用于橫流離子遷移譜分析的設(shè)備和方法
【專利說明】用于橫流離子遷移譜分析的設(shè)備和方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 申請(qǐng)人在此要求于2012年11月29日提交的美國專利申請(qǐng)?zhí)枮?3/688, 594的優(yōu) 先權(quán)，通過引用將其公開內(nèi)容并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003] 本發(fā)明涉及用于通過離子迀移率以及通過離子迀移率和質(zhì)譜分析的結(jié)合來對(duì)樣 本進(jìn)行分析的方法。本文所述的用于樣本處理和分析的設(shè)備和方法改進(jìn)了相關(guān)技術(shù)中涉及 質(zhì)譜分析和離子迀移譜分析（在對(duì)廣泛的化合物的分析中是重要的工具）的技術(shù)。具體地， 離子迀移譜儀可用于確定分析物離子的橫截面，而質(zhì)譜儀可用于確定其分子質(zhì)量（準(zhǔn)確地 說是分子質(zhì)量與電荷的比，以下稱為質(zhì)量）。通過離子迀移譜分析和質(zhì)譜分析對(duì)樣本的分析 包括三個(gè)主要步驟一從樣本材料形成氣相離子、對(duì)離子進(jìn)行迀移率和/或質(zhì)量分析以根據(jù) 離子迀移率和/或質(zhì)量將離子彼此分開、以及檢測(cè)離子。在質(zhì)譜和迀移譜分析領(lǐng)域存在多 種方式和方法來執(zhí)行這三個(gè)步驟中的每一個(gè)。在已有迀移譜儀或質(zhì)譜儀中所采用的這些裝 置和方法的特定組合決定了儀器的特性。
[0004] 例如，為了對(duì)離子進(jìn)行質(zhì)量分析，可能需要使用磁（B)或靜電（E)分析，其中穿 過磁場(chǎng)或靜電場(chǎng)的離子將沿著一個(gè)彎曲路徑。在磁場(chǎng)中，路徑的曲率表;^離子的動(dòng)量電 荷比（momentum-to-charge ratio)。在靜電場(chǎng)中，路徑的曲率表示離子的能量電荷比 (energy-to-charge ratio)。如果連續(xù)地使用磁場(chǎng)和靜電場(chǎng)分析儀，則將獲知離子的動(dòng)量 電荷比和能量電荷比并將因此確定離子的質(zhì)量。其他所熟知的質(zhì)量分析儀為四極桿（Q) (quadrupole)、離子回旋共振（ICR)、飛行時(shí)間（T0F)和Paul離子阱分析儀。最近，線性四 極桿離子講[J. Schwartz, M. Senko, and J. Syka, J. Am. Soc. Mass Spectrom. 13, 659 (2002); J.Hager, Rapid Commun. Mass Spectrom. 16,512(2002)]]已經(jīng)廣泛普及。A. Makarov[Q. Hu et al.，J Mass Spectrom. 40, 430 (2005)]已經(jīng)描述了一種新的分析儀，其是基于 Kingdon 講[K. Kingdon, Phys. Rev. 21，408 (1923)]的軌道離子講（Orbitrap)。與本文所描述的裝置 和方法結(jié)合使用的分析儀可以是上述中的任意一種。
[0005] 在可以開始質(zhì)量分析之前，必須從樣本材料生成氣相離子。如果樣本材料充分地 易揮發(fā)，則可以通過氣相樣本分子的電子電離（EI)或化學(xué)電離（CI)來形成離子?；蛘?，對(duì) 于固體樣本（例如，半導(dǎo)體或結(jié)晶材料），可以對(duì)高能粒子轟擊樣本分子解吸和電離來形成 離子。此外，例如，二次離子質(zhì)譜分析（SIMS)利用keV離子來對(duì)樣本材料進(jìn)行解吸和電離。 在SIMS過程中，在分析物分子中聚集了大量的能量，這導(dǎo)致脆弱分子分裂。這種分裂是不 可接受的，因?yàn)橛嘘P(guān)樣本原始成分的信息（例如，樣本分子的分子量）將會(huì)丟失。
[0006] 對(duì)于更加不穩(wěn)定的易碎分子，現(xiàn)在存在多種其他電離方法。Macfarlane等人提出 了 等離子體解吸（PD)技術(shù)（R. D. Macfarlane, R. P. Skowronski, D. F. Torgerson, Biochem. Biophys. Res Commun. 60 (1974) 616) ("McFarlane") oMcFarlane 發(fā)現(xiàn)了表面上的高能（MeV) 離子的影響，像SMS-樣，會(huì)引起小分析物分子的解吸和電離。然而，與SMS不同，ro過 程還導(dǎo)致更大、更不穩(wěn)定物質(zhì)（例如，胰島素以及其他蛋白質(zhì)分子）的解吸。
[0007] 此外，已經(jīng)以類似的方式利用激光來促使生物分子或其他不穩(wěn)定分子解吸。例 如，參見 Cotter 等人（R. B. VanBreeman, M. Snow, R. J. Cotter, Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 49 (1983) 35 ；Tabet, J. C. ；Cotter, R. J. , Tabet, J. C. , Anal. Chem. 56 (1984) 1662 ； 或 R. J. Cotter, P. Demirev, I. Lys, J. K. Olthoff, J. K. ;Lys, I. :Demirev, P. : Cotter et al. , R. J. , Anal. Instrument. 16 (1987) 93)。Cotter 利用 Tachisto (Needham, Mass.) 215G 型 脈沖調(diào)制二氧化碳激光器對(duì)用于非易揮發(fā)性生物分子的紅外激光解吸的CVC 2000飛行時(shí) 間質(zhì)譜儀進(jìn)行了改進(jìn)。不穩(wěn)定分子的等離子體或激光解吸和電離取決于相關(guān)分析物離子中 少量或無能量的沉積。
[0008] 基質(zhì)輔助激光解吸電離（MALDI)的引入提高了利用激光器來解吸和電離不穩(wěn) 定分子（K. Tanaka, H. Waki, Y. Ido, S. Akita, Y. Yoshida, T. Yoshica, Rapid Commun. Mass Spectrom. 2 (1988) 151 以及 M. Karas, F. Hillenkamp, Anal. Chem. 60 (1988) 2299)。在 MALDI 過程中，分析物在固體有機(jī)基質(zhì)中溶解。使用一種波長(zhǎng)被固體基質(zhì)吸收但不被分析物吸收 的激光來激發(fā)樣本。從而，激光器直接激發(fā)基質(zhì)，并且被激發(fā)的基質(zhì)升華為攜帶分析物分子 的氣相。然后通過從基質(zhì)分子到分析物分子的質(zhì)子、電子或陽離子轉(zhuǎn)移來對(duì)分析物分子電 離。該過程（即，MALDI)通常與飛行時(shí)間質(zhì)譜分析（T0FMS)組合使用并可用于測(cè)量分子量 超過100, 000道爾頓的蛋白質(zhì)。
[0009] 大氣壓電離（API)包含許多離子生成裝置和方法。通常，在大氣壓下從液體溶 液生成分析物離子。其中一個(gè)更廣泛使用的方法，也就是熟知的電噴霧電離（ESI)，最先 由 Dole 等人建議其與質(zhì)譜分析一起使用（]\10〇16，1^1^]\&1〇1^1?.1^11；[1168，1?.(1]\1〇13167，1. D. Ferguson, M. B. Alice, J. Chem. Phys. 49, 2240, 1968)。在電噴霧技術(shù)中，分析物在液體溶 液中溶解并從針頭噴出。噴霧是由針頭和反向電極之間的電勢(shì)差的作用而引起的。噴霧可 形成細(xì)小的包含分析物分子的帶電溶液液滴。在氣相中，溶劑揮發(fā)，留下帶電的氣相分析物 離子。這一方法允許形成非常大的離子。ESI與質(zhì)譜分析組合（ESMS)可檢測(cè)lMDa大的離 子。
[0010] 除了 ESI之外，可在大氣壓或加壓狀態(tài)下使用許多其他的離子生成方法。例如， Laiko等人近期已對(duì)MALDI進(jìn)行調(diào)整而使之在大氣壓下工作（Victor Laiko and Alma Burlingame,''Atmospheric Pressure Matrix Assisted Laser Desorption"，U. S. Patent No.5,965, 884,以及 Atmospheric Pressure Matrix Assisted Laser Desorption Ionization, poster#1121, 4th International Symposium on Mass Spectrometry in the Health and Life Sciences, San Francisco, Aug. 25-29, 1998)，而 Standing等人則使之在 加壓狀態(tài)下工作（Time of Flight Mass Spectrometry of Biomolecules with Orthogonal Injection+Collisional Cooling, poster#1272, 4th International Symposium on Mass Spectrometry in the Health and Life Sciences, San Francisco, Aug. 25-29, 1998 ;以及 Orthogonal Injection TOFMS Anal. Chem. 71 (13) ,452A (1999))。以這種方式調(diào)整離子源 的優(yōu)點(diǎn)在于，質(zhì)量分析儀內(nèi)的離子光學(xué)（即，電極結(jié)構(gòu)和操作）以及獲得的質(zhì)譜結(jié)果很大程 度上不依賴于所采用的離子生成方法。
[0011] Standing公開的加壓MALDI離子源與Laiko等人公開的不同。具體地，Laiko等 人公開了一種用于基本在大氣壓下運(yùn)行的離子源。與之相反，Standing等人公開的離子