CN105702551A - 自动确定用于离子淌度谱法和质谱法的解复用矩阵 - Google Patents

Abstract

对样本执行复用的离子淌度谱法(IMS)、质谱法(MS)(例如飞行时间质谱法(TOFMS))或混合IM-MS，并且将所得测量数据进行解卷积。结合复用，利用控制离子脉泵的脉冲序列。基于所获取的原始测量数据，修改所述脉冲序列。利用基于所述修改后的脉冲序列的解复用矩阵，以改进解卷积。

Description

自动确定用于离子淌度谱法和质谱法的解复用矩阵

相关申请

本申请要求2014年12月12日提交的题为“AUTOMATICDETERMINATIONOFDEMULTIPLEXINGMATRIXFORIONMOBILITYSPECTROMETRYANDMASSSPECTROMETRY”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

本发明总体上涉及离子淌度谱(IMS)、包括飞行时间质谱法(TOFMS)的质谱法(MS)以及离子淌度-质谱法(IM-MS)。本发明具体地涉及结合IMS、MS和IM-MS所实现的复用技术。

背景技术

离子淌度谱(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、压力和温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Ω)，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，所以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可以通过公知的Mason-Schamp等式与通过缓冲气体的其不同气相淌度相关。

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以与它们的不同淌度相关。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，以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。漂移谱可以用于标识并且区分样本的不同分析物核素。

IMS可以与一种或多种其它类型的分离技术耦合，以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漂移单元可以与MS系统内嵌耦合，以形成组合式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。质谱可以用于确定样本的成分的分子结构。IM漂移单元一般耦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(TOF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。不同质量的离子以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。

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之前据淌度得以分离，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(例如聚核苷酸、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以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以是多维的，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。这种混合式分离技术可以进一步通过其与LC耦合得以增强，因此提供LC-IM-MS系统。

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淌度和/或m/z比，这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/或质量谱难以解释。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以避免重叠。例如，在注入离子包封之后，可以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漂移管的离子门或超前于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。

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(又称为多脉泵或超脉泵)，以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谱能够得以恢复自测量数据。虽然可以替代地利用其它类型的变换，但基于Hadamard变换(HT)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“门打开”(注入)事件，0对应于“门关闭”时间段。PRS于是用于生成NxNHadamard矩阵，其中，N是PRS的二进制元素的数量。Hadamard矩阵进而用于生成逆Hadamard矩阵。逆Hadamard矩阵然后应用于卷积后的测量数据，以提取单个数据数组(或矢量)，据其可以生成单个解卷积的(或解复用的)谱。

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。这些噪声分量可能在解卷积的数据以及随后生成的谱中产生不精确性。因此，需要能够以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

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，本公开提供如在以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。

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；通过以对应修改后的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；以及基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。

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以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以所述基本丰度，以获得各个修改后的ON脉冲；通过以对应修改后的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；以及基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。

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以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以所述基本丰度，以获得各个修改后的ON脉冲；通过以对应修改后的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；以及基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。

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以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以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以所述基本丰度，以获得各个修改后的ON脉冲；通过以对应修改后的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；以及基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。

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；以及将所述解复用矩阵应用于所述原始数据数组，以恢复对应于单个脉泵事件的离子测量数据。

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。

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；以及计算设备，其配置为用于执行所有或部分在此所公开的任何方法。

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。

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。

根据另一实施例，一种系统包括所述计算机可读存储介质。

根据各个实施例，在此所公开的谱法系统可以是离子淌度谱法(IMS)系统、飞行时间质谱法(TOFMS)系统或混合离子淌度-质谱法(IM-MS)系统。

在审阅以下附图、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。旨在所有这些附加系统、方法、特征、优点包括于该描述内、本发明的范围内，并且受所附权利要求保护。

附图说明

通过参照以下附图，可以更好地理解本发明。附图中的组件并不一定成比例，而是着重示出本发明的原理。在附图中，相同标号贯穿不同附图指定对应部分。

图1A是根据一些实施例的并且可以用于实现在此所公开的主题内容的谱法系统的示例的示意图。

图1B是根据一些实施例的可以作为图1A所示的谱法系统的一部分或与谱法系统进行通信的计算设备的示例的示意图。

图2示出根据一些实施例的时序序列集合，其用于操作离子捕集器(序列A)、离子门(序列B)和TOF脉冲器(序列C)，并且还示出对应漂移时间段(序列D)和应用于离子门的伪随机序列(PRS)(序列E)。

图3A示出利用3比特PRS所获取的原始测量数据的2D数组的简化示例的一行(线性数组)。

图3B示出在利用传统矩阵以将图3A所示的原始测量数据进行解卷积之后的恢复出的信号。

图4A示出利用3比特PRS所获取的原始测量数据的2D数组的另一简化示例的一行(线性数组)。

图4B示出在利用传统矩阵以将图4A所示的原始测量数据进行解卷积之后的恢复出的信号。

图5是根据一些实施例的确定用于在构造解复用矩阵中使用的修改后的脉冲序列的方法的流程图，其可以实现为用于将原始测量数据进行解卷积的方法的一部分。

图6示出根据一些实施例的与图4A所示的相同但还在水平轴之下呈现脉冲序列S的原始数据数组，并且示出模式匹配处理。

图7示出在基于在此所公开的修改后的脉冲序列利用解复用矩阵以将图4A所示的原始测量数据进行解卷积之后的恢复出的信号。

图8A是在不执行解卷积情况下(或在其之前)的漂移谱(作为以毫秒为单位的漂移时间的函数)的示例。

图8B是在以传统方式应用Hadamard变换以从图8A的数据恢复单个漂移谱之后的漂移谱。

图8C是根据本公开的在应用修改后的解复用矩阵以从图8A的数据恢复单个漂移谱之后的漂移谱。

具体实施方式

图1A是根据一些实施例的可以用于实现在此所公开的主题内容的谱法系统100的示例的示意图。谱法系统100可以是离子淌度谱法(IMS)系统、质谱法(MS)系统(具体地，飞行时间质谱法或TOFMS系统)或混合离子淌度质谱法(IM-MS)系统。这些谱法系统的各种组件的操作和设计通常对于本领域技术人员是已知的，因此无需在此详细描述。反之，简要描述特定组件以促进理解目前所公开的主题内容。通过示例，图1A具体地示出的谱法系统100描述为IM-MS系统。本领域技术人员应容易地理解可以如何修改IM-MS系统的描述以使得应用于IMS系统或MS系统。

谱法系统100一般可以包括离子源104、离子淌度(IM)设备108、质谱仪(MS)116、计算设备(或系统控制器)118。MS116可以看作包括或连通于离子检测器150。谱法系统100还包括离子源104与离子检测器150之间的离子门106(106A或106B)。在一些实施例中，离子门106可以恰位于IM设备108的上游。该位置示意性地描述为离子门106A。在IM设备108并未得以包括(或并未操作为漂移单元)的其它实施例中，离子门106可以恰位于进入MS116的入口(例如飞行时间(TOF)分析器的离子提取器(离子脉冲器)，即用作将离子包封注入到TOF分析器的飞行管中的设备)的上游，或与之集成。该位置示意性地描述为离子门106B。在一些实施例中，谱法系统100可以包括在离子源104与MS116之间(或离子源104与IM设备108之间，若提供)的用于累积离子的设备或部件(例如离子捕集器134)。本领域技术人员应理解，取决于离子捕集器134的配置，离子门106可以是离子捕集器134的一部分，或可以是在离子捕集器134的输出的下游的独立设备。

谱法系统100还包括真空系统，用于将谱法系统100的各个内部区域保持在受控的亚大气压力级别。真空线120-128示意性地描述真空系统。本领域技术人员应理解，真空线120-128示意性地表示一个或多个真空生成泵和关联管件、其它组件。真空线120-128也可以移除从离子路径通过谱法系统100的任何残余非分析中性分子。

离子源104可以是任何类型的适合于产生用于谱法的分析物离子的连续射束或脉冲式离子源。离子源104的示例包括但不限于电子电离(EI)源、化学电离(CI)源、光电离(PI)源、电喷雾电离(ESI)源、大气压力化学电离(APCI)源、大气压力光电离(APPI)源、场电离(FI)源、等离子体或电晕放电源、激光解吸附电离(LDI)源、矩阵辅助激光解吸附电离(MALDI)源。在一些实施例中，离子源104可以包括两个或更多个电离设备，其可以是相同类型或不同类型的。取决于所实现的电离的类型，离子源104可以驻留在真空腔室中，或可以操作在大气压力处或其左右。可以通过任何合适的手段将待分析的样本材料引入到离子源104，包括联用技术，其中，样本材料是分析物分离仪器(诸如例如气体色谱(GC)或液体色谱(LC)仪器(未示出))的输出136。在离子源104配置为用于输出离子的脉冲或包封的一些实施例中，离子源104可以提供离子累积功能，在此情况下，至少在一些实施例中，可以不包括离子捕集器134。作为另一替选，离子捕集器134可以配置为用于执行电离(捕集器内电离)。因此，在一些实施例中，离子源104、离子捕集器134可以看作是同一仪器。

离子捕集器134总体上可以具有适合于稳定地累积所期望的质量范围的离子达期望的时间段并且然后在命令时释放离子的任何配置。离子捕集器134可以例如包括腔室或外壳中所包围的多个捕集器电极138。腔室可以与将离子捕集器134保持在低压力(例如1至20Torr)处的真空泵连通。捕集器电极138可以相对于捕集器轴得以布置，并且环绕可以封闭离子的内部区域(捕集器内部)。捕集器电极138与适当电压源进行信号通信，电压源包括射频(RF)电压源，并且可以还包括直流(DC)电压源。响应于施加适当参数(RF驱动频率、量值)的RF电压或RF电压、RF电压上所叠加的适当量值的DC电压，捕集器电极138生成二维RF(或RF/DC)捕集场，其将期望质量范围(m/z范围)的离子封闭到捕集器内部达期望的时间段。离子捕集器134可以操作为累积离子，此后在离子包封中将离子脉泵(或喷射)出到MS116(或首先到IM设备108，若提供)。取决于离子捕集器134的类型，离子捕集器134可以通过以下操作喷射离子：修改RF电压，施加附加RF或交流(AC)电压，将一个或多个DC电压施加到一个或多个离子光器件组件，等。本领域技术人员应理解，在一些实施例中，可以通过三维或二维四极配置布置捕集器电极138。在其它实施例中，捕集器电极138可以是环形电极或具有沿着捕集器轴在轴向上间隔的孔径的板。本领域技术人员应理解，在其它实施例中，捕集器电极138可以配置作为离子漏斗，其中，漏斗电极(典型地环形)限定收敛体积。离子漏斗(包括配置作为离子捕集器的离子漏斗)的示例描述于题为“IONMOBILITYSPECTROMETRY-MASSSPECTROMETRY(IMS-MS)WITHIMPROVEDIONTRANSMISSIONANDIMSRESOLUTION”的2013年5月30日提交的美国专利申请No.13/906,095以及美国专利No.8,324,565中，二者的完整内容通过引用合并到此。

离子门106总体上可以具有适合于以打开/关闭方式(例如通过偏斜，截切等)脉泵离子射束的任何配置。为此目的，离子门106可以包括一个或多个离子光器件组件(例如电极、透镜、网孔、栅格等)。在一些实施例中，离子门106可以是或可以包括Bradbury-Nielsen门，其配置和操作为本领域技术人员所知。优选地，离子门106是能够在微秒(μs)规模上“打开”和“关闭”的快速动作设备。虽然图1A将离子门106(离子门106A)示出为分离组件，但在一些实施例中，离子门106可以与离子捕集器134(或与适当配置的离子源104)集成。也就是说，离子捕集器134或离子源104可以配置为提供脉冲式离子释放功能(即充当离子门)。

IM设备108可以总体上包括腔室中所包围的IM漂移单元(或漂移管)142。腔室与真空泵浦连通，真空泵浦将漂移单元142保持在范围从例如1到760Torr的缓冲气体(漂移气体)压力处。气体入口144将惰性缓冲气体(例如氮气)导向到漂移单元腔室中。漂移单元142包括沿着轴间隔的一系列漂移单元电极146(典型地，环形)。漂移单元电极146处于与电压源进行信号通信，以沿着轴生成DC电压梯度(例如10到20V/cm)。如上所述，轴向DC电压梯度在存在缓冲气体的情况下将离子移动通过漂移单元142，由此，离子基于它们的通过缓冲气体的不同淌度在时间和空间上变为分离的。DC电压梯度可以通过已知方式(例如通过在最先与最后漂移单元电极146之间施加电压)得以生成，并且通过最先与最后漂移单元电极146之间的电阻分压器网络，使得较低电压不断地沿着漂移单元142的长度施加到相应漂移单元电极146。

MS116可以总体上包括外壳中所包围的质量分析器148和离子检测器150。真空线128将MS116的内部保持在非常低的(真空)压力处(例如，范围从10^-4到10^-9Torr)。质量分析器148基于分析物离子的不同质量对电荷(m/z)比率分离它们。在一些实施例中，质量分析器148是TOF分析器，其基于根据分析物离子的不同飞行时间所推导出的其不同m/z比分离它们。TOF分析器包括离子脉冲器(或提取器)、无电场飞行管。入口光器件将离子射束导向到离子脉冲器中，离子脉冲器将离子作为离子包封脉泵到飞行管中。离子朝向离子检测器150漂移通过飞行管。不同质量的离子以不同速度行进通过飞行管，因此具有不同的总体飞行时间，即较小质量的离子比较大质量的离子行进得更快。每个离子包封根据飞行时间分布在空间中扩展开(分散)。离子检测器150检测并且记录每个离子到达(冲击)离子检测器150的时间。离子检测器150可以配置为用于将离子测量数据发送到计算设备118。计算设备118的数据获取处理将所记录的飞行时间与m/z比进行相关。离子检测器150可以是任何配置为用于收集并且测量从质量分析器148输出的质量差别离子的通量(或流)的设备。离子检测器150的示例包括但不限于多通道检测器(例如微通道板(MCP)检测器)、电子乘法器、光子乘法器、图像电流检测器、法拉第杯。在一些实施例中，离子脉冲器在与入口光器件将离子发送到离子脉冲器中的方向正交的方向上将离子包封加速到飞行管中，这称为正交加速TOF(oa-TOF)。在此情况下，飞行管一般包括离子镜(或反射计(reflectron))，以提供180°反射，或打开离子飞行路径，以用于延伸飞行路径并且校正离子的动能分布。

在包括IM设备108的实施例中，质量分析器148可以是除了TOF分析器之外的类型。其它类型的质量分析器的示例包括但不限于多极电极结构(例如四极质量过滤器、线形离子捕集器、三维Paul捕集器等)、静电捕集器(例如Kingdon、Knight和捕集器)、例如傅立叶变换离子回旋加速谐振质谱法(FT-ICR或FTMS)中所利用的质谱法离子回旋加速谐振(ICR)或Penning捕集器。

在一些实施例中，谱法系统100可以还包括离子处理区段112，其总体上充当IM设备108与MS116之间(即IM漂移单元142的出口与质量分析器148的入口之间)的接口(或中间区段或区域)。通常，离子处理区段112可以看作配置为用于接收从漂移单元142洗净的离子，并且将离子传送到MS116。离子处理区段112可以包括一个或多个位于漂移单元142与MS116之间的组件(结构、设备、区域等)。这些组件可以服务于各种功能，诸如例如减压、中性气体移除、离子射束汇聚/引导、离子过滤/选择、离子裂解等。离子处理区段112可以包括包围一个或多个腔室的外壳。于在各相邻腔室之间的边界处提供适当大小的孔径以限定用于离子从一个腔室到下一腔室行进通过离子处理区段112的途径的同时，每个腔室可以提供独立受控压力级。任何腔室可以包括一个或多个离子引导器、离子光器件等。通过示例的方式，在所示实施例中，离子处理区段112包括前(或第一)腔室154、中(或第二)腔室156、后(或第三)腔室158，其分别包含离子漏斗180、第一多极离子引导器182、第二多极离子引导器184。

在一些实施例中，与离子处理区段112(或其一部分)组合的MS116可以形成级联MS或MSⁿ系统。本领域技术人员应理解，作为示例，第一多极离子引导器182可以配置作为(典型地四极)质量过滤器，以用于选择特定m/z比或m/z比范围的离子，第二多极离子引导器184可以配置作为非质量分辨、仅RF碰撞单元，以用于通过碰撞诱导解离产生裂解离子。因此，在一些实施例中，MS系统100可以看作包括QqQ、qTOF或QqTOF仪器。

在图1A中，计算设备118示意性地描述为表示配置为用于将谱法系统100的各个功能方面(诸如例如离子源104、离子门106、IM设备108、MS116、可以在谱法系统100中提供但在图1A中并未具体地示出的任何真空泵浦、离子光器件、上游LC或GC仪器、样本引入设备等)进行控制、监控和/或定时的一个或多个模块(或单元、或组件)。一个或多个模块(或单元，或组件)可以是或可以实施在例如台式计算机、膝上型计算机、便携式计算机、平板计算机、手持计算机、移动计算设备、个人数字助理(PDA)、智能电话等中。计算设备118也可以示意性地表示将电压施加到谱法系统100的各个组件所需的未具体示出的所有电压源、时序控制器、时钟、频率/波形发生器等。计算设备118也可以配置为用于从离子检测器128接收离子检测信号并且根据需要执行与数据获取和信号分析有关的任务，以生成表征待分析的样本的色谱图、漂移谱、质量(m/z比)谱。计算设备118也可以配置为用于提供并且控制用户接口，用户接口提供谱数据、用户可以交互的其它数据的屏幕显示。计算设备118可以包括一个或多个读取设备，在所述一个或多个读取设备上或其中，可以加载包括用于执行所有或部分在此所公开的任何方法的指令的有形计算机可读(机器可读)介质。出于所有这些目的，计算设备118可以经由有线或无线通信链路与谱法系统100的各个组件进行信号通信(如例如通过计算设备118与MS116之间、计算设备118与离子门106A或106B之间的虚线所部分地表示的那样)。也是出于这些目的，计算设备118可以包括一种或多种类型的硬件、固件和/或软件、一个或多个存储器和数据库。

计算设备118可以包括一个或多个配置为用于执行特定数据获取或信号处理功能的模块(或单元、或组件)。在一些实施例中，这些模块可以包括脉冲序列发生器186、解卷积(或解复用)模块190。以下进一步描述这些模块。

图1B是可以作为谱法系统(例如图1A所示的谱法系统100)的一部分或与其进行通信的计算设备118的非限定性示例的示意图。在所示实施例中，计算设备118包括处理器162(典型地，基于电子的)，其可以表示提供总体控制的主电子处理器、配置为用于专用控制操作或特定信号处理任务的一个或多个电子处理器(例如图形处理单元或GPU)。计算设备118还包括一个或多个存储器164(易失性和/或非易失性)，以用于存储数据和/或软件。计算设备118可以还包括一个或多个设备驱动器166，以用于控制一种或多种类型的用户接口设备、在用户接口设备与和用户接口设备进行通信的计算设备118的组件之间提供接口。这些用户接口设备可以包括用户输入设备168(例如键盘、键区、触摸屏、鼠标、操纵杆、轨迹球等)、用户输出设备170(例如显示屏、打印机、视觉指示器或告警器、听觉指示器或告警器等)。在各个实施例中，计算设备118可以看作包括一个或多个用户输入设备168和/或用户输出设备170，或至少与它们进行通信。计算设备118可以还包括存储器中所包含的一种或多种类型的计算机程序或软件172和/或一种或多种类型的计算机可读介质174。计算机程序或软件可以包含用于执行所有或部分在此所公开的任何方法的指令(例如逻辑指令)。计算机程序或软件可以包括应用软件、系统软件。系统软件可以包括操作系统(例如Microsoft操作系统)，以用于控制并且管理计算设备118的各种功能，包括硬件与应用软件之间的交互。具体地说，操作系统可以提供可经由用户输出设备170(例如显示屏)显示的图形用户接口(用户接口)，用户可以通过使用用户输入设备168(例如键盘或点击设备(例如鼠标))与之交互。计算设备118可以还包括(可以通过硬件、固件和/或软件所实施的)一个或多个数据获取/信号调节组件176，以用于接收并且处理离子检测器150所输出的离子测量信号，包括将用于由GUI以图形形式进行呈现的数据进行格式化。数据获取/信号调节组件176所包括信号处理模块(例如以上所述的并且以下进一步详细描述的PRS发生器186、预解卷积模块188、解卷积模块190、后解卷积模块192)。

应理解，图1A、图1B是与本公开一致的谱法系统100、关联计算设备118的示例的高级示意性描述。对于实际实现方式，可以根据需要包括其它组件(例如附加结构、真空泵浦、气体管件、离子光器件、离子引导器、电子器件、计算机或电子处理器有关组件)。还应理解，计算设备118在图1A、图1B中示意性地表示为目的是表示可以提供的各结构(例如电路、机构、硬件、固件、软件等)的功能块。各个功能块、信号链路已经随意地定位，目的仅是说明，而不是以任何方式进行限制。本领域技术人员应理解，在实践中，可以通过各种方式而不一定以图1A、图1B所示并且在此所公开的确切方式实现计算设备118的功能。

现将描述用于从样本获取谱数据的谱法系统100的总体操作的示例。离子源104电离样本，形成分析物离子，将离子发送到离子捕集器134中(若提供)。离子捕集器134累积离子达某时间段(例如1ms)。离子门106周期性地打开片刻(例如150μs)，以将离散离子包封依次注入到IM漂移单元142中。每个离子包封可以包含具有m/z比的范围的离子。离子门106的注入次序受控于计算设备118。(当离子门106关闭时)各注入之间的时间间隔典型地处于毫秒(ms)的规模上。离子包封在漂移单元电极146所建立的电场梯度(其典型地是均匀的并且相对弱的)的影响下漂移通过IM漂移单元142。随着离子包封漂移通过IM漂移单元142，碰撞产生在离子与漂移气体之间。因此，离子包封变得根据离子的淌度分布在时间和空间上扩散开。离子退出IM漂移单元142，并且得以发送到MS116中。如上所述，在一些实施例中，离子可以在进入MS116之前在离子处理区段112中经受中间处理(例如汇聚、冷却、质量过滤或选择、裂解等)。

随着离子进入MS116(假设基于TOF的MS)，MS116的离子脉冲器根据计算设备118所控制的序列将离子注入(脉泵)到飞行管中。因此，MS116将“新的”离子包封注入到飞行管中。在注入到飞行管中的离子包封是与初始地注入到IM漂移单元142中的包不相同的意义上，它们是“新的”。TOF注入脉冲典型地产生在比IM注入脉冲(例如ms)远更快的时间规模(例如μs)上。也就是说，TOF注入速率(或频率)典型地比IM注入速率(或频率)远更高，使得在两个依次IM注入脉冲之间的时段期间，很多TOF注入脉冲产生。随着离子包封漂移通过飞行管的无电场区域，离子包封变得根据离子的TOF分布在时间和空间上扩散开。位于飞行路径的一端处的离子检测器150将冲击离子检测器150的每个离子进行计数，并且测量其到达时间，检测器输出信号以本领域技术人员所理解的方式数字化并且得以记录。离子在离子检测器150处的到达时间是离子的通过IM漂移单元142的漂移时间、通过飞行管的飞行时间(TOF)、通过IM漂移单元142与飞行管之间的系统的其它区域的行进时间的总和。(示意性地与图1A、图1B中的计算设备118关联的)数据获取/信号组件配置为用于根据测量出的到达时间计算每个离子的漂移时间、TOF，并且基于上述TOF确定m/z比。数据获取/信号组件还配置为用于根据离子检测器150所测量出的原始测量数据(到达时间和离子计数)产生漂移时间、质量谱。

在上述操作中，离子包封进入IM漂移单元142中的注入可能受复用，使得两个或更多个相邻离子包封变得在它们行进通过IM漂移单元142期间的某时间点在IM漂移单元142中重叠。类似地，离子包封进入质量分析器148中的注入可能受复用，使得两个或更多个相邻离子包封变得在它们行进通过飞行管期间的某时间点在飞行管中重叠。计算设备118(或控制离子门106并且受控于计算设备118的调制设备)可以配置为用于通过根据二进制1和0的脉冲序列打开以及关闭离子门106实现进入IM漂移单元142的复用注入。在典型其它非限定性实施例中，脉冲序列是伪随机序列(PRS)，又称为伪随机二进制序列。可以又称为ON状态(或脉冲)或打开状态的各二进制状态之一(例如二进制1)对应于打开离子门106达短暂时间段(例如150μs)，接着关闭离子门106。ON脉冲导致离子包封注入到IM漂移单元142中。可以又称为OFF状态(或脉冲)或关闭状态的另一二进制状态(例如二进制0)对应于关闭离子门106达持续直到下一ON脉冲的时间段。本公开任意地将ON状态关联于二进制1，并且将OFF状态关联于二进制0。

脉冲序列发生器186可以例如通过线性反馈移位寄存器的运算生成PRS。在一些实施例中，PRS是最大长度序列(MLS)。MLS类型PRS具有长度N＝2^m-1，其中，m是用于构造PRS的比特(或移位寄存器)的数量。作为示例，3比特PRS具有长度N＝7(2⁴-1)、4比特PRS具有长度N＝15(2⁴-1)，5比特PRS具有长度N＝31(2⁵-1)。3比特、4比特和5比特PRS的示例如下：

3比特：{0,0,1,0,1,1,1}

4比特：{0,0,0,1,0,0,1,1,0,1,0,1,1,1,1}

5比特：{0,0,0,0,1,0,0,1,0,1,1,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1,0,1,1,1,0,1,0,1}

图2示出时序序列集合，其用于操作离子捕集器134(序列A)、离子门106A(序列B)、TOF脉冲器(序列C)。图2还示出对应漂移时间段(序列D)以及应用于离子门106A的PRS(序列E)。对于图2中的示例所选择的PRS是上述3比特PRS。本领域技术人员应理解，序列产生的总时间段(对应于图2所示的整个漂移时间段)可以构成单次实验或可以在给定实验期间重复一次或多次(例如几千次)的单次迭代。在该实施例中，(总)漂移时间段划分为序列D所指示的相等持续时间的漂移时间块(分段、小片等)。漂移时间块的数量等于PRS的长度N(二进制元素的数量)，其在该示例中是七。PRS的每个二进制元素独占地与各漂移时间块之一关联。类似地，每个离子捕集事件和每一离子门打开(捕集器释放、或注入)事件独占地与各漂移时间块之一关联。每个离子捕集事件立即后接门打开事件。每个离子捕集事件可以是相等持续时间(例如1ms)的，并且该持续时间短于漂移时间块的持续时间(例如均若干ms)。每个门打开事件可以是相等持续时间(例如150μs)的，并且该持续时间类似地短于漂移时间块的持续时间。每个TOF注入脉冲可以是相等持续时间(例如在μs的量级上)的，并且该持续时间短于漂移时间块的持续时间。仅通过示例，图2示出每漂移时间块十二个TOF注入脉冲，应理解，更多或更少的TOF注入脉冲可以在每个漂移时间块期间产生。

在该示例中，PRS开始于两个连续二进制0状态。于是，离子门106关闭，因此在前两个漂移时间块期间，离子包封并不注入到IM漂移单元142中。前两个二进制0状态后接一个二进制1状态。于是，离子捕集在第二漂移时间块的结束附近得以发起，以累积离子，并且离子捕集(累积)时段后接在第三漂移时间块的开始时打开离子门106，以将离子包封注入到IM漂移单元142中。如上所述，离子门106打开仅达短暂时间段，因此关闭达第三漂移时间块的剩余持续时间。第四漂移时间块与二进制0关联，于是，离子门106在整个第四漂移时间块期间保持关闭。第五、第六、第七漂移时间块均与二进制1关联，因此离子注入事件产生在(分别在第四、第五、第六漂移时间块的结束时为离子捕集事件所超前的)第五、第六、第七漂移时间块中。

离子门106打开的每个时间段可以看作ON脉冲。所有剩余时间段(各ON脉冲之间的间隔)可以看作OFF脉冲。从图2可见，每个漂移时间块包括后接OFF脉冲的单个ON脉冲(当漂移时间块与二进制1关联时)或无ON脉冲(当漂移时间块与二进制0关联时)。此外，注入序列中所包括的OFF脉冲的持续时间是可变的。这是因为，OFF脉冲的持续时间取决于二进制1是后接另一二进制1还是后接二进制0，还是后接两个或更多个连续二进制0。此外，OFF脉冲的持续时间可以长于单个漂移时间块的持续时间。例如，在图2中，第三、第四、第五漂移时间块与子序列{1,0,1}关联。因此，OFF脉冲在第三漂移时间块的一部分上并且在第四漂移时间块的整个持续时间上延伸，并且在第五漂移时间块的开始时结束，此时，下一ON脉冲产生。还可见，对于给定IM设备108，可以对于应用于离子门106A的PRS根据需要缩放漂移时间块，以作用于复用注入，其中，随着一对或多对相邻离子包封行进通过漂移单元142，某种程度的重叠产生在它们之间。

由于重叠，在实验期间的任何给定时间时刻，不同淌度和/或m/z比的离子可以同时到达离子检测器150。因此，离子检测器150所生成的所得原始测量数据是若干脉泵事件的测量(漂移时间分布和/或TOF分布)，其中的每一个在时间上相对于PRS的开始时间移位，并且其中的一些与超前和/或后续脉泵事件重叠。在数学术语中，该原始测量数据可以看作单个脉泵事件和PRS(或所采用的其它类型的脉冲序列)的卷积。解卷积(或解复用)模块190可以配置为用于通过将卷积后的原始测量数据经受利用应用于离子门106的特定PRS(或另外脉冲序列)的知识的解卷积(或解复用)处理。解卷积处理可以必定应用适当地设计的解卷积算法。

在一些实施例中，卷积可以表示为A＝p[S]，其中，A是测量出的强度数组(原始测量数据)，p是以长度N的矢量(N元素矢量)的形式的寻求恢复的单个脉泵事件；[S]是与所应用的PRS(或另外脉冲序列)有关的平方(NxN)矩阵形式的函数(例如传递函数或变换)。在一些实施例中，解卷积模块190(图1A)配置为用于根据PRS(或另外脉冲序列)构造矩阵[S]，计算矩阵[S]的逆(即逆矩阵[S]^-1)，通过如下将A＝p[S]的表达式的两侧乘以矩阵[S]：[S]^-1A＝p[S][S]^-1。本领域技术人员应理解，该处理得到解复用的单个脉泵事件p＝A[S]^-1，其可以然后受处理以构造漂移时间谱和/或质量谱。矩阵[S]可以是Hadamard变换(HT)或快速Hadamard变换，或替代地可以是在信号处理中所利用的并且基于PRS或另外对于复用所利用的码的另一类型的变换。对于上述3比特PRS的矩阵[S]和逆矩阵[S]^-1的示例如下：

$\[S\]=\left[\begin{array}{ccccccc}0& 0& 1& 0& 1& 1& 1\\ 1& 0& 0& 1& 0& 1& 1\\ 1& 1& 0& 0& 1& 0& 1\\ 1& 1& 1& 0& 0& 1& 0\\ 0& 1& 1& 1& 0& 0& 1\\ 1& 0& 1& 1& 1& 0& 0\\ 0& 1& 0& 1& 1& 1& 0\end{array}\right]$

${\[S\]}^{-1}=\left[\begin{array}{ccccccc}-0.25& 0.25& 0.25& 0.25& -0.25& 0.25& -0.25\\ -0.25& -0.25& 0.25& 0.25& 0.25& -0.25& 0.25\\ 0.25& -0.25& -0.25& 0.25& 0.25& 0.25& -0.25\\ -0.25& 0.25& -0.25& -0.25& 0.25& 0.25& 0.25\\ 0.25& -0.25& 0.25& -0.25& -0.25& 0.25& 0.25\\ 0.25& 0.25& -0.25& 0.25& -0.25& -0.25& 0.25\\ 0.25& 0.25& 0.25& -0.25& 0.25& -0.25& -0.25\end{array}\right]$

根据已知原理，从PRS(或另外脉冲序列)构造矩阵[S]，并且从矩阵[S]计算逆矩阵[S]^-1。仅包含1和0的该示例中所利用的矩阵[S]在这样的实施例中是有用的：采用单个离子检测器，并且在离子检测器未检测到在OFF状态期间所偏转的离子的同时，离子检测器接收在离子门的ON状态(1)期间发射的离子。

在解卷积之后，分别取决于谱法系统100是IMS系统、MS系统、还是IM-MS系统，利用所得解卷积的测量数据，以产生漂移时间对于丰度谱、质量对于丰度谱、或漂移时间对于质量对于丰度谱。

图3A、图3B示出在完美泵激的理想情况(即，所获取的测量数据不包含噪声的情况)下的解卷积的应用的示例。具体地说，图3A示出利用3比特PRS所获取的原始测量数据的2D数组的简化示例的一行(线性数组)。数据点(丰度峰值)是对应于丰度(离子计数)的信号强度值。在该示例中，行包括四个正值数据点，其为了简化均具有100的信号强度值。因此，原始数据数组是A＝[100,100,100,0,0,100,0]。图3B示出在利用传统矩阵以将图3A所示的原始测量数据进行解卷积之后对应于单个脉泵事件的恢复出的信号p。

如上所述，原始测量数据可以包括噪声分量(即瑕疵泵激或不均匀泵激)，其产生解卷积的测量数据的误差或不精确性，进而导致从解卷积的测量数据构造出的漂移时间和/或质量谱的误差或不精确性。图4A、图4B示出可以与图3A、图3B所示的理想情况进行比较的在这种非理想情况下的解卷积的应用的示例。具体地说，图4A示出利用3比特PRS所获取的原始测量数据的2D数组的简化示例的一行(线性数组)。该行包括分别具有120、90、80和140的信号强度值的四个正值数据点。因此，原始数据数组在此情况下是A＝[120,90,80,0,0,140,0]。图4B示出在利用传统矩阵以将图4A所示的原始测量数据进行解卷积之后的恢复出的信号。在此情况下，恢复出的信号是数组[2.5,22.5,-2.5,107.5,-22.5,7.5,7.5]，其指示作为非均匀泵激的结果，恢复出的数据包括噪声分量。

根据一些实施例，实现一种基于修改后的(新的)脉冲序列将原始测量数据进行解卷积(或解复用、或解调)的方法。标准脉冲序列(例如PRS)用于控制离子门，因此获取原始测量数据。脉冲序列发生器186(图1A)可以用于生成标准脉冲序列。然后，基于如此获取的原始测量数据，所述方法自动地确定修改后的脉冲序列。所述方法然后基于修改后的脉冲序列，构造矩阵[S]和逆矩阵[S]^-1。该修改后的(或新的)逆函数[S]^-1然后用于恢复已经估计出噪声分量的单个脉泵事件p。与恢复出的单个脉泵事件p关联的解卷积的测量数据可以然后用于产生上述漂移时间和/或质量谱。解卷积模块190(图1A)可以配置为用于实现该方法。

现将使用图4A、图4B的示例由进一步参照图5至图7描述用于将原始测量数据进行解卷积的方法的非限定性示例。图5是用于确定在构造解复用矩阵中使用的修改后的脉冲序列的方法的流程图500，其可以实现为用于将原始测量数据进行解卷积的方法的一部分。流程图也可以表示配置为用于实现该方法的系统、解卷积模块190(图1A)、计算机程序产品。

根据该方法，获取原始测量数据的数组A(步骤502)。在该示例中，原始数据数组是如上所述并且图4A所示的A＝[120,90,80,0,0,140,0]。数组然后与脉冲序列的模式匹配(对准)，包括：发现对应于原始数据数组A中的第一数据点的脉冲序列的序列指数(步骤504)。在该示例中，原始数据数组A中的第一数据点被标记A(0)，即零(0)用作起始(第一)指数值。因此，在该示例中，A(0)＝120。此外，在该示例中，如上所述并且图2中所示的3比特PRS用于脉冲序列，并且可以表示为S＝[0,0,1,0,1,1,1]。因此，原始数据数组A和3比特PRS在对准之前如下定位或标引。

在该示例中，对应于A(0)的序列指数是S(4)，或A(0)→S(4)。图6示出图4A所示的同一原始数据数组A，但还水平轴之下呈现脉冲序列S。图6示出原始数据数组A的数据点与在对准之前的脉冲序列S的脉冲值之间的指数或位置关系。应注意，标识数据小片序列—1、1、2、3、4、5、6、7的水平轴上的编号分别对应于指数值0、1、2、3、4、5、6。图6示出原始数据数组A可以如何与脉冲序列S对准，即原始数据数组A的数据位置(指数)可以如何与脉冲序列S的对应序列指数关联，使得匹配它们的各个模式。具体地说，图6中的箭头示出原始数据数组A的哪些数据点根据需要对应于脉冲序列S的哪些指数，以正确地将原始数据数组A的模式与脉冲序列S的模式对准。可见，原始数据数组的起始指数A(0)＝120对应于脉冲序列指数S(4)，如从A(0)(小片1)通向S(4)的箭头所指示的那样。对应于A(0)的序列指数(在该示例中，S(4))可以称为锚定指数。可见，图6所示的原始数据数组A的模式(即三个正值、后接两个零、后接单个正值、后接单个零的序列)可以通过在原始数据点周围移位并且交缠达四个指数位置与脉冲序列S＝[0,0,1,0,1,1,1]匹配。以此方式，原始数据数组A的模式变得按正确顺序或序列与脉冲序列S、与二进制1关联的每个正数原始数据、与二进制0关联的每个零原始数据对准。

因此，原始数据数组A和脉冲序列S可以如下匹配或对准：

应注意，原始数据数组A与脉冲序列S之间的初始失配或失准(或“交缠”)因根据脉冲序列的离子门的操作与在下游离子检测器处的离子的实际计数之间的延迟而产生。

继续于该方法，然后关于是否已经发现锚定指数进行确定(步骤506)—换言之，是否已经发现可以与脉冲序列S的模式匹配的原始数据数组A的模式。如果例如信号很低，使得噪声太高，则可能无法发现锚定指数。如果尚未发现锚定指数，则默认脉冲序列(在该示例中，S＝[0,0,1,0,1,1,1])用于(步骤508)构造矩阵[S]因此逆矩阵[S]^-1，目的是将数组A的原始数据进行解卷积。

另一方面，如果在该示例的情况下发现锚定指数，则该方法继续确定解卷积中的使用的修改后的脉冲序列。首先，如下通过将原始数据数组A中的所有正值数据点进行求和并且将总和除以原始数据数组A中的正值数据点的数量求解基本脉泵丰度B(步骤510)：B＝(所有峰值丰度)/P。在该示例中，原始数据数组A包含四个正值数据点(P＝4)：120、90、80、140。因此，基本脉泵丰度B＝(120+90+80+140)/4＝107.5。然后，通过将原始数据数组A中的每个数据点的值(无论正值还是零)除以基本脉泵丰度B并且根据步骤504中发现的匹配(对准)的关系将这些修改后的值分配给脉冲序列S的各个指数计算修改后的脉冲序列S(步骤512)。使用该示例，以下阐述修改后的脉冲序列S的计算：

因此，修改后的脉冲序列是S＝[0.000,0.000,1.302,0.000,1.116,0.837,0.744]。确定用于构造解复用矩阵中的使用的修改后的脉冲序列的方法然后在步骤514结束。

修改后的脉冲序列可以然后用在构造矩阵[S]以及随后逆矩阵(解复用矩阵)[S]^-1中，其示例在该示例的上下文中阐述如下：

$\[S\]=\left[\begin{array}{ccccccc}0.000& 0.000& 1.302& 0.000& 1.116& 0.837& 0.744\\ 0.744& 0.000& 0.000& 1.302& 0.000& 1.116& 0.837\\ 0.837& 0.744& 0.000& 0.000& 1.302& 0.000& 1.116\\ 1.116& 0.837& 0.744& 0.000& 0.000& 1.302& 0.000\\ 0.000& 1.116& 0.837& 0.744& 0.000& 0.000& 1.302\\ 1.302& 0.000& 1.116& 0.837& 0.744& 0.000& 0.000\\ 0.000& 1.302& 0.000& 1.116& 0.837& 0.744& 0.000\end{array}\right]$

${\[S\]}^{-1}=\left[\begin{array}{ccccccc}-0.339& 0.091& 0.286& 0.282& -0.110& 0.290& -0.250\\ -0.250& -0.339& 0.091& 0.286& 0.282& -0.110& 0.290\\ 0.290& -0.250& -0.339& 0.091& 0.286& 0.282& -0.110\\ -0.110& 0.290& -0.250& -0.339& 0.091& 0.286& 0.282\\ 0.282& -0.110& 0.290& -0.250& -0.339& 0.091& 0.286\\ 0.286& 0.282& -0.110& 0.290& -0.250& -0.339& 0.091\\ 0.091& 0.286& 0.282& -0.110& 0.290& -0.250& -0.339\end{array}\right]$

再次，根据已知原理，从修改后的脉冲序列构造矩阵[S]，并且从矩阵[S]计算逆矩阵[S]^-1。

图7示出在基于如上计算出的修改后的脉冲序列利用解复用矩阵以将图4A所示的原始测量数据进行解卷积之后的恢复出的信号。可见，在图7中，与图4B相比，已经消去噪声分量。

因此，在一些实施例中，确定用于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可以如下继续。获取包括正值数据点、非正值数据点的离子测量数据。离子测量数据是布置到作为正值数据点、非正值数据点的模式的原始数据数组中的离子测量数据。原始数据数组的模式匹配初始脉冲序列(例如PRS)的ON脉冲、OFF脉冲的模式，使得正值数据点对应于各个ON脉冲，非正值数据点对应于各个OFF脉冲。也就是说，初始脉冲序列中的每一二进制1对应于原始数据数组中的正值数据点，初始脉冲序列中的每一二进制0对应于原始数据数组中的非正值数据点。此外，二进制1和0显现在初始脉冲序列中的顺序或模式匹配正值数据点、非正值数据点显现在原始数据数组中的顺序或模式。例如，二进制0后接初始脉冲序列中的三个连续二进制1的子集对应于零数据点后接原始数据数组中的三个连续正值数据点120、90、80的子集。然后通过以对应修改后的ON脉冲替换初始脉冲序列的每个ON脉冲，构造修改后的脉冲序列。每个修改后的ON脉冲具有与对应正值数据点的值成比例的值。此外，修改后的脉冲序列包括匹配初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式的修改后的ON脉冲、OFF脉冲的模式。然后基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。在上述示例中，通过首先使用修改后的脉冲序列以构造平方(NxN)矩阵[S]并且然后根据本领域技术人员公知的适当数学技术求解逆矩阵[S]^-1。逆矩阵[S]^-1可以然后充当应用于原始数据数组以将数据进行解卷积的解复用矩阵。

在一些实施例中，如在以上示例中那样，通过执行以下步骤完成获得修改后的ON脉冲：确定原始数据数组中的正值数据点的数量P；通过加和正值数据点的值确定数据点总和；通过将数据点总和除以正值数据点的数量确定基本丰度B；以及将正值数据点的各个值除以基本丰度。在除法之后的所得结果用作修改后的ON脉冲的各个值，因此包括修改后的脉冲序列的元素。

在一些实施例中，如在以上示例中那样，在布置离子测量数据之前，关于离子测量数据的正值数据点、非正值数据点的模式是否可以实际上与初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式匹配进行确定。如果发现两个模式中的匹配，则计算修改后的脉冲序列，并且基于上述修改后的脉冲序列构造解复用矩阵。另一方面，如果确定正值数据点、非正值数据点的模式不能匹配于初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式，则基于初始脉冲序列而非修改后的脉冲序列构造解复用矩阵。

图8A是在不执行解卷积的情况下(或在其之前)的漂移谱(作为以毫秒为单位的漂移时间的函数)的示例，即图8A是卷积后的漂移谱。图8B是在以传统方式应用Hadamard变换以从图8A的数据恢复单个漂移谱之后的漂移谱。多个噪声峰值在图8B的漂移谱中清晰可见。图8C是根据本公开的在应用修改后的解复用矩阵以从图8A的数据恢复单个漂移谱之后的漂移谱。与图8B相比，可见，对于在使得噪声最小化的同时恢复单个漂移谱，使用修改后的解复用矩阵是更有效的。

应注意，在获取二维(2D)数据的IM-MS系统(漂移时间、m/z谱)的情况下，图6(以及图3A、图4A)所示的原始数据数组可以表示作为数据点)的2DNxM数组的一部分的数据点的单行(线性数组)，其中，N是原始数据数组的列的数量，M是行的数量。整数值N是脉泵序列的大小(长度)，其对应于以上结合图2所描述的数量漂移时间块。整数值M是每漂移时间块(即每IM注入事件)的TOF扫描的数量。在以上并且图2所示的示例中，3比特PRS(序列E)产生穿过行(图6中的水平轴)的N＝7个漂移时间块(序列D)、因此每行七个数据点，沿着图6中的垂直轴绘制每个数据点的值。此外，在图2的示例中，每漂移时间块十二次TOF扫描产生(序列C)。因此，在图2的示例中，存在N＝7个列和M＝12个行。

因此，应理解，在一些实施例中，确定解复用矩阵并且将离子测量数据进行解卷积的在此所描述的方法可以必定询问2D数组的每个行。在这些实施例中，在此所描述的方法可以包括步骤：确定是否已经询问所有行。如果否，则对于下一行重复所述方法的适当步骤。如果已经询问完所有行，则所述方法停止。

根据前面描述，本领域技术人员应理解，图1A中示意性地示出的谱法系统100可以(例如通过以合适的非质量分辨离子检测器替换MS116)重新配置作为IMS系统或(例如通过移除IM设备108，或通过将IM设备108操作为没有显著缓冲气体压力的离子传送设备)作为TOFMS系统。根据前面描述，本领域技术人员还应理解在此所公开的方法可以如何实现于IMS系统或TOFMS系统的上下文中。

示例性实施例

根据本公开的主题内容所提供的示例性实施例包括但不限于以下：

1.一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，所述方法包括：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；通过以对应修改后的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；以及基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。

2.如实施例1所述的方法，包括：通过以下操作获得所述修改后的ON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以所述正值数据点的数量确定基本丰度；以及将所述正值数据点的各个值除以所述基本丰度，以获得所述修改后的ON脉冲的各个值。

3.如实施例1或2所述的方法，包括：在布置所述离子测量数据之前，确定所述正值数据点、所述非正值数据点的模式是否可以匹配于所述初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式，以及如果确定所述正值数据点、所述非正值数据点的模式不能匹配于所述初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式，则基于所述初始脉冲序列而非所述修改后的脉冲序列，构造所述解复用矩阵。

4.如前述实施例中的任一项所述的方法，其中，所述修改后的脉冲序列具有长度N，并且构造所述解复用矩阵包括：基于所述修改后的脉冲序列，构造NxN矩阵，并且将所述解复用矩阵计算为所述NxN矩阵的逆矩阵。

5.如前述实施例中的任一项所述的方法，其中，所述初始脉冲序列的每个ON脉冲具有1的二进制值，所述初始脉冲序列的每个OFF脉冲具有0的二进制值。

6.如前述实施例中的任一项所述的方法，其中，所述初始脉冲序列是伪随机序列。

7.如前述实施例中的任一项所述的方法，其中，获取离子测量数据包括：根据所述初始脉冲序列以复用的注入速率将离子注入到谱仪中。

8.如实施例7所述的方法，包括：将所述离子注入到所述谱仪的离子淌度漂移单元或飞行时间分析器中。

9.如前述实施例中的任一项所述的方法，其中，获取离子测量数据包括：操作离子淌度谱仪、飞行时间质谱仪、或离子淌度-质谱仪。

10.一种将离子测量数据进行解卷积的方法，所述方法包括：根据前述实施例中的任一项所述的方法确定解复用矩阵；以及将所述解复用矩阵应用于所述原始数据数组，以恢复对应于单个脉泵事件的离子测量数据。

11.一种质谱仪系统，其配置为用于执行接收离子测量数据并且执行如前述实施例中的任一项所述的方法。

12.一种谱法系统，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；以及计算设备，其配置为用于从所述离子检测器接收离子测量数据并且执行如实施例1至10中的任一项所述的方法。

13.如实施例12所述的谱法系统，其中，所述离子分析器包括离子淌度漂移单元，后接质量分析器的离子淌度漂移单元、或飞行时间分析器。

14.一种将离子测量数据进行解卷积的系统，所述系统包括：处理器和存储器，其配置为用于执行如实施例1至10中的任一项所述的方法。

15.如实施例14所述的系统，包括：计算设备；以及离子检测器，其中，所述计算设备包括所述处理器和所述存储器，所述离子检测器配置为用于将离子测量数据发送到所述计算设备。

16.一种计算机可读存储介质，包括用于执行如实施例1至10中的任一项所述的方法的指令。

17.一种系统，包括如实施例16所述的计算机可读存储介质。

18.一种谱法系统，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；以及计算设备，其配置为用于：从所述离子检测器接收包括正值数据点、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；通过以对应修改后的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；以及基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。

19.如实施例18所述的谱法系统，其中，所述计算设备配置为用于通过以下步骤获得所述修改后的ON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以所述正值数据点的数量确定基本丰度；以及将所述正值数据点的各个值除以所述基本丰度，以获得所述修改后的ON脉冲的各个值。

20.如18或19所述的谱法系统，其中，所述计算设备配置为用于：在布置所述离子测量数据之前，确定所述正值数据点、所述非正值数据点的模式是否可以匹配于所述初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式，以及如果确定所述正值数据点、所述非正值数据点的模式不能匹配于所述初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式，则基于所述初始脉冲序列而非所述修改后的脉冲序列，构造所述解复用矩阵。

21.如实施例18至20中的任一项所述的谱法系统，其中，所述修改后的脉冲序列具有长度N，并且构造所述解复用矩阵包括：基于所述修改后的脉冲序列，构造NxN矩阵，并且将所述解复用矩阵计算为所述NxN矩阵的逆矩阵。

22.如实施例18至21中的任一项所述的谱法系统，其中，所述初始脉冲序列的每个ON脉冲具有1的二进制值，所述初始脉冲序列的每个OFF脉冲具有0的二进制值。

23.如实施例18至22中的任一项所述的谱法系统，其中，所述初始脉冲序列是伪随机序列。

24.如实施例18至23中的任一项所述的谱法系统，包括：配置为用于根据所述初始脉冲序列以复用的注入速率将离子注入到离子分析器中的设备。

25.如实施例18至24中的任一项所述的谱法系统，其中，所述离子分析器包括离子淌度漂移单元、后接质量分析器的离子淌度漂移单元、或飞行时间分析器。

26.如实施例18至25中的任一项所述的谱法系统，其中，所述计算设备配置为用于通过将所述解复用矩阵应用于所述原始数据数组将离子测量数据进行解卷积，以恢复对应于单个脉泵事件的离子测量数据。

27.如实施例18至26中的任一项所述的谱法系统，其中，所述计算设备包括：处理器、存储器，其用于执行以下步骤中的一个或多个：接收所述离子测量数据，布置所述离子测量数据，构造所述修改后的脉冲序列，以及构造所述解复用矩阵。

可以例如在包括可以在例如可以与用户输入设备和/或用户输出设备进行通信的计算设备中实施的处理器和存储器的系统中执行(实行)例如以上所描述并且在附图中示出的用于从样本获取谱数据的方法。在一些实施例中，用于从样本获取谱数据的系统(或关联计算设备)可以看作包括所述用户输入设备和/或所述用户输出设备。例如以上所描述并且在图1A中示出的谱法系统可以包括用于从样本获取谱数据的系统，或作为其一部分，或与之进行通信。如在此使用的那样，术语“执行”或“实行”可以涵盖例如控制和/或信号或数据传输的动作。例如，诸如图1A、图1B所示的计算设备或其处理器可以通过控制在执行方法步骤中所涉及的另一组件执行所述方法步骤。执行或控制可以包括进行计算，或发送和/或接收信号(例如控制信号、指令、测量信号、参数值、数据等)。

如在此所使用的那样，“接口”或“用户接口”通常是用户与计算设备进行交互的系统。接口可以包括用于允许用户操控计算设备的输入(例如用户输入设备)，并且可以包括用于允许系统呈现信息和/或数据，指示用户的操控的效果等的输出(例如用户输出设备)。计算设备上的接口的示例包括图形用户接口(GUI)，其允许用户通过除了录入之外的方式与程序进行交互。相对于(或外加于)基于文本的接口、录入的命令标记或文本导航，GUI典型地可以提供显示对象和视觉指示符，以表示对于用户可用的信息和动作。例如，接口可以是显示窗口或显示对象，其可由计算设备的用户选择，以用于交互。显示对象显示在计算设备的显示屏幕上，并且可以由用户使用接口进行选择并且与用户交互。在一个非限定性示例中，计算设备的显示器可以是触摸屏，其可以将显示图标进行显示。用户可以按压将显示图标进行显示的触摸屏的区块，以用于选择显示图标。在另一示例中，用户可以使用计算设备的任何另外合适的接口(例如键区)，以选择显示图标或显示对象。例如，用户可以使用轨迹球或箭头键，以用于将光标移动到高亮区并且选择显示对象。

应理解，在此所描述的处理、部分处理和处理步骤中的一个或多个可以由一个或多个电子或数控设备上的硬件、固件、软件或前述项中的两个或更多个的组合执行。软件可以驻留在合适的电子处理组件或系统(诸如例如图1A、图1B中示意性地描述的计算设备118)中的软件存储器(未示出)中。软件存储器可以包括用于实现逻辑功能(即可以通过数字形式(例如数字电路)或源代码或通过模拟形式(例如模拟源(例如模拟电、声音或视频信号))实现的“逻辑”)的可执行指令的有序列表。指令可以在处理模块内执行，处理模块包括例如一个或多个微处理器、通用处理器、处理器的组合、数字信号处理器(DSP)或专用集成电路(ASIC)。此外，示意图描述具有不受限于功能的架构或物理布局的物理(硬件和/或软件)实现方式的功能的逻辑划分。在此所描述的系统的示例可以通过各种配置实现并且操作为单个硬件/软件单元或分离硬件/软件单元中的硬件/软件组件。

可执行指令可以实现为具有其中所存储的指令的计算机程序产品，其当由电子系统的处理模块(例如图1A、图1B中的计算设备118)执行时命令电子系统执行指令。计算机程序产品可以有选择地实施在任何由指令执行系统、装置或设备(例如基于电子计算机的系统、包含处理器的系统或可以有选择地从指令执行系统、装置或设备取得指令并且执行指令的其它系统)使用或与之结合的非瞬时计算机可读存储介质中。在本公开的上下文中，计算机可读存储介质是可以存储由指令执行系统、装置或设备使用或与之结合的程序的任何非瞬时部件。非瞬时计算机可读存储介质可以有选择地例如是电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备。非瞬时计算机可读介质的更多具体示例的非排他性列表包括：具有一个或多个引线的电连接(电子)；便携式计算机盘(磁)；随机存取存储器(电子)；只读存储器(电子)；可擦除可编程只读存储器，诸如例如闪存(电子)；压缩盘存储器，诸如例如CD-ROM、CD-R、CD-RW(光)；数字多功能盘存储器，即DVD(光)。注意，非瞬时计算机可读存储介质可以甚至是打印程序的纸张或另一合适的介质，因为程序可以经由例如纸张或其它介质的光学扫描以电子方式得以捕获，然后编译、解释或另外根据需要以合适的方式受处理，然后存储在计算机存储器或机器存储器中。

还应理解，如在此使用的术语“通过信号通信”表示两个或更多个系统、设备、组件、方法或子模块能够经由在某种类型的信号路径上行进的信号彼此进行通信。信号可以是通信、功率、数据或能量信号，其可以沿着第一与第二系统、设备、组件、模块或子模块之间的信号路径将信息、功率或能量从第一系统、设备、组件、模块或子模块传送到第二系统、设备、组件、模块或子模块。信号路径可以包括物理、电、磁、电磁、电化学、光、有线或无线连接。信号路径可以在第一与第二系统、设备、组件、模块或子模块之间还包括附加系统、设备、组件、模块或子模块。

更一般地，例如“连通”以及“与……连通”的术语(例如第一组件与第二组件“连通”或“处于连通”)在此用于指示两个或更多个组件或要素之间的结构、功能、机械、电、信号、光、磁、电磁、离子或流控关系。故此，一个组件称为与第二组件连通的事实并非意图排除附加组件可以在第一与第二组件之间出现和/或与之可操作地关联或结合的可能性。

应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，前面的描述目的仅是说明，而并非限制的目的——本发明由权利要求限定。

Claims (10)

1.一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，所述方法包括：

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；

通过以对应修改后的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；以及

基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。

2.如权利要求1所述的方法，其中，获取离子测量数据包括从以下组成的组中选择出的步骤：

根据所述初始脉冲序列，以复用的注入速率将离子注入到谱仪中；

将离子注入到离子淌度漂移单元或飞行时间分析器中；以及

操作离子淌度谱仪、飞行时间质谱仪或离子淌度-质谱仪。

3.一种将离子测量数据进行解卷积的方法，所述方法包括：

根据权利要求1所述的方法确定解复用矩阵；以及

将所述解复用矩阵应用于所述原始数据数组，以恢复对应于单个脉泵事件的离子测量数据。

4.一种谱法系统，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；以及

计算设备，其配置为用于从所述离子检测器接收离子测量数据，并且执行权利要求1所述的方法。

5.如权利要求4所述的谱法系统，其中，所述离子分析器包括离子淌度漂移单元、后接质量分析器的离子淌度漂移单元、或飞行时间分析器。

6.一种谱法系统，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；以及

计算设备，其配置为用于：

从所述离子检测器接收包括正值数据点、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；

通过以对应修改后的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；

基于修改后的脉冲序列，构造解复用矩阵。

7.如权利要求1所述的方法或如权利要求6所述的谱法系统，包括通过以下获得修改后的ON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以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各个值除以所述基本丰度，以获得修改后的ON脉冲的各个值。

8.如权利要求1所述的方法或如权利要求6所述的谱法系统，包括：

在布置所述离子测量数据之前，确定所述正值数据点、所述非正值数据点的模式是否可以匹配于所述初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式，

如果确定所述正值数据点、所述非正值数据点的模式不能匹配于所述初始脉冲序列的ON脉冲、OFF脉冲的模式，则基于所述初始脉冲序列而非所述修改后的脉冲序列，构造所述解复用矩阵。

9.如权利要求1所述的方法或如权利要求6所述的谱法系统，其中，所述修改后的脉冲序列具有长度N，并且构造所述解复用矩阵包括：基于所述修改后的脉冲序列，构造NxN矩阵，并且将所述解复用矩阵计算为所述NxN矩阵的逆矩阵。

10.如权利要求1所述的方法或如权利要求11所述的谱法系统，其中，所述初始脉冲序列的每个ON脉冲具有1的二进制值，所述初始脉冲序列的每个OFF脉冲具有0的二进制值。