CN102565179B - 一种质谱分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种质谱分析方法，包括以下步骤：A、设定分析参数选定目标q值及目标离子化时间，得出在该目标q值下各目标离子分别对应的射频电压，并进一步得出各离子在相应射频电压下对应的共振频率；B、将目标离子离子化；C、利用频域信号AC将各目标离子分别进行隔离并检测，频域信号AC包括除目标离子外所有其他离子的共振频率；其中，每个目标离子的隔离检测步骤为：将RF电压提升至待检目标离子对应的射频电压，使频域信号AC在该待检目标离子对应的共振频率处缺失，则离子阱内仅保留该待检目标离子；扫描离子阱，将待检目标离子排出阱外并被检测。本发明具有目标离子隔离灵敏度高等优点。

Description

一种质谱分析方法

技术领域

本发明涉及一种质谱分析方法。

背景技术

自paul等人发明离子阱以来，离子阱已经成为一种检测有机物离子的重要工具，离子阱对有机物离子的存储是实现目标离子检测和多极质谱分析的重要前提。

离子阱的存储技术又被称为选择离子存储技术(Selective ion storage简称SIS)，SIS的基本原理是：当离子阱环电极上施加的RF束缚电压的幅度和频率一定时，存储在离子阱中的离子都具有各自的共振频率。在离子阱的端盖电极上施加一个幅度变化的频域信号，该频域信号具有与除目标离子以外的其它所有离子的共振频率相同的频率分量，这种频域信号能使不关心的其它离子产生共振，从而将它们排出离子阱。然后利用离子阱的扫描信号将关心的离子逐个排出阱外，被检测器检测。

根据离子阱质谱理论，其中当离子阱的尺寸r₀，z₀和RF的频率Ω确定时，k为固定值。

离子的共振频率ω可通过β值确定，计算公式如式1，β值是与q值有关的参数，通过解Dehmelt方程得出，如式2。

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{2}\mathrm{\β\Ω}$ (式1)

${\mathrm{\β}}^2=\frac{q^2}{{(\mathrm{\β}+2)}^2-\frac{q^2}{{(\mathrm{\β}+4)}^4-\frac{q^2}{{(\mathrm{\β}+6)}^2-\·\·\·}}}+\frac{q^2}{{(\mathrm{\β}-2)}^2-\frac{q^2}{{(\mathrm{\β}-4)}^4-\frac{q^2}{{(\mathrm{\β}-6)}^2-\·\·\·}}}$ (式2)

目前，大多数离子阱采用的选择离子存储方式是在离子化阶段或离子化阶段完成后，利用一个固定幅度的RF射频电压水平同时隔离目标离子，这样做能将部分目标离子隔离，但还存在如下缺点：

1、质量数越高的离子，其存储分辨率越差

对于一些具有较宽范围离子的化合物，目标离子的范围涵盖从较低质量端到较高质量端。由于隔离离子时，RF射频电压幅度较低，质量数越高的离子，其运动的频率越小，在离子阱中处于一种能量稳定的状态，相邻两个质荷比的离子，其运动频率十分接近。这就造成当使用共振激发的方式隔离离子时，质量数越高的离子，其隔离分辨率越差，会使目标离子周围的离子同时被隔离，为了提高隔离精度，必然造成目标离子的损失，导致灵敏度下降。

2、低质量切除效应影响大

因为受到离子阱的low mass cutoff(低质量切除)效应的影响，隔离离子时的RF束缚电压不能太高，否则低质量的目标离子不能被同时存储。

3、采样频率较低

由于需要同时将隔离出来的离子进行质量分析，当目标离子质量跨度较大时，在一定的扫描速率下，需要消耗更多的扫描时间，影响质谱的采样频率。

发明内容

为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种提高目标离子隔离灵敏度且各目标离子隔离分辨率相同的质谱分析方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种质谱分析方法，包括以下步骤：

A、设定分析参数

选定目标q值及目标离子化时间，得出在该目标q值下各目标离子分别对应的射频电压，并进一步得出各离子在相应射频电压下对应的共振频率；

B、将目标离子离子化；

C、利用频域信号AC将各目标离子分别进行隔离并检测，频域信号AC包括除目标离子外所有其他离子的共振频率；

其中，每个目标离子的隔离检测步骤为：

将RF电压提升至待检目标离子对应的射频电压，使频域信号AC在该待检目标离子对应的共振频率处缺失，则离子阱内仅保留该待检目标离子；

扫描离子阱，将待检目标离子排出阱外并被检测。

进一步，在步骤A中，还包括预扫描步骤，具体如下：

a1、选出一个待隔离目标离子作为预扫描目标离子；

a2、设置预扫描离子化时间a，理论目标离子数T，在Q范围内选择至少两个值作为预扫描q值；

a3、分别在每个预扫描q值下，执行步骤A～C，得到每个预扫描q值下的扫描离子数，将最接近理论目标离子数的扫描离子数对应的预扫描q值作为目标q值。

进一步，在步骤A中，在作为目标q值的预扫描q值下得到的扫描离子数为T′，则目标离子化时间为t＝a×T/T′。

作为优选，所述Q范围为0.1～0.8。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、离子存储效率高

对目标离子进行分组，分别采用不同的RF射频电压进行目标离子的存储，提高了SIS检测的分辨率和灵敏度，质量数高的离子存储效果较好。

2、低质量切除效应影响小

避免了因低质量切除效应的存在导致低质量离子不能被有效隔离的缺点。

3、采样频率高

隔离完成后，只将组内的目标离子扫描出离子阱，减少了扫描所需的时间，提高了质谱的采样点数；同时，采用预扫描技术，可得到优化的目标q值，从而保证离子隔离得到较好的分辨率和灵敏度。

附图说明

图1为实施例1中的质谱扫描时序图；

图2为实施例2中质谱预扫描和扫描时序对应图。

具体实施方式

一种质谱分析方法，包括以下步骤：

A、设定分析参数

选定目标q值及目标离子化时间，得出在该目标q值下各目标离子分别对应的射频电压，并进一步得出各离子在相应射频电压下对应的共振频率；

其中，各目标离子对应的射频电压，如式3：

$V=\frac{\mathrm{Mq}}{8}({r_0}^2+2{z_0}^2){\mathrm{\Ω}}^2,$ (式3)

其中，M为目标离子对应的质量数；r₀为离子阱环电极半径，z₀为两双曲面端盖电极的半径，Ω为RF射频电压的频率；

各目标离子在相应射频电压下对应的共振频率采用式1计算：

根据式1可知，共振频率在0～1/2Ω范围内；

B、将目标离子离子化；

C、利用频域信号AC将各目标离子分别进行隔离并检测，频域信号AC包括除目标离子外所有其他离子的共振频率；

其中，每个目标离子的隔离检测步骤为：

将RF电压提升至待检目标离子对应的射频电压，使频域信号AC在该待检目标离子对应的共振频率处缺失，则离子阱内仅保留该待检目标离子；

扫描离子阱，将待检目标离子排出阱外并被检测。

进一步，在步骤A中，还包括预扫描步骤，具体如下：

a1、选出一个待隔离目标离子作为预扫描目标离子；

a2、设置预扫描离子化时间a，理论目标离子数T，在Q范围内选择至少两个值作为预扫描q值；

作为优选，所述Q范围为0.1～0.8；

a3、分别在每个预扫描q值下，执行步骤A～C，得到每个预扫描q值下的扫描离子数，将最接近理论目标离子数的扫描离子数对应的预扫描q值作为目标q值。

进一步，在步骤A中，在作为目标q值的预扫描q值下得到的扫描离子数为T′，则目标离子化时间为t＝a×T/T′。

对目标离子进行分组，分别采用不同的RF射频电压进行目标离子的存储，提高了SIS检测的分辨率和灵敏度，质量数高的离子存储效果较好。

避免了因低质量切除效应的存在导致低质量离子不能被有效隔离的缺点。

实施例1

一种质谱分析方法，包括以下步骤：

A、设定分析参数

选定目标q值0.5，得出在该目标q值下各目标离子分别对应的射频电压，并进一步得出各离子在相应射频电压下对应的共振频率；

本实施例的目标分析物为有机氯农药“滴滴伊”(p，p′-Dichlorodiphenyldichloroethylene，DDE)，其被离子化以后对应的目标离子的质量数分别为Ma＝176、Mb＝246、Mc＝318，其中，离子阱尺寸r₀＝10mm、z₀＝7.83mm，由此根据式3计算出Ma、Mb、Mc分别对应的射频电压为Va＝1324V、Vb＝1851V、Vc＝2392V，根据各目标离子的质量数，计算出各离子在相应射频电压下对应的共振频率，其中，ωa＝ωb＝ωc＝223.45kHz；

B、将目标离子离子化：

分别将待隔离的目标离子离子化；对目标离子Ma的离子化段如图1中标记1所示，离子化完成后，将射频RF提升至V_a，如图1中标记2所示；

C、利用频域信号AC将各目标离子分别进行隔离并检测，频域信号AC包括除目标离子外所有其它离子的共振频率；其中，所述频域信号AC为转换傅立叶变换SWIFT得到的信号，将目标离子进行隔离，频域信号AC包括除目标离子外所有其它离子的共振频率；根据式4可知，该频域信号的频率分量在0～1/2Ω范围内；

其中，若目标离子为Ma，其隔离检测步骤为：

将RF电压提升至目标离子Ma对应的射频电压Va，使频域信号AC在该待检目标离子对应的共振频率ωa处缺失，如图1中标记4所示，因此离子阱内除Ma以外的其它离子都被共振排出，留下Ma离子；

对Ma离子利用常规的轴向共振激发扫描进行检测，扫描范围可只限于Ma及其附近离子，如图1中标记3所示。则离子阱内仅保留该目标离子Ma；扫描离子阱，将目标离子Ma排出阱外并被检测；

其他目标离子的离子化、隔离和检测步骤与Ma相同。

实施例2

请参阅图2，一种质谱分析方法，与实施例1中所述的质谱分析方法不同的是：

还包括预扫描步骤，具体如下：

a1、从待隔离的目标离子Ma、Mb、Mc中选出Ma作为预扫描目标离子，Ma为其中最大的离子；

a2、设置预扫描离子化时间a，理论目标离子数T，在Q范围0.1～0.8内选择至少两个值作为预扫描q值：

根据离子阱尺寸大小，常见的r₀＝10mm的三维离子阱，预扫描离子化时间a可在0.1ms-10ms之间，目标离子数T可在5000-50000之间；

在0.1～0.8之间选定至少3个预扫描q值，例如：q1＝0.2、q2＝0.5、q3＝0.7；

在每个预扫描q值下，运行实施例1中的步骤A～C；

如在q1水平下，隔离目标离子Ma采用RF电压水平Va和共振频率ωa，隔离扫描得到：在q1的隔离水平下的离子数为T1′；

在q2和q3的隔离水平下得到的扫描离子数分别为T2′和T3′，比较T1′、T2′和T3′，将其中与T最接近的作为目标q值，本实施例中目标q值为q1。

实施例3

一种质谱分析方法，与实施例2中不同的是：

在步骤A中，q1作为目标q值，与q1对应的扫描离子数为T1′，得到目标离子化时间为t＝a×T/T′，此为最优的离子化时间。

上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：分别采用不同的RF射频电压进行目标离子的存储。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种质谱分析方法，包括以下步骤：

预扫描步骤，具体如下：

a1、选出一个待隔离目标离子作为预扫描目标离子；

a2、设置预扫描离子化时间a，理论目标离子数T，在Q范围内选择至少两个值作为预扫描q值；

a3、分别在每个预扫描q值下，根据预扫描离子化时间a，得出在该预扫描q值下各预扫描目标离子分别对应的射频电压，并进一步得出各离子在相应射频电压下对应的共振频率；

将预扫描目标离子离子化；

利用频域信号AC将各预扫描目标离子分别进行隔离并检测，频域信号AC包括除预扫描目标离子外所有其它离子的共振频率；其中，每个预扫描目标离子的隔离检测步骤为：将RF电压提升至待检预扫描目标离子对应的射频电压，使频域信号AC在该待检预扫描目标离子对应的共振频率处缺失，离子阱内仅保留该待检预扫描目标离子；扫描离子阱，将待检预扫描目标离子排出阱外并被检测，得到每个预扫描q值下的扫描离子数，将最接近理论预扫描目标离子数T的扫描离子数对应的预扫描q值作为目标q值；

A、设定分析参数

根据预扫描步骤中得到的目标q值及目标离子化时间，得出在该目标q值下各目标离子分别对应的射频电压，并进一步得出各离子在相应射频电压下对应的共振频率；

B、将目标离子离子化；

C、利用频域信号AC将各目标离子分别进行隔离并检测，频域信号AC包括除目标离子外所有其它离子的共振频率；

其中，每个目标离子的隔离检测步骤为：

将RF电压提升至待检目标离子对应的射频电压，使频域信号AC在该待检目标离子对应的共振频率处缺失，离子阱内仅保留该待检目标离子；

扫描离子阱，将待检目标离子排出阱外并被检测。

2.根据权利要求1所述的质谱分析方法，其特征在于：在步骤A中，在作为目标q值的预扫描q值下得到的扫描离子数为T′，则目标离子化时间为t＝a×T/T′。

3.根据权利要求1或2所述的质谱分析方法，其特征在于：所述Q范围为0.1～0.8。