CN112673452A - 用于在静电线性离子阱中捕获离子的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于俘获离子以进行其测量的系统，所述系统可以包括：静电线性离子阱（ELIT）；离子源，所述离子源用于将离子供应给所述ELIT；处理器，所述处理器可操作地耦合到ELIT；以及存储器，所述存储器具有存储在其中的指令，所述指令可由所述处理器执行以产生至少一个控制信号来打开所述ELIT，从而允许由所述离子源供应的离子进入所述ELIT；确定与从所述离子源流入打开的所述ELIT中的离子的频率对应的离子进入频率；生成或接收目标离子电荷值；根据所述目标离子电荷值和确定的离子进入频率确定最佳阈值；以及产生至少一个控制信号，以在所述ELIT内的离子的电荷超过所述最佳阈值时关闭所述ELIT，从而在所述ELIT中俘获所述离子。

Description

用于在静电线性离子阱中捕获离子的设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年6月4日提交的美国临时专利申请号62/680,296的优先权和权益，该申请的公开内容通过引用全部并入本文。
政府权利
本发明是在由美国国家科学基金会授予的CHE1531823下的政府支持下进行的。美国政府在本发明中享有某些权利。
技术领域
本公开大体上涉及电荷检测质谱分析仪器，并且更具体地涉及用这些仪器进行质量和电荷测量。
背景技术
质谱分析提供通过根据离子质量和电荷分离物质的气态离子来鉴定化学成分。已经开发了各种仪器和技术来确定这种分离的离子的质量，并且一种这样的技术被称为电荷检测质谱分析（CDMS）。在CDMS中，根据测量的离子质荷比（通常被称为“m/z”）和测量的离子电荷来测量离子质量。
利用早期CDMS检测器的m/z和电荷测量的高度不确定性已经导致了静电线性离子阱（ELIT）检测器的开发，在该检测器中，使离子通过电荷检测圆筒来回振荡。离子多次通过这样的电荷检测圆筒为每个离子提供多次测量，并且结果已经表明，电荷测量的不确定性以n1/2降低，其中，n是电荷测量的次数。然而，在电荷检测器上拾取的外来和/或其他电荷可能对区分有效和可检测的电荷与电荷检测器噪声带来挑战，并且当电荷信号水平接近电荷检测器的噪声基底时，这种影响会变得甚至更加明显。因此，期望寻求ELIT设计和/或操作的改进，这些改进将有效的、可检测的电荷测量范围扩展到超过使用当前ELIT设计可获得的测量。
发明内容
本公开可以包括所附权利要求中所叙述的特征中的一个或多个和/或以下特征中的一个或多个以及其组合。在第一方面，用于俘获离子以进行其测量的系统可以包括：静电线性离子阱（ELIT）；离子源，该离子源被配置成将离子供应给ELIT；处理器，该处理器可操作地耦合到ELIT；以及存储器，该存储器具有存储在其中的指令，该指令在由至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器：（i）产生至少一个控制信号以打开ELIT，从而允许由离子源供应的离子进入ELIT；（ii）确定与从离子源流入打开的ELIT中的离子的频率对应的离子进入频率；（iii）生成或接收目标离子电荷值；（iv）根据目标离子电荷值和确定的离子进入频率确定最佳阈值；以及（v）产生至少一个控制信号，以在ELIT内的离子的电荷超过最佳阈值时关闭ELIT，从而在ELIT中俘获离子。
在第二方面，提供了一种在静电线性离子阱（ELIT）中俘获由离子源供应的离子以进行其测量的方法。该方法可以包括：（1）利用处理器产生至少一个控制信号以打开ELIT，从而允许由离子源供应的离子进入ELIT；（ii）利用处理器确定与从离子源流入打开的ELIT中的离子的频率对应的离子进入频率；（iii）利用处理器生成或接收目标离子电荷值；（iv）利用处理器根据目标离子电荷值和确定的离子进入频率确定最佳阈值；以及（v）利用处理器产生至少一个控制信号，以在ELIT内的离子的电荷超过最佳阈值时关闭ELIT，从而在ELIT中俘获离子。
在第三方面，用于分离离子的系统可以包括：在上述方面中的任一者中描述的离子俘获系统，其中，离子源被配置成从样品生成离子；以及至少一个离子分离仪器，该离子分离仪器被配置成根据至少一个分子特性分离所生成的离子，其中，离开所述至少一个离子分离仪器的离子被供应给ELIT。
在第四方面，用于分离离子的系统可以包括：离子源，该离子源被配置成从样品生成离子；第一质谱仪，该第一质谱仪被配置成根据质荷比分离所生成的离子；离子解离级，该离子解离级被定位成接收离开第一质谱仪的离子并且被配置成解离离开第一质谱仪的离子；第二质谱仪，该第二质谱仪被配置成根据质荷比分离离开离子解离级的所解离的离子；以及上面在第三方面中所描述的系统，该系统与离子解离级平行耦合并且耦合到离子解离级，使得第三方面的系统可以接收离开第一质谱仪和离子解离级中的任一者的离子，其中，第三方面的系统是电荷检测质谱仪（CDMS），其中，使用CDMS来测量离开第一质谱仪的前体离子的质量，使用第二质谱仪来测量具有低于阈值质量的质量值的前体离子的所解离的离子的质荷比，并且使用CDMS来测量具有等于或高于阈值质量的质量值的前体离子的所解离的离子的质荷比和电荷值。
附图说明
图1是离子质量检测系统的简化图，该离子质量检测系统包括具有耦合到其的控制和测量部件的静电线性离子阱（ELIT）的实施例。
图2A是图1所示的ELIT的离子镜M1的放大图，其中，M1的镜电极被控制以在其中产生离子传输电场。
图2B是图1所示的ELIT的离子镜M2的放大图，其中，M2的镜电极被控制以在其中产生离子反射电场。
图3是图1所示的处理器16的实施例的简化图。
图4A至图4C是图1的ELIT的简化图，其显示了离子镜和电荷发生器的用于在ELIT内捕获至少一个离子并且使（多个）离子在离子镜之间并且通过电荷检测圆筒来回振荡以测量和记录多个电荷检测事件的顺序控制和操作。
图5A是电荷检测圆筒电荷相对时间的曲线图，其示出了相对于取决于电荷检测圆筒上的噪声电荷参考的大振幅电荷检测信号的示例电荷检测阈值水平。
图5B是电荷检测圆筒电荷相对时间的曲线图，其示出了被选择来在ELIT的触发俘获操作期间在电荷检测圆筒上的低振幅电荷检测信号和噪声的组合上提供触发的修改后的电荷检测阈值（如与图3A相比）。
图6A是检测频率相对一个示例离子进入频率的比较器阈值的曲线图，其示出了与各种不同的电荷信号振幅相关联的示例检测频率和比较器阈值轮廓对。
图6B是检测概率相对电荷信号振幅的曲线图，其示出了与不同的比较器阈值相关联的示例检测概率和电荷信号振幅轮廓对。
图6C是检测频率相对离子进入频率的曲线图，其示出了给定比较器阈值和电荷信号振幅对的示例检测频率和离子进入频率轮廓。
图6D是校正因子相对离子进入频率的曲线图，示出了给定比较器阈值和离子电荷水平对的示例校正因子和离子进入频率。
图7是用于选择和修改图3所示的比较器阈值以基于对低电荷离子的检测来触发ELIT的俘获控制的过程的实施例的流程图。
图8A是包括图1至图3所示的ELIT和如本文中所描述操作的离子分离仪器的实施例的简化框图，其示出了示例离子处理仪器，该示例离子处理仪器可以形成ELIT上游的离子源的一部分和/或可以设置在ELIT下游，以进一步处理离开ELIT的（多个）离子。
图8B是包括图1至图3所示的ELIT和如本文中所描述操作的离子分离仪器的另一个实施例的简化框图，其示出了示例实施方式，该示例实施方式将常规的离子处理仪器与本文中所示和所描述的离子质量检测系统的任何实施例相结合。
具体实施方式
为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图中所示的一些说明性实施例，并且将使用具体语言来描述这些实施例。
本公开涉及一种静电线性离子阱（ELIT）以及用于在其触发俘获操作期间选择和修改电荷检测阈值以促进在ELIT中俘获弱电荷离子（即具有低电荷大小的离子）的设备和方法。为了本公开的目的，短语“电荷检测事件”被定义为检测单次通过ELIT的电荷检测器的离子相关联的电荷，并且短语“离子测量事件”被定义为电荷检测事件的集合，这些电荷检测事件由来回通过电荷检测器选定次数或在选定时间段内来回通过电荷检测器的离子的振荡产生。
参照图1，示出了电荷检测质谱仪（CDMS）10，该CDMS 10包括具有耦合到其的控制和测量部件的静电线性离子阱（ELIT）14的实施例。在所示的实施例中，CDMS 10包括可操作地耦合到ELIT 14的入口的离子源12。如将进一步参考图7A所描述的，离子源12说明性地包括用于从样品生成离子的任何常规装置或设备，并且可以进一步包括用于根据一个或多个分子特性分离、收集、过滤、碎片化和/或标准化或转变离子的电荷状态的一个或多个装置和/或仪器。作为一个说明性示例（其不应被认为在任何方面都有限制），离子源12可以包括耦合到常规质谱仪的入口的常规电喷雾电离源、基质辅助激光解吸电离（MALDI）源等。质谱仪可以具有任何常规的设计，例如，包括但不限于飞行时间（TOF）质谱仪、反射式质谱仪、傅里叶变换离子回旋共振（FTICR）质谱仪、四极质谱仪、三重四极质谱仪、磁扇形质谱仪等。在任何情况下，质谱仪的离子出口可操作地耦合到ELIT 14的离子入口。从其生成离子的样品可以是任何生物或其他材料。
在所示的实施例中，ELIT 14说明性地包括电荷检测器CD，该电荷检测器CD被接地室或圆筒GC包围并且可操作地耦合到分别定位在其相对端处的相对离子镜M1、M2。离子镜M1可操作地定位在离子源12和电荷检测器CD的一端之间，并且离子镜M2可操作地定位在电荷检测器CD的相对端处。每个离子镜M1、M2都在其中限定相应的离子镜区域R1、R2。离子镜M1、M2的区域R1、R2、电子检测器CD和电荷检测器CD与离子镜M1、M2之间的空间一起限定通过其中心的纵向轴线22，该纵向轴线22说明性地代表通过ELIT 14和位于离子镜M1、M2之间的理想离子行进路径，如下面更详细地描述的。
在所示的实施例中，电压源V1、V2分别电连接到离子镜M1、M2。每个电压源V1、V2都说明性地包括一个或多个可切换DC电压源，该可切换DC电压源可以被控制或被编程以选择性地产生数量为N的可编程或可控电压，其中，N可以是任何正整数。下面将参考图2A和图2B描述这样的电压的说明性示例，以建立离子镜M1、M2中的每一者的两种不同的操作模式中的一种，如下面将详细地描述的。在任何情况下，在由电压源V1、V2选择性地建立的电场的影响下，离子在ELIT 14内沿延伸通过电荷检测器CD和离子镜M1、M2的中心的纵向轴线22移动。
说明性地示出了由数量为P的信号路径电连接到常规处理器的电压源V1、V2，该常规处理器16包括存储器18，该存储器18具有存储在其中的指令，该指令在由处理器16执行时使处理器16控制电压源V1、V2，以产生期望的DC输出电压，以便分别在相应的离子镜M1、M2的区域R1、R2内选择性地建立离子传输和离子反射电场TEF、REF。P可以是任何正整数。在一些替代实施例中，电压源V1、V2中的任一者或两者可以是可编程的，以选择性地产生一个或多个恒定输出电压。在其他替代实施例中，电压源V1、V2中的任一者或两者可以被配置成产生任何期望形状的一个或多个时变输出电压。将理解，在替代实施例中，更多或更少的电压源可以电连接到离子镜M1、M2。
电荷检测器CD说明性地以导电圆筒的形式提供，该导电圆筒电连接到电荷灵敏前置放大器CP的信号输入，并且电荷前置放大器CP的信号输出电连接到处理器16。利用在ELIT14内被俘获并且在离子镜M1、M2之间来回振荡的离子，如下面进一步详细描述的，电荷前置放大器CP可说明性地以常规方式操作以检测在离子通过离子镜M1、M2之间时在电荷检测圆筒上感应出的电荷（CH），从而产生与其对应的电荷检测信号（CHD）并且将电荷检测信号CHD供应给处理器16。处理器16进而说明性地可操作以接收和数字化由电荷前置放大器CP产生的电荷检测信号CHD，并且将数字化的电荷检测信号CHD存储在存储器18中。
处理器16进一步说明性地耦合到一个或多个外围装置20（PD），该外围装置用于将（多个）外围装置信号输入（PDS）提供给处理器16和/或处理器16将（多个）信号外围装置信号输出（PDS）提供给该外围装置。在一些实施例中，外围装置20包括常规的显示监视器、打印机和/或其他输出装置中的至少一种，并且在这样的实施例中，存储器18具有存储在其中的指令，该指令在由处理器16执行时使处理器16控制一个或多个这样的输出外围装置20，以显示和/或记录所存储的、数字化的电荷检测信号的分析。在一些实施例中，常规的离子检测器24，例如呈一个或多个微通道板检测器的形式，被定位成与离子镜M2的离子出口孔相邻，并且离子检测器24的至少一个输出电连接到处理器16。离子检测器24可以常规方式操作以检测离开ELIT 14的离子镜M2的离子，并且将对应的离子检测信号MCP提供给处理器16。如下面将更详细地描述的，由检测器24提供给处理器16的离子检测信息可以被用来促进调整ELIT 14的部件和/或操作条件中的一者或多者，以确保对通过电荷检测圆筒CD的离子的足够检测。
电压源V1、V2说明性地以下面详细描述的方式控制，这种方式选择性地俘获进入ELIT 14的离子，并且使被俘获的离子在离子镜M1、M2之间来回振荡，使得其重复通过电荷检测圆筒CD。在电荷检测器CD处测量多个电荷和振荡周期值，并且对记录的结果进行处理，以确定在ELIT 14中俘获的离子的质荷比、电荷和质量值。
现在参照图2A和图2B，分别示出了图1中所描绘的ELIT 14的离子镜M1、M2的实施例。说明性地，离子镜M1、M2彼此相同，因为每一个都包括4个间隔开的、导电的镜电极的级联布置。对于离子镜M1、M2中的每一者，第一镜电极301具有厚度W1并且限定通过其中心的直径为P1的通路。端盖32固定或耦合到第一镜电极301的外表面，并且限定通过其中心的孔A1，该孔A1分别充当对应离子镜M1、M2的离子入口和/或出口。在离子镜M1的情况下，端盖32耦合到图1所示的离子源12的离子出口或是其一部分。每个端盖32的孔A1都说明性地具有直径P2。
每个离子镜M1、M2的第二镜电极302与第一镜电极301间隔开具有宽度W2的空间。如同镜电极301，第二镜电极302具有厚度W1并且限定通过其中心的直径为P2的通路。每个离子镜M1、M2的第三镜电极303同样与第二镜电极302间隔开宽度为W2的空间。第三镜电极302具有厚度W1，并且限定通过其中心的宽度为P1的通路。
第四镜电极304与第三镜电极303间隔开宽度为W2的空间。第四镜电极304说明性地具有W1的厚度，并且由围绕电荷检测器CD设置的接地圆筒GC的相应端形成。第四镜电极304限定通过其中心的孔A2，该孔A2说明性地是圆锥形形状并且在接地圆筒GC的内面和外面之间从在接地圆筒GC的内面处限定的直径P3线性增加到在接地圆筒GC的外面（其也是对应离子镜M1、M2的内面）处限定的直径P1。
在镜电极301至304之间限定的空间在一些实施例中可以是空隙，即真空间隙，并且在其他实施例中，这样的空间可以用一种或多种非导电材料（例如介电材料）填充。镜电极301至304和端盖32是轴向对准的，即共线的，使得纵向轴线22通过每个对准的通路的中心，并且也通过孔A1、A2的中心。在镜电极301至304之间的空间包括一种或多种非导电材料的实施例中，这样的材料将同样限定从其通过的相应通路，这些通路与通过镜电极301至304限定并且说明性地具有P2或更大的直径的通路轴向对准，即共线。说明性地，P1＞P3＞P2，尽管在其他实施例中，其他相对直径布置是可能的。
在离子镜M1的孔A1、A2之间限定区域R1，并且同样，在离子镜M2的孔A1、A2之间限定另一个区域R2。说明性地，区域R1、R2在形状和体积方面都彼此相同。
如上所述，电荷检测器CD说明性地以细长的导电圆筒的形式提供，该圆筒被定位在离子镜M1、M2之间并且与对应的离子镜间隔开宽度为W3的空间。在一个实施例中，W1＞W3＞W2，并且P1＞P3＞P2，尽管在替代实施例中，其他相对宽度布置是可能的。在任何情况下，纵向轴线22都说明性地延伸通过由电荷检测圆筒CD限定的通路的中心，使得纵向轴线22延伸通过由离子镜M1、M2的区域R1、R2限定的通路和通过电荷检测圆筒CD限定的通路的组合的中心。在操作中，接地圆筒GC被说明性地控制到接地电位，使得每个离子镜M1、M2的第四镜电极304总是处于接地电位。在一些替代实施例中，离子镜M1、M2中的任一者或两者的第四镜电极304可以被设置为任何期望的DC参考电位或可切换DC或其他时变电压源。
在图2A和图2B中所示的实施例中，电压源V1、V2各自被配置成各自产生四个DC电压D1至D4，并且将电压D1至D4供应给相应离子镜M1、M2的镜电极301至304中的相应镜电极。在镜电极301至304中的一者或多者总是被保持在接地电位的一些实施例中，一个或多个这样的镜电极301至304可以可替代地电连接到相应电压供应V1、V2的接地参考，并且对应的一个或多个电压输出D1至D4可以省略。替代地或附加地，在其中镜电极301至304中的任何两者或多于两者都将被控制到相同的非零DC值的实施例中，任何这样的两个或更多个镜电极301至304可以电连接到电压输出D1至D4中的单个电压输出，并且输出电压D1至D4中的多余的输出电压可以省略。
通过电压D1至D4的选择性施加，每个离子镜M1、M2都说明性地可控制且可在离子传输模式（图2A）和离子反射模式（图2B）之间切换，在离子传输模式下，由相应电压源V1、V2产生的电压D1至D4在其相应区域R1、R2中建立离子传输电场（TEF），在离子反射模式下，由相应电压源V1、V2产生的电压D1至D4在其相应区域R1、R2中建立离子反射电场（REF）。如图2A中的示例所示，一旦来自离子源12的离子通过离子镜M1的入口孔A1飞入离子镜M1的区域R1中，通过经由选择性地控制V1的电压D1至D4，离子通过在离子镜M1的区域R1中建立的离子传输电场TEF向ELIT 14集中。由于离子镜M1的区域R1中的传输电场TEF的集中效应，通过接地室GC的孔A2离开离子镜M1的区域R1的离子获得窄轨迹36进入并接近纵向轴线22通过电荷检测圆筒CD。经由对电压源V2的电压D1至D4的相同控制，可以在离子镜M2的区域R2内选择性地建立相同的离子传输电场TEF。在离子传输模式下，经由M2的孔A2从电荷检测圆筒CD进入区域R2的离子通过区域R2内的离子传输电场TEF向纵向轴线22集中，使得离子通过其孔A1离开离子镜M2。
如图2B中的示例所示，经由选择性地控制V2的电压D1至D4在离子镜M2的区域R2中建立的离子反射电场REF用于使经由M2的离子入口孔A2从电荷检测圆筒CD进入离子区域R2的离子减速和停止，以使离子在相反的反方向上加速通过M2的孔A2并进入电荷检测圆筒CD的与由离子轨迹38描绘的M2相邻的端部中，并且使离子在离子镜M2的区域R2内向中心纵向轴线22集中，以便保持离子通过电荷检测器CD向离子镜M1返回的窄轨迹。可以经由对电压源V1的电压D1至D4的相同控制在离子镜M1的区域R1内选择性地建立相同的离子反射电场REF。在离子反射模式下，经由M1的孔A2从电荷检测圆筒CD进入区域R1的离子由在区域R1内建立的离子反射电场REF减速和停止，然后在相对的反方向上加速通过M1的孔A2并进入电荷检测圆筒CD的与M1相邻的端部，并且在离子镜M1的区域R1内向中心纵向轴线22集中，以便保持离子通过电荷检测器CD并向离子镜M2返回的窄轨迹。正如所描述的，穿过ELIT 14的长度并且由离子区域R1、R2中的离子反射电场REF以使得离子能够在离子镜M1、M2之间通过电荷检测圆筒CD继续来回行进的方式反射的离子被认为是在ELIT 14内俘获的。
在下面的表I中示出了分别由电压源V1、V2产生的用于将离子镜M1、M2中的相应离子镜控制到上述离子传输和反射模式的输出电压D1至D4的示例集。将理解，D1至D4的下列值仅以举例的方式提供，并且D1至D4中的一个或多个的其他值可以替代地使用。
表I
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
虽然在图1至图2B中将离子镜M1、M2和电荷检测圆筒CD示出为限定从其通过的圆筒形通路，但是将理解，在替代实施例中，离子镜M1、M2中的任一者或两者和/或电荷检测圆筒CD可以限定从其通过的非圆筒形通路，使得纵向轴线22通过其中心的（多个）通路中的一个或多个代表非圆形的横截面积和轮廓。在其他实施例中，不管横截面轮廓的形状如何，通过离子镜M1限定的通路的横截面积可以与通过离子镜M2限定的通路不同。
现在参照图3，示出了图1所示的处理器16的实施例。在所示的实施例中，处理器16包括常规的放大器电路40，该放大器电路40具有接收由电荷前置放大器CP产生的电荷检测信号CHD的输入和电连接到常规的模数（A/D）转换器42的输入的输出。A/D转换器42的输出电连接到第一处理器50（P1）。放大器40可以常规方式操作以放大由电荷前置放大器CP产生的电荷检测信号（CHD），并且A/D转换器进而可以常规方式操作以将放大的电荷检测信号转换为数字电荷检测信号CDS。在所示的实施例中，处理器50可操作以将每个电荷检测事件的电荷检测信号CDS存储在离子测量事件中，使得存储在处理电路50中的离子测量事件记录包括多个电荷检测事件测量。
图3所示的处理器16进一步包括常规的比较器44，该比较器44具有接收由电荷前置放大器CP产生的电荷检测信号CHD的第一输入、接收由阈值电压发生器（TG）46产生的阈值电压CTH的第二输入以及电连接到处理器50的输出。在一些实施例中，处理器16进一步包括信号调节电路45，该信号调节电路45具有接收电荷检测信号CHD的输入和电连接到图3中的示例所示的比较器44的输出。在不包括信号调节电路45的实施例中，比较器44可以常规方式操作以在其输出处产生触发信号TR，该信号TR依赖于电荷检测信号CDH相对于阈值电压CTH的大小的大小。在一个实施例中，例如，只要CHD小于CTH，比较器44就可操作以在参考电压（例如接地电位）处或附近产生“无效”触发信号TR，并且当CHD等于或超过CTH时，比较器44可操作以在电路40、42、44、45、46、50的供应电压处或附近产生“有效”TR信号。在替代实施例中，只要CHD小于CTH，比较器44就可以可操作以在供应电压处或附近产生“无效”触发信号TR，并且当CHD等于或超过CTH时，比较器44就可操作以在参考电位处或附近产生“有效”触发信号TR。本领域技术人员将认识到，其他不同的触发信号大小和/或不同的触发信号极性可以被用来建立触发信号TR的“无效”和“有效”状态，只要这种不同的触发信号大小和/或不同的触发信号极性可由处理器50区别，并且将理解，任何这样的其他不同的触发信号大小和/或不同的触发信号极性旨在落入本公开的范围内。在任何情况下，比较器44可以附加地以常规方式设计成包括期望数量的迟滞，以防止输出在参考电压和供应电压之间的快速切换。
在包括上面简要描述的信号调节电路45的实施例中，这种信号调节电路45可以说明性地以常规的带通滤波电路的形式提供，该带通滤波电路被配置成在合适的频率范围内传递信号，以便将正当的电荷检测事件信号传递给比较器44，但是阻止较高频率噪声脉冲到达比较器44，从而降低噪声触发检测事件的可能性。在包括信号调节电路45的其他实施例中，这种信号调节电路45可以以信号整形放大器的形式提供，该信号整形放大器被配置成产生边缘检测高斯型输出信号，即形状像高斯函数的输出信号。这种信号整形放大器将说明性地将电荷检测信号CHD的上升沿转换为短高斯型脉冲，并且将电荷检测信号CHD的下降沿转换为相对极性的相似的高斯型脉冲。在该实施例中，当高斯型信号中的任一个超过比较器44的切换阈值电压时，比较器44将产生“有效”触发信号TR。
在所示的实施例中，处理器50可操作（即被编程成），以控制阈值电压发生器46产生阈值电压CTH。在一个实施例中，阈值电压发生器46以常规的可控DC电压源的形式实施，该可控DC电压源被配置成响应数字阈值控制信号THC，例如以单个串行数字信号或多个并行数字信号的形式，以产生具有由数字阈值控制信号THC定义的极性和大小的模拟阈值电压CTH。在替代实施例中，阈值电压发生器46可以常规的数模（D/A）转换器的形式提供，该D/A转换器响应于串行或并行数字阈值电压TCH，以产生模拟阈值电压CTH，该模拟阈值电压CTH具有由数字阈值控制信号THC定义的大小，并且在一些实施例中，具有由数字阈值控制信号THC定义的极性。在一些这样的实施例中，D/A转换器可以形成处理器50的一部分。本领域技术人员将认识到用于选择性地产生期望大小和/或极性的阈值电压CTH的其他常规电路和技术，并且将理解，任何这样的其他常规电路和/或技术都旨在落入本公开的范围内。
除了由处理器50所执行的前述功能，在包括离子检测器24的实施例中，处理器50可进一步操作以接收和处理由离子检测器24产生的输出信号MCP，并且控制上面参考图2A、图2B描述的电压源V1、V2，以分别在离子镜M1、M2的区域R1、R2内选择性地建立离子传输和反射场。在一个实施例中，处理器50说明性地以正如上面所述被编程的现场可编程门阵列（FPGA）的形式提供，以收集和存储电荷检测事件和离子测量事件的电荷检测信号CDS，产生阈值电压CTH的大小和/或极性从其确定和导出的（多个）阈值控制信号TCH，并且基于离子检测信号MCP并且基于如相对于通过监测由比较器44产生的输出TR而确定的阈值电压CTH的电荷检测信号CHD来控制电压源V1、V2。在该实施例中，参考图1描述的存储器18集成到FPGA的编程中并且形成其一部分。在替代实施例中，处理器50可以一个或多个常规微处理器或控制器和一个或多个随附存储器单元的形式提供，该随附存储器单元具有存储在其中的指令，该指令在由所述一个或多个微处理器或控制器执行时使所述一个或多个微处理器或控制器正如所描述的那样操作。在其他替代实施例中，处理电路50可以纯粹以一个或多个常规硬件电路的形式实施，该硬件电路被设计成如上所述操作，或设计为一个或多个这样的硬件电路和可操作以执行存储在存储器中的指令以如上所述操作的至少一个微处理器或控制器的组合。
在任何情况下，图3中描绘的处理器16的实施例进一步说明性地包括第二处理器52，该第二处理器52耦合到第一处理器50并且还耦合到一个或多个外围装置20。在一些实施例中，处理器52可以包括一个或多个外围装置20。在任何情况下，处理器52都说明性地可操作以处理存储在第一处理器50中和/或由第一处理器50存储的离子测量事件信息，从而确定离子电荷、质荷和质量信息。处理器52可以任何常规计算机或计算装置的形式提供，该计算机或计算装置能够处理离子测量事件信息，即具有足够的计算能力，以确定、显示、存储和进行离子质量信息的至少一些数量的分析。在一个实施例中，处理器52可以常规个人计算机（PC）的形式提供，尽管在其他实施例中，处理器52可以是或包括具有较大或较小计算能力的一个或多个计算机或计算装置。
如上面参考图2A和图2B简要描述的，电压源V1、V2说明性地由处理器50以在离子镜M1的区域R1中和在离子镜M2的区域R2中选择性地建立离子传输和离子反射电场的方式控制，以通过ELIT 14将离子从离子源12引入ELIT 14中，并且然后使单个离子在ELIT 14内被选择性地俘获，使得被俘获的离子在其在M1和M2之间来回振荡时重复通过电荷检测器CD。参照图4A至图4C，示出了图1的ELIT 14的简化图，描绘了ELIT 14的离子镜M1、M2的这种顺序控制和操作的示例。在以下示例中，处理器50将被描述为根据其编程控制电压源V1、V2的操作，尽管将理解，在替代实施例中，电压源V1的操作和/或电压源V1的操作可以至少部分由处理器52根据其编程来控制。
如图4A所示，ELIT控制序列从处理器50通过在离子镜M1的区域R1内建立离子传输场来控制电压源V1以将离子镜M1控制到操作（T）的离子传输模式，并且也同样通过在离子镜M2的区域R2内建立离子传输场来控制电压源V2以将离子镜M2控制到操作（T）的离子传输模式开始。结果，由离子源12生成的离子进入离子镜M1中，并且在它们进入电荷检测圆筒CD中时，通过在区域R1中建立的离子传输电场TEF向纵向轴线22集中。离子然后通过电荷检测圆筒CD并且进入离子镜M2中，其中，在M2的区域R2内建立的离子传输场将离子向纵向轴线22集中，使得离子通过由图4A中所示的离子轨迹60图示的M2的出口孔A1。在图4A中所示的状态下，M1和M2打开，并且ELIT 14完全打开。在一些实施例中，由离子检测器24产生的离子检测信息被用来调整/修改ELIT 14的一个或多个操作参数或条件，以确保由离子源12生成的一个或多个离子如刚才所述成功地进入ELIT 14或通过该ELIT 14。
现在参照图4B，在离子镜M1、M2中的两者都已经在离子传输操作模式下操作了选定的时间段或直到已经实现成功的离子传输之后，例如通过监测由离子检测器24产生的离子检测信号和按照需要调整/修改ELIT 14的一个或多个操作参数或条件，处理器50说明性地可操作以通过在离子镜M2的区域R2内建立离子反射场来控制电压源V2，从而将离子镜M2控制到操作的离子反射模式（R），同时保持离子镜M1处于如图所示的操作的离子传输模式（T）。结果，由离子源12生成的进入离子镜M1的离子由在离子镜M1的区域R1中建立的离子传输场向纵向轴线22集中，使得离子通过离子镜M1并且进入电荷检测圆筒CD中，如刚刚参考图4A所描述的。离子然后通过电荷检测圆筒CD并且进入离子镜M2中，其中，在M2的区域R2内建立的离子反射场反射（即加速）离子，使其在相反的方向上行进并回到电荷检测圆筒CD中，如图4B中的离子轨迹62所示。在图4B中所示的状态下，M1打开，M2关闭，并且因此，ELIT14在一端（M1）处打开并且在另一端（M2）处关闭。
现在参照图4C，在已经在离子镜M2的区域R2中建立离子反射电场之后，处理器50可操作以通过在离子镜M1的区域R1内建立离子反射场来控制电压源V1，从而将离子镜M1控制到操作的离子反射模式（R），同时保持离子镜M2处于操作的离子反射模式（R），以在ELIT14内俘获离子。在图4C中所示的状态下，M1和M2关闭，并且ELIT 14同样关闭。在一些实施例中，处理器50说明性地可操作，即被编程，以在“随机俘获模式”下控制ELIT 14，在该模式下，在ELIT已经在图4B中所示的状态（其中，M1处于离子传输模式并且M2处于离子反射模式）下操作了选定的时间段之后，处理器50可操作以将离子镜M1控制到操作的反射模式（R）。直到选定的时间已经过去，ELIT 14被控制以在图4B中所示的状态下操作。
在没有任何确认至少有一个离子在ELIT 14内被俘获的情况下，由于将M1定时控制到操作的离子反射模式，使用随机俘获模式的操作在ELIT 14中俘获至少一个离子的概率相对较低。在操作的随机俘获模式期间在ELIT 14内被俘获的离子的数量遵循泊松分布，并且一般理解的是，随机或“连续”俘获是相对低效的，因为只有低于0.1%的离子被俘获。
在与本公开特别相关的其他实施例中，处理器50可操作，即被编程，以便以“触发俘获模式”控制ELIT 14，说明性地，这在其中俘获单个离子的可能性更大。在触发俘获模式的第一版本中，处理器50可操作以监测由比较器44产生的触发信号TR，并且如果/当触发信号TR将其“无效”状态变成“有效”状态时，控制电压源V1，以将离子镜M1控制到操作的反射模式（R），从而在ELIT 14内俘获离子。在一些实施例中，处理器50可以可操作以在检测到触发信号TR的状态变化时立即控制电压源V1，以将离子镜M1控制到操作的反射模式（R），并且在其他实施例中，处理器50可以可操作以在检测到触发信号TR的状态变化之后的预定义延迟周期期满时控制电压源V1，以将离子镜M1控制到反射模式（R）。在任何情况下，触发信号TR从其“无效”状态到“有效”状态的状态变化由电荷前置放大器CP所产生的电荷检测信号CHD达到或超过阈值电压CTH引起，并且因此，与通过离子在电荷检测圆筒CD中移动而在其上感应出的电荷的检测对应。利用因此在电荷检测圆筒CD内移动的离子，通过电压源V1的处理器50进行控制，以将离子镜M1控制到操作的反射模式（R），相对于随机俘获模式，这导致在ELIT 14内俘获离子的概率大幅提高。因此，当离子已经经由离子镜M1进入ELIT 14并且在朝向离子镜M2第一次通过电荷检测圆筒CD时或在已经由离子镜M2的区域R2内建立的离子反射场反射之后（如图4B所示）向后通过电荷检测圆筒CD时被检测到时，离子镜M1被控制到反射模式（R）（如图4C所示）以在ELIT 14内俘获离子。
在触发俘获模式的第二版本中，图4B中所示的过程或步骤被省略或被绕过，并且利用如图4A所示操作的ELIT 14，处理器50可操作以监测由比较器44产生的触发信号TR，并且如果/当触发信号TR将其“无效”状态变成“有效”状态时，控制两个电压源V1、V2，以将相应的离子镜M1、M2控制到操作的反射模式（R），从而在ELIT 14内俘获离子。因此，当离子已经经由离子镜M1进入ELIT 14并且在第一次朝向离子镜M2通过电荷检测圆筒CD（如图4A所示）时被检测到时，离子镜M1和M2两者均被控制到反射模式（R）（如图4C所示），以在ELIT 14内俘获离子。在具有优化离子入口信号强度的常规触发俘获模式下，例如如图5A所描绘的和如下所述，已经表明，与随机俘获的37%相比，在这里被定义为单离子俘获事件和所有获取的俘获事件的比率的俘获效率可以接近90%。
在任何情况下，在离子镜M1、M2两者均被控制到离子反射操作模式（R）以在ELIT14内俘获离子的情况下，分别在离子镜M1和M2的区域R1和R2中建立的相对离子反射场导致离子在离子镜M1和M2之间来回振荡，每次都通过电荷检测圆筒CD，如图4C所描绘的离子轨迹64所示。在一个实施例中，处理器50可操作以保持图4C所示的操作状态，直到离子通过电荷检测圆筒CD选定次数。在替代实施例中，处理器50可操作以在将M1（和在一些实施例中为M2）控制到操作的离子反射模式（R）之后的一段选定时间内保持图4C所示的操作状态。当离子已经通过电荷检测圆筒CD选定次数或已经在离子镜M1、M2之间来回振荡了选定的时间段时，图4A至图4C 的序列返回到图4A所示的序列，其中，处理器50可操作，即被编程，以通过分别在离子镜M1、M2的区域R1、R2内建立离子传输场来控制电压源V1、V2，以分别将离子镜M1、M2控制到操作的离子传输模式（T）。然后，该过程根据期望重复多次。
在离子如图4C所示在离子镜M1、M2之间来回振荡的情况下，每次离子通过ELIT 14的电荷检测器CD时，都会在其上感应出电荷。每个这样的感应出的电荷都被电荷前置放大器CP检测到，并且由电荷前置放大器CP产生的对应电荷检测信号（CHD）由放大器电路40放大并且由A/D转换器42数字化，并且数字化的电荷检测信号CDS的大小和定时由处理器50记录（即存储）为电荷检测事件。因此，每个记录的电荷检测事件记录都说明性地包括与检测到的电荷的大小对应的离子电荷值和与电荷检测事件之间的经过时间对应的振荡周期值。由离子来回振荡通过电荷检测器CD选定次数或历时选定的时间段产生的电荷检测事件的集合构成离子测量事件，如这里定义的术语（也被称为俘获事件）。
离子测量事件数据（即构成离子测量事件的电荷检测事件）说明性地由处理器52处理，以确定离子的电荷、质荷比和质量值。在一个实施例中，通过利用处理器16计算记录的电荷检测事件集合的傅里叶变换来处理离子测量事件数据。处理器16说明性地可操作以使用任何常规数字傅里叶变换（DFT）技术（诸如例如但不限于常规快速傅里叶变换（FFT）算法）来计算这种傅里叶变换。在任何情况下，处理器16然后说明性地可操作以计算离子质荷比值（m/z）、离子电荷值（z）和离子质量值（m），每个都根据计算得到的傅里叶变换。处理器16说明性地可操作以将计算结果存储在存储器18中和/或控制外围装置20中的一个或多个以显示结果，以供观察和/或进一步分析。
一般理解的是，根据等式，通过ELIT的电荷检测器CD在其相对的离子镜M1、M2之间来回振荡的离子的质荷比（m/z）与振荡离子的基频ff的平方成反比：
m/z = C/ff2,
其中，C是常数，该常数是离子能量的函数，并且也是相应ELIT的尺寸的函数，并且基率ff直接由计算的傅里叶变换确定。考虑到离子振荡循环数，离子电荷z的值与基率ff的大小FTMAG成比例。离子质量m然后被计算为m/z和z的乘积。在一些情况下，为了确定离子电荷z，FFT的谐波频率中的一个或多个的（多个）大小可以加到基率的大小。处理器16因此可操作以计算m/z = C/ff2、z = F(FTMAG)和m = (m/z)(z)。多个（例如数百或数千或更多）离子俘获事件通常针对离子源12从其生成离子的任何特定样品实施，并且针对每个这样的离子俘获事件都确定/计算离子质荷、离子电荷和离子质量值。多个这样的离子俘获事件的离子质荷、离子电荷和离子质量值进而被组合以形成与样品有关的频谱信息。这种频谱信息可以说明性地采取不同的形式，这些形式的示例包括但不限于离子计数相对质荷比、离子电荷相对离子质量（例如以离子电荷/质量散点图的形式）、离子计数相对离子质量、离子计数相对离子电荷等。
由于带电粒子通过电荷检测器CD时没有在其上感应出电荷的情况下，电荷检测圆筒CD说明性地在参考电荷水平CHREF处或其周围操作。由于电荷检测圆筒CD没有通电或接地，参考电荷水平CHREF通常是几十个电荷（即基元电荷“e”）或更少，尽管在一些应用中，参考电荷水平CHREF可能超过几十个电荷。电荷检测圆筒CD上的参考电荷水平CHREF受到一个或多个潜在重要的电荷噪声源的影响，该电荷噪声可能会由于任何时间点处的参考电荷水平的不确定性而引入电荷检测事件的不确定性。例如，这种噪声（例如以均方根差（RMSD）噪声的形式）可以增加至少10倍或因此增加到平均CHREF水平，并且即使采用常规的降噪措施，也难以将RMSD噪声降低到100个左右的电荷。因此，用于触发俘获的目的的阈值电压CTH（如上面参考图4B和图4C所描述的）通常设置为足够高于参考电荷水平CHREF，以避免电荷噪声误触发比较器44。参照图5A，例如，示出了电荷前置放大器CP所产生的电荷检测信号CHD相对其中显示叠加在参考电荷水平CHREF上的示例电荷噪声波形70的时间的曲线图。这种电荷噪声70的一个源是电荷灵敏前置放大器CP的输入。电荷检测器CD的电容也会起作用，犹如由外部事件造成的杂散噪声和由离子镜M1、M2中的任一者或两者在操作的离子传输模式的操作和离子反射模式之间切换造成的在电荷检测圆筒上感应的外部电荷。
在图5A中还示出了发生在时间t1和t2之间的示例触发俘获事件72。在所示的示例中，具相对强电荷的至少一个离子在通过电荷检测圆筒时被检测，使得由电荷前置放大器产生的电荷检测信号CHD远大于如图所示的电荷噪声70和参考电荷水平CHREF的组合。在该示例中，由阈值电压发生器46施加到比较器44的阈值电压CTH远远高于电荷噪声70和参考电荷水平CHREF的组合以便免通过取决于参考电荷水平CHREF的电荷噪声峰值引发触发信号TR的错误激活，并且在触发俘获事件72期间也远远低于电荷检测信号CHD的大小。在一个实施例中，阈值电压CTH说明性地设置为后前置放大器水平，该后前置放大器水平相当于电荷检测圆筒CD上的电荷水平CH，约为电荷噪声70和参考电荷水平CHREF的平均组合的5倍，例如至少500个电荷左右，尽管在其他实施例中，阈值电压CTH可能大于或小于该示例值。
在下面的描述中，图1中所示和上面描述的前置放大器CP的增益将被假定为1.0，以简化相对于电荷检测圆筒CD上的电荷水平CH的阈值电压CTH的描述。如果前置放大器CP的增益为1.0，则电荷检测信号CHD＝CH，并且因此，阈值电压CTH将由比较器44直接与在任何时间点处电荷检测圆筒CD上存在的电荷水平CH进行比较。然而，将理解，前置放大器增益仅被假定为1.0以简化下面的讨论，并且前置放大器的增益实际上可能大于1.0。因此，在CDMS系统10的任何特定应用中实施的实际阈值电压CTH的控制将通常考虑电荷前置放大器CP的增益。
来自任何源的这种电荷噪声70都是不期望的，因为它需要人为地将比较器阈值电压CTH设置为高，以避免如刚刚所述的假触发事件。然而，这样做会使电荷检测信号CHD的不期望的大范围的大小低于CTH，这将不会导致比较器44激活触发信号TR，但是如果没有高水平的电荷噪声70，则可能已经被检测到。结果，上述常规的触发俘获版本将不能用弱带电离子（即具有导致CHD＜CTH的电荷大小的离子）来有效地执行。
然而，许多弱带电离子可以通过对阈值电压CTH的具体控制来检测。例如，如下所示，阈值电压CTH的大小与由弱带电（即低电荷）离子和电荷噪声产生的电荷检测信号CHD的对应可检测组合之间存在概率关系。因此，如图5B中的示例所示，虽然电荷噪声74通常保持低于所示的阈值电压CTH，但是在时间t5和t6之间，电荷噪声74和电荷噪声74顶部上的低电荷离子检测事件76的组合上升到CTH以上，从而导致有效触发信号TR。电荷检测圆筒CD上的电荷噪声74和在电荷检测圆筒CD上由从其通过的弱带电离子感应的低电荷的组合因此可通过阈值电压CTH的控制选择来检测。然而，有可能只有电荷噪声74中的峰值可以超过CTH，并且从而导致有效触发信号TR，该有效触发信号TR触发ELIT 14的俘获事件，如图5B中的时间t3和t4之间的噪声峰值78所示。任何这种基于噪声的触发将相应地导致空俘获事件，即在ELIT 14中没有离子被俘获的事件。对阈值电压CTH的大小的优化，如下所述，因此需要平衡相互冲突的目标，即将阈值电压CTH的大小降低到足以允许弱带电离子触发俘获事件，同时还保持阈值电压CTH的大小足够高以最小化空俘获事件。
下面的分析说明性地假设电荷检测圆筒CD上的带有均方根（RMS）噪声电荷的高斯噪声频谱，并且假设ELIT 14的50%占空比与ELIT 14的电荷检测圆筒CD中的离子所花费的时间和在俘获事件的一个完整振荡循环期间穿过第一离子镜和第二离子镜M1、M2以及电荷检测圆筒CD所花费的总时间的比例对应。将理解，虽然下面的分析的结果的数值可能会随不同的占空比而变化，但分析的其余部分将继续有效。
在上面参考图4A至图4C描述的ELIT 14的触发俘获操作中，可以表明，在这里被定义为每秒可由ELIT 14的电荷检测圆筒CD检测到的离子数的检测频率是比较器阈值CTH和穿过电荷检测圆筒CD的这种离子的电荷的大小（“电荷信号振幅”）两者的函数，即由电荷检测圆筒CD上的电荷感应并且可由具有1.0的增益的电荷前置放大器检测，在这里，为了方便起见，该增益被分配，使得由电荷前置放大器CP产生并且由比较器44直接与阈值电压CTH比较的电荷检测信号CHD的大小将等于电荷的大小，如上面简要描述的。参照图6A，例如，示出了检测频率相对比较器阈值CTH（以电荷为单元）的曲线图，其示出了与不同的相应离子电荷水平（即电荷信号振幅）相关联的示例检测频率和比较器阈值轮廓对。
图6A中所示的轮廓80说明性地代表通过噪声随机俘获的离子的检测频率。如图6A所述，噪声80的检测频率降低到大约CTH＝170 e以下，因为CTH＝170 e以下的噪声触发事件之间的时间间隔变得太小，离子不能够进入ELIT 14。在CTH＝170 e以上，噪声80的检测频率变平，因为触发时间固定，其中，每秒的俘获事件最多为t-1个。在约CTH＝270 e以上，噪声80的检测频率降低，因为在这个范围内，随着CTH大小的增加，超过CTH的噪声的发生将会自然减少。也如图6A所示，利用噪声触发俘获达到的最大检测频率略低于0.001，这是利用如上所述的随机或连续触发俘获可达到的相同的最大检测频率。
图6A中所描绘的其余轮廓82至92示出了噪声加带有范围从50 e到300 e的不同电荷信号振幅的电荷信号触发俘获的检测频率轮廓。例如，轮廓82与50 e的离子电荷水平或电荷信号振幅对应，轮廓84与100 e的离子电荷水平或电荷信号振幅对应，轮廓86与150 e的离子电荷水平或电荷信号振幅对应，轮廓88与200 e的离子电荷水平或电荷信号振幅对应，轮廓90与250 e的离子电荷水平或电荷信号振幅对应，并且轮廓92与300 e的离子电荷水平或电荷信号振幅对应。在每种情况下，轮廓82至92都呈现出单个最大值或峰值。这种最大值或峰值说明性地由上述两个竞争的目标造成。如关于噪声触发俘获所描述的，例如将比较器阈值CTH增加到相应检测频率峰值在其处发生的阈值，会导致超过CTH的噪声＋电荷信号振幅的发生次数对应减少。另一方面，当CTH低于相应检测频率峰值发生的阈值时，更多的俘获事件仅由噪声触发，并且可用于触发俘获的时间同样会减少。因此，每个这种电荷信号振幅的最佳比较器阈值大小CTH都发生在相应的检测频率峰值处，从而最大化具有对应的电荷信号振幅的离子的检测效率。
如图6A中进一步所示的，最佳比较器阈值大小CTH随着电荷信号振幅的减小而减小。在所示的示例中，50 e的电荷信号振幅的最佳比较器阈值大小T1约为260 e，100 e的电荷信号振幅的最佳比较器大小T2约为280 e，150 e的电荷信号振幅的最佳比较器阈值大小T3约为300 e，200 e的电荷信号振幅的最佳比较器阈值大小T4约为320 e等。尽管图6A中未示出，但是示例检测频率轮廓80至92仅为一个特定离子进入频率（在这种情况下为1 Hz）定义。应当注意，即使在电荷振幅低至50 e的情况下，与随机或连续俘获相比，选择约270 e的对应的最佳比较器阈值CTH导致检测概率增加10倍。
为了这种描述的目的，离子进入频率被定义为由离子源12供应给ELIT 14（经由图4A中的示例所示的离子镜M1的离子入口孔A1）的离子流或离子束中每秒通过固定点的离子数。在任何情况下，不同的离子进入频率都将产生不同的检测频率轮廓的集合，尽管一般形状相同，并且遵循图6A中所示的相同关系。通常，增加离子进入频率将导致相应的最佳比较器阈值大小中的每一个对应增加。因此，最佳比较器阈值大小值（即对应峰值检测频率在其处发生）是电荷信号振幅的函数和离子进入频率的函数。
如图6A中进一步所示的，最大可实现检测频率也随着电荷信号振幅的减小而减小。这种特征也在图6B中被示出，图6B描绘了检测概率相对固定离子进入频率（在这里也是1 Hz）的电荷信号振幅的曲线图，该图示出了与不同的比较器阈值相关联的示例检测概率和电荷信号振幅轮廓。在所示的图中，例如，轮廓100代表检测概率相对260 e的比较器阈值的电荷信号振幅的关系，轮廓102代表检测概率相对280 e的比较器阈值的电荷信号振幅的关系，轮廓104代表检测概率相对300 e的比较器阈值的电荷信号振幅的关系，并且轮廓106代表检测概率相对320 e的比较器阈值的电荷信号振幅的关系。正如图6A中所示的图，不同的离子进入频率将产生不同的检测概率的集合相对相同的一般形状的电荷信号振幅轮廓的关系，并且遵循图6B中所示的相同关系。因此，检测概率是比较器阈值大小和离子进入频率的电荷信号振幅的函数。
还如图6A所示和如上所述，图6B的图显示，在不同的背景下，比较器阈值CTH的选择取决于电荷信号振幅。因此，当电荷信号振幅减小时，比较器阈值CTH的大小同样应被控制以减小到图6A和图6B两者中所示的电荷信号振幅的最佳值。然而，如图6B中更清楚地示出的，这样做还将会降低较高振幅的电荷信号的检测概率，因为检测效率被较高的噪声触发率降低。图6B进一步示出，在某个电荷信号振幅（对于每个比较器阈值大小都不同）以下，每个检测概率都降低，并且在对应的某些电荷信号振幅以上，检测概率的大小与比较器阈值的大小成比例。基于图6B，显而易见的是，当控制如图6A所示的比较器阈值CTH的大小以在低电荷信号振幅上进行触发时，测量的离子谱的强度应使用具有减小的比较器阈值大小的所示的减小的检测概率来校正，以便反映由离子源12供应给ELIT 14的离子的相对丰度。在这方面，下面将参考图6C和图6D描述校正系数布置。
现在参照图6C，示出了检测频率相对离子进入频率的曲线图，其示出了与电荷信号振幅和最佳比较器阈值大小（在这里分别为150 e和300 e（与图6A中所示的轮廓86和T3的交叉点对应））的示例对相关联的示例检测频率和离子进入频率轮廓108。将理解的是，不同对的电荷信号振幅和最佳比较器阈值大小对将产生不同的检测频率相对离子进入频率轮廓，尽管通常具有相同的形状。在任何情况下，轮廓108示出了当离子频率的增加时，检测频率也增加。说明性地，轮廓108是非线性的，因为在可用时间内只可以检测到一定数量的离子。
以检测概率相对离子进入频率的形式的上述关系的重新布置说明性地产生类似于图6C所示但是关于近似延伸通过轮廓108的中点的水平轴线镜像的轮廓，从而显示检测概率随着离子进入频率的增加而对应的非线性减小，从而进一步证明需要考虑检测效率的伴随的下降，使得谱中的离子质量的分布反映由离子源12供应给ELIT 14的离子流中的分布。在这方面，图6D描绘了校正系数（1/检测概率）相对检测频率的曲线图，其示出了与电荷信号振幅和最佳比较器阈值大小（也分别是150 e和300 e）的示例对相关联的示例校正系数和检测频率轮廓110。
将理解的是，不同的电荷信号振幅和最佳比较器阈值大小对将产生不同的校正系数相对离子检测频率轮廓，尽管通常具有相同的形状。在任何情况下，测量的离子谱的强度都将乘以适当的校正系数，使得测量的数据中的强度反映由离子源12供应给ELIT 14的离子流中的离子的相对丰度。此外，期望限制检测频率，使得适用的校正系数不位于轮廓110的快速上升的部分上（例如大于约4.5 Hz）。这个范围内的校正系数很大，并且强烈地取决于检测频率，使得检测频率的小误差会导致校正系数的大误差。
现在参照图7，示出了流程图，该流程图示出了用于选择和修改由低电荷离子触发的ELIT 14的触发俘获控制的比较器阈值CTH的过程150的实施例。过程150说明性地体现图5B至图6D中所示的概念的一个示例实施方式，并且说明性地，至少部分地以存储在处理器16的存储器18中的指令的形式提供，该指令在由处理器50和/或52执行时使处理器50和/或52执行下面参考图7描述的操作。在这方面，过程150在下面将被描述为由处理器50执行，尽管将理解，过程150可以替代地全部或部分地由处理器52或与处理器50和/或处理器52通信的一个或多个外部处理器执行。
在过程150的一些实施例中，用于触发ELIT 14以在其中俘获对应离子的电荷信号振幅的（多个）值可以由CDMS系统10的用户手动选择。在一些这样的实施例中，处理器50和/或处理器52可以被编程以执行控制图形用户界面（GUI）过程，在该过程中，处理器50和/或52可操作以控制在外围装置20中包括的至少一个显示监视器，以显示对应的控制GUI，该控制GUI包括用于进入一个或多个电荷信号振幅值的一个或多个可选择的GUI元素。在替代实施例中，处理器16/50可以被编程以选择电荷信号振幅的（多个）值，例如唯一地和/或通过对一定范围的电荷信号振幅执行逐级扫描并且在每个递增的电荷信号振幅值处执行过程150。对于本领域技术人员而言，用于选择一个或多个电荷信号振幅值的其他常规设备、装置和/或技术将会发生，并且将理解，任何这样的其他常规设备、装置和/或技术旨在落入本公开的范围内。
过程150开始于步骤152，其中，在刚才描述的触发俘获模式下控制ELIT之前，处理器50可操作以将多个映射存储在与图6A至图6D中的一些中所示的关系对应的存储器18中。在一些实施例中，处理器50可操作以创建一个或多个这样的映射，并且将创建的一个或多个映射存储在存储器18中。替代地或附加地，映射中的一个或全部可以使用不同的处理器和/或系统来创建，并且以常规的方式传输到处理器50和/或处理器52的存储器18。在任何情况下，在步骤152处，处理器50说明性地可操作以创建比较器阈值映射（“CTH映射”）集合和/或将其存储在存储器18中，每个比较器阈值映射都包括针对不同离子进入频率的多对最佳比较器阈值和对应的电荷信号振幅，以捕获上面参考图6A描述的关系中的至少一些。使用图6A作为非限制性示例，如果轮廓82、84、86和88的电荷信号振幅分别是CHA1、CHA2、CHA3和CHA4，CTH映射的一个示例集合可以包括针对三种不同的离子进入频率F1＝1 Hz、F2＝2 Hz和F3＝3 Hz中的每一者的对T1/CHA1、T2/CHA2、T3/CHA3和T4/CHA4。将理解的是，较多或较少这样的CTH映射可以替代地针对较多或较少的离子进入频率值而被创建和/或存储，和/或任何这种数量的CTH映射都可以包括较多或较少的最佳比较器阈值和电荷信号振幅对。在任何情况下，CTH映射的集合可以任何方便的形式说明性地存储在存储器18中，该形式的示例可以包括但不限于一个或多个阵列、一个或多个列表（链接或其他）、一个或多个表格（查找表或其他）、一个或多个电子表格、一个或多个图表、一个或多个图、一个或多个曲线图、一个或多个关系数据库或数据结构等。
在步骤152中，处理器50进一步说明性地可操作以创建检测频率映射（“DF映射”）的接合和/或将其存储在存储器18中，每个检测频率映射包括映射到不同对的优化比较器阈值和电荷振幅值的对应离子进入频率值的多个检测频率值，以捕获上面参考图6C描述的关系的多个优化比较器阈值/电荷信号振幅值实例。使用图6C作为非限制性示例，DF映射的一个示例集合可以包括针对优化比较器阈值/电荷信号振幅值的四个对T1/CHA1、T2/CHA2、T3/CHA3和T4/CHA4中的每一者的多对离子频率值和对应的检测频率值。将理解的是，较多或较少这样的DF映射可以替代地针对较多或较少对的优化比较器阈值/电荷信号振幅值而被创建和/或存储，和/或任何这样数量的DF映射可以包括较多或较少对的离子频率值和对应的检测频率值。在任何情况下，DF映射集合可以说明性地以关于CTH映射集合描述的任何方便的形式存储在存储器18中。
在步骤152中，处理器50进一步说明性地可操作以创建校正系数映射（“CF映射”）的集合和/或将其存储在存储器18中，每个校正系数映射都包括映射到不同对的优化比较器阈值和电荷振幅值的对应校正系数值的多个检测频率值，以捕获上面参考图6D描述的关系的多个优化比较器阈值/电荷信号振幅值实例。使用图6D作为非限制性示例，CF映射的一个示例集合可以包括针对优化比较器阈值/电荷信号振幅值的四个对T1/CHA1、T2/CHA2、T3/CHA3和T4/CHA4中的每一者的多对校正系数值和对应的检测频率值。将理解的是，较多或较少这样的CF映射可以替代地针对较多或较少对的优化比较器阈值/电荷信号振幅值而被创建和/或存储，和/或任何这样数量的CF映射可以包括较多或较少对的校正系数值和对应的检测频率值。在任何情况下，CF映射集合可以说明性地以关于CTH映射集合描述的任何方便的形式存储在存储器18中。
本领域的技术人员将认识到，在一些应用中，DF映射集合中的信息可以与CF映射集合相结合，以形成单个的映射集合，该映射集合包括映射到不同对的优化比较器阈值和电荷信号振幅值的对应校正系数值的多个离子进入频率值，以在一个映射集合中捕获上面参考图6B至图6D描述的关系的多个优化比较器阈值/电荷信号振幅值实例。还将理解的是，在替代实施例中，变量CTH、DF和CF中的一个或多个可以直接基于其他测量的和/或选择的参数来计算。在这样的实施例中，在步骤152中，不需要创建CTH、DF和CF的一个或多个对应的映射集合。在CTH、DF和CF全部都直接基于其他测量的和/或选择的参数来计算的极端情况下，步骤152可以省略。
在步骤152之后，过程150前进到步骤154，其中，处理器50可操作以控制V1和V2打开M1和M2（并且因此打开ELIT 14），使得由离子源12生成的离子进入图4A中的示例所示的ELIT 14并通过ELIT 14。之后，在步骤156处，处理器50可操作以测量离子进入频率IF。当在执行步骤156时离子束或离子轨迹或离子流从离子源12直接通过电荷检测圆筒CD时，在一个实施例中，处理器50说明性地可操作以通过处理电荷检测信号CDS（参见例如图3）来测量离子进入频率IF，以确定与离子通过电荷检测器CD时在其上感应出的电荷CH的发生之间的时间有关的定时信息。在其他实施例中，离子进入频率可以替代地或附加地由一个或多个常规传感器测量，该传感器适当地定位在离子源12内和/或离子源12与ELIT 14之间。在其他实施例中，离子进入频率可以替代地或附加地由离子分离仪器（例如质量分析器或质谱仪）测量或以其他方式确定，该离子分离仪器在离子生成设备或装置与ELIT 14的离子入口之间定位在离子源12中。
在步骤156之后（或在步骤154和/或步骤156中），过程150前进到步骤158，其中，电荷信号振幅值CHA例如由CDMS 10的用户选择和/或由如上所述的处理器50自动选择。在任何情况下，在步骤158处选择的CHA是电荷大小值，该电荷大小值被期望用作触发器，以使处理器50关闭ELIT 14，从而在其中俘获对应的离子。说明性地，CHA具有小于或等于用于强带电离子的常规阈值水平的大小，如图5A所示和如上所述。通常，CHA将具有介于电荷检测圆筒CD上的噪声基底与噪声＋500 e等之间，尽管在其他实施例中，可以选择这种示例范围之外的CHA的其他值。
在步骤158之后，过程150前进到步骤160，其中，处理器50说明性地可操作以基于测量的离子进入频率IF和所选的电荷信号振幅值CHA选择存储在存储器中的CTH映射中的一个或多个。在某些情况下，测量的IF值可以与单个CTH映射对应，并且在其他实施例中，测量的IF值可以在两个不同的CTH映射的IF值之间。在前一种情况下，处理器50可操作以检索存储在存储器18中的单个CTH映射，并且在后一种情况下，处理器50可操作以检索存储在存储器18中的两个不同的CTH映射。一旦检索到，处理器50就可操作以使用（多个）映射将所选的CHA值映射到对应的优化比较器阈值TH。在检索到单个映射的情况下，处理器50可操作以选择与存储在单个所选映射中的所选的CHA值成对的优化比较器阈值作为TH。在检索到单个映射的其他情况下，所选CHA值可以介于存储在单个映射中的两个CHA值之间。在这样的情况下，处理器50说明性地可操作以使用一种或多种常规的插值技术或其他估计技术来估计合适的优化比较器阈值TH。同样，在从存储器中检索到两个CTH映射的情况下，常规的插值技术或其他估计技术可以用于从包含在两个所选表格中的数据估计合适的优化比较器阈值TH。在不具有存储在存储器18中的CTH映射集合的过程150的实施例中，在步骤160处，处理器50替代地可操作以使用基于图6A和图6B中所示的和上面所描述的CTH、CHA和IF之间的关系的一个或多个等式，基于CHA和IF来计算CTH。
在步骤160之后，在步骤162处，处理器50说明性地可操作以控制电压源V2关闭离子镜M2，使得由离子源12生成的离子进入并且通过ELIT 14的打开的离子镜M1，并且由在M2中建立的离子反射场反射，以俘获从电荷检测圆筒CD进入M2的离子，并且然后使被俘获的离子在相反的方向上加速返回进入电荷检测圆筒CD并且通过电荷检测圆筒CD，如图4B中的示例所示。之后，在步骤164处，处理器50可操作以控制电压源46（参见图3）产生在步骤160处从一个或多个存储的CTH映射确定的优化比较器阈值TH。之后，在步骤166中，处理器50说明性地可操作以监测由比较器44产生的触发信号TR，以确定触发信号TR是否/何时从“无效”变成“有效”，从而通知处理器50：由于执行步骤164，由电荷前置放大器CP产生的电荷检测信号CHD的大小已经超过由电压源46产生的优化比较器阈值TH的大小。
虽然触发信号TR保持“无效”，但是过程150说明性地前进到步骤168，其中，处理器150说明性地可操作以确定自步骤164执行以来时间T是否已经期满或用户（或处理器50）是否已经覆盖了期满周期。如果是，则过程150循环回到步骤154，以重新执行用于选择另一个电荷信号振幅值CHA的过程150，并且另外过程150循环回到步骤166，以继续监测TR。步骤168被说明性地包括在一些实施例中，其中，可能期望仅允许电荷检测信号CHD的预定义时间周期触发比较器44和/或允许用户或处理器150取消和重新开始过程150。在任何情况下，如果/当在步骤166处处理器150确定触发信号TR已经将状态从“无效”变成“有效”时，过程150都说明性地从步骤166的YES分支前进到步骤170，其中，处理器150说明性地可操作以控制V1关闭M1，从而关闭ELIT 14并且在其中俘获离子，如图4C所示和如上所述。
步骤162至步骤170的执行说明性地代表根据上面参考图4A至图4C描述的触发俘获的第一版本通过处理器50对ELIT 14进行的控制。在过程150的替代实施例中，处理器50可以可操作以上面参考图4A至图4C描述的触发俘获的第二版本控制ELIT 14。在这样的实施例中，步骤162可以省略，并且步骤170可以被修改为包括控制V1和V2一起或一个接一个关闭M1和M2，以关闭ELIT 14，从而在其中俘获离子。在任何情况下，在步骤170之后，过程150说明性地前进到步骤172，其中，处理器50可操作以确定在步骤170处开始的俘获事件是否完成，例如通过经过预定义或可选择的时间周期或通过离子在离子镜M1、M2之间来回振荡预定义或可选择的次数。直到俘获事件已经结束，过程150从步骤172的NO分支循环到步骤172的开始。
当在步骤172处处理器50确定俘获事件已经结束时，过程150前进到步骤174，其中，处理器50说明性地可操作以处理在俘获事件期间收集的电荷检测事件（CDE）测量值，以按照常规的方式确定在俘获事件期间在ELIT 14中被俘获的离子的质荷值（m/z）、电荷（z）和质量（m）。
在步骤174之后，过程150前进到步骤176，其中，处理器50说明性地可操作以基于在步骤174处确定的测量离子电荷z、在步骤160处确定和在步骤164处被用来进行比较的优化比较器阈值TH以及在步骤156处测量的离子进入频率IF，选择存储在存储器中的检测频率（DF）映射中的一个或多个。在一些情况下，测量离子电荷z、优化比较器阈值TH和测量IF值可以一起标识单个DF映射，并且在其他实施例中，测量离子电荷z和/或优化比较器阈值TH和/或测量IF值可以标识两个或两个以上的不同DF映射。如上面关于步骤160所描述的，在步骤176处，处理器50可操作以使用所述一个或多个DF映射，例如直接和/或使用一种或多种常规的插值技术或其他估计技术，将测量IF和z值映射到对应的检测频率DF。在不具有存储在存储器18中的DF映射集合的过程150的实施例中，在步骤176处，处理器50替代地可操作以使用基于图6C中所示的和上面所描述的CTH、离子电荷振幅和IF之间的关系的一个或多个等式，基于优化阈值CTH以及IF和z的测量值来计算DF。
在步骤176之后，过程150前进到步骤178，其中，处理器50说明性地可操作以基于在步骤174处确定的测量离子电荷z、在步骤160处确定和在步骤164处被用来进行比较的优化比较器阈值TH以及在步骤174中确定的检测频率DF，选择存储在存储器中的校正系数（CF）映射中的一个或多个。在一些情况下，电荷信号振幅值CHA、优化比较器阈值TH和在步骤176处确定的DF值可以一起标识单个CF映射，并且在其他实施例中，测量离子电荷z和/或优化比较器阈值TH和/或确定的DF值可以标识两个或更多的不同CF映射。如上面关于步骤160所描述的，在步骤178处，处理器50可操作以使用所述一个或多个CF映射，例如直接和/或使用一种或多种常规的插值技术或其他估计技术，将确定的DF值映射到对电影的校正系数CF。在DF和CF映射被结合成上述单个映射集合的替代实施例中，步骤176和178同样可以用单个步骤替换，其中，CF值是从这样的单个映射集合中确定的。在其他替代实施例中，刚刚描述的步骤176和178或单个步骤可以在步骤162至174中的任一者或多个的执行期间执行。
在不具有存储在存储器18中的CF映射集合的过程150的实施例中，过程50替代地可操作以使用基于图6D中所示的和上面所描述的CTH、离子电荷振幅和DF之间的关系的一个或多个等式，基于在步骤160处选择和在步骤164处被用来进行比较的优化阈值CTH、在步骤174处确定的测量离子电荷z和在步骤176处确定的DF值来计算CF。在其他替代实施例中，步骤176和178可以结合，使得处理器50可操作以使用基于图6C和图6D中所示的和上面所描述的CTH、离子电荷振幅和IF之间的关系的一个或多个等式，基于在步骤160处选择并且在步骤164处被用来进行比较的优化阈值CTH和在步骤174处确定的离子电荷z的测量值和在步骤156处确定的IF来计算CF。
在步骤178之后，过程150前进到步骤180，其中，处理器50说明性地可操作以将在步骤174处确定的离子测量的强度乘以校正系数CF，使得测量的谱中的离子强度被校正以反映由离子源12供应给ELIT 14的离子的相对丰度。作为一个示例，针对每个检测到的离子的默认计数值1.0，为每个离子测量确定的校正系数CF说明性地作为加权系数乘法器操作，使得当校正系数CF被包括在内时，所测量的离子的默认计数值（1.0）乘以校正系数CF。如果离子的检测概率为0.5，则例如，校正系数因此为2.0并且测量离子的加权计数值因此同样为2.0。因此，因为该示例离子的检测效率仅为0.5，所以测量的计数值将仅为由离子源12供应给ELIT 14的离子中的计数值的一半，并且因此，该离子的测量的计数值必须通过校正系数来校正，以便被正确地计数为2个离子，从而反映该离子在由离子源12供应给ELIT 14的离子中的对应丰度。
在过程150（其中，在步骤158出，用户手动或以其他方式选择电荷信号振幅值CHA）的实施例中，过程150说明性地从步骤180前进到步骤188，其中，过程150结束。在处理器150可操作以在所选的CHA值范围内扫描CHA的替代实施例中，过程180说明性地包括步骤180之后的附加步骤182，如图7中的虚线表示所示。在这样的实施例中，步骤182说明性地包括步骤184，其中，处理器150可操作以确定对于所选范围内的CHA值中的每一个，过程150是否已经执行。如果是，则过程结束于步骤188。否则，过程150遵循步骤184的NO分支至步骤186，其中，处理器50可操作以将电荷信号振幅值CHA按被编程或被选择的递增步进值递增，在此之后，过程150循环回到步骤154，以使用新的CHA值来重新执行过程150。将理解，在这样的实施例中，步骤158将被跳过，因为在步骤186处已经选择了新的CHA值。
现在参照图8A，示出了离子分离仪器200的实施例的简化框图，该离子分离仪器200可以包括如本文中所述配置且可操作的ELIT 14，该ELIT 14可以包括如本文中所述配置且可操作的电荷检测质谱仪（CDMS）10，并且其可以包括形成ELIT 14上游的离子源12的一部分的任何数量的离子处理仪器和/或其可以包括设置在ELIT 14下游以进一步处理离开ELIT 14的（多个）离子的任何数量的离子处理仪器。在这方面，离子源12在图8A中被示为包括数量为Q的离子源级IS1至ISQ，该离子源级可以是或形成离子源12的一部分，其中，Q可以是任何正整数。替代地或附加地，离子处理仪器210在图8A中被示为耦合到ELIT 14的离子出口，其中，离子处理仪器210可以包括任何数量的离子处理级OS1至OSR，其中，R可以是任何正整数。
聚焦于离子源12，将理解，进入ELIT 14的离子的源12可以是或包括呈离子源级IS1至ISQ中的一个或多个的形式的上述一个或多个常规离子源，并且可以进一步包括用于根据一个或多个分子特性（例如根据离子质量、离子质荷、离子迁移率、离子保留时间等）分离离子的一个或多个常规仪器和/或用于收集和/或存储离子（例如一个或多个四极杆、六极杆和/或其他离子阱）、用于过滤离子（例如根据一个或多个分子特性，诸如离子质量、离子质荷、离子迁移率、离子保留时间等）、用于碎片化或解离离子、用于使离子电荷状态标准化或转变等的一个或多个常规离子处理仪器。将理解，离子源12可以按照任何顺序包括任何这样的常规离子源、离子分离仪器和/或离子处理仪器中的一个或任何组合，并且一些实施例可以包括任何这样的常规离子源、离子分离仪器和/或离子处理仪器中的多个相邻的或间隔开的仪器。
现在转向离子处理仪器210，将理解，仪器210可以是或包括呈离子处理级OS1至OSQ中的一个或多个的形式的用于根据一个或多个分子特性（例如根据离子质量、离子质荷、离子迁移率、离子保留时间等）分离离子的一个或多个常规仪器和/或用于收集和/或存储离子（例如一个或多个四极杆、六极杆和/或其他离子阱）、用于过滤离子（例如根据一个或多个分子特性，诸如离子质量、离子质荷、离子迁移率、离子保留时间等）、用于碎片化或以其他方式解离离子、用于使离子电荷状态标准化或转变等的一个或多个常规离子处理仪器。将理解的是，离子处理仪器210可以按照任何顺序包括任何这样的常规离子分离仪器和/或离子处理仪器中的一个或任何组合，并且一些实施例可以包括任何这样的常规离子分离仪器和/或离子处理仪器中的多个相邻的或间隔开的仪器。在包括一个或多个质谱仪的任何实施方式中，任一个或多个这样的质谱仪都可以上面参考图1描述的形式中的任何形式实施。
作为图8A中所示的离子分离仪器200的一种具体实施方式（其不应被视为以任何方式限制），离子源12说明性地包括3个级，并且省略了离子处理仪器210。在这种示例实施方式中，离子源级IS1是常规的离子源，例如电喷雾、MALDI等，离子源级IS2是常规的离子过滤器，例如四极杆或六极杆离子导向器，并且离子源级IS3是上述类型中的任何一种类型的质谱仪。在该实施例中，离子源级IS2以常规的方式被控制，以预先选择具有下游质谱仪进行分析所期望的分子特性的离子，并且仅使这样的预先选择的离子传递到质谱仪，其中，由ELIT 14分析的离子将是由质谱仪根据质荷比分离的预先选择的离子。例如，离开离子过滤器的预先选择的离子可以是具有规定的离子质量或质荷比的离子、具有高于和/或低于规定的离子质量或离子质荷比的离子质量或离子质荷比的离子、具有在规定的离子质量或离子质荷比范围内的离子质量或离子质荷比的离子等。在该示例的一些替代实施方式中，离子源级IS2可以是质谱仪，并且离子源级IS3可以是离子过滤器，并且离子过滤器可以另外像刚才描述的那样操作，以预先选择离开质谱仪的离子，这些离子具有下游ELIT 14进行分析所期望的分子特性。在该示例的其他替代实施方式中，离子源级IS2可以是离子过滤器，并且离子源级IS3可以包括另一个离子过滤器之前的质谱仪，其中，离子过滤器各自都像之前描述的那样操作。
作为图8A中所示的离子分离仪器200的另一种具体实施方式（其不应被视为以任何方式限制），离子源12说明性地包括2个级，并且再次省略了离子处理仪器210。在这种示例实施方式中，离子源级IS1是常规的离子源，例如电喷雾、MALDI等，离子源级IS2是上述类型中的任何一种类型的常规质谱仪。这是上面参考图1描述的CDMS 10的实施方式，其中，ELIT 14可操作以分析离开质谱仪的离子。
作为图8A中所示的离子分离仪器200的又一种具体实施方式（其不应被视为以任何方式限制），离子源12说明性地包括2个级，并且省略了离子处理仪器210。在这种示例实施方式中，离子源级IS1是常规的离子源，例如电喷雾、MALDI等，并且离子处理级OS2是常规的单态或多态离子迁移率谱仪。在该实施方式中，离子迁移率谱仪可操作以根据一个或多个离子迁移率函数，随时间分离由离子源级IS1生成的离子，并且ELIT 14可操作以分析离开离子迁移率谱仪的离子。在该示例的替代实施方式中，离子源12可以只包括呈常规离子源的形式的单级IS1，并且离子处理仪器210可以包括常规的单级或多级离子迁移率谱仪作为单级OS1（或作为多级仪器210的级OS1）。在该替代实施方式中，ELIT 14可操作以分析由离子源级IS1生成的离子，并且离子迁移率谱仪OS1可操作以根据一个或多个离子迁移率函数随时间分离离开ELIT 14的离子。作为该示例的另一个替代实施方式，单级或多级离子迁移率谱仪可以遵循离子源级IS1和ELIT 14两者。在该替代实施方式中，遵循离子源级IS1的离子迁移率谱仪可操作以根据一个或多个离子迁移率函数随时间分离由离子源级IS1生成的离子，ELIT 14可操作以分析离开离子源级离子迁移率谱仪的离子，并且遵循ELIT 14的离子处理级OS1的离子迁移率谱仪可操作以根据一个或多个离子迁移率函数随时间分离离开ELIT 14的离子。
作为图8A中所示的离子分离仪器200的又一种具体实施方式（其不应被视为以任何方式限制），离子源12说明性地包括2个级，并且省略了离子处理仪器210。在该示例实施方式中，离子源级IS1是常规的液相色谱仪，例如被配置成根据分子保留时间分离溶液中的分子的HPLC等，并且离子源级IS2是常规的离子源，例如电喷雾等。在该实施方式中，液相色谱仪可操作以分离溶液中的分子成分，离子源级IS2可操作以从离开液相色谱仪的溶液流生成离子，并且ELIT 14可操作以分析由离子源级IS2生成的离子。在该示例的替代实施方式中，离子源级IS1也可以取而代之地是常规的尺寸排阻色谱（SEC），该SEC可操作以按尺寸分离溶液中的分子。在另一种替代实施方式中，离子源级IS1可以包括常规液相色谱仪，随后是常规的SEC，或者反之亦然。在该实施方式中，离子由离子源级IS2从两次分离的溶液生成；第一次是根据分子保留时间，随后第二次是根据分子尺寸，或者反之亦然。
现在参照图8B，示出了离子分离仪器220的另一个实施例的简化框图，该离子分离仪器220说明性地包括多级质谱仪仪器230并且其还包括本文中所示和所描述的离子质量检测系统10，即CDMS，该CDMS实施为高质量离子分析部件。在所示的实施例中，多级质谱仪仪器230包括如本文中所示和所描述的离子源（IS）12，随后是第一常规质谱仪（MS1）232并且耦合到第一常规质谱仪（MS1）232，随后是常规的离子解离级（ID）234并且耦合到该离子解离级（ID）234，该ID 234可操作以解离离开质谱仪232的离子，例如通过碰撞诱导解离（CID）、表面诱导解离（SID）、电子捕获解离（ECD）和/或光诱导解离（PID）等中的一种或多种，随后是第二常规质谱仪（MS2）236并且耦合到该第二常规质谱仪（MS2）236，随后是常规离子检测器（D）238（例如，诸如微通道板检测器或其他常规的离子检测器）等。离子质量检测系统10（即CDMS）与离子解离级234并联耦合并且耦合到离子解离级234，使得离子质量检测系统10（即CDMS）可以选择性地从质谱仪236和/或从离子解离级232接收离子。
MS/MS，例如仅使用离子分离仪器230，是一种行之有效的方法，其中，特定分子量的前体离子由第一质谱仪232（MS1）基于它们的m/z值来选择。在离子解离级234中，碎片化质量选定的前体离子，例如通过碰撞诱导解离、表面诱导解离、电子捕获解离或光诱导解离。碎片离子然后由第二质谱仪236（MS2）进行分析。在MS2和MS2两者中只测量前体离子和碎片离子的m/z值。对于高质量离子，电荷态不能被解析，并且因此，不可能仅基于m/z值来选择具有规定分子量的前体离子。然而，通过将仪器230耦合到本文中所示和所描述的CDMS10，可以选择窄范围的m/z值，并且然后使用CDMS 10来确定m/z选定的前体离子的质量。例如，质谱仪232、236可以是磁扇形质谱仪、飞行时间质谱仪或四极杆质谱仪中的一种或任何组合，不过在替代实施例中，可以使用其他质谱仪类型。在任何情况下，离开MS1的质量已知的m/z选定的前体离子可以在离子解离级234中碎片化，并且所产生的碎片离子然后可以由MS2（在只测量m/z比的情况下）和/或由CDMS仪器10（在同时测量m/z比和电荷的情况下）进行分析。低质量碎片，即具有低于阈值质量值的质量值（例如10,000 Da（或其他质量值））的前体离子的解离离子，因此可以使用MS2由常规的MS进行分析，而高质量碎片（在电荷态未被解析的情况下），即具有等于或高于阈值质量值的质量值的前体离子的解离离子，可以由CDMS 10分析。
将理解，可以说明性地选择ELIT 14的各个部件的尺寸和在该ELIT 14中建立的电场的大小（如附图中所示和上面所述的系统10、200、220中的任一者中所实施的），以便在ELIT 14内建立离子振荡的期望占空比，该占空比与离子在电荷检测圆筒CD中所花的时间和在一个完整的振荡循环中离子穿过离子镜M1、M2和电荷检测圆筒CD的组合所花的总时间的比例对应。例如，为了减少由测量信号的谐波频率分量导致的基频大小确定中的噪声，约50%的占空比可能是期望的。与用于实现期望占空比（例如，诸如50%）的这种尺寸和操作考虑有关的细节在于2018年1月12日提交的共同未决的美国专利申请序列号62/616,860、于2018年6月4日提交的共同未决的美国专利申请序列号62/680,343和于2019年1月11日提交的共同未决的国际专利申请号PCT/US2019/______中进行说明和描述，所有申请题为“ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP DESIGN FOR CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY（用于电荷检测质谱分析的静电线性离子阱设计）”，所有申请的公开内容都通过引用明确地并入本文。
将进一步理解，一个或多个电荷校准或复位设备可以单独与ELIT 14一起使用和/或在附图中所示和本文中所描述的系统10、200、220中的任一者中使用。一种这样的电荷校准或复位设备的示例在于2018年6月4日提交的共同未决的美国专利申请序列号62/680,272和于2019年1月11日提交的共同未决的国际专利申请号PCT/US2019/______中进行说明和描述，两个申请题为 “APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATING OR RESETTING ACHARGE DETECTOR（用于对电荷检测器进行校准或复位的设备和方法）”，两个申请的公开内容都通过引用明确地并入本文。
也将进一步理解，附图中所示和本文中所描述的触发俘获技术可以在两个或更多ELIT中的每一个中和/或在包括具有两个或更多ELIT或具有两个或更多ELIT区域的至少一个ELIT阵列的系统和/或应用中的两个或更多ELIT区域中的每一个中实施。一些这样的ELIT和/或ELIT阵列的示例在于2018年6月4日提交的共同未决的美国专利申请序列号62/680,315和于2019年1月11日提交的共同未决的国际专利申请号PCT/US2019/______中进行说明和描述，两个申请题为“ION TRAP ARRAY FOR HIGH THROUGHPUT CHARGE DETECTIONMASS SPECTROMETRY（用于高通量电荷检测质谱分析的离子阱阵列）”，两个申请的公开内容都通过引用明确地并入本文。
将进一步理解，一种或多种离子源优化设备和/或技术可以与离子源12的一个或多个实施例一起使用，作为附图中所示和本文中所描述的系统10、200、220中的任一者的一部分或与其结合，这种离子源优化设备和/或技术的一些示例在于2018年6月4日提交题为“HYBRID ION FUNNEL-ION CARPET (FUNPET) ATMOSPHERIC PRESSURE INTERFACE FORCHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY（用于电荷检测质谱仪的混合离子漏斗-离子地毯（漏斗）大气压接口）”的共同未决的美国专利申请序列号62/680,223和于2019年1月11日提交题为“INTERFACE FOR TRANSPORTING IONS FROM AN ATMOSPHERIC PRESSUREENVIRONMENT TO A LOW PRESSURE ENVIRONMENT（用于将离子从大气压环境输送到低压环境的接口）”的共同未决的的国际专利申请号PCT/US2019/______中进行说明和描述，两个申请的公开内容都通过引用明确地并入本文。
也将进一步理解，附图中所示和本文中所描述的触发俘获技术可以在系统中实施或作为系统的一部分实施，这些系统被配置成根据实时分析和/或实时控制技术操作，这样的触发俘获技术的一些示例在于2018年6月4日提交的共同未决的美国专利申请序列号62/680,245和于2019年1月11日提交的共同未决的国际专利申请号PCT/US2019/______中进行说明和描述，两个申请题为“CHARGE DETECTION MASS SPECTROMETRY WITH REAL TIMEANALYSIS AND SIGNAL OPTIMIZATION（具有实时分析和信号优化的电荷检测质谱分析法）”，两个申请的公开内容都通过引用明确地并入本文。作为非限制性示例，本段中识别的专利申请中所描述的一种或多种实时控制设备和/或技术可以用于选择电荷信号振幅值CHA的一个或多个值，以控制图3所示的电压源44以选择性地控制比较器阈值电压CTH的大小，和/或修改或调节进入ELIT的离子的信号强度和/或检测频率，如上面参考图6D所描述的。
也将进一步理解，在附图中所示和本文中所描述的系统10、200、220中的任一者中，ELIT 14可以用轨道阱替换，并且附图中所示和本文中所描述的触发俘获技术可以与这种轨道阱一起使用。一种这样的轨道阱的示例在于2018年11月20日提交的共同未决的美国专利申请序列号62/769,952和于2019年1月11日提交的共同未决的国际专利申请号PCT/US2019/______中进行说明和描述，两个申请题为“ORBITRAP FOR SINGLE PARTICLE MASSSPECTROMETRY（用于单粒子质谱分析的轨道阱）”，两个申请的公开内容都通过引用明确地并入本文。
也将进一步理解，本文中所示的和所描述的触发俘获技术可以用于系统和/或应用，在该系统和/或该应用中，一种或多种离子入口轨迹控制设备和/或技术用于提供对ELIT 14内的多个单独的离子的同时测量。一些这样的离子入口轨迹控制设备和/或技术的示例在于2018年12月3日提交的共同未决的美国专利申请序列号62/774,703和于2019年1月11日提交的共同未决的国际专利申请号PCT/US2019/______中进行说明和描述，两个申请的名称都是“APPARATUS AND METHOD FOR SIMULTANEOUSLY ANALYZING MULTIPLE IONSWITH AN ELECTROSTATIC LINEAR ION TRAP（用于利用静电线性离子阱同时分析多个离子的设备和方法）”，两个申请的公开内容都通过引用明确地并入本文。
虽然本公开已经在前面图和描述中进行了详细的图示和描述，但是这种图示和描述被认为是说明性的且本质上不是限制性的，要理解，仅仅已经示出和描述了说明性的实施例，并且期望在本公开的精神内的所有改变和修改都得到保护。例如，将理解的是，附图中所示和本文中所描述的ELIT 14仅以举例的方式提供，并且上述概念、结构和技术可以在各种替代设计的ELIT中直接实施。例如，任何这样的替代ELIT设计可以包括两个或更多的的ELIT区域、更多、更少和/或形状不同的离子镜电极、更多或更少的电压源、由电压源中的一个或多个产生的更多或更少的DC或时变信号、限定附加电场区域的一个或多个离子镜等中的任一者或组合。

Claims (59)

1.一种用于俘获离子以进行其测量的系统，所述系统包括：
静电线性离子阱（ELIT），
离子源，所述离子源被配置成将离子供应给所述ELIT，
处理器，所述处理器可操作地耦合到所述ELIT，以及
存储器，所述存储器具有存储在其中的指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时使所述至少一个处理器：（i）产生至少一个控制信号以打开所述ELIT，从而允许由所述离子源供应的离子进入所述ELIT；（ii）确定与从所述离子源流入打开的ELIT中的离子的频率对应的离子进入频率；（iii）生成或接收目标离子电荷值；（iv）根据所述目标离子电荷值和确定的所述离子进入频率确定最佳阈值；以及（v）产生至少一个控制信号，以在所述ELIT内的离子的电荷超过所述最佳阈值时关闭所述ELIT，从而在所述ELIT中俘获所述离子。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述ELIT包括限定第一通路的第一离子镜、限定第二离子通路的第二离子镜和限定从其通过的第三通路的电荷检测圆筒，其中，所述第一通路、所述第二通路和所述第三通路与设置在所述第一离子镜与所述第二离子镜之间的所述电荷检测圆筒同轴对准，使得所述ELIT的纵向轴线通过所述第一通路、所述第二通路和所述第三通路中的每一者的中心，所述第一离子镜限定离子入口孔，经由所述离子入口孔，由所述离子源供应的离子流入所述ELIT中。
3.根据权利要求2所述的系统，所述系统进一步包括至少一个电压源，所述电压源可操作地耦合到所述处理器以及所述第一离子镜和所述第二离子镜，并且被配置成产生电压，以在其中选择性地建立离子传输电场或离子反射电场，所述离子传输电场被配置成使通过所述第一离子镜和所述第二离子镜中的相应一者的离子向所述纵向轴线集中，所述离子反射电场被配置成使从所述电荷检测圆筒进入所述第一离子镜和所述第二离子镜中的相应一者的离子在相反的方向上停止和加速，返回通过所述电荷检测圆筒并且朝向所述第一离子镜和所述第二离子镜中的另一者，同时还使所述离子向所述纵向轴线集中。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令：所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器产生至少一个控制信号，以通过控制所述至少一个电压源以在所述第一离子镜和所述第二离子镜中建立所述离子传输电场，来打开所述ELIT，使得由所述离子源供应的离子流入所述第一离子镜中并且然后通过所述电荷检测圆筒和所述第二离子镜，每个离子都流过所述电荷检测圆筒，从而在其上感应出相应的电荷。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令：所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器产生至少一个控制信号，以通过控制所述至少一个电压源在所述ELIT内的所述离子的所述电荷超过所述最佳阈值时，在所述第一离子镜和所述第二离子镜中同时建立所述离子反射电场，来关闭所述ELIT，从而在所述ELIT中俘获所述离子，并且使被俘获的离子每次通过所述电荷检测圆筒并且在其上感应出对应的电荷时都在所述第一离子镜与所述第二离子镜之间来回振荡。
6.根据权利要求3或权利要求4所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器产生至少一个控制信号，以通过在确定所述最佳阈值之后控制所述至少一个电压源以在所述第二离子镜中建立所述离子反射电场和在所述第二离子镜中建立所述离子反射电场之后控制所述至少一个电压源以在所述ELIT内的所述离子的电荷超过所述最佳阈值时在所述第一离子镜中建立所述离子反射电场，来关闭所述ELIT，其中，在所述第一离子镜和所述第二离子镜中建立的所述离子反射场一起使被俘获的离子每次通过所述电荷检测圆筒并且在其上感应出对应电荷时在所述第一离子镜与所述第二离子镜之间来回振荡。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的系统，所述系统进一步包括用于确定所述离子进入频率和将确定的所述离子进入频率提供给所述处理器的装置。
8.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，所述系统进一步包括电荷前置放大器，所述电荷前置放大器具有可操作地耦合到所述电荷检测圆筒的输入和可操作地耦合到所述处理器的输出，所述电荷前置放大器被配置成每次通过所述电荷检测圆筒的离子在其上感应出电荷时在其所述输出处产生电荷检测信号，
其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器通过监测在从所述离子源进入所述ELIT的离子通过所述电荷检测圆筒时由所述电荷前置放大器产生的所述电荷检测信号和确定监测到的所述电荷检测信号的频率，来确定所述离子进入频率。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，所述系统进一步包括响应于目标离子电荷值的用户输入以将所述目标离子电荷值供应给所述处理器的装置。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，所述系统进一步包括显示监视器，
其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器控制所述显示监视器，以显示包括一个或多个可选择GUI元素的控制图形用户界面（GUI），并且经由与所述一个或多个可选择GUI元素的用户交互接收所述目标离子电荷值。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，所述处理器是第一处理器并且进一步包括：
显示监视器，以及
第二处理器，所述第二处理器被编程以控制所述显示监视器显示包括一个或多个可选择GUI元素的控制图形用户界面（GUI），以经由与所述一个或多个可选择GUI元素的用户交互接收所述目标离子电荷值，并且将接收到的所述目标离子电荷值提供给所述第一处理器，
并且其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述第一处理器执行时使所述第一处理器接收来自所述第二处理器的所述目标离子电荷值。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器生成所述目标离子电荷值。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器：（vi）产生至少一个控制信号，以在俘获事件持续时间内已经关闭所述ELIT之后打开所述ELIT，在所述俘获事件持续时间内，所述离子在所述ELIT内被俘获，（vii）以增量电荷值修改生成的所述目标离子电荷值，以及（viii）使用修改后的目标离子电荷值来重复（i）、（ii）、（iv）和（v）。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器在目标离子电荷值的范围内重复（vi）至（viii）。
15.根据权利要求2至6和9至14中任一项所述的系统，所述系统进一步包括：
电荷前置放大器，所述电荷前置放大器具有可操作地耦合到所述电荷检测圆筒的输入和可操作地耦合到所述处理器的输出，所述电荷前置放大器被配置成每次通过所述电荷检测圆筒的离子在其上感应出电荷时在所述电荷前置放大器的输出处产生电荷检测信号，
阈值发生器电路，所述阈值发生器电路具有耦合到所述处理器的输入和输出，以及
比较器电路，所述比较器电路具有耦合到所述电荷前置放大器的输出的第一输入、耦合到所述阈值发生器电路的所述输出的第二输入以及耦合到所述处理器的输出，
其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器控制所述阈值发生器在其所述输出处产生等于所述最佳阈值的信号，监测所述比较器的所述输出，并且产生所述至少一个控制信号，以响应于由所述电荷前置放大器所产生的所述电荷检测信号的大小超过所述最佳阈值所引起的所述比较器的输出的状态的变化来关闭所述ELIT。
16.根据权利要求8至14中任一项所述的系统，所述系统进一步包括：
阈值发生器电路，所述阈值发生器电路具有耦合到所述处理器的输入和输出，以及
比较器电路，所述比较器电路具有耦合到所述电荷前置放大器的输出的第一输入、耦合到所述阈值发生器电路的输出的第二输入以及耦合到所述处理器的输出，
其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器控制所述阈值发生器在其所述输出处产生等于所述最佳阈值的信号，监测所述比较器的输出，并且产生所述至少一个控制信号，以响应于由所述电荷前置放大器所产生的所述电荷检测信号的大小超过所述最佳阈值所引起的所述比较器的所述输出的状态的变化来关闭所述ELIT。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，所述系统进一步包括被耦合在所述电荷前置放大器的输出与所述比较器的第一输入之间的带通滤波器，所述带通滤波器将所述电荷前置放大器所产生的所述电荷检测信号限制到小于所述电荷检测圆筒上的噪声的频率范围的频率的预定义频带。
18.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，所述系统进一步包括被耦合在所述电荷前置放大器的输出与所述比较器的第一输入之间的信号整形放大器，所述信号整形放大器在所述电荷前置放大器所产生的所述电荷检测信号的上升沿和下降沿中的每一者上产生高斯型脉冲。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的系统，其中，所述存储器已经在其中存储了多个最佳阈值映射，每个映射包括映射到不同离子进入频率的对应电荷值的多个最佳阈值，
并且其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器通过基于所述目标离子电荷值和确定的离子进入频率选择在存储所述存储器中的所述多个最佳阈值映射中的一个或多个来确定所述最佳阈值，并且基于所述目标离子电荷值和确定的离子进入频率从所述多个最佳阈值映射中被选择的所述一个或多个来确定所述最佳阈值。
20.根据权利要求2至6和9至14中任一项所述的系统，所述系统进一步包括电荷前置放大器，所述电荷前置放大器具有可操作地耦合到所述电荷检测圆筒的输入和可操作地耦合到所述处理器的输出，所述电荷前置放大器被配置成每次通过所述电荷检测圆筒的离子在其上感应出电荷时在所述电荷前置放大器的输出处产生电荷检测信号，
并且其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器记录由所述电荷前置放大器产生的电荷检测信号，所述电荷检测信号由在俘获事件的持续时间内重复检测所述离子的电荷而引起，在所述持续时间内，所述离子在所述ELIT内被俘获。
21.根据权利要求8和15至19中任一项所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器记录由所述电荷前置放大器产生的所述电荷检测信号，所述电荷检测信号由在俘获事件的持续时间内重复检测所述离子的电荷而引起，在所述持续时间内，所述离子在所述ELIT内被俘获。
22.根据权利要求20或权利要求21所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时，使所述处理器处理记录的所述电荷检测信号，以确定被俘获的离子的电荷以及被俘获的离子的质荷比和质量中的至少一者。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器根据所确定的最佳阈值、所确定的离子进入频率和被俘获的离子的所确定电荷来确定校正系数，并且通过所述校正系数来校正所测量的离子的强度，以反映由所述离子源供应给所述ELIT的离子中的所述离子的相对丰度。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器根据所确定的离子进入频率和被俘获的离子的所确定的电荷来确定被俘获的离子的检测频率，并且根据所确定的检测频率、所确定的最佳阈值和被俘获的离子的所确定的电荷来确定所述校正系数。
25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述存储器已经在其中存储有多个检测频率映射，每个映射包括映射到针对不同对的最佳阈值和离子电荷振幅值的对应离子进入频率值的多个检测频率值，
并且其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器通过基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最佳阈值和所确定的离子进入频率选择存储在所述存储器中的所述多个检测频率映射中的一个或多个来确定所述检测频率，并且基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最佳阈值和所确定的离子进入频率从所述多个检测频率映射中被选择的所述一个或多个来确定所述检测频率。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述存储器已经在其中存储有多个校正系数映射，每个映射包括映射到针对不同对的最佳阈值和离子电荷振幅值的对应检测频率值的多个校正系数值，
并且其中，存储在所述存储器中的所述指令进一步包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器通过基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最佳阈值和所确定的检测频率选择存储在所述存储器中的所述多个校正系数映射中的一个或多个来确定所述校正系数，并且基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最佳阈值和所确定的检测频率从所述多个校正系数映射中被选择的一个或多个来确定所述校正系数。
27.一种用于分离离子的系统，所述系统包括：
根据权利要求1至26中任一项所述的离子俘获系统，其中，所述离子源被配置成从样品生成离子，以及
至少一个离子分离仪器，所述离子分离仪器被配置成根据至少一个分子特性分离生成的离子，
其中，离开所述至少一个离子分离仪器的离子被供应给所述ELIT。
28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述ELIT包括设置在第一离子镜与第二离子镜之间的电荷检测圆筒，以及其中，所述ELIT被配置和被控制，使得在其中被被俘获的离子以50%的占空比通过所述电荷检测圆筒在所述第一离子镜和第二离子镜之间来回振荡，所述占空比与所述离子移动通过所述电荷检测圆筒所花费的时间与在一个完整的振荡循环期间所述离子穿过所述第一离子镜和所述第二离子镜以及所述电荷检测圆筒的组合所花费的总时间的比例对应。
29.根据权利要求27或权利要求28所述的系统，其中，所述ELIT可操作地耦合到所述离子源和所述处理器，并且其中，所述ELIT包括多个轴向对准的电荷检测圆筒，每个电荷检测圆筒设置在相应的离子镜之间以形成对应的多个级联ELIT区域中的一个，并且其中，存储在所述存储器中的所述指令包括这样的指令，所述这样的指令在由所述处理器执行时使所述处理器控制所述ELIT在所述多个ELIT区域中的每一个区域中相继地俘获单个离子。
30.根据权利要求27或权利要求28所述的系统，其中，所述ELIT包括各自都可操作地耦合到所述处理器的多个ELIT，
并且进一步包括用于将离子从所述至少一个离子分离仪器引导至所述多个ELIT中的每一个的装置，
并且其中，存储在所述存储器中的所述指令包括在由所述处理器执行时使所述处理器控制所述ELIT的指令和用于将离子从所述至少一个离子分离仪器引导至所述多个ELIT中的每一个以在所述多个ELIT中的每一个中相继地俘获单个离子的装置。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的系统，其中，所述至少一个离子分离仪器包括用于根据质荷比分离离子的至少一个仪器、用于根据离子迁移率适时分离离子的至少一个仪器、用于根据离子保留时间分离离子的至少一个仪器和用于根据分子大小分离离子的至少一个仪器中的一者或任何组合。
32.根据权利要求31所述的系统，其中，所述至少一个离子分离仪器包括质谱仪和离子迁移率谱仪中的一者或组合。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的系统，所述系统进一步包括定位在所述离子源和所述至少一个离子分离仪器之间的至少一个离子处理仪器，定位在所述离子源和所述至少一个离子分离仪器之间的所述至少一个离子处理仪器包括用于收集或存储离子的至少一个仪器、用于根据分子特性过滤离子的至少一个仪器、用于解离离子的至少一个仪器和用于使离子电荷态标准化或转变的至少一个仪器中的一者或任何组合。
34.根据权利要求27至33中任一项所述的系统，所述系统进一步包括定位在所述至少一个离子分离仪器和所述ELIT之间的至少一个离子处理仪器，定位在所述至少一个离子分离仪器和所述ELIT之间的所述至少一个离子处理仪器包括用于收集或存储离子的至少一个仪器、用于根据分子特性过滤离子的至少一个仪器、用于解离离子的至少一个仪器和用于使离子电荷态标准化或转变的至少一个仪器中的一者或任何组合。
35.根据权利要求27至34中任一项所述的系统，其中，所述ELIT被配置成允许离子从其离开，
并且其中，所述系统进一步包括至少一个离子分离仪器，所述离子分离仪器被定位成接收离开所述ELIT的离子，并且根据至少一个分子特性分离所述接收离子。
36.根据权利要求35所述的系统，所述系统进一步包括定位在所述ELIT和所述至少一个离子分离仪器之间的至少一个离子处理仪器，定位在所述ELIT和所述至少一个离子分离仪器之间的所述至少一个离子处理仪器包括用于收集或存储离子的至少一个仪器、用于根据分子特性过滤离子的至少一个仪器、用于解离离子的至少一个仪器和用于使离子电荷态标准化或转变的至少一个仪器中的一个或任何组合。
37.根据权利要求35所述的系统，所述系统进一步包括被定位成接收离开自身被定位成接收离开所述ELIT的离子的所述至少一个离子分离仪器的离子的至少一个离子处理仪器，被定位成接收离开被定位成接收离开所述ELIT的离子的所述至少一个离子分离仪器的离子的所述至少一个离子处理仪器包括用于收集或存储离子的至少一个仪器、用于根据分子特性过滤离子的至少一个仪器、用于解离离子的至少一个仪器和用于使离子电荷态标准化或转变的至少一个仪器中的一者或任何组合。
38.根据权利要求27至34中任一项所述的系统，其中，所述ELIT被配置成允许离子从其离开，
并且其中，所述系统进一步包括被定位成接收离开所述ELIT的离子的至少一个离子处理仪器，被定位成接收离开所述ELIT的离子的所述至少一个离子处理仪器包括用于收集或存储离子的至少一个仪器、用于根据分子特性过滤离子的至少一个仪器、用于解离离子的至少一个仪器和用于使离子电荷态标准化或转变的至少一个仪器中的一者或任何组合。
39.一种用于分离离子的系统，所述系统包括：
离子源，所述离子源被配置成从样品生成离子，
第一质谱仪，所述第一质谱仪被配置成根据质荷比分离生成的离子，
离子解离级，所述离子解离级被定位成接收离开所述第一质谱仪的离子并且被配置成解离离开所述第一质谱仪的离子，
第二质谱仪，所述第二质谱仪被配置成根据质荷比分离离开所述离子解离级的解离离子，以及
根据权利要求27所述的系统，所述系统与所述离子解离级并联耦合并且耦合到所述离子解离级，使得根据权利要求27所述的系统可以接收离开所述第一质谱仪和所述离子解离级中的任一者的离子，其中，根据权利要求27所述的系统是电荷检测质谱仪（CDMS），
其中，离开所述第一质谱仪的前体离子的质量是使用所述CDMS来测量的，具有低于阈值质量的质量值的前体离子的解离离子的质荷比是使用所述第二质谱仪来测量的，并且具有等于或高于所述阈值质量的质量值的前体离子的解离离子的质荷比和电荷值是使用所述CDMS来测量的。
40.一种在静电线性离子阱（ELIT）中俘获由离子源供应的离子以进行其测量的方法，所述方法包括：
（i）用处理器产生至少一个控制信号，以打开所述ELIT，从而允许由所述离子源供应的离子进入所述ELIT，
（ii）用所述处理器确定与从所述离子源流入打开的所述ELIT中的离子的频率对应的离子进入频率，
（iii）用所述处理器生成或接收目标离子电荷值，
（iv）用所述处理器根据所述目标离子电荷值和所确定的离子进入频率确定最佳阈值，以及
（v）用所述处理器产生至少一个控制信号，以在所述ELIT内的离子的电荷超过所述最佳阈值时关闭所述ELIT，从而在所述ELIT中俘获所述离子。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述ELIT包括限定第一通路的第一离子镜、限定第二离子通路的第二离子镜和限定从其通过的第三通路的电荷检测圆筒，其中，所述第一通路、所述第二通路和所述第三通路与设置在所述第一离子镜与所述第二离子镜之间的所述电荷检测圆筒同轴对准，使得所述ELIT的纵向轴线通过所述第一通路、所述第二通路和所述第三通路中的每一者的中心，所述第一离子镜限定离子入口孔，由所述离子源供应的离子经由所述离子入口孔流入所述ELIT中，
并且其中，所述至少一个电压源可操作地耦合到所述处理器以及所述第一离子镜和所述第二离子镜，并且被配置成产生电压，以在其中选择性地建立离子传输电场或离子反射电场，所述离子传输电场被配置成使通过所述第一离子镜和所述第二离子镜中的相应一者的离子向所述纵向轴线集中，所述离子反射电场被配置成使从所述电荷检测圆筒进入所述第一离子镜和所述第二离子镜中的相应一者的离子在相反的方向上停止和加速，返回通过所述电荷检测圆筒并且朝向所述第一离子镜和所述第二离子镜中的另一者，同时也使所述离子向所述纵向轴线集中，
并且其中，产生所述至少一个控制信号以打开所述ELIT包括：用所述处理器控制所述至少一个电压源在所述第一离子镜和所述第二离子镜中建立所述离子传输电场，使得由所述离子源供应的离子流入所述第一离子镜中，并且然后通过所述电荷检测圆筒和所述第二离子镜，每个离子都流过所述电荷检测圆筒，从而在其上感应出相应的电荷。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，产生所述至少一个控制信号以关闭所述ELIT包括：用所述处理器控制所述至少一个电压源，以在所述ELIT内的离子的电荷超过所述最佳阈值时，同时在所述第一离子镜和所述第二离子镜中建立所述离子反射电场，从而在所述ELIT中俘获所述离子，并且使被俘获的离子每次通过所述电荷检测圆筒并且在其上感应出对应的电荷时在所述第一离子镜和所述第二离子镜之间来回振荡。
43.根据权利要求41所述的方法，其中，产生所述至少一个控制信号以关闭所述ELIT包括：用所述处理器，在确定所述最佳阈值之后，控制所述至少一个电压源以在所述第二离子镜中建立所述离子反射电场，以及在所述第二离子镜中建立所述离子反射电场之后，控制所述至少一个电压源以在所述ELIT内的离子的电荷超过所述最佳阈值时在所述第一离子镜中建立所述离子反射电场，从而在所述ELIT中俘获所述离子，其中，在所述第一离子镜和所述第二离子镜中建立的所述离子反射电场一起使被俘获的所述离子每次通过所述电荷检测圆筒并且在其上感应出对应的电荷时在所述第一离子镜与所述第二离子镜之间来回振荡。
44.根据权利要求40至43中任一项所述的方法，所述方法进一步包括电荷前置放大器，所述电荷前置放大器具有可操作地耦合到所述电荷检测圆筒的输入和可操作地耦合到所述处理器的输出，所述电荷前置放大器被配置成每次通过所述电荷检测圆筒的离子在其上感应出电荷时，在所述电荷前置放大器的输出处产生电荷检测信号，
其中，确定所述离子进入频率包括：当从所述离子源进入所述ELIT的离子通过所述电荷检测圆筒时，通过所述处理器监测由所述电荷前置放大器产生的所述电荷检测信号，以及确定监测到的所述电荷检测信号的频率。
45.根据权利要求40至44中任一项所述的方法，其中，所述目标离子电荷值由所述处理器经由对耦合到所述处理器的电子设备或装置的控制而接收。
46.根据权利要求40至44中任一项所述的方法，所述方法进一步包括显示监视器，所述显示监视器由所述处理器控制以显示包括一个或多个可选择GUI元素的控制图形用户界面（GUI），
其中，所述目标离子电荷值经由与所述一个或多个可选择GUI元素的用户交互而被接收。
47.根据权利要求40至44中任一项所述的方法，其中，所述目标离子电荷值由所述处理器生成。
48.根据权利要求47所述的方法，所述方法进一步包括：
（vi）产生至少一个控制信号，以在俘获事件持续时间内已经关闭所述ELIT之后打开所述ELIT，在所述俘获事件持续时间内，所述离子在所述ELIT内被俘获，
（vii）以增量电荷值修改生成的目标离子电荷值，以及
（viii）使用修改后的目标离子电荷值来重复（i）、（ii）、（iv）和（v）。
49.根据权利要求48所述的方法，所述方法进一步包括在目标离子电荷值的范围内重复（vi）至（viii）。
50.根据权利要求44至49中任一项所述的方法，所述方法进一步包括：阈值发生器电路，所述阈值发生器电路具有耦合到所述处理器的输入和输出；以及比较器电路，所述比较器电路具有耦合到所述电荷前置放大器的输出的第一输入、耦合到所述阈值发生器电路的所述输出的第二输入以及耦合到所述处理器的输出，
其中，所述方法进一步包括：用所述处理器控制所述阈值发生器以在其所述输出处产生等于所述最佳阈值的信号，用所述处理器监测所述比较器的所述输出，并且用所述处理器产生所述至少一个控制信号，以响应于由所述电荷前置放大器所产生的所述电荷检测信号的大小超过所述最佳阈值所引起的所述比较器的所述输出的状态的变化来关闭所述ELIT。
51.根据权利要求50所述的方法，所述方法进一步包括将由所述电荷前置放大器产生的所述电荷检测信号限制到小于所述电荷检测圆筒上的噪声的频率范围的频率的预定义频带。
52.根据权利要求50或51所述的方法，对由所述电荷前置放大器产生的所述电荷检测信号进行整形，以在其上升沿和下降沿中的每一者上产生高斯型脉冲。
53.根据权利要求40至52中任一项所述的方法，所述方法进一步包括：用所述处理器将多个最佳阈值映射存储在存储器中，每个映射包括映射到不同离子进入频率的对应电荷值的多个最佳阈值，
其中，确定所述最佳阈值包括：通过所述处理器，基于所述目标离子电荷值和确定的所述离子进入频率选择存储在所述存储器中的所述多个最佳阈值映射中的一个或多个，并且用所述处理器，基于所述目标离子电荷值和所确定的离子进入频率从所述多个最佳阈值映射中被选择的所述一个或多个确定所述最佳阈值。
54.根据权利要求44至53中任一项所述的方法，所述方法进一步包括：用所述处理器记录由所述电荷前置放大器产生的所述电荷检测信号，所述电荷检测信号由在俘获事件的持续时间内重复检测所述离子的电荷而引起，在所述持续时间内，所述离子在所述ELIT内被俘获。
55.根据权利要求54所述的方法，所述方法进一步包括：用所述处理器处理记录的所述电荷检测信号，以确定被俘获的所述离子的电荷以及被俘获的所述离子的质荷比和质量中的至少一者。
56.根据权利要求55所述的方法，所述方法进一步包括：用所述处理器，根据所确定的最佳阈值、所确定的离子进入频率和被俘获的所述离子的所确定的电荷来确定校正系数，并且用所述处理器，通过所述校正系数来校正所测量的离子的强度，以反映由所述离子源供应给所述ELIT的离子中的所述离子的相对丰度。
57.根据权利要求56所述的方法，所述方法进一步包括：用所述处理器根据所确定的离子进入频率和被俘获的所述离子的所确定的电荷确定被俘获的离子的检测频率，以及用所述处理器根据所确定的检测频率、所确定的最佳阈值和被俘获的离子的所确定的电荷来确定所述校正系数。
58.根据权利要求57所述的方法，所述方法进一步包括：用所述处理器将多个检测频率映射存储在存储器中，每个映射包括映射到针对不同对的最佳阈值和离子电荷振幅值的对应离子进入频率值的多个检测频率值，
并且其中，确定所述检测频率包括：通过所述处理器，基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最佳阈值和所确定的离子进入频率选择存储在所述存储器中的所述多个检测频率映射中的一个或多个，并且用所述处理器，基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最佳阈值和所确定的离子进入频率从所述多个检测频率映射中被选择的所述一个或多个确定所述检测频率。
59.根据权利要求58所述的方法，所述方法进一步包括：用所述处理器将多个校正系数映射存储在存储器中，每个映射包括映射到针对不同对的最佳阈值和离子电荷振幅值的对应检测频率值的多个校正系数值，
并且其中，确定所述校正系数包括：用所述处理器，基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最佳阈值和所确定的检测频率选择存储在所述存储器中的所述多个校正系数中的一个或多个，并且用所述处理器基于被俘获的离子的所确定的电荷、所确定的最佳阈值和所确定的检测频率从所述多个校正系数映射中被选择的所述一个或多个确定所述校正系数。
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