CN107636795A - 过采样的飞行时间质谱 - Google Patents

Abstract

公开了一种质谱方法，其包括将离子送至过采样的飞行时间质量分析器(4)并且在多个不同通道(51、52)上顺序地记录离子信号以获得多个降低复杂性的第一过采样的质谱数据集。上游分离设备(3)可以被提供以进一步降低质谱数据集中每个的复杂性。

Description

过采样的飞行时间质谱

相关申请的交叉引用

本申请要求了2015年5月6日提交的英国专利申请号1507759.7的优先权和权益。该申请的全部内容通过引用被并入本文。

技术领域

本发明一般而言涉及质谱并且尤其涉及质谱方法和质谱仪。

背景技术

在飞行时间(“TOF”)质谱中，不同质量的种类的混合物被加速进入质量分析器并且根据它们的质荷比分开离子。考虑对于存在于混合物中的最大质荷比离子种类足够的时间以到达离子检测器，然后开始接下来的或随后的加速事件——以所谓的“脉冲-和-等待(pulse-and-wait)”方式。该技术具有固有地低工作循环(duty cycle)和灵敏度，尤其是当与连续离子源一起使用时。例如，在正交加速折叠飞行路径(“FFP”)的情况下，等待该时间长度的飞行时间分析器导致非常低的工作循环(例如0.3％或更低)。

已知的是低工作循环可以在一些程度上通过如下过程缓和：与通过最大质荷比离子种类的飞行时间测定的相比更频繁地采样，并且然后在被称为“过采样(oversampling)”的过程中多路解编(demultiplex)所得到的光谱数据。

但是，利用该方式的一个问题是当过采样方式用于丰富的和复杂的光谱(比如通常在液相色谱质谱实验中发现的)时，则所得数据可以包括用于成功多路解编的太多峰重叠。

利用当前的低工作循环(0.3％或更低)折叠飞行路径分析器，期望的是能够过采样大约100倍，以便于实现～30％大幅度改善的工作循环。

因此，期望的是提供改善的质谱法。

发明内容

根据一方面，提供了质谱方法，其包括：

将离子送至以过采样操作模式操作的飞行时间质量分析器；和

在多个不同通道上交替地或顺序地记录离子的离子信号以获得多个第一过采样的质谱数据集。

本方式涉及允许大的过采样速率并具有得到的显著改善的工作循环同时保持成功多路解编所得到数据的能力的方法。通过在多个不同通道上交替地或顺序地记录离子信号，每个数据集的复杂性例如峰或峰重叠的数目与其它已知的布置相比可以降低。这允许更大复杂性的数据集，例如起因于更复杂的样品和/或使用待被成功地处理的更高过采样速率获得。在这方面的进一步改善可以通过在离子到达飞行时间质量分析器之前采用离子的上游分离来实现。

应当理解利用过采样或以过采样操作模式操作飞行时间质量分析器意思是提取脉冲之间的时间(即，脉冲速率，以该脉冲速率离子被推/拉入飞行时间区)比在前脉冲中的最慢离子到达检测器的飞行时间更短。即，多个包(packet)或组的离子同时存在于飞行时间区中。应当领会过采样提供了工作循环的改进。但是，还应当领会这导致重叠光谱，其必然在随后解卷积或者多路解编或以其它方式处理以便于提供智能的质谱。因此，应当理解过采样的质谱数据集包括通过过采样过程取得或获得的数据集，使得过采样的质谱数据集包含多个潜在地重叠质谱。本文描述的技术允许成功的多路解编甚至在非常高的过采样速率下取得的光谱，而不损失任何信息。

US 2005/0194531(Chernushevich)公开了如此方法：其中离子束交替地被引导至不同的检测区以允许脉冲频率的增加。但是，每个检测区的脉冲时间表仍然遵循传统的脉冲-和-等待方式，使得所得到的质谱数据集不是过采样的并且因而不需要多路解编。根据在US 2005/0194531(Chernushevich)中公开的方式，脉冲频率仅随着不同检测区的数目线性地增加，并且因此该方式仅允许工作循环的相对有限的或不大的增加。

相比之下，对于在本文中描述的和与各个实施方式有关的技术，第一质谱数据集每个是过采样的。因此，相对于在US 2005/0194531(Chernushevich)中公开的布置，可以实现高得多的脉冲速率和工作循环，同时仍然保持单独数据集的复杂性在可管理的限制内。

应当领会离子信号是可以被处理以便于提供质谱数据的那些。离子信号因而通过使用飞行时间质量分析器生成。例如，可以在飞行时间质量分析器的离子检测或数据获取系统中生成离子信号。离子信号因而可以直接地或间接地对应于飞行时间质量分析器的离子检测器或其它检测系统处离子的到达时间。离子信号可以是对应于或指示离子到达或检测事件的电子信号或数据。不同的通道一般可以是飞行时间检测或数据获取系统的不同通道。

每个过采样的质谱数据集可以，并且通常将包含多个飞行时间光谱。即，第一过采样的质谱数据集中的每个可以包含多个重叠飞行时间光谱，使得与每个不同通道相关联的质谱数据集每个是过采样的(例如和可能因此每个需要多路解编)。

在不同通道上交替地或顺序地记录离子信号意思是离子信号在单一实验或测量循环的过程期间在至少两个不同的通道上记录。

即，离子信号在其上记录的通道将作为时间的函数改变。

离子信号可以交替地或顺序地记录在多个不同的通道上以便于保持每个第一质谱数据集的复杂性在期望阈值以下，以便于促进第一质谱数据集的随后处理。复杂性程度和/或期望阈值例如可以被限定为许多质谱数据点，即或质量峰、离子计数、总离子流、强度或许多重叠峰。

离子信号在其上记录的通道可以渐进地或顺序地改变。该通道可以以连续或阶梯式方式改变。离子信号可以在实验的过程期间以循环或重复方式在多个不同通道中的每个上记录，使得具有在实验的过程期间在多个不同通道中的每个上记录离子信号的多种情况。

该方法可以包括在多个不同通道上顺序地记录离子信号。例如，该方法可以包括根据预先确定的顺序交替(或以其它方式改变)离子信号在其上记录的通道。该方法可以可选地包括根据随机或伪随机顺序交替离子信号在其上记录的通道。

通道可以在预先确定的时间间隔之后改变，即使得离子信号在每个通道上记录一定量时间。每个通道的时间可以是相同的，即时间间隔可以是等间隔的，或者可以是不同的。

应当注意，通常地，数据可以被记录在许多不同的通道上。例如，离子信号可以交替地或顺序地被记录在大约10或更多、大约20或更多、大约30或更多、大约40或更多、大约50或更多、大约60或更多、大约70或更多、大约80或更多、大约90或更多、多至大约100、或多于大约100个不同的通道上。

离子通常可以以顺序方式，即根据一些时间函数或变化到达或者被送至飞行时间质量分析器。离子信号可以基于该时间函数或变化被引导至不同的通道。例如，用于改变通道的时间尺度或频率可以基于该时间函数或变化的时间尺度而确定。特别地，通道可以在时间函数或变化的过程内改变多次。

顺序到达的离子可以被视为形成多个离子组。离子组可以任意地限定，例如通过根据时间间隔——以该时间间隔离子到达飞行时间质量分析器——分组这些离子。用于改变通道的时间尺度或频率通常可以是使得不同的组使用不同的通道记录。即，在第一时间送入质量分析器的飞行时间区的第一组离子(即，或指示第一组离子的数据)可以在第一通道上记录，并且与在第二后来的时间送入质量分析器的飞行时间区的第二组离子相关的离子信号可以在第二不同通道上记录。

第三组再后来的离子可以在第三不同的通道上记录，以此类推。特别是，在离子根据一些时间函数或变化(例如，基于上游分离)到达飞行时间质量分析器的位置，单一循环的时间函数或变化内的每个离子组可以在分开的通道上记录。还预期的是来自后来组的离子，并且特别是来自后来循环或分离的离子可以使用第一通道记录，即顺序可以是重复的或循环的。

该方法可以进一步包括处理多个第一过采样的质谱数据集中的每个以获得多个第二质谱数据集；和结合多个第二质谱数据集以形成复合质谱或质谱数据集。

处理多个第一过采样的质谱数据集中每个的步骤可以包括多路解编多个第一过采样的质谱数据集中的每个以获得多个第二质谱数据集。多路解编可以使用各种已知技术，例如基于飞行时间获取或脉冲频率的知识进行。

多个第一过采样的质谱数据集中的每个可以被单独地——即独立于在不同通道上记录的其它质谱数据集——处理(或，例如多路解编)。

但是，应当领会可以不必需单独地处理第一过采样的质谱数据集中的每个，并且考虑如此实施方式：其中(即多个)第一光谱数据集的子集可以一起被处理。特别是，如果这些数据是或被测定为相对稀少的(即包含相对很少独特和/或重叠峰)，则这可以进行。条件是所得到的复合光谱不能太复杂而阻止成功多路解编，在任何点处理的数据的整体复杂性和/或数据处理压力(strain)仍然可以被充分地降低。因此，该方法可以包括单独地处理多个第一过采样的质谱数据集的至少一些或一部分。

该方法可以包括根据一种或多种物理化学性质分离或过滤离子，然后将它们送至飞行时间质量分析器。

该方法可以包括交替地或顺序地在多个不同的通道上记录离子的离子信号，使得第一质谱数据集中的每个与物理化学性质的值或值的范围相关联。

物理化学性质可以是或者可以包括：(i)离子迁移率；和/或(ii)差示离子迁移率；和/或(iii)碰撞横截面(“CCS”)；和/或(iv)质量或质荷比；和/或(v)色谱保留时间。

离子信号可以交替地或顺序地基于或者根据离子的分离/过滤记录在多个不同通道上。通过分离或过滤飞行时间质量分析器上游的离子，光谱的复杂性可以在任何时刻降低。在任何单独通道中的峰强度与复合的或未分离的信号相比因而被降低。离子通常可以以已知方式被分离或过滤。

应当领会分离或过滤离子的步骤根据物理化学性质有效地分组或以其它方式分类离子。该步骤的作用因此是为了将时间扩展(temporal spread)或调制引入正在送至飞行时间质量分析器的离子。该时间扩展可以被限定为分离或分离设备的特征时间尺度。该特征时间尺度可以对应于最大时间尺度，在该最大时间尺度内同时进入分离设备的离子可以从设备洗脱，即通过分离设备引入潜在时间扩展。注意，通常地，根据分离设备的类型，离子可以作为多个时间上分离的离子包或者作为包含一种或多种时间上分离的组分的基本上连续的或伪连续的束，从分离设备送至飞行时间质量分析器。

在分离过程或分离循环期间交替地或顺序地在多个不同的通道上记录离子信号(即，在分离设备的特征时间尺度内多次改变通道)将具有在通道数目和物理化学性质之间引入相关性的作用。即，在不同时间下从分离设备洗脱的离子可以在不同通道上记录。特别是，具有物理化学性质的不同值或者落入该物理化学性质的不同范围内的值的离子的离子信号可以在不同通道上记录。具有在第一范围内的物理化学性质的值的离子的离子信号(即，形成在第一时间下从分离设备洗脱的第一组的离子)可以被引导至第一通道，而具有在第二不同范围内的物理化学性质的值的离子的离子信号(即，在第二时间下从分离设备洗脱的第二组)可以被引导至第二不同通道。

根据其离子信号被记录或者被引导至不同通道的顺序因而可以被确定或者基于来自分离设备的离子的洗脱。例如，离子信号在其上被记录的通道可以根据来自分离设备的离子的洗脱顺序地或渐进地改变。用于改变通道的时间尺度或频率可以因而基于分离的特征时间尺度来选择。通常地，用于改变通道的时间尺度短于在分离设备中的分离的时间尺度，但是长于在质量分析器中的飞行时间分离。

应当理解分离的特征时间尺度因而应当通常长于飞行时间分离的时间尺度，使得多个飞行时间光谱在每次分离的过程期间获取——这可以被称为“嵌套(nested)”飞行时间获取。全部飞行时间光谱因而可以记录物理化学性质的每个值。分离可以嵌套入飞行时间和液相色谱(“LC”)时间尺度之间的时间中。

随着对应的离子从分离设备洗脱，离子信号可以顺序地记录至多个不同的通道。

分离可以根据一种或多种物理化学性质按照时间函数f(t)分离离子，并且离子信号可以根据时间函数在不同通道上记录。

分离的离子被分组或分类为与物理化学性质的具体值或值的范围相关联的多个离子组。不同组的离子信号可以在不同通道上记录。离子的组因而可以根据那个组的离子信号在哪个通道上记录而进行限定。如上面所提及，离子组的大小可以被任意地限定。例如，组可以通过将离子束分为许多时间段并在每个时间段内或者至少相邻时间段内在不同通道上记录离子信号进行限定。作为另一个实例，离子组可以被动态地限定，例如一旦达到某一离子流或者强度阈值，离子信号当前正在其上记录的离子通道可以被改变。

具体而言，该方法可以包括：根据一种或多种物理化学性质分离或过滤离子；将分离的或过滤的离子送至以过采样操作模式操作的飞行时间质量分析器；在多个不同通道上顺序地记录离子的离子信号以获得多个第一过采样的质谱数据集，其每个与一种或多种物理化学性质的值或值的范围相关联；处理多个第一过采样的质谱数据集中的每个以获得多个第二质谱数据集；和结合多个第二质谱数据集以形成复合质谱或质谱数据集。

该方法可以包括根据离子的离子迁移率、差示离子迁移率或碰撞横截面(“CCS”)分离或过滤这些离子。

该方法可以进一步包括测定离子的离子迁移率、漂移时间或碰撞横截面。离子迁移率、漂移时间或碰撞横截面可以作为质谱数据集的处理或多路解编的一部分而被测定。例如，离子迁移率、漂移时间或碰撞横截面可以由通过过采样的飞行时间质量分析器获得的轮廓信息重建。离子迁移率、漂移时间或碰撞横截面可以另外地/可选地通过离子信号在其上记录的通道测定。即，离子迁移率特征可以保留并与通道数目相关联。

该方法可以包括根据质量或质荷比分离或过滤离子。

该方法可以包括根据色谱保留时间分离或过滤离子。

应当领会色谱分离设备(例如液相色谱(“LC”柱))通常可以布置在电离源的上游，使得是离子源自的样品的组分而不是离子被色谱地分离。但是，在这种情况下，离子保留色谱分离轮廓并且因而也可以被视为根据保留时间或伪保留时间分离，并且出于本申请的目的，对离子的色谱分离的任何提及应当被理解为包括这一点。

离子源自的组分可以首先根据色谱保留时间，然后根据例如飞行时间分离之前的离子迁移率或质荷比分离。在这种情况下，分离应当通常在时间上被嵌套使得分离的特征时间尺度沿着器械降低。

如上面所提及，方法可以包括在固定的或预先确定的时间间隔之后交替通道。但是，方法可以可选地包括使离子信号在其上记录的通道动态地交替。例如，方法可以包括在通道的离子信号阈值达到之后使离子信号在其上记录的通道动态地交替。离子信号阈值可以例如代表每个通道的预先确定的计数数目或者某一离子流或强度阈值。方法可以包括记录计数数目、离子流或强度阈值，和一旦达到阈值在通道之间动态地交替。

以过采样操作模式操作飞行时间质量分析器的步骤可以进一步包括采用编码的频脉(encoded frequent pulse)(“EFP”)。

EFP是具体类型的过采样或多路复用，其可以例如适当地在折叠飞行路径正交加速飞行时间质量分析器中采用。但是，EFP的使用不限于具体类型的飞行时间质量分析器。

EFP的原理例如在WO 2011/135477(Verenchikov)中描述。在EFP技术中，飞行时间获取或脉冲频率根据可变的或伪随机的顺序设定。所得到的数据可以随后基于该顺序的知识多路解编。以这种方式改变脉冲速率可以有助于避免当利用固定的过采样获取速率操作飞行时间时无意引入否则可能出现的偏倚型(biasing-type)误差。

在多个不同通道上交替地或顺序地记录离子信号的步骤可以包括穿过多像素飞行时间检测器的区域扫描或光栅化处理(raster)，并且多个不同通道可以包括检测器的指定的或不连续的区域或像素。多像素飞行时间检测器可以包括二维阵列。

穿过检测器的区域扫描或光栅化处理可以包括渐进地改变施加至一个或多个偏转电极的一个或多个偏转电势或波形。扫描速率可以基于分离的特征时间尺度确定。

多个不同通道可以包括在数据获取系统中的分开的存储位置。

根据另一方面，提供了在过采样操作模式中可操作的飞行时间质量分析器，其包括：

控制系统，其以过采样操作模式布置和改造(adapt)以交替地或顺序地在多个不同通道上记录离子信号以获得多个第一质谱数据集。

控制系统可以被布置或改造以执行描述的或者包含上面描述的任何特征的方法。控制系统可以包括被布置或改造以在多个不同通道上记录离子信号的任何适合的控制和/或处理电路。飞行时间质量分析器可以进一步包括用于例如以上面描述的方式随后处理离子信号的任何适合的处理器或处理电路。

飞行时间质量分析器可以包括用于在多个不同通道上交替地或顺序地记录离子信号的任何适合工具。例如，飞行时间质量分析器可以包括用于进行此的各种电极或者离子光学装置。

飞行时间质量分析器可以包括各种已知的飞行时间器械。例如，飞行时间质量分析器可以包括线性或正交加速飞行时间质量分析器。飞行时间质量分析器可以包括延伸的或折叠的飞行路径飞行时间质量分析器。典型地，飞行时间质量分析器可以包括离子加速区和飞行时间区。离子可以从离子加速区加速——例如使用一种或多种提取脉冲——进入飞行时间区，在该飞行时间区中它们根据飞行时间即质量或质荷比分离。在飞行时间区的终点处，离子到达离子检测器或者检测系统。离子检测器或检测系统的输出可以被处理以提供质谱数据。飞行时间质量分析器通常包括用于处理，例如多路解编质谱数据集的处理器。处理器可以包括运行适合软件的使用者计算机。

飞行时间质量分析器可以进一步包括根据一种或多种物理化学性质分离或过滤离子的分离设备。

离子可以在送至飞行时间质量分析器之前被分离或过滤。分离设备可以被布置在飞行时间质量分析器的上游。

分离设备可以包括：(i)离子迁移率或差示离子迁移率分离设备；(ii)质量或质荷比分离设备；(iii)质量选择离子阱；和/或(iv)质量选择离子过滤器。

不同通道中的每个可以包括多像素飞行时间检测器的指定的或不连续的区域或像素。

在这种情况下，用于在多个不同通道上交替地或顺序地记录离子信号的设备可以包括一个或多个偏转透镜。控制系统可以被布置以渐进地扫描施加至偏转透镜的电势或波形以穿过飞行时间检测器的区域扫描或光栅化处理。

不同通道中的每个可以包括在数据获取系统中的分开的存储位置。

用于在多个不同通道上交替地或顺序地记录离子信号的设备可以包括一个或多个偏转透镜。

根据一方面，提供了包括如上面所描述的飞行时间质量分析器的质谱仪。

根据进一步方面，提供可一种方法，其包括：

将离子送至以过采样操作模式操作的飞行时间质量分析器；和

在多个不同通道上顺序地记录离子的离子信号从而获得多个第一质谱数据集。

根据另一方面，提供了以过采样操作模式可操作的飞行时间质量分析器，其包括：

控制系统，其以过采样操作模式布置和改造以在多个不同通道上顺序地记录离子信号从而获得多个第一质谱数据集。

这些方面的方法和飞行时间质量分析器可以进一步包括任何或所有步骤或特征，或者控制系统可以进一步被布置和改造以执行本文描述的任何或所有步骤。

根据一方面，提供了以过采样模式操作或可操作的飞行时间质谱仪，其包括：

上游分离设备，凭借其在使用中随着离子信号从分离设备洗脱，通过飞行时间质量分析器检测的离子信号顺序地被引导至多个不同通道，从而当与复合的未分离的信号比较时降低任何单独通道中的峰强度；和

其中每个通道中的离子信号被单独地多路解编。

分离通常可以被嵌套入色谱和飞行时间时间尺度之间的时间中。

分离设备可以根据离子迁移率分离。

分离设备可以包括质量选择离子阱。

分离设备可以包括质量选择离子过滤器。

采用的过采样技术可以包括编码的频脉冲(“EFP”)技术。

每个通道可以包括多像素飞行时间检测器的指定区域。

每个通道可以可选地或另外地是或者包括在数据获取系统中的分开的存储位置。

质谱仪可以进一步包括：

(a)离子源，其选自：(i)电喷雾电离(“ESI”)离子源；(ii)大气压光电离(“APPI”)离子源；(iii)大气压化学电离(“APCI”)离子源；(iv)基质辅助激光解吸电离(“MALDI”)离子源；(v)激光解吸电离(“LDI”)离子源；(vi)大气压电离(“API”)离子源；(vii)在硅上的解吸电离(Desorption Ionisation on Silicon)(“DIOS”)离子源；(viii)电子碰撞(“EI”)离子源；(ix)化学电离(“CI”)离子源；(x)场电离(“FI”)离子源；(xi)场解吸(“FD”)离子源；(xii)电感耦合等离子体(“ICP”)离子源；(xiii)快原子轰击(“FAB”)离子源；(xiv)液态二级离子质谱(“LSIMS”)离子源；(xv)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(xvi)镍-63放射性离子源；(xvii)大气压基质辅助激光解吸电离离子源；(xviii)热喷雾离子源；(xix)大气采样辉光放电电离(Atmospheric Sampling Glow Discharge Ionisation)(“ASGDI”)离子源；(xx)辉光放电(“GD”)离子源；(xxi)撞击器离子源；(xxii)实时直接分析(“DART”)离子源；(xxiii)激光喷雾电离(“LSI”)离子源；(xxiv)声波喷雾电离(“SSI”)离子源；(xxv)基质辅助入口电离(Matrix Assisted Inlet Ionisation)(“MAII”)离子源；(xxvi)溶剂辅助入口电离(Solvent Assisted Inlet Ionisation)(“SAII”)离子源；(xxvii)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；和(xxviii)激光烧蚀电喷雾电离(“LAESI”)离子源；和/或

(b)一个或多个连续的或脉冲的离子源；和/或

(c)一个或多个离子导向器(ion guide)；和/或

(d)一个或多个离子迁移率分离设备和/或一个或多个场不对称离子迁移率分光计设备；和/或

(e)一个或多个离子阱或一个或多个离子捕集区；和/或

(f)一个或多个碰撞、碎裂或反应单元，其选自：(i)碰撞诱导解离(CollisionalInduced Dissociation)(“CID”)碎裂设备；(ii)表面诱导解离(Surface InducedDissociation)(“SID”)碎裂设备；(iii)电子转移解离(“ETD”)碎裂设备；(iv)电子捕获解离(“ECD”)碎裂设备；(v)电子碰撞或撞击解离碎裂设备；(vi)光诱导解离(“PID”)碎裂设备；(vii)激光诱导解离碎裂设备；(viii)红外辐射诱导解离设备；(ix)紫外辐射诱导解离设备；(x)喷嘴-分离器(skimmer)界面碎裂设备；(xi)源内(in-source)碎裂设备；(xii)源内碰撞诱导解离碎裂设备；(xiii)热或温度源碎裂设备；(xiv)电场诱导碎裂设备；(xv)磁场诱导碎裂设备；(xvi)酶消化或酶降解碎裂设备；(xvii)离子-离子反应碎裂设备；(xviii)离子-分子反应碎裂设备；(xix)离子-原子反应碎裂设备；(xx)离子-亚稳离子反应碎裂设备；(xxi)离子-亚稳分子反应碎裂设备；(xxii)离子-亚稳原子反应碎裂设备；(xxiii)用于反应离子以形成加合物或产物离子的离子-离子反应设备；(xxiv)用于反应离子以形成加合物或产物离子的离子-分子反应设备；(xxv)用于反应离子以形成加合物或产物离子的离子-原子反应设备；(xxvi)用于反应离子以形成加合物或产物离子的离子-亚稳离子反应设备；(xxvii)用于反应离子以形成加合物或产物离子的离子-亚稳分子反应设备；(xxviii)用于反应离子以形成加合物或产物离子的离子-亚稳原子反应设备；和(xxix)电子电离解离(“EID”)碎裂设备；和/或

(g)质量分析器，其选自：(i)飞行时间质量分析器；(ii)正交加速飞行时间质量分析器；和(iii)线性加速飞行时间质量分析器；和/或

(h)一个或多个能量分析器或静电能量分析器；和/或

(i)一个或多个离子检测器；和/或

(j)一个或多个质量过滤器，其选自：(i)四极质量过滤器；(ii)2D或线性四极离子阱；(iii)Paul或3D四极离子阱；(iv)Penning离子阱；(v)离子阱；(vi)扇形磁场质量过滤器；(vii)飞行时间质量过滤器；和(viii)Wien过滤器；和/或

(k)用于脉冲离子的设备或离子门；和/或

(l)用于将基本上连续的离子束转化为脉冲的离子束的设备。

质谱仪可以进一步包括：

(i)C-阱和质量分析器，其包括外筒(outer barrel)状电极和同轴内纺锤状电极，它们形成具有四极-对数电势分布(quadro-logarithmic potential distribution)的静电场，其中在第一操作模式中，离子被传递到C-阱并且然后被注入质量分析器，并且其中在第二操作模式中，离子被传递到C-阱并且然后至碰撞池或电子转移解离设备，其中至少一些离子碎裂为碎片离子，并且其中碎片离子然后被传递至C-阱，然后被注入质量分析器；和/或

(ii)包括多个电极的堆叠环离子导向器，多个电极的每个具有在使用中离子通过其传递的孔并且其中电极的间隔沿着离子路径的长度增加，并且其中离子导向器的上游段中的电极中的孔具有第一直径和其中离子导向器的下游段中的电极中的孔具有小于第一直径的第二直径，并且其中反相的AC或RF电压在使用中被施加至连续的电极。

质谱仪可以进一步包括被布置和改造以施加AC或RF电压至电极的设备。AC或RF电压可以具有选自如下的振幅：(i)<50V峰-峰；(ii)50-100V峰-峰；(iii)100-150V峰-峰；(iv)150-200V峰-峰；(v)200-250V峰-峰；(vi)250-300V峰-峰；(vii)300-350V峰-峰；(viii)350-400V峰-峰；(ix)400-450V峰-峰；(x)450-500V峰-峰；和(xi)>500V峰-峰。

AC或RF电压可以具有选自如下的频率：(i)<100kHz；(ii)100-200kHz；(iii)200-300kHz；(iv)300-400kHz；(v)400-500kHz；(vi)0.5-1.0MHz；(vii)1.0-1.5MHz；(viii)1.5-2.0MHz；(ix)2.0-2.5MHz；(x)2.5-3.0MHz；(xi)3.0-3.5MHz；(xii)3.5-4.0MHz；(xiii)4.0-4.5MHz；(xiv)4.5-5.0MHz；(xv)5.0-5.5MHz；(xvi)5.5-6.0MHz；(xvii)6.0-6.5MHz；(xviii)6.5-7.0MHz；(xix)7.0-7.5MHz；(xx)7.5-8.0MHz；(xxi)8.0-8.5MHz；(xxii)8.5-9.0MHz；(xxiii)9.0-9.5MHz；(xxiv)9.5-10.0MHz；和(xxv)>10.0MHz。

质谱仪也可以包括在离子源上游的色谱或其它分离设备。根据实施方式，色谱分离设备包括液相色谱或气相色谱设备。根据另一实施方式，分离设备可以包括：(i)毛细管电泳(“CE”)分离设备；(ii)毛细管电色谱(“CEC”)分离设备；(iii)基本上刚性的陶瓷基多层微流体基底(“瓷砖”)分离设备；或(iv)超临界流体色谱分离设备。

质谱仪可以包括色谱检测器。

色谱检测器可以包括破坏性色谱检测器，其任选地选自：(i)火焰电离检测器(“FID”)；(ii)气溶胶基检测器或纳克量分析物检测器(纳克级激光计数检测器，NanoQuantity Analyte Detector)(“NQAD”)；(iii)火焰光度检测器(“FPD”)；(iv)原子-发射检测器(“AED”)；(v)氮磷检测器(“NPD”)；和(vi)蒸发光散射检测器(“ELSD”)。

另外地或可选地，色谱检测器可以包括非破坏性色谱检测器，其任选地选自：(i)固定或可变波长UV检测器；(ii)热导检测器(“TCD”)；(iii)荧光检测器；(iv)电子俘获检测器(“ECD”)；(v)电导率监视器；(vi)光致电离检测器(“PID”)；(vii)折射率检测器(“RID”)；(viii)无线电流检测器(radio flow detector)；和(ix)手性检测器。

离子导向器可以维持在选择如下的压力下：(i)<0.0001毫巴；(ii)0.0001-0.001毫巴；(iii)0.001-0.01毫巴；(iv)0.01-0.1毫巴；(v)0.1-1毫巴；(vi)1-10毫巴；(vii)10-100毫巴；(viii)100-1000毫巴；和(ix)>1000毫巴。

附图说明

现在将仅借助于实施例并且参照附图描述各个实施方式，其中：

图1显示了根据实施方式的器械的示意图，在该器械上可以实施本文描述的技术；

图2A图解了在不过采样的情况下获取的质谱，图2B图解了离子迁移率分离，图2C显示了利用编码的频率脉冲以过采样操作模式获取的质谱，图2D显示了在五个分开的通道上记录并分别地从这五个分开的通道多路解编的数据，和图2E显示了根据实施方式获得的重建质谱；

图3显示了离子可以如何被安排以冲击微通道板，导致电子束，其然后可以通过施加可以被施加至x偏转电极的第一偏转电压波形，并且也通过施加可以被施加至y偏转电极的第二偏转电压波形在x和y方向中偏转；和

图4显示了适合于与本文描述的技术一起使用的100像素检测器，其具有500μs/像素照明从而允许检测具有多至50ms的漂移时间的离子。

具体实施方式

本文描述的技术潜在的一般原理参照图1进行说明。由以过采样操作的飞行时间质量分析器4生成的离子信号或数据根据时间函数F(t)被记录至或被引导至离子检测或数据获取系统的多个不同通道中的一个，即离子信号在其上被记录的通道根据时间而改变。任何单独通道上的数据(例如峰强度)的复杂性因而被降低，这有助于成功的多路解编过采样的光谱。因此，将显而易见的是根据各个实施方式的方式是特别有益的。

在图1中示出的示意性几何结构中，样品可以经由色谱界面1(例如LC柱)和电离源2(例如电喷雾)被引入质谱仪。所得到的分析物离子然后穿过分离设备3，其被安排以在离子到达以过采样模式操作的飞行时间质量分析器4之前根据物理化学性质(比如质量或质荷比、离子迁移率、差示离子迁移率或碰撞横截面)分离离子。离子在分离设备3中的分离可以嵌套入色谱和飞行时间时间尺度之间的时间中。由飞行时间质量分析器4生成的数据然后可以被引导至检测器系统5的N个不同通道51、52中的一个。用于改变通道的时间尺度被设定为短于通过分离设备3分离离子的时间尺度，使得与不同物理化学值相关联的不同离子组在不同通道上记录。但是，用于改变通道的时间尺度通常被安排为慢于飞行时间质量分析器4的获得速率，使得在每个通道上记录的数据集包含具有重叠峰的多个飞行时间光谱。

但是，应当领会本文描述的技术不限于在图1中图解的具体器械几何结构。例如，该技术不限于任何具体的界面和/或离子源布置。类似地，器械可以进一步包括沿着该器械定位的各种其它部件，包括一个或多个离子导向器、反应或碰撞池、质量过滤器、分离设备和/或离子阱。

上游分离设备3可以被安排以根据一种或多种物理化学性质分组或分类离子并且因此将时间扩展或调制引入离子束。同时引入分离设备的离子将通常彼此分离，取决于设备的最大特征时间尺度。分离可以用来降低在任何时刻的洗脱光谱的复杂性(丰富性)。在任何时刻的峰强度因而被降低——即相对于复合或未分离的光谱。复杂性的降低允许更大的过采样频率和随之发生的工作循环的改善。

应当领会，分离设备3通常可以根据物理化学性质分离或过滤离子。特别是，考虑可以根据离子迁移率和/或质荷比分离或过滤离子。分离设备3可以包括各种已知的离子迁移率或质荷比分离设备。例如，分离设备3可以包括漂移管或行波离子迁移率分离器或质量选择离子阱。可选地，分离设备3可以包括差示离子迁移率分离或过滤设备，比如场辅助离子迁移率分离(“FAIMS”)设备，或质量过滤器，比如四极质量过滤器。

离子可以根据物理化学性质从分离设备3洗脱并且该洗脱可以由时间函数f(t)描述。时间函数f(t)可以与物理化学性质相关联，即在具体时间下从分离设备3洗脱(并且因此到达飞行时间质量分析器4)的离子将与物理化学性质的具体值相关联。

应当领会，不必需提供分离设备3，并且可以仅根据离子的(伪-)保留时间通过色谱柱1或通过布置在离子源2上游的另一个分子分离器械比如电泳分离设备来分离离子。还应当领会，色谱柱1或其它分子分离器械的使用不是必需的，并且离子可以仅通过分离设备3来分离。还考虑离子根本不需要在它们到达飞行时间质量分析器4之前进行分离，并且可以简单地直接由离子源2提供。

飞行时间质量分析器4可以以过采样模式操作使得到达提取区的离子以多路复用(multiplex)方式被脉冲入飞行时间区。飞行时间质量分析器4可以例如以EFP操作模式操作，如在WO 2011/135477(Verenchikov)中描述的，其中离子根据具有变化的脉冲间隔的可变或伪随机脉冲时间表被脉冲入飞行时间区。脉冲时间表被储存，并且可以然后被用于多路解编数据。但是，还考虑，飞行时间质量分析器4可以根据各种其它适合的多路复用脉冲时间表操作，使得所得到的数据集是过采样的。飞行时间质量分析器4可以采取各种形式。例如，飞行时间质量分析器4可以包括线性或正交加速质量分析器。飞行时间质量分析器可以包括延伸或折叠飞行路径飞行时间质量分析器。

由飞行时间质量分析器4生成的数据然后可以根据时间顺序被引导至检测器系统5的N个不同的通道51、52……中的一个。可以存在任何数目的不同通道。例如，离子信号可以交替地记录在10个或更多、20个或更多、30个或更多、40个或更多、50个或更多、60个或更多、70个或更多、80个或更多、90个或更多、多至100、或者多于100个不同的通道上。数据可以依次地按顺序被引导至不同通道中的每个，使得相邻数据在相邻通道上记录。可选地，数据可以以任何顺序被引导至不同通道中的每个，例如使得相邻顺序在非相邻通道上记录。

数据根据其被记录在N个不同通道上的顺序可以基于上游分离(即基于f(t))。即，离子信号根据其被记录在不同通道上的时间顺序F(t)可以基于描述分离的函数f(t)或者与其相关联。以这种方式，数据在其上被记录的通道可以与离子根据其被分离的物理化学性质相关联。例如，如果离子从分离设备3洗脱为包含许多时间上分离的组分的伪连续束，则首先洗脱的组分可以使用飞行时间检测系统5的第一通道51记录，并且后来洗脱的组分可以顺序地被记录在第二通道52上以及第三和进一步的通道上等。最后，离子信号可以以循环方式使用第一通道51再次开始记录，以此类推。通过在单一分离循环的过程期间多次改变离子信号被引导至的通道，通道51、52……中的每个可以与物理化学性质的具体值或值的范围相关联。

数据在其上正在被记录的通道可以顺序地或渐进地改变。通道可以被连续地改变，例如通过穿过检测器的不同物理区连续地扫描。可选地，通道可以以不连续的或阶梯式方式改变。可以在已经过去一个或多个预先确定的时间间隔之后改变通道。时间间隔可以是等距的或者在长度上可以改变。例如，在峰强度被预期或者已知为最强的地方可以使用较短的时间间隔，而可以将较长的时间间隔用于峰强度被预期为较弱的区域，例如在实验运行开始的时候。预期的峰强度可以例如由快速预扫描测定，这然后被用于根据时间调节在每个通道上储存的数据的量。典型地，在实验过程期间，离子信号可以以循环方式记录在不同通道上，使得与多个分开的时间间隔相关联的离子信号被记录在不同通道的每个上。由于数据将与不同的时间间隔相关联，因此每个时间间隔的峰强度仍然自然地被降低。

作为另一实例，可以动态地改变通道，例如在预先限定数目的离子计数或离子流或强度被记录在具体通道上之后。预先限定数目的离子计数或离子流或强度被可以被设定为使得记录在每个通道上的数据集的复杂性保持在期望阈值以下。数据集的复杂性可以例如由在数据集中的质量峰的数目或者重叠质量峰的数目来限定。复杂性也可以使用数据集内的离子信号的离子计数(court)、离子流或强度来限定。适合的电路可以被提供用于动态地记录在每个通道上正在记录的数据的量，并且然后一旦到达阈值改变通道。

例如，通道可以是数据获取系统中的不同的存储位置。另外地/可选地，这些通道可以是多像素飞行时间检测器的物理上独特的区域。一般而言，不同通道可以采取各种适合的形式，只要离子信号可以交替地记录在不同的通道上，以便于降低在不同通道的每个上记录的数据集的复杂性。通道可以相对于彼此以各种不同的配置或形状布置。例如，通道可以线性地或以二维阵列布置。

在通道上记录的数据可以被独立地处理。数据可以因而在不同通道中单独地多路解编并且然后结合以产生复合质谱。可以使用用于处理和/或多路解编数据的各种不同的技术。例如，当使用EFP过采样技术时，可以基于EFP脉冲时间表的知识多路解编数据。具体而言，在WO 2011/135477(Verenchikov)中描述的处理技术可以与EFP技术一起使用。但是，应当领会，也可以使用各种其它处理技术。

在以渐进或顺序方式改变通道时，可以根据通道数目保留和提取分离的特征。例如，在根据离子迁移率分离离子时，具体种类的漂移时间或离子迁移率值可以基于它们的离子信号在哪个通道上被记录来提取。可选地，漂移时间或迁移率值可以由飞行时间分析器的脉冲的快速采样的轮廓信息重建，例如由编码的频率脉冲提供的。

图2A-2E更详细地图解了技术的方面。具体而言，图解了利用多达大约50ms的时间采用嵌套离子迁移率分离的工作实施例。离子迁移率分离示踪在图2B中示意性地示出，其被分为五个10ms段。这些10ms段的每个内的离子信号被引导至如在图2D中示出的检测器的分开的通道。

图2A图解了在图2B中示出的分离的每个10ms段的潜在质谱(即没有任何过采样)。每个段具有特有的质谱。离子迁移率分离的结果是五个段的每个中的独特的质谱峰的数目与未分离的光谱相比平均降低五倍。

图2C示出了利用以过采样模式操作，例如使用EFP操作的飞行时间分析器获取的质谱。可以看出工作循环相对于图2A实验增强，而且在每个10ms段期间记录的光谱现在包含将需要多路解编的许多重叠峰。再次，如果没有实施离子迁移率分离，则通道的每个接收将获取的大约五分之一的平均复杂性的数据。如上面所讨论的，与每个通道相关联的时间间隔可以被适当地设定以给予期望的复杂性降低。例如，较短的时间间隔可以被用于更进一步降低平均复杂性，例如在样品更加复杂时。另一方面，对于较不复杂的样品，使用较长的时间间隔可能是足够的。还应当领会，每个通道的时间间隔不必需是相同的，并且可以以预先限定的方式改变，或者随着记录数据实时改变。

但是，由于数据分割在不同通道之间，如图2D中所示的，每个通道中的数据可以单独地多路解编。单独多路解编的数据然后可以随后结合以产生复合的解卷积的质谱。以这种方式，光谱复杂性，即每个单独通道的峰的数目被降低，并且因此可以更容易地多路解编。因此，该技术允许成功的多路解编非常丰富的或复杂的数据集。因此，显而易见的是该技术允许实质上更高的工作循环，即更快的过采样的脉冲速率——与将另外可能的相比。图2E显示了通过处理在图2C中示出的质谱获得的，使用高工作循环EFP方式获得的重建的质谱。

图3和4图解了适合于与本文描述的技术一起使用的离子检测系统的实施方式。

在图3中显示的检测系统中，来自离子检测的第一阶段(例如来自转换打拿极或微通道板(“MCP”)31)的电子输出穿过多像素检测器光栅化处理从而顺序地照明检测器的不同区域。检测器的每个区域或像素可以在分开的或单独的基础上多路解编，并且检测器的每个区域与将在复合光谱上观察到的相比具有少得多的峰重叠。

来自MCP 31的电子输出穿过聚焦布置，然后到达“x”和“y”偏转板对33。在图3中图解的聚焦布置包括第一聚焦透镜对32a、针孔32b和第二聚焦透镜对32b。但是，应当领会，也可以使用各种其它离子光学或其它聚焦布置。通过调节施加至偏转板33的电势，电子可以被引导至多像素位置敏感的飞行时间检测器34的具体像素35、36上。偏转板33和聚焦布置可以被布置以动态地聚焦电子使得它们被布置为聚焦在检测器34的相关像素上。例如，电子可以被布置从而以大于大约5keV的能量到达检测器。

可以被施加至偏转板33的适合的“x”和“y”偏转电压波形在图3的底部示出并且可以被用于在上面关于图2讨论的50ms离子迁移率分离。“y”偏转电压可以在离子迁移率分离的过程内，即在大约50ms的时间尺度内扫描。在每个“y”方向扫描期间，“x”偏转电压可以被重复地扫描，使得电子穿过飞行时间检测器的整个区域被顺序地扫描。该扫描然后被重复用于随后的操作循环。

虽然图3示出了适合的离子检测系统的实例，其中离子被转化为电子以便于检测，但是应当领会，也可以使用各种其它适合的离子检测系统。例如，离子可以被直接地检测，或者可以被转化为光子或其它粒子以便于检测。

类似地，虽然图3示出了一种适合的聚焦和偏转布置，但是应当领会，其它适合的光学器件可以被提供以将粒子聚焦在检测器上，和以交替离子信号在其上被记录的检测器的通道或区。应当领会，离子信号被交替地记录在不同通道上的方式可以取决于通道的形式和位置，和通道如何相对于彼此物理地布置。典型地，不同通道可以位于不同的、固定的物理位置，使得离子可以交替地被引导至与多个不同通道相关联的许多不连续的不同物理位置。也将考虑离子的方向可以连续地改变，使得检测器的表面或区域可以连续地被扫过。进一步考虑检测器自身可以被移动，使得通道被交替地移动至接收来自飞行时间区的离子的位置。图4示出了具有500μs/像素照明时间的100像素检测器的实例，其允许50ms的最大漂移时间。随着扫描如箭头指示的沿着“y”方向渐进地向下移动，电子穿过检测器的“x”方向被重复地扫描。不同像素的每个代表离子信号在其上可以被记录的不同通道。虽然图4中的像素检测器是方阵列，但是应当领会可以使用各种其它适合大小和/或形状的检测器。

应当领会，在分离设备3根据离子的离子迁移率分离离子时，离子信号在其上被记录的检测器的区域将与离子迁移率分离时间相关联。离子的离子迁移率或漂移时间可以因而由像素数目测定。大约100kHz的典型过采样速率对于描绘离子迁移率峰的轮廓是非常足够的。在这样的过采样方案中，离子迁移率时间的测定可以成为多路解编程序的一部分，因为每个加速事件推进离子迁移率分离器时间已知的量，直到离子迁移率分离循环被重复。

应当领会，不必单独地处理每个单独的像素。例如，像素组可以在一起多路解编，前提是复合光谱不太复杂从而阻止成功的多路解编。例如，这可以对于如此数据集进行：该数据集被确定或预期为相对稀少的或不复杂的，并且因而包含相对少的(重叠的)峰。

虽然已经参照各个实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将理解可以进行形式和细节的各种变化而不背离如在所附权利要求中所提出的本发明的范围。

Claims (16)

1.一种质谱方法，其包括：

将离子送至以过采样操作模式操作的飞行时间质量分析器；和

在多个不同通道上交替地或顺序地记录所述离子的离子信号以获得多个第一过采样的质谱数据集。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

处理所述多个第一过采样的质谱数据集中的每个以获得多个第二质谱数据集；和

结合所述多个第二质谱数据集以形成复合质谱或者质谱数据集。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述处理所述多个第一过采样的质谱数据集中每个的步骤包括多路解编所述多个第一过采样的质谱数据集中的每个以获得所述多个第二质谱数据集。

4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，进一步包括在将所述离子送至所述飞行时间质量分析器之前根据一种或多种物理化学性质分离或过滤所述离子。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括在所述多个不同通道上交替地或顺序地记录所述离子的所述离子信号使得所述第一质谱数据集中的每个与所述物理化学性质的值或者值的范围相关联。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述物理化学性质包括：(i)离子迁移率；和/或(ii)差示离子迁移率；和/或(iii)碰撞横截面(“CCS”)；和/或(iv)质量或质荷比；和/或(v)色谱保留时间。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，进一步包括在达到通道的离子信号阈值之后动态地交替离子信号在其上被记录的通道。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中以过采样操作模式操作所述飞行时间质量分析器的步骤进一步包括采用编码的频脉(“EFP”)。

9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中在所述多个不同通道上交替地或顺序地记录离子信号包括穿过多像素飞行时间检测器的区域扫描或光栅化处理，其中所述多个不同通道包括所述检测器的指定的或不连续的区域或像素。

10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述多个不同通道包括在数据获取系统中的分开的存储位置。

11.以过采样操作模式可操作的飞行时间质量分析器，其包括：

控制系统，其以所述过采样操作模式布置和改造以在多个不同通道上交替地或顺序地记录离子信号以便获得多个第一多采样的质谱数据集。

12.根据权利要求11所述的飞行时间质量分析器，进一步包括用于根据一种或多种物理化学性质分离或过滤离子的分离设备。

13.根据权利要求12所述的飞行时间质量分析器，其中所述分离设备包括：(i)离子迁移率或差示离子迁移率分离设备；(ii)质量或质荷比分离设备；(iii)质量选择离子阱；和/或(iv)质量选择离子过滤器。

14.根据权利要求11、12或13中任一项所述的飞行时间质量分析器，其中所述不同通道中的每个包括多像素飞行时间检测器的指定的或不连续的区域或像素。

15.根据权利要求11-14中任一项所述的飞行时间质量分析器，其中所述不同通道中的每个包括在数据获取系统中的分开的存储位置。

16.一种质谱仪，其包括根据权利要求11-15中任一项所述的飞行时间质量分析器。