用于利用離子淌度譜測量離子的碰撞截面的快速方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及離子淌度譜（IMS)和離子淌度-質(zhì)譜（頂-MS)。本發(fā)明尤其涉 及用于利用頂-MS器件來測量（計算）分析物離子的碰撞截面（CCS)的方法開發(fā)。
【背景技術(shù)】
[0002] 離子淌度譜（MS)是一種氣相離子分離技術(shù)，其中，離子隨著它們行進(jìn)通過含有 已知組分（例如氮）、壓力和溫度的緩沖氣體（漂移氣體）的已知長度的漂移單元（漂移 管）而在時間上變?yōu)榉蛛x的。在這種行進(jìn)期間，離子基于可以與它們的通過緩沖氣體的不 同淌度相關(guān)的它們的不同碰撞截面（CCS)而變?yōu)榉蛛x的。IMS系統(tǒng)通常包括用于對感興趣 樣本的分子進(jìn)行離子化的離子源，后隨接收離子的漂移單元，后隨用于對分離后的離子進(jìn) 行計數(shù)的離子檢測器。離子檢測器與被配置用于根據(jù)需要處理來自離子檢測器的輸出信號 以產(chǎn)生用戶可解釋漂移譜的電子器件進(jìn)行通信。漂移譜典型地呈現(xiàn)為包含指示所檢測到的 離子的相對豐度的一系列峰值作為它們通過漂移單元的漂移時間的函數(shù)的圖線。漂移譜可 以用于標(biāo)識并且區(qū)分樣本的不同分析物核素。
[0003]MS可以與一種或多種其它類型的分離技術(shù)耦合，以增加化合物標(biāo)識能力（例如 氣體色譜（GC)、液體色譜（LC)或質(zhì)譜（MS))。例如，IMS漂移單元可以與MS系統(tǒng)內(nèi)嵌耦合， 以形成組合的頂-MS系統(tǒng)。MS系統(tǒng)通常包括用于基于離子的不同質(zhì)荷比（或m/z比，或更 簡單地，"質(zhì)量"）來分離離子的質(zhì)量分析器，后隨離子檢測器。MS分析產(chǎn)生質(zhì)譜，其為指示 所檢測到的離子的相對豐度的一系列峰值作為它們的m/z比的函數(shù)。質(zhì)譜可以用于確定樣 本的成分的分子結(jié)構(gòu)。IMS漂移單元一般耦合到飛行時間質(zhì)譜儀（TOFMS)，其利用無電場飛 行管形式的高分辨率質(zhì)量分析器（TOF分析器）。離子提取器（或脈沖器）將脈沖（或包 封）中的離子注入到飛行管中。不同質(zhì)量的離子以不同速度行進(jìn)通過飛行管，并且因此根 據(jù)它們的不同質(zhì)量而分離（分離開），這使得能夠進(jìn)行基于飛行時間的質(zhì)量分辨。
[0004] 在組合式頂-MS系統(tǒng)中，離子源后隨MS漂移單元，MS漂移單元后隨質(zhì)量分析器， 然后是離子檢測器。因此，離子在發(fā)送到MS之前據(jù)淌度而得以分離，在MS中，它們?nèi)缓笫?質(zhì)量解離。在包括生物聚合物（例如多聚核苷酸、蛋白質(zhì)、碳水化合物等）的復(fù)雜化學(xué)混合 物的分析中，串行執(zhí)行兩種分離技術(shù)是特別有用的，這是因為所加入的由頂分離提供的維 度可以有助于分離彼此不同但呈現(xiàn)交疊質(zhì)量峰值的離子。這種混合式分離技術(shù)可以進(jìn)一步 通過其與LC耦合而得以增強(qiáng)，因此提供LC-IM-MS系統(tǒng)。
[0005] 在低場漂移時間MS技術(shù)中，離子在漂移單元的電極所建立的均勻DC電壓梯度的 影響下行進(jìn)通過漂移單元。對于低場頂S技術(shù)所利用的典型電場包括但不限于10至20V/ cm，并且典型緩沖氣體壓力包括但不限于1至760T〇rr。在電場將離子移動通過漂移單元的 同時，離子歸因于與漂移單元中的靜止緩沖氣體的碰撞而經(jīng)歷拖拽力。拖拽力抵抗移動離 子的電力。離子所經(jīng)歷的拖拽力取決于作為離子的大小和形狀的函數(shù)的其碰撞截面（CCS 或Q)，并且取決于其電荷和質(zhì)量。因為多個帶電離子歸因于電場而經(jīng)歷更大的力，所以多 個帶電離子比單個帶電離子更高效地移動通過緩沖氣體。具有較大CCS的離子因與緩沖氣 體的碰撞而更容易受阻。在進(jìn)入漂移單元之后，快速地達(dá)到拖拽力與電力之間的均衡狀態(tài)， 并且離子以恒定漂移速度Vd開始移動，漂移速度Vd如下與所施加的強(qiáng)度E的電場成正比：
[0006] Vd=KE, (1)
【主權(quán)項】
1. 一種用于測量樣本離子的碰撞截面（CCS)的方法，所述方法包括： 測量所述樣本離子從離子淌度譜漂移單元的入口行進(jìn)到所述漂移單元的出口外部的 離子檢測器所耗費(fèi)的總漂移時間；以及 根據(jù)以下公式計算所述樣本離子的CCS: Q=(tD-tfix) / 0y, 其中，Q是CCS，tD是所測量的總漂移時間，tfix是固定延遲時間參數(shù)，0是所述樣本 離子行進(jìn)通過所述漂移單元并且通過所述漂移單元外部的淌度依賴區(qū)域所耗費(fèi)的漂移時 間有關(guān)的比例系數(shù)，y= (11^0?+!?))"2/+其中，Hi1是所述樣本離子的質(zhì)量，mB是所述漂移 單元中的漂移氣體分子的質(zhì)量，q是所述樣本離子的電荷狀態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述固定延遲時間tfix計量器件依賴時間測量延 遲、或淌度獨(dú)立飛行時間、或時間測量延遲與淌度獨(dú)立飛行時間二者。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括：在對于測量所述樣本離子的總漂移時間所利用的 基本上相同操作條件下，通過測量各個已知CCS的多個基準(zhǔn)離子行進(jìn)通過所述漂移單元到 達(dá)所述離子檢測器所耗費(fèi)的各個總漂移時間來確定所述比例系數(shù)0。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，確定所述比例系數(shù)0包括：應(yīng)用多個數(shù)據(jù)點(diǎn)的簡 單線性回歸，每個數(shù)據(jù)點(diǎn)是作為yD的函數(shù)的對于各個基準(zhǔn)離子所測量的總漂移時間，并 且其中： D是所述基準(zhǔn)離子的已知CCS; Y=OVO^+nO)"2/+其中，Hi1是所述基準(zhǔn)離子的質(zhì)量，mB是所述漂移單元中的漂移 氣體分子的質(zhì)量，q是所述基準(zhǔn)離子的電荷狀態(tài)；以及 所述比例系數(shù)是穿過所述數(shù)據(jù)點(diǎn)的直線的斜率。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述漂移單元含有漂移氣體的混合物，應(yīng)用簡單線 性回歸包括：計算用于叫的值。
6. 如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，包括：同時將多個樣本離子注入到所述漂 移單元中，測量各個樣本離子的總漂移時間，計算各個樣本離子的CCS，確定至少一個所選 擇的樣本離子的所計算的CCS與用于所選擇的樣本離子的基準(zhǔn)CCS值之間的百分比誤差， 以及將所計算的所述各個樣本離子的CCS縮放所述百分比誤差。
7. 如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中，計算CCS進(jìn)一步基于所述樣本離子行進(jìn) 通過所述漂移單元與所述離子檢測器之間的淌度獨(dú)立區(qū)域所耗費(fèi)的淌度獨(dú)立飛行時間。
8. 如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中，計算CCS包括：根據(jù)以下公式計量所述淌 度獨(dú)立飛行時間： Q= (tD -tfix -(A(In1/q)1/2)) / 0y, 其中，AOVq)"2是所述淌度獨(dú)立飛行時間，A是取決于所述淌度獨(dú)立區(qū)域中的電場強(qiáng) 度的比例系數(shù)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，包括：通過以下步驟來確定所述固定延遲時間tfix和所述 比例系數(shù)A和0:在對于測量所述樣本離子的所述總漂移時間所利用的基本上相同操作條 件下測量各個已知CCS的三個或更多個基準(zhǔn)離子行進(jìn)通過所述漂移單元到達(dá)所述離子檢 測器所耗費(fèi)的各個總漂移時間，以及使用所述各個三個或更多個基準(zhǔn)離子的已知參數(shù)質(zhì)量 I%、CCSQ和電荷狀態(tài)q來通過最小二乘法求解如權(quán)利要求16所述的公式。
10. -種離子淌度-質(zhì)譜（IM-MS)系統(tǒng)，包括： 頂漂移單元，其包括漂移單元入口和漂移單元出口； 中間區(qū)域，其跟隨所述漂移單元出口并且包括淌度依賴區(qū)域； MS檢測器，其跟隨所述中間區(qū)域；以及 計算設(shè)備，其配置用于通過以下步驟測量樣本離子的碰撞截面（CCS): 測量所述樣本離子從所述漂移單元入口行進(jìn)到所述離子檢測器所耗費(fèi)的總漂移時間； 以及 基于所測量的總漂移時間以及所述樣本離子行進(jìn)通過所述漂移單元并且通過所述淌 度依賴區(qū)域所耗費(fèi)的漂移時間有關(guān)的比例系數(shù)來計算所述樣本離子的CCS。
【專利摘要】在此公開用于利用離子淌度譜測量離子的碰撞截面的快速方法?？梢酝ㄟ^測量樣本離子耗費(fèi)于行進(jìn)通過離子淌度譜漂移單元到達(dá)離子檢測器的總漂移時間來計算所述樣本離子的碰撞截面(CCS)?？梢曰谒鶞y量的總漂移時間以及定義所述樣本離子耗費(fèi)于行進(jìn)通過漂移單元與檢測器之間的淌度支配區(qū)域的時間的比例系數(shù)來計算CCS?？梢愿鶕?jù)測量基準(zhǔn)離子的總漂移時間來確定所述比例系數(shù)。計算所述樣本離子的CCS還基于定義所述樣本離子耗費(fèi)于行進(jìn)通過淌度獨(dú)立區(qū)域的時間的比例系數(shù)，在所述淌度獨(dú)立區(qū)域中，所述離子的速度取決于所述離子的靜電場強(qiáng)度、質(zhì)量和電荷狀態(tài)。
【IPC分類】G01N27-62
【公開號】CN104820009
【申請?zhí)枴緾N201510050582
【發(fā)明人】A·莫德海, R·T·庫魯拉加馬, C·克萊因, J·弗杰爾德斯泰德
【申請人】安捷倫科技有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年1月30日
【公告號】DE102015201624A1, US20150219598