CN102422129A

CN102422129A - 在具有质量选择性传送光学器件的质谱仪中的离子布居控制

Info

Publication number: CN102422129A
Application number: CN2010800208885A
Authority: CN
Inventors: 埃罗伊·R·乌奥特尔斯; 矛瑞兹欧·A·希佰伦多; 杰·C·斯沃特兹
Original assignee: Thermo Finnigan LLC
Current assignee: Thermo Finnigan LLC
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2030-05-10
Also published as: CN102422129B; EP2430404A4; WO2010132366A1; US20100282957A1; EP2430404A1; US8552365B2

Abstract

本发明提供了用于操作具有至少一个部件的质谱仪的方法，通过该至少一个部件的离子传输取决于离子的质荷比，其特征在于：(a)将具有第一质荷比范围的第一离子样本注入到质谱仪的离子累积器中；(b)获取第一离子样本的全扫描质谱；(c)基于全扫描质谱，选择具有第二质荷比范围的离子种类，第二范围与第一范围不同；(d)计算第二注入时间；(e)根据第二操作条件在第二注入时间内，将具有所选离子种类的第二离子样本注入到离子累积器中；以及(f)获取质谱仪中从所选离子种类获得的离子的质谱。

Description

在具有质量选择性传送光学器件的质谱仪中的离子布居控制

技术领域

本发明通常涉及离子阱质谱仪，尤其涉及用于优化离子阱中离子布居(population)的方法。

背景技术

在用于分析各种各样物质的领域中，离子阱质谱仪是公知的。当操作离子阱时，期望将阱中的离子电荷数量(离子数量乘以电荷/离子)保持在目标值或目标值附近以优化阱的性能。过量填充离子阱将产生空间电荷效应，不利地影响分辨率和质量精度；反之，离子阱的填充不足降低灵敏度。在用于优化离子布居的现有技术中已经描述了多种方法。第5,572,022号美国专利(通过引用并入本文)所论述的“自动增益控制”(AGC)包括在相关质量范围基于离子流计算离子阱的填充时间(也称作注入时间)，使得离子阱填充有固定数量的电荷，该固定数量接近产生最佳阱性能的数量。通过实施“预扫描”来确定离子流，其中在短的预定注入时间内填充离子阱，然后将累积的离子扫描出阱，以测量由此产生的电荷总数。根据此测量的离子流，可以为实际的分析扫描计算适当的注入时间。为了保持系统的量化能力，可以通过说明获取每个谱所用的特定注入，来适当地标量由此产生的强度。

也可以以所谓的“数据依赖”模式操作离子阱以及其它质量分析器，其中在扩展的质荷(m/z)范围的有关分析扫描(全扫描)之后，接着立刻进行基于全扫描结果选择与分离(isolate)的离子的一次或多次MS/MS或MSⁿ实验，例如基于全扫描质谱中的N个最强峰。术语“MS/MS”和“MSⁿ”是指质量分析实验，其中在第一级分析或第一质量分析器(MS-1)中选择和分离特定前体离子，前体离子裂解(例如在碰撞单元中，碰撞单元也可用作离子累积器)，以及在第二级分析或在第二质量分析器(MS-2)中分析所产生的碎片(产物)离子。可以扩展该方法，以提供所选碎片等的裂解和产生的每代碎片的分析。此通常称作MSⁿ谱分析，上标“n”表示质量分析的步数和离子的代数，并且这是捕获类型的质量分析器的特有的能力。相应地，MS²对应于两级质量分析和两代被分析离子(前体和产物)。

在质谱仪的操作中，重要的参数是循环时间，循环时间是实施特定的扫描类型需要花费的时间，并且经常表示为在一秒(one-second)时间窗内可获得的质量扫描事件的数量。可以容易地断定，在每次数据依赖实验之前实施预扫描的需要不利地影响了离子阱的循环时间。

第7,312,441号美国专利(也通过引用并入本文)描述了一种称为“预测AGC”的方法。在预测AGC中，与相关离子对应的全扫描谱中的峰强度和全扫描的离子填充时间用于计算相关离子的数据依赖扫描所需要的填充时间。当根据不同的注入条件实施用于全扫描和数据依赖扫描的离子注入时，预测AGC的实施可能出现问题。如本文所使用的，术语“注入条件”是指影响离子从离子源到离子阱的传输效率和/或离子阱内离子捕获效率的参数的任一个或组合，包括但不限于施加到各个离子光学元件的电压值、和限定施加到离子阱本身电极上的注入电压波形的参数。通常，对于一组给定的参数，离子注入效率可以取决于特定离子种类的m/z。例如，相对于具有较小m/z的离子，具有较大m/z的离子可以更高的效率注入，或者反之亦然。基于用于给定类型实验的对象来选择离子注入参数是有益的。例如，通常期望获得用于全扫描实验的基本平(m/z不变)的注入曲线，以便质谱精确地反映离子源中所产生的宽m/z范围离子的相对数量，然而对于数据依赖实验，期望仅对用于相关前体离子类型的传输进行优化。

美国专利申请公开US2009/0045062(也通过引用并入本文)提供了怎样利用不同的注入条件填充用于全扫描和数据依赖实验的离子阱的说明。此公开文件描述了堆叠环形离子导向(SRIG)离子输送装置的操作，协助在质谱仪的低真空区域的被分析离子的输送。相关的注入参数是施加到堆叠环形电极上的RF电压的振幅。在全扫描实验期间，RF电压振幅在注入周期例如在三个值上阶跃，以便在相关m/z范围内获得基本平的总计传输曲线。与此相反，对于数据依赖实验，设置RF电压以使用于所选择的前体离子种类的传输效率最大化。如果在这些环境中使用预测AGC方法，基于全扫描质谱中的所选离子的峰强度和全扫描注入时间计算的数据依赖实验的注入时间将是过度的(由于全扫描和数据依赖实验期间选择离子的传输效率的差别)，产生离子阱的空间充电和随之发生的不利影响。

作为上述讨论的结果，显然在本领域中需要如下方法，该方法能够补偿具有传输效率是m/z依赖的离子传送光学器件的质谱仪系统，以及能够校正为数据依赖MS/MS或MSⁿ实验计算的注入时间，在数据依赖MS/MS或MSⁿ实验中，在之前全扫描中的前体离子强度用于计算用于随后MS/MS或者MSⁿ扫描的注入时间。对于这种情况，前述的AGC和预测AGC技术不是十分合适的。根据本教导的实施方式解决了预测AGC技术的上述缺陷。在本文中示出了本发明以及其对具有SRIG离子输送装置的质谱仪的操作的应用。但是，本发明的原理可以扩展至在离子路径中具有质量选择性离子光学器件的任何离子阱质谱仪，其中对于全扫描和随后的数据依赖实验分别优化或选择注入条件。没有限制，此技术可以用于四极离子阱(QIT)以及其它类型的捕获质量分析器，例如FTICR分析器和Orbitrap，或者甚至可以用于具有质量依赖传输效率的任何离子光学元件。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于操作具有至少一个部件的质谱仪的方法，通过该至少一个部件的离子传输取决于离子的质荷比，其特征在于：(a)根据第一操作条件在第一注入时间内将具有第一质荷比范围的第一离子样本注入到质谱仪的离子累积器中，第一操作条件适用于优化第一质荷比范围的离子的通过至少一个部件的传输；(b)获取第一离子样本的全扫描质谱；(c)基于全扫描质谱选择具有第二质荷比范围的离子种类，第二范围与第一范围不同；(d)计算第二注入时间，第二注入时间适用于根据第二操作条件将所选离子种类的布居注入到离子累积器中，第二操作条件适用于优化第二质荷比范围的离子的通过至少一个部件的传输；(e)根据第二操作条件在第二注入时间内将具有所选离子种类的第二离子样本注入到离子累积器；以及(f)获取质谱仪中从所选离子种类获得的离子的质谱。

如说明书中所使用的，从所选离子“获得”的离子仅包括所选离子本身以及由这些离子随后操作所产生的离子(例如裂解或过滤)。因此，获取质谱仪中从所选离子种类获得的离子质谱的步骤可以包括MS/MS或MSⁿ分析。

在各个实施方式中，将第一离子样本注入到质谱仪的步骤(a)或将具有所选离子种类的第二离子样本注入到质谱仪的步骤(e)可以包括：将离子输送通过堆叠环形离子导向(SRIG)离子输送装置。如果将离子输送通过SRIG离子输送装置，可以在注入期间将多个RF电压振幅施加到SRIG离子输送装置的环形电极上，以优化第一可能相对宽m/z范围的离子通过SRIG离子输送装置的传输。多个RF电压振幅可以包括第一振幅A₁和第二振幅A₃，第一振幅A₁计算为

第二振幅A₃计算为

其中(m/z)_low和(m/z)_high分别是低离子质荷比和高离子质荷比，K是使用者提供的或自动选择的比例参数，0＜K≤10。K值还可以进一步限定为3到7之间的值。此外多个RF电压振幅可以包括另外的振幅A₂，计算为

A_{2} = K \sqrt{{(m / z)}_{low} + c [{(m / z)}_{high} - {(m / z)}_{low}]},

其中c是常数，0≤c≤1。如果将不同的可能相对窄范围的或单个m/z的离子输送通过SRIG离子输送装置，可以在注入期间将单个RF电压振幅施加到SRIG离子输送装置的环形电极，以优化通过SRIG离子输送装置的离子传输。该单个RF电压振幅可以计算为

其中(m/z)_s是所选离子种类的质荷比。在各个实施方式中，计算第二注入时间的步骤(d)可以包括根据所选离子种类的质荷比(m/z)_s变化的预定校准因数。如果将离子输送通过SRIG离子输送装置，预定的校准因数还可以根据比例参数K改变。

根据本发明的第二方面，提供一种质谱仪系统，所述质谱仪系统的特征在于：(i)离子源，用于提供离子；(ii)离子累积器，用于存储、裂解和分析离子源提供的离子，离子累积器具有离子检测器；(iii)离子输送装置，具有质荷比依赖传输特性且设置在离子源和离子累积器之间以将离子从离子源输送到离子累积器；以及(iv)电子处理和控制单元，电耦合至离子累积器和离子输送装置，电子处理和控制单元包括指令，指令可操作为：(a)使离子输送装置根据第一操作条件在第一注入时间内将具有第一质荷比范围的第一离子样本注入到离子累积器中，第一操作条件适用于优化第一质荷比范围的离子的通过离子输送装置的传输；(b)使离子累积器和检测器获取第一离子样本的全扫描质谱；(c)基于全扫描质谱选择具有第二质荷比范围的离子种类，第二范围与第一范围不同；(d)计算第二注入时间，第二注入时间适用于根据第二操作条件将所选离子种类的数量注入到离子累积器中，第二操作条件适用于优化第二质荷比范围的离子的通过离子输送装置的传输；(e)使离子输送装置根据第二操作条件在第二注入时间内将具有所选离子种类的第二离子样本注入到离子累积器；以及(f)使离子累积器和检测器获取质谱仪中从所选离子种类中获得的离子的质谱。

附图说明

根据仅通过实施例并且参照未按比例绘制的附图给出的以下描述，本发明的上述方面和各个其它方面将变得显而易见，在附图中：

图1A是第一质谱仪系统的示意图，根据本教导的各个实施方式可以结合第一质谱仪系统实施；

图1B是第二质谱仪系统的示意图，根据本教导的各个实施方式可以结合第二质谱仪系统实施；

图2是用于图1的质谱仪系统的堆叠环形离子导向(SRIG)离子输送装置的截面图；

图3是图2的SRIG离子输送装置的单个环形电极的视图；

图4A是根据试图在用于全扫描质谱的注入周期中降低m/z鉴别的操作模式，将阶跃式振幅的RF电压施加至图2的SRIG离子输送设备的示意图；

图4B是在图4A所示的每个子周期内和对于所有三个子周期的完整应用的通过图2的SRIG离子输送装置的质荷相关的离子传输的示意图；

图5是根据本教导的方法的视图；以及

图6是根据本教导经验地确定为所选离子种类的m/z的函数和对于仪器的比例因数的几个不同值的注入时间校正因数的曲线图。

具体实施方式

除非另有限定，本文中使用的所有的技术或科学术语都具有本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义。本文中提及的所有公开出版物、专利申请、专利和其它参考文献都通过引用整体并入本文中。在冲突的情况下，将限制包括定义的本说明书。公开的材料、方法和实施例仅是示例性的，并不用于限制本发明。本领域的技术人员应当理解与本文所描述的类似或等同的材料和方法可用于实施本发明。

现在将参照附图所示的实施方式更加详细地描述和解释本发明的示例性实施方式。可以分别地或者以任意期望的组合方式，将从说明书和附图获得的特征用于本发明的其它实施方式。

图1A是第一质谱仪系统100的示意图，本发明的各个实施方式可以结合第一质谱仪系统100实施。可以通过将包括羽状9的带电离子和液滴的样本经由电喷雾探针110引入到电离室107中，由电喷雾技术形成被分析离子。对于使用电喷雾技术的离子源，电离室107将通常保持在大气压处或附近。虽然示出了电喷雾离子源，但是离子源可以包括例如从液相色谱仪(未示出)接收的材料中产生离子的任何传统的连续或脉冲源，例如热喷雾源、电子碰撞源、化学电离源、APCI源或MALDI源。

被分析离子和背景气以及部分脱溶的液滴一起流入传统的离子迁移管115(例如窄孔毛细管)的入口端，并在压力梯度的影响下穿过管的长度。被分析离子迁移管115优选地与加热块120保持良好的热接触。被分析离子从离子迁移管115的出口端出来，离子迁移管115的出口端通向位于第一低真空室130的离子输送装置105的入口127。如箭头所示，例如由机械泵或等同物通过真空口315将室130抽空至低真空压力。在通常的操作条件下，低真空室130内的压力将在1-10托的范围内(约1-10毫巴)，但是可以确信，离子输送装置105可以在低真空和近大气压的较宽范围内顺利地操作，例如在0.1毫巴和1巴之间。

在通过离子输送装置105收缩成窄束之后(如下面更详细描述的)，离子直接穿过引出透镜145的孔22，以离开第一低压室130并进入离子累积器320，同样地离子累积器320通过第二真空口325被抽空至比第一低压室130压力低的压力。离子累积器320用于累积从离子源110所产生的离子获得的离子。离子累积器320例如可以是多极离子导向的形式，例如RP四极离子阱或者RF线性多极离子阱。在离子累积器320是RF四极离子阱的情况下，RF四极离子阱中捕获的离子质荷比的范围和效率，例如可以通过选择用于产生四极场的RF和DC电压或者通过施加例如宽带波形的辅助场来进行控制。例如可以将诸如氦气、氮气或氩气的碰撞或缓释(damping)气体经由入口230引入到离子累积器320中。当需要时，惰性气体提供累积在离子累积器中的离子的稳定，以及可以提供目标分子以与离子碰撞，以便产生离子的碰撞诱导裂解。

离子累积器320可以配置为径向地向离子检测器335喷射累积的离子，离子检测器335电耦合至相关的电子器件/处理单元240。检测器335检测喷射的离子。样本检测器335可以是可用于检测从离子累积器320喷射的离子的任何传统检测器。

离子累积器320还可以配置为通过孔27(可选地穿过未示出的离子传送光学器件)轴向地向随后的质量分析器450喷射离子，离子可以在质量分析器450中被分析。通过离子检测器260和与其相关的电子器件/处理单元265检测离子。质量分析器450可以包括RF四极离子阱质量分析器、傅里叶变换离子回旋共振(FT-ICR)质量分析器、Orbitrap或者其它类型的静电阱质量分析器或者飞行时间(TOF)质量分析器。分析器装在由真空口345抽成真空的高真空室160中。在可选结构中，可以通过高真空室160内的离子检测器260直接地检测从离子累积器320轴向喷射的离子。作为一个非限制性实施例，质量分析器450可以包括四极滤质器，四极滤质器被操作以将从离子累积器320轴向喷射的全部离子传输到检测器260中。

图1B是第二质谱仪系统170的示意图，本发明的各个实施方式可以结合第二质谱仪系统170实施。图IB几乎在每个方面上都与图1A相似，除了没有示出随后的质量分析器。可替代地，质谱仪系统170的离子累积器320用作累积器和质量分析器。再次，离子累积器可以是实质上四极或多极离子阱、线性离子阱、Orbitrap或者其它静电阱质量分析器、TOF或FT/ICR。在各种可选结构中，离子可以从离子累积器320径向地喷射以被离子检测器335检测，或者离子可以从离子累积器320轴向地喷射以被离子检测器334检测。

电子器件/处理单元240或者电子器件/处理单元265、或者其他外部计算机或处理器可以实施控制操作，以控制质谱仪系统100(图1A)或质谱仪系统170(图1B)的部件的操作。该控制操作可以包括控制离子累积器或质量分析器450的电极，以选择地储存、喷射或分析离子。该控制操作还可以包括控制碰撞或缓释气体通过入口230的引入、或者控制引出透镜145上的电压或其它离子光学器件(未示出)的电极上的电压，以在离子累积器内引起所选离子的碰撞诱导裂解。该控制操作还可以包括控制SRIG离子输送装置105的操作，以控制离子从离子源110到离子累积器320的输送的时间或效率。该控制操作可以包括控制施加到SRIG离子输送装置105的电极上的电压的时间和振幅，并且可以实施该控制操作，以实现或许自动地实现下面论述中所描述的方法。在图1A和1B中以非限制性方式，通过从电子器件/处理单元240、265延伸至其它系统部件的短划线，示意地示出了运载用于实现该控制操作的控制信号的控制线。

图2描绘了(大致截面图)美国专利申请公开US2009/0045062所教导的离子输送装置105的详情。离子输送装置105由纵向间隔关系排列的多个大致平面的电极135形成，包括一组第一电极215和一组第二电极220(如此处使用的，术语“纵向”表示由离子沿离子通道132的总体移动所限定的轴)。具有此大体构造的装置在质谱分析技术中有时被称为“堆叠环形”离子导向。图3中示出了单个电极135。图3示出了每个电极135都适于具有可使离子通过的孔。孔共同地限定离子通道132(参见图1和图2)，离子通道132可以是直的或者弯曲的，这取决于孔的横向对准。为了改进制造和降低成本，所有的电极135都可以具有相同尺寸的孔205。振荡(例如射频)电压源210将振荡电压施加至电极135，从而产生在离子通道132内径向限制离子的场。根据优选实施方式，每个电极135接收与施加到相邻电极上的振荡电压振幅和频率相同但相位相反的振荡电压。如所描绘的，电极135可以划分为与多个第二电极220交错的多个第一电极215，第一电极215接收与施加到第二电极220的振荡电压相位相反的振荡电压。在此方面，应当注意第一电极215和第二电极220分别电连接到振荡电压源210的相反端。在典型的实施方式中，所施加的振荡电压的频率是0.5-1MHz、振幅是50-400V_p-p(峰到峰)，所要求的振幅很大程度上取决于频率。

为了产生邻近离子输送装置105的出口137将离子聚焦为窄束的锥形电场，在离子移动方向上增大电极135的纵向间隔。在本领域中(例如参见Franzen的第5,572,035号美国专利)公知的，堆叠环形离子导向中的振荡场的径向穿透与电极间间隔成比例。在入口127附近，电极135相对紧密地间隔，这提供了限制的径向场穿透，从而在纵向轴的周围产生大范围的无场区域。这种情况促进了高效率地接受从离子迁移管115流入离子通道132的离子。此外，入口127附近的电极的紧密间隔产生了不会捕获扩散离子云的离子的强反射面和浅赝势阱。相反地，位于出口137附近的电极135相对宽地间隔，这提供了向中心纵轴有效地聚焦离子(由于较大的径向振荡场穿透和无场区域变窄)。可以确信，装置出口137附近的相对宽的电极间间隔将不会导致显著的离子损失，因为当离子沿离子通道132移动时，离子朝向中心轴被冷却。在离子输送装置105的一个示例性实施方式中，纵向电极间间隔(中心到中心)从装置入口127处的1毫米变化到装置出口137处的5毫米。通过提供将一组DC电压施加到电极135的DC电压源225，可以在离子通道132内建立纵向DC场。

在离子输送装置的替代实施例中，电极可以沿纵轴均匀地间隔开。在此替代实施例中，为了产生在离子输送装置入口处促进高离子接受效率以及在装置出口处离子束紧密聚焦的锥形径向场，在离子移动的方向上增加施加到电极的振荡电压的振幅。

已经注意到，对于在离子移动方向上具有逐渐增加的电极间间隔的离子输送装置，例如图2中描绘的和以上描述的装置，使离子传输效率最大的所施加的RF电压的振幅将随所传输的离子的质荷比(m/z)而增加。换句话说，对于施加的RF电压的给定值，装置的离子传输效率可以取决于m/z，以使具有某一m/z值的离子相对于具有不同质荷比的值的离子可以更高效或更低效地传输。

对于使用“脉冲”质量分析器的质谱仪仪器，例如四极离子阱(或使用质量分析器的中间离子储存上游的仪器)，为了更加均匀地将宽范围的m/z传输到质量分析器中，在离子在离子累积器、质量分析器或中间存储器内累积的注入周期，改变施加到离子输送装置的电极上的RF电压的振幅，这会是有用的。在示例性实施例中，在注入周期开始时可以施加RF振幅值，使具有相对低m/z值的离子传输最大化。然后在注入周期中改变RF电压振幅(通常以阶跃或连续的方式，但是也可以使用更复杂的电压调制)，以使具有逐渐变高m/z值的离子的传输效率增加。

在相关的实施中，注入时间周期被分成多个组成子周期，子周期可以具有相等或不等的持续时间，以及在每个子周期离子输送装置被施加具有不同振幅的RF电压。在某些实施方式中，RF电压可以在连续注入子周期之间的间隔内被移除。图4A描绘了在注入周期RF振幅随时间变化的实施例，注入周期例如对应于离子阱质量分析器的累积周期。在此实施例中，注入周期被分成三个组成子周期，其中以三个振幅增加的连续阶梯的形式施加RF电压。在质谱仪使用SRIG的情况下，根据以下公式，在注入周期施加到环形电极的射频振幅A可以在三个值上阶跃：

A_{1} = K \sqrt{{(m / z)}_{low}}

式1

A_{2} = K \sqrt{{(m / z)}_{low} + c [{(m / z)}_{high} - {(m / z)}_{low}]}

式2

A_{3} = K \sqrt{{(m / z)}_{high}}

式3

其中A₁、A₂、A₃分别是在第一、第二和第三阶梯上施加的振荡电压的振幅，(m/z)_low和(m/z)_high分别是在相关质荷范围内或限定相关质荷范围的低离子质荷比和高离子质荷比，c是常数，限制为0≤c≤1，例如可以取0.3，以及K是使用者提供的或自动选择的比例(scaling)参数，0＜K≤10，典型值在3到7之间。RF振幅在具有相同持续时间的周期保持在三个值上(分别是A₁、A₂、A₃)，相同持续时间的周期加起来跨越整个注入周期。

通过在m/z值的范围改变最大离子传输效率，由此产生的在质量分析器中累积的离子布居可以更接近于源产生的离子布居，而不会发生在施加到离子输送装置电极的RF电压的振幅在整个注入周期保持在固定值时相对于高或低m/z离子的不期望的鉴别。图4B中示出了此效果，图4B包括在图4A的每个组成子周期通过图1A、1B和2的SRIG离子输送装置105的质荷依赖(dependent)离子传输的示意性描绘(即曲线402、404和406)，以及在总注入周期施加的电压阶梯的组合效果下通过装置的整体传输的示意性描绘(例如曲线400)。因此，通过适当地选择图4A所示的RF电压的振幅和各个注入子周期的持续时间，可以得到顶部较平的整体离子传输曲线。传输曲线400通常更适合在全扫描质量分析期间使用，全扫描质量分析包括在数据依赖的MSⁿ扫描之前的那些。

虽然图4A和4B以及相应正文中描绘和描述了以逐渐增加的方式施加的RF电压，但是应当理解可以以任何顺序施加电压阶梯。此外，如本文所使用的，术语第一、第二和第三不应该视为要求用于施加RF电压的特定时间顺序，作为替代其仅用于表示和区分不同的RF振幅值。电压不必以如图所示的离散阶梯形式进行施加，而可以在注入周期以连续的方式变化。如果使用离散电压阶梯，它们的数量不必限制成三个，可以使用任何数量的这种阶梯。

在实践中，使用者可以指定值k(代替K值)，其通过一个因数与K相关。例如，使用者可以将k值指定为百分数，即0到100的值。在这种情况下，K简单地计算为K＝k/10。(m/z)_low、(m/z)_high和K的值可以经由图形用户界面由仪器操作人员提供，或可替代地根据存储的标准由仪器控制者选择。

因为顶部较平的传输曲线400被优化以用于全扫描质量分析，所以效率上的考虑将通常指示，一旦选择特定离子以分离作为随后MSⁿ分析的一部分，通过SRIG离子输送装置(或具有质荷依赖传输特性的其它离子光学部件)的传输将被优化以用于传输所选择的离子。例如，相关的特定离子可以出现在图4B中垂直短划线408的位置处。将此离子的质荷比表示为(m/z)₄₀₈。显然，传输曲线400通常不是最优的用于将与(m/z)₄₀₈对应的所选离子传输到累积器或质量分析器中。作为替代，在离子注入期间施加到SRIG以提供所选离子的最优传输的RF电压振幅A₄₀₈根据下面的公式给出：

A_{408} = K \sqrt{{(m / z)}_{408}}

式4

在单个阶梯中，将单个RF电压施加到SRIG离子输送装置，将产生具有中点在(m/z)₄₀₈的最大峰值的离子传输曲线，其中RF电压振幅是A₄₀₈，如上面给出的。虽然此RF电压的施加将使所选的离子在较短注入时间内累积，但是现有的预测AGC技术将不会产生正确的注入时间，在这种情况下，因为对于此m/z，在用于全扫描的离子注入和用于随后的数据依赖扫描的离子注入之间，注入条件是不同的。下面将结合图5所示的方法500描述正确离子注入的确定。

在图5中描绘了用于操作根据本发明实施方式的质谱仪的方法500的步骤。在初始步骤502中，在预定全扫描注入时间内以第一组注入参数(全扫描注入参数)将离子注入到离子累积器、离子阱或质量分析器中。可以使用从先前预扫描测量的离子流和离子电荷的目标数来确定全扫描的注入时间，如第5,572,022号美国专利所描述的。对于全扫描注入，可以选择注入参数，以在相关m/z范围为具有质荷依赖传输特性的系统提供相对平的传输曲线，如图4B所示的和上述参考其所讨论的。注入之后，将离子质量连续地从离子累积器或阱或质量分析器扫描输出到检测器中，以获取全扫描质谱，步骤504。在步骤506中，基于应用到质谱的预定标准为数据依赖(例如MS/MS)分析选择一个或多个离子种类，例如，可以选择在谱中具有最强峰的离子种类。所选种类(其身份(identity)在测量之前不必是已知的)例如可以是预定种类、最大丰度(abundant)种类、预定种类表中的最大丰度种类或者没有在预定种类表中的最大丰度种类。可以自动地选择种类，例如，通过执行电子器件/处理单元240或电子器件/处理单元265中的计算机可读指令，因为经常在分析期间没有足够的可用时间以供操作员作出这种选择。然后基于所选离子类型的m/z确定数据依赖(DD)实验中将使用的注入参数(除了注入时间之外，其在另外步骤中计算)，以通常优化其传输效率，步骤508。在目前的实施例中，根据以下公式计算将在数据依赖实验的离子注入期间施加到SRIG的RF电压振幅As：

A_{S} = K \sqrt{{(m / z)}_{s}}

式5

其中，(m/z)_s是所选离子种类的质荷比。

接着，在方法500的步骤510中，根据全扫描质谱中与所选离子种类相对应的峰强度和全扫描注入时间，计算未校正的数据依赖注入时间t_unc。在上述第7,312,441号美国专利中描述了此计算的实施例。如上所述，该计算没有考虑全扫描与数据依赖实验之间的注入条件的差异，因此可能倾向于过高估计以最优数量的所选离子填充离子阱所要求的注入时间，从而导致不想要的空间电荷效应。在步骤512中，为了校正由不同的注入条件产生的注入效率的差异，根据因数f调整未校正的数据依赖注入时间，f表示预期的不同注入效率。在本实施例中，根据以下公式计算调整的数据依赖注入时间t_adj：

t_adj＝t_unc/f 式5

其中t_unc是步骤510中计算的未校正的注入时间，f是校正因数，该校正因数是经验确定的所选离子种类的m/z和K值的函数。通过校准程序可以为特定仪器确定经验确定的函数，其中当以全扫描模式(即在注入期间RF电压振幅是阶跃的以产生平的传输曲线的情况下)和以数据依赖模式(优化振幅以用于传输校准物离子的情况下)操作SRIG时，测量多个校准物离子(优选地具有跨越相关范围的质荷比范围)的每一个的注入效率。然后将此函数存储在质谱仪或与其相关的计算机的存储器中，从而可以根据仪器K值和所选离子的m/z快速确定校正因数f的值。

图6是示出在特定仪器中校正因数f可以如何随m/z和K(共同确定数据依赖注入期间施加到环形电极上的RF振幅)变化的实施例的曲线图。在此附图中，曲线630、640、650、660和670分别对应单位(units)为V_p-pDa^-1/2的3、4、5、6和7的K值。本领域的技术人员应当理解，本发明的某些实施方式可以使用作为影响不同注入效率的更多数目参数的函数的校正因数，包括但不限于管透镜电压、施加到离子导向电极的RF和/或DC电压、和表征施加到离子阱的电极的注入条件的各种参数。

在计算调整的数据依赖注入时间t_adj之后，在步骤514中，使用在步骤512中确定的注入参数，在时间周期t_adj内用离子填充离子阱。对于不同注入效率调整注入时间，确保阱没有被过量填充。然后在步骤516中，阱中累积的离子可以经由一级或多级分离和分裂进行MS/MS(MSⁿ)分析。然后可以为步骤506的数据依赖实验中所选的离子种类的每一个重复步骤508-516。

应当理解，虽然已经描述了本发明及其详细说明，但是上面的描述用于说明而非限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求的范围限定。当然，本领域的技术人员能够结合根据各种示例性实施方式解释的特征，并且也许将能形成本发明的另外的示例性实施方式。其它方面、优点和变化都将落入权利要求的范围内。

Claims

1.一种用于操作具有至少一个部件的质谱仪的方法，通过所述至少一个部件的离子传输取决于离子的质荷比，所述方法特征在于：

(a)在第一注入时间内根据第一操作条件将具有第一质荷比范围的第一离子样本注入到所述质谱仪的离子累积器中，所述第一操作条件适用于优化所述第一质荷比范围的离子的通过所述至少一个部件的传输；

(b)获取所述第一离子样本的全扫描质谱；

(c)基于所述全扫描质谱选择具有第二质荷比范围的离子种类，所述第二范围与所述第一范围不同；

(d)计算第二注入时间，所述第二注入时间适用于根据第二操作条件将所选离子种类的布居注入到所述离子累积器中，所述第二操作条件适用于优化所述第二质荷比范围的离子的通过所述至少一个部件的传输；

(e)在所述第二注入时间内根据所述第二操作条件将具有所选离子种类的第二离子样本注入到所述离子累积器；以及

(f)获取所述质谱仪中从所选离子种类获得的离子的质谱。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在第一注入时间内根据第一操作条件将具有第一质荷比范围的第一离子样本注入到所述质谱仪的离子累积器的步骤(a)包括：将离子输送通过堆叠环形离子导向SRIG离子输送装置，所述SRIG离子输送装置被操作为使得在所述注入期间多个RF电压振幅被施加到所述SRIG离子输送装置的环形电极。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述多个RF电压振幅包括第一振幅A₁和第二振幅A₃，所述第一振幅A₁计算为：

所述第二振幅A₃计算为

其中(m/z)_low和(m/z)_high分别是低离子质荷比和高离子质荷比，K是使用者提供或自动选择的比例参数，0＜K≤10。

4.如权利要求3所述的方法，其中，在所述第二注入时间内根据所述第二操作条件将具有所选离子种类的第二离子样本注入到所述质谱仪的步骤(e)包括：将离子输送通过所述堆叠环形离子导向SRIG离子输送装置，所述SRIG离子输送装置被操作为使得在所述注入期间单个RF电压振幅被施加到所述SRIG离子输送装置的环形电极。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述单个RF电压振幅As计算为

其中(m/z)_s是所选离子种类的质荷比。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中，计算第二注入时间的步骤(d)包括根据(m/z)_s变化的预定校准因数。

7.如权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，计算第二注入时间的步骤(d)包括根据(m/z)_s变化的预定校准因数。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述预定校准因数还根据比例参数K变化。

9.如权利要求3所述的方法，其中，所述多个RF电压振幅包括振幅A₂，计算为

A_{2} = K \sqrt{{(m / z)}_{low} + c [{(m / z)}_{high} - {(m / z)}_{low}]},

其中c是常数，0≤c≤1。

10.如权利要求3、4、5、7、8和9中任一项所述的方法，其中3≤K≤7。

11.如权利要求1所述的方法，其中，在所述第二注入时间内根据所述第二操作条件将具有所选离子种类的第二离子样本注入到所述质谱仪的步骤(e)包括：将离子输送通过所述堆叠环形离子导向SRIG离子输送装置，所述SRIG离子输送装置被操作为使得在所述注入期间单个RF电压振幅被施加到所述SRIG离子输送装置的环形电极。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述单个RF电压振幅As计算为

其中，(m/z)_s是所选离子种类的质荷比，K是使用者提供或自动选择的比例参数，0＜K≤10。

13.如权利要求12所述的方法，其中，计算第二注入时间的步骤(d)包括根据(m/z)_s变化的预定校准因数。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述预定校准因数还根据比例参数K变化。

15.如权利要求11-14中任一项所述的方法，其中，3≤K≤7。

16.如权利要求1所述的方法，其中，获取所述质谱仪中从所选离子种类获得的离子的质谱的步骤(f)包括实施MS/MS分析。

17.一种质谱仪系统，其特征在于：

(i)离子源，用于提供离子；

(ii)离子累积器，用于存储、裂解和分析所述离子源提供的离子，所述离子累积器具有离子检测器；

(iii)离子输送装置，具有质荷比依赖传输特性且设置在所述离子源与所述离子累积器之间以将离子从所述离子源输送到所述离子累积器；以及

(iv)电子处理和控制单元，电耦合至所述离子累积器和所述离子输送装置，所述电子处理和控制单元包括指令，所述指令能够操作为：

(a)使所述离子输送装置在第一注入时间内根据第一操作条件将具有第一质荷比范围的第一离子样本注入到所述离子累积器中，所述第一操作条件适用于优化所述第一质荷比范围的离子的通过所述离子输送装置的传输；

(b)使所述离子累积器和检测器获取所述第一离子样本的全扫描质谱；

(d)计算第二注入时间，所述第二注入时间适用于根据第二操作条件将所选离子种类的布居注入到所述离子累积器中，所述第二操作条件适用于优化所述第二质荷比范围的离子的通过所述离子输送装置的传输；

(e)使所述离子输送装置在所述第二注入时间内根据所述第二操作条件将具有所选离子种类的第二离子样本注入到所述离子累积器；以及

(f)使所述离子累积器和检测器获取所述质谱仪中从所选离子种类获得的离子的质谱。

18.如权利要求17所述的质谱仪系统，其中，所述离子输送装置包括堆叠环形离子导向。