用于分析离子的设备

技术领域

本发明涉及一种用于分析离子的设备。

背景技术

电喷射离子源等带电粒子源所产生的是连续带电粒子流(在时间上具有连续性)，而不是离散的带电粒子束。然而，对于许多用于分析带电粒子的分析装置而言，待分析的带电粒子最好为粒子束而非连续粒子流。飞行时间(“ToF”)分析器即是此类分析装置中的一个示例。

针对上述情况，现已开发出了传输装置，这些装置可将带电粒子以一个或多个粒子束的形式沿传送通道传输。

WO2012/150351(也可参见US9536721、US9812308)中举例说明了这类传输装置。这种运输装置(下文简称为“A装置”)使用非均匀高频电场，该非均匀高频电场的伪势具有多个势阱，每个势阱均可用于传输各自的带电粒子束。

US2009/278043中也公开了一种传输装置，该传输装置尽管采用了模拟方式而非数字方式，但其产生的电势性质与A装置类似。

GB2391697介绍了此类传输装置的另一示例。该传输装置(下文简称为“T波”装置、离子导向器或碰撞单元)产生一个包括多个势阱的直流电场，其中，每个势阱均用于传输各自的带电粒子束。在“T波”装置中，在层叠环形系统的环形电极中间隔施加反相射频波形从而产生径向约束场。将行进的直流电势依次施加于电极上，生成直流势垒，该直流势垒沿装置径向捕获离子。可以形成多个直流势垒，以便将捕获离子分离若干束。

因此，A装置和T波装置均是通过控制多个电极在传输通道中产生传输电势，具有多个势阱的传输电势将带电粒子以一组/束或多组/束的形式在传输通道中传输。

WO2018/114442介绍了一种实现A装置(参见WO2012/150351)原理的传输装置，其中“成束电势”是“成束区域”中产生的，以提供具有带电粒子束的势阱，相较于直接将带电粒子束注入连续产生传输电势的通道中的方法，这种方式有助于减少带电粒子的溢出和/或散射。

MS/MS是我们熟知的质谱测定法。这些技术通常包括：选择母离子、使这些母离子片段化产生子离子，然后生成基于子离子的光谱。

在常规MS/MS分析中，母离子的选择往往包括：在每次选择母离子时需处理未选择的母离子。

目前已提出一些MS/MS方法来避免母离子损失。

US6770871介绍了一种可避免母离子损失的MS/MS质谱仪。US6770871中的MS/MS质谱仪设有质量分析器I(优选地为离子阱)、用于产生子离子的碰撞单元(即：碰撞诱导解离(CID)断裂或与CID断裂等效的IRMPD断裂)及质量分析器II(优选为TOF)，质量分析器II的分析速度远高于质量分析器I的扫描速率。如第6列第39-52行所述，离子检测器II(优选为ToF)的速度远快于离子检测器I，因而MS/MS质谱数据具有较好的分辨率。图1和2为US6770871所述装置的示意图，图4示出了二维MS/MS谱(或母离子x子离子图谱)作为说明。

US6770871所述装置具有以下局限性：

●离子在碰撞单元中会有短暂停留，并且通过ToF直接进行质量分析。因此，在US6770871中，由于CID速度极快，因而将其限制为断裂方法。CID不保存翻译后修饰(“PTM”)信息，因此在蛋白质组学研究中价值有限。

●由于离子阱喷射出的母离子并不是束在一起的，而是具有时空分散性，当它们穿过碰撞单元时，以及当所得子离子在进入ToF分析器的推送区域时会进一步在时间上分散，另外这种时间上的分散性是与质量相关的，因此分析器II必须快于分析器I。因此，当时间分散的离子束进入TOF的“推送区域”时，TOF分析器必须快速地对其进行“采样”，这样才能分析广泛质量范围内CID衍生子离子——尽管占空比很低，通常小于20％。

●母离子和子离子“扩散”的另一个结果是，附近离子阱喷射出的母离子混合在一起，从而限制了对母离子轴的分辨力。这样，用户在使用现有系统时必须在色谱分辨率、子离子轴质量分辨力、子离子的质量范围、母离子分析物的传输性或复杂性之间进行取舍。如第7列第13-27行所述，MS/MS质谱分辨率的主要局限性来自于ToF推送频率的限制。

●由于没有足够的时间使子离子充分冷却，从而导致分辨率和传输性进一步降低。

●最后和重要的限制是，在离子之间的空间电荷力导致分辨率的损失和喷射时间的改变之前，US6770871中公开的3D离子阱具有有限的电荷容量，即，4000个电荷。因此，为了提供统计学上显著的MS/MS光谱，人们需要平均和显著数量的MS/MS光谱，使得该现有技术系统与LC不兼容。

尽管制造了原型，但是本发明人并不知道实施US6770871(其在2002年提交)的公开内容的市售装置[7]。本发明人相信这可以通过限制上述确定的限制来解释。

US7507953(例如，见图1)描述了通过从一个或多个线性离子阱(LIT-MS)替换离子的3D阱来改进MS/MS仪器性能的方法，并且公开了用于接受由LIT产生的细长“带”所喷射的离子的各种碰撞单元几何结构。这些方法教导了如何克服US6770871的空间电荷问题。MS/MS系统的基本布置基本上与US6770871等效，因此共享了US6770871列出的所有限制。它是用于扫描前体的阱、片段化单元和快速扫描质量分析器(TOF)。US7507953讨论了MS/MS实验的主要限制，其来自LIT和TOF的扫描速率以及离子从LIT行进到最终质量分析器(TOF)所花费的时间，参见第12-32行第16列。

本发明已经根据上述考虑而设计。

发明内容

本发明的第一方面提供：

一种用于分析离子的设备，所述设备包括：

第一质量分析器，其被配置成以预定顺序从所述第一质量分析器喷射离子组，使得每个离子组在不同时间窗口期间喷射且最初由具有相应m/z值窗口中的m/z值的前体离子形成，其中所述第一质量分析器被配置成在喷射每个离子组时，在该离子组被喷射之前保留所述第一质量分析器中所含有的任何其它离子中的至少一些；

离子传输装置，其具有围绕传输通道布置的多个电极，其中所述离子传输装置被配置成接收从所述第一质量分析器喷射的至少一些离子组；

控制工具，其被配置为控制施加到所述离子传输装置的所述电极的电压以在所述传输通道中生成传输电势，所述传输电势具有被配置为沿着所述传输通道移动的多个势阱，所述控制单元被配置为生成所述传输电势，使得由所述离子传输装置接收的每个离子组分别由所述传输电势中的一个或多个选定的势阱沿着所述传输通道传输；

片段化工具，其被配置为片段化每个离子组中的前体离子以便产生产物离子；

第二质量分析器，其被配置成在该离子组已由所述片段化工具片段化且沿着所述输送通道输送之后使用每个离子组产生相应质谱。

这样，可以为由多组前体离子的片段化产生的产物离子产生质谱，每组前体离子具有在不同m/z值窗口中的m/z值，例如，用于产生二维质谱数据或更复杂形式的质谱数据(见下文)，与现有技术相比，具有更高的产量，更少的离子损失，并且具有最初由具有不同m/z值的前体离子形成的离子组的改进的分离。

为了实现这些优点，优选地，当通过传输电势传输每个离子组(其可以包括前体离子和/或产物离子)中的基本上所有离子时，它们停留在传输电势的相同的一个或多个选定的势阱中(优选地，相同的一个选定的势阱)，优选地，以便基本上避免不同离子组的混合。下面更详细地讨论有助于实现这种效果的一些特征，例如通过避免使离子溢出到相邻的势阱中。

如上所述，第一质量分析器被配置成在喷射每个离子组时，在喷射该离子组之前保留第一质量分析器中包含的任何其他离子中的至少一些离子。这意味着如果在喷射给定离子组之前在第一质量分析器中包含任何其他离子，则那些离子中的至少一些应当被第一质量分析器保留。注意，这里提到第一质量分析器中包含的“任何”其他离子，因为在一些情况下，当给定离子组被喷射时，在第一质量分析器中可能不存在任何其他离子(在这种情况下，将没有离子留待由第一质量分析器保留)。例如，当除了一个离子组之外的所有离子都已经从第一质量分析器中被喷射并且第一质量分析器中包含的离子都具有在待喷射的最后一个离子组的m/z值窗口内的m/z值时，情况可能是这样。

优选地，该第一质量分析器被配置成用于当喷射每个离子组时，在该离子组被喷射之前保留该第一质量分析器中包含的任何其他离子的50％或更多，优选地，基本上全部。

通过将第一质量分析器配置成在喷射每个离子组时在喷射该离子组之前保留第一质量分析器中包含的任何其他离子中的至少一些，该设备能够避免每次喷射一个离子组时丢失来自第一质量分析器的所有其他(未选择的)前体离子，如大多数常规MS/MS设备所发生的。因此，该设备可被描述为实施“保留前体离子”技术。

在第一质量分析器被配置成在喷射每个离子组时在喷射该离子组之前保留第一质量分析器中包含的基本上所有任何其他离子的情况下，该设备可以被描述为实施一种“接近无损”技术，因为该设备可以使用最初包含在第一质量分析器中的几乎所有离子来进行分析。第一质量分析器可以被配置成包含形成离子组的前体离子。例如，前体离子可以从样品中获得。

下面讨论用于在从质量分析器喷射一个离子组时保留其他离子的技术。

当然，传输每个离子组的一个或多个选定的势阱应当不同于传输其他离子组的势阱，即，每个离子组应当由不同的势阱传输，以避免来自每组的离子的混合。

为了避免任何疑问，尽管每个离子组优选一个势阱，但是每个离子组可以由多于一个的选定势阱携带。在多于一个的选定势阱中携带每个组可能降低产量，但是仍然可以提供工作系统。

例如，势阱最好是根据WO2012/150351中描述的技术生成的伪势阱。

该设备可以包括导出工具，用于基于使用每个离子组产生的质谱导出二维质谱数据。二维质谱数据可理解为包含由多组前体离子中的每一个的片段化产生的产物离子的相应质谱的数据，每组前体离子具有在不同m/z值窗口中的m/z值。

该设备可包括显示工具，用于显示二维质谱数据，例如，在具有对应于前体离子的m/z值的第一轴(MS1轴)和对应于产物离子的m/z值的第二轴(MS2轴)的2D图上。这种曲线图可被称为MS1xMS2光谱。

优选地，控制工具被配置为针对每个离子组存储对应数据，该对应数据针对每个离子组指示一个或多个选定的势阱以及前体离子的m/z值(例如，以指示表示与该离子组相对应的m/z值窗口的中间的m/z值的数据的形式)，在该一个或多个选定的势阱中该离子组通过传输电势沿传输通道传输。通常需要这种对应数据，以便从第二质量分析器产生的质谱中导出二维质谱数据或其他更复杂形式的质谱数据。这里所引用的“更复杂”形式的质谱数据可为(例如)包括由第二质量分析器产生的质谱数据，其中所述设备包括除第一质量分析器之外的初步分析器(如下文更详细地描述)。

该设备可具有组聚集工具，其被配置为接收将在不同的相应时间段中由离子传输装置接收的每个离子组，其中多个组聚集电极位于组聚集装置的组聚集区域周围，其中控制工具被配置为对于由组聚集装置接收的每个离子组，控制施加到组聚集电极的电压，以便：

在所述组聚集区域中临时生成聚集电势，使得由所述组聚集区域接收的所述离子组聚集在所述组聚集区域中；以及

在所述组聚集区域中产生电势，以将离子引入到所述传输通道中的传输电势的一个或多个选定的势阱。

这样，每个离子组可以被分别引入到传输通道中的传输电势的一个或多个选定的势阱。

例如，在WO2018/114442中讨论了形成可以用于该目的离子传输装置的一部分的示例性组聚集装置，其中该组聚集装置被称为离子传输装置的“成束区域”。

组聚集工具可以包括WO2018/114442中关于“成束区域”描述的任何任选特征，其内容通过引用并入本文。

因此，例如，聚集电势可以包括用于在组聚集区域中聚集离子的势阱。势阱最好配置为相对于沿着传输通道延伸的纵轴轴向地限制带电粒子。

因此，例如，包括在聚集电势中的势阱可以是静态的。

因此，例如，除了势阱之外，聚集电势可以包括，例如，径向限制电势，其中径向限制电势被配置为在径向方向上(例如，相对于沿着传输通道延伸的纵轴的径向)限制离子在组聚集区域中。径向限制电势可以是AC电势，例如，RF电势，例如，通过将RF电势施加到多极的电极而产生的RF多极场(RF＝射频)。

因此，例如，势阱可具有上游势垒和下游势垒，其中上游势垒比下游势垒更靠近离子传输装置的入口。

组聚集工具可以方便地是离子传输装置的一部分，其中组聚集电极是离子传输装置的电极，并且组聚集区域是离子传输装置内的区域。

组聚集工具可以可选地与离子传输装置分离，例如，位于离子传输装置的上游，优选地，位于离子传输装置的直接上游。

在本说明书的上下文中，相对于另一部件被描述为“下游”的一个部件旨在指代被配置为在离子与另一(上游)部件相互作用(例如，穿过)之后与那些离子相互作用的(下游)部件。类似地，相对于另一部件被描述为“上游”的一个部件意在指代被配置为在离子与另一(下游)部件具有一些相互作用之前与那些离子相互作用的(上游)部件。

控制工具最好配置成协调第一质量分析器、组聚集工具(如果存在)和离子传输装置的操作，使得离子组的喷射、离子在组聚集区域的聚集(如果组聚集工具存在)和传输电势的生成被协调，使得要由离子传输装置接收的每个离子组分别由传输电势中的一个或多个选定势阱沿传输通道传输。基于本说明书，本领域技术人员可以容易地配置控制工具以协调这些操作。

在一些示例中，该片段化工具可以包括该第一质量分析器。例如，第一质量分析器可以是被配置为在前体离子从离子阱中被喷射的同时使那些前体离子片段化的离子阱。因此，为了避免任何疑问，在离子组被离子传输装置接收时，离子组可以部分或全部由产物离子组成。

如果片段化工具包括第一质量分析器，则第一质量分析器可以是离子阱，该离子阱被配置为在前体离子从离子阱中被喷射的同时通过喷射具有足够高的动能的离子来片段化那些前体离子以便引起CID。如本领域技术人员将理解的，例如，与前体离子从具有最小片段化或没有片段化的离子阱中被喷射的情况(例如，在期望在设备的另一部分中片段化离子的情况下，使用CID或诸如ECD、ETD的另一片段化技术或如下所述的其它技术)相比，这可以通过具有升高的缓冲气体压力、喷射发生的Mathieu参数q的升高的值和/或用于从离子阱喷射离子的激励场的升高的强度的离子阱来实现。

如上所述，在前体离子从离子阱中射出的同时通过CID片段化那些前体离子，与发生在常规离子阱质谱仪(称为共振CID)中的常规CID相比，提供了一个优点，在常规离子阱质谱仪中，能量通常受到保留片段化的(产物)离子的需要的限制。即，在常规CID中，激发电压和沉积到前体离子中的能量的量受到用于将离子保留在离子阱中的伪电势的深度的限制(谐振CID通常涉及以与希望喷射的离子的长期频率匹配的频率施加附加或补充AC电压)。

在前体离子被CID片段化的同时又从离子阱中射出(如上所述)的情况下，能量不以相同的方式受到限制，因为激发发生在前体离子(和任何产生的产物离子)从离子阱中，例如，通过一个射出狭缝或其他孔射出的过程中。类似地，可以选择高q值用于喷射，因为不应用“低质量剪切”限制。这里注意，当在常规离子阱中进行共振CID时，例如，在MS

q

在本情况下，不应用LMC，因为选定的前体离子和所产生的产物都一起排出，并以别处所述的方式被捕获在外部区域内。

在一些示例中，片段化工具可以包括位于第一质量分析器下游和离子传输装置上游的片段化工具。

例如，片段化工具可以包括位于第一质量分析器和离子传输装置之间的区域中的离子光学元件。离子光学元件所位于的区域可以是如下所述的聚焦区域。离子光学元件可以被配置为(例如，通过向所述离子光学元件施加DC电压)加速离子，从而通过CID使离子片段化。在这种情况下，产物离子可以在离子进入离子传输装置之前形成(优选地，如果存在，也在进入组聚集工具之前)。

在一些示例中，片段化工具包括离子传输装置的一部分。

例如，片段化工具可以包括离子传输装置的一部分，其被配置为当离子被传输通过离子传输装置的片段化区域时(通过传输电势)，通过任何一种或多种已知的片段化技术，例如CID、IRMPD、UVPD、HAD、NAD、OAD、ECD、ETD。这样的技术是公知的，并且在下面详细讨论。

在一些示例中，离子传输装置的被配置为在离子传输通过离子传输装置的片段化区域时片段化离子的部分被配置为通过UVPD、HAD、NAD、OAD、ECD或ETD中的一个或多个片段化离子。如下面更详细讨论的，这些片段化技术慢，并且可能花费几十ms或几百ms来完成。这样的技术可以由本设备实现，如下面更详细描述的。

因此，在一些示例中，该设备可以被配置为将每个离子组保留在片段化区域中达相对长的时间，例如，1ms或更长、或10ms或更长、或100ms或更长，例如，以便允许执行较慢的片段化技术。如果需要长的片段化期，但是希望保持装置的产量，则可以通过具有适当长的长度的片段化区域来实现该产量(见下文)。

如果离子传输装置的一部分被配置为在离子传输通过离子传输装置的片段化区域时片段化离子(如上所述)，则离子传输装置，优选地，包括离子冷却区域，优选地，位于片段化区域的下游(优选地，位于直接下游)，其中，该设备被配置为在离子传输通过冷却区域时(通过传输电势)冷却离子。

如果离子传输装置的一部分被配置为在离子传输通过离子传输装置的片段化区域时片段化离子(如上所述)，则离子传输装置，优选地，包括压力梯度区域，其优选地位于片段化区域的下游(例如，直接下游)。该设备可包括气体减压工具(例如，一个或多个差动泵送室和气体流动限制孔)，其被配置为当离子被(通过传输电势)传输通过压力梯度区域时降低围绕离子的气体压力。

在压力梯度区域的出口端处的压力可以比输入端处的压力低3倍或更多倍。在压力梯度区的出口端的压力可以是10

取决于正在实施的片段化技术(参见上文)，片段化区域可以相对长，例如，20mm或更长、30mm或更长、或甚至40mm或更长，例如，以便允许执行较慢的片段化技术，同时仍然允许设备具有高产量。例如，在实施的片段化技术需要在具有1kHz阱速率和4mm波长的装置中的10ms传播时间的情况下，可能需要40mm的片段化区域。

下面参考图4和图5描述由离子传输装置中的片段化区域实现片段化的示例；在该示例中，在片段化区域中实施的片段化技术是CID。

如果片段化工具包括离子传输装置的一部分，则片段化过程可以使得能量被赋予势阱内的离子，这可以使得每个组中的离子溢出到相邻阱中，该离子传输装置的一部分被配置为在离子传输通过离子传输装置的片段化区域时片段化离子(如上所述)。

因此，对于设备来说，可以谨慎地配置为在分别传输每个离子组的一个或多个选定势阱的任一侧(优选地，两侧)留下空的一个或多个势阱。以此方式，作为片段化过程的一部分而被致使溢出到相邻阱中的来自特定离子组的任何离子可避免与来自其它组的离子混合。

所述离子传输装置可以包括组再聚集区域，所述组再聚集区域被配置为接收在不同的相应时间段中通过所述传输电势沿着所述传输通道分别传输的每个离子组，其中，多个组再聚集电极被定位在所述组再聚集区域周围，其中，所述控制工具被配置为对于由所述组再聚集区域接收的每个离子组，控制施加到所述组再控制电极的电压，以便：

在所述组再聚集区域中临时生成聚集电势，使得由所述组聚集区域接收的离子组被再聚集在所述组再聚集区域中；以及

在所述组再聚集区域中产生电势，以将离子引回到所述传输通道中的传输电势的一个或多个选定的势阱。

例如，如果在离子传输装置(参见上文)中实施的片段化过程导致每个组中的离子溢出到相邻的阱中，则这种再聚集区域可以用于将离子放回到它们最初预期的一个或多个选定势阱中。组再聚集区域可以容易地使用WO2018/114442中描述的教导和原理来实现。

组再聚集工具可包括结合WO2018/114442的“成束区域”描述的任何可选特征，或上述组聚集工具。

第一质量分析器可以包括离子阱。离子阱可以是线性离子阱。第一质量分析器可以包括多个离子阱。

根据本发明的第一方面，第一质量分析器被配置为用于在喷射每个离子组时，在喷射该离子组之前保留第一质量分析器中包含的任何其他离子中的至少一些离子。

用于以预定顺序从质量分析器选择性地喷射多个离子组以使得每个离子组在不同的时间窗口期间被喷射并且由具有在相应m/z值窗口中的m/z值的前体离子形成，并且以在喷射该离子组之前保留第一质量分析器中包含的任何其他离子中的至少一些(优选地，基本上全部)的方式来喷射该离子组的技术是众所周知的。这种技术，例如，可以包括公知的共振离子喷射过程，例如，参见US6770871：US7507953，第4章，来自《实用质谱法第1卷(Practical Mass Spectrometry Volume 1)》，作者Raymond E.March和John F.J.Todd。优选地，使用数字离子阱，例如，在《与大气压离子源耦合的数字离子阱质谱仪(A digitalion trap mass spectrometer coupled with atmospheric pressure ion sources)》(作者Ding et al，质谱学期刊(J Mass Spectrom)，2004年5月，39(5)；471-84)中公开的。

离子也可以从线性离子阱沿轴向方向喷射，这是一种被称为质量选择性轴向离子喷射的过程，如在《新型线性离子阱质谱仪(A new linear ion trap massspectrometer)》(Hager，《质谱学快讯(Rapid Communications in mass spectrometry)》，2002，16，512-526)中所描述的。例如，这种类型的喷射可以用在本发明的第一质量分析器中。

每个m/z值窗口可以小于10Th宽，更优选地，小于5Th宽，更优选地，小于2Th宽。每个m/z值窗口可以方便地为大约1Th宽。更宽或更窄的m/z值窗口也是可能的。相邻的窗口可以彼此间隔开，例如，间隔开一个小量，例如，以便避免窗口重叠。

每个时间窗口，优选地，为10ms或更短，更优选地，为1ms或更短，并且可以是0.5ms或更短。

窄的m/z值窗口(优选地，～1Th宽)和宽的时间窗口可以有助于最大化所获得的信息量，但是延长了分析时间。在以下详细描述中给出了一个示例。

在本说明书中可以参考“阱速率”，其表示势阱沿着传输通道移动经过固定位置的速率(例如，以赫兹为单位测量)。如果每个离子组由单个选定的势阱接收，而在被占据的势阱之间没有未被占据的阱，则阱速率应当是1/wt或更低，其中wt是时间窗口的宽度(以秒为单位)。显然，如果每个离子组由多个选定势阱接收，或者在接收离子的选定势阱之间的势阱保持为空，则阱速率与wt之间的关系可能不同。

该设备可以包括一个或多个离子聚焦电极，其被配置为将每个离子组朝向该设备的轴聚焦，例如，位于第一质量分析器与离子传输装置之间的聚焦区域中。为了避免任何疑问，轴不必是直线，并且可以，例如，包括一个或多个弯曲区域。

优选地，以预定顺序喷射多个离子组。方便地，在该预定序列中，每个组的m/z值窗口可以递增地高于或低于前一组，但是其它序列也是可能的。当关于离子的先验信息可用时(例如，在目标分析中)，也可以在预定质量窗口中选择性地喷射前体离子。离子传输装置(以及如果存在的组聚集区域)，优选地，以预定顺序分别接收离子组。

离子传输装置，优选地，包括多个提取电极，其中控制工具被配置为控制提取电极产生提取电位，所述提取电位被配置为在携带离子组的一个或一个以上选定势阱到达传输通道的一个或一个以上提取区域时从传输通道提取每个离子组。

第二质量分析器可以被配置为在每个离子组已经被提取电极提取之后使用每个离子组产生相应的质谱。

提取电势可被配置为在不平行于(优选地，基本上正交于)沿传输通道延伸的轴的方向上通过离子传输装置的出口将每个离子组提取出离子传输装置。用于实现这一点的布置，例如，在WO2018/114442中描述。

发明人所确定的与正交提取有关的一个问题是，在一些实施例中，可能难以从单个目标势阱提取离子而不干扰/不提取相邻势阱中的离子。

因此，对于这种类型的提取，可以慎重地将设备配置为在分别传输每个离子组的一个或多个选定势阱的任一侧(优选地，两侧)留下空的一个或多个势阱。这样，一个离子组的正交提取可以更容易地避免干扰/提取其它组的离子。

然而，提取电势不需要被配置为在与沿传输通道延伸的轴正交的方向上通过离子传输装置的出口将每个离子组提取到离子传输装置之外。例如，提取电位可被配置为在平行于沿传输通道延伸的纵轴的方向上通过离子传输装置的出口将每个离子组提取到离子传输装置之外。

第二质量分析器，优选地，是飞行时间(“ToF”)质量分析器。提取电势(如果存在提取电极，参见上文)可以被配置为将每个离子组提取到ToF质量分析器中。

传输通道可包括一个以上提取区域。所述/每一提取区域可位于传输通道的传输区域内。这样，带电粒子可以成束地被传输到所述/每个提取区域。

该设备可包括在第一质量分析器上游的初步分析器，其中该初步分析器被配置为喷射要以预定顺序被递送到第一质量分析器的离子组。如上所述，这可能导致质谱数据的更复杂形式。

初步分析器可包括第三质量分析器，其被配置为按预定顺序喷射待递送到第一质量分析器的离子组，使得由第三质量分析器喷射的每个离子组在不同时间窗口期间喷射且最初由具有相应m/z值窗口中的m/z值的离子形成，其中第一质量分析器被配置为接收由第三质量分析器喷射的每个离子组。

在一个示例中，第三质量分析器可以是离子阱，其被配置为存储复杂分子离子的片段，且将它们以离子组喷射，使得由第三质量分析器喷射的每个离子组在不同时间窗口期间喷射且最初由具有相应m/z值窗口中的m/z值的离子形成。

在一个示例中，第三质量分析器(单独或结合第一质量分析器)可被配置为在从第一质量分析器以组的形式喷射由N轮前体质量选择产生的产物离子之前执行N轮质量选择和片段化，其中N为1或更大的整数值。这样，第一质量分析器中的前体离子可以是由N轮在前的质量选择和片段化所产生的产物离子。

举例来说，第三质量分析器可被配置为从第三质量分析器喷射MS1离子组(由第三质量分析器喷射的每组MS1离子在不同时间窗口期间喷射，且最初由具有相应m/z值窗口中的m/z值的MS1离子形成)，使得由第三质量分析器喷射的每组MS1离子被递送到第一质量分析器以用于在第一质量分析器中片段化(一轮初步的质量选择和片段化，即N＝1)以产生MS2离子。然后，由每组MS1离子产生的MS2离子可以由如上所述的第一质量分析器、离子传输装置和第二质量分析器处理，从而执行另一轮质量选择片段化。在这种情况下，可以显示三维质谱数据，其中第一轴针对由第三质量分析器喷射的MS1离子组的m/z值，第二轴针对从第一质量分析器喷射出的MS2离子组的m/z值，第三轴针对示出由每个MS2离子组的片段化产生的MS3离子的质谱。

在另一示例中，第三质量分析器可以是离子阱，其被配置为在有限但相对较宽的质量范围内(例如，100Th)喷射前体离子组，如US7507953所教导的。在该示例中，离子可以由第一质量分析器分部分地处理，由此通过降低第一质量分析器中的离子的空间电荷密度来改善其性能。例如，第三质量分析器可以保持更多的离子，而不具有与充当第一质量分析器的离子阱相同的分辨率要求。举例来说，如果正研究的m/z窗口为500Th到1000Th，且第三质量分析器在50Th的质量窗口中将离子传递到第一质量分析器，那么与第一质量分析器必须一次性保持500Th到1000Th范围中的离子的情形相比，第一质量分析器可在每一窗口中保持10倍多的离子。

几个离子阱可以以类似的方式排列，以便连续地缩小质量范围，从而增加由离子阱(共同地)提供的总空间电荷容量，并减小每个下游离子阱中的离子的空间电荷密度。

其它形式的初步分析器(除了质量分析器)也是可能的。例如，初步分析器可以是离子迁移谱仪、微分迁移率分析器或色谱装置，诸如，液相色谱仪或气相色谱仪。初步分析器可以被配置为选择离子的电荷状态，或者将离子的电荷状态转换成单个电荷状态，例如，全部是带单个电荷的离子。

第一质量分析器、离子传输装置、控制工具、片段化工具和第二质量分析器可被配置为用上文所描述的方式处理离子的每一前体组。

在第一组示例中，所述设备可包括仅一个第一质量分析器及一个离子传输装置，其中所述离子传输装置被配置为接收从第一质量分析器喷射的每个离子组。这是在以下详细描述中描述的所有示例中采用的布置。然而，如以下其他组的示例将证明的，离子传输装置接收来自第一质量分析器的所有离子组不是必需的，因为来自第一质量分析器的不同离子组可被引导至不同的离子传输装置。

在第二组示例中，该设备可以包括多个离子传输装置，其中每个离子传输装置具有围绕传输通道布置的多个电极，其中每个离子传输装置的传输通道被配置为接收从第一质量分析器喷射的多个离子组的一个对应子集。

在该第二组示例中，该装置可以包括多个组聚集装置，其中，每个组聚集装置被配置为针对离子传输装置中的相应一个，接收要由该离子传输装置在不同的相应时间段中接收的每个离子组。每个组聚集装置可以如上所述地被配置为，例如，具有围绕组聚集装置的组聚集区域定位的多个组聚集电极，其中，控制工具被配置为对于由组聚集工具接收的每个离子组，控制施加到组聚集电极的电压，以便：

在所述组聚集区域中临时生成聚集电势，使得由所述组聚集区域接收的所述离子组聚集在所述组聚集区域中；以及

在所述组聚集区域中产生电势，以将离子引入到所述传输通道中的传输电势的一个或多个选定的势阱。

在此第二组示例中，所述设备可包括多个第二质量分析器，其中每个第二质量分析器被配置为使用沿着所述离子传输装置中的相应一者的传输通道传输的每个离子组产生质谱。可选地，可使用单个第二质量分析器来分析由所有离子传输装置传输的离子。

在该第二组示例中，控制工具可被配置为控制施加到每个离子传输装置的电极的电压，如前所述。

在该第二组示例中，该设备可以具有多个组聚集工具，其中每个组在该第二组示例中，多个离子传输装置中的每一个可如前所述进行配置。例如，片段化工具可包括每个离子传输装置的一部分，其中每个离子传输装置的一部分被配置为当离子(通过传输电势)被传输通过该离子传输装置的片段化区域时片段化离子，例如，使用任何一种或多种已知的片段化技术。

第二组示例优于第一组示例的优点在于，可以提高设备的产量和灵敏度，因为在仅有一个离子传输装置的设备中，在从第一质量分析器的喷射之间可能需要时间间隙，使得可以在下一组到达之前聚集并传输走每个离子组。如果有多个离子传输装置，则可以减少/避免这样的时间间隙，因为当一个离子组聚集在一个离子传输装置处时，另一离子传输装置可以被配置为接收下一个离子组。

在第三组示例中，所述设备可包括多个第一质量分析器及多个离子传输装置，其中每个第一质量分析器被配置为喷射相应离子组，该相应离子组由离子传输装置中的相应一者接收且以上文所描述的方式处理。可以有多个第二质量分析器，其中每个第二质量分析器被配置为在每个离子组已经被片段化工具片段化并且沿着传输通道中的相应一个传输之后使用每个离子组产生相应的质谱。

在该第三组示例中，可以实现以下进一步的改进：使用初步质量分析器(例如，离子阱)，可将前体离子划分为不同质量窗口，使得第一质量分析器中的每一个接收不同质量窗口中的离子，例如，以便加速实验并减少空间电荷；使用初步质量分析器(例如，离子阱)，可将同一质量窗口中的前体离子划分成多个(例如，相等大小)部分以由每个第一质量分析器接收，例如，以便增加电荷产量。

本发明还包括所述方面和优选特征的任何组合，除非这种组合明显是不允许的或明确避免的。

附图说明

现在将参考附图讨论说明本发明原理的实施例和实验，其中：

图1是用于分析离子的示例性设备的示意图。

图2示出用于模仿已执行图1所示设备100的设备200的布置。

图3是图2所示的离子注入区域209的3D视图。

图4是图1所示设备的示例性实施方式的示意图，该设备被配置为在离子传输装置中实施CID。

图5更详细地示出了图4所示设备的片段化区域313。

图6是图1所示设备的示例性实施方式的示意图，该设备被配置为在离子传输装置之前实施CID。

具体实施方式

概括地，我们将阐述试图实现本发明的一个或多个方面的设备和相应的方法。

所公开的设备和方法的优点可以包括：

●二维质谱数据的接近无损的产生。这里，术语“接近无损”是指以优选地基本上避免前体离子损失的方式产生二维质谱数据。这与常规的MS/MS技术形成对比，常规的MS/MS技术往往涉及在每次选择前体离子时丢弃大量的前体离子(那些未被选择用于分析的离子)。

●产生以较高速率且以与液相色谱方法兼容的方式获取的涵盖宽m/z范围的前体和产物离子的二维质谱数据，从而与所有现有技术方法相比提供灵敏度和信息内容的大量改进。

●由本文所教示的设备和方法产生的二维质谱数据预期含有较少干扰，且因此有助于改进前体离子的识别。

●潜在地适应许多片段化方法，包括“慢”片段化方法，例如，电子转移解离(ETD)和氢附着/提取解离(HAD)，同时仍然提供足够的产量以在改进的时间范围内产生二维质谱数据。

本文公开的片段化方法被认为提供了更好的结构信息(例如，提供肽的骨架裂解并因此保留PTM信息)和/或适用于完整蛋白质的片段化，并且一些片段化方法可以与带特殊电荷的肽相关。这些“慢”片段化方法的主要限制是，由于它们慢，它们严重限制了产量，因此限制了在现有技术的MS/MS装置中的应用。

下面描述的示例设备可以包括组合和同步的离子阱和聚束装置。

以下描述的示例性设备可以包括以下部件中的任何一个或多个：

●一种工具，用于质量选择性地喷射单一m/z值的前体离子种类，例如，离子阱；

●一种离子传输装置，能够以束状传输具有宽质量范围的离子；

●该离子传输装置可被配置为具有用于传输的离子的高停留时间，

●一种组聚集工具(也可以被称为选择性束喷射工具)，可以用于从离子阱接收前体离子种类，并将它们放置到由离子传输装置提供的选定势阱中；

●离子传输装置可以被配置为以高重复率将离子束递送到下游装置，诸如，ToF分析器；

●片段化工具可用于片段化前体离子，这在离子被离子传输装置传输之前(注意，前体离子在共振喷射过程中并因此在它们离开离子阱之前被片段化)和/或在离子被离子传输装置传输的同时可能是有效的；

●离子传输装置可被配置为将离子递送到具有实质热能的高真空区域或超高真空区域中。

本发明的设计是考虑到与背景技术部分中提到的A装置相关的开发工作，并且可以看作是将A装置用于MS/MS系统，就发明人而言，与现有的商业MS/MS装置相比，提供了性能上的“量子跳跃”。注意：尽管在WO2012/150351的第91页第22行至第92页第18行提及了片段化以提高Q-ToF和Q-q-Q MS方法的产量，但是在WO2012/150351中没有公开/建议使用根据本发明的A装置。

本说明书新颖的方面包括：

●在第一质量分析器(例如，离子阱)与第二质量分析器(例如，ToF分析器)之间插入行进伪势波离子传输装置(优选地，是上面提到的A装置)。

●以时间顺序从所述离子阱质量选择性地喷射前体离子。

●将质量选定的前体离子捕获到所述离子传输装置中的行进伪势阱的单个选定伪势阱中。

●当前体离子沿着行进伪势波离子导向器行进时将其片段化。

●使离子阱的共振喷射时间窗口与行进伪势波离子导向器(A装置)同步。

然而，需要注意的是：

●离子从离子阱的注入，优选地，与离子传输装置中的离子传输协调，例如，在时间上同步。

●用于传输给定离子组的选定势阱可用于识别该组中的离子的前体离子质量或m/z值窗口。

●在WO2018/114442中概述了用于将一个离子组放置在行进伪势波离子导向器的单个目标伪势阱中的适当注入方法。

●在伪势波离子导向器(优选地，为A装置)内行进的前体离子的片段化可以用于以接近无损的方式获得二维质谱数据。

●通过本文所教示的技术可允许前体离子的片段化的时间延长。这具有重要的结果和优点，因为它允许实现已知的离子片段化(解离)的“慢”方法，但是同时以高产量递送离子用于质量分析。已知这些方法提供选择性的骨架裂解，有利于鉴定蛋白质中的PTM(翻译后修饰)。注意，现在已知大多数蛋白质在生物系统中经历翻译后修饰，因此PTM定位通常是所有生物学相关蛋白质组学研究所需要的。

●因此，可以直接分析从各个质量分离的前体离子得到的产物离子，即，可以通过单个ToF分析来分析宽质量范围的产物离子。因此，ToF分析也与上述A装置的伪势阱的进展同步。结果：(i)可以实现接近100％的占空比(与现有技术系统不同)；(ii)ToF质量分析器所需的时间不需要比到达离子组短很多，因此ToF分析器不需要以非常高的速率被扫描，而这是现有技术所必需的—这给本发明提供了与具有长飞行时间的ToF系统一起使用的机会，因此可以在质谱中实现高分辨率。

现在将参照附图讨论本发明的方面和实施例。对于以上目的和其它目的，熟悉本领域的技术人员应能理解。本文中提到的所有文献都通过引用并入本文。

图1中示出了在所公开的无损串联质谱分析系统中用于离子片段化的本发明的一般实施例。

在图1中，示出了用于分析离子的设备100，其包括第一质量分析器101、离子传输装置103和控制工具102。

控制工具102可以，例如，采取通用计算机或专用实时计算机的形式，并且可以包括，诸如，基于专用FPGA的处理器之类的固件。

在该示例中采用离子阱101(优选地，为线性离子阱(“LIT”))形式的第一质量分析器101被配置为以预定时间顺序喷射离子组，使得每个离子组在不同的时间窗口期间喷射并且最初由具有在相应m/z值窗口中的m/z值的前体离子形成，其中离子阱101被配置为当喷射每个离子组时，在喷射该离子组之前保留第一质量分析器中包含的任何其他离子中的一部分。在这种情况下，离子阱101被配置为通过共振喷射(已知技术)将离子组喷射到组聚集工具107中。

离子传输装置103具有多个围绕传输通道布置的电极，其中传输通道被配置为接收从离子阱101喷射的每个离子组。

从离子阱101喷射离子的分辨率，优选地，被配置为在不同时间喷射具有分开1Th的m/z值的前体组，同时基本上保留离子阱101中的任何其他离子。这意味着希望在一个时间窗口中喷射m/z值为M Th的一个离子组，而m/z值为M+1Th的离子保留在离子阱101中。喷射的离子在到达组聚集装置107(其也可以被称为“离子注入单元”或“成束区域”)之前可以穿过离子光学元件111的区域。离子光学元件111的作用可以是减少/增加能量和/或将离子聚焦到装置的离子光轴。在优选实施例中，与离子光学元件111和组聚集工具107中的压力相比，离子阱101在相对低的气体压力(例如，约10

例如，在WO2018/114442中讨论了形成离子传输装置的一部分的示例性组聚集工具，该离子传输装置可用于聚集从离子阱101质量选择性地喷射的相同m/z(或相对窄的m/z窗口)的前体离子，并且是离子传输装置103的组成部分，其中组聚集工具被称为离子传输装置的“成束区域”。

因此，组聚集工具107可以被认为是离子传输装置的成束区域，并且还可以被认为是注入区域。

在由组聚集工具107执行的循环的第一部分，可以存在所产生的收集电势，其限制和冷却离子传输装置103的组聚集区域(例如，在以离子传输装置的轴为中心的预定轴位置)中的离子。在循环的第二部分中，在组聚集区域中产生传输电势，用于沿着传输装置103在选定的阱中从组聚集区域107传输离子。在循环的第二部分中的电势，优选地，具有与离子传输装置103内部的势阱相同的形式，其通常将永久地存在于离子传输装置103的其他区域中(当设备运行时)。这样的技术已经在WO2018/114442中公开。

在此示例中，设备100包含片段化工具，其被配置为片段化每个离子组中的前体离子以便生成产物离子。在该示例中，片段化工具包括离子传输装置的一部分，该离子传输装置被配置为在离子被传输通过离子传输装置103的片段化区域113时片段化离子。

在片段化区域113中，前体离子可以被解离以生成产物离子，同时通过移动势阱在离子传输装置103内被传输。包括前体离子和任何产生的产物离子的离子组，优选地，在它们离开离子片段化区域113时保持在相同的选择的势阱内。然后，产物离子和前体离子可以进入离子传输装置的离子冷却区域114，以便再次冷却离子，使得它们与缓冲气体达到热平衡。可选地且有利地，离子冷却区域114内的缓冲气体可被冷却至低于环境温度。离子冷却区域114是离子传输装置103的一个区域，其中前体离子和产生的产物离子同时被传输和冷却，同时停留在单个势阱中。然后，产物和前体离子可以任选地和有利地进入离子传输装置103的压力梯度区域115(或“差压区域”)。设备100可包括一个或多个差动泵送室和气体流动限制孔，所述气体流动限制孔被配置为在离子被传输通过压力梯度区域时(通过传输电势)降低离子周围的气体压力。压力梯度区域115内的缓冲气体可以任选地和有利地冷却到环境温度以下。梯度区域15的出口端处的压力可以比输入端处的压力低3倍或更多倍，并且可以是10

离子传输装置103，优选地，包括多个提取电极(未图示)，其中控制工具102被配置为控制提取电极产生提取电势，所述提取电势被配置为在携带每个离子组的选定势阱到达传输通道的提取区域105时从传输通道的离子提取区域105提取该离子组。

在该示例中，提取电势被配置为在不平行于(优选地，正交于)沿传输通道延伸的轴的方向上通过离子传输装置的出口将每个离子组提取出离子传输装置103。

第二质量分析器117(其优选地，为ToF质量分析器)被配置为在每个离子组已由提取电极提取之后使用该离子组产生相应质谱，以便允许产生二维质谱数据(例如，其中由第二质量分析器117产生的每一质谱提供沿着2D绘图的MS2轴的数据)。

进一步参考图1，存在离子片段化区域113。这是为了生成产物离子。区域113可以是离子传输装置103的长度的一小部分或基本上占据其大部分。在103内和113后可以有第二成束区域114。如果片段化方法增加前体离子的动能，这将导致高能产物离子，则可以使用这种方法。这可能导致离子扩散成几束。第二成束区域防止这种情况发生。一个示例是CID，其中前体可以通过在片段化区域113内沿着轴的加速来激发。

在该示例中，被配置为在离子被传输通过离子传输装置103的片段化区域113时片段化离子的离子传输装置的部分可被配置为通过任何一种或多种已知片段化技术片段化离子，这些技术可包括，诸如，电子捕获解离(ECD)和电子转移解离(ETD)的慢片段化技术，以及，诸如，氢附着解离(HAD)、氧附着解离(OAD)和氮附着解离(NAD)、臭氧ID的其它已知技术。

使用这些“慢”方法，通常需要时间来使反应发生并形成产物离子，例如，1-10ms或甚至几百ms。后一种方法相对容易实现，因为它们涉及将中性气态原子或分子引入到片段化区域113中。这些方法通常不会显著增加离子的动能，因此不会增加产物的动能，从而允许前体离子在离子传输装置内保持为单束。这些片段化方法还允许发现蛋白质翻译后修饰(PTMs)(注意，至少90％的蛋白质翻译后修饰，因此大多数生物学相关的蛋白质组学研究需要PTM定位)。其它离子片段化方法也是适用的，例如，通过IR或UV区域中的光子引入能量的那些方法，这些方法在本领域中被称为IRMPD和UVPD。

由于离子可以保持在相同的离子束内，被捕获在相同的势阱内，因此它们可以在离子传输装置中行进延长的停留时间。停留时间可以根据所用的一种或多种解离方法来调整。停留时间可通过调整势阱通过离子传输装置103(如上所述，其优选地是实现伪势阱的A装置)的传播或离子传输装置103的长度来实现。优选地，离子在离子传输装置103中的停留时间将在几十到几百ms的范围内，例如10ms到1000ms。通过相应地设置调制频率，可以容易地控制A装置中的伪势阱的传播。较低的调制频率将提供较长的停留时间，但是也导致到第二质量分析器的离子束的较低频率。较长的装置将实现较长的停留时间，并且仍然保持产量(离子包递送到ToF分析器的速率)。

与现有技术相反，可以达到良好的解离率，而不损失子离子的传输或质量范围。

第二质量分析器117可用于测量从离子传输装置103提取的每个离子组的质谱。第二质量分析器117在图1中仅以示意性形式示出，因为这样的装置是公知的。上述提取电极，优选地，形成第二质量分析器117的一部分。离子提取电极，优选地，能够在RF电压的特定相位下从提取区域105提取离子，且提供用于提取到第二质量分析器117中的合适空间及时间性质。提取区域105的优选实施例在WO2012/150351中描述，其提供了在与离子传输装置103的轴正交的方向上提取离子束。

在一些实施例中，片段化工具可以包括离子阱101(除了被配置为在离子被传输通过离子传输装置103的片段化区域113时片段化离子的离子传输装置103的部分之外或者作为其替代)。在这种情况下，离子阱101可以被配置为在离子离开离子阱101之前执行CID。为了实现这一点，可以适当地增加离子阱101中的缓冲气体压力、q(Mathieu参数)的值和用于从离子阱101中喷射出离子的激励场的强度中的任何一个或多个。这可以提供高能离子喷射，从而产生高能CID。这产生了与常规离子阱质谱仪中的常规CID相比的优点，在常规离子阱质谱仪中，能量通常受到保留片段化离子的需要的限制。在本情况下，能量不受限制。高能CID导致产生更广泛分布的片段化离子，特别是更高丰度的较低质量片段。这在较高质量前体离子的片段化中特别有用。在喷射过程期间要实现CID的实施例中，优选地，在离子阱101和离子传输装置103之间放置离子光学元件，以帮助收集片段化离子并在它们到达离子传输装置103之前使它们减速。与常规离子阱质谱仪相比，该方法具有进一步的优点，因为低质量截止(LMC)不是问题。即，LMC被扩展到更低质量，因此片段化离子的质量范围可以被扩展。

在一些实施例中，片段化工具可以包括聚焦区域111中的离子光学元件(除了被配置为在离子被传输通过离子传输装置103的片段化区域113时片段化离子的离子传输装置103的部分之外或者作为其替代)。在这种情况下，聚焦区域111中的离子光学元件可被配置为通过向所述离子光学元件施加DC电压以加速离子来通过CID使离子片段化。在这种配置中，可以在进入离子传输装置103之前和进入组聚集工具107之前形成产物离子。

在其它实施例(未图示)中，离子提取电极可改为被配置为在平行于离子传输装置103的轴的方向上从提取区域提取离子组。平行提取不需要被脉冲，这可以避免将空的阱留在待清空的目标阱附近的要求(而在一些示例中，正交提取可能需要将空的阱留在目标阱附近)。

第二质量分析器117可能能够在待分析的下一束到达离子提取区域105之前记录离子组中所含有的所有离子的质谱。注意，在离子提取区域105的一些实施例中，不将离子放置在离子传输装置103中的每个可用势阱中可能是方便的，这可通过组聚集工具107来实现。在优选实施例中，第二质量分析器117可以是飞行时间(“ToF”)分析器。当离子传输装置是A装置时，离子束递送到该质量分析器的提取区域105的速率可由离子传输装置103的调制频率来限定。ToF分析仪的典型调制频率可以是0.2-16kHz。1kHz的调制频率可以以500微秒的时间间隔向第二质量分析器117递送离子组。如果前体离子没有被置于由离子传输装置103产生的传输电势的每个可用的伪势阱中，则离子递送的频率递送将被降低。例如，如果调制频率为2kHz，并且前体离子被置于离子传输装置103的每第五个可用的伪势阱中，则到第二质量分析器117的离子递送速率将实际上为2kHz。控制工具102，优选地，被配置为协调各个部件的操作，例如，使得第二质量分析器117的操作与离子传输装置103的操作同步。更具体地说，提取脉冲应当与向提取区域的离子组的递送同步，并且，优选地，与离子组的相空间取向(这涉及如上所述的RF电压的相位)同步。对于A装置，提取脉冲应当与调制和电压波形两者同步。应当注意，电压波形的相同相位，优选地，用于A装置的传输波形的所有相位。

第二质量分析器117可以是高分辨率ToF分析器。分析器可以是，例如，静电阱或多匝ToF分析器。可以调整调制频率以匹配所采用的分析器的类型。离子可以在相对于装置的轴的轴向或径向(正交)方向上从离子传输装置提取。

图1的设备100能够分析离子组内的所有离子(即，所有质量的产物离子)，以提供在离子传输装置103内通过单个提取事件传输并片段化的单个离子束内的整个离子群的单个质谱。

图1的设备100可以被配置为在色谱时间尺度上结合高前体和产物质量范围和分辨率并且以高灵敏度(低检测限)提供接近无损的二维质谱数据。

该设备100可提供最终的数据独立的质量分析，提供了在基本上100％的工作周期下，在质量分离步骤中没有常规损失的情况下，在许多肽的混合物中的多个肽的高清晰度骨架裂解谱的能力。设备100可以允许发现比迄今为止可能发现的更弱表达的具有翻译后修饰(PTMs)的蛋白质。

在随后的附图中，相同的附图标记用于描述与先前附图相同的部件。除了必要的地方，例如，为了突出与先前示例的差异，可以不进一步详细描述这样的部件。

图2示出了用于仿真实现图1所示的设备100的设备200的布置。

在该模拟中，离子被存储在离子阱201中，并且通过共振喷射从离子阱201质量选择性地喷射到离子传输装置203中。在该示例中，模拟了单个线性离子阱。离子通过共振喷射从LIT正交喷射(通过共振喷射从LIT喷射离子是公知的，其广泛用于商业离子阱仪器)。在所示的示例中，从LIT喷射的离子穿过一对RF多极，用于将离子限制在离子传输装置203的轴线上。影响离子喷射的分辨率的因素是：LIT的精度、校正或平衡高阶多极分量(高阶场分量由提取狭缝的存在或其它几何简化引起)、扫描速度和气体压力。有各种方法用于构造离子阱和校正场分量，这在本领域中是公知的。已经实现了高达30k的光谱分辨率。较慢的扫描速度提供较高的离子喷射分辨率。

图2还示出了可以在聚焦区域211和组聚集区域207内沿轴施加的DC剖面219。DC剖面219也可以称为聚集电势。聚焦区域211和组聚集区域207一起可以被看作注入区域209。

从离子阱201中射出的前体离子可以具有宽的能量分布，通常为0-40eV。它们也可以具有在40°范围内的宽角度分布。聚焦区域211中的分段多极离子导向器，例如，六极或八极，可以连接到RF电源电压，并且有助于以宽角展度限制离子。在图2所示的示例中，该多极离子导向器是六极，但是同样可以使用八极(并且实际上可以提供与下游四极的更好的兼容性)。聚焦区域211也可通过与缓冲气体分子的碰撞提供一些离子冷却。注入区域209可以具有用于设定注入区域中的气体压力的气体供应。参考图3，在一些实施例中，组聚集区域207可以是离子传输装置203的物理部分。离子传输装置203可由未分段的连续极215和分段极216组成(见图216)。在聚集区域207中，两组磁极应当优选为被分段。

组聚集区域207的电极可以具有附加PSU，用于产生DC聚集电势，即，DC剖面219，以及RF限制电势的附加物。在本示例中，成束区域包含八个分段电极，所有分段电极都具有双曲线轮廓并且具有2.5mm的内切半径。在该示例中，分段电极具有0.2mm的厚度，并且电极的间距为2mm。当然，这仅是组聚集区域207的一个示例性实施例，并且其他实现也是可能的。

在操作中，可以扫描离子阱201(参考图2)，使得喷射具有逐渐增加的离子m/z的离子。例如，离子阱可以从500Th到1000Th进行扫描。即，500Th的前体离子将首先被喷射，然后逐渐增加被喷射的离子的m/z值(具有1Th的窗口宽度)直到1000Th。因此，这里的扫描范围是500Th。离子阱201的分辨率，优选地，应该远大于1000。如果扫描在250ms内完成，则扫描速率将是每秒2000Th。因此，优选地，在这种情况下假定为A装置的离子传输装置203，应该被配置为具有2000Hz的调制频率f。组聚集区域207可以具有相应地0.5ms的循环时间，以提供每秒2000Th的扫描速率。在该循环时间内，可以在循环时间的一部分期间施加聚集电势DC剖面219，并且在循环时间的第二部分期间施加传输电势。从WO2018/114442中已知提供移动伪势阱以将离子从成束区域207传输到离子传输装置203中的传输电势。该方面可以根据WO2018/114442中描述的原理来实现。

质量分析器201的扫描应当与聚集电势和传输电势波形的相位同步。

多极和聚集区域的气体压力(Ar或He)可以是10

该聚集电势可以包括±300V和2MHz的RF限制电势和几个DC电压以提供该聚集电势。DC电压用于在所有8个片段处提供沿着仪器的轴的DC剖面219：例如，-2V、-2V、-2V、-14V、-14V、-14V、+16V、+16V的电压用于装置的模拟(图2)。在循环的传输阶段，在组聚集区域207中施加传输电势，在由上述聚集电势聚集的离子组的精确位置处产生电势最小值，优选地，为伪电势最小值。在这个阶段没有保持DC分布。然后，离子组可被带走并离开组聚集区域207进入离子传输装置203的其余部分。然后，在下一组聚集循环的第一部分再施加聚集电势，准备从LIT201接收下一组前体离子(其可以比前一束的离子大1Th)。

现在返回参考图1，一旦质量选定的前体离子已经从离子阱101中喷射出并且被放置到移动的伪势阱中，它们就被传输到片段化区域113中。离子片段化区域113位于离子传输装置103内。本发明允许本领域已知的多种离子解离方法。前体离子的束被传输到离子片段化区域113的入口，并且包括从前体离子得到的产物离子的一个离子组被从片段化区域113的出口端输送。该离子组可以包含从前体离子得到的产物离子和可能的一些剩余前体离子。对应数据可用于关联特定伪势阱，以便识别注入其中的前体离子的标称m/z，例如，用于确定前体离子的m/z值以便生成MS/MS质谱数据。

本发明还允许组合两种或多种片段化方法，其可以在沿着离子传输装置的轴的分开的区域中进行。

在描述本发明的离子片段化区域113的实施例之前，提供本领域中的可用方法的概述：

CID：通过前体离子与缓冲气体原子/分子的碰撞激发分子振动，并且分子链在易于裂解的位置处解离。这要求前体离子获得大量的动能，因此捕获阱的深度是CID的一个重要方面。CID提供了一种快速解离方法，并且通常非共振CID限制了分析的产量。

IRMPD：提供与CID类似的片段化，它采用红外激光器，前体离子从该红外激光器吸收多个光子以便进行片段化。吸收的IR光子也激发分子振动，如CID。主要的区别在于母离子没有获得显著量的动能。易受CID或IRMPD裂解的位点是肽骨架(由氨基酸序列组成)中的a-x和b-y。由于一些氨基酸序列模式不易被裂解，所以不能实现完整的结构分析，并且由于侧链(来自肽骨架)不被保留，所以不能获得修饰位点(PTMs)的信息。CID和IRMPH不能用于自顶向下的方法，因为大蛋白质离子不能被CID和IRMPD片段化。

UVPD：以2kHz和3kHz之间的脉冲速率使用紫外光的紫外光子d脉冲。UVPD不选择性地裂解键，因此提供良好的序列信息，并且可用于PTM鉴定以及自顶向下的方法。UVPD对电荷状态不敏感，并且对正离子和负离子可用。该方法比ECD和ETD快，但是仍然可以花费几ms到几十ms。

HAD、NAD、OAD：其它方法是HAD、NAD、OAD，也是本领域已知的。这些方法代表氢、氮和氧的附着解离/附着。通过使分子穿过加热元件(例如，钨毛细管(～2000℃)并将它们注入包含目标前体离子的离子阱中，由分子的热解离产生自由基。片段化光谱被示出为提供c/z和a/x型产物离子，这可归因于电子向/从前体离子的附着/提取。当低能中性自由基引发片段化时，前体离子的电荷状态得以保持。这些方法可用于前体离子的任何电荷状态，包括带单电荷的正离子和负离子。

ECD、ETD：这些是利用电子的绝热解离方法；被裂解的键较少依赖于氨基酸序列，并且产生c-z离子。ECD/ETD适用于PTM鉴定，因为在ECD和ETD中侧链几乎不被裂解，并且适用于自上向下的方法。然而，它们仅可用于正的多带电离子。EID(电子诱导解离)是与ECD类似的另一种方法，但是利用更高的电子能(～10eV)。尽管最近可以在具有用于将电子限制在离子阱内的外加磁场的其它平台上采用，但是ECD/EID主要是由于FT-ICR的高成本而采用的。ETD也可在q-TOF、LIT-Orbitrap、LIT、QIT&FT-ICR仪器中商购。

因为反应缓慢并且需要几十ms或几百ms来完成，所以这些方法中的一些(例如，UVPD、HAD、NAD、OAD、ECD或ETD)存在缺点。

本领域已知CID和IRMPD以及ECD和ETD是相互互补的，因为它们提供了关于序列的不同信息。一些制造商使用EThcd描述ETD，随后是CID。在现有技术中，ETD反应在一个离子阱中发生，然后CID反应在另一个离子阱中发生。如果这些方法要组合使用，则分析的处理量进一步降低。

在一些实施例中，在离子片段化区域113中实施的解离方法可以是ETD。该方法通常需要负离子源来产生负试剂离子，用于ETD的合适的负离子种类是本领域已知的。在电子转移解离期间，如先前段落中所述，前体离子和产物离子以单个组传送。如US2009278043中所概述，ETD区域可以包含缓冲气体He或Ar。

在一些实施例中，在离子片段化区域113中实施的片段化方法可以是ECD。该方法需要电子源，合适的电子源是本领域已知的。在本领域中还已知，因为波形提供了在电场在时间上恒定的同时引入电子的机会，所以数字捕获方法特别适合于ECD，从而提供了更有效的电子引入和控制电子能量的可能性。电子的能量区分了上述ECD和EID的方法。离子捕获的数字方法(这里采用的是在A装置中提供移动的伪势阱)提供了增加的电子密度和更有效的反应。如现有技术所述，可以向离子捕获区域施加磁场以进一步限制电子。可以使用两个或多个电子源以确保在整个离子片段化过程中电子密度是足够的。

在一些实施例中，在离子片段化区域113中实施的解离方法可以是HAD、NAD或OAD。这可以通过使H

在一些实施例中，在离子片段化区域113中实施的解离方法可以是UVPD。这可以通过将UV激光引入离子片段化区域来实现。激光可以轴向或径向引入，并且可以使用一个或多个UV镜以确保UV光子沿着片段化区域的长度存在。

在一些实施例中，在离子片段化区域113中实施的片段化方法可以是CID，如图4和5所示。

如图5所示，通过引入DC轴向电势327，沿着片段化区域113的轴加速离子，可以实现CID。在操作期间，离子传输装置303的移动势阱将成组的前体离子传输到在此称为CID区域323的片段化区域中，前体离子被加速，从而生成碰撞诱导的解离产物。

在该过程中由前体和产物离子获得的动能可能导致一些离子溢出到相邻的势阱中，这将使质谱仪的性能恶化。为了改善这一点，可以将再成束区域325添加到片段化区域313。再成束区域325以与成束区域307相同的方式操作，原理和操作已经在上面描述过，并在WO2018/114442中描述过。使用这种方法，CID可以在离子片段化区域313中执行，并且从前体离子和任何剩余前体离子得到的一束产物离子可以从片段化区域313的出口端被传输，该出口端被包含在单个束中的单个移动势阱内。

本领域技术人员将理解，可以对上述设备进行各种改变。现在将描述如何实现这一点的一些示例。

例如，关于用于提供离子的第一质量分析器101：

●该第一质量分析器101可以有利地由2个或更多个离子阱组成。可以使离子在一个或多个离子阱之间质量选择性地移动(具有相对低的质量分辨率，5、10)，以便在随后将离子喷射到离子传输装置中之前将离子输送到最终LIT(其将离子喷射到离子传输装置中)。

●如果第一质量分析器101包括线性离子阱(“LIT”)，则LIT可以在轴向(即与传输装置的轴正交的方向)上延伸，使得根据LIT的长度，离子以更宽的带状云形式从LIT射出，即＞10mm、20mm、30mm或更长。这种延伸的离子云可以在成束区域107内聚集成局部束，并且被离子光学系统(聚焦系统)111接受，该离子光学系统可以使延伸的束朝向成束区域107会聚。

●如果第一质量分析器101包括LIT，则LIT可以具有弯曲轴，以便喷射的离子向离子光学系统111或成束区域107会聚。

●可以使用几个LIT将离子注入单个离子光学区域111中。

●可以使用几个LIT将离子注入几个离子光学区域111中，这些离子光学区域可以向下游会聚到成束区域107中。

这样的修改可以帮助提高第一质量分析器101的电荷容量。LIT可以具有～10000个离子/mm的容量(在空间电荷效应开始使性能方面恶化之前)，因此能够容纳具有30mm轴向长度的离子云的LIT在器件的分辨率受到影响之前将包含至少300,000个电荷。使用2个或更多个离子阱可以实现第一质量分析器101的离子容量的最大跳跃。

图6示出了图4中所示CID示例的示例性变型，其中第一质量分析器401被配置为在喷射过程期间启动离子片段化。在该示例中，质量选择的前体离子与生成的产物离子一起将进入组形成区域407。这里，可以省略单独的片段化区域(例如，图1中的片段化区域113)，因为片段化可以在组形成区域407中或者在质量分析器401内开始。例如，通过增加用于从质量分析器401共振地喷射离子的偶极电压的强度、控制质量分析器401与离子光学区域411之间的DC偏移电压、通过调整离子阱的q参数或通过调整401和411中的缓冲气体压力，可以使前体离子在喷射期间发生片段化。该示例在图6中以简化形式描述，并且限于CID片段化。

在一些示例中，在解离步骤之前和之后，例如，在离子传输装置中，可以应用宽带激发工具以除去高于预定值的高m/z产物离子。这是为了去除离子传输装置的有效传送范围之外的离子。这是为了去除在离子传输装置中不能有效传送的离子。

在一些示例中，设备100也可用作生成MS2xMS3光谱的设备，其中MS1分离步骤将通过常规方法在上游QMF(四极滤质器)中进行。在这种情况下，第一MS1级可能不是无损的。

在一些示例中，离子传输装置103可具有弯曲轴。

在一些示例中，离子传输装置103可具有一个以上提取区域105。

在一些示例中，离子传输装置103可由一个或多个传输通道组成。一个或多个传输通道可以由一个或多个质量分析器A馈送，并且将离子递送到一个或多个质量分析器2。

在上述说明中，相信以下部件是期望的：

●离子源，通常为ESI离子源，以及将离子传送到离子阱的工具。

●至少一个离子阱和质量选择性地喷射前体离子种类的工具。

●一种离子传输装置，能够在延长的距离上以受限制的束传输离子。

●一种装置，用于将该质量选择性喷射的前体离子放置到该离子传输装置内的一个受限制的离子束内。

●至少一种工具，用于使这些前体离子片段化，在沿着该离子传输装置的一部分的这些离子传输时间的至少一部分的过程中是有效的。

●第二质量分析器，能够分析离子传输装置中的受限制束中的离子。

●PSU，用于向传输装置、质量分析器1和2以及向注射装置提供电压。

由于片段化在MS/MS技术中是必要的，因此期望运输装置的行进阱可以限制宽m/z范围(M2/M1＞10)的离子，例如，可以由A装置完成。在图示的模拟中，我们使用具有320V(o-p)的振幅、1.6Hz的频率和8个相位的波形，每个相位具有45°的相位差。发明人在实践中发现，这可以通过如WO2012/150351中公开的数字方法(方波)来实现以提供传输电势。尝试了基于RF发生器以提供电压波形的模拟设计(例如，如US2009/278043所教导的)，但是证明不成功；基本上，这种模拟方法似乎难以实现。

优选操作参数如下：

●离子成束区域107中的气体压力优化为1×10

●到目前为止，本发明人已经使用了一种产生行进伪势阱的A装置。具体地，我们使用具有2.5mm内切半径的分段四极电极结构，该装置的一些部分可以具有由连续杆形成的至少一个极，如果离子要在与离子提取区域105中的轴正交的方向上被提取，则这是重要的(优选实施例-参见图2的3D示例)。如果离子要沿平行于离子传输装置103的轴的方向转移到ToF分析器中，则可以替代地使用环导向器。本发明可以包括如WO2012/150351中描述的许多离子导向结构。在整个装置中具有公共电极结构不是必需的(所建议的配置不一定是最佳的配置)。

●A装置的长度是上下文特定的。

●第一质量分析器101优选地是线性离子阱。

●第二质量分析器117优选地是ToF分析器。

●我们的优选是使用离子传输装置103，其中产生移动伪势阱，如在A装置中。然而，本发明可应用于离子传输装置，其中通过行进的DC势阱提供成束，但是应当注意，同时使用带负电和带正电的粒子的片段化方法不能与DC波一起使用

在上述说明书、所附权利要求书或附图中公开的部件，以其特定形式或根据用于执行所公开的功能的工具、或用于获得所公开的结果的方法或过程来表达，可以适当地单独地或以这些部件的任意组合来用于以其不同形式实现本发明。

虽然已经结合上述示例性实施例描述了本发明，但是当给出本说明书时，许多等同的修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，上述本发明的示例性实施例被认为是说明性的而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施例进行各种改变。

为了避免任何疑问，提供本文提供的任何理论解释是为了改善读者的理解。发明人不希望受这些理论解释中的任何一个的限制。

本文使用的任何章节标题仅用于组织目的，并且不应被解释为限制所描述的主题。

在整个说明书中，包括随后的权利要求书，除非上下文另有要求，词语“包括”和“包含”及其变体，例如“包括”、“含有”和“含有”应理解为暗示包括所述的整体或步骤或整体或步骤的组，但不排除任何其它整体或步骤或整体或步骤的组。

必须注意，如在说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文另外清楚地指明。范围在本文中可以表示为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表达这样的范围时，另一个实施例包括从一个具体值和/或到另一个具体值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应理解，特定值形成另一个实施例。与数值相关的术语“约”是任选的，并且是指例如+/-10％。

模拟数据

例1

参考图2，被配置为执行接近无损二维质谱分析的第一质量分析器、具有行波的传输装置以及第二质量分析器的组合是独特的并且允许避免现有技术中描述的MS/MS方法的限制。我们注意到，在背景技术部分中提到的现有技术中描述的一些MS/MS方法似乎没有被简化到实践。

在图2中，使用成束(聚集)电势将离子注入区域209，如先前在WO2018114442中概述的。已经执行了将离子从质量分析器(LIT)201喷射到作为A装置的离子传输装置203的注入区域209中的新模拟。在有和没有离子光学系统211的情况下进行模拟。

下面简要进行说明：

在模拟中，我们认为CID可以在离子从离子阱喷射并进入聚集区域207期间发生。尽管注意到可以避免出现这种CID的情况。希望所有前体离子和它们的产物离子将保持在聚集区域207中形成的相同的预定离子束内。在这些示例性模拟中，选择m/z＝786.4Th(Glu-Fib离子)的一束前体离子。使这些离子经历片段化，以相等的概率产生m/z＝168.7Th、683.8Th和1285Th的产物离子。因此，产物离子的质量范围为(m/z)max/(m/z)min＝7.6。前体的初始条件为：动能在0eV至40eV的范围内的几乎均匀地分布，动量与轴的角度在-20°至+20°的范围内的几乎均匀地分布。在模拟实验中，前体离子从LIT 201中以质量选择性的方式喷射。它们随后被聚集在聚集区域207内，并且准备在180微秒的时间内通过行进波进行收集。在相同条件下聚集的质量均匀性，表示为产物离子与前体离子的比率，为0.94或更高。在没有聚焦区域211的情况下，前体离子的收集效率为40％。

利用如图2所示的聚焦区域211中采用的分段多极进行进一步的模拟。发现这减少了前体离子的损失，透射率加倍到大约80％。另外，产物离子收集效率保持在所聚集的前体离子的94％。因此，发现在聚焦区域211中采用的分段多极有效地引入高能量且具有角展度的离子。

在现有技术文献US2014061457中呈现了示出离子在离子传输装置中的传播的模拟。从提取区域5提取离子也在WO2018114442中提出。WO2018114442和WO2012/150351的模拟通过引用包含在内。

我们概括了本发明与引用的现有技术相比的优点。产物离子和前体离子作为限定的束，即没有任何空间或能量分散的情况下，被提供给第二质量分析器。在现有技术系统中，离子不是以限定的束而是在时间和空间上分散并具有一些质量分离地到达第二质量分析器。因此，在多个单一ToF光谱和低占空比内，在推动区域中的多个循环上获得MS2数据。为了解决这些问题，第二质量分析器必须以可能的最高频率操作，如在所引用的现有技术中所描述的。因此，在所引用的现有技术中，第二质量分析器必须是具有有限飞行时间的ToF分析器。最大分辨率与飞行时间有关。

在现有技术系统的替代操作模式中，前体离子和产物离子可以在碰撞单位的出口处被收集(捕获)，并且然后被脉冲到第二质量分析器。

两个限制来自于这种模式：

1)质量范围有限：宽m/z范围的离子速度范围：简单地，如果存在m/z范围，则不是所有的离子都将同时停留在推动区域中，即，一些离子可能已经穿过推动区域(低m/z)，而一些可能尚未到达推动区域(重m/z)。

2)需要时间来收集和冷却离子，因此光谱的频率降低。

此外，在所引用的现有技术MS/MS方案中，离子在＜1ms的短时间内行进穿过。因此：

1)没有时间通过CID或IRMPD以外的方法进行片段化。

2)离子以相对高的能量(高于热能kT)到达第二质谱仪，而没有时间可用于冷却。因此，为了在ToF分析器中实现合理的分辨率，相位空间不可避免地被切断(切断一些速度差的不期望的离子)，这导致现有技术系统中的灵敏度降低。

参考文献

上面引用了许多出版物，以便更充分地描述和公开本发明以及本发明所属领域的状态。这些参考文献的完整引用提供如下。

这些参考文献中的每一个的全部内容都并入本文。

1.WO2012/150351(也公开为US9536721、US9812308)

2.US2009/278043

3.GB2391697

4.WO2018/114442

5.US6770871

6.US7507953

7.《用于二维串联质谱法的Qit-q-Tof质谱仪(A Qit-q-Tof mass spectrometerfor two-dimensional tandem mass spectrometry)》，Wang等人，质谱学快讯(RapidCommunications in mass spectromet ry)，2007，21:3223-3226[https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/rcm.3204]

8.《实用质谱法第1卷(Practical Mass Spectrometry Volume 1)》第4章，Raymond E.March和John F.J.Todd.

9.《与大气压离子源耦合的数字离子阱质谱仪(A digital ion trap massspectrometer coupled with atmospheric pressure ion sources)》(Dinget al，质谱学期刊(J Mass Spectrom)，2004年5月，39(5)；471-84).