CN116868302A - 使用带通过滤碰撞池执行高强度离子束的ms/ms以增强质谱分析鲁棒性的方法 - Google Patents
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Abstract
在一个方面，公开了一种执行质谱分析的方法，包括：将多个离子引入质谱仪；选择前体离子的具有在第一期望范围内的m/z比的一部分以提供多个前体离子；使前体离子的至少一部分碎裂以产生多个产物离子；选择产物离子的具有在第二期望范围内的m/z比的一部分；以及对所选择的产物离子执行质量分析。
Description
相关申请
本申请要求于2021年2月10日提交的题为“使用带通过滤碰撞池执行高强度离子束的MS/MS以增强质谱分析鲁棒性的方法”的美国临时申请第63/148,099号的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开总体涉及质谱仪以及用于执行质谱分析的方法，例如其中采用SRM(选择反应监测)来阐明分析物的结构的质谱仪。
背景技术
质谱分析(MS)是一种用于确定测试化学物质的结构的分析技术，具有定性和定量应用二者。MS可用于识别未知化合物、确定分子中原子元素的组成、通过观察化合物的碎裂来确定化合物的结构、以及定量混合样品中特定化学化合物的量。质谱仪检测作为离子的化学实体，使得在采样过程期间必须将分析物转化为带电离子。
质谱仪中信号和分辨率下降的主要原因之一是由于除所关注分析物以外的离子传输到质量分析器并且此类离子沉积在质量分析器的内表面上，这可导致这些表面的带电以及随之而来的性能下降。为了缓解这个问题，在一些质谱仪中，离子在引入第一质量分析器之前要进行过滤。
选择反应监测(SRM)是串联质谱分析中使用的一种方法，其中在串联质谱仪的第一级中选择特定质量的前体离子，并在串联质谱仪的第二级中选择该前体离子的碎裂反应的离子产物以用于检测。尽管在第一级中使用离子过滤可有助于降低质谱仪的位于第二级上游的各种部件的污染问题，但由于前体离子的碎裂而产生的产物离子会沉积在用于检测产物离子的质量分析器上，从而导致性能下降。
因此，需要增强的质谱仪和用于执行质谱分析的方法，并且特别是需要可用于进行分析物的SRM的此类质谱仪。
发明内容
在一个方面，公开了一种执行质谱分析的方法，包括：将多个离子引入质谱仪；选择前体离子的具有在第一期望范围内的m/z比的一部分以提供多个前体离子；使前体离子的至少一部分碎裂以产生多个产物离子；选择产物离子的具有在第二期望范围内的m/z比的一部分；以及对所选择的产物离子执行质量分析。
在一些实施例中，对由离子源接收的离子的一部分的选择可以通过将前体离子引入第一质量过滤器来完成，以及对用于质量分析的产物离子的一部分的选择可以通过将产物离子引入第二质量过滤器来完成。质量过滤器可以以各种各样不同的方式实现。举例来说，在一些实施例中，质量过滤器可以包括被布置为多极配置的多个杆，可以向这些杆施加RF和/或DC电压以确保具有期望m/z比的离子穿过质量过滤器，同时具有其他m/z比的离子被阻止穿过质量过滤器，例如通过经受不稳定的轨迹。
在一些实施例中，多极配置可以是四极配置。此外，在一些实施例中，对这些杆中的一个或多个杆施加RF和/或DC电压导致在质量过滤器内产生电磁场，以便于选择产物离子或从离子源接收的离子的一部分。
在相关方面，公开了一种质谱仪，包括：孔口，用于从离子源接收多个离子；第一带通质量过滤器，用于接收离子的至少一部分，其中，第一带通质量过滤器被配置用于选择离子的具有在第一期望范围内或处于期望值的m/z比的一部分以提供多个前体离子。质谱仪还可以包括设置在第一带通过滤器的下游的碰撞池，用于接收前体离子的至少一部分并使其至少一部分碎裂以产生多个产物离子。质谱仪还可以包括第二带通质量过滤器，用于接收产物离子的至少一部分，其中，第二带通质量过滤器被配置为选择产物离子的具有在所选择范围或值内的m/z比的一部分。然后可以例如经由下游的质量分析器对所选择的产物离子进行质量分析以产生其质谱。
在一些实施例中，碰撞池和第二带通质量过滤器位于同一室中。这样的室可以维持在约1至约10mTorr范围内的压强处，以促进前体离子的至少一部分的碎裂。可替代地，碰撞池和第二带通质量过滤器可以位于分开的室中，其中，第二带通质量过滤器设置在碰撞池的下游，并且被配置为选择产物离子的表现出在期望范围内或处于期望值的m/z比的一部分。
质量分析器可以位于第二带通质量过滤器的下游，以接收产物离子的由第二带通质量过滤器选择的至少一部分并提供其质量分析。可以采用各种各样的质量分析器。例如，在一些实施例中，质量分析器可以是四极质量分析器。
在一些实施例中，第一带通质量过滤器和第二带通质量过滤器中的任一者包括多个杆，该多个杆根据多极配置(例如，四极配置)而布置，并且被配置用于被施加RF和/或DC电压以在带通质量过滤器内产生电磁场，以便于选择产物离子和/或从离子源接收的离子。
在一些实施例中，第一带通质量过滤器具有在约0.7至约25范围内的m/z带宽，以及第二带通质量过滤器具有在约10至约200范围内的m/z带宽。在一些实施例中，第二带通质量过滤器具有在约200至约400范围内的m/z带宽。
在一些实施例中，离子导向器位于第一带通质量过滤器的上游，用于接收穿过孔口的离子并提供对离子的聚焦。离子导向器可以包括多个杆，这些杆被布置成多杆配置并且被配置用于被施加RF和/或DC电压以产生用于聚焦离子的电磁场。
可以参考以下详细描述和下面简要描述的相关联附图来获得对本教导的各个方面的进一步理解。
附图说明
图1是根据本教导的实施例的流程图，描绘了执行质谱分析的方法中的各个步骤，
图2是根据本教导的实施例的质谱仪，
图3是将DC和RF电压施加到图2的质谱仪中所采用的质量过滤器的杆以用于基于产物离子的m/z比选择产物离子的一部分的示例，以及
图4是根据另一实施例的质谱仪的示意图。
具体实施方式
本教导总体上涉及执行质谱分析的方法以及可以在其中实施这种方法的质谱仪。在一些实施例中，多个前体离子例如通过与背景气体(例如N2)的碰撞而碎裂，并且产物离子的具有在期望范围内的m/z比的一部分被选择用于质量分析。
参考图1的流程图，根据本教导的实施例的用于执行质谱分析的方法包括将多个离子引入质谱仪(步骤1)，以及(例如，经由质量过滤器)选择那些离子的具有处于期望值或期望范围内的m/z比的一部分以提供多个前体离子(步骤2)，以及(例如，经由碰撞解离)使所选择的前体离子的至少一部分碎裂(步骤3)以提供多个产物离子。该方法还包括选择产物离子的具有在期望范围内的m/z比的一部分(步骤4)，以及对所选择的产物离子执行质量分析(步骤5)。
根据本教导的方法可以使用各种各样的离子碎裂技术并在各种各样的质谱仪中实施。
举例来说，图2示意性地描绘了质谱仪100，其包括用于产生多个离子的离子源102。在本教导的实践中可以采用各种各样的离子源。合适的离子源的一些示例可以包括但不限于电喷雾电离装置、雾化器辅助电喷雾装置、化学电离装置、雾化器辅助原子化装置、化学电离装置、基质辅助激光解吸/电离(MALDI)离子源、光电离装置、激光电离装置、热喷雾电离装置、电感耦合等离子体(ICP)离子源、声波喷雾电离装置、辉光放电离子源和电子轰击离子源等。
产生的离子穿过幕板104的孔口104a和孔口板106的孔口106a，孔口板106位于幕板的下游并且与幕板分开，使得在孔口和幕板之间形成气幕室。幕气供应源(未示出)可以在幕板104和孔口板106之间提供幕气流(例如，N2)，以通过去簇和排空大的中性颗粒来帮助保持质谱仪的下游部分清洁。幕室可维持在升高的压强(例如，大于大气压的压强)，同时质谱仪的下游部分可通过经由一个或多个真空泵(未示出)抽空而维持在一个或多个所选择压强处。
在该实施例中，穿过幕板和孔口板的孔口的离子被QJet离子导向器接收，该QJet离子导向器包括四个杆108(其中两个杆在该图中可见)，这些杆被布置成四极配置以形成离子束以便传输到质谱仪的下游部件。在使用中，QJet离子导向器可用于使用气体动力学和射频场的组合捕获和聚焦通过孔口板106的开口接收的离子。
离子束离开QJet离子导向器并经由透镜IQ0聚焦到随后的离子导向器Q0中，该离子导向器Q0包括四个杆110(其中两个杆在该图中可见)，这些杆被布置成四极配置并且可以被施加RF和/或DC电压以在离子通过Q0离子导向器时聚焦离子。在其他实施例中，可以利用其他多极配置，诸如六极或八极配置。在一些实施例中，Q0离子导向器的压强可维持在例如约3mTorr至约10mTorr的范围内。在该实施例中，Q0离子导向器包括被布置成四极配置的四个杆109，并且可以向这些杆施加RF和/或DC电压以产生电磁场来聚焦穿过离子导向器的离子。
Q0离子导向器经由离子透镜IQ1和充当布鲁贝克(Brubaker)透镜的短粗(stubby)透镜ST1将离子传送至下游的离子导向器Q1，该离子导向器Q1被配置为充当质量过滤器。在该实施例中，离子导向器Q1包括四个杆112(其中两个杆在该图中可见)，这些杆被布置成四极配置(尽管在其他实施例中，也可以采用其他多极配置)并且可以被施加RF和/或DC电压。在一些实施例中，Q1离子导向器可位于真空室中，该真空室可维持在例如约0.6至约4x10- 5Torr范围内的压强处。
更具体地，在该实施例中，四极杆组Q1可以作为常规传输RF/DC四极质量过滤器来操作，以用于选择具有所关注m/z值或在所关注范围内的m/z值的离子。举例来说，四极杆组Q1可以被提供有适合于在质量解析模式下操作的RF/DC电压。例如，可以选择所施加的RF和DC电压的参数，使得Q1建立所选m/z比的传输窗口，以使这些离子可以在很大程度上不受干扰地穿过Q1。然而，m/z比落在窗口之外的离子不会在四极内实现稳定的轨迹，并且可被阻止穿过四极杆组Q1。应当理解，这种操作模式只是Q1的一种可能的操作模式。
在该实施例中，由Q1质量过滤器选择的离子经由短粗透镜和离子透镜IQ2被聚焦到碰撞池Q2中。在该实施例中，碰撞池Q2包括加压隔室，其可以维持在例如约1mTorr至约10mTorr范围内的压强处，但是其他压强也可以用于此目的或其他目的。可以通过气体入口(未示出)提供合适的碰撞气体(例如，氮气、氩气、氦气等)，以碎裂由碰撞池接收的离子的至少一部分。
在该实施例中，碰撞池Q2包括三个杆组Q2a、Q2b和Q2c，这三个杆组相对于彼此串联设置。在该实施例中，Q2a杆组包括四个杆(其中两个杆在图中可见)，这些杆被布置成四极配置并提供用于离子穿过其中传输的通道。当离子穿过Q2a杆组之间的通道时，离子可以经历碰撞，其中碰撞导致由碰撞池接收的离子(本文也称为前体离子)的至少一部分碎裂，以产生多个产物离子。将RF电压施加到Q2a杆组可以提供用于径向限制前体离子和/或产物离子的电磁场。向Q2a施加DC电压可以提供相对于Q1杆偏移的电位降，这是加速前体离子进入碰撞池并引起碎裂所需的。在一些实施例中，相对于Q1杆偏移电压的Q2a DC偏移电压可以在约5至约150V的范围内。
在该实施例中，Q2B和Q2C杆组中的每一个杆组包括被布置成四极配置的四个杆。Q2B杆组充当质量过滤器，用于选择具有在期望范围内(或期望值)的m/z比的产物离子。更具体地，四极杆组Q2B可以被提供有适合于在质量解析模式下操作的RF/DC电压。例如，可以选择所施加的RF和DC电压的参数，使得Q2B将为具有在期望范围内的m/z值的产物离子建立传输窗口。对Q2c杆组施加RF和/或DC电压也可以提供用于径向限制前体离子和/或产物离子的电磁场。施加到Q2c的DC电压将比施加到Q2b杆组的DC杆偏移更具0.5至1V的吸引性。
图3示意性地描绘了可以施加到编号为12a、12b、12c和12d的Q2B杆的RF电压的示例。更具体地，施加在杆12b和12c上的电压可以根据下式(1)来定义，并且施加在杆12a和12d上的电压可以根据下式(2)来定义：
RO2b-[U-Vcos(Ωt)] 式(1)
RO2b+[U-Vcos(Ωt)] 式(2)
其中，
RO2b表示通常设置在比施加至Q2a杆组的DC杆偏移更具约0.5至1V的吸引性的范围内的DC杆偏移电压，
U表示解析DC电压的幅度，
V表示RF电压的幅度，以及
Ω表示RF电压的角频率，其中Ω＝2πf，其中f表示RF电压的频率。
在一些实施例中，解析DC(即，U)电压可以在约1至约500V的范围内，RF电压(即，V)的幅度可以在约10V p-p至约3000V p-p的范围内，并且RF电压的频率(即，f)可以在约300kHz至约5MHz的范围内。对于给定的U、V和Ω，总体离子运动可导致m/z处于特定值或特定范围内的某些离子具有稳定轨迹。此类离子可以穿过四极质量分析器，同时其他离子会经历不稳定的轨迹并因此被阻止穿过四极质量分析器。
由Q2b杆选择的产物离子在Q2c部分中被附加地碰撞冷却，然后离开碰撞池Q2并由离子透镜IQ3和短粗透镜ST3经由下游的四极质量分析器Q3的入口115聚焦到下游的四极质量分析器Q3中。
四极质量分析器Q3包括四个杆116，这些杆相对于彼此布置成四极配置并且可以以本领域已知的方式被施加RF和/或DC电压以提供对产物离子的质量分析。
尽管在上述实施例中，质量过滤器设置在碰撞池室内，但在其他实施例中，一个或多个质量过滤器可设置在碰撞池下游的一个或多个分开的室中。举例来说，图4示意性地描绘了根据这样的实施例的质谱仪500的示例，其与上述实施例类似，不同之处在于它包括带通质量过滤器Qx，带通质量过滤器Qx设置在碰撞池下游的与定位有碰撞池的杆的室分开的室中。
由碰撞池402产生的产物离子经由短粗透镜被下游的四极质量分析器Q3接收，短粗透镜用于将产物离子聚焦到四极质量分析器中。四极质量分析器Q3包括四个杆，这些杆相对于彼此布置成四极配置并且可以以本领域已知的方式被施加RF和/或DC电压以提供对产物离子的质量分析。由Q3质量分析器传输的离子在穿过出口透镜118和120之后由作为分析器模块124的一部分的离子检测器120检测。
本教导提供了相对于常规质谱仪的许多优点。举例来说，在根据本教导的质谱仪中，设置在碰撞池下游的部件(诸如质量分析器和/或离子光学器件)中可以表现出较低的污染。
本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行各种改变。
Claims (18)
1.一种执行质谱分析的方法，包括：
将多个前体离子引入质谱仪，
选择所述前体离子的具有在第一期望范围内的m/z比的一部分，
使所述所选择的前体离子的至少一部分碎裂以产生多个产物离子，
选择所述产物离子的具有在第二期望范围内的m/z比的一部分，以及
对所述所选择的产物离子执行质量分析。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，选择所述前体离子的一部分的步骤包括将所述前体离子引入第一质量过滤器。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，选择所述产物离子的一部分的步骤包括将所述产物离子引入第二质量过滤器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一质量过滤器和第二质量过滤器中的任一者包括被布置成多极配置的多个杆。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述杆被配置用于被施加任何DC和/或RF电压以在所述质量过滤器内产生电磁场，以便于选择前体离子和产物离子中的任一者的所述部分。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的方法，其中，所述多极配置包括四极配置。
7.一种质谱仪，包括：
孔口，用于从离子源接收多个前体离子，
第一带通质量过滤器，用于接收所述离子的至少一部分，所述第一带通质量过滤器被配置用于选择所述前体离子的具有在第一期望范围内的m/z比的一部分，
碰撞池，设置在所述第一带通质量过滤器的下游，用于接收所述所选择的前体离子的至少一部分以使其至少一部分碎裂，从而产生多个产物离子，以及
第二带通质量过滤器，用于接收所述产物离子的至少一部分，所述第二带通质量过滤器被配置为选择所述产物离子的具有在第二期望范围内的m/z比的一部分。
8.根据权利要求7所述的质谱仪，其中，所述碰撞池和所述第二带通质量过滤器位于同一室中。
9.根据权利要求7所述的质谱仪，其中，所述碰撞池和所述第二带通质量过滤器位于分开的室中。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的质谱仪，还包括：质量分析器，设置在所述第二带通质量过滤器的下游以接收所述所选择的产物离子的至少一部分并提供其质量分析。
11.根据权利要求10所述的质谱仪，其中，所述质量分析器包括四极质量分析器。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的质谱仪，其中，所述第一带通质量过滤器和第二带通质量过滤器中的任一者包括多个杆，所述多个杆被布置成多极配置并且被配置用于被施加RF和/或DC电压中的任一者以在所述带通质量过滤器内产生电磁场，以便于选择前体离子和产物离子中的任一者的所述部分。
13.根据权利要求12所述的质谱仪，其中，所述多极配置包括四极配置。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的质谱仪，其中，所述第一带通质量过滤器具有在约0.7至约25的范围内的m/z带宽。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的质谱仪，其中，所述第二带通质量过滤器具有在约10至约200的范围内的m/z带宽。
16.根据权利要求7至14中任一项所述的质谱仪，其中，所述第二带通质量过滤器具有在约200至约400的范围内的m/z带宽。
17.根据权利要求7至16中任一项所述的质谱仪，还包括：离子导向器，位于所述第一带通质量过滤器的上游，用于接收穿过所述孔口的离子并提供对所述离子的聚焦。
18.根据权利要求17所述的质谱仪，其中，所述离子导向器包括多个杆，所述多个杆被布置成多杆配置并且被配置用于被施加RF和/或DC电压以产生用于聚焦所述离子的电磁场。
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