[發(fā)明專利]離子阱質(zhì)量分析器中直流電壓驅(qū)動的串級質(zhì)譜分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410647270.1
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104362070A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐福興;陳銀娟;方向;汪源源;丁傳凡
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H01J49/42
• 分類號: H01J49/42;H01J49/02;G01N27/62
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于質(zhì)量分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及在離子阱質(zhì)譜儀中實(shí)現(xiàn)串級質(zhì)譜分析的方法，通過施加非對稱波形的射頻工作電壓實(shí)現(xiàn)離子的束縛和碰撞誘導(dǎo)解離。

背景技術(shù)

質(zhì)譜技術(shù)是一種可精確測量原子和分子重量的一種科學(xué)技術(shù)，是目前應(yīng)用最廣泛的分析技術(shù)之一，已應(yīng)用于生命科學(xué)、食品安全、環(huán)境檢測、國防、制藥、化工等領(lǐng)域，其作用越來越重要。眾所周知，質(zhì)譜儀一個重要的特征是串級質(zhì)譜分析功能，可以通過串級質(zhì)譜分析對化合物的的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和分析。串級質(zhì)譜的分析過程具體為：第一階段為離子隔離，對于待分析的樣品中的離子，選定某一特定質(zhì)荷比（m/z）的離子將其選擇隔離，被選擇隔離的離子稱為母離子（parent?ion）；第二階段為碰撞誘導(dǎo)解離（Collision?Induced?Dissociation，簡稱CID），母離子與中性的氣體分子例如氦氣、氬氣、氮?dú)獾劝l(fā)生碰撞，碰撞過程中產(chǎn)生的能量沉積到母離子上，導(dǎo)致母離子自身內(nèi)能增加，最終母離子發(fā)生解離，得到碎片子離子；第三階段，碎片離子進(jìn)行質(zhì)量分析，得到碎片離子的質(zhì)譜峰，MS/MS?分析完成。如碎片離子中選定某一特定質(zhì)荷比的離子隔離，將其作為母離子，繼續(xù)上述過程，如此往復(fù)下去，可以實(shí)現(xiàn)多級質(zhì)譜分析。碰撞誘導(dǎo)解離技術(shù)是使用最廣泛、研究最透徹的解離技術(shù)。

在目前使用的眾多種類質(zhì)譜儀中，四極質(zhì)譜儀是最常用最適合實(shí)現(xiàn)碰撞誘導(dǎo)解離的一種質(zhì)譜儀。四極質(zhì)譜儀主要包含四極桿質(zhì)譜儀和四極離子阱質(zhì)譜儀，其中，四極桿質(zhì)譜儀核心關(guān)鍵部件為四極桿質(zhì)量分析器，又叫四極濾質(zhì)器，僅能讓某一特定質(zhì)量數(shù)的離子通過，故在四極桿中進(jìn)行串級質(zhì)譜分析時，需要在空間上將多個四極桿質(zhì)量分析器串聯(lián)，一般采用三段四極桿質(zhì)量分析器的組合，即三重四極桿。一組四極桿質(zhì)量分析器對離子進(jìn)行選擇，中間一組四極桿質(zhì)量分析器對已選擇的離子進(jìn)行碰撞誘導(dǎo)解離，得到碎片離子，最后一組四極桿質(zhì)量分析器對已碰撞誘導(dǎo)解離后的碎片離子進(jìn)行質(zhì)量分析，最終得到質(zhì)譜圖。三重四極桿質(zhì)譜儀一般具有較大的體積。而四極離子阱質(zhì)譜儀（Quadrupole?Ion?Trap,?簡稱QIT）可以在一個離子阱質(zhì)量分析器中實(shí)現(xiàn)離子的隔離、解離、質(zhì)量分析等步驟，是目前唯一一個可以在單質(zhì)量分析器重實(shí)現(xiàn)串級質(zhì)譜分析的質(zhì)量分析器，在串級質(zhì)譜方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

離子阱質(zhì)量分析器的工作原理是主要通過求解Mathieu二次線性微分方程組，獲得具有一定質(zhì)荷比的離子在電場中的運(yùn)動狀態(tài)和結(jié)果。Mathieu方程根據(jù)帶電離子在離子阱內(nèi)受電場的作用符合牛頓第二定律得到，它描述了離子在四極電場中的運(yùn)動軌跡及運(yùn)動結(jié)果等。以三維離子阱為例，通過解Mathieu?方程得到:

，

式中:?a?是與直流電壓成正比的阱參數(shù)，q?是與射頻電壓成正比的阱參數(shù)，U為離子阱電極上所加直流電壓，V為離子阱電極上所加射頻電壓，?為射頻電壓的頻率，r₀?為環(huán)電極半徑，z₀為軸向半徑。通過對離子阱電極上施加電場變化，阱內(nèi)的不同質(zhì)荷比的離子依次從離子阱內(nèi)逸出，并被探測到。在離子阱內(nèi)運(yùn)動的離子被稱為穩(wěn)定的，即位于穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。被逐出離子阱的離子被稱為不穩(wěn)定的，即離子位于穩(wěn)定區(qū)外。按穩(wěn)定圖分析，離子阱進(jìn)行質(zhì)量分析時，不同質(zhì)荷比的離子，在具有時序變化的電場作用下，依次運(yùn)動到穩(wěn)定區(qū)外，即從離子阱中彈出并被安裝在阱外的離子探測器接受到，完成質(zhì)量分析。

隨著質(zhì)譜儀技術(shù)的飛速發(fā)展，離子阱質(zhì)量分析器一個重要的技術(shù)是共振激發(fā)，共振激發(fā)（resonance?excitation）技術(shù)目前已經(jīng)成為離子阱上普遍采用的離子彈出和解離的方法。通常共振激發(fā)是通過在離子阱中用于離子彈出的方向上的一對電極上，施加一個輔助的交流電壓（AC），也稱為偶極激發(fā)電壓（dipolar?excitation?voltage）實(shí)現(xiàn)的，該電壓具有特定的頻率和幅度，且一對電極上的電壓幅度、頻率相同，相位相差180度。束縛在離子阱中的離子，在射頻電壓的作用下的運(yùn)動具有一個久期頻率（secular?frequency，ω），不同質(zhì)荷比的離子具有不同的久期頻率。久期頻率與射頻電壓的頻率（?）之間存在如下關(guān)系：