CN106663586A - 用于质谱分析法的装置 - Google Patents

Abstract

用于质谱分析法的装置包括电离源，流体耦合到电离源的质量分析器和用于处理由质量分析器提供的信号的电子数据采集系统。电子数据采集系统包括从由质量分析器获得的信号产生数字化数据的至少一个模数转换器(10)和从所述模数转换器(10)接收数字化数据的快速处理单元(47)。快速处理单元(47)被编程以连续地、实时检测由质谱仪测量的感兴趣事件的数字化数据；并且电子数据采集系统被编程以发送(23)表示与感兴趣事件有关的质谱的数字化数据以用于进一步分析并且拒绝表示与感兴趣事件无关的质谱的数字化数据。该装置允许通过消除用于不包含关于事件的信息的数据段的所有处理时间(采集中的空闲时间)来在高速下维持效率。

Description

用于质谱分析法的装置

技术领域

本发明涉及一种用于质谱分析法的装置，包括电离源、与该电离源流体耦合的质量分析器和用于处理由质量分析器提供的信号的电子数据采集系统。

背景技术

质谱分析法

质谱仪(MS)是用于测量离子的质荷比(m/Q)的装置。它能用于化学分析。所有类型的MS都通过使荷电的、气相分子或原子(离子)在减压(真空)环境内遭受电场和/或磁场来运行。

质谱仪通常用于多种学科中的气体、液体、固体和等离子体样本的化学分析。

不源自气相的样本必须在分析之前转变成气相(蒸发或解吸)。

此外，样本(分析物)的分子必须在分析之前被给予电荷(被电离)。样本的蒸发(如有必要)和电离可以在与质量分析器分离的装置内进行。存在用于蒸发和电离样本的众多技术。

对于给定样本，MS通常记录与范围广泛的m/Q对应的若干个化学物质的数据。数据经常表现为作为m/Q的函数的观测的信号强度的“谱”，称为质谱。在数字时代，该谱由柱状图、例如紧密表示(连续)谱的系列数字值表示。

离子的质量是包括离子的特定原子的函数。例如，最富水的同位素异数体阳离子、H₂ ¹⁶O⁺具有18.01道尔顿的质量(1Da＝m(¹²C)/12＝1.66×10^-27kg)，其是2个氢原子和1个氧-16原子减去1个电子的质量之和。在1个元电荷e(e＝原子电荷单位＝1.602×10^-19库伦)的净电荷下，该阳离子具有m/Q＝18.01汤姆森(Th)。

样本的质谱可以用来基于观测的m/Q值推断样本中分子的同一性。对于其中MS的响应可以被适当校正的情况，MS数据也可以定量样本内特定分子的浓度。

所公开的发明涉及在短时间内产生大量光谱的MS的类型，尤其是每秒提供1000个光谱或更多的快速质谱仪。突出示例是飞行时间质谱仪(TOFMS)。这包括最近提出的飞行距离质谱仪(DOFMS)或静电离子阱。在下文中，在TOFMS的背景下描述本发明。

TOFMS包括TOF分析器(TOF1)，该TOF分析器通过测量在离子已被加速到已知动能之后离子行进已知距离2所需的时间或者通过已知脉冲3、称为提取来确定离子的m/Q。对于TOF中的任何离子，观测的离子飞行时间将与离子的m/Q的平方根近似成比例。图1示出了典型的TOFMS。

数据采集

TOF质谱仪的kHz提取通常由外部定时发生器4触发。

定时发生器是能够产生具有高瞬时精度的高频触发(数字输出5)的电子装置(独立的或PC部件)。

TOF提取可以连续并且自由地运行，或者它们可以构造成与一些外部处理6、诸如样本的改变或脉冲电离事件同时发生。为了实现这样的同步，定时发生器也可以接收外部触发(输入7)并且能编程为相对于这些输入触发输出触发5。

TOF质谱仪通常利用微通道板(MCP)检测器8来检测离子的存在。当被离子撞击时，这些检测器输出可检测电压9。离子的飞行时间是提取事件和离子撞击MCP的时刻之间的时间。

为了以高精度测量离子的飞行时间，TOF质谱仪通常使用具有GHz或更快的采样速率(亚纳秒精度的纳秒)的时间-数字转换器或模数转换器(分别TDC和ADC)。这些数字转换器10将由MCP输出的电压转换成能存储在计算机12中的数字值11。

作为示例，US 6,707,411 B1(Agilent)公开了具有片上存储器的ADC。该ADC构造成为以采样速率产生数字样本。存储器的数据输出、数据输出总线和输出端口中的至少一个构造成以小于采样速率的最大速率运转。ADC可以包括样本处理器以降低接收的数字样本被传送到存储器的速率。此外，样本可以小于采样速率的速率从存储器读出。

离子的飞行时间的精确记录要求数字转换器10与TOF提取事件同步。该同步通常由定时发生器管理，该定时发生器在输出5将同时触发输出到数字转换器和TOF。在一些情况下，定时发生器是数字转换器的部件。

在大多数配置中，数字转换器记录在提取时刻开始并且延续小于或等于TOF提取周期的某些周期的连续值流。该波形表示在那个提取期间进入质谱仪的样本的质谱。用图形表示，它典型地表现为值的柱状图(强度vs飞行时间)16。为了数据采集(DAQ)的目的，波形是作为1维阵列17的最佳思想(参见图2)。

TOF分析仪潜在地为每个TOF提取产生完整谱。典型的TOF提取速率是10到200kHz。这意味着TOFMS能够记录下至5μs时标的快速进程。这样的快速监控产生对于基于PC的数据采集来说可能太大的大量数据。

比TOF提取速率更慢的进程可以通过在数字转换器10的存储器19的段18中积累(或平均)许多连续的TOF提取来观察(参见图3)。

该所谓的波形平均20(参见图4)减少了数据总量。例如该处理可以1s的时间分辨率来监控，由此使50’000个TOF提取的波形被平均成单个概况谱。这减少了至少10’000倍的数据负载。

对于分辨(观测)化学组成变化的TOF，DAQ系统必须以等于或大于感兴趣变化的速率(平均谱/秒)记录和保存数据。

理论上，最大连续保存速率(MCSR)等于TOF提取频率。在该情况下，将采取非平均，并且对应于每个TOF提取的数据将被保存。

实际上，MCSR由DAQ硬件的技术规格确定。

在最有效的DAQ系统中，波形平均在数字转换器的存储器中执行(参见图5)。在限定数量的TOF提取已在存储器中进行波形平均之后，平均的波形21从数字转换器存储器19被传递到PC RAM 13并且最终保存(步骤23)到硬盘14(参看图1)。我们将该传递并保存称为处理步骤24。

因为采集在传递步骤的一些或所有期间可能是空闲的，为连续的保存事件之间的时间25的倒数的所获得的连续保存速率受每个平均谱能被传递到PC并保存到盘的速率影响(参看图6)。

将数据写到硬盘所需的时间的重要性取决于数据采集软件的架构(例如多线程的采用)；对于最现代的应用，它仅需要在极高的保存速率下考虑。

为了简化，我们考虑具有单个存储缓冲器的数字转换器的情况，使得采集在传递步骤期间完全空闲。并且我们引入术语空闲时间来描述传递步骤的持续时间和与每个平均数据集的处理相关联的任何其他时间潜在因素。

在该情况下，连续保存时间25是求平均时间26和空闲时间27之和。并且为所保存的连续运行TOF提取的分数(fraction)的保存效率是求平均时间26与连续保存时间25的比值。

在最有效的情景(采集状况28)中，空闲时间与求平均时间相比是可忽略不计的。这里，保存速率(平均质谱/秒)可以通过以小成本效率减小求平均时间来增大。

随着保存速率增大，达到低效率状况(采集状况29)，其中求平均时间相对于空闲时间是短的。在该状况下，求平均时间的减少线性降低效率，但是对于保存速率影响很小。保存速率(平均质谱/秒)以空闲时间的倒数有效变平。

采集速率变平所处的该点是最大连续保存速率(MCSR)。例如，如果数据的传递需要500微秒并且数字转换器在该时间期间是空闲的，MCSR是1/500微秒＝2000kHz。

基于模数转换器(ADC)的系统的MCSR常常比TOF提取频率更慢，然而基于时间-数字转换器(TDC)的系统具有接近或等于TOF提取频率的MCSR。该差涉及由ADC记录的较大尺寸(字节)的数据点以及用于传递和保存这些较大值所需的较长时间。

连续样本

一些MS实验进行单个样本的单次测量，以便确定其瞬时化学组成。在这些情况下，数据采集速率是不相干的。实验者可以针对小于或等于稳态样本产生离子的时间量的任何持续时间求数据平均值。

其他MS实验进行单个样本的连续的时间分辨测量，以便监控该样本的组成如何随时间变化。该测量的一个示例是环境空气中气体浓度的测量。感兴趣变化可以在范围从1微秒到更长的时标上变化。

MS谱应该以大于或等于感兴趣变化速率的速率来保存。在该速率以下，离子强度的动态变化将被平均并且将不可分辨。例如，参见图7，其示出了在对应于不同长度的段20的两个不同的保存速率下的连续的离子强度信号30的测量(所记录的信号31、32)。

对于记录连续谱以监控单个样本的变化的实验，保存效率在小于或等于MCSR的速率下的波形平均的情况下对于数据采集接近100％。

不能连续进行在快于MCSR的速率下变化的现象的观测。相反，它们能仅不连续的迸发中进行(用于完成此的方法在下节中稍后进行描述)。

不连续样本

其他MS实验进行不同样本的连续测量，以便比较不同样本的组成。在连续样本的测量之间存在一些有限时间。

样本的变化可以由实验者控制。一个示例是横跨表面的脉冲电离激光的运动以便比较不同位置上的组成。

可替代地，样本的变化可以通过一些分散的外部现象来驱动。一个示例是单独的环境气溶胶粒子的质谱的测量，其中粒子从空气被采样到质谱仪中。

在一些情况下，实验目的仅是测量每个样本的稳态化学组成。在该情况下对于每个样本均记录单个平均质谱。

在该稳态情况下，所需的数据采集速率取决于样本变化多快，即，在连续样本之间存在多少时间。

假如波形平均可以比样本的变化更快的速率进行，即假如样本以低于MCSR的速率变化，则可以通过跨整个序列的样本的持续时间的波形平均来连续采集数据。参见例如图8，该图8示出了三个通过产生记录的信号34的连续波形平均来分辨的离散样本(离子强度33)的分辨率。这些样本能够被分辨，因为它们以远低于平均速率的速率进入质谱仪。

可替代地，单个平均谱的采集可以与每个样本的产生/电离同步。

对于其中实验者控制样本的变化的情况，该同步相对简单。例如，单个平均谱可以在电离激光器的每次点火之后采集。这样的采集在图9示出。与电离脉冲相关的外部触发35被输入到数字转换器，以使不连续的波形平均同步。触发可以是周期性的，然而，这不是强制的。该不连续的离子信号36与触发35相关，求平均到段20中以产生信号38的时间线37示出。

对于其中样本的变化是不定时发生的情况，同步需要一些外部测量以确定样本的存在。例如，对于环境气溶胶粒子被采样到质谱仪中，可以通过光散射测量检测质谱仪的入口中的粒子的存在。质谱的采集然后在检测到光散射信号时触发。许多单粒子质谱仪以该原理运转。

在P.F.DeCarlo的"Field-Deployable,High-Resolution,Time-of-FlightAerosol Mass Spectrometer"(2006年12月Anal.Chem.,Vol.78,No.24,8281)、即所谓的"brute-force single-particle(BFSP)mode"中已提出了替代方案。根据该建议，在电离之前获得的单个斩波周期被捕获并且没有在前平均地被传递到计算机存储器。在传递到存储器之后，关于m/Q的多个值或m/Q的值的组合利用用户定义的、单粒子信号阈值来滤波数据，从而允许单粒子事件的识别并且记录这些事件的完整质谱。然而，由于用于从ADC通过PCI总线传递大量数据到计算机存储器的高系统开销，占空比非常低。占空比的轻微改善通过机载数据压缩实现。

在其他情况下，实验目的在于测量每个样本的组成的时变变化。在该情况下，对于每个样本记录多个连续质谱。

对于每个样本中感兴趣时变变化慢于MCSR的情况，可以跨整个序列样本的持续时间以波形平均方式连续采集数据。

可替代地，存在第二、不连续平均模式，其使大于MCSR的速率下的短脉冲群(shortburst)采集成为可能。例如，在电离激光器的每次脉冲之后可以收集快速的一系列质谱。

在图10中详述的该块平均方式中，数字转换器的存储缓冲器19构造成具有多个段18(与波形平均中所使用的单个段相反)。

例如，具有1ms的总持续时间的感兴趣进程可以记录到20个段块中，其中50us的20个连续TOF提取分别被写入20个单独的段中，而没有求平均。在该块的采集之后，在数据块被处理(参见图11)的同时，即在包括将数字转换器存储器19中的数据传递22到RAM 13以及将数据保存23到计算机硬盘14的处理步骤24期间，系统处于空闲。这里优点在于在每次提取的采集之间没有用于传递的死区时间。相反，死区时间在感兴趣提取的采集之后出现。这使得以大于MCSR的有效保存速率记录一阵(a burst of)连续TOF谱成为可能。

图12展示了将块平均应用到图9的激光电离示例。注意，通过产生对应的段39的块平均40，每个样本的信号的衰退被分辨，如从所记录的信号41可见的。

通过块平均39，还可以在单个段中对连续波形求平均。这在图13中进行详述。例如，刚描述的1ms事件也可以记录在10段块中，在该块中50us的20个连续TOF提取分别通过对每段波形求平均2(例如，段1是波形1和2的平均)被写入段中。

注意，波形平均等同于在每块一个段的情况下的块平均。

对于对许多样本进行测量的实验，通过使样本变化与数据采集块同步可以维持100％采集效率。利用来自上面的示例：电离激光器的脉冲用来比较表面上的不同位置将与数据采集块的启动同步。

对于对许多样本进行测量的实验，实验者不会控制样本的变化，实验者具有三个选择：

(i)在MCSR以下连续采集波形平均数据，由此维持高采集效率。如图8所示，如果感兴趣变化(样本变化或单个样本变化)慢于MCSR，则该方法成功。利用来自上面的示例：单独的环境气溶胶被以慢于MCSR的速率(粒子/秒)采样到质谱仪中。图14示出了其中样本出现42的速率远高于采集速率(时间线43)的情况。如从所记录的信号44可见，来自所有/大多数样本的离子被测量，但是单独的样本未被分辨。

(ii)在高于MCSR的速率下连续块平均数据或波形平均。该方法允许更快地变化的样本的分辨，但是冒错过许多样本的风险，效果随着增大的采集速率而增大。利用来自上面的示例：如果单独的环境气溶胶在采集事件期间被采样，则仅测量被采样到质谱仪中的单独的环境气溶胶(粒子/秒)；如果它们在处理事件期间被采样，则会错过它们。这在图15中展示，其中来自图14的样本42通过块平均(时间线45)被测量。如从记录的信号46可见，单独的样本被分辨，但是由于显著的空闲时间许多被错过。

(iii)以块模式采集数据，其中每个数据采集块均通过一些检测样本的存在的外部测量被触发。扩展来自上面的示例：单独的环境气溶胶粒子在质谱仪上游通过非破坏的光学测量技术来检测，由此触发质谱仪数据采集块的启动。该方法要求感兴趣样本可通过与MS采用系统兼容的非破坏方法来检测。效率源自以下事实，时间不浪费于处理不包含感兴趣信息的质谱。该效率增益的程度取决于样本进入质谱仪的速率。在低速率下，效率可以接近100％。在高速率下，所有谱具有感兴趣信息，不存在增益。

显而易见的是，三种方法中的每一种均具有其缺点并且存在所获得的测量的质量在所有三种情况下折衷的情况。

发明内容

因此，本发明的目的是创建属于最初提及的技术领域的用于质谱分析法的装置，其允许以高效率进行许多样本的高频测量。

本发明的技术方案由权利要求1的特征详细说明。根据本发明，电子数据采集系统包括：

-至少一个模数转换器(ADC)，其从由质量分析器获得的信号产生数字化数据；以及

-快速处理单元，其从所述模数转换器接收数字化数据。

该快速处理单元被编程以连续地、实时检测由质谱仪测量的感兴趣事件的数字化数据。电子数据采集系统被编程以发送表示与感兴趣事件相关的质谱的数字化数据用于进一步分析并且拒绝表示与感兴趣事件无关的质谱的数字化数据。

具体地，数字化数据由质谱构成(或者包括质谱)，为了简化，在下文中该术语用于m/Q(质量/电荷)的值的谱。快速处理单元可以具体地包括数字信号处理器(DSP)，最优选地现场可编程门阵列(FPGA)。

连续、实时处理意味着基本上所有从ADC获得的引入数据都可以在决定发送或拒绝数据之前针对感兴趣事件容易地被检测，检测某一部分数据所用的时间等于或小于通过质量分析器获得由该数据部分表示的信号所用的时间。与TOF提取的连续采集同时，快速处理单元用于数据的实时分析以识别在包含感兴趣事件的TOF提取的连续流内的区域(参见图16)。

我们将感兴趣样本存在时的那些情况称为事件或感兴趣事件。我们将本发明的方法称为“事件触发”。

与感兴趣事件无关的数字化数据的拒绝意味着该数据不被发送到通常的进一步分析。它可以不会使用将电子数据采集系统链接到执行进一步分析的硬件的通信信道的基本能力的方式被完全放弃或处理。相应的处理可以包括大数据压缩，特别是如通过尤其在快速处理单元处机载进一步处理获得的有损压缩。

如早前所述，现有技术的最大连续保存速率(MCSR)受处理的系统开销进程(overhead processes)的影响。没有求平均的情况下，用于快速发生事件的数据速率增大到太大以致不能处理今天的数据系统的水平，其瓶颈具体地通过从DAQ到PC的下载速度、PC中数据的处理或将数据写入大容量存储器给出。MCSR继而限制事件能发生并且仍以高效单独地保存的最大速率。

所公开的发明通过仅传递和保存对应于感兴趣事件(EOI)的选择的TOF提取而规避这些系统开销瓶颈。也就是说，TOF数据连续采集但不是所有的数据都被传递和保存。

建议的装置允许通过消除不包含关于事件的信息的数据段的所有处理时间(采集中的空闲时间)来以高速维持效率。通过减少停滞时间，降低PC数据负载和增大可以高速率记录的事件的部分，装置允许改善目标在于样本的稳态和时变特性的实验的TOF性能。

具体地，根据本发明的数据采集使得在快于用于测量多个连续样本的实验的MCSR的速率(不连续)下，即，感兴趣信号在开启状态(样本存在)和关闭状态(样本之间的时间)之间振荡的情况下的高效数据采集成为可能。它基本上允许通过TOFMS测量接连不断的许多事件的完整化学组成。

这样快速的变化事件能在耦合到质谱仪的电离方法不是连续的而是瞬时的或分散的时发生。例如，脉冲激光器产生短爆发离子，也称为事件。脉冲放电可以产生瞬时信号事件。闪光源可以产生事件。

这样的快速变化事件也能在样本以瞬时或分散方式被引入质谱仪时发生。情况可能是，不连续的样本被引入产生感兴趣信号的脉冲群(bursts of signal)，也称为事件的连续电离源。也可以是这样的情况，不连续的样本被引入产生事件的脉冲电离源。

此外，本发明在用于测量连续样本的系统中是特别优选的，其中连续样本以快速并且非周期或不可预知的方式被引入质谱仪，即，连续事件的发生不是严格时间周期的并且TOF的外部触发是不可能和/或不实际的。在这些和其他情况下，数据的求平均可能是困难的和/或缺乏意义的。非周期的、不均匀的事件的高度相关事件是单独的小粒子，例如纳米粒子、气溶胶粒子、细胞或其他生物实体、群或尺寸落在1nm或更大的范围内的尺寸的其他实体的化学组成的测量。在这样的情况下，粒子以分散顺序被快速采样到质谱仪中。

本申请的另一范围是其中连续事件具有不均匀的化学组成的方法。

然而，该方法也能用于测量缓慢变化的样本和以可预测方式变化的样本。

最后，与使用外部测量来指示事件的方法，诸如单个粒子质谱仪的普通实施相比，本发明是有利的，因为它不需要附加的化学或物理分析硬件，以及与这样的硬件相关联的所有复杂化。

优选地，模数转换器包括用于存储多个数据段的缓冲存储器，每个段表示一个质谱，其中表示与感兴趣事件相关的质谱的数据段被发送以进一步分析并且表示与感兴趣事件无关的质谱的数据段被拒绝。

在一个优选实施方式中，模数转换器被编程以对表示多个质谱的数字化数据求平均并且将所得到的平均数据存储在缓冲存储器中。

像波形平均一样，该方法通过用户定义的平均(每段提取数)连续采集波形。但是，它允许用户仅下载那些包括感兴趣数据的段并且排除不包含感兴趣数据的任何段。

可以有与多个质谱相关的数据为什么不应被平均的理由。例如，所提及的粒子可以来源于不同的群并且随机粒子的平均可能无意义。或者它可以是找到单个粒子之间的差异的实验的目的。在这样的情况下，来自单个事件的数据可以不被平均并且不需要被单独地记录。

所述数字化数据被分组成段，其中每个段均表示所述质量分析器的至少一个单独提取，并且因此，至少一个，优选地若干个连续的波形构成与事件有关的段的数字化数据。

可替代地，分组可以是不同的并且事件可以仅包括波形的部分或者不是连续的波形。

优选地，所述检测基于滤波定义，该滤波定义包括至少一个具有m/Q的值的选择的感兴趣区域(ROI)并且还包括至少一个被应用到至少一个感兴趣区域的滤波标准。

如果存在多个感兴趣区域，则它们可以重叠或不重叠。它们不需要覆盖整个质谱。通常，包括在选择内的m/Q的值与预期的峰值，即，从被分析的样本的预期的组成获得的离子的m/Q值有关。还可以定义ROI，例如在严重占用的标称质量的情况下其仅包括峰值的一小部分。该选择可以包括邻近的以及远离的值。可以采用各种滤波标准。如果某一滤波准备得到满足或者如果某一滤波准备未得到满足，则可以检测事件。滤波标准的一个示例是阈值。该阈值可以是固定的或者取决于所测量的谱或多个谱的特征。

有利地，m/Q的值的选择是整个质谱的m/Q的所有值的分部。因此，整个质谱的m/Q值的至少一个值从m/Q的值的选择排除。选择可以包括彼此相邻定位的值或远离的值。它意味着选择可以例如包括低m/Q值和高m/Q值，而没有质谱的中间部分。

在滤波步骤中获得的信息也可以用来指导在ADC存储器中或在进一步的阶段中的求平均。例如，所有选择的事件的数据可以被平均。

感兴趣区域和标准可以不同的方式彼此相关联。

首先，滤波定义包括多个感兴趣区域并且感兴趣事件通过将至少一个滤波标准应用到多个感兴趣区域来识别，应用到感兴趣区域的结果逻辑上被结合。这意味着至少一个标准应用到不同的ROI的逻辑(例如布尔)结果通过逻辑算子(诸如AND、OR、XOR、NOT等)结合。

其次，滤波器定义包括多个滤波标准并且感兴趣事件通过将多个滤波标准应用到至少一个感兴趣区域来识别，不同滤波标准的应用结果被逻辑上结合。这次，不同滤波标准应用到至少一个ROI的逻辑(例如布尔)结果通过逻辑算子结合。

两种方法可以组合。这意味着单个或一组标准被分配给感兴趣每个区域，并且源自不同类型的标准的标准以及不同的ROI的应用的不同结果最终通过逻辑算子结合。

滤波复杂性变化并且可以将单个类型的事件或多个类型的事件作为目标。例如，在气溶胶谱仪的示例中，滤波可以被定义以便识别包含特定的一组离子(单个事件类型)或多组离子中的一组(多个类型事件)的气溶胶。

所有滤波定义基于感兴趣区域(ROI49)。ROI是在对应于TOF段(单个波形或平均波形)的连续数据阵列内的一组数据点。

因为TOF谱等同于质谱，该组数据点表示一组质量/电荷(m/Q)值。ROI可以是连续的或不连续的一组m/Q值。参见用于RIOs的示例的图17。

对于每个ROI 49，实验者也定义一些逻辑标准50或多个标准以应用到一组数据点。

潜在的ROI标准的范围是庞大的。在大多数常见实施中，标准是ROI内总信号与阈信号电平的比较。

对于每个记录的TOF谱(段)，快速处理单元因此确定ROI是正确的(标准50满足)或错误的(标准50未满足)。这称为ROI结果51。

用户可以逻辑结合多个ROI的返回值以限定滤波。这允许用户定义更复杂的EOI。最后，对于每个段，FPGA测试所有ROI标准，结合如由滤波52定义的ROI标准结果，并且将阳性(EOI存在于段中)或阴性(事件不存在)EOI结果53分配给段21。

在最常见的实施方式中，阳性数据段从DAQ被传递到PC RAM并且被保存到永久存储驱动器，然而对于阴性数据段不执行这些步骤。

在优选实施方式中，所述处理单元针对所述至少一个感兴趣区域中的每个计算至少一个与所述区域中的总离子信号相互关联或将该总离子信号编码的值。因此，滤波标准可以是在某一区域，尤其在与预期的种类的离子的m/Q值相关的区域中总离子信号的阈值的满足。

优选地，该装置还包括平均模块，该平均模块用于接收与感兴趣事件相关的质谱并且用于在进一步分析之前对接收到的质谱求平均。

这意味着在信号平均之前或者在第一和第二平均步骤之间采用事件触发。这是有益的，例如在其中实验者对不连续的样本或不连续的样本群体的平均轮廓感兴趣情况下。在该情况下，获得的平均数据中的信噪比可以通过拒绝仅包含噪声(无事件)的数据流的那些部分来提高。

具体地，在应用事件触发滤波之前在段中平均波形(“波形平均”)，然后在第二平均步骤中平均那些包含事件的段。优选的是，为了执行该第二平均，ADC具有不同于用于平均段中波形的存储缓冲器的第二存储缓冲器。

具体地，以所有属于单个事件的段被平均使得每个事件保存单个平均段的方式完成平均。此外，可以应用平均步骤以便平均所有与同一种类(相同的“指纹”)的事件有关的段。

该(第二)平均步骤是可选的。在一些应用中，不需要在事件触发之后的进一步的平均。

快速处理单元也可以用于阳性或阴性段55的附加处理，以便利用与PC相比较好的处理速度和/或最小化从ADC传递到PC的数据的总量。

优选地，该装置还包括用于根据分类标准对识别的事件进行分类的分类器模块，其中从分类获得的结果可与表示与感兴趣事件相关的质谱的数字化数据一起传递以进一步处理。

分类器模块可以通过例如在快速处理单元上运行的软件来实现。具体地，分类允许使用不同的滤波标准并且由于不同的标准而在所选择的质谱之间进行区分。然而，分类标准不需要形成滤波标准的子集或其他方式循环。因此，可以提供与非通过应用滤波标准选择的质谱有关的分类的结果。

结果的传递可以加速数据的进一步处理。在分类步骤中获得的信息也能用来指导ADC存储器或另一阶段中的平均。例如，所有事件或同一分类中的事件的数据可以被平均。

优选地，该装置还包括用于计数多个类别中的每个类别中的事件数量的计数模块，其中从计数获得的结果可与表示与感兴趣事件有关的质谱的数字化数据一起传递以进一步处理。这些结果也可以相对于与通过滤波标准的应用选择的感兴趣事件无关的质谱来传递。例如，用户可能选择传递仅用于一些分类的EOI的MS数据或者根本不传递任何MS数据，但是仍保留在每个类别观测到的EOI的总量的知识。

优选地，电子数据采集系统包括用于接收外部数据的接口，并且电子数据采集系统被编程以将与感兴趣事件的接受的外部数据和表示与感兴趣事件有关的质谱的数字化数据一起发送和/或以将接收到的外部数据包括在用于感兴趣事件的数字化数据的检测中。

在优选实施方式中，电子数据采集系统被编程以发送表示与感兴趣事件有关的质谱的用户定义部分的数字化数据以进一步处理。这允许减少待被传递的数据，因此进一步提高效率。该部分可以被连接或断开。其形式也可以取决于滤波和/或分类标准。

在基于整个质谱确定EOI或分类之后，用户可以选择仅传递和保存在质谱内的特定数据点。例如，探测气溶胶粒子的含铅量的实验可以定义识别所有粒子的EOI(s)，并且然后仅传递和保存与用于每个粒子的²⁰⁴Pb⁺对应的数据点。

优选地，电子数据采集系统包括第一单元，该第一单元包括快速计算单元并且与质量分析器一体，并且该装置还包括用于进一步分析的外部计算单元，其中仅表示与感兴趣事件有关的质谱的数字化数据从第一单元被发送到外部计算单元。

常见的是，表示在质谱仪处分析的质谱并且被预处理，特别是数字化的数据由用户发送到PC以最终分析。具有带有包括ADC和快速处理单元的本发明的数据采集系统的装置允许通过通常数据连接将与感兴趣事件有关的整个数据传递给PC，而不必提供巨大的缓冲存储器或承受长延迟。

在另一优选实施方式中，该装置还包括用于控制电离源和质量分析器的操作的控制器，其中该控制器接收从感兴趣事件的数字化数据的检测获得的数据并且其中该控制器基于接收到的数据调整电离源或质量分析器或者电离源和质量分析器两者的操作参数。这允许测量的实时最优化，例如以便改善检测极限和信噪比。

其他有利实施方式和特征的组合从下面的详细描述和权利要求书的总体得出。

附图说明

用来说明实施方式的附图示出：

图1示出具有数据采集系统(DAQ)的TOF分析仪；

图2示出TOF波形的图形和阵列表示；

图3示出具有单个段的用于波形平均的数字转换器存储器的构造；

图4示出波形平均，n个连续波形(W1、W2、...Wn)在单个存储器段中被求和以产生平均波形；

图5示出数据采集步骤，波形在数字转换器存储器的段中被平均，传递到PC RAM，并且然后保存到磁盘；

图6示出用于长和短平均时间的数据采集的图形描绘，当平均时间相对于空闲时间长时，采集是高效的并且平均时间减少增大了保存速率，当平均时间相对于空闲时间短时，保存速率在最大连续保存速率(MCSR)下变平；

图7示出样本变化的分辨率作为连续保存速率的函数；

图8示出具有低发生率、在MCSR以下利用波形平均的连续采集的单独事件的分辨率；样本能够被分辨，因为它们以远低于平均速率的速率进入质谱仪；

图9示出在DAQ采集与外部触发同步情况下的不连续的波形平均，例如，与样本的周期变化同步的电离激光器；

图10示出为数字转换器存储器已被构造成具有3个存储段的情况所描绘的块平均；

图11示出用于块平均模式的数据采集步骤；

图12示出在具有DAQ采集与外部触发同步情况下的不连续波形平均，即与样本的周期变化同步的电离激光器；

图13示出具有波形平均的块平均，3段，每段的波形数量：2；

图14示出具有高发生率未分辨的单独事件，在MCSR以下利用波形平均的连续采集；

图15示出具有连续块平均的来自图14的信号的采集，具有高发生率分辨的但是由于空闲时间具有低保存效率的单独事件；

图16示出事件触发：波形在数字转换器存储器中被平均，被滤波以确定事件，并且只要事件被确定就传递到PC；

图17示出4样本波形，具有不同的所选择的感兴趣区域(ROI)：单个样本，3个相邻样本，2个非相邻样本；

图18示出具有三个ROI的EOI滤波机构的示意描绘；来自被处理的段的每个ROI均被确定满足其标准或多个标准；各种ROI的结果被逻辑结合以产生EOI结果；

图19示出基于ROI结果和/或EOI结果的FPGA中的附加处理；

图20示出具有三个ROI并且采用数字和逻辑ROI和EOI函数的EOI滤波机构的示意描绘；

图21示出用于同步记录的外部数据与事件的合并和/或包括在EOI滤波中；

图22示出具有TOF分析器并且包括气溶胶选通和光散射装置的气溶胶质谱仪的示例；

图23示出基于漂移速度的粒子尺寸分离的示意表示；

图24示出基于漂移速度的粒子尺寸分离的另一示意表示；

图25示出具有都等于1段的前段和后段的事件触发；识别的事件包括在具有阳性EOI结果的段之前的1段和在具有阳性EOI结果的段之后的1段；

图26示出具有都等于1段的前段和后段并且在保存到磁盘之前具有所有事件段的平均(求和)的事件触发；识别的事件包括在具有阳性EOI结果的段之前的1段和在具有阳性EOI结果的段之后的1段；在该情况下，这三个段在数据被传递到PC之前被求和；平均也在保存到磁盘之前在PC RAM中完成；

图27示出FPGA中事件的平均；与其中所有事件的数据都被传递到PC的更简单的实施方式相反，单独的事件在DAQ的存储器中被平均；用于单独的事件的数据的传递因此是可选的；

图28示出通过事件触发具有噪音抑制的粒子的尺寸分辨的TOFMS；每个事件的发生时间相对于外部触发器来确定，并且用于事件的数据基于该发生时间在特定DAQ存储段中被平均；

图29示出具有(可选的)类别特定平均的通过FPGA的事件分类和基于分类的事件选择性下载到PC RAM；以及

图30示出部分质谱或基于分类的非谱信息的积累和传递。

在附图中，相同的部件用相同的附图标记给出。

具体实施方式

图16是本发明的方法(“事件触发”)的示意表示：波形从数字转换器存储器获得，被滤波以确定事件，并且只要确定了事件就传递到PC。

对应的装置包括具有数据采集(DAQ)系统15的飞行时间(TOF)质量分析器，该数据采集系统包括耦合到现场可编程门阵列(FPGA)47的模数转换器(ADC)10。

ADC对于每个TOF提取连续采集数据。如图所示，对应的段21在潜在传递到PC之前由FPGA 47处理。来自不包含感兴趣事件(EOI)的段的数据能被DAQ立即放弃，从而避免必不要的瓶颈数据(bottleneck data)保存速率或浪费PC处理能力的系统开销进程(在DAQ存储器中平均，传递到PC，在PC RAM中处理，保存到PC磁盘等)。此外，保存到磁盘的数据的总量通过仅保存实验者感兴趣数据流的那些部分而最小化。

FPGA寻找特定的、用户定义的数据特征来确定EOI。该FPGA处理步骤称为滤波(步骤48)，并且所应用的用户定义标准称为滤波。

在第一实施方式中，连续谱的数据波形不被平均。包含对应于单个提取的数据的存储段21被传到FPGA 47，该FPGA 47确定该段是否包含感兴趣事件(EOI)。

另一个实施方式像上述一样工作，但是在应用ROI标准和EOI滤波之前，限定数量的波形积累(积累20)到FPGA中的单个段21内，从而增加可用于事件的确定的离子的数量。这导致更稳健且可靠的分类，而该方法的时间分辨率(谱/秒)降低。图16概述该实施方式和在前实施方式两者；我们注意到，在前实施方式仅是该实施方式的特定形式，其中波形平均通过每段1个波形来使用。

通过分析每个进来段内预定义的感兴趣范围(ROI)49内的数据来识别EOI。每个用户定义的ROI均是该段的总m/Q范围内的m/Q的子集。在一些实施方式中，每个ROI均是m/Q的连续子集。在其他实施方式中，每个ROI均可以是m/Q的不连续子集。图17示出了一些示例，即4样本波形，具有所选择的不同的感兴趣区域(ROI)：单个样本，3个相邻样本，2个非相邻样本。

ROI可以和单个数据点一样窄或者和整个TOF谱(整个质量范围)一样宽。在ROI内的数据值表示由一个或若干个m/Q的所有离子产生的信号。因此可以评价在ROI内检测到的近似数量的离子。

对于每个ROI 49，用户也定义一些待被应用到数据点组的逻辑ROI标准50。对于每个段内的每个ROI，FPGA确定所应用的ROI标准是正确的还是错误的。确定是ROI结果51。这在图18中示意地描绘，图18示出了具有三个ROI 49的EOI滤波机构，来自被处理的段21的每个ROI 49均被确定满足其标准50或多个标准；各种ROI 49的ROI结果51被逻辑结合以产生EOI结果52，从而产生段的EOI结果53。

潜在的ROI标准的范围是巨大的，并且可以包括：

·ROI中合计的信号强度与一些用户定义的阈值的比较。例如，如果ROI内的段的总信号大于(或小于)1个离子，则ROI结果是正确的。

·跨段的ROI的时间行为。

o例如，FPGA可以在给定的ROI中维持信号的运行平均和标准偏差。ROI标准因此可以基于与这些统计度量的比较来定义。

o例如，ROI标准可以基于段中ROI中的总信号与离散的在前或在后段中的该ROI中的总信号的比较来定义。例如，段n可以与段n-1或段n+1进行比较。

·比较跨多个段的ROI的时间行为与其他ROI的时间行为。

o例如其中感兴趣ROI在另一ROI增大之前增加特定时间的事件信号。这样的信号可以指示在具有涂层和带有不同的化学组成的芯的等离子体中被吸附和电离的粒子。或者ROI内强度的突然下降能指示成核事件。

·确定谱是否是非事件。这样的逻辑在这样的情况下特别有用，即实验者试图捕获各式各样的事件类型，其中一些可以具有未知的质谱特性。在该情况下，实验者可以例如测试该段中的ROI是否在统计上不同于与对仪器背景测量或近似的相同的ROI，其是当没有事件存在时收集的信号。

基于所有ROI结果52的逻辑比较(OR、XOR、AND、NOT)确定在给定段内存在的EOI。我们称ROI的收集和ROI结果的逻辑比较为EOI滤波器54。EOI滤波54由用户定义。

我们将比较的结果称为段的EOI结果53。EOI结果是阳性的或阴性的。具有阳性EOI结果的任何段均被认为是EOI。

图19概况了EOI滤波算法。在最简单的实施方式中，与具有阳性EOI的段有关的所有数据从DAQ存储器传递到PC用于可能的处理和保存。在传递之前，与段有关的数据可以在FPGA 47中进一步处理(步骤55)。这在图19中示意地示出。

在图20中描绘的另一实施方式像上述一样工作，但是ROI结果除了逻辑型(布尔、真/伪)外可以是数字的。在该情况下，我们将ROI标准称为ROI函数56，其输出数字或布尔ROI结果57。这些数字和/或布尔结果然后在EOI函数58中结合以确定EOI结果53。ROI和EOI函数除逻辑算子以外包括数学算子。

在一个这样的实施方式中，EOI滤波可以基于3个ROI的平均值。在该情况下，每个ROI结果将是ROI的总信号。在另一这样的实施方式中，EOI滤波可以比较多个ROI的总信号。这些ROI中的一个可以是段中的所有数据点(总离子信号)。

在一些这样的实施方式中，一些ROI结果是布尔的，而其他结果是数字的。

结合图21描述的另一实施方式像上述一样工作，除了对于每个事件，一些外部输入或测量值59被提供(传递60)到DAQ 10或FGPA 47，以知道该值在事件发生那一刻的状态。这允许外部数据与事件的同步记录和/或在EOI滤波中包括外部数据。

相应地，另一实施方式像上述一样工作，但是外部输入数据值被合并(步骤61)到ROI标准或函数或者EOI标准或函数中。

例如，如图22所示，在一些气溶胶质谱仪73中，光散射装置70在质谱仪之前被安装在粒子漂浮区域64中。气溶胶63通过孔口62被引入真空室中并且沿着轨迹65漂移。通过入口的大于最小直径的那些气溶胶63产生一个或多个光散射信号71。该数据指示粒子已进入仪器，并且取决于构造，可以提供对气溶胶的组成、尺寸和形状的洞察。如果在粒子达到TOFMS之前，这些数据(信号72)被提供给FPGA(在DAQ15内)，则ROI标准可以定义为使得在基于气溶胶尺寸具有预期离子数量之下的离子信号的段具有错误的ROI结果。

在一些气溶胶质谱仪中，气溶胶63的传送由在质量分析器上游的调制装置66机械地调制。具体地，气溶胶以短脉冲群被采样到仪器中。如图23所示，该脉冲群内的气溶胶将在它们朝向质量分析器漂移时基于尺寸分离，其中小粒子比大粒子漂移得更快。调制使得在调制装置66以及蒸发和电离装置67之间传送的粒子的漂移时间能够测量，该时间能用来计算气溶胶尺寸。如图24所示，如果粒子束被调制，则DAQ存储器19的顺序段18对应于越来越大的气溶胶。如果触发与调制装置的打开同时被输入FPGA(信号69)，则FPGA能计算在连续段数据流中的任何段期间记录的粒子的尺寸。

对应于粒子调制的最近输入的触发的时间戳可以用事件保存以在后处理中确定粒子尺寸(实施方式＝具有考虑外部数据或触发的ROI标准的事件触发)，或者作为当前实施方式的示例，ROI标准可以定义为使得在基于粒子尺寸具有预期数量的离子之下的离子信号的段具有错误的ROI结果。

另一实施方式像上述一样工作，但是在数据段的连续流内的某些段基于外部测量被排除(EOI滤波未应用)。

例如，在集成光散射装置70的一些气溶胶质谱仪73中，光散射数据(信号72)能用来估计何时气溶胶将到达质量分析器68。事件触发因此可以其中它仅分析在TOF粒子检测时间的估计范围内发生的段的方式运行。在该范围之外的段被赋予阴性ROI结果，而没有EOI滤波。

作为另一示例，在基于气溶胶束的机械调制确定气溶胶尺寸的气溶胶质谱仪中，存在最小粒子到达质谱仪所需的某一最小漂移时间。在该漂移时间之前记录的段已消逝，包含用于背景或随气溶胶进入该系统的气体的数据。例如参见图24，其中第一段18对应于最小粒子的MS测量之前的时间。如果触发(信号69)与调制装置的打开同时被输入FPGA，则FPGA能计算在连续的段数据流中的任何段18期间记录的粒子的尺寸。基于该计算，可以排除不表示合理的粒子漂移时间(例如太短的延迟)的段或者落在感兴趣尺寸范围之外的段。

通过结合外部测量，该实施方式使在降低假阳性的风险的同时使用更广泛的滤波(捕获更多的事件)成为可能。

该实施方式能与具有ROI标准的事件触发结合，该ROI标准考虑了外部数据以进一步降低假阳性的可能性。

另一实施方式像上述一样工作，但是ROI标准可以基于记录的数据与某一或一些参考质谱的比较。这些质谱可以由用户输入，或者参考质谱可以被记录并存储在FPGA的存储器中。参考谱可以表示任何内容，包括背景或感兴趣事件。

另一实施方式像上述一样工作，但是用户可以选择全局地忽视在所有ROI标准的应用中所有波形内的特定数据点。这例如在其中大背景信号被一致地记录在特定m/Q值处使得那些m/Q值在确定事件中不具有效用的情况下具有效用。它也可以在其中FPGA允许有限数量的ROI的情况下具有效用。在该情况下，例如，用户可能希望将m/Q范围限定到1至100Th，28Th除外。在缺少由该实施方式实现的归零时，该除外要求2个ROI：1至27Th和29至100Th。

另一实施方式像上述一样工作，但是在EOI滤波之前，FPGA从波形的数据值减去预定义值。例如，大多数质谱仪具有背景信号，该背景信号是没有事件发生时所测量的信号。如果段中一些数据点或所有数据点的等效背景信号从每个ROI或一些ROI中的数据点被减去，则EOI滤波可以得到提高。该等效背景信号可以由用户输入或者参考谱可以在EOI滤波之前被记录和存储。

另一实施方式像上述一样工作，但是在段n的评价中，EOI滤波被应用到平均段，该平均段由FPGA计算为从段n-x到段n+y的连续段的某个窗口内的平均值，其中x和y是可调节的。这允许检测在单个段内(例如由于低信噪比)不能被检测的小或慢事件。

另一实施方式像上述一样工作，但是事件可以跨基于用于开始段和结束段的独特标准的多个段。

在最简单的实施方式中，事件是一系列连续的段，所有这一系列连续的段都具有相同的阳性EOI结果。

在其他实施方式中，独特的ROI和EOI标准被定义，以确定开始和停止段。这些标准可以使用与用来确定事件的相同或不同的ROI。

另一实施方式像上述一样工作，但是开始和结束段是在具有阳性EOI结果的段之前(开始)和之后(结束)的固定数量的段。在该实施方式中，每个事件可以说由一块固定数量的段表示。

图25展示了事件包括1个前段和1个后段的情况。图26展示了具有都等于1个段的前段和后段并且具有在保存到磁盘之前所有事件段的求平均(求和)的情况。识别的事件包括在具有阳性EOI结果的段之前的1个段和之后的1个段；在该情况下，这三个段在数据被传递到PC之前被求和；在保存到磁盘之前也可以在PC RAM中进行求平均。

另一实施方式像上述一样工作，但是在通过FPGA确定事件之后，属于事件的段被积累(积累步骤75)成单个波形，从而降低数据负载。该段平均可以在FPGA中或者在PC中下载之后进行。

另一实施方式像上述一样工作。附加地，用于所有事件的数据由FPGA或PC求平均(求平均步骤76)成单个段或块。对于由1个以上段构成的事件，用于所有事件的所有段可以求平均成单个波形(平均的波形)，或者最终求平均的数据可以包含多个段(块)，每个事件的对应的段的各自平均值。

与用于所有事件的数据都被传递到PC的较简单的实施方式相比，单独的事件可以在DAQ的存储器中被平均，因此用于单独事件的数据传递(步骤22)到PC RAM是可选的，参见图27。

如果单独的事件未被下载到PC，该方法具有以下缺点，放弃关于特定事件的信息，但是相对于常规的波形平均或块平均，它通过拒绝仅包含噪声的数据段增大了信噪比(灵敏度)。

通过实施方式“具有事件积累的事件触发”实现的信噪比优点的特定示例可以通过将该实施方式与实施方式“与外部数据同步的事件触发”结合来建立。

通过气溶胶束的机械调制确定粒子尺寸的气溶胶质谱仪经常以块平均模式操作，其中入口的每个开口均用做块触发，在其后采集数据的n段块。固定数量的块被记录和积累以给出平均2D数据集，表示作为总气溶胶群的尺寸(段数)的函数的质谱(多个段)。

对于正常的气溶胶浓度，记录的块中的许多块将不包含气溶胶数据，也就是说，气溶胶浓度低，使得每当入口打开时气溶胶不再进入质谱仪。在这些块(入口开口)中记录的数据仅将噪声(背景或气相离子信号)添加到平均值。

为了构造包含仅来自在测量粒子期间的那些时段的数据的尺寸分辨的数据块，可以在输入对应于调制装置69的打开的触发的同时使用事件触发模式(参见图28)。FPGA记录每次触发的时间戳以便知道何时入口被最后打开。对于每个事件，FPGA报告这样的时间戳，其可以与最后输入触发的时间戳进行比较(步骤77)，以确定最后触发(入口开口)和事件之间的延迟。然后平均的2D数据集(粒子尺寸vs MS)通过对所有事件的质谱求和而在FPGA或PC存储器中重建，粒子尺寸的每个偏移均根据从触发和事件之间的偏移确定的尺寸。

单独的事件可选地可以被同时下载以在DAQ存储器19中平均(步骤78)。

另一实施方式与上述相同，但是分类方案79可应用到具有阳性EOI结果的段。这些方案通过FPGA应用并且将阳性EOI(事件)分类成几个类别。因此随后FPGA或PC中的数据处理和求平均可以包括为分类特性的函数。这在图29中示出。例如，可以使事件积累成为分类特性(步骤80)。一些类别的事件可以被积累，而另一类别的事件被下载为单个事件81，然而其他类别的事件可以被拒绝。分类可以和质谱数据一起报告。而且，仅事件的分类可以被报告，也就是说，事件的所有谱评价在DAQ电子器件上(on board of)进行。

在“具有事件分类的事件触发”的特定实施方式的情况下，事件基于ROI中存在的信号的总量进行分类(分类步骤79)。一些小事件，例如非常小的粒子将非常少的离子给予质谱仪。在最坏的情况下，对于事件可以记录仅一个离子。这样的事件的单个事件质谱不是非常有用，但是，许多事件的积累的质谱可以是有用。因此，降低数据负载的一个策略是保存对应于例如传送比预定义阈值更少的离子的事件的特定数据。相反，来自这些低强度事件的谱可以通过FPGA或PC RAM积累(积累步骤80)。在该实施方式中，选项存在于传递(步骤81)和保存每个大事件的非积累数据。优选地，大事件不与小事件积累，因为它们将在平均谱中占优。更确切地，事件可以在基于信号电平的分类中积累(例如，下一个实施方式)，或者仅低信号事件将被积累。与气溶胶质谱分析法相关的例外是当大粒子在时间维度中与小粒子分离时。在该情况下它们可以在块平均中在块的分离段中积累。

上述小事件的平均可以在几个平均段中进行。例如，仅产生一个离子的所有事件可以被平均到段1中，产生两个离子的所有事件可以在段2中平均等等。对于气溶胶质谱分析法的情况，这将产生尺寸依赖的平均，由此避免产生许多离子的大粒子将淹没小粒子的信号。

在最初的EOI滤波之后在FPGA或PC RAM中执行的所有步骤的事件的处理可以通过结合与阳性事件相关的外部数据而提高。例如，在一些气溶胶质谱仪中，光散射装置安装在质谱仪的入口中。大于通过入口的最小直径的气溶胶产生光散射信号。该数据指示粒子已进入质谱仪，并且可以提供对气溶胶的组成、尺寸或形状的洞察。如果这些数据在粒子到达质谱仪之前被提供给FPGA，则可以基于在前的光散射事件的强度对事件进行分类。

在另一实施方式中，来自外部信号的数据被结合在处理中。在一些气溶胶质谱仪中，粒子入口被调制(打开/关闭)并且入口和质谱仪之间的粒子飞行时间被测量以确定粒子尺寸。对于利用事件触发的这样的系统，可以对每个事件确定飞行时间；这被计算为具有阳性EOI结果的段和粒子入口的最后打开之间的时间差。该事件飞行时间可以与该事件一起保存。它也可以通过FPGA用来进一步对记录的事件进行滤波或表征。

在一个这样的实施方式中，它可以用作用于上述实施方式“具有分类的事件触发逻辑”的度量。

在一个这样的实施方式中，它可以用作用于上述实施方式“尺寸依赖的小粒子积累”的度量。

在一个这样的实施方式中，系统将拒绝相对于斩波触发具有时间差的所有事件，该时间差太短而不能表示真实的粒子飞行时间。

另一实施方式像上述一样工作，除了实验目的在于确定除了完整的质谱之外的信息。

例如，在滤波之后没有事件的分类的情况下，FPGA/DAQ可以计数(步骤82)事件的总数83。该事件的总数83被保持在DAQ存储器19中并且稍后被下载。通过事件的分类，DAQ可以具有增量并且对于每次分类的事件保存特定的计数值(参见图30)。

与这样的计数同时，或代替这样的计数，DAQ可以将质谱的一部分(有限数量的数据点)和/或分类结果传递(步骤84)到PC。所传递的数据点可以取决于事件的分类。

仅传递分类结果或仅传递质谱的选择部分大大降低了数据负载并且增大了事件触发数据可以被保存的最大速率。

本发明对于不连续事件的基于快速质谱仪的测量有效用，该测量是感兴趣信号跨测量期间在“开”和“关”状态之间波动的任何实验。

不连续事件可以被观测到，因为实验是测量许多不同的样本，这些样本以每个之间具有某个有限时间连续地被提供给质谱仪。

该不连续可以是电离方案的特征。示例包括像通过激光脉冲、通过闪光灯、通过击穿电离的短时间电离方法。

不连续可以是质谱仪上游的采样方案或一些其他分析进程的特征。示例包括像离子迁移率分离(IMS)和色谱分析法的快速分离方法。

该不连续可以反映连续样本的有限性质：示例包括粒子(像纳米粒子、气溶胶粒子、细胞、病毒、微滴)、表面上的局部区域(像素)、固体、固体上界面或表面中的局部体积(体素)的分析或分类。

不定时发生的、有限样本的分析的具体示例是通过电感耦合等离子体(ICP)TOFMS的粒子的分析。这些粒子在微滴或气流中被传送。在后一情况下，气体必须用等离子气体(通常Ar)交换。然后包含粒子的气体的连续流被采样到连续等离子体中，从存在于连续气流中的所有分子(等离子气体和粒子)产生离子。实验者可能对隔离与特定粒子相关联的那些离子信号有兴趣(“单粒子分析”)。但是，由于离子检测事件的分散性质，高效的单粒子分析通过传统的DAQ系统将是不可能的。事件触发的使用独特地使高效地记录单独的粒子的完整的ICP-TOF质谱成为可能。

分散的、有限的样本的分析的类似示例是气溶胶粒子的分析，气溶胶粒子可以包含痕量的有害或被禁材料或表明这样的材料、包括爆炸物、药物、毒物、化学毒剂或生物毒剂的化学化合物。在这样的情况下，感兴趣化合物可以作为人工生成的粒子的部分存在或者作为环境粒子(包括灰尘和皮肤粒子)的残留物存在。这些粒子的浓度可以非常低和/或在这些粒子内感兴趣材料的浓度可以非常低。当连续采集TOFMS数据以便检测这样空气中粒子时，将可能是这样的情况，TOF提取的大部分将不包含感兴趣信号。但是，所有提取将包含许多对应于在环境空气中发现的化合物的复杂混合物的信号。因此，如果通过标准方法采样空气和对TOF提取求平均，则感兴趣信号在总空气样本的质谱内可能是不可辨别的。但是，这些感兴趣化合物的浓度在感兴趣粒子被采样到质谱仪中的时刻将迅速上升。在该情况下，这些化合物可以通过应用事件触发并且仅保持包含潜在的感兴趣信号的那些数据段(质谱)来检测。对应于单独的粒子的数据段可以下载到PC以进一步处理和/或如果机载分类足够明确，则来自许多单独的粒子的数据可以被平均。这样，事件触发降低了用于这些化合物的TOFMS的检测的绝对限值。对于这些应用，电子电离(EI)或化学电离(CI)是优选的，因为这些方法允许紧凑且成本有效的装置。替代地，在大气压力下电离也是可能的，但是将通常需要略微更复杂的质谱仪。

不连续的事件可以被观测到，因为实验是测量单个样本或体积的气体，对此感兴趣离子具有快速变化的浓度。示例包括大气气体的实时采样或人类呼吸的分析。

根据应用和目标可以获得不同的优点：

1.对于实验试图分辨样本中的快速变化或样本的快速变化的情况，事件触发使比在当前技术状态下能分辨的更快的变化的分辨成为可能。具体地，快速变化指的是在比得上TOF提取频率的速率下信号的切换(toggling)。

2.对于实验者试图识别和分类非常大量的样本(事件)的情况，事件触发和体现的处理方法减少了跨PC总线的数据负载和保存到磁盘的数据的总量。

3.对于实验者对跨不连续的样本的持续时间或跨许多样本的总信号求平均的情况，通过拒绝仅包含噪声的数据流的那些部分可以提高所获得的信噪比。

由于成像在不稳定(exotic)情况下也可能发生，在此不稳定情况中，光栅扫描不可预见地发生和/或存在没有光栅扫描触发。

还要注意的是，本发明不限于所述实施方式。具体地，各种各样的滤波标准和ROI的不同组合是可能的。基本上，它们可以由用户选择以在给定的分析的情况下最好地符合他或她的要求。

Claims (14)

1.一种用于质谱分析法的装置，包括：

a)电离源；

b)流体耦合到所述电离源的质量分析器；

c)用于处理由所述质量分析器提供的信号的电子数据采集系统；

而所述电子数据采集系统包括：

d)至少一个从由所述质量分析器获得的所述信号产生数字化数据的模数转换器；

e)从所述模数转换器接收所述数字化数据的快速处理单元；

其中

f)所述快速处理单元被编程以连续地、实时检测由所述质量分析器测量的感兴趣事件的数字化数据；并且

g)所述电子数据采集系统被编程以发送表示与感兴趣事件相关的质谱的数字化数据用于进一步分析并且拒绝表示不与感兴趣事件相关的质谱的数字化数据。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述模数转换器包括用于存储多个数据段的缓冲存储器，每个段均表示质谱，其中表示与感兴趣事件有关的质谱的数据段被发送用于进一步分析并且表示与感兴趣事件无关的质谱的数据段被拒绝。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述模数转换器被编程以对表示多个质谱的数字化数据求平均值并且将所产生的平均数据存储在所述缓冲存储器中。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的装置，其中所述检测基于滤波定义，所述滤波定义包括至少一个感兴趣区域，所述至少一个感兴趣区域包括m/Q的值的选择，并且所述滤波定义还包括至少一个滤波标准以被应用到所述至少一个感兴趣区域。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述滤波定义包括多个感兴趣区域并且感兴趣事件通过将所述至少一个滤波标准应用到所述多个感兴趣区域来识别，应用到不同的感兴趣区域的结果被逻辑结合。

6.如权利要求4或5所述的装置，其中所述滤波定义包括多个滤波标准并且感兴趣事件通过将所述多个滤波标准应用到所述至少一个感兴趣区域来识别，不同的滤波标准的应用结果被逻辑结合。

7.如权利要求1至6中的任一项所述的装置，其中所述处理单元针对所述至少一个感兴趣区域中的每一个计算至少一个与所述区域中的总离子信号相关或对所述总离子信号进行编码的值。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的装置，还包括用于接收与感兴趣的事件有关的质谱并且用于在进一步分析之前对接收到的质谱求平均的求平均模块。

9.如权利要求1至8中的任一项所述的装置，还包括用于根据分类标准对识别的事件进行分类的分类器模块，其中从分类获得的结果能连同表示与感兴趣事件有关的质谱的数字化数据一起传递以用于进一步处理。

10.如权利要求9所述的装置，还包括用于计数多个类别的每个类别中的大量事件的计数模块，其中从计数获得的结果能连同表示与感兴趣事件有关的质谱的数字化数据一起传递以用于进一步处理。

11.如权利要求1至10中的任一项所述的装置，所述电子数据采集系统包括用于接收外部数据的接口，其中所述电子数据采集系统被编程以将与感兴趣事件的所述接收的外部数据和表示与感兴趣事件有关的质谱的数字化数据一起发送和/或以将所述接收的外部数据包括在用于感兴趣事件的数字化数据的检测中。

12.如权利要求1至11中的任一项所述的装置，其中所述电子数据采集系统被编程以发送表示与感兴趣事件有关的质谱的用户定义部分的数字化数据，以用于进一步分析。

13.如权利要求1至12中的任一项所述的装置，其中所述电子数据采集系统包括第一单元，所述第一单元包括快速计算单元并且与所述质量分析器一体，并且所述装置还包括外部计算单元，用于进一步分析，其中仅表示与感兴趣事件有关的质谱的数字化数据从所述第一单元被发送到所述外部计算单元。

14.如权利要求1至13中的任一项所述的装置，还包括用于控制所述电离源和所述质量分析器的操作的控制器，其中所述控制器接收从用于感兴趣事件的数字化数据的检测获得的数据，并且所述控制器基于接收到的数据调节所述电离源或所述质量分析器或所述电离源和所述质量分析器两者的操作参数。