傅里叶变换质谱仪中采集和评估质谱图的方法技术

本发明专利技术提供了傅里叶变换质谱仪中采集和评估质谱图的方法。一种使用傅里叶变换质谱仪采集质谱图的方法，其中分析物离子和附加报告离子在频率质谱仪的测量池中以质量特定频率振荡，并通过库仑力相互作用；测量由报告离子引起的像电流信号；并且根据频域中报告离子的边带信号或时域中报告离子的瞬时频率来确定分析物离子的质量信号。

【技术实现步骤摘要】
傅里叶变换质谱仪中采集和评估质谱图的方法
本专利技术涉及在傅里叶变换(FT)质谱仪中对质谱图的采集和评估，其中离子在轨道上以质量特定频率振荡且离子运动被检测为时域信号。
技术介绍
目前，傅里叶变换质谱仪主要分为两大类，即离子回旋共振(ICR)质谱仪和沿纵向具有谐振势的静电Kingdon离子阱。通常，FT质谱仪包括一个测量池，在测量池中分析物离子沿一维或二维振荡，振荡频率取决于质荷比。通过例如对测量池的检测电极上产生的像电流进行测量，以时域信号记录振荡离子的运动。通过对时域信号进行谱分解，例如进行傅里叶变换，或参数估算方法，例如滤波对角化方法(FDM)，来获得质谱，或者更一般地说，获得分离的质量信号。质量信号的振幅和频率与分析物离子的质荷比和丰度相关。需要校准以便为质荷比分配质量信号的频率。ICR质谱仪基于磁场中离子的回旋频率。分析物离子通常被引入ICR池中，然后被激活以绕纵轴运动。沿轨道运行的离子在ICR池的检测电极引起像电流。像电流被记录为时域信号(“瞬态”)，并通常通过傅里叶变换被转化为质谱。由于回旋频率与质荷比成反比，因此质谱的频率轴可被转化为质量轴。分析物离子在径向上被磁场捕集，在纵向上被沿测量池纵轴的电势捕集。图1A示出根据现有技术的圆柱形ICR池。ICR测量池包括2个具有平面打孔膜捕集端盖电极11和12。分析物离子通过孔进入ICR池。在捕集电极11和12之间放置了4个具有圆柱体表面平行截面形式的纵向鞘层电极13。在4个纵向电极13中，2个相对电极用于激发离子至回旋轨道，另外2个电极作为检测电极，以测量像电流。图1B示出Nikolaev等人的美国专利No.8,704,173(标题：“Ioncyclotronresonancemeasuringcellswithharmonictrappingpotential”(“具有谐振捕集势的离子回旋共振测量池”))所公开的一种圆柱体ICR池。该圆柱体测量池的24个鞘层电极21至44被抛物线形状的分离间隙分隔为8个二角形21至28以及16个曲面三角形鞘层电极29至44。在图中仅电极21至23以及29至36可见。通过具有旋转双曲线形的端盖电极20a,20b，ICR池两端封闭。端盖电极20a上的孔允许沿磁场线在中心轴上引入分析物离子。在三角形鞘层电极29至44以及端盖20a,20b上施加一个单捕集电压，在该池内部产生一个轴向捕集势分布。该电势在沿轨道运行的离子轴向上具有抛物线剖面。二角形电极21至28用作激发电极或检测电极。沿纵向具有谐振势的静电Kingdon离子阱包括2个不同类型的离子阱：轨道Kingdon阱和振荡Kingdon阱。轨道Kingdon阱在美国专利No.5,886,346(Makarov:“Massspectrometer”(“质谱仪”))描述，包括一个外部圆筒形电极以及一个共轴的内部纺锤形电极。分析物离子在抛物线电势作用下沿内部电极轴向(纵方)振荡的同时，绕内部电极(施加一个吸引电极之处)沿轨道运行。振荡Kingdon阱在美国专利No.7,994,473(“Massspectrometerwithanelectrostaticiontrap”(“具有静电离子阱的质谱仪”))中描述。振荡Kingdon阱可包括，例如，外部电极和2个施加了离子吸引电势的纺锤形内部电极。外部电极和内部电极的形状和安放使得一个抛物线电势沿内部电极形成。分析物离子在抛物线电势中振荡的同时，在2个内部电极之间的一个平面横向振荡。第三类傅里叶变换质谱仪使用带有检测电极的RF四极离子阱，检测电极用于测量引入和激发后在RF离子阱中振荡的分析物离子引起的像电流。一种三维FT-RF四极离子阱在美国专利No.5,625,186(Frankevich等人：“Nondestructiveiontrapmassspectrometerandmethod”(“非破坏性离子阱质谱仪及方法”))中公布。美国专利No.6,403,955(Senko:“Linearquadrupolemassspectrometer”(“线性四极杆质谱仪”))中公布了一种其中分析物离子在2个极杆之间振荡的线性FT-RF四极离子阱。美国专利No.5,679,950(Baba:“Iontrappingmassspectrometrymethodandapparatustherefor”(“离子阱质谱方法及其装置”))公开了三维和线性RF四极离子阱，包括用于生成一个冷却激光束的激光器和一个光电检测器。在离子阱中生成的分析物离子可被一种在RF离子阱中同时被捕集的特定离子所补充。添加的离子生成高强度荧光，并被称为探针离子。将光束引入RF离子阱中以光学激发探针离子，从而观察探针离子的运动。在按照其频率被扫描的同时，一个增补交流电场施加在RF离子阱上。当分析物离子的特征频率与交流电场频率相同时，分析物离子在共振下振荡。由于与探针离子发生库仑碰撞，振荡的分析物离子干扰探针离子的运动。荧光探针离子运动的改变被光学检测，提供了一种确定分析物离子在共振下振荡方式的方法。Baba称这种分析方法为荧光质谱法。美国专利No.7,964,842(“Evaluationoffrequencymassspectra”(“频率质量谱图的评估”))描述了评估FT质谱仪采集的质谱图的方法。该方法适用于检测和校正时域信号记录期间发生的参数偏移。该偏移检测可包括频率成分的分析，即单种离子生成的时域信号，以确定频率成分的瞬时频率在时域信号记录期间是否恒定。作为时间函数，瞬时频率可通过对时域信号进行短时傅里叶变换，或通过其他时域信号的时频表现来确定。
技术实现思路
提高FT质谱仪的质量分辨率以及提高质谱分析灵敏度是持续的目标。在第一方面，本专利技术提供了一种使用傅里叶变换(FT)质谱仪采集分析物离子质谱图的方法，包括以下步骤：在测量池中提供分析物离子以及至少一种报告离子，其中在测量池中分析物离子以及该至少一种报告离子以质量特定频率振荡，并通过库仑力相互作用；记录报告离子运动的时域信号；以及根据频域中该至少一种报告离子的边带信号或时域中该至少一种报告离子的瞬时频率来确定分析物离子的质量信号。边带信号和瞬时频率的任何调制通过分析物离子和该至少一种报告离子的相互作用产生。频域中的质量信号(例如报告离子的边带信号)可通过对时域信号进行谱分解获得，例如通过傅里叶变换，或通过参数估算方法获得，例如滤波对角化方法(FDM)。在测量池中同时捕集的分析物离子和该至少一种报告离子具有相同极性。当报告离子通过具有相同极性的分析物离子云时，报告离子首先减速直至抵达云中心，然后在通过离子云中心后再次加速。FT质谱仪测量池中的离子运动是周期性的。因此，分析物离子和报告离子按时间周期性地调制报告离子的运动，并生成频域中除报告离子的基本信号之外的边带信号，该基本信号在无任何分析物离子存在时测量，因此不需要调制。在FT-ICR质谱仪中，离子基本信号的角频率为降低了的回旋频率其中ωc＝q·B/m是角回旋频率(q为电荷，B为磁场强度，m为质量)，是ICR池中纵向振荡的角频率(k为纵向捕集势常数)。在具有谐振势的静电Kingdon离子阱中，离子基本信号的角频率是Kingdon阱中纵向振荡的角频率：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用傅里叶变换质谱仪采集分析物离子质谱图的方法，包括以下步骤：在测量池中提供分析物离子以及至少一种报告离子，其中在所述测量池中所述分析物离子以及所述至少一种报告离子以质量特定频率振荡，并通过库仑力相互作用；记录所述报告离子的运动的时域信号；根据频域中所述至少一种报告离子的边带信号或时域中所述至少一种报告离子的瞬时频率，来确定所述分析物离子的质量信号。

【技术特征摘要】
2014.06.16 US 14/305,6761.一种使用傅里叶变换质谱仪采集分析物离子质谱图的方法，包括以下步骤：在测量池中提供分析物离子以及至少一种报告离子，其中在所述测量池中所述分析物离子以及所述至少一种报告离子以质量特定频率振荡，并通过库仑力相互作用；记录所述报告离子的运动的时域信号；根据频域中所述至少一种报告离子的边带信号或时域中所述至少一种报告离子的瞬时频率，来确定所述分析物离子的质量信号。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述分析物离子和所述报告离子之间的相互作用周期性地按时间调制所述报告离子的运动，并生成频域中除所述报告离子的基本信号之外的所述边带信号。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述报告离子的运动按相位、频率和/或振幅调制。4.根据权利要求2所述的方法，其中分析物质量信号的频率fA通过从所述报告离子的基本频率fR的2倍中减去所述报告离子的第一边带信号的频率fSB1来确定。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述报告离子的运动按频率调制，根据记录的时域信号的时频表示来确定所述报告离子的瞬时频率，根据所述瞬时频率的谱分解来确定频率fA。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述时域信号以所述测量池的检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶夫根尼·尼古拉耶夫，
申请(专利权)人：布鲁克道尔顿有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE