质谱中校正的质量分析物值

摘要

在此描述一种用于确定一种分析物的质荷比的方法，该方法考虑到当在一个离子阱中存在相对高浓度的离子时的多种空间电荷限制。该方法包括针对由该分析物离子本身以及与该分析物离子具有不同质荷比的相邻离子引起的空间电荷效应来校准质谱仪。可以在该离子阱中存在相对高浓度的离子情况下测量一种分析物离子和一种相邻离子两者的质谱。可以基于该测量的分析物质荷比、该测量的分析物丰度、该第一质荷比差以及该测量的第一相邻离子丰度来计算一种分析物离子的校正的质荷比。所得校正的质荷比具有增大的准确性并且同时改进该离子阱质量分析器的动态范围。

权利要求

1.一种确定样品中分析物的质荷比的方法，该方法包括：

a)获得一个质谱，其中在存在一种第一相邻离子情况下测量该分析物的质荷比，该第一相邻离子包括所具有的质荷比与该分析物的质荷比不同的离子，该质谱包括：i)测量的分析物质荷比、ii)测量的第一相邻离子质荷比、iii)测量的第一相邻离子丰度，b)通过从该测量的分析物质荷比减去该测量的第一相邻离子质荷比来确定一个第一质荷比差；

其特征在于，所述方法还包括：

c)基于i)该测量的分析物质荷比、ii)该第一质荷比差、以及iii)该测量的第一相邻离子丰度来计算一个校正的分析物质荷比。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

d)基于该第一质荷比差和该测量的第一相邻离子丰度来确定一个相邻离子空间电荷校正；并且e)通过将该相邻离子空间电荷校正和该测量的分析物质荷比加在一起来计算该校正的分析物质荷比。

3.如权利要求1所述的方法，其中该质谱还包括：iv)测量的分析物丰度，并且其中计算一个校正的分析物质荷比的步骤(c)附加地基于iv)该测量的分析物丰度。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括：

d)基于该测量的分析物质荷比和该测量的分析物丰度来确定一个自身电荷空间校正；

e)基于该第一质荷比差和该测量的第一相邻离子丰度来确定一个相邻离子空间电荷校正；

f)将该自身电荷空间校正和该相邻离子空间电荷校正合在一起以形成一个空间电荷校正；并且g)通过将该空间电荷校正和该测量的分析物质荷比加在一起来计算该校正的分析物质荷比。

5.如权利要求4所述的方法，其中该自身电荷空间校正包括自身电荷空间因子与该测量的分析物丰度的乘积。

6.如权利要求4所述的方法，其中使用一个方程式来确定该自身电荷空间校正，该方程式包括：自身电荷空间校正＝S(M0)×I[M0]，

其中S(M0)是自身电荷空间因子并且I[M0]是在该测量的分析物质荷比M0下的该测量的分析物丰度。

7.如权利要求6所述的方法，其中使用一个数学公式来确定该自身电荷空间因子，该数学公式包括：其中a、b以及c是常数。

8.如权利要求4所述的方法，其中该相邻离子空间电荷校正包括一个第一相邻离子空间电荷因子与该测量的第一相邻离子丰度的乘积。

9.如权利要求4所述的方法，其中使用一个方程式来确定该相邻离子空间电荷校正，该方程式包括：相邻离子空间电荷校正＝A(Mi-M0)×I[Mi]，

其中M0是测量的分析物质荷比，A(Mi-M0)是一个相邻离子空间电荷因子并且I[Mi]是在该测量的第一相邻离子质荷比Mi下的该测量的第一相邻离子丰度。

10.如权利要求9所述的方法，其中使用一个数学公式来确定该相邻离子空间电荷因子，该数学公式包括：其中d、f以及g是常数。

11.如权利要求4所述的方法，其中在存在该第一相邻离子和第二相邻离子两者情况下测量该分析物的质荷比，该第一相邻离子包括所具有的质荷比与该分析物的质荷比和该第二相邻离子的质荷比不同的离子，该第二相邻离子包括所具有的质荷比与该分析物和该第一相邻离子的质荷比不同的离子，该方法进一步包括：h)通过从该测量的分析物质荷比减去测量的第二相邻离子质荷比来确定一个第二质荷比差；并且i)基于该第一质荷比差、该第二质荷比差、该测量的第一相邻离子丰度以及测量的第二相邻离子丰度来确定一个相邻离子空间电荷校正。

12.如权利要求11所述的方法，其中该相邻离子空间电荷校正包括一个第一乘积与一个第二乘积的总和，该第一乘积包括一个第一相邻离子空间电荷因子与该测量的第一相邻离子丰度相乘，并且该第二乘积包括一个第二相邻离子空间电荷因子与该测量的第二相邻离子丰度相乘。

13.如权利要求11所述的方法，其中使用一个方程式来确定该相邻离子空间电荷校正，该方程式包括：相邻离子空间电荷校正＝A(M1-M0)×I[M1]+A(M2-M0)×I[M2]其中A(M1-M0)是第一相邻离子空间电荷因子，A(M2-M0)是第二相邻离子空间电荷因子，I[M1]是该测量的第一相邻离子丰度，并且I[M2]是该测量的第二相邻离子丰度。

14.一种确定样品中分析物的质荷比的系统，该系统包括：

a)一个质谱仪，该质谱仪被配置成用于在存在一种第一相邻离子情况下测量该分析物的质谱，该第一相邻离子包括所具有的质荷比与该分析物的质荷比不同的离子，该质谱包括i)测量的分析物质荷比、ii)测量的第一相邻离子质荷比、iii)测量的第一相邻离子丰度、以及iv)测量的分析物丰度，b)一个微处理器，该微处理器被配置成用于接收来自该质谱仪的该质谱，该系统的特征在于，该微处理器被附加地配置成用于基于以下各项输出一个校正的分析物质荷比：i)该测量的分析物质荷比、ii)该测量的第一相邻离子质荷比、iii)该测量的第一相邻离子丰度、iv)该测量的分析物丰度、以及v)第一质荷比差，该第一质荷比差是该测量的第一相邻离子质荷比与该测量的分析物质荷比之间的差。

15.如权利要求14所述的系统，其中该微处理器被进一步配置成用于：基于该测量的分析物质荷比和该测量的分析物丰度来确定一个自身电荷空间校正；基于该第一质荷比差和该测量的第一相邻离子丰度来确定一个相邻离子空间电荷校正；将该自身电荷空间校正和该相邻离子空间电荷校正合在一起以形成一个空间电荷校正；并且通过将该空间电荷校正和该测量的分析物质荷比加在一起来计算该校正的分析物质荷比。

说明书

质谱中校正的质量分析物值

技术领域

[0001] 本申请涉及总体上涉及确定样品中分析物的质荷比的方法和系统。

背景技术

[0002] 四极离子阱质量分析器广泛用于对各种物质进行质谱分析，并且特征在于它们的n高灵敏性和进行多级分离和碎裂(在本领域中通常称为MS )的能力。在四极离子阱质量分析器中，离子由通过向离子阱施加适合的电压而产生的振荡场限制并且按质量顺序被喷射至检测器(例如，通过共振喷射的方法)以便获取质谱。除了由所施加电压产生的电场之外，这些离子还经受离子本身在离子阱中产生的电场并且受这些电场影响。这些自生电场具有随着离子群密度而增大的特征强度。不可忽略的自生电场的存在对离子行为具有显著影响，特别是就共振喷射而言，这可能不利地影响在质谱中检测到的离子峰的质量准确性。

[0003] 为了避免或最小化与自生电场相关联的性能下降，离子阱质量分析器常规地在具有自生电场显著小于所施加电场(即，主要捕获和共振激发场)的离子群情况下进行操作。因此，将离子群的最大密度设定成一个值，处于该值时，自生场不会明显影响离子行为。此类极限被称为空间电荷极限。

[0004] 在产生可接受的质量准确性时在空间电荷极限以下操作离子阱质量分析器具有减小仪器动态范围的不良作用。尤其当测量存在大范围浓度的物质时，可能期望的是用相对更大数量的离子填充离子阱。用更大数量的离子 填充阱还提高了信噪比，从而产生更可靠的测量。因此，在质谱学领域中需要一种对大的离子群进行质量分析而不牺牲质量准确性的技术。

发明内容

[0005] 一种确定样品中分析物的质荷比的方法包括获得一个质谱，其中在存在第一相邻离子情况下测量该分析物的质荷比。该第一相邻离子包括所具有的质荷比与该分析物的质荷比不同的离子。该质谱包括测量的分析物质荷比、测量的第一相邻离子质荷比、测量的分析物丰度以及测量的第一相邻离子丰度。接着，可以通过从该测量的分析物质荷比减去该测量的第一相邻离子质荷比来确定第一质荷比差。可以基于该测量的分析物质荷比、该测量的第一分析物丰度、该第一质荷比差以及该测量的第一相邻离子丰度计算出校正的分析物质荷比。

[0006] 该确定一种分析物的质荷比的方法还可以包括：基于该测量的分析物质荷比和该测量的第一分析物丰度来确定自身电荷空间校正。相邻离子空间电荷校正可以基于该第一质荷比差和该测量的第一相邻离子丰度来确定。该自身电荷空间校正和该相邻离子空间电荷校正可以合在一起以形成空间电荷校正。该校正的分析物质荷比可以通过将该空间电荷校正和该测量的分析物质荷比加在一起来计算。

[0007] 该确定一种分析物的质荷比的方法还可以针对多于一个种类的相邻离子进行校正。一个种类表示具有一个特定m/z值的相邻离子。可以在存在该第一相邻离子和该第二相邻离子两者情况下测量该分析物的质荷比。该第一相邻离子包括所具有的质荷比与该分析物和该第二相邻离子的质荷比不同的离子。该第二相邻离子包括所具有的质荷比与该分析物和该第一相邻离子的质荷比不同的离子。该方法进一步包括：通过从该测量的分析物质荷比减 去该测量的第二相邻离子质荷比来确定第二质荷比差。相邻离子空间电荷校正可以基于该第一质荷比差、该第二质荷比差、该测量的第一相邻离子丰度以及该测量的第二相邻离子丰度来确定。

[0008] 还可以在自身空间电荷效应相对较低的情况下进行一种确定样品中分析物的质荷比的方法。此方法包括获得一个质谱，其中在存在第一相邻离子情况下测量该分析物的质荷比。该第一相邻离子包括所具有的质荷比与该分析物的质荷比不同的离子。该质谱包括测量的分析物质荷比、测量的第一相邻离子质荷比以及测量的第一相邻离子丰度。接着，可以通过从该测量的分析物质荷比减去该测量的第一相邻离子质荷比来确定第一质荷比差。可以基于该测量的分析物质荷比、该第一质荷比差以及该测量的第一相邻离子丰度来计算校正的分析物质荷比。

[0009] 该确定一种分析物的质荷比的方法还可以包括：基于该第一质荷比差和该测量的第一相邻离子丰度来确定相邻离子空间电荷校正。该校正的分析物质荷比可以通过将该相邻离子空间电荷校正和该测量的分析物质荷比加在一起来计算。

[0010] 一种确定样品中分析物的质荷比的系统包括一个质谱仪和一个微处理器。该质谱仪可以被配置成用于在存在第一相邻离子情况下测量该分析物的质谱。该第一相邻离子包括所具有的质荷比与该分析物的质荷比不同的离子。该质谱包括测量的分析物质荷比、测量的第一相邻离子质荷比、测量的分析物丰度以及测量的第一相邻离子丰度。该微处理器可以被配置成用于：接收来自该质谱仪的质谱，并且基于以下各项输出校正的分析物质荷比：该测量的分析物质荷比、该测量的分析物丰度、该测量的第一相邻离子质荷比、该测量的第一相邻离子丰度以及该测量的第一相邻离子质荷比与该测量的分析物质荷比之间的第一质荷比差。

附图说明

[0011] 结合在此并构成本说明书的一部分的附图说明了本发明目前优选的实施例，并且与上文给出的一般说明和下文给出的详细说明一起用于解释本发明的特征(其中相似数字代表相似元件)。通过参考以下列举出利用本发明原理的说明性实施例的详细说明和附图将获得对本发明的特征和优点的详细理解，在附图中：

[0012] 图1图示了适合用于在存在一种或多种相邻离子情况下获得一种分析物离子的质谱的质谱仪的示意图；

[0013] 图2是图示在不同马修(Mathieu)q值下所具有的m/z为202的离子随离子群变化的最大离子密度的图；

[0014] 图3是图示所具有的m/z为202的离子针对不同离子群随半径变化的标准化离子密度的图；

[0015] 图4是图示被捕获在线性离子阱中的离子随质荷比变化的模拟平均半径值的图；

[0016] 图5是图示包括考虑到空间电荷效应的质量校正的一种确定一种分析物的质量的方法的流程图；

[0017] 图6图示了一个离子阱质量分析器和一个离子储存装置的简化示意图；

[0018] 图7是图示所具有的m/z为965.5的分析物离子随特定相邻离子丰度(如m/z 971.5(正方形)和m/z 1143(菱形))变化的质量偏移的图；

[0019] 图8是图示一种分析物随相邻离子质量与分析物质量之间的差变化的质量偏移斜率的图；

[0020] 图9是图示一种分析物随总相邻离子群变化的质量偏移的图，其中 该总相邻离子群具有m/z 1143和m/z 1201(菱形)；m/z 1027、m/z 1143以及m/z 1201(三角形)；抑或m/z 971、m/z 1027、m/z 1143以及m/z 1201(圆形)；并且

[0021] 图10是图示单独产物离子的MS2扫描(菱形)、MS3扫描(正方形)以及已针对空间电荷效应来调整的校正的MS2扫描(三角形)的质量误差的图。

具体实施方式

[0022] 以下详细说明应该参考附图来阅读，其中在不同附图中的相似元件采用相同编号。不必依比例绘制的这些附图描绘了选择的实施例并且不旨在限制本发明的范围。详细说明通过举例的方式而不是限制的方式来说明本发明的原理。本说明将清楚地使得本领域技术人员能够制备并使用本发明，并且描述本发明的若干实施例、改编、变化、替代方案以及用途，包括目前被认为是执行本发明的最好模式。如在此使用的用于任何数值或范围的术语“约”或“近似”是指出于其在此所述的预期目的允许组分的部分或集合起作用的一个适合的尺寸公差。

[0023] 以下将描述一种离子阱质谱仪的一个实例，该离子阱质谱仪可以获得适合于与在此描述的实施例一起用于计算校正的分析物质量的质谱。图1图示了一个离子阱质谱仪100的示意图，该离子阱质谱仪包括被配置成用于电离分子的一个电离源105。然后离子被运送穿过一个离子传输管175、一个分离器160、一个离子引导器145、一个第一静电透镜165、一个第一离子引导器150、一个第二静电透镜170、一个八极离子引导器155、一个离子阱质量分析器140并且到达一个检测器624。被配置成用于电离分子的电离源的实例可以包括电喷雾电离源、化学电离源、热电离源以及基质辅助激光解吸电 离源。在离子移动至第一中间腔室120中时，离子传输管175可以被加热以使残余溶剂蒸发并且分解溶剂-分析物团簇。在一个实施例中，第一离子引导器150可以呈能够用具有特定m/z值的一种或多种离子种类充填离子阱质量分析器140的四极质量过滤器(QMF)的形式。离子阱质量分析器的一个实施例描述在美国专利号5,420,425中，该专利特此通过引用完全结合在此。该检测器可以被配置成用于接收并且测量来自该质量分析器的电离分子。

[0024] 在离子运送过程中，这些离子从离子源腔室110移动至一系列中间腔室120、125、130，并且然后到达一个真空腔室135。中间腔室120、125和130以及真空腔室135通过适合安排的泵来抽空以将其中的压力维持在希望的值。在一个实例中，中间腔室120与机械泵的一个端口180联通，并且中间腔室125和130以及真空腔室135与多级、多端口涡轮分子泵的相应端口185、190以及195联通。

[0025] 质谱仪100包括一个电子控制器618、被配置成用于向离子引导器和离子阱供应RF电压的一个RF电压源616、被配置成用于向不同组件供应一种或多种DC电压的一个DC电压源620、以及被配置成用于从检测器获取数据并且将该数据存储至一个存储器部分的一个数据系统622。电子控制器618可操作地联接至不同装置上，包括泵、传感器、电离源、离子传输管、静电透镜、离子引导器、碰撞室、数据系统、离子阱以及质量分析器，以便控制这些装置和整个质谱仪100的不同位置处的状况，以及接收并且发送表示被分析离子的信号。

[0026] 虽然上述段落描述了一种离子阱质谱仪，但是应当理解，这种描述仅通过实例的方式提供，并不会将本发明限制于用一种特定类型的质谱仪来操作。例如，在此描述的质量校正方法可以结合到许多质谱仪类型和架构中，例如像三重四极质谱仪(其中最后的四极是离子阱)、傅里叶变换离子 回旋共振谱仪或轨道阱质谱仪。

[0027] 质谱仪性能的一个方面是动态范围。该动态范围是指可以被检测到的、同时满足光谱品质的某些最低要求(如信噪比和质量准确性)的离子的工作浓度范围。离子阱质谱仪(ITMS)典型地具有允许检测到单一离子事件的相对高的灵敏性。然而，ITMS典型地在分析广泛浓度范围的分析物离子的能力方面受限制。可以测量到的离子浓度的上限受若干作用限制。例如，检测电路的动态范围可以施加一个上限。然而，这可以通过使用高动态范围电子倍增器和模数转换器和/或通过使用双级放大器来缓解。

[0028] ITMS中的动态范围的另一个限制是由离子-离子相互作用引起。这些相互作用的效应是这样以使得这些离子本身促成改变离子运动的另外四极DC捕获电势，并且可以引起观察到的特定分析物离子质荷比的偏离。

[0029] 方程式1a至1d描述了四极离子阱内的离子的特性。ITMS中离子的运动是周期性的，并且具有不同质荷比的离子以不同频率振荡ω，如在方程式1a中所示，其中β是马修稳定性参数并且Ω是所施加捕获电势的频率。参数β取决于无量纲参数au和qu，如在方程式1b中所示。另外，参数qu和au分别由方程式1c和1d描述。在方程式1b至1d中，下标u是指x尺寸抑或y尺寸。返回参考方程式1c，e是电荷，V是主要四极AC捕获电压的幅值，r是场半径，并且m是质量。返回参考方程式1d，U是DC四极电压的量值。

[0030]

[0031]

[0032]

[0033]

[0034] 离子振荡频率的质荷比依赖性允许进行依赖共振的各种操控，包括碰撞诱导解离(CID)、波形分离以及最重要地质量分析。基于方程式1a至1d，另外的DC电势U将改变离子振荡频率ω。频移不同程度地降低各种依赖频率的操控的性能。在质量分析的情况下，频率偏移被观察为导致不准确质量指定(mass assignment)的离子喷射时间偏移。当离子-离子相互作用的量值变得非常大时，观察到的质谱峰变得降级；这些峰变得更宽并且强度更小，从而显著降低光谱的品质。光谱降级不可再容忍的点称为光谱空间-电荷限制。典型地，该光谱空间电荷限制设定成远低于峰降级的点的某一任意值的质量偏移，如0.1Da。然而，通过设定这种限制，为获得质量准确性而牺牲了仪器的动态范围，即使在峰降级开始之前可获得大量容量。

[0035] 由具有相同质荷比的一组分析物离子诱导的有效电势可以称为自身空间电荷。这里，分析物离子是指测量其质量的靶标离子。应当指出，质谱中的每个离子或峰可以相对于迭代质量校正方法被指定为分析物离子。因此，在当每个峰被指定为分析物离子时而对它应用质量校正方法情况下，该质量校正方法将进行若干次。可替代地，由除了这些分析物离子之外的一组离子诱导的有效电势可以称为相邻离子空间电荷。可以在这两种类型的相互作用(自身与相邻)之间加以区别，因为典型地后者的量值比前者的量值大得多。在一定体积中存在一组离子颗粒情况下，方程式2可以描述在点r＝{x,y,z}处的电势u(r)，其中ε0是自由空间的介电常数，Np是颗粒的总数，qp是颗粒p的电荷，并且rp是颗粒p的位置。当颗粒与点之间的距离增大时，分母增大并且电势u(r)减小。

[0036]

[0037] ITMS中离子的密度取决于许多因素，包括捕获电势、任何中性气 体颗粒的性质和压力以及离子-离子本身相互作用。这从对线性ITMS(其中离子-离子相互作用使用方程式2来模型化)中的离子运动的数字模拟是显而易见的。图2是针对马修q参数的不同值随离子群变化的最大离子密度的曲线图。针对相对小数量的离子，密度线性地增大，并且然后当离子-离子相互作用的量值开始与捕获假电势的量值竞争时达到平台期。增大主要捕获电压幅值对阱的储存容量具有显著影响。典型线性ITMS的光谱空间电荷限制为大约104个离子，该限制在线性范围内，如在图2中所图示。

[0038] 图3示出在给定q值下随不同离子群的离子分布半径变化的径向离子密度分布的模拟结果。对于图3中所示的模拟，分析物离子所具有的m/z为202，并且用为40,960个(圆形)；81,920个(正方形)；163,840个(菱形)；327,680个(三角形)；655,360个(加号)以及983,040个(×号)的离子群进行模拟。离子分布的半峰宽随离子数目线性地增大，证明离子-离子排斥力大得足以扩大离子分布。

[0039] 离子密度并且因此离子-离子相互作用力的量值预期随质量改变。针对给定值的马修q参数，离子分布的大小与质量平方根的倒数成比例，如从理论(参见马歇尔(Marshall)等人，美国质谱学会杂志(Journal of American Society for Mass Spectrometry)，9，(1998)，第473-481页)所预测并且由如在图4中所示的数字模拟结果所证明。这种效应是由于恒定q值下的捕获力(对更高质量离子的压缩强于更低质量离子)的线性质量依赖性。这针对高质量离子产生更大的离子-离子相互作用力，以及相应地更大的观察到的由自身空间-电荷引起的谱移。

[0040] 以下将描述一种针对离子阱中空间-电荷诱导的质量偏移进行校正的方法。可以由具有相同质荷比的离子以及具有相邻质荷比的离子两者诱导所关注离子(即，分析物)的质量偏移。这种方法包括一个校准过程，这样 使得可以对任意复杂的光谱进行随后分析。因为在此描述的校正方法将在相对高离子浓度下改进测量的质荷比准确性，可以显著增加离子填充时间从而得到改进的离子阱动态范围。这与基于维持一定水平的质量准确性而限制离子浓度的质谱测量形成对比。应当指出，在此描述的空间电荷校正方法不限于特定样品并且可以校正各种各样任意且复杂的光谱的峰位置。

[0041] 图5是图示一种方法800的流程图，该方法考虑到由具有相同质荷比的离子以及相邻离子诱导的质量偏移。应当指出，方法800可以应用于所具有的离子处于事先未知的质量位置和丰度的任何任意复杂的光谱。离子丰度是表示离子阱中特定离子的数目或浓度的值。该离子丰度还可以称为与在检测器(例如，图1的检测器624)处测量的电流成比例的强度值。离子的质荷比可以称为m/z，或在假设电荷为一(unity)的情况下简单称为“质量”。另外，离子的质荷比值可以称为是质谱上峰的位置的质谱位置。应当指出，对应于m/z值的其他等效参数可以用于质荷比，例如像频率值和所关注离子的喷射时间。在此描述的质量校正方法不限于仅具有单一电荷水平(即，z＝1)的一组离子，并且可以应用于具有一种或多种电荷水平(即，z＝1、2、3等)的一组离子。

[0042] 方法800包括自身空间-电荷校准步骤802、相邻离子空间-电荷校准步骤804、存储校准结果步骤806、获得质谱数据步骤808、确定质量差步骤810以及计算校正的分析物质量步骤812。以下将更详细地描述方法800的步骤。

[0043] 自身空间电荷校准步骤802包括：确定可以在自身电荷空间校正上实施的一组常数。在一个实施例中，自身电荷空间校正可以是基于测量的分析物质荷比和测量的分析物丰度。术语测量的可以用来描述其中参数用质谱仪测量了的情形。方程式3示出自身电荷空间校正的数学表示，

[0044] 自身电荷空间校正＝S(M0)x I[M0]   (方程式3)

[0045] 其中S(M0)是自身电荷空间因子并且I[M0]是在测量的分析物质荷比M0下的测量的分析物丰度。方程式3中的自身电荷空间校正以质荷比值为单位输出偏离。

[0046] 自身电荷空间因子S(M0)是测量的分析物质荷比M0的函数，这由方程式4表示，[0047]

[0048] 其中a、b以及c是常数。为了计算常数a、b和c以用于校准自身电荷空间因子S(M0)，将分离的分析物离子的质谱位置作为离子丰度的函数来监测。换言之，针对在不存在相邻离子情况下具有不同分析物离子浓度的离子阱测量分析物的质荷比和离子丰度。在用于自身空间电荷校准的一个实施例中，至少第一分析物质荷比和第二分析物质荷比可以在对应第一分析物浓度和对应第二分析物浓度下测量。另外，可以在该对应第一分析物浓度和该对应第二分析物浓度下测量第一分析物丰度和第二分析物丰度。自身空间电荷校准可以在具有预先确定的阻尼压力的离子阱中进行。在另一个实施例中，可以在各种预先确定的阻尼压力下进行多次自身空间电荷校准。应当指出，因为空间电荷效应可以取决于阻尼压力，自身空间电荷校准可以应用于使用大约相同阻尼压力获得的质谱数据。虽然方程式4描述了用于校准自身电荷空间因子的一个指数模型，但也可以应用其他模型，如一个线性模型或常数模型。

[0049] 在一个实施例中，可以从测量的第一分析物质荷比和测量的第二分析物质荷比减去参考分析物质荷比，以便确定由于自身空间电荷效应造成的对应质量误差或质量偏移。在该分析物已经被良好表征或是一种已知参考样品情况下，该参考分析物质荷比可以是已知的。可替代地，在相对低离子浓 度(这样使得离子-离子相互作用较低)下测量分析物情况下，可以确定参考分析物质荷比值。

[0050] 方程式3展示出自身空间电荷校正函数对分析物离子浓度的线性依赖性。可以使用回归分析来计算所计算的质量误差和测量的离子丰度值的斜率。回归分析的一个方面可以包括最小二乘法分析。计算的斜率可以近似等于S(M0)。在一个实施例中，可以针对具有跨越所关注范围的质荷比值的各种分析物离子多次进行自身空间电荷校准步骤802。接着，针对一组分析物离子确定的计算的斜率然后可以用于确定方程式4的常数a、b以及c。

[0051] 相邻离子空间电荷校准步骤804包括：确定可以在相邻离子空间电荷校正上实施的一组常数。相邻离子是所具有的质荷比与分析物的质荷比不同的离子。在质谱测量过程中，可能存在多于一个或多个种类的相邻离子，其中带电颗粒具有相同或类似的质荷比，只要这些质荷比与分析物的质荷比不同。在一个实施例中，相邻离子空间电荷校正可以是基于质荷比差和测量的相邻离子丰度。质荷比差可以是测量的相邻离子质荷比与测量的分析物质荷比之间的差。应当指出，其他等效参数可以用于质荷比差，例如像对应于m/z值的m/z差、光谱峰之间的间隔差、频率值差，以及所关注离子的喷射时间差。方程式5示出自身电荷空间校正的数学表示，

[0052] 相邻离子空间电荷校正＝A(Mi-M0)x I[Mi]    (方程式5)

[0053] 其中A(Mi-M0)是相邻离子空间电荷因子并且I[Mi]是在测量的相邻离子质荷比Mi下的测量的相邻离子丰度。质荷比差可以由表达式Mi-M0来表示。方程式5中的相邻离子空间电荷校正以质荷比值为单位输出偏离。

[0054] 相邻离子空间电荷因子A(Mi-M0)是质荷比差Mi-M0和分析物离子质荷比M0的函数，这由方程式6表示，

[0055]

[0056] 其中针对具体分析物离子质荷比M0，d(M0)、f(M0)以及g(M0)是常数。在另一个实施例中，相邻离子空间电荷因子A(Mi-M0)是质荷比差Mi-M0的函数，其中项d(M0)、f(M0)以及g(M0)可以被简化成常数d、f以及g，这样使得它们不取决于测量的相邻离子质荷比。

[0057] 为了计算常数d(M0)、f(M0)以及g(M0)以用于校准相邻离子空间电荷因子A(Mi-M0)，在存在不同相邻离子浓度情况下监测分析物离子的质谱位置。换言之，针对具有标称分析物浓度和不同相邻离子浓度的离子阱测量分析物的质荷比和相邻离子的离子丰度。

[0058] 在用于校准的一个实施例中，至少第一分析物质谱位置和第二分析物质谱位置可以在包括对应第一相邻离子浓度和对应第二相邻离子浓度的标称分析物离子浓度下测量。另外，可以在包括该对应第一相邻离子浓度和该对应第二相邻离子浓度的标称分析物离子浓度下测量第一相邻离子丰度和第二相邻离子丰度。标称分析物离子浓度可以被选择成是典型的或最可能的离子浓度。在典型的分析物浓度范围内，方程式6的参数并不强烈取决于分析物浓度。然而，用于确定随分析物浓度变化的这些参数的程序将构成本方法的一个简单扩展，借此针对至少第一分析物离子浓度和第二分析物离子浓度重复相邻离子空间电荷校准步骤804。

[0059] 相邻离子空间电荷校准可以在具有预先确定的阻尼压力的离子阱中进行。在另一个实施例中，可以在各种预先确定的阻尼压力下进行多次相邻离子空间电荷校准。应当指出，当相邻离子空间电荷校准和自身空间电荷校准两者在大约相同阻尼压力下进行时，可以使该相邻离子空间电荷校准与自身空间电荷校准结合。另外，相邻离子空间电荷校准和自身空间电荷校准可以应用于针对这两种类型的校准在大约相同阻尼压力下获得的质谱数据。

[0060] 用于充填离子阱以用于相邻离子校准的过程可以包括：使用第一固 定填充时间以便引入处于标称浓度下的分析物离子。第二可变填充时间可以用于将相邻离子引入到已经包括标称分析物离子的离子阱中。该可变填充时间可以独立于分析物的第一固定填充时间。在这个过程中，该第一固定填充时间保持恒定，而该第二可变填充时间在所关注范围内(例如像从约1×102个离子至约3×104个离子)独立地变化。

[0061] 在一个实施例中，在离子阱中应当分离出使仅有一种分析物质荷比与一种相邻离子质荷比。用于充填离子阱以用于相邻离子校准的此过程可以使用一个质谱仪来进行，该质谱仪包括在空间上与该离子阱分开的一个分离段，例如像位于ITMS前方的四极质量过滤器(QMF)。该QMF被设定成首先传递一个种类持续指定量的时间，并且然后传递另一个种类持续另一个量的时间。在相邻离子的不同填充时间范围内获得光谱，并且确定分析物的喷射时间与相邻离子的丰度之间的关系。

[0062] 在用于进行相邻离子校准的另一个实施例中，多频率分离波形可以用来用两个或更多个种类的离子充填离子阱。使用分离波形允许在没有QMF的情况下进行校准过程。因为QMF可能是质谱仪中相对昂贵的组件，所以使用该分离波形进行校准过程可以允许在更简单且更便宜的仪器上进行该过程。当离子被注入到阱中时，可以向离子阱施加分离波形。该分离波形可以具有允许特定离子种类充填该阱的槽口。该分离波形引起不具有所希望的m/z值的离子从该阱被喷射出。在一个实施例中，在离子注入过程中可以向阱施加第一分离波形持续第一时间段，这样使得分析物离子充填该阱。接着，可以施加第二分离波形持续第二时间段，这样使得分析物离子和相邻离子同时充填该阱。因此，使用分离波形允许在不要求上游QMF的相对简单的离子阱上进行相邻离子校准。

[0063] 在用于进行相邻离子校准的又一个实施例中，一个离子储存装置可 以用来帮助用两个或更多个种类的离子充填离子阱。离子储存装置被配置成用于储存离子并且可以向和从离子阱质量分析器传输离子。通常，离子储存装置比QMF便宜，因为它具有较不严格的制造公差、更简单的电子器件并且没有被配置成用于以准确的方式测量质荷比。使用该离子储存装置允许在没有QMF的情况下进行校准过程。因为QMF可能是相对昂贵的组件，所以用离子阱质量分析器和离子储存装置进行校准过程可以允许在更简单且更便宜的仪器上进行该过程。

[0064] 图6图示了一个离子阱质量分析器140和一个离子储存装置1002的示意图。此方法包括用具有一系列m/z值的离子充填离子阱质量分析器140持续第一填充时间。接着，通过施加适当的分离波形在离子阱质量分析器140中分离分析物离子。一旦在离子阱质量分析器140中分离分析物离子，就可以将该分析物离子传输至离子储存装置1002。现在可以再次用具有一系列m/z值的离子充填离子阱质量分析器140(现在是空的)持续第二填充时间。接着，通过施加适当的分离波形可以在离子阱质量分析器140中分离相邻离子种类。一旦在离子阱质量分析器中分离相邻离子，就可以将分析物离子从离子储存装置1002传输回到离子阱质量分析器140。因此，使用一个离子储存装置允许在不要求上游QMF的相对简单的仪器上进行相邻离子校准。

[0065] 在另一个实施例中，理论上的自身空间电荷和相邻离子相互作用可以使用确定方程式4的a、b、c以及方程式6的针对特定一组分析物离子质荷比M0的d(M0)、f(M0)以及g(M0)的模拟方法来计算。该模拟将再现以上描述的用于在ITMS中进行质量分析的程序的主要元素：将测量不同浓度的分析物离子的分析物喷射时间(m/z位置)以确定自身空间电荷系数，并且将在存在不同数目的相邻离子情况下测量标称浓度的分析物离子的分析物喷射时间以确定相邻空间电荷系数。存在许多用于计算ITMS中的离子轨道的适合数 字方法；通常，通过求牛顿运动方程的积分来推算离子位置和速度，其中在某些时间间隔处计算由于时间依赖性捕获电场引起的加速度。典型地，这些模拟将包括离子速度由于与中性气体种类碰撞引起的随机变化。该模拟还将在该加速度的计算中必要地包括离子-离子相互作用力。

[0066] 方程式5展示出相邻离子空间电荷校正函数对相邻离子浓度的线性依赖性。可以使用回归分析来计算所计算的质量误差和测量的离子丰度值的斜率。计算的斜率可以近似等于A(Mi-M0)。接着，计算的斜率然后可以用于确定方程式6的特定分析物离子质荷比M0下的常数d(M0)、f(M0)以及g(M0)。在一个实施例中，可以针对具有跨越所关注范围的质荷比值的各种分析物离子多次进行相邻离子空间电荷校准步骤804。

[0067] 图7是图示所具有的m/z为969的分析物的相邻离子空间电荷校准步骤804的结果的图。该图示出随相邻离子群变化的分析物离子在Y轴线上的质量偏移。注意：误差棒表示一种标准偏差。具体来说，该图示出由所具有的m/z为971.5(正方形)的相邻离子或所具有的m/z为1143(菱形)的一种不同相邻离子单独引起的质量偏移。对于图7中的图，在仅存在具有特定m/z的一种相邻离子情况下测量分析物质量偏移。

[0068] 参考图7，质量偏移是测量的分析物质荷比与参考分析物质荷比之间的差。应当指出，针对所具有的m/z为971的相邻离子的质量偏移的绝对量值比所具有的m/z为1143的另一种相邻离子大得多。这种效应归因于以下事实：m/z 971与m/z 969之间的绝对质量差小于m/z 1143与m/z 971之间的绝对质量差。虽然图7示出两种相邻离子的单独效应，但是可以针对所关注分析物单独校准具有一系列m/z值的若干种另外的相邻离子。

[0069] 针对图7中示出的每个相邻离子校准，可以道尔顿/阱中相邻离子数目为单位来计算质量偏移斜率。在图8中，计算的斜率被绘制为质量差Mi- M0的函数。通常，质量偏移斜率随质量差的增大而展现出指数式衰减。可以使用图8中的指数式衰减的回归分析推导出方程式6的针对特定分析物离子质荷比M0的参数d(M0)、f(M0)以及g(M0)。在质量上与分析物非常接近的相邻离子与在质量上差很远的离子相比对分析物的喷射时间具有大得多的影响。在一个实施例中，在质荷比上比分析物低的相邻离子不会明显影响分析物的喷射时间。这典型地是因为在ITMS中进行质量分析的共振喷射方法使用了主要RF幅值的正向扫描，以使得在喷射时，离子阱仅包括处于更高质荷比值的相邻离子。

[0070] 在进行自身空间电荷校准步骤802和相邻离子空间电荷校准步骤804之后，可以进行存储校准结果步骤806。例如，可以将如从一种或多种所关注分析物确定的参数a、b、c存储至由一个微处理器可访问的一个存储器装置中。另外，还可以将一系列所关注相邻离子的参数d(M0)、f(M0)以及g(M0)存储至由一个微处理器或电子控制器可访问的一个存储器装置中。此类存储的参数可以在随后的计算步骤中使用以用于确定校正的分析物质荷比值。

[0071] 应当指出，在用校准的质谱仪测量质谱之前进行校准步骤802和804。在一个实施例中，可以针对用来获得质谱的特定质谱仪进行校准步骤802和804，以便考虑到仪器与仪器间的可变性。校准步骤802和804可以进行一次并且应用于用同一校准的质谱仪获得的许多质谱。然而，在其中要求增大的准确性的某些情况下，可以在特定循环频率间隔重新校准质谱仪以考虑到潜在的仪器漂移。

[0072] 方法800还包括使用已经使用自身空间电荷校准802和相邻离子空间电荷校准804校准的质谱仪获得质谱步骤808。该质谱包括一个或多个质荷比值，其中每个质荷比值具有相应离子丰度值。该质谱可以存储在由一个微 处理器可访问的一个存储器装置上。该质谱是使用特定机器(例如像质谱仪)获得。使用物理上将分析物变换成电离态的质谱仪对分析物进行分析。测量的分析物质荷比值表示样品中一种有形化学品的物理特性。

[0073] 一旦已经在步骤808中获得质谱，就可以在步骤810中确定测量的分析物质量与测量的相邻离子质量之间的质量差。接着，可以基于测量的分析物质荷比、测量的分析物丰度、质荷比差以及测量的相邻离子丰度来计算校正的分析物质量，如在步骤812中所示。

[0074] 方程式7表示计算校正的分析物质荷比的方程式，

[0075] Mcorrected(M0)＝M0-Δm(M0)    (方程式7)

[0076] 其中M0是测量的分析物质荷比并且Δm是质量校正偏离。该质量校正偏离是将方程式3的自身电荷空间校正和基于方程式5的相邻离子校正合在一起，如在方程式8中所示。

[0077]

[0078] 返回参考方程式3和4，方程式8的自身电荷空间校正项通过用测量的分析物丰度I[M0]乘自身电荷空间因子S(M0)以产生具有m/z的单位的乘积来确定。自身电荷空间因子S(M0)更早地描述于方程式4中。矢量I[Mi]是在测量的质荷比值下的离子丰度的有序列表。

[0079] 方程式8中的相邻离子校正项不同于方程式5中的相邻离子校正项，因为它被改写成用于将具有多于一种m/z值的相邻离子群的相邻离子效应合在一起。针对质荷比值Mi，用离子丰度值I[M0]乘相邻离子校正因子A(Mi-M0)。使项Mi递增，直到Mi等于LastMass。然后将乘积值合在一起以形成以m/z为单位的相邻离子校正。术语LastMass可以表示所关注范围的上限质荷比值或获得的质谱的上限质荷比值。返回参考方程式8中的求和项，相邻离子校正项是基于一个或多个质荷比差值(即，Mi-M0)和一个或多个测 量的相邻离子丰度值(即，I[Mi])。

[0080] 为了减少计算成本，相邻离子校正可以通过增大方程式8中的求和项的步长来限制计算量。例如，(M-M0)可以是指一定质量范围的平均质量差，并且I[Mi]是指所述质量范围内的积分强度。另外，可以从相邻离子校正的计算中去除所具有的强度未超过一定阈值的相邻离子。然而，因为即使低强度相邻离子的聚集影响也可以是显著的，所以优选的是包括来自与分析物相比具有更大m/z的所有离子的贡献。

[0081] 使用方程式7和8计算的校正m/z值可以存储在处于质谱仪抑或计算机中的一个存储器中。另外，该校正m/z值是一种数据变换，该数据变换可以形象化地被描绘为在一个显示器上的化学品的物理表示，其中该显示器在质谱仪抑或计算机上。

[0082] 虽然使用ITMS来应用使用方程式7的在此描述的质量校正方法，但是还可以采用使用傅里叶变换离子回旋共振和轨道阱技术的类似方法。这些仪器还通过基于振荡频率区分离子来进行质量分析，并且同样地，观察到的质量位置受自身空间-电荷和相邻离子空间-电荷的效应影响。与ITMS相比，相邻离子效应将需要针对具有低质荷比以及高质荷比的离子来考虑，因为这些技术同时分析整个范围的质荷比。

[0083] 在某些情况下，自身空间电荷校正可以是相对小的。取决于测量过程，使用者可以知道，特定测试将具有相对低数目的一种或多种分析物离子，并且主要空间电荷效应将归于相邻离子空间电荷效应。在这种情况下，可以简化方程式8，这样使得可以忽略自身电荷校正项，从而使质量校正方法在数学上更简单。此方法包括获得一个质谱，其中在存在第一相邻离子情况下测量该分析物的质荷比。该质谱包括测量的分析物质荷比、测量的第一相邻离子质荷比以及测量的第一相邻离子丰度。可以基于该测量的分析物质荷 比、该第一质荷比差以及该测量的第一相邻离子丰度来计算校正的分析物质荷比。

[0084] 在一个实施例中，在此描述的质量校正方法可以应用于其他频率依赖性的离子操控，例如像离子分离和激活。因此，代替校正质谱的质量准确性，可以在进行离子分离或激活的步骤之前应用频率调整。该频率调整将是基于例如来自先前质谱的随m/z变化的先前但最近一次离子浓度测量。作为一个实例，方程式9可以用来应用频率调整以用于离子分离或激活。这里，Fc(M0)是分析物离子M0的校正频率，F0是标称分析物频率，S(M0)是以频率/离子为单位的自身空间电荷频率调整斜率，I[M0]是分析物离子的丰度，并且求和项是对所有相邻离子Mi的相邻离子频率调整。项A(Mi-M0)是以频率/离子为单位的相邻离子空间电荷频率调整斜率，并且I[Mi]是相邻离子Mi的丰度。

[0085]

[0086] 实例1

[0087] 使用质谱仪，在存在标称分析物浓度(m/z 969)下分别测量四种相邻离子(m/z 971、m/z 1027、m/z 1143以及m/z 1201)的质量偏移斜率(A(Mi-M0))。图9是示出在总离子群增加的离子阱中同时具有两种或更多种相邻离子(针对m/z 1143和m/z 1201指示为菱形)情况下测量的质量偏移的图。注意：增加总离子群以使得离子阱中每种相邻离子m/z的比例近似相等。例如，在分析物离子种类m/z 969和所具有的m/z为1143和1201的相邻离子种类的总相邻离子群为30,000时，针对每种离子的相邻种类将存在约15,000个离子，并且将存在标称数目的分析物离子(约1000个)。图9还示出针对其中在离子阱中存在三种相邻离子种类(针对m/z为1027、1143以及1201指示为三角形)和四种相邻离子种类(针对m/z为971、
1027、1143以 及1201指示为圆形)的情况的测量的质量偏移。除了测量质量偏移，使用方程式8计算三种组合的预测质量偏移，并且在图9的图上将预测质量偏移指示为与实际测量的数据点重叠的三条直线。这三条直线702、704以及706分别对应于来自菱形、三角形以及圆形的数据，如在图9中所图示。

[0088] 预测质量偏移与实际质量偏移所具有的良好相关性说明单一种类的分离相邻分子对分析物的影响可以结合，从而证明它们的影响的直线性。可以通过使用预测质量偏移与测量的质量偏移之间的RMS差来量化模型的品质。使用这个度量，图9的数据集具有0.012道尔顿(m/z 1143和m/z1201)、0.010道尔顿(m/z 1027、m/z 1143以及m/z 1201)以及0.009道尔顿(m/z 971、m/z 1027、m/z 1143以及m/z 1201)的RMS误差，从而指明预测质量偏移与测量的质量偏移之间的良好相关性。

[0089] 实例2

[0090] 为了证明空间-电荷校正程序适用于任意离子混合物，在33kDa/s的扫描速率下在LTQ Velos线性ITMS中获取MS/MS光谱。分析的化学品是Ultramark 1621，它是商业上可获得的一种氟化膦嗪混合物。选择所具有的m/z为1122的特定峰，并且然后进行碎裂以产生产物离子。接着，分析这些产物离子以产生质谱。用具有3×104个离子的靶离子群获得MS/MS光谱，该靶离子群比正常情况大了约3倍。因为可以容易地从膦嗪化学结构确定这些产物离子的真实m/z值，所以可以确定质量误差并且在图10上描绘出此质量误差(指示为MS2并且绘画为菱形)。

[0091] 返回参考图10，MS2质量误差展现出特征形状，其中较低质荷比离子与较大质荷比离子相比具有更大误差，因为在喷射时，低质荷比离子存在更大相邻离子丰度。清楚地，在具有3×104个离子的相对高离子浓度下，MS2存在显著的质量误差。

[0092] 针对仅m/z 524下的一种分析物种类进行相邻离子校准，并且该相邻离子校准应用于所有产物离子质量，即方程式6中的系数d、f以及g被看作是非质量依赖性的。使用方程式7，计算质谱的校正m/z值。相对于真实m/z值确定每个校正的m/z值的质量误差并且在图10上描绘出此质量误差(指示为校正的MS2并且绘画为三角形)。在与未校正的MS2值(菱形)相比时，校正的MS2值(三角形)的误差示出准确性的增大。

[0093] 除了MS2测量，分别对每种产物离子进行MS3扫描。与MS2测量相比，MS3中的测量的质量位置应当具有更小质量误差。在MS3中，总体质量扰动小得多，这是因为主要效应是来自自身空间电荷并且具有相对小或不存在的相邻离子空间电荷效应。因此，MS3扫描充当用以判断空间-电荷校正的品质的标准。相对于真实m/z值确定使用MS3收集的每个m/z值的质量误差并且在图10上描绘出此质量误差(指示为MS3并且绘画为正方形)。理想地，MS3误差在m/z范围内应当近似为零，并且在图10中给出近似水平线。MS3误差在更高m/z值下示出适度负偏差，但是一旦进行质量标度的校准，这种误差就将消除。

[0094] 校正的MS2质量误差值与MS3质量误差值良好重叠，从而证明了使用方程式7的误差减小。因此，空间-电荷校正将质量准确性改进成在约0.15道尔顿或更少之内，同时将仪器的动态范围增大了约3倍(即，从约1×104个离子增加至约3×104个离子)。

[0095] 可以基于均方根误差计算、相对于MS3误差对用空间-电荷校正方法对质量准确性的改进进行量化。如先前所提到，MS3实验充当参考标准，这是因为具有适度强度的分离离子的空间电荷相互作用最小。可以使用方程式10来计算均方根误差(RMS误差)，[0096]

[0097] 其中error[]是质量误差值的矢量(图10中的MS2或校正的MS2误差)，并且ms3error[]是来自MS3实验的参考误差值的矢量。使用方程式10，MS2数据集的RMSerror是约0.157道尔顿，相比之下，校正的MS2数据集的RMSerror是0.021道尔顿。因此，使用方程式7的校正质量计算使质量误差减小了约6.5倍。

[0098] 虽然在此已显示并描述了本发明的多个优选实施例，但是本领域技术人员将清楚此类实施例仅通过实例的方式来提供。本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替代而不背离本发明。虽然已根据多个具体变化和说明性附图描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到本发明并不限于所述的这些变化或附图。另外，在以上描述的多种方法和步骤指明以特定顺序发生某些事件时，本领域技术人员将认识到可以修改某些步骤的排序并且此类修改是根据本发明的变化来进行的。另外，可能时可以在一个平行过程中同时进行以及如上所述地依次进行这些步骤中的某些。因此，在本发明存在处于本披露的精神内或等同于权利要求书中找到的这些发明的多种变化的程度上，意图是本专利也将覆盖那些变化。