电子诱导解离装置及方法与流程

相关申请案

本申请案要求2014年12月30日申请的题为“电子诱导解离装置及方法(electroninduceddissociationdevicesandmethods)”的第62/098,019号美国临时申请案的优先权，所述美国临时申请案以全文引用方式并入本文中，且要求2015年1月22日申请的题为“电子诱导解离装置及方法(electroninduceddissociationdevicesandmethods)”的第62/106,346号美国临时申请案的优先权，所述美国临时申请案以全文引用方式并入本文中。

本文的本教示涉及离子反应装置，且更特定来说，涉及用于执行电子诱导解离(eid)的方法及系统。

背景技术：

离子反应通常涉及带正电或负电离子与另一带电物种(其可为另一带正电或带负电离子或电子)的反应。在电子诱导解离(eid)中，例如，由离子捕获电子，这可导致离子破碎。eid已用于使生物分子在质谱法(ms)中解离，且已提供覆盖从液相色谱法-质谱仪/质谱仪(lc-ms/ms)中的常规蛋白质组学到自上而下分析(无消化)、从头测序(异常氨基酸测序发现)、翻译后修饰研究(糖基化、磷酸化等等)、蛋白质-蛋白质相互作用(蛋白质的功能研究)且还包含小分子识别的广泛范围的可能应用的能力。

在首次报告使用具有0到3ev的动能的电子的电子捕获解离(ecd)之后，也已开发了其它电子诱导技术，其包含电子转移解离(etd)(使用试剂阴离子)、热ecd(具有5到10ev的动能的电子)、电子电离解离(eid)(具有大于13ev的动能的电子)、活化离子ecd(ai-ecd)、电子分离解离(edd)(负离子上具有大于3ev的动能的电子)、负etd(使用试剂阳离子)及负离子ecd(niecd，使用负离子上的电子)、来自有机物的离子的电子碰撞激发(eieio，单个带电的阳离子上具有大于3ev的动能的电子)。对于带正电前驱离子利用ecd、etd、热ecd、ai-ecd及eieio，而对于带负电前驱离子利用其它电子诱导技术，例如niecd。eid可用于使具有两个极性的前驱离子解离，包含单个带电的前驱物。因为其发现，这些离子反应技术已变得对分析生物分子物种(例如肽、蛋白质、聚糖及翻译后修饰肽/蛋白质)十分有用。举例来说，ecd允许对蛋白质/肽进行自上而下分析及对其进行从头测序。质子转移反应(ptr)还可用于降低离子的电荷状态，其中质子从一种带电物种转移到另一带电物种。

将这些电子诱导解离认为是与常规碰撞诱导或活性解离(cid或cad)互补且已并入到先进的ms装置中。

在ecd中，低能量电子(通常<3ev)由正离子捕获。历史上，在傅里叶变换离子回旋共振质谱仪(ft-icr)中执行ecd，这是因为对于离子限制，ft-icr通常利用静电磁场使得避免将自由电子加热。然而，此类装置需要相对长的相互作用时间且涉及构建起来比较贵的大仪器。已发现试图在涉及射频(rf)离子俘获的较小应用中使用ecd会致使电子归因于俘获rf场而加速。因此，场通常转向etd，其使用带负电试剂离子作为电子源，或在线性rf离子俘获中使用磁场实施ecd。

在本教示中，应理解，下文中的术语ecd的使用涵盖所有形式的电子相关解离技术，且不限于具有0到3ev的动能的电子的ecd的使用。而是，术语ecd在本教示内的使用表示电子相关解离技术，且应理解，其包含所有形式的电子相关解离现象，包含热ecd、eid、edd、eieio及负ecd。

在常规上，ecd及etd在前驱离子与试剂离子之间需要相对长的反应时间以实现(“去电离”或电离)/解离。虽然已描述以“流动通过”模式(前驱离子以此模式连续流动通过反应区域)执行离子反应的装置，但此类装置通常会受害于较差的反应效率。举例来说，据报告，exd产物离子信号/总前驱离子信号可小于1％。参见沃伊诺夫v.g.(voinov,v.g.)；戴恩策m.l.(deinzer,m.l.)；巴洛夫斯基d.f.(barofsky,d.f.)2009年第81期的anal.chem.，第1238到1243页。因此，线性离子俘获已用于在离子反应事件期间同时俘获前驱离子及试剂离子，例如，使用共享相同端口(或相同端透镜电极)的电子注入及前驱离子注入/提取。然而，俘获操作通常需要多个步骤，且与通常以连续流动通过方式进行操作的常规的基于cid的四极飞行时间质谱仪(qtof)具有较差兼容性。此外，工作循环因为当俘获一个分析物离子群体时，剩余分析离子束变得无用而减少。

最近，据报告，新的ecd装置利用分支rf离子俘获结构，其中通过对离子与电子束两者的独立控制，可将低能量电子束以正交方式注入到分析离子束中。参见2014年5月29日申请的第pct/ib2014/00893号pct申请案，其以全文引用方式并入本文中。此装置可以“流动通过”模式或同时俘获模式进行操作，虽然据报告，前驱离子与电子束的相交区域处的短离子俘获周期可提高ecd效率，同时在以信息相依采集工作流进行操作时仍提供高达每秒五个ecd光谱。

因此，仍需要用于在高离子反应效率下以纯“流动通过”模式进行操作的ecd装置及方法。

技术实现要素：

根据本教示的一些各种方面，本文提供ecd方法及系统，其用于前驱离子与带电物种在增加的持续时间内及/或沿着相对于已知离子反应装置基本上更长的路径长度相互作用同时又不会俘获前驱离子及带电物种，借此提高离子反应的效率及/或改进连续或“流动通过”可操作性及与常规的基于cid过程的兼容性。在各种方面中，所述方法及系统在离开离子反应设备之前从其注入轴且沿着试剂物种(例如，带电物种、离子、电子、质子)的注入轴发射前驱离子。在一些实施例中，可执行连续或“流动通过”离子反应，使得实现tof测量的最优工作循环。

根据本教示的各种方面，提供一种离子反应设备，所述离子反应设备包括：第一多个电极，其经布置以界定其间的第一通路，所述第一通路包括经配置以从离子源接收离子的第一轴端及安置在距至少部分沿着第一中心轴延伸的所述第一通路的所述第一轴端一距离处的第二轴端；第二多个电极，其经布置以界定沿着第二中心轴延伸的第二通路，所述第二通路与所述第一通路在第一相交点处相交，所述第二中心轴基本上正交于所述第一中心轴；及第三多个电极，其经布置以界定其间的第三通路，所述第三通路包括第一轴端及安置在距所述第三通路的所述第一轴端一距离处的第二轴端以将离子及所述离子的反应产物中的至少一者发射出所述离子反应设备，所述第三通路至少部分沿着基本上正交于所述第二中心轴的第三中心轴延伸且在与所述第一相交点间隔开一距离的第二相交点处与所述第二通路相交。所述第一、第二及第三多个电极经配置以耦合到rf电压源，其将rf电压提供到所述第一、第二及第三多个电极的电极中的每一者。所述设备还可包含带电物种源，其用于沿着延伸于所述第一与第二相交点之间的所述第二中心轴将带电物种引入到所述第二通路中。在各种方面中，举例来说，所述设备实现所述离子基本上沿着所述第二通路与所述带电物种相互作用以便致使电子捕获解离。通过非限制性实例，所述离子与所述带电物种之间的相互作用长度可相对于以流过模式进行操作的已知ecd装置增加，其中所述相互作用长度是至少约10mm。

在本教示的各种方面中，所述第一中心轴与所述第三中心轴可平行。另外或替代地，所述第一中心轴与所述第二中心轴延伸穿过所述第一相交点，且所述第二中心轴及所述第三中心轴可延伸穿过所述第二相交点。在各种方面中，所述第一通路的所述第一轴端与所述第三通路的所述第二轴端可共线。

根据本教示，所述带电物种源可具有多种配置。举例来说，所述第二通路可延伸于第一轴端与安置在距所述第二通路的所述第一轴端一距离处的第二轴端之间，其中所述带电物种源安置在所述第二通路的所述第一或第二轴端中的一者或接近所述第二通路的所述第一或第二轴端中的一者。替代地，所述第二通路的所述轴端中的每一者可具有带电物种源(彼此相同或彼此不同)，其中每一次仅操作所述带电物质源中的一者。所述带电物种源中的一者可为电子发射体，例如，灯丝(例如，钨、钍钨或其它)或y2o3阴极。在各种方面中，所述设备可进一步包括磁场产生器，其产生平行于所述第二中心轴的磁场且沿着所述第二中心轴产生磁场。在各种方面中，所述第二通路可包含透镜，其安置在所述第二通路的所述轴端中的至少一者处或接近所述第二通路的所述轴端中的至少一者以用于使从所述带电物种源发出的所述带电物种聚焦。在一些实施例中，所述带电物种可为试剂阴离子。

在各种方面中，激光源可安置在所述第二通路的与所述带电物种源相对的轴端处或接近所述轴端，所述激光源用于将能量(例如，紫外或红外光)提供到所述离子或所述带电物种。在各种实施例中，光子的注入可提供互补解离技术，例如uv光解离及红外多光子解离(irmpd)以及ai-ecd的激活方式。

在各种方面中，所述设备还可包含离子源(例如，阳离子或阴离子的源)，其安置在所述第一通路的所述第一轴端处或接近所述第一通路的所述第一轴端以用于沿着所述第一中心轴引入所述离子。

根据本教示，所述第一、第二及第三多个电极可具有多种配置，且可包括实心棒状电极或基本上平面电极(例如，其由印刷电路板(pcb)的表面形成)。举例来说，所述第一多个电极可包括一组四极电极，其在四极取向上围绕所述第一中心轴布置以用于沿着所述第一通路引导离子，所述第二多个电极可包括一组四极电极，其在四极取向上围绕所述第二中心轴布置以用于沿着所述第二通路引导离子，且所述第三多个电极可包括一组四极电极，其在四极取向上围绕所述第三中心轴布置以用于沿着所述第三通路引导离子。

根据本教示的各种方面，所述设备可进一步包含：电压源，其用于将rf电压提供到所述第一、第二及第三多个电极以产生rf场(例如，沿着由所述电极界定的所述通路中的一或多者)；及控制器，其用于控制施加于所述电极的rf电压。在相关方面中，所述设备可进一步包括第四多个电极，其围绕所述第一中心轴布置且安置在所述第二中心轴的与所述第一多个电极相对的侧上。如下文详细描述，所述第一多个电极中的至少一者还可包括所述第二多个电极中的一者，且所述第四多个电极中的至少一者还可包括所述第二多个电极中的一者。在一些方面中，所述控制器可经配置以将电压传递到所述第一及第四多个电极，使得：i)所述第一多个电极中的每一电极与所述第一多个电极中的另一电极配对以形成电极对，使得所述第一多个电极的每一电极对中的一个电极具有相同极性且跨越所述第一中心轴与所述第一多个电极的所述电极对中的另一电极直接相对；ii)所述第四多个电极中的每一电极与所述第四多个电极中的另一电极配对以形成电极对，使得所述第四多个电极的每一电极对中的一个电极具有所述相同极性且跨越所述第一中心轴与所述第四多个电极的所述电极对中的另一电极直接相对；及iii)所述第一多个电极中的每一电极与所述第四多个电极中的电极配对以形成电极对，使得所述第一及第四多个电极的每一电极对中的每一电极具有相反极性且跨越所述第一相交点与所述第一及第四多个电极的所述电极对中的另一电极直接相对；及iv)其中所述第一相交点与所述第一多个电极之间产生的所述rf场与所述第一相交点与所述第四多个电极之间产生的所述rf场成反相。在一些方面中，所产生的所述rf场是在约400khz到1.2mhz之间的频率(例如，约800khz)下。在一些方面中，所述rf场可为峰间100到500v，但根据本教示可利用更高或更低振幅rf信号。

在相关方面中，所述设备可进一步包括第五多个电极，其围绕所述第三中心轴布置，且安置在所述第三中心轴的与所述第三组电极相对的侧上，且任选地，其中所述第三多个电极中的至少一者还包括所述第二多个电极中的一者，且其中所述第五多个电极中的至少一者还包括所述第二多个电极中的一者。在相关方面中，所述控制器可经配置以将电压传递到所述第三及第五多个电极，使得：i)所述第三多个电极中的每一电极与所述第三多个电极中的另一电极配对以形成电极对，使得所述第三多个电极的每一电极对中的一个电极具有所述相同极性，且跨越所述第三中心轴与所述第三多个电极的所述电极对中的另一电极直接相对；ii)所述第五多个电极中的每一电极与所述第五多个电极中的另一电极配对以形成电极对，使得所述第五多个电极的每一电极对中的一个电极具有所述相同极性，且跨越所述第三中心轴与所述第五多个电极的所述电极对中的另一电极直接相对；iii)所述第三多个电极中的每一电极与所述第五多个电极中的电极配对以形成电极对，使得所述第三及第五多个电极的每一电极对中的每一电极具有相反极性，且跨越所述第二相交点与所述第三及第五多个电极的所述电极对中的另一电极直接相对；及iv)所述第二相交点与所述第三多个电极之间产生的所述rf场与所述第二相交点与所述第五多个电极之间产生的所述rf场成反相。

根据一些方面，所述设备可进一步包含：栅电极，其安置在所述第一通路的所述第一轴端处以用于控制引入所述离子；电极，其安置在所述第一通路的所述第二轴端处，所述电极具有施加于其的具有与所述离子相同的所述极性的dc电势(例如，以便排斥所引入的离子)；栅电极，其安置在所述第三通路的所述第二轴端处以用于控制移除所述离子及所述离子的反应产物中的至少一者；及电极，其安置在所述第三通路的所述第一轴端处，所述栅极具有施加于其的具有与所述离子相同的所述极性的dc电势(例如，以便排斥所述离子或所述离子的反应产物)。在一些实施例中，所述栅电极可为可在断开与闭合位置之间切换的，其中当处于断开位置时，允许传递离子或离子反应的产物，且在闭合位置时，不允许传递所述离子或离子反应的产物。所述控制器还可控制所述栅极断开及所述栅极闭合时的时间量。在一些实施例中，例如，所述栅极可持续断开。

根据本教示的各种方面，提供一种用于执行离子反应的方法，所述方法包括：将多个离子引入到至少部分沿着第一中心轴延伸且由第一多个电极界定的第一通路中，所述第一通路包括经配置以从离子源接收离子的第一轴端及安置在距所述第一通路的所述第一轴端一距离处的第二轴端；将所述离子发射到沿着第二中心轴延伸且由第二多个电极界定的第二通路中，所述第二通路在第一相交点处与所述第一通路相交，所述第二中心轴基本上正交于所述第一中心轴；将所述离子发射到沿着第三中心轴延伸且由第三多个电极界定的第三通路中，所述第三通路在与所述第一相交点间隔开一距离的第二相交点处与所述第二通路相交，所述第三中心轴基本上正交于所述第二中心轴；及沿着延伸于所述第一与第二相交点之间的所述第二中心轴将带电物种引入到所述第二通路中，以便允许沿着所述第二通路发射的所述离子与所述带电物种相互作用。

在各种方面中，所述方法还可包含提供平行于所述第二中心轴的磁场例如以控制电子沿着第二通路的路径。在一些方面中，所述方法可另外包含使用安置在所述第二通路的一或多个轴端处或接近所述一或多个轴端的透镜使带电物种聚焦。借助于非限制性实例，可通过沿着所述第一及第二通路发射带正电前驱离子、沿着所述第二通路引入电子、及沿着所述第三通路发射所述前驱离子及/或所述反应产物执行电子捕获解离。在各种方面中，所述第三多个电极可经配置以具有施加于其的rf电压，以便选择性地过滤在离子反应装置外发射(例如，到下游检测器或质量分析器)的离子。

本文阐述本申请人的教示的这些及其它特征。

附图说明

所属领域的技术人员应理解，下文描述的图式仅出于说明的目的。所述图式不希望以任何方式限制本申请人的教示的范围。

图1示意性地说明根据本教示的各种实施例的方面的离子反应装置的俯视横截面图，所述离子反应装置具有示范性带电物种源，其经配置以沿着所述离子反应装置的部分发射带电物种以用于在其中实现离子反应。

图2以示意图说明用于图1的离子反应装置中的示范性多个四极电极。

图3以示意图说明施加于多个电极中的一些电极以用于沿着穿过离子反应装置的通路产生rf场的示范性电势。

图4示意性地说明图1的离子反应装置的另一视图。

图5说明由图1的设备中的多个电极产生的示范性rf场的simeon模型。

图6说明根据本申请人的教示的各种方面的另一示范性离子反应装置，其中离子反应装置的离子入口与出口共线。

图7以示意图说明施加于多个电极中的一些电极以用于沿着穿过图6的离子反应装置的通路产生rf场的示范性电势。

图8说明根据本申请人的教示的各种方面的另一示范性离子反应装置，其中离子反应装置的离子出口经配置以利用反转边缘场过滤从其发射的离子。

图9以示意图说明施加于多个电极中的一些电极以用于沿着穿过图8的离子反应装置的通路产生rf场的示范性电势。

图10说明利用图8的离子反应装置中产生的反转边缘场在前驱物种与产物离子物种之间进行过滤的示范性模拟。

图11以示意图说明根据本申请人的教示的各种实施例的方面的另一示范性离子反应装置，其中多个电极包括印刷电路板(pcb)的导电表面。

图12以示意图说明根据本申请人的教示的各种实施例的方面的另一示范性离子反应装置，其中多个电极包括印刷电路板(pcb)的导电表面。

具体实施方式

应了解，为了清楚起见，以下论述将阐明本申请人的教示的实施例的各种方面，同时在任何便于或适于这么做地方省略某些特定细节。举例来说，在替代实施例中可稍微缩减对相似或类似特征的论述。众所周知的理念或概念也是为了简洁起见不再详细论述。技术人员应认识到，在每个实施方案中，申请人的教示的一些实施例可能无需具体描述的细节中的某些细节，本文阐述所述一些实施例以仅提供对所述实施例的透彻理解。类似地，应明白，根据常见的一般知识，所描述的实施例可能易受更改或变化的影响而不会背离本发明的范围。不应将实施例的以下详细描述认为是以任何方式限制本申请人的教示的范围。

本文提供用于使前驱离子与带电物种相互作用的方法及系统。尽管常规离子反应装置通常需要在足以产生充分离子反应(例如，ecd)的一定持续时间内同时俘获前驱离子及试剂离子，但本文描述的所述方法及系统可使前驱离子与试剂离子能够在增加的持续时间内及/或沿着基本上更长路径长度相互作用而不会被俘获，借此提高离子反应的效率及/或改进连续或“流动通过”可操作性及与常规的基于cid的过程的兼容性。在各种方面中，最初沿着注入轴进入离子反应装置的前驱离子在离开离子反应设备之前沿着试剂物种(例如，带电物种、离子、电子、质子)的注入轴发射。在一些实施例中，可执行连续或“流动通过”离子反应使得实现tof测量的最优工作循环。在各种方面中，所述设备包括第一、第二及第三通路，其中每一者至少部分沿着中心轴延伸，且其中第二中心轴正交于第一及第三中心轴。接着，可在试剂离子经由第二通路发射时，将沿着所述第一轴进入所述离子反应装置的前驱离子引入到所述第二通路中，借此提高在离子反应装置内发生离子反应而不会同时俘获物种的可能性。

现参考图1到5，以示意图描绘根据本教示的各种方面的示范性离子反应装置100。示范性离子反应单元通常包括：入口102，其经配置以从离子源(未展示)接收前驱离子；多个电极，其用于通过产生rf场沿着多个通路引导所述前驱离子；带电物种源104，其用于产生所述前驱离子将与其发生反应的试剂离子；及出口，其用于发射所述离子(前驱离子或反应之后的产物离子到下游质量分析器或检测器)。任选地，且如图1中所展示，离子反应装置100可另外包含用于在离子反应装置100内产生磁场的磁场产生器106(例如，永磁体或电磁体)。任选地，可针对ai-ecd添加呈光子或光形式的能量，例如通常呈从激光源(未展示)获得的光的形式，所述激光源产生在光谱的紫外或红外部分中的光以执行互补解离技术，例如uv光解离及红外多光子解离(irmpd)。如图1中所展示，离子反应单元100也可(例如，在亚大气压下)容置于真空腔室107内，其中加入例如氦气(he)或氮气(n2)等气体以使离子在反应单元内的移动变慢。通常，借助于非限制性实例，冷却气体的压力可在10^-2到10^-4托之间。

在离子反应单元100内，前驱离子沿着沿着中心轴(a)延伸的第一通路发射，其由通过环绕第一通路的电极产生的rf场引导且朝向第一相交点112，在此之后，前驱离子归因于其动量继续沿着中心轴(a)，或经转向以遵循沿着横向于或正交于第一轴(a)的第二中心轴(b)延伸的第二通路。如本文另外论述，电极可安置在第一通路的与入口102相对的轴端处，从而电极可具有施加于其的dc电压，以便进行排斥(例如，使沿着第一通路引入到反应单元100中的离子变慢)。举例来说，如果前驱离子是阳离子，那么电极可维持在正dc电压下，使得前驱离子朝向相交点112排斥返回。同样地，入口102处的栅电极可相对于环绕第一通路的中心轴(a)的电极正偏压，使得防止已注入的离子通过入口102弹出。

由于上文描述的作用于第一通路中的前驱离子的力，连续引入到第一通路中的前驱离子失去动能(例如，通过由栅极/阻挡电极进行的排斥及与冷却空气的相互作用)，且因此沿着第二中心轴(a)被引入(例如，泄漏)到第二通路中，所述第二中心轴(a)还由使前驱离子沿着第二中心轴(b)聚焦的多个电极环绕。举例来说，前驱离子可由通过带电物种源104沿着安置在第二通路的轴端处的第二中心轴(b)注入到第二通路中的试剂离子束或云较弱地俘获。因此，前驱离子、带电物种(及任选地，由光源产生的光子)在前驱离子横越第二通路时相互作用。取决于所利用的反应物的性质，相互作用可致使发生数种现象，其导致形成产物离子，接着其可通过第三通路的出口108与潜在地其它未经反应前驱离子一起从离子反应单元100提取或弹出。举例来说，在第二相交点123(例如，第二中心轴(b)与正交于其的第三中心轴(c)之间的相交点)处，前驱离子或产物离子可在安置在第三通路的与出口108相对的轴端处的电极的影响下进入第三通路。举例来说，电极可具有施加于其的dc电压，以便排斥前驱离子朝向出口，而出口108处的栅电极可相对于环绕第三通路的电极偏压以便促进从离子反应单元100提取前驱离子或产物离子。举例来说，如果前驱离子及/或产物离子是阳离子，那么电极可维持在正dc电压下，使得前驱离子朝向相交点123排斥返回，而出口108处的栅电极可相对于环绕第三通路的中心轴(c)的电极负偏压，使得第二相交点123处的离子倾向于朝向出口108移动。如所属领域的技术人员应了解，接着，从离子反应装置100提取的离子可经受由质谱系统的下游元件进行进一步分析或检测。因为增加的路径长度及/或前驱离子与带电物种(例如，电子、试剂离子)沿着第二通路(即，沿着中心轴(b))的持续时间，所以离子可连续地引入且从离子反应单元100的出口108提取，而无需在离子反应装置100内俘获离子。在各种方面中，不仅是增加的相互作用长度提高反应效率(即，更多前驱离子经受离子反应)，应了解，缺乏俘获步骤避免使离子集成一束，借此改进与常规的基于cid的过程及/或相对高容积样本源(例如，具有相对高容积流速的液相色谱)的兼容性。

一般来说，离子源(未展示)经配置以产生前驱离子，其可由离子反应装置100接收以与由带电物种源产生的带电物种进行反应。应了解，鉴于本教示，离子源可为所属领域中已知的任何离子源，或之后可根据本教示开发及修改所述离子源，其包含例如连续离子源、脉冲离子源、电喷雾电离(esi)源、大气压化学电离(apci)、大气压光电离(appi)、实时直接分析(dart)、解吸电喷雾(desi)、源、电感耦合等离子(icp)离子源、基质辅助激光解吸/电离(maldi)离子源、辉光放电离子源、电子碰撞离子源、化学电离源或光电离离子源以及其它。借助于非限制性实例，样本可另外经受自动或在线样本制备，其包含液相色谱分离。

一般来说，前驱离子可为带正电(阳离子)或带负电(阴离子)的任何离子，且带电物种可为电子或带正电或带负电且能够与前驱离子发生反应的离子。举例来说，当离子是阳离子且带电物种是电子时，阳离子可捕获电子且经受电子捕获解离，其中离子与带电物种之间的相互作用导致形成产物离子或原始前驱离子的碎片。从离子反应单元弹出的物种流可由前驱离子、产物离子及在一些情况下带电物种中的一或多者或其混合物组成。另外，所属领域的技术人员应了解，可以根据本教示的方法及系统执行各种电子相关联破碎现象，例如热ecd、电子电离解离(eid)、活化离子ecd(ai-ecd)、电子分离解离(edd)、eieio及负离子ecd。举例来说，可在前驱离子是阳离子时实施ecd及热ecd，而例如在前驱离子是阴离子的情况下可使用eid。鉴于本教示，如所属领域的技术人员应理解，还可在适当地选择带电物种的情况下实施质子转移反应。

当带电物种是电子时，例如，电子源104可为灯丝(例如钨或钍钨灯丝)或其它电子源(例如y2o3阴极)。通常使用灯丝电子源，这是因为其不太贵，但其不如在氧气残留气体上那样稳健。另一方面，y2o3阴极是昂贵的电子源，但其比在氧气上更稳健，所以其对于使用自由基-氧反应执行从头测序来说是有用的。在操作中，通常施加1到3a的电流以加热电子源，此举产生1到10瓦(w)的热功率。可安装电子源的散热系统以还将所利用磁体(如果存在)的温度保持低于其居里温度，永久磁体在此居里温度下失去磁性。还可利用使磁体冷却的其它已知方法。

再次具体参考图1，在横截面示意图中，示范性反应装置包括外壳107，其含有用于控制离子通过离子反应装置100的移动的各种电极。外壳107经配置以耦合到离子源(未展示)及在沿着由多个电极110a到d、140a到d界定的第一中心轴(a)延伸的第一通路的入口端102处接收前驱离子。此通路为离子提供进入到离子反应设备100中的路径。如下文详细论述，第一通路的每一端可包含电极，可将dc电压施加于所述电极例如以控制离子在第一通路内的轴向移动。

示范性设备100包括在四极类型布置中围绕第一中心轴(a)布置的第一多个大体上l形电极110a到d。虽然在此处具体体现四极，但也可利用多极的任何布置，其包含六极、八极等等。在图1中，仅描绘四个四极电极中的两者110a、b，另两个电极110c、d在所描绘电极正上方(参见图2及4)。如图3中所展示，电极110a到d连接到rf电压源及控制器(未展示)，其用于将rf电压提供到电极110a到d以在其间产生rf场以引导离子朝向第一中心轴(a)(例如，四极的中点)。举例来说，第一多个电极110a到d中的每一电极可具有施加于其的rf电压，使得每一电极跨越第一中心轴(a)与具有相同极性的第一组电极的另一电极直接相对。即，如图4中最佳展示，电极110b具有与电极110c相同的极性。施加于四极的rf频率可在大约400khz到1.2mhz的范围内(例如，约800khz)，全部都是非限制性实例。

再次参考图1，沿着中心轴(a)延伸的第一通路还可由与第一多个电极110a到d分离开达一小距离(即，达沿着第二中心轴(b)延伸的第二通路的宽度)的一组额外电极140a到d(在图1中仅展示其中两者)环绕。为了方便起见，本文将此组电极140a到d称为第四组电极。

如同电极110a到d，第四组电极140a到d可连接到rf电压源及控制器，其还用于将rf电压提供到电极140a到d以在其间产生rf场以引导离子朝向第一中心轴(a)(例如，四极的中点)。举例来说，第四组电极140a到d中的每一电极可具有施加于其的rf电压，使得第四组电极140a到d中的每一电极跨越第一中心轴(a)与具有相同极性的第四组电极的另一电极直接相对。即，如图2及4中最佳展示，电极140a具有与电极140c相同的极性。此外，第一组电极110a到d及第四组电极140a到d中的每一电极可跨越第一相交点112与具有相反极性的另一组电极的电极直接相对。举例来说，如图2及4中最佳展示，电极140a具有电极110d的相反极性。

如图5中所展示，第一组电极110a到d及第四组电极140a到d的上述配置导致沿着使离子围绕第一中心轴(a)聚焦的第一通路产生rf场(例如，在第一中心轴(a)上不存在rf场)且使得第一相交点112与第一组电极110a到d之间产生的rf场与第一相交点112与第四组电极140a到d之间产生的rf场成反相。

如上所述，第一组电极110a、d与第四组电极140a、d之间的分离距离形成其间的小间隙，其还表示沿着第二中心轴(b)延伸的第二通路的部分。此第二通路为在离子反应装置100内输送带电物种提供路径。如图1中所展示，第一与第二通路基本上正交于彼此且在相交点112处交汇，此相交点沿着第一中心轴(a)及第二中心轴(b)。此外，如图1中所展示，第二通路还由在四极类型布置中围绕第二中心轴(b)布置的l形电极界定，为了方便起见，本文将所述l形电极称为第二组电极。此外，虽然具体描绘了四极，但也可利用多极的任何布置，其包含六极、八极等等。具体来说，所描绘配置中的第二组电极包括电极110b、d(其也是第一组电极的成员)、140b、d(其也是第四组电极的成员)、电极130a、c(其也是第三组电极的成员)及电极150a、c(其也是第五组电极的成员)。在图1中，仅描绘了第二组电极中的八个四极电极中的四者，另四个电极在所描绘电极正上方(参见图2及4)。如图3中所展示，第二组电极的电极连接到rf电压源及控制器，其用于将rf电压提供到第二组电极以在其间产生rf场以引导离子朝向第二中心轴(b)(例如，四极的中点)。举例来说，沿着第二组电极的第二中心轴(b)的邻近电极可具有相同极性，且直接跨越第二中心轴(b)的电极也可具有相反极性，而第二组电极的其它电极具有相反极性。即，电极110d可具有与150c相同的极性(事实上，可将这两个电极认为是单个u形电极)，且具有与电极140b及130a相同的极性。再次参考图5，第二组电极的上述配置导致沿着使离子沿着第二中心轴(b)聚焦的第二通路产生rf场(例如，在第二中心轴(b)上不存在rf场)。

再次参考图1，示范性设备100还包括在四极类型布置中围绕第三中心轴(c)布置的第三组大体上l形电极130a到d。虽然在此处具体体现四极，但也可利用多极的任何布置，其包含六极、八极等等。在图1中，仅描绘了四个四极电极中的两者130a、b，另两个电极130c、d在所描绘电极正上方(参见图2及4)。如图3中所展示，电极130a到d连接到rf电压源及控制器(未展示)，其用于将rf电压提供到电极130a到d以在其间产生rf场以引导离子朝向第三中心轴(c)(例如，四极的中点)。举例来说，第三多个电极130a到d中的每一电极可具有施加于其的rf电压，使得每一电极跨越第三中心轴(c)与具有相同极性的第三组电极的另一电极直接相对。即，如图4中最佳展示，电极130a具有与电极130d相同的极性。

再次参考图1，沿着第三中心轴(c)延伸的第三通路还可由与第三多个电极130a到d分离开达一定小距离(即，达沿着第二中心轴(b)延伸的第二通路的宽度)的一组额外电极150a到d(在图1中仅展示其中两者)环绕。为了方便起见，本文将此组电极150a到d称为第五组电极。

如同电极130a到d，第五组电极150a到d可连接到rf电压源及控制器，其用于将rf电压提供到电极150a到d以在其间产生rf场以引导离子朝向第三中心轴(c)(例如，四极的中点)。举例来说，第五组电极150a到d中的每一电极可具有施加于其的rf电压，使得第五组电极150a到d中的每一电极跨越第三中心轴(c)与具有相同极性的第五组电极的另一电极直接相对。即，如图2及4中最佳展示，电极150c具有与电极150b相同的极性。此外，第三组电极130a到d及第五组电极150a到d中的每一电极可跨越第二相交点123与具有相反极性的另一组电极的电极直接相对。举例来说，如图2及4中最佳展示，电极150c具有电极130b的相反极性。

因此，如图5中所描绘，第三组电极130a到d及第五组电极150a到d的上述配置导致沿着使离子围绕第三中心轴(c)聚焦的第三通路产生rf场(例如，在第三中心轴(c)上不存在rf场)，且使得第二相交点123与第三组电极130a到d之间产生的rf场与第二相交点123与第五组电极150a到d之间产生的rf场成反相。

再次具体参考图1，外壳107可提供出口108，举例来说，其安置在第三中心轴(c)上以用于将离子反应装置100外的离子发射到下游质量分析器或检测器以对前驱离子及/或由前驱离子与带电物种之间沿着第二通路的相互作用产生的产物离子进行进一步分析。即，第三通路为离子提供离开离子反应设备100的路径。此外，如本文另外论述，第三通路的每一端可包含电极，dc电压可施加于所述电极以例如用于控制离子在第三通路内的轴向移动。举例来说，与所述出口相对的轴端可具有与前驱离子或产物离子具有相同极性的dc电势，其经施加使得第二相交点123处的离子由静电势驱动朝向出口108。

如图1中所展示，第二通路的轴端含有或具有接近于其的带电物种源(例如，电子灯丝)，以用于产生带电物种以发射到延伸于第一相交点112与第二相交点123之间的第二通路中且沿着所述第二通路发射。此外，第二通路的第一轴端还可含有或具有接近于其的适当电极栅极105a以控制电子进入到第二通路中。另外，磁场源106(例如永久磁体)可经配置以产生平行于第二通路的磁场，如例如由箭头(b)示意性地描绘。磁场还可由任何其它磁场产生源产生，且还可包含电磁体、钕磁体或用于产生平行于第二通路的第二中心轴(b)且与所述第二中心轴(b)一致的场的类似磁体。磁通密度可为能够实施磁场以致使电子束聚焦的任何密度，且其范围例如可高达1.5t或更高，但优选地为约0.1到1.0t。具有更高密度的磁体可更远离电极对定位。0.1t的磁场(如由箭头b指示)经对准以平行于且沿着电子方向的路径。应了解，鉴于本教示，此磁场可在实施ecd、热ecd、eid、edd及负ecd时(例如，在带电物种是电子时)有用。rf场是峰间100到500v，且中心处的电子束能量是0到100ev。

还应了解，为了防止离子从第二通路的轴端逸出，可邻近第二通路的轴端提供阻挡电极(例如，板电极105b)，所述阻挡电极电连接到适当电压源(例如，dc电压源)，使得可将与待分析/反应的离子具有相同的极性的阻挡电势施加于所述阻挡电极。

现参考图6及7，示意性地描绘根据本教示的各种方面的另一示范性离子反应装置600。离子反应装置600基本上类似于上文参考图1中描绘的离子反应装置100论述的离子反应装置，但其不同处在于第一通路的入口602与第三通路的出口608共线。以此方式，离子反应装置600可经线内放置到已知质谱仪系统中，例如，使得在对现存ms系统的最小修改的情况下离子源可耦合到入口602，且质量分析器(例如，tof质量分析器q3)可耦合到出口端608(例如，q3)。此外，应了解，本文描述的离子反应装置可串联插入于两个四极过滤器之间，例如，插入于离子反应装置600上游(且安置在离子源与离子反应装置之间)的四极过滤器(q1)(其用于俘获/引导/等等离子且在装置600的入口处提供离子源)与下游四极(q2)(其可接收产物离子及未经反应离子且俘获/引导/等等四极以供进一步分析或处理)之间。

如图6中所展示，因此，可沿着注入/弹出轴(x)将前驱离子注入到至少部分沿着第一中心轴(a)延伸且在第一相交点612处与沿着第二中心轴(b)延伸的第二通路相交的第一通路中，可在试剂离子由带电物种源604注入到其中时将所述前驱离子引入到第二通路中，且接着进入第三通路，所述第三通路在第二相交点623处与第二通路相交且至少部分沿着第三中心轴(c)延伸，其中第一中心轴(a)及第三中心轴(c)基本上正交于第二中心轴(b)。也可沿着相同注入/提取轴(x)从此第三通路提取前驱离子及/或产物离子。

如图6及7中所展示，第一通路由第一组电极610a到d界定，rf电压可施加于所述电极以用于将通过其发射的离子维持与电极610a到d基本上等距。尽管图1的电极是基本上l形(且基本上平行于沿着其整个长度的中心轴(a))，但举例来说，离子反应装置600的第一通路是弯曲的(例如，曲线)，如由第一组电极610a到d所界定。即，虽然邻近电极610a到d之间的分离沿着其长度基本上保持恒定，但电极610a到d经塑形使得其界定其间的非竖直通路。同样地，第三组电极630a到d(在图6中仅展示其中的两者)可类似地经修改以便产生弯曲的第三通路，离子在离开离子反应装置之前横越通过所述第三通路。除了第二组电极的电极的形状的改变之外，第二组电极的电极中的每一者还表示第一及第三组电极的成员。举例来说，电极610b用作rf场产生电极，其用于取决于离子在离子反应装置600内的位置使离子沿着第一、第二及第三中心轴聚焦。

图6另外描绘入口透镜电极601a、第一通路阻挡电极601b、出口透镜电极603a及第三通路阻挡电极603b的示范性配置。如所属领域的技术人员应了解，这些电极中的每一者可具有施加于其以用于控制离子在第一或第三通路内的轴向移动的电信号。在其中前驱阳离子与电子反应以便形成产物阳离子的示范性情况中，安置在第三通路的与出口608相对的轴端处的第三通路阻挡电极603b可具有施加于其以便排斥前驱阳离子及/或产物阳离子朝向出口608的正dc电压，而出口透镜电极603a可经负偏压以便促进从离子反应单元600提取前驱离子或产物离子。

现参考图8及9，示意性地描绘根据本教示的各种方面的另一示范性离子反应装置800。离子反应装置800基本上类似于上文参考图1中描绘的离子反应装置100论述的离子反应装置，但不同之处在于可在第三通路的出口808处执行离子的选择性提取(即，过滤)。在所描绘的示范性实施例中，第三通路包括邻近离子反应装置800的出口808的减小直径部分，所述减小直径部分由耦合到ac电压源(未展示)的额外电极833a到d(仅展示其中两者)界定。另外，第三通路还由邻近界定第三通路的标准直径的减小直径部分的一组电极832a到d界定(即，跨越第三中心轴(c)分离达与电极830a/830b及810a/850b相同的距离)，电极832a到d还耦合到ac电压源。通过以对应于前驱离子的长期频率的频率施加补充ac信号，激发前驱离子(但非产物离子)，且其径向振荡幅度增加。当径向激发前驱离子到达电极832a到d与833a到d之间的边界时，在其处产生的反转边缘场在产物离子(其基本上沿着第三中心轴(c)发射)穿过时排斥前驱离子。在2012年12月6日申请、题为“用于离子俘获质谱法的离子提取方法(ionextractionmethodforiontrapmassspectrometry)”的第pct/ib2012/002621号pct申请案中进一步描述选择性地过滤离子的反转边缘场的使用，所述pct申请案以全文引用方式并入。应进一步了解，被排斥的前驱离子可由冷却气体冷却，且进一步横越离子反应装置800直到其与带电物种(例如，围绕第二相交点823)相互作用为止。

现参考图10，示意性地描绘根据本教示的各种方面的另一示范性离子反应装置1000。离子反应装置1000类似于上文参考图6中描绘的离子反应装置600论述的离子反应装置，但不同之处在于通路代替地由例如形成于印刷电路板(pcb)上的多个基本上平面电极界定(在图10中仅展示其中一者)，而不是第一、第二及第三通路由实心电极(例如，l形电极)界定。即，两个平行pcb可安置在第一、第二及第三中心轴的相反侧上，使得离子可沿着其间的通路发射。此外，如图10中所展示，电极中的每一者可由电极部分1060分离，电极部分1060经接地以便防止电子沿着第二通路被汲取到pcb的非导电电介质部分。举例来说，接地垫1060可包括涂覆有石墨膏的pcb的电介质部分。

应了解，示意性描绘的离子反应装置1000可另外或替代地包含本文描述的一或多个其它特征。举例来说，通路的端可包括用于控制离子在其中的轴向运动的电极。此外，如上文参考图1所描述，电极可基本上沿着其整个长度界定沿着中心轴延伸的基本上竖直通路。

现参考图11，示意性地描绘根据本教示的各种方面的另一示范性离子反应装置1100。离子反应装置1100类似于上文参考图10论述的离子反应装置，但不同之处在于接地垫可经分段使得垫1160a到d可具有施加于其的dc偏压。举例来说，垫1160a到c可经正偏压使得离子积累在第二通路周围，而垫1160d经负偏压以促进提取前驱离子及/或产物离子。

现参考图12a到d，示意性地描绘根据本教示的各种方面的另一示范性离子反应装置1200。如同图10及11的离子反应装置，离子反应装置1200包括安置在平行取向上以界定其间的多个离子通路的多个基本上平面电极。如图12a中所展示，每一pcb可包括多个电极，其界定至少部分沿着第一中心轴(a)延伸的第一通路、沿着第二中心轴(b)延伸的第二通路、及至少部分地沿着第三轴(c1、c2)延伸的两个第三通路。图12a中的等势线展示rf场电势(红线及蓝线指示rf的不同相位)。图12b到d中的等势线展示dc场电势(红线展示正电势且蓝线展示负电势)。

最初沿着第一通路注入的离子沿着第一通路朝向与第二通路的第一相交点1212发射。然而，不同于本文描述的其它离子反应装置，离子可流动穿过装置(例如，基本上不会从第一通路转移(例如，对于常规ms/cid分析，如图12b中所展示))，或替代地，dc电压可施加于电极(例如，第一相交点1212处或邻近第一相交点1212且沿着第一通路的电极1260c)以在两个正交方向上沿着第二通路(即，沿着可发射带电物种的通路，如图12d中所展示)从第一通路转移离子，此举在离子沿着至少一个第三通路转移之后，所述第三通路沿着在第二相交点1223a、b处正交于第二中心轴的至少一个第三中心轴至少部分延伸(如图12c中所展示)。

最初沿着第一通路注入的离子最初在电极1210a到d的影响下沿着第一通路朝向与第二通路的第一相交点1212发射，rf信号被提供到所述电极以基本上使离子基本上沿着中心轴(a)聚焦。举例来说，施加于电极1210a及1210b(其环绕电极1260a)的信号的反相在离子进入离子反应装置1200时将离子基本上维持成沿着中心轴(a)。在ms/cid操作模式(离子仅以此模式流动通过反应单元1200(例如，无需经受ecd))中，排斥势dc电势(例如，+1v)也可施加于透镜电极1201、板电极1205a、b及电极1260a中的一或多者，使得离子的轨迹基本上维持成朝向电极1260c、d(其维持在引力电势(例如，-1v)下)及朝向电极1203(其维持在对离子的引力电势(例如，-2v)下)，如图12b中所展示。

当希望执行ecd反应时，例如，控制器可激活带电物种源(其如本文另外论述那样沿着第二通路发射带电试剂物种，如图12d中所展示)及沿着第一离子通路切换一或多个电极的电压，使得离子从其转向。举例来说，如图12中所展示，电极1260c的电压可从-1v切换到+10v，其可有效地使离子沿着第二通路转向，如图12c中所展示。可将透镜电极1205a、b维持在排斥势下，使得离子在相交点1223a、b处再次沿着第三通路朝向引力电极1203转向。即，如图12c中所展示，第三通路可包括两个偏移通路，其中每一者至少部分沿着基本上正交于第二通路的中心轴(c1、c2)延伸且分别在第二相交点1223a、b处与第二通路相交。

在各种实施例中，因为电子控制光学器件及离子控制光学器件完全分离，所以对两个带电粒子的独立操作是可能的。对于电子，电子能量可由电子源与离子通路与带电物种通路之间的相交点之间的电势差控制。可通过使用栅电极以接通/断开方式控制带电物种通路。透镜可定位在第二通路的轴端处或接近所述轴端，且在此类物种是电子时，当所述透镜经正偏压时，致使带电物种聚焦。通过另一通路引入的离子在这些透镜附近稳定，因为其被正偏压。

应了解，可对所揭示的实施例做出众多改变，而不背离本教示的范围。虽然前述图式及实例参考了具体元件，但期望仅是通过实例及说明方式，且非通过限制方式。所属领域的技术人员应了解，可在形式及细节上对所揭示的实施例做出各种改变，而不背离由所附权利要求书涵盖的教示的范围。