高效隔离离子阱内离子的操作方法与流程

本发明涉及离子阱质谱操作离子的方法，特别是有关于高效隔离离子阱内离子的方法。

背景技术：
质谱分析方法是将物质粒子(原子、分子)电离成离子，并通过适当的稳定或变化的电场或磁场将它们按空间位置、时间顺序等实现质荷比分离，并检测其强度来作定性、定量分析的分析方法。由于质谱分析方法直接测量物质粒子，且质谱分析方法具有高灵敏、高分辨、高通量和高适用性的特性，使得质谱仪和质谱分析技术在现代科学技术中举足轻重。随着生命科学、环境科学、医药科学等学科的发展，以及食品安全、国家安全、国际反恐的需要，质谱仪的已成为需求量增长速度最快的分析仪器之一，尤其是色谱/质谱联用技术和相关仪器的出现，因其对复杂基体的高分离功能和检测的高灵敏度，更是在上述各领域倍受青睐，甚至不可或缺。质量分析器是质谱仪器中将离子依照质荷比分离出可以检测的部件，离子阱是重要的一种质量分析器，其原理是将众离子存储于阱内后，再分离检测，相对于其他不包含离子阱的质量分析器，包含离子阱的质量分析器可以存储离子，因此可以在包含离子阱的质量分析器内做MSn操作(质谱操作)。在做MSn操作或者做选择离子操作之前，需要对指定离子做隔离操作，也就是在离子阱内仅仅保留指定离子，而将其他质荷比的离子通过共振方式，逐出离子阱，而从达到了隔离指定离子的目的。在离子阱上施加相同射频电压下，其中荷质比大的离子在X方向上运动的频率越小，共振逐出需要的能量越大。在离子阱中实施隔离指定离子(m/z，其中m为离子的质量，z为该离子所带电荷的数量)操作是在离子阱的X方向电极上施加包含很多频率信号的波形。该波形有两个参数特别重要：一是频率成分，通常是包括10k-500kHz的频率成分，不包括(m/z+1)离子在X方向的运动频率f1到不包括(m/z-1)离子在X方向的运动频率f2这个区间的频率成分。这样在理想情况下，在X方向的运动频率f1到f2区间的离子通常不被共振出离子阱。二是各频率成分对应信号的幅度值，荷质比大的离子共振逐出需要的幅度值越大，但也不能过大，否则把需要隔离的指导离子也产生破坏影响，逐出离子阱。因此，往往依据离子阱的实际场型、阱内气压来做参数曲线，获得合适的能量值，这也是质谱仪器定期校准的操作之一。在现实实验操作过程中，情况往往不理想：如果f1到f2太窄了(对应的小于1个amu宽度)，则被指定隔离的离子大量不逐出，如果f1到f2太宽了(大于1.5amu宽度)，则被指定隔离的离子周围的离子将不能够有效逐出离子阱而保留在离子阱中，如此会影响后续操作。如何能够不损失被指定隔离的离子而又能有效将其他离子逐出离子阱，这是离子阱质谱仪器需要解决的问题。

技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提出一种操作离子阱质谱内离子的方法。为实现上述目的，本发明提出了一种高效隔离离子阱内离子的操作方法，依次包括如下步骤：S1，检测离子阱及与离子阱相关的各项电参数以及真空区间内的真空度是否正常，检测范围包括：离子门，施加在离子透镜上的电压，控制离子是否向后端传输，初始状态为关闭状态；Trap-RF，施加在离子阱(设定狭缝在X方向上，用于检测离子)上的射频电压，用于捕获进入离子阱内的离子。可以独立施加在Y方向的1对电极上，也可以实现在Y方向的1对电极同时施加在X方向的1对电极(X方向与Y方向的电压幅度相同，相位相差180度)。AuxAmp，施加在离子阱的X方向电极上高频交流电的幅度；为了检测在X方向特定运动频率的离子，该交流电压的施加用于共振该特定运动频率的离子，被逐出离子阱，从而达到被检测的目的。通常情况，m/z数值大的离子，AuxAmp值大。AuxFre，施加在离子阱的X方向电极上高频交流电的频率。该频率与特定离子在X方向的运动频率相同，才能在X方向上产生共振。通常情况下，AuxFre保持在某个频率不变，通过控制Trap-RF的幅度，让诸多离子在X方向上的频率增加，达到AuxFre时被共振逐出离子阱，从而被检测。WFAmp，施加在离子阱的X方向电极上特定波形的幅度。该特定波形用于除指定离子不逐出离子阱外，其他离子都被逐出离子阱，仅仅保留指定离子在离子阱中。WFFre，施加在离子阱的X方向电极上特定波形的频率。该特定波形用于除指定离子不逐出离子阱外，其他离子都被逐出离子阱，仅仅保留指定离子在离子阱中。通常情况下，WFFre的频率成分包含10k-500kHZ的频率成分，但是不包含指定离子在X方向的运动频率，这样才能将除指定离子外的其他离子在X方向发生共振，从而逐出离子阱外。谱图采集，指离子有顺序有规律的被逐出离子阱，检测器检测到离子信号，数据采集系统工作获得信号随时间变化的数据，后续转化为质荷比的离子信号强度数据。以上各项电参数检测和真空区间内的真空度正常则向离子透镜施加电压，使离子源和离子阱之间的通道关闭；确认异常则需要调节相应异常的电参数和/或各级真空区间的真空度，达到正常范围后按确认正常的操作进行后续操作；S2，离子化阶段，停止向离子透镜施加电压，使离子源和离子阱之间的通道开启，经过整形后的离子进入离子阱，直到离子阱内离子达到饱和；S3，离子冷却阶段，向离子阱内通入缓冲气，使缓冲气与进入到离子阱内的指定离子发生碰撞，从而使指定离子的动能降低下来；S4，指定离子隔离准备阶段，逐渐向离子阱上施加用于检测离子的射频电压至q值为0.8时所对应的的射频电压，所述q值按下列公式计算：(1)中，为离子的质荷比倒数，VRF为射频电压幅值，Ω为射频电压的频率值，r为离子阱中心点到X方向或Y方向电极的最短距离值，z为离子阱中心点到Z方向端盖的距离值；S5，离子碎裂阶段：将m/z-1离子和m/z+1离子均用单频共振激发诱导碎裂，除掉m/z-1处和m/z+1处的离子，碎裂步骤为：将离子阱上射频电压幅度设置到m/z-1离子q值为0.2-0.4时所对应的射频电压值，并将X方向电极的选择共振交流电压设置到频率与m/z-1离子在X方向的频率相同，从而形成共振，让m/z-1离子与缓冲气分子发生碰撞从而使离子的化学键断裂产生离子碎片；然后将离子阱上射频电压幅度设置到m/z+1离子q值为0.2-0.4时所对应的射频电压值不变，将X方向电极的选择共振交流电压设置到频率与m/z+1离子在X方向的频率相同，从而形成共振，让m/z+1离子与缓冲气分子发生碰撞从而使离子的化学键断裂产生离子碎片；S6，指定离子m/z隔离阶段，在离子阱的X方向电极上施加波形，所述波形的频率为在10kHZ-500kHZ范围内剔除指定离子m/z在X方向运动频率后的频率，使除指定离子m/z外的其他离子均被逐出离子阱，完成指定离子m/z与其他离子的进一步分离。S7，指定离子m/z隔离后续阶段，依据离子的扫描质量数范围，将离子阱上的射频电压逐步下降到最小扫描离子质量数对应的射频电压值，为后续的离子检测做准备；S8，离子检测阶段：保持施加在离子阱上的射频电压频率保持不变的前提下，使射频电压幅度值逐渐上升，X方向的选择共振交流电压频率保持不变的前提下幅值也逐渐上升，当射频电压上升到q值小于0.908且大于0.2时所对应的射频电压值时，在离子阱内的不同质荷比的碎片离子在X方向上按照各自的运动频率运动，当指定离子m/z的频率正好与X方向施加的交流电压频率相同时发生共振，所述指定离子m/z被逐出离子阱从而被检测，获得指定离子m/z的谱图数据集；S9，扫描停止阶段：使质谱装置的各电参量以及多级梯度真空系统各真空区间内的真空度恢复至初始状态。附图说明图1为一种质谱装置；图2为本发明高效隔离离子阱内离子的操作方法的选择离子扫描时的操作方法流程示意图；图3为本发明高效隔离离子阱内离子的操作方法的CID扫描操作方法流程示意图。具体实施方式下面结合附图1-3以及以下具体实施方式对本发明进行具体说明。.一种质谱装置，包括离子源101、离子阱134、离子导入系统、多级梯度真空系统110、用于检测离子阱134内离子分离检测的检测器151和通过气体导管133向离子阱134内注入缓冲气的缓冲气注入系统161，多级梯度真空系统110包括气压依次降低的多个真空区间，各真空区间开有通孔，离子导入系统包括与离子源101连通的离子导入管路111和设置在多级梯度真空系统110各真空区内的离子导引管路，离子导引管路112的端口正对其所在真空区间与相邻真空区间连接的通孔，所述离子阱134位于多级梯度真空系统110的最后一级真空区间120内，所述缓冲气注入系统161通过离子阱134的前端盖132向离子阱134内注入缓冲气，所述检测器151包括对称设置在离子阱134两侧的两个检测器151。多级梯度真空系统110的最后一级真空区间的气压通常为10-5Torr，各真空区间存在一定小孔(如通孔114)相通，多级梯度真空系统110通过离子导入管路111与标准大气压区间100相连通，离子源101发出的离子通过离子导入管路111进入到多级梯度真空系统110，离子导引管路112负责离子在多级梯度真空系统110内传递。多级梯度真空系统110的各真空区间由不同抽速的分子泵(如分子泵119和分子泵129)负责获得真空。在离子阱134所在真空区间上一级真空区间内设置的离子导引管路112的末端设置有离子透镜113，离子透镜113负责控制离子向后端传输，称为离子门。前端盖132和后端盖135中心均有一个约2mm的孔，前端盖132的孔是用于离子的导入，后端盖135的孔与前端盖132的孔对应对称。前端盖132、离子阱134和后端盖135组成完整的线性离子阱质量分析器系统，均导电并施加相应直流电压，在离子阱134的X、Y方向电极对上施加射频电压，在X方向上施加高频交流电。这些电压的组合实施形成电场，实现离子的存储、分离、离子与分子的碰撞、离子逐出等操作。为了实现存储更多的离子，可将离子阱134的4个对称电极在保证X、Y方向电场不变的情况下适当增加Z方向的电极长度。离子传输整形系统121与离子阱134位于同一真空区间内且设置在离子阱134的前端盖132的前方。所述离子传输整形系统121可以是四极杆系统(包括滤质四极杆和整形四极杆)，也可以是八极杆系统，总之其功能是为进入后段离子阱前对离子传输和整形，让离子顺利进入后面的离子阱134。所述离子阱134侧面对应设置有检测器151的部分开有离子检测狭缝，该离子检测狭缝为30mm*0.25mm的狭缝，狭缝面积约2*0.5mm2。如图2所示，图2为本发明高效隔离离子阱内离子的操作方法的选择离子扫描时的操作方法流程示意图。图2中所述的选择离子扫描时的操作方法流程对应以下步骤S1-S7。如图3所示，图3为本发明高效隔离离子阱内离子的操作方法的CID扫描操作方法流程示意图。图3中所述的CID扫描操作方法流程对应以下步骤S1-S9。一种高效隔离离子阱134内离子的操作方法，依次包括如下步骤：S1，检测离子阱134及与离子阱134相关的各项电参数以及真空区间内的真空度是否正常，检测范围包括：离子门，施加在离子透镜113上的电压，控制离子是否向后端传输，初始状态为关闭状态；Trap-RF，施加在离子阱134(设定狭缝在X方向上，用于检测离子)上的射频电压，用于捕获进入离子阱134内的离子。可以独立施加在Y方向的1对电极上，也可以实现在Y方向的1对电极同时施加在X方向的1对电极(X方向与Y方向的电压幅度相同，相位相差180度)。AuxAmp，施加在离子阱134的X方向电极上高频交流电的幅度；为了检测在X方向特定运动频率的离子，该交流电压的施加用于共振该特定运动频率的离子，被逐出离子阱134，从而达到被检测的目的。通常情况，m/z数值大的离子，AuxAmp值大。AuxFre，施加在离子阱134的X方向电极上高频交流电的频率。该频率与特定离子在X方向的运动频率相同，才能在X方向上产生共振。通常情况下，AuxFre保持在某个频率不变，通过控制Trap-RF的幅度，让诸多离子在X方向上的频率增加，达到AuxFre时被共振逐出离子阱134，从而被检测。WFAmp，施加在离子阱134的X方向电极上特定波形的幅度。该特定波形用于除指定离子不逐出离子阱134外，其他离子都被逐出离子阱134，仅仅保留指定离子在离子阱134中。WFFre，施加在离子阱134的X方向电极上特定波形的频率。该特定波形用于除指定离子不逐出离子阱134外，其他离子都被逐出离子阱134，仅仅保留指定离子在离子阱134中。通常情况下，WFFre的频率成分包含10k-500kHZ的频率成分，但是不包含指定离子在X方向的运动频率，这样才能将除指定离子外的其他离子在X方向发生共振，从而逐出离子阱134外。以上各项电参数检测和真空区间内的真空度正常则向离子透镜113施加电压，使离子源101和离子阱134之间的通道关闭；确认异常则需要调节相应异常的电参数和/或各级真空区间的真空度，达到正常范围后按确认正常的操作进行后续操作；S2，离子化阶段，停止向离子透镜113施加电压，使离子源101和离子阱134之间的通道开启，离子源101产生包括指定离子m/z在内的离子束并通过离子导入管路111、离子导引管路和离子透镜113进入到离子传输整形系统，经过整形后的离子进入离子阱134，直到离子阱134内离子达到饱和；S3，离子冷却阶段，向离子阱134内通入缓冲气，使缓冲气与进入到离子阱134内的指定离子发生碰撞，从而使指定离子的动能降低下来；S4，指定离子隔离准备阶段，逐渐向离子阱134上施加用于检测离子的射频电压至q值为0.8时所对应的的射频电压，所述q值按下列公式计算：(1)中，为离子的质荷比倒数，VRF为射频电压幅值，Ω为射频电压的频率值，r为离子阱134中心点到X方向或Y方向电极的最短距离值，z为离子阱134中心点到Z方向端盖的距离值；S5，周边离子碎裂阶段：将m/z-1离子和m/z+1离子均用单频共振激发诱导碎裂，除掉m/z-1处和m/z+1处的离子，碎裂步骤为：将离子阱134上射频电压幅度设置到mz-1离子的q值为0.25(范围可以0.2-0.4)时所对应的射频电压值，并将X方向电极的选择共振交流电压设置到频率与m/z-1离子在X方向的频率相同，从而形成共振，让m/z-1离子与缓冲气分子发生碰撞从而使离子的化学键断裂产生离子碎片和中性丢失分子；然后将离子阱134上射频电压幅度设置到mz+1离子的q值为0.25时所对应的射频电压值，将X方向电极的选择共振交流电压设置到频率与m/z+1离子在X方向的频率相同，从而形成共振，让m/z+1离子与缓冲气分子发生碰撞从而使离子的化学键断裂产生离子碎片和中性丢失分子；S6，指定离子m/z隔离阶段，在离子阱134的X方向电极上施加波形，所述波形的频率为在10kHZ-500kHZ范围内剔除指定离子m/z在X方向运动频率后的频率，使除指定离子m/z外的其他离子均被逐出离子阱134，完成指定离子m/z与其他离子的进一步分离。S7，指定离子m/z隔离后续阶段，依据离子的扫描质量数范围，将离子阱134上的射频电压逐步下降到最小质量数所对应的电压值，为后续的离子检测做准备；S8，离子检测阶段：保持施加在离子阱134上的射频电压频率保持不变的前提下，使射频电压幅度值逐渐上升，X方向的选择共振交流电压频率保持不变的前提下幅值也逐渐上升，当射频电压上升到q值小于0.908且大于0.2时所对应的射频电压值时，在离子阱134内的不同质荷比的碎片离子在X方向上按照各自的运动频率运动，当指定离子m/z的频率正好与X方向施加的交流电压频率相同时发生共振，所述指定离子m/z被逐出离子阱134从而被检测，获得指定离子m/z的谱图数据集；S9，扫描停止阶段：使质谱装置的各电参量以及多级梯度真空系统各真空区间内的真空度恢复至初始状态。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。