离子阱低质量数截止值串级质谱分析方法技术

本发明专利技术属于质谱分析测试技术领域，具体为离子阱低质量数截止值串级质谱分析方法。包括离子选择隔离、碰撞诱导解离和质量分析三个阶段。在碰撞诱导解离阶段，通过扫描数字方波电源的频率，从低频率向高频率进行线性扫描，并在实施过程中同时加载一定的激发方波电压，实现被分析母体离子的激发和解离，并可以检测到母体离子低质量数碎片离子产物。本发明专利技术优点在于不需要改变硬件和设备，通过软件控制即可实现数字方波电源的频率变化,解决了传统离子阱质谱仪在串级质谱过程中低质量数检测的主要难点；还进一步提升离子阱质谱仪的串级质谱解离效率，丰富了碎片离子信息，有助于对母离子结构的分析；从而提高了离子阱质谱仪的性能和应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于质量分析
，具体涉及一种在离子阱质量分析器中进行的低质 量数截止值串级质谱分析的方法，通过线性扫描射频工作电压频率实现离子串级质谱分析 过程中产生的低质量数碎片离子的分析方法和技术。
技术介绍
质谱仪作为一种可以进行快速、高灵敏化学成分分析的科学分析仪器，其应用领 域越来越广泛，已是现代科学研究最广泛的分析技术之一，已应用于生命科学、食品安全、 环境检测、国防、制药、化工等领域，其作用越来越重要。众所周知，质谱仪一个重要的特征 是串级质谱分析功能，可以通过串级质谱分析对化合物的的结构进行表征和分析。串级质 谱的分析过程具体为：第一阶段为离子隔离，对于待分析的样品中的离子，选定某一特定质 荷比（m/z)的离子将其选择隔离，被选择隔离的离子称为母离子（parent ion);第二阶段为 碰撞诱导解离（Collision Induced Dissociation，简称CID)，母离子与中性的气体分子例 如氦气、氩气、氮气等发生碰撞，碰撞过程中产生的能量沉积到母离子上，导致母离子自身 内能增加，最终母离子发生解离，得到碎片子离子；第三阶段，碎片离子进行质量分析，得到 碎片离子的质谱峰，MS/MS分析完成。如碎片离子中选定某一特定质荷比的离子隔离，将其 作为母离子，继续上述过程，如此往复下去，可以实现多级质谱分析。碰撞诱导解离技术是 使用最广泛、研究最透彻的解离技术。 在目前使用的众多种类质谱仪中，四极质谱仪是最常用最适合实现碰撞诱导解离 的一种质谱仪。四极质谱仪主要包含四极杆质谱仪和四极离子阱质谱仪，其中，四极杆质谱 仪核心关键部件为四极杆质量分析器，又叫四极滤质器，仅能让某一特定质量数的离子通 过，故在四极杆中进行串级质谱分析时，需要在空间上将多个四极杆质量分析器串联，一般 采用三段四极杆质量分析器的组合，即三重四极杆。一组四极杆质量分析器对离子进行选 择，中间一组四极杆质量分析器对已选择的离子进行碰撞诱导解离，得到碎片离子，最后一 组四极杆质量分析器对已碰撞诱导解离后的碎片离子进行质量分析，最终得到质谱图。三 重四极杆质谱仪一般具有较大的体积。而四极离子讲质谱仪（Quadrupole Ion Trap,简 称QIT)可以在一个离子阱质量分析器中实现离子的隔离、解离、质量分析等步骤，是目前唯 一一个可以在单质量分析器重实现串级质谱分析的四极质量分析器，在串级质谱方面具有 独特的优势。 离子阱质谱分析中的低质量截止值（Low Mass Cutoff, LMC0)是指用离子阱质谱 进行串级质谱分析时，经碰撞解离（Collision-induced Dissociation, CID)方法产生的 碎片离子中，一些质荷比较小的离子往往测量不到。如在现有的很多商业离子阱质谱仪中， 质荷比低于母体离子质荷比约三分之一的碎片离子将无法被检测到，它常常也被称为三分 之一定则。很显然，由于低质量截止值的限制，将会导致串级质谱分析中约三分之一质量范 围的碎片信息的丢失。在某些时候，低质量数离子信号的丢失将会直接影响分析小分子的 结构，和一些多肽的定量分析结果。 下面首先讨论低质量截止值，即LMCO的产生原因，再给出解决方法。 根据马修方程，对于任何存储于离子阱中的离子，其稳定与否，取决于以下：上式中，1为离子阱的工作参数，V为离子阱工作电压，Ω =2 Jif为离子阱工作电压的 角频率，f是工作电压的频率，m为离子质量，e为离子所带电荷，r。为离子阱的场半径。 变化（1)有：对于一般正弦波射频离子阱而言，稳定离子的qz范围为0~0. 908。由（2)可以看出， 对于任何一个离子阱质量分析器来说，当其工作条件一定时，即离子阱的r。，工作电压V， 和电压频率一定，它都有一个与qZ=〇~〇. 908对应的离子质量存储范围，最小离子质荷比 通常，一个离子阱的工作电压的频率f是一定的，且在离子阱对某一母体离子作 串级质谱分析时，其工作电压V和qz值也是一定的，因此，可由（2)式计算出此时母体离子 质荷比m p/e所对应的qp为：由于在CID过程中，离子阱的工作条件是不变的，即ν，Ω，Γ。都不变，所以产生的每一 种碎片离子!!^所对应的q 4为：所以有：LMCO定义为离子阱在CID过程中所能测量到的最小离子与母体离子的质量比值。 前面已述的，只有当一个离子的q小于0.908时，它才可以稳定地被存储在离子阱 中，即离子阱中可以存在并被测量到的最小离子叫为(此时q d=0. 908):) 由此可以看出，离子阱中可以存储的最小碎片离子的大小完全取决于进行母体离子 CID时所选择的qp值。 理论上讲，为了能够测量尽可能小的碎片离子，克服LMCO对离子测量的不利影 响，CID过程中所选择的％值应越小越好。但另一方面，对于一个射频离子阱来说，它的qp 值是由离子阱的工作电压所决定的，如果工作电压太低，不仅会影响离子阱的离子束缚和 存储能力，还会影响离子阱的串级质谱分析效率。因此，离子阱工作时的q p值必须选择一 个合适的范围，例如，Thermo Finnigen LTQ离子讲质谱的qp值就设定为0.25,它所对应的 LMCO 为 0· 275〇 其实，三重四极杆的CID之所以可获得较宽的子离子谱的质量范围，不仅仅因为 三重四极的碰撞室没有所谓1/3LMC0的限制，还因为在三重四极的碰撞室中，可以发生多 级碰撞裂解，即一部分子离子还会继续与碰撞气体碰撞，产生第二代离子；第二代离子如果 仍具有一定动能，还会继续与碰撞气体碰撞，产生第三代离子…。这个多级产物链使得三重 四极杆的MSMS谱图具有较宽的质量范围，从而带来丰富的碎片信息。 而在离子阱进行传统的固定电压、频率CID时，只对一种母离子进行激发，不太可 能产生多级CID产物。但如果在进行CID时，向下扫描射频电压，可以对质量数较小的子 离子进一步激发，产生质量更小的第二代，第三代等碎片离子，并以此继续下去。虽然每一 代的质量仅仅比上一代减小比例LMC0,最终获得的产物离子可以比原来的母离子质量减小 LMC0n，η为最终裂解辈数，即有效增加了 MSMS谱图的质量范围。 但是，在每一代母离子被激发后迅速减小捕获电压，对该母离子来说，捕获势阱深 度将会迅速变小。没有被裂解的母离子也将逃离势阱而消失。所以，传统的离子阱中，即使 采用扫描CID，也不易得到宽范围的MSMS谱图。 数字离子阱采用全新的电压驱动方法实现离子的存储，解离，和质量分析。在 数字离子阱的实验过程中，离子阱的工作电压是固定的，离子的质量分析是通过扫描数码 电源的周期来实现的。它的原理如下： 根据（2)式可得：即，在实验过程中若保持V，和1值一定，可以通过改变工作电压的周期T实现离子的 质量分析。 在本工作的实验过程中，我们固定离子阱数码工作电源的电压和频率，实现离子 的存储，母离子质量选择。但在离子CID过程中，不断降低工作电源的周期Τ，不仅对产物 离子进一步进行激发，而且持续降低待测产物离子的q值，使其不致于超出边界值（数字离 子阱中边界值q=〇. 712)。由于采用的是频率扫描，其电压幅值不下降，每一代未裂解的母 离子也不至于逃离势阱，与各代碎片离子共存于离子阱中，最终得到宽质量范围的M本文档来自技高网...

【技术保护点】
离子阱低质量数截止值串级质谱分析方法，其特征在于依次包括离子选择隔离、碰撞诱导解离和质量扫描分析三个阶段；具体过程如下：（1）离子选择隔离阶段，将被选择的母体离子隔离出来，被隔离的母体离子在离子阱射频工作电压产生的电场作用下，通过与中性气体分子的碰撞、冷却，束缚在离子阱中；（2）碰撞诱导解离阶段，在离子阱质量分析器中，施加射频工作电压，幅度保持不变；同时，对施加在离子阱电极上的射频工作电压频率进行线性扫描，在该过程中加载一定的偶极激发电压，驱动母离子在射频工作电压频率线性扫描过程中获得的能量被激发，偏离离子阱束缚离子中心地带，被激发的母体离子产生高速运动，与离子阱中的中性分子发生碰撞并解离，产生母离子解离的最低质量数碎片离子，该最低质量数的碎片离子在离子阱中经过冷却后被束缚；（3）质量扫描分析阶段，当母体离子经碰撞诱导解离后，对射频工作电压信号从高频往低频进行线性扫描，碎片离子在偶极激发电压的作用下，发生共振激发，弹出离子阱，最终从离子引出电极的引出孔或引出槽中被逐出，被安置在离子阱外的离子探测器检测到，获得离子的质谱信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐福兴，陈银娟，丁航宇，周鸣飞，汪源源，丁传凡，周振，黄征旭，高伟，粘慧青，
申请(专利权)人：复旦大学，广州禾信分析仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31