CN107331597B - 基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪的离子推斥方法 - Google Patents
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Abstract
基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪的离子推斥方法，涉及飞行时间质谱仪。提供可使基质离子在到达检测器之前被电场偏转出去，以实现检测器仅接收样品离子，延长检测器的使用寿命，同时增加仪器信噪比的基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪的离子推斥方法。在飞行时间质量分析器无场区设置偏转电极组；检测并同步激光脉冲信号，将所述激光脉冲信号展宽；将所述激光脉冲信号展宽进行放大，转换为同步高压脉冲，并施加于偏转电极组上；基质小分子在到达检测器前，受脉冲电场作用发生偏转无法到达检测器，而样品大分子在脉冲作用时间后经过偏转电极，不受电场影响正常检测。
Description
技术领域
本发明涉及飞行时间质谱仪，尤其是涉及基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪的离子推斥方法。
背景技术
基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪(Matrix Assisted Laser DesorptionIonization-Time Of Flight Mass Spectrometer,MALDI-TOFMS)是近年来发展起来的一种新型的软电离生物质谱，是生化分析中常用的技术手段，具有灵敏度高、准确度高和分辨率高等特点，已经广泛应用于基因组学和蛋白组研究。
基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪主要由两部分组成：基质辅助激光解析离子源(MALDI)和飞行时间质量分析器(TOF)。其基本原理：将样品分散在基质分子中并形成共晶体。当用激光照射晶体时，基质从激光中吸收能量，能量则通过基质传递给样品，导致样品被解析电离，电离的样品在电场作用下加速并飞过真空的飞行管，根据到达检测器的飞行时间不同而被检测，即通过离子的质量电荷之比(m/z)与离子的飞行时间平方成正比来分析离子，并测得样品分子的分子量。分子量是有机化合物(如多肽、蛋白质等)最基本的理化性质参数，通过测得肽质量指纹谱并在数据库中查询识别的方式即可鉴定目标生物大分子。
基质辅助激光解析的一个重要的优点：基质的存在使样品分子彼此分开，削弱了样品分子间的相互作用，同时对热不稳定的生物大分子可实现无碎片离子化。但基质的存在同时也带来了一些问题：基质分子从激光脉冲中吸收能量离子化的过程中也会发生本体解析，并且到达检测器给出离子信号，导致了1)检测器接收大量无用的基质离子，缩短了检测器的寿命；2)基质离子同时会对样品分子的检测造成干扰，减小了仪器的信噪比。
因此，需要提出新的技术方案来解决现有技术存在的这两个问题。
中国专利CN105843133A公开一种所述基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪XY平台控制系统，包括控制器，拖动所述XY平台沿X坐标轴和Y坐标轴移动的X轴真空步进电机、Y轴真空步进电机，用于检测所述X轴真空步进电机、Y轴真空步进电机步进数据的X轴编码器、Y轴编码器，以及X轴行程限位开关、Y轴行程限位开关；所述控制器由内嵌有27MHz晶体振荡器的FPGA控制芯片和两个K型热电偶模数转换器组成。
中国专利CN105977127A公开一种适于飞行时间质谱仪的离子源真空互联自锁系统，包括微处理器，舱门状态开关，由第一真空电磁阀控制电路、第二真空电磁阀控制电路、第三真空电磁阀控制电路组成的控制电路；所述舱门状态开关的高电位触点与直流电源VCC连接，舱门状态开关的低电位触点通过电阻R1接地。
发明内容
本发明的目的在于提供可使基质离子在到达检测器之前被电场偏转出去，以实现检测器仅接收样品离子，延长检测器的使用寿命，同时增加仪器信噪比的基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪的离子推斥方法。
本发明包括以下步骤：
1)在飞行时间质量分析器无场区设置偏转电极组；
2)检测并同步激光脉冲信号，将所述激光脉冲信号展宽；
在步骤2)中，所述激光脉冲信号展宽可至10～50μs，脉冲宽度视偏转的最大质荷比离子可为2000m/z，时间可为25μs。
3)将步骤2)所述激光脉冲信号展宽进行放大，转换为同步高压脉冲，并施加于偏转电极组上；
在步骤3)中，所述转换为同步高压脉冲可转换为正负400V的同步高压脉冲。
4)基质小分子在到达检测器前，受脉冲电场作用发生偏转无法到达检测器，而样品大分子在脉冲作用时间后经过偏转电极，不受电场影响正常检测。
本发明实现的关键在于高质量的正负400V脉冲电源的实现，该电源上升下降沿均需小于20ns，且无上冲或下冲抖动，以免影响后续大分子检测。
本发明的优点在于结构简单，通过简单调节脉冲宽度，即可实现不同质荷比以下的基质干扰离子切除，进而使检测器检测到的离子主要为样品离子，降低了检测器的损耗和提高仪器的信噪比。
附图说明
图1为本发明安装在基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪上的工作原理示意图。
图2为本发明的具体工作过程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明在基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪上添加离子推斥装置3于无场区2。
本发明的整体工作过程简述如下：
激光发射9轰击样品靶10，使样品和基质离子化，此时在引出电极8和样品靶10之间施加高压脉冲(18000～20000V)，离子通过离子加速器7被推斥进入所发明的离子推斥装置3中，由于基质小分子的质荷比小于样品大分子，所以基质小分子先到达偏转电极组4中，基质小分子在经同步和展宽过的脉冲电场(正脉冲5和负脉冲6)的作用下发生偏转进入到无场区2，无法到达检测器1，而样品大分子在此脉冲电场作用时间后经过偏转电极，不受电场影响正常检测，即可实现精准检测，既保护了检测器1，延长了检测器1的使用寿命，又提高了仪器的信噪比。
如图2所示，添加于基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪无场区的推斥装置包括：偏转电极组4、脉冲放大器11、激光发生器15、信号捕捉器16等。本发明的推斥装置具体的实施方式如下：
所述偏转电极组4位于飞行时间质量分析器无场区的前端，垂直于检测器，固定在离子源顶部。当激光发射电离样品和基质时，产生的短时脉冲信号(约2～3ns)被捕捉到，之后通过同步电路13锁定该脉冲信号，并通过延时电路14使脉冲信号得以展宽至约10～50μs，根据需要偏转的离子的最大质荷比确定信号的具体展宽(如2000m/z约25μs)。脉宽控制之后用高压脉冲发生器将该同步展宽的脉冲信号进行放大，并施加于偏转电极组上，高压脉冲信号强度为±400V，脉冲上升下降沿均需小于20ns，且无上冲或下冲抖动，以免影响后续大分子检测。当大量的基质小分子被激发经过脉冲电场时，其受该脉冲电场作用发生偏转无法到达检测器，而样品大分子在此脉冲作用时间后经过偏转电极，不受电场影响正常检测。在图2中，标记12为脉冲同步/展宽。
本发明首先在飞行时间质量分析器无场区设置偏转电极组，然后检测并同步激光脉冲信号，并将该信号展宽至10～50μs，脉冲宽度视需偏转的最大质荷比离子而定，再将该同步展宽脉冲进行放大，转换为±400V的同步高压脉冲，并施加于偏转电极组上。当大量的基质小分子被电离经过脉冲电场时，其受该脉冲电场作用发生偏转无法到达检测器，而样品大分子在此脉冲作用时间后经过偏转电极，不受电场影响正常检测。本发明的优点在于结构简单，通过简单调节脉冲宽度，即可实现不同质荷比以下的基质干扰离子切除，进而使检测器检测到的离子主要为样品离子，降低了检测器的损耗和提高仪器的信噪比。
Claims (3)
1.基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪的离子推斥方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在飞行时间质量分析器无场区设置偏转电极组；
2)检测并同步激光脉冲信号，将所述激光脉冲信号展宽；
3)将步骤2)所述激光脉冲信号展宽进行放大，转换为同步高压脉冲，并施加于偏转电极组上；
4)基质小分子在到达检测器前，受偏转电极组的脉冲电场作用发生偏转无法到达检测器，而样品大分子在所述脉冲电场作用时间后经过偏转电极，不受脉冲电场影响而正常被检测。
2.如权利要求1所述基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪的离子推斥方法，其特征在于在步骤2)中，所述激光脉冲信号展宽至10～50μs，脉冲宽度需偏转的最大质荷比离子为2000m/z，信号展宽为25μs。
3.如权利要求1所述基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪的离子推斥方法，其特征在于在步骤3)中，所述转换为同步高压脉冲可转换为正负400V的同步高压脉冲。
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