DE102020108019A1

DE102020108019A1 - Verfahren für die steuerung des massenfilters in einem ims/ms hybridsystem

Info

Publication number: DE102020108019A1
Application number: DE102020108019.0A
Authority: DE
Inventors: Oliver Räther; Markus Lubeck
Original assignee: Bruker Daltonik GmbH
Current assignee: Bruker Daltonics GmbH and Co KG
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2020-10-15
Also published as: GB2587249B; GB202003775D0; US20200326302A1; GB2587249A; CN111830114B; US11047828B2; CN111830114A

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren bereit, um mithilfe eines massenspektrometrischen Hybridsystems, das eine Ionenquelle, einen Ionenmobilitätsseparator, einen Massenfilter, eine Fragmentierungszelle und einen Massenanalysator umfasst, möglichst viele Fragmentmassenspektren von ausgewählten Substanzen, wie z. B. Proteinen, in komplexen Gemischen zu erfassen. Anhand der Fragmentmassenspektren können die entsprechenden Substanzen identifiziert werden. Die Erfindung schlägt vor, die Verweilzeit des Massenfilters zu steuern und die Verweilzeit an die Länge des Ionenmobilitätssignals in einer Massen-Mobilitäts-Karte anzupassen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Verfahren und Geräte für die Aufnahme von Fragmentmassenspektren von ausgewählten, nach ihrer Ionenmobilität getrennten Vorläuferionen (Präkursorionen), wobei anhand der Fragmentmassenspektren Substanzen in komplexen Gemischen, insbesondere Verdaupeptide in einem Bottom-up-Proteomikverfahrensablauf, identifiziert und die Substanzen bei Bedarf quantifiziert werden.
Hintergrund der Erfindung
In der Proteinforschung steigt das Interesse daran, möglichst viele Peptide und Proteine in einem Flüssigkeitschromatographie-/Massenspektrometrie (LC/MS)-Messlauf eines proteolytischen Verdaus von Proteinen, die aus einer biologischen Probe extrahiert wurden, zu identifizieren. Massenspektrometrische Hybridsysteme, die Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) und Massenspektrometrie (MS) miteinander verbinden, verbessern nachweislich die Identifizierungsraten.
Das US-Patent Nr. 6,960,761 („Instrument for separating ions in time as functions of preselected ion mobility and ion mass“; Clemmer) offenbart ein spektrometrisches IMS/MS-Hybridsystem, das in dargestellt ist und eine Ionenquelle, einen Ionenmobilitätsseparator vom Drifttyp, einen Quadrupol-Massenfilter, eine Ionenfragmentierungszelle und einen Flugzeitmassenanalysator mit orthogonalem Ioneneinschuss (OTOF-Massenanalysator) umfasst. Eine Ionenfalle wird verwendet, um Ionen vor dem Mobilitätsseparator vom Drifttyp zu sammeln. Das spektrometrische IMS/MS-Hybridsystem kann optional auch einen vorgeschalteten Substanzseparator umfassen, z. B. einen Flüssigkeitschromatograph (LC). Im Mobilitätsseparator vom Drifttyp werden die Ionen zeitlich nach ihrer Ionenmobilität getrennt und Massenspektren der getrennten Ionen werden durch den nachgeschalteten OTOF-Massenanalysator für eine Massen-Mobilitäts-Karte aufgenommen.
Das US-Patent Nr. 7,838,826 („Apparatus and method for parallel flow ion mobility spectrometry combined with mass spectrometry“; Park) offenbart einen kompakten Ionenmobilitätsseparator, der als „Speicherionen-Mobilitätsspektrometer“ (TIMS) bezeichnet wird.
In einer üblichen Ausführungsform treibt eine Gasströmung Ionen in der Trenneinheit gegen eine entgegenwirkende elektrische Gleichspannungsfeldbarriere, an der die Ionen während einer Sammlungsphase axial gespeichert und entsprechend ihrer Ionenmobilität räumlich getrennt werden. Die Ionen werden durch ein Quadrupol-Hochfrequenzfeld radial eingeschlossen. Während einer Scanphase werden die gespeicherten Ionen anschließend mit der Zeit von der elektrischen Gleichspannungsfeldbarriere eluiert, indem die Höhe des axial ausgerichteten elektrisches Gleichspannungsfelds verringert wird. Die Ionen werden nacheinander von einer niedrigen Ionenmobilität bis hin zu einer höheren Ionenmobilität freigegeben.
Die Mobilitätsauflösung eines TIMS-Mobilitätsseparators nimmt bei längeren Scandauern bzw. bei einer Verringerung der Scangeschwindigkeit zu.
Das US-Patent Nr. 9,683,964 („Trapping ion mobility spectrometer with parallel accumulation“; Park und Schubert) offenbart einen TIMS-Separator mit einer Sammeleinheit, die sich vor der Trenneinheit befindet und Ionen während der Scanphase speichert. TIMS mit paralleler Sammlung bietet die Möglichkeit, die Ionensammlungsdauer zu verlängern, um weitere nachweisbare Ionensorten zu ermitteln, ohne die Aufnahmerate für die Fragmentmassenspektren zu verringern. Die hohe Aufnahmerate für die Fragmentmassenspektren erlaubt die wiederholte Messung von seltenen Ionensorten, sodass die Qualität der Fragmentmassenspektren verbessert wird.
Das US-Patent Nr. 9,891,194 („Acquisition of fragment mass spectra of ions separated by their mobility“; Mann et al.) offenbart ein multizyklisches Verfahren zur Aufnahme von Fragmentionenspektren von Substanzen in komplexen Gemischen mithilfe eines massenspektrometrischen Hybridsystems, wie in gezeigt. Das Verfahren ist allgemein als „PASEF“ (Parallel Accumulation Sequential Fragmentation) bekannt geworden, insbesondere für einen Bottom-up-Proteomikverfahrensablauf.
zeigt ein Flussdiagramm des multizyklischen Verfahrens für die Aufnahme der Fragmentmassenspektren von mehreren Ionensorten. Beide der in und gezeigten spektrometrischen IMS/MS-Hybridsysteme können verwendet werden, um das multizyklische Verfahren durchzuführen. Anhand der Fragmentmassenspektren können die entsprechenden Substanzen, insbesondere Proteine eines Proteoms, identifiziert und die Substanzen optional quantifiziert werden.
In einem ersten Messzyklus einer ersten Schleife werden die Ionen zeitlich nach ihrer Mobilität getrennt und Massenspektren der getrennten Ionen werden durch den Massenanalysator für eine Massen-Mobilitäts-Karte aufgenommen. Getrennte Ionensorten von Interesse mit unterschiedlicher Masse und Mobilität werden aus der Massen-Mobilitäts-Karte ausgewählt. In einem zweiten Messzyklus werden neue Ionen nach ihrer Mobilität zeitlich getrennt. Die interessierenden ausgewählten Ionensorten werden nacheinander entsprechend ihrer Masse durch den Massenfilter isoliert und in der Fragmentierungszelle fragmentiert. Dabei werden die Fragmentmassenspektren mit dem Massenanalysator aufgenommen. Falls aus der Massen-Mobilitäts-Karte des ersten Messzyklus andere interessierende Ionensorten ausgewählt werden können, wird keine neue Massen-Mobilitäts-Karte benötigt, und Fragmentmassenspektren der verbleibenden interessierenden Ionensorten werden in einem oder mehreren zusätzlichen Messzyklen aufgenommen. Andernfalls beginnt eine zweite Schleife mit der Aufnahme einer neuen Massen-Mobilitäts-Karte. Die Schleifen mit neuen Massen-Mobilitäts-Karten können in Zeitintervallen von 0,5 bis drei Sekunden wiederholt werden, etwa in Abhängigkeit vom zeitlichen Verhalten einer vorgeschalteten Substanztrennungsvorrichtung.
Kurze Beschreibung der Erfindung
In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Aufnahme von Fragmentmassenspektren von Substanzen in komplexen Substanzgemischen unter Verwendung eines massenspektrometrischen Hybridsystems bereit, das eine Ionenquelle, einen Ionenmobilitätsseparator, einen Massenfilter, eine Ionenfragmentierungszelle und einen Massenanalysator umfasst. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Zeitliche Trennung der Ionen nach ihrer Mobilität durch den Ionenmobilitätsseparator; Isolierung der getrennten Ionensorten eines vorbestimmten Satzes nacheinander anhand der Masse durch den Massenfilter sowie Fragmentierung der isolierten Ionensorten in der Fragmentierungszelle und Aufnahme von Fragmentmassenspektren durch den Massenanalysator, wobei die Verweilzeit des Massenfilters während der Isolation für mindestens eine der Ionensorten des vorbestimmten Satzes an die Dauer des Ionenmobilitätssignals von der mindestens einen Ionensorte nach der Trennung im Ionenmobilitätsseparator angepasst ist.
Die Dauer der Ionensignale kann aus den Parametern des bei der Trennung verwendeten Ionenmobilitätsseparators abgeschätzt werden oder sie wird vorzugsweise experimentell bestimmt.
In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Aufnahme von Fragmentmassenspektren von Substanzen in komplexen Substanzgemischen unter Verwendung eines massenspektrometrischen Hybridsystems bereit, das eine Ionenquelle, einen Ionenmobilitätsseparator, einen Massenfilter, eine Ionenfragmentierungszelle und einen Massenanalysator umfasst. In einem ersten Messzyklus werden Ionen nach ihrer Mobilität zeitlich getrennt. Zudem wird eine Massen-Mobilitäts-Karte durch den Massenanalysator gemessen, aus der mindestens ein Satz von zeitgetrennten virtuellen Fenstern ausgewählt wird, die Ionensorten mit unterschiedlichen Massen und unterschiedlichen Mobilitätsscanzeiten umfassen. In einem zweiten Messzyklus werden wieder Ionen nach ihrer Mobilität zeitlich getrennt. Jede Ionensorte aus dem mindestens einen Satz wird nacheinander durch den Massenfilter isoliert, in der Fragmentierungszelle fragmentiert und mit dem Massenanalysator als Fragmentmassenspektrum gemessen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die zeitliche Länge der Fenster und damit die Verweilzeit des Massenfilters an die Dauer des Ionenmobilitätssignals in der Massen-Mobilitäts-Karte angepasst werden.
Bevorzugt werden mindestens zwei Sätze ausgewählt, wobei sich die ausgewählten Sätze deutlich voneinander unterscheiden und nicht die gleichen Ionensorten der Massen-Mobilitäts-Karte enthalten. Dennoch können schwache Ionensignale aus der Massen-Mobilitäts-Karte in mehreren Sätzen vorliegen, deren Fragmentmassenspektren für eine Erhöhung ihrer Qualität kombiniert werden.
Eine zweite Massen-Mobilitäts-Karte für eine zweite Messschleife kann gemessen werden, wenn ein vorgegebenes Zeitintervall abgelaufen ist, wenn eine vorgegebene Anzahl von Fragmentmassenspektren aufgenommen ist oder wenn alle Ionensorten der vorliegenden Massen-Mobilitäts-Karte fragmentiert und als Fragmentmassenspektren gemessen sind. Die Aufnahmeparameter der ersten und zweiten Massen-Mobilitäts-Karte können sich z. B. hinsichtlich des Mobilitätsbereichs, der Scandauer oder der Sammlungsdauer unterscheiden.
Die Dauer der Ionensignale in der Massen-Mobilitäts-Karte kann aus den Parametern des bei der Trennung verwendeten Ionenmobilitätsseparators abgeschätzt werden oder sie wird vorzugsweise experimentell aus der Massen-Mobilitäts-Karte des ersten Messzyklus bestimmt.
Die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden bevorzugt ein TIMS-Ionenmobilitätsseparator und in besonders bevorzugter Weise ein TIMS mit paralleler Sammlung. Am meisten bevorzugt ist, wenn dabei die Dauer des Mobilitätsscans im Wesentlichen der Dauer der Ionensammlung entspricht. Die Einführung und Verwendung des TIMS-Ionenmobilitätsseparators anstelle eines Driftrohr-Mobilitätsspektrometers ist nicht nur ein einfacher Ersatz: Verschiedene Betriebsmodi bieten mehrere einzigartige Vorteile, von denen einige erst bei eingehender Beschäftigung mit den Eigenschaften des TIMS zu Tage treten. Ein TIMS-Ionenmobilitätsseparator kann beispielsweise in einem sogenannten Modus für zeitlichen Zoom mit einer erhöhten Mobilitätsauflösung in mindestens einem Mobilitätsbereich betrieben werden, wie in der Veröffentlichungsschrift US 2012/0273670 A1 beschrieben. Die erhöhte Mobilitätsauflösung wird bevorzugt durch die Reduzierung der Geschwindigkeit erreicht, mit der die Höhe der elektrischen Gleichspannungsfeldbarriere während eines Mobilitätsscans variiert wird. Die Mobilitätsauflösung in dem interessierenden begrenzten Bereich kann höher als 100, insbesondere höher als 200 sein, während die gesamte Scanzeit des TIMS-Ionenmobilitätsseparators weniger als 200 ms, insbesondere weniger als 100 ms, beträgt.
Optional wird das Substanzgemisch zunächst durch einen vorgeschalteten Substanzseparator, z. B. einen Flüssigkeitschromatographen oder ein Elektrophoresegerät, getrennt, der bzw. das an die Ionenquelle gekoppelt ist.
Der Massenfilter ist bevorzugt ein HF-Quadrupol-Massenfilter. Der HF-Quadrupol-Stabmassenfilter kann auf die Masse der nächsten zu messenden Ionensorte so eingestellt werden, dass der Durchlass durch den Massenfilter zunächst geschlossen, dann auf die nächste Masse abgestimmt und anschließend zum richtigen Zeitpunkt für die nächste zu messende Ionensorte wieder geöffnet wird.
Die Fragmentierungszelle ist bevorzugt eine Durchflusszelle, in der die Ionen nicht gespeichert werden. Die Ionen werden bevorzugt durch stoßinduzierte Dissoziation (CID=collision induced dissociation) in einer gasgefüllten Zelle fragmentiert, können jedoch auch durch oberflächeninduzierte Dissoziation (SID=surface induced dissociation), Elektronenstoß (EI=electron impact), Elektroneneinfang-Dissoziation (ECD=electron capture dissociation), Elektronentransfer-Dissoziation (ETD=electron transfer dissociation) oder photoneninduzierte Dissoziation (entweder mithilfe von Infrarot- oder Ultraviolettlichtquellen) fragmentiert werden.
Der Massenanalysator ist bevorzugt ein Flugzeitmassenanalysator mit orthogonalem Ioneneinschuss (OTOF). OTOF-Massenanalysatoren bieten eine hohe Aufnahmerate von Massenspektren verbunden mit einer hohen Massenauflösung. Die Aufnahmerate liegt zwischen 1 kHz und 20 kHz, typischerweise um die 10 kHz. Es kann eine hohe Massenauflösung von mehr als 10.000, bis zu 100.000 oder sogar mehr, typischerweise etwa 30.000 bis 50.000, erreicht werden, insbesondere im Massenbereich der mit einer Elektrosprühquelle erzeugten Ionen von Verdaupeptiden.
Die Verweilzeit des Massenfilters ist bevorzugt ein Vielfaches der Scandauer des Massenanalysators und sollte mit den Scans des Massenanalysators synchronisiert werden. Wird ein Flugzeitmassenspektrometer verwendet und mit einer Aufnahmerate von 10.000 Massenspektren pro Sekunde betrieben, so weist die Aufnahme eines einzelnen (Fragment-) Massenspektrums eine Dauer von 100 Mikrosekunden auf. Die minimale Verweilzeit des Massenfilters sollte daher 100 Mikrosekunden betragen, und längere Verweilzeiten sollten jeweils Vielfache von 100 Mikrosekunden sein. Zudem sollten die Verweilzeiten mit den Aufnahmezeiten des Flugzeitmassenanalysators synchronisiert werden, wobei die Verzögerung durch den Transport der Ionen vom Ionenmobilitätsseparator durch Massenfilter und Fragmentierungszelle zum Massenanalysator zu berücksichtigen ist.
Die zeitliche Länge der Fenster und damit die Verweilzeit des Massenfilters können im Wesentlichen der Dauer des Ionenmobilitätssignals in der Massen-Mobilitäts-Karte entsprechen.
Die zeitliche Länge der Fenster und damit die Verweilzeit des Massenfilters können um Vielfache der Scandauer des Massenanalysators länger sein als die Dauer des Ionenmobilitätssignals in der Massen-Mobilitäts-Karte, z. B. ein bis zehn Scandauern, um den schwierigen Prozess der Synchronisierung zu vermeiden. Das Synchronisierungsverfahren kann sich als schwierig erweisen aufgrund von Streuvorgängen beim Transport der Ionen vom Ionenmobilitätsseparator zum Massenanalysator. Wenn die Scandauer des Massenanalysators 100 Mikrosekunden beträgt, kann der Auswahlprozess jeweils 100 Mikrosekunden (oder sogar 200 Mikrosekunden) an den Anfang und/oder an das Ende der Ionensignale hinzufügen. Mit 100 Mikrosekunden am Anfang und am Ende beträgt die minimale Auswahlzeit und damit die minimale Verweilzeit des Quadrupol-Massenfilters 300 Mikrosekunden. Mit 200 Mikrosekunden an jedem Ende beträgt die minimale Verweilzeit 500 Mikrosekunden, wodurch sich immer noch eine hohe Anzahl von wählbaren Ionensorten pro Zyklus ergibt.
In einem dritten Aspekt stellt die Erfindung eine Stromversorgungselektronik für den Quadrupol-Massenfilter zur Verfügung, mit der die Verweilzeit des Quadrupol-Massenfilters für jede Ionensorte gesteuert und an die Dauer des Ionenmobilitätssignals nach dem Ionenmobilitätsseparator angepasst werden kann, die anhand einer gemessenen Massen-Mobilitäts- Karte bestimmt oder über Parameter des Ionenmobilitätsseparators geschätzt wird. Die Stromversorgungselektronik des Quadrupol-Massenfilters erlaubt einen schnellen Wechsel von einem Filterzustand in einen anderen sowie die Steuerung der Verweilzeit.
Figurenliste

zeigt eine schematische Darstellung eines IMS/MS-Hybridsystems nach dem Stand der Technik, das eine Ionenquelle, eine Ionenfalle, einen Mobilitätsseparator vom Drifttyp, einen Quadrupol-Massenfilter, eine Ionenfragmentierungszelle und einen nachgeschalteten hochauflösenden Flugzeitmassenanalysator mit orthogonalem Ioneneinschuss (OTOF-Massenanalysator) umfasst und das mit einem vorgeschalteten Substanzseparator, z. B. einem Flüssigkeitschromatographen (LC), gekoppelt ist.
zeigt eine schematische Darstellung eines IMS/MS-Systems nach dem Stand der Technik, das einen TIMS-Mobilitätsseparator mit paralleler Sammlung als Ionenmobilitätsseparator umfasst.
zeigt ein Flussdiagramm eines multizyklischen Verfahrens für die Aufnahme von Fragmentmassenspektren von mehreren Ionensorten. Beide der in und gezeigten IMS/MS-Hybridsysteme können verwendet werden, um das multizyklische Verfahren durchzuführen.
zeigt eine simulierte Massen-Mobilitäts-Karte, die mit dem in dargestellten IMS/MS-Hybridsystem gemessen wurde.
zeigt einen Satz von Ionensorten (1) bis (13), die in der in gezeigten Massen-Mobilitäts-Karte ausgewählt sind, wobei die Dauern der Ionenmobilitätssignale dieser Ionensorten (1) bis (13) anhand der Massen-Mobilitäts-Karte bestimmt und zur Steuerung der Verweilzeiten des Quadrupol-Massenfilters in einem nachfolgenden Messzyklus verwendet werden.
zeigt eine simulierte Massen-Mobilitäts-Karte, die mit dem in dargestellten IMS/MS-Hybridsystem gemessen wurde.
zeigt einen Satz von Ionensorten (1) bis (13), die in der in gezeigten Massen-Mobilitäts-Karte ausgewählt sind, wobei die Dauern der Ionenmobilitätssignale dieser Ionensorten (1) bis (13) anhand der Massen-Mobilitäts-Karte bestimmt und zur Steuerung der Verweilzeiten des Quadrupol-Massenfilters in einem nachfolgenden Messzyklus verwendet werden.

Definitionen
Der Begriff „Verweilzeit“ bezieht sich auf den Quadrupol-Massenfilter und bezeichnet das Zeitintervall, in dem der Massenfilter geöffnet ist, sodass Ionen eines ausgewählten Massenbereichs passieren können.
Der Begriff „Auswahlzeit“ oder „Auswahlintervall“ bezieht sich auf virtuelle Zahlen, die das Zeitintervall um ein ausgewähltes Ionensignal in der Massen-Mobilitäts-Karte beschreiben, das zur Steuerung der Verweilzeit des Quadrupol-Massenfilters verwendet wird.
Der Begriff „Auswahlfenster“ bezeichnet die virtuellen Zahlen, die den Massenbereich und das Auswahlintervall um ein Signal in der Massen-Mobilitäts-Karte angeben. Anhand dieser Zahlen wird die Öffnung des Quadrupol-Massenfilters in Bezug auf Massenbereich und Verweilzeit gesteuert.
Unter einem „Satz von Auswahlfenstern“ versteht man eine zeitliche Abfolge von ausgewählten Fenstern mit möglichst geringen zeitlichen Abständen zwischen den Fenstern, aber ohne Überlappung.
Die Begriffe „Separator“ und „Trennung“ werden hier für Geräte und Verfahren verwendet, die unterschiedliche Substanzen oder unterschiedliche Ionensorten zeitlich trennen. Chromatographie, Kapillarelektrophorese und Ionenmobilitätsspektrometrie sind Trennverfahren. Die Bezeichnung „Filter“ bezieht sich auf Geräte und Verfahren, die nur ausgewählte Ionensorten aus einer größeren angebotenen Vielfalt durchlassen. Ein Beispiel hierfür ist der HF-Quadrupol-Massenfilter, mit dem sich Ionen nach Masse filtern lassen.
Der Begriff „Messschleife“ wird hier in einer besonderen Bedeutung verwendet: Eine Messschleife beginnt mit der Messung einer neuen Massen-Mobilitäts-Karte und der Auswahl von Sätzen sich nicht überschneidender Auswahlfenster, gefolgt von mehreren Fragmentmassenspektrum -Messzyklen.
Ein „Fragmentmassenspektrum-Messzyklus“, kurz „Zyklus“ oder „Messzyklus“ genannt, beginnt mit dem Transport der neuen Ionen von der Sammeleinheit zur Ionenmobilitätsscaneinheit und misst einen Satz von Fragmentmassenspektren der Ionensorten in einem Satz von Auswahlfenstern, die aus der Massen-Mobilitäts-Karte ausgewählt werden.
Die „Mobilitätsscanzeit“ oder „Mobilitätsscandauer“ ist als Dauer eines Ionenmobilitätsscans über einen interessierenden Bereich von Ionenmobilitäten definiert, in der Regel der Bereich der Mobilitäten der gespeicherten Ionen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Während die Erfindung mit Bezug auf eine Reihe verschiedener Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet anerkennen, dass verschiedene Änderungen bezüglich der Form und Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der in den Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.
Nach dem Stand der Technik ist die Verweilzeit eines Massenfilters, der Teil eines IMS/MS-Hybridsystems ist, wie in den und dargestellt, und zur Aufnahme von Fragmentmassenspektren ausgewählter Ionensorten verwendet wird, für alle isolierten Ionensorten gleich, insbesondere für das in gezeigte multizyklische Verfahren.
und zeigen simulierte Massen-Mobilitäts-Karten, die mit den in bzw. dargestellten IMS/MS-Hybridsystemen aufgenommen wurden. Jede Massen-Mobilitäts-Karte wird ohne Filtern der Masse und Fragmentierung aufgenommen und zeigt drei verschiedene Teilmengen von Ionensorten für verschiedene Ladungszustände. Die Massen-Mobilitäts-Karte in wird mit einem TIMS-Separator aufgenommen und unterscheidet sich von der Massen-Mobilitäts-Karte in , die mit einem Mobilitätsseparator vom Drifttyp aufgenommen wird. Die Ionensorten verlassen den TIMS-Mobilitätsseparator in der Reihenfolge ihrer Mobilitäten (niedrigste Mobilität zuerst), nicht in der Reihenfolge der umgekehrten Mobilitäten (höchste Mobilität zuerst). Eine Feinanalyse von Massen-Mobilitäts-Karten zeigt, dass die Dauer des Ionenmobilitätssignals zwischen den Ionensorten variiert. Diese Tatsache wird in den und (und den entsprechenden und ) durch Linien-Signale unterschiedlicher Länge angezeigt; die Dicke weist nicht auf Massenschwankungen hin, sondern gibt die Intensität der Signale an. In Richtung m/z weisen die Signale die üblichen Isotopenverteilungen auf (in den bis nicht sichtbar).
Die Dauer des Ionenmobilitätssignals einer Ionensorte während einer einzigen Mobilitätstrennung hängt z. B. von dem Zeitpunkt ab, an dem die Ionensorte den Ionenmobilitätsseparator verlässt und insbesondere von der Anzahl der Konfigurationsisomere, die vom Ionenmobilitätsseparator nicht aufgelöst werden. Bei Verwendung eines zeitlichen Zooms während einer TIMS-Trennung hängt die Dauer eines Ionenmobilitätssignals von der momentanen Scangeschwindigkeit des TIMS-Mobilitätsseparators ab. Die Dauer des Ionenmobilitätssignals von „gezoomten“ Ionenarten ist länger als das Ionenmobilitätssignal von Ionenarten, die nicht Bestandteil des zeitlichen Zooms sind. Daher muss die Verweilzeit des Massenfilters so angepasst werden, dass alle Ionen der „gezoomten“ Ionensorten berücksichtigt werden, ohne dabei die Gesamtzahl der Ionensorten zu verringern, indem eine konstante (lange) Verweilzeit der „gezoomten“ Ionensorten zugrunde gelegt wird. Die Anpassung der Verweilzeit hat gegenüber einer konstanten Verweilzeit den Vorteil, dass die Anzahl der wählbaren Ionensorten in einer einzigen Mobilitätstrennung erhöht werden kann, insbesondere um etwa den Faktor zwei, wodurch sich die Anzahl der Fragmentspektren pro Zyklus verdoppelt.
zeigt die Massen-Mobilitäts-Karte von mit einem ausgewählten Satz von sich nicht überschneidenden Ionenarten (1) bis (13). Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verweilzeit des Quadrupol-Massenfilters an die Dauer der ausgewählten Ionenmobilitätssignale angepasst, die aus der Massen-Mobilitäts-Karte bestimmt werden.
zeigt die Massen-Mobilitäts-Karte von mit einem ausgewählten Satz von sich nicht überschneidenden Ionenarten (1) bis (13). Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verweilzeit des Quadrupol-Massenfilters an die Dauer der ausgewählten Mobilitätssignale angepasst, die aus der Massen-Mobilitäts-Karte bestimmt werden.
Die vorgesehene Anpassung der Verweilzeit des Massenfilters ermöglicht es, abhängig von der Variation in der Dauer der Ionenmobilitätssignale, Sätze von Auswahlfenstern mit einer deutlich erhöhten Anzahl von Ionensorten pro Messzyklus im Vergleich zum bisherigen Verfahren nach dem Stand der Technik auszuwählen. Bei üblichen Zusammensetzungen von komplexen Verdaupeptid-Gemischen ist eine Zunahme um etwa den Faktor zwei oder drei möglich, wodurch sich die Anzahl der Fragmentspektren pro Zyklus verdoppelt oder verdreifacht.
Die Erfindung wurde mit Bezug auf eine Reihe unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oben gezeigt und beschrieben. Fachleute auf dem Gebiet werden jedoch verstehen, dass verschiedene Aspekte oder Einzelheiten der Erfindung geändert werden können oder verschiedene Aspekte oder Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsformen beliebig kombiniert werden können, falls es praktikabel ist, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Ganz allgemein dient die vorstehende Beschreibung nur zur Veranschaulichung und nicht zur Einschränkung der Erfindung, die ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, einschließlich gegebenenfalls möglicher äquivalenter Implementierungen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6960761 [0003]
US 7838826 [0004]
US 9683964 [0007]
US 9891194 [0008]
US 2012/0273670 A1 [0017]

Claims

Ein Verfahren zur Aufnahme von Fragmentmassenspektren von Substanzen in komplexen Substanzgemischen unter Verwendung eines massenspektrometrischen Hybridsystems, das eine Ionenquelle, einen Ionenmobilitätsseparator, einen Massenfilter, eine Ionenfragmentierungszelle und einen Massenanalysator umfasst, die folgenden Schritte umfassend: - Zeitliche Trennung der Ionen nach ihrer Mobilität durch den Ionenmobilitätsseparator; - Isolierung der getrennten Ionensorten eines vorbestimmten Satzes nacheinander anhand der Masse durch den Massenfilter; - Fragmentierung der isolierten Ionensorten in der Fragmentierungszelle und Aufnahme von Fragmentmassenspektren durch den Massenanalysator, wobei die Verweilzeit des Massenfilters während der Isolation für mindestens eine der Ionensorten des vorbestimmten Satzes an die Dauer des Ionenmobilitätssignals von der mindestens einen Ionensorte nach der Trennung im Ionenmobilitätsseparator angepasst ist.
Ein Verfahren zur Aufnahme von Fragmentmassenspektren von Substanzen in komplexen Substanzgemischen unter Verwendung eines massenspektrometrischen Hybridsystems, das eine Ionenquelle, einen Ionenmobilitätsseparator, einen Massenfilter, eine Ionenfragmentierungszelle und einen Massenanalysator umfasst, wobei in einem ersten Messzyklus eine Massen-Mobilitäts-Karte von Ionensorten mit Ionenmobilitätsscanzeiten gegen Ionenmassen gemessen wird, aus der mindestens ein Satz von zeitlich getrennten virtuellen Fenstern ausgewählt wird, die Ionensorten mit unterschiedlichen Massen und unterschiedlichen Mobilitätsscanzeiten umfassen, und wobei in einem zweiten Messzyklus die Ionensorten aus dem mindestens einen Satz jeweils nacheinander durch den Massenfilter, der bezüglich Masse und Verweilzeit gesteuert wird, isoliert, in der Fragmentierungszelle fragmentiert und mit dem Massenanalysator als Fragmentmassenspektren gemessen werden, gekennzeichnet dadurch, dass die zeitliche Länge der Fenster und somit die Verweilzeit des Massenfilters an die Dauer des Ionenmobilitätssignals in der Massen-Mobilitäts-Karte angepasst sind.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zeitliche Länge der Fenster und somit die Verweilzeit des Massenfilters im Wesentlichen der Dauer des Ionenmobilitätssignals in der Massen-Mobilitäts-Karte entspricht.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zeitliche Länge der Fenster und damit die Verweilzeit des Massenfilters mindestens einer Scandauer des Massenanalysators entspricht und die Verweilzeit mit den Scans des Massenanalysators synchronisiert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Scandauer des Massenanalysators 100 Mikrosekunden beträgt und die zeitliche Länge der Fenster und somit die Verweilzeit des Massenfilters Vielfache von 100 Mikrosekunden betragen.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zeitliche Länge der Fenster und damit die Verweilzeit des Massenfilters um mindestens ein bis vier Scandauern des Massenanalysators länger als die Dauer des Ionenmobilitätssignals in der Massen-Mobilitäts- Karte ist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Scandauer des Massenanalysators 100 Mikrosekunden beträgt und die zeitliche Länge der Fenster und somit die Verweilzeit des Massenfilters um 200 Mikrosekunden am Anfang und um 200 Mikrosekunden am Ende des Ionensignals in der Massen-Mobilitäts-Karte länger als die Dauer des Ionenmobilitätssignals in der Massen-Mobilitäts- Karte ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei mindestens zwei Sätze von Fenstern ausgewählt werden und sich die ausgewählten Sätze von Fenstern deutlich voneinander unterscheiden und nicht die gleichen Ionensorten der Massen-Mobilitäts-Karte enthalten.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei schwache Ionensignale aus der Massen-Mobilitäts-Karte in mehreren Sätzen von Fenstern vorliegen, und wobei deren Fragmentmassenspektren für eine Erhöhung ihrer Qualität kombiniert werden.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei eine zweite Massen-Mobilitäts-Karte für eine zweite Messschleife gemessen wird, wenn ein vorgegebenes Zeitintervall abgelaufen ist, wenn eine vorgegebene Anzahl von Fragmentmassenspektren aufgenommen ist oder wenn alle Ionensorten der vorliegenden Massen-Mobilitäts-Karte fragmentiert und als Fragmentmassenspektren gemessen sind.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei sich der Mobilitätsbereich einer zweiten Massen-Mobilitäts-Karte von dem Mobilitätsbereich einer ersten Massen-Mobilitäts-Karte unterscheidet.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei sich die Ionensammlungsdauer der zweiten Massen-Mobilitäts-Karte von der Ionensammlungsdauer der ersten Massen-Mobilitäts-Karte unterscheidet.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem ein Speicherionen-Mobilitätsspektrometer (TIMS) mit paralleler Ionensammlung als Ionenmobilitätsseparator verwendet wird.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Ionenmobilitätsscandauern im Wesentlichen den Ionensammlungsdauern entsprechen.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei ein Flugzeitmassenanalysator mit orthogonalem Ioneneinschuss (OTOF) als Massenanalysator verwendet wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem mit Substanzgemischen gearbeitet wird, die von einem vorgeschalteten Substanzseparator, wie z. B. einem Flüssigkeitschromatographen oder einer Kapillarelektrophoreseeinheit, bereitgestellt werden.