關於質譜儀的改進的製作方法

2023-09-22 08:36:10

專利名稱：關於質譜儀的改進的製作方法
關於質譜儀的改進本發明涉及包括反應單元的質譜儀以及利用該質譜儀的方法。具體地，儘管 不是排他地，本發明涉及串聯質譜儀和串聯質譜測定法。 一般而言，質譜儀包括用 於由待分析的分子生成離子的離子源和用於將離子引導到質量分析器的離子光學 部件。串聯質譜儀還包括第二質量分析器。在串聯質譜測定法中，通過利用第一質 量分析器收集質譜，然後利用第一質量分析器從質譜中選擇期望的前體離子，將選 擇的前體離子噴射到反應單元，這些前體離子在反應單元中分裂，將包括分裂的離 子的離子輸送到用於收集分裂離子的質譜的第二質量分析器來進行電離分子的結 構說明。該方法可延伸到提供分裂的一個或多個另外的階段(即，分裂離子的分裂 等)。這一般稱為MS、且n表示離子生成的數量。因此，MSZ對應於串聯質譜測 定法串聯質譜儀可分為三種類型(1) 空間連續，對應於傳輸質量分析器的組合(例如，磁扇、四極、飛行時間 (TOF)，通常在中間具有碰撞單元)；(2) 時間連續，對應於獨立的捕集質量分析器(例如，四極、線性、傅立葉變換 離子迴旋共振(FT-ICR)、靜電阱)；以及(3) 時間和空間連續，對應於阱和傳輸質量分析器的合併。 大部分串聯質譜儀具有沿公共軸互相連接的不同的質量分析的平臺。這種連續的幾何形狀允許RF碰撞單元或另外的捕集平臺的安裝，但排斥了其它設備，諸如 另外的離子源(例如，用於引入校準離子或相反極性的離子)； *用於引入雷射輻射的窗口； 用於離子的軟著陸的表面(如WO03/105183中所述)； 用於表面誘導解離(SID)的表面；或，電子源(例如，用於引入電子以實現電子捕獲解離(ECD)，參見WO02/078048 和WO03脂545)。WO02/48699提供了具有連續幾何形狀的串聯質譜儀的例子。該質譜儀包括離
子源、 一系列的離子阱、這些離子阱中的一個用作碰撞單元，其後連接TOF分析器。利用離子運動的多次反轉來進行串聯質量分析和MS 這通過捕集離子、以反向釋放它們、分裂、分裂物的捕集以及重複該循環以生成所需數量的離子生成來實現。然而，最後分裂物必須通過所有的離子阱返回以行進到連續排列的TOF分析器。WO97/48120中描述了具有連續幾何形狀的串聯質譜儀，儘管不常見。離子源 生成垂直加速進入TOF分析器的離子。該離子由離子鏡反射離子中的某些由TOF 收集，而某些延伸到位於TOF分析器之後的反應單元，在反應單元中可分裂離子。 反射分裂的離子以沿相反路徑返回到TOF分析器而由TOG檢測器收集。反應單元 可以三種方式之一來分裂離子碰撞誘導解離(CID)、 SID或光子誘導解離(PID)。 儘管這種幾何形狀在反應單元的設計和操作方面提供了較大的靈活性，但因為垂直 脈動的低佔空比導致高的離子損耗，所以其用途是有限的。與背景相比，並根據第一方面，本發明屬於利用具有縱軸的質譜儀的質譜 測定法的方法，包括以下連續的步驟(a)在離子源中生成離子；(b)提取離子使 得它們在相對於離子源的正向上沿質譜儀的縱軸行進；(c)當離子以正向沿縱軸 行進時使離子進入然後離開中間離子存儲器；(d)當離子以正向沿縱軸行進時使 它們進入反應單元；(e)在反應單元內處理離子；(f)使處理的離子離開反應單元 以在相對於離子源的反向上沿縱軸返回；(g)當離子以反向沿縱軸行進時使處理 的離子再次進入中間離子存儲器，並選擇地將它們捕集於其中；(h)使處理的離 子的一個或多個脈衝在偏離軸的方向上離開中間離子存儲器；(i)使處理離子的 一個或多個脈衝進入質量分析器；以及CJ)利用質量分析器獲得處理的離子的一 個或多個脈衝的質譜。己清楚諸如分裂物之類的處理離子的有效質量分析需要其發射與質量分析器 的工作相匹配。由於大部分高性能質量分析器(例如，FTICR、 TOF、軌道阱等)具 有固有的脈衝性質，必須在將離子作為離子脈衝注入到質量分析器前將離子存儲一 段時間。這可利用另外的離子存儲器或將這一離子存儲器結合到反應單元來實現。 還清楚可重新構造相同的離子存儲器，以便不僅將離子注入到質量分析器，而且在 與離子入口的方向基本不同的方向上將離子注入到質量分析器(以下將更詳細地描述)。除儀器布局簡單外，在不需要時，該安排有利地避免了將離子引導到反應單 元。一般而言，關於相同m/z的離子的脈衝持續時間應適當地低於lms，較佳的
是低於10微秒。最佳的狀態對應於短於0.5微秒的離子脈衝(這可用於大約在400 至2000之間的m/z)。或者，特別是對於具有展開m/z的離子脈衝，發射脈衝的空 間長度應小於lm，且較佳地是低於50mm。最佳的狀態對應於約5-10mm或更短 的離子脈衝。最佳的狀態尤其有利於類似於軌道阱分析器和多反射TOF分析器的 靜電類型的質量分析器。當然，"離子"不應理解為質譜儀內的所有離子。這與在傳輸期間將不可避 免地損失某些離子，將不處理有些離子(即，在反應單元內不處理它們)，以及質量 分析器未能檢測有些離子的事實一致。然而，有一組離子將經歷所有上述的步驟所 以落入所採用的術語內。質譜儀的縱軸不必是線性的，但應一般通過質譜儀延伸。例如，縱軸可在一 個或多個部分彎曲，例如，蜿蜒的形狀，以形成緊湊的質譜儀。利用這一幾何形狀提供了對上述現有技術系統的問題和缺點的靈活的解決方 案。有利的是，在反應單元中有效地反射離子使得它們從同一側進入和離開。然而， 離子被反射回來進入中間離子存儲器，在中間離子存儲器中使它們偏離軸噴射到質 量分析器。當沿兩軸向使離子傳輸進入和離開中間離子存儲器，並偏離軸噴出時， 中間離子存儲器在穿過質譜儀的離子路徑中提供一結。在噴射前可將離子捕集在中 間離子存儲器中。這種安排允許質量分析器的有效地自由選擇，從而克服了 WO97/48120對垂直加速TOF分析器有限的適用性。此外，本發明的優點不限於 串聯或MS"普測定法，並具有較寬的應用。當本方法用於串聯質譜測定法時，將離子傳輸到反應單元，在反應單元中根 據諸如CID、 ECD、 SID和PID之類的任何已知的方案分裂離子。這可包括硬分裂， 例如，將離子分裂到簡單的元素和其氧化物、氫化物等。此外，反應單元的反射幾 何形狀可形成用於簡明ECD的電子源(例如，它只不過直接向下指向縱軸)和同樣 用於PID的雷射器或用於SID的表面的自然裝置。此外，該方法還可在步驟(g)和(h)之間選擇地包括以下步驟使離子以反向沿 縱軸離開中間離子存儲器；選擇地，提供另外的離子選擇；反射離子使得它們以正 向沿縱軸返回行進，使得離子再次穿過中間離子存儲器然後進入反應單元；在反應 單元中進一步處理離子；使處理的離子離開反應單元，以反向沿縱軸返回行進，以 再次進入中間離子存儲器。處理和進一步的處理步驟可包括分裂、從而允許MSS譜測定法。引起另外多 次反射可使離子返回反應單元，用於更多的分裂階段，使得該方法可提供MSn質
譜測定法。較佳的是，步驟(C)還包括在離子進入後在中間離子存儲器中捕集離子然後使 離子離開。在中間離子存儲器中捕集離子可提供兩種好處。第一，可在時間段上 累積離子。第二，可擠壓中間離子存儲器中捕集的離子以形成緊湊的束。後一好處 在接下來將離子噴射到質量分析器的情況中是特別有利的，尤其是離子束的聚焦是 較佳的情況下，例如，從彎曲線性四極噴射到諸如軌道阱分析器之類的靜電分析器。中間離子存儲器可以在傳輸模式中工作，使得以正向沿縱軸行進的離子直接 穿過中間離子存儲器。儘管作為步驟(e)中離子處理的例子描述了分裂，但本發明還擴大到其它形式的處理。在本發明的某些實施例中，可將處理離子視為使離子反應，即，引起涉及 離子的相互作用以引起這些離子的變化。除通過分裂引起離子的破裂外，離子的其 它變化可包括其電荷狀態的改變。在廣義上，可將處理離子視為在反應單元中改變 離子總體。這可以很多不同的方式來實現。例如，可去除離子總體的一部分，如通 過質量分析使得僅期望的質量範圍的離子返回到中間離子存儲器或通過基於離子 遷移率的選擇。處理可包括將另外的離子引入到離子總體。這可以通過引入校準離 子或引入相反極性的離子來完成。同樣，處理可包括改變離子總體的能量散度。可 獨自地進行或以任意組合進行這些處理步驟。選擇地，在步驟(h)中捕集處理的離子包括"冷卻"離子使得它們失去能量。 有兩種較佳的實現方式。第一種是碰撞冷卻，其中將氣體引入中間離子存儲器使得 離子在低能碰撞(足夠低以避免進一步分裂離子)中失去能量。第二是通過其它公知 的絕熱冷卻技術。較佳地，該方法在步驟(b)和(C)之間還包括在離子以正向沿縱軸行進時使它 們進入然後離開離子阱。在該方法還包括在使離子以正向沿縱軸離開離子阱前在離 子阱中捕集離子的情況下，這一安排特別有利。由此，在釋放離子以在反應單元中 處理前，可在離子阱中累積期望的數量的離子。可控制累積的離子的數量，例如， 利用自動增益控制以保證獲得優化數量的離子(期望儘可能多的離子以保證質譜中 良好的統計和如果離子濃度太高則空間電荷的有害效應之間的折衷)。離子阱還可 用於以組合或擇一的方式收集質譜和選擇地進行穿過該離子阱的離子的質量選擇。 當然，可在離子穿過離子阱任意次數的期間以這些方式中的任一種方式使用離子 阱。在採用離子沿質譜儀多次通過的情況下，離子阱可用於在與由反應單元進行的 反射相對的端處反射離子。從第二方面，本發明屬於具有縱軸的質譜儀，包括離子源；用於沿縱軸導 引由離子源生成的離子的離子光學部件；中間離子存儲器，它位於離子源的下遊並 具有位於縱軸上的第一和第二孔以及偏離軸定位的第三孔，使得第一孔面向離子 源；反應單元，它位於中間離子存儲器的下遊並具有面向中間離子存儲器的第二孔 的孔，其中反應單元用於處理離子；以及質量分析器，它與中間離子存儲器相鄰並 具有面向中間離子存儲器的第三孔的入口孔，且其中中間離子存儲器用於將一個或 多個離子脈衝從第三孔噴射到質量分析器。如上所述，反應單元可用於處理離子。例如，反應單元可引起離子總體的變 化，可使離子反應以引起離子的變化，或可引起離子的分裂。以此布置，可在離子源中生成離子，以正向沿縱軸傳輸離子，以使離子穿過 中間離子存儲器的第一孔然後穿過中間離子存儲器的第二孔，並穿過反應單元的 孔。然後可使離子反射，使得它們以反向穿過反應單元的孔再次出現，然後通過第 二孔再次進入中間離子存儲器。然後可通過第三孔偏離軸噴射離子。可通過任何適當的方法來設置孔。例如，孔可僅對應於其相關聯部件的缺失 端面。或者，它們可對應於在電極等中或電極等之間留下的間隙所設置的孔。可從任何普通可用類型中自由地選擇離子源，如電噴霧源、電子轟擊源、化 學電離源、大氣壓光致電離、MALDI(大氣壓、減壓或真空下)、二次離子源或質量 分析或分離的任何前面的階段(例如，DC或場不對稱離子遷移率頻譜儀、行波譜儀 等)。可以很多方式來實現中間離子存儲器。例子包括3D四極離子阱或存儲器多 極。在採用存儲器多極的情況下，可利用RF電位來實現存儲器，並且較佳的是用 如GB0413852.5所述的RF開關來實現。無論選擇哪一種，它必須能夠軸向和偏離 軸向噴射。較佳的是，垂直地進行偏離軸噴射，以將中間離子存儲器的第三孔定位 成允許垂直噴射。選擇地，中間離子存儲器具有用於將氣體引入中間離子存儲器的相關聯的氣 體源。氣體可用於離子的氣體輔助捕集。在目前較佳的實施例中，中間離子存儲器是彎曲的線性離子存儲器。彎曲的 線性阱的優點在於它允許離子脈衝的噴射(即，快速噴射)，而不需要進一步的成形。 中間離子存儲器的曲率可用於對從離子存儲器通過第三孔垂直噴射的離子進行聚 焦。即，可垂直於離子路徑噴射離子使得它們朝向曲率中心行進或徑向會聚。可選 擇地穿過一組離子光學部件將離子噴射到諸如軌道阱分析器之類的靜電質量分析
器。中間離子存儲器的曲率和軌道阱分析器的定位可以使得離子在軌道阱分析器的 入口孔處聚焦。反應單元可採用很多不同的形式。反應單元可對應於充氣的離子-分子反應器， 或反應單元可具有用於將離子引入反應器單元的離子源。可從外部源(例如，亞穩 原子源或放電或通過電場清除的具有帶電核素的噴霧)釋放氣態或作為激發核素 (分子或原子)的束的分子。這一反應單元可用於使輸入離子改變、淨化或分裂。為了分裂的目的，反應單元還可包括用於ECD的電子源、用於SID的表面、用於離 子-離子反應的離子源(例如，以促進質子轉移或電子轉移解離ETD)、用於CID或 任何頻譜範圍的光子束的特定的碰撞氣體。當然，可採用具有以上特徵的任何組合 的混和單元。儘管上面描述了諸如軌道阱質量分析器之類的靜電質量分析器，但可採用其 它類型的質量分析器。例如，質量分析器可對應於FT-ICR單元或TOF分析器。選擇地，質譜儀還可包括位於離子源和中間離子存儲器之間並具有位於縱軸 上的孔的離子阱。將孔定位成允許離子沿縱軸通過。該離子阱可包括另外的質量分 析器。這允許收集前體離子的質譜。例如，離子阱可以是傳輸細長電極、磁扇或 Wien過濾器、四極濾質器、具有共振或質量選擇的離子選集的存儲器RF多極、 3D四極離子阱或線性阱。較佳的是，質譜儀還包括用於進行任何上述方法的控制器。本發明還擴展到 包括電腦程式指令的電腦程式，當由控制器執行電腦程式指令時，使得控制 器進行上述方法中的任一種。本發明還擴展到其上存儲有這種電腦程式的計算機 存儲介質。根據又一方面，本發明屬於具有縱軸的質譜儀，包括沿所述軸引導離子的 離子源；具有位於所述軸上的入口孔的反應單元；質量分析器；以及可在第一模式 和第二模式之間轉換的離子光學部件，在第一模式中將來自離子源的離子沿所述軸導引到所述反應單元並將在反應單元中產生的產物離子導引到用於分析的質量分 析器，在第二中模式中來自離子源的離子從所述軸偏離並將該離子導引到用於分析 的質量分析器而不進入反應單元。根據本發明的再另一個方面，本發明屬於具有縱軸的質譜儀，包括沿所述 軸引導離子的離子源；反應單元；具有位於所述軸上的入口孔的質量分析器；以及 可在第一模式和第二模式之間轉換的離子光學部件，在第一模式中來自離子源的離子從所述軸偏離並將該離子導引到反應單元並將在反應單元中產生的產物離子導 引回所述軸並導引至質量分析器的入口孔，在第二模式中將來自離子源的離子沿所 述軸導引到用於分析的質量分析器而不進入反應單元。為了使本發明更易於理解，對以下僅作為例子的附圖進行了參考，附圖中

圖1是示出根據本發明的實施例的一般質譜儀的示意性圖示； 圖2是根據本發明的實施例的質譜儀的更詳細的表示； 圖3是圖1和2的質譜儀中使用的充氣單元形式的反應單元的圖示； 圖4是圖1和2的質譜儀中使用的具有輔助離子源或中性原子或分子束或光 子束的反應單元的圖示；以及圖5是圖1和2的質譜儀中使用的用於ECD的反應單元的圖示。 圖1中示出具有縱軸110的質譜儀100。質譜儀100的大多數部件位於縱軸 110上。以離子源140開始並向下遊行進，質譜儀IOO包括離子源140、第一質量 分析器180(在本實施例中是離子阱)、中間離子存儲器220和反應單元260。將第 二脈衝質量分析器340設置成偏離軸並與中間離子存儲器220相鄰。圖1的一般圖 示沒有示出可用於導引質譜儀100的各部件之間的離子的離子光學部件。此外，圖 1沒有示出用於在這些部件內導引和/或捕集離子的各部件的電極。控制器360用於 在各部件的電極上設置電位並進行使質譜儀100按命令運行的其它的控制功能。控 制器360經由接線375與各部件通信。圖1中還示出穿過質譜儀100的離子的通路。將分析物120引入離子源140， 在其中將其電離以形成離開離子源140的分析物離子160。離子160然後進入離子 阱180。在串聯質譜儀的背景下描述該實施例，儘管應理解本發明具有更寬的應用。 因此，離子阱180提供了能夠在控制器360的指導下從離子160獲得質譜的質譜儀。 然後對離子160進行質量選擇使得僅一定質量範圍內的離子200a、 b離開離子阱 180。有利地，質譜儀180可用於實現自動增益控制，即，保證積聚優化數量的離 子。這種優化是期望儘可能多的離子以保證良好的實驗統計和需要限制離子濃度以 避免空間電荷效應之間的折衷。自動增益控制可用於控制中間離子存儲器240、反 應單元260或質量分析器340中充足離子。在US 5,107,109和US 6,987,261中描述了自動增益控制。下一步了解以兩種不同方式使用的質譜儀100。在第一種模式中，將離子200a 傳輸到中間離子存儲器220中，在其中捕集離子200a。 一旦超過適當的延時，控 制器360將離子240傳輸到反應單元260中。在第二種模式中，中間離子存儲器 ("傳輸模式")。中間離子存儲器220可填充氣體，從而在 離子200b穿過中間離子存儲器220並進入反應單元260時通過碰撞冷卻來減小離 子200b的能量。一旦離子240在反應單元260中控制器就處理離子240。處理可採取如下所述 地任何數量的形式。處理的離子300通過控制器360返回到中間離子存儲器220。 在本實施例中，中間離子存儲器240在偏離軸噴射離子320前捕集處理的離子300 使得它們徑向會聚。因此離子在從中間離子存儲器220通過到質量分析器340時聚 焦。或者，處理的離子300僅僅從軸110偏離以沿路徑320至質量分析器340。然 後控制器360利用質量分析器340從處理的離子收集一個或多個質譜。圖2再次在串聯質譜儀的背景下更詳細地示出本發明的一個實施例，該串聯 質譜儀包括由離子阱180提供的第一質量分析器和由軌道阱分析器340提供的第二 質量分析器(靜電分析器)。圖2不是按比例的。質譜儀100在布置上一般是線性的，且離子沿縱向軸110穿過。質譜儀100 的前端包括提供分析物離子120的常規的離子源140。離子光學部件150與離子源 140相鄰，其後連接線性離子阱180。另外的離子光學部件190位於離子阱180另 一邊，其後連接以各個端處的門222和224為界的彎曲的四極線性離子阱220。該 離子阱220提供中間離子存儲器220。將離子光學部件226設置成與下遊門224相 鄰以導引到或來自反應單元260的離子。利用中間離子存儲器220的曲率使得在偏離軸噴射離子時，離子徑向會聚。 在軌道阱質量分析器340的入口 342方向上偏離軸噴射離子。穿過設置在中間離子 存儲器220的電極230中的孔228並穿過有助於使射出的離子束聚焦的另外的離子 光學部件330來噴射離子。應注意，中間離子存儲器220的彎曲的構造也有助於離 子的聚焦。此外， 一旦在中間離子存儲器220中捕集離子時，可在門222和224 上設置電位以使離子聚集在中間離子存儲器220的中心。這同樣有助於聚焦。彎曲 的線性離子阱220固有地有用，因為它使得離子的脈衝快速地噴射到質量分析器 340，且即便要求進一步的成型也是很少的。在工作中，根據例如US20030183759或US 6,177,668,在離子源140中生成 離子160並通過離子光學部件150傳輸以暫時積聚在離子阱180中。離子阱180 包含1毫託的氦，使得離子160在與氣體分子的碰撞中損失一些動能。在固定的延時(使得足夠的離子160積聚在離子阱180中所選擇的)後或在離子 阱180中檢測到足夠的離子160後，從離子阱180噴射離子200a以通過離子光學
部件190行進進入到中間離子存儲器220。離子200b將穿過中間離子存儲器220 進入反應單元260，其中在離子返回到中間離子存儲器220之前處理離子。將冷卻氣體引入中間離子存儲器220。氮、氬、氦或任何其它適當的氣體物質 可用作冷卻氣體，但對於該實施例，氦用於離子阱180較佳而氮用於中間離子存儲 器220較佳。 一般，在中間離子存儲器220中採用l毫託的氮。由抽吸埠和箭頭 380指示的、所釆用的抽吸裝置確保其它組件基本沒有氣體並保持所需的高真空。 如共同待審批專利申請GB0506287.2中所述，實現了離子進入中間離子存儲器220 的轉移。現在將更詳細地描述質譜儀100的各部分。離子源140可以是普通可用的類型中的任一種。例如，電噴霧、大氣壓光致 電離或化學電離、大氣壓/減壓/真空MALDI、電子轟擊(EI)、化學電離(CI)、 二次 離子或者質量分析或離子選擇的任何前面的階段(例如，DC或場不對稱離子遷移率 頻譜儀、行波譜儀)都是適當的選擇。也可從很多選擇件中選擇離子阱180。技術人員將意識到可根據將進行的實驗 來進行選擇。選擇件包括傳輸細長電極、磁扇或Wien過濾器、四極濾質器、具有 共振或質量選擇的離子選擇的存儲器RF多極、3D四極離子阱或具有徑向或軸向 噴射的線性阱。中間離子存儲器220中使用的適當類型的離子阱/離子存儲器包括3D四極離 子阱、沒有RF開關的存儲器RF多極、根據US 5,763,878或US20020092980A1 的存儲器多極、根據GB0413852.5的具有RF開關的存儲器RF四極、環形阱、層疊阱或靜態阱。中間離子存儲器220可以多種方式工作。例如，中間離子存儲器220可以以 離子捕獲模式工作(操作離子阱的常規的方式)。或者，中間離子存儲器220可以以 離子傳輸模式工作以允許離子到達反應單元260並在其返回時以捕獲模式工作。另 一種選擇是對於離子阱180和反應單元260之間的多次離子反射的，中間離子存儲 器220以傳輸模式工作，然後，在預定數量的反射後轉換成捕獲模式。每一次反射 可包括在離子阱180或反應單元260中的不同類型的處理。在離子阱180用於捕集離子時，質量分析器340中的質譜測量法的每一周期 從離子阱180向中間離子存儲器220的多次離子噴射可積聚較大的離子總體。在圖2的實施例中，彎曲或直的充氣四極220具有施加到其電極上的可開關 的RF電位和門222和224上的隨時間變化的電壓。改變這些電位和RF偏移以從
一個工作狀態轉換到另一個足夠高的電位反射離子束由此阻斷其進一步的傳播。 同樣，在離子噴射前可升高這些電位以壓縮離子束。通過關斷RF並在電極之間施加DC梯度來使離子穿過電極230中的孔228噴射到質量分析器340。質量分析器340可以是任何類型的FT-ICR單元、TOFMS或類似於軌道阱分 析器的靜電阱。現在將參考示出示範性實施例的圖3、 4和5更詳細地描述反應單元260。反 應單元260可採用在反應單元260內的離子總體上有效工作的很多形式中的一種， 以在某些方面改變總體。離子自身可以變化(例如，通過分裂或反應)，可增加離子 (例如，校準物)，可去除離子(例如，通過質量選擇)，或可改變離子的性質(例如， 其動能或內能等)。因此，反應單元260可以是多種可能性中的任一個以滿足這些 功能。圖3示出用於高能CID的以充氣碰撞單元形式的反應單元260連同適用於將 離子導引進入反應單元260和從反應單元260中出來的離子光學部件226。反應單 元260內的離子的進入和保留由門電極262控制。通過捕集RF四極264來輔助反 應單元260內的捕集。位於與門電極262相對的端處的阱電極266結束了捕集裝置。 氣體源268用於將氣體引入到反應單元260。在工作中，在離子阱180中對以低能穿過中間離子存儲器220傳輸的離子進 行質量選擇，然後由離子光學部件226將其加速到約30-50eV/kDa的能量。然後離 子進入反應單元260，在反應單元260中它們與氣體分子碰撞並分裂。在反應單元 260中捕集分裂的離子。較佳的是，操作反應單元260使得氣壓P(mbar)和離子滲 透深度L(mm)的乘積超過O.lmbar mm，最佳的是lmbar mm。通過DC電壓(在門 電極262和阱電極266上的)的適當的處理而從反應單元260噴射分裂的離子和任 何前體離子。然後在將這些離子傳輸到質量分析器340之前，將這些離子捕集在中 間離子存儲器220中。以反射模式工作允許以下兩種應用。第一，前體離子的高能分裂，包括所有 離子的平行分裂。在分裂前，在離子阱180中利用質量選擇排斥某些背景峰或寬範 圍的質譜。第二，利用離子阱180和質量分析器340對低質量亞銨(immonium)離 子和前體離子的分析進行掃描。圖3的反應單元260還可用作充氣的離子-分子反應器。在該方法中，將離子 以低能引入反應單元260。捕集的離子參與反應(例如，電荷交換)，同時與碰撞氣 體一起引入活性反應物。反應氣體的例子包括甲烷、水蒸汽(inc. deuteriated)、烷基
溴、醇、醚、酮、胺(例如，三乙胺)等。另一種應用是具體地將標記同位素氣體與 特定的例子官能團(例如，磷酸鹽)反應以標記具有該官能團的離子。可以對標記的離子作出用於隨後分裂的記號，立即用於質量分析器340中的分析或隨後在離子阱 180中分析。在兩種應用中，可由反應單元內捕集的持續時間和反應物的壓力來調 節反應的程度。還可採用低壓放電以提供活化和分裂。圖4示出由離子光學部件226(RF八極)饋入反應單元260。反應單元260具有 以一端處的門電極262和另一端處的阱電極266為邊界的捕集RF四極264。還提 供了氣體源268連同離子源270。該離子源270可用於將相同極性的另一種離子引 入到已經捕集在反應單元260中的離子中。或者，離子源270可用於引入相反極性 的離子("反應離子")。較佳的是，順序地引入每種極性的離子例如，首先正離 子，然後負離子。通過向門電極262和阱電極266施加適當的RF電位來將兩種極 性的離子捕集在反應單元260中。可傳輸兩種極性的離子以在離子阱180中或中間 離子存儲器220中反應(或者它們在反應單元260中反應)。這種反應的例子是電子 轉移解離ETD(J.E.P. Syka， J丄Coon, M丄Schroeder, J. Shabanowitz, D.F. Hunt, Proc. Nat. Acad. Sci., 101 (2004)9528-9533)。反應可包括一個以上的階段。例如，正前體離子在與負反應離子反應中可產 生負產物離子。這些負產物離子進而可通過與由適當轉換的離子源270釋放的正反 應離子反應來轉換成另一種正產物。由此，可進行多階段反應。連同其它優點，這 允許所得離子的電荷狀態的增加，因此允許對於由MALDI產生的一般的單電荷離 子的ECD或ETD。也可從質譜儀的最初的離子源釋放反應離子，例如，通過轉換整個離子源的 極性和離子路徑。這允許期望的反應離子的質量選擇。在極性轉換期間，前體離子 仍存儲在反應單元260中因此不受影響。為了加速極性轉換，較佳的是在離子源內 連續生成兩種極性的離子(例如，通過在相反的極處具有兩個噴霧器)，並在任何給 定時間僅傳輸一種極性。可使用產生任何類型的束的發射器來代替離子源270:激發的(例如，亞穩的) 或冷卻的分子或原子或簇等、任何譜範圍的光子。在這種情況下，不僅可沿軸引導 它們，而且可與軸成一角度。這些束可以是脈衝的或連續的。在光子束的例子中， 毫微微秒UV光或可見光或IR脈衝串、真空UV或毫微秒UV脈衝是最佳的。圖5示出用作用於硬分裂的碰撞單元以提供生物分子離子的元素分析的反應 單元260。經由離子光學部件226(例如，RF八極)向反應單元260供給離子。反應單元260利用以門電極262和阱電極268為邊界的捕集RF四極264捕集離子。可 通過氣體源268來提供氣體。反應單元260還可設置有雷射源272。通過使離子經受由雷射源272提供的高強度雷射脈衝來實現較佳地直到簡單 元素或其氧化物、氫化物等的硬分裂。或者，可使用輝光放電來引起硬分裂。在由 光子照射的同時，可將離子存儲在RF四極264中。可採用低質量離子通過由永久 磁鐵274提供的另外的軸向磁場來改進存儲的離子的質量範圍。圖5的反應單元260可通過用電子源來代替雷射源272而適用於ECD。電子 源272可用於將低能電子引入反應單元260以引起ECD。然而，RF捕集場的存在 是不合需要的，因為它將電子激發成高能而這在本質上改變了離子分裂的方式。為 了克服該問題，利用由永久磁體274提供的磁場將離子捕集在反應單元260中。一 旦ECD完成，電場可用於輔助捕集離子和/或實現從反應單元260噴出離子。在另一個實施例中，反應單元260包括DC或場不對稱離子遷移率頻譜儀。 較佳的是，這種反應單元包括在分隔管的兩側上的僅RF線性離子阱。在任一情況 下，頻譜儀以兩通路工作首先，從入口阱向後阱，然後反向。在一個或兩通路中， 僅允許具有特定遷移率或電荷狀態的離子通過(即，頻譜儀用作過濾器)。第二通路 還可用於分裂第一通路上選擇的離子，這通過顯著地增加後阱相對於入口阱的DC 偏移(例如，每選擇的m/z的KDa超過30-50V)來實現。反應單元260還可用於SID。例如，可操作圖3反應單元260使得阱電極266 提供碰撞表面以通過SID實現分裂。例如，已知各種有機分子的自組裝單分子層 具有良好的分裂效率。該SID與利用捕集RF四極264和碰撞冷卻(經由氣體源268) 的離子的捕集的結合保證離子較好地傳輸回中間離子存儲器220和碰撞能量的選 擇方面的較好的靈活性。或者，阱電極266可用作用於離子軟著陸和預備質譜儀的 表面，如WO03/105183中所述。在這種情況下，可將離子沉積在阱電極266上， 同時通過在質量分析器340中的同時分析或通過分析從表面釋放的離子(例如，通 過雷射器)來進行質量控制。同樣，反應單元260可包括另外的質量分析器。當然，可採用上述對反應單 元260有作用的特徵的各種組合。正如本領域的技術人員所意識到的，可在不背離由所附權利要求書限定的本 發明的範圍的情況下可對上述的實施例進行各種修改。例如，可選擇包括第一質量分析器180。這部分僅僅是不具有質量分析功能的 離子阱，或者可完全省略該部分。
權利要求
1.一種利用具有縱軸的質譜儀的質譜測定法，包括以下連續的步驟(a)在離子源中生成離子；(b)提取離子，使得它們在相對於所述離子源的正向上沿所述質譜儀的所述縱軸行進；(c)在離子以正向沿所述縱軸行進時使離子進入、然後離開中間離子存儲器；(d)在離子以正向沿所述縱軸行進時使它們進入反應單元；(e)在所述反應單元內處理離子；(f)使處理後的離子離開所述反應單元以在相對於所述離子源的反向上沿所述縱軸返回；(g)使處理後的離子在它們子以反向沿所述縱軸行進時再次進入所述中間離子存儲器；(h)使處理後的離子的一個或多個脈衝在偏離軸的方向上離開所述中間離子存儲器；(i)使所述處理後的離子的一個或多個脈衝進入質量分析器；以及(j)利用所述質量分析器獲得所述處理後的離子的一個或多個脈衝的質譜。
2. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述步驟(c)還包括在離子進 入之後在所述中間離子存儲器中捕集離子然後使離子離開。
3. 如權利要求l或2所述的方法，其特徵在於，所述在步驟(e)中處理離 子包括在所述反應單元中改變離子總體。
4. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述在步驟(e)中處理離子包 括去除離子總體中的一部分。
5. 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，在所述步驟(e)中的處理包括 利用質量選擇去除離子總體中的一部分。
6. 如權利要求3至5中的任一項所述的方法，其特徵在於，在所述步驟 (e)中的處理包括將另外的離子引入離子總體。
7. 如權利要求3至6中的任一項所述的方法，其特徵在於，在所述步驟 (e)中的處理包括改變離子總體中的至少一部分的電荷。
8. 如權利要求3至7中的任一項所述的方法，其特徵在於，在所述步驟(e) 中的處理包括改變離子總體的能量散度。
9. 如權利要求3至8中的任一項所述的方法，其特徵在於，在所述步驟(e) 中的處理包括分裂離子總體中的至少一部分。
10. 如權利要求9所述的方法，其特徵在於，在所述步驟(e)中的分裂包括 ^氣休分子碰撞；與表面碰撞；與反應性穩定分子碰撞；與亞穩分子或原子碰 撞；與相反電荷的離子碰撞；或由頻譜從真空UV至IR的光子束照射，照射時 間從阿秒至連續。
11. 如權利要求9所述的方法，其特徵在於，在所述步驟(e)中的分裂不 包括電子捕獲解離。
12. 如權利要求9所述的方法，其特徵在於，在所述步驟(e)中的分裂包 括電子捕獲解離。
13. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，還包括在不利用磁場的情 況下在所述反應單元中捕集離子同吋通過電子捕獲解離分裂。
14. 如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，所述步驟(e) 包括在所述反應單元中捕集離子。
15. 如權利要求14所述的方法，其特徵在於，包括在所述反應單元中的 兩個或多個捕集區中捕集離子。
16. 如權利要求14或15所述的方法，其特徵在於，包括在所述兩個或多 個捕集區之間傳輸的同時根據離子的遷移率、m/z或差分離子遷移率來分離離子。
17. 其特徵在於所述步驟(f)包括通過處理設置在所述反應單元上的DC電 壓來噴射所述處理後的離子。
18. 如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，包括在所述步 驟(h)中在所述中間離子存儲器中捕集所述處理後的離子。
19. 如權利要求18所述的方法，其特徵在於，通過冷卻離子使得它們失去能量來捕集所述處理後的離子。
20. 如權利要求19所述的方法，其特徵在於，包括通過碰撞冷卻或絕熱 冷卻來冷卻離子。
21. 如權利要求18至20中的任一項所述的方法，其特徵在於，包括在對 應於所述中間離子存儲器的彎曲線性阱中捕集離子。
22. 如權利要求21所述的方法，其特徵在於，包括在步驟(h)中使所述處 理後的離子的一個或多個脈衝沿偏離軸的方向離開所述中間離子存儲器，使得 所述一個或多個脈衝垂直於縱軸行進以徑向會聚。
23. 如權利要求17至22中的任一項所述的方法，其特徵在於，包括將離 子噴射為具有小於l毫秒、10微秒或0.5微秒之一的持續時間的脈衝。
24. 如權利要求17至23中的任一項所述的方法，其特徵在於，包括將離 子噴射為具有小於lra、 50mra、 lOmni或5mm之一的空間長度的脈衝。
25. 如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，包括將氣體引 入所述反應單元其壓力使得氣壓與所述反應單元長度的乘積不超過lmbar ，mm。
26. 如權利要求25所述的方法，其特徵在於，所述乘積不超過0. 2mbar nrai。
27. 如權利要求26所述的方法，其特徵在於，所述乘積不超過0. lmbar inm。
28. 如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，還包括質量選 擇的步驟。
29. 如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，在所述步驟(g) 和(h)之間還包括以下步驟使離子以反向沿所述縱軸離開所述中間離子存儲器；反射離子使得它們以正向沿所述縱軸行進回來，使得離子再次穿過所述中 間離子存儲器然後進入所述反應單元； 在所述反應單元中進一步處理離子；使處理後的離子離開所述反應單元，以反向沿所述縱軸行進回來再次進入 所述中間離子存儲器。
30. 如以上權利要求中的任一項所述的方法，其特徵在於，在所述步驟(b)和(C)之間還包括在離子以正向沿所述縱軸行進時使它們進入然後離開離子阱的步驟。
31. 如權利要求30所述的方法，其特徵在於，還包括在使離子以正向沿 所述縱軸離開所述離子阱前在所述離子阱中捕集離子。
32. 如權利要求31所述的方法，其特徵在於，還包括獲得在所述離子阱 中捕集的離子的質譜。
33. 如權利要求30-32中的任一項所述的方法，其特徵在於，還包括將所 述離子阱用作濾質器，使得僅允許在期望質量範圍之內的離子以正向沿所述縱 軸離開所述離子阱。
34. 如權利要求33所述的方法，其特徵在於，包括利用所述離子阱來實 現自動增益控制。
35. 如權利要求33或34所述的方法，其特徵在於，包括在離子穿過所述 離子阱的一次以上的通過中將所述離子阱用作濾質器。
36. —種具有縱軸的質譜儀，包括 離子源；用於沿所述縱軸導引由所述離子源生成的離子的離子光學部件；中間離子存儲器，它位於所述離子源的下遊並具有位於所述縱軸上的第一和第二孔以及偏離軸定位的第三孔，使得所述第一孔面向所述離子源；反應單元，它位於所述中間離子存儲器的下遊並具有面向所述中間離子存 儲器的第二孔的孔，其中所述反應單元用於處理離子；以及質量分析器，它與所述中間離子存儲器相鄰並具有面向所述中間離子存儲 器的第三孔的入口孔，且其中所述中間離子存儲器用於將一個或多個離子脈衝從所述第三孔噴射到所述質量分析器。
37. 如權利要求36所述的質譜儀設備，其特徵在於，所述中間離子存儲 器具有用於將氣體引入到所述中間離子存儲器的相關氣源。
38. 如權利要求36或37所述的質譜儀設備，其特徵在於，所述中間離子 存儲器是彎曲的線性離子存儲器，所述曲率使從所述離子存儲器穿過所述第三 孔徑向會聚噴射的離子聚焦。
39. 如權利要求37至38中的任一項所述的質譜儀設備，其特徵在於，所 述反應單元是充氣的離子-分子反應器。
40. 如權利要求36至39中的任一項所述的質譜儀設備，其特徵在於，所 述反應單元具有用於將離子引入所述離子單元的離子源。
41. 如權利要求36至40中的任一項所述的質譜儀設備，其特徵在於，所 述反應單元是分裂單元。
42. 如權利要求41所述的質譜儀設備，其特徵在於，所述分裂單元是用 於碰撞誘導解離的充氣的碰撞單元。
43. 如權利要求41或42所述的質譜儀設備，其特徵在於，所述分裂單元 還包括用於表面誘導解離的表面。
44. 如權利要求41至43中的任一項所述的質譜儀設備，其特徵在於，所 述分裂單元被安排成通過與反應性穩定分子碰撞；與亞穩分子或原子碰撞；與 相反電荷的離子碰撞；或由從真空UV至IR的頻譜範圍的光子束從阿秒至連續 地照射來分裂離子。
45. 如權利要求41至44中的任一項所述的質譜儀設備，其特徵在於，所 述分裂單元不包括用於電子捕獲解離的電子源。
46. 如權利要求41至44中的任一項所述的質譜儀設備，其特徵在於，所 述分裂單元還包括用於電子捕獲解離的電子源。
47. 如權利要求46所述的質譜儀設備，其特徵在於，不包括用於在所述 反應單元中捕集離子的磁體。
48. 如權利要求36至47中的任一項所述的質譜儀設備，其特徵在於，還 包括位於所述離子源和所述中間離子存儲器之間並具有位於所述縱軸上的孔 的離子阱。
49. 如權利要求48所述的質譜儀設備，其特徵在於，所述離子阱包括質 量分析器。
50. 如權利要求36至49中的任一項所述的質譜儀設備，其特徵在於，還 包括用於執行權利要求1至35中的任一項所述的方法的控制器。
51. —種電腦程式，包括電腦程式指令，當由如權利要求50所述的 設備的控制器執行所述指令時，使得所述控制器執行權利要求1至35中的任 一項所述的方法。
52. —種在其上存儲有如權利要求51所述的電腦程式的計算機存儲介質。
53. —種具有縱軸的質譜儀，其包括 沿所述軸引導離子的離子源；具有位於所述軸上的入口孔的反應單元；質量分析器；以及可在第一模式和第二模式之間轉換的離子光學部件，在所述第一模式中， 將來自所述離子源的離子沿所述軸導引到所述反應單元，並將在所述反應單元 中產生的產物離子導引到用於分析的所述質量分析器，在所述第二中模式中， 來自所述離子源的離子從所述軸偏離並將所述離子導引到用於分析的所述質 量分析器而不進入所述反應單元。
54. —種具有縱軸的質譜儀，其包括 沿所述軸引導離子的離子源； 反應單元；具有位於所述軸上的入口孔的質量分析器；以及可在第一模式和第二模式之間轉換的離子光學部件，在所述第一模式中， 來自所述離子源的離子從所述軸偏離並將所述離子導引到所述反應單元，並將 在所述反應單元中產生的產物離子導引回所述軸，並導引至所述質量分析器的所述入口孔，在所述第二模式中，將來自離子源的離子沿所述軸導引到用於分 析的所述質量分析器而不進入所述反應單元。
全文摘要
本發明涉及包括反應單元的質譜儀以及利用該質譜儀的方法。具體地，儘管不是排他地，本發明涉及串聯質譜儀和串聯質譜測定法。本發明提供利用具有縱軸的質譜儀的質譜測定法，包括導引離子以正向沿質譜儀縱軸行進以穿過中間離子存儲器然後進入反應單元，在反應單元中處理離子，噴射處理的離子以沿縱軸返回行進以再次進入中間離子存儲器，在偏離軸的方向上將處理的離子的一個或多個脈衝噴射到質量分析器。
文檔編號H01J49/02GK101151705SQ200680010093
公開日2008年3月26日 申請日期2006年3月29日 優先權日2005年3月29日
發明者A·A·馬卡洛夫, A·霍洛彌夫, E·丹尼索夫, G·鄭, O·蘭格 申請人:薩默費尼根有限公司