專利名稱：離子遷移率飛行時間質(zhì)譜的數(shù)據(jù)采集模式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及運用組合了飛行時間質(zhì)譜的離子遷移率分離的光譜數(shù)據(jù)的采集，且更具體地涉及不需要復(fù)雜的譜去卷積的數(shù)據(jù)采集。
背景技術(shù)：
漂移型離子遷移率(頂)譜儀可以與飛行時間質(zhì)譜儀(TOF MS)組合，以提供與被分析物有關(guān)的獨特的二維信息。在所述組合的頂-TOF系統(tǒng)中，離子在被傳輸進TOF MS中之前，通過遷移率分離離子，其中在TOF MS中基于離子到達檢測器的飛行時間來質(zhì)量分辨離子。串聯(lián)實施所述兩種分離技術(shù)在生物聚合物(例如多核苷酸、蛋白質(zhì)、碳水化合物及其相似物)的分析中特別有用，因為頂分離提供的新加入的維度可有助于質(zhì)量分辨彼此不同但存在重疊質(zhì)譜峰的大離子。雖然頂和TOF MS都是快速分離技術(shù)且都具有典型的使它們通常彼此兼容的時間參數(shù)，但當(dāng)傳統(tǒng)地采用“脈沖與等待”(或“注射與等待”)方法實施時，兩種技術(shù)本質(zhì)上都與低占空比有關(guān)。在所述脈沖與等待方法中，注射離子團入IM光譜儀的漂移管后，直到從漂移管完全洗脫第一個離子團(可能需要數(shù)百毫秒)，才注入下一個離子團。在TOF MS中，在所述脈沖與等待方法實施下，直到前一注射脈沖中最慢的離子到達檢測器才應(yīng)用TOF注射脈沖。雖然傳統(tǒng)地采用所述脈沖與等待方法以避免光譜重疊，從而簡化了待研究樣品的質(zhì)譜的結(jié)構(gòu)，但已注意到導(dǎo)致低占空比。在所述組合的M-TOF系統(tǒng)中，從頂漂移管中洗脫的離子被傳輸進TOF MS的脈沖發(fā)生器中，所述脈沖發(fā)生器把離子注射入TOF MS的飛行管中。離子通過飛行管到達檢測器的飛行時間在微秒量級，且通常比通過頂漂移管的漂移時間快二或三個數(shù)量級。脈沖發(fā)生器需要以比脈沖與等待方法的頻率更高的頻率運行，以提供檢測靈敏度的可接受水平，并避免丟失過量的離子(即，傳輸過脈沖發(fā)生器而未被注射入TOF MS的飛行管的離子)。所述組合的M-TOF系統(tǒng)的總占空比可以通過“多重復(fù)用”或“過采樣”頂儀器(即，以比每個離子團總洗脫時間更快的速率把離子團注射入IM漂移管)以及“多重復(fù)用”或“過采樣” TOFMS (即，以比每個離子團的總飛行時間更快的速率把離子團注射入TOF MS的飛行管)而得到提高。多重復(fù)用能夠增加靈敏度和通量，并減少離子的丟失，但是通常需要頂和TOF譜的復(fù)雜的去卷積技術(shù)(如傅立葉變換技術(shù)、阿達瑪變換技術(shù)、偽隨機排序等)以回收全部數(shù)據(jù)并生成有意義的質(zhì)譜。雙(頂和T0F)譜去卷積可能需要昂貴的電子產(chǎn)品和顯著的實時計算資源。因此，需要提供一種實施離子遷移率飛行時間質(zhì)譜的解決方案，其最大化靈敏度又不涉及雙譜去卷積的復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述(全部或部分)問題和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員可能已觀察到的其他問題，本發(fā)明以示例方式提供如下文列出的所描述的方法、工藝、系統(tǒng)、裝置、儀器和/或設(shè)備。根據(jù)一個實施方式，采集光譜數(shù)據(jù)的方法包括以多重復(fù)用注射速率順次注射多個離子團到離子遷移率漂移管中，以使至少兩個離子團同時存在于IM漂移管中；當(dāng)離子漂移過IM漂移管時根據(jù)IM分離每個離子團中的離子；傳輸離子團到飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀的脈沖發(fā)生器中；從所述脈沖發(fā)生器中順次提取多個新離子團到TOF質(zhì)譜儀的飛行管中，其中以多重復(fù)用提取速率進行提取，以使由傳輸進所述脈沖發(fā)生器的同一個離子團產(chǎn)生多于一個被提取離子團，且至少兩個被提取離子團同時在飛行管中存在；當(dāng)離子漂移過飛行管時根據(jù)TOF分離每個被提取離子團中的離子；當(dāng)離子從飛行管到達檢測器時檢測離子；以及在檢測離子前，分離每個離子團中的離子到選定的質(zhì)量范圍，其中在飛行管中的每個離子團包含與其他離子團的離子相同的選定質(zhì)量范圍的離子，且在飛行管中的相繼的離子團間的重疊最小化。根據(jù)另一個實施方式，采集光譜數(shù)據(jù)的方法包括注射離子團到離子遷移率(IM)漂移管中；當(dāng)離子漂移通過IM漂移管時，根據(jù)IM分離離子團中的離子；傳輸離子團到飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀的脈沖發(fā)生器中；從所述脈沖發(fā)生器中順次提取多個新離子團到TOF質(zhì)譜儀的飛行管中，其中以多重復(fù)用提取速率進行提取，以使由傳輸進所述脈沖器的同一個離子團產(chǎn)生多于一個被提取離子團，且至少兩個被提取離子團同時在飛行管中存在；當(dāng)離子漂移過飛行管時根據(jù)TOF分離每個被提取離子團中的離子；當(dāng)離子到達TOF質(zhì)譜的檢測器時檢測TOF分離的離子團；以及在檢測離子前，分離每個離子團中的離子到連續(xù)的質(zhì)量范圍，其中每個連續(xù)的質(zhì)量范圍比前一質(zhì)量范圍更高，且每個質(zhì)量范圍都有選定的寬度以使所述飛行管中相繼的離子團間重疊最小化。在一些實施方式中，根據(jù)頂分離每個離子團中離子后，通過傳輸離子團通過濾質(zhì)器來分離離子，其中傳輸?shù)矫}沖發(fā)生器的離子團是經(jīng)質(zhì)量過濾的離子團。在一些實施方式中，從脈沖發(fā)生器中提取離子團后，通過傳輸離子團穿過位于漂移管中的濾質(zhì)器來分離離子。在檢驗過下面的附圖和詳細描述后，本發(fā)明的其他設(shè)備、裝置、系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域中技術(shù)人員將是或?qū)⒆兊蔑@而易見。預(yù)期所有這些額外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點都包括在本說明書中，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，且受所附權(quán)利要求保護。附圖簡要說明本發(fā)明可以通過參照下面的附圖更好地理解。附圖中的部件不一定按比例繪制，而是重點在于說明本發(fā)明的原理。在所述附圖中，類似的參考標(biāo)號指示不同的視圖中的相應(yīng)部分。

圖1是可用于本文中所描述方法的實施中的離子遷移率飛行時間質(zhì)譜儀(IM-T0FMS)的一個實施例的示意圖。圖2說明典型的時標(biāo)序列:㈧當(dāng)使用多重復(fù)用時，進入例如圖1中所說明的IM-TOF MS的飛行管的飛行時間注射(B)無多重復(fù)用的飛行時間注射(C)當(dāng)使用多重復(fù)用時，進入頂-TOF MS的離子漂移管的注射以及(D)無多重復(fù)用的進入M-TOF MS的離子漂移管的注射。圖3A是粗略二維(2D)譜圖的一個實施例，其可采集于IM注射以高頻(多重復(fù)用的)注射速率發(fā)生但無多重復(fù)用TOF提取時。
圖3B是實施本文所描述的操作模式時粗略二維(2D)譜圖的一個實施例，其可采集于頂注射和TOF提取都多重復(fù)用時。圖4是TOF譜圖的一個實施例，其可作為依照本文中所描述的操作模式操作帶質(zhì)量過濾的頂-TOF MS的結(jié)果采集得到。圖5A是粗略二維(2D)譜圖的一個實施例，其可從進入頂漂移管的單注射且無多重復(fù)用TOF提取中采集得到。圖5B是實施本文所描述的操作模式時粗略二維(2D)譜圖的一個實施例，其可從采用多重復(fù)用TOF提取時進入IM漂移管的單注射中采集得到。圖6是可能用于本文中所述的方法的實施中的IM-TOF MS的另一個實施例的示意圖。圖7說明典型的時標(biāo)序列:⑷施加于圖6中說明的M-TOF MS的脈沖發(fā)生器的TOF電壓，以及⑶施加于Bradbury-Nielsen門或類似的圖6中說明的IM-TOF MS的離子光學(xué)設(shè)備的偏轉(zhuǎn)電壓。詳細說明本發(fā)明描述從分析物離子中采集光譜數(shù)據(jù)的方法、裝置、和系統(tǒng)。所述方法、裝置、和系統(tǒng)采用漂移型離子遷移率分離和飛行時間質(zhì)譜(TOF MS)的組合。所述方法、裝置、和系統(tǒng)可通過應(yīng)用帶相對寬的窗口(或范圍)離子分離的質(zhì)量過濾，而有能夠?qū)崿F(xiàn)兩種分離技術(shù)串聯(lián)的潛在全靈敏度的用途。結(jié)合下面附圖1-7來描述實施方式的實施例。所述實施方式包括至少兩種操作模式。一種模式需要運用濾質(zhì)器來限制離子團到選定的m/z范圍(或“質(zhì)量”范圍)內(nèi)的離子，所述范圍在整個數(shù)據(jù)采集過程中保持不變。另一模式需要運用濾質(zhì)器來限制離子團到在整個數(shù)據(jù)采集過程中變化的m/z范圍。圖1是混合(或串聯(lián)，或組合)的離子遷移率飛行時間質(zhì)譜儀(M-TOF MS)系統(tǒng)100的一個實施例的示意圖，其可用于本文中描述的方法的實施。所述IM-TOF MS系統(tǒng)100一般包括離子源104、頂譜儀108、濾質(zhì)器112、T0F MS 114和系統(tǒng)控制器118。將需注意的是，IM和TOF MS系統(tǒng)部件的操作和設(shè)計通常是本領(lǐng)域中技術(shù)人員所知的，因此不需要在本文中詳細描述。相反，某些部件在本文中簡要描述以幫助本公開的方法的理解。所述離子源104可以是適合頂和TOF操作的任意類型的連續(xù)光束或脈沖離子源。IM和TOF的典型的離子源104的實施例包括但不限于電噴霧電離(ESI)源、激光解吸電離(LDI)源和基質(zhì)輔助激光解吸電離(MALDI)源。在一些實施方式中，所述離子源104可包括(或與之通信)離子積累(或離子儲存)設(shè)備，例如離子阱或離子光學(xué)設(shè)備(未示出)。所述M譜儀108包括帶一種或多種端口的頂漂移管122，所述端口用于以與通過頂漂移管122的離子飛行相逆流的方向使緩沖氣體進入漂移管122。頂漂移管122可被封閉于與控制漂移管122中壓力的泵(未示出)通信的外罩(未示出)中。所述IM譜儀108也可包括控制漂移管122中溫度的加熱設(shè)備(未示出)。一系列電極(例如環(huán)形電極，未示出)通常安裝在所述IM漂移管122的內(nèi)表面，并沿IM漂移管122的縱向軸線軸向分布。所述電極與電壓源信號通信，以建立沿IM漂移管122的縱向軸線方向的恒定電場，盡管在一些實施例中所述電場可以改變。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，所述濾質(zhì)器112可以是適用于提供可調(diào)的寬m/z范圍或離子隔離窗口(隔離窗口)的任意類型濾質(zhì)器。在本上下文中，“寬”m/z范圍或隔離窗口通常在幾十到幾百數(shù)量級上。適于實施本文公開的所述方法的濾質(zhì)器112的實施例包括但不限于多極濾質(zhì)器和某些離子光學(xué)設(shè)備例如Bradbury-Nielsen門(或格子,或閥)或在設(shè)計或操作原理上類似于Bradbury-Nielsen門的設(shè)備。當(dāng)濾質(zhì)器112如圖1所示放置時，目前仔細考慮多極構(gòu)造作為較典型的實施方式。正如本領(lǐng)域中技術(shù)人員所理解，多極濾質(zhì)器通常包括一組伸長于離子束傳輸方向的平行的細長電極。所述多極濾質(zhì)器通常具有四級構(gòu)造(4個電極)，但也可以具有更大數(shù)量的電極(例如六極、八極等)。一種或多種電壓源施加180度相位差的RF電壓于交替電極對，也在所述電極上施加一個DC電壓。對通過所述多極濾質(zhì)器隔離的離子的所述m/z范圍是選定的，并通過設(shè)定(或調(diào)節(jié))所述RF電壓的振幅和頻率以及所述DC電壓的振幅來控制。Bradbury-N i e I sen門或類似設(shè)備的替代例在下面描述。所述TOF MS 114包括離子脈沖發(fā)生器(或離子提取區(qū)域)134、飛行管138和離子檢測器142。所述離子脈沖發(fā)生器134包括一組與電壓源通信的電極(例如格或帶孔板)，所述電壓源施加足夠的脈沖電場以從離子脈沖發(fā)生器134提取離子進入飛行管138。所述飛行管138定義無電場的漂移區(qū)域，離子通過該區(qū)域向檢測器142漂移。所述檢測器142可以是任何適用于在TOF MS中使用的檢測器，一些非限定性的實例是具有平的倍增電極和微通道板檢測器的電子倍增器。所述檢測器142檢測離子的到達(或計離子數(shù))并產(chǎn)生代表性的離子檢測信號。在本實施例中，所述TOFMS 114以正交的TOF MS布置，也就是說，離子被提取并漂移過飛行管138的方向通常是正交(或至少可察覺的角度)于離子傳輸進離子脈沖發(fā)生器134的方向。在其他實施例中，所述TOF MS 114可以與頂漂移管122和濾質(zhì)器112同軸。此外，在本實施例中，所述TOF MS 114包括單階或多階的離子反射器(或reflectron) 146,正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，所述離子反射器(或refIectron) 146將離子路徑一般扭轉(zhuǎn)180度，這樣使它們到達檢測器142前集中它們的動能。在本實施例中所得到的離子飛行路徑一般表示為150。在其他實施方式中，沒用使用所述反射器146，且離子脈沖發(fā)生器134和檢測器142置于飛行管138的相反兩端。所述系統(tǒng)控制器118在圖1中不意性地不出，代表一種或多種配置用于IM-TOF MS系統(tǒng)100中控制、監(jiān)測和/或定時各種功能方面的模塊，例如離子源104的操作、以所需注射頻率注射離子團進入IM漂移管122、施加電壓于IM漂移管122的電極以建立所需數(shù)量級的電場、IM漂移管122中緩沖氣體的引入和氣壓(和任選的溫度)的控制、濾質(zhì)器113的操作參數(shù)的設(shè)定和調(diào)節(jié)以選擇所需m/z范圍、以所需脈沖(或提取)頻率施加電壓于離子脈沖發(fā)生器134，以及任何未在圖1中具體示出的離子光學(xué)設(shè)備的控制。所述系統(tǒng)控制器118也配置為從檢測器142接收離子檢測信號、計算被檢測離子飛行時間(例如，使用時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器或快速模擬-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器)、將飛行時間與m/z值相關(guān)聯(lián)，以及執(zhí)行與產(chǎn)生表征待分析樣品的質(zhì)譜所必要的數(shù)據(jù)采集和信號分析相關(guān)的其他任務(wù)。所述系統(tǒng)控制器118可包括一種包含執(zhí)行本文中公開的任何方法的指令的計算機可讀介質(zhì)。為這些目的，所述系統(tǒng)控制器118被示意性地表示為與離子源104、頂譜儀108、濾質(zhì)器112和TOF MS 114的一種或多種部件，通過各自的通信鏈路152、154、156、158信號通信。給定的通信鏈路152、154、156、158可以視情況而定是有線或無線的。此外，為這些目的，所述系統(tǒng)控制器118可包括一種或多種類型的硬件、固件和/或軟件，以及一種或多種類型的存儲器和數(shù)據(jù)庫。所述系統(tǒng)控制器118典型地包括提供總控制的主電子處理器，且可能包括一個或多個專用于控制操作或特定信號處理任務(wù)而配置的電子處理器。所述系統(tǒng)控制器118也示意性地代表所有電壓源、定時控制器、時鐘、頻率發(fā)生器及需要施加電壓于頂-TOF MS系統(tǒng)100的各種組件的類似物。所述系統(tǒng)控制器118也可是一種或多種用戶接口設(shè)備的代表，例如用戶輸入設(shè)備(如，鍵盤、觸摸屏、鼠標(biāo)，以及其類似物)、用戶輸出設(shè)備(如，顯示屏、打印機、視覺指示器或警報、聽覺指示器或警報，以及其類似物)、軟件控制的圖形用戶界面(GUI)，以及加載電子處理器可讀介質(zhì)的設(shè)備(如，嵌入在軟件里的邏輯指令、數(shù)據(jù)及其類似物)。所述系統(tǒng)控制器118可包括控制和管理所述系統(tǒng)控制器118的各種功能的操作系統(tǒng)(如，微軟Windows 軟件)。所述系統(tǒng)控制器118的一個或多個組件可遠離頂-TOF MS系統(tǒng)100放置，并與所述系統(tǒng)控制器118的本地部分通過有線或無線通信鏈路進行通信。為了生成質(zhì)譜圖，所述系統(tǒng)控制器118可包括在IM頻譜信息被卷積情況下，為去卷積或其他數(shù)學(xué)重建質(zhì)譜而配置的軟件。傳統(tǒng)地，這種軟件也被配置為從已卷積質(zhì)譜信息去卷積所述質(zhì)譜。然而，正如從下面的說明中將變得明顯的，在本文中公開的所述方法不需要雙(頂和T0F)譜去卷積。在操作中，離子(或離子團)的單個團被依次注入到頂漂移管122中。在一些實施方式中，所述注射速率(或注射頻率)是多重復(fù)用的注射速率。在本上下文中，多重復(fù)用的注射率是指注射率足夠快，以使在注射開始后的給定時刻內(nèi)，至少兩個相繼(或相鄰)的離子團(和典型地多于兩個離子團)在頂漂移管122中同時存在。所述IM譜儀108的多重復(fù)用也可被稱為“過采樣”。當(dāng)在每個離子團中的所述離子在施加的電場影響下穿過頂漂移管122時，它們與所述緩沖氣體分子發(fā)生碰撞。通過此過程，具有相對較大碰撞截面的離子比具有相對較小碰撞截面的離子減慢得更多。因此，具有相對較小碰撞截面的離子具有比具有相對較大碰撞截面的離子更高的遷移率，從而先從IM漂移管122的出口端被洗脫，并隨后跟著較低遷移率的離子。因此，當(dāng)每個離子團通過頂漂移管122時，由于離子團中的離子在以它們不同的遷移率為函數(shù)的時間上分離，所以離子團在沿IM漂移管122的縱軸上變得空間上分散。所得IM分離的離子團隨后從IM漂移管122中被洗脫，并傳輸進濾質(zhì)器112中。在一些實現(xiàn)方式中，兩個或多個相繼(或相鄰)的離子團在前導(dǎo)離子團完全從IM漂移管122中洗脫前就可至少部分重疊。也就是說，前面離子團的最快離子可能超過前導(dǎo)離子團的最慢離子。當(dāng)每個頂分離的離子團穿過濾質(zhì)器112時，受到由上面提到的RF和DC電壓建立的混合RF/DC電場作用，所述RF和DC電壓建立定義所選m/z范圍的低的和高的m/z截斷值。從每個離子團中消除落在所選m/z范圍外的離子，從而隔離落在所選m/z范圍內(nèi)的離子。其結(jié)果是，從濾質(zhì)器112出來的離子團保留它們基于IM的分離，而現(xiàn)在還按照所選m/z范圍被質(zhì)量過濾。根據(jù)本教導(dǎo)，當(dāng)在離子處理技術(shù)中使用濾質(zhì)器時，操作所述濾質(zhì)器112來建立比傳統(tǒng)做法更寬的隔離窗口。如上所述，隔離窗口的寬度可以在幾十到幾百m/z單位的量級上，即，所述寬度可以從大約10到一百或幾百。因此，在一些實施方式中，操作所述濾質(zhì)器112可提供具有幾十量級(8卩，10、20、30、40，或更寬，即達到100)寬度的隔離窗口。舉一個例子，所選m/z范圍可以具有30的寬度。假設(shè)低的m/z截斷值為2000，在這個例子中所選m/z范圍可以是2000到2030 (即，只有具有質(zhì)量落在2000到2030范圍內(nèi)的離子才會被濾質(zhì)器112傳輸)。舉另一個例子，所選m/z范圍可具有寬度為60。再假設(shè)低的m/z截斷值為2000，在這個例子中所選m/z范圍可以是2000到2060。在其他實施方式中，可以操作所述濾質(zhì)器112以提供具有寬度在幾百量級(即，100、200、300、400，或更寬)的隔離窗口。舉一個例子，所選m/z范圍可具有100的寬度。繼續(xù)以2000的低截斷值為例，在這個例子中所選m/z范圍可以從2000到2100。舉另一個例子，所選m/z范圍可以具有200的寬度。再把低m/z截斷值設(shè)為2000，由此在這個例子中所選m/z范圍將從2000到2200。舉另外一個例子，隔離窗口的寬度或m/z范圍的寬度(也就是允許傳輸?shù)碾x子的最低質(zhì)量到最高質(zhì)量)可以是10-20(例如，允許傳輸?shù)碾x子可以是那些具有質(zhì)量范圍為 62-71 或 262-275 或 1262-1278 或 5462-5473 等的離子)、20_30 (例如，質(zhì)量為 62-81或262-287或1262-1284或5462-5486等的離子將被傳輸)、30-40(例如，質(zhì)量為62-92或 262-299 或 1262-1298 或 5462-5493 等的離子)、40-50、50-60、60-70、70-80、80_90、90-100、100-200(例如，質(zhì)量為 62-161 或 262-378 或 1262-1398 或 5462-5612 等的離子)、200-300(例如，質(zhì)量為 62-261 或 262-493 或 1262-1523 或 5462-5670 等的離子)、300-400、400-500、500-600、600-700、700-800、800-900、900-1000、1000-2000、2000-3000、3000-4000,4000-5000,5000-6000,6000-7000,7000-8000,8000-9000,9000-10000,10000-20000等。可以理解為，在上述實例中提供的62、262、1262和5462的低質(zhì)量截斷值是任意選擇的；在本公開的方法中實施的質(zhì)量過濾可應(yīng)用于系統(tǒng)中有分析的興趣的任意質(zhì)量的離子，其包括數(shù)萬范圍內(nèi)質(zhì)量的較大離子。在本發(fā)明的一些實施方式中，隔離窗口可允許一定百分比的所期望的m/z范圍在給定時間內(nèi)通過，例如95 %、90 %、85 %、80 %、75 %、70%等。例如，如果在給定時間內(nèi)，離子脈沖發(fā)生器將接收m/z范圍從100到120的離子，且濾質(zhì)器設(shè)定為允許90%的所述m/z范圍離子通過，所述“通過”的m/z范圍可以是101至118、102至119等。通過的m/z范圍可在給定的時間(如上面例子中的100-120)內(nèi)在所期望的m/z范圍的中間。在本文中公開的第一個操作模式中，每個離子團受同樣的質(zhì)量過濾參數(shù)控制，也就是說，所選m/z范圍對所有的離子團來說是相同的。如下面進一步所描述，寬質(zhì)量過濾的效果是能夠使TOF MS 114被多重復(fù)用以提高靈敏度，同時顯著簡化數(shù)據(jù)采集。每個M分離的、質(zhì)量過濾過的離子團從濾質(zhì)器112傳輸進TOF MS 114的離子脈沖發(fā)生器134中。操作所述離子脈沖發(fā)生器134以順次地從到達離子脈沖發(fā)生器134的每個離子團中提取離子，從而順次地加速離子團進入飛行管138中?？蓮牡竭_離子脈沖發(fā)生器134的給定單個IM分離的離子團中提取出多于一個離子團。在本實施方式中，提取率或脈沖速率(或頻率)是多重復(fù)用的提取率。在本上下文中，多重復(fù)用的提取率是指足夠快的提取率，以使在提取開始后的任何給定時刻，至少兩個相繼(或相鄰)的離子團(和典型地多于兩個離子團)在飛行管138中同時存在。因此，只要被洗脫離子團不一定由與經(jīng)過提取過程的頂洗脫的離子團相同集合的離子組成，那么相對于從IM漂移管122中被洗脫的離子團來說，被提取進入飛行管138的離子團可被看作是“新的”或“不同的”。TOF MS114的多重復(fù)用也可被看作多脈沖或過脈沖。雖然加速每個提取的離子團中離子以使它們都具有相同的動能，但是各個離子的速度依它們各自的m/z比而不同。因此，當(dāng)每個提取的離子團穿過飛行管138時，它變得空間上以及時間上分散。當(dāng)離子到達檢測器142，檢測器對離子計數(shù)并產(chǎn)生離子檢測信號，從中可計算出離子的飛行時間且與它們的m/z比相關(guān)聯(lián)，由此可生成質(zhì)譜。正如其他地方所提到的，由于應(yīng)用于離子團的質(zhì)量過濾，離子團的m/Z范圍是受限的，因此離子團的分散或擴散是受限制的，以致于在飛行管138中相繼的離子團間很少或沒有重疊發(fā)生，這樣大大簡化了數(shù)據(jù)采集和分析。圖2說明典型的時標(biāo)序列:(A)當(dāng)使用多重復(fù)用時的TOF注射(從離子脈沖發(fā)生器134提取離子團進入飛行管138中)(B)無多重復(fù)用時的TOF注射(C)當(dāng)使用多重復(fù)用時，注射入頂漂移管122，以及(D)無多重復(fù)用時頂注射。單個離子團的全TOF洗脫周期的典型持續(xù)時間在圖2(A)和2 (B)中以204表示。所述TOF洗脫周期204對應(yīng)于離子團中最慢(最重)離子在從離子脈沖發(fā)生器134中提取離子團后到達檢測器142所需要的時間。單個離子團的全IM洗脫周期的典型持續(xù)時期在圖2(C)和2 (D)中以208表示。所述IM洗脫周期208對應(yīng)于離子團中最慢(最少移動的)離子在離子團注射入IM漂移管122后從IM漂移管122洗脫所需要的時間。當(dāng)未使用多重復(fù)用時，圖2(B)和2(D)分別代表在“脈沖與等待”條件下操作的TOF MS 114和IM譜儀108，在所述“脈沖與等待”條件下，進入IM漂移管122的各注射之間的時間可粗略地對應(yīng)于頂洗脫周期208，且在TOF提取脈沖間的時間可粗略地對應(yīng)于TOF洗脫周期204。頂洗脫周期208的時間尺度典型地要比TOF洗脫周期204的時間尺度慢幾個(例如2或3個)數(shù)量級。例如，頂洗脫周期208可以在10到IOOms范圍內(nèi)變化，而相應(yīng)的TOF洗脫周期204可以在50到500 μ s范圍內(nèi)變化。可以看出，無多重復(fù)用時占空比非常低。此外，無多重復(fù)用時離子丟失，因為如上面提到的當(dāng)離子積累設(shè)備可采用IM漂移管122的上游在注射之間積累離子時，在TOF MS114中在提取脈沖間飛過離子脈沖發(fā)生器134的離子丟失。如分別在圖2(A)和2(C)中所示，多重復(fù)用TOF MS 114必需以比單TOF洗脫周期204更快的速率(頻率)發(fā)射脈沖，且多重復(fù)用頂譜儀108必需以比單頂洗脫周期208更快的速率(頻率)注射。另外為了改善占空比，在離子積累設(shè)備已經(jīng)限制容量的情況下，可多重復(fù)用頂譜儀108。在這種情況下，如果離子信號強，離子積累設(shè)備可能在正常注射(以非多重復(fù)用速率注射)之間過度填充，而這可導(dǎo)致離子和頂分離分辨率的丟失。而且，多重復(fù)用可能增大儀器的動態(tài)范圍。當(dāng)同種離子被打包進入非常少的幾個離散峰時，數(shù)據(jù)采集可能變得飽和。這個問題可通過導(dǎo)致離子分散在多個峰之間的多重復(fù)用來減輕。圖3Α是當(dāng)頂注射以高頻的(多重復(fù)用的)注射率進行但未多重復(fù)用TOF提取時，可采集到的一個粗略的二維(2D)譜圖的例子。X軸代表通過頂漂移管122的漂移時間，y軸代表離子通過飛行管138的飛行時間。IM分離的一個基本特征是離子的遷移率在一定程度上與它們的質(zhì)量相關(guān)的事實。在圖3A中，從各個離子團注射入IM漂移管122得到的信號(質(zhì)量峰)的分布或分組可以用頂“趨勢線”或“帶”表示，例如表示為312、314、316和318。每個IM帶可被看作是包裹從相應(yīng)單個注射中采集的質(zhì)量峰(未具體示出)。IM脈沖可以一定頻率產(chǎn)生，例如比給定離子團通過頂漂移管122的漂移時間的倒數(shù)高10倍。在此多重復(fù)用或“過采樣”時，如圖3A所示，在2D譜圖中觀測到多個頂帶，每個頂帶對應(yīng)于已經(jīng)被注射入頂漂移管122的各個離子團。在圖3A中，時間Ttl時刻(也投影為薄的垂直帶或線330)沿x軸任意定位。出于本討論的目的，所述時間Ttl可看作是對應(yīng)于通過TOF MS 114的離子發(fā)生器134實施的第一個提取脈沖。因此，在時間Ttl，特定選擇的離子存在于離子發(fā)生器134中。由于多重復(fù)用頂注射，從多個頂帶312、314、316和318 (垂直帶330交叉穿過每個頂帶)的離子包括在發(fā)生于時間Ttl的提取中。如果實施傳統(tǒng)的“脈沖與等待”方法，則第二個提取(T1)將只在所有離子到達檢測器142后發(fā)生，且系統(tǒng)的占空比非常低。如前面提到的，能夠通過多重復(fù)用(過脈沖)TOF MS 114來改進占空比。圖3B是當(dāng)多重復(fù)用IM注射和TOF提取時，可采集到的一個粗略的二維(2D)譜圖的例子。由于多重復(fù)用的提取率，由各個頂帶(如，312、314、316、318帶)表示的數(shù)據(jù)沿垂直維度(T0F的時間尺度)被多次復(fù)制，由此數(shù)據(jù)比圖3A中所示程度甚至更大地填入2D空間。傳統(tǒng)上，多重復(fù)用IM注射和TOF提取導(dǎo)致多個缺點。在傳統(tǒng)方法中，各種離子團到達TOF檢測器的時間會顯著重疊，從而需要特殊的去卷積技術(shù)。由于事實上高的頂分離的分辨率使離子信號的強度可能在一個或多個TOF提取脈沖中相當(dāng)大地變化，這使復(fù)雜的去卷積更不可靠，從而進一步復(fù)雜化。而且，如前面提到的，復(fù)雜去卷積可能需要非常顯著的實時計算資源，因為由于多重復(fù)用頂譜儀108，IM去卷積也發(fā)生在同一時間。這個水平的去卷積可能既不可靠，也不實際。本文公開的方法使能夠使用多重復(fù)用IM注射和TOF提取以在最大化分析靈敏度并簡化數(shù)據(jù)采集時，提高M-TOF MS系統(tǒng)的占空比。本文公開的方法通過僅從包含于注射入系統(tǒng)的每個離子團中的、有限的m/z范圍的原始離子集合中采集光譜數(shù)據(jù)來實現(xiàn)這一點。通過在離子被加速進入如與圖1結(jié)合的上面所述的TOF MS 114的飛行管138前或如在離子被加速進入與圖6結(jié)合的下面所述飛行管138后質(zhì)量過濾離子，來限制m/z范圍。圖3B說明當(dāng)多重復(fù)用頂注射和TOF提取時，質(zhì)量過濾離子團到選定的m/z范圍(m/z)jlj 影響。選定的(m/z)jlj (m/z) 2的m/z范圍可以是,例如,30到50、50到100,200到275等。更一般地，為給定實驗選定的m/z范圍將取決于已知或懷疑包含于待分析樣品中的待分析物離子的組合物和總m/z范圍，并進而取決于最小化或消除TOF MS 114中離子團間重疊的期望。例如，較窄的m/z范圍可能對較輕的離子更有效，而較寬的m/z范圍可能對較重的離子更有效。選擇更窄的m/z范圍將允許以更高的多重復(fù)用率(頻率)操作，同時避免(或至少最小化)在飛行管138中離子團的重疊。在圖3B中，水平區(qū)域334表示隨時間的選定的(m/zh到(m/z)2的m/z范圍的寬度(或隔離窗口)。在本實施方式中，寬度隨時間保持不變。通過所有IM帶的水平區(qū)域334的擴展表明所有離子團在本實施方式中受相同質(zhì)量過濾 參數(shù)影響。也就是說，離開濾質(zhì)器112后，每個離子團限制于(m/zh到(m/z)2的m/z范圍，所述m/z范圍為當(dāng)它們離開濾質(zhì)器112時與其他離子團相同。再把時間Ttl看作是從離子脈沖發(fā)生器134中提取的時間，被提取的離子只有那些其質(zhì)量表示在豎直帶330和水平區(qū)域334相交的338區(qū)域內(nèi)的離子。在圖3B中為時間Ttl選擇的位置上，區(qū)域338與單頂帶316重疊，而不與任何其他在時間Ttl上的頂帶312、314、318重疊。因此，在這個特定的時間Tci, (m/z)!到(m/z) 2的m/z范圍包括只屬于一個IM帶316的離子，而其他頂帶312、314、318的離子將不能傳輸進入飛行管138。如本文中所描述的質(zhì)量過濾的實行能夠以提取速率(頻率)多重復(fù)用TOF MS114，所述提取速率(頻率)足夠高以顯著增強離子(在選定的m/z范圍內(nèi))的檢測從而提高靈敏度，又足夠低以阻止或至少顯著最小化在TOF飛行管138中相繼離子團間的重疊。這反過來消除或至少顯著減少了在所得TOF譜中峰的重疊，從而在給定實驗中簡化了生成質(zhì)譜圖的過程。例如，對許多實驗來說，不再需要TOF譜的去卷積。在本公開的上下文中，在相繼離子團間的“最小化”重疊意思指的是減少重疊到在給定的M-TOF實驗中不需要TOF譜的去卷積的程度。作為將被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，需要減少重疊以避免TOF去卷積到的所述程度將取決于要執(zhí)行的特定實驗(例如，樣品組合物、運用的電離技術(shù)、電離條件或其類似的)此外，“最小化”重疊不僅包括減少重疊使得仍有少量重疊，而且包括完全消除重疊(即，使得在TOF飛行管138中所有相繼離子團間都無重疊)。按照本文公開的方法實施的質(zhì)量過濾使得滿足前述條件(增加靈敏度和最小化重疊)的寬范圍的潛在最佳提取率可行。而且，最佳離子提取率的范圍對各種各樣感興趣樣品(從小分子到高分子量的生物聚合物)將是很寬的。圖4是由于操作具有按照本實施方式質(zhì)量過濾的M-TOF MS系統(tǒng)100而可得到的TOF譜的實施例。X軸代表以微秒表示的一系列連續(xù)TOF采集周期，y軸代表以任意單位的離子信號強度，導(dǎo)致一系列從每個被提取離子團中得到的TOF譜402-412。為簡單起見，只示出六個TOF譜402-412。無多重復(fù)用時，對注射入頂漂移管122的每個離子團只可以觀測到TOF譜402-412中的一個。圖4闡述一個實施例，其中在飛行管138中沒有發(fā)生離子團的重疊，導(dǎo)致TOF譜402-412沒有重疊。因此，可以看出，不需要TOF譜402-412的復(fù)合去卷積，運用適當(dāng)?shù)臅r間相關(guān)可以簡單地加和TOF譜402-412。因此，本實施方式能夠?qū)崿F(xiàn)IM和TOF采集的占空比最大化，并獲得對所選m/z范圍離子特別靈敏的2D譜。通過比較，在圖4中虛線痕跡代表未被限制的離子團的m/z范圍的目前已具有的峰(例如在422-430)。無質(zhì)量過濾時，為了從TOF采樣中建立質(zhì)譜圖，在TOF譜中得到的顯著重疊將需要復(fù)雜的去卷積。在上述操作的第一種模式中，與所選m/z范圍有關(guān)的隔離窗口在整個數(shù)據(jù)采集過程中不變而保持常數(shù)?，F(xiàn)在將描述操作的另一種方法或模式，其中隔離窗口在整個數(shù)據(jù)采集過程中以逐步方式變化。此第二種模式具體地應(yīng)用于不需要頂譜儀108的多重復(fù)用的情況，例如，在低水平信號采集情況下，其中不會在IM漂移管122的離子積累設(shè)備上游中發(fā)生溢出。參照圖1，在 根據(jù)第二模式的操作中，單離子團被注射入IM漂移管122。當(dāng)離子團通過頂漂移管122運動時，離子以上面所述方式的離子遷移率為函數(shù)變得分散。所得頂分離的離子團從IM漂移管122洗脫并傳輸進濾質(zhì)器112中。當(dāng)IM分離的離子團通過濾質(zhì)器112時，按照不同的m/z范圍隔離離子。也就是說，在這種操作模式中，濾質(zhì)器112是被例如控制系統(tǒng)118的硬件和/或軟件模塊編程的(即，它的操作參數(shù)如電壓幅值和頻率被動態(tài)調(diào)整)，以使被濾質(zhì)器112所施加的所述m/z范圍隨時間快速移動。例如，可操作濾質(zhì)
器112在被注射的離子團的整個質(zhì)譜中順續(xù)地建立(m/z)「(m/z)2、(m/z)3-(m/z)4、......、
(m/z)n_「(m/z)n的m/z范圍,其中(m/z) i對應(yīng)于最低的m/z比,而(m/z) n對應(yīng)于最高的m/z比。在一個典型的實施方式中，所述m/z范圍以重疊、步進方式改變。例如,第一個m/z范圍(m/z)「(m/z) 2 可以是 100-200,第_■個 m/z 范圍(m/z) 3-(m/z) 4 可以是 104-204,第二個m/z范圍(m/z)5-(m/z)6可以是108-208,等等。根據(jù)實驗,每個m/z范圍不需要恒定,且連續(xù)的m/z范圍間的重疊的量(以m/z為單位)不需要恒定。例如，第一個m/z范圍(m/z)「(m/z)2 可以是 100-200,第二個 m/z 范圍(m/z) 3-(m/z) 4 可以是 104-224,第三個 m/z 范圍(m/z) 5- (m/z) 6可以是134-224，等等。根據(jù)實驗，連續(xù)的m/z范圍不需要以重疊的方式遞進。例如，第一個 m/z 范圍(m/z) f (m/z) 2 可以是 100-200,第二個 m/z 范圍(m/z) 3-(m/z) 4可以是201-301,第二個m/z范圍(m/z) 5-(m/z)6可以是302-402,等等。在所有這樣的情況中，在第一種操作模式情況下，定義了限定m/z范圍的每次迭代的隔離窗口的寬度可以是幾十到幾百數(shù)量級上，即，給定的選定m/z范圍可從10到幾百。在第一種操作模式情況下，隔離窗口的寬度將取決于已知的待分析離子或疑似包含在待分析樣品(例如，輕離子對重離子)中的組合物和總m/z范圍，以便最小化或消除在TOF MS 114中離子團間的重疊。在剛描述的各種m/z范圍的實施例中，每個連續(xù)的m/z范圍都比前一個m/z范圍高?；蛘?，可以改變所述m/z范圍，以使每個連續(xù)的m/z范圍都比前一個m/z范圍低。更一般地，可改變所述m/z范圍，以使每個連續(xù)的m/z范圍是與前一個m/z范圍不同的m/z范圍。改變m/z范圍的最適當(dāng)方式可取決于要實施的具休實驗。在所有不同的質(zhì)量隔離的上述實施例中，離子團在通過濾質(zhì)112傳輸后保留其基于頂?shù)姆蛛x，但現(xiàn)在也根據(jù)不同的m/z范圍被質(zhì)量過濾。因此，離子團的遷移率最高的離子(那些在頂分離的離子團前部分)先到達濾質(zhì)器112，并被第一個(m/zh-On/zh的m/z范圍的截斷限制過濾。遷移率最高的及時被連續(xù)的較低遷移率的離子(被連續(xù)的中間m/z范圍的截斷限制過濾)緊隨。離子團的遷移率最低的離子(那些在IM分離離子團后面的)最后到達濾質(zhì)器112，并被具體時刻是濾質(zhì)器112所應(yīng)用的m/z范圍的截斷限制過濾。根據(jù)實驗，遷移率最低的離子可通過編 程濾質(zhì)器應(yīng)用的(m/z)M-(HiZiz)n的最后m/z范圍的截斷限制過濾。由于經(jīng)頂分離并質(zhì)量過濾的離子團從濾質(zhì)器112被傳輸進離子脈沖發(fā)生器134中，離子脈沖發(fā)生器順次從到達離子脈沖發(fā)生器的離子團中提取離子，從而順次加速“新”離子團進入飛行管138中。如在第一種操作模式中的情況下，提取或脈沖速率(或頻率)是多重復(fù)用的提取率。當(dāng)每個被提取的離子團穿過飛行管138時，離子團按照不同的速度，變得空間上和時間上分散。當(dāng)離子到達檢測器142時，檢測器142計數(shù)離子并產(chǎn)生從中可生成TOF譜和最終質(zhì)譜的離子檢測信號。如在第一種操作模式中的情況下，應(yīng)用于離子團的質(zhì)量過濾所施加的限制隨后限制被提取離子的分散或擴散，以使少量或沒有重疊在飛行管中發(fā)生。也就是說，重疊如上面所述“被最小化”。如下面提到的，這樣能夠使TOF MS 114被多重復(fù)用，因而增加靈敏度，并且顯著簡化數(shù)據(jù)采集以便于消除TOF譜去卷積的需要。根據(jù)第二種操作模式應(yīng)用多種質(zhì)量過濾的影響結(jié)構(gòu)圖5A和5B在下面進行說明。圖5A是一個可能從單注射入頂漂移管122且無多重復(fù)用TOF提取采集的粗略二維(2D)譜的實施例。X軸代表離子穿過IM漂移管122的漂移時間，y軸代表離子穿過飛行管138的飛行時間。圖5中單IM帶504代表單離子團注射入IM漂移管122。出于本討論的目的，時間……、TN可看作對應(yīng)于離子團的離子從頂漂移管122進入濾質(zhì)器112的洗脫時間。時間……、TN也可投影作沿TOF時間尺度薄的豎帶，包括在時間Ttl的帶530和在時間Tn的帶534。在時間Ttl,設(shè)定濾質(zhì)器112以傳輸在(m/z) ^1-(m/z) %第一個m/z范圍的離子。在隨后的時間TpTyTy……，設(shè)定濾質(zhì)器112以傳輸在連續(xù)的更高m/z范圍的離子，導(dǎo)致在時間TN，設(shè)定濾質(zhì)器112以傳輸在(m/z) n-(m/z) 12第一個m/z范圍的離子。在任何給定的時間T，編程濾質(zhì)器以傳輸相應(yīng)于在IM帶504中適當(dāng)位置離子的m/z范圍。在濾質(zhì)器112的設(shè)置中逐步的改變足夠頻繁，以使m/z窗口(迭代m/z范圍)緊跟IM帶504的形狀和方向，當(dāng)其通過M-TOF MS系統(tǒng)100時。此過程部分地描繪于圖5A中，在區(qū)域 512(m/z)Q1-(m/z)Q2 的 m/z 范圍與時間 Ttl)相交,在區(qū)域 516 (m/z) n-(m/z) 12 的 m/z 范圍與時間Tn相交。區(qū)域512和區(qū)域516都落在頂帶504內(nèi)。一旦預(yù)選了 m/z范圍，確定最大的多重復(fù)用頻率以允許操作者避免(或至少最小化)在飛行管138中連續(xù)離子團間重疊。或者，可選擇更窄的m/z范圍以允許操作者在更高的多重復(fù)用頻率下操作。這種方法將導(dǎo)致甚至更高的檢測效率，但只是對于到達進入脈沖發(fā)生器區(qū)域的離子的亞群來說。圖5B是一個當(dāng)多重復(fù)用TOF提取是可能從單注射入頂漂移管采集的粗略的二維(2D)譜圖。由于多重復(fù)用的提取率，單IM帶504代表的數(shù)據(jù)被沿垂直維度(T0F的時間尺度)方向多次復(fù)制，從而數(shù)據(jù)填充在比圖5A中示出的更大程度地2D空間內(nèi)。例如，圖5B示出五份IM帶504的拷貝，代表六個TOF提取。因為從每部分被洗脫的離子團(每份粗略地對應(yīng)于洗脫時間……、TN)進行多個TOF提取，所以數(shù)據(jù)是從每個時刻可用的整個2D空間中收集的。例如，在時間Ttl，數(shù)據(jù)不僅從單個區(qū)域512收集，而且從整個豎帶530的其他區(qū)域收集。換種方式說，在時間Ttl，從第一個TOF提取中采集的數(shù)據(jù)可對應(yīng)于區(qū)域512，從下一個TOF提取(發(fā)生在第一個TOF提取后的非常短的時間)中采集的數(shù)據(jù)可對應(yīng)于直接在區(qū)域512上的豎帶530區(qū)域，依此類推。隨后，對離子團的剩余部分(即，剩余的洗脫
時間TpTyTy......、TN)重復(fù)多次TOF提取。在這種方式中，從通過多重復(fù)用TOF提取可
用的整個2D空間的離子團采集數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生這個過程時，所述m/z范圍以結(jié)合圖5A上面描述的梯度的方式變化。以這種方式，可采集所有注射的離子團的離子，且靈敏度不只是在一個限制的m/z范圍而且在感興趣樣品的整個頻譜內(nèi)提高。此外，可運用質(zhì)量過濾以從質(zhì)譜中消除非分析性背景離子(例如可能由污染物或溶劑介質(zhì)產(chǎn)生)。所述背景離子在2D空間中典型地具有更廣泛的分布且它們的分布不遵循頂帶。對于額外的離子團，可以以每次一個離子團把每個離子團注射入頂漂移管122中，重復(fù)實行第二種操作模式的方法。
`
圖6是一個在本文中描述的方法的實施中運用的混合M-TOF MS系統(tǒng)200的另一個實施例的示意圖，包括上面描述的質(zhì)量過濾模塊。在這個實施方式中，所述濾質(zhì)器112位于TOF MS 114的飛行管138中，而不是在頂漂移管122和TOF MS 114之間。濾質(zhì)器112可具有任意適當(dāng)?shù)呐渲?，例如上面通過結(jié)合圖1的實施例所描述的。當(dāng)濾質(zhì)器112如圖6所示放置時，Bradbury-Nielsen門或類似的離子光學(xué)設(shè)備目前考慮當(dāng)作更典型的實施方式。Bradury-Nielsen門(類似設(shè)備)典型地包括一組平行線(或排列成網(wǎng)格的陣列線)位于與離子飛行(離子飛行路徑150)正交的平面中。正如本領(lǐng)域中技術(shù)人員所理解，脈沖的高頻電壓以180度相位差應(yīng)用于交替線。所述脈沖的電壓以定時使用，以使當(dāng)門“開”時，只有在一定時間內(nèi)通過導(dǎo)線的在選定的m/z范圍內(nèi)的離子才能夠繼續(xù)沿離子飛行路徑。當(dāng)門“關(guān)”時，在選定m/z范圍外的離子在不同時間段通過導(dǎo)線，以使離子偏轉(zhuǎn)遠離離子飛行路徑，正如604中實施例所描述的。圖7說明當(dāng)配置作為Bradbury-Nielsen門或類似的離子光學(xué)設(shè)備時,應(yīng)用于離子發(fā)生器134的TOF電壓㈧和應(yīng)用于濾質(zhì)器112的偏轉(zhuǎn)電壓⑶的典型時序序列。在這個實施方式中，所述應(yīng)用于濾質(zhì)器112的偏轉(zhuǎn)元素的電壓通常是“高的”，且所有離子都被偏轉(zhuǎn)，因此都沒有到達檢測器142。正如與本文中描述的方法結(jié)合的、運用離子光學(xué)設(shè)備作為濾質(zhì)器112的另一個實施例，可提供一組平行偏轉(zhuǎn)板，當(dāng)適當(dāng)?shù)碾妱莶顟?yīng)用于它們間時平行偏轉(zhuǎn)板能偏轉(zhuǎn)離子。更一般地，所述離子光學(xué)設(shè)備可包括能為了只在指定的時間間隔內(nèi)防止離子傳輸而被配置的任何電極幾何形狀。在操作中，頂分離的離子團未經(jīng)質(zhì)量過濾被傳輸進入TOF MS 114的離子脈沖發(fā)生器134中。相反，在離子團被離子脈沖發(fā)生器134提取進入飛行管138后以及當(dāng)離子開始變得分散時，離子團被質(zhì)量過濾，這可以在圖6和圖7中證明。在這個實施方式中，所述濾質(zhì)器位于離子脈沖發(fā)生器134后的位置，從一個被提取離子團的離子足夠分散以便質(zhì)量過濾，但分散尚不足以重疊來自其他離子團的離子。如結(jié)合圖1的上述實施例方式的情況中，離子的質(zhì)量過濾限制了它們的分散或擴散，使在相繼的離子團間少量或沒有重疊發(fā)生在飛行管138中，又大大簡化了數(shù)據(jù)采集和分析。在圖6和圖7中剛描述和說明的實施方式可運用于實行第一種操作方式或第二種操作方式。當(dāng)濾質(zhì)器112正好位于如圖6中離子脈沖發(fā)生器134的“下游”時，在圖3A和3B (第一種操作模式)中示出的時間Ttl可被看作是對應(yīng)提取后的小段時間，此時被提取離子團的離子剛開始變得分離并遇到位于飛行器138的濾質(zhì)器112?；蛘撸?dāng)實行圖5A和5B中描繪的第二種操作模式時，圖6中示出的TOF定位的濾質(zhì)器112可按照上述任意逐步質(zhì)量過濾方案被編程為隨時間的各種范圍的離子質(zhì)量隔離。示例性實施例根據(jù)本文公開的主題示例性實施例提供但不限于，以下:1.一種從離子采集光譜數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括:以多重復(fù)用的注射速率，依次注射多個離子團進入離子遷移(IM)漂移管，以使至少兩個被注射離子團在IM漂移管中同時存在；當(dāng)離子漂移過IM漂移管時根據(jù)IM在每個被注射離子團中分離離子，以從相應(yīng)被注射離子團產(chǎn)生多個頂分離的離子團；傳輸頂分離的離子團進入濾質(zhì)器，以產(chǎn)生多個質(zhì)量過濾的離子團，每個質(zhì)量過濾的離子團包含與其他質(zhì)量過濾離子團的離子相同的選定m/z范圍；傳輸質(zhì)量過濾離子團進入飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀的脈沖發(fā)生器中；從脈沖發(fā)生器中順次提取多個離子團進入TOF質(zhì)譜儀的飛行管，以從質(zhì)量過濾的離子團產(chǎn)生多個被提取離子團，其中提取以多重復(fù)用的提取率進行以使多于一個被提取離子從相同的質(zhì)量過濾的離子團中產(chǎn)生，且只少兩個被提取離子團在飛行管中同時存在；當(dāng)離子漂移過飛行管時根據(jù)TOF在每個被提取中分離離子，以在飛行管從相應(yīng)被提取離子團中產(chǎn)生多個TOF分離的離子；并且當(dāng)離子到達TOF質(zhì)譜儀的檢測器時，檢測TOF分離的離子團的離子。2.一種從離子采集光譜數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括:以多重復(fù)用的注射率順次注射多個離子團進入離子遷移率(IM)漂移管，以使至少兩個被注射離子團在IM漂移管中同時存在；當(dāng)離子漂移過IM漂移管時，根據(jù)IM在每個被注射離子團中分離離子，以從相應(yīng)被注射離子團中產(chǎn)生多個頂分離的離子團。傳輸M分離的離子團進入飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀的脈沖發(fā)生器中。從脈沖發(fā)生器中順次提取多個離子團進入TOF質(zhì)譜儀的飛行管中，以從IM分離的中產(chǎn)生多個被提取的離子團，其中提取以多重復(fù)用的提取速率進行，以使多于一個被提取離子從相同的IM分離的離子團中產(chǎn)生，且至少兩個被提取離子在飛行管中同時存在；
當(dāng)離子漂移過飛行管時根據(jù)TOF在每個被提取離子團中分離離子，以在飛行管中從相應(yīng)被提取離子團產(chǎn)生多個TOF分離的離子團；當(dāng)在每個被提取離子團中分離離子時，傳輸被提取離子團進入濾質(zhì)器以產(chǎn)生多個質(zhì)量過濾的離子團時，每個質(zhì)量過濾的離子團包含與其他質(zhì)量過濾的離子團相同的選定m/z范圍的離子；而且當(dāng)離子到達TOF質(zhì)譜儀的檢測器時，檢測質(zhì)量過濾離子團的離子。3.一種從離子采集光譜數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括:注射離子團進入離子遷移率(IM)漂移管；當(dāng)離子漂移過IM漂移管時，根據(jù)IM在被注射離子團中分離離子，以在IM漂移管中產(chǎn)生IM分離的離子團；傳輸頂分離的離子團進入濾質(zhì)器；當(dāng)傳輸IM分離的離子團進入濾質(zhì)器時，隔離第一m/z范圍的第一部分離子并傳輸?shù)谝徊糠蛛x子進入飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀的脈沖發(fā)生器；當(dāng)傳輸?shù)谝徊糠蛛x子進入脈沖發(fā)生器時，以多重復(fù)用的提取速率從脈沖發(fā)生器中順次提取多個第一部分離子的離子團進入TOF質(zhì)譜儀的飛行管中，以使第一部分離子的至少兩個被提取離子團在飛行管中同時存在；當(dāng)傳輸IM分離的離子團進入濾質(zhì)器時并隔離第一部分離子后，隔離比第一m/z范圍更高的第二 m/z范圍的第二部分離子，并傳輸?shù)诙糠蛛x子進入脈沖發(fā)生器；當(dāng)傳輸?shù)诙糠蛛x子進入脈沖發(fā)生器時，以多重復(fù)用的提取速率順次提取第二部分離子的多個離子團進入飛行管，以使至少兩個第二部分離子的被提取離子團在飛行管中同時存在；當(dāng)離子漂移過飛行管時，根據(jù)TOF在第一部分離子的每個被提取離子和第二部分離子的每個被提取離子中，以在飛行管中從相應(yīng)被提取離子團產(chǎn)生多個TOF分離的離子團；并且當(dāng)離子到達TOF質(zhì)譜儀的檢測器時，檢測TOF分離的離子團的離子。4.一種從離子采集光譜數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括:注射離子團進入離子遷移率(IM)漂移管；當(dāng)離子漂移過IM漂移管時，根據(jù)IM在被注射離子團中分離離子，以在IM漂移管中產(chǎn)生IM分離的離子團；傳輸IM分離的離子團進入飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀的脈沖發(fā)生器；當(dāng)傳輸?shù)谝徊糠蛛x子進入脈沖發(fā)生器時，以多重復(fù)用的提取速率從脈沖發(fā)生器中提取多個第一部分離子的離子團進入TOF質(zhì)譜儀的飛行管中，以使至少兩個被提取離子團在飛行管中同時存在；隔離第一 m/z范圍的第一部分離子，以產(chǎn)生第一部分離子的多個被提取離子團；在隔離第一部分離子后，隔離比第一 m/z范圍更高的第二 m/z范圍的第二部分離子，以產(chǎn)生第二部分離子的多個被提取離子團；當(dāng)離子漂移過飛行管時，根據(jù)TOF在第一部分離子的每個被提取離子團和第二部分離子的每個被提取離子團中分離離子，以從相應(yīng)被提取離子團中產(chǎn)生多個TOF分離的離子團；并且
當(dāng)離子到達TOF質(zhì)譜儀的檢測器時，檢測TOF分離的離子團的離子。5.一種M-TOF MS系統(tǒng)，其被配置成用于執(zhí)行任意一個前面實施方式的方法。6.一種計算機可讀的存儲介質(zhì)，其包含進行任意一個前面實施方式的方法的指令。7.一種M-TOF MS系統(tǒng)，其包含實施方式6中計算機可讀的存儲介質(zhì)。8.一種M-TOF MS系統(tǒng)，其包含:一種頂漂移管:TOF MS，其包含TOF飛行管(其被放置以接收從頂漂移管洗脫的離子)、脈沖發(fā)生器、檢測器和定義離子在脈沖發(fā)生器和檢測器間飛行路徑的無電場遷移區(qū)域；和為選擇在可調(diào)的m/z范圍內(nèi)傳輸?shù)碾x子而配置的濾質(zhì)器，其中所述濾質(zhì)器位于IM漂移管和TOF飛行管之間，或位于脈沖發(fā)生器的TOF飛行管下游。9.一種從離子采集光譜數(shù)據(jù)的方法，所述方法包含:以多重復(fù)用注射率連續(xù)注射多個離子團進入離子遷移率(IM)漂移管，以使至少兩個離子團在IM漂移管中同時存在；當(dāng)離子漂移過IM漂移管時，根據(jù)IM在每個離子團中分離離子；傳輸離子團進入飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀的脈沖發(fā)生器；從脈沖發(fā)生器連續(xù)提取多個新離子團進入TOF質(zhì)譜儀的飛行管，其中提取是以多重復(fù)用提取率進行的，以使多于一個被提取離子團產(chǎn)生自傳輸進入脈沖發(fā)生器的同一個離子團，且至少兩個離子團在飛行管中同時存在；當(dāng)離子漂移過飛行管時，根據(jù)TOF在每個被提取離子團中分離離子；當(dāng)離子從飛行管到達檢測器時檢測離子；并且在檢測離子前，只選擇在特定m/z范圍的離子，其中飛行管中的每個離子團包含與其他離子團的離子相同的選定m/z范圍的離子，且在飛行管中相繼離子團間的重疊最小化。10.如實施方式9的所述方法，其中特定m/z范圍具有從十至幾百的寬度。11.一種從離子采集光譜數(shù)據(jù)的方法，所述方法包含:以多重復(fù)用注射速率連續(xù)注射多個離子團進入離子遷移率(IM)漂移管，以使至少兩個離子團在IM漂移管中同時存在；當(dāng)離子漂移過IM漂移管時，根據(jù)IM在每個離子團中分離離子；傳輸離子團進入飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀的脈沖發(fā)生器中；從脈沖發(fā)生器中連續(xù)提取多個新離子團進入TOF質(zhì)譜儀的飛行管，其中提取是以多重復(fù)用提取速率進行，以使多于一個被提取離子團產(chǎn)生于被傳輸進入脈沖發(fā)生器的同一個離子團，且至少兩個被提取離子團在飛行管中同時存在；當(dāng)離子漂移過飛行管時，根據(jù)TOF在每個被提取離子團中分離離子；當(dāng)離子從飛行管到達檢測器時檢測離子；并且在檢測離子前，只選擇在特定m/z范圍的離子，其中飛行管中的每個離子團包含與其他離子團的離子相同的選定m/z范圍的離子，且特定m/z范圍具有從十至幾百的寬度。12.一種從離子采集光譜數(shù)據(jù)的方法，所述方法包含:注射離子團進入離子遷移率(IM)漂移管；
當(dāng)離子漂移過IM漂移管時，根據(jù)IM在被注射離子團中分離離子；傳輸所述離子團進入飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀的脈沖發(fā)生器；從脈沖發(fā)生器中連續(xù)提取多個新離子團進入TOF質(zhì)譜儀的飛行管，其中提取是以多重復(fù)用提取速率進行，以使多于一個被提取離子團產(chǎn)生于被傳輸進入脈沖發(fā)生器的同一個離子團，且至少兩個被提取離子團在飛行管中同時存在；當(dāng)離子漂移過飛行管時，根據(jù)TOF在每個被提取離子團中分離離子；當(dāng)離子從飛行管到達檢測器時檢測離子；并且在檢測離子前，選擇連續(xù)m/z范圍內(nèi)的離子，其中每個連續(xù)m/z范圍比前一個m/z范圍是不同的m/z范圍，且每個m/z范圍具有選擇的寬度以最小化在飛行管中連續(xù)離子團
間的重疊。13.如實施方式12的方法，其中每個所述連續(xù)m/z范圍具有從幾十至幾百的寬度；14.如實施方式12或13的方法，其中至少一個m/z范圍與前一個m/z范圍至少部
分重疊。15.如任意實施方式9-14的方法，其包含不需要TOF分離的離子團的去卷積化就產(chǎn)生所檢測離子的質(zhì)譜圖。16.如任意實施方式9-15的方法，其中至少兩個相鄰頂分離的離子團在頂漂移管中至少部分重疊，且進一步包含產(chǎn)生所檢測離子的質(zhì)譜圖，其中產(chǎn)生質(zhì)譜圖包含頂分離的離子團的去卷積。17.如任意實施方式9-16的方法，其中選擇所述離子包括，根據(jù)IM在每個離子團中分離離子后，傳輸離子團通過濾質(zhì)器，且其中傳輸進入脈沖發(fā)生器的離子團是質(zhì)量過濾的離子團。18.如任意實施方式9-16的方法，其中選擇所述離子包括，從脈沖發(fā)生器提取離子團后，傳輸離子團通過位于漂移管中的濾質(zhì)器。19.如任意實施方式9-18的方法，其中選擇所述離子包括，傳輸離子團通過選自由多極濾質(zhì)器、離子光學(xué)設(shè)備和Bradbury-Nielsen門組成的組的濾質(zhì)器。20.如任意實施方式12-19的方法，其包含，檢測離子后，對一個或多個額外離子團重復(fù)權(quán)利要求9的步驟，以使離子團注射入漂移管。21.如任意實施方式12-20的方法，其中每個連續(xù)的m/z范圍是比前面m/z范圍更高的m/z范圍。22.如任意實施方式12-20的方法，其中每個連續(xù)的m/z范圍是比前面m/z范圍更低的m/z范圍。23.離子遷移率飛行時間質(zhì)譜儀系統(tǒng)，其包括與頂漂移管、濾質(zhì)器和TOF質(zhì)譜儀通信的系統(tǒng)控制器，并被設(shè)置用來實行任意實施方式9-22?？梢岳斫?，在本文中描述的一個或多個處理、子處理和處理步驟可通過硬件、固件、軟件或上述兩個或更多組合在一個或多個電子的或數(shù)控設(shè)備上運行。所述軟件可駐留在合適的電子處理部件或系統(tǒng)(例如，圖1和圖6中示意性描繪的系統(tǒng)控制器118)中的軟件存儲器(未示出)中。軟件存儲器可包括用于實施邏輯功能(即，“邏輯”可被實施于數(shù)字形式例如數(shù)字電路或源代碼或類似形式例如類似源例如類似電、聲或視頻的信號)的可執(zhí)行指令的有序列表。所述指令可在處理模塊中執(zhí)行，所述處理模塊包括，例如，一個或多個微處理器、通過處理器、處理器組合、數(shù)字信號處理器(DSPs)或?qū)Ｓ眉呻娐贰４送猓疽鈭D描述了不受限于功能的結(jié)構(gòu)或物理布局的具有物理的(硬件和/或軟件)實施的功能的邏輯劃分。本文中所描述的系統(tǒng)的實施例可以各種設(shè)置實施，在單硬件/軟件單元或獨立的硬件/軟件單元中以硬件/軟件組件進行操作。所述可執(zhí)行指令可作為在本文中存儲指令的計算機程序產(chǎn)品實施，當(dāng)被電子系統(tǒng)(例如，圖1中系統(tǒng)控制器118)的處理模塊執(zhí)行時所述計算機程序產(chǎn)品指導(dǎo)電子系統(tǒng)來執(zhí)行指令。所述計算機程序產(chǎn)品可選擇性地體現(xiàn)在任何非臨時性的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀介質(zhì)通過或連接指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用，所述指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備例如基于電子計算機的系統(tǒng)、包含處理器的系統(tǒng)或其他可從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備中選擇性提取指令并執(zhí)行指令的其他系統(tǒng)。在本公開的上下文中，計算機可讀存儲介質(zhì)是可通過或連接指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用的存儲程序的任何非臨時方式。所述非臨時性計算機可讀存儲介質(zhì)可選擇性地為例如電子的、磁的、光學(xué)的、電磁的、紅外的或半導(dǎo)體的系統(tǒng)、裝置或設(shè)備。非臨時性計算機可讀媒介的更具體的實施例的非窮盡列表包括:具有一個或多個導(dǎo)線(電子的)的電連接；便攜式計算機軟盤(磁的)；隨機存取存儲器(電子的)；只讀存儲器(電子的)；可擦除可編程只讀存儲器，例如，閃存(電子的)；光盤存儲器，例如，⑶-ROM、⑶-R、⑶-RW(光學(xué)的);和數(shù)字多功能光盤存儲器，即，DVD(光學(xué)的)。請注意，所述非臨時性計算機可讀存儲介質(zhì)甚至可以是紙或另一種合適介質(zhì)，例如通過如紙或其他介質(zhì)的光學(xué)掃描能夠電捕捉程序，然后編譯、解釋或其他如果需要的話以合適的方式處理，然后存儲在計算機存儲器或計算機內(nèi)存中。還 應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語“以信號通信”在本文中使用時是指兩個或多個系統(tǒng)、設(shè)備、組件、模塊或子模塊能夠通過傳輸于一些類型的信號路徑的信號彼此通信。所述信號可以是可通信信息的通信、電源、數(shù)據(jù)或能量信號或沿第一部分與第二部分系統(tǒng)、設(shè)備、組件、模塊或子模塊間信號路徑的從第一部分系統(tǒng)、設(shè)備、組件、模塊或子模塊到第一部分系統(tǒng)、設(shè)備、組件、模塊或子模塊的能量。所述信號路徑可包括物理的、電的、磁的、電磁的、電化學(xué)的、光學(xué)的、有線的或無線的連接。所述信號路徑也可包括在第一部分與第二部分系統(tǒng)、設(shè)備、組件、模塊或子模塊間的額外的系統(tǒng)、設(shè)備、組件、模塊或子模塊。更一般地，術(shù)語例如“通信”或“與……通信”(例如第一部分組件與第二部分組件“通信”或“保持通信”)在本文中使用時指兩個或多個組件或元素間的結(jié)構(gòu)的、功能的、機械的、電子的、信號的、光的、磁的、電磁的、離子的或流體的關(guān)系。因此，所述一個組件與第二個組件通信的事實并不打算排除下述可能性，所述可能性是額外的組件可存在于第一組件與第二個組件兩者之間，和/或與第一組件與第二個組件操作性相連或參與。將可以理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下改變本發(fā)明的各種方而或細節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種從離子采集光譜數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括: 注射離子團到離子遷移率(IM)漂移管(122)中； 當(dāng)離子漂移通過頂漂移管時，根據(jù)頂在所述離子團中分離離子； 傳輸所述離子團進入飛行時間(TOF)質(zhì)譜儀(114)的脈沖發(fā)生器(134)； 從脈沖發(fā)生器中順次提取多個新離子團到所述TOF質(zhì)譜儀的飛行管(138)中，其中提取是以使用多重復(fù)用提取速率進行，使得由傳輸進脈沖發(fā)生器的同一個離子團產(chǎn)生多于一個被提取離子團，且至少兩個被提取離子團在飛行管中同時存在； 當(dāng)所述離子漂移通過飛行管時，根據(jù)TOF在每個被提取離子團中分離離子； 當(dāng)離子到達TOF質(zhì)譜儀的檢測器(142)時，檢測所述TOF分離的離子團的離子；且 在檢測所述離子前，選擇m/z范圍的離子使在飛行管中相繼的離子團間的重疊最小化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中: 注射離子團包含以多重復(fù)用注射速率順次注射多個離子團進入所述頂漂移管，使至少兩個離子團同時存在于所述IM漂移管中；且 在檢測所述離子前，選擇m/z范圍的離子包含選擇只在特定m/z范圍的離子，其中在所述飛行管中的每個離子團包含與其他離子團的離子同樣的選定的m/z范圍的離子。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在檢測所述離子前，選擇m/z范圍的離子包含以連續(xù)的m/z范圍選擇離子,其中每個連續(xù)的m/z范圍與前一個的m/z范圍不同,且每個m/z范圍具有選定的寬度以使在所述飛行管中相繼的離子團間的重疊最小化。
4.如任意權(quán)利要求1-3中任意一項所述的方法,其中所述特定的m/z范圍或連續(xù)的m/z范圍每一個具有從幾十至幾百范圍的寬度。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項所述的方法，其中選擇所述離子包括在每個離子團中根據(jù)IM分離離子后，傳輸所述離子團穿過濾質(zhì)器(112)，且其中傳輸進脈沖發(fā)生器的離子團是質(zhì)量過濾后的離子團。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的方法，其中選擇所述離子包括從脈沖發(fā)生器中提取所述離子團后，傳輸所述離子團穿過位于漂移管中的濾質(zhì)器(112)。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項所述的方法，其中選擇所述離子包含傳輸所述離子團穿過濾質(zhì)器(112),所述濾質(zhì)器選自由多極濾質(zhì)器、離子光學(xué)設(shè)備和Bradbury-Nielsen門組成的組。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其包括，檢測所述離子后，對一個或多個待注射入所述漂移管的額外離子團，重復(fù)如權(quán)利要求9所述的步驟。
9.如權(quán)利要求3所述的方法,其中每個連續(xù)的m/z范圍是比前一個m/z范圍更高的m/z范圍，或是比前面m/z范圍更低的m/z范圍。
10.一種離子遷移率飛行時間質(zhì)譜儀系統(tǒng)(100)，其包含與IM漂移管(122)通訊的系統(tǒng)控制器(118)、濾質(zhì)器(112)和TOF質(zhì)譜儀(114)，并被配置成進行如權(quán)利要求1_9中任意一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了離子遷移率飛行時間質(zhì)譜的數(shù)據(jù)采集模式。具體地，本發(fā)明涉及實施漂移型離子遷移率(IM)分離和飛行時間質(zhì)譜(TOF MS)的組合來從待分析物離子采集光譜數(shù)據(jù)的方法、裝置和系統(tǒng)。這兩種分離技術(shù)在應(yīng)用寬窗口離子分離的質(zhì)量過濾時前后進行。一種操作模式需要運用濾質(zhì)器來限制離子團成為選定的m/z范圍內(nèi)的離子，所述m/z范圍在整個數(shù)據(jù)采集過程中保持不變。另一種模式需要運用所述濾質(zhì)器來限制離子團到在整個數(shù)據(jù)采集過程中變化的m/z范圍。
文檔編號H01J49/00GK103175888SQ201210480308
公開日2013年6月26日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者邁克爾·尤加戊 申請人:安捷倫科技有限公司