用于质谱分析的根据离子迁移率的离子分离制造技术

本发明专利技术涉及一种根据迁移率对离子进行靶向分析的方法，该方法使用捕获离子迁移率分离器(TIMS)，其包括RF离子导向器内的气流和电DC场屏障。该方法包括以下步骤：将离子引入捕获离子迁移分离器，通过气流推动离子克服抵消电DC场屏障，其中设置电DC场屏障的高度和气流的速度使得在捕获离子迁移率分离器的平台附近捕获目标离子，作用在离子上的有效力沿着平台而实质恒定，以及以单个步长调整电DC场屏障的高度和/或气流的速度，使得目标离子穿过电DC场屏障。

Ion separation based on ion mobility for mass spectrometry

The invention relates to a method for target analysis of ions according to mobility. The method uses a capture ion mobility separator (TIMS), which includes an air flow and an electric DC field barrier in the RF ion director. The method includes the following steps: introducing the ions into the capture ion migration separator, pushing the ions through the air flow to overcome the offset electric DC field barrier, wherein the height of setting the electric DC field barrier and the speed of the air flow make it possible to capture the target ions near the platform of the capture ion mobility separator, the effect on the ions is substantially constant along the platform, and adjusting the electric DC in a single step The height of the field barrier and / or the velocity of the air stream, making the target ion pass through the electric DC field barrier.

【技术实现步骤摘要】
用于质谱分析的根据离子迁移率的离子分离
本专利技术涉及使用捕获离子迁移率分离器(trappingionmobilityseparator，TIMS)根据离子迁移率分离离子的方法和装置，TIMS优选地施加气流以推动离子克服电DC场屏障(fieldbarrier)。根据离子迁移率分离的离子通常由下游质量分析仪或串联质量分析仪检测。
技术介绍
质谱仪只能确定离子质量与离子电荷的比率。在下面为简化使用术语“离子的质量”或“离子质量”，它们总是指离子的质量m与离子的基本电荷的无量纲数z的比率。该与电荷相关的质量m/z具有质量的物理量纲；它通常也被称为“质荷比”，尽管就物理量纲而言这是不正确的。“离子物质(ionspecies)”应表示具有相同元素组成、相同电荷和相同三维结构的离子。离子物质通常包含同位素组(isotopegroup)的所有离子，同位素组的所有离子由质量稍微不同但实际上迁移率相同的离子组成。异构体是具有相同经验式(即,相同的元素组成)的分子，具有不同的几何形状,但质量完全相同。不同物质的异构体对于生物有机分子是已知的：与一级结构相关的异构体(结构异构体)和与二级结构或三级结构相关的异构体(构象异构体)。不可能根据异构体的质量区分它们。可以从碎片离子质谱获得关于结构的一些信息；然而，识别和区分这些异构体的有效且确定的方式是根据它们的不同的迁移率来分离它们的离子。异构体代表一种可以使用高分辨率离子迁移率分析仪而分离的物质。具有相似迁移率的其他类型的离子可具有不同的质量，有时仅稍微不同。存在能够与质谱法(massspectrometry)相结合的不同类型的低压离子迁移率谱仪/分析仪。二十年前，通常经由它们的在电DC场的影响下在静止气体中的漂移速度来测量离子的迁移率，该电DC场在时间上是恒定的并且在空间上是均匀的。在大多数情况下，惰性气体，例如氦气、氮气或氩气填满漂移区域。借助于电DC场拉出被研究的物质的离子通过所述气体，该电DC场通过施加到沿漂移区域布置的环电极的适当DC电位而产生。与气体的摩擦导致每个离子物质的漂移速度vd恒定，所述漂移速度vd与电场强度E成比例，电场强度E可表示为：vd＝K×E。比例系数K被称为离子物质的“离子迁移率系数”(或简称“离子迁移率”)。离子迁移率K是气体温度、气体压力、气体类型、离子电荷、并且特别是离子的碰撞截面的函数。具有相同的与电荷相关的质量m/z但碰撞截面不同的异构离子在相同的温度、压力和类型的气体中具有不同的离子迁移率。最小几何尺寸的异构体拥有最大的迁移率，因此拥有通过气体的最高的漂移速度vd。未折叠的蛋白质离子比紧密折叠的蛋白质经历更多的碰撞。因此，未折叠的或部分折叠的蛋白质离子比相同质量的强折叠的离子较晚到达漂移区的末端。但结构异构体，例如在不同位点具有糖基、脂质或磷酰基的蛋白质也具有不同的碰撞截面。结构异构体的离子迁移率有时仅相差极小的值，并且难以区分。迁移率分辨能力(简称“迁移率分辨率”)被定义为Rmob＝K/ΔK＝vd/Δvd，其中，ΔK是迁移率K的离子信号在半高处的宽度(其以离子迁移率单位来测量)，以及Δvd是相应的速度差异。迁移率分辨率Rmob主要受到离子云的扩散展宽的影响，特别是对于较长的漂移区域和高的电场强度而言；所有其他影响，诸如空间电荷，往往小的可以忽略。由扩散展宽确定的迁移率分辨率Rd的部分由下式给出：其中z是基本电荷e的数量，E是电场强度，Ld是漂移区域的长度，k是玻尔兹曼常数，T是漂移区域中气体的温度。因此，具有给定数量z的基本电荷e的离子的高迁移率分辨率只有借助于高场强E、长漂移区域Ld或低温T才能实现。通常，现有技术分析仪中漂移区域的长度选择在80厘米至4米之间。Rmob＝100的离子迁移率分辨率被认为是“高迁移率分辨率”，仅利用长漂移管实现。在美国专利No.7,838,826B1(M.A.Park，2008)中，提出了一种离子迁移率谱仪，其尺寸总计仅约十厘米。该谱仪(spectrometer)已经变得广为人知，其名称是TIMS(捕获离子迁移率谱仪(TrappedIonMobilitySpectrometer)/分离器(Separator))。它通常基于在改进的RF离子漏斗中的移动气体驱动离子克服并超过抵消DC场屏障，非常适合并入飞行时间质谱仪中。与构建小型离子迁移率谱仪的许多其他试验不同，M.A.Park的装置已经实现了离子迁移率分辨率超过几百，主要因为它使用较高的电场强度E和较长的有效路径长度L。在美国专利No.8,766,176B2(使用捕获离子的离子迁移率谱仪的获取模式；MAPark等)中相当详细地描述了TIMS仪器的基本操作以及使用具有改变扫描速度的非线性扫描的不同操作模式，其通过引用并入本文。在所公开的不同模式中的是时间缩放模式(temporalzoommode)，其涉及开始高速的迁移率扫描、降低预定义区域中的扫描速度以实现针对所选定的迁移率范围的高离子迁移率分辨率，并且针对其余的迁移率范围再次恢复高速度以节省获取时间。利用这种小型设备，已经在缩放区域内实现了超过Rmob＝400的迁移率分辨率。在没有任何时间缩放的情况下，在没有优选特定的质量范围或离子迁移率范围的情况下，仪器测量了宽范围的分析物。相反，时间缩放模式的应用需要离子迁移率谱内感兴趣区域的先前知识。这种分析方法被称为靶向方法(targetedmethod)，聚焦于离子迁移率值接近并且质量已知的一种或多种目标离子物质。目前，这种靶向分析方法在许多应用领域中相当重要，例如，用于生产有机分子的质量控制，特别是在药剂学中或在临床诊断领域，例如用于通过生物标记物的癌症分析。对于分离仅具有稍微不同的离子迁移率的离子物质的靶向方法的需求日益增加。在大多数情况下，离子物质是相当小的分子，通常在它们的折叠构象中是稳定的，并且仅小的化学基团的位置不同。可能需要达到Rmob＝400的离子迁移率分辨率。通常，该方法是常规分析，其仅测量具有几乎相同迁移率的样品中两种离子物质的关系。具有正交离子注入的高分辨率飞行时间质谱仪(OTOF-MS)已证明迁移率谱仪与质谱仪的组合是成功的。具体地，这里使用具有四极分离器(Q-OTOF-MS)的OTOF-MS和用于获取碎片离子质谱的碎片化单元。但是，各种其他类型的质量分析仪也可以与TIMS结合使用。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供了一种使用捕获离子迁移率分离器(TIMS)根据迁移率分析离子的方法，所述捕获离子迁移率分离器包括气流和抵消电DC场屏障，两者都位于RF离子导向器中。该方法包括：将离子引入捕获离子迁移分离器；通过气流推动离子克服抵消电DC场屏障，其中设置电DC场屏障的高度和气流的速度，使得在捕获离子迁移分离器的平台附近捕获目标离子，沿该捕获离子迁移分离器的平台，作用在离子上的有效力实质恒定，以及以单个步长调整电DC场屏障的高度和/或气流的速度，使得目标离子穿过电DC场屏障。通过气流和电DC场的摩擦力产生作用在离子上的有效力。目标离子是在电DC场屏障处引入和捕获的所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用捕获离子迁移率分离器根据迁移率分析离子的方法，所述捕获离子迁移率分离器包括RF离子导向器内的气流和电DC场屏障，所述方法包括以下步骤：/n-将离子引入所述捕获离子迁移率分离器；/n-通过所述气流推动所述离子克服抵消电DC场屏障，其中设置所述电DC场屏障的高度和所述气流的速度，使得在所述电DC场屏障的平台附近捕获目标离子，沿所述平台作用于所述离子的有效力实质上恒定；以及/n-以单个步长调整所述电DC场屏障的高度和/或所述气流的速度，使得所述目标离子穿过所述电DC场屏障。/n

【技术特征摘要】
20180604 US 62/680,0231.一种使用捕获离子迁移率分离器根据迁移率分析离子的方法，所述捕获离子迁移率分离器包括RF离子导向器内的气流和电DC场屏障，所述方法包括以下步骤：
-将离子引入所述捕获离子迁移率分离器；
-通过所述气流推动所述离子克服抵消电DC场屏障，其中设置所述电DC场屏障的高度和所述气流的速度，使得在所述电DC场屏障的平台附近捕获目标离子，沿所述平台作用于所述离子的有效力实质上恒定；以及
-以单个步长调整所述电DC场屏障的高度和/或所述气流的速度，使得所述目标离子穿过所述电DC场屏障。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据迁移率在时间上分离所述目标离子，并且在被分离的目标离子的子集穿过离子门的同时通过切换所述离子门来选择所述子集，所述离子门位于所述电DC场屏障的下游。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，沿所述平台根据迁移率在时间上分离所述目标离子，在所述平台处，在调整步骤之后，减小的实质恒定的有效力作用在所述目标离子上。


4.根据权利要求3所述的方法，还包括重复引入步骤、捕获步骤、调整步骤、分离步骤和选择步骤，并将被重复地选择的目标离子存储在位于所述离子门下游的离子阱中。


5.根据权利要求4所述的方法，还包括：获取被重复地选择的离子的质谱和/或至少一个碎片质谱。


6.根据权利要求3所述的方法，还包括：获取被选择的目标离子的质谱和/或至少一个碎片质谱。


7.根据权利要求1所述的方法，还包括：在调整步骤之后，沿所述平台利用减小的有效力根据迁移率在时间上分离所述目标离子，以及当被分离的目标离子的子集的离子穿过所述平台的末端的同时，通过重新调整所述电DC场屏障的高度和/或所述气流的速度来选择所述子集，所述被选择的目标离子在未被选择的目标离子之前到达所述平台的末端。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，在调整步骤之前停止离子的引入。


9.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述电DC场屏障的平台附近的目标离子的捕获位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·里奇韦，
申请(专利权)人：布鲁克科学有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US