘与外侧偏转电极154的内侧边缘形状极好地相符合。其他一些微调电极的内侧边缘与其相应的一些电扇形体开口相当符合。
在一对微调电极(形成一种离子光学部件)和Herzog分流器与给定的电扇形体开口(入口和出口)联结的实施例中，如以上所描述那样，最理想的是内侧电扇形体电极和外侧电扇形体电极的离开大于微调电极对分开的距离。此外，在微调电极之间分开的距离又大于与其联结的Herzog分流器小孔宽度。
包括微调电极的本发明离子光学部件构成用于随着离子退出或进入电扇形体而调整被在离子飞行路径中的离子感应到的电势的装置。本发明的微调电极构成用于提供可调节电位的装置。例如，通过以图所示的方式使离子光学部件166和167相对于电扇形体150的开口和离子飞行路径50定位，每个部件能够随着离子进入或退出电扇形体150改变被离子感应到的电势。因此，调节离子光学部件的电压相应地改变被离子感应到的电势。在没有调节Herzog分流器170和171或者偏转电极152和154的电压的情况下可以进行这些调节。在这样的方式中，对电扇形体150的离子光学性能可以快速而有效地进行极细微的调节而不需要对电扇形体本身直接调节。下面描述由离子光学部件提供一些优点的例子。
本发明的离子光学部可以用来调节电扇形体150的偏转角而对其别的离子光学性能没有显著的影响。在先技术飞行时间质谱仪的电扇形体不包括任何有选择地或专门地调节被进入或退出的离子感应到的电势的装置。改变或是偏转电极152或是偏转电极154的电位改变了整个电扇形体的离子光学性质，而因此对在或是入口156或是出口158处的电场来说是没有特效的。更准确地说，调节偏转电极152或154对离子聚焦性能和能量范围将有显著的影响以致为了选择而设置电扇形体。为了造成增大或减小离子的偏转而调节本发明的离子光学部件166和167便于对偏转角进行更细微和更快速地调节而没有显著地改变电扇形体的其他性能。
本发明的设备中的离子光学部件提供的另一个优点是改变电扇形体150的离子聚焦性能。例如，调节在出口158处的离子光学部件167(通过对微调电极162和163施加相等的非零电压)可以用来改变具有类似于横向或横切接近飞行路径出口42的飞行路径54和飞行路径52的飞行路径的离子的点位置。飞行路径的上述改变可以引起电扇形体150离子聚焦性能的改变和飞行时间质谱仪的灵敏度和/或分辨率的改进。
本发明提供至少二种类型的优点。第一类优点起因于为调整或改变TOF质谱仪中的联结的电扇形体的性能而使用本发明的离子光学部件，因此电扇形体具有根据设计的技术要求预计的离子光学性能。以这样的方式使用离子光学部件对在电扇形体的制造或机械设计中的误差、缺陷或偏差可以补偿。第二类优点起因于在缺少本发明的电扇形体的情况中是不能达到的一些离于光学性能的综合应用。此外，因为这些性能是可调节的，所以并入本发明的TOF质谱仪的性能实际上可以优于根据常规电扇形体设计的理论上的性能。
例如，使以上所述的四个微调电极中的各个微调电极上的电位增加相同的幅度可以导致改变在径向平面内的离子聚焦。在另一个例子中，在使用第一离子光学部件的电扇形体入口处可以加个离子束的小偏转而在使用第二离子光学部件的离子光学部件的电扇形体出口处可以施加相反的偏转。虽然这种细致的调节在电扇形体范围内的净偏转中没有造成变化，但是稍微改变了通过电扇形体的离子所占用的路径。因此，由于在电扇形体范围里的有效路径内相对于通过无场(例如自由飞行)区的路径的变化而可以改变本发明TOF质谱仪的总性能。
精通这种技术的人可以想像到由于调节在本发明微调电极上的电位而引发的其他一些应用和优点。像这样的一些应用和优点是在本发明的范畴内。虽然这时候不可能全面地考察微调电极电位及其调节对电扇形体离子光学性能的所有影响的准确性，但是我们通过调节微调电极的电位证明比起在先设备来能够大大地改进本发明TOF质谱仪的分辨率和其他一些性能。
只要通过使用一个或更多个与相当于电势形状的物理形状相符合的微调电极就可以完成使用本发明离子光学部件的可调电势场。本发明的微调电极也可以提供相似或相同形状的可调节的电势而不要求必须有相同物理形状的微调电极。可以用例如半导体或不良导体材料或者用导体或半导体材料全部或部分覆盖的绝缘材料制造上述的电极。可以把上述的导体或半导体材料制作成例如，薄片或线。不言而喻，产生所希望的可调电势的任何形状微调电极是在本发明的范畴内。
本发明的离子光学部件不必局限于单一的微调电极对。例如，可以把三个或三个以上的许多微调电极配置在电扇形体的入口或出口处，以致它们构成一种离子光学部件。就微调电极来说，可以把上述的许多微调电极排列成一些相对的对、成点对称排列或者任何其他合适的排列。以上述的方式配置的离子光学部件中的附加微调电极不仅提供调整被离子感应到电势的附加自由度而且还可以提供另外一些优点。例如，附加微调电极可以使操作者能够使进入或退出与其联结的电扇形体的离子以垂直于电扇形体和所有的离子飞行路径的方向偏转。用于垂直偏转的微调电极可以具有不一定与电扇形体偏转电极的形状相符合的边缘，使本发明的微调电极与任何特定形状一致也是没有必要的。
虽然在最佳实施例中的联结的电扇形体的入口和出口两处都配置本发明的离子光学部件，但是离子光学部件相对于电扇形体的其他一些组合和排列是在发明的范畴内。
最好把离子光学部件中的微调电极放到接近其联结的电扇形体入口或出口处，只要相对于偏转电极保持一个间距就足以保持设备设计要求的电位差。同样，最好也把Herzog分流器放到接近其联结的离子光学部件和电扇形体的位置。在最佳实施例中，Herzog分流器和微调电极之间的间距与微调电极和电扇形体开口之间的间距相同。然而，上述部件的位置中的变化造成不同间距或者不同间距比是在本发明的范畴内。例如，可以增加在微调电极和电扇形体之间或者在Herzog分流器和微调电极之间的距离而没有违反本发明的精神。而且，在靠近电扇形体的入口或出口处可以任意移动微调电极的位置。实际上，微调电极甚至可以被移动到电扇形体中的偏转电极之间的区域。精通技术的人们会认识到在微调电极几何结构中的上述所有变化构成用于随着离子退出或进入电扇形体时调整被在离子飞行路径中的离子感应到的电势的装置而因此是在本发明的范围内。
在最佳实施例中，给定的离子光学部件的微调电极厚度小于微调电极分开的间距。然而，根据这个实施例，只要属于本发明的范畴内微调电极的尺寸就可以在一个宽范围内变化。例如，微调电极的厚度可以加大到通过离子光学部件的离子移动的距离大于微调电极分开的间距乃至电扇形体的分开间距的程度。在最佳实施例中，微调电极厚度与联结的Herzog分流器的厚度大致相同。而且，偏离这种相互关系是在本发明的范畴内。
包括偏转电极、微调电极、Herzog分流器和Matsuda板的本发明中的一些电极是用在技术上大家知道的材料制成。一般来说，适用于电极的材料大概包括可以从外电源加电压的金属、金属合金、复合材料、聚合物、离子固体及其化合物或混合物。可以用导体、半导体和/或不良导体的材料制作本发明的电极。也可以用像薄片、线或诸如此类的、覆盖有导体材料、半导体材料或不良导体材料或者支撑导体材料、半导体材料或不良导体材料的绝缘材料制作电极。
如以上所述，例如关于电扇形体和电极，就它们的材料成分、构造、排列、形状、配置而论，本发明的离子光学部件和微调电极可以各具有不同并且独立的特性。因此，不言而喻，可以在TOF质谱仪里实现具有不同或者类似特性的离子光学部件和微调电极的任何恰当组合而因此是在本发明的范畴内。
就图3而论，以顶视横截面图示意说明本发明TOF质谱仪的最佳实施例。横截面穿过标准离子飞行路径60确定的平面。设备200是包括四个相同的电扇形体250、350、450和550的TOF质谱仪，每个电扇形体限定大致270°扇形的弯曲偏转场。把四个电扇形体中的每个电扇形体放在自由飞行区，即220、222、224、226和228之前和之后。电扇形体和自由飞行区的这种对称排列提供如在Sakurai等人“具有多重对称的飞行时间质谱仪的电子光学”，Int.J.of Mass Spectrom.Ion Proc.63，PP273-287(1985)中所述的包括等时聚焦和空间聚焦两者的一些优点。这种对称排列也提供使比较长的飞行路径60被紧凑地容纳在非常小尺寸的空间里，因而使质谱仪的总体尺寸减小的优点。在最佳的排列中，在调节其间的自由飞行区时候把四个电扇形体中的每个电扇形体放在适当位置以使由每个扇形体确定的平面与其他一些扇形体的平面平行并且共面。
设备200进一步包括离子源210和离子检测器280，离子源210和离子检测器280两者就其功能来说类似于图1所示的设备100中的部件。同样，电扇形体250、350、450和550中的每个电扇形体包括与别的电扇形体基本上一样的部件并具有与以上所述的电扇形体150基本上一样的功能。因此，如果下面的描述适用于其他电扇形体，那么将只参考电扇形体250中的部件。
在设备200的典型运行期间，从离子源210产生并抽取从试样得到的离子、从试样得到的离子沿着飞行路径被分离和聚焦以及最后在到达离子检测器280时被检测。飞行路径60包括离子进入口70和离子退出口72并且被按图所示排列的四个电扇形体(250、350、450和550)以及五个自由飞行区(220、222、224、226和228)限定而其中的每一个电扇形体或自由飞行区与其邻近的电扇形体或自由飞行区互通。离子在退出离子源210和进入自由飞行区220期间经由离子进入口70进入飞行路径60。相应的是，离子在从自由飞行区228进入离子检测器280期间经由离子退出口72退出飞行路径60。
在设备200的最佳实施例中，由表1和3列举的设计参数“D1”和“D2”数值规定自由飞行区的长度。在最佳实施例中，自由飞行区222和226的长度大体上是相同的长度，其中这个长度是二倍“D2”。自由飞行区224的长度大体上是自由飞行区220和228的长度二倍，其中用“D1”规定自由飞行区220和228的长度。然而，精通技术的人会明白，为了改变设备的性能或其他所希望的特性可以进一步调节和/或改变这些错误长度。例如，因为以上所述的错误长度而修改分别与离子源210和离子检测器280相联结的自由飞行区220和228的长度，取决于设备中使用的实际离子源和/或离子检测器。
第一电扇形体250包括内侧偏转电极252和外侧偏转电极254。电扇形体的入口256与具有小孔271的Herzog分流器270联结。同样，具有小孔276的Herzog分流器275与在出口258处与电扇形体联结。
也与入口256和出口258相联结的分别是离子光学部件266和267。离子光学部件266包括微调电极260和261，同样，离子光学部件267包括微调电极262和263。在这种特定的实施例中，电扇形体350、450和550包括与电扇形体250相同的部件，而因此将不分别讨论。
图4表示图3中的电扇形体250的入口256的示意图，以使标准离子飞行路径大致垂直于图平面。以上所述的图规定尺寸：Ss，电扇形体250中的内侧偏转电极252和外侧偏转电极254之间的距离；WM，Matsuda板284和285的宽度；Hs，电扇形体偏转电极252和254的高度；以及SM，Matsuda板284和285与电扇形体偏转电极252和254之间的间距。
图5A表示电扇形体入口256到包括内侧偏转电极252和外侧偏转电极254的电扇形体250的顶视横截面图。为了说明起见，省略图4所示的Matsuda板。在这张图中还画的是离子光学部件266(包括微调电极260和261)和Herzog分流器270(包括Herzog分流器小孔271)。在这张图中标明在表1和3(看下文)列举的各种尺寸、数值。这些尺寸包括微调电极厚度(TT)、微调电极间距(Ts)、微调电极到偏转电极距离(TEs)、Herzog分流器厚度、Herzog分流器与微调电极间距(HTs)、Herzog分流器开口高度(HH)和Herzog分流器开口宽度(Hw)。
图5B表示具有标出的各个尺寸、表1和表3(看下面)列举的数值的入口256到电扇形体250的相应部件分解等角图。正如在图5A的情况中那样，估量这些尺寸的数值能够反映出图3所示的所有四个电扇形体的特征。以英寸给出所有的尺寸，除非另有说明。
在各种实施例中，离子光学部件可以包括聚焦透镜。技术上众所周知，聚焦透镜包括为聚焦离子束而配置的多个电极。聚焦透镜可以替代或者结合已经描述过的可调电极使用。
先用SIMION7、一种市场上可以买得到的离子光学模拟程序(SIMION 7，P.O.Box 2726，Idaho Falls，ID 83403，USA)、模拟本发明的TOFMS设备，然后构造样机以供测试性能并使品质因数与在先技术中报导的数值相比较。
四个微调电极加入到电扇形体为调整各个电扇形体的离子光学性质提供多达四个附加调节，即四个自由度。在模拟离子光学中不一定甚至不希望使用所有这些自由度。在模拟中，不一定对在扇形体的机械校正中的小误差作修正，因为不需要这些调整。
因而，为了模拟，我们只把在内侧和外侧微调电极上的电位的和与差用作调整质谱仪中的调节参数。对所有的外侧微调电极施加相同的电压而对所有的内侧微调电极施加另一个电压。不言而喻，本发明不局限于在这种模式中施加的电压，并且其他可能的附属设备(直到各个微调电极并包括各个微调电极)可以各具有不同的施加电压。
表I
模拟发明实施例尺寸和电压
参数 模拟发明实施例
电扇形体半径 2.00
偏转角 270度
D1 4.76
D2 3.12
Ss 0.36
WM 0.20
Hs 1.12
SM 0.12
微调电极厚度(TT) 0.16
微调电极间距(Ts) 0.22
微调电极到电扇形体电极空间(TEs) 0.14
Herzog分流器厚度(HT) 0.16
Herzog分流器与微调电极间距(HTs) 0.14
Herzog分流器开口高度(HH) 0.40
Herzog分流器开口宽度(HW) 0.20
离子加速电压 10000伏
电扇形体外侧电极上电位 1739伏
电扇形体内侧电极上电位 -1971伏
Matsuda板上电位 183伏
内侧微调电极上电位 339伏
外侧微调电极上电位 343伏
在表1中给出的工作电位组是在这种特定几何结构中产生用于10KV离子的最大分辨率的模拟期间发现的许多组合中是最好的。通过使所有飞行时间的一级和二级象差系数(aberration coefficient)绝对值的和减小到最低程度来进行样机的调整。因为对这种设计来说在x(在离子飞行路径内、垂直于标准离子的路径)和对应角d中的偏差是不对称的，所以也计算这些偏差的象差。在计算中包括31个象差项时用于最佳化的偏差x0、α0、y0、β0和δ的数值是产生16000以上的最佳分辨率的0.2毫米、0.2度、0.2毫米、0.2度和0.001。
在表2中对这组电位组的这些计算结果与在Sakurai等人，“新型飞行时间质谱仪”，Jnt.J.Mass Spectrom，Ion Proc.66 PP283-290(1985)(“Sakurai I”)中公开的象差系数相比较；象差系数的确定如在“Sakurai I”中和在Sakurai等人，“用于具有多重对称的飞行时间质谱仪的离子光学”，Int.J.Mass.Spectrom.Ion Proc.63，PP273-288(1985)(“Sakurai II”)中所述。
表2
象差系数的比较
象差系数 Sakurai I 模拟发明实施例
Lx  0.0000  0.0005
Lα  0.0000  0.0003
Lδ  0.0000  0.0000
Lxx  137.94  115.00
Lxα  18.75  3.72
Lxδ  5.66  2.00
Lαα  1.79  0.67
Lαδ  1.08  0.26
Lδδ  0.73  2.90
Lyy  0.00  0.0000
Lyβ  0.00  1.00
Lββ  -0.02  0.39
当本发明模拟实施例的象差系数中有些象差系数小于Sakurai的象差系数而有些象差系数大于Sakurai的象差系数时，这两种情况对峰宽度Lαα产生最大的影响，而Lαδ明显较小，因此与在先技术中所报导的相比改进了本发明模拟实施例的总的质谱仪分辨率。
例如，在x0＝y0＝0.0002米和α0＝β0＝0.00349弧度以及δ＝0.001的情况中，采用Sakurai I的只包括表2所列的象差参数的计算出来的结果的预测分辨率，对原始设计来说大约是19000，但是对于本发明模拟实施例来说是在30000以上。
预测分辨率取决于对偏差x0、y0、α0、β0和δ采用的数值。而且，在本发明的情况中，可以调节飞行时间质谱仪的性能以便提供用于根据标准离子特点预测实际偏差的最佳特性曲线。例如，众所周知，由通常使用的矩阵加速激光解吸电离(MALDI)方法产生的离子按平均具有大大超量的能量，而这种额外能量与离子的质量成正比。这种额外能量的数值大致为每1000道尔顿-电子伏特。因此，由大蛋白质形成的离子按平均具有100电子伏特以上的额外能量，在以这个相同数值的能量分布的情况下。在10000伏特标称离子能量时运作的MALDI飞行时间质谱仪对大的蛋白质来说具有0.01或更大的能量偏差δ，但是对于具有质量2000道尔顿以下的小的肽来说仅为0.0002或更小。根据这个发明的飞行时间质谱仪具有通过改变施加于包括微调电极的各种部件的电压而可以变化的离子光学特性。因而，这个发明可以实现为了具有得出最佳分辨率的较大δ、用于大蛋白质的最佳特性曲线，或者为了具有得出最佳分辨率的小δ、用于肽的最佳特性曲线而调整质谱仪。而且，通过简单改变对质谱仪中的电极施加的电压可以获得所希望的调整状态。
设备200中的每个电极具有相对于其他一些可调节的微调电极和相对于电扇形体偏转电极可以独立调节的电位。所以，为了逐一调整被进入或退出与离子光学部件相联结的电扇形体的离子感应到的电势而可以配置各个离子光学部件。这些调节的效果类似于在本文上面对设备100所描述的效果。所以，每个部件和微调电极可以构成调整电扇形体的离子聚焦性能的附加自由度。结合已知道的飞行路径60的对称排列的优点，这些调节允许重复更多次控制而改进质量分辨率和/或灵敏度。
用表3中提供的参数构造典型电扇形体飞行时间质谱仪(“实际实施例A”等同于“实施例A”)。
表3
实施例A的尺寸和电位
参数 实际实施例A
电扇形体半径 3.00
偏转角 270度
D1 7.14
D2 4.68
Ss 0.54
WM 0.30
Hs 1.68
SM 0.18
微调电极厚度(TT) 0.24
微调电极间距(Ts) 0.33
微调电极到扇形体电极空间(TEs) 0.21
Herzog分流器厚度(HT) 0.24
Herzog分流器与微调电极间距(HTs) 0.21
Herzog分流器开口高度(HH) 0.60
Herzog分流器开口宽度(HW) 0.30
离子加速电压 20000伏
电扇形体外侧电极上电位 3224伏
电扇形体内侧电极上电位 -4181伏
Matsuda板上电位 549伏
内侧微调电极上电位 655伏
外侧微调电极上电位 676伏
实施例A设计的本发明设备是根据表3中提供的尺寸构成的并且被示意地画在图3、4、5A和5B中。这个实施例的特点大体上类似于上文关于上述理论上的实施例所述的特点，除非在本文下面或在表3中另有规定。
为了证明本发明的特点和/或优点，用实施例A电扇形体飞行时间质谱仪进行有代表性的质谱仪实验。除另有规定外，根据精通技术的人知道和理解的方法和草案进行试样制备、操作质谱仪和获得飞行时间质谱。如表3中所规定那样应用实施例A中的电极的电位。下面描述的实验和结果仅是例举说明和示范性的，并不是对本发明的特点、优点和用途作限制。
例子1：谱限(IgG)
本发明的质谱仪提供在很大谱限范围内的清晰信号。谱限是质谱的特性而指的是从给定试样在单个质谱内检测和测量一个宽范围质量的能力。在谱限外边的离子通常是不能检测的而因此不在质谱上出现。所以，提供具有令人感兴趣的很大质量范围的质谱的质谱仪可以比具有较小谱限的质谱仪检测和测量更大量的离子。
为了验证本发明的谱限，用实施例A的设备在金基片上的芥子酸(“SPA”)基体中获得IgG的TOF质谱。通过延迟抽取激光解吸电离使试样电离并且以250兆赫的采样速度检测离子。参阅图6A-6C，表示TOF质谱的三个区段，每个区段沿其水平轴改比例。在这样的质谱中，观察代表具有从1.3千道到146.4千道质量的离子的信号。所以，这个例子证明本发明设备能够提供具有很大谱限的单个质谱。
例子2：谱限和灵敏度(肽)
为了测定设备的谱限和灵敏度用肽来进行这个实验。在类似于例子1的方法中，在SENDC18基片(Ciphergen BiosystemsTM)*上制备100飞克分子牛血清白蛋白(“BSA”)的胰蛋白酶水解液并且获得质谱。参阅图7A-7H，表示出从单个质谱得到的八个区段。在下面的表4中列出的尖峰表示所测量的质量和分辨率。这个实验证明能够以如在单个质谱中所测量那样的高准确度和高分辨率来获得各种肽的质量。
表4：挑选的肽质量和分辨率
峰    质量  分辨率
 1  545.334  1560
 2  572.323  1460
 3  922.467  3180
 4  927.464  2390
 5  1399.7  3920
 6  1419.76  3990
 7  1795.85  5290
 8  2019.96  5400
 9  2458.19  6710
 10  3038.2  7530
 11  3511.57  8540
为了测定设备的灵敏度，在减少BSA水解液量的情况下重复实验。如下面表5所列出的那样，设备的灵敏度即使在开始具有低毫沙克分子量的试样蛋白质时也使大量肽的检测能够形成相当大的原始蛋白质系列百分率。图8A表示1飞克分子BSA的胰蛋白酶水解液的TOF质谱。图8B表示图8A中的质谱的扩展部分。
表5：肽检测的灵敏度
BSA水解液量 被检测的BSA肽的数目 BSA系列的百分率可达范围
 100飞克分子 92  93
 10飞克分子 64  81
 1飞克分子 44  66
例子3：质量准确度
为了测定本发明的质量准确度，用实施例A的质谱仪获得八个肽混合物试样的质谱。把所有八个试样插入在单个金基片上的氰基羟基内桂酸(“CHCA”)基体中。根据通过这些质谱测量的相应的肽的信号来计算表6中列出的数值。如以下所示，用实施例A质谱仪设备获得用于所有五种肽的准确质量。
表6：肽混合物的TOF质谱(8项测量)
Arg8-抗利尿激素 生长激素抑制素 强啡肽A 胰岛素β-链 胰岛素αβ-链
实际质量 1083.438  1636.717  2146.191  3493.644  5807.653
平均质量 1083.405  1636.700  2146.192  3493.569  5806.877
SD(PPM) 37.3  32.1  26.2  26.5  57.9
范围(PPM) 116.2  103.0  80.7  72.8  155.3
平均误差(PPM) 40.1  23.7  18.9  26.6  133.7
平均-实际(PPM) -30.1  10.2  0.1  -21.3  -133.7
TOF平均(微秒) 45.8447  56.3129  64.4642  82.2101  105.9537
TOF SD(PPM) 18.6  16.0  13.1  13.2  28.9
例子4：质量分辨率
为了验证本发明的质量分辨率，用实施例A设备测量促肾上腺皮质激素(“ACTH”)的质量。在图9中表示所得到质谱，并且在下面的表7中列举每个在质谱中标明的峰的质量和分辨率。
表7：ACTH质谱的测量质量和分辨率
峰    质量   分辨率
 1  4540.28  10394.6
 2  4541.33  10306
 3  4542.31  10651.1
 4  4543.29  10305.6
 5  4544.3  9178.79
 6  4545.34  9105.81
 7  4546.31  8430.71
不言而喻，上述实验及其结果仅是采用本发明的参数和优点的例子和例举说明的。所以这些实验和结果并不意欲对本发明的特点的类型或范围、优点和应用作限制。对精通技术的人来说，在回顾说明书时本发明的其他用途、应用和优点将是显而易见的。
不言自明，本文中所述的一些设备仅仅是通过本发明设想的许多替换实施例中的一些例子，例如，虽然这些实施例说明配置在所有电扇形体的每个入口和出口处的离子光学部件，但是这种构造不是一种必要条件。例如，在包括一个以上电扇形体的TOF质谱仪中，只在开始端的电扇形体的入口处和只在最后的电扇形体的出口处设置离子光学部，而在邻接的电扇形体之间没有离子光学部件可能是所希望的。其他实施例是容易想像的。同样，本发明期待着离子光学部件和微调电极的数量、形状、尺寸、相对位置和其他特点与图1、2、3、4、5A、5B和10所示的这一些不同的替换实施例。
此外，不要求在TOF质谱仪中的所有电扇形体在几何结构、尺寸、离子聚焦或其他性能上是一致的。同样，本发明不局限于许多电扇形体和自由飞区的任何特定的排列、对称或不对称。
也充分理解到精通的人会认识到如上所述的Herzog分流器或Matsuda板是可有可无的部件。他们也会认识到可以把Herzog分流器或Matsuda板并入到飞行时间质谱仪中的电扇形体或扇形体的部分或全部外壳，如图10中的顶视横截面图示意表示的那样。就图10而论，设备300包括并入Herzog分流器和/或Matsuda的功能度的外壳370。外壳370进一步包括分别允许离子飞行路径进入和退出的小孔375和376。这些实施例和其他一些实施例是在本发明的范围内而对精通技术的人来说是显而易见的，并且它们的适用性将取决于分析情况或所希望的性能。
本发明的TOF质谱仪也可以包括用于控制和调节微调电极的电子装置和/或计算装置。例如，为了监视和调节微调电极中的一种或更多种微调电极可以配置诸如计算机之类的控制系统。像这样的控制系统能够以高准确度和高精确度监视和调节可调节的微调电极。控制系统可以进一步包括为控制可调节的微调电极而配置的软件程序。例如，可以编制使排列中的各个可调节的微调电极具有适合于特定试样或分析应用的电位的软件。
本发明的另一个方面，为了改进质谱的质量分辨率或灵敏度，本发明提供用于调整TOF质谱仪的方法。TOF质谱仪包括一个或更多个离子聚焦电扇形体，至少一个电扇形体与至少一个离子光学部件联结。每个离子光学部件包括至少一种可调节的微调电极。适用于这种方法的质谱仪包括本文所述的实施例，但是不局限于这些实施例。
在一个实施例中，方法包括使用本发明的质谱仪测定第一个质谱，根据第一个质谱测定第一质量分辨率或灵敏度。在测定第一个质谱之前可以对至少一种微调电极加电压。
第一次质量测定以后，调节设备中的至少一个微调电极的电位。接着测定第二个质谱，根据第二个质谱测定相应的第二质量分辨率或灵敏度。通过比较第一个质谱和第二个质谱之间质量分辨率或灵敏度有关的改进或降低，可以使这种改进或降低与对离子光学部件进行干预调节发生连系。例如，如果与第一个质谱相比较，第二个质谱显示出更高的质量分辨率或灵敏度，则可以通过在进一步以相同方向调节微调电极以后测定第三个质谱来进行进一步的改进。因此，如果验明由于干预调节而第二个质谱相对于第一个质谱是降低了，则可能需要反方向调节。
可以以这种相互配合的方式进行进一步的调整直到达到所希望的或者足够的质量分辨率或灵敏度为止。本发明的调整方法可以用来达到用于特定试样和分析应用所希望的分辨率和/或灵敏度。例如，可以调整质谱仪中的微调电极以使质谱仪为测定肽试样的质谱而最佳化。同样，为了最优的肽试样质谱测定而可以调整质谱仪。精通技术的人会充分理解到为了向任何适合的联结对象提供最佳的设置可以以这样的方式进行调整。而且，可以由制造厂和/或工作人员事先为给定的联结对象确定最佳调整设置。这些设置是可以在文件中获得的，或者为设备预先编制这些设置。
一般采用进一步包括如以上所述的控制系统的设备可以快速、精确和/或准确地进行这种调整方法以及微调电极的调节。因此为了例如比较在不同的设置和/或不同的调节微调电极的设置时测定的质谱特性曲线而可以配置控制系统。控制系统可以包括计算机、电子设备、软件程序、算法等等。为了快速而准确地使微调电极与适合的设置配合可以把如上所述的预先确定的最佳化设置存储在设备里并通过软件程序来使用。
在本文中提到的所有专利、专利刊物和其他公布的参考文献特此由参考资料以其全部内容仿佛每一篇是由参考文献单独和逐一引入似地并入本文。在他们引用本文件中的各种参考资料以前，申请人不承认任何具体参考资料相对于他们的发明是“在先的”。
虽然提供了一些特定例子，但是以上的描述是举例说明和没有约束性的。在本发明中在前描述的实施例的特点中的任何一个或更多个特点能够以任何方式与任何其他实施例的一个或更多个特点结合。而且，对精通技术的人来说，在研究技术要求时候本发明的许多变动将是显而易见的。所以不应该参照以上的描述来确定发明的范围，而是应该参照附加的权利要求书及其等效物的全部范围来确定发明范围。

Claims (31)

1.一种飞行时间质谱仪，包括：
a)飞行路径装置，限定用于离子的飞行路径和具有离子进入口和离子退出口的离子，包含：
i)至少一个无场区；
ii)至少一个电扇形体，每个电扇形体具有入口和出口；和
iii)至少一个离子光学部件，与至少一个电扇形体相关联，其中每个离子光学部件调整被进入或者退出电扇形体的离子感应到的电势；
b)离子源，包含用于加速从离子源进入离子飞行路径装置的进入口的离子的装置；
c)离子检测器，与离子飞行路径装置的离子退出口连通；以及
d)用于记录所检测的离子的飞行时间谱的装置。
2.权利要求1的质谱仪，其中离子光学部件包括聚焦透镜。
3.权利要求1的质谱仪，其中离子光学部件包括至少一种可调节地调整被进入或退出电扇形体的离子感应到的电势的可调节的微调电极。
4.权利要求1或者权利要求2的质谱仪，其中离子源是激光解吸离子源。
5.权利要求1或者权利要求2的质谱仪，其中离子源包括用于选择供应一个或更多个质量或者一个范围的质量的装置。
6.权利要求5的质谱仪，其中离子源进一步包括用于供应所选择的质量或所选择范围的质量的碎片的装置。
7.权利要求3的质谱仪，其中在电扇形体的入口和出口之间配置可调节的微调电极。
8.权利要求3的质谱仪，其中至少一种可调节的微调电极包括配置成离子在对中的可调节的微调电极之间通过的一对可调节的微调电极，其中该对与电扇形体的或是出口或入口连通。
9.权利要求3的质谱仪，其中至少一种可调节的微调电极包括许多可调节的微调电极对，每一对配置成离子在对中的可调节的微调电极之间通过，其中一对与每个电扇形体中的每个入口和每个出口联结。
10.权利要求9的质谱仪包括四个电扇形体，每个电扇形体具有大约270度的偏转角，其中无场区把各个电扇形体分开。
11.权利要求3的质谱仪包括许多电扇形体，其中至少一种可调节的微调电极包括第一和第二对可调节的微调电极，每一对配置成离子在对中的可调节的微调电极之间通过，其中第一对与接近离子飞行路径进入口的电扇形体入口连通而第二对与接近离子飞行路径退出口的电扇形体出口连通。
12.权利要求11的质谱仪包括四个电扇形体，每个电扇形体具有大约270度的偏转角，其中无场区使各个电扇形体分开。
13.权利要求3的质谱仪，其中离子源包括激光解吸/电离装置。
14.权利要求3的质谱仪，其中离子源包括化学电离装置、电子碰撞电离装置、光电离装置或电火花电离装置。
15.权利要求3的质谱仪，其中离子源包括用于选择供应一个或更多个质量或者一个范围的质量的装置。
16.权利要求3的质谱仪，其中离子源包括四级离子陷阱。
17.权利要求3的质谱仪，其中离子源包括从脉冲或连续的离子束以与束方向大体上垂直的方向抽取一组离子的装置。
18.权利要求3的质谱仪，其中用于加速离子脉冲的装置包括在离子形成之后施加的电压脉冲。
19.权利要求15的质谱仪，其中用于选择供应离子的装置包括四级离子陷阱或线性陷阱。
20.权利要求15的质谱仪，其中离子源进一步包括用于供应所选择的质量或反选择范围的质量的碎片的装置。
21.权利要求16的质谱仪，其中离于飞行路径装置包括在开始端的电扇形体之前和在最终端的电扇形体之后的无场区。
22.权利要求12的质谱仪，其中离子飞行路径装置进一步包括在开始端的电扇形体之前和在最终端的电扇形体之后的无场区。
23.权利要求19的质谱仪，其中离子源是激光解吸离子源。
24.权利要求3的质谱仪进一步包括至少一个具有小孔的Herzog分流器，其中每个Herzog分流器与电扇形体中的或是入口或是出口联结以致离子通过小孔。
25.权利要求3的质谱仪进一步包括一种包壳，其中为封装至少一个电扇形体而配置外壳。
26.权利要求3的质谱仪，其中外壳包括至少一个小孔，其中配置至少一个小孔作为Herzog分流器。
27.权利要求3的质谱仪进一步包括为调节微调电极而配置的控制系统，其中该调节可调地调整被进入或退出电扇形体的离子感应到的电势。
28.权利要求27的质谱仪，其中控制系统包括软件程序。
29.一种用于调整飞行时间质谱仪的方法，包括：
a)提供权利要求1或权利要求3的质谱仪；
b)在第一设置时确定检测离子的分辨率或灵敏度，这是通过：
i)对至少一种可调节的微调电极施加电势；
ii)获得来自离子源的离子的第一质谱；和
iii)从第一质谱中确定分辨率或灵敏度；
c)在第二设置时确定检测离子的分辨率或灵敏度，这是通过：
i)调节对至少一种可调节的微调电极施加的电势；
ii)获得来自离子源的离子的第二质谱；
iii)从第二质谱中确定检测的分辨率或灵敏度；以及
d)确定在第二设置时检测离子的或者分辨率或者灵敏度是改进还是降低。
30.权利要求29的方法进一步包括，如果在第二设置时确定分辨率降低则：
e)在第三设置时确定检测离子的分辨率或灵敏度，这是通过：
i)以与第二设置中的调节相反的方向调节对至少一种可调节的微调电极施加的电势；
ii)获得来自离子源的离子的第三质谱；和
iii)从第三质谱中测定检测的分辨率或灵敏度；以及
f)确定在第三设置时检测离子的或者分辨率或者灵敏度是改进还是降低。
31.权利要求29的方法进一步包括，如果在第二设置时确定分辨率改进则：
e)在第三设置时确定检测离子的分辨率或灵敏度，这是通过：
i)以与第二设置中的调节相同的方向调节对至少一种可调节的微调电极施加的电势；
ii)获得来自离子源的离子的第三质谱；和
iii)从第三质谱中测定检测的分辨率或灵敏度，以及
f)确定在第三设置时检测离子的或者分辨率或者灵敏度是改进还是降低。
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