CN115711934A - TIMS-Q-q-TOF质谱仪中异构体的详细分析 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在配备一个俘获离子迁移谱仪、一个四极杆质量过滤器和一个破碎池的飞行时间质谱仪中详细分析有机物质复杂混合物中离子混合物的方法。本发明提出，分析第一个质量‑迁移率图的离子信号、碎片离子谱和相关物质的鉴定，确定是否有未按质量和迁移率解析的离子混合物存在，例如，由异构体或同量异位素组成的离子混合物，然后用允许通过高迁移率分辨率来分开测量例子种类的这类方法参数测量有意义的离子。

Description

TIMS-Q-q-TOF质谱仪中异构体的详细分析
技术领域
本发明涉及复杂物质混合物的质谱分析方法，尤其是通过配备一个俘获离子迁移谱仪、一个质量过滤器和一个破碎池的飞行时间质谱仪鉴定异构体和同量异位素的方法。
背景技术
专利申请US 7,838,826 B1(M.A.Park，2008)公开了一种俘获离子迁移谱仪(TIMS)，在下文中也称为俘获离子迁移分离器。在俘获离子迁移谱仪中，通常在多极离子导向器中通过气流对抗电场势垒来驱动离子，此电场势垒优选具有一个电场强度逐渐增加的斜坡。离子沿斜坡在对于一个离子种类来说气体摩擦力与反推电场力平衡的位置分别聚集。因此，离子在聚集时按其离子迁移率在空间上分离。当储存足够离子时，例如，在预设的采样时间后，电场势垒的反电场将在“扫描”时降低，这导致离子通过斜坡末端按从低到高的迁移率陆续被释放并被送入质谱仪，此质谱仪优选是正交离子注入飞行时间质谱仪。
图1显示了典型俘获离子迁移分离器和俘获离子迁移分离器运行方式的示意图。具有携带离子(6)的气体(7)通过毛细管(8)进入质谱仪的第一真空级。离子(6)通过电极(9)被推入到高频离子漏斗(10)并被导引到俘获离子迁移分离器的管(11)，此管由分段环形电极组成。通过在环形电极的象限(1,2,3,4)上施加交替相高频电势，管(11)中会产生高频四极场，此电场将离子保持在接近管(11)的轴附近。此外，通过环形电极处的直流电压电势在管
(11)处产生一个电场E(z)，该电场有一个电场强度逐渐增加的斜坡(介于位置20和23之间)和一个平坦顶部(介于位置23和24之间)。具有层流速度分布的气流(14,16)将离子推向斜坡。具有相同迁移率的离子聚集在斜坡上气体摩擦与电场反推力平衡的点。在特定采样时间后(图A)，直流电压降低(图B)，离子按迁移率顺序跨过平坦顶部通过隔膜(13)离开管(11)。
反向电场的降低(扫描)通常需要20到250毫秒。俘获离子迁移分离器可以非常紧凑。作为主要部分的管(11)可以仅有诸如五厘米的长度。
就迁移率分辨率取决于扫描速度而言，这种类型的迁移谱仪非常特别。图2显示了是扫描持续时间函数的迁移率分辨率。对于迁移率大约是K0＝0.5的离子而言，通过仅20毫秒的扫描持续时间，可达到Rmob＝K0/ΔK0＝60的迁移率分辨率；通过300毫秒的扫描持续时间，迁移率分辨率可增加到Rmob＝120。
美国专利申请14/931,163(M.A.Park等；“Acquisition of Fragment Ion MassSpectra of Ions Separated by their Mobility”(“采集按迁移率分离之离子的碎片离子质谱”))描述了在复杂物质混合物(例如蛋白质组酶解物)中鉴定有机物质的方法，本文通过引述完全纳入此专利申请。此专利中公开的方法优选通过图3中示意性描绘的质谱系统实施，此质谱系统包含下列组件：一个液相色谱仪(可选)、一个离子源、一个(积聚)俘获离子迁移分离器、一个质量过滤器、一个破碎池和一个具有正交注入和反射器的飞行时间质谱仪。
将液体中溶解的物质送入离子源，优选是电喷雾离子源，并被电离，其中根据物质混合物的复杂性，物质可以已经通过色谱分析法分离或以未分离的形式源自注射泵。
首先，在不使用质量过滤器和破碎池的的情况下采集图4中示意性显示的质量-迁移率图。通常，俘获离子迁移分离器中储存的离子在持续大约50毫秒的迁移率扫描期间按其迁移率分离，并转移到飞行时间谱仪，在这里，对按迁移率分离的离子种类进行质谱分析。现代飞行时间质谱仪每秒可采集10000个质谱，最好对采集的几个质谱求和，从而实现足够好的质量和较大信号动态。
对于复杂物质混合物，质量-迁移率图具有大量的离子信号，这些信号通常沿迁移率轴延伸大约一到三毫秒。此处的迁移率分辨率比质量分辨率低很多。离子信号的质量沿迁移率轴降低，而单电荷和多电荷离子则形成强烈分散，形成部分重叠带(参见图4)。图4经过了极大简化；一方面，它未显示每个离子信号的同位素分布，另一方面，图中仅包含相对较少的离子信号，而对于复杂物质混合物，可能有数千个离子信号。
然后，从质量-迁移率图中选择第一组离子信号，其中此组包含大量按时间顺序排列的离子信号，即它们在迁移率轴的方向上不会重叠。图4显示了质量-迁移率图质量-迁移率图中离子信号的可能选择，已用椭圆圈出。
在采集质量-迁移率图质量-迁移率图和选择第一组离子信号之后，随后执行迁移率扫描，以鉴定组中离子信号的物质。为此需要质量过滤器、破碎池和飞行时间质谱仪。在填充俘获离子迁移分离器并开始迁移率扫描后，切换质量过滤器(通常是四极杆质量过滤器)以允许组中第一个离子信号的离子通过。优选在此处包含同位素分布的所有离子，以便获得碎片离子谱，其同位素分布与谱库中参考谱的同位素分布一致。因此，质量过滤器被设置至几道尔顿的传输宽度。这里，根据迁移率(扫描时间)和质量选择的第一个离子信号的离子在破碎池中被破碎；在飞行时间质谱仪中测量碎片离子作为碎片离子谱。一般来说，通常通过与谱库中的参考谱比较，可从此碎片离子谱中鉴定物质。在同一个迁移率扫描的进一步过程中，以相同方式按迁移率和质量选择更多离子信号的离子并进行破碎。组中离子之间的时间间隔如此选择，即，质量过滤器可切换至后续离子信号离子的质量。可通过采集相应碎片离子谱鉴定此组所选离子信号的更多物质。然后在俘获离子迁移分离器中填充更多离子批次，可开始从质量-迁移率图中鉴定第二组离子信号。
例如，如果迁移率扫描花费20毫秒，且离子信号在离开俘获离子迁移分离器时通常持续2.5毫秒，那么在迁移率扫描期间可为每组最多选择八个信号；对于持续50毫秒的迁移率扫描，每组可包含大约20个信号。如果质量-迁移率图有大约200个大致均匀分布的离子信号，则在扫描持续50毫秒时，可将其分为大约10组。如果它们不均匀分布，则可能需要形成10组以上以涵盖质量-迁移率图中的所有信号。
可采集多个质量-迁移率图并求和以提高质量。对于较大分子，优选还可以仅选择至少双电荷离子的离子信号，因为它们比单电荷离子更容易破碎并且产量更高。
直到大约一秒后，测量新质量-迁移率图以便例如考虑色谱分离期间的变化之前，对于假设分别为50毫秒的扫描持续时间，可完成大约20个这样的测量循环。理论上，通过这种方式，每秒可鉴定大约400个离子种类。在现实中，即使存在如此多的可用的离子种类，也不能完全达到这一测量数量。然而，即使在非常复杂的物质混合中，通常也没有如此多的离子种类。然后，过量的测量能力可用于在后续测量循环中多次测量弱离子信号并对碎片离子谱求和以实现更好的谱质量，然后获得更加确定的鉴定。
根据分析要求，可通过不同方式修改这种方法。例如，可通过更长的扫描持续时间实现更高的迁移率分辨率，其中可为每组选择更多数量的离子信号。通过可并行积聚离子的俘获离子迁移分离器(文件US 14/614,456；“Trapping Ion Mobility Spectrometerwith Parallel Accumulation”(“可并行积聚的俘获离子迁移谱仪”)，M.A.Park和M.Schubert)，可利用离子源的所有离子，而不会在迁移率扫描期间发生离子损失。图5显示了可并行积聚的俘获离子迁移分离器的优选运行方式。此处，延长的管(11)可细分为两个区域(11a)和(11b)。可在两个区域设置电场强度增加的斜坡，如图D和E所示。第一个区域用于收集离子，第二区域的离子将接受迁移率扫描。完成迁移率扫描时，第一区域的离子可在大约一毫秒内传输至第二个区域。
“异构体”是具有相同元素组成的分子，即具有相同分子式，但一级结构不同(“结构或构造异构体”)或二级或三级结构不同(“构象异构体”)。异构体通常具有精确相同的质量。“同量异位素”是由不同元素组成的不同分子，它们的质量具有相同数量的原子质量单位(道尔顿)，但质量不精确相同。因此说同量异位素具有“相同标称质量”。分子离子通常具有跨几个道尔顿的同位素分布。如果质量仅相差一、二或三道尔顿的两个分子的分子离子相互重叠，则通过质量过滤器无法相互分离这些分子的同位素分布。此处，这些分子被称为“近同量异位素”。本文使用“异构体”一词，这一表达通常也包括“同量异位素”或“近同量异位素”。
发明内容
需要可用于在复杂物质混合物(尤其是有特定分析意义的医药物质)中鉴定异构和同量异位有机物质的复杂物质混合物分析方法，以及尽可能准确地测定物质的迁移率K0或碰撞横截面σ的方法。
经验表明，并非质量-迁移率图的所有离子信号都属于各个同质离子种类。每个离子信号可能包含一个离子种类，但偶尔也可能包含多个未根据迁移率解析的异构体或同量异位素其同位素分布会重叠。迁移率足够不同的离子混合物已通过已知方法按迁移率解析。其他离子混合物包含未按迁移率解析的离子种类。
本发明提供了一种分析物质混合物的方法，其中，使用由一个俘获离子迁移分离器和一个飞行时间分析器组成的质谱仪采集第一个质量-迁移率图。本方法的特征在于，(a)在第一个质量-迁移率图中选择有意义的离子信号，并检查其是否是未按质量或迁移率充分解析的不同离子种类的信号重叠，以及(b)获取第二个质量-迁移率图，其中将俘获离子迁移分离器至少一个参数如此更改，即，以高于第一个质量-迁移率图的迁移率分辨率和/或迁移率精度，在第二个质量-迁移率图中测量有意义信号周围的区域。
“离子信号”应理解为，在迁移率扫描期间，从俘获离子迁移分离器几乎同时释放并送入下游质量分析器的这些离子的信号。
第二个更详细的质量-迁移率图在下文中也称为“放大图”；它不再包含所有离子信号，仅包含在较窄质量和迁移率范围内选择的离子种类的离子信号。
本发明还提供了另一种方法，其中，使用由一个俘获离子迁移分离器、一个质量分离器、一个破碎池和一个飞行时间分析器组成的质谱仪采集第一个质量-迁移率图，并从第一个质量-迁移率图中选择离子信号，然后采集所选离子信号的按迁移率和质量所选离子的碎片离子谱。此方法的特征是，在第一步，所选离子信号中的一个，研究其碎片离子谱和/或物质鉴定中的一个，确定此有意义的离子信号是否与未按质量或迁移率充分解析的不同离子种类的信号重叠。在第二步，获取第二个质量-迁移率图，其中将俘获离子迁移分离器至少一个参数如此更改，即，以高于第一个质量-迁移率图的迁移率分辨率和/或迁移率精度，在第二个质量-迁移率图中测量有意义离子信号周围的区域。有意义额外地或备选地，在第二步，还可采集有意义离子信号的离子的额外碎片离子谱，将俘获离子迁移分离器的至少一个参数如此更改，有意义，即，使额外采集的碎片离子谱中按迁移率和质量所选的离子具有比之前采集的碎片离子谱的离子更小的迁移率带宽ΔK。
从中测定离子信号迁移率或碰撞截面和质量的质量-迁移率图和/或碎片离子谱可用于离子信号的物质鉴定。额外的碎片离子谱优选用于有意义离子信号的物质鉴定。额外地或备选地，有意义离子信号的迁移率或碰撞横截面还可通过第二个质量-迁移率图测定并用于有意义离子信号的物质鉴定。
针对信号宽度或信号形式或二者分析有意义的离子信号，并确定其是否与不同离子种类的信号重叠。有意义的离子信号的信号宽度和/或信号形式优选与各个离子种类的信号宽度或信号形式比较，并具体研究沿迁移率方向的偏差。
为了以更高迁移率分辨率和/或更高迁移率精度在第二个质量-迁移率图中测量有意义离子信号周围的区域而更改的俘获离子迁移分离器的(至少一个)参数最好是俘获离子迁移分离器的扫描速度，尤其是扫描期间有意义离子信号周围扫描速度的降低。也可降低俘获离子迁移分离器的扫描速度，以便为额外碎片离子谱选择具有更小迁移率带宽ΔK的离子。
从第一个质量-迁移率图的离子信号中选择有意义的离子信号，其中使用包含具有特定分析意义的已知异构体或同量异位素的选择列表。此处的选择列表优选取决于物质混合物的类型。然而，这种选择也可由用户执行，用户在第一个质量-迁移率图的可视显示中标记有意义的离子信号。此处，在迁移率方向标记的范围可设置第二个质量-迁移率图中有意义离子信号区域的迁移率分辨率并指定俘获离子迁移分离器的参数。优选仅选择在上一个质量-迁移率图中还未被选择和鉴定的离子信号。
采集第一个和/或第二个质量-迁移率图可包括校准迁移率轴，从而可测定有意义离子信号的迁移率或碰撞截面。优选使用物质混合物的已鉴定物质或添加到物质混合物的参考物质的已知迁移率或碰撞横截面来校准。特别地，可将其迁移率包含有意义离子信号迁移率的至少两种参考物质添加到物质混合物中。
可通过注射泵将溶解态的物质混合物送入离子源，其中使每次测量的质量-迁移率图均基本相同。
但是，也可先将物质混合物在色谱仪中分离，然后作为分离的物质混合物送入离子源。色谱系统最好是液相色谱仪(LC)系统，其中，分离的物质混合物以液态被送入离子源。色谱仪系统(物质分离器)也可是气相色谱仪系统或进行电泳分离，例如，以毛细管电泳的形式。对于复杂混合物，多种物质即使在分离后仍可能重叠。
如果通过物质分离器分离物质混合物的物质并送入离子源，那么，只有某种物质的浓度超过灵敏度阈值时，属于该物质的离子信号才会出现在按时间顺序采集的质量-迁移率图上。在后续质量-迁移率图中，此浓度先增加，达到最大值，然后又降低。尤其有利的是，仅在物质分离期间离子信号达到最大值时才在质量-迁移率图的视觉呈现中显示该离子信号或选择有意义的离子信号。此外，接近最大值时，大约恒定的物质浓度存在一小段时间。
如果要分离和分析具有相似组成的几种样本，例如，始终以相同方式分析是否存在特定异构体，那么可在第一个样本的一个或多个循环中确定有意义物质的物质分离器和/或质谱仪的最优仪器参数并用于后续分析的样本。因此，对于一系列相似的样本，可借助第一个样本详细制定符合本发明的方法，然后以相同方式用于更多样本。因此，最好保存在第一个样本分离过程中更改的仪器参数，之后再次用于更多相似样本。其中尤其将质谱仪，尤其是俘获离子迁移分离器、质量过滤器、破碎池和/或飞行时间分析器的相应仪器参数用于特定有意义物质的已知保留时间。
附图说明
图1显示了典型俘获离子迁移分离器和俘获离子迁移分离器运行方式的示意图。
图2显示了迁移率分辨率是扫描持续时间函数的俘获离子迁移分离器的迁移率分辨率。
图3显示了优选用于执行符合本发明的方法的质谱系统。使用具有可调迁移率分辨率的俘获离子迁移分离器(TIMS)能够以最高迁移率分辨率对各个离子种类进行分析。
图4显示了通过图3的质谱系统采集的质量-迁移率图的示意图，其中质量过滤器和破碎池未运行。在质量-迁移率图中选择八个离子信号的一个组，在后续测量循环中鉴定其离子。图4仅是质量-迁移率图的略图，此处很多细节并未显示。例如，未显示的有，由于飞行时间质谱仪的高质量分辨率，可以看到每个离子信号的同位素分布。
图5显示了可并行积聚的俘获离子迁移分离器的优选运行方式。
图6显示了在其中按迁移率解析一系列离子信号(53)的质量-迁移率图的示意图。但是包含多个离子种类的更多离子信号(50,51,52)没有按迁移率解析。如果这些离子信号具有特定分析意义，则可在后续程序步骤中测量这些离子信号，并按其迁移率进行解析，尤其是通过使用放大方法。
图7是图6中信号组(50)的第二个质量-迁移率图(放大图)的示意图，其中，质量范围被限制到15道尔顿，并通过400毫秒的慢扫描扫掠信号组(50)的迁移率范围。现在根据迁移率解析信号组，并在此图中显示其同位素结构。信号组(50d)看似是具有不同同位素组成的同量异位素。
图8显示了质量-迁移率图的示意图，其中有特定意义的分析物信号(55)被迁移率准确已知的两个校准信号(54)和(56)包围，从而在放大扫描中准确确定分析物信号(55)的迁移率。
图9显示了可并行积聚的俘获离子迁移分离器的优选运行方式，其中使用“空间放大”分析有限迁移率范围并最大限度降低空间电荷的影响。
图10显示了液相色谱从900秒到952秒的结构部分，其中具有多个物质峰，每个峰皆具有10秒的半值全宽。直线(60)代表灵敏度阈值。如果每秒测量一个质量-迁移率图(用垂直虚线表示)，则绘制为虚线的物质在t＝929s时首次以强度(61)出现。在后续质量-迁移率图中，强度从(62)增加到(68)，强度(68)位于强度最大值开始处。程序控制的分析可测定每种物质何时达到最大值，并仅提供接近最大值且在之前的测量循环中还未鉴定的物质，以便选择待测量物质，如图4所示。
具体实施方式
图4显示了通过图3的质谱系统采集的质量-迁移率图的示意图，操作中质量过滤器和破碎池不运行。在质量-迁移率图中选择八个离子信号的一个组，在后续测量循环中鉴定其离子。图4仅是质量-迁移率图的略图，此处很多细节并未显示。例如，未显示的是，由于飞行时间质谱仪的高质量分辨率，每个离子信号均显示同位素分布。在质量-迁移率图细节的可视显示中，离子信号显示为一束短横线，只有在屏幕放大系数高时，这些短横线才能被识别为束。
在用足够离子填充俘获离子迁移分离器(TIMS单元)后，可开始迁移率扫描以鉴定所选离子信号。当第一个离子信号出现在俘获离子迁移分离器的出口时，将质量过滤器设置为此离子信号的质量，从而允许离子通过质量分析器。然后在破碎池中破碎过滤的离子，并在飞行时间质量过滤器中测量碎片离子。通常可从碎片离子谱中测定离子信号的物质。然后采集第二种、第三种物质等的碎片离子谱。测量此信号组的所有八个离子信号后，可重新填充TIMS单元，并在第二个测量循环中测量第二组离子信号。
本发明涉及详细分析复杂混合物中有机物质的方法，此分析在由一个离子源、一个俘获离子迁移分离器(TIMS)、一个质量分离器、一个破碎池和一个飞行时间分析器组成的质谱仪中执行。原则上，迁移谱仪可分离异构体和同量异位素。它们通常也可分离近同量异位素。
在第一个循环中，至少采集一个质量-迁移率图，并通过采集和评估这些离子信号离子的碎片离子谱鉴定来自这些图的所选离子信号(第一个循环)。
检查这些离子信号、其碎片离子谱、其物质鉴定和/或鉴定的物质结构，确定来自这些质量-迁移率图的离子信号是否可能是未按质量或迁移率充分解析的不同离子种类重叠，以及是否存在异构体、同量异位素或近同量异位素的混合物。
在第二个循环中，采集更多质量-迁移率图和/或碎片离子谱，其中，使用具有更改方法参数的详细方法以更高的迁移率分辨率或迁移率精度测量有分析意义的离子信号，特别是与其他离子种类分离地测量或选择有分析意义的离子。特别地，俘获离子迁移分离器的详细方法是时间或空间放大。有分析意义的离子信号范围内的迁移率分辨率或迁移率分离选择性可高于100，最好高于300，特别地此处高于500。
对于很多分析方法，重要的不仅仅是发现多种异构体的组。如果已知物质组中的一种物质存在多个异构体，并且如果仅找到这种物质的一个异构体，那么这个异构体是哪个异构体可能具有特定分析意义。特别地，对于构象异构体，碎片离子谱通常仅稍微不同，因此借助这个谱不能可靠鉴定异构体。如果找到异构体的完整组，则通常可以通过异构组的结构测定异构体；但是，对于单独存在的异构体，这通常不可能。如果碎片离子分析不能为异构体的识别提供任何指示，则通常可通过精确测定迁移率或碰撞横截面来鉴定异构体。
图6显示了在其中按迁移率解析一系列离子信号(53)的质量-迁移率图的示意图。但是，更多离子信号(50,51,52)由未按迁移率解析的多个离子种类的离子混合物组成。通过在迁移率方向时间延长的离子信号可读取到离子混合物的存在，尤其在已经以相应高的迁移率分辨率采集质量-迁移率图时。通常，根本无法从信号看出存在离子混合物。如果这些离子信号具有特定分析意义，则可在后续程序步骤中测量这些离子信号，并按其迁移率进行解析，尤其是通过放大方法。
可通过不同方式搜寻可能是不同离子种类的未解析信号重叠的离子信号：
(a)计算机程序可在质量-迁移率图中自动分析离子信号，尤其是其时间宽度(信号宽度)和强度分布(信号形式)以及同位素分布的重叠。
(b)用户可目视检查离子信号，在此处可由数据库支持，特别地，此数据库尤其可以包含通常含有异构体的物质组。此处的数据库包含具有特定分析意义的物质组，并可专门用于待研究物质混合物的类型。
(c)碎片离子谱应相互不同，特别是在同量异位素和近同量异位素的情况下，从而利于识别不同离子种类的混合物。因此，可鉴定具有不同数量双键的离子混合物。
(d)可以在不进行借助于数据库的离子信号分析的情况下研究在第一个循环的质量-迁移率图中鉴定出的物质异构体出现的可能性。同样，此处的数据库可包含异构体测量具有特定分析意义的物质组，或专门用于待研究物质混合物类型。这样，在第二个循环的测量中也可包含信号形式和宽度没有独特性的离子信号。某些物质组倾向于形成迁移率仅稍微不同的异构体，例如，因为两个异构体中，双键可以位于两个相邻的碳原子处。这些差别对药理学可能特别重要。如果仅出现一个异构体，通常准确测定它是哪个异构体尤其有意义。
(e)可通过计算机程序以自动化的方式将至少大约测量的碰撞横截面σ与库类型的物质数据集的碰撞横截面比较，并可在存在差异时进行更加准确的测量。
此处应注意到，在第二个循环中也以更高迁移率分辨率测量可能含有异构体或同量异位素的所有离子信号并非始终有意义。在这里，应优先考虑分析意义。
会导致离子信号成为不同离子种类的离子信号重叠和未按质量和迁移率清晰解析出现的信号的不一定只有异构体或同量异位素。质量过滤器通常设置成针对一个离子种类传输整个同位素组；对于较重离子，最优传输宽度可大约是五道尔顿或更多。由此，对于分子质量仅差几道尔顿的离子种类混合物，不能再清晰分离其混合物。如果分子非常不同，则可从碎片离子谱鉴定混合物。但它们可能还具有几乎相同的结构，例如，当它们具有稍微不同的双键数量时。它们的分子质量仅分别相差二、四或六道尔顿(对于单电荷离子)。通过符合本发明的方法，在第二循环中，以相应较高的迁移率分辨率，可分离这些其分子质量仅相差几道尔顿的离子种类的混合物。
如果在详细的分析中找到有特定意义的离子信号，则可对相同物质混合物第二次执行此鉴定方法，其中对于有意义的每个离子信号，要通过专门计算的参数专门设置详细的方法。
在此处通常设置时间放大，该放大可如此扩大具有分析意义的离子信号的迁移率扫描，即，在这些离子信号周围实现增强的迁移率分辨率(参见专利申请US 8,766,176 B2；“Acquisition Modes for Ion Mobility Spectrometers using Trapped Ions”(“使用俘获离子的离子迁移谱仪的采集模式”)，D.A.Kaplan等)。分辨率有多高通常仅能通过经验或适当库中的信息指定。迁移率分辨率优选设置为Rmob＝150到250。
如果离子信号可能重叠，并且如果这些离子信号具有足够高的分析意义，则在重新填充TIMS单元后，采集更多质量-迁移率图和/或碎片离子谱，其中，使用具有更改方法参数的详细方法，以更高的迁移率分辨率或迁移率精度测量具有分析意义的离子信号，尤其是与其他离子种类分离地测量或选择具有分析意义的离子。此迁移率分辨率可高于100，高于300，或甚至高于500，具体取决于需求。具有更高迁移率分辨率的第二个质量-迁移率图在下文中将称为“放大图”。
图7中显示了此类放大图，但经过了极大简化。此处恒等地绘制了每个同位素分布的离子的所有强度，从而使同位素分布(50c)和(50d)之间的差异可见。放大图显示了图6的信号组(50)。此放大图显示了包含四个离子种类的信号组(50)，其中，第四个离子种类(50d)可能是同量异位素，因为同位素分布的类型不同。此放大图仅显示了15道尔顿的质量范围，并且通过时间迁移率放大，迁移率轴扩展到400毫秒，从而实现更高的迁移率分辨率。
然后可从放大图中再次选择几个离子信号，现在通常代表各离子种类，即异构体、同量异位素或近同量异位素。在此方法的下一步骤中，可采集这些离子信号的碎片离子谱。此碎片离子谱可用于鉴定现已分离的异构体、同量异位素或近同量异位素，但是，由于异构体的碎片离子谱非常相似，因此并非总能实现明确的鉴定。如果已知物质组中的一种物质存在多个异构体，并且如果仅找到这种物质的一个异构体，则这个异构体可能具有特定分析意义。
还可通过空间放大支持时间放大。图9显示了可并行积聚的俘获离子迁移分离器的优选运行方式，其中使用“空间放大”分析有限迁移率范围并最大限度降低空间电荷的影响以及由此造成的损失。对于空间放大，通过管电极处的额外电压在储存部分(11a)和扫描部分(11b)中设置斜坡，其中，位置(41)和(42)之间或位置(45)和(46)之间的斜坡部分各自非常平坦，以便以相互之间的大间距储存非常小迁移率范围的离子。因此，在这一迁移率范围内可储存更多离子，因为抑制了空间电荷对离子的影响。美国专利申请14/931,125(M.A.Park和O.Raether；“Spatial Zoom Mode for Accumulative Trapped Ion MobilitySpectrometry”(“可积聚俘获离子迁移谱分析的空间放大模式”))中详细描述了此方法。
可针对具有分析意义的离子信号自动进行最优方法参数的计算，例如，离子信号在第一个循环的质量-迁移率图显示重叠结构时。也可从异构体库(如有)中获取具有分析意义的离子信号所需的迁移率分辨率。可在第一个循环中获得的离子信号列表中记录具有分析意义的离子信号。也可通过标记离子信号(例如用方框框住)在计算机屏幕上的质量-迁移率图显示中仅仅选择有意义的离子信号。方框的尺寸也可指定此处所需的分辨率。
如果需要准确测定物质的迁移率K0或碰撞横截面σ，则具有相似或相同质量并且迁移率仅稍微不同、迁移率准确已知(或碰撞横截面准确已知)的参考物质(校准物质)可添加至专用于本方法第二(或另一)个循环的物质混合物中。图8显示了质量-迁移率图的示意图，其中有特别意义的分析物信号(55)被迁移率准确已知的两个校准信号(54)和(56)包围，从而在采用放大扫描的后续循环中准确测定分析物信号(55)的迁移率。如果可能，最好在具有分析意义的离子信号的两侧添加至少两种参考物质，从而在迁移率扫描的时间放大中测量离子信号以及两种参考物质的迁移率。然后以本次测量的高精度和精确度对物质迁移率进行内插。但对于校准的测量，也可使用复杂物质混合物中已鉴定物质的已知迁移率或碰撞横截面。
图3中显示的离子源优选是电喷雾离子源(ESI)，物质以液态送入此离子源；但也可使用其他电离类型，例如热喷雾电离、化学电离或光化电离，每种电离均在送入的液体蒸发后在大气压下进行，或液体注入场解吸电离(LIFDI)。但物质也可以气态送入离子源，例如通过与气相色谱仪耦合，这种情况下，可借助电子轰击电离或化学电离等进行电离。
也可通过注射泵将溶解态的物质直接送入离子源，或者通过液相色谱仪或电泳装置在分离后送入。色谱预分离可能需要一小时或更久，可提供含有数十万离子信号的多个质量-迁移率图。
如果复杂混合物的物质在分离后通过色谱仪或电泳装置送入，那么，只有某物质的浓度超过灵敏度阈值时，属于此物质的离子信号才会出现在大约每秒采集一个的质量-迁移率图中。图10显示了液相色谱从900秒到952秒的结构部分，其中具有物质峰，每个峰皆具有10秒的半值全宽。直线(60)代表灵敏度阈值。如果每秒测量一个质量-迁移率图(用垂直虚线表示)，则绘制为虚线的物质离子信号在t＝929s时第一次出现且强度为(61)。在后续质量-迁移率图中，离子信号的强度从(62)增加到(68)，强度(68)位于强度最大值开始处。程序控制的分析可确定质量-迁移率图的每个离子信号何时达到最大值。然后，对于要测量其碎片离子谱的所选离子信号，可以仅提供离子信号接近最大值的物质(参见图4)。这一点同样适用于要详细分析异构体、同量异位素或近同量异位素的离子信号。
当应用这种用于限制在最大值的程序时，可用全新的方式解释图4：质量-迁移率图的离子信号应仅是接近LC峰值最大值且还未在之前的测量循环中鉴定的离子信号。此方法有助于使极度复杂物质混合物的质量-迁移率图更加清晰。
如果通过液相色谱仪或电泳装置进行预分离，则很难校准，因为校准物质通常在不同于分析物质的时间洗脱。但可添加校准液，最好以自动方式添加。
此处应注意到，通常会对已知具有几乎相同组成并且皆具有相同分析目标的物质混合物执行一系列分析。如果已对此类型的物质混合物制定满意地精确分析异构体、同量异位素或近同量异位素的详细方法(第二个循环)，则执行第一个循环并非绝对必要。执行一次的第一个循环可作为分析特定类型物质混合物的基础。如果要借助色谱或电泳分离分析具有相似组成类型的大量样本，例如，始终以相同方式分析是否存在特定异构体，则在第一个样本的第一个分离循环中获取和制定的详细方法在分离更多样本时可自动运行，由此，可使用属于给定保持时间的参数。因此，建议可在循环期间保存参数的更改并在之后的相似样本中再次使用。
如果质谱仪配备具有足够能力和足够速度的计算机，并且如果提供相应程序，则可在一次液相色谱运行中完全自动测量质量-迁移率图、选择离子信号组、测量碎片离子谱、选择具有特定分析意义的离子信号、测量放大图和测量现已分离的离子种类的碎片离子谱。如果在用户的帮助下进行有意义离子信号的选择，则至少需要两个液相色谱运行，并在第二次液相色谱运行中测量放大图。

Claims (21)

1.在由一个俘获离子迁移分离器和一个飞行时间分析器组成的质谱仪中分析物质混合物的方法，通过此方法采集第一个质量-迁移率图，其特征在于
(a)在第一个质量-迁移率图中选择有意义的离子信号，并检查其是否是未按质量或迁移率充分解析的不同离子种类的信号重叠；以及
(b)获取第二个质量-迁移率图，其中将俘获离子迁移分离器至少一个参数如此更改，即，以高于第一个质量-迁移率图的迁移率分辨率和/或迁移率精度，在第二个质量-迁移率图中测量有意义离子信号周围的区域；
其中，第二个质量-迁移率图是在第一个质量-迁移率图中信号被发现会重叠并且形成被选择的有意义离子信号的待解析的离子种类允许同位素分布的条件下获取的。
2.在由一个俘获离子迁移分离器、一个质量分离器、一个破碎池和一个飞行时间分析器组成的质谱仪中分析物质混合物的方法，通过此方法采集第一个质量-迁移率图，选择第一个质量-迁移率图的离子信号，随后采集所选离子信号的离子的碎片离子谱，所述离子按迁移率和质量选择，其特征在于，
(a)所选离子信号中的一个，研究其碎片离子谱和/或物质鉴定中的一个，确定此有意义的离子信号是否与未按质量或迁移率充分解析的不同离子种类的信号重叠；以及
(b)获取第二个质量-迁移率图，其中将俘获离子迁移分离器至少一个参数如此更改，即，以高于第一个质量-迁移率图的迁移率分辨率和/或迁移率精度，在第二个质量-迁移率图中测量有意义离子信号周围的区域，
其中，第二个质量-迁移率图是在第一个质量-迁移率图中信号被发现会重叠并且形成被选择的有意义离子信号的待解析的离子种类允许同位素分布的条件下获取的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，额外地，采集有意义离子信号的离子的额外碎片离子谱，将俘获离子迁移分离器的至少一个参数如此更改，有意义，即，使额外采集的碎片离子谱中按迁移率和质量所选的离子具有比之前采集的碎片离子谱的离子更小的迁移率带宽ΔK。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，额外碎片离子谱用于有意义离子信号的物质鉴定。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，迁移率或碰撞横截面用于有意义离子信号的物质鉴定。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检查有意义离子信号的信号宽度或信号形式或二者，确定其是否是不同离子种类的信号重叠。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，针对各个离子种类的信号宽度或信号形式的偏差检查信号宽度或信号形式或二者。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，分析有意义离子信号与沿迁移率方向各个离子种类的离子信号之间的偏差。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，俘获离子迁移分离器的(至少一个)参数是有意义离子信号区域的扫描速度。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了从第一个质量-迁移率图的离子信号中选择有意义的离子信号，使用包含具有特定分析意义的已知异构体或同量异位素的选择列表。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，此选择列表取决于物质混合物的类型。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用户在第一个质量-迁移率图的可视显示中标记有意义的离子信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在迁移率方向标记的范围可指定第二个质量-迁移率图中有意义离子信号区域的迁移率分辨率并确定俘获离子迁移分离器的(至少一个)参数。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，校准第一个和/或第二个质量-迁移率图的迁移率轴并测定有意义离子信号迁移率或碰撞横截面。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，物质混合物中已鉴定物质的已知迁移率或碰撞横截面用于校准。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，添加至物质混合物的参考物质的已知迁移率或碰撞横截面用于校准。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将其迁移率包含有意义离子信号迁移率的至少两种参考物质添加到物质混合物中。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，迁移率值或碰撞截面用于鉴定有意义离子信号的物质组成。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过物质分离器，尤其通过液相色谱仪分离样本，并送入质谱仪。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，仅在物质分离期间离子信号达到最大值时才在质量-迁移率图的视觉呈现中显示该离子信号或选择有意义的离子信号。
21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助一系列相似样本中的第一个样本详细制定方法，然后以相同方式用于更多样本。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018124203B4 (de) * 2018-10-01 2022-05-25 Bruker Daltonics GmbH & Co. KG Bestimmung der reduzierten Ionenmobilität einer Ionensorte durch Speicherionen-Mobilitätsspektrometrie (TIMS)
GB2587249B (en) * 2019-04-15 2023-11-08 Bruker Daltonics Gmbh & Co Kg A method for controlling the mass filter in a hybrid IMS/MS system
EP3945314B1 (en) 2020-07-31 2022-10-26 Bruker Daltonics GmbH & Co. KG Method and apparatus for data independent combined ion mobility and mass spectroscopy analysis

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6323482B1 (en) * 1997-06-02 2001-11-27 Advanced Research And Technology Institute, Inc. Ion mobility and mass spectrometer
US8766176B2 (en) * 2011-04-26 2014-07-01 Bruker Daltonics, Inc. Spectrum acquisition modes for ion mobility spectrometers using trapped ions
US9048072B2 (en) * 2012-03-12 2015-06-02 Micromass Uk Limited Method of mass spectrometry and a mass spectrometer
GB201205009D0 (en) * 2012-03-22 2012-05-09 Micromass Ltd Multi-dimensional survey scans for improved data dependent acquisitions (DDA)
US8841608B2 (en) * 2012-05-14 2014-09-23 Battelle Memorial Institute Method for enhancing the resolving power of ion mobility separations over a limited mobility range
US10083824B2 (en) * 2014-06-11 2018-09-25 Micromass Uk Limited Ion mobility spectrometry data directed acquisition
US9891194B2 (en) * 2015-11-03 2018-02-13 Bruker Daltonik Gmbh Acquisition of fragment ion mass spectra of ions separated by their mobility

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