提升离子阱串联质谱定量精密度的方法、系统、介质和设备与流程

1.本发明涉及串联质谱定量分析技术领域，尤其是指一种提升离子阱串联质谱定量精密度的方法、系统、介质和设备。


背景技术：

2.质谱技术是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上的质谱技术是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术，两个或更多的质谱连接在一起称为串联质谱。
3.串联质谱是一种高特异性的分析技术，有着很高的灵敏度和特异性。常规串联质谱分析在进行定量分析时，常采用内标法提升分析的定量准确度。内标法（internal standard method）的操作过程为：将一定重量的纯物质作为内标加到一定量的被分析样品混合物中，然后对含有内标的样品进行质谱分析，分别测定内标和待测组分的峰面积（或峰高）及相对校正因子，按公式可求出被测组分在样品中的百分含量。
4.在进行内标分析时，质谱仪通常是先后对目标物和内标进行分析，通过循环来分别获得两种物质的信号强度。典型的例子如普遍使用的多反应监控（multiple reaction monitoring,mrm）模式，或通过二级质谱定量的方式。如图1所示，具体来说内标分析的过程为：质谱仪会先对目标离子s进行进样，然后进行离子选择，之后再进行激发碎裂，并对碎片离子进行检测，完成目标离子分析后再对内标离子is进行进样、离子选择、激发碎裂、碎片检测这一系列操作。但是，该方法中离子源的随机误差会被分别引入到内标和目标物的分析中，造成信号强度的不稳定，甚至进一步影响内标和目标物的强度比值，导致定量精密度变差。


技术实现要素：

5.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供一种提升离子阱串联质谱定量精密度的方法、系统、介质和设备，可以增强信号强度的稳定性、提高定量分析的精密度。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种提升离子阱串联质谱定量精密度的方法，包括：将目标物和内标束缚在离子阱中，根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比获取特定波形，所述特定波形包含离子阱中除必要离子外的其他离子所具有的离子角频率；根据所述特定波形对离子阱内的目标离子和内标离子进行离子选择，判断目标物的碎片和内标的碎片是否一致，若一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子同时进行碎裂和质谱分析，若不一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子进行顺序碎裂和质谱分析。
7.在本发明的一个实施例中，所述根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离
子的质荷比获取特定波形，包括：根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比，使用马修方程计算离子阱中所有离子的离子运动角频率；获取所有离子的离子运动角频率和能量间的波形图，在波形图中将离子运动角频率附近的能量为0的离子作为必要离子，在波形图中去除必要离子得到所述特定波形。
8.在本发明的一个实施例中，所述根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比，使用马修方程计算离子阱中所有离子的离子运动角频率，包括：在没有直流场的离子阱中，根据离子电荷数、单位电荷、四级场电势强度、离子质量、离子阱射频场角频率、离子阱场半径计算预测轨道稳定性的运动参量；根据离子的运动参量、所述预测轨道稳定性的运动参量计算离子的稳定性参量；根据离子阱射频场角频率、所述离子的稳定性参量计算离子运动角频率。
9.在本发明的一个实施例中，所述预测轨道稳定性的运动参量的计算方法为：，其中，为所述预测轨道稳定性的运动参量，z为离子电荷数，e为单位电荷，v为四级场电势强度，m为离子质量，为离子阱射频场角频率，为离子阱场半径。
10.在本发明的一个实施例中，所述离子的稳定性参量的计算方法为：，其中，为所述离子的稳定性参量，为所述预测轨道稳定性的运动参量，为离子的运动参量，在没有直流场的离子阱中离子的运动参量的值为0。
11.在本发明的一个实施例中，所述离子运动角频率的计算方法为：，其中，为所述离子运动角频率，为所述离子的稳定性参量，为离子阱射频场角频率。
12.在本发明的一个实施例中，所述将通过离子选择出的目标离子和内标离子同时进行碎裂和质谱分析，包括：对通过离子选择出的目标离子和内标离子进行同步碎裂，对碎裂后的目标离子和内标离子进行二级质谱分析，在同一张质谱图中获得内标和目标物的信号强度；所述将通过离子选择出的目标离子和内标离子进行顺序碎裂和质谱分析，包括：按质荷比大小从小到大的顺序，对通过离子选择出的目标离子和内标离子先后进行碎裂和二级质谱分析，在两张质谱图中分别获得内标和目标物的信号强度。
13.在本发明的一个实施例中，根据所述特定波形对离子阱内的目标离子和内标离子进行离子选择时，使用的信号转换方法为逆傅里叶变换或编码脉冲技术。
14.在本发明的一个实施例中，所述离子阱为射频离子阱，所有操作在单个离子阱或多个离子阱中顺序完成。
15.本发明还提供了一种提升离子阱串联质谱定量精密度的系统，包括：离子阱，用于将目标物和内标束缚在其中；特定波形获取模块，用于根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比获取特定波形，所述特定波形包含离子阱中除必要离子外的其他离子所具有的离子角频率；离子选择模块，用于根据所述特定波形对离子阱内的目标离子和内标离子进行离子选择；定量分析模块，用于判断目标物的碎片和内标的碎片是否一致，若一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子同时进行碎裂和质谱分析，若不一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子进行顺序碎裂和质谱分析。
16.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现提升离子阱串联质谱定量精密度的方法。
17.本发明还提供了一种提升离子阱串联质谱定量精密度的设备，包括存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现提升离子阱串联质谱定量精密度的方法。
18.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明通过在离子阱中获取目标离子和内标离子的包含除必要离子外的其他离子所具有的离子角频率的特定波形，并根据该特定波形进行离子选择，可以使离子源和接口带来的不稳定性同时加在内标和目标物上，从而增强信号强度的稳定性、提高定量精密度；在进行上述离子选择的基础上，再根据目标物和内标是否一致进行对应的定量分析操作，在分析的过程中使大质荷比的离子能被离子阱良好的囚禁，进一步提高定量分析的精密度。
附图说明
19.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：图1是现有内标分析的过程示意图。
20.图2是本发明方法的流程图。
21.图3是本发明实施例中得到的特定波形的示例图。
22.图4是本发明中目标物的碎片和内标的碎片一致时的过程示意图。
23.图5是本发明中目标物的碎片和内标的碎片不一致时的过程示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
25.参照图2所示，本发明公开了一种提升离子阱串联质谱定量精密度的方法，包括以下步骤：s1：将目标物和内标束缚在离子阱中，根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比获取特定波形，所述特定波形包含离子阱中除必要离子外的其他离子所具有的离子角频率。
26.本实施例中的离子阱可以为射频离子阱，如线性离子阱、3d离子阱或矩形离子阱。所有操作可以在单个离子阱或多个离子阱中顺序完成。在多个离子阱中完成时优选两个离子阱，可以是离子捕获和离子选择在第一个离子阱中完成，碎裂和离子检测在第二个离子阱中完成。
27.s1-1：通过离子阱的特性，同时将目标物的前体离子和内标的前体离子束缚在离子阱中。
28.s1-2：根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比获取特定波形，包括：s1-2-1：根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比。使用马修方程计算离子阱中所有离子的离子运动角频率，包括：s1-2-1-1：在没有直流场的离子阱中，离子的运动参量值为0，根据离子电荷数、单位电荷、四级场电势强度、离子质量、离子阱射频场角频率、离子阱场半径计算预测轨道稳定性的运动参量为：，其中，为无量纲运动参量，z为离子电荷数，e为单位电荷，v为四级场电势强度，m为离子质量，为离子阱射频场角频率，为离子阱场半径；s1-2-1-2：根据离子的运动参量、所述预测轨道稳定性的运动参量计算离子的稳定性参量为：
，的值可以通过递归等数值方法求解连分式得到。
29.s1-2-1-3：根据离子阱射频场角频率、所述离子的稳定性参量计算离子运动角频率为：。
30.s1-2-2：本发明将根据要保留的离子角频率设计一个频谱信号，即在所述特定波形中，频谱中(0，)范围内的能量分布满足仅在各必要离子的离子角频率附近能量为0，其余离子的离子角频率附近能量有值。因此，获取所有离子的离子运动角频率和能量间的波形图，在能量波形图中将离子运动角频率附近的能量为0的离子作为必要离子，在波形图中去除必要离子得到所述特定波形。
31.如图3所示是本实施例中得到的特定波形的示例图，其中目标离子中必要离子的质荷比为350th，内标离子中必要离子的质荷比为450th。
32.s2：根据所述特定波形对离子阱内的目标离子和内标离子进行离子选择，通过离子选择可以使离子源和接口带来的不稳定性同时加在内标和目标物上，从而消除相关不良影响。
33.s2-1：使用逆傅里叶变换、编码脉冲技术或其他方法对离子角频率进行信号转换。
34.使用逆傅里叶变换时，通过逆傅里叶变换将离子角频率转换为时域信号，后续将时域信号以二极场的形式加在离子阱上，结合时域信号选择出必要离子得到所述特定波形，达到同时对多个离子进行选择的目的。
35.使用编码脉冲技术时，通过使用chirp函数生成时域上的频谱信号，后续将频谱信号以二极场的形式加在离子阱上，结合频谱信号选择出必要离子得到所述特定波形，达到同时对多个离子进行选择的目的。chirp函数是一种时间变化频率的信号，其频率随时间线性变化，用于生成线性调频信号。
36.s2-2：在离子阱内施加二极场交流信号，通过共振抛出的方式将目标离子中的非必要离子和内标离子中的非必要离子移出离子阱。
37.s3：判断目标物的碎片和内标的碎片是否一致，若一致，则将通过离子选择出的目
标离子和内标离子同时进行碎裂和质谱分析；若不一致，则将通过离子选择出的目标离子和内标离子进行顺序碎裂和质谱分析。
38.s3-1：分别对目标物的碎片和内标的碎片进行二级质谱扫描得到目标物的碎片离子峰和内标的碎片离子峰，通过比对目标物的碎片离子峰和内标的碎片离子峰判断目标物的主要碎片和内标的主要碎片是否一致。
39.s3-2：若目标物的碎片和内标的碎片一致，此时的具体操作如图4所示，包括：对通过离子选择出的目标离子和内标离子进行同步碎裂，对碎裂后的目标离子和内标离子进行二级质谱分析，在同一张质谱图中获得内标和目标物的信号强度，根据信号强度实现对目标物的定量分析，实现检测。
40.s3-3：若目标物的碎片和内标的碎片不一致，此时的具体操作如图5所示，包括：按质荷比大小从小到大的顺序，对通过离子选择出的目标离子和内标离子先后进行碎裂和二级质谱分析，在两张质谱图中分别获得内标和目标物的信号强度，实现检测。按质荷比大小从小到大的顺序进行碎裂和分析，可以在分析的过程中使大质荷比的离子仍能被离子阱良好的囚禁。
实施例二
41.本发明还公开了一种提升离子阱串联质谱定量精密度的系统，包括离子阱、特定波形获取模块、离子选择模块和定量分析模块。
42.离子阱用于将目标物和内标束缚在其中。特定波形获取模块用于根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比获取特定波形，所述特定波形包含离子阱中除必要离子外的其他离子所具有的离子角频率。离子选择模块用于根据所述特定波形对离子阱内的目标离子和内标离子进行离子选择。定量分析模块用于判断目标物的碎片和内标的碎片是否一致，若一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子同时进行碎裂和质谱分析，若不一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子进行顺序碎裂和质谱分析。
实施例三
43.本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一中的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法。
实施例四
44.本发明还公开了一种提升离子阱串联质谱定量精密度的设备，包括存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例一中的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法。
45.本发明相较于现有技术的优点有：1、本发明通过在离子阱中获取目标离子和内标离子的包含除必要离子外的其他离子所具有的离子角频率的特定波形，并根据该特定波形进行离子选择，可以使离子源和接口带来的不稳定性同时加在内标和目标物上，从而增强信号强度的稳定性、避免了因此影响内标和目标物的强度比值而导致的定量精密度变差的问题。
46.2、在进行上述离子选择的基础上，再根据目标物和内标是否一致进行对应的定量
分析操作，在分析的过程中使大质荷比的离子能被离子阱良好的囚禁，从而进一步提高了定量分析的精密度。
47.为了进一步说明本发明的有益效果，在临床便携式质谱仪上分别使用传统方法和本发明方法进行质谱的定量分析测试，得到是实际表现为：使用传统方法定量得到的精密度在30%左右，使用本发明方法定量得到的精密度在10%以内，可以看出本发明大幅优化了精密度。
48.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
49.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
50.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
51.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
52.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种提升离子阱串联质谱定量精密度的方法，其特征在于，包括：将目标物和内标束缚在离子阱中，根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比获取特定波形，所述特定波形包含离子阱中除必要离子外的其他离子所具有的离子角频率；根据所述特定波形对离子阱内的目标离子和内标离子进行离子选择，判断目标物的碎片和内标的碎片是否一致，若一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子同时进行碎裂和质谱分析，若不一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子进行顺序碎裂和质谱分析。2.根据权利要求1所述的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法，其特征在于：所述根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比获取特定波形，包括：根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比，使用马修方程计算离子阱中所有离子的离子运动角频率；获取所有离子的离子运动角频率和能量间的波形图，在波形图中将离子运动角频率附近的能量为0的离子作为必要离子，在波形图中去除必要离子得到所述特定波形。3.根据权利要求2所述的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法，其特征在于：所述根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比，使用马修方程计算离子阱中所有离子的离子运动角频率，包括：在没有直流场的离子阱中，根据离子电荷数、单位电荷、四级场电势强度、离子质量、离子阱射频场角频率、离子阱场半径计算预测轨道稳定性的运动参量；根据离子的运动参量、所述预测轨道稳定性的运动参量计算离子的稳定性参量；根据离子阱射频场角频率、所述离子的稳定性参量计算离子运动角频率。4.根据权利要求3所述的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法，其特征在于：所述预测轨道稳定性的运动参量的计算方法为：，其中，为所述预测轨道稳定性的运动参量，z为离子电荷数，e为单位电荷，v为四级场电势强度，m为离子质量，为离子阱射频场角频率，为离子阱场半径。5.根据权利要求3所述的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法，其特征在于：所述离子的稳定性参量的计算方法为：
，其中，为所述离子的稳定性参量，为所述预测轨道稳定性的运动参量，为离子的运动参量，在没有直流场的离子阱中离子的运动参量的值为0。6.根据权利要求3所述的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法，其特征在于：所述离子运动角频率的计算方法为：，其中，为所述离子运动角频率，为所述离子的稳定性参量，为离子阱射频场角频率。7.根据权利要求1所述的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法，其特征在于：所述将通过离子选择出的目标离子和内标离子同时进行碎裂和质谱分析，包括：对通过离子选择出的目标离子和内标离子进行同步碎裂，对碎裂后的目标离子和内标离子进行二级质谱分析，在同一张质谱图中获得内标和目标物的信号强度；所述将通过离子选择出的目标离子和内标离子进行顺序碎裂和质谱分析，包括：按质荷比大小从小到大的顺序，对通过离子选择出的目标离子和内标离子先后进行碎裂和二级质谱分析，在两张质谱图中分别获得内标和目标物的信号强度。8.根据权利要求1-7任一项所述的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法，其特征在于：根据所述特定波形对离子阱内的目标离子和内标离子进行离子选择时，使用的信号转换方法为逆傅里叶变换或编码脉冲技术。9.根据权利要求1-7任一项所述的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法，其特征在于：所述离子阱为射频离子阱，所有操作在单个离子阱或多个离子阱中顺序完成。10.一种提升离子阱串联质谱定量精密度的系统，其特征在于，包括：离子阱，用于将目标物和内标束缚在其中；特定波形获取模块，用于根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比获取特定波形，所述特定波形包含离子阱中除必要离子外的其他离子所具有的离子角频率；
离子选择模块，用于根据所述特定波形对离子阱内的目标离子和内标离子进行离子选择；定量分析模块，用于判断目标物的碎片和内标的碎片是否一致，若一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子同时进行碎裂和质谱分析，若不一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子进行顺序碎裂和质谱分析。11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-9任一项所述的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法。12.一种提升离子阱串联质谱定量精密度的设备，其特征在于：包括存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-9任一项所述的提升离子阱串联质谱定量精密度的方法。

技术总结
本发明涉及串联质谱定量分析技术领域，公开一种提升离子阱串联质谱定量精密度的方法、系统、介质和设备，包括：将目标物和内标束缚在离子阱中，根据目标物的目标离子的质荷比和内标的内标离子的质荷比获取特定波形，特定波形包含离子阱中除必要离子外的其他离子所具有的离子角频率；根据特定波形对离子阱内的目标离子和内标离子进行离子选择，判断目标物的碎片和内标的碎片是否一致，若一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子同时进行碎裂和质谱分析，若不一致则将通过离子选择出的目标离子和内标离子进行顺序碎裂和质谱分析。本发明可以增强信号强度的稳定性、提高定量分析的精密度。精密度。精密度。


技术研发人员：卜杰洵 张男 蓝鹏
受保护的技术使用者：北京清谱科技有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/8/14