[发明专利]用于离子串级质谱分析的碰撞诱导解离池及其使用方法

说明书

本发明公开了一种用于离子串级质谱分析的离子碰撞诱导解离池，特点是包括：围绕串级质谱电极系统的中心对称轴呈对称分布的多极杆电极系统；围绕中心对称轴对称设置在多极杆外围的覆盖电极，沿离子碰撞诱导解离池的离子入口至出口方向覆盖电极的横截面的面积逐渐增大；以及工作电源，工作电源向多极杆和覆盖电极提供工作电压，以提供使离子从碰撞诱导解离池的入口运动至出口的梯度电场，其优点是：能够沿串级质谱的中心对称轴产生电位梯度，使碎片离子加速通过离子碰撞诱导解离池，增加离子碰撞能量，提高离子解离效率，并且缩短碎片通过碰撞诱导解离池的时间。

技术领域

本发明涉及质谱分析技术领域，尤其涉及一种用于离子串级质谱分析的碰撞诱导解离池及其使用方法。

背景技术

串级质谱分析是获得分子离子组成与其化学结构的常用方法之一。在利用四极质谱进行串级质谱分析时，往往在离子碰撞诱导解离(Collision-Induced Dissociation,CID)池中让快速运动的离子与缓冲气体分子，如氦气、氩气发生碰撞(诱导碰撞)使离子发生碰撞解离(诱导碰撞)，这种池子还可以束缚碰撞产生的碎裂离子产物并将它们从碰撞池中传送到下游的质量分析器中进行碎裂离子产物的质量分析。

串联四极质谱中，质量选择的母离子在离子碰撞池发生离子破碎解离。碰撞池是串联质谱仪的一部分，它可以用来进行离子的多级质量分析(MSn)。在三重四极质谱仪中，第一级四极质量分析仪从离子源的大量离子中选择母体(前体)离子。母离子从第一个质量分析仪加速进入离子碰撞池，在那里它们通过与缓冲气体粒子碰撞而破碎。碎片从碰撞池中移到下游质量分析仪中，该分析仪对碎片进行质量分析。这种方法被称为多级质量分析，用该方法可以分析母体离子的分子结构，以及进行离子的定性或定量分析等。

三重四极杆质谱是最常用于串级质谱分析的质谱仪器，三重四极杆质谱又被简称为QqQ。现代QqQ包含一个离子源(电喷雾ESI)和4个沿中心对称轴排列的四极杆电极系统(图1)。第一个四极杆Q0用于从离子源传输离子并让离子进入后面的离子质量分析器中。它是一种可以工作在较高气压下的四极杆(通常是0.1～10mTorr)。它以仅射频模式工作，这意味着除了常见的交流电压外，没有直流电压施加到这个四极杆上。这个四极杆的电场分布产生于该杆X轴及相反方向的Y轴的射频电压。这样的电场分布可以确保将离子束缚在四极杆中心对称轴附近。由于与缓冲气体的碰撞，离子失去动能在Q0中心轴附近聚集。在这里，由于空间电荷排斥作用或者特意引入的气流的影响，离子朝着Q0出口移动，这样离子就进入到下一级，即第一重四极杆质量过滤器Q1中。Q1在射频电压和分辨直流电压一起工作，可以选择性地只允许传送一个狭窄质量范围内的离子，即质量选择性离子。质量选择范围取决于Q1的质量分辨能力(额定质量与质量范围宽度之比)，和取决于直流电压与射频振幅电压之比。四极杆质量过滤器Q1对出现在传输质量范围内的母离子进行选择。

经Q1选择后的母离子穿过设置在Q1-Q2的电极并进入离子碰撞池Q2中。在进入碰撞池之前，离子被设置在Q1与Q2之间的电位差进行加速，高速运动的离子在Q2中与缓冲气体，如氦气或氩气分子进行高能碰撞并发生解离。由于碰撞池Q2仅在射频模式下工作，因此Q1和Q2之间的电位差往往不高，如50V足以使典型电喷雾离子源质量范围高达2000道尔顿的的离子解离。解离产物(碎片离子)可以迅速释放动能，并在电场作用下在Q2中心轴附近聚集，它们在这里进行缓慢的布朗运动。当碎片离子运动至碰撞池Q2出口附近时，它们将加速进入最后的四极杆Q3。离子进入最后一个四极杆质量过滤器Q3后，被质量分析，获得所有离子碎片的质量，即种类信息。

当设置Q1只通过一个母离子、Q3只通过一个已知质量的碎片离子时，这种模式称为单反应检测(srm)模式。或者，Q3也可以从单个片段切换到不同时间通过几个片段(多反应监测或srm)。在其他串联仪器中，最后一个四极杆Q3可配置为具有轴向离子逐出的线形离子阱或者其他类型的质量分析仪，如飞行时间(TOF)分析仪，或者具有径向离子逐出的线形离子阱，还有Orbitrap分析仪等。这种类型仪器的优点是，既不像四极杆质量过滤器一次只传输一个碎片，也不像其他分析仪一次提供碎片离子的全质谱。