使用离子阱跨越质量范围进行连续窗口化获取的系统及方法

文档序号:6213683阅读:248来源:国知局
使用离子阱跨越质量范围进行连续窗口化获取的系统及方法
【专利摘要】提供系统及方法来执行质谱数据的连续窗口化获取。接收样本的质量范围及质量窗宽度参数。在质谱仪的离子阱中收集来自所述样本的在所述质量范围内的多个离子。使用所述质量窗宽度参数计算两个或两个以上邻近或重叠窗口以跨越所述质量范围。从所述离子阱喷射每一质量窗内的离子。接着,使用所述质谱仪的质量分析器从所述每一质量窗宽度的所述所喷射离子中检测质谱,从而产生所述质量范围的质谱集合。所述两个或两个以上质量窗可均具有相同的宽度、可均具有不同的宽度或可具有至少两个具有不同宽度的质量窗。
【专利说明】使用离子阱跨越质量范围进行连续窗口化获取的系统及方 法
[0001] 相关申请案的夺叉参考本申请案主张2012年4月2日申请的序列号为 61/619, 008号的美国临时专利申请案的权益,所述申请案的内容以全文引用方式并入本文 中。

【背景技术】
[0002] 近来开发的高分辨率及高吞吐量四极质谱仪允许使用具有邻近或重叠的质量窗 的多个扫描在分离实验的小时间间隔内准确扫描质量范围。在每一时间间隔处可将来自多 个扫描的结果拼凑在一起以产生整个质量范围的频谱。所述分离的每一时间间隔处的每一 频谱的集合为整个质量范围的频谱集合。举例来说,使用窗口化的质谱扫描来扫描整个质 量范围的方法称为连续窗口化获取或通过库的连续窗口化获取(SWATH)。
[0003] 在一个示范性连续窗口化获取实验中,将400到1200道尔顿(Da)的质量范围分 成32个邻近的25道尔顿(Da)质量窗。针对每一质量窗,使用四极飞行时间(T0F)质谱仪 在100毫秒(ms)内积累频谱。用于积累质量范围的质谱的总时间为3. 2秒。换句话说,分 离实验的最小时间间隔为3. 2秒。
[0004] 连续窗口化获取实验的工作周期或效率受到为质量窗收集具有适当信噪比的T0F 频谱所需的时间量的限制。虽然近来开发的高分辨率及高吞吐量四极飞行时间质谱仪已显 著增加工作周期,但四极飞行时间质谱分析仍然具有若干限制。举例来说,每一质量窗的选 择需要通常费时的质量过滤步骤。此外,质量过滤步骤要求浪费若干离子。因此,如果来自 源的离子流较低,那么可能不具有足够的离子来为整个质量范围获得具有所需信噪比的频 谱。

【专利附图】

【附图说明】
[0005] 所属领域的技术人员将理解下文描述的图式仅用于说明目的。图式不希望以任何 方式限制本教示的范围。
[0006] 图1为说明根据各种实施例的计算机系统的框图。
[0007] 图2为根据各种实施例的展示在跨越某一质量范围的两个或两个以上邻近或重 叠质量窗中的每一质量窗具有相同质量宽度的情况下激励频率的范围如何从所述两个或 两个以上质量窗中的第一个质量窗减小到所述两个或两个以上质量窗中的最后一个质量 窗的不范性表。
[0008] 图3为根据各种实施例的用于连续窗口化获取的质谱分析系统的示意图。
[0009] 图4为根据各种实施例的描绘质谱/质谱(MS/MS)连续窗口化获取的步骤3之后 的所选择的质量范围的离子的位置的示意图。
[0010] 图5为根据各种实施例的描绘MS/MS连续窗口化获取的步骤4期间的所选择的质 量范围的离子的位置的示意图。
[0011] 图6为根据各种实施例的描绘MS/MS连续窗口化获取的步骤5之后的所选择的质 量范围的离子的位置的示意图。
[0012] 图7为根据各种实施例的描绘MS/MS连续窗口化获取的步骤6之后的所选择的质 量范围的离子的位置的示意图。
[0013] 图8为根据各种实施例的描绘MS/MS连续窗口化获取的步骤8期间的所选择的质 量范围的离子的位置的示意图。
[0014] 图9为根据各种实施例的描绘在MS/MS连续窗口化获取期间质谱仪的飞行时间区 段的加速器区域中的离子的位置的示意图。
[0015] 图10为根据各种实施例的描绘跨越某一质量范围且具有统一的质量宽度的η个 质量窗的示范性图示。
[0016] 图11为根据各种实施例的描绘跨越某一质量范围且具有可变的质量宽度的η个 质量窗的示范性图示。
[0017] 图12为展示根据各种实施例的用于质谱数据的连续窗口化获取的方法示范性流 程图。
[0018] 图13为根据各种实施例的包含执行用于质谱数据的连续窗口化获取的方法的一 或多个相异软件模块的系统的示意图。
[0019] 在详细描述本教示的一或多个实施例之前,所属领域的技术人员将了解,本教示 在其应用方面不限于以下详细描述中陈述或图式中说明的构造细节、组件布置及步骤布 置。同样,应理解,本文中使用的措辞及术语是用于描述目的且不应被视为是限制性的。

【具体实施方式】
[0020] 计算机实施系统
[0021] 图1为说明可在其上实施本教示的实施例的计算机系统100的框图。计算机系统 100包含:总线102或其它通信机构,其用于传达信息;及处理器104,其与总线102耦合以 处理信息。计算机系统100还包含存储器106 (其可为随机存取存储器(RAM)或其它动态 存储装置),存储器106耦合到总线102以存储待由处理器104执行的指令。在执行待由处 理器104执行的指令期间,存储器106还可用于存储临时变量或其它中间信息。计算机系 统100进一步包含只读存储器(ROM) 108或其它静态存储装置,其耦合到总线102以存储用 于处理器104的静态信息及指令。提供存储装置110 (例如磁盘或光盘)且将其耦合到总 线102以存储信息及指令。
[0022] 计算机系统100可经由总线102耦合到显示器112 (例如,阴极射线管(CRT)或液 晶显示器(LCD))以向计算机用户显示信息。输入装置114(其包含字母数字键及其它键) 耦合到总线102以向处理器104传达信息及指令选择。另一类型的用户输入装置为光标控 制件116 (例如,鼠标、轨迹球或光标方向键),其用于向处理器104传达方向信息及命令选 择且用于控制显示器112上的光标移动。此输入装置通常在两个轴(第一轴(即,X)及第 二轴(即,y))上具有两个自由度,这允许所述装置在平面中指定位置。
[0023] 计算机系统100可执行本教示。与本教示的某些实施方案一致,由计算机系统100 响应于处理器104执行包含在存储器106中的一或多个指令的一或多个序列来提供结果。 此类指令可从另一计算机可读媒体(例如,存储装置110)读入到存储器106中。执行存储 器106中含有的指令序列致使处理器104执行本文描述的过程。替代地,硬接线电路可替 代软件指令或与软件指令组合而使用以实施本教示。因此,本教示的实施方案不限于硬件 电路及软件的任何特定组合。
[0024] 如本文中使用,术语"计算机可读媒体"是指参与向处理器104提供指令以供执行 的任何媒体。此媒体可呈许多形式,包含但不限于非挥发性媒体、挥发性媒体及传输媒体。 举例来说,非挥发性媒体包含光盘或磁盘,例如存储装置110。挥发性媒体包含动态存储器, 例如存储器106。传输媒体包含同轴电缆、铜导线及光纤,包含包括总线102的导线。
[0025] 举例来说,计算机可读媒体的常见形式包含软磁盘、软盘、硬盘、磁带或任何其它 磁性媒体、⑶-ROM、数字视频光盘(DVD)、蓝光光盘、任何其它光学媒体、拇指驱动器、存储 卡、RAM、PR0M及EPROM、FLASH-EPR0M、任何其它存储芯片或匣或计算机可从其读取的任何 其它有形媒体。
[0026] 将一或多个指令的一或多个序列运送到处理器104以供执行可涉及到各种类型 的计算机可读媒体。举例来说,指令最初可在远程计算机的磁盘上运送。远程计算机可将 指令加载到其动态存储器中且使用调制解调器经由电话线发送所述指令。计算机系统1〇〇 本地的调制解调器可接收电话线上的数据且使用红外线发射器将数据转换成红外信号。耦 合到总线102的红外线检测器可接收以红外信号运送的数据且将所述数据放置在总线102 上。总线102将数据运送到存储器106,处理器104从存储器106检索并执行指令。由存储 器106接收的指令可在由处理器104执行之前或之后任选地存储在存储装置110上。
[0027] 根据各种实施例,经配置以由处理器执行以执行方法的指令存储在计算机可读媒 体上。所述计算机可读媒体可为存储数字信息的装置。举例来说,计算机可读媒体包含已 知在此项技术中用于存储软件的压缩光盘只读存储器(⑶-ROM)。计算机可读媒体由适于执 行经配置以被执行的指令的处理器存取。
[0028] 已出于说明及描述目的呈现本教示的各种实施方案的以下描述。所述描述不是详 尽的且不将本教示限于所揭示的精确形式。修改及改变在以上教示的背景下是可能的或可 从实践本教示获取。此外,所描述的实施方案包含软件但本教示可实施为硬件与软件的组 合或仅以硬件实施。本教示可以面向对象及非面向对象编程系统两者实施。
[0029] 俥用离子阱的连续窗口化获取
[0030] 如上文描述,近来开发的高分辨率及高吞吐量四极飞行时间质谱仪允许使用具有 邻近或重叠的质量窗的多个扫描在分离实验的小时间间隔内准确扫描质量范围。在一个示 范性连续窗口化获取实验中,将400到1200道尔顿(Da)的质量范围分成32个邻近的25 道尔顿(Da)质量窗。针对每一质量窗在100毫秒(ms)内积累频谱。因此,用于积累整个 质量范围的质谱的总时间为3. 2秒。
[0031] 虽然这些近来开发的高分辨率及高吞吐量四极飞行时间质谱仪已使连续窗口化 获取成为可能,但其仍然具有若干限制。举例来说,每一质量窗的选择涉及通常费时的质量 过滤步骤。此外,质量过滤步骤需要浪费掉若干离子。因此,如果来自源的离子流较低,那 么可能不具有足够的离子来为整个质量范围获得具有所需信噪比的频谱
[0032] 在各种实施例中,使用离子阱执行连续窗口化获取。通过使用离子阱,费时的质量 过滤步骤仅执行一次。质量窗的选择由从离子阱喷射离子的较快步骤执行。
[0033] 考虑上文提及的实例。举例来说,可在111ms中使用来自400到1200Da的质量范 围的所有离子填充离子阱。这是一个质量过滤步骤。举例来说,可在l〇ms中执行25Da离子 质量窗从离子阱的每一喷射。因此,使用离子阱的连续窗口化获取的总时间为100+32X18 或699ms。举例来说,这表示使用离子阱的连续窗口化获取的工作周期几乎比使用四极飞行 时间的连续窗口化获取的工作周期快5倍。
[0034] 在各种实施例中,使用离子阱来收集某一质量范围内的离子且使用跨越某一质量 范围的两个或两个以上邻近或重叠质量窗选择性地喷射所收集的离子。举例来说,一种用 于在线性离子阱(LIT)质谱仪中选择性地轴向运送离子的方法描述于第7, 459, 679号美国 专利(下文称为'〃 679专利")中。在'679专利中,具有不同质荷比的离子群组被允许 进入LIT。使用第一径向激励场选择具有第一质荷比(m/z)的第一离子群组且接着使用轴 向加速场喷射所述第一离子群组。在喷射所述第一离子群组之后,以相同方式喷射第二离 子群组。所述第一离子群组的m/z范围与所述第二离子群组的m/z范围不相交。
[0035] 因此,'679专利描述在不同时间喷射具有不同且不相交的m/z范围的离子群组。 举例来说,不相交的m/z范围为不共用单个m/z值的m/z范围或为不相交或邻近的m/z范 围。因此,'679专利不建议选择不同m/z范围的所喷射群组来扫描被允许进入LIT的连 续离子质量范围。换句话说,^ 679专利未描述连续窗口化获取。
[0036] 举例来说,连续窗口化获取的目标是在单次分析中以多个反应监测(MRM)实验的 选择性及特殊性量化较大质量范围中的所有物种。因此,连续窗口化获取非常适合于串联 质谱分析(MS/MS)。可将在不同质量窗中选择的离子转移到碰撞室以进行MS/MS碎片化。
[0037] 在各种实施例中,用于连续窗口化获取的离子阱为LIT。举例来说,此LIT类似 于'679专利中描述的LIT。举例来说,LIT用于收集较大质量范围内的离子。施加某一经 计算数量的分辨直流电(DC)以允许仅传输所述质量范围内的那些离子。LIT具有选择性地 激励所捕获的离子且接着给予其轴向推力以进行喷射的能力。举例来说,此技术称为径向 振幅协助转移(RAAT)。
[0038] 可使用宽带激励波形(例如,过滤噪声场(FNF))在RAAT陷阱中激励较宽质量范 围的离子。这允许许多离子在同一时间被激励且接着被发送通过碰撞室以进行MS/MS。一 旦已收集第一质量窗的数据,接着便从LIT喷射下一个邻近或重叠质量窗(来自对LIT的 同一填充)以收集下一个频谱。重复此过程直到初始大质量范围窗的整个质量范围已被覆 盖为止。
[0039] 在各种实施例中,用于喷射离子且跨越质量范围的两个或两个以上质量窗具有相 同的质量宽度且使用可变激励频率范围来选择。举例来说,指示LIT传输400到1200Da 的离子质量范围。这需要196. 28V的分辨DC,其中LIT设定为质量854. 7m/z (校准q = 0. 7045,驱动频率=1. 228484MHz,rQ = 4. 17mm)。离子在碰撞室中捕获并冷却。接着,整个 质量范围转移回到LIT。已知以相同射频(RF)振幅捕获的离子具有由以下等式界定的马蒂 厄(Mathieu)q 值
[0040]

【权利要求】
1. 一种用于质谱数据的连续窗口化获取的系统,其包括: 质谱仪,其包含离子阱及质量分析器;及 处理器,其与所述质谱仪通信,所述处理器: 接收样本的质量范围及质量窗口宽度参数, 指示所述质谱仪在所述离子阱中收集来自所述样本的在所述质量范围内的多个离子, 使用所述质量窗宽度参数计算跨越某一质量范围的两个或两个以上邻近或重叠质量 窗,且 指示所述质谱仪从所述离子阱喷射所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗中的每一 质量窗内的离子且使用所述质量分析器从所述每一质量窗的所述所喷射离子中检测质谱, 从而产生所述质量范围的质谱集合。
2. 根据权利要求1所述的系统,其中所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗具有相同 的宽度。
3. 根据权利要求2所述的系统,其中处理器指示所述质谱仪通过针对所述两个或两个 以上邻近或重叠质量窗中的每一质量窗使用具有不同激励频率范围的不同波形而从所述 离子阱喷射所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗中的每一质量窗内的离子。
4. 根据权利要求3所述的系统,其中具有不同激励频率范围的不同波形在所述质谱仪 从所述离子阱喷射任何离子之前由所述处理器针对所述两个或两个以上邻近或重叠质量 窗中的每一质量窗而计算且存储在所述质谱仪上。
5. 根据权利要求1所述的系统,其中所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗具有不同 的宽度。
6. 根据权利要求5所述的系统,其中处理器指示所述质谱仪通过针对所述两个或两个 以上邻近或重叠质量窗中的每一质量窗使用具有相同激励频率范围的相同波形从所述离 子阱喷射所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗中的每一质量窗内的离子。
7. 根据权利要求5所述的系统,其中所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗中的每一 质量窗的宽度随着所述质量范围中的所述每一质量窗的质量增大而增大。
8. 根据权利要求1所述的系统,其中所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗中的至少 两个质量窗具有不同的宽度。
9. 根据权利要求1所述的系统,其中所述处理器进一步指示所述质谱仪在检测所述质 谱从而产生所述质量范围的串联质谱分析质谱集合之前在碰撞室中使所述每一质量窗的 所述所喷射离子碎片化。
10. -种用于质谱数据的连续窗口化获取的方法,其包括: 接收样本的质量范围及质量窗宽度参数, 在质谱仪的离子阱中收集来自所述样本的在所述质量范围内的多个离子, 使用所述质量窗宽度参数计算跨越所述质量范围的两个或两个以上邻近或重叠质量 窗,及 从所述离子阱喷射所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗中的每一质量窗内的离子 且使用所述质谱仪的质量分析器从所述每一质量窗的所述所喷射离子中检测质谱,从而产 生所述质量范围的质谱集合。
11. 根据权利要求10所述的方法,其中所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗具有相 同的宽度。
12. 根据权利要求11所述的方法,其中从所述离子阱喷射所述两个或两个以上邻近或 重叠质量窗中的每一质量窗内的离子包括针对所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗中 的每一质量窗使用具有不同激励频率范围的不同波形。
13. 根据权利要求12所述的方法,其进一步包括在所述质谱仪从所述离子阱喷射任何 离子之前针对所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗中的每一质量窗计算具有不同激励 频率范围的不同波形且在所述质谱仪上存储所述不同波形。
14. 根据权利要求10所述的方法,其中所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗具有不 同的宽度。
15. 根据权利要求14所述的方法,其中从所述离子阱喷射所述两个或两个以上邻近或 重叠质量窗中的每一质量窗内的离子包括针对所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗中 的每一质量窗使用具有相同激励频率范围的相同波形。
16. 根据权利要求14所述的方法,其中所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗中的每 一质量窗的宽度随着所述质量范围中的所述每一质量窗的质量增大而增大。
17. 根据权利要求10所述的方法,其进一步包括在检测所述质谱从而产生所述质量范 围的串联质谱分析质谱集合之前在所述质谱仪的碰撞室中使所述每一质量窗的所述所喷 射离子碎片化。
18. -种计算机程序产品,其包括非暂时性且有形的计算机可读存储媒体,所述计算机 可读存储媒体的内容包含程序,其中有在处理器上执行以执行用于质谱数据的连续窗口化 获取的方法的指令,所述方法包括: 提供系统,其中所述系统包括一或多个相异软件模块,且其中所述相异软件模块包括 分析模块及控制模块; 使用所述分析模块接收样本的质量范围及质量窗宽度参数, 使用所述控制模块在质谱仪的离子阱中收集来自所述样本的在所述质量范围内的多 个离子, 使用所述分析模块来使用所述质量窗宽度参数计算跨越所述质量范围的两个或两个 以上邻近或重叠质量窗,及 使用所述控制模块从所述离子阱喷射所述两个或两个以上邻近或重叠质量窗中的每 一质量窗内的离子且使用所述质谱仪的质量分析器从所述每一质量窗的所述所喷射离子 中检测质谱,从而产生所述质量范围的质谱集合。
19. 根据权利要求18所述的计算机程序产品,其中所述两个或两个以上邻近或重叠质 量窗具有相同宽度。
20. 根据权利要求18所述的计算机程序产品,其中所述两个或两个以上邻近或重叠质 量窗具有不同的宽度。
【文档编号】G01N27/62GK104160473SQ201380010818
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年4月2日
【发明者】布鲁斯·安德鲁·科林斯 申请人:Dh科技发展私人贸易有限公司
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