分析离子结构的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种分析离子结构的方法，尤其涉及一种可应用于傅里叶变换设备并 通过碰撞截面积测定分析离子结构的方法。
【背景技术】
[0002] 质谱分析法（massspectrometry)是将化合物按不同质荷比（m/z)进行分离检 测，实现成分和结构鉴别的一种分析方法。质谱技术因其具有的高特异性和灵敏度，在生物 分析领域中的重要地位日益凸显。生物质谱（Bio-massspectrometry,Bio-MS)是应用于 生物分子分析的质谱技术，其在蛋白质和多肽研究中有着广泛的应用：如蛋白质相对分子 质量测定、肽谱测定、肽序列测定技术、巯基和二硫键定位、蛋白质翻译后修饰、定量蛋白质 组分析、蛋白质相互作用研究等。此外，生物质谱还应用于多糖结构测定、寡核苷酸和核酸 分析、微生物鉴定、药物研发等领域。
[0003] 质谱法可获得样品的质量信息，而对于具有相同质量的不同样品，质谱法则不 能有效给出更多信息，例如质谱法难以分析离子的结构。现在一般使用二级与多级质谱 (tandemMS)方法和离子迁移谱方法来分析离子结构。二级与多级质谱方法通过施加能 量使待测离子碎裂，通过分析碎片离子来重构离子结构。离子迁移谱方法则通过分析待测 离子的碰撞截面积来分析离子的结构。二级与多级质谱方法通常需要高真空条件下（〈1 mTorr)，而离子迁移谱方法工作在高气压条件下（>1Torr)，且具有较低的分辨率（通常低 于1000)。这些方法由于工作气压差别较大，使得仪器的结构复杂，真空功耗增大。同时，因 为涉及离子在多个真空腔体间的迁移运动，待测离子的实验控制条件苛刻，离子损失情况 明显。
[0004] 2012 年，FanYang、JacobE.Voelkel与DavidV.Dearden在《CollisionCross SectionalAreasfromAnalysisofFourierTransformIonCyclotronResonance Lineffidth:ANewMethodforCharacterizingMolecularStructure(由傅立叶 变换离子回旋共振线宽来分析碰撞截面积：一种表征分子结构的新方法）》（Anal. Chem.，2012, 84(11)，pp4851 - 4857)中提出利用分析傅立叶变换离子回旋共振频谱谱线 的宽度来分析离子的碰撞截面积，从而分析离子结构。该方法通过提高傅立叶变换离子回 旋共振离子阱内部的气压，使得离子分子碰撞主导离子镜像电流衰减。衰减速度决定了谱 线的半峰宽（FWHM)，时域衰减速度越快，则对应的频域半峰越宽。通过测量半峰宽能够计算 离子碰撞面积，从而通过离子镜像电流衰减分析出离子碰撞面积，最终获悉离子结构。
[0005] 另外，传统的离子淌度谱方法，能在获得样品质量的同时，获得样品空间尺寸信 息，即检测样品的碰撞截面积（CCS)，继而有效鉴别相同质量的多种同分异构体。但该离子 淌度谱方法增加了分析成本，降低了分析效率。
【发明内容】
[0006] 为了至少部分解决上述问题，本发明提供一种分析离子结构的方法，其可以通过 分析来自离子质量分析器的待测离子时频信号来分析离子的结构。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供一种分析离子结构的方法，包括以下步骤：
[0008] 囚禁、激发离子步骤：向一离子质量分析器施加一射频电场，使样品离子囚禁于所 述离子质量分析器中，所加射频电场具有高阶成分；并向所述离子质量分析器施加一辅助 交流电场或施加一宽频激发电场使样品离子被激发到一运动幅度，但不超过离子质量分析 器的囚禁能力，此时运动幅度记为初始运动幅度，对应于该初始运动幅度的时刻记为第一 时刻；
[0009] 信号采集步骤：向所述离子质量分析器持续通入载气，并使离子质量分析器中的 真空度小于1. 333Pa，样品离子与载气发生碰撞，运动幅度逐渐减小，直到第二时刻，采集从 第一时刻到第二时刻过程中样品离子产生的镜像电流的时域信号；
[0010] 信号处理步骤：通过时频分析方法对所述时域信号进行分析，分别获得样品离子 中各尺寸的离子的运动频率随时间变化的时变特征曲线，每条所述时变特征曲线包含有相 应尺寸的离子的运动频率与该离子与载气的碰撞截面积的对应关系，以区别出不同尺寸的 离子。
[0011] 根据本发明的一个实施方式，其中在所述信号处理步骤之后，还包括对时域信号 进行滤波步骤，将所述时域信号通过滤波器滤波，以获得干扰较小的时域信号。
[0012] 根据本发明的一个实施方式，其中所述信号处理中的时频分析方法为傅里叶变换 方法、快速傅里叶变换方法、短时傅里叶变换方法、分数阶傅里叶变换方法或小波分析方 法。
[0013] 根据本发明的一个实施方式，其中所述信号处理步骤中，样品离子运动频率（f) 随时间变化的时变特征曲线满足方程：
[0014]
(1)
[0015] 其中ai为样品离子运动幅度；f。为无高阶场时离子运动频率；e3,e5，e7为偶 阶场微扰系数，
[0016]
C2)
[0017] 其中a。为样品初始运动幅度；
为常数
为 Langevin衰减系数；
彳硬球模型衰减系数；r为样品离子有效半径； q为样品离子电荷；ctp为极化率；ε。为真空介电常数；p为真空度；T为热力学温度；k为Boltzmann常数；Μ为载气质量;m为样品离子质量；
[0018] 将式（2)代入式（1)，则得到样品离子有效半径与样品离子运动频率随时间变化 的关系等式。
[0019] 根据本发明的一个实施方式，其中，还包括如下步骤：
[0020] 根据样品离子有效半径与样品离子运动频率随时间变化的关系等式通过数值法 绘出样品离子有效半径与样品离子运动频率随时间变化的关系曲线。
[0021] 根据本发明的一个实施方式，其中，还包括信号分析步骤：
[0022] 通过分析所述信号处理步骤的各时变特征曲线获得相应的特征值，并建立各所述 特征值与所述相应尺寸的离子的碰撞截面积的对应关系，从而确定样品离子中各尺寸离子 之间的尺寸关系。
[0023] 根据本发明的一个实施方式，其中所述信号分析步骤中，针对每一条所述时变特 征曲线，其特征值由如下方法获得 ：
[0024] 连接所述第一时刻的样品离子运动频点与第二时刻的样品离子运动频率点，构造 一条直线，将所述直线与所述时变特征曲线所围成的封闭曲线从第一时刻到第二时刻积 分，获得该条所述时变特征曲线的特征值。
[0025] 根据本发明的一个实施方式，其中，所述信号处理步骤中，样品离子运动频率随时 间变化的时变特征曲线满足方程：
[0026]
(1)
[0027] 其中：ai为样品离子运动幅度；f。为无高阶场时离子运动频率；e3，E5，E7为 偶阶场微扰系数，
[0028]
(2)
[0029] 其中a。为样品初始运动幅度；
L为常数
为 Langevin衰减系数
b硬球模型衰减系数；r为样品离子有效半径；q 为样品离子电荷；ctp为极化率；ε。为真空介电常数；p为真空度；T为温度；k为Boltzmann