[发明专利]一种基于数字离子阱的双向激发解离方法

说明书

本发明属于质谱分析技术领域，具体是一种基于数字离子阱的双向激发解离方法。本发明在碰撞诱导解离阶段，通过在离子阱的两对电极上（x方向和y方向）加载数字方波激发信号，使得被隔离的母体离子获得能量被共振激发，再与离子阱中的中性分子发生碰撞并解离，实现共振激发解离。该方法的优点在于,双向激发可以提高离子的运动半径，使离子的运动能量明显高于单向激发的结果，且在相同的实验条件下，该方法可以获得更高的碰撞解离效率。此外，在相同的离子激发和解离条件下，双向激发解离可以获取到更多的低质量数碎片离子峰，降低了离子阱质谱的低质量截止效应，显著提高了离子阱质谱的串级质谱分析性能。

技术领域

本发明属于质谱分析技术领域，具体涉及基于数字离子阱的双向激发解离方法。

背景技术

质谱作为一种强大的分析技术，可以实现对化合物的定性、定量分析，广泛的应用于药物分析、环境监测、国家安全、法医、蛋白质组学等领域。众所周知，质谱仪可以通过串级质谱(Tandem MS)分析对化合物的的结构进行表征和分析。串级质谱的分析过程具体为：第一阶段为隔离，对于待分析的样品中的离子，选定某一特定质荷比(m/z)的离子将其隔离，被隔离的离子成为母离子(parent ion)；第二阶段为碰撞诱导解离(CollisionInduced Dissociation，简称CID)，母离子与中性的气体分子例如氦气、氩气、氮气等发生碰撞，碰撞产生的能量沉积到母离子上，导致母离子自身内能增加，最终母离子发生碎裂，得到碎片离子；第三阶段，碎片离子进行质量分析，得到碎片离子的质谱峰，MS/MS分析完成。如碎片离子中选定某一特定质荷比的离子隔离，将其作为母离子，继续上述过程，如此往复下去，可以实现多级质谱分析。CID是使用最广泛、研究最透彻的解离技术。

在众多种类的质谱仪中，四极杆质谱仪和四极离子阱质谱仪是公认的最适合实现碰撞诱导解离的装置。其中，四极杆质谱仪又称为四极滤质器，仅能让某一特定质量数的离子通过，故在四极杆中进行串级质谱分析时，需要在空间上将多个四极杆串联，一般采用三段四极杆的组合，即三重四极杆。三重四极杆质谱一般具有较大的体积。四极离子阱(Quadrupole Ion Trap,简称QIT)可以在一个阱中实现离子的隔离、解离、质量分析等步骤，在串级质谱方面具有独特的优势。

离子阱质量分析器的工作原理是通过求解Mathieu二次线性微分方程组，获得具有一定质荷比的离子在电场中的运动状态和结果。Mathieu方程根据带电离子在离子阱内受电场的作用符合牛顿第二定律得到，它描述了离子在四极电场中的运动轨迹及运动结果等。以三维离子阱为例，通过解Mathieu方程得到：

式中：a是与直流电压成正比的阱参数，q是与射频电压成正比的阱参数，U为离子阱电极上所加直流电压，V为离子阱电极上所加射频电压，Ω为射频电压的频率，r₀为环电极半径，z₀为轴向半径。通过对离子阱电极上施加电场变化，阱内的不同质荷比的离子依次从离子阱内逸出，并被探测到。在离子阱内运动的离子被称为稳定的，即位于稳定区内。被逐出离子阱的离子被称为不稳定的，即离子位于稳定区外。按稳定图分析，离子阱进行质量分析时，不同质荷比的离子，在具有时序变化的电场作用下，依次运动到稳定区外，即从离子阱中弹出并被安装在阱外的离子探测器接受到，完成质量分析。

经过近二十多年的发展，共振激发(resonance excitation)技术已经成为离子阱上普遍采用的离子弹出和解离的方法。通常共振激发是通过在离子阱中用于离子弹出的方向上的一对电极上，施加一个辅助的交流电压(AC)，也称为偶极激发电压(dipolarexcitation voltage)实现的，该电压具有特定的频率和幅度，且一对电极上的电压幅度、频率相同，相位相差180度。束缚在离子阱中的离子，在射频电压的作用下的运动具有一个久期频率(secular frequency，ω)，不同质荷比的离子具有不同的久期频率。久期频率与射频电压的频率(Ω)之间存在如下关系：