WO2024139181A1 - 一种自适应碰撞诱导解离方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the field of mass spectrometry detection, and more specifically, to an adaptive collision induced dissociation method.
- This method enables the mass spectrometer to perform tandem mass spectrometry analysis on different targets with universal and streamlined parameters, thereby improving its analytical capabilities.
- the adaptive collision-induced dissociation method comprises:
- the sample molecules are ionized using a nanoliter electrospray ionization source. After the target ions are screened and enter the ion trap, a pulse valve is used to introduce a changing gas pressure in the ion trap, so that the gas pressure in the cavity shows a gradually decreasing trend as shown in Figure 1.
- the collision-induced dissociation (CID) in the upper segment B of the pressure curve has a relatively good effect on the ions with high fragmentation energy requirements (m/z 455), but the fragmentation efficiency of the ions with low fragmentation energy requirements (m/z 150) decreases significantly, resulting in a significant loss of sensitivity.
- the mass spectrometry conditions of this comparative example are the same as those of Example 1, except that in this comparative example, during the mass spectrometry analysis of the sample molecules verapamil and 1-methyl-3-phenylpropylamine, no variable gas pressure was introduced into the ion trap.
- the fragmentation results are shown in FIG4 . It can be seen from FIG4 that the fragmentation conditions suitable for 1-methyl-3-phenylpropylamine (energy of 1.5V) will result in incomplete fragmentation when fragmenting verapamil. No daughter ions are observed; while the fragmentation conditions suitable for verapamil (energy of 4V) will lose some fragment peaks, lose selectivity, and reduce the fragmentation efficiency. Generally, too low energy will result in incomplete fragmentation, while too high energy will reduce the fragmentation efficiency.
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Abstract
本申请涉及质谱检测领域，具体公开了一种自适应碰撞诱导解离方法。该方法包括：在目标离子进入离子阱后，在离子阱中引入变化的气压，使得腔内气压逐渐降低；同时，在腔内气压下降过程中，持续对离子阱施加交流电场，使得不同特性的目标离子在同一个质谱扫描周期内完成高效率的解离。通过该方法能够使离子阱质谱仪在同一个质谱扫描周期内使用同一套参数完成对不同特性分子的高效率碰撞诱导解离。该方法提升了质谱系统的分析灵敏度，并降低了参数复杂程度，提升了对未知物的分析性能。
Description
本申请涉及质谱检测领域，更具体地说，它涉及一种自适应碰撞诱导解离方法。
串联质谱是一种能大幅提升质谱分析能力的质谱技术，其通过对质量分析器筛选出来的母离子进行解离，进一步对产生的碎片离子进行分析，实现了更高的分析灵敏度并能对分子结构进行分析。串联质谱仪根据设计原理可以分为空间串联和时间串联，离子阱质谱仪是一种常见的可以进行多级时间串联质谱分析的质谱仪。
串联质谱中有多种离子解离手段，其中最广为使用的是碰撞诱导解离(Collision induced Dissociation,CID)。CID通过提升离子的动能，并使其与中性气体分子碰撞，将动能转化为内能，从而引发离子碎裂。其优秀的碎裂效率，以及简洁的实现方式使得该方法成为了主流的串联质谱方案。
串联质谱的分析性能高度依赖离子解离的效率，但碰撞诱导解离方法中不同目标分子在碰撞诱导解离过程中所需要的条件不尽相同。在离子阱质谱仪中，碰撞诱导解离主要通过对阱中离子施加一组特定时长特定频率的二极交流电场来完成，该电场使离子获得足够的动能，从而离子阱中的背景气体碰撞完成碎裂。该流程中的气压，电场强度，以及离子阱势阱深度均能对碎裂效率产生明显的影响。
传统方法通常需要针对目标物质进行参数优化，但该方案导致调试复
杂度增加，同时在进行未知物筛查时无法实现。一些商业质谱设计了在多个质谱扫描周期内进行不同能量的碰撞诱导解离，并对结果进行平均的方案，但是该方案降低了分析效率，同时对灵敏度有负面影响。
发明内容
本申请提供一种自适应碰撞诱导解离方法，通过该方法能够使离子阱质谱仪在同一个质谱扫描周期内使用同一套参数完成对不同特性分子的高效率碰撞诱导解离。该方法提升了质谱系统的分析灵敏度，并降低了参数复杂程度，提升了对未知物的分析性能。
本申请提供的一种自适应碰撞诱导解离方法，采用如下的技术方案：
一种自适应碰撞诱导解离方法，其包括：
在目标离子进入离子阱后，在所述离子阱中引入变化的气压，使得腔内气压逐渐降低；同时，在腔内气压下降过程中，持续对离子阱施加交流电场，使得不同特性的目标离子在同一组质谱参数下内完成解离。
进一步地，向所述离子阱中引入变化气压的方式为采用非连续大气接口或脉冲阀接入。
进一步地，向所述离子阱中引入的气压呈连续变化趋势或者呈阶梯式变化趋势。
进一步地，离子阱中的腔内气压的有效碰撞解离气压在500mTorr-0.1mTorr范围内逐渐降低，可根据质量分析器中的背景气体种类选择。
进一步地，对所述离子阱施加交流电势的强度为0.1-50V，可根据具体质量分析器特性、气压范围、背景气体种类等参数进行优化选择。
进一步地，对所述离子阱施加交流电场的强度可进行随时间变化的调制，以控制所述目标离子的碎裂方式。
进一步地，对所述目标离子的运动频率和对应势阱深度可进行调控，以控制所述目标离子的碎裂模式。
进一步地，对目标离子运动频率的调控方法包括：
调整射频电场的强度，按照下列公式计算，使目标离子的运动频率所对应的q值在0.05-0.5之间；
其中，r0为场半径、Ω为射频频率、V为射频电场强度、z为离子电荷数、m为离子质量、e为单位电荷、q为离子运动参量。
通过调整射频电场的强度，使得对于不同质荷比的离子,在给定离子阱参数(场半径r0，射频频率Ω)下均能在合适的势阱深度下进行碎裂，同时能够对碎片离子有效捕获。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
本申请提供的自适应碰撞诱导解离方法，通过在离子阱中引入变化的气压，使得腔内气压呈逐渐降低的趋势。在不同气压下，离子碎裂的效果会产生差异：在高气压下，对离子进行碎裂时，对于易碎的离子能得到较好的碎裂效果，但对于碎裂能量需求高的离子则不能完全碎裂；而在气压下降过程中，对碎裂能量需要高的离子有较为良好的碎裂效果，但是对碎裂能量需求低的离子则出现了明显的碎裂效率下降，大幅损失灵敏度。基于此，本自适应碰撞诱导解离方法通过在腔内气压下降过程中，持续对离子施加一定强度的电场(即对离子施加一定强度的能量)，使得不同特性
的目标离子在各自合适的条件下能够完成解离，并且均能得到接近最优条件下的碎裂效率。
本申请相对于现有技术，有益效果为：
(1)在离子阱质谱中通过变化气压实现了自适应的碰撞诱导解离，使其适用于不同特性的分析目标。
(2)通过对离子阱施加的电场强度的调节，以及离子阱势阱深度的调整，可进一步优化离子的碎裂特性，提升碰撞诱导解离的性能。
(3)该方法使质谱仪能够以普适精简的参数对不同的目标物进行串联质谱分析，提升其分析能力。
图1是本发明实施例1中的离子阱腔内气压变化的气压曲线；
图2是本发明实施例1中的维拉帕米和1-甲基-3-苯基丙胺在A段的变化气压下得到的串联质谱谱图；
图3是本发明实施例1中的维拉帕米和1-甲基-3-苯基丙胺在变化气压以及施加电场的碎裂条件下得到的串联质谱谱图；
图4是本发明对比例1中的维拉帕米和1-甲基-3-苯基丙胺在稳定气压下得到的串联质谱谱图。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明
的范围，实施例中未注明的具体条件，按照常规条件或者制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
本实施例提供一种自适应碰撞诱导解离方法，所使用的仪器为线性离子阱质谱仪，进行质谱分析的样品分子为维拉帕米和1-甲基-3-苯基丙胺。具体参数如下：
配置维拉帕米浓度为10ug/mL的甲醇溶液和1-甲基-3-苯基丙胺浓度为1ug/mL的甲醇溶液。对两种样品分别优化仪器的进样量参数至34,38，并在后续实验中保持不变。离子选择的q值为0.72，离子碎裂的q值为0.25，离子选择的能量设置使用仪器默认，质量范围设置为50-1000Th。碎裂气压及碎裂能量见下文详述。
该自适应碰撞诱导解离方法包括：
(1)利用纳升电喷雾电离源对样品分子进行离子化，筛选出目标离子进入离子阱后，通过使用脉冲阀在离子阱中引入变化的气压，使得腔内气压呈现如图1所示的逐渐下降的趋势。
如图1、图2所示，在图1的气压曲线中，A段的气压高，在给定的碎裂能量下，这种高气压下对离子进行碎裂时对易碎的离子(如1-甲基-3-苯基丙胺的离子m/z 150)能得到较好的碎裂效果，但对需要碎裂能量较高的离子(如维拉帕米的离子m/z 455)则不能完全碎裂。而在低气压(气
压曲线上B段)下执行碰撞诱导解离，对碎裂能量需要高的离子(m/z 455)有较为良好的效果，但是对碎裂能量需求低的离子(m/z 150)则出现了明显的碎裂效率下降，大幅损失灵敏度。
(2)在腔内气压下降过程中(气压曲线上的C段)，持续对离子阱施加交流电场，即对离子施加1.5V的能量，使得维拉帕米和1-甲基-3-苯基丙胺的两种离子能够在各自合适的条件下完成解离，并且均能得到接近最优条件下的碎裂效率，如图3所示。
对比例1
本对比例的质谱条件与实施例1相同，不同之处在于本对比例在进行样品分子维拉帕米和1-甲基-3-苯基丙胺的质谱分析过程中，没有在离子阱中引入变化的气压。
其碎裂结果如图4所示，由图4可见，适合1-甲基-3-苯基丙胺的碎裂条件(能量为1.5V)在碎裂维拉帕米时会使得碎裂不完全。观察不到子离子；而适合维拉帕米的碎裂条件(能量为4V)则会损失部分碎片峰，损失选择性，同时降低碎裂效率。通常情况下过低的能量会使得碎裂发生不完全，而过高的能量会使得碎裂效率降低。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
- 一种自适应碰撞诱导解离方法，其特征在于，其包括：在目标离子进入离子阱后，在所述离子阱中引入变化的气压，使得腔内气压逐渐降低；同时，在腔内气压下降过程中，持续对离子阱施加交流电势，使得不同特性的目标离子在同一组质谱参数下完成解离。
- 根据权利要求1所述的自适应碰撞诱导解离方法，其特征在于，向所述离子阱中引入变化气压的方式为采用非连续大气接口或脉冲阀接入。
- 根据权利要求1所述的自适应碰撞诱导解离方法，其特征在于，向所述离子阱中引入的气压呈连续变化趋势或者呈阶梯式变化趋势。
- 根据权利要求1所述的自适应碰撞诱导解离方法，其特征在于，离子阱中所述腔内气压的有效碰撞解离气压在500mTorr–0.1mTorr范围内逐渐降低。
- 根据权利要求1所述的自适应碰撞诱导解离方法，其特征在于，对所述离子阱施加交流电势的强度为0.1-50V。
- 根据权利要求5所述的自适应碰撞诱导解离方法，其特征在于，对所述离子阱施加交流电场的强度可进行随时间变化的调制，以控制所述目标离子的碎裂方式。
- 根据权利要求1所述的自适应碰撞诱导解离方法，其特征在于，对所述目标离子的运动频率和对应势阱深度进行调控，以控制所述目标离子的碎裂模式。
- 根据权利要求7所述的自适应碰撞诱导解离方法，其特征在于，对所述目标离子运动频率的调控方法包括：调整射频电场的强度，按照下列公式计算，使所述目标离子的运动频 率所对应的q值在0.05-0.5之间；
其中，r0为场半径、Ω为射频频率、V为射频电场强度、z为离子电荷数、m为离子质量、e为单位电荷、q为离子运动参量。
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