CN108538698A

CN108538698A - 针对串联质谱优化四极碰撞单元rf振幅

Info

Publication number: CN108538698A
Application number: CN201810157228.XA
Authority: CN
Inventors: B·S·卡拉伏特; H·奥瑟
Original assignee: Thermo Finnigan LLC
Current assignee: Thermo Finnigan LLC
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2018-02-24
Publication date: 2018-09-14
Anticipated expiration: 2038-02-24
Also published as: EP3370248B1; US20200227244A1; CN108538698B; US10950422B2; EP3370248A1; US10128094B2; US10607824B2; US20180254174A1; US20190074168A1

Abstract

一种质谱仪包含碰撞单元和系统控制器。所述碰撞单元包含多个成对的杆，其通过将射频电位施加到所述成对的杆而被配置成产生伪电位阱。所述碰撞单元被配置成通过使母离子与一个或多个气体分子碰撞而从所述母离子中产生目标碎片。所述系统控制器被配置成：将所述射频电位的射频振幅设定为默认振幅；在调节碰撞能量时监测目标碎片离子的产生；设定所述碰撞能量以优化所述目标碎片离子的产生；将线性全范围逐渐上升施加到所述射频振幅以确定最佳射频振幅；和针对所述母离子、目标碎片离子对将所述射频振幅设定为所述最佳射频振幅。

Description

针对串联质谱优化四极碰撞单元RF振幅

技术领域

本公开大体上涉及质谱领域，包含针对串联质谱优化四极碰撞单元RF振幅。

背景技术

质谱可用于对样品进行详细分析。此外，质谱可向样品中的大量化合物提供定性(化合物X是否存在于样品中)和定量(多少化合物X存在于样品中)的数据。这些性能已用于各种分析，例如对药物使用进行测试、测定食品中的农药残余物、监测水质等等。

所选反应监测(SRM)可提供关于复杂混合物内的特定离子物种的定性和定量信息。在SRM期间，选择特定质量的母离子并且进行碎片化，在此之后选择特定碎片离子质量以用于检测。在SRM期间检测碎片离子高度地指示样品中母离子的存在，因为它需要特定质荷比的碎片离子，其来自具有特定质荷比的母离子。相反地，寻找与母离子具有相同质荷比的离子可导致来自具有类似质荷比的不同离子物种的假阳性。如此，需要用于SRM的改进的系统和方法。

附图说明

为了更完整地理解本文中所公开的原理和其优点，现在参考下文结合附图和随附呈现进行的描述，其中：

图1A是根据各种实施例的示例性质谱系统的框图。

图1B是根据各种实施例的示例性质谱系统的另一图。

图2和3是根据各种实施例的说明用于优化四极碰撞单元RF振幅的示例性方法的流程图。

图4是根据各种实施例的说明MS/MS方法发展的示例性方法的流程图。

图5是说明示例性计算机系统的框图。

图6到10是根据各种实施例的说明在各种条件下的离子电流的曲线。

应理解，图式不一定按比例绘制，图式中的物体也不一定相对于彼此按比例绘制。图式是意图明晰并理解本文中所公开的设备、系统和方法的各种实施例的描绘。在可能的情况下，将在整个图式中使用相同的参考数字来指代相同或类似的部分。此外，应了解，图式并不意图以任何方式限制本发明教示的范围。

具体实施方式

在本文中和随附呈现中描述用于离子分离的系统和方法的实施例。

本文中所用的章节标题仅用于组织目的并且不应理解为以任何方式限制所描述的主题。

在各种实施例的此详细描述中，出于解释的目的，阐述许多具体细节以提供对所公开的实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将理解，这些各种实施例可在有或无这些具体细节的情况下实践。在其它情况下，以框图形式展示结构和装置。此外，所属领域的技术人员可以容易地了解，呈现和执行方法的具体顺序为说明性的，并且预期所述顺序可以改变并且仍保持在本文中所公开的各种实施例的精神和范围内。

本申请中引用的所有文献和类似材料(包含但不限于专利、专利申请、文章、书籍、论文和因特网网页)出于任何目的明确以全文引用的方式并入。除非另外描述，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本文中所描述的各种实施例所属领域的一般技术人员通常所理解相同的含义。

将了解，在本发明教示中论述的温度、浓度、时间、压力、流动速率、横截面积等之前存在隐含的“约”，使得在本发明教示的范围内存在略微和非显著偏差。在本申请中，除非另外具体陈述，否则单数的使用包含复数。此外，“包括”、“含有”和“包含”的使用并不意图是限制性的。应理解，以上一般描述和以下详细描述仅是示例性和解释性的，并且不限制本发明教示。

如本文中所使用，“一(a或an)”也可指“至少一个”或“一个或多个”。此外，“或”的使用是包含性的，使得当“A”为真、“B”为真，或“A”和“B”均为真时，短语“A或B”为真。另外，除非上下文另外要求，否则单数术语应包含复数并且复数术语应包含单数。

“系统”阐述一组组件(真实或抽象)，包括一个整体，其中每个组件与整体内的至少一个其它组件相互作用或与其相关。

质谱平台

质谱平台100的各种实施例可包含如图1A的框图中显示的组件。在各种实施例中，图1A的元件可并入到质谱平台100中。根据各种实施例，质谱仪100可包含离子源102、质量分析器104、离子检测器106和控制器108。

在各种实施例中，离子源102从样品中产生多个离子。离子源可包含但不限于基质辅助激光解吸附/电离(MALDI)源、电喷雾电离(ESI)源、大气压化学电离(APCI)源、大气压光致电离源(APPI)、电感耦合等离子体(ICP)源、电子电离源、化学电离源、光致电离源、辉光放电电离源、热喷雾电离源等。

在各种实施例中，质量分析器104可基于离子的质荷比分离离子。举例来说，质量分析器104可包含四极滤质器分析器、四极离子阱分析器、飞行时间(TOF)分析器、静电阱(例如，轨道阱)质量分析器、傅里叶变换离子回旋共振(FT-ICR)质量分析器等等。在各种实施例中，质量分析器104还可被配置成使用碰撞诱导解离(CID)、电子转移解离(ETD)、电子俘获解离(ECD)、光诱导解离(PID)、表面诱导解离(SID)等等将离子碎片化，并且进一步基于质荷比分离碎片化离子。

在各种实施例中，离子检测器106可检测离子。举例来说，离子检测器106可包含电子倍增器、法拉第杯(Faraday cup)等。离开质量分析器的离子可由离子检测器检测到。在各种实施例中，离子检测器可以定量，使得可以确定离子的准确计数。

在各种实施例中，控制器108可与离子源102、质量分析器104和离子检测器106通信。举例来说，控制器108可配置离子源或启用/停用离子源。此外，控制器108可配置质量分析器104以选择待检测的特定质量范围。另外，控制器108可例如通过调节增益来调节离子检测器106的灵敏度。此外，控制器108可基于正在被检测的离子的极性而调节离子检测器106的极性。举例来说，离子检测器106可被配置成检测正离子或被配置成检测负离子。

图1B描绘根据本发明的各种实施例的质谱仪150的组件。将理解，质谱仪150的某些特征和配置借助于说明性实例呈现，并且不应解释为限于特定环境中的实施方案。可呈电喷雾离子源152的形式的离子源从分析物材料中产生离子，例如来自液体层析(未描绘)的洗脱剂。离子从离子源腔室154(其对于电喷雾源将通常保持在大气压下或接近大气压)通过离子转移管156到至少一个中间腔室158而运输到其中驻留质量分析器的真空腔室160。

质量分析器可由四极滤质器162、碰撞单元164、四极滤质器166和检测器168组成。四极滤质器162可选择性地将特定m/z范围的离子运输到碰撞单元164。在各种实施例中，母离子的质荷比可在m/z范围内，以使得母离子选择性地运输到碰撞单元164。一旦在碰撞单元中，那么母离子可与碰撞气体碰撞，从而使母离子碎片化成一个或多个碎片离子。可将DC电压施加到入射透镜170和出射透镜172，以产生可影响进入和离开碰撞单元的离子的动能的电位梯度。四极滤质器166可基于质荷比选择性地运输特定碎片离子，以使得由特定迁移(母离子-碎片离子对)产生的碎片离子到达检测器。

在各种实施例中，可将碰撞气体引入碰撞单元164中。碰撞单元内的压力可通过改变碰撞气体到碰撞单元中的流量来调整。

质谱仪150的各种组件的操作由控制和数据系统(未描绘)引导，所述控制和数据系统将通常由通用和专门的处理器、专用电路以及软件和固件指令的组合组成。控制和数据系统还提供数据获取和获取后数据处理服务。

虽然质谱仪150描绘为被配置成用于电喷雾离子源，但应注意，质量分析器214可结合任何数目的脉冲式或连续离子源(或其组合)被采用，包含但不限于经加热电喷雾电离(HESI)源、毫微级电喷雾电离(nESI)源、基质辅助激光解吸附/电离(MALDI)源、大气压化学电离(APCI)源、大气压光电离(APPI)源、电子电离(EI)源或化学电离(CI)离子源。

碰撞单元优化

图2是说明调谐碰撞单元RF振幅的方法200的流程图。在202处，可使用默认碰撞单元RF振幅针对母离子-碎片离子对调谐碰撞能量和离子光学器件。举例来说，碰撞能量和/或离子光学器件电压可被系统地调节以获得碎片离子的最大离子强度。在各种实施例中，默认碰撞单元RF振幅可基于针对母离子的最佳设置值、针对碎片离子的最佳设置值或两个设置值的某个平均值。

在204处，碰撞单元RF振幅可针对特定母离子-碎片离子对调谐。举例来说，在保持碰撞能量和离子光学器件固定的情况下，碰撞单元RF振幅可被系统地调节以获得碎片离子强度的最大值。在各种实施例中，碰撞单元RF振幅可通过在RF振幅范围内逐渐上升(例如线性逐渐上升)来调节。拟合随RF振幅而变的强度数据可用于确定母离子-碎片离子对的最佳RF振幅。

任选地，在206处，可进行母离子-碎片离子对迁移的多变量优化。多变量优化可包含入射透镜电位、出射透镜电位、RF振幅、碰撞能量或其任何组合。在特定实施例中，多变量优化可包含RF振幅和碰撞能量。在各种实施例中，多变量优化可使用鲍威尔方法(Powell'smethod)的连续迭代进行直到电压阶跃低于所需容限为止。

在各种实施例中，碰撞单元RF振幅的优化可特定针对特定母离子-碎片离子对。此外，最佳碰撞单元RF振幅可特定针对碰撞单元内的碰撞气体物种和/或碰撞气体压力。因而，调节碰撞气体物种或压力可需要重优化RF振幅。

图3是说明通过使用SRM和优化的碰撞单元RF振幅分析多个离子物种的方法300的流程图。在302处，样品可被电离。在304处，可针对第一迁移(第一母离子-碎片离子对)将碰撞单元设定为优化参数。在306处，可获得第一迁移的强度测量。在308处，可针对第二迁移(第二母离子-碎片离子对)将碰撞单元设定为优化参数。在308处，可获得第二迁移的强度测量。

在各种实施例中，第二迁移可为同一母离子的不同碎片。在其它实施例中，第二迁移可为不同母离子的碎片。在各种实施例中，第二母离子可与第一母离子一起洗脱出，并且第一迁移和第二迁移的多个数据点可通过在第一组与第二组优化参数之间交替来获得。或者，第二母离子可通过色谱法与第一母离子分离，并且在转换为第二组优化参数以获得针对第二迁移的多个数据点之前，多个数据点可在第一组优化参数下针对第一迁移而获得。

图4是说明发展SRM方法的方法400的流程图。在402处，基于质荷比选择母离子。在404处，母离子可在默认碰撞能量下碎片化。在406处，通过使母离子碎片化而产生的碎片可加以分类。在各种实施例中，母离子的碎片可通过在m/z变化范围内扫描四极滤质器并且记录离子撞击检测器所在的m/z来进行分类。在其它实施例中，基本上所有碎片可传送到飞行时间质量分析器或静电质量分析器，例如轨道阱质量分析器，使得碎片可进行分类。在各种实施例中，使母离子碎片化和分类碎片的过程称为产物搜索。

在408处，碰撞能量可针对由使母离子碎片化而产生的碎片离子中的一个或多个进行优化。在各种实施例中，碰撞能量可与例如入射透镜电位、出射透镜电位、RF振幅和碰撞气体压力的其它参数分离地进行优化。在其它实施例中，例如入射透镜电位、出射透镜电位、RF振幅和碰撞能量的参数的多变量调谐可在保持碰撞气体压力恒定时进行。在其它实施例中，可进行例如入射透镜电位、出射透镜电位、RF振幅、碰撞气体压力和碰撞能量的参数的多变量调谐。

在410处，SRM可使用优化参数来进行以检测和/或定量样品中母离子的存在。

计算机实施的系统

图5是说明本发明教示的实施例可在其上实施的计算机系统500的框图，其可并有系统控制器，例如，图1中展示的控制器108或与其通信使得相关联质谱仪的组件的操作可根据由计算机系统500作出的计算或确定来调节。在各种实施例中，计算机系统500可包含用于传达信息的总线502或其它通信机构，以及与总线502耦合以用于处理信息的处理器504。在各种实施例中，计算机系统500还可包含耦合到总线502的存储器506以及待由处理器504执行的指令，所述存储器506可为随机存取存储器(RAM)或其它动态存储装置。存储器506还可用于在执行待由处理器504执行的指令期间存储临时变量或其它中间信息。在各种实施例中，计算机系统500可进一步包含耦合到总线502以供存储用于处理器504的静态信息和指令的只读存储器(ROM)508或其它静态存储装置。可提供存储装置510(例如，磁盘或光盘)并且将其耦合到总线502以存储信息和指令。

在各种实施例中，计算机系统500可通过总线502耦合到显示器512，例如，阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)，以将信息显示给计算机用户。包含字母数字键和其它键的输入装置514可耦合到总线502以用于将信息和命令选择传达到处理器504。另一类型的用户输入装置为光标控制件516，例如鼠标、跟踪球或光标方向键，其用于将方向信息和命令选择传达到处理器504并且用于控制显示器512上的光标移动。此输入装置通常具有在两个轴线(第一轴线(即，x)和第二轴线(即，y))上的两个自由度，这允许所述装置指定平面中的位置。

计算机系统500可执行本发明教示。与本发明教示的某些实施方案一致，结果可由计算机系统500响应于处理器504执行含在存储器506中的一个或多个指令的一个或多个序列来提供。可将此类指令从例如存储装置510的另一计算机可读媒体读取到存储器506中。含在存储器506中的指令序列的执行可使得处理器504执行本文中所描述的过程。在各种实施例中，存储器中的指令可对使用在处理器内可用的逻辑门的各种组合排序以执行本文中所描述的过程。或者，可使用硬连线电路代替或结合软件指令以实施本发明教示。在各种实施例中，硬连线电路可包含必需逻辑门，其以必需顺序操作以执行本文中所描述的过程。因此，本发明教示的实施方案不限于硬件电路和软件的任何特定组合。

如本文中所使用的术语“计算机可读媒体”指参与将指令提供到处理器504以供执行的任何媒体。此类媒体可呈许多形式，包含但不限于非易失性媒体、易失性媒体和传输媒体。非易失性媒体的实例可包含但不限于光盘或磁盘，例如存储装置510。易失性媒体的实例可包含但不限于动态存储器，例如存储器506。传输媒体的实例可包含但不限于同轴电缆、铜线和光纤，包括包括总线502的电线。

非暂时性计算机可读媒体的常见形式包含如软盘、软磁盘、硬盘、磁带或任何其它磁性媒体、CD-ROM、任何其它光学媒体、穿孔卡片、纸带、具有孔洞图案的任何其它物理媒体、RAM、PROM和EPROM、闪存EPROM、任何其它存储器芯片或盒带，或计算机可读取的任何其它有形媒体。

根据各种实施例，被配置成待由处理器执行以执行方法的指令存储在计算机可读媒体上。计算机可读媒体可为存储数字信息的装置。举例来说，计算机可读媒体包含用于存储软件的如所属领域中已知的压缩光盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读媒体被适合于执行被配置成被执行的指令的处理器访问。

在各种实施例中，本发明教示的方法可以在以例如C、C++等的习知编程语言编写的软件程序和应用中实施。

结果

图6是说明对于在碰撞单元中无氩气的情况下CF₃ ^-(m/z＝69)改变碰撞能量的碰撞单元RF振幅调谐曲线的曲线图。图7是说明对于在保持碰撞能量固定时CF₃ ^-(m/z＝69)改变碰撞能量的碰撞单元RF振幅调谐曲线的曲线图。“碰撞能量”为无论碰撞单元中存在或不存在碰撞气体通过碰撞单元的DC偏移施加到离子上的一部分动能。

图8是说明对于咪唑的69到42amu CID迁移的TSQ QUANTIVE质谱仪上的碰撞单元RF调谐曲线的曲线图。Q2 RF振幅调谐用固定到20eV的碰撞能量进行。质量几乎与前体和产物相同的难以碎片化的离子存在于相同标准混合物中。用与MS/MS实验相同的碰撞气体压力和碰撞能量获得的对乙腈(m/z＝42)和CF₃ ^-(m/z＝69)的Q2 RF调谐作图进行比较。

图9是说明对于Ultramark 1522的1522到248.8amu迁移的TSQ QUANTIVE质谱仪上的碰撞单元RF调谐曲线的曲线图。Q2RF振幅调谐用固定到50eV的碰撞能量进行。用与MS/MS实验相同的碰撞气体压力和碰撞能量获得的对Ultramark 1522的Q2RF调谐作图进行比较。

图8和9表明最佳调谐在前体和产物质量通过其长度的其余部分牺牲碰撞单元中的前体稳定性以换取产物稳定性与进入Q3之间的某处。在图8中，出现很小的调谐差异—前体与最佳MS/MS之间的15V—但有效性的差异显著，其中MS/MS信号在前体离子最佳时下降到其峰值的80％并且在产物离子最佳时下降到其峰值的75％。在图9中，在最佳调谐前体离子时损失50％的MS/MS信号。

图10是说明对于在碰撞单元中有3.5毫托氩气的情况下CF₃ ^-(m/z＝69)改变碰撞能量的碰撞单元RF振幅调谐曲线的曲线图。在相对较高气压下，Q2RF调谐与碰撞能量之间的关系变得复杂，其中除了逐渐偏移局部优化之外，随着施加更多的碰撞能量，调谐曲线的形状改变。

考虑到碰撞能量与碰撞单元RF优化之间的耦合以及CID有效性与离子-光传输之间的潜在权衡，碰撞能量和Q2RF振幅应串联地优化。

虽然结合各种实施例描述本发明教示，但是并不打算将本发明教示限制于这类实施例。相反地，如所属领域的技术人员将了解，本发明教示涵盖各种替代例、修改和等效物。

另外，在描述各种实施例时，本说明书可已将方法和/或过程呈现为特定序列的步骤。然而，在所述方法或过程并不依赖于本文中所阐述的特定次序的步骤的程度上，所述方法或过程不应限于所描述的特定序列的步骤。所属领域的一般技术人员将了解，其它序列的步骤可为可能的。因此，本说明书中所阐述的特定次序的步骤不应解释为对权利要求书的限制。另外，针对方法和/或过程的权利要求书不应限于以书写的次序执行其步骤，并且所属领域的技术人员可易于了解，顺序可变化并且仍保持在各种实施例的精神和范畴内。

本文中所描述的实施例可用包含以下各者的其它计算机系统配置实践：手持式装置、微处理器系统、基于微处理器或可编程消费型电子装置、微型计算机、大型主机计算机等。实施例也可在任务通过经网络链接的远程处理装置执行的分布式计算环境中实践。

还应理解，本文中所描述的实施例可采用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机实施操作。这些操作为需要物理量的物理操纵的操作。通常(但未必)，这些量呈能够被存储、转移、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。另外，所执行的操纵通常以术语提及，例如产生、识别、确定或比较。

形成本文中所描述的实施例的部分的操作中的任一者为有用的机器操作。本文中所描述的实施例也涉及执行这些操作的装置或设备。本文中所描述的系统和方法可出于所需目的专门构造，或其可为通过存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或配置的通用计算机。确切地说，各种通用机器可与根据本文中的教示编写的计算机程序一起使用，或可能更方便的是构造更专门设备以执行所需操作。

某些实施例还可体现为计算机可读媒体上的计算机可读代码。计算机可读媒体是可存储此后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读媒体的实例包含硬盘驱动器、网络附接存储装置(NAS)、只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁带以及其它光学和非光学数据存储装置。计算机可读媒体也可以分布在网络耦合的计算机系统上，以使得计算机可读代码以分布方式存储和执行。

Claims

1.一种质谱仪，包括：

碰撞单元，包含多个成对的杆，其通过将射频电位施加到所述成对的杆而被配置成产生伪电位阱，所述碰撞单元被配置成通过使母离子与一个或多个气体分子碰撞来从所述母离子产生目标碎片；

系统控制器，其被配置成：

将所述射频电位的射频振幅设定为默认振幅；

在调节碰撞能量时监测目标碎片离子的产生；

设定所述碰撞能量以优化所述目标碎片离子的产生；

将线性全范围逐渐上升施加到所述射频振幅以确定最佳射频振幅；和

针对所述母离子、目标碎片离子对将所述射频振幅设定为所述最佳射频振幅。

2.根据权利要求1所述的质谱仪，进一步包括离子源和第一射频滤质器以及第二射频滤质器。

3.根据权利要求2所述的质谱仪，进一步包括所述第一射频滤质器与所述碰撞单元之间的碰撞单元入射透镜和所述碰撞单元与所述第二射频滤质器之间的碰撞单元出射透镜。

4.根据权利要求1所述的质谱仪，其中所述系统控制器被进一步配置成进行所述射频振幅和所述碰撞能量的多维优化。

5.根据权利要求4所述的质谱仪，其中所述多维优化包含至少一个选自入射透镜电位和出射透镜电位的额外参数。

6.根据权利要求4所述的质谱仪，其中所述多维优化包含进行鲍威尔方法的连续迭代直到电压阶跃低于所需容限为止。

7.根据权利要求1所述的质谱仪，进一步包括：

被配置成从样品或校准源中产生多个离子的离子源；

被配置成从所述多个离子中选择母离子的第一射频滤质器；

从所述多个碎片离子中选择目标碎片离子的第二射频滤质器；

所述第一射频滤质器与所述碰撞单元之间的碰撞单元入射透镜；和

所述碰撞单元与所述第二射频滤质器之间的碰撞单元出射透镜。

8.一种用于分析样品的方法，包括：

将碰撞单元的射频振幅设定为默认振幅；

在调节碰撞能量时监测目标碎片离子的产生；

设定所述碰撞能量以优化所述目标碎片离子的产生；

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括进行所述射频振幅和所述碰撞能量的多维优化。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述多维优化包含至少一个选自入射透镜电位和出射透镜电位的额外参数。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述多维优化包含进行鲍威尔方法的连续迭代直到所述电压阶跃低于所需容限为止。

12.一种用于自动化MS/MS方法发展的方法，包括：

进行产物搜索以识别母离子和所述母离子的碎片离子；

在进行包含碰撞能量和碰撞单元的射频振幅的碰撞单元参数的多维优化时监测所述碎片离子的产生；

使用所述优化碰撞单元参数通过监测从所述母离子中产生所述碎片离子来分析样品。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述多维优化包含至少一个选自入射透镜电位和出射透镜电位的额外参数、所述碰撞单元与质量分析器之间的电压偏移。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述多维优化包含进行鲍威尔方法的连续迭代直到所述电压阶跃低于所需容限为止。

15.根据权利要求13所述的方法，其中在保持碰撞单元气体压力恒定时进行所述多维优化。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述多维优化包含作为额外参数的碰撞单元气体压力。