用于提高msms置信度的dm-swath获取
阅读说明：本技术 用于提高msms置信度的dm-swath获取 (DM-SWATH acquisition for improving MSMS confidence ) 是由 Y·勒布朗 B·西尔 于 2019-01-08 设计创作，主要内容包括：在DM-SWATH中,多个CoV和前驱物离子质量范围被接收。处理器针对多个CoV中的每个CoV执行重复的一系列步骤。针对多个CoV中的每个CoV,CoV被施加到DMS设备以选择前驱物离子的组。质量过滤器被指示以选择组中的在前驱物离子质量范围内的前驱物离子,从而产生前驱物离子的子组。分裂设备被指示以对前驱物离子的子组进行分裂,从而产生产物离子的组。质量分析仪被指示以测量产物离子的组的强度和m/z,从而产生针对多个CoV中的每个CoV的产物离子谱。DM-SWATH还被用于验证已知化合物是否在样品中。(In DM-SWATH, multiple CoV and precursor ion mass ranges are received. The processor performs a repetitive series of steps for each of the plurality of covs. For each CoV of the plurality of covs, the CoV is applied to a DMS apparatus to select a set of precursor ions. The mass filter is instructed to select precursor ions in the set that are within a mass range of the precursor ions to produce a subset of the precursor ions. A fragmentation device is instructed to fragment a subset of the precursor ions to produce a set of product ions. The mass analyzer is instructed to measure the intensities and m/z of the set of product ions to produce a product ion spectrum for each of the plurality of covs. DM-SWATH was also used to verify whether a known compound was in the sample.)
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年1月17日提交的美国临时专利申请序列号62/618,283的权益，该美国临时专利申请的内容通过引用整体并入本文。
技术领域
介绍
本文的教导涉及操作差分迁移率谱法(differential mobility spectrometry，DMS)设备和串联质谱仪，以便辨别质量相似并且保留时间行为差异微小的化合物或肽。更具体地，本文的教导涉及用于随着前驱物离子的差分迁移率被顺序地增加而顺序地获取宽质量范围的前驱物离子的产物离子的系统和方法。通过顺序地步进DMS设备的补偿电压(CoV)，逐步地增加前驱物离子的差分迁移率。在每个步骤中，相同的单个宽的前驱物离子质量范围被选择，并且由串联质谱仪进行***，从而产生产物离子谱。
在常规的顺序窗口获取串联质谱法(sequential windowed acquisition tandemmass spectrometry，SWATH-MS)中，每个产物离子谱都是随着前驱物离子质量选择窗口跨前驱物离子质量范围的顺序增加而被顺序获取的。因为在本文描述的系统和方法中每个产物离子谱都是随着差分迁移率的顺序增加而被顺序获取的，所以这种新型的获取可以被称为DM-SWATH获取。
本文公开的系统和方法还可以使用诸如但不限于液相色谱法(LC)设备之类的附加的并且在前的样品分离设备来执行。本文公开的系统和方法还结合处理器、控制器、微控制器或诸如图1的计算机系统之类的计算机系统来执行。
背景技术
生物表征
在常规的生物表征中，用户的目的是在通过串联质谱法或者质谱法/质谱法MS/MS验证所识别的肽的情况下，仅经由质谱法(MS)(例如，飞行时间质谱法(TOF-MS))获得尽可能多的序列覆盖，(链接到产物离子的序列)。对于MS/MS验证，用户通常依赖于信息依赖分析(IDA)MS/MS数据收集(即，在前驱物选择为1amu的情况下用于MS/MS的自动前驱物选择)或顺序窗口(SWATH)分析。MS/MS模式中的经验证的肽的百分比在这两种方法之间不同，其中IDA最低(通常，50％-65％)而SWATH最高(通常，75％-85％)。由SWATH供应的增益依赖于可以被链接到MS/MS序列信息的前驱物离子的非随机采样。
常规的SWATH可以通过将前驱物离子过滤(例如，在第一四极(Q1)中)分入宽窗口中来分离产物离子，从而确保与给定的肽相关联的单独电荷状态被单独地***，并且(例如，液相色谱法(LC)分离的)保留时间在提供附加分离方面起到关键作用。因此，可能无法辨别质量相似并且保留行为(共洗脱)差异微小的肽。作为结果，需要附加的系统和方法来辨别质量相似并且保留时间行为差异微小的肽。
关于质谱法技术的背景
质谱仪常常与色谱法或其它分离系统结合使用，以便识别和表征来自样品的洗脱的所关注的已知化合物。在这种耦合系统中，洗脱溶剂被离子化，并且以被称为保留时间的指定时间间隔从洗脱溶剂获得一系列质谱。这些保留时间的范围为从例如1秒至100分钟或更长。一系列质谱形成色谱或提取离子色谱(XIC)。
在XIC中发现的峰被用于识别或表征样品中的已知的肽或化合物。更具体地，峰的保留时间和/或峰的面积被用于识别或表征(量化)样品中的已知的肽或化合物。
在传统的分离耦合质谱法系统中，选择已知化合物的碎片或产物离子进行分析。然后，针对包括产物离子的质量范围，在分离的每个区间执行串联质谱法或质谱法/质谱法(MS/MS)扫描。每次MS/MS扫描中发现的产物离子的强度随时间被收集并且被分析为例如谱的集合或XIC。
通常，串联质谱法或MS/MS是众所周知的用于分析化合物的技术。串联质谱法涉及离子化来自样品的一种或多种化合物、选择一种或多种化合物的一种或多种前驱物离子、将一种或多种前驱物离子***成碎片或产物离子、以及对产物离子进行质量分析。
串联质谱法可以提供定性信息和定量信息二者。产物离子谱可以被用于识别所关注的分子。一种或多种产物离子的强度可以被用于对样品中存在的化合物的量进行定量。
可以使用串联质谱法执行大量的不同类型的实验方法或工作流。这些工作流的三大类是针对性获取，信息依赖获取(IDA)或数据依赖获取(DDA)，和数据独立获取(DIA)。
在针对性获取方法中，针对所关注的化合物预定义前驱物离子到产物离子的一个或多个转变。当样品被引入到串联质谱仪中时，在多个时间段或周期中的每个时间段或周期期间询问或监视这一个或多个转变。换句话说，质谱仪选择并***每个转变的前驱物离子，并且仅针对该转变的产物离子执行针对性质量分析。作为结果，针对每个转变产生强度(产物离子强度)。针对性获取方法包括但不限于多反应监视(MRM)和选定反应监视(SRM)。
在IDA方法中，在样品被引入到串联质谱仪中的同时，用户可以指定用于执行产物离子的非针对性质量分析的标准。例如，在IDA方法中，执行前驱物离子或质谱法(MS)调查扫描，以生成前驱物离子峰列表。用户可以选择标准来过滤峰列表以得到峰列表上的前驱物离子的子集。然后，对前驱物离子的子集中的每种前驱物离子执行MS/MS。针对每种前驱物离子产生产物离子谱。在样品被引入到串联质谱仪中时，对前驱物离子的子集中的前驱物离子重复地执行MS/MS。
然而，在蛋白质组和许多其它样品类型中，化合物的复杂性和动态范围非常大。这给传统的针对性方法和IDA方法带来了挑战，从而需要非常高速的MS/MS获取来深度询问样品，以便既识别又量化大范围的分析物。
作为结果，开发了串联质谱法的第三大类DIA方法。这些DIA方法已被用于提高从复杂样品收集数据的再现性和全面性。DIA方法也可以被称为非特定***方法。在传统的DIA方法中，串联质谱仪的动作在基于在之前的前驱物离子或产物离子扫描中获取的数据的MS/MS扫描中没有不同。替代地，选择前驱物离子质量范围。然后，跨前驱物离子质量范围步进前驱物离子质量选择窗口。对前驱物离子质量选择窗口中的所有前驱物离子进行***，并且对前驱物离子质量选择窗口中的所有前驱物离子的所有产物离子进行质量分析。
用于扫描质量范围的前驱物离子质量选择窗口可以非常窄，使得多种前驱物在窗口内的可能性小。这种类型的DIA方法被称为例如MS/MSALL。在MS/MSALL方法中，跨整个质量范围扫描或步进约1amu的前驱物离子质量选择窗口。针对每个1amu前驱物质量窗口产生产物离子谱。分析或扫描整个质量范围一次所花费的时间被称为一个扫描周期。然而，对于某些仪器和实验而言，在每个周期期间跨宽的前驱物离子质量范围扫描窄的前驱物离子质量选择窗口是不切实际的。
作为结果，跨整个前驱物质量范围步进较大的前驱物离子质量选择窗口或具有较大宽度的选择窗口。这种类型的DIA方法被称为例如SWATH获取。在SWATH获取中，在每个周期中跨前驱物质量范围步进的前驱物离子质量选择窗口的宽度可以为5至25amu或甚至更大。如同MS/MSALL方法一样，对每个前驱物离子质量选择窗口中的所有前驱物离子进行***，并且对每个质量选择窗口中的所有前驱物离子的所有产物离子进行质量分析。
美国专利No.8,809,770描述了可以如何使用SWATH获取来提供关于所关注的化合物的前驱物离子的定性和定量信息。具体地，通过***前驱物离子质量选择窗口而发现的产物离子被与所关注的化合物的已知产物离子的数据库进行比较。另外，分析通过***前驱物离子质量选择窗口而发现的产物离子的离子迹线(trace)或XIC，以提供定量和定性信息。
图2是针对数据独立获取(DIA)SWATH工作流的被划分成十个前驱物离子质量选择窗口的前驱物离子质荷比(m/z)范围的示例图200。图2中示出的m/z范围为200m/z。注意的是，术语“质量”和“m/z”在本文中被可互换地使用。通常，质谱法测量以m/z进行，然后通过乘以电荷而被转换成质量。
十个前驱物离子质量选择或隔离窗口中的每一个跨越或具有20m/z的宽度。在图2中示出十个前驱物离子质量选择窗口中的三个，窗口201、202和210。前驱物离子质量选择窗口201、202和210被示出为具有相同宽度的不重叠的窗口。前驱物离子质量选择窗口也可以重叠和/或可以具有可变的宽度。
图2描绘了在示例性SWATH获取的单个周期中使用的不可变且不重叠的前驱物离子质量选择窗口。可以执行SWATH获取方法的串联质谱仪还可以与样品引入设备耦接，该样品引入设备例如随时间从样品分离一种或多种化合物。样品引入设备可以使用包括但不限于注射、液相色谱法、气相色谱法或毛细管电泳的技术来将样品引入到串联质谱仪。分离的一种或多种化合物被离子源离子化，从而产生由串联质谱仪选择和***的一种或多种化合物的前驱物离子的离子束。
作为结果，对于分离的化合物的样品引入的每个时间步长，十个前驱物离子质量选择窗口中的每一个被选择并且然后被***，从而针对整个m/z范围产生十个产物离子谱。换句话说，在多个周期中的每个周期期间十个前驱物离子质量选择窗口中的每一个被选择并且然后被***。
图3是示例图300，其以图形方式描绘了用于在DIA工作流的每个周期期间从每个前驱物离子质量选择窗口获得产物离子迹线或XIC的步骤。例如，在总共1000个周期中的每个周期期间，在图3中由前驱物离子质量选择窗口201、202和210表示的十个前驱物离子质量选择窗口被选择和***。
在每个周期期间，针对每个前驱物离子质量选择窗口获得产物离子谱。例如，产物离子谱311是通过在周期1期间***前驱物离子质量选择窗口201而获得的，产物离子谱312是通过在周期2期间***前驱物离子质量选择窗口201而获得的，以及产物离子谱313是通过在周期1000期间***前驱物离子质量选择窗口201而获得的。
通过随时间绘制每个前驱物离子质量选择窗口的每个产物离子谱中的产物离子的强度，可以针对从每个前驱物离子质量选择窗口产生的每种产物离子计算XIC。例如，图线320包括针对前驱物离子质量选择窗口201的1000个产物离子谱的每种产物离子计算出的XIC。注意的是，可以依据时间或周期来绘制XIC。
在图3中二维地绘制示出了图线320中的XIC。然而，每个XIC实际上是三维的，因为不同的XIC是针对不同的m/z值计算的。
图4是示例图400，其三维地示出了随时间针对前驱物离子质量选择窗口而获得的产物离子XIC。在图4中，x轴是时间或周期数，y轴是产物离子强度，以及z轴是m/z。从该三维图线，获得了更多信息。例如，XIC峰410和420二者都具有相同的形状，并且在相同的时间或相同的保留时间出现。然而，XIC峰410和420具有不同的m/z值。这可能意味着，XIC峰410和420是同位素峰，或者表示来自相同前驱物离子的不同产物离子。类似地，XIC峰430和440具有相同的m/z值，但出现在不同的时间。这可能意味着，XIC峰430和440是相同的产物离子，但是它们来自两个不同的前驱物离子。
图2至图4示出了可以如何使用质量和保留时间来使用SWATH表征诸如肽之类的化合物。然而，如上所述，需要附加的系统和方法来辨别质量相似并且保留时间行为差异微小的化合物或肽。
关于差分迁移率谱法(DMS)的背景
图5是示例性DMS设备的示意图500。DMS设备500包括两个平行平板，板510和板520。射频(RF)电压源530跨板510和板520施加RF分离电压(SV)，并且直流(DC)电压源540跨板510和板520施加DC补偿电压(CoV)。离子550在开口560处以输运气体进入DMS设备500。DMS设备500中的离子550的分离基于它们在高电场相对低电场下的迁移速率的差异。
与传统的离子迁移率不同，离子550在它们横穿设备时未被按时间分离。替代地，基于其迁移率在所应用的RF电压源530的高场部分和低场部分之间的差异，离子550被按轨迹分离。在板510和板520之间施加高场达短时间段，并且然后，在相反方向上施加低场达较长时间段。所关注的化合物的离子的低场迁移率和高场迁移率之间的任何差异都会造成其向板中的一个迁移。通过施加第二电压偏移使离子朝着设备的中心线转回，该第二电压偏移被称为DC电压源540的CoV，是可以被用于选择性滤除所有其它离子的特定于化合物的参数。CoV的快速切换允许用户同时监视许多不同的化合物。通过SV和CoV的组合而选择的离子570通过开口580离开DMS设备500，到达质谱仪的其余部分(未示出)。例如，DMS设备500位于离子源(未示出)和质谱仪的其余部分之间。
通常，DMS设备500具有两种操作模式。在第一模式中，DMS设备500开启，SV和CoV电压被施加，并且离子被分离。例如，这是启用模式。
在第二操作模式中，DMS设备500关闭，SV被设置为零，并且离子550简单地从开口560输运到开口580。例如，这是DMS设备500的禁用或透明模式。
在启用模式中，DMS设备500可以在25毫秒(ms)内获取针对单个MRM转变的数据，这25毫秒例如包括20ms的扫描间暂停时间。在透明模式中，通过DMS设备500的延迟是能忽略不计的。
关于DMS获取的背景
在针对性获取方法、IDA方法和DIA方法中，差分迁移率谱法(DMS)都已经被用于辨别质量相似并且保留时间行为差异微小的化合物或肽。
MRM是针对性获取方法。美国专利No.9,733,214(“‘214专利”)涉及在开展MRM实验时预测针对化合物的DMS设备参数的方法。在开展MRM实验时，必须针对每种化合物或分析物询问大范围的DMS设备参数值，从而减少每次注入可以测试的化合物或分析物的数量。为了解决这个问题，‘214专利采用了特有的MRM触发MRM的方法。例如，在美国专利No.8,026,479中描述了MRM触发MRM。在‘214专利中，原始或初级MRM转变被设置有诸如CoV电压步长之类的DMS设备参数中的宽步长，并且用DMS参数中的更精细步长来触发次级MRM转变。
图6是示例图600，其示出了如‘214专利中描述的步进DMS设备参数的MRM触发MRM方法。例如，在这种方法中，在液相色谱法(LC)实验的多个周期询问初级前驱物离子到产物离子转变611。对于初级转变611，DMS设备被给与CoV0。初级转变611的产物离子的强度被监视，以确定其是否超过阈值T。如图示600中所示，在周期3中，初级转变611的产物离子的强度超过阈值T。
作为结果，一系列次级MRM转变被触发。对于这些次级MRM转变中的每一个，DMS设备的CoV参数以小步长增加，以便确定用于该转变的DMS设备的最佳CoV参数。例如，对于次级转变621，DMS设备的CoV参数被设置为CoV1。类似地，对于次级转变622，DMS设备的CoV参数设置为CoV2。DMS设备的CoV参数的该步进可以继续达与DMS设备的CoV参数可以在LC分离的一个周期内被改变的次数一样多的次数。
要注意，初级转变611以及次级转变621和622全都表示相同的前驱物离子到相同的产物离子的转变。这些转变之间的唯一区别是DMS设备的CoV参数。
美国专利申请No.15/516,387(“'387申请”)涉及通过执行前驱物离子调查扫描来改进IDA方法和DIA方法二者，在该前驱物离子调查扫描中DMS设备参数随时间变化。例如，在多个CoV区间处，使用质量分析仪跨m/z范围测量由DMS设备传输的前驱物离子的m/z强度。结果是CoV空间中的前驱物离子的分布的抓拍。假设存在前驱物离子的m/z与其针对DMS传输的最佳CoV之间的关系，可以自动地优化工作流，以包括来自在离散CoV值处存在的m/z值的子集的前驱物离子。
图7是示出了前驱物离子调查扫描的示例图700，在前驱物离子调查扫描中DMS设备参数随时间变化，如‘387申请中描述的。随着时间的推移，DMS设备的CoV参数从CoV1变为CoVn。在每个CoV参数值处，选择并分析相同的宽的前驱物离子质量范围。注意的是，在每个CoV参数值处，对前驱物离子质量范围进行质量分析，因此没有前驱物离子被***。结果是一系列前驱物离子质谱图710至71n。
然后，‘387申请将前驱物离子质谱图710至71n收集到热图中，该热图描绘了随着质荷比(m/z)和CoV的变化而变化的前驱物离子强度。热图被用于确定m/z子范围和CoV值以用于IDA和DIA方法分析。然后，使用IDA和DIA方法分析对这些m/z子范围执行全串联质谱法。
尽管‘214专利和‘387申请的方法已经将DMS的辨别能力用于针对性获取方法、IDA获取方法和DIA获取方法的方法改进，但需要附加的系统和方法来特定地且直接地辨别质量相似并且保留时间行为差异微小的化合物或肽。换句话说，在‘214专利和‘387申请中描述的技术不能实现用于在LC时间尺度上检测肽的CoV值的广泛覆盖。
发明内容
公开了用于控制差分迁移率谱法(DMS)设备和串联质谱仪来顺序地选择具有不同差分迁移率的前驱物离子的不同组并且对每个组的所得到的产物离子进行质量过滤、***和质量分析的系统、方法和计算机程序产品。所有三个实施例包括以下步骤。
处理器接收用于DMS设备的多个补偿电压(CoV)，并且用于串联质谱仪的质量过滤器的前驱物离子质量范围被接收。DMS设备被配置为基于CoV分离前驱物离子。串联质谱仪从DMS设备接收分离的前驱物离子，并且串联质谱仪包括用于对前驱物离子进行过滤和***的质量过滤器和***设备以及用于对所得到的产物离子进行质量分析的质量分析仪。
处理器针对多个CoV中的每个CoV执行重复的一系列步骤。CoV被施加到DMS设备，以选择前驱物离子的组。质量过滤器被指示以选择该组中的在前驱物离子质量范围内的前驱物离子，从而产生前驱物离子的子组。***设备被指示以对前驱物离子的子组进行***，从而产生产物离子的组。质量分析仪被指示以测量产物离子的组的强度和m/z，从而产生针对多个CoV中的每个CoV的产物离子谱。
此外，这三个实施例的步骤被用于验证已知化合物是否在样品中。样品分离设备随时间从样品中分离出一种或多种化合物。离子源将分离的一种或多种化合物离子化，并且将离子化的前驱物离子作为离子束传输到DMS设备。
处理器指示DMS设备在一系列时间周期内对离子束进行采样。对于该系列中的每个周期，处理器执行多个步骤。在第一步骤中，处理器指示DMS设备和串联质谱仪在没有差分迁移率选择的情况下执行前驱物调查扫描，从而产生前驱物离子谱。在第二步骤中，处理器指示DMS设备和串联质谱仪针对多个CoV中的每个CoV对离子束执行顺序差分迁移率依赖的产物离子扫描，如上所述。
处理器使用在该系列时间周期内测得的前驱物离子谱和产物离子谱，验证样品中的一种或多种化合物中的化合物的存在。具体地，处理器根据在该系列时间周期内获取的前驱物离子谱计算已知与该化合物对应的前驱物离子的前驱物离子提取离子色谱(XIC)。处理器根据在该系列时间周期内针对每个CoV获取的产物离子谱计算已知与该化合物对应的一种或多种产物离子的一个或多个产物离子XIC。如果前驱物离子XIC的XIC峰的保留时间与一个或多个产物离子XIC的XIC峰的保留时间相匹配，则处理器验证该化合物的存在。
本文阐述了申请人的教导的这些特征和其它特征。
附图说明
本领域的技术人员将理解，以下描述的附图仅是出于图示的目的。附图不旨在以任何方式限制本教导的范围。
图1是图示可以在其上实现本教导的实施例的计算机系统的框图。
图2是用于数据独立获取(DIA)SWATH工作流的被划分成十个前驱物离子质量选择窗口的前驱物离子质荷比(m/z)范围的示例图。
图3是以图形方式描绘了用于在DIA工作流的每个周期期间从每个前驱物离子质量选择窗口获得产物离子迹线或提取离子色谱(XIC)的步骤的示例图。
图4是示出了随时间针对前驱物离子质量选择窗口而获得的产物离子XIC的三维的示例图。
图5是示例性差分迁移率谱法(DMS)设备的示意图。
图6是示出了如‘214专利中描述的步进DMS设备参数的MRM触发MRM方法的示例图。
图7是示出了前驱物离子调查扫描的示例图，在前驱物离子调查扫描中DMS设备参数随时间变化，如‘387申请中描述的。
图8是示出了被设计用于验证所识别的肽的常规SWATH LC-MS/MS实验的每个保留时间周期期间的典型获取的步骤的示例性流程图。
图9是示出了根据各种实施例的被设计用于验证所识别的肽的差分迁移率(DM)-SWATH LC-MS/MS实验的每个保留时间周期期间的示例性获取的步骤的示例性流程图。
图10是根据各种实施例的用于控制DMS设备和串联质谱仪来顺序地选择具有不同差分迁移率的前驱物离子的不同组并且对每个组的所得到的产物离子进行质量过滤、***和质量分析的系统的示意图。
图11是示出了根据各种实施例的图10的DMS设备如何分离具有不同差分迁移率的前驱物离子的组并且图10的串联质谱仪如何对每个组的所得到的产物离子进行质量过滤、***和质量分析的示例图。
图12是示出了根据各种实施例的用于控制DMS设备和串联质谱仪来顺序地选择具有不同差分迁移率的前驱物离子的不同组并且对每个组的所得到的产物离子进行质量过滤、***和质量分析的方法的流程图。
图13是根据各种实施例的包括一个或多个不同软件模块的系统的示意图，该一个或多个不同软件模块执行用于控制DMS设备和串联质谱仪来顺序地选择具有不同差分迁移率的前驱物离子的不同组并且对每个组的所得到的产物离子进行质量过滤、***和质量分析的方法。
在详细描述本教导的一个或多个实施例之前，本领域的技术人员将理解，本教导的应用不限于以下详细描述中阐述或附图中图示的构造的细节、部件的布置和步骤的布置。另外，要理解，本文使用的用词和术语是出于描述的目的，并且不应该被视为限制。
具体实施方式
计算机实现的系统
图1是图示了可以在其上实现本教导的实施例的计算机系统100的框图。计算机系统100包括总线102或用于传送信息的其它通信机构，以及与总线102耦接的用于处理信息的处理器104。计算机系统100还包括与总线102耦接的用于存储要由处理器104执行的指令的存储器106，存储器106可以是随机存取存储器(RAM)或其它动态存储设备。存储器106还可以被用于在要由处理器104执行的指令的执行期间存储临时变量或其它中间信息。计算机系统100还包括耦接到总线102的用于为处理器104存储静态信息和指令的只读存储器(ROM)108或其它静态存储设备。诸如磁盘或光盘之类的存储设备110被提供并且被耦接到总线102以用于存储信息和指令。
计算机系统100可以经由总线102耦合到用于向计算机用户显示信息的诸如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)之类的显示器112。包括字母数字键和其它键的输入设备114被耦接到总线102，以用于将信息和命令选择传送给处理器104。另一种类型的用户输入设备是诸如鼠标、跟踪球或光标方向键之类的光标控件116，以用于将方向信息和命令选择传送到处理器104并且用于控制显示器112上的光标移动。该输入设备通常在两个轴(第一轴(即，x)和第二轴(即，y))上具有两个自由度，其允许该设备指定平面中的位置。
计算机系统100可以执行本教导。与本教导的某些实现方式一致，由计算机系统100响应于处理器104执行存储器106中所包含的一个或多个指令的一个或多个序列来提供结果。可以将这种指令从诸如存储设备110之类的另一计算机可读介质读取到存储器106中。存储器106中所包含的指令序列的执行使处理器104执行本文描述的处理。可替代地，可以使用硬连线电路系统取代软件指令或者结合软件指令来实现本教导。因此，本教导的实现方式不限于硬件电路系统与软件的任何特定组合。
在各种实施例中，计算机系统100可以跨网络连接到如计算机系统100一样的一个或多个其它计算机系统，以形成联网系统。该网络可以包括专用网络或诸如互联网之类的公共网络。在联网系统中，一个或多个计算机系统可以存储数据并且将数据供应给其它计算机系统。在云计算场景中，存储和供应数据的一个或多个计算机系统可以被称为服务器或云。例如，一个或多个计算机系统可以包括一个或多个网络服务器。例如，向服务器或云发送数据和从服务器或云接收数据的其它计算机系统可以被称为客户端或云设备。
如本文使用的术语“计算机可读介质”是指参与向处理器104提供指令以供执行的任何介质。这种介质可以采用许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如诸如存储设备110之类的光盘或磁盘。易失性介质包括诸如存储器106之类的动态存储器。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含总线102的布线。
常见形式的计算机可读介质或计算机程序产品包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、或任何其它磁性介质、CD-ROM、数字视频盘(DVD)、蓝光盘、任何其它光学介质、拇指驱动器、存储器卡、RAM、PROM和EPROM、快速EPROM、任何其它存储器芯片或盒、或计算机可以从中读取的任何其它有形介质。
在将一个或多个指令的一个或多个序列携带到处理器104以供执行时可以涉及各种形式的计算机可读介质。例如，指令最初可以被携带在远程计算机的磁盘上。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中并且使用调制解调器通过电话线发送指令。计算机系统100本地的调制解调器可以在电话线上接收数据，并且使用红外发射器将数据转换成红外信号。耦接到总线102的红外检测器可以接收在红外信号中携带的数据，并且将数据置于总线102上。总线102将数据携带到存储器106，处理器104从存储器106中检索指令并执行指令。可选地，由存储器106接收到的指令可以在由处理器104执行之前或之后被存储在存储设备110上。
根据各种实施例，被配置为由处理器执行以执行方法的指令被存储在计算机可读介质上。计算机可读介质可以是存储数字信息的设备。例如，计算机可读介质包括如本领域中已知用于存储软件的致密盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质由适合于执行被配置为被执行的指令的处理器访问。
为了图示和描述的目的，已经提出了以下对本教导的各种实现方式的描述。该描述不是穷尽性的，并没有将本教导限制于所公开的精确形式。修改和变化鉴于以上教导是可能的，或者可以通过实践本教导而获得。另外，所描述的实现方式包括软件，但是本教导可以被实现为硬件与软件的组合或者单单以硬件来实现。可以用面向对象和非面向对象的编程系统二者来实现本教导。
DM-SWATH的系统和方法
如上所述，在常规的生物表征中，用户的目的是在通过串联质谱法或者质谱法/质谱法MS/MS验证所识别的肽的情况下，仅经由质谱法(MS)(例如，飞行时间质谱法(TOF-MS))获得尽可能多的序列覆盖，(链接到碎片离子的序列)。常规的顺序窗口获取串联质谱法(SWATH-MS)可以通过将前驱物离子过滤(例如，在第一四极(Q1)中)分入宽窗口中来分离产物离子，从而确保与给定的肽相关联的单独电荷状态被单独地***，并且(例如，液相色谱法(LC)分离的)保留时间在提供附加分离方面起到关键作用。因此，可能无法辨别质量相似并且保留行为(共洗脱)差异微小的肽。作为结果，需要附加的系统和方法来辨别质量相似并且保留时间行为差异微小的肽。
在各种实施例中，系统和方法涉及操作差分迁移率谱法(DMS)设备和串联质谱仪，以便辨别质量相似并且保留时间行为差异微小的化合物或肽。更具体地，这些系统和方法涉及随着前驱物离子的差分迁移率顺序增加而顺序获取宽质量范围的前驱物离子的产物离子。
在常规的SWATH-MS中，每个产物离子谱都是随着前驱物离子质量选择窗口跨前驱物离子质量范围的顺序增加而被顺序获取的。因为在本文描述的系统和方法中每个产物离子谱都是随着差分迁移率(DM)的顺序增加而被顺序获取的，所以这种新型的获取可以被称为DM-SWATH获取。
在DM-SWATH获取中，通过在前驱物选择之前添加肽离子的差分迁移率维度(DMS气相分离)来提供肽的正交分离。在这种方法中，常规的SWATH维度(单个宽Q1窗口，m/z 300-1200)被放宽，但是添加了与LC和MS二者均正交的DMS维度。该DMS维度被应用于捕获MS/MS信息，该MS/MS信息是以升高的分离电压(SV>3000V，其表示～100Townsend(Td)的降低的电场(E/N))在一系列CoV值(5至20，其中步长被调节到仪器分辨率)上获取的。例如，用被设置成传输模式(SV＝CoV＝0V)的DMS设备来获取MS信息。DMS维度的总占空比比常规SWATH-MS的SWATH维度快，同时提供了与数据的正交性(等比重肽的分离)。
图8是示出了被设计用于验证所识别的肽的常规SWATH LC-MS/MS实验的每个保留时间周期期间的典型获取的步骤的示例性流程图800。
在步骤810中，执行低碰撞能量(CE)飞行时间(TOF)质谱法(MS)分析。基本上，针对350至1200m/z的宽前驱物离子质量范围执行前驱物离子质量分析。通过该前驱物离子质量分析，产生前驱物离子质谱。根据在液相色谱法(LC)实验的多个周期中产生的所有前驱物离子质谱，针对所发现的每种前驱物离子计算提取离子色谱(XIC)。
在步骤820中，针对350至400m/z的窄前驱物质量范围，用16eV的CE执行TOF质谱法/质谱法(MS/MS)分析。基本上，在从350至400m/z的较窄50m/z前驱物质量选择窗口中的前驱物离子被选择并***。然后，对所得到的产物离子进行质量分析。通过该产物离子质量分析，产生产物离子质谱。
在步骤830中，该50m/z的前驱物质量选择窗口基本上被移动或步进至从400至450m/z的前驱物离子质量范围。同样，选择并***在该前驱物离子质量范围中的前驱物离子，然后对产物离子进行质量分析，并且产生产物离子质谱。对于该步骤中的***，CE被增加至18eV。
在步骤840中，该50m/z的前驱物质量选择窗口再次被移动或步进至从450至500m/z的前驱物离子质量范围。同样，再次选择并***在该前驱物离子质量范围中的前驱物离子，然后对产物离子进行质量分析，并且产生产物离子质谱。对于该步骤中的***，CE被增加至21eV。
将较窄50m/z前驱物质量选择窗口跨350至1200m/z的宽前驱物质量范围步进并且增加CE的处理持续另外的14个步骤。步骤的总数为17。最后两个步骤被示出为步骤850和860。
从每个周期的17个步骤中的每一个，获得产物离子谱。作为结果，对于每个周期获得17个产物离子谱。根据在LC实验的多个周期中针对每个较窄前驱物离子质量范围产生的所有产物离子质谱，针对所发现的每种产物离子计算XIC。
例如，由前驱物离子表示的肽是通过找到其对应的产物离子来验证的。较窄50m/z前驱物离子质量范围的对应产物离子是通过将其XIC峰的保留时间与前驱物离子的XIC峰的保留时间相匹配来找到的。
图9是示出了根据各种实施例的被设计用于验证所识别的肽的DM-SWATH LC-MS/MS实验的每个保留时间周期期间的示例性获取的步骤的示例性流程图900。
在步骤910中，执行低碰撞能量(CE)飞行时间(TOF)质谱法(MS)分析，如在常规SWATH LC-MS/MS中一样。通过将补偿电压(CoV)和RF分离电压(SV)设置为零来关闭DMS设备。针对350至1200m/z的宽前驱物离子质量范围执行前驱物离子质量分析。从该前驱物离子质量分析，产生前驱物离子质谱。根据在液相色谱法(LC)实验的多个周期中产生的所有前驱物离子质谱，针对所发现的每种前驱物离子计算XIC。
在步骤920中，使用5V的CoV和3000V的SV(或E/N～100Td)来开启DMS设备。对于DMS设备所选择的前驱物离子，针对350至1200m/z的整个宽前驱物离子质量范围执行TOF-MS/MS分析。因此，由DMS设备选择并在350至1200m/z的宽前驱物离子质量范围中的前驱物离子被选择并***。然后，对所得到的产物离子进行质量分析。从该产物离子质量分析，产生产物离子质谱。
在步骤930中，DMS设备的CoV基本上被步进至更高值6V。DMS设备的SV保持恒定在3000V(或E/N～100Td)。同样，对于由DMS设备在该CoV选择的前驱物离子，进一步从350至1200m/z的宽前驱物离子质量范围选择前驱物离子并对其进行***，对所得到的产物离子进行质量分析，并且产生产物离子质谱。
在步骤940中，DMS设备的CoV再次被步进或增加至更高值7V。DMS设备的SV被保持恒定在3000V(或E/N～100Td)。另外，同样对于由DMS设备在该CoV选择的前驱物离子，进一步从350至1200m/z的宽前驱物离子质量范围选择前驱物离子并对其进行***，对所得到的产物离子进行质量分析，并且产生产物离子质谱。
步进DMS设备的CoV值的处理持续另外的8个步骤。步骤的总数为11。最后两个步骤被示出为步骤950和960。对于所有11个步骤，DMS设备的SV值、串联质谱仪的前驱物离子质量选择窗口和串联质谱仪的CE全都保持恒定。
从每个周期中的11个步骤中的每一个，获得产物离子谱。作为结果，对于每个周期获得11个产物离子谱。根据在LC实验的多个周期中针对DMS设备的每个CoV值产生的所有产物离子质谱，针对所发现的每种产物离子计算XIC。
在图9中，DMS设备的CoV开始于低值，并且在每个步骤中被步进或增加至更高值。在替代实施例中，DMS设备的CoV开始于高值，并且在每个步骤中被步进或减小到更低值。在另一替代实施例中，DMS设备的预定列表CoV值可以具有不同的强度水平。例如，列表上的CoV值可以增加和减小多次。在这种情况下，DMS设备的CoV开始于初始值，并且在每个步骤中被步进或移动至列表中的下一个值。换句话说，列表上的CoV值不一定必须均匀地增大或减小，而是可以随机地变化。尽管CoV值的顺序变化可以随机变化，但所使用的值必须是已知且可重复的。
如在常规的SWATH LC-MS/MS中一样，由前驱物离子表示的肽是例如通过找到其对应的产物离子来验证的。较窄50m/z前驱物离子质量范围的对应产物离子是通过将其XIC峰的保留时间与前驱物离子的XIC峰的保留时间相匹配来找到的。
DM-SWATH系统
图10是根据各种实施例的用于控制DMS设备和串联质谱仪来顺序地选择具有不同差分迁移率的前驱物离子的不同组并且对每个组的所得到的产物离子进行质量过滤、***和质量分析的系统1000的示意图。系统1000包括DMS设备1010、串联质谱仪1020和处理器1030。
DMS设备1010被配置为基于补偿电压(CoV)分离前驱物离子。示例性DMS设备是由SCIEX生产的SelexIONTM设备。
串联质谱仪1020从DMS设备1010接收分离的前驱物离子。串联质谱仪1020包括用于对前驱物离子进行过滤和***的质量过滤器1021和***设备1022以及用于对所得到的产物离子进行质量分析的质量分析仪1023。质量过滤器1021被示出为四极。然而，质量过滤器1021可以是任何类型的质量过滤器。***设备1022被示出为四极。然而，***设备1022可以是任何类型的***设备。质量分析仪1023被示出为飞行时间(TOF)质量分析仪。然而，质量分析仪1023可以是任何类型的质量分析仪。串联质谱仪的质量分析仪可以包括但不限于例如飞行时间(TOF)设备、四极、离子阱、线性离子阱、轨道阱、磁性四扇区质量分析仪、混合四极飞行时间(Q-TOF)质量分析仪或傅立叶变换质量分析仪。
处理器1030与DMS设备1010和串联质谱仪1020通信。处理器1030可以是但不限于图1的系统、计算机、微处理器、微控制器或者能够向DMS设备1010和串联质谱仪1020及其它设备发送控制信号和数据并从DMS设备1010和串联质谱仪1020及其它设备接收控制信号和数据的任何设备。
处理器1030接收用于DMS设备1010的多个补偿电压(CoV)以及用于质量过滤器1021的前驱物离子质量范围。可以通过用户接口(未示出)从用户接收或者从存储器(未示出)接收多个CoV和前驱物离子质量范围。多个CoV和前驱物离子质量范围可以被定义为标准获取方法的部分或定制实验的部分。
在优选实施例中，多个CoV是多个递增的CoV。在替代实施例中，多个CoV是多个递减的CoV。在另一替代实施例中，多个CoV是多个随机变化的CoV。
针对多个CoV中的每个CoV，处理器1030执行多个步骤。在第一步骤中，处理器1030将CoV施加于DMS设备1010，以选择前驱物离子的组。例如，处理器1030通过控制CoV电压源1011来将CoV施加到DMS设备1010。
图11是示出了根据各种实施例的图10的DMS设备1010如何分离具有不同差分迁移率的前驱物离子的组并且图10的串联质谱仪1020如何对每个组的所得到的产物离子进行质量过滤、***和质量分析的示例图1100。
图线1111、1112和111n示出了图10的DMS设备1010如何针对多个CoV(CoV1、CoV2和CoVn)中的每一个选择前驱物离子的组。例如，针对CoV1选择前驱物离子1121，针对CoV2选择前驱物离子1122，并且针对CoVn选择前驱物离子112n。注意的是，前驱物离子1121、1122和112n的选择与m/z不相关。还要注意的是，图线1111、1112和111n仅是出于图示性目的，并且未对由图10的DMS设备1010选择的前驱物离子的组进行质量分析，并且未使用质量窗口进行选择。
返回图10，处理器1030指示质量过滤器1021选择组中的在前驱物离子质量范围内的前驱物离子，从而产生前驱物离子的子组。图11的图线1131、1132和113n示出了图10的质量过滤器1021如何选择组中的在前驱物离子质量范围内的前驱物离子。例如，前驱物离子质量选择窗口1140选择组中的在同一前驱物离子质量范围内的前驱物离子。同样注意的是，图线1131、1132和113n仅是出于图示目的，并且未对组中的在同一前驱物离子质量范围内的前驱物离子进行质量分析。
返回图10，处理器1030指示***设备1022对前驱物离子的子组进行***，从而产生产物离子的组。图11的图线1151、1152和115n示出了由图10的***设备1022***的前驱物离子的子组。同样注意的是，图线1151、1152和115n仅是出于图示目的，并且未对***的前驱物离子的子组进行质量分析。
返回图10，处理器1030指示质量分析仪1023测量产物离子的组的强度和m/z，从而产生针对多个CoV中的每个CoV的产物离子谱。图11的图线1161、1162和116n示出了由图10的质量分析仪1023测得的针对多个CoV中的每个CoV的产物离子谱。
返回图10，处理器1030通过例如使用一个或多个电压源(未示出)向质量过滤器1021、***设备1022和质量分析仪1023施加一个或多个电压来指示这些设备。
例如，DMS设备1010还可以被配置为基于由处理器1030接收到的RF SV来分离前驱物离子。处理器1030针对多个CoV中的每个CoV将相同的SV施加到DMS设备。例如，处理器1030通过控制SV电压源1012来将SV施加到DMS设备1010。在各种实施例中，接收到的SV大于3000V(或E/N大于100Td)。
在各种实施例中，图10的系统1000还被用于验证已知化合物是否在样品中。系统1000还包括样品分离设备1040和离子源1050。样品分离设备1040使用包括但不限于液相色谱法、气相色谱法、毛细管电泳或离子迁移率的技术。离子源1050使用包括但不限于电喷雾离子化(ESI)(例如，纳米喷雾)或基质辅助的激光解吸/离子化(MALDI)的技术。
样品分离设备1040随时间从样品中分离出一种或多种化合物。离子源1050将分离的一种或多种化合物离子化，并且将离子化的前驱物离子作为离子束传输到DMS设备1010。
处理器1030指示DMS设备1010在一系列时间周期中对离子束进行采样。对于该系列中的每个周期，处理器1030执行多个步骤。在第一步骤中，处理器1030指示DMS设备1010和串联质谱仪1020在没有差分迁移率选择的情况下执行前驱物调查扫描。这是通过以下步骤执行的：将为零的CoV施加到DMS设备1010，指示质量过滤器1021选择离子束中的在前驱物离子质量范围内的前驱物离子从而产生过滤的前驱物离子的组，指示***设备1022将未经***的过滤的前驱物离子的组传输到质量分析仪1023，并且指示质量分析仪1023测量过滤的前驱物离子的组的强度和m/z从而产生前驱物离子谱。
在第二步骤中，处理器1030指示DMS设备1010和串联质谱仪1020针对如上所述的多个CoV中的每个CoV，对离子束执行顺序差分迁移率依赖的产物离子扫描。
处理器1030使用在一系列时间周期内测得的前驱物离子谱和产物离子谱，验证样品中的一种或多种化合物中的化合物的存在。具体地，处理器1030根据在一系列时间周期内获取的前驱物离子谱计算已知与化合物对应的前驱物离子的前驱物离子XIC。处理器1030根据在一系列时间周期内针对每个CoV获取的产物离子谱计算已知与化合物对应的一种或多种产物离子的一个或多个产物离子XIC。如果前驱物离子XIC的XIC峰的保留时间与一个或多个产物离子XIC的XIC峰的保留时间相匹配，则处理器1030验证化合物的存在。
如上所述，例如，DMS设备1010还可以被配置为基于由处理器1030接收到的SV来分离前驱物离子。作为结果，处理器1030指示DMS设备1010和串联质谱仪1020还通过将为零的SV施加到DMS设备1010来在没有差分迁移率选择的情况下执行前驱物调查扫描。
在各种实施例中，一种或多种化合物可以是一种或多种肽。
DM-SWATH方法
图12是示出了根据各种实施例的用于控制DMS设备和串联质谱仪来顺序地选择具有不同差分迁移率的前驱物离子的不同组并且对每个组的所得到的产物离子进行质量过滤、***和质量分析的方法1200的流程图。
在步骤1210中，使用处理器接收用于DMS设备的多个CoV并且接收用于串联质谱仪的质量过滤器的前驱物离子质量范围。DMS设备被配置为基于CoV分离前驱物离子。串联质谱仪从DMS设备接收分离的前驱物离子，并且包括用于对前驱物离子进行过滤和***的质量过滤器和***设备以及用于对所得到的产物离子进行质量分析的质量分析仪。
在步骤1220中，使用处理器针对多个CoV中的每个CoV执行重复的一系列步骤。
在步骤1230中，将CoV施加到DMS设备，以选择前驱物离子的组。
在步骤1240中，指示质量过滤器选择组中的在前驱物离子质量范围内的前驱物离子，从而产生前驱物离子的子组。
在步骤1250中，指示***设备对前驱物离子的子组进行***，从而产生产物离子的组。
在步骤1260中，使用处理器指示质量分析仪测量产物离子的组的强度和m/z，从而产生针对多个CoV中的每个CoV的产物离子谱。
DM-SWATH计算机程序产品
在各种实施例中，计算机程序产品包括其内容包括具有指令的程序的有形计算机可读存储介质，这些指令在处理器上被执行以便执行用于控制DMS设备和串联质谱仪来顺序地选择具有不同差分迁移率的前驱物离子的不同组并且对每个组的所得到的产物离子进行质量过滤、***和质量分析的方法。该方法由包括一个或多个不同软件模块的系统执行。
图13是根据各种实施例的包括一个或多个不同软件模块的系统1300的示意图，该一个或多个不同软件模块执行用于控制DMS设备和串联质谱仪来顺序地选择具有不同差分迁移率的前驱物离子的不同组并且对每个组的所得到的产物离子进行质量过滤、***和质量分析的方法。系统1300包括输入数据模块1310和控制模块1320。
输入数据模块1310接收用于DMS设备的多个CoV以及用于串联质谱仪的质量过滤器的前驱物离子质量范围。DMS设备被配置为基于CoV分离前驱物离子。串联质谱仪从DMS设备接收分离的前驱物离子，并且包括用于对前驱物离子进行过滤和***的质量过滤器和***设备以及用于对所得到的产物离子进行质量分析的质量分析仪。
控制模块1320针对多个CoV中的每个CoV执行重复的一系列步骤。每个CoV被施加到DMS设备以选择前驱物离子的组。质量过滤器被指示以选择组中的在前驱物离子质量范围内的前驱物离子，从而产生前驱物离子的子组。***设备被指示以对前驱物离子的子组进行***，从而产生产物离子的组。质量分析仪被使用控制模块指示以测量产物离子的组的强度和质荷比(m/z)，从而产生针对多个CoV中的每个CoV的产物离子谱。
尽管结合各种实施例描述了本教导，但是并不旨在本教导限于这样的实施例。相反，如本领域的技术人员将理解的，本教导包含各种替代形式、修改形式和等同形式。
另外，在描述各种实施例，本说明书可能已经提出了作为特定步骤序列的方法和/或处理。然而，在该方法或处理不依赖于本文阐述的步骤的特定顺序的程度上，该方法或处理不应该限于所描述的特定步骤序列。如本领域的普通技术人员将理解的，其它步骤序列可以是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应该被解释为是对权利要求的限制。另外，涉及方法和/或处理的权利要求不应该限于以所记载的顺序执行其步骤，并且本领域的技术人员可以容易地理解，序列可以变化，并且仍然保持在各种实施例的精神和范围内。