專利名稱：在離子阱中高q脈沖碎裂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及質(zhì)譜分析法，并且更具體地涉及用于多級(jí)(MS/MS)質(zhì)譜法的離子阱的利用。
背景技術(shù)：
離子阱的一個(gè)功能是用于多級(jí)質(zhì)譜分析的能力，其通常被稱為MS/MS或MSn。MS/MS通常包括關(guān)心的離子或幾個(gè)離子的碎裂以便獲得與有關(guān)離子結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息。當(dāng)在離子阱中執(zhí)行MS/MS時(shí)，有各種方法來(lái)激活離子以便使得它們變成碎片。最有效并被廣泛利用的方法包括共振激發(fā)過(guò)程。這種方法利用了輔助交流電壓(AC)，施加于離子阱的除了在主要的捕獲電壓之外，將該輔助交流電壓應(yīng)用到該離子阱。這種輔助電壓通常具備相對(duì)低的幅度(大概1伏特(V))以及大概數(shù)十毫秒次序的持續(xù)時(shí)間。選擇這種輔助電壓的頻率以匹配運(yùn)動(dòng)的離子頻率，其順次地由主要捕獲場(chǎng)幅度和離子的質(zhì)荷比(m/z)來(lái)確定。
由于離子的運(yùn)動(dòng)的結(jié)果與外加電壓(applied voltage)共振，離子從這個(gè)電壓承接能量，并且它的運(yùn)動(dòng)幅度增長(zhǎng)。在理想的四極(quadrupole)場(chǎng)中，如果連續(xù)地施加諧振電壓，離子的幅度會(huì)隨時(shí)間線性地增長(zhǎng)。離子的動(dòng)能隨著離子幅度的平方增長(zhǎng)，并且因此所發(fā)生的與中性氣體分子(或其他離子)的任何碰撞變得逐步高能。在這個(gè)過(guò)程期間的一些點(diǎn)上，所發(fā)生的碰撞沉積了充足的能量至離子的分子鍵中，以便引起那些鍵破裂，并且引起離子成為破碎。當(dāng)離子的幅度增長(zhǎng)時(shí)，如果沒有沉積足夠的能量至分子鍵中，那么離子僅僅會(huì)打擊阱壁并被中和，或者離子會(huì)通過(guò)其中一個(gè)阱的孔離開阱。高效的MS/MS要求最小化這個(gè)損耗機(jī)制。從而，影響離子幅度增長(zhǎng)速率的參數(shù)以及所發(fā)生碰撞的能量在確定碎裂的總效率方面是很重要的。
影響兩個(gè)過(guò)程的其中一個(gè)最重要的參數(shù)是這個(gè)共振過(guò)程發(fā)生的頻率。這個(gè)頻率基于馬丟(Mathieu)穩(wěn)定性參數(shù)Q，其值與主要RF捕獲電壓的幅度成正比并且與關(guān)心的離子的m/z成反比。四極場(chǎng)的操作理論確定具備.908之上Q值的任何離子在離子阱中具有不穩(wěn)定的軌跡并被損失(或者通過(guò)從阱中射出或者通過(guò)表面上的碰撞)。從而，以任何給定的RF幅度，均具有一個(gè)m/z值，低于該值離子不會(huì)被捕獲。這個(gè)m/z值被稱為低質(zhì)量截止(LMCO)。因此，在激活過(guò)程(activation process)期間所施加的RF捕獲電壓幅度的適當(dāng)選擇涉及對(duì)依賴于RF捕獲電壓幅度的兩個(gè)重要參數(shù)的考慮第一個(gè)，離子運(yùn)動(dòng)的頻率，其順次確定碰撞的動(dòng)能，以及；第二個(gè)，LMCO。
由于需要一些最小的離子頻率用于碎裂，一般要求大約0.2或更大的Q值以獲得滿意的母離子的碎裂效率。以較高Q值的操作產(chǎn)生更加高能的碰撞，并且因此可以產(chǎn)生更高效的母離子的碎裂；然而，提高Q也會(huì)提高LMCO，妨礙更多較低質(zhì)量碎片被觀察到。因此，必須選擇一個(gè)折中的Q值，其足夠高以提供高效的碎裂，而最小化LMCO。舉例來(lái)說(shuō)，商業(yè)上能夠獲得的離子阱系統(tǒng)設(shè)置缺省Q值為0.25。以Q＝0.25操作意味著可觀察到的最低質(zhì)量碎片離子是母離子m/z的28％((.25/.908)*100＝28％)。當(dāng)可以降低Q值以減少LMCO并允許較低質(zhì)量碎片(舉例來(lái)說(shuō)，其在涉及肽(peptide)或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的鑒別的應(yīng)用中可能是合乎需要的)的檢測(cè)時(shí)，在Q方面的下降達(dá)到被減少碎裂效率的可能損耗。同樣地，可以從上述缺省值增加Q值以產(chǎn)生更高能的碰撞(舉例來(lái)說(shuō)，其對(duì)于碎片大的、單荷的離子可能是需要的)，但是在Q值方面的如此增加將會(huì)有不希望的提高LMCO的影響，該LMCO妨礙了較低質(zhì)量碎片的檢測(cè)。
鑒于上述論述，需要一種用于離子阱的離子碎裂技術(shù)，其避免了碎裂能量和現(xiàn)有技術(shù)共振激發(fā)過(guò)程中固有的LMCO之間的折衷。在用于離子碎裂技術(shù)的技術(shù)中有更進(jìn)一步的需要，其在相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)過(guò)程的一個(gè)較短時(shí)段中產(chǎn)生碎裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例利用了高Q的脈沖碎裂技術(shù)，其中最初將離子阱內(nèi)關(guān)心的離子的Q值維持在一個(gè)被提升的值上，以促進(jìn)高能碰撞以及隨之發(fā)生的碎裂，并且之后迅速地降低以減少LMCO并允許低質(zhì)量碎片的觀測(cè)。更具體地說(shuō)，一種用于在離子阱中碎裂離子的方法，涉及首先，選擇一組具備關(guān)心的質(zhì)荷比(其可能包括單個(gè)質(zhì)荷比或一個(gè)范圍的質(zhì)荷比)的離子。然后通過(guò)給離子阱施加適當(dāng)?shù)纳漕l(RF)捕獲電壓，在一個(gè)高的第一Q值處，設(shè)置已選離子組。優(yōu)選地，第一Q值優(yōu)選的在0.6-0.85的范圍內(nèi)。其次，在已選離子組的長(zhǎng)期頻率處施加共振激發(fā)電壓脈沖，引發(fā)離子與中性分子及其他存在于離子阱之內(nèi)的離子以高能碰撞，其會(huì)導(dǎo)致已選離子的至少一部分的碎裂。優(yōu)選地，相對(duì)于用于現(xiàn)有技術(shù)中所使用的普通共振激發(fā)電壓，共振激發(fā)電壓脈沖會(huì)具備明顯更高的(通常5-20倍)幅度。
在緊接著共振激發(fā)電壓脈沖終止的一段時(shí)間之后(在這里被稱為“高Q延遲周期”)，將施加到離子阱的RF捕獲電壓減小，以降低Q至第二值(通常大約0.1或更低)，其交替地降低LMCO。選擇共振激發(fā)電壓脈沖和高Q延遲周期，以便能夠足夠迅速地減少RF捕獲電壓，以阻止或最小化低質(zhì)量碎片的損失，從而允許它們的連續(xù)檢測(cè)和測(cè)量。普通的共振激發(fā)電壓脈沖和高Q延遲周期大約分別是100微秒(μs)和45-100μs。
如上所述的高Q脈沖技術(shù)提供了相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)共振激發(fā)技術(shù)的多個(gè)實(shí)質(zhì)性優(yōu)點(diǎn)，包括以高Q值執(zhí)行碎裂的能力(從而改善碎裂效率和/或獲得更高能量的碎裂過(guò)程)而維持有效LMCO在一個(gè)足夠低的值以允許碎片離子的檢測(cè)，否則上述碎片離子是不可見的。更進(jìn)一步地，本發(fā)明的技術(shù)允許在一個(gè)明顯相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)更短的時(shí)間周期內(nèi)完成碎裂，因此增加了MS/MS分析可以執(zhí)行的速率。根據(jù)詳細(xì)說(shuō)明和相關(guān)附圖的論述，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將會(huì)是顯而易見的。


在附圖中圖1是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明離子碎裂技術(shù)的示例性離子阱的示意圖；圖2是描述用于在離子阱中碎裂離子的方法步驟的流程圖，結(jié)合穩(wěn)定直線表示每個(gè)步驟怎樣影響所關(guān)心離子的Q值；圖3是表示在離子碎裂技術(shù)的實(shí)現(xiàn)期間所產(chǎn)生的波形圖；圖4是利用現(xiàn)有技術(shù)共振激發(fā)技術(shù)產(chǎn)生的混合物MRFA的MS/MS頻譜；圖5是利用概括在本發(fā)明中的技術(shù)所產(chǎn)生的混合物MRFA的對(duì)應(yīng)MS/MS頻譜；以及圖6是利用概括在本發(fā)明中的技術(shù)以m/z 1060產(chǎn)生的肽緩激肽(peptide Bradykinin)的MS/MS質(zhì)譜。
具體實(shí)施例方式
圖1是示例性離子阱102以及相關(guān)組件的簡(jiǎn)圖，其中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例。在本領(lǐng)域中用于質(zhì)譜法應(yīng)用的離子阱設(shè)計(jì)是公知的，并且在這里不必詳細(xì)論述。通常，離子阱102包括一組電極，其界定容積區(qū)域104，其中通過(guò)RF捕獲場(chǎng)的生成來(lái)捕獲離子。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，某些離子阱的幾何結(jié)構(gòu)可能還需要包括在捕獲場(chǎng)中的直流(DC)組件。在圖1中，以通常的三維(3-D)具備環(huán)形電極106、入口以及端蓋電極108與110的離子阱的形式來(lái)描述離子阱102。在端蓋電極108和110中形成的，并校直穿過(guò)Z軸的孔(apertures)允許離子到容積區(qū)域104中的射入以及從容積區(qū)域104的排出。耦合至環(huán)形電極106(通常經(jīng)由變壓器)的RF捕獲電壓電源112在可調(diào)電壓幅度處提供RF頻率波形。耦合至端蓋電極108和110的共振激發(fā)電壓電源114以所選離子組的長(zhǎng)期頻率處提供共振激發(fā)電壓脈沖，以如下所述的方式，以便引起離子的激活與碎裂用于后來(lái)的分析。還可以配置共振激發(fā)電壓電源(或者可替換地另一個(gè)補(bǔ)充的電壓電源)來(lái)施加補(bǔ)充的波形通過(guò)末端蓋108與110，用于通過(guò)共振激發(fā)與射出來(lái)隔離所選離子的目的。優(yōu)選地，以與計(jì)算機(jī)116或其他適合的處理器電通信的方式放置RF捕獲電壓電源112和共振激發(fā)電壓電源114兩者，以使自動(dòng)控制以及設(shè)置工作參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)。
當(dāng)在這里參考3-D離子阱描述本發(fā)明的實(shí)施例時(shí)，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，與二維的(2-D或線性的)離子阱結(jié)合還可以有益地利用如下所述的碎裂技術(shù)。線性離子阱在本領(lǐng)域是已知的并且被描述，例如在美國(guó)專利號(hào)5,420,425(Bier等的“離子阱質(zhì)譜儀系統(tǒng)以及方法(Ion Trap Mass SpectrometerSystem And Method)”)中，其公開通過(guò)參考被合并。通常所描述的，線性離子阱由一對(duì)被校直穿過(guò)正交維度(dimensions)(X和Y軸)的對(duì)置的延長(zhǎng)電極組成。通過(guò)至電極對(duì)RF徑向捕獲電壓的施加，與在上述離子阱中部采集離子的軸向直流場(chǎng)的生成相結(jié)合，離子被包含在線性離子阱內(nèi)部的一個(gè)區(qū)域中。在線性離子阱中，隨著孔調(diào)整上述電極(例如，與X或Y軸排成直線的電極)中的某些以允許離子的放出，由此用于后來(lái)的檢測(cè)。盡管在設(shè)備中理想地用主要四極場(chǎng)電勢(shì)能實(shí)現(xiàn)了上述技術(shù)，但是這里所描述的技術(shù)可能還具有在任何多極設(shè)備中的應(yīng)用，上述多極設(shè)備包括六極、八極以及具備各種多極場(chǎng)的綜合的設(shè)備。
在質(zhì)譜儀工具中，利用本領(lǐng)域已知電離技術(shù)中的任何一個(gè)或其結(jié)合來(lái)電離包含一個(gè)或多個(gè)被分析物質(zhì)的樣本，包括但不限于電子電離(EI)、化學(xué)電離(CI)、基質(zhì)輔助激光解吸電離(MALDI)以及電噴霧電離(ESI)。因此，通過(guò)離子光學(xué)系統(tǒng)的適當(dāng)配置(其可以包括鏡筒透鏡、分離器(skimmer)以及四極和八極透鏡)引導(dǎo)所形成的離子通過(guò)連續(xù)較低壓力的區(qū)域，并且上述離子被注入到離子阱102的容積區(qū)域104。例如由氦或氮之類的惰性氣體組成的碰撞氣體(還被稱為阻尼或冷卻氣體)被引入到容積區(qū)域并被維持在規(guī)定的壓力處。就像將會(huì)在以下更進(jìn)一步的細(xì)節(jié)中所論述的那樣，通過(guò)在離子阱102中共振已選離子完成碎片離子的產(chǎn)生，以便它們以高速與沖擊氣體原子相碰撞。從而傳輸上述離子直線運(yùn)動(dòng)能量(translational energy)的一部分到激發(fā)振動(dòng)模式中以產(chǎn)生被激活的離子，其接著導(dǎo)致分子鍵的破裂和已選的離子分解為碎片。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述離子碎裂法包括步驟選擇一組具備關(guān)心的質(zhì)荷比的離子；施加足夠的RF電壓，以將已選離子組的Q設(shè)置在第一提升值(在這里表示為Q1)的；施加共振激發(fā)脈沖；移除該共振激發(fā)脈沖并在上述第一提升值維持該離子一個(gè)延遲周期；然后，降低上述RF捕獲電壓以降低上述已選離子的Q至第二值(在這里表示為Q2)。參考圖2可以更好地理解這些步驟以及它們的影響，其描述了與穩(wěn)定性軸(Q軸)的對(duì)應(yīng)順序一起的方法步驟的流程圖，上述穩(wěn)定性軸表示由上述碎裂技術(shù)中各個(gè)步驟的執(zhí)行所引起的關(guān)心離子Q值方面的變化。
在步驟202中，選擇具備關(guān)心的質(zhì)荷比的一組離子用于碎裂。上述質(zhì)荷比可以是單值或者是在下限和上限(包括含有離子阱102中所有離子的范圍)之間值的范圍(a range of values)。上述選擇步驟202可以(但不是必要地)包括通過(guò)從阱中排出離子的方式，在阱102中分離選擇的離子組，上述被排出離子具有位于關(guān)心的質(zhì)荷比之外的質(zhì)荷比?？梢酝ㄟ^(guò)采用在本領(lǐng)域公知的多種共振排出(expulsion)技術(shù)中的任何一個(gè)來(lái)完成已選離子組的隔離，包括(i)具有對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)期頻率的頻率的寬帶隔離波形的應(yīng)用，以及(ii)具有捕獲RF電壓的掃描的單一頻率的隔離波形的應(yīng)用，以便不合需要離子的共振頻率與隔離波形的頻率匹配。用穩(wěn)定性軸210和212表示隨著隔離的離子組選擇的影響。第一(預(yù)先隔離)穩(wěn)定性軸210描述了具備一質(zhì)荷比范圍的離子，包括具備對(duì)應(yīng)于關(guān)心的比值的質(zhì)荷比的離子222。上述第二穩(wěn)定性軸示出在具有界外質(zhì)荷比的離子被排出之后隔離的離子222。
接下來(lái)，增加RF捕獲電壓以提升離子222的Q值。通過(guò)在質(zhì)譜法技術(shù)中公知的方程式，可以從離子和場(chǎng)參數(shù)中，連同上述離子阱的幾何參數(shù)計(jì)算Q的值。對(duì)于在圖1中描述的離子阱102，同時(shí)不施加DC四極場(chǎng)，由以下簡(jiǎn)化關(guān)系式表征QQ=qz=kVrf(m/z)]]>其中Vrf是RF捕獲電壓的幅度，m/z是已選離子的質(zhì)荷比，以及，k是基于離子阱102的內(nèi)部尺寸和RF捕獲電壓頻率的常數(shù)。因此，增加RF捕獲電壓幅度產(chǎn)生了成比例的在Q方面的增加。
如在介紹中所論述的，提高Q有增加離子222的長(zhǎng)期頻率的效果，其依次在隨后的共振激發(fā)處理期間，通過(guò)長(zhǎng)期頻率的平方增加由離子擁有的動(dòng)能。因此，在離子222和沖擊氣體原子或分子之間(或在離子之間)于被提升的Q處執(zhí)行共振激發(fā)步驟產(chǎn)生更高能的沖擊，從而便于離子222的碎裂。對(duì)于一般的實(shí)現(xiàn)，上述已選離子組的目標(biāo)Q值(Q1)會(huì)處于0.4-0.89的范圍內(nèi)，并且更具體地在0.55-0.70的范圍內(nèi)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，雖然Q1的較高值會(huì)產(chǎn)生更高能的沖擊，但是設(shè)置Q1為緊臨著0.908的不穩(wěn)定性極限處的值，會(huì)引起相當(dāng)可觀數(shù)量的已選離子從離子阱中排出。通過(guò)離子222的向右移動(dòng)，在圖2中以穩(wěn)定直線216表示Q值中的改變。
應(yīng)當(dāng)注意到，可以僅僅最初設(shè)置RF捕獲電壓在足夠使得Q至被提升值Q1的幅度，其會(huì)消除經(jīng)步驟204增加RF捕獲電壓的需求。
接下來(lái)，在步驟206中，施加共振激發(fā)脈沖至適當(dāng)?shù)碾x子阱電極，例如離子阱102的端蓋電極108和110。該共振激發(fā)脈沖是一個(gè)包含頻率的信號(hào)，該頻率在被提升Q1處對(duì)應(yīng)于已選離子組的長(zhǎng)期頻率。在該共振激發(fā)脈沖頻率和已選離子組長(zhǎng)期頻率之間的精確對(duì)應(yīng)不是必然需要的。該兩個(gè)頻率僅需要足夠接近地匹配以啟動(dòng)已選離子的激發(fā)。我們注意到在一些特定的實(shí)現(xiàn)中，可以利用一個(gè)頻率范圍，如果已選離子組包括具備一個(gè)范圍質(zhì)荷比的離子該頻率范圍會(huì)特別有用，其對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)期頻率的范圍(注意到長(zhǎng)期頻率基于質(zhì)荷比)。在此情況下，該共振激發(fā)脈沖信號(hào)可由多個(gè)不同頻率(其可以采取連續(xù)頻率范圍或復(fù)數(shù)離散頻率的形式)組成，其中組分頻率對(duì)應(yīng)于離子組長(zhǎng)期頻率中的至少一個(gè)。在一個(gè)特定的實(shí)現(xiàn)中，該共振激發(fā)脈沖信號(hào)可以作為組成大范圍組分頻率的DC或準(zhǔn)DC脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于已選離子組的長(zhǎng)期頻率。可替換地，該共振激發(fā)脈沖信號(hào)可以僅包括單個(gè)頻率，并且在該共振激發(fā)脈沖的施加期間可以掃描RF捕獲電壓和/或該單個(gè)頻率激發(fā)本身，以便連續(xù)地將具備不同質(zhì)荷比(注意到該長(zhǎng)期頻率部分地依賴于RF捕獲電壓幅度)的離子的長(zhǎng)期頻率與該共振激發(fā)脈沖相匹配。
除頻率之外，由脈沖幅度和脈沖持續(xù)時(shí)間(在這里被指示為tpulse)的參數(shù)表征該共振激發(fā)脈沖信號(hào)。對(duì)于具體的儀器環(huán)境和對(duì)于特定的分析，這些參數(shù)的優(yōu)化將會(huì)基于其他的參數(shù)和條件，包括Q1、離子阱102配置、已選離子的質(zhì)荷比與分子鍵強(qiáng)度、所需要的碎裂度、碎裂周期時(shí)間、離子數(shù)以及沖擊氣體壓力。通常的性能考慮是被選脈沖幅度和脈沖持續(xù)時(shí)間值應(yīng)該足夠大以產(chǎn)生高效的碎裂，然而并非大到引起來(lái)自選擇的離子組或從將要被觀察的離子碎片的離子阱102的排出。我們將會(huì)認(rèn)識(shí)到，該脈沖幅度和脈沖持續(xù)時(shí)間參數(shù)是功能上相關(guān)的，在于可以通過(guò)或者延長(zhǎng)該脈沖持續(xù)時(shí)間或者增加該脈沖幅度獲得被增大的激發(fā)，因?yàn)槿魏我粋€(gè)動(dòng)作導(dǎo)致更大的離子動(dòng)能。用于一般的分析，對(duì)于已選離子在m/z接近1000處該共振激發(fā)脈沖幅度將會(huì)在10-20伏特(峰峰值)的范圍內(nèi)，并且該脈沖持續(xù)時(shí)間將會(huì)在0.25-1000μs的范圍內(nèi)，同時(shí)有一個(gè)典型值為100μs。該脈沖幅度值可能與已選離子的m/z有關(guān)(例如按比例地)，即對(duì)于具備相對(duì)更大質(zhì)荷比的已選離子，脈沖幅度值通常會(huì)較高。
至離子阱電極的共振激發(fā)脈沖的施加產(chǎn)生了一個(gè)補(bǔ)充場(chǎng)，該場(chǎng)具備與已選離子組長(zhǎng)期頻率相配的頻率。該補(bǔ)充場(chǎng)引發(fā)已選離子組中離子的振蕩以增大幅度并且對(duì)應(yīng)增大離子的動(dòng)能，當(dāng)施加脈沖時(shí)，其漸進(jìn)地增大。在這個(gè)期間，利用沖擊氣體原子(例如氦原子)或利用其他離子的任何沖擊動(dòng)能的一些部分被轉(zhuǎn)化為離子的內(nèi)部能量。如果存儲(chǔ)足夠的能量到離子中，其后某時(shí)將會(huì)發(fā)生碎裂。離子碎裂的效率連同所發(fā)生碎裂的類型會(huì)因增加的動(dòng)能而異。由導(dǎo)致已選離子分解的沖擊產(chǎn)生的離子碎片將具備一個(gè)質(zhì)荷比范圍。那些具備低于LMCO值的質(zhì)荷比的離子將會(huì)擴(kuò)大不穩(wěn)定的軌道并且將會(huì)被排出或者不然從離子阱102中損失，并且由此在隨后的掃描期間不能被觀察到。正如在該背景部分所論述的那樣，可觀察到的離子碎片的LMCO與Q值成比例。如果將Q維持在一個(gè)相對(duì)較高的值，那么LMCO將會(huì)具有無(wú)法接受的高值。舉例來(lái)說(shuō)，如果保持Q在值為0.7處，那么LMCO將會(huì)是已選離子(即先驅(qū)離子(precursor ion))質(zhì)荷比的(0.7/.908)*100＝77％。通過(guò)在排出具備質(zhì)荷比落于該范圍較低部分的離子碎片之前降低Q，避免了這種所不期望的結(jié)果。
在步驟208中，降低RF捕獲電壓以減少Q(mào)至目標(biāo)值Q2。假如足夠迅速地執(zhí)行這個(gè)步驟，那么減少Q(mào)值阻止了具備相對(duì)低質(zhì)荷比的離子碎片的放出，如果維持Q在高值Q1(乃至通常采用的用于現(xiàn)有技術(shù)的共振激發(fā)技術(shù)的Q值)其會(huì)發(fā)生，從而擴(kuò)大可觀察到離子碎片的質(zhì)荷范圍。該目標(biāo)值Q2會(huì)根據(jù)分析的特殊要求以及質(zhì)譜儀的操作和設(shè)計(jì)參數(shù)而變化。對(duì)于某些典型的實(shí)施例，Q2會(huì)處于0.015-0.2的范圍內(nèi)(例如Q2＝0.1)。在典型的實(shí)現(xiàn)中，Q2大概定在0.05周圍，其產(chǎn)生先驅(qū)離子質(zhì)荷比的5.5％的LMCO，從而允許大范圍離子片段的觀測(cè)。通過(guò)已選離子222在穩(wěn)定性線222上的向左移動(dòng)表示Q值的減少。離子片段224，其包括低質(zhì)量離子片段(那些離子片段在離子阱102內(nèi)被降低的Q值處具備穩(wěn)定軌跡，但是如果保持Q在該被提升值處，其會(huì)擴(kuò)大不穩(wěn)定軌道并且從離子阱102中排除，或者經(jīng)由拋出或者通過(guò)打擊內(nèi)部阱表面)，該離子片斷被定位在該不穩(wěn)定界限的左邊。
優(yōu)選地，當(dāng)最小化從離子阱中排出的該碎片的數(shù)量時(shí)，選擇RF捕獲電壓和補(bǔ)充激發(fā)電壓脈沖的定時(shí)以提供有效的碎裂，該碎片包括低質(zhì)量碎片?？梢哉J(rèn)識(shí)到，離子激發(fā)的順序過(guò)程、碰撞誘導(dǎo)碎裂以及離子碎片的拋出需要特有的時(shí)間周期，特別地，其為共振激發(fā)脈沖幅度、離子阱102幾何形狀與配置、碰撞氣體壓力、RF捕獲電壓幅度、以及已選離子的質(zhì)荷比與鍵強(qiáng)度的函數(shù)。參考圖3，其以符號(hào)方式描述了共振激發(fā)脈沖電壓與RF捕獲電壓的幅度作為時(shí)間的函數(shù)，隨著該共振激發(fā)脈沖的終止，在時(shí)間tdelay處開始該RF捕獲電壓的減少，在這里被稱為高Q延遲期。在從離子阱排出大部分低質(zhì)量碎片離子之前，為了達(dá)到降低LMCO至期望值的目的，應(yīng)該選擇脈沖持續(xù)時(shí)間周期(tpulse)與高Q延遲期(tdelay)的兩個(gè)時(shí)間參數(shù)，以便在共振激發(fā)脈沖開始和Q值減少之間的總時(shí)間周期小于用于離子激發(fā)、碎裂以及低質(zhì)量離子碎片拋出所需的特定時(shí)間。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，一般地在離子的運(yùn)動(dòng)激發(fā)和離子的合成碰撞誘導(dǎo)分解之間存在一個(gè)時(shí)間，其中內(nèi)部能量局限在分子鍵中。在多數(shù)情況下，在已經(jīng)降低RF捕獲電壓之后，離子分解將會(huì)發(fā)生或者繼續(xù)發(fā)生。對(duì)于典型分析，tdelay將會(huì)在1-1000μs的范圍之內(nèi)，例如50μs。正如在本領(lǐng)域中所公知的以及從圖3中可識(shí)別的那樣，從較高到較低RF捕獲電壓的轉(zhuǎn)變不是瞬時(shí)的，而是代之以越過(guò)(over)非零過(guò)渡期發(fā)生。當(dāng)設(shè)置tdelay以保證足夠快速地降低Q以避免關(guān)心的離子碎片的拋出時(shí)，應(yīng)該考慮這個(gè)過(guò)渡期。進(jìn)一步地注意的是，與利用本發(fā)明脈沖技術(shù)的離子激發(fā)過(guò)程有關(guān)的總時(shí)間顯著地短于由現(xiàn)有技術(shù)完成離子激發(fā)過(guò)程所需的時(shí)間；本技術(shù)通常需要小于1毫秒，而對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的離子激發(fā)時(shí)間通常大概為10-30毫秒。
繼該碎裂過(guò)程完成之后，通過(guò)利用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量選擇不穩(wěn)定性掃描(standard mass-selective instability scan)可以獲得保持在離子阱中離子的質(zhì)譜(對(duì)于Q1其包括具備質(zhì)荷比低于LMCO的離子碎片)?？商鎿Q地，可以選擇一個(gè)或多個(gè)離子用于更進(jìn)一步的分析(例如，通過(guò)利用一種傳統(tǒng)的共振拋出技術(shù)隔離已選離子碎片)，以及經(jīng)受利用本發(fā)明技術(shù)的另一個(gè)碎裂階段。
可以利用在上面概述的技術(shù)用于各種分子的MS/MS分析，然而可能是對(duì)例如肽和蛋白質(zhì)之類的大生物分子的分析特別有用，或者對(duì)那些難以碎裂的具備高鍵強(qiáng)度分子的分析特別有用。通過(guò)圖4和5表明由本高Q脈沖技術(shù)的使用所獲得的優(yōu)點(diǎn)，其描述了利用現(xiàn)有共振激發(fā)技術(shù)為肽MRFA所獲得的質(zhì)譜，以及如上所述的利用二維線性離子阱的高Q脈沖技術(shù)為肽MRFA所獲得的質(zhì)譜。圖4示出了通過(guò)采用現(xiàn)有技術(shù)所獲得的用于具備m/z為524.3的MRFA的質(zhì)譜，同時(shí)Q設(shè)置在一般的(折衷的)值0.25處。正如在右方所描述頻譜的低質(zhì)量部分中能夠辨別的那樣，沒有觀察到低于質(zhì)荷比144的碎片離子。
圖5示出了利用高Q脈沖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)所獲得的結(jié)果。對(duì)于這個(gè)分析，設(shè)置該被提升的和被降低RF捕獲電壓幅度，以便分別獲得大約為0.7和0.05的Q1和Q2值。對(duì)于tpulse和tdelay的值大約是120μs和50μs。在圖5右邊頻譜低質(zhì)量部分的檢查展現(xiàn)了從圖4頻譜中缺失的許多碎片離子(延伸下至質(zhì)荷比56)被觀察到。
圖6示出了對(duì)于在m/z 1060處的較高m/z化合物緩激肽(Bradykinin)，利用高Q脈沖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)所獲得的更進(jìn)一步的結(jié)果。對(duì)于這個(gè)分析，設(shè)置該被提升和被降低RF捕獲電壓幅度以便分別獲得大約為0.8和0.025的Q1和Q2值。對(duì)于tpulse和tdelay的值大約是120μs和50μs。在圖6右邊頻譜的低質(zhì)量部分的檢查展現(xiàn)了相當(dāng)數(shù)量的密度下至m/z70的碎片離子被觀察到。與用于現(xiàn)有技術(shù)的共振激發(fā)方法中的值.25和28％相比，這個(gè)碎片離子具備對(duì)應(yīng)的捕獲Q為0.06，并且從而LMCO為6.6％。
雖然已經(jīng)結(jié)合其詳細(xì)說(shuō)明描述了本發(fā)明，但是我們將會(huì)理解，之前的說(shuō)明是為了說(shuō)明而非對(duì)本發(fā)明范圍的限定，通過(guò)附加權(quán)利要求的范圍將會(huì)限定本發(fā)明的范圍。其它的方面、優(yōu)點(diǎn)以及修改亦在以下權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)譜儀，包含離子源，用于從樣本中產(chǎn)生離子；離子光學(xué)系統(tǒng)，用于從該離子源傳輸離子到具備多個(gè)電極的離子阱，該離子阱具備內(nèi)部區(qū)域，離子被導(dǎo)入到該內(nèi)部區(qū)域中；RF捕獲電壓電源，用于施加具備第一幅度的RF捕獲電壓至該多個(gè)電極中的一個(gè)或多個(gè)，以產(chǎn)生一個(gè)場(chǎng)，用于捕獲被導(dǎo)入該離子阱的至少一部分離子；共振激發(fā)電壓電源，用于給一個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間施加共振激發(fā)電壓脈沖，以引起已選離子組的至少一部分受到碰撞并被碎裂成離子碎片，該離子碎片包括低質(zhì)量離子碎片；以及該RF捕獲電壓電源，被配置為在預(yù)定延遲周期之后降低RF捕獲電壓至第二幅度，該預(yù)定延遲周期跟隨著共振激發(fā)電壓脈沖的終止，以便大部分低質(zhì)量離子碎片保持在該離子阱中用于稍后分析。
2.權(quán)利要求1中的質(zhì)譜儀，其中當(dāng)該RF捕獲電壓具有第一幅度時(shí)，用于已選離子組的穩(wěn)定性參數(shù)Q具有在0.4-0.89范圍內(nèi)的第一值。
3.權(quán)利要求1中的質(zhì)譜儀，其中當(dāng)該RF捕獲電壓具有第二幅度時(shí)，用于已選離子組的穩(wěn)定性參數(shù)Q的第二值在0.015-0.2的范圍之內(nèi)。
4.權(quán)利要求1中的質(zhì)譜儀，其中該脈沖持續(xù)時(shí)間在0.25-1000μsec的范圍內(nèi)。
5.權(quán)利要求1中的質(zhì)譜儀，其中該延遲周期大約為45-500μs。
6.權(quán)利要求1中的質(zhì)譜儀，其中該離子阱為二維離子阱。
7.權(quán)利要求1中的質(zhì)譜儀，進(jìn)一步地包含隔離波形源，用于在該共振激發(fā)電壓的施加之前施加隔離波形至該離子阱的至少一個(gè)電極，以從該離子阱除去具備質(zhì)荷比位于關(guān)心的質(zhì)荷比之外的離子。
8.用于在質(zhì)譜儀中碎裂離子的裝置，包含具有多個(gè)電極的離子阱，該離子阱具備內(nèi)部區(qū)域，其中導(dǎo)入離子到該內(nèi)部區(qū)域中；RF捕獲電壓電源，用于施加具備第一幅度的RF捕獲電壓至該多個(gè)電極中的一個(gè)或多個(gè)，以產(chǎn)生用于捕獲被導(dǎo)入該離子阱的至少一部分離子的場(chǎng)；共振激發(fā)電壓電源，用于施加共振激發(fā)電壓脈沖一個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間，以引起已選離子組中的至少一部分受到碰撞并被碎裂成離子碎片，該離子碎片包括低質(zhì)量離子碎片；以及該RF捕獲電壓電源，被配置為在預(yù)定延遲周期之后降低RF捕獲電壓至第二幅度，該預(yù)定延遲周期跟隨著共振激發(fā)電壓脈沖的終止，以便大部分低質(zhì)量離子碎片保持在該離子阱中用于稍后分析。
9.權(quán)利要求8中的裝置，其中當(dāng)該RF捕獲電壓具有第一幅度時(shí)，用于該已選離子組的穩(wěn)定性參數(shù)Q具有在0.4-0.89范圍內(nèi)的第一值。
10.權(quán)利要求8中的裝置，其中當(dāng)該RF捕獲電壓具有第二幅度時(shí)，用于該已選離子組的穩(wěn)定性參數(shù)Q的第二值在0.015-0.2的范圍之內(nèi)。
11.權(quán)利要求8中的裝置，其中該脈沖持續(xù)時(shí)間在0.25-1000μsec的范圍之內(nèi)。
12.權(quán)利要求8中的裝置，其中該延遲周期大約為45-500μs。
13.權(quán)利要求8中的裝置，其中該離子阱為二維離子阱。
14.權(quán)利要求8中的裝置，進(jìn)一步地包含隔離波形源，用于在該共振激發(fā)電壓的施加之前施加隔離波形至該離子阱的至少一個(gè)電極，以從該離子阱除去具備質(zhì)荷比位于關(guān)心的質(zhì)荷比之外的離子。
15.一種在質(zhì)譜儀的離子阱中碎裂離子的方法，包含步驟選擇用于碎裂具備關(guān)心的質(zhì)荷比的離子組；施加RF捕獲電壓足以使該已選離子組的Q至第一值；施加共振激發(fā)電壓脈沖一個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間，以引起該離子組中的至少一部分受到碰撞并被碎裂成離子碎片，該離子碎片包括低質(zhì)量離子碎片；在跟著該共振激發(fā)電壓脈沖的終止后的預(yù)定延遲時(shí)間之后，降低該RF捕獲電壓以降低該已選離子組的Q至小于該第一值的第二值，該延遲時(shí)間和脈沖持續(xù)時(shí)間足夠短暫，以防止大部分低質(zhì)量離子碎片從該離子阱損失。
16.權(quán)利要求15中的方法，其中該選擇離子組的步驟包括從該離子阱中排出具有質(zhì)荷比位于關(guān)心的質(zhì)荷比外離子的步驟。
17.權(quán)利要求15中的方法，其中Q的該第一值在0.4-0.89的范圍之內(nèi)。
18.權(quán)利要求15中的方法，其中Q的該第二值在0.015-0.2的范圍之內(nèi)。
19.權(quán)利要求15中的方法，其中該脈沖持續(xù)時(shí)間在0.25-500μsec的范圍之內(nèi)。
20.權(quán)利要求15中的方法，其中該延遲時(shí)間大約為45-500μs。
21.權(quán)利要求15中的方法，進(jìn)一步地包含選擇一組具備關(guān)心的質(zhì)荷比的離子碎片以及從該離子阱中排出該已選離子碎片組中具備質(zhì)荷比位于關(guān)心的質(zhì)荷比之外的離子的步驟。
22.權(quán)利要求21中的方法，其中該關(guān)心的質(zhì)荷比包括預(yù)定范圍的質(zhì)荷比值。
全文摘要
一種用于質(zhì)譜儀的離子阱(104)，包括RF捕獲電壓電源(112)，用于施加RF捕獲電壓至離子阱(104)的多個(gè)電極(102，106，110)中的至少一個(gè)，以捕獲(trap)在離子阱(104)中的至少一部分離子；共振激發(fā)電壓電源(114)，用于施加共振激發(fā)電壓脈沖至電極(102，106，110)以使已選離子組的至少一部分受到碰撞并破裂變成離子碎片；以及，計(jì)算機(jī)(116)，用于控制RF捕獲電壓電源(112)以在預(yù)定延遲周期之后降低RF捕獲電壓至第二幅度用于保持低質(zhì)量離子碎片在離子阱(104)中用于隨后分析，上述延遲周期跟在共振激發(fā)電壓脈沖的終止之后。
文檔編號(hào)H01J49/42GK101061564SQ200580038639
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2005年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
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