分析離子結(jié)構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種分析離子結(jié)構(gòu)的方法，尤其涉及一種可應(yīng)用于傅里葉變換設(shè)備并 通過碰撞截面積測定分析離子結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 質(zhì)譜分析法（massspectrometry)是將化合物按不同質(zhì)荷比（m/z)進(jìn)行分離檢 測，實(shí)現(xiàn)成分和結(jié)構(gòu)鑒別的一種分析方法。質(zhì)譜技術(shù)因其具有的高特異性和靈敏度，在生物 分析領(lǐng)域中的重要地位日益凸顯。生物質(zhì)譜（Bio-massspectrometry,Bio-MS)是應(yīng)用于 生物分子分析的質(zhì)譜技術(shù)，其在蛋白質(zhì)和多肽研究中有著廣泛的應(yīng)用：如蛋白質(zhì)相對分子 質(zhì)量測定、肽譜測定、肽序列測定技術(shù)、巰基和二硫鍵定位、蛋白質(zhì)翻譯后修飾、定量蛋白質(zhì) 組分析、蛋白質(zhì)相互作用研究等。此外，生物質(zhì)譜還應(yīng)用于多糖結(jié)構(gòu)測定、寡核苷酸和核酸 分析、微生物鑒定、藥物研發(fā)等領(lǐng)域。
[0003] 質(zhì)譜法可獲得樣品的質(zhì)量信息，而對于具有相同質(zhì)量的不同樣品，質(zhì)譜法則不 能有效給出更多信息，例如質(zhì)譜法難以分析離子的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在一般使用二級與多級質(zhì)譜 (tandemMS)方法和離子遷移譜方法來分析離子結(jié)構(gòu)。二級與多級質(zhì)譜方法通過施加能 量使待測離子碎裂，通過分析碎片離子來重構(gòu)離子結(jié)構(gòu)。離子遷移譜方法則通過分析待測 離子的碰撞截面積來分析離子的結(jié)構(gòu)。二級與多級質(zhì)譜方法通常需要高真空條件下（〈1 mTorr)，而離子遷移譜方法工作在高氣壓條件下（>1Torr)，且具有較低的分辨率（通常低 于1000)。這些方法由于工作氣壓差別較大，使得儀器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，真空功耗增大。同時，因 為涉及離子在多個真空腔體間的遷移運(yùn)動，待測離子的實(shí)驗(yàn)控制條件苛刻，離子損失情況 明顯。
[0004] 2012 年，F(xiàn)anYang、JacobE.Voelkel與DavidV.Dearden在《CollisionCross SectionalAreasfromAnalysisofFourierTransformIonCyclotronResonance Lineffidth:ANewMethodforCharacterizingMolecularStructure(由傅立葉 變換離子回旋共振線寬來分析碰撞截面積：一種表征分子結(jié)構(gòu)的新方法）》（Anal. Chem.，2012, 84(11)，pp4851 - 4857)中提出利用分析傅立葉變換離子回旋共振頻譜譜線 的寬度來分析離子的碰撞截面積，從而分析離子結(jié)構(gòu)。該方法通過提高傅立葉變換離子回 旋共振離子阱內(nèi)部的氣壓，使得離子分子碰撞主導(dǎo)離子鏡像電流衰減。衰減速度決定了譜 線的半峰寬（FWHM)，時域衰減速度越快，則對應(yīng)的頻域半峰越寬。通過測量半峰寬能夠計(jì)算 離子碰撞面積，從而通過離子鏡像電流衰減分析出離子碰撞面積，最終獲悉離子結(jié)構(gòu)。
[0005] 另外，傳統(tǒng)的離子淌度譜方法，能在獲得樣品質(zhì)量的同時，獲得樣品空間尺寸信 息，即檢測樣品的碰撞截面積（CCS)，繼而有效鑒別相同質(zhì)量的多種同分異構(gòu)體。但該離子 淌度譜方法增加了分析成本，降低了分析效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了至少部分解決上述問題，本發(fā)明提供一種分析離子結(jié)構(gòu)的方法，其可以通過 分析來自離子質(zhì)量分析器的待測離子時頻信號來分析離子的結(jié)構(gòu)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種分析離子結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：
[0008] 囚禁、激發(fā)離子步驟：向一離子質(zhì)量分析器施加一射頻電場，使樣品離子囚禁于所 述離子質(zhì)量分析器中，所加射頻電場具有高階成分；并向所述離子質(zhì)量分析器施加一輔助 交流電場或施加一寬頻激發(fā)電場使樣品離子被激發(fā)到一運(yùn)動幅度，但不超過離子質(zhì)量分析 器的囚禁能力，此時運(yùn)動幅度記為初始運(yùn)動幅度，對應(yīng)于該初始運(yùn)動幅度的時刻記為第一 時刻；
[0009] 信號采集步驟：向所述離子質(zhì)量分析器持續(xù)通入載氣，并使離子質(zhì)量分析器中的 真空度小于1. 333Pa，樣品離子與載氣發(fā)生碰撞，運(yùn)動幅度逐漸減小，直到第二時刻，采集從 第一時刻到第二時刻過程中樣品離子產(chǎn)生的鏡像電流的時域信號；
[0010] 信號處理步驟：通過時頻分析方法對所述時域信號進(jìn)行分析，分別獲得樣品離子 中各尺寸的離子的運(yùn)動頻率隨時間變化的時變特征曲線，每條所述時變特征曲線包含有相 應(yīng)尺寸的離子的運(yùn)動頻率與該離子與載氣的碰撞截面積的對應(yīng)關(guān)系，以區(qū)別出不同尺寸的 離子。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，其中在所述信號處理步驟之后，還包括對時域信號 進(jìn)行濾波步驟，將所述時域信號通過濾波器濾波，以獲得干擾較小的時域信號。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，其中所述信號處理中的時頻分析方法為傅里葉變換 方法、快速傅里葉變換方法、短時傅里葉變換方法、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方法或小波分析方 法。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，其中所述信號處理步驟中，樣品離子運(yùn)動頻率（f) 隨時間變化的時變特征曲線滿足方程：
[0014]
(1)
[0015] 其中ai為樣品離子運(yùn)動幅度；f。為無高階場時離子運(yùn)動頻率；e3,e5，e7為偶 階場微擾系數(shù)，
[0016]
C2)
[0017] 其中a。為樣品初始運(yùn)動幅度；
為常數(shù)
為 Langevin衰減系數(shù)；
彳硬球模型衰減系數(shù)；r為樣品離子有效半徑； q為樣品離子電荷；ctp為極化率；ε。為真空介電常數(shù)；p為真空度；T為熱力學(xué)溫度；k為Boltzmann常數(shù)；Μ為載氣質(zhì)量;m為樣品離子質(zhì)量；
[0018] 將式（2)代入式（1)，則得到樣品離子有效半徑與樣品離子運(yùn)動頻率隨時間變化 的關(guān)系等式。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，其中，還包括如下步驟：
[0020] 根據(jù)樣品離子有效半徑與樣品離子運(yùn)動頻率隨時間變化的關(guān)系等式通過數(shù)值法 繪出樣品離子有效半徑與樣品離子運(yùn)動頻率隨時間變化的關(guān)系曲線。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，其中，還包括信號分析步驟：
[0022] 通過分析所述信號處理步驟的各時變特征曲線獲得相應(yīng)的特征值，并建立各所述 特征值與所述相應(yīng)尺寸的離子的碰撞截面積的對應(yīng)關(guān)系，從而確定樣品離子中各尺寸離子 之間的尺寸關(guān)系。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，其中所述信號分析步驟中，針對每一條所述時變特 征曲線，其特征值由如下方法獲得 ：
[0024] 連接所述第一時刻的樣品離子運(yùn)動頻點(diǎn)與第二時刻的樣品離子運(yùn)動頻率點(diǎn)，構(gòu)造 一條直線，將所述直線與所述時變特征曲線所圍成的封閉曲線從第一時刻到第二時刻積 分，獲得該條所述時變特征曲線的特征值。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，其中，所述信號處理步驟中，樣品離子運(yùn)動頻率隨時 間變化的時變特征曲線滿足方程：
[0026]
(1)
[0027] 其中：ai為樣品離子運(yùn)動幅度；f。為無高階場時離子運(yùn)動頻率；e3，E5，E7為 偶階場微擾系數(shù)，
[0028]
(2)
[0029] 其中a。為樣品初始運(yùn)動幅度；
L為常數(shù)
為 Langevin衰減系數(shù)
b硬球模型衰減系數(shù)；r為樣品離子有效半徑；q 為樣品離子電荷；ctp為極化率；ε。為真空介電常數(shù)；p為真空度；T為溫度；k為Boltzmann