基于等離子體的電子捕獲解離裝置以及相關(guān)系統(tǒng)和方法
【專利說明】基于等離子體的電子捕獲解離裝置從及相關(guān)系統(tǒng)和方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[000引 本申請(qǐng)要求2013年11月6日提交的題為"PLASMA-BASED ELECTRON CAPTURE DISSOCIATION巧CD)APPARATUS AND RELATED SYSTEMS AND MET冊(cè)DS"的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng) No. 61/900, 563的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過引用而合并到此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體上設(shè)及基于等離子體的電子捕獲解離巧CD)，具體地，設(shè)及對(duì)于ECD優(yōu) 化等離子體。
【背景技術(shù)】
[0004] 質(zhì)譜（M巧一般用于表征包括長(zhǎng)鏈生物聚合物（例如膚、蛋白質(zhì)等）的大（高分子 量）分子。在最簡(jiǎn)單的典型工作流中，完好的大分子被分離、電離并且引入到質(zhì)譜儀，在質(zhì) 譜儀中，離子質(zhì)荷（m/z)比得W測(cè)量并且用于推導(dǎo)分子式。在串接式光譜法（MS/M巧中，通 過將工作流擴(kuò)展為包括斷片步驟來獲得附加信息，在所述斷片步驟中，感興趣的一個(gè)或多 個(gè)離子（"前體"或"母體"離子）Wm/z比被隔離并且然后解離（分裂）到更小的"產(chǎn)物" 或"斷片（化agment)"離子。在單獨(dú)質(zhì)量測(cè)量不足的情況下，斷片質(zhì)量提供互補(bǔ)分子信息并 且因此在表征大分子方面起到重要作用。
[0005] 存在許多斷片方法，各有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。通常在Paul捕集器或其它類型的 基于射頻（R巧的離子處理設(shè)備中執(zhí)行的用于解離的機(jī)制是碰撞誘導(dǎo)解離（CID)，也稱為碰 撞活化解離（CAD)。在存在諸如氮?dú)?、氮?dú)饣驓鈿庵惖谋尘爸行詺怏w（或碰撞氣體）的情 況下，CID必需將母體離子加速到高動(dòng)能。當(dāng)受激勵(lì)的母體離子與氣體分子碰撞時(shí)，一些母 體離子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為內(nèi)（振動(dòng)）能。如果內(nèi)能增加得足夠高，則母體離子將侵入一個(gè)或多 個(gè)斷片離子，其可W然后受質(zhì)量分析。相似的機(jī)制用于彭寧（Penning)捕集器中，其公知為 持續(xù)非共振福射（SORI)CID，其在存在碰撞氣體的情況下必需加速離子使得增加它們的回 旋運(yùn)動(dòng)的半徑。CID和S0RI-CID的替代方案是紅外線多光子解離（IRMPD)，其必需使用IR 激光器來福射母體離子，由此它們吸收IR光子，直到它們解離為斷片離子為止。iRiro也是 基于振動(dòng)激勵(lì)（VE)的。
[0006] CID和IRMTO并未視為是于解離諸如膚和蛋白質(zhì)之類的大分子的離子的最佳技 術(shù)。對(duì)于很多類型的大分子，該些基于VE的技術(shù)不能夠產(chǎn)生對(duì)于得到完整結(jié)構(gòu)分析所需的 各類型的鍵斷裂或足夠數(shù)量的該些斷裂。目前，電子捕獲解離巧CD)正被研究作為一種有 前途的用于解離大分子離子的新方法。在ECD中，通常選擇電噴霧電離巧SI)的公知技術(shù) W通過質(zhì)子附著來產(chǎn)生大分子的正多電荷離子。"軟"或"柔"的ESI技術(shù)讓多電荷離子完 好，即不斷片。離子然后由低能量自由電子流所福射。如果它們的能量足夠低（典型地小 于3eV)，則通過離子上的正向充電部位捕獲電子。放熱捕獲處理中所釋放的能量釋放為離 子中的內(nèi)能，其然后可W非常快地產(chǎn)生鍵斷裂（例如在膚主干處）和解離。ECD被認(rèn)為是 一種用于斷片完好蛋白質(zhì)和大膚的尤其強(qiáng)大的方法。ECD的優(yōu)點(diǎn)在于斷片模式簡(jiǎn)單且可預(yù) ，該有助于蛋白質(zhì)標(biāo)識(shí)，并且氨基酸的轉(zhuǎn)譯后修飾貫穿斷片處理保持完好。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)ECD系統(tǒng)使用受熱陰極細(xì)絲作為電子的源，其通過熱離子發(fā)射而從細(xì)絲 表面脫離。一般結(jié)合"硬"電子沖擊巧I)電離和需要產(chǎn)生密集電子射束的其它處理來使用 該種類型的設(shè)備。為了達(dá)到高電子熱離子發(fā)射電流，細(xì)絲受加熱到至少幾百度開耳文，其對(duì) 傳送細(xì)絲電流的引線W及周圍系統(tǒng)進(jìn)行加熱。在設(shè)計(jì)中必須還考慮細(xì)絲電流所生成的磁場(chǎng) W及來自穿過細(xì)絲的電壓降的電場(chǎng)。此外，對(duì)于從受熱細(xì)絲表面形成電子射束所需的高提 取電壓產(chǎn)生高能量電子，其不適合于上述ECD。此外，當(dāng)細(xì)絲正工作在對(duì)于低電子能量（小 于2eV)的空間電荷極限時(shí)，電子密度很低，使得導(dǎo)致低效率或需要非常長(zhǎng)的互作用距離和 時(shí)間。在現(xiàn)有技術(shù)中，ECD質(zhì)譜儀基于磁捕集（即，傅立葉變換離子回旋加速器諧振MS)，低 電子密度偏移達(dá)很長(zhǎng)的互作用距離和時(shí)間。所得到的系統(tǒng)沒有高吞吐量，而且并不在與現(xiàn) 代色譜分離兼容的時(shí)間量程上運(yùn)行。
[000引作為對(duì)于熱離子發(fā)射所產(chǎn)生的電子射束的替代方案，等離子體可W充當(dāng)優(yōu)異的高 密度電子群體的源。然而，存在大量出現(xiàn)在等離子體中的顆粒的其它核素。在所采用的氣 體是稀有氣體的等離子體中，該些核素中的最重要的是；（1)等離子體電子一通過電離碰 撞所產(chǎn)生的自由電子，其展現(xiàn)某范圍的能量；(2)等離子體離子一在相同電離碰撞中產(chǎn)生 的帶正電荷的離子；（3)亞穩(wěn)原子一作為非電離碰撞的結(jié)果已經(jīng)在長(zhǎng)壽的亞穩(wěn)態(tài)下存儲(chǔ)能 量的中性原子；(4)紫外扣V)光子一碰撞激勵(lì)和原子衰變所生成的UV光；（5)中性原子一 典型地處于遠(yuǎn)高于所有其它核素的密度的未激勵(lì)的中性原子。在所有該些核素中，僅低能 量（小于3eV)等離子體電子滿足通過ECD的機(jī)制的分析物母體離子的成功斷片的要求。高 能量等離子體電子和所有其它核素是不期望的，因?yàn)樗鼈兛赡墚a(chǎn)生不想要的電離或解離事 件，其在所得到的質(zhì)量譜中僅充當(dāng)背景噪聲。
[0009] 因此，需要基于等離子體的ECD裝置和方法。還需要能夠從等離子體移除不想要 的等離子體核素的基于等離子體的ECD裝置和方法。還需要能夠產(chǎn)生低能量等離子體電子 的優(yōu)化密度的基于等離子體的ECD裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了全部或部分解決前述問題和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)觀察到的其它問題，本 公開提供通過示例的方式在W下所闡述的實(shí)現(xiàn)方式中所描述的方法、處理、系統(tǒng)、裝置、儀 器和/或設(shè)備。
[0011] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電子捕獲解離巧CD)裝置包括；等離子體源，其配置用于生成等 離子體；等離子體提純?cè)O(shè)備，其配置用于將所生成的等離子體轉(zhuǎn)換為包括適合于ECD的占 優(yōu)低能量電子W及等離子體離子的所提純的等離子體；腔室，其配置用于接收含有所提純 的等離子體的互作用區(qū)域中的離子射束。
[0012] 根據(jù)另一實(shí)施例，質(zhì)譜儀（M巧系統(tǒng)包括；所述ECD裝置；離子源，其用于從樣本產(chǎn) 生分析物離子，并且與所述ECD裝置連通；質(zhì)量分析器，其與所述ECD裝置連通。
[0013] 根據(jù)另一實(shí)施例，一種用于執(zhí)行電子捕獲解離巧CD)的方法包括；生成等離子體； 根據(jù)所生成的等離子體來形成所提純的等離子體，其中，所提純的等離子體包括適合于ECD 的占優(yōu)低能量電子W及等離子體離子；將離子射束導(dǎo)向到所提純的等離子體中。
[0014] 根據(jù)另一實(shí)施例，一種用于分析樣本的方法包括；使得分析物離子經(jīng)受電子捕獲 解離巧CD) W產(chǎn)生斷片離子；將所述斷片離子中的至少一些傳送到質(zhì)量分析器。
[0015] 在審閱W下附圖和【具體實(shí)施方式】時(shí)，本發(fā)明的其它設(shè)備、裝置、系統(tǒng)、方法、特征W 及優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是或?qū)⒆兊妹黠@。意圖所有該些另外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu) 點(diǎn)包括于該描述內(nèi)、在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且受所附權(quán)利要求所保護(hù)。
【附圖說明】
[0016] 通過參照W下附圖，可W更好地理解本發(fā)明。附圖中的組件并不一定成比例，而是 著重示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同標(biāo)號(hào)貫穿不同附圖指定對(duì)應(yīng)部分。
[0017] 圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的電子捕獲解離巧CD)裝置的示例的示意圖。
[001引圖2是根據(jù)另一實(shí)施例的ECD裝置的示例的示意圖。
[0019] 圖3A是作為位置（mm)的函數(shù)的電子溫度L(eV)的圖線。
[0020] 圖3B是作為位置（mm)的函數(shù)的電子密度n6(cnr3)的圖線。
[0021] 圖4是根據(jù)另一實(shí)施例的ECD裝置的示例的示意圖。
[0022] 圖5是根據(jù)另一實(shí)施例的ECD裝置的示例的透視圖。
[0023] 圖6是根據(jù)另一實(shí)施例的ECD裝置的示例的透視圖。
[0024] 圖7是在等離子體的余輝中比較等離子體電子溫度和等離子體電子/離子密度W 及亞穩(wěn)密度的時(shí)間演變的圖線集合。
[0025] 圖8是根據(jù)一些實(shí)施例的質(zhì)譜（M巧系統(tǒng)的示例的示意圖。
[0026] 圖9是根據(jù)一些實(shí)施例的MS系統(tǒng)的示例的示意圖，其中，MS系統(tǒng)包括連續(xù)波（CW) 等離子體ECD裝置并且基于=元四重（QQ曲配置。
[0027] 圖10是根據(jù)一些實(shí)施例的MS系統(tǒng)的示例的示意圖，其中，MS系統(tǒng)包括CW等離子 體ECD裝置并且基于四極飛行時(shí)間（QTCF)配置。
[002引圖11是根據(jù)一些實(shí)施例的MS系統(tǒng)的示例的示意圖，其中，MS系統(tǒng)包括脈沖化的 等離子體ECD裝置并且基于=元四重（QQ曲配置。
[0029] 圖12是根據(jù)一些實(shí)施例的MS系統(tǒng)的示例的示意圖，其中，MS系統(tǒng)包括脈沖化的 等離子體ECD裝置并且基于QTOF配置。
[0030] 圖13是根據(jù)一些實(shí)施例的MS系統(tǒng)的另一示例的示意圖，其中，MS系統(tǒng)包括脈沖 化的等離子體ECD裝置并且基于QTOF配置。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 如上面討論的，ECD斷片模式在很多應(yīng)用中是令人期望的，但用于ECD的傳統(tǒng)電子 源遭遇低效率W及周圍系統(tǒng)上的潛在大熱量負(fù)載。為了在短時(shí)間和很小互作用距離中達(dá)到 高ECD效率，期望使用盡可能密集的低能量電子源。在此公開的實(shí)施例生成具有比傳統(tǒng)上 用作電子源的細(xì)絲的表面附近的密度大很多量值等級(jí)的電子密度的等離子體。此外，尤其 是當(dāng)在短時(shí)間量程上執(zhí)行ECD時(shí)，在此公開的實(shí)施例允許正離子中和電子的靜電排斥，由 此明顯減少可能損害對(duì)于高效ECD斷片所需的高密度低能量電子場(chǎng)的產(chǎn)生的凈空間電荷 排斥力。此外，在此公開的一些實(shí)施例提供該樣的設(shè)備和方法；其用于提純所生成的等離子 體，使得濾除等離子體的不期望的核素。此外，在此公開的一些實(shí)施例提供該樣的設(shè)備和方 法：其用于控制等離子體中的低能量電子的密度，使得調(diào)諧ECD出現(xiàn)的條件。此外，與傳統(tǒng) 電子源相比，在此公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可w消耗更少的功率并且減少系統(tǒng)的鄰近部分 的加熱量。
[0032] 在本公開的上下文中，"等離子體"離子是通過從等離子體形成背景或加工氣體 (氣氣、氮?dú)獾龋┥刹⑵浜蟊３值入x子體所形成的離子。等離子體離子與作為通過樣本分 子的電離所形成的離子的"分析物"或"樣本"離子是不同的。相應(yīng)地，與等離子體離子相 反，分析物離子是在樣本材料的譜分析中的感興趣離子。在光譜法的上下文中，等離子體離 子通常并未W有用的方式貢獻(xiàn)于離子信號(hào)。然而，可W利用等離子體離子來改善空間電荷 效應(yīng)，如下所述。
[0033] 圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的電子捕獲解離巧CD)裝置100的示例的示意圖。ECD裝 置100通常包括；等離子體源102,其配置用于生成等離子體；ECD腔室（或單元）104,其配 置用于接收含有等離子體的ECD互作用區(qū)域或區(qū)帶110中的分析物離子的射束108。等離 子體源102通常包括；外殼112,其包圍等離子體源內(nèi)部（或等離子體形成腔室）114 ;氣體 入口 116,其用于將等離子體形成氣體引入到源內(nèi)部114中；W及能量源118,其配置用于根 據(jù)源內(nèi)部114中的等離子體形成氣體生成等離子體。可W通過各種已知技術(shù)來生成等離子 體。等離子體典型地受DC電力或AC電磁力驅(qū)動(dòng)。作為示例，能量源118可W包括禪合到 直流值C)、交流（AC)或射頻（RF)電壓源的電極，并且可W還包括一個(gè)或多個(gè)介電阻擋物、 諧振腔、微帶和/或磁體。相應(yīng)地，等離子體可W例如是DC或AC輝光放電、電暈放電、RF電 容性或電感性放電、介電阻擋物放電值BD)或微波放電。用于生成等離子體的機(jī)制可W基 于能量的諧振禪合或受激準(zhǔn)分子（excimer)的形成。氣體供應(yīng)系統(tǒng)120配置用于W期望的 氣體流動(dòng)速率（或壓力）將任何所選擇的氣體或氣體組合傳送到等離子體源102。等離子 體形成氣體可W例如是惰性氣體（氮?dú)?、氛氣、氣氣、氯氣或氣氣）、兩種或更多種惰性氣體 的組合、或非惰性氣體（例如氨氣或面素（例如氣、氯或漠））與一種或多種惰性氣體的組 合。各種類型的等離子體W及用于生成等離子體的各種類型的能量源的設(shè)計(jì)和工作原理通 常為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，因此為了本公開的目的而無(wú)需進(jìn)一步描述。
[0034] 對(duì)等離子體源120的大小沒有具體限制。大小通常取決于應(yīng)用。僅通過示例，圖 1示意性描繪處于被配置用于產(chǎn)生微波激勵(lì)微等離子體（小量程等離子體）的微等離子體 巧片的形式的等離子體源120,其可W使用合適的材料通過已知的微制造技術(shù)而加W制造。 作為非限制性示例，等離子體源120可W包括與美國(guó)專利申請(qǐng)公開No. 2010/0032559和 2011/0175531中所描述的那些特征和功能相似的特征和功能，其內(nèi)容通過引用合并到此。 基于巧片的微波激勵(lì)的微等離子體在很多應(yīng)用中可能是有利的。該種類型的等離子體源是 高密度的所有等離子體核素（具體地，對(duì)于高效率ECD重要的非常高密度的低能量電子） 的緊湊的熱高效源。在基于巧片的微等離子體源中，電子密度可W例如是lxlO"cnT 3W及接 近2eV的平均電子能量（溫度），該是對(duì)于ECD要求的良好匹配。在工作中，等離子體氣體 和巧片接近環(huán)境溫度?；谇善奈⒌入x子體源可W通過簡(jiǎn)單的熱設(shè)計(jì)僅消耗數(shù)瓦的功率 并且工作在真空中。
[0035] 在本實(shí)施例中，等離子體形成氣體的流量是連續(xù)的，W保持源內(nèi)部114中的期望 壓力。外殼112包括等離子體出口 122,等離子體羽流124通過等離子體出口 122從源內(nèi) 部114發(fā)射到ECD腔室104中。利用各種手段，例如通過源內(nèi)部114的氣體流量和/或源 內(nèi)部114與腔室104之間的壓力差值，可W驅(qū)動(dòng)通過等離子體出口 122的等離子體的流量。 等離子體羽流124通過腔室104通常沿著標(biāo)稱等離子體通量軸126流動(dòng)到ECD互作用區(qū)域 110 (即分析物離子射束108橫穿等離子體羽流124的區(qū)域）。等離子體通量軸126可W是 筆直或彎曲的，如W下進(jìn)一步描述的那樣。等離子體羽流124終止于越過互作用區(qū)域110 的ECD腔室1