CN104508792A - 使用非均匀采样的串联式飞行时间质谱法 - Google Patents

Abstract

公开了为两个MS级利用多反射飞行时间分析仪的全质量串联式质谱仪的方法和装置，其中所述两个MS级优选地被布置在同一个分析仪内以确保极高的分辨率。TOF-TOF串联体的灵敏度和速度通过基于信号稀疏性和在真实碎片信号的多次重复下避免重复性信号重叠的非冗余复用而得以增强。门和延迟定时的非冗余矩阵通过扩展正交拉丁方矩阵来构建。所述方法一般性地适用于对在谱、空间或时间上稀疏的任何多个重复信号源的复用。

Description

使用非均匀采样的串联式飞行时间质谱法

相关申请的交叉引用

本国际专利申请要求于2012年6月18日提交的美国临时申请61/661,268的权益。这一在先申请的公开被认为是本申请公开的一部分并且通过引用被全文结合在此。

技术领域

本申请一般地涉及质谱分析领域，尤其涉及对串联式飞行时间质谱仪的灵敏度、分辨率、速度和/或动态范围的改善。

背景技术

串联式质谱法(MS-MS)采用以下方式：在第一质谱仪(MS1)中分离母离子、使分离的物质碎片化、以及在第二质谱仪(MS2)中对碎片离子进行质量分析来进行化合物识别和结构性研究。串联式质谱法在生命科学领域的当前应用遇到了分析极复杂混合物的挑战，即，以9个量级动态范围的最终要求分析具有高达数百万种成分的混合物。这类分析会要求用于将原始混合物分离成数百个部分的在前色谱法。然而，混合物仍然极为复杂，这就对MS-MS的灵敏度、动态范围、分辨率、质量精度、速度和/或吞吐量提出了很高的要求。

飞行时间质谱仪(TOF MS)在分析化学领域内被广泛地用于混合物识别和量化分析。TOF MS在MS-MS中很有应用潜力，这是因为TOF MS提供对所有质量本质上的并行分析以及最近刚实现的高分辨能力。GB2403063和WO2005001878公开了一种具有用于离子包空间禁闭的一组周期性透镜的平面型多反射TOF(MR-TOF)。MR-TOF的一个商用实现例(LECO公司的Citius HRT^TM)证实了扩展折叠的离子通道将分辨率改善至R＝100,000级别。MR-TOF的多个改进在US7326925(curved isochronous ion injection)、US7772547(double orthogonal injection),WO2010008386(quasi-planar mirrorsfor drift focusing at reduced aberrations)、WO2011086430(cylindrical analyzers)和WO2013063587(high-order isochronous ionmirrors)中提出。WO2011135477公开了一种正交加速器的频率编码脉冲调制。

在使用类似MALDI的本质脉冲离子源时，已将TOF MS用于串联式飞行时间质谱仪(TOF-TOF)。US5202563公开了一种由经碰撞离子解离(CID)单元耦接的两个单反射TOF MS组成的串联式飞行时间质谱仪(TOF-TOF)。时间离子选择器(TIS)在每个TOF1发射中通过一个母离子。离子在CID单元前面减速，随后碎片离子以脉冲调制或持续方式被重新加速。US6770870公开了一种用于离子选择通过CID单元的延迟碎片提取方法。GB2390935、US7385187和US7196324B公开了一种用于并行获取所有母离子碎片谱的“全质量”TOF-TOF装置。然而，TOF1级和TOF2级之间嵌套时标的原理并不限制第二级的分辨率。US20070029473和US7385187公开了经由CID或SID单元耦接的两个多反射TOF MS的串联，但它是顺序操作的，即，每次发射选择单个母体物质。WO2010138781公开了单反射TOF分析仪的串联并声明每单次离子源喷射会选择多个母离子，但其并未公开复用算法。

综上，现有的TOF-TOF串联装置尚未实现在两级都采用高分辨率多反射TOF分析仪的同时进行并行“全质量”分析。因此，需要改善TOF-TOF串联装置的分辨率、灵敏度、速度和动态范围。还需要一种将全质量并行串联式分析的宣称目标转换成可行方法和仪器的明确的编码方法。

发明内容

根据本公开的某些实现，TOF-TOF可通过如下改善：(a)为串联式MS-MS分析的两个级都使用多反射TOF(MR-TOF)，藉此以可比较的时间尺度分离母离子和碎片离子并在碎片谱中形成稀疏信号；(b)复用母离子采样；以及(c)通过排除了多个源射出脉冲的一个周期内的系统性信号重叠的非冗余矩阵编码对用于母离子采样的门和/或从碎裂单元中提取碎片离子的延迟进行编码。可以使用MR-TOF的高占空比和分辨率并且使用在前层析、质谱或离子迁移率分离的快速表面表征(profiling)或快速表征来为所有母质量实现谱解码。

根据某些实现，处理依赖于高分辨率串联式质谱的稀疏度。典型的碎片谱已知包含约100个碎片峰。于是，单个碎片谱占据100,000解析能力下质量规模的0.1％。这样的信号稀疏性允许非冗余采样(和/或延迟编码)，这避免了在几百个同时获取的碎片谱之间的系统性信号重叠。

该处理还依赖于多个开始之间没有混合信号。虽然可以在对应于编码周期的长时间段对信号波形求和，但是作为替换或者附加，信号还可以以所谓的“数据记录”形式加以记录，其中数据并非在开始之间求和，而是连同当前开始的编号将原始非零信号传递给处理器。这就保持了谱稀疏性、保持了谱编码的信息，并且允许对在前层析、质量或迁移率分离的快速表征。

在某些实现中，该处理仅利用母采样门编码或仅利用碎片提取延迟编码，或者利用两者的组合以在使用更高占空比的母采样门的同时保持处于有限的延迟范围内。在所有情况下，可以计及信号延迟基于针对任何具体母门的任何具体碎片峰的重复来将信号解码并采集到碎片谱内。

该处理可由后续对识别出的碎片峰之间的重叠的分析，还可由对重复碎片信号组内的强度和形心分布的分析所进一步加强。在某些实现中，重叠被丢弃。在某些实现中，重叠与其余组信号去卷积。

可以对串联式MS-MS分析的两个级都利用多反射TOF(MR-TOF)分析仪，其中使得母离子和碎片离子沿着不同的轨道或是沿着相同但方向相反的轨道通过同一个MR-TOF。MR-TOF分析仪可以是平面型MR-TOF，或是提供更紧凑轨道折叠并如US7196324和WO2011086430所公开的圆柱形MR-TOF。两种分析仪都利用周期性透镜或离子反射镜场的空间周期性调制用于在漂移方向上更好的离子禁闭。优选地，这类分析仪利用如在共同待审应用(WO2013063587)中描述的具有高阶(第四阶或第五阶)每时间能量聚焦的离子反射镜。更高能量的等时性对于处理更大能量分布的碎片离子而言尤其有用。

合适的脉冲离子源可以包括轴向RF陷阱、径向射频(RF)陷阱、具有用于与连续离子源(ESI、APCI、APPI和气体MALDI)耦接的径向离子发射的RF离子引导部、或是本征脉冲源，诸如离子累加EI源、脉冲SIMS以及DE MALDI离子源。

综合的高解析TOF-TOF可以利用多种类型的碎片单元，包括：(a)具有正常撞击母离子并具有碎片离子的脉冲提取延迟的表面诱导解离(SID)，(b)通过高能CID单元，和(c)与百叶窗表面滑行碰撞后接脉冲延迟提取的SID单元。根据某些实现，TOF-TOF可以利用在mTorr气压范围下操作并由射频离子禁闭所辅助的通过低能CID单元。

本公开的某些实现如下为所有母离子提供全面的，即，全质量的串联式MS-MS分析：(a)由时间门进行的母离子采样的3％至30％的占空比；(b)无损的碎片离子提取；(c)大幅加速(30-300ms)的串联式分析；(d)高时间分辨率(10-30ms)；以及(e)两个质谱级处的高分辨率。

根据本公开的某些实现，能够期望TOF-TOF计及MR-TOF内1ms的飞行时间而在包含30-300个开始脉冲的周期内(即，在30-300ms内)形成一组代表性数据。在MALDI源的情况下，这种数量的激光发射不会耗尽单个采样点。本处理不仅适用于传统层析LC、UPLS和GC，对于像是GCxGC和LcxCE的相对快速的双层析分离和离子迁移率分离也是可行的。该处理能够与中等速度的表面扫描相结合，并且适合与用于MS³分析的在前质量分离器向结合的更高阶串联体或IMS。

提出的稀疏信号的非冗余复用处理可被用于其他质谱串联体、其他TOF-TOF、或用于空间解析质谱仪，只要谱信息或信号通量是稀疏的(即，稀少离子)。

根据本公开的某些实施例，公开了一种串联式飞行时间质谱仪分析的方法。所述方法包括从离子源或脉冲转换器中脉冲提取具有不同m/z值的多种母离子物质以及在具有等时和空间聚焦的多反射静电场中按m/z值时间分离所述母离子。所述方法还包括使用相对于所述源脉冲延迟的时间门通过脉冲电场选择一种母离子物质，使与气体和表面中的至少一个碰撞的准入母离子碎裂，以及以相对于所述时间门的延迟通过脉冲电场提取碎片离子。本方法进一步包括在所述多反射静电场内时间分离所述碎片离子以及在所述多反射静电场内时间分离所述碎片离子。对所述母离子物质的选择每单个源脉冲被多次执行。此外，源脉冲在一个信号获取周期内被多次重复。另外，以非冗余的方式编码在多个源脉冲的一个周期内变化的门时间和提取延迟中的至少一种。进一步地，通过计及出现的提取延迟并且通过对出现的信号重叠的事后分析，基于与具体门时间的重复出现的信号相关解码针对所述多种母离子物质的分离的碎片谱。

根据本公开的某些方面，母离子和碎片离子两者的时间分离沿着不同的平均轨迹或以相反方法在同一个多反射静电场内出现。本方法还进一步包括从对应于同一种母离子的碎片离子的强度分布中重构层析分离、表面扫描或离子迁移率轮廓。

根据某些实现，所述门时间和/或所述延迟时间由从一组相互正交的矩阵块中构建的非冗余矩阵编码。根据某些实现，从一组非线性级数延迟中选择具有在碎片谱中超出典型峰宽的最小间隔的提取延迟。在一种方法中，所述一组延迟由与具有整数系数n的n*(n+1)/2成比例的线性级数间隔形成。每获取周期的源脉冲数S可以从10到1000以上变化，每单个源脉冲的母选择门数W可以从10到1000以上变化，并且母选择脉冲之间的平均间隔可以从10ns到10μs以上变化。

根据本公开的一个方面，公开了一种串联式飞行时间质谱仪。所述串联式飞行时间质谱仪能够包括发射多种母物质的离子包的脉冲离子源或脉冲转换器以及脉冲加速碎片离子的碎裂单元。所述串联式飞行时间质谱仪还可包括多反射飞行时间质量(MR-TOF)分析仪，被布置为让母离子和碎片离子沿着不同的平均轨迹或以相反方向通过同一个所述MR-TOF分析仪。所述串联式飞行时间质谱仪可以进一步包括被配置为发出至少两个脉冲串来触发母离子定时选择和碎片离子的延迟脉冲提取两者的脉冲发生器以及被配置为获取碎片离子的非混合信号并且在多个源脉冲的一个周期内非冗余编码所述触发脉冲的数据系统。所述非冗余编码被布置为避免或最小化在任何独立门时间的多次重复下来自不同母物质的至少两个离子信号的重复性重叠。

根据某些实现，所述数据系统被布置成连同有关当前开始编号的信息获取一个长信号波形或一组分离的信号波形。在某些实现中，所述装置还可包括并行处理器，其被配置为基于碎片信号和任何具体门时间之间的相关性并使用可选的出现信号重叠的重构来解码用于所有准入母离子的分离的碎片谱。进一步地，所述脉冲源可以是如下之一：具有射频离子禁闭和脉冲发射的轴向或径向陷阱、具有脉冲轴向离子发射的通过射频离子向导、脉冲累加电子轰击离子源和具有延迟提取的MALDI离子源。

作为附加或者替换，所述质谱仪可以进一步包括偏移器或弯曲扇形表面，其被布置为将所述MR-TOF分析仪耦接至所述脉冲离子源、所述碎裂单元和所述数据系统的检测器中的至少一个。根据某些实现，所述MR-TOF分析仪是具有每能量至少三阶时间聚焦以及包括交叉像差项的至少二阶全聚焦的平面或圆柱形分析仪。在某些实现中，所述MR-TOF分析仪包括如下的至少一种：在无场区域内的一组周期性透镜以及空间调制离子反射镜场以约束离子在漂移方向内沿着之字形轨迹行进的至少一个空间调制电极。根据某些实现，所述碎裂单元是如下的一种：具有正常撞击母离子和碎片离子的脉冲提取延迟的表面诱导解离(SID)、通过高能碰撞诱导解离(CID)单元、以及具有滑行碰撞后接脉冲延迟提取的SID单元。

根据本公开的另一个方面，公开了用于一种复用质谱分析的方法的一组操作。本方法包括采样多个离子源的子集，使用在来自不同离子源的采样谱之间的有限信号重叠来成形独特、稀疏且重复的谱信号，以及使用至少一个检测器记录质谱。在以非冗余形式改变子集的同时重复所述采样、成形和谱记录步骤，其中任意两个同时采样源的组合是唯一的并且任何具体源都被多次采样。本方法还包括通过将编码信号与源采样相关联解码来自所有独立源的信号。

根据本公开的某些实现，其中所述解码步骤基于获取谱的相似性被自动调整。进一步地，本发明可以包括基于一组相互正交的方形矩阵块来构建非冗余矩阵。作为替换或者附加，本方法可以包括以基于非冗余矩阵编码的非线性级数延迟来延迟所述离子源。进一步地，所述多个离子源可以是如下之一：单个离子源下游复用的多个离子流的子集以及在单个离子源或者多个脉冲离子源或脉冲转换器中生成的多个离子包的子集。在母离子谱复杂性较低的情况下，谱重叠的概率降低并且串联式分析的占空比可以通过使用允许部分重叠的更短的非冗余级数而得到改善，由此用于母选择的m/z窗口可被加宽。

本公开的一个或多个实现的细节将结合附图在如下描述中阐述。其他的方面、特征和优点将会从描述和附图以及权利要求中变得显见。

附图说明

本公开的一个或多个实现的细节将结合附图在如下描述中阐述。其他的方面、特征和优点将会从描述和附图以及权利要求中变得清晰。

图1-A是描绘了一种示例性复用串联式多反射飞行时间(MR-TOF)质谱仪以及该MR-TOF质谱仪的编码数据系统的图示，其中使用了单个平面型MR-TOF分析仪。

图1-B是描绘了串联式MR-TOF分析仪的圆柱形几何构造的图示。

图2-A至图2-C是描绘了复用串联式MR-TOF质谱仪的碎裂单元的不同布置的图示。

图3是描绘了具有经由弯曲等时进口耦接至MR-TOF分析仪的SID碎裂单元的复用串联式MR-TOF的图示。

图4是描绘了在母离子选择以及在相对于母离子相反方向上的碎片离子延迟提取的各阶段下的SID碎裂单元的图示。

图5是示出了在母离子选择以及在相对于母离子直角方向上的碎片离子延迟提取的各阶段下的SID碎裂单元的图示。

图6是示出了处于母离子选择和碎片离子延迟提取的各阶段下的通过CID单元的图示。

图7是示出了用于离子源、粗略和精细时间选择门和碎裂单元的同步的示例性时序图的图示。

图8-A和图8-B是示出了实验室时间内对母离子飞行时间的信号与母离子和碎片离子的当前示例性信号之间的关系以使用相关性原理说明非冗余复用和谱解码原理的图示。

图9A和图9-B是示出了用于编码母采样门和/或提取延迟的正交矩阵例和非冗余矩阵例的图示。

图10-A至图10-D是示出了非冗余矩阵的参数表以及在母离子总数P＝100和P＝1000时假阴性识别和假阳性识别的概率图表的图示。

图11是示出了链接至非冗余编码参数的估计的串联式MR-TOF参数的表格的图示。

图12是示出了稀疏重复或持续信号的多个源的非冗余复用的一般性方法的图示。

各附图中相似的参考符号指示类似的元素。

具体实施方式

图1-A示出了一种示例性复用串联式多反射飞行时间(MR-TOF)质谱仪11。根据某些实现，MR-TOF质谱仪11包括多反射飞行时间(MR-TOF)分析仪，后者则具有两个平行对准的离子反射镜12(虽然在此为了解释是平面型的，但也可以是圆柱形的)、漂移空间以及在反射镜12之间的周期性透镜14。MR-TOF质谱仪11还包括脉冲离子源15、复用时间选择器16、碎裂单元17、检测器18以及非冗余复用数据系统20。母离子的平均离子轨迹示出为实线19P，碎片离子的平均离子轨迹则示出为虚线19F。

脉冲离子源15例如可以是：(a)具有径向或轴向离子发射的射频(RF)离子陷阱，其捕获离子或让处于低离子能量的连续离子流通过；(b)电子碰撞(EI)源；或(c)脉冲SIMS源；或(d)具有延迟提取的MALDI源。根据某些实现，通过在脉冲离子源15中使用更低的提取场并通过最小化在离子提取方向上的离子云宽度而把离子包的能量分布大致最小化至10-20eV以下。在径向陷阱的情况下，前述对应于0.1-0.3mm离子云宽度下近似50-100V/mm的提取场。拖长的往返时间(对1kDa离子估计为约10-20ns)能够通过延长MR-TOF分析仪中的离子飞行路径来补偿。对于1ms飞行时间，仍能以25-50,000分辨率对母离子进行解析。在某些实现中，离子反射镜12是无网格的并且提供高阶时间(例如，第两阶或以上)、相对于离子包的能量、空间和角度分布的空间聚焦、以及在空间离子聚焦的同时每至少第三阶时间的能量聚焦。在最近的共同待审申请(WO2013063587)中公开了具有每第五阶时间的能量聚焦。离子反射镜12可以包括具有吸引电势用来在与图正交的Y方向上提供空间离子聚焦的电极13。时间选择器16可以包括(a)Bradbury-Nielsen双极导线门；(b)偏转器；或(c)一组微型并联偏转器。碎裂单元17可以包括(a)其中离子撞击表面(优选地涂覆有全氟聚合物)的表面诱导解离(SID)单元；(b)可由差动泵浦级围绕的高能碰撞解离(CID)单元；或(c)百叶窗SID单元。在前述实施例中，离子可以在单元17之前被DC减速并在通过该单元之后被重新DC加速。除了DC加速之外，同步的脉冲后加速能被用于碎片包的时间锐化(即聚束)并用于调整其平均能量。检测器18可以是微通道盘(MCP)、次级倍增器(SEM)或具有居间闪烁体的混合装置。在某些实现中，检测器18具有延长的寿命和动态范围以处理至少达1E+8个离子/秒的离子通量，从而以串联装置11预期的5-20％总占空比与来自离子源的10+10离子/秒的离子通量相匹配。在某些实现中，检测器18包括寿命为输出电流100-300库仑的光倍增器(PMT)。数据系统20向离子源15和时间选择器16提供时间编码的脉冲串作为送至碎裂单元17的(相对于选择器16)延迟的脉冲，并且收集来自检测器18的离子信号。如下将描述非冗余脉冲编码。数据系统20记录附带有实验室时间戳(例如，电流源脉冲数)的非零离子信号串。

操作中，开始脉冲的循环触发离子质量不同的多个母离子物质的脉冲发射(术语‘质量’可被用作质荷比的缩略)。开始脉冲之间的间隔形成实验性分段。离子沿着折叠的之字形离子路径19P通过分析仪10，并在同时由离子反射镜12垂直聚焦并由周期性透镜14水平聚焦。MR-TOF分析仪10可被配置为以高阶等时性以及空间聚焦来传送离子。不同质量的离子包在接近时间门16时在时间上分离。在一个分段内，时间门16在多个门时间采样(传送)多种母质量。采样的离子被减速至小于初始能量的10％，被允许进入碎裂单元17，并通过与气体和/或表面的撞击形成碎片离子。碎片离子由(相对于门)延迟的脉冲并在随后由DC场加速。脉冲加速用于聚束和能量调整。选择脉冲加速场的强度以保持碎片能量分布在10-15％内，以使用高阶聚焦离子反射镜实现MR-TOF的100,000的分辨率。碎片离子沿着平均轨迹19F以相反的漂移方向(具体情况)通过同一个分析仪并到达检测器18。采样多种母物质会引起碎片离子时间跨度之间的重叠并且可能导致碎片峰的某种重叠。谱混淆可以通过实现其中在多个源脉冲的一个周期内谱重叠不被重复的非冗余谱编码来避免或最小化。使用非冗余谱编码，在多个开始的一个周期之后，所有的母物质都被多次准入，获取重复的信号，同时丢弃随机重合且不重复的信号。于是，就以相比于相续(每次开始一个)母采样高得多的速度和灵敏度恢复了所有母物质的碎片谱。

数据系统20提供多个时间门和/或提取延迟的非冗余编码，由此在一个开始分段内任何一对的确切门时间(即，任何一对母质量)和/或提取延迟在多个S分段的整个周期持续时间下只能出现一次(或极少次数)，同时任何单独的门和/或提取延迟则可出现多次。数据系统20应该在不混合或求和整个周期的持续时间的情况下获取来自检测器18的检测器信号。检测器信号可被传递给并行多核处理器。在连续操作中，在对应于多个分段(即，多个开始)的滑动时间帧内分析检测器信号。任何具体信号峰和母质量之间的对应性可以基于其间的关联性进行提取，即，相关真实峰会在每次具体母质量准入(门时间)时出现，而来自其他母质量(门)的任何具体信号可能只出现一次或极少次数。在一个周期完成时，可以对所有门执行事后分析，藉此为所有母质量重构飞行时间碎片谱。可选地，在重构了所有碎片谱之后，可以为更高且更精确的谱恢复(数据分析程序内的实验再现)考虑并去卷积期望的信号重叠。

在信号分析阶段，数据系统20利用稀疏数据的核心原理。可以认为高分辨率分析仪10对于任何给定母质量提供极稀疏的谱(实际期望总数为约0.1％)，并且在准入的多种母物质之间几乎不存在碎片信号的错误重叠。编码和数据分析策略可以考虑分析细节以及期望的谱重叠程度。对于更强的重叠，数据系统20可以应用更低占空比的门选择脉冲或是更长的数据分析帧。

期望效果

在某些场景中，期望非冗余编码求解(例如，去干扰)母离子的碎片谱。在样本耗尽的情况下，使用有限分析时间的在前表面分析和/或在前层析分离，复用的分析可以改善分析的灵敏度和/或速度。

在一个数值例中，选择每窗口10个编码门位置G＝10，10个编码延迟D＝10；每个开始100个窗口W＝100，以及每滑动分析帧100个经分析的开始S＝100。一个独立门(由来自当前开始的门时间表征)可被重复10次，同时唯一信号重复中的任何具体一对的门和延迟仅出现一次。相比之下，顺序扫描(每个开始一个门和一个窗口)会要求1000个开始，其中任何具体门会被选择一次。在下文描述的设定下，所提出的方法可以为在前色谱分离或表面扫描提供100倍的信号增益、快10倍的获取周期以及快100倍的剖析。

参见图1-B，可以实现圆柱形几何构造的MR-TOF分析仪11C，来代替平面几何构造的MR-TOF分析仪10。在这些实施例中，圆柱形几何构造11C为每单位的仪器尺寸提供更为致密折叠的离子轨迹。飞行时间和分辨率的对应增加可以在不牺牲灵敏度(被非冗余编码最小化)的情况下实现。如在WO2011086430和共同待决申请(客户案卷号No.223322-313911)中所描述的，每个圆柱形反射镜12C由在其间形成圆柱形间隙的两组共轴环形电极实现。周期性透镜14C被包裹成环形，并且中央离子轨迹19C在圆柱体表面上对齐。作为例子，1m长且30cm直径的分析仪在周期性透镜14C的10mm间距处提供100m的飞行路径。圆柱形分析仪11C可以使用由陶瓷间隔物分开且由精密绝缘杆对准的或使用金属对准杆工艺固定装置粘合/钎焊的金属环构造。作为附加或是替换，可以基于圆柱形陶瓷支架构造金属电极。作为附加或是替换，可以在陶瓷或抗静电塑料(类似Semitron)圆柱体中制造径向的树丛件，并对树丛件间的间隔涂覆导电材料以形成有效电极。

MR-TOF中的离子路径

在某些实现中，针对串联式MS-MS分析的两个级使用相同的多反射TOF(MR-TOF)分析仪10，同时沿着不同的轨迹或沿着相同轨迹但相反方向，或是沿着相同轨迹但时间上隔开地让母离子和碎片离子通过相同的MR-TOF。

图2-A至图2-C示出了根据某些实现的复用的串联式MR-TOF11。在图2-A中，MR-TOF 11可以包括位于MR-TOF分析仪10中间的通过CID碎裂单元24(在图6中详细示出)。在图2-B的实现中，复用的串联式MR-TOF 11包括位于MR-TOF分析仪10中间的SID碎裂单元26(在图5中详细示出)。在图2-C的实现中，复用的串联式MR-TOF 11包括位于MR-TOF分析仪10远侧的SID碎裂单元28(在图4中详细示出)。注意到在图2中描绘的MR-TOF 11使用了与图1中描绘的MR-TOF 11相同的标记。可以设计各种变体来匹配飞行路径不同布置下的单元要求。

图3示出了复用的串联式MR-TOF 11的例子。在某些实现中，复用的串联式MR-TOF 11包括经由由静电扇形分段制成的弯曲等时进口32耦接至MR-TOF分析仪10的外部SID碎裂单元37。为了方便起见并提高差动泵浦，脉冲源15可以经由对称弯曲等时进口32耦合到MR-TOF分析仪10。离子可由末端偏转器34操纵。结果是，可以为母离子和碎片离子实现与沿Z轴两个漂移方向上的多反射路径相对应的拖长的离子轨迹35和36。通过在透镜块14中使用偶数个透镜，完整的离子轨迹连接弯曲进口32和33。

操作中，源形成具有对应于多种分析物物质的多个m/z比(也被称为质量)的离子。多个质量母离子的离子包被从脉冲源15受脉冲作用地喷出，穿过弯曲进口32，沿着轨迹35(在漂移方向Z上来回)行进，并穿过弯曲进口33，按照到达门16的时间而被质量分离。通过每个源脉冲期间多次打开门16来选择母离子的多个包。准入的离子包减速到几十电子伏(10-50eV)并击中SID单元表面。在一些实现中，空间细化偏转器或是通过源的“提升器(elevator)”都调整正常碰撞能量接近正比于母离子质量。在一些实现中，母质量的选择通过额外的“超快”选择器38辅助。碎片离子在SID单元中形成(在图4中详细示出)，在单元37内脉冲加速，并沿着轨迹36(与35相同，但方向相反)通过。由于母离子已经通过了弯曲进口32，进口32的偏转场被关闭并且离子被允许经由进口32内的孔传递到检测器18上。作为替换，在源之前布置一个环形检测器。在服务和调谐模式下，进口32和33也可以具有由辅助偏转器控制的旁通孔。

碎裂单元

参照图4，SID碎裂单元41被示出为处于母离子选择和碎片离子延迟提取的不同阶段(A至C)。SID单元41可以包括可选的静态入口偏转器42、连接到双脉冲发生器49的双极导线离子门43、精细门43F、入口透镜44、具有近均匀场的静态减速/加速柱、网状电极46以及具有可更新表面插入件48以形成电极的表面支架47。电极46和47可以连接至双脉冲发生器50。

操作中，在状态A，双极导线门43被接通，即闭合。母离子的中等(1/5弧度)偏转降低了轴向离子能量。后续的减速使得离子沿电极47滑动。在加速器45的开孔中没有碎片离子形成。在状态B，双极门43被切断约1-2μs的时间间隔。可选地，极精细门43F可以通过辅助双极导线门43形成，例如使用正交于门43导线定向的导线。在针对1kDa母离子的期望1ms的飞行时间，母离子选择的分辨率预计从R1＝250-500(如果使用1-2μs门)到25,000-50,000(如果使用精细的10-20ns门)。双极门的亚毫米空间分辨率在考虑到20-40mm/μs的母离子速度的情况下可提供高达10-20ns的母离子采样分辨率。为了安排超快采样，门可由一组双极晶体管从一种偏转状态翻转到相反的偏转状态。当超复杂混合物在母谱中存在多种同重元素时会需要进行超快采样。出于解释的目的，假定具有中度母采样分辨率(250-500)的策略。

准入的离子包由透镜44空间聚焦，由DC场减速并以10-50eV的离子能量击中插入部48的表面。碰撞能量可由例如经过离子源的脉冲提升器被调节为近似正比于母离子质量。需要注意的是出于获得分析上有意义的碎片谱的目的，母离子的初始能量分布已经通过使用在图3的离子源15中的弱提取场而被降低至10-15eV以下。碎片离子由于与表面48的低能量碰撞而形成。为了提高碎片离子增益至30-40％(相对于纯金属表面的10％增益)，插入件48可以涂覆有蒸汽压在1.E-7mBar之下的全氟液体聚合物薄膜。在一些实现中，电极46的电势被保持为相比于电极47(连接到48)低几伏，例如1-5伏，以协助二次离子提取。取决于碎片离子质量，二次离子在电极46-47的5-7mm的间隙内行进约3-10μs。注意到，经由网状电极46的母离子形成一些二次离子，这些离子能被向后加速进入分析器10。然而，这些离子也可由双极偏转器43偏转。

在状态C中，以相对于母离子的到达延迟1至3μs(待实验优化)的方式打开发生器50。该延迟包括两部分：k*TOF1+TD，其中TOF1是从当前开始脉冲测得的门打开时间，k是考虑到来自门的母离子通过和来自表面的碎片离子传播两者的几何系数(最重的碎片等于母离子的相对计量)，而TD是可变的延迟量(时间门之间)以改善谱编码。期望该延迟TD具有相比于碎片离子的传播时间(3-10μs)相对较小的约1μs跨度的变化。调整发生器50的正负脉冲幅度，以使得碎片平均能量保持在MR-TOF分析仪的能量接受度内。典型的脉冲幅度为1kV。双极门再次打开以传送碎片离子。由于第二时间窗的适当调整长度也被调整为k*TOF1，因此同时(或基本上同时)传送(泄露的)母离子不可能在检测器18上形成信号。来自泄漏母离子的碎片可由在门43闭合状态下启动的清除脉冲(由虚线示出)去除。

出于改善母离子分离的目的，精细门43F允许更为细化的约10-20ns的时间尺度。试举一例，双极导线偏转可被从一个偏转极切换到相对的偏转极。在例如在100-200V幅度和100-200MHz带宽下使用双极晶体管的情况下，时间波前(time front)可以低至10-30ns。通过翻转偏转，双极偏转器的空间分辨率可以优于导线间的间隔，即0.5-1mm。在8kV加速电压的情况下，1000amu的离子以40mm/μs的速度飞行。于是，空间分辨率转换成双极门的10-20ns的时间分辨率。在1ms的飞行时间，母选择的分辨率可被带到近似为25,000-50,000，除非该分辨率受到以每包1,000-10,000离子以上出现的自空间电荷的影响。精细门43F在粗略门43的时间间隔内采样多个细化切口。所有得到的碎片随后被一个提取脉冲加速。对于其他单元类型可以使用类似精细门。

图5示出了配置用于串联式MS-TOF 11的类似的SID碎裂单元51。在某些实现中，该SID碎裂单元被配置用于图2-B所示的MS-TOF。该单元与(图4的)单元41的不同之处在于偏转器52的脉冲操作，而这简化了状态B下母离子准入和状态C下子女离子提取间的同步。结果，门43可以每一个门脉冲切换一次。考虑到可用的FTMOS晶体管当前有限的重复率(在1kV脉冲下近似100kHz)，图5的方案可以允许相比于图4方案更频繁的母离子准入Vs。碎片提取的频率还会被母离子和碎片离子两者传播通过加速柱所需的时间限制在近似100kHz频率。然而，上述具有精细定时门的方案允许每单个碎片发射脉冲的多个母窗口的更快准入。

参照图6，通过CID单元61可以包括静态偏转器62和68、连接至双极性脉冲发生器69的时间门63、具有相应内置透镜64L和67L的入口减速和出口加速柱64和67、由差动泵浦护罩包围的气体填充的碰撞单元65、以及出口网状电极66。单元65和出口网状电极66则连接至脉冲发生器70。

图6示出了单元61的三个时间状态(A-C)。在状态A中，中等门偏转(5-10度)导致离子未击中气体填充单元65的细化(1-2毫米)孔。在状态B中，脉冲发生器69选择母离子的窄(1-2μs)时间门。准入的母离子减速至低于初始离子能量(即100-500eV)的5-10％，通过该单元并在与稀薄气体的碰撞中碎裂。将单元中的气体压力调整到大约中等1E-4mBar范围以诱导近似单离子碰撞。与气体的中等能量碰撞引起离子碎裂。碎片可以继续以大致相同的速度行进。在预定的延迟k*TOF1+TD(取决于母质量)时，脉冲发生器70被切换为脉冲加速，而该k*TOF1延迟和脉冲幅值被选择以将碎片能量调整为MR-TOF分析仪能量接受度的10-15％内。窄可变延迟TD(100-300ns内)可任选地用于信号编码。离子在柱67中被DC加速且由透镜67L空间聚焦。偏转器68使得碎片包沿着折叠轨迹23转向进入图2C的分析器10。

同步

图7示出了显示有离子源71A、时间选择门71B和碎裂单元71C之间的同步的一个示例性时序图71。数据采集周期包括S个分段，其中使得一个典型分段时间可与最重的母离子的飞行时间(近似为1毫秒)相比。分段的典型数目S可从30到300中选择。在一个周期内存在有多个W宏窗口，每个宏窗口含有一个选择门脉冲，其中W从30到1000中选择。在一个宏窗口内存在有增量为ΔT的G个门时间位置(在W＝100且G＝10时ΔT＝1μs)。分段、宏窗口和门位置的当前数目s、w和g在图7中由小写字母指示。于是循环时间(从采集周期开始时测得)可以根据如下计算：循环时间＝(s*W*G+w*G+g)*ΔT。母离子的飞行时间(从当前开始脉冲测得)可以根据如下计算：TOF1＝(w*G+g)*ΔT。时间门和单元提取脉冲之间的延迟包括两个分量，k*TOF1+D(s,w,p)，其中k为恒定系数，考虑到从门到单元的离子通过时间两者，而D(s,w,p)是可选时间延迟，出于改善编码策略的目的被设计在若干增量内。D的可用变化跨度为：针对SID单元的1μs以及针对CID单元的100-300ns。示图72和73是示图71的放大视图。示图73呈现了粗略门43和精细门43F的相对准入间隔，从而在两个门处都对实际脉冲的形状有影响。需要注意的是精细门在粗略门间隔内形成多个编码凹口，而所有碎片则仍由单个SID脉冲提取。

参照图8-A，示图81以周期时间相对于TOF1(母离子飞行时间)的坐标绘出了离子信号。虚线对应于母离子，而填充区域对应于由碎片离子潜在占据的区域。区域边界绘制为TOF1<TOF1+TOF2<2*TOF1且母离子和碎片离子占据了近似相等的飞行路径，从而可能从碎裂单元发射的未碎裂的母离子。瞬间获得的信号对应于当前循环时间处的峰集合，并且可以包含来自具有不同TOF1的多种母物质的信号。示图81示出了中度的信号超越(碎片离子在下一个开始间隔内到达)对于加速获取是可接受的。开始脉冲之间的时间段可被设计等于最大总飞行时间max(TOF1+TOF2)，最大的首次飞行时间max(TOF1)，或max(TOF1)的一部分。源于任何源(开始)脉冲的信号可以在下一个时间分段内到达。如果谱足够稀疏，该超越不会影响信号解码效率。于是开始脉冲频率可以基于获取的谱的稀疏性以数据依赖的方式在预先形成的集合间调整。

使用非冗余采样的复用

参照图8-B，示图83示出了母离子和碎片离子的示例性信号(示为小方块)。关注于谱恢复，带有碎片信号的一种母物质由黑色方块表示。为了便于说明，为两个相续开始选择了相同的母物质。淡色方块表示来自门采样时间在各开始之间不同的其他母物质的碎片信号。前述是代表性的非冗余采样方法。椭圆形显示了在周期时间内示例性的信号重叠。由于是非冗余采样，因此错误的重叠在各关联开始之间是不同的(使用关注的相同门)，而真正的信号是重复的。

信号分段84采用颜色编码来跟踪关注的碎片，其中黑条代表关注的门的碎片峰。在实验中，重叠可以在局部峰重叠的情况下区分而在接近完全重叠的情况下无法区分。由于稀疏发生的重叠并且由于相关性分析，系统性重复峰可与错误的重叠分开。系统性重复信号在与重复选择的母门时间相对应的分段内出现。

一旦碎片峰被分配给所有母门，谱恢复就可通过预期重叠的事后分析(计算机中的实验再现)得到增强。重叠的信号可能被丢弃或通过关联层析谱(profile)而与相同母离子的其他碎片峰去卷积。如果重叠被丢弃，则可基于丢弃重叠的相对数目来调整信号强度。

精细非冗余采样

母选择的分辨率可以通过使用精细门结合粗略门而得到增强。试举一例，粗略门选择2μs的间隔，而精细门偏转器选择具有10-20ns间隔和30-50％占空比的约5-7个精细时间门，以在第三编码维度内的开始之间交替。相比于一层门，串联体的总占空比下降(近似2-5％)，但母选择的分辨率从500上升至50,000。第二层精细门选通适合于非常复杂混合物的串联式MR-TOF分析，其中母离子按同量异位素密集堆积，信号不再稀疏，并且需要母离子的某些稀疏化选择用来解码。

使用延迟编码的复用

系统性信号重叠可通过实现提取脉冲延迟的唯一非冗余变化来避免。该组延迟可以通过非线性级数来定义，从而减少或避免可重复的信号间间隔。例如，该组延迟可以被定义为TD(n)＝TD₀*n*(n+1)/2，其中TD0超过TOF2中的典型峰宽。换句话说，该组延迟使用与具有整数系数n的n*(n+1)/2成比例的线性级数间隔来形成。如果例如TD₀＝10ns(在TOF2＝1ms且R2＝100,000时期望峰具有FWHM<5ns)，则该组延迟被表示为0,10,30,60,100,150,210,280(n＝8),360,450,550,660,780,910和1050ns(n＝15)。如可以理解的，前述导致了独特的延迟以及各延迟之间的唯一时间差。在延迟编码期间，门同步可被简化。试举一例，等距离门的间距(comb)可被设定为恒定值，而源脉冲以与梳状偏移值相对应的C倍在各开始之间被延迟。随后为每个梳状位置重复使用非冗余复用的分析。全质量分析则能够采取C个重复的分析块。

根据一些实现，延迟可被设为根据窗口数量逐步增加。然而，考虑到延迟时间的限制(对于SID单元<1μs，对于CID单元<0.3μs)，窗口数量会是有限的，例如，对于CID单元小于8而对于SID单元小于15。窗口的这类减少会限制母选择的复用增益、灵敏度和分辨率。在一些实现中，延迟序列可以对每个分段(即，相邻开始之间的间隔)是唯一的，使得延迟的唯一序列在包含多个分段的采集周期内为任何门出现。为了避免冗余，延迟表可以通过使用从一组互相正交的矩阵块构建的编码矩阵的转置版本来形成。

双编码

根据一些实现，两种类型的非冗余编码可以被组合，即采用两种编码——通过使用碎片提取的时间延迟编码形成的编码频率脉冲(EFP)以及通过母选择门的非冗余采样(NRS)。在这些实现中，可以采用每个窗口的门位置数量的减少以及短延迟组。双编码方法的细节将在如下针对具体例子加以描述。

编码矩阵

非冗余复用方案的能力和潜力依赖于非冗余编码矩阵的存在和性质。这类矩阵(表示为M)应满足非冗余条件：

(M_i,j,M_a,j)≠(M_i,b,M_a,b)        (1)

对于 $\&ForAll;i\&Element;0..(W-1),a\&Element;0..(W-1),i\&NotEqual;a;j\&Element;0..(S-1),b\&Element;0...(S-1),j\&NotEqual;b;$

其中W是母离子窗口的数量，S是在获取周期内分段(开始)的数量，i,a是窗口的索引，并且j,b是分段的索引。根据一些实现，非冗余编码矩阵还满足能够以与拉丁超立方采样原理相一致的方式从一组相互正交的拉丁方(Latin square)中构建的条件。拉丁方是填充有n个不同码元的n×n阵列，每个码元在每行和每列中都恰好出现一次。应当指出，矩阵M是适合于编码的，即使在条件(1)偶尔不被满足的情况下，即，低冗余存在。在这种情况下，解码是基于被解码的门位置重合信号的数目是其它门位置信号重合数目的至少两倍的这一事实。

图9-A示出了NRS矩阵结构的矩阵注解和原则。应该注意的是采集周期包含从开始到离子源开始测得的多个分段。分段被划分到多个窗口间隔，并且每个窗口间隔被划分到多个门间隔。大写字母S、W和G代表每周期的分段数、每分段的窗口数和每窗口的门数，而小写字母s、w和g则对应于分段、窗口和门的当前系数。在一例中，当前窗口是#w，下一个口窗是#w+1，并且每个窗口具有10个门位置，即G＝10。在该例的矩阵91中，矩阵单元中的数字代表门的状态，例如，1表示打开的门且0表示不参与的门。非冗余是通过示例性矩阵91示出的，其中同一对窗口内的相同门组合在整个采集周期的任何两个分段s＝i和s＝j中是被禁止的。该示例性矩阵部92显示单元注解的缩减法，其中该单元内的数目表示开启门的当前数量。矩阵93给出W＝5和G＝5的一个拉丁方的例子。一个示例性拉丁方矩阵95具有一组(W-1)相互正交的拉丁方，其中W＝5。在通过延迟编码复用的情况下，可以使用等价于矩阵95的转置矩阵96。但是应当理解的是，窗口和延迟两者都可能使用相似类型的非冗余矩阵进行编码。

表1中的如下伪代码示出了用于生成一组(W-1)相互正交的拉丁方以构建非冗余编码矩阵M的示例性算法.

表1

根据表1所示的算法，每个块中的列通过应用线性级数位移生成。位移值等于块数目加1。非冗余矩阵M的主要性质是：(a)每个数字在行内是唯一的，(b)在每个块内，每个数字是每列唯一的，(c)数字出现的频率相等，以及(d)非冗余结构满足条件(1)的要求。

为了增加矩阵M(例如，矩阵93)的大小，单元数量成比例地增大，例如，增加每个窗口的延迟或门位置的数量。门位置数量的增加会降低占空比。此外，延迟的数量受到碎片单元中各处理的限制。为了克服该限制，MS-TOF实现两种复用方法(即，采样和延迟编码)的组合。

在组合编码的情况下，编码矩阵M的每个元素可被写作表示可变门位置和延迟的一对数字。矩阵可以通过下述变换从非冗余矩阵M构建：矩阵M的每个元素可以被视为一个在基数D的记数系统中表示的数字，其中D是可用的延迟的数量。参见图9B中的矩阵98，第一位数字表示窗口中的门位置的数目而第二位数字表示延迟的数量。

参见图9B，用于组合编码的矩阵变换在矩阵97和98内示出。初始矩阵M(即，矩阵97)由一组互相正交的拉丁方构建并适合于针对42次发射在7个窗口内的7个门位置处(总共49个门位置)进行正交采样，其中每个单独的门(窗口号和门号的组合)被重复6次。

组合编码允许通过引入两个延迟而将门位置的数目由7减至4或是通过引入三个不同的延迟而将门位置的数目由7减至3。后一种情况在矩阵98中显示。该矩阵是通过在基数3的记数系统的每个元素的代表而被变换的。

矩阵M的类似变换可被用于通过组合多于两种类型的复用(例如，通过添加超快门)来进行编码的情况。在这种情况下，单元中的数可以包括三位或更多位数字。

通过组合两种或更多种类型的复用，非冗余矩阵的大小可以增加，而不会牺牲实验参数。在一例中，G被设定为每窗口10个门位置G＝10和一组11个延迟D＝11。这允许使用具有100个拉丁方且大小为101x101的矩阵。数字101被选择作为小于GXD(即110)的最接近的素数。矩阵可以被裁剪到100×100，以使窗口数量等于100。独立门的总数是1010并且可用的非数冗余试验(开始)是10100。由于可用非冗余开始的数目较大，因此开始可以被过滤以满足一些实验要求，如脉冲间隔的平滑变化。该实验的占空比为10％并且母选择的时间分辨率是1010。解码所有门位置的碎片谱所需的开始的数量是101并且实验时间为102.01ms，同时独立门重复之间的平均时间是10μs。应当指出的是，前述仅提供作为例子。

假阳性和假阴性

所描述的编码算法严重依赖于MS-MS数据的稀疏性。典型的肽碎片谱已知含有相对较少，例如，三个或四个至几十个主峰以及从几十到一百多个小峰。例如，针对单一母离子的碎片峰的平均数目可能超过100。在第二MS级的100,000分辨率下，谱总数(spectralpopulation)(占飞行时间标度的百分比)预计在0.1％的范围内。每个开始的门数量约为100且主要受限于当前可用FTMOS晶体管的频率范围。因此，所记录信号的总数预计在10％的范围内。随后使用接受的真实峰在计算机上的实验再现能够分配发生重叠的主要部分，由此移除由于编码引起的谱失真。为了优化编码策略，应该对阳性和假阳性识别做出更准确的估计。

分段谱内针对非重叠峰的概率函数为：

p_NO＝(1-f_P·ρ)^W-1,

其中f_P是门中出现母离子的频率，其被定义为ρ是每单个门的碎片谱的总数，W是每个分段的窗口数量，G是每个窗口的门位置数量，并且P是在谱中母离子的总数。分段的总数根据如下确定：ρ_S＝1-(1-f_P·ρ)^W。

针对特定门g的碎片谱的解码以如下方式执行：

1.在获取周期期间，选择一组包含门g的碎片谱的分段。当使用W×W(W-1)尺寸的编码矩阵时，在总数为W(W-1)的分段中，在总数为W(W-1)的分段中的N个分段谱中含有任何特定门，其中N≤W(矩阵的属性)。一组针对窗口2的门1的分段的例子在图9-A的94处示出。

2.应用延迟相关性由此根据在每个分段中的门g处使用的延迟对齐谱。

3.为了重合峰搜遍谱。对这些峰求和得到门g的碎片谱。如果一个峰在N的至少K个谱中被发现，则认为该峰是重合的。可以选择K的值以使得K大于与其他门信号随机重合的预期数目。

应当注意，该求和峰可含有外来重叠峰的信号。这个估计的一点是要搜索这样的重叠的概率仍然很小的编码策略。

阳性识别的概率(即，至少有K个峰没有重叠)可以根据如下确定：由来自不同门的K个和更多随机峰组成的假阳性识别的概率则为：

编码例1：

参见图10-A，表101显示了在使用具有25个门位置的非冗余采样(不存在延迟编码)时的示例性编码参数。前述允许使用25个窗口：W＝25,G＝25,D＝1.占空比是DC＝4％并且母选择的质量分辨率是312，即RS＝W*G/2。编码矩阵具有25列和100行，即开始数为S＝100且每25次发射重复各个门。图示102和103呈现出假阴性识别(实线)和假阳性识别(虚线)的概率，两者都是针对母离子总数(在图示102中P＝100而在图示103中P＝1000)匹配K个峰的数量的函数。为了模拟这些图示，假设每个母离子的碎片离子的平均总数为ρ＝0.001。通过将可接受概率阈值设为等于1％，可接受的K的范围在P＝100时为从3到7，而在P＝1000时为从3到6。

编码例2：

参见图10-B，表104显示了在使用具有一组15个延迟的非冗余延迟编码(不存在门编码)时的示例性编码参数。前述允许形成多达210个非冗余窗口。由于单元操作和提取脉冲的最大频率(受限于FTMOS晶体管)要求在10μs窗口内选择至少5个门，因此引入门位移。试举一例，可以使用源的可变延迟以及10μs周期的2μs长门脉冲梳状滤波。形成的有效梳状位移的数量由C＝5表示。总体的，W＝210、G＝1、D＝15以及C＝5。占空比是DC＝20％并且母选择的质量分辨率是525，即RS＝W*C/2。编码矩阵具有210列15行，即开始的数量是S＝15。然而获取周期必须被重复C＝5次，即，总共获取具有75个开始。任何具体门都以相同的位移在块内重复5次。图示105和106呈现出在每一个母离子的碎片离子的平均总数为ρ＝0.001的情况下作为母离子总数在图示105中为P＝100而在图106中为P＝1000时匹配K个峰的数目的函数的假阴性(实线)和假阳性(虚线)识别的概率。通过将可接受概率阈值设为等于1％，可接受的K的范围在P＝100时为从3到13，而在P＝1000时为从7到8。

编码例3：

参见图10-C和10-D，表107和110显示了在两种设置下使用非冗余延迟和门编码的组合时的编码参数：在第一种设置中，如表107所示，G＝17；D＝6(C＝1)。在第二种设置中，如表110所示，G＝6且D＝17。在这两种情况下，C＝1并且非冗余窗口的数量是W≤102。W被设为100以形成100x200矩阵，即每周期的开始数为S＝100。第二种情况改善了占空比(从6％至17％)并加速了成型(profiling)(每6个开始Vs17个开始出现一个门)。然而在第二场景中母选择的分辨率有所下降(从850到300)。图示109和112呈现出两种情况下(针对G＝17且D＝6的图示109以及针对G＝6且D＝17的图示112)作为母离子总数为P＝1000时匹配K个峰的数目的函数的假阴性(实线)和假阳性(虚线)识别的概率。在第一场景中，当P＝1000，每个母离子的碎片离子的平均总数为ρ＝0.001。通过将可接受概率阈值设为等于1％，可接受的K的范围在P＝100和P＝1000两者下都足够宽。由于识别对于高达1000的较大母离子数量P是可靠的，因此P越小，就可以接受具有弱共振或有限数量的重复重叠的更快的分析和更弱的编码方法。

编码例的比较

所有的上述编码方法对于其中离子源同时发射多达1000种母物质的极复杂混合物的TOF-TOF分析而言都是可行的。仅通过门采样进行的编码会限制母选择的分辨率或是降低分析的占空比。仅通过提取延迟进行的编码要求至少10-15个门位置，而这会禁止CID单元的使用，因为提取的异步需要小于300ns。组合编码是最灵活的，并且允许达到TOF-TOF参数的最佳组合。

TOF-TOF的参数

串联式TOF的参数和设置可以依据样本复杂度加以调整。低复杂度样本(单蛋白质消化、合成混合物等)不太会需要并行MS-MS。高吞吐量串联体尤其适于对其中识别成分的数目从几万到甚至几百万变化的中到高复杂度样本的分析，诸如代谢组学、石油组学和蛋白质组学样本。期望在串联式质谱之前具有分离能力从100到10,000的层析分离(LC、GC和GCxGC)。于是，编码策略应该具有10-100ms，或是允许在解码信号序列中恢复时间表，而这还会由于信号分析处的速度和存储器而对编码信号串加以限制。如将被示出的，更长的获取周期以及NRS和EFP编码的组合提供更好的结果。还将显见的是在所有情况下，更高的占空比都是由更低的母选择分辨率实现的。折中方案应该基于分析类型加以选择。

图11示出了串联式MR-TOF的示例性设置和参数的表格1100。串联式MR-TOF的设置可以相对于(在高样本复杂度的情况下期望的)母选择分辨率在(在中等样本复杂度期望的)敏感度和速度之间进行选择。在估计参数时可以使用如下关系：复用增益＝W/C，即窗口数除以梳状位移数(仅在延迟编码中使用)；占空比DC＝DC(F)/G/C，其中G是门位置数而DC(F)是精细门采样的占空比；选择质量分辨率RS＝W*G*F*C/2，其中F是精细门位置数；轮廓(profile)时间分辨率＝TOF1*G/C，即，独立门出现的时间段；以及周期时间＝S*TOF1，并且取决于编码矩阵高度(行数)，后者又取决于编码类型。值得注意的是，大多数母离子预计出现在碎片谱内，于是它们的分辨率将等于在100,000至400,000的量级上的R2。然而，在高样本复杂度的情况下，中度的母离子分离(典型地R＝500)有可能引起嵌合体碎片谱，即包含来自具有接近m/z的不同母物质的多种碎片谱的谱。在通过元素成分或使用化学排除规则(例如，考虑到胺酸的精确质量)分组碎片峰的情况下，期望的亚ppm质量精确性将明确地帮助嵌合体谱的部分分离。可以期望不会填充所有采样窗口的不完全组的母离子。这些效应可被转换成为MS-MS数据内改善的可信度提供更高的占空比或更高的母选择分辨率的编码策略。为了改善母分离，可以应用精细门的第三层编码以将母离子分离增加到10,000-50,000的分辨率水平。策略之间的切换可以通过感测获取信号的阈值稀疏性来自动执行。

在表110中，例1和2对应于CID单元，其中延迟数量被限制为D<5-8。相比于纯门编码(例1)，组合编码(例2)提供给更高的母选择分辨率并且允许使用更大数量的母离子。例3至6对应于SID单元。仅门编码(例3)提供相比于组合编码(例5和6)更低的占空比，而仅延迟编码(例4)不允许对非常复杂混合物的分析。可以选择组合编码以提供更大的占空比(例5)或更好的母选择(例6)。例7呈现精细门的使用，这允许处理极端复杂的混合物，将母离子选择改善至RS＝10,000，但是会降低占空比并减缓获取和表征。

各例还呈现了针对分析仪(更长的飞行路径和更高的能量将R1和R2改善至800,000)和单元选择(CID相比于SID并且以不同的离子轨迹设置)的不同配置。选择示例性的分析仪参数以使得各脉冲之间的平均时间段被设为10μs。

在所有的例子中，全质量MS-MS的占空比在3％至17％间变化，母选择的质量分辨率在300至10,000间变化(相比于传统串联式操作中的RS＝100-200)，质量谱分辨率大于100,000而复用增益则在25至200间变化。所述组合由于现有串联式MS的相续母选择而优于它们的参数。

数据依赖编码

术语“数据依赖性”能够包括通常被批量完成并且计及整个LC-MS-MS分析中的识别相重性的、可以实时，在编码和/或解码步骤之前或至少在碎片谱解释步骤之前进行调整的信号获取策略。由于优选的获取策略至少部分依赖于总体信号稀疏性，并且这类稀疏性可以在信号解码之前测得，因此可以认为编码序列的数据依赖调整(切换)改善了识别。这类策略可以对非常稀疏的信号使用频率增加的开始脉冲和更宽的门，由此降低门数量或在过密信号的情况下切换至精细门采样。

由于母离子在解码谱中被恢复，因此嵌合体谱的存在可以在解释碎片谱之前被监测到。在所选的母质量窗口内若干母质量的确实出现能够可靠地指示嵌合体谱的出现(由于母离子可能未击中，因此并非反之亦然)。解码谱相对高的总数可以是嵌合体谱的另一个指示。在两种情况下，决定可以在识别步骤之前在现场做出。编码算法可被切换并且精细选通可被开启以分离母同量异位素。还可以预想其中若干编码序列被顺序且重复组合的鲁棒的替换制度。

模拟编码

前述复用方法依赖于门位置和提取脉冲延迟的数字编码。如图10A-D的矩阵属性所示，解码能力完全没有受到其限制的影响。在中等复杂度分析物混合物的情况下，信号如此稀疏而可以使用具有更低效的非冗余编码的方法，但是可以使用更简单的电路或数据系统轻易实现。例如，提取脉冲和门的延迟可以通过(优选在频率上正交的)Sinus波信号改变，以使得各信号之间的共振每个开始出现一次或很少的几次。这类Sinus发生器可被其驱动器迫使相移或频移，或者如果在自由模式下运行时，该发生器可由被适当延迟的激励脉冲所同步。随后可以通过分离的数据通道测量实际发生的门和脉冲定时。

在前分离

如图11所示，尽管获取周期被相当地延长(25-1000ms，取决于样本复杂度)，任何单门都被频繁采样(10μs/DC～6-250us)。一旦碎片谱被恢复，层析图就可被重构为峰强度图。期望串联式并行MR-TOF仪器适用于如LcxCE(具有亚二次峰)和具有50ms峰的GCxGC的相对较快的层析分离。更强有力的层析降低了对非冗余编码的要求，并且可以使用更短的编码序列或更快的源脉冲调制。

在特别设计分析策略时，可以使用甚至更快的在前分离。试举一例，MS³质谱仪可以利用相对慢的扫描(每次扫描1-2秒)母MS1分离器，而MS2和MS3级使用NRS TOF-TOF执行。另举一例，具有10-100ms典型分离时间以及峰宽度从100至500μs的离子迁移率(IMS)在如下情况下可以与并行MR-TOF组合：(a)在多个IMS重复周期内探针采样IMS输出；(b)使用IMS分数后续较慢的释放而将IMS部分采样并累加到一组射频陷阱内；或是(c)通过以更大谱超越的代价使用更短的飞行时间并布置更快的源脉冲重复，和/或通过以母选择更低分辨率的代价使用更少的门来加速串联式MR-TOF操作，同时充分利用使用IMS分离时对串联体参数更低的要求。

复用的质谱分析

虽然针对串联式MR-TOF描述了稀疏信号非冗余编码的原理，但是本公开适用于更宽范围的质谱方法和装置。试举一例，可以使用磁体-扇体质谱仪在聚焦面内生成质量分离离子的多个束。阵列门可被用于选择一组母物质，该组母物质随后被引入优选地由气体中的RF禁闭所辅助的碎裂单元(CID或SID)中。总碎片谱可以通过诸如具有阵列检测器的MR-TOF或磁谱仪的并行质谱仪来获取。另一例示通过后源衰减(PSD)进行碎片分析的MALDI-TOF质谱仪，其中母离子的非冗余子集可以通过快速切换TIS形成。在另一例中，母离子的多个质量窗口可被准入到碎裂单元内，并且含有多种碎片谱的混合物的“嵌合体”谱可以在高分辨率仪器上通过诸如FTMS的缓慢信号获取、静电陷阱或轨道陷阱来获取。在另一例中，不同的稀疏谱可以源自其他分离器或源，诸如：(i)轮廓化表面同时发射的像素；(ii)一组离子化源；(iii)一组碎裂单元；(iv)后面跟随有离子迁移率分离器的脉冲陷阱转换器；以及(v)时间上分离离子的并行质量分析仪，诸如具有质量选择释放的离子陷阱、飞行时间质量分析仪或质谱仪。串联式TOF和上述串联式MR-TOF是具体情况。源于是可被理解为TOF或MR-TOF分离的离子包以及作为任何TOF MS的质谱仪。TOF分析仪可以包括漂移空间、栅格覆盖的离子反射镜、无栅格的离子反射镜和静电扇形区的任意组合。

非冗余复用方法依赖于在多个质量谱获取期间恒定或重复的信号。该方法还依赖于谱、空间或时间稀疏的离子流，由此相对小部分的信号在各源之间重叠。非冗余原理可以在不考虑仪器类型的情况下应用于质谱仪。非冗余采样可根据如下布置：(i)来自多个离子源的离子流；(ii)在单个离子源的下游复用的离子流，所述复用可以在离子迁移界面、离子迁移率单元、中间陷阱、碎裂单元和多个RF离子引导件内出现；(iii)由多个脉冲转换器生成的离子包；(iv)由单个脉冲转换器生成并按照离子m/z时间分离的离子包。

图12示出了针对用于执行复用质谱分析的方法1200的一组示例性操作。在操作1210，采样离子以形成复数离子源的子集。各源形成具有有限谱信号重叠的稀疏且重复的离子流。在操作1212，由单个检测器记录质谱。在操作1214，分析谱稀疏度，并且在操作1216，执行采样离子的非冗余编码。注意到操作1212-1216可以在以非冗余形式改变子集的同时重复，其中任意两个同时采样源的组合是唯一的，而任何具体源都被多次采样。在操作1218，通过将编码信号与源采样关联解码来自所有独立源的谱。在某些实现中，编码步骤可以基于质谱稀疏度而被自动调整。非冗余采样矩阵可以基于相互正交的拉丁方矩阵。进一步地，解码可以通过重叠计算机重构而得到辅助。在某些实现中，非冗余采样通过离子流延迟的非冗余编码来实现。

根据本公开，可以实现多种有用的分析制度。例如仅MS制度，其中离子被从SID单元静电反射并通过真空CID单元，由此达到最大分辨率并且可以实现质量分析的质量精度。射入分析仪内的离子数目在低和高增益之间交替，从而绕过分析仪内(由窄质量范围的空间电荷影响的)空间电荷效应，并由此在宽动态范围内提供提高的质量精度和分辨率。优选地，对于可以允许离子频繁射入MR-TOF分析仪内而没有明确谱重叠的暂时窄质量范围的选择，使用在前的迁移率分离。该制度对混合物的高吞吐量特征、确定精确母质量以及用于确定下述数据依赖制度中的选择窗口而言是有用的。此外，根据并行全质量串联式MS分析的例子，图11示出了用于这类分析的参数范围，其可以从在低母离子分离分辨率(几百)下具有大占空比(高达20％)的制度改变至灵敏度更低但具有更高(1000-2000)甚至高得多(10,000-20,000)的母选择分辨率的更为特定的分析。本公开可被进一步应用于具有低解析TOF1(R1＝100)的高吞吐量和灵敏度(DC>20％)的制度。在这些实现中，碎片谱基于母质量窗口的选择和层析分离的时间相关性而被重构。作为附加或替换，本公开可被应用于针对近同量异位素而具有高母选择分辨率(R1>10,000)的探索性实现。这类探索可以为了可靠性使用更高吞吐量的非冗余采样而以并行方式顺序实现。此外，本公开可被应用于在当前MS-MS仪器中被广泛使用的数据依赖获取。进一步地，MS3制度可以在使用诸如IMS或质量分离器的额外的在前分离器的情况下实现。注意到TOF-TOF串联体使得MS2和MS3级高度并行且快速，由此使得MS3可行。

在此描述的系统和技术的各种实现可以在数字电子和/或光学电路、集成电路、特殊设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。上述的各种实现可以包括在一个或多个计算机程序中的实现，所述一个或多个计算机程序能在可编程系统上执行，所述可编程系统则包括至少一个可编程处理器(可以是专用或通用处理器)、数据存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备，其中该处理器被耦合以从数据存储系统和输入设备接收数据和指令并向其传输数据和指令。

这些计算机程序(还被称为程序、软件、软件应用或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且能够以高级程序化和/或面向对象的编程语言，和/或以汇编/机器语言实现。如在此使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指代用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、非暂态计算机可读介质、装置和/或设备(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑器件(PLD))，包括接收机器指令作为机器可读信息的机器可读介质。术语“机器可读信号”指代用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。

在本说明书中描述的主题和功能性操作的实现可以在数字电子电路中实现，或者在包括在本说明书中公开的结构及其结构等价物的计算机软件、固件或硬件中实现，或是在上述的一个或多个的组合中实现。此外，在此说明书中描述的主题可被实现为一个或多个计算机程序产品，即，在计算机可读介质上编码的、用于由数据处理装置执行或控制其操作的计算机程序指令的一个或多个模块。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基底、存储器设备、影响机器可读传播信号的物质成分、或是上述的一个或多个的组合。术语“数据处理装置”、“计算设备”和“计算处理器”涵盖包括例如以可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机的形式来处理数据的所有装置、设备和机器。所述装置除了硬件之外，还可以包括创建用于所述计算机程序的执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或上述的一个或多个的组合的代码。传播信号是例如机器生成的电、光学或电磁信号的人为生成的信号，其被生成以编码信息用于传送至合适的接收机装置。

计算机程序(也被称为应用、程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用包括编译或解释语言在内的任何形式的编程语言编写，并且能够以任何形式被利用，包括作为独立的程序或作为模块、部件、子例程、或是与在计算环境中使用的其他单元。计算机程序不是必须与文件系统中的文件相对应。程序可被存储在保存有其他程序或数据的文件的一部分内(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)、专用于所述程序的单个文件内、多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序可被用于在一个计算机上执行，也可被用于在位于一个地点或分布在多个地点并通过通信网络互连的多个计算机上执行。

在此说明书中描述的处理和逻辑流程能够由执行一个或多个计算机程序以通过操作输入数据并生成输出来实现功能的一个或多个可编程处理来实现。所述处理和逻辑流程还能通过装置实现，所述装置则可被实现为例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的专用逻辑电路。

适于执行计算机程序的处理器例如包括通用和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般而言，处理器将接收来自只读存储器或随机存取存储器或前述两者的指令和数据。计算机必不可少的要素是执行指令的处理器以及存储指令和数据的一个或多个存储器设备。一般地，计算机将可以包括或操作性地耦接至用于存储数据的一个或多个大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，以接收来自其的数据或向其传送数据或数据收发两者。然而，计算机无需具有这类设备。适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，例如包括半导体存储器设备，诸如EPROM、EEPROM和闪存设备；

磁盘，例如内置硬盘和可移动盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可由专用集成电路补充或并入在其中。

为了提供与用户的交互，本公开的一个或多个方面可以在具有用于向用户显示信息的诸如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器的显示设备以及用户能够通过其而向计算机提供输入的键盘和诸如鼠标或跟踪球的指示设备的计算机上实现。其他类型的设备也可被用于提供与用户的交互；例如，向用户提供的反馈可以是任何形式的可感知的反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且来自用户的输入可以按任何形式接收，包括声音、话音或触觉输入。此外，计算机可以通过向用户使用的设备发送文档或接收来自其的文档来与用户交互；例如，通过向用户的客户机设备上的网络浏览器发送网页来响应于从该网络浏览器接收到的请求。

本公开的一个或多个方面可以在包括后端部件(例如作为数据服务器)或是包括中间件部件(例如，应用服务器)或是包括前端部件(例如，具有用户能够通过其与本说明书中描述的主题实现交互的图形用户界面或网络浏览器的客户机计算机)或是包括上述后段、中间件或前端部件中的一个或多个的任意组合的计算系统内实现。系统的各部件可以通过数字数据通信的任何形式或介质(诸如，通信网络)互连。通信网络的例子包括局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)、网间网(例如，因特网)、和对等网络(例如，专用对等网络)。

虽然本说明书包含各种特例，但是这些例子不应被解释为对本公开的范围或其声明范围的限制，而只是对本公开具体实现的特定特征的描述。在本说明书中分开的实现的上下文中描述的某些特征也可以在单个实现中组合实现。相反地，在单个实现的上下文中描述的各个特征可以在多个单独的实现中或在任何合适的子组合中实现。此外，虽然以上描述的各特征以特定组合其作用，并且最初是这么声明的，但是所声明组合中的一个或多个特征正在某些情况下可从该组合中去除，并且所声明的组合可以得到子组合或子组合的变体。

类似地，虽然在附图中以具体次序描述了各操作，但这不应被理解为要求这些操作以所示的具体次序或顺序执行，也不应被理解为要求执行所有示出的操作以实现期望结果。在特定环境下，多任务和并行处理会是有利的。此外，上述各实施例中各自系统部件的分离不应被理解为在所有实施例中由要求这种分离，并且其应被理解为所描述的程序部件和系统能被一般性地并入在单个软件产品内或可被打包到多个软件产品内。

业已描述了多个实现。然而，将会理解可以在不背离本公开发明精神和范围的情况下做出各种修改。因此，其他实现位于所附权利要求的范围内。例如，在权利要求书中阐述的动作能够以不同的次序执行并仍然能够实现期望的结果。

Claims (22)

1.一种串联式飞行时间质谱分析的方法，所述方法包括：

从离子源或脉冲转换器中通过脉冲方式提取具有不同m/z值的多种母离子物质；

在具有等时和空间聚焦的多反射静电场中按m/z值在时间上分离所述母离子；

使用相对于源脉冲延迟的时间门通过脉冲电场选择一种母离子物质；

在与气体和表面中的至少一个的碰撞中使准入母离子碎裂；

以相对于所述时间门的一个延迟通过脉冲电场提取碎片离子；

在所述多反射静电场内在时间上分离所述碎片离子；以及

通过检测器记录所述碎片离子的信号波形，

其中

每单个源脉冲中多次执行对所述母离子物质的选择；

源脉冲在一个信号获取周期内被多次重复；

以非冗余的方式编码在多个源脉冲的一个周期内变化的门时间和提取延迟中的至少一种；以及

通过考虑出现的提取延迟并且通过对出现的信号重叠的事后分析，基于与具体门时间的重复出现的信号相关性解码所述多种母离子物质的分离的碎片谱。

2.如权利要求1所述的方法，其中母离子的时间分离和碎片离子的时间分离二者沿着不同的平均轨迹或以相反方向在同一个多反射静电场内发生。

3.如权利要求1或2所述的方法，还包括根据对应于同一种母离子的碎片离子的强度分布重构层析分离、表面扫描或离子迁移率谱。

4.如权利要求1至3所述的方法，其中通过从一组相互正交的矩阵块构建的非冗余矩阵编码所述门时间和/或所述延迟时间。

5.如权利要求1至4所述的方法，其中从一组非线性级数延迟中选择最小间隔超出碎片谱中典型峰宽的提取延迟。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述一组非线性级数延迟由与n*(n+1)/2成比例的线性级数间隔形成，其中n为整数指数。

7.如权利要求1所述的方法，其中每个获取周期的源脉冲数S是下组中之一：(i)从10至30；(ii)从30至100；(iii)从100至300；(iv)从300至1000；以及(v)大于1000。

8.如权利要求1至7所述的方法，其中每单个源脉冲的母选择门数W是下组中之一：(i)从10至30；(ii)从30至100；(iii)从100至300；(iv)从300至1000；以及(v)大于1000。

9.如权利要求1至8所述的方法，其中母选择脉冲之间的平均间隔是下组中之一：(i)从10至100ns；(ii)从100ns至1μs；(iii)从1至10μs；以及(iv)大于10μs。

10.一种串联式飞行时间质谱仪，包括：

发射多种母物质的离子包的脉冲离子源或脉冲转换器；

脉冲加速碎片离子的碎裂单元；

多反射飞行时间质量(MR-TOF)分析仪，被布置为让母离子和碎片离子沿着不同的轨迹或以相反方向通过同一个MR-TOF分析仪；

脉冲发生器，被配置为发出至少两个脉冲串来触发母离子的定时选择和碎片离子的延迟脉冲提取两者；

数据系统，被配置为获取碎片离子的非混合信号并且在多个源脉冲的一个周期内非冗余编码触发脉冲，所述非冗余编码被布置为避免或最小化在任何独立门时间的多次重复下来自不同母物质的任何两个离子信号的重复性重叠。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述数据系统被布置成获取一个长信号波形或连同有关当前开始编号的信息一起获取一组分离的信号波形。

12.如权利要求10或11所述的装置，还包括：并行处理器，被配置为基于碎片信号和任何具体门时间之间的相关性并使用可选的出现信号重叠的重构来解码用于所有准入母离子的分离的碎片谱。

13.如权利要求10所述的装置，其中所述脉冲源是如下之一：具有射频离子禁闭和脉冲发射的轴向或径向陷阱、具有脉冲轴向离子发射的通过射频离子向导、脉冲累加电子轰击离子源和具有延迟提取的MALDI离子源。

14.如权利要求10所述的装置，还包括：偏移器或弯曲扇形界面，被布置为将所述MR-TOF分析仪耦接至所述脉冲离子源、所述碎裂单元和所述数据系统的检测器中的至少一个。

15.如权利要求10所述的装置，其中所述MR-TOF分析仪是平面或圆柱形分析仪，其具有至少第三级经时间能量聚焦以及包括交叉像差项的至少第二级全聚焦。

16.如权利要求10所述的装置，其中所述MR-TOF分析仪还包括如下的至少一种：在无场区域内的一组周期性透镜以及至少一个空间调制电极，该空间调制电极空间调制离子反射镜场以约束离子在漂移方向上沿着之字形轨迹行进。

17.如权利要求10所述的装置，其中所述碎裂单元是如下的一种：具有正常撞击母离子和碎片离子的脉冲提取延迟的表面诱导解离(SID)、通过高能碰撞诱导解离(CID)单元、以及具有滑行碰撞后接脉冲延迟提取的SID单元。

18.一种复用质谱分析的方法，所述方法包括如下步骤：

采样多个离子源的子集；

使用来自不同离子源的采样谱之间的有限信号重叠来形成独特、稀疏且重复的谱信号；

使用至少一个检测器记录质谱；

在以非冗余方式改变源子集的同时重复采样、形成和谱记录步骤，其中任意两个同时采样的源的组合是唯一的并且任何具体源都被多次采样；以及

通过将编码信号与源采样相关联以解码来自所有独立源的信号。

19.如权利要求18所述的方法，其中解码步骤基于获取谱的稀疏度被自动调整。

20.如权利要求18所述的方法，其中形成步骤包括基于一组相互正交的方形矩阵块来构建非冗余矩阵。

21.如权利要求18所述的方法，还包括以基于非冗余矩阵编码的非线性级数延迟来延迟所述离子源的步骤。

22.如权利要求18所述的方法，所述多个离子源是如下之一：在单个离子源下游复用的多个离子流的子集以及在单个离子源或者多个脉冲离子源或脉冲转换器中生成的多个离子包的子集。