自動確定用于離子淌度譜法和質譜法的解復用矩陣的制作方法
【專利說明】自動確定用于離子滿度譜法和質譜法的解復用矩陣
[0001] 相關申請
[0002] 本申請要求2014年12月12日提交的題為"AUTOMATIC DETERMINATION OF DEMULTIPLEXING MATRIX FOR ION MOBILITY SPECTROMETRY AND MASS SPECTROMETRY"的 美國臨時專利申請序列號No. 62/091，168的權益，其內容通過其完整引用合并到此。
技術領域
[0003] 本發明總體上設及離子澗度譜（IMS)、包括飛行時間質譜法(TOFMS)的質譜法(MS) W及離子澗度-質譜法（IM-MS)。本發明具體地設及結合IMS、MS和IM-MS所實現的復用技術。
【背景技術】
[0004] 離子澗度譜（IMS)是一種氣相離子分離技術，其中，離子隨著它們行進通過含有已 知組分、壓力和溫度的緩沖氣體的已知長度的漂移單元而在時間上變為分離的。IMS系統一 般包括離子源、漂移單元、離子檢測器。離子源電離興趣樣本的分子，并且將所得離子發送 到漂移單元中。在行進通過漂移單元之后，離子到達離子檢測器。在低場漂移時間IMS技術 中，離子在漂移單元的電極所建立的均勻DC電壓梯度的影響下行進通過漂移單元。在電場 將離子移動通過漂移單元的同時，離子由于與漂移單元中的靜止緩沖氣體分子的碰撞而經 歷拖拽力。拖拽力抵抗移動離子的電力。離子所經歷的拖拽力取決于作為離子的大小和形 狀(構象(conformation))的函數的其碰撞截面(CCS或Q )，并且取決于其電荷、（較少程度 的）質量。具有較大CCS的離子因與緩沖氣體的碰撞而更容易受阻。另一方面，因為多個帶電 離子由于電場經歷更大的力，所W多個帶電離子比單個帶電離子更高效地移動通過緩沖氣 體。分離后的離子的不同CCS可W通過公知的Mason-Schamp等式與通過緩沖氣體的其不同 氣相澗度相關。
[0005] 此外，通過漂移單元的長度的分離后的離子的不同漂移時間可W與它們的不同澗 度相關。隨著分離后的離子到達離子檢測器處，離子檢測器對離子進行計數、測量它們的到 達時間。離子檢測器將測量信號輸出到配置為用于根據需要處理輸出信號的電子器件，W 產生用戶可解釋的漂移譜。漂移譜典型地呈現為包含指示檢測到的離子的相對豐度的一系 列峰值作為它們通過漂移單元的漂移時間的函數的圖線。漂移譜可W用于標識并且區分樣 本的不同分析物核素。
[0006] IMS可W與一種或多種其它類型的分離技術禪合，W增加化合物標識能力(例如氣 體色譜(GC)、液體色譜或質譜(MS))。例如，IMS漂移單元可W與MS系統內嵌禪合，W形成組 合式IM-MS系統。MS系統通常包括用于基于離子的不同質荷比（或m/z比，或更簡單地，"質 量"）分離離子的質量分析器，后接離子檢測器。MS分析產生質譜，其為指示檢測到的離子的 相對豐度的一系列峰值作為它們的m/z比的函數。質譜可W用于確定樣本的成分的分子結 構。IM漂移單元一般禪合到飛行時間質譜儀(TOFMS)，其利用無電場飛行管形式的高分辨率 質量分析器(T0F分析器）。離子提取器(或脈沖器)將脈沖(或包封）中的離子注入到飛行管 中。不同質量的離子W不同速度行進通過飛行管，因此根據它們的不同質量分離(分開），使 得能夠進行基于飛行時間的質量分辨。
[0007] 在組合式IM-MS系統中，離子源后接IM漂移單元，IMS漂移單元進而后接質量分析 器，然后是離子檢測器。因此，離子在發送到MS之前據澗度得W分離，在MS中，它們然后受質 量分辨。級聯地執行兩種分離技術在分析包括生物聚合物(例如聚核巧酸、蛋白質、碳水化 合物等）的復雜化學混合物方面特別有用。例如，IM分離所提供的增加的維度可W有助于分 離彼此不同但呈現重疊質量峰值的離子。從通過IM-MS系統處理樣本所獲取的數據可W是 多維的，典型地包括離子豐度、獲取時間（或保留時間）、通過IM漂移單元的離子漂移時間、 MS所分辨的m/z比。運種混合式分離技術可W進一步通過其與LC禪合得W增強，因此提供 LC-IM-MS 系統。
[0008] 當離子包封中的較慢離子為隨后注入的離子包封中的較快離子所超越時，IM漂移 單元或TOF飛行管中的各依次相鄰離子包封之間的重疊(或錯雜)產生。因此，即使來自不同 離子包封的離子具有不同的澗度和/或m/z比，運些離子也在相同的時間時刻到達離子檢測 器。將離子檢測器所獲取的所得測量數據進行卷積，使得漂移譜和/或質量譜難W解釋。傳 統上，通過根據"脈沖、等待"方法操作IMS和TOFMS系統避免該問題，其中，離子包封進入IM 漂移單元或TOF飛行管的注入速率保持得低得足W避免重疊。例如，在注入離子包封之后， 可W直到第一離子包封已經到達離子檢測器才注入下一離子包封。特別是當利用連續射束 離子源時，脈沖、等待方法因此遭受低占空周期、（在超前于IM漂移管的離子口或超前于TOF 飛行管的離子脈沖器處的)各注入之間的極度離子損耗，因此低儀器靈敏度。
[0009] 復用(復用注射)技術正發展為對于脈沖、等待方法的改進。通過復用(又稱為多脈 累或超脈累），W多個離子包封同時出現在IM漂移單元或TOF飛行管中的足夠高的速率完成 離子包封注入到IM漂移單元或TOF飛行管中。復用產生各離子包封之間的重疊。然而，復用 技術通過將某種形式的解卷積(或解復用）處理應用于測量數據解決了卷積后的測量數據 的問題，由此使得單個漂移時間譜或TOF譜能夠得W恢復自測量數據。雖然可W替代地利用 其它類型的變換，但基于化damard變換化T)的解卷積技術的特別有益的。作為HT技術的示 例，根據二進制1和0的偽隨機序列（PRS)注入離子包封，其中，1對應于"口打開"（注入)事 件，0對應于"n關閉"時間段。PRS于是用于生成N X N化damard矩陣，其中，N是PRS的二進 制元素的數量。化damard矩陣進而用于生成逆化damard矩陣。逆化damard矩陣然后應用于 卷積后的測量數據，W提取單個數據數組(或矢量），據其可W生成單個解卷積的（或解復用 的)譜。
[0010] 應用基于變換的解卷積技術中觀察到的一個問題是待解卷積的原始測量數據中 出現噪聲。運些噪聲分量可能在解卷積的數據W及隨后生成的譜中產生不精確性。因此，需 要能夠W對噪聲的較低靈敏度執行解卷積的IMS、MS和IM-MS系統、用于IMS、MS和IM-MS的數 據獲取方法。

【發明內容】

[0011] 為了全部或部分解決前述問題和/或本領域技術人員已經觀察到的其它問題，本 公開提供如在W下所闡述的實現方式中通過示例的方式所描述的方法、處理、系統、裝置、 儀器和/或設備。
[0012] 根據一個實施例，一種確定在將離子測量數據進行解卷積時使用的解復用矩陣的 方法，包括:獲取包括正值數據點、非正值數據點的離子測量數據;將所述離子測量數據布 置到包括所述正值數據點、所述非正值數據點的模式的原始數據數組中，其中，所述模式匹 配初始脈沖序列的ON脈沖、OFF脈沖的模式，使得所述正值數據點對應于各個ON脈沖，并且 所述非正值數據點對應于各個OFF脈沖;通過W對應修改后的ON脈沖替換所述初始脈沖序 列的每個ON脈沖，構造修改后的脈沖序列，其中，每個修改后的ON脈沖具有與所述對應正值 數據點的值成比例的值，修改后的脈沖序列包括匹配所述初始脈沖序列的ON脈沖、OFF脈沖 的模式的修改后的ON脈沖、OFF脈沖的模式；W及基于修改后的脈沖序列，構造解復用矩陣。
[0013] 根據另一實施例，一種確定在將離子測量數據進行解卷積時使用的解復用矩陣的 方法，包括:獲取包括正值數據點、非正值數據點的離子測量數據;將所述離子測量數據布 置為包括所述正值數據點、所述非正值數據點的模式的原始數據數組，其中，所述模式匹配 初始脈沖序列的ON脈沖、OFF脈沖的模式，使得所述正值數據點對應于各個ON脈沖，并且所 述非正值數據點對應于各個OFF脈沖;確定所述原始數據數組中的正值數據點的數量;通過 加和所述正值數據點的值確定數據點總和;通過將所述數據點總和除W所述正值數據點的 數量確定基本豐度;將所述正值數據點的值除W所述基本豐度，W獲得各個修改后的ON脈 沖;通過W對應修改后的ON脈沖替換所述初始脈沖序列的每個ON脈沖，構造修改后的脈沖 序列，其中，所述修改后的脈沖序列包括匹配所述初始脈沖序列的ON脈沖、OFF脈沖的模式 的修改后的ON脈沖、OFF脈沖的模式；W及基于修改后的脈沖序列，構造解復用矩陣。
[0014] 根據另一實施例，一種確定在將譜數據進行解卷積時使用的解復用矩陣的方法， 包括:在包括處理器和存儲器的計算設備處:將所述離子測量數據布置到包括所述正值數 據點、所述非正值數據點的模式的原始數據數組中，其中，所述模式匹配初始脈沖序列的ON 脈沖、OFF脈沖的模式，使得所述正值數據點對應于各個ON脈沖，并且所述非正值數據點對 應于各個OFF脈沖;確定所述原始數據數組中的正值數據點的數量;通過加和所述正值數據 點的值確定數據點總和;通過將所述數據點總和除W所述正值數據點的數量確定基本豐 度;將所述正值數據點的值除W所述基本豐度，W獲得各個修改后的ON脈沖;通過W對應修 改后的ON脈沖替換所述初始脈沖序列的每個ON脈沖，構造修改后的脈沖序列，其中，所述修 改后的脈沖序列包括匹配所述初始脈沖序列的ON脈沖、OFF脈沖的模式的修改后的ON脈沖、 OFF脈沖的模式；W及基于修改后的脈沖序列，構造解復用矩陣。
[0015] 根據另一實施例，一種確定在將譜數據進行解卷積時使用的解復用矩陣的方法， 包括:根據包括ON脈沖、OFF脈沖的模式的初始脈沖序列W復用的注入速率將離子注入到譜 儀中，其中，每個ON脈沖具有1的二進制值，每個OFF脈沖具有0的二進制值;從所述離子獲取 原始測量數據，其中，所述原始測量數據布置為包括對應于各個ON脈沖的正值數據點、對應 于各個OFF脈沖的非正值數據點的原始數據數組;確定所述原始數據數組中的正值數據點 的數量;通過加和所述正值數據點的值確定數據點總和;通過將所述數據點總和除W所述 正值數據點的數量確定基本豐度;將所述正值數據點的值除W所述基本豐度，W獲得各個 修改后的ON脈沖;通過W對應修改后的ON脈沖替換所述初始脈沖序列的每個ON脈沖，構造 修改后的脈沖序列，其中，所述修改后的脈沖序列包括匹配所述初始脈沖序列的ON脈沖、 OFF脈沖的模式的修改后的ON脈沖、OFF脈沖的模式；W及基于修改后的脈沖序列，構造解復 用矩陣。
[0016] 根據另一實施例，一種用于將離子測量數據進行解卷積的方法，包括:根據在此所 公開的任何方法確定解復用矩陣；W及將所述解復用矩陣應用于所述原始數據數組，W恢 復對應于單個脈累事件的離子測量數據。
[0017] 根據另一實施例，一種譜法系統，其配置為用于執行所有或部分在此所公開的任 何方法。
[0018] 根據另一實施例，一種譜法系統，包括:譜法系統，包括:離子分析器;離子檢測器， 其配置為用于從所述離子分析器接收離子；W及計算設備，其配置為用于執行所有或部分 在此所公開的任何方法。
[0019] 根據另一實施例，一種用于將離子測量數據進行解卷積的系統，包括:處理器和存 儲器，其配置為用于執行所有或部分在此所公開的任何方法。
[0020] 根據另一實施例，一種計算機可讀存儲介質包括用于執行所有或部分在此所公開 的任何方法的指令。
[0021] 根據另一實施例，一種系統包括所述計算機可讀存儲介質。
[0022] 根據各個實施例，在此所公開的譜法系統可W是離子澗度譜法(IMS)系統、飛行時 間質譜法(TOFMS)系統或混合離子澗度-質譜法(IM-MS)系統。
[0023] 在審閱W下附圖、【具體實施方式】時，本發明的其它設備、裝置、系統、方法、特征、優 點對于本領域技術人員將是或將變得清楚。旨在