雜性：用N表示采集過程中時(shí)間樣本或RF周期的數(shù)目?？傮w上，Ax=b的 解具有〇(N3)復(fù)雜性，A的計(jì)算是0(N3)并且b的計(jì)算是0(N2)。因此，一般去卷積問題的x 的計(jì)算是〇(N3)。在FTMS中，A是常量，使用快速傅里葉變換時(shí)b的計(jì)算是O(NlogN)。由于 Ax=b具有平凡解，則計(jì)算是O(NlogN)。在本發(fā)明中，A的計(jì)算是0(N2)，因?yàn)閮H需要計(jì)算 2N-1個(gè)獨(dú)特值，B的計(jì)算是0(N2)，并且當(dāng)A是Toeplitz形式時(shí)，Ax=b的解是0(N2)。因 此，X(質(zhì)譜）的計(jì)算是0 (N2)。
[0191] 從0(N3)到0(N2)的復(fù)雜性減小對(duì)于構(gòu)造實(shí)時(shí)質(zhì)譜是有益的。這些計(jì)算是高度可 并行的并且可以在嵌入式GPU上進(jìn)行。另一種減少計(jì)算負(fù)擔(dān)的方式是將采集拆分成多個(gè)更 小的時(shí)間區(qū)間或"組塊（chunks)"。k個(gè)大小為N/k的組塊的解對(duì)0(N2)的問題產(chǎn)生了k倍 的加速。"組塊化"也解決了以下問題：用于指定參考信號(hào)的時(shí)間偏移近似法對(duì)于顯著不同 于標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)的m/z值可能是無效的。
[0192]講一步的性能分析討論
[0193]評(píng)估質(zhì)譜儀的性能的關(guān)鍵度量是靈敏度、質(zhì)量分辨能力和掃描速率。如前所述，靈 敏度是指可以在干擾物種附近檢測到離子物種的最低豐度。MRP被定義為比率M/DM，其中M 是所分析的m/z值并且DM通常定義為m/z單元中的在半最大值處測量的峰的全寬度（即， FWHM)。DM的一個(gè)替代性定義是可以將兩個(gè)離子鑒定為不同的最小m/z分離度。這個(gè)替代 的定義對(duì)于最終使用者是最有用的，但通常難以確定。
[0194]在本發(fā)明中，使用者可以控制掃描速率和DC/RF幅值之比。通過改變這兩個(gè)參數(shù)， 使用者可以權(quán)衡掃描速率和MRP，如以下說明的。本發(fā)明的性能在入口射束被聚焦時(shí)也被增 強(qiáng)，從而提供更大差別。通過將一個(gè)聚焦的射束在進(jìn)入四極桿時(shí)布置在略偏離中心處可以 實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的改善，如前所述。當(dāng)離子偏離中心進(jìn)入時(shí)，離開的離子云經(jīng)歷更大的振蕩，從 而導(dǎo)致對(duì)緊密相關(guān)的信號(hào)的更好區(qū)分。然而，要注意的是，如果射束太遠(yuǎn)離中心，則更少的 離子到達(dá)檢測器，從而導(dǎo)致靈敏度損失。
[0195] 掃描速率：掃描速率典型地是以每單位時(shí)間的質(zhì)量來表示的，但這僅是大致正確 的。當(dāng)U和V漸變時(shí)，增大的m/z值掃過位于操作線上的點(diǎn)（q*，a*)掃過了，如以上在圖2A 中所示。當(dāng)U和V隨時(shí)間線性漸變時(shí)，在點(diǎn)（q*，a*)處看到的m/z值隨時(shí)間線性變化，并且 因此將恒定的變化速率稱為掃描速率，單位是Da/s。然而，操作線上的每個(gè)點(diǎn)具有不同的掃 描速率。當(dāng)質(zhì)量穩(wěn)定性極限較窄時(shí)，m/z值以粗略相等的速率掃過了工作線上的所有穩(wěn)定 點(diǎn)。
[0196] 靈敏度：基本上，四極質(zhì)譜儀的靈敏度是由到達(dá)檢測器的離子數(shù)目控制的。當(dāng)對(duì)四 極桿進(jìn)行掃描時(shí)，到達(dá)檢測器的給定物種的離子數(shù)目是由該離子物種的源亮度、平均傳輸 效率、以及傳輸持續(xù)時(shí)間的積來確定的。如以上討論的，可以通過降低DC/RF線使其離開穩(wěn) 定性圖的尖端的來改善靈敏度。在該DC/RF比率時(shí)，由于離子將更多時(shí)間花費(fèi)在遠(yuǎn)離邊緣 (此處的傳輸效率差）的穩(wěn)定性區(qū)域內(nèi)部，平均傳輸效率增大。由于質(zhì)量穩(wěn)定性極限更寬， 每個(gè)離子花費(fèi)更長時(shí)間來掃過該穩(wěn)定性區(qū)域，從而增大了離子穿過而到達(dá)檢測器進(jìn)行收集 的持續(xù)時(shí)間。
[0197] 工作期：當(dāng)要求全譜時(shí)，在任何時(shí)刻，僅有在該源中產(chǎn)生的一個(gè)分?jǐn)?shù)的離子到達(dá)了 檢測器；剩余的撞擊在這些桿上。對(duì)于給定的m/z值而言，傳輸?shù)碾x子的分?jǐn)?shù)被稱為工作 期。工作期是對(duì)質(zhì)譜儀捕獲有限源亮度的效率的衡量。當(dāng)改善工作期時(shí)，可以用更短的時(shí) 間即更高的掃描速率實(shí)現(xiàn)相同水平的靈敏度，由此改善了樣本處理量。在一種常規(guī)系統(tǒng)以 及本發(fā)明中，工作期是質(zhì)量穩(wěn)定性范圍與樣本中存在的總質(zhì)量范圍之比。
[0198]作為一個(gè)非限制實(shí)例來展示一種通過使用此處的方法而改進(jìn)的工作期，本發(fā)明的 使用者可以代替IDa(代表一種常規(guī)系統(tǒng)）而選擇10Da(如在此提供的）的穩(wěn)定性極限 (即，穩(wěn)定性傳輸窗口）以便將工作期改善10倍。也以展示性目的配置了l〇7s的源亮度， 具有從0至1000粗略均勻的質(zhì)量分布，這樣一個(gè)lODa的窗口代表離子的1%。因此，該工 作期從0. 1 %改進(jìn)到1 %。如果該平均離子傳輸效率從25 %改善至接近100 %，則在全掃描 上平均的離子強(qiáng)度增大了 40 倍，從 109/s*10 3*0. 25 = 2. 5*105到 10 9/s*10 2*1 = 107/s。
[0199] 因此，假定本發(fā)明的使用者希望以全掃描的模式來記錄一種分析物的10個(gè)離子， 其中該分析物在樣本中具有l(wèi)ppm的豐度并且該分析物使用例如色譜法（例如，以50分鐘 的梯度，30秒的寬洗脫特征）被濃縮了 100倍。使用這些數(shù)字，常規(guī)系統(tǒng)中的分析物離子的 強(qiáng)度是2. 5*105*10 6*102= 250/s。因此這個(gè)實(shí)例中所要求的采集時(shí)間是約40ms。在本發(fā) 明中，當(dāng)使用l〇Da傳輸窗口為例，離子強(qiáng)度大出了約40倍，因此在此說明的系統(tǒng)中要求的 米集時(shí)間在顯著的掃描速率下是約lms。
[0200] 因此，應(yīng)了解的是，與常規(guī)的系統(tǒng)相反的，本發(fā)明的有益的靈敏度增益是來自將操 作線朝下推離該穩(wěn)定性區(qū)域的尖端，如以上全篇討論的，并且因此將穩(wěn)定性極限加寬。在實(shí) 踐中，該操作線可以被配置成下降至盡可能遠(yuǎn)，其程度是使得使用者仍能分辨一個(gè)RF周期 的時(shí)間偏移。在此情況下，質(zhì)量分辨能力無損失；實(shí)現(xiàn)了量子極限。
[0201] 如以上說明的，本發(fā)明可以分辨沿著操作線至最近的RF周期的時(shí)間偏移。這個(gè)RF 周期極限在掃描速度與MRP之間建立了折中，但沒有對(duì)MRP和質(zhì)量精確度附加絕對(duì)極限。掃 描速率可以降低成使得沿著操作線的一個(gè)RF周期的時(shí)間偏移對(duì)應(yīng)于任意小的質(zhì)量差。
[0202] 例如，假定RF頻率是約1MHz。那么，一個(gè)RF周期是lus。對(duì)于10kDa/s的掃描速 率，10mDa的m/z質(zhì)量范圍掃過了操作線上的一個(gè)點(diǎn)。在m/z 1000下分辨10mDa的質(zhì)量差 的能力對(duì)應(yīng)于l〇〇k的MRP。對(duì)于1000Da的質(zhì)量范圍，以10kDa/s的掃描在100ms內(nèi)產(chǎn)生 質(zhì)譜，對(duì)應(yīng)于10Hz的重復(fù)速率，將中間掃描的額外操作排除在外。類似地，本發(fā)明可以對(duì)x 倍掃描速率和x倍的MRP進(jìn)行折中。因此，本發(fā)明可以被配置成以10Hz的重復(fù)速率以100k MRP進(jìn)行運(yùn)行，以I Hz重復(fù)速率以1M MRP進(jìn)行"慢"掃描、或以100Hz的重復(fù)速率以10k MRP進(jìn)行"快"掃描。在實(shí)踐中，可實(shí)現(xiàn)的掃描速度范圍可能受其他考慮因素如靈敏度或電 子穩(wěn)定性的限制。
[0203] 示例件的運(yùn)行樽式
[0204] 作為一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明能以MS1 "全掃描"模式運(yùn)行，其中獲取了整個(gè)質(zhì)譜，例 如1000Da或更多的質(zhì)量范圍。在這樣的構(gòu)型中，掃描速率被降低以便增強(qiáng)靈敏度和質(zhì)量 分辨能力（MRP)，或被增加以便改進(jìn)處理量。由于本發(fā)明在較高的掃描速率下提供了高的 MRP，因此有可能的是掃描速率受到收集足夠離子所需時(shí)間的限制，盡管本發(fā)明在工作期上 提供了超過常規(guī)的方法和儀器的改進(jìn)。
[0205] 作為另一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明還能以"選定離子模式"（S頂）運(yùn)行，其中以一個(gè)或 多個(gè)選定離子為目標(biāo)進(jìn)行分析。常規(guī)地，如前所述的S頂模式是通過停置該四極桿（即保 持U和V是固定的）而進(jìn)行。相比之下，本發(fā)明在窄的質(zhì)量范圍上快速掃描U和V并且使 用足夠?qū)挼姆€(wěn)定性極限，因此傳輸率為約1〇〇%。在選定離子模式下，靈敏度要求通常決定 了掃描長度。在這樣的情況下，可以選擇在小m/z范圍上非常慢的掃描速率來將MRP最大 化。替代性地，這些離子可以在更大的m/z范圍上被掃描，即，從一個(gè)穩(wěn)定性邊界到另一個(gè)， 以便提供對(duì)選定離子的位置的可靠估算。
[0206] 如前所述，可以執(zhí)行MS1混合運(yùn)行模式，其中在整個(gè)離子質(zhì)譜上進(jìn)行用于檢測的調(diào) 查掃描，然后進(jìn)行針對(duì)有意義特征的多個(gè)目標(biāo)掃描?？梢允褂媚繕?biāo)掃描來查詢干擾物種和 /或改善對(duì)選定物種的定量。目標(biāo)掃描的另一個(gè)可能用途是元素組成確定。例如，本發(fā)明 的四極桿可以瞄準(zhǔn)"A1"區(qū)域（高于同位素離子物種大致一道爾頓）以便表征同位素分布。 例如，通過在m/z 1000下160k的MRP，有可能分辨間隔了 6. 3mDa的C-13和N-15峰。這些 離子的豐度提供了對(duì)物種中碳和氮數(shù)目的估算。類似地，可以探查A2同位素物種，集中于 C-13 2、S-34 和 0-18 物種。
[0207] 在一種三節(jié)四極桿構(gòu)型中，本發(fā)明中所使用的位置靈敏性檢測器（如以上說明 的）可以布置在Q3的出口處。另兩個(gè)四極桿Q1和Q2以常規(guī)方式運(yùn)行，即，分別作為前體 濾質(zhì)器和碰撞室。為了收集MS 1譜，Q1和Q2允許離子穿過而無質(zhì)量過濾或碰撞。為了收集 并分析產(chǎn)物離子，Q1可以配置成選擇窄范圍的前體離子（即，IDa寬的質(zhì)量范圍），而Q2被 配置成碎裂這些離子，并且Q3配置成分析產(chǎn)物離子。
[0208] Q3也能以全掃描模式用來以100Hz和m/z 1000時(shí)10k MRP來收集（全）MS/MS 譜，假定源亮度對(duì)于實(shí)現(xiàn)lms采集的可接受的靈敏度是足夠的。替代性地，Q3能以S頂模 式用來分析一種或多種選定的產(chǎn)物離子，即，單反應(yīng)監(jiān)測（SRM)或多反應(yīng)監(jiān)測（MRM)。通過 將四極桿集中在選定離子上而不是覆蓋整個(gè)質(zhì)量范圍，可以改善靈敏度。
[0209] 樽擬結(jié)果
[0210] 圖7展示了在使用在此描述的實(shí)施方案提供了記錄的圖像（例如圖2B)之后，以 上詳述的去卷積過程的示例性模擬結(jié)果。本發(fā)明首先獲取或合成地產(chǎn)生一個(gè)參考信號(hào)702。 此后，將該過程設(shè)計(jì)成獲取所需分析物離子的卷積的原數(shù)據(jù)704,如通過所記錄的數(shù)據(jù)提供 的。用于此過程的數(shù)據(jù)是以三維包或體素（即立體像素）獲取的，其中兩個(gè)維度是圖像X和 Y，對(duì)應(yīng)于上述位置檢測器所收集的離子離開圖案。第三個(gè)維度是對(duì)應(yīng)于包含RF的相位并 且與之同步的時(shí)間。然后這個(gè)過程從參考信號(hào)702產(chǎn)生一個(gè)偏移的自相關(guān)向量706并且將 所獲取的數(shù)據(jù)破碎成適當(dāng)?shù)慕M塊（如果太大則剪切多個(gè)數(shù)據(jù)部分）并且用零填補(bǔ)此數(shù)據(jù)。 如上所示，通過去卷積過程的方程22實(shí)施的該方法的一個(gè)重要部分包括參考信號(hào)702與組 塊化的獲取的原數(shù)據(jù)704之間的偏移的互相關(guān)，以提供716所表示的互相關(guān)軌跡。此后，從 Toeplitz解（例如I n* = an/Ann)中提取多個(gè)強(qiáng)度峰720,這些強(qiáng)度峰表明了存在多少峰、其 相對(duì)準(zhǔn)確強(qiáng)度、以及其近似位置在何處。在這個(gè)實(shí)例中，顯示了所希望的強(qiáng)度峰720是以具 有相對(duì)強(qiáng)度1、1/4、1/16、和1/64的質(zhì)量間隔（以ppm為單位限定的）均勻隔開的。然后， 以內(nèi)插的偏移的截面和自相關(guān)點(diǎn)積產(chǎn)生了該問題的一個(gè)四乘四的形式。隨后，將強(qiáng)度估算 值用該問題的強(qiáng)制形式進(jìn)行精化并且反復(fù)精化以便包括所要求的數(shù)據(jù)過濾（例如，使用貝 賽爾（Bessel)過濾）。從大量數(shù)據(jù)集合產(chǎn)生的任何組塊化的數(shù)據(jù)此后可以進(jìn)行重組以便提 供原始地記錄的全譜。
[0211] 圖8顯示，所得的數(shù)據(jù)是具有四個(gè)峰820的簇，其中最高峰以及第二高峰的中心相 隔了 7個(gè)峰寬度，對(duì)應(yīng)于lOppm，從而產(chǎn)生了 7*le6/10 = 700k的出乎意料的質(zhì)量分辨能力。
[0212] 應(yīng)該理解，關(guān)于此處的不同的實(shí)施方案所說明的特種可以按任何組合進(jìn)行混合并 匹配而不背離本發(fā)明的精神和范圍。雖然已經(jīng)展示并且詳細(xì)說明了不同的選定實(shí)施方案， 但應(yīng)當(dāng)了解的是它們是示例性的并且有可能進(jìn)行多種替換和改變而不背離本發(fā)明的精神 和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種通過質(zhì)譜法分析樣品的方法，包括以下步驟： 產(chǎn)生來自該樣品的離子流； 將這些離子遞送到多極桿的入口端，該多極桿限定中央縱向軸線以及第一和第二橫向 軸線； 在該多極桿內(nèi)產(chǎn)生電場，該電場致使具有一個(gè)質(zhì)荷比值(m/z)范圍的離子的子集沿著 該中央縱向軸線被選擇性地傳輸?shù)皆摱鄻O桿的遠(yuǎn)端，這些被傳輸?shù)碾x子的m/z范圍由該電 場的至少一個(gè)參數(shù)決定； 逐漸改變?cè)撾妶龅脑撝辽僖粋€(gè)參數(shù)； 在改變?cè)撾妶龅脑撝辽僖粋€(gè)參數(shù)的同時(shí)，獲取被選擇性地傳輸?shù)皆摱鄻O桿的遠(yuǎn)端的離 子的一系列時(shí)間分辨的離子圖像，每個(gè)離子圖像包含關(guān)于在至少一個(gè)橫向軸線上的不同位 置處感測到的離子強(qiáng)度的信息；并且 對(duì)該系列的離子圖像中的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)去卷積以產(chǎn)生質(zhì)譜。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該多極桿是四極桿。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中產(chǎn)生該電場的步驟包括施加振蕩電壓和直流（DC)電 壓到該四極桿的電極上，并且逐漸改變?cè)撾妶龅脑撝辽僖粋€(gè)參數(shù)的步驟包括改變所施加的 振蕩電壓和DC電壓中的至少一個(gè)的幅值。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中被選擇性地傳輸?shù)皆摱鄻O桿的遠(yuǎn)端的離子的m/z范 圍是在2與20原子質(zhì)量單位之間。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲取一系列離子圖像的步驟是使用二維檢測器進(jìn)行 的，并且其中每個(gè)離子圖像包含關(guān)于在該第一和第二橫向軸線的不同位置處感測到的離子 強(qiáng)度的信息。6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)該系列的離子圖像中的數(shù)據(jù)進(jìn)行去卷積的步驟包 括用一組參考信號(hào)計(jì)算叉積，每個(gè)參考信號(hào)代表在該多極桿的特定運(yùn)行狀態(tài)下單一離子種 類的測量到的或預(yù)期的空間分布。7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中將離子遞送到該多極桿的入口端的步驟包括將這些 離子碎裂以產(chǎn)生產(chǎn)物離子。8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中將這些離子碎裂的步驟包括在碎裂之前對(duì)離子的子 集進(jìn)行質(zhì)量選擇。9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中將離子遞送到該多極桿的入口端的步驟包括在相對(duì) 于該多極桿的中央縱向軸線成角度地偏移的軸線處將這些離子注入該入口端。
【專利摘要】介紹了一種新穎的方法和質(zhì)譜儀設(shè)備，用于在空間和時(shí)間上分辨一個(gè)多極儀器的一個(gè)或多個(gè)離子離開圖案的圖像。具體而言，本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)通過一個(gè)陣列式檢測器測量了作為時(shí)間以及在四極濾質(zhì)器的射束截面中的空間位移的函數(shù)的離子電流。所檢測的四極桿離子電流與其可重現(xiàn)的空間-時(shí)間結(jié)構(gòu)的線性使得能夠?qū)碜詮?fù)合混合物中的單獨(dú)離子物種的信號(hào)貢獻(xiàn)因素去卷積，其中靈敏度和質(zhì)量分辨能力均是重要的。
【IPC分類】H01J49/42
【公開號(hào)】CN105070631
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510394026
【發(fā)明人】A.E.謝恩, R.A.小格羅瑟
【申請(qǐng)人】賽默菲尼根有限責(zé)任公司
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2011年2月28日
【公告號(hào)】CA2790169A1, CN102782802A, CN102782802B, EP2543059A1, EP2543059B1, US8389929, US8704163, US8841610, US20110215235, US20130175443, US20140224980, WO2011109311A1