自动确定用于离子淌度谱法和质谱法的解复用矩阵的制作方法
【专利说明】自动确定用于离子满度谱法和质谱法的解复用矩阵
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2014年12月12日提交的题为"AUTOMATIC DETERMINATION OF DEMULTIPLEXING MATRIX FOR ION MOBILITY SPECTROMETRY AND MASS SPECTROMETRY"的 美国临时专利申请序列号No. 62/091，168的权益，其内容通过其完整引用合并到此。
技术领域
[0003] 本发明总体上设及离子涧度谱（IMS)、包括飞行时间质谱法(TOFMS)的质谱法(MS) W及离子涧度-质谱法（IM-MS)。本发明具体地设及结合IMS、MS和IM-MS所实现的复用技术。
【背景技术】
[0004] 离子涧度谱（IMS)是一种气相离子分离技术，其中，离子随着它们行进通过含有已 知组分、压力和溫度的缓冲气体的已知长度的漂移单元而在时间上变为分离的。IMS系统一 般包括离子源、漂移单元、离子检测器。离子源电离兴趣样本的分子，并且将所得离子发送 到漂移单元中。在行进通过漂移单元之后，离子到达离子检测器。在低场漂移时间IMS技术 中，离子在漂移单元的电极所建立的均匀DC电压梯度的影响下行进通过漂移单元。在电场 将离子移动通过漂移单元的同时，离子由于与漂移单元中的静止缓冲气体分子的碰撞而经 历拖拽力。拖拽力抵抗移动离子的电力。离子所经历的拖拽力取决于作为离子的大小和形 状(构象(conformation))的函数的其碰撞截面(CCS或Q )，并且取决于其电荷、（较少程度 的）质量。具有较大CCS的离子因与缓冲气体的碰撞而更容易受阻。另一方面，因为多个带电 离子由于电场经历更大的力，所W多个带电离子比单个带电离子更高效地移动通过缓冲气 体。分离后的离子的不同CCS可W通过公知的Mason-Schamp等式与通过缓冲气体的其不同 气相涧度相关。
[0005] 此外，通过漂移单元的长度的分离后的离子的不同漂移时间可W与它们的不同涧 度相关。随着分离后的离子到达离子检测器处，离子检测器对离子进行计数、测量它们的到 达时间。离子检测器将测量信号输出到配置为用于根据需要处理输出信号的电子器件，W 产生用户可解释的漂移谱。漂移谱典型地呈现为包含指示检测到的离子的相对丰度的一系 列峰值作为它们通过漂移单元的漂移时间的函数的图线。漂移谱可W用于标识并且区分样 本的不同分析物核素。
[0006] IMS可W与一种或多种其它类型的分离技术禪合，W增加化合物标识能力(例如气 体色谱(GC)、液体色谱或质谱(MS))。例如，IMS漂移单元可W与MS系统内嵌禪合，W形成组 合式IM-MS系统。MS系统通常包括用于基于离子的不同质荷比（或m/z比，或更简单地，"质 量"）分离离子的质量分析器，后接离子检测器。MS分析产生质谱，其为指示检测到的离子的 相对丰度的一系列峰值作为它们的m/z比的函数。质谱可W用于确定样本的成分的分子结 构。IM漂移单元一般禪合到飞行时间质谱仪(TOFMS)，其利用无电场飞行管形式的高分辨率 质量分析器(T0F分析器）。离子提取器(或脉冲器)将脉冲(或包封）中的离子注入到飞行管 中。不同质量的离子W不同速度行进通过飞行管，因此根据它们的不同质量分离(分开），使 得能够进行基于飞行时间的质量分辨。
[0007] 在组合式IM-MS系统中，离子源后接IM漂移单元，IMS漂移单元进而后接质量分析 器，然后是离子检测器。因此，离子在发送到MS之前据涧度得W分离，在MS中，它们然后受质 量分辨。级联地执行两种分离技术在分析包括生物聚合物(例如聚核巧酸、蛋白质、碳水化 合物等）的复杂化学混合物方面特别有用。例如，IM分离所提供的增加的维度可W有助于分 离彼此不同但呈现重叠质量峰值的离子。从通过IM-MS系统处理样本所获取的数据可W是 多维的，典型地包括离子丰度、获取时间（或保留时间）、通过IM漂移单元的离子漂移时间、 MS所分辨的m/z比。运种混合式分离技术可W进一步通过其与LC禪合得W增强，因此提供 LC-IM-MS 系统。
[0008] 当离子包封中的较慢离子为随后注入的离子包封中的较快离子所超越时，IM漂移 单元或TOF飞行管中的各依次相邻离子包封之间的重叠(或错杂)产生。因此，即使来自不同 离子包封的离子具有不同的涧度和/或m/z比，运些离子也在相同的时间时刻到达离子检测 器。将离子检测器所获取的所得测量数据进行卷积，使得漂移谱和/或质量谱难W解释。传 统上，通过根据"脉冲、等待"方法操作IMS和TOFMS系统避免该问题，其中，离子包封进入IM 漂移单元或TOF飞行管的注入速率保持得低得足W避免重叠。例如，在注入离子包封之后， 可W直到第一离子包封已经到达离子检测器才注入下一离子包封。特别是当利用连续射束 离子源时，脉冲、等待方法因此遭受低占空周期、（在超前于IM漂移管的离子口或超前于TOF 飞行管的离子脉冲器处的)各注入之间的极度离子损耗，因此低仪器灵敏度。
[0009] 复用(复用注射)技术正发展为对于脉冲、等待方法的改进。通过复用(又称为多脉 累或超脉累），W多个离子包封同时出现在IM漂移单元或TOF飞行管中的足够高的速率完成 离子包封注入到IM漂移单元或TOF飞行管中。复用产生各离子包封之间的重叠。然而，复用 技术通过将某种形式的解卷积(或解复用）处理应用于测量数据解决了卷积后的测量数据 的问题，由此使得单个漂移时间谱或TOF谱能够得W恢复自测量数据。虽然可W替代地利用 其它类型的变换，但基于化damard变换化T)的解卷积技术的特别有益的。作为HT技术的示 例，根据二进制1和0的伪随机序列（PRS)注入离子包封，其中，1对应于"口打开"（注入)事 件，0对应于"n关闭"时间段。PRS于是用于生成N X N化damard矩阵，其中，N是PRS的二进 制元素的数量。化damard矩阵进而用于生成逆化damard矩阵。逆化damard矩阵然后应用于 卷积后的测量数据，W提取单个数据数组(或矢量），据其可W生成单个解卷积的（或解复用 的)谱。
[0010] 应用基于变换的解卷积技术中观察到的一个问题是待解卷积的原始测量数据中 出现噪声。运些噪声分量可能在解卷积的数据W及随后生成的谱中产生不精确性。因此，需 要能够W对噪声的较低灵敏度执行解卷积的IMS、MS和IM-MS系统、用于IMS、MS和IM-MS的数 据获取方法。
【发明内容】
[0011] 为了全部或部分解决前述问题和/或本领域技术人员已经观察到的其它问题，本 公开提供如在W下所阐述的实现方式中通过示例的方式所描述的方法、处理、系统、装置、 仪器和/或设备。
[0012] 根据一个实施例，一种确定在将离子测量数据进行解卷积时使用的解复用矩阵的 方法，包括:获取包括正值数据点、非正值数据点的离子测量数据;将所述离子测量数据布 置到包括所述正值数据点、所述非正值数据点的模式的原始数据数组中，其中，所述模式匹 配初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式，使得所述正值数据点对应于各个ON脉冲，并且 所述非正值数据点对应于各个OFF脉冲;通过W对应修改后的ON脉冲替换所述初始脉冲序 列的每个ON脉冲，构造修改后的脉冲序列，其中，每个修改后的ON脉冲具有与所述对应正值 数据点的值成比例的值，修改后的脉冲序列包括匹配所述初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲 的模式的修改后的ON脉冲、OFF脉冲的模式；W及基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。
[0013] 根据另一实施例，一种确定在将离子测量数据进行解卷积时使用的解复用矩阵的 方法，包括:获取包括正值数据点、非正值数据点的离子测量数据;将所述离子测量数据布 置为包括所述正值数据点、所述非正值数据点的模式的原始数据数组，其中，所述模式匹配 初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式，使得所述正值数据点对应于各个ON脉冲，并且所 述非正值数据点对应于各个OFF脉冲;确定所述原始数据数组中的正值数据点的数量;通过 加和所述正值数据点的值确定数据点总和;通过将所述数据点总和除W所述正值数据点的 数量确定基本丰度;将所述正值数据点的值除W所述基本丰度，W获得各个修改后的ON脉 冲;通过W对应修改后的ON脉冲替换所述初始脉冲序列的每个ON脉冲，构造修改后的脉冲 序列，其中，所述修改后的脉冲序列包括匹配所述初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式 的修改后的ON脉冲、OFF脉冲的模式；W及基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。
[0014] 根据另一实施例，一种确定在将谱数据进行解卷积时使用的解复用矩阵的方法， 包括:在包括处理器和存储器的计算设备处:将所述离子测量数据布置到包括所述正值数 据点、所述非正值数据点的模式的原始数据数组中，其中，所述模式匹配初始脉冲序列的ON 脉冲、OFF脉冲的模式，使得所述正值数据点对应于各个ON脉冲，并且所述非正值数据点对 应于各个OFF脉冲;确定所述原始数据数组中的正值数据点的数量;通过加和所述正值数据 点的值确定数据点总和;通过将所述数据点总和除W所述正值数据点的数量确定基本丰 度;将所述正值数据点的值除W所述基本丰度，W获得各个修改后的ON脉冲;通过W对应修 改后的ON脉冲替换所述初始脉冲序列的每个ON脉冲，构造修改后的脉冲序列，其中，所述修 改后的脉冲序列包括匹配所述初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式的修改后的ON脉冲、 OFF脉冲的模式；W及基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。
[0015] 根据另一实施例，一种确定在将谱数据进行解卷积时使用的解复用矩阵的方法， 包括:根据包括ON脉冲、OFF脉冲的模式的初始脉冲序列W复用的注入速率将离子注入到谱 仪中，其中，每个ON脉冲具有1的二进制值，每个OFF脉冲具有0的二进制值;从所述离子获取 原始测量数据，其中，所述原始测量数据布置为包括对应于各个ON脉冲的正值数据点、对应 于各个OFF脉冲的非正值数据点的原始数据数组;确定所述原始数据数组中的正值数据点 的数量;通过加和所述正值数据点的值确定数据点总和;通过将所述数据点总和除W所述 正值数据点的数量确定基本丰度;将所述正值数据点的值除W所述基本丰度，W获得各个 修改后的ON脉冲;通过W对应修改后的ON脉冲替换所述初始脉冲序列的每个ON脉冲，构造 修改后的脉冲序列，其中，所述修改后的脉冲序列包括匹配所述初始脉冲序列的ON脉冲、 OFF脉冲的模式的修改后的ON脉冲、OFF脉冲的模式；W及基于修改后的脉冲序列，构造解复 用矩阵。
[0016] 根据另一实施例，一种用于将离子测量数据进行解卷积的方法，包括:根据在此所 公开的任何方法确定解复用矩阵；W及将所述解复用矩阵应用于所述原始数据数组，W恢 复对应于单个脉累事件的离子测量数据。
[0017] 根据另一实施例，一种谱法系统，其配置为用于执行所有或部分在此所公开的任 何方法。
[0018] 根据另一实施例，一种谱法系统，包括:谱法系统，包括:离子分析器;离子检测器， 其配置为用于从所述离子分析器接收离子；W及计算设备，其配置为用于执行所有或部分 在此所公开的任何方法。
[0019] 根据另一实施例，一种用于将离子测量数据进行解卷积的系统，包括:处理器和存 储器，其配置为用于执行所有或部分在此所公开的任何方法。
[0020] 根据另一实施例，一种计算机可读存储介质包括用于执行所有或部分在此所公开 的任何方法的指令。
[0021] 根据另一实施例，一种系统包括所述计算机可读存储介质。
[0022] 根据各个实施例，在此所公开的谱法系统可W是离子涧度谱法(IMS)系统、飞行时 间质谱法(TOFMS)系统或混合离子涧度-质谱法(IM-MS)系统。
[0023] 在审阅W下附图、【具体实施方式】时，本发明的其它设备、装置、系统、方法、特征、优 点对于本领域技术人员将是或将变得清楚。旨在