一种基于数字离子阱的双向激发解离方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A Bidirectional Excitation Dissociation Method Based on Digital Ion Trap

The invention belongs to the field of mass spectrometry analysis technology, in particular to a bidirectional excitation dissociation method based on a digital ion trap. In the collision-induced dissociation stage, the isolated parent ion is resonantly excited by loading a digital square wave excitation signal on two pairs of electrodes (x and Y directions) of the ion trap, and then collides and dissociates with neutral molecules in the ion trap to realize the resonant excitation dissociation. The advantage of this method is that the two-way excitation can increase the radius of ion motion and make the energy of ion motion significantly higher than that of one-way excitation. Under the same experimental conditions, this method can achieve higher collision dissociation efficiency. In addition, under the same ion excitation and dissociation conditions, more low-mass fragment ion peaks can be obtained by bi-directional excitation dissociation, which reduces the low-mass cut-off effect of ion trap mass spectrometry and significantly improves the cascade mass spectrometry performance of ion trap mass spectrometry.

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字离子阱的双向激发解离方法
本专利技术属于质谱分析
，具体涉及基于数字离子阱的双向激发解离方法。
技术介绍
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(TandemMS)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(parention)；第二阶段为碰撞诱导解离(CollisionInducedDissociation，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(QuadrupoleIonTrap,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(resonanceexcitation)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(dipolarexcitationvoltage)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(secularfrequency，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：β为系数，也是离子阱稳定图中的一参数，将两者相关联。当偶极激发电压的频率与某一特定质荷比的离子的久期频率相同时，该离子发生共振，其在偶极激发电压施加的方向上运动加剧，最终离子从电极上的小孔或狭缝中弹出，被离子探测器收集。当偶极激发电压的频率与某一特定质荷比的离子的久期频率相偏离时，此时仍然会有共振发生，但幅度显著降低，使得离子不足以弹出，此时离子进行的低幅度共振导致离子与阱中中性气体分子的碰撞加剧，完成碰撞诱导解离。偶极激发电压的频率、幅度和持续的时间均会对碰撞诱导解离的结果产生影响。共振激发的技术虽然可以获得较高的碎裂效率，但是仍存在弊端和不足。原因在于，只有某一固定质荷比的离子会发生共振，该离子碎裂后得到的碎片离子的质荷比均发生变化，变大或变小，此时碎片离子的久期频率与AC的频率不同，不会发生共振，即不会进一步的解离，最终得到的串级质谱图中的碎片信息收到限制。在非专利文献1和非专利文献2中介绍了一种数字方波实现串级质谱的方法，即采用改变数字方波的占空比实现偶极直流电压施加在一对电极上。当某一特定质荷比的离子被隔离后，此时偶极直流电压施加，该离子在直流电压的作用下，偏离阱的中心，运动速率加快，同时射频电压还对该离子具有一定的加热效应。最终导致离子的内能显著提高，最终发生解离。由于偶极直流电压碰撞诱导解离不采用共振的方式，对离子的质荷比没有限定，故即使母离子碎裂，子离子仍然会进一步在偶极直流的作用下解离，最终得到的串级质谱图中碎片峰的信息会更加丰富，偶极直流电压驱动的碰撞诱导解离与传统的共振激发方法不同，是一种非共振激发的方法，能够得到更丰富的碎片离子信息，是目前解离方法的一个重要创新。非专利文献1：F.X.Xu,C.S.Xu,L.Ding,M.F.Zhou,C.F.Ding,Enhancementofionactivationandcollisioninduceddissociationbydirectcurrentpotentialindigitaliontrapmassspectrometer.InternationalJournalofMassSpectrometry.2018,428,29-34.非专利文献2：L.Wang,F.X.Xu,C.F.Ding,DDipolarDirectCurrentDrivenCollision-InducedDissociationinaDigitalCeramic-BasedRectilinearIonTrapMassSpectrometer.Anal.Chem.2013,85,1271-1275.。
技术实现思路
本专利技术目的是提出一种可以提高离子运动半径和碰撞能量的基于数字离子阱的双向激发解离方法。本专利技术提供的基于数字离子阱的双向激发解离方法，是通过在离子阱两对电极上加载数字激发信号实现离子的碰撞诱导解离，能显著提高离子的碰撞能量和解离效率，并能提供更丰富的碎片离子信息。离子阱的驱动电压主要是射频电压(radiofrequency，简称RF)。本专利技术提出的方法在数字方波驱动离子阱工作模式下。下文主要以数字方波为例进行说明。在数字方波驱动的离子阱中，用于束缚离子的方波的幅值一般为几百伏，且为一定值。离子阱工作时，通过方波频率的扫描，实现离子的共振弹出。用于离子共振激发的偶极激发方波同束缚方波一样，均由相同的方式产生和控制，但是其幅值较低一般在10伏以内，其频率与束缚方波保持一固定的比例关系。束缚方波和用于离子弹出的偶极激发方波的波形均为对称波形，即具有50％的占空比。使用与马修方程中类似的参数(a，q)来描述离子在数字化方波离子阱中的稳定情况。当一个质量为m、电荷为e的离子在纯四极场中运动时，参数(a，q)可表示为：其中，r0是离子阱的场半径，U是矩形方波的直流分量，V是矩形方波的交流分量，Ω是矩形波的频率。本专利技术实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字离子阱的双向激发解离方法，其特征在于，在离子阱的碰撞诱导解离阶段，通过在离子阱的两对电极上，即x方向和y方向，加载数字激发电压信号，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；母体离子在x方向和y方向得到双向激发，在阱内的运动半径得到增加，被激发的母体离子与离子阱中的中性分子发生碰撞并解离，产生碎片离子，碎片离子在离子阱中经过冷却后被束缚。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字离子阱的双向激发解离方法，其特征在于，在离子阱的碰撞诱导解离阶段，通过在离子阱的两对电极上，即x方向和y方向，加载数字激发电压信号，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；母体离子在x方向和y方向得到双向激发，在阱内的运动半径得到增加，被激发的母体离子与离子阱中的中性分子发生碰撞并解离，产生碎片离子，碎片离子在离子阱中经过冷却后被束缚。2.根据权利要求1所述的双向激发解离方法，其特征在于，施加的激发电压信号波形是数字方波信号。3.根据权利要求1所述的双向激发解离方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐福兴，戴新华，周鸣飞，方向，丁传凡，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31