[发明专利]基于等离子体的电子捕获解离装置以及相关系统和方法

说明书

相关申请

本申请要求2013年11月6日提交的题为“PLASMA-BASED ELECTRON CAPTURE DISSOCIATION(ECD)APPARATUS AND RELATED SYSTEMS AND METHODS”的美国临时专利申请No.61/900,563的权益，其全部内容通过引用而合并到此。

技术领域

本发明总体上涉及基于等离子体的电子捕获解离(ECD)，具体地，涉及对于ECD优化等离子体。

背景技术

质谱(MS)一般用于表征包括长链生物聚合物(例如肽、蛋白质等)的大(高分子量)分子。在最简单的典型工作流中，完好的大分子被分离、电离并且引入到质谱仪，在质谱仪中，离子质荷(m/z)比得以测量并且用于推导分子式。在串接式光谱法(MS/MS)中，通过将工作流扩展为包括断片步骤来获得附加信息，在所述断片步骤中，感兴趣的一个或多个离子(“前体”或“母体”离子)以m/z比被隔离并且然后解离(分裂)到更小的“产物”或“断片(fragment)”离子。在单独质量测量不足的情况下，断片质量提供互补分子信息并且因此在表征大分子方面起到重要作用。

存在许多断片方法，各有其自身的优点和缺点。通常在Paul捕集器或其它类型的基于射频(RF)的离子处理设备中执行的用于解离的机制是碰撞诱导解离(CID)，也称为碰撞活化解离(CAD)。在存在诸如氦气、氮气或氩气之类的背景中性气体(或碰撞气体)的情况下，CID必需将母体离子加速到高动能。当受激励的母体离子与气体分子碰撞时，一些母体离子的动能转换为内(振动)能。如果内能增加得足够高，则母体离子将侵入一个或多个断片离子，其可以然后受质量分析。相似的机制用于彭宁(Penning)捕集器中，其公知为持续非共振辐射(SORI)CID，其在存在碰撞气体的情况下必需加速离子使得增加它们的回旋运动的半径。CID和SORI-CID的替代方案是红外线多光子解离(IRMPD)，其必需使用IR激光器来辐射母体离子，由此它们吸收IR光子，直到它们解离为断片离子为止。IRMPD也是基于振动激励(VE)的。

CID和IRMPD并未视为是于解离诸如肽和蛋白质之类的大分子的离子的最佳技术。对于很多类型的大分子，这些基于VE的技术不能够产生对于得到完整结构分析所需的各类型的键断裂或足够数量的这些断裂。目前，电子捕获解离(ECD)正被研究作为一种有前途的用于解离大分子离子的新方法。在ECD中，通常选择电喷雾电离(ESI)的公知技术以通过质子附着来产生大分子的正多电荷离子。“软”或“柔”的ESI技术让多电荷离子完好，即不断片。离子然后由低能量自由电子流所辐射。如果它们的能量足够低(典型地小于3eV)，则通过离子上的正向充电部位捕获电子。放热捕获处理中所释放的能量释放为离子中的内能，其然后可以非常快地产生键断裂(例如在肽主干处)和解离。ECD被认为是一种用于断片完好蛋白质和大肽的尤其强大的方法。ECD的优点在于断片模式简单且可预测，这有助于蛋白质标识，并且氨基酸的转译后修饰贯穿断片处理保持完好。

现有技术ECD系统使用受热阴极细丝作为电子的源，其通过热离子发射而从细丝表面脱离。一般结合“硬”电子冲击(EI)电离和需要产生密集电子射束的其它处理来使用这种类型的设备。为了达到高电子热离子发射电流，细丝受加热到至少几百度开耳文，其对传送细丝电流的引线以及周围系统进行加热。在设计中必须还考虑细丝电流所生成的磁场以及来自穿过细丝的电压降的电场。此外，对于从受热细丝表面形成电子射束所需的高提取电压产生高能量电子，其不适合于上述ECD。此外，当细丝正工作在对于低电子能量(小于2eV)的空间电荷极限时，电子密度很低，使得导致低效率或需要非常长的互作用距离和时间。在现有技术中，ECD质谱仪基于磁捕集(即，傅立叶变换离子回旋加速器谐振MS)，低电子密度偏移达很长的互作用距离和时间。所得到的系统没有高吞吐量，而且并不在与现代色谱分离兼容的时间量程上运行。