CN109791125B

CN109791125B - 分离后迁移率分析器及用于确定离子碰撞截面的方法

Info

Publication number: CN109791125B
Application number: CN201780057386.1A
Authority: CN
Inventors: 詹森·李·维尔德古斯; 凯文·贾尔斯
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: JP2019529922A; GB201616395D0; CN109791125A; US11402350B2; GB2562690B; US20210293752A1; JP6768938B2; EP3519805A1; WO2018060690A1; GB2562690A

Abstract

提供一种方法，其包括：在第一分离器件中根据第一物理化学性质分离第一离子群；并且在漂移管中分离从第一分离器件出来的一个或多个离子组并使用漂移管对每个离子组进行采样，以确定每个离子组中离子的碰撞截面，其中，每个离子组对应于第一物理化学性质的范围。漂移管配置成使得漂移管能够在第一分离器件的单个分离循环中对第一离子群中的多个离子组进行采样。对每个离子组进行采样的步骤包括：通过测量每个离子组中离子穿过漂移管的漂移时间来确定它们的迁移率；并且使用所确定的迁移率来确定每个离子组中的离子的碰撞截面。

Description

分离后迁移率分析器及用于确定离子碰撞截面的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月27日提交的第1616395.8号英国专利申请的优先权和权益。该申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明总体涉及质谱仪和质谱分析方法，尤其涉及离子迁移谱和根据离子迁移率分离离子的方法。

背景技术

离子迁移率分离的关键属性是确定碰撞截面(“CCS”)值的能力。标准迁移率分离器件涉及跨漂移管的长度施加恒定或静态DC电压，这允许根据第一原理确定碰撞截面值。

其他器件可以用于测量碰撞截面，这些器件包括行波(“T-Wave”)迁移率分离器。然而，在这样的器件中，无法根据第一原理获得碰撞截面值，但可以通过使用适当的迁移率校准化合物来导出或估计碰撞截面值。

然而，对于其他方法，诸如差分迁移率分离(“DMS”)，无法获得离子迁移率和碰撞截面数据。

虽然校准仍然是用于在行波离子迁移率分离的情况下获得碰撞截面值的解决方案，但是期望直接确定碰撞截面的替代和改进方法。

发明内容

根据本公开的一方面，提供一种方法，包括：

在第一分离器件中根据第一物理化学性质分离第一离子群；以及

在漂移管中分离从所述第一分离器件出来的一个或多个离子组并使用所述漂移管对每个离子组进行采样，以确定每个离子组中离子的碰撞截面，其中，每个离子组对应于所述第一物理化学性质的的范围，例如减少的、有限的或受限的范围；

其中，所述漂移管配置成使得所述漂移管能够在所述第一分离器件的单个分离循环中对所述第一离子群中的多个离子组进行采样，并且对每个离子组进行采样的步骤包括：

通过测量每个离子组中离子穿过所述漂移管的漂移时间来确定它们的迁移率；以及

使用所述确定的迁移率来确定每个离子组中的所述离子的碰撞截面。

本文公开的技术旨在提供测量来自高分辨率分离器件的离子的碰撞截面的替代和改进的(例如，更快的和确定性的)方法。可以设置漂移管以在来自第一分离器件的离子向前传输到质谱仪的其他部分之前快速确定这些离子的碰撞截面。

如本文所述的方法也不需要使用校准物来测量碰撞截面。

在一些实施例中，漂移管可以相对于第一分离器件以快速的循环时间操作。循环时间(或分离循环)可以被定义为当给定离子群、离子组或离子团中的所有离子基本上同时被引入分离器件中时该离子群、离子组或离子团中的最慢离子穿过并离开分离器件所花费的时间。第一分离器件的循环时间可以是漂移管的循环时间的至少10倍、20倍、30倍、40倍、50倍或100倍。

在其他实施例中，漂移管可以配置成以连续方式和/或同时分离从第一分离器件出来的连续离子组。

可以将一个或多个离子组以脉冲方式输送到漂移管中(例如，从第一分离器件)，同时漂移管中仍然存在(例如，仍然分离有)一个或多个先前离子组，或者一个或多个先前离子组中的至少一些离子。漂移管可以配置成同时分离至少2、3、4、5或10个离子组。

在这些实施例中，在任何时候，在漂移管内都会存在缩小的迁移率范围(由于第一分离器件中的预分离)，因此能够将离子组“以多重脉冲方式输送”到漂移管中(即，多个离子组在漂移管内分离)。换句话说，漂移管中将存在多于一个离子组。脉冲周期(即，将每一组以脉冲方式输送到漂移管中之间的时间段)优选为与来自第一分离器件的离子组的时间宽度相同或更短的时间尺度。

在本文所述的所有方面和实施例中，可以对每个离子组在该离子组内的第一物理化学性质的值的范围内的多个点处进行采样。例如，物理化学性质可以是离子迁移率，并且可以对每个离子组中的离子确定多个碰撞截面值。

确定每个离子组中的离子的迁移率的步骤可以包括使用以下形式的等式：

其中K是在漂移时间T内穿过漂移管的离子的迁移率，V是漂移管长度L上的压降。

确定每个离子组中的离子的迁移率的步骤可以包括以下中的一个或多个：(i)沿漂移管的长度施加DC电压梯度；(ii)在不同值的范围内改变DC电压梯度；(iii)测量穿过漂移管的离子簇的到达时间分布；以及(iv)绘制漂移时间相对于漂移管上的压降的曲线图，例如使用上述等式。

可以直接根据该曲线图的最佳拟合线确定离子的迁移率和/或碰撞截面。换句话说，可以根据第一原理确定并且例如在不使用校准物的情况下确定迁移率和/或碰撞截面。

漂移管可以包括多个电极，并且该方法还可以包括向多个电极施加恒定DC电压以沿漂移管推动离子，例如沿漂移管的长度(例如，整个长度)。

第一物理化学性质可以包括离子迁移率。每个离子组可以对应于从第一分离器件出来时的迁移率峰。可以对每个迁移率峰在多个点处进行采样，使得可以在每个迁移率峰上确定多个碰撞截面值。

每个离子组可以对应于所述第一物理化学性质的范围，例如，如果所述第一物理化学性质是离子迁移率或质荷比，则所述第一物理化学性质的范围可以分别是离子迁移率的范围或质荷比的范围。

第一分离器件可以包括具有多个电极的离子迁移率分离器。

该方法还可以包括将一个或多个瞬态DC电压或电势施加到第一分离器件的至少一些电极上，以便沿分离器件推动离子。可以以第一速度沿第一分离器件的轴向长度的至少一部分扫描、转换或顺序地施加一个或多个瞬态DC电压或电势，以便根据离子的离子迁移率使离子分离。

第一物理化学性质可以包括质荷比，并且每个离子组可以对应于从第一分离器件出来时的质荷比范围。

第一分离器件可以包括四极或多极质量过滤器。

可以将一个或多个电压施加到漂移管上，使得沿漂移管的长度存在电压梯度(例如，压降)，例如DC电压梯度。漂移管上的电压梯度可以小于50V、30V、20V或10V。

漂移管和/或漂移管的电极可以具有小于10cm、5cm、4cm、3cm、2cm或1cm的长度。漂移管的长度可以是第一分离器件的长度的至少1/2、1/3、1/4、1/5、1/10、1/20、1/50或1/100。在任何这些实施例中，漂移管可以被布置并适于根据与第一分离器件相同的物理化学性质(例如离子迁移率)来分离离子。

漂移管可以紧接于第一分离器件。

使用所确定的迁移率来确定每个离子组中的离子的碰撞截面可以表示在高分辨率分离器的时间尺度内对碰撞截面进行嵌套获取。

根据本公开的一方面，提供一种装置，包括：

第一分离器件，布置并配置成根据第一物理化学性质分离第一离子群；

漂移管，布置并配置成分离从所述第一分离器件出来的一个或多个离子组，并且使得所述漂移管在使用中能够在所述第一分离器件的单个分离循环中对所述第一离子群中的多个离子组进行采样，其中，每个离子组对应于所述第一物理化学性质的范围；和

控制系统，布置并配置成通过以下操作对每个离子组进行采样以确定每个离子组中的离子的碰撞截面：

(i)通过测量每个离子组中离子穿过所述漂移管的漂移时间来确定它们的迁移率；以及

(ii)使用所述确定的迁移率来确定每个离子组中的所述离子的碰撞截面。

该装置可以形成质谱仪的一部分，例如质量和/或离子迁移谱仪。

应当理解，本公开想到在第一分离器件(例如，行波离子迁移率分离器)之后使用快速、低分辨率的线性场分离器(以漂移管的形式)以允许直接确定来自第一分离器件的离子组的碰撞截面值。

质谱仪可以包括选自由以下构成的组中的离子源：(i)电喷雾电离(“ESI”)离子源；(ii)大气压力光电离(“APPI”)离子源；(iii)大气压力化学电离(“APCI”)离子源；(iv)基质辅助激光解吸电离(“MALDI”)离子源；(v)激光解吸电离(“LDI”)离子源；(vi)大气压力电离(“API”)离子源；(vii)硅上解吸电离(“DIOS”)离子源；(viii)电子撞击(“EI”)离子源；(ix)化学电离(“CI”)离子源；(x)场电离(“FI”)离子源；(xi)场解吸(“FD”)离子源；(xii)电感耦合等离子体(“ICP”)离子源；(xiii)快速原子轰击(“FAB”)离子源；(xiv)液体二次离子质谱(“LSIMS”)离子源；(xv)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(xvi)镍-63放射性离子源；(xvii)大气压力基质辅助激光解吸电离离子源；(xviii)热喷雾离子源；(xix)大气采样辉光放电电离(“ASGDI”)离子源；(xx)辉光放电(“GD”)离子源；(xxi)撞击器离子源；(xxii)实时直接分析(“DART”)离子源；(xxiii)激光喷雾电离(“LSI”)离子源；(xxiv)超声喷雾电离(“SSI”)离子源；(xxv)基质辅助入口电离(“MAII”)离子源；(xxvi)溶剂辅助入口电离(“SAII”)离子源；(xxvii)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(xxviii)激光烧蚀电喷雾电离(“LAESI”)离子源；以及(xxix)表面辅助激光解吸电离(“SALDI”)。

质谱仪可以包括一个或多个连续或脉冲离子源。质谱仪可以包括一个或多个离子引导器。质谱仪可以包括一个或多个离子迁移率分离器件和/或一个或多个场非对称离子迁移谱仪器件。质谱仪可以包括一个或多个离子阱或一个或多个离子捕获区域。

质谱仪可以包括选自由以下构成的组中的一个或多个碰撞、碎裂或反应单元：(i)碰撞诱导解离(“CID”)碎裂器件；(ii)表面诱导解离(“SID”)碎裂器件；(iii)电子转移解离(“ETD”)碎裂器件；(iv)电子捕获解离(“ECD”)碎裂器件；(v)电子碰撞或撞击解离碎裂器件；(vi)光诱导解离(“PID”)碎裂器件；(vii)激光诱导解离碎裂器件；(viii)红外辐射诱导解离器件；(ix)紫外线辐射诱导解离器件；(x)喷嘴-撇渣器界面碎裂器件；(xi)源内碎裂器件；(xii)源内碰撞诱导解离碎裂器件；(xiii)热源或温度源碎裂器件；(xiv)电场诱导碎裂器件；(xv)磁场诱导碎裂器件；(xvi)酶消化或酶降解碎裂器件；(xvii)离子-离子反应碎裂器件；(xviii)离子-分子反应碎裂器件；(xix)离子-原子反应碎裂器件；(xx)离子-亚稳态离子反应碎裂器件；(xxi)离子-亚稳态分子反应碎裂器件；(xxii)离子-亚稳态原子反应碎裂器件；(xxiii)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-离子反应器件；(xxiv)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-分子反应器件；(xxv)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-原子反应器件；(xxvi)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳态离子反应器件；(xxvii)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳态分子反应器件；(xxviii)用于使离子反应以形成加合物或产物离子的离子-亚稳态原子反应器件；以及(xxix)电子电离解离(“EID”)碎裂器件。

质谱仪可以包括选自由以下构成的组中的质量分析器：(i)四极质量分析器；(ii)2D或线性四极质量分析器；(iii)Paul或3D四极质量分析器；(iv)Penning阱质量分析器；(v)离子阱质量分析器；(vi)磁性扇形质量分析器；(vii)离子回旋共振(“ICR”)质量分析器；(viii)傅立叶变换离子回旋共振(“FTICR”)质量分析器；(ix)布置成产生具有四极对数电位分布的静电场的静电质量分析器；(x)傅立叶变换静电质量分析器；(xi)傅立叶变换质量分析器；(xii)飞行时间质量分析器；(xiii)正交加速飞行时间质量分析器；以及(xiv)线性加速飞行时间质量分析器。

质谱仪可以包括一个或多个能量分析器或静电能量分析器。质谱仪可以包括一个或多个离子检测器。

质谱仪可以包括选自由以下构成的组中的一个或多个质量过滤器：(i)四极质量过滤器；(ii)2D或线性四极离子阱；(iii)Paul或3D四极离子阱；(iv)Penning离子阱；(v)离子阱；(vi)磁性扇形质量过滤器；(vii)飞行时间质量过滤器；以及(viii)Wien过滤器。

质谱仪可以包括：用于以脉冲方式输送离子的器件或离子门；和/或用于将基本上连续的离子束转换成脉冲离子束的装置。

质谱仪可以包括C阱和质量分析器，质量分析器包括外部筒状电极和同轴内心轴状电极，其形成具有四极对数电位分布的静电场，其中在第一操作模式中，离子被传输到C阱，然后注入质量分析器中，并且其中在第二操作模式中，离子被传输到C阱，然后传输到碰撞室或电子转移解离器件，其中至少一些离子被碎裂成碎片离子，然后，在将碎片离子注入质量分析器之前，将碎片离子传输到C阱。

质谱仪可以包括堆叠式环形离子引导器，其包括多个电极，每个电极具有孔，在使用时供离子穿过该孔，并且其中电极的间隔沿离子路径的长度增加，并且其中离子引导器的上游部分中的电极中的孔具有第一直径，并且其中离子引导器的下游部分中的电极中的孔具有比第一直径小的第二直径，并且其中相反相位的AC或RF电压在使用中被施加到连续电极。

质谱仪可以包括被布置为并适于向电极供应AC或RF电压的器件。AC或RF电压可选地具有选自由以下构成的组中的幅度：(i)峰峰值约<50V；(ii)峰峰值约为50-100V；(iii)峰峰值约为100-150V；(iv)峰峰值约为150-200V；(v)峰峰值约为200-250V；(vi)峰峰值约为250-300V；(vii)峰峰值约为300-350V；(viii)峰峰值约为350-400V；(ix)峰峰值约为400-450V；(x)峰峰值约为450-500V；以及(xi)峰峰值>约500V。

AC或RF电压可以具有选自由以下构成的组中的频率：(i)<约100kHz；(ii)约100-200kHz；(iii)约200-300kHz；(iv)约300-400kHz；(v)约400-500kHz；(vi)约0.5-1.0MHz；(vii)约1.0-1.5MHz；(viii)约1.5-2.0MHz；(ix)约2.0-2.5MHz；(x)约2.5-3.0MHz；(xi)约3.0-3.5MHz；(xii)约3.5-4.0MHz；(xiii)约4.0-4.5MHz；(xiv)约4.5-5.0MHz；(xv)约5.0-5.5MHz；(xvi)约5.5-6.0MHz；(xvii)约6.0-6.5MHz；(xviii)约6.5-7.0MHz；(xix)约7.0-7.5MHz；(xx)约7.5-8.0MHz；(xxi)约8.0-8.5MHz；(xxii)约8.5-9.0MHz；(xxiii)约9.0-9.5MHz；(xxiv)约9.5-10.0MHz；以及(xxv)>约10.0MHz。

质谱仪可以包括离子源上游的色谱或其他分离器件。色谱分离器件可以包括液相色谱或气相色谱器件。替代地，分离器件可以包括：(i)毛细管电泳(“CE”)分离器件；(ii)毛细管电色谱(“CEC”)分离器件；(iii)基本上刚性的陶瓷基多层微流体基底(“瓷砖”)分离器件；或(iv)超临界流体色谱分离器件。

离子引导器可以保持在选自由以下构成的组中的压力下：(i)<约0.0001mbar；(ii)约0.0001-0.001mbar；(iii)约0.001-0.01mbar；(iv)约0.01-0.1mbar；(v)约0.1-1mbar；(vi)约1-10mbar；(vii)约10-100mbar；(viii)约-100-1000mbar；以及(ix)>约1000mbar。

分析物离子可以在电子转移解离碎裂器件中经历电子转移解离(“ETD”)碎裂。可以使分析物离子与离子引导器或碎裂器件内的ETD试剂离子相互作用。

可选地，为了实现电子转移解离：(a)分析物离子在与试剂离子相互作用时被碎裂或被诱导解离并形成产物或碎片离子；和/或(b)电子从一个或多个试剂阴离子或带负电离子转移到一个或多个多电荷分析物阳离子或带正电离子上，因此至少一些多电荷分析物阳离子或带正电离子被诱导解离并形成产物或碎片离子；和/或(c)分析物离子在与中性反应气体分子或原子或非离子反应气体相互作用时被碎裂或被诱导解离并形成产物或碎片离子；和/或(d)电子从一个或多个中性、非离子或不带电碱性气体或蒸气转移到一个或多个多电荷分析物阳离子或带正电离子，因此至少一些多电荷分析物阳离子或带正电离子被诱导解离并形成产物或碎片离子；和/或(e)电子从一个或多个中性、非离子或不带电超强碱试剂气体或蒸气转移到一个或多个多电荷分析物阳离子或带正电离子上，因此至少一些多电荷分析物阳离子或带正电离子被诱导解离并形成产物或碎片离子；和/或(f)电子从一个或多个中性、非离子或不带电碱金属气体或蒸气转移到一个或多个多电荷分析物阳离子或带正电离子上，因此至少一些多电荷分析物阳离子或带正电离子被诱导解离并形成产物或碎片离子；和/或(g)电子从一个或多个中性、非离子或不带电气体、蒸气或原子转移到一个或多个多电荷分析物阳离子或带正电离子上，因此至少一些多电荷分析物阳离子或带正电离子被诱导解离并形成产物或碎片离子，其中一个或多个中性、非离子或不带电气体、蒸气或原子选自由以下构成的组：(i)钠蒸气或原子；(ii)锂蒸气或原子；(iii)钾蒸气或原子；(iv)铷蒸气或原子；(v)铯蒸气或原子；(vi)钫蒸气或原子；(vii)C60蒸气或原子；以及(viii)镁蒸气或原子。

多电荷分析物阳离子或带正电离子可以包括肽、多肽、蛋白质或生物分子。

可选地，为了实现电子转移解离：(a)试剂阴离子或带负电离子衍生自多环芳烃或取代多环芳烃；和/或(b)试剂阴离子或带负电离子衍生自由以下构成的组：(i)蒽；(ii)9,10二苯基蒽；(iii)萘；(iv)氟；(v)菲；(vi)芘；(vii)荧蒽；(viii)

(ix)三亚苯；(x)二萘嵌苯；(xi)吖啶；(xii)2,2'联吡啶；(xiii)2,2'二喹啉；(xiv)9-蒽腈；(xv)二苯并噻吩；(xvi)1,10'-菲咯啉；(xvii)9'蒽甲腈；以及(xviii)蒽醌；和/或(c)试剂离子或带负电离子包括偶氮苯阴离子或偶氮苯基阴离子。

电子转移解离碎裂的过程可以包括使分析物离子与试剂离子相互作用，其中试剂离子包括二氰基苯、4-硝基甲苯或甘菊环。

可以设置色谱检测器，其中，色谱检测器包括：破坏性色谱检测器，其可选地选自由以下构成的组：(i)火焰电离检测器(FID)；(ii)基于气溶胶的检测器或纳米数量分析物检测器(NQAD)；(iii)火焰光度检测器(FPD)；(iv)原子发射检测器(AED)；(v)氮磷检测器(NPD)；以及(vi)蒸发光散射检测器(ELSD)；或非破坏性色谱检测器，其可选地选自由以下构成的组：(i)固定或可变波长UV检测器；(ii)热导检测器(TCD)；(iii)荧光检测器；(iv)电子捕获检测器(ECD)；(v)电导率监测器；(vi)光电离检测器(PID)；(vii)折射率检测器(RID)；(viii)无线电流量检测器；以及(ix)旋光检测器。

质谱仪可以以各种操作模式操作，包括：质谱仪(“MS”)操作模式；串联质谱仪(“MS/MS”)操作模式；母体或前体离子替代地碎裂或反应以产生碎片或产物离子，而不是碎裂或反应或碎裂或反应至更低程度的操作模式；多反应监测(“MRM”)操作模式；数据相关分析(“DDA”)操作模式；数据独立分析(“DIA”)操作模式、定量操作模式或离子迁移谱(“IMS”)操作模式。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图描述多种实施例，其中：

图1示出本公开的实施例；并且

图2示出本公开的另一实施例。

具体实施方式

通常，本公开涉及使用漂移管对来自高分辨率分离器(例如行波离子迁移率分离器)的多个离子组进行采样，以允许确定在行波离子迁移率分离器中分离的离子簇的碰撞截面值。这消除了使用校准标准来确定碰撞截面的需要，例如，如果使用行波离子迁移率分离器来确定离子迁移率，则需要使用校准标准。

在一些实施例中，漂移管可以配置成同时分离从第一分离器件出来的多个离子组。可以将一个或多个后续离子组以脉冲方式输送到漂移管中(例如，从第一分离器件)，同时漂移管中仍然存在(例如，仍然分离有)一个或多个先前离子组，或者一个或多个先前离子组中的至少一些离子。漂移管可以配置成同时分离至少2、3、4、5或10个离子组。在这些实施例中，在任何时候，在漂移管内都会存在缩小的迁移率范围，因此能够将离子组“以多重脉冲方式输送”到漂移管中(即，多个离子组在漂移管内分离)。换句话说，漂移管中将存在多于一个离子组。脉冲周期(即，将每一组以脉冲方式输送到漂移管中之间的时间段)可选为与来自第一分离器件的组的频率相同的时间尺度。

在其他实施例中，漂移管可以相对于第一分离器件以快速的循环时间操作。循环时间(或分离循环)可以被定义为当给定离子群、离子组或离子团中的所有离子基本上同时被引入分离器件中时该离子群、离子组或离子团中的最慢离子穿过并离开分离器件所花费的时间。第一分离器件的循环时间可以是漂移管的循环时间的至少10倍、20倍、30倍、40倍、50倍或100倍。

在本文所述的所有方面和实施例中，低分辨率分离器可以在碰撞截面方面对来自高分辨率分离器的离子组进行采样。在包括行波离子迁移率分离器的高分辨率分离器的情况下，例如，针对碰撞截面值，可以对来自高分辨率分离器的迁移率峰进行多次采样。

漂移管离子迁移率分离器可以涉及使用一个或多个电极，沿该电极施加驱动DC电压梯度。DC电压可以是静态的并且强度沿漂移管的长度降低，这使得离子具有高迁移率以比具有低迁移率的离子更快地穿过漂移管。

离子簇的碰撞截面可以通过在不同值的范围内改变DC电压梯度、测量离子簇的到达时间分布以及绘制漂移时间相对于漂移管上的压降的曲线图来确定。可以直接根据该曲线图的最佳拟合线确定离子迁移率和碰撞截面。

通常的漂移管离子迁移率分离器可以相对较长并且需要跨漂移管的长度的较大压降以提供高分辨率(DC漂移管的分辨率与漂移管上的压降的平方根成比例)。

穿过漂移管的离子的碰撞截面可以由这些离子的迁移率确定。穿过漂移管的离子的迁移率可以使用以下等式确定：

一旦确定了迁移率，则可以使用Mason-Schamp等式确定离子的碰撞截面(Ω)值：

其中q是离子上的电荷，N是漂移气体数密度，m和M分别是漂移气体质量和离子质量，T是气体温度，且k_B是玻尔兹曼常数。

行波离子迁移率分离器可以涉及使用多个电极，使得可以向每个电极施加不同的电压，其中每个电极都具有孔，在使用中供离子穿过该孔。可以使用其他行波离子迁移率分离器，其中设置多个轴向电极组而不是具有孔的单个电极。例如，每个轴向电极组可以以分成段的环的形态设置，使得可以向不同段施加不同的电势。

在行波器件中，可以将瞬态DC电压或电势施加到多个电极上，以便沿所述分离器件推动离子。可以以第一速度沿行波器件的轴向长度的至少一部分扫描、转换或顺序地施加DC电压或电势，这使得离子根据其离子迁移率而被分离。

如上文关于漂移管所述，无法直接(即，根据第一原理)确定来自行波器件的离子的碰撞截面。这是因为由于瞬态DC电压或电势的施加，存在非均匀和时间/位置变化的电场，因此迁移率和漂移时间之间的关系比等式1中给出的更复杂。

为了使用行波离子迁移率分离器测量碰撞截面，必须测量多个校准离子簇的漂移时间。可以产生校准物(来自已知库)的(针对电荷状态和减小的质量调整的)碰撞截面相对于其漂移时间的关系图并确定校准曲线，并且由此可以使用校准物的所测量的漂移时间来确定分析物碰撞截面。

本公开的技术可以消除使用校准化合物以便确定来自行波离子迁移率分离器或其他分离器件的离子的碰撞截面的需要。这是通过在行波离子迁移率分离器之后提供低分辨率DC漂移管来实现的。

已经认识到，这种在分离器件之后并且仅用于确定碰撞截面的DC漂移管不需要具有高分辨率来允许有把握地确定迁移率值。这些值可以来自完全分离的组分、或来自部分分离的组分的纯“时间峰区域”。

本公开的漂移管可以以相对于高分辨率分离器件短的循环时间操作，使得漂移管可以在高分辨率分离器件的单个分离循环中完成多个循环。本公开的漂移管可以是短的、低电压的、低分辨率器件。

例如，漂移管可以以足够短的循环时间和/或重复速率和/或足够快的分离时间操作，使得可以对从上游分离器到达的迁移率峰进行多次采样。换句话说，可以针对来自分离器件(例如，行波离子迁移率分离器)的每个迁移率峰确定多个碰撞截面值。例如，可以针对来自分离器件的每个迁移率峰确定至少2、3、4、5、10或20个碰撞截面值。

以这种方式，本公开的技术可以允许在高分辨率分离器的时间尺度内进行嵌套获取。这种短时间尺度的结果在于，漂移管可以在物理上较短。这具有连锁效应，因为漂移管上的压降可以较小，例如，以保持在用于精确的CCS测量的低场限以下，这可能具有进一步的连锁效应，即分辨率可能相对较低。

图1示出包括第一分离器件10的装置1，该第一分离器件可以布置并配置成根据离子迁移率分离离子。

第一分离器件10可以是行波离子迁移率分离器(例如，如上所述)，且/或可以包括多个电极，使得可以向每个电极施加不同的电压，其中每个电极都具有孔，在使用中供离子穿过该孔。作为有孔电极的替代或补充，行波离子迁移率分离器10可以包括多个轴向电极组。

第一分离器件10可以布置并配置成将一个或多个瞬态DC电压或电势施加到至少一些电极上，以便沿所述分离器件推动离子。可以以第一速度沿第一分离器件10的轴向长度的至少一部分扫描、转换或顺序地施加一个或多个瞬态DC电压或电势，以便根据离子的离子迁移率使离子分离。

第一分离器件10可以以相对较高的分辨率操作，例如以便使通过第一分离器件10的离子分离成不同的组(例如，迁移率峰12)，如图1中示意性所示。如上所述，通常在不测量多个校准物的漂移时间的情况下，无法使用原始数据分析这些峰以获得迁移率峰内包含的离子的碰撞截面值。

装置1还可以包括离子阱20，其可以布置并配置成保持来自第一分离器件10的迁移率峰12分离。在替代实施例中，离子阱20可以由调制器件代替，调制器件可以布置并配置成调制来自第一分离器件10的迁移率峰12，使得它们形成经调制的离子组14。可以记录对迁移率峰12进行的调制并且可以用于在稍后阶段解调峰，或者以其他方式从经调制的离子组14中提取信息。例如，可以扰动每个离子组12的离子信号的强度，并且可以记录每次扰动的经历时间(漂移时间)，然后可选地用于解调。

可以通过向离子阱20中的透镜元件施加瞬态DC电势来施加扰动，该离子阱可以布置和配置成瞬时衰减或阻挡离子束穿过离子阱20，这可能导致信号部分或全部消失。然后，可以使用所施加的扰动和在检测系统处所记录的扰动信号到达之间的时间来确定迁移率值。扰动可以使得没有离子丢失，例如，如果瞬态DC电势施加在存在RF限制的区域中，或者(不太有利地)使得离子丢失，例如由于缺乏RF离子限制或者通过使用快门栅格来切断信号。

离子阱20可以用固有地调制离子束的传输器件代替，诸如行波离子引导器，其可以布置并配置成将来自第一分离器件10的离子组保持在沿传输器件的长度被传输的单独势阱中。

根据本公开，漂移管30设置在第一分离器件10和离子阱20(如果设置有)的下游。漂移管30可以包括多个电极，并且静态驱动DC电压梯度可以施加到多个电极上。如上所述，DC电压强度将沿漂移管30的长度降低。以这种方式，具有高迁移率的离子可以比具有低迁移率的离子更快地穿过漂移管30。

由于相对于第一分离器件10快速的循环时间，漂移管30可以以相对较低的分辨率(与第一分离器件10相比)操作。在各种实施例中，漂移管30可以更短。例如，漂移管30的轴向长度可以小于第一分离器件10的轴向长度的50％、40％、30％、20％或10％。

替代地，或者附加地，漂移管30的分离时间可以低于第一分离器件10的分离时间。例如，漂移管30的分离时间可以小于第一分离器件10的分离时间的50％、40％、30％、20％或10％。

替代地，或者附加地，漂移管30的重复速率可以大于第一分离器件10的重复速率。例如，漂移管30的重复速率可以是第一分离器件10的重复速率的至少3倍、4倍、5倍、10倍或20倍。

在操作中，可以根据第一物理化学性质(诸如离子迁移率)分离进入第一分离器件10的离子。穿过第一分离器件10的离子可以被分离成离子组，并且每一组可以被传递到离子阱20并且可选地在其中保持分离(或如上所述被调制)。

每个离子组可以包括具有第一物理化学性质的值或值范围的离子。例如，在第一分离器件10根据离子的离子迁移率分离离子的情况下，每个离子组可以包括具有第一范围内的离子迁移率的离子，和/或可以对应于如图1中所示的迁移率峰12。

然后可以使用漂移管30对离子组进行采样。为此，可以将离子组转移到漂移管30中。离子组可以顺序地被转移，其中离子组在上游离子阱20中保持分离，或者如上所述，离子组可以被调制并作为经调制的离子组14的一部分被转移。

由于漂移管30的分离时间相对较快，因此可以对每个离子组在第一物理化学性质的值的范围内的多个点处进行采样。例如，漂移管30可以在来自第一分离器件10的每个迁移率峰12上产生多个采样点(并因此产生碰撞截面的值)。这些值可以用于提供多个测量值以对迁移率峰12求均值，和/或用于给出迁移率峰12的纯度的指示。例如，可以确定每个迁移率峰上的碰撞截面值的变化。

有利地，漂移管30可以位于与第一分离器件10相同的气室内。在第一分离器件10包括行波离子迁移率分离器的实施例中，这可以是有利的，因为漂移气体对于这两种器件而言可以是相同的。在其他实施例中，将漂移管30作为与第一分离器件10分离的气室可能是有利的，例如，在每个器件需要不同的气体的情况下。在各种实施例中，可以在第一分离器件10和漂移管30中使用不同的分离介质(例如，漂移气体)。

第一分离器件10和漂移管30可以形成相同离子光学组件的一部分。例如，第一分离器件10和漂移管30可位于同一室(例如，气室)内。在两个器件包括堆叠环形电极(即，具有在使用中供离子穿过的孔的电极)的实施例中，器件可以形成同一电极堆的一部分。

穿过漂移管30的离子组可以被向前传输到飞行时间质量分析器。可以如上所述对每一组内的离子的碰撞截面进行采样并直接确定，即不使用校准物。

本公开的最广泛方面还可以提供优于使用高分辨率漂移管(其通常用作独立器件)的益处。在漂移管的上游使用分离器件(尤其是行波离子迁移率分离器)获得改进的灵活性和对离子在引入漂移管之前的分离的控制。此外，高分辨率漂移管通常需要较大压降，这在使用本文所述的低分辨率漂移管(例如，如上所述和关于图1所述的漂移管30)时是不需要的。

通常，在类似条件下操作的行波器件和漂移管将在类似的时间尺度上操作并具有类似的分辨率，并且无法使用漂移管来提供迁移率峰上的多个CCS测量。

例如，时间分辨率为40且在40ms漂移时间处具有迁移率峰的1m长行波分离器件可以具有约1ms的FWHM峰值宽度。对于298K处的单电荷离子，在10V/cm下工作(单元压降为1000V)的1m长漂移管可以具有约60的时间分辨率。在压力为2mb的漂移气体(例如，N₂)的情况下，碰撞截面为

的离子的漂移时间可以约为20-25ms。

因此，在这些条件下，长漂移管无法直接与行波分离器件嵌套。

为了在来自行波分离器件的1ms宽的迁移率峰上实现多个点，根据本公开可以减小漂移管的长度。对于0.5ms的漂移时间，漂移管可以例如约2cm长。保持10V/cm场将仅需要跨更短的漂移管的长度的20V压降，使得时间分辨率约为8。

根据本公开，可以改变除长度之外的参数以降低漂移管的分辨率。例如，可以改变漂移气体压力和/或电场以改变漂移时间。然而，可以在确保漂移管分离保持在低场限内的方面施加限制，例如，以确保不存在离子的显著加热。

在各种操作模式中，可以使离子在第一分离器件10和/或漂移管30中碎裂。替代地，可以使来自第一分离器件10的离子组在第一分离器件10和漂移管30之间经历碎裂。

在各种实施例中，第一分离器件可以包括四极质量分析器100，如图2所示，其可以布置并适于根据离子的质荷比来分离离子。在这些实施例中，可以在四极质量过滤器100中根据质荷比分离第一离子群，并且可以在漂移管30中分离来自四极质量过滤器100的离子组120，其中，漂移管30以相对于四极质量过滤器100的传输循环快速的循环时间操作，使得可以采样和确定每个离子组120内的离子的迁移率和碰撞截面，其中每个离子组120具有特定的质荷比范围。该实施例的其余对象，诸如阱/调制器20和漂移管30可以与上面关于图1所述相同。

在各种实施例中，第一分离器件10可以以一个或多个分离器件的形式设置，其可以布置并配置成根据一种或多种物理化学性质和离子迁移率来分离离子。在这些实施例中，可以使用漂移管确定离子迁移率和/或碰撞截面，并且确定的离子迁移率和/或碰撞截面可以用于计算或测量一种或多种物理化学性质。

例如，行波分离器件形式的分离器件(其中可以在伪势阱中驱动离子)可以根据质荷比和离子迁移率两者来分离离子。从这种分离器件脱离的离子的迁移率可以通过测量它们穿过漂移管30的漂移时间来确定，然后可以使用所确定的迁移率来确定这些离子的质荷比。

在各种实施例中，第一分离器件10可以是循环性的，例如循环离子迁移率分离器件。在这些实施例中，当离子多次通过器件时，可以实现循环器件的最高分辨率。在这些情况下，可能的是，具有显著不同迁移率的离子可能重叠，因为在围绕器件循环时更高迁移率的离子捕获更低迁移率的离子。在这些实施例中，漂移管30可以位于循环器件的下游，使得可以在漂移管30中分离不同迁移率的重叠离子。同时，可以按以上所讨论的方式确定离子的碰撞截面。

尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims

1.一种用于确定离子的碰撞截面的方法，包括：

在第一分离器件中根据第一物理化学性质分离第一离子群，其中所述第一分离器件包括多个电极，并且所述方法包括将一个或多个瞬态DC电压或电势施加到所述第一分离器件的至少一些所述电极上，以便沿着所述分离器件推动离子，其中，以第一速度沿所述第一分离器件的轴向长度的至少一部分扫描、转变或顺序地施加所述一个或多个瞬态DC电压或电势，以便根据离子的第一物理化学性质使所述离子分离；以及

在漂移管中分离从所述第一分离器件出来的一个或多个离子组并使用所述漂移管对每个离子组进行采样，以确定每个离子组中离子的碰撞截面，其中，每个离子组对应于所述第一物理化学性质的范围；

使用所确定的迁移率来确定每个离子组中的所述离子的碰撞截面，

其中，所述第一物理化学性质是离子迁移率；以及

其中，所述漂移管包括多个电极，并且所述方法还包括向所述多个电极施加恒定DC电压梯度以沿所述漂移管推动离子。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述漂移管相对于所述第一分离器件以快速的循环时间操作，其中，循环时间被定义为如果给定离子群、离子组或离子团中的所有离子基本上同时被引入分离器件中时所述给定离子群、离子组或离子团中的最慢离子穿过并离开所述分离器件所花费的时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一分离器件的循环时间是所述漂移管的循环时间的至少10倍、20倍、30倍、40倍、50倍或100倍。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述漂移管配置成同时分离从所述第一分离器件出来的多个离子组。

5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，对每个离子组在该离子组内的所述第一物理化学性质的值的范围内的多个点处进行采样。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，每个离子组对应于从所述第一分离器件出来时的迁移率峰，并且对每个迁移率峰在多个点处进行采样，使得在每个迁移率峰上确定多个碰撞截面值。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述漂移管上的压降小于50V、30V、20V或10V。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述漂移管的长度小于10cm、5cm、4cm、3cm、2cm或1cm。

9.一种用于确定离子的碰撞截面的装置，包括：

第一分离器件，其布置并配置成根据第一物理化学性质分离第一离子群，其中所述第一分离器件包括多个电极，被配置为将一个或多个瞬态DC电压或电势施加到所述第一分离器件的至少一些所述电极上，以便沿着所述分离器件推动离子，其中，以第一速度沿所述第一分离器件的轴向长度的至少一部分扫描、转变或顺序地施加所述一个或多个瞬态DC电压或电势，以便根据离子的第一物理化学性质使所述离子分离；

漂移管，其布置并配置成分离从所述第一分离器件出来的一个或多个离子组，并且使得所述漂移管在使用中能够在所述第一分离器件的单个分离循环中对所述第一离子群中的多个离子组进行采样，其中，每个离子组对应于所述第一物理化学性质的范围；和

控制系统，其布置并配置成通过以下操作对每个离子组进行采样以确定每个离子组中离子的碰撞截面：

(ii)使用所确定的迁移率来确定每个离子组中的所述离子的碰撞截面；

其中，所述第一物理化学性质是离子迁移率；以及

其中，所述漂移管包括多个电极，被配置为向所述多个电极施加恒定DC电压梯度以沿所述漂移管推动离子。