CN104979158A - 评估质谱仪中的真空条件的方法 - Google Patents

Abstract

提出一种用于评估质谱仪(10)，例如离子回旋共振或轨道俘获质谱仪中的真空条件的方法。此种质谱仪产生源自离子阱(80)中的一种或多种种类的离子的瞬态检测信号。对该阱的参数和/或引入的离子进行调整以便使得关于该离子种类的瞬态的衰减率由碰撞效应主导。典型地这可以通过将离子以这样的量引入阱(80)中来实现，使得一种特定离子种类的离子云自聚束。确定在这种情况下的瞬态信号的衰减率并且将其与一个或多个阈值衰减率进行比较。这进而可以提供阱(80)内的真空条件的指示。

Description

评估质谱仪中的真空条件的方法

发明领域

本发明涉及一种评估质谱仪中的真空条件的方法，并且具体地一种评估在产生瞬态信号的类型的质谱仪的阱中的真空条件的方法，如离子回旋共振(ICR)或轨道俘获质谱仪。

发明背景

质谱仪的测量品质与质量分析器中的真空条件相关。总体上，在质量分析器内分析物离子与另一种颗粒的任何碰撞改变该分析物离子的轨迹，这进而对该测量品质具有负面影响。碰撞速率取决于在该谱仪内的离子的碰撞截面σ、该装置中的压力、以及这些离子的能量。

在“轨道阱分析器用于测量离子中性碰撞截面的应用(Application of theOrbitrap analyzer for Measurement of ion-neutral collision crosssections)”中，第49届美国质谱年会ASMS(Proc.49^th ASMS Conf.on MassSpec.and Allied Topics)，芝加哥，伊利诺斯州，5月27-31日，2001年，Hardman等人获得了在轨道阱(Orbitrap)^TM质谱仪内的压力、离子的碰撞截面与分辨能力之间的关系。

因此，监测质谱仪的离子阱/分析器内的压力被认为是重要的，以便验证任何分析将是、是或已经是在可接受的条件下进行的。做到这一点的最常见方式是使用位于该质量分析器附近的电离压力计。使用的压力计的确切类型取决于质量分析器的类型以及其典型地运行的压力范围。例如，飞行时间(TOF)质谱仪通常比使用轴向谐波捕获的分析器(如轨道阱^TM或傅里叶变换离子回旋共振(FT-ICR)质谱仪)在更高的压力下运行。离子路径越长，压力应该越高。

质量分析器中的压力监测的现有方法存在几个缺点。首先，UHV压力计倾向于是昂贵的。其次，该压力计不能被定位在分析区域内。尽管该压力计可以被定位为靠近它，但由该压力计测量的压力不是在这些离子行进时的实际压力，从而使得所测量的压力仅可以允许推断这些离子行进的、被俘获、或被测量时的真实条件。由于仪器几何形状和场的考虑，FT/MS仪器(如轨道或ICR)中的压力计常常放置为远离实际分析装置。该电离压力计的压力读数还取决于气体类型，并且该气体的组成是未知的，由于其取决于数种因素例如所附接的真空泵的气体入口或泵送特征。该气体的成分也改变碰撞截面。

针对此背景，本发明的一个目的是提供一种评估质谱仪、特别是产生瞬态检测信号的类型的质谱仪的离子阱中的真空条件的替代和/或改进的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种评估产生瞬态信号的类型的质谱仪中的真空条件的方法，如由权利要求1所定义的。

由FTMS(例如，FT-ICR、轨道阱或其他轨道俘获装置)产生的质谱的品质(质量准确度等等)强烈地依赖于该阱中的背景压力。概括地说，从中获得质谱的瞬态信号产生自多个正弦信号的叠加，并且每个分量信号具有其自身的频率和衰减率。对于给定的分量信号，每个衰减率进而取决于多个因素如频率、压力、碰撞截面/平均自由程和空间电荷。因此，从该瞬态检测信号中提取对于该阱内的真空条件有意义的品质因数不是一项微不足道的任务。

然而，已经认识到该瞬态衰减是由两种可能的机制主导的：离子的移相-即，例如作为空间电荷和场缺陷、以及这些离子的初始动能分散的结果，单一离子种类的振荡离子云的相干性的损失，以及作为在离子和其他颗粒之间的碰撞的结果，散射损失。本发明的一个方面依赖于分隔散射机制(其遵循一阶指数衰减)以便提供该阱内的真空条件的评估。这是通过调节该阱的参数和/或离子注入参数来实现的，以便使得至少一种离子种类的衰减率由碰撞主导。实现这点的一种优选方式是通过将离子以这样的量引入该阱中，使得一种特定离子种类的离子云自聚束-即，在该阱内的多重振荡中保持相干性，而不是移相(主要由于库仑斥力和依赖来源的动能分布)。

自聚束的离子群可以基本上或完全地通过散射损失来描述。因此，代表自聚束离子的瞬态的衰减率可以用作该阱中的真空条件的良好指示：一种特定离子种类的自聚束离子的压力诱发的瞬态衰减率可以与已知的一个或多个衰减率进行比较以确定是否该阱内的真空是足够好的以获得可接受地准确的质谱。

在这些自聚束离子种类具有已知身份时，有可能的是基于所确定的衰减率和这些离子种类的已知碰撞截面(或之前获得的校准)，估算在该阱的压力。这个压力可以被显示给用户，从而允许去除现有的阱压力计。这具有若干益处：成本，明显地，以及去除机械不可靠性的潜在来源，但主要是评估在该阱内的真空条件的能力，该评估是基于在该阱中的实际压力诱发的碰撞，而不是从使用真空计测量的压力进行推断，该真空计典型地定位成邻近该阱但不在该阱内部(并且通常，因此，在具有与该阱内的压力不同的压力的区域中)。

在最简单的形式中，该方法可以通过仅使用引入该阱内的单一离子种类进行预扫描来实施，以便产生那种单一离子种类的自聚束。在这种情况下，该瞬态的衰减率简单地并且容易地提供在该阱内的真空条件的指示。

可以在该阱的外部(上游)，例如在用于将离子注入到该阱内的线性或C-阱中，在滤质器中，例如传输多极杆滤质器，在与该C-阱连通的碰撞室中，或者在该质量分析器阱自身中分离该单一离子种类。

在一种替代方案中，可以将多种离子种类(各自自聚束的)引入该离子阱中，并且可以在数学上处理该瞬态衰减信号以允许该阱内的真空条件的评估。例如，通过进行该瞬态的傅里叶变换，并且分离单独的频率，然后在每个分离的频率上进行傅立叶逆变换，可以对于这些不同的离子种类获得分开的瞬态衰减率。这些可以一起或分开地使用以提供该阱中的真空条件的可接受性的指示，尤其在这些不同的离子种类的碰撞截面是已知的时，或简单地从峰宽度得知时。

在该概念的仍进一步概括中，该阱可以用多种不同离子种类的离子进行注入，这些离子种类中的仅一些(或事实上，仅一种)是自聚束的。再次，可以进行该瞬态衰减信号的数学处理以分离该阱内的自聚束离子种类(单数或复数)并且以使用那种或那些的一个或多个衰减率来评估该阱中的真空条件。例如，该“原”瞬态可以进行数字外差。可替代地，可以采取该瞬态的傅里叶变换。然后可以过滤该傅里叶变换以分离这些自聚束的离子种类并且然后再次变换回为时域。可以另外地或可替代地使用替代性技术，例如已经在我们的共同未决公开号WO 2013/171313 A1中描述的“谐波求逆”方法。

该数据可以通过以下方式获得：进行专用预扫描(在这种情况下，所得到的瞬态衰减率可以用于提供该阱中的真空条件是在可接受极限内的再保证)或通过从分析扫描获得的瞬态的合适处理(按以上所述的方式)，以分离这些自聚束离子种类以便基于该压力诱发的瞬态衰减率来评估该离子阱内的真空条件。

根据本发明的第二方面，根据权利要求16，提供一种评估产生瞬态检测信号的类型的质谱仪的阱内的真空条件的方法。

在本发明的这个方面，没有进行这些阱参数和/或离子注入参数(例如离子电流，以产生自聚束，例如)的先验有意调整。相反，该方法查看所获得的一个瞬态、或多个瞬态，并且后验地确定这个瞬态或这些瞬态中的任一个是否在比最小阈值更好的程度上拟合指数衰减。如果这个或这些瞬态衰减形状在比那个最小可接受量更好的情况下通过指数曲线来描述，那么可以得出结论在已经产生那个或那些瞬态的离子种类之间的相互作用由碰撞效应主导。这进而允许对该阱内的真空条件的评估进行评估，其条件仅是可以鉴别在至少可接受程度上拟合该指数(一阶)衰减率的一个瞬态。

本发明的进一步优选的特征在所附的权利要求中进行陈述并且从以下特别优选的实施例的具体描述的考虑中将进一步变得明显。

附图简要说明

本发明可以用多种方式来实践，并且现在将仅通过举例并参考附图来描述一些优选的实施例，在这些附图中：

图1示出了质谱仪的示意图，该质谱仪包括产生时间衰减瞬态信号的类型的质量分析器，以及用于处理根据本发明的实施例的瞬态信号的计算机；

图2a和2b示出了从图1的质谱仪获得的示例性瞬态信号，其中该质量分析器的阱中的压力分别为1.5×10^-8mbar和5×10^-10mbar；

图3示出了图2b的瞬态的前5毫秒；

图4a、4b和4c示出了从较大范围中分离较窄离子种类范围中的相继阶段；

图5示出了根据本发明的实施例产生的瞬态的FFT的一部分，包括感兴趣的主峰和来自该感兴趣的主峰的外部的峰的干扰作用；并且

图6示出了测量的瞬态衰减率作为图1的质量分析器的阱中的所测量的压力的函数的曲线图。

优选实施方式的详细说明

本发明涉及一种评估在产生瞬态信号的类型的质谱仪的阱内的真空条件的方法。然而，为了提供理解本发明的总体背景，将首先提供适合于产生瞬态信号和/或分离感兴趣的离子种类的一种安排的简要说明。虽然如此，应理解的是该设备自身的具体安排不是实施本发明的关键。因此，技术人员将理解可以使用适合于获得瞬态信号的任何安排。可以用于实施本发明的合适的俘获质量分析器的实例包括静电轨道俘获质量分析器(例如轨道阱)、或离子回旋共振质量分析器。典型地，合适的俘获质量分析器是FT质量分析器。该质量分析器的优选特征是它通过镜像电流检测从该阱中的离子产生瞬态信号。

然后首先参见图1，以示意性形式示出质谱仪10。图1的质谱仪是由赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific,Inc.)制造并出售的LTQ-轨道阱装置。该装置包括连续或脉冲式离子源20，例如电喷射源。来自离子源20的雾化离子进入总体上由参考号30示出的离子源光学器件，该光学器件冷却并且聚焦来自该离子源的离子。这些离子然后到达LTQ质量分析器40，在此处可以在用户的要求下实施MS或MSⁿ扫描模式。

沿着该质谱仪的轴向方向朝向另外的离子光学器件50喷射保留在LTQ 40中的离子。这些离子到达弯曲的线性阱(C阱)60，在此处它们沿着纵向轴线积累。任选地，可以沿着那条纵向轴线朝向碰撞室70喷射离子，在该碰撞室中可以使用各种已知方法(电子俘获解离、碰撞诱导解离等等)进行离子碎裂。这些碎裂的离子然后沿着该纵向轴线从碰撞室70返回存储它们的C阱60中。

然后在正交方向上朝向轨道阱质量分析器80喷射该C阱中的离子(无论已直接从LTQ质量分析器40或经由碰撞室70到达)。按已知方式，在离子进入该轨道阱时离子被挤压，并且一旦在内部，进行围绕中心电极的轨道运动，同时还在该阱的轴向方向上进行振荡。具有相同质荷比的离子在该轨道阱的轴向方向上以相干束以周期在该阱内振荡，该周期与那种离子种类的质荷比相关。

在这些离子束经过这些检测器时，在该轨道阱内的离子检测器中诱发镜像电流。将该镜像电流传递到计算机/处理器90。该镜像电流提供在时域中的衰减瞬态信号。通过进行到频域的快速傅里叶变换(FFT)，可以获得代表在轨道阱80中测量的各种离子种类的强度的质谱、以及它们的质荷比。

如将由技术人员充分理解的是，图1的LTQ-轨道阱安排10允许获得高分辨率、高质量准确度和高分辨率质谱数据。LTQ 40、C-阱60和碰撞室70的组合允许进行复杂的MSⁿ实验，并且允许从通过离子源20引入质谱仪10中的较宽的离子种类范围中分离单独的离子种类或窄的离子种类范围。

该质谱的品质-即，这些峰的分辨率和质量准确度-是多个因素的结果。然而，已知在轨道阱80内的真空条件是一个重要的参数。

图2a示出了由质谱仪(例如图1中示出的那个)产生的瞬态信号，在质量分析器中(在图1中，轨道阱80)1.5×10^-8mbar的相对差的真空的情况下。相比之下，图2b示出了由相同的质谱仪产生的瞬态信号，但其中该质量分析器中的压力降低至5×10^-10mbar。

将立即显而易见的是图2a中的信号衰减比图2b中的快得多，这至少定性地表明在该质量分析器内的真空条件的重要性。然而，该信号本身是多个正弦信号的叠加并且每个分量具有其自身的频率和衰减常数。一般来说，单个分量的衰减常数依赖于若干参数，例如频率、压力、碰撞截面和空间电荷。

这在图3中更清楚地示出，该图代表图2b中示出的瞬态信号的前5毫秒(具有该质量分析器内的相对较高的真空)。总之，虽然瞬态信号的衰减率的定性评估是可能的，但从测量的瞬态信号推断有用的或有意义的衰减常数在数学上不是简单的，因为对此作出贡献的不是单个因素。

本发明的实施例从鉴别两种主要机制开始，在它们之间，典型地确定瞬态衰减：移相和散射损失。移相是指单一离子种类的振荡离子云的相干性损失。移相是由初始动能分散和库伦斥力引起的，即空间电荷和场误差。

在另一方面，当离子与另一种颗粒碰撞时，发生散射损失。在正常运行条件下，散射损失由与中性背景分子的碰撞主导。由散射引起的信号衰减依赖于该离子的碰撞截面、在该质量分析器内的背景压力、以及离子能量。相关的散射截面是对于导致从该信号产生云中损失的离子的所有碰撞的散射截面，即：电荷的损失、碎裂、足够大以使该离子离开该云的能量改变(也就是说，与由于其他原因例如空间电荷效应的移相相反的、碰撞诱发的移相)。

这两种主导机制对瞬态的整体衰减贡献了在数学上可区别的分量，其中从中获得瞬态的离子遭受移相和散射损失。移相导致该信号的以exp(-₂x²)形式的二阶指数衰减，而散射损失导致exp(-₁x)形式的一阶指数衰减。

因此，在该质量分析器内的背景压力代表在该质量分析器内的真空品质的一种(但并非唯一)指示。如果可以确定碰撞诱发的对瞬态衰减的贡献，那么它可以用作在质量分析器内的真空条件的品质因数以及因此用作该质量分析器是在可接受极限内运行的指示。

这两种瞬态衰减机制的份额因此必须对于信号分量进行确定，以便检索然后可以任选地用于计算压力的散射损失率。

存在多种方式分离由离子碰撞引起的对瞬态衰减的贡献。概括地说，这些技术可以被划分为要求数学技术来分离离子散射和移相对整体瞬态的贡献的那些、以及涉及用实验方法从一种或多种离子种类产生瞬态的那些，其中这些离子种类中的至少一种具有基本上完全通过散射损失(无任何移相)描述的衰减。没有(或至少，基本上没有)经历移相的那种或那些离子种类然后可以用于提供在该质量分析器内的真空条件的估算。

为了根据本发明的第一优选实施例获得由散射损失主导而无移相的离子束，建议利用被称为离子的自聚束的现象。自聚束在实验质谱法中是一种已知的-并且通常不受欢迎的-现象，其中，当在离子云内的电荷数达到临界数时，移相几乎停止。然而，在本发明的情况下，可以有利地利用这种现象；一旦一种特定种类的离子是自聚束的，代表那种离子种类的任何瞬态信号具有完全通过散射损失描述的衰减。

在一个实施例中，该信号可以由具有已知碰撞截面的单一m/z的自聚束峰组成。如以下将进一步详细解释的，那个单一自聚束峰可以通过仅分离用于该质量分析器内的检测的单一自聚束离子种类来获得。那么，所得到的瞬态的衰减率仅是在那种种类的离子与该质量分析器内的残余气体分子之间的碰撞的结果。可替代地，当获得瞬态时，多种不同离子种类可以存在于该质量分析器内。这些离子种类中的每一种可以本身是自聚束的，这样使得问题减少为分离出该质量分析器中的每种离子的碰撞诱发的衰减贡献。这两种概念(单独自聚束离子种类，和多种离子种类但其中所有是自聚束的)使它们本身适合于专用预扫描，以便可以实现这些具体条件。的确，在最简单的实施例中，一种已知离子种类的瞬态衰减率可以预先针对压力计(在不同的系统中)进行校准。

然而，并非必要的是所有离子种类是自聚束的。的确，明确地增加被引入该阱中的离子种类的离子数，以便促进自聚束，不是必要的要求。仅要求该瞬态、或从多种离子种类的“原”瞬态中提取的一种特定离子种类的瞬态的衰减率可以被鉴别为由碰撞效应主导。“主导的”意思是该衰减率可以在超过最小阈值的程度上与一阶指数衰减曲线拟合。那个最小阈值可以，例如，是用户或工厂设定/定义的并且代表一个-典型地任意的-点，在该点处该瞬态的衰减率从指数的变为可接受的程度，不再是可接受地指数的。在这方面，应该认识到的是，不存在从指数衰减过渡到非指数衰减的明确定义的截断点。即使在未有意大量地引入离子种类以便强制自聚束时，如果可以充分抑制移相效应，那么瞬态将仍然由碰撞效应主导。

在那种引入下，现在将描述用于获得指示碰撞损失(以及因此在该质量分析器内的真空条件)的瞬态衰减率的一些具体技术。尽管将使用图1的LTQ-轨道阱安排描述以下技术，应当理解的是这只是允许本发明的原理的示例性说明并且用于分离这些离子种类的装置不是关键的。例如，代替轨道阱，FT-ICR反而可以提供必需的瞬态衰减信号，或甚至反射TOF装置，例如US-B-6,888,130中所述的那种。同样地，对于该质量分析器内的检测选择离子的方式不是关键的并且各种其他方法将是本领域的普通技术人员所熟悉的。

在第一实施例中，那么，通过离子源20产生离子。在一个实施例中，用户使用包含已知身份的校准物离子种类的样品来进行预扫描。将那种校准物种类的离子，与由该离子源产生的任何其他离子一起，经由离子光学器件30引入LTQ 40中。对在LTQ 40的电极上的DC和AC电压的组合进行设定以便使得该LTQ充当窄带通滤波器，其中仅保留该校准物离子种类的离子；所有其他离子种类被丢弃。感兴趣的校准物种类的这些离子被轴向喷射到C-阱60，在此处它们被存储并且在喷射到轨道阱80之前被冷却。

来自源20的离子可以准连续地或作为一系列脉冲产生；在任一情况下，在C-阱60中积累足够离子之前，多个周期是必须的，以允许以足以确保轨道阱80中的那种离子种类的自聚束的量注入轨道阱80中。

一旦引入轨道阱80中，该校准物离子种类的离子作为镜像电流被检测。所得到的时域瞬态信号被存储在计算机90的存储器中。

一旦已经获得并且存储该瞬态，那么可以对它进行数据处理。该原瞬态信号本身-从轨道阱80中检测到的各种离子种类获得的-可以建模为以下形式的有限数目(K)的衰减谐波信号的总和：

$c_n=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{A}_k{e}^{-i{\mathrm{\ω}}_k{t}_n{\mathrm{\γ}}_k\left(t_n\right)},---\left(1\right)$

其中c_n代表在n个数据点中的每一个处的瞬态，每个A_k代表复振幅，并且每个函数ω_k是频率，而γ_k是对于总和中的每个分量的衰减的函数。尽管其他模型是可能的，相当一般的多项式形式可以用于描述γ_k：

${\mathrm{\γ}}_k=i\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Γ}}_m{t}_n^m,---\left(2\right)$

其中Γ_k是M阶多项式的系数。在特别情况下，当M＝0时，该衰减是纯指数的，产生洛伦兹(Lorentzian)谱峰形状。在另一方面，当M＝1时，增加一个高斯分量，并且所得到的谱形状在谱学中被称为沃伊特(Voigt)。

可以从该瞬态中直接外推出这些衰减参数。对于指数衰减瞬态信号(M＝0)，此类参数拟合方法如过滤对角化方法、或基于线性预测的方法(例如线性预测编码、普罗尼法(Prony method)、最大熵、改进的普罗尼等等)使衰减参数作为它们解的一部分返回。对于M>0，将模型时域信号c_n(方程1)与所观察到的瞬态进行拟合的简单最小二乘法将提供所希望的信息。

然而，可想得到地该方法是对初始条件敏感的；因此，潜在有益的是具有这些参数的值的先验近似范围。

从由该轨道阱中的单一离子种类产生的瞬态确定压力诱发的衰减率所必需的处理可以通过将该衰减函数直接与以上所述的瞬态进行拟合来实现。除其他方法之外，还可以对所获得的瞬态的包络进行拟合，通过使用这些种类的共振频率ω进行外差(例如1)。然而，本发明的实施例同样允许分析由多种离子种类产生的瞬态。存在多种实用计算方法来允许从轨道阱80内的多种离子种类获得的复合瞬态信号确定瞬态衰减率。

该时域信号(该瞬态)包括与其在频域中的傅里叶图像相同的信息。可以使用傅里叶变换(FFT)来产生频谱。可以通过将窗口函数施加到该谱上来鉴别并且分离感兴趣的峰或峰的范围(参见以下)(图4a)。

平滑的窗口(图4b)可以用于最小化由该加窗造成的任何截断伪影。通过施加逆FFT来产生加窗瞬态可以将加窗谱反转回为时域。为了去除加窗伪影，可能希望的是在随后步骤中仅使用该加窗瞬态的中央部分。这可以通过丢弃终点(图4c中圈出的)，或通过再采样来实现，因为这将保证保留数据点的数目。

在第一方法中，基于以足够量引入该阱中(以导致这些离子的自聚束)的已知离子种类，在傅里叶变换中鉴别有待选择(例如通过加窗技术)的感兴趣的一种或多种离子种类。在这种情况下，可以进行先验假设：自聚束的那种或那些离子种类的一个或多个衰减率，各自由碰撞效应主导，这样使得可以进而假设这个或这些瞬态将拟合指数衰减。因此，令人希望的是-尽管不是必要的-这些自聚束的离子种类中的每一种具有已知身份。

在另一个方面，在没有这种离子种类或这些离子种类中的任一种以由碰撞效应主导的瞬态的衰减率在该阱内振荡的任何先验知识的情况下，有可能进行包含关于一种或多种离子种类的信息的“原”瞬态的分析。相反，不同离子种类的瞬态可以例如使用以上加窗技术进行分离，并且然后每个单独瞬态可以与一阶指数衰减曲线进行拟合(或，至少，可以尝试对每个瞬态进行拟合)。已凭经验发现频域中的较大峰产生自自聚束(作为整体结论)，从而使得这些较大峰典型地代表良好的候选物来开始曲线拟合程序。对于可以确定为比预定义的标准更好地拟合一阶指数衰减的任何瞬态，可以得出结论，就那个或那些瞬态而言，碰撞效应占主导。因此，从以下假设开始，其衰减率在比最小可接受程度更好的情况下拟合指数衰减曲线的瞬态是由碰撞效应主导的那些瞬态的结果，通过确定那个或那些衰减率是否慢于最小阈值，可以确定该装置内的真空条件的品质因数。

不同的标准可以应用到其衰减率可接受地拟合指数曲线的那些瞬态上。例如，如此鉴别的每个瞬态的平均衰减率可以与阈值进行比较，以评估真空条件。可替代地，可以对该平均进行加权，给具有更靠近感兴趣的分物物离子的m/z的那些离子种类提供额外的权重。

代替于在频域中进行加窗信号的逆变换并且然后如上分析所得到的瞬态，拟合可以直接在频域中完成，通过最小化以下范数：

$S=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{W}_n{|f_n-\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{A}_k\mathrm{\Ψ}({\mathrm{\ω}}_k,{\mathrm{\γ}}_k,n)|}^2,---\left(3\right)$

其中f_n是所观察到的瞬态的傅里叶图像，Ψ是模型信号(方程1)的傅里叶图像，并且W_n是加窗函数。这个范数可以任选地通过一个修正项而增大，以避免来自感兴趣的范围外的峰的干扰作用(参见图5)：

$S=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{W}_n{|f_n-\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{A}_k\mathrm{\Ψ}({\mathrm{\ω}}_k,{\mathrm{\γ}}_k,n)|}^2+\underset{p=0}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{A}_p^{\′}{(n-n_0)}^p.---\left(4\right)$

尽管该多项式的次数可以是任意大的，使用P＝1是足够的。

可替代地，因为已知对该衰减的主要贡献是通过碰撞，即，由于自聚束的条件，峰宽可以用于测量该衰减率，由于洛伦兹峰的半峰全宽是其瞬态的衰减率的两倍。

一旦已经使用上述技术确定一个衰减率(或多个衰减率)，然后可以将那个或那些测量的衰减率与对于所测量的特定离子种类的查询表或阈值进行比较。那个查询表或阈值代表在轨道阱中的可接受的真空条件的指示。简而言之，如果所测量的衰减率超过预定值，那么用户可以得出结论，在轨道阱80内的真空是不可接受的-也就是说，所获得的任何随后实验数据将具有不足够高的品质。因此可以调整轨道阱80内的真空，例如通过高真空泵或类似物来增加抽运量。然后可以重复预扫描，如以上所述，以允许用户确认该轨道阱内的真空条件现在可接受以下干预。一旦确定真空条件是可接受的(例如，因为该校准物离子种类的瞬态的衰减率慢于那种离子种类的阈值)，可以开始感兴趣的样品的研究。

如在该第一实施例中所述的从单一自聚束离子种类产生理想瞬态通常要求专用的实验或扫描，这样使得在执行所希望的分析实验之前可以确定在该质量分析器内的真空条件的指示。实际上，轨道阱或其他质量分析器中的压力在数分钟的时间段上显著变化是异乎寻常的。因此，如果预扫描表明真空条件是在可接受极限内，合理推断在该预扫描之后的数分钟的时间段内进行的任何随后分析实验将在可接受的真空条件下发生。

虽然如此，如以上关于替代性实施例解释的，有可能使用任何测量的瞬态，其条件仅是这些离子种类中的至少一种的瞬态的衰减率是由碰撞效应主导的，例如，其中那种种类的离子是自聚束的。这允许从感兴趣的样品的分析测量中事后确定真空条件，其条件仅是有可能从一般瞬态中分离这些离子种类的不同衰减率，并且这些中的至少一种具有碰撞主导的衰减率。在这种情况下，然而，增加的参数数目将增加测量的误差。

令人希望的是(虽然不是必要的)已知所研究的离子种类的碰撞截面。通常已知的背景离子(例如，增塑剂)是存在的，甚至在非专用的扫描中。这些可以通过评估分析测量或通过引入对这种离子的专用单离子模式(SIM)扫描来使用。具有特定种类的自聚束离子的碰撞截面的知识，有可能例如通过使用在以上引用的Hardman等人的论文中获得的压力与碰撞截面之间的关系，估算在该质量分析器内的压力。

在该轨道阱中的离子能量典型地位于每个电荷1-2kV的范围内，意味着硬球模型是最适当的。在这种模型内，具有质荷比m/q和能量qV的离子的弛豫时间是

$\mathrm{\τ}=\frac{1}{\mathrm{n\σv}}=\frac{\mathrm{kT}}{\mathrm{p\σ}\sqrt{\frac{2\mathrm{qV}}{m}}}---\left(6\right)$

其中v是离子速度，n是在压力p和温度T下残余气体的浓度，k＝波尔兹曼常数(1.3810^-23J/K)，并且σ是总碰撞截面。这些碰撞将幅值谱的频率分辨率(FWHM)限制为

$R_f=\frac{1}{2\sqrt{3}}\mathrm{\ω\τ}---\left(7\right)$

其结果是，可以如下推导出总碰撞截面：

$\mathrm{\σ}=\frac{1}{2\sqrt{6}}\sqrt{\frac{k}{V}}\frac{\mathrm{kT}}{p{R}_f}---\left(8\right)$

对于在室温下的轨道阱的具体构造，这个表达式可以简化为：

$\mathrm{\σ}=\frac{6}{p{R}_f}{A}^2---\left(9\right)$

其中p以Pa表示。

在此上下文中V是注入电压，给出能量(qV)。

在甚至更一般的方式中，可以使用任意离子。该碰撞截面可以在该离子的质量和电荷上进行估算。再次，分析或专用SIM扫描可以用于评估该质量分析器内的真空条件，并且在碰撞截面是已知的或者可以进行估算时，用于压力的估算。尽管在最一般情况下(未知物的非专用扫描)的误差将是相当大的，精度可以足够高以推断该真空是否在预期内。

由于从压力诱发的瞬态衰减率评估质量分析器内的真空条件的能力，可以去除与该质量分析器相邻的压力/真空计。在从感兴趣的分析物离子、或具有类似质荷比的离子获得测量的瞬态衰减率时尤其如此。

图6示出了使用以上概述的技术测量的瞬态衰减率与通过邻近质量分析器的真空计测量的压力之间的相关性的实验证据。已经在宽压力范围内记录了瞬态，并且已经计算了对于散射损失的衰减率。如图6中示出的，用电离压力计测量的压力与计算的衰减率之间的相关性是优异的。

尽管已经描述了一种优选方法的具体实施例，将认识到可以使用多种替代技术。

Claims (24)

1.一种评估质谱仪的阱内的真空条件的方法，该质谱仪为产生瞬态检测信号的类型，该方法包括：

(a)将至少一种离子种类引入该阱中；

(b)产生该阱中的这些离子的瞬态检测信号，对该阱的参数和/或这些引入的离子进行调整以便使得关于这些引入的离子种类、或这些引入的离子种类中的至少一种的该瞬态的衰减率由碰撞效应主导；

(c)确定关于这些离子种类或这些离子种类中的至少一种的瞬态信号的衰减率，其中该衰减率是由碰撞效应主导的；并且

(d)将该瞬态检测信号的所确定的衰减率与一个或多个阈值衰减率进行比较，以便评估该阱内的真空条件。

2.如权利要求1所述的方法，其中该阱中的这些离子种类或这些离子种类至的至少一种引入的量为足以导致那些离子的自聚束。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括将单一离子种类以所述的足够的量引入该阱中，这样使得所得到的瞬态检测信号具有实质上产生自通过那种单一离子种类的压力诱发碰撞的衰减率。

4.如权利要求3所述的方法，其中该单一离子种类具有已知身份，该方法进一步包括基于该瞬态的所确定的衰减率并且基于该单一离子种类的已知特性估算该阱中的压力。

5.如权利要求4所述的方法，其中该单一离子种类的已知特性是那种离子种类的碰撞截面。

6.如权利要求3、权利要求4或权利要求5所述的方法，其中将单一离子种类引入该阱中的该步骤包括在离子源处产生多种不同离子种类的多个离子，并且在引入到该阱中之前仅分离该单一种类的那些离子。

7.如权利要求6所述的方法，其中仅分离该单一种类的那些离子的该步骤包括将由该离子源产生的多种离子种类的离子引入该阱上游的离子存储装置中，并且仅将该单一离子种类的离子从该离子存储装置喷射到该阱中，和/或包括将由该离子源产生的多种离子种类传递到该阱上游的滤质器中，从而使得仅该单一离子种类的离子进入该阱中。

8.如权利要求2所述的方法，进一步包括将多种离子种类引入该阱中，每种离子种类处于足够的量以导致每种离子种类的离子的自聚束，由此所得到的在一定速率下的瞬态检测信号衰减实质上产生自该多种离子种类中的每一种的压力诱发碰撞。

9.如权利要求8所述的方法，其中这些引入的离子种类中的每一种具有已知身份，该方法进一步包括基于该瞬态的所确定的衰减率并且基于每种离子种类的已知特性估算该阱中的压力。

10.如权利要求9所述的方法，其中每种离子种类的已知特性是那种离子种类的碰撞截面。

11.如权利要求2所述的方法，进一步包括与该一种或多种自聚束的种类一起，将一种或多种离子种类以不足以导致自聚束的量引入该阱中，该方法进一步包括：

在确定关于这些自聚束的离子的瞬态的衰减率的步骤(c)之前，从该产生的瞬态检测信号中分离产生自该阱内的自聚束的离子种类的那些部分。

12.如权利要求11所述的方法，其中从该产生的瞬态检测信号中分离产生自该阱内的自聚束的离子种类的那些部分的该步骤包括通过信号处理从该瞬态信号中消除不想要的频率。

13.如权利要求12所述的方法，其中该信号处理的步骤包括对该瞬态检测信号进行数字滤波。

14.如权利要求12所述的方法，其中该信号处理的步骤包括进行该瞬态检测信号的傅里叶变换，选择在频域内的窗口，并且然后将该选定的频率窗口变换回为时域。

15.如权利要求12所述的方法，其中该信号处理的步骤包括对该瞬态检测信号进行数字外差。

16.一种评估质谱仪的阱内的真空条件的方法，该质谱仪为产生瞬态检测信号的类型，该方法包括：

(a)将至少一种离子种类引入该阱中；

(b)产生该阱中的这些离子的瞬态检测信号；

(c)确定该产生的瞬态检测信号、或从其衍生的一个或多个瞬态信号与一阶指数衰减拟合的程度，该一阶指数衰减指示在该产生的瞬态信号、或从其衍生的这个或这些瞬态信号中碰撞效应的主导性；

(d)其中在步骤(c)中，确定该产生的瞬态检测信号、或从其衍生的这个或这些瞬态信号的衰减率在大于阈值范围的程度上拟合该一阶指数衰减，从而确定该产生的瞬态信号、或从其衍生的这个或这些瞬态信号的衰减率；并且

(e)将该瞬态检测信号、或从其衍生的这个或这些瞬态信号的所确定的衰减率与一个或多个阈值衰减率进行比较，以便评估该阱中的真空条件。

17.如权利要求17所述的方法，其中该步骤(a)包括将多种离子种类引入该阱中，该方法进一步包括，在产生瞬态检测信号的步骤(b)之后，进一步的步骤：从那个瞬态检测信号产生代表该多种引入的离子种类中的对应的一种或多种的一个或多个衍生的瞬态信号。

18.如权利要求17所述的方法，进一步包括从该产生的瞬态信号获得代表该多种引入的离子种类中的对应种类的多个衍生的瞬态信号，该步骤(c)包括确定这些衍生的瞬态检测信号中的每个与该一阶指数衰减拟合的程度，该步骤(d)包括确定在大于该阈值范围的程度上拟合该一阶指数衰减的那些衍生的瞬态检测信号中的每一个的衰减率；并且该步骤(e)包括将这些衍生的瞬态衰减信号中的至少一个的所确定的衰减率与这个或这些阈值衰减率进行比较，以便评估该阱中的所述真空条件。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括以下步骤：确定这些衍生的瞬态检测信号与高阶指数衰减拟合的程度；并且，关于在大于阈值的程度上拟合高阶指数衰减的那些衍生的瞬态检测信号，从衰减率与该阈值衰减率的比较中排除那个或那些衍生的瞬态。

20.如权利要求16-18中任一项所述的方法，进一步包括基于该产生的瞬态检测信号或从其衍生的这个或这些瞬态信号的所确定的衰减率，提供该阱内的压力的指示。

21.一种包含计算机代码的计算机程序，该计算机代码当执行时进行以上任一项权利要求所述的方法步骤。

22.一种产生瞬态检测信号的类型的质谱仪，该质谱仪具有装载有如权利要求21所述的软件的计算机控制器。

23.如权利要求22所述的质谱仪，该质谱仪包括离子阱并且不具有与该阱相邻的压力计。

24.如权利要求22或23所述的质谱仪，该质谱仪是轨道俘获或傅立叶变换质谱仪(FTMS)类型的。