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(guò)碰撞截面積測(cè)定分析離子結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)：
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(cè)，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(duì)分子質(zhì)量測(cè)定、肽譜測(cè)定、肽序列測(cè)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(cè)定、寡核苷酸和核酸分析、微生物鑒定、藥物研發(fā)等領(lǐng)域。質(zhì)譜法可獲得樣品的質(zhì)量信息，而對(duì)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(jí)與多級(jí)質(zhì)譜(tandemMS)方法和離子遷移譜方法來(lái)分析離子結(jié)構(gòu)。二級(jí)與多級(jí)質(zhì)譜方法通過(guò)施加能量使待測(cè)離子碎裂，通過(guò)分析碎片離子來(lái)重構(gòu)離子結(jié)構(gòu)。離子遷移譜方法則通過(guò)分析待測(cè)離子的碰撞截面積來(lái)分析離子的結(jié)構(gòu)。二級(jí)與多級(jí)質(zhì)譜方法通常需要高真空條件下(<1mTorr)，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(shí)，因?yàn)樯婕半x子在多個(gè)真空腔體間的遷移運(yùn)動(dòng)，待測(cè)離子的實(shí)驗(yàn)控制條件苛刻，離子損失情況明顯。2012年，F(xiàn)anYang、JacobE.Voelkel與DavidV.Dearden在《CollisionCrossSectionalAreasfromAnalysisofFourierTransformIonCyclotronResonanceLineWidth:ANewMethodforCharacterizingMolecularStructure(由傅立葉變換離子回旋共振線寬來(lái)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(lái)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(guò)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(shí)域衰減速度越快，則對(duì)應(yīng)的頻域半峰越寬。通過(guò)測(cè)量半峰寬能夠計(jì)算離子碰撞面積，從而通過(guò)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)。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(shí)，獲得樣品空間尺寸信息，即檢測(cè)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了至少部分解決上述問(wèn)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(guò)分析來(lái)自離子質(zhì)量分析器的待測(cè)離子時(shí)頻信號(hào)來(lái)分析離子的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種分析離子結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：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(chǎng)，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(chǎng)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(chǎng)或施加一寬頻激發(fā)電場(chǎng)使樣品離子被激發(fā)到一運(yùn)動(dòng)幅度，但不超過(guò)離子質(zhì)量分析器的囚禁能力，此時(shí)運(yùn)動(dòng)幅度記為初始運(yùn)動(dòng)幅度，對(duì)應(yīng)于該初始運(yùn)動(dòng)幅度的時(shí)刻記為第一時(shí)刻；信號(hào)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(dòng)幅度逐漸減小，直到第二時(shí)刻，采集從第一時(shí)刻到第二時(shí)刻過(guò)程中樣品離子產(chǎn)生的鏡像電流的時(shí)域信號(hào)；信號(hào)處理步驟：通過(guò)時(shí)頻分析方法對(duì)所述時(shí)域信號(hào)進(jìn)行分析，分別獲得樣品離子中各尺寸的離子的運(yùn)動(dòng)頻率隨時(shí)間變化的時(shí)變特征曲線，每條所述時(shí)變特征曲線包含有相應(yīng)尺寸的離子的運(yùn)動(dòng)頻率與該離子與載氣的碰撞截面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以區(qū)別出不同尺寸的離子。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中在所述信號(hào)處理步驟之后，還包括對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行濾波步驟，將所述時(shí)域信號(hào)通過(guò)濾波器濾波，以獲得干擾較小的時(shí)域信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中所述信號(hào)處理中的時(shí)頻分析方法為傅里葉變換方法、快速傅里葉變換方法、短時(shí)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。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中所述信號(hào)處理步驟中，樣品離子運(yùn)動(dòng)頻率(f)隨時(shí)間變化的時(shí)變特征曲線滿(mǎn)足方程：其中a1為樣品離子運(yùn)動(dòng)幅度；f0為無(wú)高階場(chǎng)時(shí)離子運(yùn)動(dòng)頻率；∈3,∈5,∈7為偶階場(chǎng)微擾系數(shù)，其中a0為樣品初始運(yùn)動(dòng)幅度；為常數(shù)；為L(zhǎng)angevin衰減系數(shù)；為硬球模型衰減系數(shù)；r為樣品離子有效半徑；q為樣品離子電荷；αp為極化率；ε0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)；M為載氣質(zhì)量；m為樣品離子質(zhì)量；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(dòng)頻率隨時(shí)間變化的關(guān)系等式。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，還包括如下步驟：根據(jù)樣品離子有效半徑與樣品離子運(yùn)動(dòng)頻率隨時(shí)間變化的關(guān)系等式通過(guò)數(shù)值法繪出樣品離子有效半徑與樣品離子運(yùn)動(dòng)頻率隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，還包括信號(hào)分析步驟：通過(guò)分析所述信號(hào)處理步驟的各時(shí)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(duì)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。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中所述信號(hào)分析步驟中，針對(duì)每一條所述時(shí)變特征曲線，其特征值由如下方法獲得：連接所述第一時(shí)刻的樣品離子運(yùn)動(dòng)頻點(diǎn)與第二時(shí)刻的樣品離子運(yùn)動(dòng)頻率點(diǎn)，構(gòu)造一條直線，將所述直線與所述時(shí)變特征曲線所圍成的封閉曲線從第一時(shí)刻到第二時(shí)刻積分，獲得該條所述時(shí)變特征曲線的特征值。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，其中，所述信號(hào)處理步驟中，樣品離子運(yùn)動(dòng)頻率隨時(shí)間變化的時(shí)變特征曲線滿(mǎn)足方程：其中：a1為樣品離子運(yùn)動(dòng)幅度；f0為無(wú)高階場(chǎng)時(shí)離子運(yùn)動(dòng)頻率；∈3,∈5,∈7為偶階場(chǎng)微擾系數(shù)，其中a0為樣品初始運(yùn)動(dòng)幅度；為常數(shù)；為L(zhǎng)angevin衰減系數(shù)；為硬球模型衰減系數(shù)；r為樣品離子有效半徑；q為樣品離子電荷；αp為極化率；ε0為真空介電常數(shù)；p為真空度；T為溫度；k為Boltzmann常數(shù)；M為載氣質(zhì)量；m為樣品離子質(zhì)量，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(dòng)頻率隨時(shí)間變化的關(guān)系等式；并在相同測(cè)量條件下，針對(duì)頻率與樣品離子有效半徑的關(guān)系等式，將等式兩邊分別對(duì)時(shí)間積分，則得到特征值S與相應(yīng)尺寸的離子有效半徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本發(fā)明的分析離子結(jié)構(gòu)的方法中，提供了基于傅里葉變換設(shè)備及時(shí)頻分析的碰撞截面積測(cè)定方法實(shí)現(xiàn)離子結(jié)構(gòu)分析，可廣泛應(yīng)用于基于傅里葉變換的設(shè)備中，拓展了傅里葉變換設(shè)備的檢測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)了樣品離子空間尺寸信息的無(wú)損檢測(cè)。在樣品離子空間尺寸精確測(cè)定的基礎(chǔ)上，可一次性分辨同分異構(gòu)體，如同一蛋白質(zhì)的不同構(gòu)象；或者檢測(cè)具有相同質(zhì)量不同尺寸的復(fù)雜混合樣品，提高了樣品離子的檢測(cè)效率，降低了檢測(cè)成本。附圖說(shuō)明附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例并且與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中：圖1示出了兩種同分異構(gòu)體在仿真條件下的運(yùn)動(dòng)衰減曲線，即鏡像電流強(qiáng)度衰減曲線；圖2示出了對(duì)圖1中所示的兩種同分異構(gòu)體中的一種的時(shí)域信號(hào)經(jīng)時(shí)頻分析得到的時(shí)頻質(zhì)譜圖；圖3a示出了圖1中所示兩種同分異構(gòu)體的時(shí)頻曲線圖；圖3b示出了圖1中所示...