TWI362051B - Dual-polarity mass spectrometer and ion processing method applying to the same - Google Patents

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1362051 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種雙極質譜儀。 ' 【先前技術】 ； 質譜儀通常可以用來鑑定構成固態、氣態或液態樣品 之化學成分及含量。一般而言，質譜儀可以利用離子的荷 鲁 貝比來分離及分析離子；例如，一種習知的飛行時間質譜 儀，含一具有電極之加速區域，電極係產生一電場以加速 正離子（陽離子）或負離子（陰離子）、並將離子導向飛 :仃官之一端。此時，較重的離子以較低的速度行進，而較 小的離子則以較高的速度行進。在飛行管的另一端設有一 =測器以彳貞卿子，因此此種質譜儀可以根據各離子行經 飛行管長度所花的時間來計算出荷質比。 一般來說，帶正電及帶負電之粒子皆可經由離子化的 •:驟自樣品轉化出來。然而’在同-時間内，習知的單極 -貝瑨儀僅可以單獨測量正離子或負離子，但不能同時偵測 •兩種離子。這樣的偵測方式將無法捕捉所有樣品的資訊， • 甚至可能遺漏離子的一些型態及含量等資訊。不同於上述 _之單極質譜儀，習知的雙極質譜儀（例如氣溶膠飛行時間 ' =譜儀）可以同時偵測正離子及負離子；如上所述，氣溶 膠飛行時間質譜儀可以利用#由引導氣流通過喷嘴以產 生-路徑集中的粒子束，進而確認懸浮微粒的大小。粒子 在到達離子化區之前是保持電中性的狀態，並在離子化區 1362051 受到雷射激化，進而離子化為帶正電或帶負電的碎片分 子；此時，帶電的分子即可藉由雙極飛行質譜儀分析，而 雙極飛行質譜儀通常具有二飛行管，其係分別分析帶正電 及帶負電的粒子。 【.發明内容】 本發明之一實施態樣係揭露一種雙極質譜儀，其係同 步鑑定由一靜態樣品物質所產生之負離子與正離子的質 譜。在本發明中，樣品物質係製備於一離子源電極之一表 面上，而非氣溶膠飛行時間質譜儀只能適用於懸浮微粒。 離子源電極與數個汲取電極分別產生電場，此電場使得樣 品物質所產生之負離子與正離子能夠被汲取脫離樣品表 面，並分別導入二個加速區段，由一負離子質譜儀與一正 離子質譜儀分析。 承上所述，依本發明之雙極質譜儀能夠用來分析下列 物質，如鹽類、合金、半導體物質、半導體晶粒、粒子、 化學物質、生物分子、生理液、生物组織、皮膚、金屬及 電漿。樣品物質在離子化前為靜態，且樣品物質之尺寸係 約為數公釐或者更大。雙極質譜儀可以只汲取樣品物質之 表層所產生之負離子及正離子，藉以分析樣品物質之表面 特性，亦可以分析樣品物質之表層下的深層特性。 本發明之另一實施態樣係揭露一種設備，其包括一離 子源電極、一第一汲取電極與一第二汲取電極。在本發明 中，離子源電極具有一樣品表面（sample surface)，其中樣 8 丄允2051 表面上係設置有一樣品物質，且當以至少一雷射光束戋 離^能粒子束激發樣品物質時’樣品物質至少提供數個1 之電^數個負離子。第一沒取電極之電塵係高於樣品表面 壓係^以便自樣品表面吸引負離子；第二沒取電極《電 其中二於樣品表面之電壓，以便自樣品表面吸引正離子。 二及及取電極具有可供負離子通過之一第一開口，第 電極.具有可供正離子通過之〆第二開口，且第一汲 取電極鱼笛_、 ~昂一汲取電極係設置於離子源電極之相對兩側。 承上所逑，離子源電極可以具有一第一屏壁及一第二 屏壁。 屏且—屏壁具有可供負離子通過之一第三開口，第二 、具有可供正離子通過之—第四開口，且第一屏壁係位 ' 面及第一沒取電極之間，第二·屏壁係位於樣品表 可==一及取電極之間。樣品表面、第一屏壁及第二屏壁 量相同電壓；另外，本發明設横可以包括—第一質 二二3 =及一第二質量分析器，其中第一質量分析器係分 第二開口之負離子，第二·質量分析器係分析通過第 w開口之『μ 良 離子。第一質量分析器讦以至少包括一飛行 吕，—Eg ± 柄％ 1量分析器，一離子阱，一扇形磁場質量分 器.a、、茶轉換離子迴旋典振質譜儀或一動量分析 ，备然，塗_ 具有—閃 質量分析器亦町包括〆苐一偵測器，其係 器或一電、、Γ離子偵測器，一微通道板偵測器，一電子倍增

管，—IL偵測器。第二質量分析器砰以至少包括一飛行 四核#主督I 析琴， 里刀析器，一·離子啡，扇形磁場質量分 傅立葉轉換離子迴旋共振質譜儀或一動量分析 9 1362051 器；當然，第二質量分析器亦可包括一第二偵測器，其係 具有一閃爍離子偵測器，一微通道板偵測器，一電子倍增 器或一電流偵測器。第一屏壁及第二屏壁係以一通過樣品 物質之平面對稱設置。第一汲取電極及第二汲取電極亦可 - 以一通過樣品物質之平面對稱設置。第一屏壁之第三開口 及第二屏壁之第四開口係分別為一狹長形開口或長方形 ’ 開口。離子源電極可具有一介質輔助雷射脫附離子化 、(MALDI)離子源，一表面強化雷射脫附電離(SELDI)離子源 1 或一雷射剝蝕離子源。此外，本發明之設備可以更包括一 第三質量分析器，其係分析樣品物質射出之中性粒子。 本發明之另一實施態樣係揭露一種設備，其包括用以 改變數個正離子及數個負離子之行進方向、並加速正離子 及負離子的數個電極。其中該等電極係具有連接至數個電 壓之數個表面，該等表面係產生電場藉以形成一第一執跡 調整與加速區段，一第一軌跡微調與引導區段，一第二執 跡調整與加速區段及一第二執跡微調與引導區段。第一軌 跡調整與加速區段之電場係改變負離子的行進方向，使其 朝向第一軌跡微調與引導區段方向前進，接著第一軌跡微 調與引導區段之電場引導負離子造入第一質量分析器；另 外，第二軌跡調整與加速區段之電場係改變正離子的行進 方向，使其朝向第二軌跡微調與引導區段方向前進’接著 第二軌跡微調與引導區段之電場引導正離子進入第二質 量分析器。 承上所述，本發明之設備可以更包括一離子源，其係 1362051 產生正離子及負離子。其中離子源係包括一介質輔助雷射 脫附離子化（MALDI)離子源，一表面強化雷射脫附電離 (SELDI)離子源，一電喷灑游離化(ESI)離子源，一電子撞 擊式（EI)離子源，一二次離子源或一化學游離化（CI) 離子源。離子最終獲得之總加速能量至少為離子於執跡調 整區段中的平均加速能量的10倍。 本發明之另一實施態樣係揭露一種雙極飛行時間質 譜儀，其包括一雙極離子產生器、一第一飛行管、一第一 離子偵測器、一第二飛行管、及一第二離子偵測器。其中， 雙極離子產生器用以產生正離子及負離子，第一飛行管及 第土飛行管分別接收負離子束及正離子束。第一離子偵測 器偵測在第一飛行管中行進的負離子，第二離子偵測器偵 測在第二飛行管中行進的正離子。承上所述，雙極離子產 生器包含一離子產生器及數個電極，離子產生器係用以自 樣品表面產生正離子或負離子，電極係產生電場，以便將 負離子集中並形成負離子束；另外，電場亦可用以將正離 子集中並形成正離子束。 本發明之另一實施態樣係揭露一種方法，其包含下列 步驟：首先，自樣品表面產生正離子及負離子，接著利用 電場之一第一區域將負離子導引至一第一質量分析器，以 及利用電場之一第二區域將正離子導引至一第二質量分 析器，最後，利用第一質量分析器分析負離子以及利用第 二量分析器分析正離子。 承上所述，在本發明中，將負離子導向第一質量分析 11 1362051 器之步驟可能包含將負離子穿 三開口，而將正離子導向第二質、量分，屏，義的-第 明之方^ 義的—第四.。、此外，本發 可旎更包含例如連接樣品表面、第一 =至:同電壓，以及分㈣品峨出之中 議4様將4離子導向第—質量分析器之步驟可以利 向第一；之一弟—汲取電極來加速負離子導 向弟貝1分析器，而將正離子導向第二質量 : 驟可以利用電壓低於樣-/ i雜早道弟— 及取電極來加速 勺人將第D —f量分析器。另外，本發明之方法可能更 取電極及第二汲取電極對稱設置於 樣品物質之平面。 列牛i發ϊγ—實施紐係揭露—種方法，其係包括下 y一首先，自樣品表面提供正離子及負離子；1次， 電場，其中第—電場係形成—第—軌跡調整與 :品又’其制來改變自樣品表面射出之該等負離子之. 行ί方：：然後，產生一第二電場’其中第二電場係形成 一弟一轨跡微調與引導區段，其係用來引導該等負離子. 接L產生一第三電場，其中第三電場係形成-第二軌跡 與加速區段’其係用來改變自樣品表面射出之該等正 離子之行進方向；之後’產生一第四電場，其中第四電場 係形成一第二軌跡微調與引導區段，其係用來引導該 離子。 承上所述，在本發明中，樣品表面可能設置在第一電 12 1362051 ⑽明質譜儀(MS_.可以同時測定負離子⑽及正 110之質譜圖譜。在本實施例中，負離子及正離子可 品物質146產生’樣品物質146係以例如混合介質分子= 樣品分子方式設置於-雙_子產生器1G2之—離子源ς 極的樣品表面150上。當正負離子由雷射激發產生 離子及正離子會同時被没取，並分別導向—負離子質量八 析器104及一正離子質量分析器1〇8。 刀

承上所述，負離子質量分析器1〇4.包含—飛行管 及一負離子偵測器120，負離子偵測器12〇係偵測負離子 106在通過飛行管116後之到達時間；另外，正離子質量 分析器108包含一飛行管118及一主離子偵測器122，正 離子偵測器122係偵測正離子11〇在通過飛行管118後之 到達時間。在本實施例中，負離子質量分析器1〇4及正離 子質量分析器108係設置於離子產生器1〇2之袓對兩側， 其特別是能夠以對稱之方式設置於離子產生器1〇2之相斜 兩側。而偵測器120及122之輸出信號290及292可以分 別輸入資料收集器192 (例如一數位儲存示波器或一電腦） 中，以便紀錄正離子及負離子的質譜圖譜。 圖2為依本發明實施例之一雙極飛行時間質譜儀1〇〇 的示意圖，其中，雙極飛行時間質譜儀100利用一介質輔 助雷射脫附離子化（MALDI)離子源112產生負離子1〇6 及正離子110 ;在本實施例中，MALDI離子源112包含一 包埋在介質中的樣品物質146。另外，一雷射光源114係 用以產生·一雷射光束124 ’錯以激化樣品146產生正離子 14 1362051 110及負離子106。 在本實施例中，樣品物質146可以是鹽類、合金、半 導體物質、半導體晶粒、粒子、化學物質、生物分子、生 理液、生物組織、皮膚、金屬及電漿，其中電漿可含有一 由帶電粒子組成之氣體粒子束。在本實施例中，質譜儀100 可藉由配置雷射光束124來激化樣品表層而產生正負離 - 子，如此即可用來分析樣品物質146的表面特性；除此之 . 外，質譜儀100亦可藉由使用雷射光束124層層剝除樣品 • 物質以露出樣品物質之内部部位，並自樣品物質之内部部 位產生正負離子，進而分析樣品物質表面以下之深層部 位。 若使用習知的氣溶膠飛行時間質譜儀（Aerosol TOF MS)進行分析，則微米大小以上之中性粒子樣品物質必須 沿著一路徑加速。此飛行粒子在到達離子化位置時才會受 •雷射光束激化而產生離子；因此若樣品物質為塊狀且未經 切分成小片段，則氣溶膠飛行時間質譜儀便無法分析樣品 I 物質的表面特性。相較之下，本發明實施例之質譜儀1 〇〇 在分析樣品物質時.，並不需要在離子化步驟之前先自樣品 … 物質產生微小的中性粒子。更甚者，本發明實施例之質譜 儀100所用之樣品物質尺寸可以為數毫米大，或者為更大 的尺寸，只要樣品物質可以設置於上述之離子源電極中即 可。因此，利用本發明實施例之質譜儀100來測定物質之 表面特性較容易，例如測定半導體晶片或一生物組織切片 的表面成分。 15 ΪΙ362051 離子產生器102係包含一離子源電極13〇及汲取電極 126a、126b、128a及128b。在本實施例中，離子源^極 130包含—樣品表面150 (如圖3及圖4所示)，樣品：質 146係放置在樣品表面15()上。其中，離子源電極㈣及 汲取電極126a、126b、128a及128b皆安裴用來產生電場， 而這些電場係散佈.在數個區域，藉以加速及引導負離子%及 '正離子·朝向相反方向行進，進而將諸子及正離子分別導 • 向飛行管U6及H8。 • 承上所述，這些電場將負離子106及正離子110分別 導向負離子質量分析器1〇4及正離子質量分析器⑽，如 此一來具有相似荷質比的粒子大致上會以相同的速度進 入相對應之質譜儀。 在本實施例中，汲取電極126a及126b係設置在離子 源電極130之相對兩側，特別是以對稱的方式設置於離子 源電極I30之相對兩側。同樣地，汲取電極128a及128b 係設置在離子源電極130之相對兩側，特別是以對稱的方 籲式設置於離子源電極130之相對兩側。 在本貫施例中’總共有五個電場，其係分別由離子源 ··電極13〇及没取電極126a、126b、128a及128b所產生， . 如圖3其中，第一電場位於一開口區域300内部，開口 區域 ^ 邊係分別設有樣品表面150、屏壁160之内 表面及屏壁162之内表面；第二電場位於離子源電極13〇 及;及取電極126a之間；第三電場位於離子源電極13〇及沒 取電極126b之間；第四電場位於沒取電極126a及128a 1362051 之間；第五電場位於汲取電極126b及128b之間。如圖3 所示，第二電埽及第三電場係以對稱之方式位於離子源電 極130之相對兩側，且第二電場及第三電場之極性係相 反；相同地，第四電場及第五電場係以對稱之方式位於離 '! 子源電極130之相對兩側，且第四電場及第五電場之極性 ! ** ί 係相反。 ' 如圖4所示，以下將利用具有X軸、y轴、及ζ軸之 ；- 一笛卡兒座標，來描述質譜儀100中的各成分的方位，而 !丨▲ ❿ 座標軸原點位於樣品表面150的中心點，該位置即樣品物 ； 質146之設置位置。其中z軸係垂直於樣品表面150，飛 行管116及118的軸均平行於X轴，負離子106及正離子 ； 110分別沿著飛行管116及118朝向-X及+X方向行進。 I 在本實施例中，汲取電極126a之電壓係高於離子源電 j 極130之電壓以便產生一電場’，其係形成一第一離子軌跡 ; 調整與加速區段166a，藉以將負離子106朝向-X方向加 速。另外，汲取電極128a之電壓係略低於汲取電極126a i 之電壓以便產生一電場，其係集中並調整負離子106的執 跡，因此負離子106可以沿著平行於飛行管116的軸向方 … 向的路徑前進。 \ 汲取電極126b之電壓係低於離子源電極130之電壓. _ 以便產生一電場以形成一第二離子軌跡調整與加速區段 166b，藉以將正離子110朝向+x方向加速；另外，汲取電 極128b之電壓係略高於没取電極126b之電壓以便產生一 電場，其係集中並調整正離子110的軌跡，因此正離子110 17 1362051 可以沿著平行於飛行管118的軸向方向的路徑前進。 承上所述，〉及取電極126a及128a所使用之電壓與没 取電極126b及i28b所使用之電壓係與離子源電極13〇的 電壓呈對稱’且它們具有與離子源電極13〇之電壓相對的 極性。舉例而言，若汲取電極126a之電壓以一定電壓差高 於離子源電極130的電壓，則没取電極126b之電壓以相 同電壓差低於離子源電極130的電壓。 負離子偵測器120與正離子偵測器122皆可以是一微 通道板偵測器。在本實施例中，負離子質量分析器1〇4及 正離·子質量分析器108設置在離子產生器1〇2的相對兩 側’特別是負離子質量分析器104及正離子質量分析器ι〇8 以對稱之方式設置在離子產生器102的相對兩側。另外， 離子產生器102係設置於一離子源室中（圖未示），此離 子源室可以是具有一可供連結飛行管116及118之開口的 一六向立體室。 正離子^貞測器122的輸出信號292可藉由資料收集器 192之一第一通道測定，而負離子偵測器120的輸出信號 290可以由一電路194處理，並可藉由資料收集器192之 一第二通道測定。在本實施例中，電路194包括一電壓絕 緣電路以防止負離子债測器120所使用之高電壓造成資料 收集器192之破壞，其詳細内容將敘述如下。 如圖3所示’離子源電極130係包含一由樣品表面15〇 及屏壁160與162定義之開口區域300。雷射光束124通 過開口區域300 ’激化設置於樣品表面150上的樣品物質 18 1362051 146。屏壁160具有一長方形縫隙（開口）154a (在圖3 中被遮住），負離子106係通過長方形缝隙（開口）154a， 並向汲取電極126a行進。屏壁162亦具有一長方形缝隙（開 口）154b，正離子110係通過長方形缝隙（開口）154b並 向汲取電極126b行進。在本實施例中，樣品表面150、屏 壁160及屏壁162係相互電性連接且具有相同電位。 離子源電極130及汲取電極126a及128a形成兩個負 離子的軌跡調整區段166a及168a，而離子源電極130及 汲取電極126b及128b形成兩個正離子的執跡調整區段 166b及168b。在本實施例中，離子源電極130及汲取電 極126a、128a、126b及128b可以是不鏽鋼通電板且以等 距離相互平行排列。 圖4為一離子產生器.102與飛行管116及118的剖面 圖。如圖4所示，飛行管116及118的内部區域大部分為 無電場漂流區域。汲取電極產生電位以引導離子沿著平行 於飛行管116及118的轴向方向的軌跡行進，這樣才得以 確認離子係行經飛行管的長度始到達離子偵測器120及 122。 在本實施例中，離子產生器102之特徵在於所釋出之 離子係自樣品表面150向上方（+z)發射；此時，離子受離 子源電極130及汲取電極126a、128a、126b及128b所產 生之電場引導，因此可以將負離子集中並導引朝向一平行 於飛行管116的軸向方向行進，而將正離子集中並被導引 朝向一平行於飛行管118的轴向方向行進。 19 1362051 另外，離子產生器102之另一特徵在於其係具有靠近 樣品表面150的長方形缝隙154a及154b。在本實施例中， 長方形缝隙154a及154b係分別由離子源電極130之屏壁 160及162的内表面所定義。一般而言，長方形開口係較 . 優於圓形開口或廣口構造（亦即沒有位於屏壁160及162 上側之表面)，此乃因為長方形開口可以減少電場在y轴 ' 方向的歪斜。換言之，離子源電極130及汲取電極126a - 及126b所產生之電場可以具有較佳之場形，以便能夠將 • 自樣品物質146產生之正離子及負離子分別導向沿著飛行 管118及116行進的路徑。 當離子由樣品物質1'46釋放出來時，大部分的離子最 初沿著+z方向行進，接著漸漸轉向X軸（負離子朝向-X 方向，正離子朝向+x方向）。以正離子110為例，當正離 子110自樣品表面150射出，正離子110開始向+z方向行 進，然後藉由電場梯度稍稍拉回向-Z方向。而且，在正離 子110通過長方形缝隙154b後，正離子110會依序行經第 ^ 二離子軌跡調整與加速區段166b及第二離子軌跡微調與 引導區段168b並進入無電場之飛行管118。 ' 在本實施例中，長方形缝隙154b及圓形開口 156b及 158b的設置能夠提供適當的離子傳輪效率，意即大部分的 正離子110不會碰撞到離子源電極130以及汲取電極126b 及128b而可以直接到達飛行管118。另外，第二没取電極 128b的電壓相對高於飛行管118及第一汲取電極126 b的 電壓，這樣的配置使得在開口 158b的附近產生離子集中 20 1362051 的效果，而且可以增加正離子110的傳輸效率至大約2倍。 汲取電極126a及128a以及開口 156a及158a係相對 於離子源電極130分別與汲取電極126b及128b以及開口 156b及158b鏡像對稱設置。 圖5顯示離子源電極130内部及附近的立體電位示意 圖。在本實施例中，由於屏壁160及162具有相同電位， 樣品表面150上方區域174具有一相對穩定之電位，而汲 取電極126a之電壓係高於離子源電極130之電壓；此外， 由於汲取電極126a的影響，長方形缝隙154a附近之電位 係高於區域174。 離子源電極130及汲取電極126a及126b產生一電 場，其係位於一特定區域，用以調整負離子與正離子自樣 品表面15 0.射出後之轨跡。如上所述，此電場形成一初始 軌跡調整區段作用於所有負離子106及正離子110。詳言 之，當負離子106及正離子110自樣品表面150射出後， 其最初通常沿著+z方向行進，而電場分佈會調整負離子 106的軌跡並引導負離子106自+z方向轉而朝向一面對長 方形缝隙154a之-X方向。同理，電場分佈亦會調整正離 子110的軌跡並引導正離子110自+z方向轉而朝向一面對 長方形缝隙154b之+x方向。 接著，當負離子106及正離子110自樣品表面150分 別行進至長方形缝隙154a及154b時，負離子106及正離 子110之加速度通常小於負離子106及正離子110在離子 執跡調整與加速區段166a及166b之加速度。例如，負離 21 行時間質譜儀100進行之實驗。在本實驗中，離子源電極 130及汲取電極126a、126b、128a及128b各為40毫米寬、 100毫米長，且彼此相距6毫米，離子源電極130厚6毫 米，汲取電極126a、126b、128a及128b各為3毫米厚； 另外，長方形缝隙154a及154b各為26毫米長、3毫米寬， 而且與樣品板前端131 (如圖3)相距18毫米；圓形開口 156a、156b、158a及158b之直徑為5毫米；開口 156a及 156b的中心皆在+z方向距離X轴1.5毫米，而開口 158a 及158b的中心皆在+z方向距離X轴2.5毫米。 承上所述，飛行管116及118各具有32毫米之内徑及 1123毫米的長度，且分別與汲取電極128b及128a絕緣。 在進行測量時，離子源室的壓力維持在3 X 10_7毫巴以下。 飛行管116及118之中心轴皆平行於X軸，且在+z方向距 離X軸2.5毫米處，而且飛行管116及118係分別減壓至 5 X 10_7毫巴以下。微通道板偵測器120及122分別與飛行 管116及118相距25毫米，且不需要再經過分段抽氣階段。 接著，將電壓持續地供給離子源電極130及汲取電極 126a、126b、128a及128b。本實驗係提供參考電壓+5.9 kV 至離子源電極130，而輸入至汲取電極及離子偵測器之電 壓相對於參考電壓呈對稱但具有相反之極性，即輸入至汲 取電極及離子偵測器之電壓的平均值等於參考電壓（+ 5.9 kV )。例如，輸入至第一組汲取電極126a及126b之電壓 分別為+2.5 kV及+9.3 kV，而輸入至第二組汲取電極128a 及128b之電壓分別為+3.8 kV及+ 8 kV。另外，輸入至飛 行管118及116夕命 y 士容 之電壓分別為0V及+ ll.8kV。 在本貫施例φ . 道板偵測器，但J^然測11 12G及122皆可以是微通 測器122係、在二;1路料—相同；此乃因為正離子镇 係在一較高之恭二電壓範圍操作，而負離子偵測器120 有—入口圍操作。其中，正離子侧器122具 。連接至電壓142及—陽極144，其係分別 有-入口側134 ·2〇〇ν及0 V。負離子偵測器120具 連接至電壓+14kv—=V36及一陽極138，其係分別 kV、+16 kV 及+ 16.2 kV。 ^負離子偵測器12〇使用高偏壓電壓，微通道板組 真* ―八If之絕緣壓克力法蘭接頭設置在與（飛行管的） 至距67毫米處。另外，提供+14 kv之偏壓 Μ之去蘭’藉以降低電極周圍之電壓差，因此可以 免=作時因高電壓造成負離子债測器，之損壞。 二料收集自192係為一 500 ΜΗΖ之數位儲存示波器。 ^本貫驗中’因為資料收集器192係只能接收數伏特的信 U所以祐要利用—直流高壓隔離電路將資料收集器192 與負離子_|| 12〇之高偏壓隔絕。 β參煦圖7所示，電路194係用來處理來自負離子偵 120之信號。在本實驗^，電路194係包含一直流高 ^ Pwi離電路’其係用以將負離子情測器㈣與資料收 集裔192隔離。其中，直流高壓隔離電路18〇具有一節點 82谛點184及一節點U6 ;節點182係接收來自微通 道板偵測器120之信號，節點184連接至資料收集器192, 24 1362051 節點186連接至+ 16.2kv 。於此，直流高壓隔離電路 180能夠將資料收集11 192與負離子制器120之+ 16.2kV - 偏壓信號隔絕。 直流高壓隔離電路180包含兩個高電壓電容器188及 31。，在本'實施例中，f容器188及190係、陶*高電壓電 •二為’其，別具有2沾及1〇nF之電容，且可個別具有4〇 .破之額定電壓。另外，直流高壓隔離電路180係密閉於一 • 綠T外罩，並與室内環境絕緣，而且在電容器高壓側的導 系包裹矽樹脂、並具有100 kV之額定電壓。 離電負離子偵測器120所發出之信號290通過直流高壓隔 ^路180，並接有一突波保護電路310，而且信號290 離从利用資料收集器192的第一通道進行測定。同理，正 子偵測器122所發出之信號292可以利用資料收集器 92的第二通道進行測定。 :本貫驗利用一 Nd:YAG三倍頻脈衝雷射（355nm)作為 ♦雷射光源114，其係垂直對準樣品表® 150。此時，雷射 '光束124的能量依樣品物質146之不同約為2至1〇微焦 ··耳其係通過一離子源室之一熔融石英玻璃窗，然後激化 樣品物質146。 下列敘述係根據上述實施例之質譜儀1〇〇所進行之實 驗、、。果’且下列實驗係使用數種生物樣品，包括：胰島素 B鍵（分子量3495.9 Da)、馬骨骼肌肌紅蛋白（分子量 16951 ·5 Da) ’以及包含血管緊縮素1(分子量1296.7 Da)、 促腎上腺皮質激素(ACTH) clip 1-17 (分子量2093.1Da)、 25 1362051 促腎上腺皮質激素(ACTH) clip 18-39 (分子量2065.2Da)、 腎上腺皮質激素(ACTH) clip 7-38 (分子量3657.9Da)及胰 島素（分子量5730.6Da)的蛋白質混合液。 以下實驗係測定蛋白質及不同分子量之混合蛋白 質，其實驗結果如下列圖示所示。圖8A係一圖譜200，其 顯示以THAP為基質之50微微摩爾胰島素B鏈之陽離子 /陰離子圖譜，其中圖8A所示之圖譜係由平均約200次 雷射測定所得。 另外，圖8B係一圖譜210，其係顯示以CHCA為基 質之肌紅蛋白之陽離子/陰離子.圖譜。 圖9係一圖譜240，其係顯示一自標準蛋白質質量校 正混合物所得之正離子及負離子質譜圖譜。該混合物係以 20微微摩爾的血管緊縮素、20微微摩爾的腎上腺皮質素 激素clip 1-17、15微微摩爾的促腎上腺皮質激素clip 18-39、30微微摩爾的腎上腺皮質素激素clip 7-38以及35 微微摩爾的胰島素。如圖9所示，所有的蛋白質，無論帶 正電荷或負電荷均可在圖譜240中明確鑑定。 圖10係一質譜儀270的橫切面示意圖，其中，質譜 儀270可同時分析正離子、負離子以及中性粒子。在本實 驗中，質譜儀270可用於研究由混合介質分子與樣品分子 產生的不同形式的正離子、負離子以及中性粒子’也可以 用來觀察蛋白質的能量以及在一電中性系統中蛋白質在 蛋白質複合體中的交互作用。 如圖10所示，質譜儀270具有一用來分析負離子的 26 丄皿υΜ

"»L 子可猎由電流或雷射產生並且以一電場集中。 同樣的，圖2所示之離子源除了可以使用介質輔助雷 射脫附離子化(MALDI)離子源，當然亦可使用其他例如表 • 面強化雷射脫附電離（SELDI)離子源、電喷灑游離化(ESI) 離子源、電子撞擊式（EI)離子源、二次離子源或化學游 離化（CI)離子源來替代。需注意者，當使用電噴灑游離 - 化（ESI)離子源 '電子撞擊式（EI)離子源及化學游離化（CI) 離子源時，離子源電極130的結構可以修改為一中空管或 .· 者可淨空通道。這些離子源（ESI離子源、EI離子源及CI 離子源）的離子皆自離子源電極13〇的外側射入，且該等 離子^被引導Ά者離子源電極的中空管（或'通道）行 進。接著，當離子由中空管（或通道）末端穿出，這些離子 皆會被導向長方形縫隙154a及154b，且分別朝向飛行管. 118及116加速。 離子源電極130及汲取電極126a、126b、12以及12肋 使用之電壓也可以與上述實驗例不同。請參照圖4所示， _ 没取電極128b使用之電壓不必然高於沒取電極126b使用 之電壓；同理，汲取電極128a使用之電壓不必然低於汲 •- 取電極126a使用之電壓。 此外，不同構造的離子源電極130可以應用在不同型 式的離子源17羊5之，不命使用何種離子源，離子源電極 130的形狀尺寸及離子源電極13〇使用的電壓都會被調整 以產生一電場區域，其通常會在正離子11〇及負離子1〇6 進入加速區域之前，將正離子11〇及負離子1〇6分別導向 28 1362051 +χ及-X方向；而且，正離子110及負離子106在進入加 速區域時，不需以平行於X軸之方向行進，而可以與X軸 偏離些微角度。 需注意者，離子源電極130及汲取電極126a、126b、 128a及128b的形態可與上述相異。請參照圖6所示，只 要電場區域可以集中並引導正離子110及負離子106分別 穿過長方形缝隙154a及154b即可，而離子源電極130的 不同纟且成元件並不需要具有相.同電位。 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離 本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均 應包含於後附之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 圖1及圖2係為本發明實施例之一雙極質譜儀的示意 圖； 圖3 '係為本發明實施例之一雙極離子產生器的示意 圖， 圖4係為本發明實施例之一雙極質譜儀的剖面圖； 圖5係為一電位場之示意圖； 圖6係為本發明實施例之一雙極離子產生器的剖面 圖， 圖7係為本發明實施例之一直流高壓隔離器的電路 圖； 圖8A及8B係質譜儀之圖譜； 29 1362051 圖9係另一質譜儀之圖譜；以及 圖10係為本發明實施例之一質譜儀的示意圖，其係 能夠分析陽離子、陰離子及中性粒子。 元件符號說明： 100 質譜儀 - 102 離子產生器 • 104 負離子質量分析器 • 106 負離子 108 正離子質量分析器 110 .正離子 112 MALDI離子源 114 雷射光源 116 飛行管 118 飛行管 120 癱 . 負離子偵測器 W 122 正離子偵測器 124 雷射光束 126a、126b、128a、128b 汲取電極 , 130 離子源電極 131 樣品板前端 134 負離子偵測器入口側 136 負離子偵測器出口側 138 負離子偵測器陽極 30 1362051 140 正離子偵測器入口側 142 正離子偵測器出口側. 144 正離子偵測器陽極 146 樣品物質 .150 樣品表面 154a、154b 長方形缝隙 156a、156b、158a、158b 開口 .160、162 屏壁 • 166a、166b 離子軌跡調整與加速區段 168a、168b 離子軌跡微調與引導區段 170 中央平板 172a、172b 平板 174 電場平坦區域 180 直流高壓隔離電路 182、184、186 節點 188、190 電容器 * 192資料收集H 194 電路 • · 200、210、240 圖譜 ' 270 質譜儀 271 飛行管 272 第三質量分析器 274、276、278 · 電極 280 離子化區域 31 1362051 282 雷射光束 290、292 信號 300 開口區域 310 突波保護裝置

Claims (1)

1. 丄 jOZlOi 丨〇〇年4月20曰補充修正_替換頁 十、申請專利範圍： 1、一種雙極質譜儀，包含： 一離子源電極 其中該樣品表面 其具有一樣品表面 亡係设置有一樣品物質，且當以至少一雷射光束或 一高能粒子束激發該樣品物質時，該樣品物質至少 提供數個正離子及數個負離子；

   第f取電極’其甲該第一沒取電極之電麗係高於 。玄樣扣表面^電壓以便自該樣品表面吸引該等負離 子，其_該第一汲取電極具有可供該等負離子通過 之一第一開口；以及

   第一;及取電極，其中該第二汲取電極之電壓係低於 該樣品表面之電壓以便自該樣品表面吸引該等正離 子，其中該第二汲取電極具有可供該等正離子通過 之第一開口，且该第一汲取電極與該第二汲取電 極係設置於該離子源電極之相對兩側， 其中，該離子源電極具有一第一屏壁及一第二屏壁， 該第一屏壁具有可供該等負離子通過之一第三開 口，該第二屏壁具有可供該等正離子通過之一第四 開口，該樣品表面、該第一屏壁及該第二屏壁係具 有相同.電壓。 2、如申請專利範圍第丨項所述之雙極質譜儀，其中該第 一屏壁係位於該樣品表面及該第一汲取電極之間，該 第一屏壁係位於該樣品表面及該第二汲取電極之間。 3如申請專利範圍第丨項所述之雙極質譜儀，更包含： 33 100年4月20日補充修正_替換頁 一第一質量分析器，其係分析通過該第三開口之該等 負離子；以及 第一負冕分析器，其係分析通過該第四開口之該等 正離子。 4、 如申，專利範圍第3項所述之雙極質譜儀’其中該第 一質里分析包含一飛行管，一四極柱質量分析器， 一離子阱，一扇形磁場質量分析器，一傅立葉轉換離 子迴旋共振質譜儀及一動量分析器至少其中之一。 5、 如申請專利範圍第3項所述之雙極質譜儀，其中： 該第一質量分析器包含一第一债測器，其係包含—閃 爍離子偵測器，一微通道板偵測器，一電子倍增器 及一電流偵測器至少其中之一；及 °° 該第二質量分析器包含一第二偵測器，其係包含—閃 爍離子偵測器，一微通道板偵測器，一電子倍增芎 及一電流偵測器至少其中之一。 曰° 6、 如申請專利範圍第丨項所述之雙極質譜儀，其中該第 一屏壁及該第二屏壁係以一平面對稱設置，且該平面 係通過該樣品物質。 7、 如申請專利範圍第1項所述之雙極質譜儀，其中該第 一沒取電極及該第二汲取電極係以一平面對稱設置， 且該平面係通過該樣品物質。 8、 如申請專利範圍第1項所述之雙極質譜儀，其中唁第 一屏壁之該第三開口及該第二屏壁之該第四開口^分 別為一狹長形開口。 ’ ' 34 9 10

   項所述之雙極：:=:頁 別為-長方形開口。 屏…弟四開口係分 如申請專利範圍第！項所述之雙極f譜儀，其令 ^原電極具有—介質輔助雷射脫附離子化離子源Γ一 襲切及1射熱離子源 如^月專利範圍第；（項所述之雙極質譜儀，更包含： 第—質里分析器，其係分析該樣品物質射 中性粒子。 调 12、一種雙極質譜儀，包含：

   數個電極，其係用以改變數個正離子及數個負離子的 行進方向，並加速該等正離子及該等負離子，其中 該等電極係具有連接至數個電壓之數個表面，該等 表面係產生電場藉以形成—第—軌跡調整與加 ^…第-執跡微調與引導區段，—第二執跡調整 一加速區段及一第二執跡微調與引導區段；以及 —料源電極，其具有-樣品表面、-第-屏壁及— 第-屏壁’其中該第壁具有可供該等負離子通 過之-第二開D ’該第二屏壁具有可供該等正離子 通過之-第四開口，該樣品表面、該第—屏壁及該 第二屏壁係具有相同電壓； Λ 其中二該第一軌跡調整區段之電場係改變該等負離子 的仃進方向且使得該等負離子朝向該第—執跡微調 35 丨00年4月20曰補充修正_替換頁 ”引導區段方向前進’該第-軌跡微調與引導區段 之_係引導該等負離子；該第二軌跡調整與加速 區段之電場係改變該等正離子的行進方向且使得該 等正離子朝向該第二轨跡微調與引導區段方向前 進，該第二軌跡微調與料區段之電場係引導該等 正離子。 專利圍第12項所述之雙極f譜儀，其中該 =一屏壁係位於該樣品表面及其中一個該等電極之 第二屏壁係位於該樣品表面及其中另一個該等 电極之間。 14、：申請專利範圍第12項所述之雙極質譜儀，更包含. —離子源、，其係產生該等正離子及該等負離子，其中 ^離子源係包含—介㈣助雷射脫附離子化離子 離2表面強化雷射脫附電離離子源，一電喷灑游 ?源，-電子撞擊式離子源，一二次離子源 及一化學游離化離子源至少其中之一。 5 Π::::第Π項所述之雙極質譜儀’其中該 為㈣/ 離子最終獲得之總加速能量至少 速區/㈠Ϊ子或該等正離子於該第—軌跡調整與加 处旦:〜第二執跡調整與加速區段中的平均加速 月里的1〇倍0 一種雙極飛行時間質譜儀，包含： 一雙極離子產生器，1 一 及數個雷托 -已3離子源、一離子源電極 電冬，该離子源係使得一樣品表面產生數個 36 16 正離子及數個負離子 年月:曰補充修正-替換頁 使得該等負離子m 係產生數個電場以 子形成—=成:負離子束’並使得該等正離 f正離子束’該離子源電極具有一第 及一第二屏壁，該第一 過之#㈣具村供料負離子通 ^之1該第二屏壁具有可供該等正離子 广：-第四開口，該樣品表面、該 第二屏壁係具有相同電壓； 及忒 第队行官，其係接故該負離子東； 負離子則裔’其係谓測通過該第一飛行管之該 :第,飛行管，其係接收該正離子束；以及 偵測器，其係偵測通過該第二飛行管之該 = 項所述之雙極飛行時間質譜儀， :、 屏壁係位於該樣品表面及其中一個該等電 二1’ ’该第二屏壁係位於該樣品表面及其中另-個 5亥等電極之間。 18種用於雙極f譜儀的離子處理方法，包含下列步驟： 於位在一電場中之-樣品表面之-樣品物質上產生數 個正離子及數個負離子； 利用。亥電场之—第—區域將該等負離子通過由一第一 屏壁所定義之一第三開口導向一第一質量分析器； 利7電場之—第二區域將料正離子通過由一第二 屏壁所定義之一第四開口導向一第二質量分析器； 37 0 . 丨00年4月20日補充修正替換頁 玄樣扣表面，該第一屏壁及該第二屏壁連接至相同 電壓； 以該第-質量分析器分析該等負離子；以及 以該第二質量分析器分析該等正離子。 請專利範圍第18項所述之用於雙極質譜儀的離 子處理方法，更包含： 20 分析自該樣品物質發射之數個中性粒子。 如申請專利範圍第18項 ? ^ Μ所迷之用於雙極質譜儀的離 子處理方法，其中： 將該等負離子導向該第-質量分析器之步驟包含利 =-第-沒取電極加速該等負離子朝向該第—質 量分析器，其中該第一沒取電極之·係高於該樣 品表面之電壓；以及 將該等正離子導向該第二質量分析器之步驟包含利 $一第二沒取電極加速該等正離子朝向該第二質 =分析器’其中該第二汲取電極之電壓係低於該樣 品表面之電壓。 21 、：：請專利範圍第18項所述之用於雙極質譜儀的離 子處理方法，更包含： 將，第1取電極及該第二汲取電極以-平面對稱 5又置，其中該平面係通過該樣品物質。 ，用於雙極f譜儀的離子處理方法，包含下列步驟： 由-樣品表面提供數個正離子及數個 產生一第一雷媼分哲 ，k第一電場係形成一第一軌跡調整 38 22 丨00年4月20曰補充修胃 區段用來改變自該樣品表面射出之該等負離子之行 進方向，並㈣等請子通過由—第―屏 之一第三開口； 我 , i生^二電場’該第二電場係形成—第—加速區段 用來加速該等負離子； 產^第^電場，該該三電場係形成一第二執跡調整 • 樣品表面射出之該等正離子之行 離〜第二屏壁所定義 電場係形成-第二加速區段 其Si品表面’該第-屏壁及該第二屏壁連接至相 23、 ==範:：22項所述之用於雙極質譜儀的離 于處理方法，其令該樣品表面 該第三電場影響所及之一位置^又—電場及 24、 如申請專利範園第22項所 子處理方法，其t該等負等=質f儀的離 之總加速能量至少為該等負離子最終獲得 二Γ量第二__區段中的平均 樣品表面，其中該樣品表面 物質，且當以$小 ^ A + ^ 田/至吵―雷射光束或 25、一種雙極質譜儀，包含 一離子源電極，其具有, 上係投置有一樣品 39 100年4月20日補充修正_替換頁 品物質時，該樣品物質至少 負離子； 一高能粒子束激發該樣 提供數個正離子及數個 二’:：电極’其中該第一汲取電極之電壓係高於 :樣：表面之電堡以便自該樣品表面吸引該等負離 汲取電極具有可供該等負離子通過 之一第一開口； -第二汲取電極，其中哮筮_ 、第一汲取電極之電壓係低於 :樣：表面之電塵以便自該樣品表面吸引該等正離 子二：h玄第二汲取電極具有可供該等正離子通過 ^ ’且該第—縣電極與該第二汲取電 極係設，於該離子源電極之相對兩側；以及 分析器，其係分析該樣品物^射出之數個 一種祕雙㈣顧_子處理料 於位在一電場中之一檨σ # ; 广幻乂驟. 加樣°〇表面之—樣品物質上產生數 個正離子及數個負離子. 生王数 利：_之一第一區域將該等負離子導向一第 質 量分析器； 利用該電場之一第二區g $ 匕巧肘5亥4正離子導向— 所 量分析器； 守J弟一貝 以該第-質量分析器分析該等負離子； 以該第二質量分析器分析該等正離子|以及 分析自該樣品物質發射之數個中性粒子。