CN107170661B - 表面碰撞诱导解离系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面碰撞诱导解离系统，包括：表面碰撞诱导解离装置，表面碰撞诱导解离装置包括：第一电极和第二电极，第一电极和第二电极沿轴向方向间隔且相对设置，第一电极具有输入离子通道，第二电极具有输出离子通道；环状电极，环状电极限定出环形腔室且设置于第一电极和第二电极之间；纺锤形电极组件，纺锤形电极组件沿环状电极的轴向方向延伸。根据本发明实施例的表面碰撞诱导解离系统，通过对表面碰撞诱导解离装置的多个不同电极位置和结构进行合理设计，提高了样品离子的碰撞效率和解离效果，进而有效提高了样品离子定性定量分析的精准度。
Description
技术领域
本发明属于质谱仪技术领域，尤其设计一种表面碰撞诱导解离系统。
背景技术
质谱仪是现代分析化学领域非常重要的分析工具，具有很高的检测灵敏度和强大的定性定量分析能力。串级质谱分析又是质谱仪中非常重要的分析手段，该技术手段对于质谱仪鉴定新的化学物质、分析分子结构等起到了非常重要的作用。
离子激发或解离的方式多种多样，其中常用的有碰撞诱导解离(CID)、表面碰撞诱导解离(SID)、光子诱导解离(UVPD,IRMPD)、电子诱导解离(ECD，EID，EDD,EED)。表面碰撞诱导解离系统控制待分析样品离子进行单次碰撞，可以在很短的解离作用时间下产生样品离子的碎片离子，大大缩短了碰撞反应所需要的时间，同时能量传递过程更加的快速直接，可以很容易碎裂生物大分子样品离子，并得到其他激发或解离方式得不到的碎片离子，所以表面碰撞诱导解离是质谱仪实现串级质谱分析的关键技术，对于多肽、蛋白质等生物大分子方面的分析起着重要作用。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。
为此，本发明提出一种表面碰撞诱导解离系统，该表面碰撞诱导解离系统可以提高样品离子的碰撞效率，提高解离效果。
根据本发明实施例的表面碰撞诱导解离系统，包括：表面碰撞诱导解离装置，所述表面碰撞诱导解离装置包括：第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极沿轴向方向间隔且相对设置，所述第一电极具有输入离子通道，所述第二电极具有输出离子通道；环状电极，所述环状电极限定出环形腔室且设置于所述第一电极和所述第二电极之间；纺锤形电极组件，所述纺锤形电极组件沿所述环状电极的轴向方向延伸；通过对所述第一电极、所述第二电极、所述环状电极和所述纺锤形电极组件施加不同的电压，从而在所述输入离子通道、所述输出离子通道和所述环形腔室内形成表面碰撞诱导解离所需的电场，使得待分析样品离子在表面碰撞诱导解离电场的作用下与所述环状电极的内表面发生碰撞，从而解离出碎片离子。
根据本发明实施例的表面碰撞诱导解离系统，通过对表面碰撞诱导解离装置的多个不同电极位置和结构进行合理设计，提高了样品离子的碰撞效率和解离效果，进而有效提高了样品离子定性定量分析的精准度。
另外，根据本发明实施例的表面碰撞诱导解离系统，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述纺锤形电极组件至少包括一个电极。
根据本发明的一个实施例，所述纺锤形电极组件包括：两个圆锥形电极和一个圆柱形电极，两个所述圆锥形电极相对设置于所述圆柱形电极的两端。
根据本发明的一个实施例，所述输入离子通道和所述输出离子通道轴向截面均为锥形。
根据本发明的一个实施例，所述第一电极设置于离子运动轨迹的上游，所述第一电极形成的锥形通道的内径沿着样品离子的运动方向逐渐增大。
根据本发明的一个实施例，所述第二电极设置于离子运动轨迹的下游，所述第二电极形成的锥形通道的内径沿着离子的运动方向逐渐减小。
根据本发明的一个实施例，所述表面碰撞诱导解离装置还包括：壳体，所述壳体限定出安装腔，所述第一电极、所述第二电极、所述环状电极和所述纺锤形电极组件均设置于所述安装腔内。
根据本发明的一个实施例，所述表面碰撞诱导解离系统还包括：端盖电极，所述端盖电极分别设置于壳体的两个端面且所述端盖电极的至少一部分为网格状，两个所述圆锥形电极分别连接于所述端盖电极。
根据本发明的一个实施例，所述端盖电极为金属网，所述金属网由多个多边形网格构成。
根据本发明的一个实施例，所述金属网与所述圆锥形电极绝缘连接。
根据本发明的一个实施例，所述多边形为正六边形，所述正六边形的内径在0.2-3毫米之间。
根据本发明的一个实施例，所述环状电极的内表面是与样品离子发生碰撞反应所需的碰撞表面，所述环状电极的内表面为金属表面，所述金属表面为不锈钢金属表面、铜金属表面、金金属表面、银金属表面或铂金属表面。
根据本发明的一个实施例，所述环状电极的内表面为自组装单分子层表面，所述自组装单分子表面由外向内依次包括：载体层，所述载体层为玻璃、塑料、铝、铜、或不锈钢的其中之一制备而成，金层，所述金层设置于所述载体层的表面；自组装单分子层，所述自组装单分子层设置于所述金层的表面过硫金键相结合；其中，所述金层的厚度为5-20毫米。
根据本发明的一个实施例，所述环状电极的中心轴线与所述纺锤形电极组件的中心轴线同轴设计。
根据本发明的一个实施例，所述表面碰撞诱导解离系统还包括：第一线性离子阱和第二线性离子阱，所述表面碰撞诱导解离装置设置于所述第一线性离子阱和所述第二线性离子阱之间。
根据本发明的一个实施例，所述第一线性离子阱、所述第二线性离子阱和所述表面碰撞诱导解离装置同轴设置。
根据本发明的一个实施例，表面碰撞诱导解离系统还包括：四级杆质量分析器和离子光学导引装置。
根据本发明的一个实施例，所述四级杆质量分析器、所述离子光学导引装置和所述表面碰撞诱导解离装置同轴设置。
根据本发明的一个实施例，表面碰撞诱导解离系统还包括：飞行时间质量分析器，所述飞行时间质量分析器位于所述第二线性离子阱的后侧，所述飞行时间质量分析器对从所述第二线性离子阱输出的离子进行质量分析。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的表面碰撞诱导解离系统的局部立体图；
图2是根据本发明一个实施例的表面碰撞诱导解离系统的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的表面碰撞诱导解离系统的环状电极内表面剖视图；
图4是根据本发明一个具体实施例的表面碰撞诱导解离系统的结构示意图；
图5是根据本发明另一个具体实施例的表面碰撞诱导解离系统的结构示意图。
附图标记：
表面碰撞诱导解离系统1000；
表面碰撞诱导解离装置100；
第一电极10；输入离子通道11；
第二电极20；输出离子通道21；
环状电极30；环形腔室31；载体层32；金层33；自组装单分子层34；
纺锤形电极组件40；圆锥形电极41；圆柱形电极42；
壳体50；端盖电极51；
离子运动轨迹200；
第一线性离子阱301；第二线性离子阱302；
飞行时间质量分析器400。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“轴向”、“内”、“外”、“上”、“下”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参照图1至图5描述根据本发明实施例的表面碰撞诱导解离系统1000，该表面诱导碰撞解离系统1000可以对蛋白质、多肽等大分子进行激发或裂解，获得大小不同的碎片离子，实现对样品离子组分精准的定性和定量分析。
表面碰撞诱导解离系统1000可以包括：表面碰撞诱导解离装置100，该表面碰撞诱导解离装置可以设置任意两个质量分析器之间，例如，将表面碰撞诱导解离装置100设置于两个线性离子阱之间；或者将表面碰撞诱导解离装置100设置于四级杆质量分析器(图未示出)和离子光学导引装置(图未示出)之间；或者将表面碰撞诱导解离装置100设置于线性离子阱和离子光学导引装置之间，其中，四级杆质量分析器、离子光学导引装置和表面碰撞诱导解离装置100同轴设置；或者将表面碰撞诱导解离装置100设置于线性离子阱和四级杆质量分析器之间。可以理解的是，上述仅是示意性的，并不是对本发明保护范围的限制，表面碰撞诱导解离系统也可以设置于其他两个质量分析器之间，或者仅在表面碰撞诱导解离装置的前侧或后侧设置一个质量分析器。
如图1所示，表面碰撞诱导解离装置100大体可以包括：第一电极10、第二电极20、环状电极30和纺锤形电极组件40。
具体地，如图1和图2所示，第一电极10和第二电极20沿轴向方向间隔且相对设置，第一电极10具有输入离子通道11，第二电极20具有输出离子通道21。其中，输入离子通道11和输出离子通道21轴向截面可以均为锥形。当然，可以理解的是，上述仅是示意性的，并不是对本发明保护范围的限制，输入离子通道11和输出离子通道21的轴向截面也可以为圆柱形。
环状电极30具有管腔31且设置于第一电极10和第二电极20之间。纺锤形电极组件40沿环状电极30的轴向方向延伸，其中，纺锤形电极组件40至少包括一个电极，例如，纺锤形电极组件40可以包括两个圆锥形电极41和一个圆柱形电极42，两个圆锥形电极41相对设置于圆柱形电极42的两端。其中，环状电极30与第一电极10和第二电极20之间，两个圆锥形电极41与圆柱形电极42之间均绝缘设置。当然，纺锤形电极组件40也可以仅包括一个纺锤形电极。可以理解的是，上述仅是示意性的，并不是对本发明保护范围的限制。
通过对第一电极10、第二电极20、环状电极30和纺锤性电极组件40施加不同的电压，从而在输入离子通道11、输出离子通道21和环形腔室31内形成表面碰撞诱导解离电场，使得待分析样品离子在表面碰撞诱导解离电场的作用下与环状腔室31的内表面碰撞，从而解离出不同大小的碎片离子。
也就是说，通过对所有电极施加不同电压之后形成特定电场，电场驱动样品离子从输入离子通道11进入环形腔室31内并与环形腔室31内表面发生碰撞，并解离出不同大小的碎片离子，最后从输出离子通道21内飞出。
需要说明的是，环状电极30内表面是与样品离子发生碰撞反应所需的碰撞表面，所述内表面为金属表面，金属表面包括不锈钢金属表面、铜金属表面、金金属表面、银金属表面和铂金属表面。
发明人在研究过程中做了如下仿真设计实验，具体地仿真条件如下：1)、待分析样品离子质荷比的范围是100～1000Da；2)、样品离子入射表面诱导解离装置的能量是40～100eV；3)、样品离子偏离传输轴线的角度在0～45°。
对表面碰撞诱导解离装置的所有电极施加-100～100V范围内的多个特定电压所产生的电场条件下，样品离子可以100％的与环状电极30的内周壁发生碰撞后从输出离子通道21飞出。
简言之，根据本发明实施例的表面碰撞诱导解离系统1000，通过对表面碰撞诱导解离装置100的多个不同电极位置和结构的进行合理设计，提高了样品离子的碰撞率和解离效果，进而有效提高了样品离子定性定量分析的精准度。
在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，第一电极10设置于离子运动轨迹的上游，第一电极10形成的锥形通道的内径沿着样品离子的运动方向逐渐增大。第二电极设置于离子运动轨迹的下游，第二电极20形成的锥形通道的内径沿着小分子离子的运动方向逐渐减小。由此，可以使得样品离子与环状电极30的内周壁的碰撞率和碰撞效率。
另一些实施例中，表面碰撞诱导解离装置100还包括：壳体50。壳体50限定出安装腔，第一电极10、第二电极20、环状电极30和纺锤形电极组件40均设置于安装腔内。如图1所示，第一电极10、环状电极30和第二电极20依次设置于安装腔内，且第一电极10、环状电极30和第二电极20的外周面贴合于壳体50的内周壁。纺锤形电极组件40沿环形腔室31的轴向方向延伸且圆锥形电极41的自由端分别进入输入离子通道11和输出离子通道21内。
其中，环状电极30的中心轴线与纺锤形电极组件40的中心轴线同轴设计。这样，离子运动轨迹可以相对环状电极30的中心轴线对称分布。由此，进一步使得样品离子均匀地碰撞于环状电极30的内周壁。
进一步可选示例中，表面碰撞诱导解离系统100还包括：端盖电极51。端盖电极51分别设置于壳体50的两个端面且端盖电极51的至少一部分为网格状，两个圆锥形电极41分别连接于端盖电极51。这样，离子可以穿过其中一个端盖电极51的网格进入输入离子通道11内，且又可以穿过另一个端盖电极51的网格飞出输出离子通道21。在特定电场作用下，端盖电极51也可以对进入输入离子通道11、环形腔室31和输出离子通道21内的离子进行囚禁，进一步提高待分析样品离子与环状电极30的内周壁的碰撞效率。
在本发明的一个具体实施例中，端盖电极51为金属网，金属网由多个多边形网格构成。多边形为正六边形，正六边形的内径在0.2到3.0毫米之间。其中，金属网与圆锥形电极41绝缘连接。由此，保证离子可以顺利地穿过其中一个金属网进入输入离子通道11内，又可以顺利地穿过另一个金属网离开输出离子通道21。
在本发明再一个实施例中，如图3所示，环状电极30内表面为自组装单分子层表面，所述自组装单分子层表面由外向内依次包括：载体层32、金层33和自组装单分子层34。具体地，金层33设置于载体层32的表面。自组装单分子层34设置于金层33的表面，通过硫金键与金层33的表面相结合，其中，金层33的厚度为5-20毫米。通过载体层32设置金层33和自组装单分子层34，可以更好地完成离子激发或裂解过程，提高离子激发效率。
可选地，在载体层32的表面施加辅助镀层，从而更加有利于在载体层32表面镀金。
在本发明的一些具体实施例中，如图4所示，表面碰撞诱导解离系统1000包括：表面碰撞诱导解离装置100、第一线性离子阱301和第二线性离子阱302。表面碰撞诱导解离装置100设置于第一线性离子阱301和第二线性离子阱302之间。其中，第一线性离子阱301、第二线性离子阱302和表面碰撞诱导解离装置100同轴设置。
进一步可选实施例中，如图5所示，表面碰撞诱导解离系统1000还包括：飞行时间质量分析器400。飞行时间质量分析器400位于第二线性离子阱302的后侧，飞行时间质量飞行器400对从第二线性离子阱302输出的离子进行质量分析。
进一步可选地，第一线性离子阱301的进口端、第一线性离子阱301与表面碰撞诱导解离装置100之间、表面碰撞诱导解离装置100与第二线性离子阱302之间及第二线性离子阱302的出口端均设有端盖电极51。
下面描述上述实施例的表面碰撞诱导解离系统1000的工作过程，首先将待分析样品离子导入第一线性离子阱301中，通过轴向选择性离子传输将第一线性离子阱301中的某种离子轴向抛出第一离子阱301；在表面碰撞诱导解离装置100电场控制下，从第一线性离子阱301抛出的离子会撞击到碰撞表面上产生碎片离子，撞击后的离子在电场作用下，进入第二线性离子阱302中；将第二线性离子阱302中的离子轴向抛出，进入飞行时间质量分析器400，得到高分辨质谱图。
可以理解的是，若没有选用飞行时间质量分析器400，则通过第二线性离子阱302对经过碰撞表面的碎片离子进行质量分析操作，生成质谱图。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (19)
1.一种表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，包括：
表面碰撞诱导解离装置，所述表面碰撞诱导解离装置包括：第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极沿轴向方向间隔且相对设置，所述第一电极具有输入离子通道，所述第二电极具有输出离子通道；
环状电极，所述环状电极限定出环形腔室且设置于所述第一电极和所述第二电极之间；
纺锤形电极组件，所述纺锤形电极组件沿所述环状电极的轴向方向延伸；
通过对所述第一电极、所述第二电极、所述环状电极和所述纺锤形电极组件施加不同的电压，从而在所述输入离子通道、所述输出离子通道和所述环形腔室内形成表面碰撞诱导解离所需的电场，使得待分析样品离子在表面碰撞诱导解离电场的作用下与所述环状电极的内表面发生碰撞，从而解离出碎片离子。
2.根据权利要求1所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述纺锤形电极组件至少包括一个电极。
3.根据权利要求2所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述纺锤电极组件包括：两个圆锥形电极和一个圆柱形电极，两个所述圆锥形电极相对设置于所述圆柱形电极的两端。
4.根据权利要求1所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述输入离子通道和所述输出离子通道轴向截面均为锥形。
5.根据权利要求4所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述第一电极设置于离子运动轨迹的上游，所述第一电极形成的锥形通道的内径沿着样品离子的运动方向逐渐增大。
6.根据权利要求4所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述第二电极设置于离子运动轨迹的下游，所述第二电极形成的锥形通道的内径沿着离子的运动方向逐渐减小。
7.根据权利要求3所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，还包括：壳体，所述壳体限定出安装腔，所述第一电极、所述第二电极、所述环状电极和所述纺锤形电极组件均设置于所述安装腔内。
8.根据权利要求7所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，还包括：端盖电极，所述端盖电极分别设置于壳体的两个端面且所述端盖电极至少部分为网格状，两个所述圆锥形电极分别连接于所述端盖电极。
9.根据权利要求8所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述端盖电极为金属网，所述金属网由多个多边形网格构成。
10.根据权利要求9所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述金属网与所述圆锥形电极绝缘连接。
11.根据权利要求9所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述多边形为正六边形，所述正六边形的内径在0.2-3.0毫米之间。
12.根据权利要求1所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述环状电极的内表面是与样品离子发生碰撞反应所需的碰撞表面，所述环状电极的内表面为金属表面，所述金属表面为不锈钢金属表面、铜金属表面、金金属表面、银金属表面或铂金属表面。
13.根据权利要求1所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述环状电极的内表面为自组装单分子层表面，所述自组装单分子层表面由外向内依次包括：
载体层，所述载体层为玻璃、塑料、铝、铜和不锈钢的其中之一制备而成；
金层，所述金层设置于所述载体层的表面；
自组装单分子层，所述自组装单分子层与金层通过硫金键结合；
其中，所述金层的厚度为5-20微米。
14.根据权利要求1所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述环状电极的中心轴线与所述纺锤形电极组件的中心轴线同轴设计。
15.根据权利要求1所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，还包括：
第一线性离子阱和第二线性离子阱，所述表面碰撞诱导解离装置设置于所述第一线性离子阱和所述第二线性离子阱之间。
16.根据权利要求15所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述第一线性离子阱、所述第二线性离子阱和所述表面碰撞诱导解离装置同轴设置。
17.根据权利要求1所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述表面碰撞诱导解离装置设置于四级杆质量分析器和离子光学导引装置之间。
18.根据权利要求17所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，所述四级杆质量分析器、所述离子光学导引装置和所述表面碰撞诱导解离装置同轴设置。
19.根据权利要求15所述的表面碰撞诱导解离系统，其特征在于，还包括：飞行时间质量分析器，所述飞行时间质量分析器位于所述第二线性离子阱的后侧，所述飞行时间质量分析器对从所述第二线性离子阱输出的离子进行质量分析。
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