專利名稱：具有增強的靈敏度和質(zhì)量分辨能力的四極質(zhì)譜儀的制作方法
具有增強的靈敏度和質(zhì)量分辨能力的四極質(zhì)譜儀發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及質(zhì)譜法領(lǐng)域。更確切地說，本發(fā)明涉及通過在四極儀器的出口孔口處收集的空間和時間特征的去卷積而提供改進的高質(zhì)量分辨能力(MRP)和靈敏度的質(zhì)譜儀系統(tǒng)和方法。相關(guān)技術(shù)的討論四極桿通常被描述為低分辨率的儀器。常規(guī)四極質(zhì)譜儀的理論和操作在大量文字書籍中(例如Dawson P. H. (1976)，四極質(zhì)譜儀及其應(yīng)用，阿姆斯特丹，愛思唯爾(Elsevier))并且在大量專利(例如授予Paul等人的、在1954年12月21日申請并在1960 年6月7日發(fā)布的美國專利號2，939，95，標題為“分離不同比荷的帶電顆粒的設(shè)備”)中都進行了描述。作為濾質(zhì)器，這樣的儀器是如下工作的通過所施加的能夠隨著時間變化的RF和DC電勢而設(shè)定穩(wěn)定性極限，使得具有特定質(zhì)荷比范圍的離子在整個裝置中具有穩(wěn)定的軌跡。特別是，通過對所配置的圓柱形、但更常見地是雙曲線的電極桿對，按本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式來施加固定的和/或變化的AC和DC電壓，建立所希望的電場來將預(yù)定離子在X和y方向上的運動穩(wěn)定化。其結(jié)果是，在X軸上施加的電場穩(wěn)定了較重離子的軌跡，而較輕的離子具有不穩(wěn)定的軌跡。相比之下，在y軸上的電場穩(wěn)定了較輕離子的軌跡，而較重的離子具有不穩(wěn)定的軌跡。在四極桿中具有穩(wěn)定軌跡并且因此到達位于四極桿群組的離開截面處的檢測器的質(zhì)量范圍是由這些質(zhì)量穩(wěn)定性極限所限定的。典型地，四極質(zhì)譜儀系統(tǒng)采用單一檢測器來記錄作為時間函數(shù)而到達四極桿群組的離開截面處的離子。通過單調(diào)地在時間上改變質(zhì)量穩(wěn)定性極限，離子的質(zhì)荷比可以(大致)由其到達檢測器的時間確定。在常規(guī)的四極質(zhì)譜儀中，由到達時間來估算質(zhì)荷比的不確定度對應(yīng)于質(zhì)量穩(wěn)定性極限之間的寬度。這種不確定度可以通過收窄這些質(zhì)量穩(wěn)定性極限而減小，即通過將四極桿作為窄帶濾波器運行。在這種模式下，四極桿的質(zhì)量分辨能力增強了，因為在“穩(wěn)定”質(zhì)量窄帶之外的離子撞擊到桿中而不是穿過其中達到檢測器。然而，這個改進的質(zhì)量分辨能力是以靈敏度為代價的。特別是當穩(wěn)定性極限窄時，即使“穩(wěn)定的”質(zhì)量也僅僅在邊際處是穩(wěn)定的，并且因此這些中僅有較小的分量到達了檢測器。關(guān)于使用數(shù)學(xué)去卷積方法來分析陣列式來源所提供的空間特征的系統(tǒng)和方法的背景信息在2008年3月04日授予Scheidemann等人的美國專利號7，339，521中進行了描述并提出了權(quán)利要求，其標題為 “ANALYTICAL INSTRUMENTS USING A PSEUDORANDOM ARRAYOF SOURCES, SUCHAS A MICRO-MACHINED MAS S SPECTROMETER OR MONOCHROMATOR[使用偽隨機源陣列如微機械質(zhì)譜儀或單色儀的分析儀器]”，包括以下內(nèi)容“在此披露了采用偽隨機序列以偽隨機源陣列來空間排列多個源的新穎方法和結(jié)構(gòu)。該偽隨機源陣列可以取代依賴樣品的、或由源發(fā)射的探針粒子/波的空間分離的分析儀器中的單一源。這個偽隨機源陣列中較大的源數(shù)量增強了位置靈敏檢測器上的信號。數(shù)學(xué)去卷積方法由該檢測器信號修復(fù)了具有改進的信噪比的譜?！蓖ㄟ^發(fā)光器件而提供離子空間檢測的質(zhì)譜儀系統(tǒng)的背景信息在1989年3月7日授予Bateman等人的美國專利號4，810，882中進行了描述并提出了權(quán)利要求，其標題為“MAS S SPECTROMETER FOR POSITIVE AND NEGATIVEIONS [用于正負離子的質(zhì)譜儀]”，包括以下內(nèi)容“本發(fā)明提供了一種能夠檢測正負離子二者的質(zhì)譜儀。從質(zhì)量分析器中出來的正離子撞擊一個轉(zhuǎn)換電極而釋放次級電子，次級電子穿過一個環(huán)形電極而撞擊磷光體從而釋放光子。負離子撞擊該環(huán)電極的表面而釋放次級電子，這些次級電子也撞擊該磷光體從而釋放光子。用常規(guī)的光電倍增管來檢測這些光子。這些電極被偏壓并且被布置成使得可以在不改變施加在其上的電勢的情況下檢測正離子和負離子兩者?！笔褂藐嚵惺綑z測器進行離子收集的系統(tǒng)的背景信息在Bonner Denton于2009年3月 8 日在 Pittcon 上演講的“From the Infrared to X-ray Advanced Detectors Set toRevolutionize Spectroscopy [從紅外到X射線將會改革光譜學(xué)的高級檢測器]”中進行了描述，包括以下內(nèi)容“正在通過適配以及修改初始開發(fā)用于可見CCD和紅外多路器陣列的技術(shù)組合而實現(xiàn)全新一代有前景的離子和電子檢測器。該新一代離子和電子檢測器所實 施的構(gòu)型范圍從適合于四極桿和飛行時間離子遷移率儀器的單一元件到用于離子擺線型和扇形基質(zhì)譜儀的線性陣列。將展示使用這些新技術(shù)來讀取微法拉第杯和指狀電極陣列的最新結(jié)果。由于這種途徑是高度靈敏的法拉第型庫倫檢測器，它適合于在同位素比率光譜儀和常規(guī)質(zhì)譜儀中實現(xiàn)高密度陣列并且將超高靈敏度檢測器用于離子遷移率光譜儀?！彪m然在這篇演講中描述的檢測器提供了關(guān)于離子離開位置的信息，但所描述的研究沒有利用這個信息。相反，是使用陣列來改進所捕獲的離子總數(shù)并且其與具有增強靈敏度的單一檢測器功能相同。圖IA示出了來自常規(guī)三節(jié)四極(TSQ)質(zhì)量分析器的實施例數(shù)據(jù)，用于展示目前在四極裝置中可獲得的質(zhì)量分辨能力。如圖IA中所示，產(chǎn)生自該實施例檢測的m/z 508.208離子的質(zhì)量分辨能力是約44，170，與在“高分辨率”平臺中、例如在傅里葉變換質(zhì)譜法(FTMS)中典型地實現(xiàn)的類似。為了獲得這樣的質(zhì)量分辨能力，緩慢掃描該儀器并在預(yù)定的質(zhì)量穩(wěn)定性區(qū)域的邊界之內(nèi)運行該儀器。雖然該數(shù)據(jù)顯示的質(zhì)量分辨能力(即，固有的質(zhì)量分辨能力)是較高的，但該儀器的穩(wěn)定性非常差，雖然沒有顯示出。圖IB(見插圖)示出了來自一個TSQ四極桿的示例性m/z 182、508、和997離子的Q3強度，該四極桿是以窄的穩(wěn)定性傳輸窗口(數(shù)據(jù)表示為A)以及較寬的穩(wěn)定性透析窗口(數(shù)據(jù)表示為A’)運行的。圖IB中的數(shù)據(jù)是用于顯示，質(zhì)量選擇性四極桿的靈敏度可以通過打開該傳輸穩(wěn)定性窗口而顯著增加。然而，雖然沒有在圖中明確示出，但以這樣的寬帶模式運行的四極儀器的固有質(zhì)量分辨能力是不理想的。圖IA和IB的關(guān)鍵點是，通常，四極濾質(zhì)器的運行提供了較高的質(zhì)量分辨能力或者以質(zhì)量分辨能力為代價提供了高的靈敏度，但是并非同時存在這二者，并且在所有情況下，掃描速率是較低的。然而，本發(fā)明提供了一種操作系統(tǒng)和方法，該操作系統(tǒng)和方法同時提供了高的質(zhì)量分辨能力以及在較高掃描速率下增大的靈敏度，這超過了四極質(zhì)量分析器的當前能力。因此，在質(zhì)譜儀領(lǐng)域需要改進此類系統(tǒng)的質(zhì)量分辨能力而不損失信噪比(S卩，靈敏度)。本發(fā)明解決了這個需要，如在此披露的，這是通過作為時間以及在射束截面中的空間位移的函數(shù)來測量離子電流并且接著將來自單獨離子物種的信號貢獻進行去卷積。發(fā)明概述本發(fā)明是針對新穎的四極濾質(zhì)器方法和系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)在離子物種之間、甚至當二者均同時穩(wěn)定時，通過記錄隨施加的RF和DC場變化的、離子撞擊一個位置靈敏檢測器的地點而產(chǎn)生區(qū)別。當將到達時間和位置合并(binned)時，這些數(shù)據(jù)可以被認為是一系列離子圖像。觀察到的每個離子圖像實質(zhì)上是多個分量圖像的疊加，對于每個以給定時刻離開四極桿的獨特m /z值有一個圖像。因為本發(fā)明提供了隨m/z和施加的場變化的、對任意離子圖像的預(yù)測，可以從一系列觀察到的離子圖像中通過在此討論的數(shù)學(xué)去卷積方法來提取每個單獨的分量。每個物種的質(zhì)荷比和豐度必然在去卷積之后直接得到。本發(fā)明的第一方面是針對一種高質(zhì)量分辨能力高靈敏度的質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀包括一個多極桿，該多極桿被配置成傳遞在所施加的RF和DC場限定的穩(wěn)定性邊界之內(nèi)一個或多個物種的豐度，這些物種的特征為無單位的馬丟參數(shù)(a，q);一個檢測器，該檢測器被配置成記錄這些離子的豐度在該多極桿的截面區(qū)域處的空間和時間特性；以及一個處理裝置，該處理裝置被配置成將所述一個或多個離子物種豐度的所述被記錄的空間和時間特性作為施加的RF和/或DC場的函數(shù)進行去卷積，以便提供所述一個或多個離子物種的質(zhì)量辨別。本發(fā)明的另一個方面提供了從質(zhì)量分析器和檢測器獲得的圖像的去卷積方法，這是通過首先獲取或綜合產(chǎn)生參考信號。該參考信號是一系列圖像，其中每個圖像代表施加至四極桿上的特定場狀態(tài)所產(chǎn)生的單一(典型的)物種的離開離子的空間分布。此后該方法被設(shè)計用于從所述多極桿的離開通道獲取一個或多個離子物種的豐度的空間和時間原數(shù)據(jù)。然后從這些參考信號產(chǎn)生一個偏移的自相關(guān)向量并且將所獲取的數(shù)據(jù)破碎成適當?shù)慕M塊并且用零填補此數(shù)據(jù)。然后得出一個或多個數(shù)據(jù)組塊與每個參考信號的點積。然后將去卷積問題布置成矩陣形式，通常為To印Iitz形式，以便解出并且因此提供所述一個或多個離子物種豐度的質(zhì)量分辨而使之包括不同離子物種的數(shù)目，以及每個物種的相對豐度以及質(zhì)荷比的準確估計值。因此，本發(fā)明提供了以下操作設(shè)備和方法，該操作設(shè)備和方法使得使用者能夠通過不僅作為所施加的場的函數(shù)并且作為在四極桿出口處空間截面中的位置的函數(shù)而計算離子密度的分布，來獲取在約一個RF周期的量級上具有時間分辨率的綜合性質(zhì)量數(shù)據(jù)。其應(yīng)用包括但不嚴格局限于石油分析、藥物分析、磷酸肽分析、DNA和蛋白測序等，這些在此前是不能用四極系統(tǒng)來探詢的。作為附帶的益處，在此披露的此類構(gòu)型和方法能夠放松對制造公差的要求，這減小了總成本同時改進了穩(wěn)健性。附圖
簡要說明圖IA示出了來自有益的商業(yè)TSQ的示例性四極桿質(zhì)量數(shù)據(jù)。 圖IB示出了來自以O(shè). 7FWHM的AMU穩(wěn)定性傳輸窗口運行的TSQ四極桿的額外Q3數(shù)據(jù)，與10. OFffHM的AMU穩(wěn)定性傳輸窗口進行比較。圖2A示出了馬丟穩(wěn)定性圖，其中一條掃描線代表了較窄的質(zhì)量穩(wěn)定性極限，還有一條“被減小的”掃描線，其中已經(jīng)將DC/RF之比減小以便提供更寬的質(zhì)量穩(wěn)定性極限。圖2B示出了在特定時刻于四極桿的出口處收集到的多個不同離子物種的模擬記錄圖像。
圖3示出了可以用本發(fā)明的方法運行的三節(jié)質(zhì)譜儀系統(tǒng)的有益的示例性構(gòu)型。圖4示出了配置有讀出陽極(read-out anodes)線性陣列的時間和位置離子檢測器系統(tǒng)的不例性實施方案。圖5示出了執(zhí)行延遲線(delay-line)系統(tǒng)的一個示例性的時間和位置離子檢測器系統(tǒng)。圖6示出了結(jié)合了光子檢測器技術(shù)的一個示例性的時間和位置離子檢測器系統(tǒng)。圖7展示了本發(fā)明的去卷積方法的示例性模擬結(jié)果。圖8展示了具有在FWHM下測量的質(zhì)量分辨能力的去卷積方法的示例性模擬結(jié)果。詳細說明在此處對本發(fā)明的說明中，應(yīng)理解的是，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞涵蓋了其復(fù)數(shù)的對應(yīng)形式，并且以復(fù)數(shù)形式出現(xiàn)的詞涵蓋了其單數(shù)的對應(yīng)形式，除非另外暗示性地或者明確地解釋或陳述。此外，應(yīng)理解的是，對于在此說明的任何給定的組分或?qū)嵤┓桨?，對該組分列出的可能候選物或替代中的任何一個總體上都可以單獨地或彼此組合地使用，除非另外暗示性地或者明確地解釋或陳述。此外，應(yīng)了解的是，如在此所示的圖不一定是按比例繪制的，其中一些要素可能僅是為了本發(fā)明的清楚而繪制的。而且，在不同的圖之間參考號可以重復(fù)以便顯示對應(yīng)的或類似的要素。另外，將要理解的是，此類候選物或替代物的任何清單都僅是解釋性的而非限制性的，除非另外暗示性地或者明確地解釋或陳述。此外，除非另外指明，否則表示在本說明書和權(quán)利要求書中使用的成分、組分、反應(yīng)條件等等的量的數(shù)字應(yīng)理解為用術(shù)語“大約”來修飾。因此，除非相反地指明，否則在本說明書和所附權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)是可以根據(jù)在此提出的主題所需要獲得的理想特性而改變的近似值。完全不限制并且也不打算限制等效物原理對本權(quán)利要求書范圍的應(yīng)用，每個數(shù)值參數(shù)都應(yīng)該至少在所報告的有效數(shù)字的個數(shù)的意義上并且通過應(yīng)用常規(guī)舍入技術(shù)來解釋。雖然列出在此提出的主題的寬泛范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但在具體實例中列出的數(shù)值是盡可能精確地報告的。然而，任何數(shù)值固有地包含必然會由于在其對應(yīng)測試結(jié)果中發(fā)現(xiàn)的標準偏差而產(chǎn)生的確定誤差。概括說明典型地，一種多極濾質(zhì)器(例如，四極濾質(zhì)器)在連續(xù)的離子束上運行，但也可以通過對掃描功能和數(shù)據(jù)獲取算法的適當修改而使用脈沖離子束以便恰當整合此類斷續(xù)信號。在該儀器內(nèi)通過對圍繞長軸線以四倍對稱性排列的所配置的平行桿動態(tài)地施加電場來產(chǎn)生四極場。對稱軸稱為z軸。按照約定，將這四個桿描述為一對X桿和一對y桿。在任何時刻，這兩個X桿都具有彼此相同的電勢，這兩個I桿也是。I桿上的電勢相對于X桿是反向的。相對于z軸處的恒定電勢，每組桿上的電勢可以表示為恒定DC偏移量加上一個快速振蕩的RF分量(以約IMHz的典型頻率)。X桿上的DC偏移量是正的，使得正離子感受到趨向于將其保持在z軸附近的恢復(fù)力方向上的電勢像一個井。相反，y桿上的DC偏移量是負的，使得正離子感受到驅(qū)使其更遠離z軸的推斥力；y方向上的電勢像一個鞍。對兩對桿均施加振蕩RF分量。X桿上的RF相是相同的并且與y桿上的相相差180度。離子從四極桿入口沿著z軸惰性地移動至通常位于四極桿出口處的檢測器。在四極桿內(nèi)部，離子具有在X和y方向上分離的軌跡。在X方向上，所施加的RF場將具有最小質(zhì)荷比的離子帶出勢阱并進入桿中。具有足夠高的質(zhì)荷比的離子仍陷在井中并在X方向上具有穩(wěn)定的軌跡；在X方向上施加的場用作了高通濾質(zhì)器。相反，在y方向上，只有最輕的離子被所施加的RF場穩(wěn)定，這克服了所施加的DC將它們拉入桿中的趨勢。因此，在y方向上所施加的場用作低通濾質(zhì)器。在X和y方向上均具有穩(wěn)定的分量軌跡的離子穿過四極桿而到達檢測器。DC偏移量和RF幅值可以進行選擇，使得僅測量到具有所希望的m/z值范圍的離子。如果RF和DC是固定的，則離子從入口到出口橫穿該四極桿并且展現(xiàn)出作為含RF相的周期函數(shù)的離開圖案。雖然離子離開是基于分離的動作，但所觀察到的離子振蕩完全被鎖定至RF。以例如濾質(zhì)器模式運行四極桿的結(jié)果是，通過提供漸變的RF和DC電壓進行裝置的掃描自然改變了在儀器出口處觀察到的隨時間的空間特征。本發(fā)明通過收集具有不同m/z的空間分散的離子(甚至在它們基本上同時離開四極桿時)而探索了這樣的變化特征。例如在圖2B中例示的，在給定的時 刻，具有質(zhì)量A的離子和具有質(zhì)量B的離子可以在儀器的離開截面中位于兩個不同的團簇中。本發(fā)明以在10個RF周期、更通常低至一個RF周期(例如，IMHz的典型RF周期對應(yīng)于約I微秒的時間幀)的等級上的時間分辨率或以壓RF周期的特異性獲取了分散的離開離子，以提供在每個RF和/或施加的DC電壓下作為RF相函數(shù)的一個或多個收集圖像的形式的數(shù)據(jù)。一旦收集至IJ，本發(fā)明可以在所捕獲的圖像中通過將離子離開圖案去卷積的結(jié)構(gòu)模型來提取全部質(zhì)譜內(nèi)容并且因此提供所希望的離子信號強度，甚至是在干擾信號的附近。在組成上，本發(fā)明的四極質(zhì)譜儀不同于常規(guī)四極質(zhì)譜儀之處在于本發(fā)明包括一個高速的位置靈敏檢測器，用于在離子離開四極桿時觀察離子，而該四極桿僅對離子計數(shù)而不記錄離子的相對位置。特別是，本發(fā)明不同于常規(guī)儀器之處在于兩個重要的方面1)將時間序列的離子圖像轉(zhuǎn)化為質(zhì)譜的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換；以及2)被配置成以寬的穩(wěn)定性極限運行從而產(chǎn)生高靈敏度的四極桿。不同于常規(guī)的四極儀器，在此使用更寬的穩(wěn)定性極限時不會導(dǎo)致質(zhì)量分辨能力減小。事實上，本發(fā)明在多種多樣的操作條件下產(chǎn)生了非常高的質(zhì)量分辨能力，這是通常不與四極質(zhì)譜儀相關(guān)聯(lián)的特性。因此，在此披露的新穎的數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)分析設(shè)備和方法形成了本發(fā)明的基礎(chǔ)，從而允許在與常規(guī)系統(tǒng)中可能的相比更高的掃描速率下同時實現(xiàn)更高的靈敏度以及質(zhì)量分辨能力(MRP)。當施加的DC偏移量和RF幅值漸變時，在高的暫時采樣速率下獲取了時間序列的離子圖像。去卷積算法重建了到達檢測器的離子質(zhì)荷比值的分布，從而提供了“質(zhì)譜”，實際上的荷質(zhì)比譜圖。給定了本發(fā)明的高數(shù)據(jù)率和計算要求時，通常使用圖形處理單元(GPU)來將數(shù)據(jù)流實時轉(zhuǎn)化為質(zhì)譜。詳細說明將理想四極桿中的離子軌跡通過馬丟方程來建模。馬丟方程描述了徑向和軸向上的無限場，不同于這些桿具有有效長度和有效間隔的真實情況。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，馬丟方程的解可以分類為有界的和無界的。有界的解對應(yīng)于從不離開具有有限半徑的柱體的軌跡，而該半徑取決于離子的初始條件。典型地，有界的解等于攜帶離子穿過四極桿到達檢測器的軌跡。對于有限的桿，一些具有有界軌跡的離子撞擊這些桿而不是穿過其中到達檢測器，即，邊界半徑超過了四極桿孔的半徑。相反，一些具有在邊際處無界軌跡的離子穿過四極桿到達檢測器，即，該離子在有機會在徑向上向外擴展至無限遠之前就達到了檢測器。盡管存在這些缺點，馬丟方程對于理解離子在有限四極桿中的行為仍是非常有用的，例如在本發(fā)明中使用的有限四極桿。馬丟方程可以用兩個無單位的參數(shù)a和q來表示。馬丟方程的通解，即，離子是否具有穩(wěn)定軌跡，僅取決于這兩個參數(shù)。特定離子的軌跡還取決于一組初始條件離子在進入四極桿時的位置和速度以及此時該四極桿的RF相位。如果m/z表示離子的質(zhì)荷比，U表示DC偏移量，并且V表示RF幅值，則a與U/(m/z)成正比并且q與V/(m/z)成比例。(q，a)值的平面可以劃分成與有界的解和無界的解對應(yīng)的相鄰區(qū)域。在q_a平面中對有界和無界的區(qū)域的描述被稱為穩(wěn)定性圖，將在下面關(guān)于圖2A進行詳細討論。包含馬丟方程的有界解的區(qū)域被稱為穩(wěn)定性區(qū)域。穩(wěn)定性區(qū)域是由與軌跡的X和y分量分別穩(wěn)定的區(qū)域相對應(yīng)的兩個區(qū)域的相交部形成的。存在多個穩(wěn)定性區(qū)域，但常規(guī)的儀器涉及主要穩(wěn)定性區(qū)域。該主要穩(wěn)定性區(qū)域在該q_a平面的原點處具有一個頂點。其邊界單調(diào)上升至處于具有近似坐標(0. 706，0. 237)的點處的一個頂點，并且單調(diào)下降而在a軸上在近似0. 908的q值處形 成第三個頂點。按照約定，只考慮該q_a平面的正象限。在這個象限中，穩(wěn)定性區(qū)域類似于三角形。圖2A示出了特定質(zhì)荷比的離子的此種示例性馬丟四極穩(wěn)定性圖。為使離子穿過，它在X和Y維度上必須同時是穩(wěn)定的。圖2A中所示的￥等0線(Py)在該穩(wěn)定性圖的頂端趨近于零，X等P線(Px)趨近于1.0。在用于質(zhì)量過濾目的的四極桿的常用操作過程中，對應(yīng)的固定RF和DC值的q和a參數(shù)可以按照希望選擇以便緊密對應(yīng)這個“停置的(parked)”圖中的頂點(用m表示)，使得基本上只有m離子可以傳輸并且被檢測到。對于其他U/V比值，具有不同m/z值的離子映射到該穩(wěn)定性圖中的一條穿過原點以及第二點(q*，a*)(用參考字符2表示)的線上。圖2A中所示用參考字符I表示的這組值，稱為操作線，可以用{(kq*，ka*) :k > 0)表示，其中k與m/z成反比。這條線的斜率由U/V之比確定。當q和a因此還有成比例施加至四極桿上的RF和DC電壓都以恒定比率增加時，掃描線I被構(gòu)型成穿過一種離子的一個給定的穩(wěn)定性區(qū)域。因此，使用穩(wěn)定性圖作為指導(dǎo)的儀器可以是“停置的”，即，以固定的U和V運行以瞄準特定的有意義的離子(例如在圖2A的頂點處，用m表示)，或者是“掃描的”，從而單調(diào)地增加U以及V幅值二者以便將整個m/z值范圍以相繼的時間間隔從低m/z到高m/z帶入穩(wěn)定性區(qū)域內(nèi)。一種特殊情況是當U和V各自在時間上線性漸變時。在此情況下，所有離子沿著相同的固定操作線穿過該穩(wěn)定性圖，其中離子沿著這條線以與m/z成反比的速率移動。例如，如果質(zhì)荷比為M的離子在時間t穿過(q*，a*)2，則質(zhì)荷比為2M的離子在時間2t穿過同一個點。如果(q*，a*) 2恰位于圖2A的穩(wěn)定性圖的頂端的下方，使得荷質(zhì)比M瞄準時刻t，則荷質(zhì)比2M瞄準時刻2t。因此，時間刻度和m/z刻度是線性相關(guān)的。其結(jié)果是，作為時間的函數(shù)而撞擊在檢測器上的離子通量非常密切地與射束中的離子質(zhì)量分布成比例。即，檢測到的信號是“質(zhì)譜”。為了通過增加到達檢測器的離子的豐度來提供增大的靈敏度，如圖2A中所示，掃描線I’可以被重構(gòu)為具有減小的斜率，如由區(qū)域6和8界定的。當RF和DC電壓隨時間線性漸變時，(如上所述，“掃描的”)，則每個m/z值在馬丟穩(wěn)定性圖中遵循相同的路徑(即，q，路徑)，其中如前所述，離子沿著這條線以與m/z成反比的速率移動。為了進一步了解關(guān)于馬丟穩(wěn)定性圖的離子移動，已知離子在進入穩(wěn)定性區(qū)域之前在y方向上是不穩(wěn)定的，但是當離子進入穩(wěn)定性圖的第一邊界2(具有Py = O)時，它變?yōu)榕R界穩(wěn)定的，在y方向上具有較大的聞幅值以及低頻率的振蕩，這種振蕩趨向于隨時間減小。當離子如邊界區(qū)域4所示離開該穩(wěn)定性圖時，它在X方向上變得不穩(wěn)定(Px= I)并且因此在X方向上的振蕩趨向于隨時間增大，其中在即將離開之前在X方向上具有較大的振蕩。如果掃描線是在I不穩(wěn)定區(qū)域或X不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)運行，則未被限定在穩(wěn)定性圖內(nèi)的離子對電極放電并且未被檢測到?？傮w上，如果兩個離子同時是穩(wěn)定的，則較重的一個(較晚進入穩(wěn)定性圖內(nèi))具有較大的I振蕩并且較輕的一個具有較大的X振蕩。當離子移動穿過圖2A的穩(wěn)定性區(qū)域時發(fā)生改變的離子運動的另一方面是在X和y方向上的振蕩頻率(用馬丟參數(shù)P表示)。當離子進入穩(wěn)定性圖內(nèi)時，其在y方向上的(基礎(chǔ))振蕩頻率實質(zhì)上為零并且上升至某個離開值。該基礎(chǔ)的y方向離子頻率像“線性調(diào)頻脈沖(chirp)”一樣增大，S卩，具有像P隨a:q斜率非線性增加一樣的、略微非線性的頻率 增加，如本領(lǐng)域熟知的。類似地，X方向基礎(chǔ)振蕩頻率(Co)也從某個略低于RF/2或/2)的初始值增大至在出口處恰好為《/2(0 = I)。應(yīng)了解的是，X方向上的離子運動由頻率正好高于或低于主(《/2)的兩個不同振蕩之和決定。正好低于(即，基礎(chǔ)的)一個是正好高于《/2的一個的鏡像。這兩個頻率正好在離子離開時匯合，這在離子即將離開之前產(chǎn)生了非常低頻率的節(jié)拍(beating)現(xiàn)象，類似于離子進入穩(wěn)定性區(qū)域中時的低頻率y振蕩。因此，如果兩個離子同時是穩(wěn)定的，則較重的一個(穩(wěn)定性圖中穿過不夠遠)在X和Y方向上均具有較慢的振蕩(在X方向上輕微但在Y方向上顯著)；其中較輕的一個具有更快的振蕩并且如果靠近出口的話在X方向上具有低頻節(jié)拍。微運動的頻率和幅值還以相關(guān)的方式改變，這些方式不容易簡明地概括、但也有助于提供質(zhì)量辨別。本發(fā)明以一種新穎的方式利用這種復(fù)雜的運動圖案來區(qū)分兩個具有非常相似的質(zhì)量的離子。作為對以上說明的概括性陳述，四極桿操縱的離子被感應(yīng)而在穿過穩(wěn)定性區(qū)域時在檢測器截面上進行振蕩運動(“離子舞”)。每個離子以相同的“a”和“q”值、僅在不同時間以不同的RF和DC電壓進行精確地相同的舞蹈。這種離子運動(即，對于具有相同m/z但具有不同初始位移和速度的離子云而言)完全用a和q來表征，是通過作為時間的函數(shù)來影響離開四極桿的離子云的位置和形狀。對于幾乎相同的兩個質(zhì)量，其對應(yīng)的舞蹈的速度是實質(zhì)上相同的并且可以通過一個時間偏移而近似地相關(guān)。圖2B示出了在這樣的“離子舞蹈”的特定時刻一個特定圖案的模擬記錄圖像。該實例圖像可以通過在此討論的快速檢測器(即，能夠獲得10個RF周期、更通常低至一個RF周期的時間分辨率或者具有亞RF周期的特異性的檢測器)來收集，該快速檢測器被定位為獲取離子是在何處何時離開的，并且具有區(qū)分細節(jié)的實質(zhì)性的質(zhì)量分辨能力。如上所述，當在掃描過程中一個離子在其(q，a)位置進入該穩(wěn)定性區(qū)域中時，其軌跡的y分量從“不穩(wěn)定”變?yōu)椤胺€(wěn)定”。如果及時觀察在離開截面進程中形成的離子圖像，離子云被拉長并經(jīng)歷了劇烈的豎直振蕩，這些振蕩將其攜帶到超出了所收集圖像的頂部和底部。逐漸，該離開的云收縮，并且I分量的振蕩幅值減小。如果該云在進入四極桿時足夠緊湊，則當離子非常好地位于穩(wěn)定性區(qū)域內(nèi)時，在整個振蕩周期的過程中整個云保留在該圖像中，即，100%的傳輸效率。當離子接近該穩(wěn)定性區(qū)域的出口時，發(fā)生了類似的效應(yīng)，但是是相反的并且涉及的是X分量而非y。該云在水平方向上逐漸延長并且這個方向上的振蕩幅值增大，直到該云跨過該圖像的左右邊界。最后，振蕩以及云的長度二者均增大，直到傳輸率降低至零。圖2B圖解地展示了這樣的結(jié)果。確切地說，圖2B示出了具有穿過四極桿的穩(wěn)定軌跡的五個質(zhì)量(兩個在橢圓內(nèi)圖解地高亮顯示)。然而，在相同的RF和DC電壓下，每個質(zhì)量包括不同的a和q并且因此包括不同的“ P ”，于是在每個時刻包括不同的離開圖案。圖解式提供的橢圓12和14對應(yīng)于在該穩(wěn)定性區(qū)域6和8的邊緣處相對于示例性掃描線(例如圖2A的掃描線I’ )界定的質(zhì)量。特別是，如被圖2B所示的橢圓6圖解地封閉的豎直離子云對應(yīng)于進入穩(wěn)定性圖中的較重離子，正如以上說明的，并且因此以一個將此重離子帶到Y(jié)表示的四極桿附近的幅值進行振蕩。被圖2B所示的橢圓8圖解地封閉的離子團簇對應(yīng)于離開該穩(wěn)定性圖的較輕離子，正如以上說明的，并且因此使得此離子以一個將此類較輕離子帶到所表示的X四極桿附近的幅值進行振蕩。在該圖像內(nèi)有另外的離子團簇(在圖2B中顯示出但沒有特別高亮顯示)，該離子團簇是在相同的時間幀時收集的但由于其a和q并且因此“ P ”參數(shù)的差異而具有不同的離開圖案。 因此每個離開的離子云進行相同的“舞蹈”，在進入該穩(wěn)定性區(qū)域內(nèi)時在y方向劇烈振蕩并且出現(xiàn)在該圖像中、穩(wěn)定下來、并且然后在離開該穩(wěn)定性區(qū)域時在X方向劇烈振蕩并從該圖像中消失?？v使所有離子都進行相同的舞蹈，其時機和節(jié)奏不同。每個離子開始其舞蹈的時間，即，進入穩(wěn)定性區(qū)域的時間，以及舞蹈的速度以為刻度。因此，由于有可能對一個具有任意m/z的離子構(gòu)建離子圖像的一個時間序列，還有可能通過在此詳述的數(shù)學(xué)去卷積方法從一系列觀察到的離子圖像中提取每個單獨的分量，類似于圖2B中所示的。每個物種的質(zhì)荷比和豐度在去卷積之后直接得到。應(yīng)注意的是，雖然沿著四極桿的軸線對稱注入的離子在四極桿裝置的出口處成像時提供了區(qū)別，但優(yōu)選的是將離子偏離中心地注入以便在出口處被收集時由于經(jīng)歷甚至更大振蕩的出口離子云而提供甚至更大的區(qū)別。圖2B展示了此種偏離中心的注入的實施方案。一個關(guān)鍵點在于，僅按照有界和無界來對離子軌跡分類并沒有約束四極桿的總電勢以區(qū)分具有相似質(zhì)荷比的離子。通過收集離子圖像(這些圖像將離子落在檢測器上的地點作為施加的場的函數(shù)進行記錄)，可以在具有有界軌跡的離子中進行更細微的區(qū)分。觀察到的每個離子圖像是多個組分圖像的疊加，對于每個以給定時刻離開四極桿的獨特m/z值有一個圖像。本發(fā)明證明了能夠通過記錄離子撞擊檢測器的時間和位置來區(qū)分在四極桿中同時穩(wěn)定的離子的m/z值。利用這種能力，本發(fā)明對四極質(zhì)譜儀的靈敏度具有突出的影響。因為僅測量了具有有界軌跡的離子，則必然遵循的是，任何離子物種的信噪比特征隨著實際到達檢測器的離子的數(shù)目而改進。用于本發(fā)明中的四極桿的穩(wěn)定性傳輸窗口因此可以按一種預(yù)定方式(即，通過減小掃描線I’的斜率，如圖2A中所示)來配置以允許較寬范圍的離子穿過該儀器，其結(jié)果增大了信噪比，因為給定物種的記錄離子數(shù)增大了。因此，通過增加離子的數(shù)目，有益地提供了靈敏度增益，因為在給定的時刻，更大部分的給定離子物種現(xiàn)在不僅可以穿過四極桿而且還可以在長得多的掃描持續(xù)時間內(nèi)穿過該四極桿。靈敏度的潛在增益必然帶來這些因素的倍增結(jié)果。然而，雖然離子計數(shù)的增加是必須的，但有一些折中可能是增大靈敏度所要求的。舉例而言，當一個四極桿作為具有改進的離子統(tǒng)計性的濾質(zhì)器、即通過打開該傳輸穩(wěn)定性窗口來運行時，靈敏度增益可能由于質(zhì)量分辨能力的損失而被抵消，因為該窗口內(nèi)低豐度的物種可能被在相同時間幀離開該四極桿的一個具有更高豐度的物種遮擋。為了緩解這種效應(yīng)，應(yīng)了解的是雖然本發(fā)明的質(zhì)量分辨能力潛在地是實質(zhì)性大的(即，通過以僅RF的模式運行)，但本發(fā)明的系統(tǒng)通常是以高達約IOAMU寬并且在一些應(yīng)用中高達約20AMU寬度的質(zhì)量分辨能力窗口運行，并且其掃描速率是在所選定的m/z傳輸窗口內(nèi)提供有用的信噪比所必須的。使用離子圖像作為分離基礎(chǔ)使得本發(fā)明的方法和儀器能夠不僅提供高的靈敏度(即，比常規(guī)四極濾波器大10至200倍的增大的靈敏度)而且還同時提供了 100ppm(l萬的質(zhì)量分辨能力)低至約lOppmdO萬的質(zhì)量分辨能力)的質(zhì)量A的微分。出乎意料地，如果在此披露的裝置在包括所有電子器件的最小漂移的理想條件下運行，則本發(fā)明甚至可以提供優(yōu)良的、Ippm的質(zhì)量A的微分(即，I百萬的質(zhì)量分辨能力)。回到附圖，圖3示出了一種三節(jié)質(zhì)譜儀系統(tǒng)(例如商業(yè)TSQ)的有益的示例性構(gòu)
型，用參考號300概括性地表示。應(yīng)了解的是，質(zhì)譜儀系統(tǒng)300是以非限制性的有益實例呈現(xiàn)的并且因此本發(fā)明也可以結(jié)合其他具有不同于所描繪這些的結(jié)構(gòu)和配置的質(zhì)譜儀系統(tǒng)來實施。 質(zhì)譜儀300的操作可以通過一個具有各自已知類型電路的控制和數(shù)據(jù)系統(tǒng)(未描繪)進行控制并且可以通過它來獲取數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)被實施為用于提供對質(zhì)譜儀和/或相關(guān)儀器的儀器控制和數(shù)據(jù)分析的一般或特殊目的的處理器(數(shù)字信號處理器(DSP))、固件、軟件中的任何一種或其組合，以及硬件電路，以及被配置成執(zhí)行一組指令的硬件電路，這些指令實施本發(fā)明的規(guī)定的數(shù)據(jù)分析和控制程序。此種對數(shù)據(jù)的處理還可以包括平均、掃描分組、如在此披露的去卷積、庫搜索、數(shù)據(jù)儲存以及數(shù)據(jù)報告。還應(yīng)了解的是，啟動比在此披露更慢或更快的預(yù)定掃描指令、從對應(yīng)的掃描來在原文件中鑒定一組m/z值、合并數(shù)據(jù)、將結(jié)果導(dǎo)出/顯示/輸出給用戶等等，可以通過基于數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)(例如控制器、計算機、個人計算機等等)來執(zhí)行，該系統(tǒng)包括用于實施質(zhì)譜儀300的上述指令和控制功能的硬件以及軟件邏輯。此外，如以上說明的，這樣的指令和控制功能也可以由如圖3所示的質(zhì)譜儀系統(tǒng)300來實施，如通過機器可讀介質(zhì)(如計算機可讀介質(zhì))所提供的。根據(jù)本發(fā)明的多個方面，計算機可讀介質(zhì)是指本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的并且了解的介質(zhì)，這些介質(zhì)中編碼了以機器/計算機可以讀取(即，掃描/感測)的、并且機器/計算機的硬件和/或軟件可以解釋的形式提供的信息。因此，當在此披露的有益的質(zhì)譜儀300系統(tǒng)接收到具有給定譜圖的質(zhì)譜數(shù)據(jù)時，植入本發(fā)明的計算機程序中的信息可以被用來例如從該質(zhì)譜數(shù)據(jù)中提取對應(yīng)于選定的一組質(zhì)荷比的數(shù)據(jù)。此外，植入本發(fā)明的計算機程序中的信息可以被用來以本領(lǐng)域技術(shù)人員理解并希望的方式進行標準化、偏移數(shù)據(jù)、或從原文件中提取不想要的數(shù)據(jù)等方法?；氐綀D3的示例性質(zhì)譜儀300系統(tǒng)，可以通過一個在本發(fā)明處或附近工作的離子源352將包含一種或多種有意義的分析物的樣品電離，該離子源可以按僅射頻(RF)的模式或RF/DC模式來工作。取決于具體施加的RF和DC電勢，僅允許具有選定荷質(zhì)比的離子穿過此結(jié)構(gòu)，而剩余的離子遵循不穩(wěn)定的軌跡而從施加的多極場中逸出。當僅在預(yù)定的電極(例如，球狀的、雙曲線的、扁平的電極對等等)之間施加RF電壓，則該設(shè)備的運行以超過某個閾值質(zhì)量的大幅度開放方式傳送離子。當在預(yù)定的桿對之間施加RF和DC電壓的組合時，存在上截止質(zhì)量以及下截止質(zhì)量。隨著DC與RF電壓之比的增大，離子質(zhì)量的傳輸帶變窄從而提供濾質(zhì)器操作，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知并且理解的。因此，對本方面的多極裝置的預(yù)定相反電極施加的RF和DC電壓，如圖3中所示(例如Q3)，其施加方式可以是提供預(yù)定的穩(wěn)定性傳輸窗口，該窗口被設(shè)計成使得更大傳輸率的離子能夠被引導(dǎo)穿過該儀器、在出口處被收集并且被處理從而確定質(zhì)量特征。因此，示例性多極桿，如圖3的Q3，可以與系統(tǒng)300的共同部件一起被配置以便提供可能高達約I百萬的質(zhì)量分辨能力，其中與使 用典型的四極掃描技術(shù)時相比，靈敏度的數(shù)量增加了高達約200倍。特別是，此類裝置的RF和DC電壓可以隨時間得以掃描以便探詢在預(yù)定m/z值(例如，20AMU)上的穩(wěn)定性傳輸窗口。此外，具有穩(wěn)定軌跡的離子到達檢測器366，該檢測器能夠進行10個RF周期或大氣壓或在系統(tǒng)要求所限定的壓力的量級上的時間分辨。因此，該離子源352可以包括但不嚴格局限于電子電離(EI)源、化學(xué)電離(Cl)源、基質(zhì)輔助激光解吸電離(MALDI)源、電噴射電離(ESI)源、大氣壓化學(xué)電離(APCI)源、納米電噴射電離(NanoESI)源、以及大氣壓電離(API)等等。所得離子通過預(yù)定的離子光學(xué)件被引導(dǎo)，從而被促使穿過一系列具有漸減壓力的室，這些離子光學(xué)件可以包括管式透鏡、分離器(skimmer)以及多極桿，例如參考符號353和354，選自射頻RF四極和八極離子引導(dǎo)件等等，這些室操作性地引導(dǎo)并聚焦此類離子以便提供良好的傳輸效率。這些不同的室與連接到一組泵(未示出)的對應(yīng)端口 380(在圖中用箭頭表示)連通以便將壓力維持在所希望的值。圖3的示例性質(zhì)譜儀300被展示為包括一個三節(jié)構(gòu)型364，具有電連接到相應(yīng)電源(未示出)上的、標記為Q I、Q2和Q3的區(qū)段，以便作為四極離子引導(dǎo)件來工作，該四極離子引導(dǎo)件也可以在更高等級的多極場(例如八極場)的存在下運行，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。要注意的是，當前的這類極結(jié)構(gòu)往往更常見地低至一個RF周期或具有亞RF周期的特異性，其中對該特異性進行選擇以便提供對于掃描速率而言適當?shù)姆直媛?，從而提供所希望的質(zhì)量區(qū)分(PPM)。這樣的檢測器有益地位于四極桿的通道出口(例如圖3的Q3)處以便提供可以被去卷積成為富質(zhì)譜368的數(shù)據(jù)。由這樣的操作所產(chǎn)生的依賴時間的數(shù)據(jù)通過應(yīng)用在此說明的去卷積方法而轉(zhuǎn)化成質(zhì)譜，這些去卷積方法將所記錄的離子到達時間和位置的集合轉(zhuǎn)化成一組m/z值以及相對豐度。觀察此類隨時間變化的特征的一種簡化構(gòu)型可以是處于一種窄裝置的形式(例如針孔)，該窄裝置在空間上是沿著一個在該四極桿(Q3)的出口與一個被設(shè)計用于記錄所允許的離子信息的對應(yīng)檢測器366之間的平面而配置的。通過這樣的安排，穿過該窄孔的依賴時間的離子電流提供了隨漸變的電壓而變、在射束截面中的給定位置處具有包絡(luò)線的一個樣品。重要的是，由于給定m/z值和漸變電壓的包絡(luò)線與略微不同的m/z值和偏移的漸變電壓的包絡(luò)線是大致相同的，因此兩個具有略微不同的m/z值的離子穿過這樣的示例性窄孔得到的依賴時間的離子電流也通過一個時間偏移量而相關(guān)，對應(yīng)于RF和DC電壓的偏移量。在四極桿的離開截面中離子的出現(xiàn)取決于時間，因為RF和DC場取決于時間。特別是，由于RF和DC場受使用者控制并且因此是已知的，所以該時間序列的離子圖像可以有益地使用總所周知的馬丟方程對任意m/z的離子的解來建模。然而，盡管在四極桿裝置的預(yù)定的空間離開位置處使用窄孔展示了基本的構(gòu)思，但實際上在四極桿的出口處的一個預(yù)定的空間平面處存在多個與時間相關(guān)聯(lián)的窄孔位置，各自具有不同的細節(jié)和信號強度。為了有益地記錄這樣的信息，本發(fā)明的空間/時間檢測器366的構(gòu)型實際上多少是一個多極針孔陣列，該陣列實質(zhì)上提供了多個分辨通道以便在空間上將這些單獨的偏移圖案記錄為具有嵌入的質(zhì)量內(nèi)容的圖像。所施加的DC電壓和RF幅值可以與RF相進行同步的步進以便提供對任意場條件的離子圖像的測量。所施加的這些場決定了任意離子(依賴于其m/z值)的圖像以可預(yù)測的并且可測定的方式出現(xiàn)。通過改變所施加的這些場，本發(fā)明可以獲得關(guān)于樣品的整個質(zhì)量范圍的信息。作為附加批注，存在可以作為在 配置后的四極桿開口處的截面中的位置以及離子的初始速度的函數(shù)(如果未檢驗的話)而干擾初始離子密度的場部件。例如，儀器的入口的場末端，如Q3，通常包括一個依賴于離子注入的場部件。當離子進入時，它們進入時的RF相造成了入口相空間或離子初始條件的初始移位。由于離子的動能和質(zhì)量決定了其速度并因此決定了離子在四極桿中停留的時間，所得的時間決定了離子的初始的與離開時的RF相之間的偏移。因此，作為總RF相的函數(shù)，能量的小變化改變了這種關(guān)系并且因此改變了離開圖像。此外，該離開場的一個軸向分量也可以擾亂該圖像。雖然在不檢驗時多少是不利的，但本發(fā)明可以被配置成按如下方式減輕此類分量例如將離子在多極桿(例如圖3所示的碰撞室Q2)中冷卻并通過在該裝置內(nèi)對離子進行相調(diào)制而將離子注射到軸線上或者優(yōu)選地略微偏離中心。直接觀察參考信號，即時間序列的圖像，而非直接求解馬丟方程，允許我們將場內(nèi)的多種非理想因素考慮在內(nèi)。該馬丟方程可以用于將已知m/z值的參考信號轉(zhuǎn)換成一個m/z值范圍的一系列參考信號。這個技術(shù)為該方法提供了對所施加的場中的非理想因素的耐受性。漸變諫度的影響如以上討論的，當RF和DC幅值在時間上線性漸變時，每個離子的a、q值各自隨時間線性增加，如以上在圖2A中所示。確切地說，在這種變化的條件下離子在橫跨四極桿的長度時經(jīng)歷了多個RF周期，因此這樣的離子在所施加的電壓的漸變過程中經(jīng)歷了變化的3。因此，除上述其他因素之外，這些離子在一段時間之后的離開位置還隨著該漸變速度而改變。此外，在常規(guī)的選擇性濾質(zhì)器操作中，峰的形狀受到漸變速度的負面影響，因為在單位質(zhì)量分辨能力下，過濾器的窗口實質(zhì)性地縮小并且高和低質(zhì)量的截止值變得模糊。想要對特別希望的質(zhì)量提供選擇性掃描(例如，單位質(zhì)量分辨能力)的常規(guī)四極系統(tǒng)的用戶通常將他的或她的系統(tǒng)以選定的a:q參數(shù)進行配置并且然后以預(yù)定的不連續(xù)速率、例如約500 (AMU/sec)的速率進行掃描以檢測信號。然而，雖然這樣的掃描速率以及甚至更慢的掃描速率在此也可以用來增大所希望的信噪比，但本發(fā)明還可以任選地將掃描速度增大至約lOOOOAMU/sec以及甚至高達lOOOOOAMU/sec作為上限，這是因為穩(wěn)定性傳輸窗口更寬并且因此能夠獲得增大的定量靈敏度的離子范圍更廣。增加掃描速度的益處包括減少測量時間幀以及與調(diào)查掃描相協(xié)作地運行本發(fā)明，其中可以對a:q點進行選擇以便僅從存在信號的那些區(qū)域來提取額外信息(即，目標掃描)，從而還增大總運行速度。檢測器圖4示出了可以用于本發(fā)明的方法的一種時間和位置離子檢測器系統(tǒng)的基本的、非限制性的、有益的實施方案，總體上用參考號400表示。如圖4中所示，具有例如至少約Imm的射束直徑的進入離子I (用所附箭頭顯示方向)被微通道板(MCP)的一個組件402接收。這樣的組件(例如脈沖計數(shù)器，典型地是小于5納秒的脈沖，如本領(lǐng)域計數(shù)人員已知的)可以包括彼此相鄰的一對MCP (人字形(chevron)或V-堆疊)或三個(Z-堆疊)MCP，其中每個單獨的板具有足夠的增益和分辨率而能在適當?shù)膸捯笙逻M行工作(例如，以約IMHz至高達約100MHz)，其中這些板的組合產(chǎn)生了高達約IO7個或更多個電子。為了舉例展示可操作性，可以將人字形或Z-堆疊(MCP)402的第一表面浮動至IOkV,即當配置為用于負離子時是+IOkV并且在配置成接收正離子時是-10kv，使第二表面分別浮動至+12kV和-8kV，如圖中4所示。這樣的板偏壓提供了 2kV的電壓梯度從而為增益提供了相對于接地值為8至12kV的所得輸出相對值。所有高電壓部分在真空下都通過一種惰性氣體例如IS氣而處于約le_5mBar與le-6mBar之間。因此圖4的示例性偏壓安排使得撞擊離子I以從例如四極桿出口(如以上討論的)接收時的形式，在MCP 402的正面感應(yīng)電子，這些電子此后在被所施加的電壓加速時被引導(dǎo)為沿著MCP 402的多個獨立通道前行。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，由于MCP的每個通 道都用作一個獨立的電子倍增器，因此輸入離子I在接收到通道壁上時產(chǎn)生次級電子(表示為e_)。這個過程由于橫跨MCP堆疊402兩端的電勢梯度而被重復(fù)幾百次，并且以這種方式從MCP堆疊202的輸出端釋放了大量電子，從而基本上能夠保護入射在該MCP正面上的粒子的圖案(圖像)。返回圖4，該偏壓安排還提供了被MCP堆疊402倍增從而被進一步加速的電子，以便撞擊一個光學(xué)部件，例如被配置在MCP堆疊402后方的磷光體涂覆的光纖板406。這樣的安排將信號電子轉(zhuǎn)化為多個所得光子(表示為P)，這些光子與所接收的電子的量是成比例的。替代性地，光學(xué)部件，例如像鋁處理過的磷光屏，可以配備有一種偏壓安排(未示出)使得來自MCP 402的所得電子云可以被該高電壓拉動跨過一個空隙而到達磷光屏上，在這里電子的動能作為光釋放。在任何安排中，一個隨后的板，例如光敏通道板410組件(顯示為陽極輸出相對于地面被偏壓)接著可以將每個進入的所得光子P轉(zhuǎn)化回成為光電子。每個光電子在光敏通道板410的背面產(chǎn)生一個次級電子云411，作為一種安排，該電子云散布并沖擊一個檢測陽極陣列412，例如但不限于電阻性結(jié)構(gòu)的二位陣列、二維延遲線楔形和條帶設(shè)計、以及商用的或定制的延遲線陽極讀出器。作為該設(shè)計的一部分，該光敏通道板410以及這些陽極412位于一個密封的真空外殼413內(nèi)(如由豎直虛線矩形表示的)。作為符合此處這些設(shè)計的一種二維陽極結(jié)構(gòu)的展示性實例，這樣的陣列可以配置成線性的X-Y柵極，其中該陽極結(jié)構(gòu)通常在此最佳地被配置為比距離中心更遠的那些要小，因為從四極桿出口接收的幾乎所有離子軌跡都穿過了原點并且因此包含了最多的信號。作為一種展示性安排，如果利用Arria FPGA，則希望的是10個徑向扇區(qū)和8個徑向分段處于蜘蛛網(wǎng)排列的一種目標柵極。從這樣一個示例性安排中，陽極412的輸出可以配置成四個對稱的、物理上相連接的四分之一圓。如果電容效應(yīng)降低了信號的帶寬，則圖4的每個陽極可以聯(lián)接到一個獨立的放大器414以及與額外的模擬到數(shù)字電路(ADC)418上，如本領(lǐng)域已知的。例如，這樣的獨立放大可以通過差分互阻抗放大器來放大并抑制噪聲，其中ADC 418是通過八進制ADC提供的，將小于約500MHz轉(zhuǎn)換至通常低達約100MHz、通常為至少40MHz。如果四極桿提供的離子入口不是對稱的，則可以通過離開軸的入口孔口或通過使用一個冷卻室(如以上簡要討論的)，如圖3中所示三節(jié)四極364安排中的Q2，來提供額外的差別，以便改變輸入相位和進入系統(tǒng)400的運行。在此情況下，不希望將相反的扇區(qū)連接起來。雖然圖4中所示的陽極結(jié)構(gòu)412是一個有益的實施方案，但還認識到，具有不同設(shè)計的延遲線陽極(如以上敘述的)(例如，交叉連線的延遲線陽極、螺旋柵極等)也可以應(yīng)用在圖4所示的安排中、或在沒有這些另外所示的部件的情況下同樣被安排為在MCP 402堆疊之后鄰近地進行聯(lián)接，從而也在本發(fā)明范圍之內(nèi)工作。為了使得這樣的裝置能夠工作，這些結(jié)構(gòu)本身通常與適當?shù)钠渌龝r和放大電路(例如互阻抗放大器)聯(lián)接，該電路與陽極構(gòu)型是匹配的，以便輔助將關(guān)于信號抵達時間差的讀數(shù)轉(zhuǎn)換成圖像位置信息。可以用于本發(fā)明的系統(tǒng)的特別有益的交叉連線的延遲線陽極可以在以下文獻中找到在2003年12月9日授予Jagutzki等人的美國專利號6，661，013，標題為“DEVICE AND METHOD FORTWO-DIMENSIONAL DETECTION OF PARTICLES OR ELECTROMAGNETIC RADIATION[粒子或電磁輻射的二維檢測的裝置與方法]”，將其披露內(nèi)容通過引用全部結(jié)合在此。
回到圖4的基本的陽極結(jié)構(gòu)，從放大器414及模擬到數(shù)字電路(ADC) 418和/或電荷積分器(未示出)產(chǎn)生的信號最后可以被導(dǎo)向一個現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)422，這是通過例如一個串聯(lián)LVDS (低電壓差分信令)高速數(shù)字接口 420，該數(shù)字接口是一個針對本發(fā)明的數(shù)據(jù)率的低功率消耗和高抗擾度而設(shè)計的部件。FPGA 422由于能夠作為計算機處理裝置426的可配置共處理器而是有益的，如圖4中所示，這允許它作為一個專用硬件加速器運行而用于本發(fā)明的高計算強度的任務(wù)。作為一個這樣的示例性非限制性安排，具有84個輸入、85個輸出LVDS 1/0通道的商業(yè)Arria FPGA以及具有至少一個x 4通道的PCI高速采集系統(tǒng)的集成PCI高速硬件424 (用四個雙向箭頭表示)(用于標準數(shù)據(jù)處理裝置426，例如計算機、PC等)，可以與統(tǒng)一計算架構(gòu)(CUDA)并行處理的圖像處理單元(GPU)子系統(tǒng)一起使用。圖5示出了另一種有益的時間和位置離子檢測系統(tǒng)，現(xiàn)在總體上用參考號500表示，該系統(tǒng)實施了圖4中討論的構(gòu)型的延遲線陽極變體。總體上，該時間和位置離子檢測系統(tǒng)500包括一個前端微通道板(MCP)堆疊502、一個光導(dǎo)管508、一個延遲線檢測系統(tǒng)518、以及提供必須的偏置電壓的一個高電壓電源514。作為離子到光子的轉(zhuǎn)化過程的一部分，具有所希望射束直徑的所希望的進入離子I (通過所附箭頭表示方向)被該前端微通道板(MCP)組件502 (例如，人字形或V堆疊或三元組(Z堆疊))接收。在這種安排中，此類微通道板(MCP) 502配置有一個偏壓安排(當配置用于負離子時是+IOkV至約+15kV，并且當配置應(yīng)于接收正離子時是-IOkV至約_15kV，其中第二表面浮動至例如+12kV和-8kV)，以便再次使得每個單獨的板能夠具有對本發(fā)明的要求而言足夠的增益。為了提供用于時間和位置檢測的光子，將一個光學(xué)部件，例如但不限于磷光體涂覆的光纖板504，配置在MCP堆疊502后方，以便將信號電子轉(zhuǎn)化成與從MCP堆疊502接收到的電子的量成比例的光子。此后，將一個光導(dǎo)管508，通常是楔形的光纖束，聯(lián)接至該磷光體涂覆的光纖板504上，以便將圖像尺寸擴大至在X-Y尺寸的至少一個上是最大約80mm(例如，40_)從而提供不受該四極裝置限制的分辨率。該光導(dǎo)管，通常是楔形的光導(dǎo)管，可以由圓形、方形和六邊形的形式來配置并且能以幾乎任何規(guī)則形狀的多邊形的形式來制造。在圖5所示的構(gòu)型中，這些被導(dǎo)向的光子接著被一個商業(yè)的或定制的延遲線系統(tǒng)518接收。作為一個示例性構(gòu)型來展示而不限制此處這些構(gòu)型，該延遲線系統(tǒng)518可以是一種商業(yè)的RoentDek延遲線3維光敏檢測器，包裹在一個密封的管式殼體中。這樣一個系統(tǒng)通常配置有低噪光陰極(未示出)，該光陰極聯(lián)接至一個光纖窗口(同樣未示出)上，該光纖窗口被設(shè)計成將從光導(dǎo)管508接收的光子轉(zhuǎn)化為成比例的電子。此后，一個人字形或Z形堆疊微通道板(MCP) 502’接收并放大所轉(zhuǎn)化的電子并將一個生成的電子云引導(dǎo)至正交的延遲線陽極(總體上表示為512)。因此這些陽極512的導(dǎo)線連接到一個位于該密封環(huán)境之外的電路板(未示出)上，其中該電路板可以包括五個恒比鑒別器(CFD)(未示出)以及時間至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)(同樣未示出)，它們被設(shè)計用于對每個單一離子事件寄存高達約五個精確時間戳，這些最終被提供至PCI接口和數(shù)據(jù)處理裝置(未示出)，如以上討論的。由于圖5中所示的安排，因此離子事件I容易被轉(zhuǎn)換成各個以及每個離子的X和Y坐標以及抵達時間的三維表示，只要抵達速率不超過計數(shù)系統(tǒng)的典型脈沖累積極限。如以上類似地討論的，也可以用不同的延遲線陽極設(shè)計(例如，交叉連線的延遲線陽極、螺旋柵極等等)來替換圖5中所示的陽極結(jié)構(gòu)512，即，通過例如在美國專利號6，661,013(通過引用結(jié)合)中出現(xiàn)的替換結(jié)構(gòu)。此外，作為Roentek提出的MCP讀出概念的一部分，本發(fā)明也可以配置有被安裝在該密封環(huán)境之外的延遲線讀出陽極。在這樣的安 排中，將一個鍺電阻層直接沉積在該增強器的輸出窗口(玻璃或陶瓷)上，替換常規(guī)圖像增強器的熒光屏。通過專用的拾取式延遲線電極(陽極)以及安裝在密封件之外并與窗口緊密接觸的、聯(lián)接的讀取板來獲得位置信息。在管內(nèi)部與分離的讀出電極外部的行進電荷云之間的間距造成了感應(yīng)信號在讀出板上的幾何鋪展。這是有益的，因為這允許使用相當粗糙的讀出結(jié)構(gòu)，例如具有幾毫米節(jié)距的條帶用于延遲線讀出。圖6示出了另一個所希望的時間和位置離子檢測器系統(tǒng)，現(xiàn)在總體上用參考號600表示。在這種構(gòu)型中，該時間和位置離子檢測器系統(tǒng)600還包括一個前端微通道板(MCP)堆疊602、一個光導(dǎo)管608、采集電子設(shè)備618 (例如但不限于類似于以上討論的構(gòu)型的CPU和GPU處理器)、并且在這種新穎的安排中包括一個光檢測器612，例如多種2維像素檢測器中的任何一種，例如但不限于能夠被并入本發(fā)明的構(gòu)型中的電荷注入器件(CID)檢測器。關(guān)于一個具體的CID，此類檢測器可以被配置成例如但不限于具有2的多次方個像素的一個方形陣列，例如64乘64。在一種示例性運行模式中，每一列的所有64個像素都可以作為單一讀數(shù)來讀出，其中各自是在每個RF周期一次的最小值處讀出，該周期至少約I. OMHz或是按希望更高的以便增大亞RF周期的特異性。在另一種運行模式中，每一列中的每個像素可以單獨讀出。例如，第I行的所有像素可以在RF周期I中讀出，而另外的信號積分在其他63行上累積。在64個RF周期之后，每個已經(jīng)被讀取一次，但不必是同時進行的。讀數(shù)是64個交錯RF周期的累積信號的積分。在又一種示例性運行模式中，可以在例如2秒內(nèi)讀取多行以在32個RF周期中得到整體讀數(shù)。因此，所希望的進入離子1(通過所附箭頭表示方向)被該前端微通道板(MCP)組件602接收，如以上關(guān)于圖5類似地討論的。為了提供用于時間和位置檢測的光子，再次將一個光學(xué)部件，例如但不限于磷光體涂覆的光纖板604,配置在MCP堆疊602后方幾毫米，以便將信號電子轉(zhuǎn)化成與從MCP堆疊602接收到的電子的量成比例的光子。此后，將一個管導(dǎo)管608，例如但不限于楔形的光纖束，聯(lián)接至該磷光體涂覆的光纖板604上以便放大和/或縮小所產(chǎn)生的圖像從而與光檢測器612 (例如CID)的尺寸相匹配。同前面一樣，該光導(dǎo)管可以由圓形、方形和六邊形的形式來配置并且能以幾乎任何規(guī)則形狀的多邊形的形式來制造。在希望提高質(zhì)量分辨能力的那些示例性情況中，該系統(tǒng)可以被配置成用于以可管理的方式來提供所檢測到的信息。例如，在去卷積過程中，可以將該算法的點積部分(如以下詳述的)進行流水線處理。所觀察到的信號與參考信號系列之間的點積可以通過將讀出像素時來自每個像素值的每個點積的貢獻因素進行累積而即時計算。像素值在它們對點積的貢獻因素已經(jīng)被記錄之后不需要進行儲存，從而減小了對大的存儲器緩存的需要。用圖4的FPGA作為例子，一個64乘64的陣列可以作為64行讀出，并且因此64列僅是代表該4096個像素的陣列中大部分特有信息的128個總讀數(shù)。如果還降低采集速率，則可以將多個RF周期平均以便減小計算負擔而不顯著犧牲質(zhì)量分辨能力。作為另一個替代方案，一個多通道分析儀可以用每個像素進行配置以便將該四極裝置的RF周期拆分為多個子周期區(qū) 段(bins)，其中該RF是通過(例如)圖4的FPGA或圖6的光檢測器來追蹤或者由它產(chǎn)生。每個子周期區(qū)段可以在所需的持續(xù)時間上進行信號積分并且然后被讀出。因此，總數(shù)據(jù)率是所有一直活動的分量的一個連續(xù)轉(zhuǎn)化過程。采集電極618內(nèi)的計算機處理裝置(未示出)，也提供了在圖4和圖5的構(gòu)型中，通常包括一個圖形處理單元(GPU)，該圖形處理單元是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，是可以提供一定水平的大規(guī)模并行計算(這曾經(jīng)只是超級計算機的特性)的處理裝置。作為這些構(gòu)型的一部分，如在此使用的圖形處理單元(GPU)能以多種形式提供，例如以處理器、電路、專用集成電路、數(shù)字信號處理器、視頻卡、或其組合，或其他現(xiàn)在已知的或?qū)黹_發(fā)用于圖形處理的裝置的形式。舉例而言，該GPU可以包括由ATI、Matrox或nVIDIA提供的圖形處理器或視頻卡，使用OpenCL和CUDA的應(yīng)用程序界面(API)、或其他現(xiàn)在已知的或?qū)頃_發(fā)的API。在此使用的此類GPU還可以包括一個或多個端點處理器以及一個或多個片段處理器。其他模擬的或數(shù)字的裝置也可以包括在內(nèi)，例如光柵化和內(nèi)插電路。也可以提供一個或多個幀緩存器用于將數(shù)據(jù)輸出至顯示器。因此，聯(lián)接至上述構(gòu)型上的GPU有利地被用來接收一種或多種格式的、代表不同物體的數(shù)據(jù)以及相關(guān)的空間關(guān)系。此外，該GPU進而有益地基于該數(shù)據(jù)來產(chǎn)生2維或3維的圖像，例如通過進行紋理映射或其他2維或3維的渲染。該GPU還可操作來確定該數(shù)據(jù)的相對定位并且產(chǎn)生代表了從特定查看方面可見的數(shù)據(jù)的片段。作為在此使用的GPU構(gòu)架的一部分，這樣的并入式GPU單元還包括視頻存儲器，例如像隨機存取存儲器，被配置成儲存所希望的量的信息，即，64、128、256或其他千字節(jié)數(shù)目的的、從上游裝置接收的信息，該上游裝置是例如但不限于圖4所示的FPGA 422。因此運行中的GPU對按照如用數(shù)據(jù)處理裝置(如個人計算機(PC))配置的應(yīng)用程序界面(API)訪問來自圖形處理的視頻存儲器的信肩、O去卷積過稈的討論去卷積過程是從特定質(zhì)譜分析儀(例如四極桿)和檢測器采集的圖像數(shù)據(jù)的一種數(shù)值變換。所有質(zhì)譜法都提供了一系列質(zhì)量以及這些質(zhì)量的強度。將一種方法區(qū)別于另一種的是該方法是如何完成的以及所產(chǎn)生的質(zhì)量-強度清單的特征。確切地說，在質(zhì)量之間進行區(qū)分的分析儀一直在質(zhì)量分辨能力上受到限制，并且該質(zhì)量分辨能力建立了在所報告的質(zhì)量和強度兩方面的特異性和準確性。術(shù)語豐度靈敏度(即，定量靈敏度)自此用來描述分析儀測量在干擾物種附近的強度的能力。因此，本發(fā)明利用一個去卷積方法來在這樣的干擾信號附近實質(zhì)性提取信號強度。多單同位素物種的儀器響應(yīng)可以描述為堆疊的一系列二維圖像，并且這些圖像以集合形式出現(xiàn)，這些集合可以分組為三維數(shù)據(jù)包，在此描述為體素。每個數(shù)據(jù)點事實上是一個短的圖像序列。雖然有可能在體素內(nèi)使用像素至像素的接近性，但在此將該數(shù)據(jù)視為二維的，其中一個維度是質(zhì)量軸而另一個是由一系列扁平的圖像構(gòu)成的向量，描述了在特定質(zhì)量處的儀器響應(yīng)。這種儀器響應(yīng)具有有限的范圍并且在別處是零。這個范圍被稱為峰寬度并且以原子質(zhì)量單位(AMU)表示。在典型的四極質(zhì)譜儀中，將這設(shè)定為一，并且儀器響應(yīng)本身被用作對質(zhì)譜儀的·質(zhì)量分辨能力和特異性的限定。然而在儀器響應(yīng)內(nèi)，存在額外的信息并且實際的質(zhì)量分辨能力極限要高得多，雖然存在與采集弱離子信號時固有的統(tǒng)計方差的量相關(guān)的其他限制條件。雖然儀器響應(yīng)在該系統(tǒng)的整個質(zhì)量范圍上不是完全均勻的，但它在任何局部都是恒定的。因此，有一個或多個模型儀器響應(yīng)向量可以描述該系統(tǒng)在整個質(zhì)量范圍上的響應(yīng)。所采集的數(shù)據(jù)包括卷積的儀器響應(yīng)。因此本發(fā)明的這個數(shù)學(xué)過程將所采集的數(shù)據(jù)(即，圖像)去卷積而產(chǎn)生一系列準確的觀察到的質(zhì)量位置和強度。因此，本發(fā)明的去卷積方法有益地用于從通常包含四極裝置的質(zhì)量分析儀采集的數(shù)據(jù)，該四極裝置具有低的離子密度，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。由于這種低的離子密度，在該裝置中所得的離子-離子相互作用是小到可忽略的，從而有效地使得每個離子軌跡都能夠基本上是獨立的。此外，由于在運行中的四極桿中離子電流是線性的，因此由穿過該四極桿的離子混合體產(chǎn)生的信號基本上等于(N)穿過四極桿的每個離子在被接收到例如檢測器陣列(如上所述)時所產(chǎn)生的信號的疊加合。本發(fā)明通過檢測到的數(shù)據(jù)的一種模型來利用上述疊加效應(yīng)，作為已知信號的線性組合，這可以被細分為以下順次的階段I)產(chǎn)生質(zhì)譜，在這N個信號通過單位時間偏移(例如，Toeplitz系統(tǒng))而重疊的限制條件下進行強度估算；并且2)選擇上述信號的一個具有顯著不同于零的強度的子集，并隨后對其強度進行精化以便產(chǎn)生一個質(zhì)量清單。因此，以下討論從一個經(jīng)配置的四極桿產(chǎn)生的一個或多個捕獲圖像的去卷積過程，例如通過一個聯(lián)接的計算機所進行的。開始時用數(shù)據(jù)向量X= (X1,X2,...Xj)表示J個觀察值的集合。用&表示具有對應(yīng)于測量值&的獨立變量的值的向量。例如，在本申請中這些獨立變量是離開截面中的位置和時間；因此Yj是描述可以測量Xj的條件的三個值的向量。對N個已知信號的最佳強度標定的理論估算在對N個已知信號的線性疊加進行去卷積的一般情況下假定具有N個已知信號u” U2、…Un，其中每個信號是具有J個分量的一個向量。在該數(shù)據(jù)向量的J個分量與每個信號向量的J個分量之間存在一對一的對應(yīng)關(guān)系。例如，針對第n個信號向量Un= (Unl,Un2，…UNJ) UnJ代表第n個信號的值，如果是在Yj處“測量”的?？梢酝ㄟ^選擇一系列強度I:、12、. . . In、標定每個信號向量Up U2、... Un并且將它們加在一起以形成模型向量S,如方程I表不的。., NS(IiJ2^-In)= Z^nuH ⑴
n=i該模型向量S具有J個分量，就像每個信號向量U:、U2、. . . Un，這些分量與數(shù)據(jù)向量X的分量之間存在一對一的對應(yīng)關(guān)系。用e表示用S近似X時的“誤差”并且接著尋找值Ip I2, ... In的一個集合，將e最小化。e的選擇多少是任意的。如在此披露的，將e定義為數(shù)據(jù)向量X的分量與模型向量S的分量之間的平方根差之和，如方程2所示的。二 (2) i=l '這種記數(shù)法明確顯示了模型和模型中的誤差對這N個選定強度值的依賴性。通過定義一個強度向量I (方程3)、定義一個差向量A (方程4)并且使用內(nèi)積算子(方程5)來簡化方程2。I = (I1, I2,…In) (3)A (I1, I2，…IN) = Sd1, I2，…IN)-X (4)
Ja-b= Y. ujbi
j=\ J J (5)在方程5中，a和b均假定為具有J個分量的向量。使用方程3-5，可以將方程2改寫成方程6中所示那樣。e(I) = A (I) A (I) (6)用I*表示I的最優(yōu)值，即，將e最小化的強度向量I* = (I1*, I2*, ... I N*)。那么，e相對于I的一階導(dǎo)數(shù)在I*處估算為零，如方程7表示的。<,c (/' 1=0 (7)
Cl '方程7是對N個方程的簡寫，每個強度Ip 12、... I N—個。可以使用鏈式法則來估算方程6的右側(cè)其中誤差e是差向量A的函數(shù)；A是模型向量S的函數(shù)；并且S是強度向量I的函數(shù)，強度向量包含Ip 12、. . . I N。然后考慮e相對于強度之一 Im在(未知的)I*處估算的導(dǎo)數(shù)，其中m是[I. . N]中的一個任意的指標。^ (/*)=—(a(/)-A(/)| * =2-(/*)^^*) (8)
祝m祝m(/* = (/ ) (9)
fir \ , df1=1 df x ;
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dA / ,a現(xiàn)在可以使用方程9-10代替方程8右邊的y (/ )
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權(quán)利要求
1.一種高質(zhì)量分辨能力的高靈敏度質(zhì)譜儀，包含 多極桿，該多極桿被配置成在由(a，q)值限定的穩(wěn)定性邊界內(nèi)傳遞一個或多個離子物種的豐度； 一個檢測器，該檢測器被配置成用于記錄所述離子豐度在所述多極桿的一個截面區(qū)域中的空間和時間特性；以及 一個處理裝置，該處理裝置被配置成用于對所述一個或多個離子物種豐度的、作為所施加的RF和/或DC場的函數(shù)的所述被記錄的空間和時間特性進行去卷積，以便提供所述一個或多個離子物種的質(zhì)量區(qū)分作用。
2.如權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜儀，其中所述處理裝置被配置成用于對所述一個或多個離子物種豐度的、作為多個平均RF周期的函數(shù)的所述被記錄的空間和時間特性進行去卷積，以便提供所述一個或多個離子物種的質(zhì)量區(qū)分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中所述多極桿進一步包括四極桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜儀，其中所述多極桿包括在更高等級的多極場的存在下運行的四極桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜儀，其中所述截面區(qū)域包括所述多極桿的一個離開通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中所述由(a，q)值限定的穩(wěn)定性邊界包括由僅RF模式提供的一個穩(wěn)定性傳輸窗口。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中所述由(a，q)值限定的穩(wěn)定性邊界包括約10原子質(zhì)量單位(AMU)直至約20AMU的一個穩(wěn)定性傳輸窗口。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中所述檢測器提供了在至少10個RF周期低至約I個RF周期的等級上的時間分辨率。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中所述檢測器提供了在亞RF周期的等級上的時間分辨率。
10.如權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜儀，其中所述檢測器包括一個電子倍增器，該電子倍增器處于至少一個或多個微通道板的構(gòu)型。
11.如權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜儀，其中所述檢測器包括檢測陽極的一個二維陣列。
12.如權(quán)利要求11所述的質(zhì)譜儀，其中所述檢測陽極的二維陣列包括以延遲線陽極讀出器形式配制的陣列。
13.如權(quán)利要求12所述的質(zhì)譜儀，其中所述延遲線陽極讀出器是一種交叉連線的延遲線陽極結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜儀，其中所述檢測器包括一個光纖束，用于放大和/或縮小從所述多極桿收集的一個或多個圖像。
15.如權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜儀，其中所述檢測器包括一個陣列式光檢測器。
16.如權(quán)利要求15所述的質(zhì)譜儀，其中所述陣列式光檢測器包括一個電荷注入器件(CID)。
17.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中施加至所述多極桿上的RF和DC電壓是隨時間線性漸變的，以便使得每個所希望的離子都能夠以一個與其m/z值成反比的速率橫過這些穩(wěn)定性邊界并且在離子到達預(yù)定的(a，q)點的時間與m/z之間產(chǎn)生一種線性關(guān)系。
18.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中施加至所述多極桿上的所述RF和DC電壓是以約500AMU/sec至高達約100，000AMU/sec的速度漸變的。
19.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中所述質(zhì)譜儀通過打開由馬丟(a，q)值限定的穩(wěn)定性邊界而提供了增大10倍至約200倍的靈敏度。
20.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中所述質(zhì)量區(qū)分包括低至約Ippm的質(zhì)量差A(yù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中所述質(zhì)量區(qū)分包括IOOppm低至約IOppm的質(zhì)量差A(yù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中所述一個或多個離子物種豐度是沿著所述多極桿的軸線對稱地注入的。
23.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的質(zhì)譜儀，其中所述一個或多個離子物種豐度是偏離所述多極桿的中心而注入的。
24.如權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜儀，其中所述質(zhì)譜儀被配置成以全掃描模式運行。
25.如權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜儀，其中所述質(zhì)譜儀被配置成在整個質(zhì)譜上進行用于檢測的調(diào)查掃描，然后進行多個目標掃描以探詢有意義的特征。
26.如權(quán)利要求25所述的質(zhì)譜儀，其中所述目標掃描提供了元素組成的確定作用。
27.一種高質(zhì)量分辨能力的高靈敏度多極質(zhì)譜儀方法，包括 提供一個參考信號； 從所述多極桿的一個離開通道獲取一個或多個離子物種豐度的空間和時間原數(shù)據(jù)； 將所獲取的數(shù)據(jù)拆分成一個或多個組塊； 計算一個或多個數(shù)據(jù)組塊與每個所述參考信號的點積； 通過使用所述觀察的原數(shù)據(jù)以及所述參考信號以規(guī)則的質(zhì)荷比間隔提供離子豐度的估算值而重構(gòu)一個質(zhì)譜；并且 使用所述觀察的原數(shù)據(jù)以及所述參考信號來重構(gòu)一系列不同的m/z值以及估算的強度。
28.如權(quán)利要求27所述的質(zhì)譜儀，其中，所述求解步驟進一步包括由該參考信號的集合來構(gòu)造一種Toeplitz形式。
29.如權(quán)利要求27所述的質(zhì)譜儀方法，進一步包括從所述參考信號產(chǎn)生一個偏移的自相關(guān)向量。
30.如權(quán)利要求27所述的質(zhì)譜儀方法，進一步包括將所述一個或多個組塊化的數(shù)據(jù)進行重組以便提供一個全譜。
31.如權(quán)利要求27所述的質(zhì)譜儀方法，進一步包括通過打開由馬丟(a，q)值限定的穩(wěn)定性邊界而提供增大了 10倍至約200倍的靈敏度。
32.如權(quán)利要求27所述的質(zhì)譜儀方法，進一步包括提供低至約Ippm的質(zhì)量區(qū)分。
33.如權(quán)利要求32所述的質(zhì)譜儀方法,進一步包括提供IOOppm低至約IOppm的微分質(zhì)量A微分。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的質(zhì)譜儀方法，其中從所述多極桿的離開通道獲取空間和時間原數(shù)據(jù)的所述步驟包括提供約10原子質(zhì)量單位(AMU)直至約20AMU的一個穩(wěn)定性傳輸窗P。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的質(zhì)譜儀方法，其中從所述多極桿的離開通道獲取空間和時間原數(shù)據(jù)的所述步驟包括通過能以僅RF模式運行的穩(wěn)定性傳輸窗口。
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述的質(zhì)譜儀方法，其中從所述多極桿的離開通道獲取空間和時間原數(shù)據(jù)的所述步驟包括使施加至一個多極桿上的RF和DC電壓隨時間線性漸變，以便使得每個所希望的離子都能夠以一個與其m/z值成反比的速率橫過這些穩(wěn)定性邊界并且在離子到達預(yù)定的(a，q)點的時間與m/z之間產(chǎn)生一種線性關(guān)系。
全文摘要
介紹了一種新穎的方法和質(zhì)譜儀設(shè)備，用于在空間和時間上分辨一個多極儀器的一個或多個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)通過一個陣列式檢測器測量了作為時間以及在四極濾質(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-時間結(jié)構(gòu)的線性使得能夠?qū)碜詮?fù)合混合物中的單獨離子物種的信號貢獻因素去卷積，其中靈敏度和質(zhì)量分辨能力均是重要的。
文檔編號H01J49/42GK102782802SQ201180011805
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者A.E.謝恩, R.A.小格羅瑟 申請人:賽默菲尼根有限責任公司