CN109285757A

CN109285757A - 用于调节离子阱中的离子群体以用于MSn扫描的系统和方法

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Publication number: CN109285757A
Application number: CN201810797099.0A
Authority: CN
Inventors: J·C·施瓦茨; 李林繁
Original assignee: Thermo Finnigan LLC
Current assignee: Thermo Finnigan LLC
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2019-01-29
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: US10128099B1; CN109285757B; EP3432341A1

Abstract

一种质谱分析设备包含离子源、离子阱和质谱仪控制器。所述离子源被配置成产生离子。所述离子阱被配置成：俘获RF场内的离子；排出不需要的离子，同时保留目标离子；以及使目标离子碎裂。所述质谱仪控制器被配置成：基于前体离子流和产物离子流来确定所述离子阱的注入时间；用来自所述离子源的离子来填充所述离子阱达等于所述注入时间的时间量；隔离所述离子阱中的目标前体离子；使所述目标前体离子碎裂以产生产物离子；以及对所述产物离子进行质量分析。

Description

用于调节离子阱中的离子群体以用于MSn扫描的系统和方法

技术领域

本公开总体上涉及质谱分析领域，包含用于调节离子阱中的离子群体以用于MSⁿ扫描的系统和方法。

背景技术

质谱分析可用于对样品实行详细分析。此外，质谱分析可为样品中的大量化合物提供定性(样品中是否存在化合物X)和定量(样品中存在多少化合物X)数据两者。这些能力已用于各种各样的分析，例如测试药物使用、确定食物中的农药残留、监测水质等等。

空间电荷，即彼此紧密地保持/限制的离子之间的相互作用力，可使质量分析仪、特别是离子俘获装置的性能降级。随着离子阱中含有的离子的数量增加，离子会与其它周围离子发生更多的相互作用，并且因此可造成离子的振荡频率偏移。质量准确度和分辨率两者都通常被观测为受到空间电荷效应的负面影响。在极端情况下，由于空间电荷效应而可能根本不会观测到预期的离子。

已开发出例如自动增益控制(Automatic gain control；AGC)和预测性AGC的技术，以通过调节离子阱中含有的离子丰度来减少和控制空间电荷效应。尽管这些技术已被证明为适用，但这些技术会对前体离子流进行调节，从而限制MS/MS和MSⁿ实验的灵敏度。从上文中应了解，需要用于调节离子阱中的离子群体以获得用于MSⁿ分析的最大灵敏度的改进式系统和方法。

发明内容

在第一方面中，一种质谱分析设备可包含离子源、离子阱和质谱仪控制器。所述离子源可被配置成产生离子。所述离子阱可被配置成：俘获RF场内的离子；排出不需要的离子，同时保留目标离子；以及使目标离子碎裂。所述质谱仪控制器可被配置成：基于前体离子流和产物离子流来确定所述离子阱的注入时间；用来自所述离子源的离子来填充所述离子阱达等于所述注入时间的时间量；隔离所述离子阱中的目标前体离子；使所述目标前体离子碎裂以产生产物离子；以及对所述产物离子进行质量分析。

在第一方面的实施例中，所述质谱分析控制器可被进一步配置成在没有碎裂的情况下实行扫描循环以确定所述前体离子流。

在第一方面的实施例中，所述质谱分析控制器可被进一步配置成在有碎裂的情况下实行扫描循环以确定所述产物离子流。

在第一方面的实施例中，所述注入时间可进一步基于最大注入时间。

在第一方面的实施例中，可计算所述注入时间以使前体离子的数量保持低于隔离空间电荷限制、活化空间电荷限制或其任何组合，并且使产物离子的数量保持低于谱空间电荷限制。在特定实施例中，所述注入时间可足够长以使所述前体离子超过所述谱空间电荷限制。

在第一方面的实施例中，所述质谱仪控制器可被进一步配置成隔离离子碎片以及使所述隔离的离子碎片碎裂以产生产物离子。

在第二方面中，一种分析离子碎片的方法可包含：基于前体离子流和产物离子流来确定离子阱的注入时间；将离子供应到离子阱达等于所述注入时间的时间量；隔离所述离子阱中的目标前体离子；使所述离子阱中的所述目标前体离子碎裂以产生产物离子；以及对所述产物离子进行质量分析。

在第二方面的实施例中，使所述目标前体离子碎裂可进一步包含隔离离子碎片以及进一步使所述隔离的离子碎片碎裂以产生产物离子。

在第二方面的实施例中，所述方法可进一步包含在没有碎裂的情况下实行扫描循环以确定所述前体离子流。

在第二方面的实施例中，所述方法可进一步包含在有碎裂的情况下实行扫描循环以确定所述产物离子流。

在第二方面的实施例中，所述注入时间可进一步基于最大注入时间。

在第二方面的实施例中，可计算所述注入时间以使所述前体离子保持低于隔离空间电荷限制、活化空间电荷限制或其任何组合，并且使所述产物离子保持低于谱空间电荷限制。在特定实施例中，所述注入时间可足够长以使所述前体离子超过所述谱空间电荷限制。

在第三方面中，一种非暂时性计算机可读媒体可包含在由处理器实施时实行以下步骤的指令：基于前体离子流和产物离子流来确定离子阱的注入时间；填充所述离子阱达等于所述注入时间的时间量；隔离所述离子阱中的目标前体离子；使所述离子阱中的所述目标前体离子碎裂以产生产物离子；以及对所述产物离子进行质量分析。

在第三方面的实施例中，所述非暂时性计算机可读媒体可进一步包含用于在没有碎裂的情况下实行扫描循环以确定所述前体离子流的指令。

在第三方面的实施例中，所述非暂时性计算机可读媒体可进一步包含用于在有碎裂的情况下实行扫描循环以确定所述产物离子流的指令。

在第三方面的实施例中，所述注入时间可进一步基于最大注入时间。

在第三方面的实施例中，可计算所述注入时间以使所述前体离子保持低于隔离空间电荷限制、活化空间电荷限制或其任何组合，并且使所述产物离子保持低于谱空间电荷限制。在特定实施例中，所述注入时间可足够长以使所述前体离子超过所述谱空间电荷限制。

附图说明

为了更完整地理解本文所公开的原理及其优点，现在参考结合附图和展示进行的以下描述，其中：

图1是根据各种实施例的示范性质谱分析系统的框图。

图2是绘示根据各种实施例的调节离子阱中的离子积累的示范性方法的流程图。

图3A和3B是绘示根据各种实施例的用于MS/MS扫描的示范性RF振幅设置的图解。

图4是绘示示范性计算机系统的框图。

图5是绘示根据各种实施例的MS4产物离子的TIC相对于前体的TIC的线性的图形。

图6A、6B、6B-1、6C和6C-1是绘示根据各种实施例的环孢霉素(cyclosporine)的MS4分析的图形。

图7A、7B、7C和7D是绘示根据各种实施例的左乙拉西坦(Levetiracetam)的MS2分析的谱。

图8A、8B、8C、9A、9B和9C是绘示根据各种实施例的万古霉素(Vancomycin)的MS3分析的图形。

应理解，所述图不一定按比例绘制，所述图中的物体也不一定以彼此的关系按比例绘制。所述图是旨在使本文所公开的设备、系统和方法的各种实施例清楚和被理解的描述。只要可能，就在整个附图中将使用相同的参考号来指代相同或类似的部分。此外，应了解，附图并不旨在以任何方式限制本教示的范围。

具体实施方式

本文以及随附的展示中描述用于离子隔离的系统和方法的实施例。

本文所使用的章节标题仅用于组织目的，并且不应被认作以任何方式限制所描述的主题。

在各种实施例的详细描述中，出于阐释的目的，阐述许多特定细节以提供对所公开的实施例的透彻理解。然而，本领域的技术人员应了解，可在具有或不具有这些特定细节的情况下实践这些各种实施例。在其它情况下，以框图形式示出结构和装置。此外，本领域的技术人员可容易了解，呈现和实行方法的特定顺序是说明性的，并且预期到，所述顺序可变化且仍保持在本文所公开的各种实施例的要旨和范围内。

出于任何目的，本申请中引证的所有文献和相似材料，包含但不限于专利、专利申请、文章、书籍、论文和互联网网页，均明确地通过引用以它们的整体形式并入。除非另有描述，否则本文所使用的所有技术和科学术语都具有如本文所描述的各种实施例所属领域的普通技术人员通常理解的含义。

应了解，在本教示中所讨论的温度、浓度、时间、压力、流率、横截面积等等之前有隐含的“约”，使得轻微的和非实质性的偏差在本教示的范围内。在本申请中，除非另有特定陈述，否则单数形式的使用包含复数形式。此外，“包括(comprise/comprises/comprising)”、“含有(contain/contains/containing)”和“包含(include/includes/including)”的使用并非旨在限制。应理解，前面的一般描述和下面的详细描述两者仅是示范性和阐释性的，并且不限制本教示。

如本文所使用，“一(a/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”两者都为真时，短语“A或B”为真。此外，除非上下文另有要求，否则单数形式的术语应包含复数形式，并且复数形式的术语应包含单数形式。

“系统”阐述了一组真实或抽象的组件，包括一整体，其中每个组件与所述整体内的至少一个其它组件相互作用或相关。

质谱分析平台

质谱分析平台100的各种实施例可包含如图1的框图中所显示的组件。根据各种实施例，质谱仪100可包含离子源102、质量分析仪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/电离(matrix assisted laser desorption/ionization；MALDI)源、电喷雾电离(electrospray ionization；ESI)源、大气压化学电离(atmospheric pressurechemical ionization；APCI)源、大气压光电离源(atmospheric pressurephotoionization source；APPI)、电感耦合等离子体(inductively coupled plasma；ICP)源、电子电离源、化学电离源、光电离源、辉光放电电离源、热喷雾电离源等等。

在各种实施例中，质量分析仪104可基于离子的质荷比(mass to charge ratio)来分离离子。举例来说，质量分析仪104可包含四极质量过滤器分析仪、四极离子阱分析仪、飞行时间(time-of-flight；TOF)分析仪、静电阱(例如ORBITRAP)质量分析仪、傅立叶变换离子回旋共振(Fourier transform ion cyclotron resonance；FT-ICR)质量分析仪等等。在各种实施例中，包含当质量分析仪104是离子阱时，质量分析仪104还可被配置成或包含额外装置以使用共振激发或碰撞池碰撞诱导解离(collision induced dissociation；CID)、电子转移解离(electron transfer dissociation；ETD)、电子捕获解离(electroncapture dissociation；ECD)、光诱导解离(photo induced dissociation；PID)、表面诱导解离(surface induced dissociation；SID)等等使离子碎裂，并且基于质荷比进一步分离碎裂的离子。

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)等等。离开质量分析仪的离子可被离子检测器检测到。在各种实施例中，离子检测器可以是定量的，使得可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、质量分析仪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。另外，控制器108可配置质量分析仪104以选择要检测的特定质量范围。此外，控制器108可调整离子检测器106的灵敏度，例如通过调整增益。另外，控制器108可基于正被检测的离子的极性来调整离子检测器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。

离子阱

自动增益控制(AGC)已用于通过调节离子阱中含有的离子丰度来减少和控制空间电荷效应(参见US5107109、US5572022、US9165755的预测性AGC)。一般来说，此工艺可利用相对快的预扫描来评估传入的离子电流，所述离子电流随后可用于确定用于分析扫描的离子的适当积累时间。当AGC预扫描返回高离子电流时可减少积累或电离时间，并且当AGC预扫描返回低离子电流时可增加积累或电离时间。因此，可调节分析扫描的离子丰度，并且可将空间电荷效应控制在容许的范围内。

最受关注的空间电荷效应是影响质谱的基本质量、主要是质量准确度和分辨率的空间电荷效应。此空间电荷限制可被称为谱空间电荷限制，并且它可以是离子阱操作的若干不同类型的限制之一。当进行全扫描MS分析时，AGC预扫描快速获取具有与分析扫描相似的质量范围的低分辨率全扫描谱。因此，全扫描总离子电流(total ion current；TIC)可用于调节全扫描分析扫描的适当积累时间。然而，对于MS/MS(和MSⁿ)型扫描，通常可在AGC预扫描期间隔离所关心的前体窗口，并且因此系统可基于隔离的前体离子流来调节积累时间。通常，由于总碎片离子信号不能大于前体离子流，故在预扫描中不实行前体的活化以确定前体离子流。(参见图3A。)

在其它实施例中，可在没有预扫描的情况下进行前体离子的调节，例如当在MSⁿ谱之前获得全扫描质谱时，例如当进行数据相依扫描时，并且所关心的前体窗口的离子流可仅仅从它在前面的全扫描MS谱中的强度而获得。然而，当进行色谱分析时，由于前体强度可能会随着时间而显著地改变，故全扫描必须在时间上与MS/MS扫描接近以适当地工作，但此方法可避免需要实行预扫描。

尽管这些技术已被证明为适用，但这些技术的显著限制是，它们会对前体离子流进行调节，并且前体到产物离子的转化可相当低。为了MS/MS和MSⁿ实验的最大灵敏度，可需要对实际产物离子进行调节。这将会确保将阱填充到谱空间电荷限制是与所关心的产物离子一起的。然而，对产物离子进行调节并非没有挑战。产物离子的产生和观测可取决于许多不同的事物，包含例如碎裂技术的有效碰撞能量、扫描质量范围以及当然是所关心的分析物产物离子的特性的参数。因此，可能存在许多潜在的原因使观测到的产物离子强度很低，甚至根本没有观测到。这随后会导致非常长的积累时间，这可使整体扫描时间减慢，并且使其它空间电荷限制的开始发生遭受风险，例如在离子隔离(隔离空间电荷限制)、活化(活化空间电荷限制)或甚至超过阱的存储容量(存储空间电荷限制)期间。如果超过了阱的存储容量，那么离子会以m/z相依方式从阱中溢出。

与所关心的前体离子具有相同或相似m/z的本底干扰化合物的存在可能是对前体离子强度进行AGC的另一个问题。如果这个不重要的离子的强度较大，那么它会使AGC工艺严重地限制积累时间，从而降低所关心的实际化合物的质量分析的灵敏度。

图2是绘示调节离子阱中的离子积累以便用产物离子来填充离子阱的方法200的流程图，产物离子的扫描函数也在图3B中被绘示。在202处，可在离子源中产生离子。在204处，可在没有碎裂的情况下实行第一扫描以确定前体离子流。在206处，可以在有碎裂的情况下实行第二扫描以确定产物流。在各种实施例中，第一扫描和第二扫描可仅在阱内的离子活化上不同，其它扫描还可在质量分析扫描范围上不同。目标前体离子的活化和后续碎裂可通过本领域中已知的各种技术来完成，包含共振激发和碰撞池碰撞诱导解离(CID)、光离解(例如UVPD)、电子转移解离(ETD)等等。在各种实施例中，活化可通过改变离子阱中的碰撞气体的量或通过接通和关断例如UV源、激光源、辅助RF源等等的能量源而开启和切断。

在208处，可计算分析扫描的注入时间。离子阱的容量由于在隔离、活化和分析的各种阶段时阱内的离子的空间电荷而受到限制。基于测量的前体流和测量的产物流，可确定注入时间以避免在各种阶段期间的各种空间电荷限制。可观测到，谱空间电荷限制小于隔离空间电荷限制或活化空间电荷限制，这两者都小于存储空间电荷限制。通过采用在离子阱中仅仅存储离子的增加的有效容量，并且在隔离和活化期间，所得的产物离子的量相对于先前技术会增加。在特定实施例中，计算出的注入时间可根据以下方程式来确定：

方程式1.

方程式2.

方程式3.InjectTime＝min(InjectTime_前体’InjectTime_产物)

在各种实施例中，可将AGCTarget_产物设置为处于或低于离子阱的谱空间电荷限制，而可将AGCTarget_前体设置为处于或低于隔离空间电荷限制和活化空间电荷限制，但接近于或高于谱空间电荷限制。根据产物离子流与前体离子流两者而不仅仅是前体离子流来调节分析扫描电离/积累时间，可采用这样的事实：离子阱可被填充有比在碎裂和质量分析之前常规使用的前体离子多约100倍的前体离子，这又随后可为产物离子提供高达约100倍的较高灵敏度。

在210处，可确定计算出的注入时间是否大于某个指定的最大注入时间。最大注入时间可由用户提供或基于例如色谱峰的宽度或每时间单位所需的扫描次数的其它限制来确定。在其它情况下，例如在持续输注样品期间或在扫描时间(和因此，注入时间)不受限制的纸喷雾实验中，较长的注入时间可提供足够的前体离子以进行较低丰度离子的MS/MS和MSⁿ，在没有这些技术的情况下，可能就没有足够的离子。

如212处所绘示，当计算出的注入时间超过最大注入时间时，可将注入时间设置为最大注入时间。

在214处，可将注入时间设置为最大注入时间或计算出的注入时间，并且可填充离子阱达等于注入时间的持续时间。在216处，可隔离目标前体离子并且随后使其碎裂，并且在218处，可分析产物或碎片离子。

由于这种技术可允许注入时间相当长，故这种方法在时间不受限制的情况下可能更有用，例如在进行输注或使用纸喷雾电离时。在此类情况下，可考虑更精细的AGC技术来实现高灵敏度MSⁿ。举例来说，可实施使用若干智能AGC预扫描来确保MSⁿ的最大灵敏度和线性动态范围。

在各种实施例中，在用于评估所关心的前体离子的相对丰度的MS型预扫描之后，可进行使用基于第一预扫描的注入时间的MS2型预扫描以评估前体到产物离子的碎裂效率。在预扫描之后可估计MS2扫描的最佳注入时间，检查使用所述注入时间是否会产生线性响应，以及在估计的最佳注入时间不提供线性响应的情况下调整注入时间。所得的注入时间可用于所有后续扫描以提供增加的灵敏度和线性响应两者。

计算机实施系统

图4是绘示计算机系统400的框图，在计算机系统400上可实施本教示的实施例，这是因为计算机系统400可与例如图1所示出的控制器48的系统控制器结合或通信，使得可根据由计算机系统400进行的计算或确定来调整关联质谱仪的组件的操作。在各种实施例中，计算机系统400可包含用于传达信息的总线402或其它通信机构，以及与总线402耦合以用于处理信息的处理器404。在各种实施例中，计算机系统400还可包含：耦合到总线402的存储器406，其可以是随机存取存储器(random access memory；RAM)或其它动态存储装置；以及要由处理器404执行的指令。存储器406还可用于在执行要由处理器404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400可进一步包含耦合到总线402以用于存储用于处理器404的静态信息和指令的只读存储器(read only memory；ROM)408或其它静态存储装置。可提供例如磁盘或光盘的存储装置410，并且将其耦合到总线402以用于存储信息和指令。

在各种实施例中，计算机系统400可经由总线402而耦合到例如阴极射线管(cathode ray tube；CRT)或液晶显示器(liquid crystal display；LCD)的显示器412，以用于向计算机用户显示信息。包含字母数字和其它按键的输入装置414可耦合到总线402，以用于向处理器404传达信息和命令选择。另一种类型的用户输入装置是例如鼠标、轨迹球或光标方向按键的光标控件416，以用于向处理器404传达方向信息和命令选择，并且用于控制显示器412上的光标移动。此输入装置通常在两个轴——第一轴(即x)和第二轴(即y)——上具有两个自由度，这允许所述装置指定平面中的位置。

计算机系统400可实行本教示。与本教示的某些实施方案相一致，计算机系统400可响应于处理器404执行存储器406中含有的一个或多个指令的一个或多个序列而提供结果。此类指令可从例如存储装置410的另一个计算机可读媒体被读取到存储器406中。执行存储器406中含有的指令序列可致使处理器404实行本文所描述的过程。在各种实施例中，存储器中的指令可对在处理器内可用的逻辑门的各种组合的使用进行定序以实行本文所描述的过程。替代地，硬连线电路可用于代替或结合软件指令来实施本教示。在各种实施例中，硬连线电路可包含以必要序列而操作以实行本文所描述的过程的必要逻辑门。因此，本教示的实施方案并不限于硬件电路和软件的任何特定组合。

如本文所使用的术语“计算机可读媒体”是指参与向处理器404提供指令以供执行的任何媒体。此类媒体可采取许多形式，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410。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406。传输媒体的实例可包含但不限于同轴电缆、铜线和光纤，包含包括总线402的电线。

非暂时性计算机可读媒体的常见形式包含例如软盘、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、纸带、具有孔图案的任何其它物理媒体、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器芯片或盒带，或可供计算机读取的任何其它有形媒体。

某些实施例也可被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数据的任何数据存储装置，所述数据此后可由计算机系统读取。计算机可读媒体的实例包含硬盘驱动器、网络附加存储器(network attached storage；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。计算机可读媒体还可分布在网络耦合计算机系统上，使得计算机可读代码以分布式方式被存储和执行。

根据各种实施例，被配置成由处理器执行以实行方法的指令存储在计算机可读媒体上。计算机可读媒体可以是存储数字信息的装置。举例来说，计算机可读媒体包含如本领域中已知的用于存储软件的光盘只读存储器(compact disc read-only memory；CD-ROM)。计算机可读媒体由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，本教示的方法可实施在以常规编程语言编写的软件程序和应用程序中，以及实施在常规计算机或嵌入式数字系统上。

尽管结合各种实施例而描述了本教示，但并不旨在将本教示限于此类实施例。相反，本领域的技术人员应了解，本教示涵盖各种替代方案、修改和等效物。

此外，在描述各种实施例时，本说明书可能已将方法和/或过程呈现为特定步骤顺序。然而，就所述方法或过程不依赖于本文所阐述的步骤的特定次序而言，所述方法或过程不应限于所描述的特定步骤顺序。本领域的普通技术人员应了解，其它步骤顺序也是可能的。因此，本说明书中所阐述的步骤的特定次序不应被认作对权利要求书的限制。另外，涉及所述方法和/或过程的权利要求书不应限于以所写的次序执行其步骤，并且本领域的技术人员可容易了解，所述顺序可变化并且仍保持在各种实施例的要旨和范围内。

本文所描述的实施例可用包含手持装置、微处理器系统、基于微处理器的电子产品或可编程消费电子产品、小型计算机、大型计算机等等的其它计算机系统配置来实践。所述实施例也可在分布计算环境中实践，其中由通过网络链接的远程处理装置实行任务。

还应理解，本文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。这些操作是那些需要对物理量进行物理操纵的操作。通常，但不一定，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。此外，所实行的操纵常常被称为例如产生、识别、确定或比较的术语。

形成本文所描述的实施例的部分的任何操作都是有用的机器操作。本文所描述的实施例还涉及用于实行这些操作的装置或设备。本文所描述的系统和方法可为了所需目的而专门构造，或者它可以是由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。特别地，各种通用机器可与根据本文的教示所编写的计算机程序一起使用，或者可更方便的是构造更专用的设备来实行所需的操作。

结果

使用例如环孢霉素D的实例目标化合物进行对存储、隔离和活化的空间电荷限制的完整表征。在理解了每个空间电荷限制的线性范围之后，会确定每个空间电荷限制的次序。一般来说，谱空间电荷限制＜隔离空间电荷限制＜活化空间电荷限制＜存储空间电荷限制。在表1中示出和比较了线性和3D离子阱的特定实施方案的存储和谱限制的测量值，并且所述测量值在两种情况下都表明它们的差为3个数量级，其中隔离和活化值在中间(由于存在取决于用于实行这些步骤的确切方法而未示出)。显然，离子阱可被填充有比谱空间电荷限制高得多的离子。只要隔离和活化步骤将离子丰度降低到等于或小于谱限制，数据就将是有效的，并且因此可含有比以其它方式可得到的产物离子更多的产物离子。

表1：线性和3D阱的存储和谱空间电荷限制的测量值。

	<u>2D-LTQ</u>	<u>3D-LCQ</u>
			存储空间电荷限制：	约3×10<sup>7</sup>	约1.5×10<sup>6</sup>
谱空间电荷限制：	约3×10<sup>4</sup>	约1.5×10<sup>3</sup>
			典型AGC目标：	约1×10<sup>4</sup>	约5×10<sup>2</sup>

图5示出100ng/ml环孢霉素的溶液的分析，并且以0.35ul/min的速率用喷雾电压＝+2kV将所述溶液输注到Thermo EASY-SPRAY Nano ESI源。

图5示出总MS⁴产物离子计数TIC(MS⁴)相对于前体离子的总离子计数TIC(隔离的前体)的良好线性，即使超出了3E4的谱空间电荷限制也是良好的。数据示出了所关心的前体范围的单个隔离步骤相对于MS4产物离子的产生主要是线性的，即使高达10E6个离子也是线性的。此线性关系支持阱可被填充有MS4个离子，并且仍与注入时间维持线性关系，且因此是定量的。对于此实例，将隔离窗口宽度设置为5amu。

图6A、6B和6C示出具有1E6的AGCTARGET_前体和1E5的AGCTARGET_产物的环孢霉素[M+Na]⁺的MS4质量分析。通过使用3B所示出的扫描函数，其中AGCTARGET_前体被设置为1E6并且AGCTARGET_产物被设置为1E5，使用1000ms的注入时间进行分析扫描。如图6A(严重空间电荷谱)所示出，离子阱在整个质量范围内由数百万个离子填满。然而，当实行波形隔离(在注入和隔离步骤期间)时，可将1225、1226和1227(钠加合物)的前体离子与本底隔离，如6B所示出。由于总离子计数(TIC)为7.5E5，7.5E5高得足以超过谱空间电荷限制，故在谱中未观测到同位素。然而，在选定前体离子的多个隔离和碎裂阶段之后，获得的MS4产物谱的TIC为1E5，1E5是所使用的AGCTARGET_产物，并且因此未示出空间电荷效应，如图6C所示出。

与MSⁿAGCTARGET为1E4的常规AGC方法相比，图6C所示出的谱含有多约100倍的离子，并且因此表明MSⁿ实验的灵敏度显著地改进。

图7A、7B、7C和7D示出左乙拉西坦[M+Na]⁺的MS2分析。将液体样品以0.35ul/min的速率输注到Thermo EASY-SPRAY Nano ESI源。喷雾电压＝+2kV。图7A示出在纯溶液中100μg/ml左乙拉西坦的完整MS谱。图7B示出用AGCTARGET为1E4的常规AGC扫描函数得到的MS2谱。图7C示出在具有大量本底离子的血液提取物中的10μg/ml左乙拉西坦的完整谱。图7D示出用AGCTARGET_前体为5E5并且AGCTARGET_产物为1E4的常规AGC扫描函数得到的MS2谱。

图7A的左乙拉西坦的完整扫描谱示出钠加合物前体离子的非常强的信号。然而，因为即使在优化的CID条件下，使前体离子碎裂成可检测的产物离子的效率也小于1％，所以在如图7B(谱被平均)所示出而获得的MS2谱中仅存在约10个总离子计数。通过使用图3B所示出的扫描函数，其中AGCTARGET_前体为5E5并且AGCTARGET_产物为1E4，计算出约285ms的注入时间，并且将其用于分析扫描。如图7D所示出，现在获得TIC为1085的左乙拉西坦的MS2谱，即使使用较低的分析物浓度和较高的化学本底，与常规AGC调节扫描相比，所述TIC在灵敏度上也高出两个数量级。应注意，所述TIC小于1E4的AGCTARGET_产物，这是因为根据方程式1到3，注入时间实际上受到AGCTARGET_前体的限制，AGCTARGET_前体在此实验中为5E5。

图8A、8B和8C示出血液提取物中的万古霉素的质量分析。将万古霉素以50ug/ml的浓度掺入溶液中。将液体样品以0.35ul/min的速率输注到Thermo EASY-SPRAY Nano ESI源。喷雾电压＝+2kV。

图8A示出在血液提取物中50μg/ml的万古霉素的完整谱。图8B绘示示出双电荷万古霉素前体离子簇的激增m/z窗口。图8C示出725.8双电荷前体离子的MS2谱，其示出来自本底的干扰产物离子的存在。图9A、9B和9C示出用(图9A)常规AGC以及(图9B)AGCTARGET_产物为1E4的本文所描述的发明和(图9C)AGCTARGET_产物为3E4的本文所描述的发明得到的在血液提取物中的万古霉素的MS3分析。在使用本文所描述的发明(图9B和9C)的扫描中将AGCTARGET_前体设置为5E5。

除了更好的灵敏度之外，使用MS³还可滤除来自与前体离子相比m/z接近相同的本底离子的干扰，所述干扰通常是在直接分析如血液的复杂样品时被观测到。图5中所示范的MSⁿ扫描的较宽线性动态范围表明有机会获得无干扰的定量质量分析。图8A、8B和8C示出本文所描述的新AGC方法即使在高本底离子干扰下也能获得较强和较干净的信号的改进。如图8C所示出，在万古霉素的MS2谱中观测到来自本底离子的干扰。使用常规AGC方法，前体窗口中存在本底离子可能会抑制所关心的前体离子并且引起弱MSⁿ信号。如图9A所示出，用常规AGC方法和1E4的AGCTARGET获得了万古霉素的MS3谱。由于通过实行多级串联质谱分析而滤出了本底离子，故谱示出了良好的信噪比，但TIC仅为约1200。使用本文所描述的新AGC方法，将信号提升了约10倍和约30倍，如分别具有1E4和3E4的AGCTARGET_产物的图9B和图9C所示出。应注意，图9B和图9C中的TIC值非常接近相应的目标值，这证明我们可通过精确控制而用产物离子来填充阱。

Claims

1.一种质谱分析设备，包括：

离子源，其被配置成产生离子；

离子阱，其被配置成：

俘获RF场内的离子；

排出不需要的离子，同时保留目标离子；以及

使目标离子碎裂；

质谱仪控制器，其被配置成：

基于前体离子流和产物离子流来确定所述离子阱的注入时间；

用来自所述离子源的离子来填充所述离子阱达等于所述注入时间的时间量；

隔离所述离子阱中的目标前体离子；

使所述目标前体离子碎裂以产生产物离子；以及

对所述产物离子进行质量分析。

2.如权利要求1所述的质谱分析系统，其中所述质谱分析控制器被进一步配置成在没有碎裂的情况下实行扫描循环以确定所述前体离子流。

3.如权利要求1所述的质谱分析系统，其中所述质谱分析控制器被进一步配置成在有碎裂的情况下实行扫描循环以确定所述产物离子流。

4.如权利要求1所述的质谱分析系统，其中所述注入时间进一步基于最大注入时间。

5.如权利要求1所述的质谱分析系统，其中计算所述注入时间以使前体离子的数量保持低于隔离空间电荷限制、活化空间电荷限制或其任何组合，并且使产物离子的数量保持低于谱空间电荷限制。

6.如权利要求5所述的质谱分析系统，其中所述注入时间足够长以使所述前体离子超过所述谱空间电荷限制。

7.如权利要求1所述的质谱分析系统，其中为了使所述目标前体离子碎裂，所述质谱仪控制器被进一步配置成隔离离子碎片以及使所述隔离的离子碎片碎裂以产生产物离子。

8.一种分析离子碎片的方法，包括：

基于前体离子流和产物离子流来确定离子阱的注入时间；

将离子供应到离子阱达等于所述注入时间的时间量；

隔离所述离子阱中的目标前体离子；

使所述离子阱中的所述目标前体离子碎裂以产生产物离子；以及

对所述产物离子进行质量分析。

9.如权利要求7所述的方法，其中使所述目标前体离子碎裂进一步包含隔离离子碎片以及进一步使所述隔离的离子碎片碎裂以产生产物离子。

10.如权利要求7所述的方法，进一步包括在没有碎裂的情况下实行扫描循环以确定所述前体离子流。

11.如权利要求7所述的方法，进一步包括在有碎裂的情况下实行扫描循环以确定所述产物离子流。

12.如权利要求7所述的方法，其中注入时间进一步基于最大注入时间。

13.如权利要求7所述的方法，其中计算所述注入时间以使所述前体离子保持低于隔离空间电荷限制、活化空间电荷限制或其任何组合，并且使所述产物离子保持低于谱空间电荷限制。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述注入时间足够长以使所述前体离子超过所述谱空间电荷限制。