CN115136280A - 具有电荷测量布置的质谱仪 - Google Patents

Abstract

质谱仪可具有包括被配置成从样品生成离子的离子生成器的离子源区域，被配置成检测离子并产生相应离子检测信号的离子检测器、设置在离子源区域和离子检测器之间的无电场漂移区域，所生成的离子通过其向离子检测器轴向漂移，设置在漂移区域中并且轴向漂移通过漂移区域的离子穿过其的多个间隔开电荷检测圆筒，以及多个电荷放大器，每个电荷放大器耦合到多个电荷检测圆筒中的不同的一个并且每个都被配置成产生电荷检测信号，该电荷检测信号对应于穿过多个电荷检测圆筒中的相应一个的所生成离子中的一个或多个的电荷的量值。

Description

具有电荷测量布置的质谱仪

对相关申请的交叉引用

本专利申请要求2019年12月18日提交的美国临时专利申请系列号62/949,554的权益和优先权，其公开通过引用其全文明确并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及质谱仪器，并且更具体地涉及被配置成同时测量离子质荷比（mass-to-charge ratio）和离子电荷的质谱仪器。

背景技术

常规的质谱仪和质量分析仪（mass analyzer）通过测量从物质生成的气相离子的质荷比来提供对物质的化学成分的标识。常规质谱仪和质量分析仪产生的谱信息限于质荷比信息，因为此类仪器缺乏测量粒子电荷的能力。

发明内容

本公开可包括所附权利要求书中记载的特征中的一个或多个，和/或以下特征中的一个或多个及其组合。在一个方面中，质谱仪可包括包括被配置成从样品生成离子的离子生成器的离子源区域，被配置成检测离子并产生相应离子检测信号的离子检测器、设置在离子源区域和离子检测器之间的无电场（electric field-free）漂移区域，所生成的离子通过其向离子检测器轴向漂移，设置在漂移区域中并且轴向漂移通过漂移区域的离子穿过其的多个间隔开电荷检测圆筒（cylinder），以及多个电荷放大器，每个电荷放大器耦合到多个电荷检测圆筒中的不同的一个并且每个都被配置成产生电荷检测信号，该电荷检测信号对应于穿过多个电荷检测圆筒中的相应一个的所生成离子中的一个或多个的电荷的量值（magnitude）。

附图说明

图1是质谱仪的简化图，该质谱仪被配置成根据质荷比分离和测量离子并在它们分离时测量离子的电荷量值或电荷状态。

图2是将图1的光谱仪（spectrometer）配置为飞行时间（TOF）质谱仪的实施例的离子加速区域的形式体现的图1的光谱仪的离子处理区域的简化图。

图3是示出了简化过程的实施例的流程图，该简化过程用于操作图1和图2的TOF质谱仪来根据（as a function）质荷比分离和测量离子并在它们分离时测量离子的电荷量值或电荷状态。

图4A是图1和图2的光谱仪的说明性示例的一部分的简化图，其包括轴向布置在无场漂移区域中的3个电荷检测圆筒，并示出了在时间T0<T1处来自光谱仪的加速区域的带电粒子加速后在时间T1处进入无场漂移区域的不同质荷比的两个示例带电粒子。

图4B是类似于图4A的简化图，示出了在时间T2＞T1处无场漂移区域中的两个示例带电粒子的相应位置。

图4C是类似于图4A和4B的简化图，示出了在时间T3＞T2处无场漂移区域中的两个示例带电粒子的相应位置。

图4D是类似于图4A-4C的简化图，示出了在时间T4＞T3处无场漂移区域中的两个示例带电粒子的相应位置。

图4E是类似于图4A-4D的简化图，示出了在时间T5＞T4处无场漂移区域中的两个示例带电粒子的相应位置。

图4F是类似于图4A-4E的简化图，示出了在时间T6＞T5处无场漂移区域中的两个示例带电粒子的相应位置。

图4G是类似于图4A-4F的简化图，示出了在时间T7＞T6处无场漂移区域中的两个示例带电粒子的相应位置。

图4H是类似于图4A-4G的简化图，示出了在时间T8＞T7处无场漂移区域中的两个示例带电粒子的相应位置。

图4I是类似于图4A-4H的简化图，示出了在时间T9＞T8处无场漂移区域中的两个示例带电粒子的相应位置。

图4J是类似于图4A-4I的简化图，示出了在时间T10＞T9处无场漂移区域中的两个示例带电粒子的相应位置。

图4K是类似于图4A-4J的简化图，示出了无场漂移区域中的带电粒子P2的位置并且示出了在时间T11＞T10处到达检测器的带电粒子P1。

图4L是类似于图4A-4J的简化图，示出了在时间T12＞T11处无场漂移区域中的带电粒子P2的位置并且还示出了在时间T13＞T12处随后到达检测器的带电粒子P2。

图5是电荷量值对（vs.）时间的绘图，示出了如图4A-4D中描绘的时间窗T1–T4（相对于T0）期间在两个示例带电粒子穿过设置在与加速区域的出口相邻的漂移区域中的第一电荷检测圆筒时电荷放大器CA1的示例输出。

图6是电荷量值对时间的绘图，示出了如图4C-4H中描绘的时间窗T3–T8（相对于T0）期间在两个示例带电粒子穿过设置在第一和第三电荷检测圆筒之间的漂移区域中的第二电荷检测圆筒时电荷放大器CA2的示例输出。

图7是电荷量值对时间的绘图，示出了如图4G-4L中描绘的时间窗T7–T12（相对于T0）期间在两个示例带电粒子穿过设置与第二电荷检测圆筒相邻并且与离子检测器相邻的漂移区域中的第三电荷检测圆筒时电荷放大器CA3的示例输出。

图8是示出了确定通过漂移区域在时间上轴向分离的离子的电荷值的图3中示出的过程的一部分的实施例的流程图。

图9是将图1的光谱仪配置为质荷比可扫描质谱仪的实施例的质荷比过滤器（filter）并且可选的离子阱的形式体现的图1的光谱仪的离子处理区域的简化图。

图10是示出了简化过程的实施例的流程图，该简化过程用于操作图1和9的质荷比可扫描质谱仪来根据质荷比测量离子并在它们在仪器的无场漂移区中分离时测量离子的电荷。

图11是将图1的光谱仪配置为质荷比可扫描质谱仪的另一实施例的离子分解（dissociation）区域分离的两个质荷比过滤器的形式体现的图1的光谱仪的离子处理区域的简化图。

图12是示出了简化过程的实施例的流程图，该简化过程用于操作图1和11的质荷比可扫描质谱仪来根据质荷比测量离子并在它们在仪器的无场漂移区中分离时测量离子的电荷。

图13是具有形成其一个表面上的多个间隔开导电条的伸长的（elongated）电绝缘片（sheet）形式的图1的无场漂移区域的实施例的透视图。

图14是被示出具有接合已形成无场漂移管（tube）形式的无场漂移区域的相对侧的图13的片的透视图。

图15是如沿图14的截面线15-15观察的图13和14的无场漂移管的截面图。

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多个说明性实施例并且将使用特定语言对其进行描述。

本公开涉及装置和技术，其用于测量带电粒子的质荷比并且还测量带电粒子在它们移动通过漂移区域时的电荷量值或电荷状态以及用于确定作为作为测量的质荷比和测量的电荷量值或电荷状态的函数的带电粒子的质量（mass）。出于本文的目的，术语“带电粒子”和“离子”可以互换使用，并且两个术语旨在指代具有净（net）正电荷或负电荷的任何粒子。

现在参考图1，示出了质谱仪10的示意图，该质谱仪10被配置成测量带电粒子的质荷比并且还测量带电粒子的电荷量值或电荷状态。在所示实施例中，质谱仪10包括耦合到离子处理区域14的离子入口A1的离子源区域12，并且离子处理区域14的离子出口A2耦合到漂移区域16的一端。离子检测器18位于漂移区域16的相对端处。在一个实施例中，离子检测器18是具有面向漂移区域16的检测表面18A的常规微通道（microchannel）板检测器，尽管在其他实施例中离子检测器18可以是任何常规检测器，其被配置成和可操作以响应于在该处检测到移动通过漂移区域16的离子而产生信号。可以实现为离子检测器的其他常规仪器和装置的示例可以包括但不限于离子到光子检测器、法拉第杯检测器、电子倍增器（multiplier）检测器、任何固态检测器、任何具有高压碰撞打拿极（dynode）的检测器或诸如此类。

在图1中所示的实施例中，漂移区域16是限定在伸长漂移管16A内的线性漂移区域。漂移区域16在离子处理区域14的出口A2和离子检测器18的离子检测表面18A之间具有长度DRL，并且纵轴34在中心延伸通过漂移区域16并且在中心分别通过离子处理区域14的每个入口和出口A1、A2。将理解的是，虽然以线性漂移区域的形式在图1中示出漂移区域16，但在替代实施例中，漂移区域16可以是整体或部分非线性的。作为一个非限制性示例，漂移区域16可以以包括常规离子入口（即进入口）和离子出口（即离去口）结构的圆形漂移区域的形式提供。本领域技术人员将想到至少部分非线性漂移区域的其他示例，并且将理解，任何此类替代配置旨在落入本公开的范围内。

如将在下文更详细描述的，离子源12说明性地包括用于从样品22生成离子的任何常规设备或装置20，并且可以进一步包括用于根据一个或多个分子特性分离、收集和/或过滤离子和/或用于和/或分解例如碎裂离子的一个或多个设备和/或仪器24₁-24_F。作为不应被视为以任何方式进行限制的一个说明性示例，离子生成器20可包括常规电喷雾(electrospray）离子化（ESI）源、基质（matrix）辅助激光解吸离子化（MALDI）源或其他常规离子生成器，其被配置成从样品22生成离子。从其生成离子的样品22可以是任何生物或其他材料。

电压源26经由数量J的信号路径电连接到离子源或源区域12，并且经由数量K的信号路径电连接到离子处理区域14，其中J和K每个都可以是任何正整数。在一些实施例中，电压源26可以以单个电压源的形式实现，并且在其他实施例中，电压源26可以包括任何数量的单独电压源。在一些实施例中，电压源26可以被配置或控制以产生和供应可选择量值的一个或多个时不变（即DC）电压。替代地或附加地，电压源26可以被配置或控制以产生和供应一个或多个可切换的时不变电压，即，一个或多个可切换的DC电压。替代地或附加地，电压源26可以被配置或可控制以产生和供应可选择形状、占空比、峰值量值和/或频率的一个或多个时变信号。作为不应被视为以任何方式进行限制的后一实施例的一个具体示例，电压源26可被配置或可控制以产生和供应射频（RF）范围内的一个或多个正弦（或其他形状的）电压形式的一个或多个时变电压。

电压源26说明性地示出为通过数量M的信号路径电连接到常规处理器28，其中M可以是任何正整数。离子检测器18也经由至少一个信号路径电连接到处理器28。处理器28说明性地是常规的并且可以包括单个处理电路或多个处理电路。处理器28说明性地包括或耦合到其中存储有指令的存储器30，当由处理器28执行时，指令使处理器28控制电压源26以产生用于选择性地控制离子源区域12的操作的一个或多个输出电压和用于选择性地控制离子处理器区域14的操作的一个或多个输出电压。存储在存储器30中的指令进一步说明性地包括用于处理由离子检测器18产生的离子检测信号来以常规方式确定离子质荷比值的指令。在一些实施例中，处理器28可以以一个或多个常规微处理器或控制器的形式实现，并且在这样的实施例中，存储器30可以以一个或多个常规存储器单元的形式实现，其中具有以一个或多个微处理器可执行指令或指令集的形式存储的指令。在其他实施例中，处理器28可以替代地或附加地以现场可编程门阵列（FPGA）或类似电路的形式实现，并且在这样的实施例中，存储器30可以以包含在其中可以编程并存储指令的FPGA内和/或外的可编程逻辑块的形式实现。在又一实施例中，处理器28和/或存储器30可以以一个或多个专用集成电路（ASIC）的形式实现。本领域技术人员将认识到可以实现处理器28和/或存储器30的其他形式，并且将理解，任何这种其他形式的实现被本公开所设想并且旨在落入本公开之内。在一些替代实施例中，电压源26本身可以是可编程的，以选择性地产生一个或多个恒定和/或时变的输出电压。

处理器28进一步说明性地经由数量P的信号路径耦合到一个或多个外围设备32（PD），其中P可以是任何正整数。一个或多个外围设备32可包括用于向处理器28提供（一个或多个）信号输入的一个或多个设备和/或处理器28向其提供（一个或多个）信号输出的一个或多个设备。在一些实施例中，外围设备32包括常规显示监视器、打印机和/或其他输出设备中的至少一个，并且在这样的实施例中，存储器30具有存储在其中的指令，当由处理器28执行时，指令使处理器图28控制一个或多个这样的输出外围设备32来显示和/或记录对存储的数字化的电荷检测信号的分析。

在所示实施例中，离子源或源区域12说明性地包括耦合到电压源26的至少一个离子生成器20。处理器28例如经由存储在存储器30中的指令说明性地被编程以控制电压源26产生一个或多个电压来使离子生成器20从样品22生成离子。在一些实施例中，离子生成器20和样品22位于离子源区域12内，在其他实施例中离子生成器20和样品22两者均位于离子源区域12的外部，并且在又一些实施例中，样品22位于离子源区域12的外部并且离子生成器20位于离子源区域12的内部，但可流动地（fluidly）或以其他方式操作地耦合到样品22，如图2中的虚线表示所示。在一个实施例中，离子生成器20是常规电喷雾离子化（ESI）源，其被配置成以带电液滴的细雾（fine mist）形式从样品生成离子。在替代实施例中，离子生成器20可以是或包括常规基质辅助激光解吸离子化（MALDI）源。将理解，ESI和MALDI仅代表两种常规离子生成器，并且离子生成器20可以替代地以用于从样品生成离子的任何常规设备或装置的形式提供。

在一些实施例中，离子源或源区域12可以进一步包括一个或多个离子处理级（stage）24₁-24_F，其中F可以是任何正整数。在这样的实施例中，处理器28被说明性地编程以控制电压源26以产生一个或多个电压来控制一个或多个离子处理级24₁-24_F的操作。这样的离子处理级24₁-24_F的示例可以包括但不限于任何顺序和/或组合的用于根据一个或多个分子特性分离、收集和/或过滤带电粒子的设备和/或仪器，和/或用于分解例如破碎带电粒子的一个或多个设备和/或仪器。用于根据一个或多个分子特性分离带电粒子的设备和/或仪器的示例包括但不限于一个或多个质谱仪或质量分析仪、一个或多个离子迁移率谱仪（mobility spectrometer）、一个或多个气体或液体色谱仪（chromatograph）以及诸如此类。在包括其一个或多个的离子源12的实施例中，质谱仪或质量分析仪的示例包括但不限于飞行时间（TOF）质谱仪、反射（reflectron）质谱仪、傅里叶变换离子回旋共振（cyclotronresonance）（FTICR）质谱仪、四极（quadrupole）质谱仪、三重四极（triple quadrupole）质谱仪、磁扇区（magnetic sector）质谱仪或诸如此类。在包括其一个或多个的离子源12的实施例中，离子迁移率谱仪的示例包括但不限于单管线性离子迁移率谱仪、多管线性离子迁移率谱仪、圆形管离子迁移率谱仪或诸如此类。用于收集带电粒子的一个或多个设备和/或仪器的示例包括但不限于四极离子阱（trap）、六极离子阱或诸如此类。用于过滤带电粒子的一个或多个设备和/或仪器的示例包括但不限于用于根据质荷比过滤带电粒子的一个或多个设备或仪器、用于根据粒子迁移率过滤带电粒子的一个或多个设备或仪器以及诸如此类。用于分解带电粒子的一个或多个设备和/或仪器的示例包括但不限于用于通过碰撞诱导（collision-induced）分解（CID）、表面诱导（surface-induced）分解（SID）、电子捕捉分解（ECD）和/或光致（photo-induced）分解（PID）或诸如此类分解带电粒子的一个或多个设备或仪器。将理解，（一个或多个）离子处理级24₁-24_F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任何顺序的一个或任何组合，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。

电荷检测器阵列40说明性地设置在漂移区域16内或与漂移区域16集成。在如图1中所示的实施例中，电荷检测器阵列40说明性地包括多个、即N个间隔开的级联电荷检测圆筒40₁-40_N，其中N可以是大于2的任何正整数。在不应被视为以任何方式进行限制的一个示例实施例中，N可以是大约100，尽管在其他实施例中N可以小于100或大于100。在任何情况下，电荷检测圆筒40₁-40_N中的每个都限定了穿过其中的孔，从而允许离子穿过相应的圆筒，并且在所示实施例中，电荷检测圆筒40₁-40_N首尾相连地（end-to-end）布置，使得漂移区域16的纵轴34在中心穿过每个圆筒。在所示实施例中，每个电荷检测圆筒40₁-40_N限定了其离子入口和离子出口端之间的长度CDL，尽管在替代实施例中，一个或多个电荷检测圆筒40₁-40_N可以具有大于或小于长度CDL的长度。最小CDL说明性地是物理上可实现的并且将产生对穿过其的一个或多个离子的电可检测信号响应。尽管理论上不存在CDL的上限，但诸如可用空间和仪器操作条件之类的实际考虑通常将限制任何特定应用中的最大有用CDL。

在所示实施例中，多个接地环（ground ring）42₁-42_N-1中的每个位于电荷检测圆筒40₁-40_N的每个相邻对之间限定的空间内，并且另一个接地环42_N与最后电荷检测圆筒40_N的离子出口相邻地定位。每个接地环42₁-42_N说明性地限定了穿过其的环孔（ringaperture）RA并且纵轴34在中心穿过该环孔RA，其中RA说明性地小于或等于电荷检测圆筒40₁-40_N的内径。在所示实施例中，电荷检测圆筒40₁-40_N彼此轴向间隔开空间长度SL。在所示实施例中，接地环42₁-42_N-1中的每个定位成径向平分（radially bisect）电荷检测圆筒40₂-40_N中的相应相邻电荷检测圆筒的离子入口和离子出口之间的空间SL，使得每个接地环42₁-42_N与电荷检测圆筒40₁-40_N的相应相邻圆筒之间的距离是SL/2，并且接地环42_N被定位成将电荷检测圆筒40_N的离子出口与离子检测器18的检测表面18A之间的空间SL平分，使得从接地环42_N到每个的距离是SL/2。在一些实施例中，可以省略接地环42₁-42_N中的一个或多个。

在一个示例实施例中，漂移管16A以导电圆筒的形式提供，其说明性地耦合到接地电位（如图1中所示）或耦合到另一个参考电位，并且其中多个电荷检测圆筒40₁–40_N被适当安装。在包括一个或多个接地环42₁-42_N的此类实施例中，此类一个或多个接地环可以电和机械地耦合到导电圆筒的内表面或者可以与导电圆筒集成地形成，使得导电圆筒和一个或多个接地环42₁-42_N是单一构造。在另一个示例实施例中，漂移管16A可以由互连的一系列交替的导电或电绝缘间隔件（spacer）和多个接地环42₁-42_N中的相应接地环形成，并且其中多个电荷检测圆筒40₁-40_N可以被适当地安装。在又一个示例实施例中，漂移管16A可以以柔性或半柔性电绝缘材料的可卷曲（rollable）片的形式提供，例如柔性电路板，多个间隔开的并行导电条附着到其或在其上以常规方式形成多个间隔开的并行导电条，例如使用常规金属图案沉积技术。该实施例的非限制性示例在图13-15中示出并将在下面详细描述。本领域技术人员将认识到可以提供漂移管16A和/或电荷检测圆筒40₁-40_N和/或一个或多个接地环42₁-42_N（在包括它们的实施例中）的其他形式，并且将理解，任何此类其他形式旨在落入本公开的范围内。

每个电荷检测圆筒40₁-40_N电连接到N个电荷敏感放大器CA1-CAN中对应一个的信号输入，并且每个电荷放大器CA1-CAN的信号输出电连接到处理器28。随着带电粒子从离子处理区域14的离子出口A2进入漂移管16A，进入的带电粒子轴向移动通过漂移区域16朝向并进入离子检测器18的感测面18A中。随着带电粒子轴向移动通过漂移管16A，每个这样的带电粒子依次穿过多个电荷检测圆筒40₁-40_N。随着每个这样的带电粒子穿过每个连续的电荷检测圆筒40₁-40_N，带电粒子在其上感应电荷，其中感应电荷具有与该粒子的电荷的量值成比例的量值。电荷放大器CA1-CAN中的每个说明性地是常规的并且响应于由电荷检测器40₁-40_N中的相应一个上的带电粒子感应的电荷来在其输出处产生对应的和相应的电荷检测信号。由电荷放大器CA1-CAN产生的电荷检测信号被供应给处理器28。由电荷放大器CA1-CAN产生的电荷检测信号的量值在任何时间点处都与以下内容成比例：（i）在单个带电粒子穿过电荷检测圆筒40₁-40_N中的相应的一个情况下，该单个带电粒子的电荷的量值，或（ii）在多个带电粒子同时穿过电荷检测圆筒40₁-40_N中的相应的一个的情况下，那些多个带电粒子的电荷的组合量值。处理器28继而说明性地可操作以接收和数字化由电荷放大器CA1-CAN中的每个产生的电荷检测信号，并将数字化的电荷检测信号存储在存储器30中或存储在耦合到处理器28或否则处理器28可访问的一个或多个其他存储单元中。

质谱仪10的漂移区域16是无场漂移区域（即无电场），并且经由离子处理区域14的离子出口A2以初始速率进入漂移管16A的带电粒子离子以基本上恒定的速率向离子检测器18的检测面18A漂移并进入离子检测器18的检测面18A中。在这点上，离子源12和/或离子处理区域14通常将提供用于使离子以初始速率进入漂移管16A的动力（motive force）。可以说明性地以若干不同形式的任何一种或组合提供动力，其示例可以包括但不限于一个或多个离子加速电场、一个或多个磁场、外部环境与离子源12之间的压力差和/或离子源12和漂移管16A之间的压力差或诸如此类。在任何情况下，随着带电粒子漂移通过无场漂移区域16，它们将根据质荷比在时间上分离，其中具有较低质荷比的带电粒子比具有较高质荷比的带电粒子更快地到达离子检测器18。

如上所述，存储器30说明性地包括可由处理器28执行的指令以（a）使处理器28以常规方式控制电压源26来（i）使离子生成器20生成带电粒子，并且（ii）使带电粒子中的单个带电粒子通过，以使指定组或集合的带电粒子通过，或使所有生成的带电粒子通过，它们从离子处理区域14进入（一个或多个）带电粒子移动通过的漂移区域16中，每个具有恒定的能量轴向朝向并进入离子检测器18中，并且（b）以常规方式处理由离子检测器18产生的检测信号以确定到达检测器18的带电粒子的质荷比。在图1中所示的质谱仪10的实施例中，存储器30进一步说明性地包括可由处理器28执行的指令以处理由离子检测器18产生的检测信号和由电荷放大器CA1-CAN中的每个或至少一些产生的检测信号来确定已经轴向移动通过漂移区域16的每个带电粒子的电荷量值和/或电荷状态，并且然后基于测量的粒子质荷比和测量的粒子电荷量值或电荷状态确定粒子质量。在一些实施例中，诸如当离子源12和/或离子处理区域14被配置成同时从离子处理区域14的离子出口A2生成多个离子并将其供应到漂移区域16中时，例如，可能希望将漂移管16A被配置成包括离子处理区域14的离子出口A2和第一电荷检测圆筒16₁的离子入口端之间（或在离子出口A2和可以放置在第一电荷检测圆筒16₁的离子入口端的前面接地环的离子入口之间）的长度PRL的阵列前空间（pre-array space），如图1中示例所示。这将允许轴向移动通过漂移区域16的带电粒子在用电荷检测器阵列16进行电荷测量之前经历时间上的轴向分离的某些量（作为无场区域16中的质荷比的函数），并且由此可以增加由电荷放大器CA1-CAN中的第一一个或多个产生的电荷检测信号的质量和有用性。阵列前空间16B的长度PRL可以说明性地基于应用来选择，并且在一些实施例中，阵列前空间16B可以被整体省略。

现在参考图2，离子处理区域14的实施例被显示为以离子加速区域14'的形式实现。在图2中所示的实施例中，离子加速区域14'包括限定离子入口A1的导电门（gate）36和限定离子出口A2的另一个导电门38。门36、38彼此轴向间隔开，门36与离子源区域12相邻地定位并且门38与漂移管16A的入口端相邻地定位。在一个实施例中，每个门36、38说明性地以导电板或环的形式提供，该导电板或环限定了穿过其的相应入口/出口A1、A2。在一些这样的实施例中，离子加速区域14'可以包括一个或多个常规径向聚焦结构或设备，例如，由处理器28以常规方式配置和/或控制，以引导带电粒子通过离子出口A2。在一些替代实施例中，门36、38中的一个或两个可以以导电网格或其他常规导电门结构的形式提供。在任何情况下，电压源26的电压输出VS1电连接到导电门36，并且电压源26的另一个电压输出VS2电连接到导电门38。

离子加速区域14'的操作是常规的，因为在一个或多个生成的离子已经经由离子入口A1进入离子加速区域14'情况下，处理器28可操作以控制电压源26创建门36、38之间的电场E，该电场E被定向为加速离子通过离子出口A2并进入漂移管16A的入口端中。在带正电粒子的情况下，选择电压VS1和VS2以在图2中描绘的方向上在门36、38之间创建电场E，并且在带负电粒子的情况下，将选择电压VS1和VS2以在与图2中描绘的方向相对方向上创建门36、38之间的电场。在任一情况下，所生成的电场E操作以将包含在离子加速区域14'中的一个或多个生成的离子加速到漂移区域16中，通过漂移区域16，它/它们中的每个以恒定的能量向离子检测器18轴向漂移。在如图2中的示例所示的离子处理区域14被实现为离子加速区域14'的情况下，质谱仪10在结构上是飞行时间（TOF）质谱仪，其具有轴向布置在无场漂移管16A中、作为其一部分布置或限定无场漂移管16A的电荷检测器阵列40。

现在参考图3，示出了描绘示例过程100的简化流程图，示例过程100用于操作图1和图2的TOF质谱仪（即，图1的质谱仪10，具有实现为离子处理区域14的图2的离子加速区域14'）以测量离子质荷比、离子电荷（量值和/或电荷状态）和离子质量。过程100说明性地以可由处理器28执行以执行粒子质荷比、粒子电荷和粒子质量的测量的指令的形式存储在存储器30中。过程100说明性地开始于离子生成器20生成的一个或多个带电粒子驻留在离子加速区域14'内，即在门36、38之间的点。在过程100之前，处理器28将以常规方式控制电压源26以使离子生成器20生成多个离子。在离子源12不包括任何离子处理级24₁-24_F（见图1）的实施例中，所生成的多个离子中的大多数，如果不是全部的话，将穿过入口A1并驻留在离子加速区域14'中，在一些情况中，通过电压源26的控制来辅助控制相对于施加到离子生成器20的电压的输出电压VS1、VS2中的一个或两个，如果有的话。

在离子源12包括一个或多个离子处理级24₁-24_F（见图1）的替代实施例中，处理器28可操作以控制电压源26来以常规方式控制或以其他方式操作一个或多个离子处理级24₁-24_F，以将所生成的多个离子的子集供应到离子加速区域14'和/或将所生成的多个离子的修改集合供应到离子加速区域14'。在不应被视为以任何方式进行限制的一个示例实施例中，一个或多个离子处理级24₁-24_F可以以常规质荷比过滤器的形式实现，诸如四极过滤器，并且处理器28在该示例实施例中可操作以控制电压源26来向离子加速区域14'传递所生成的多个离子的子集，所生成的多个离子的子集具有高于或低于阈值质荷比值的质荷比或具有在质荷比的指定范围内的质荷比。在同样不应被视为以任何方式进行限制的另一示例实施例中，一个或多个离子处理级24₁-24_F可替代地或附加地包括可由处理器28操作或控制的分解级，以分解，例如破碎（fragment），生成的多个离子或其子集，在这种情况下，生成的多个带电粒子的修改集合被传递到离子加速区域14'。在不应被视为以任何方式进行限制的又一示例实施例中，一个或多个离子处理级24₁-24_F可以包括可由处理器28控制的离子迁移率谱仪以向离子加速区域14'传递具有高于或低于阈值离子迁移率值的离子迁移率值或者具有在离子迁移率值的指定范围内的离子迁移率值的生成的多个离子的子集。本领域技术人员将认识到可以被实现为一个或多个离子处理级24₁-24_F的其他仪器或级，以及仪器或级的组合，并且将理解，任何这样的其他仪器或级和/或仪器或级的组合旨在落入本公开的范围内。通常，在包括一个或多个离子处理级24₁-24_F的离子源12的实施例中，一个或多个离子处理级24₁-24_F可以以一个或多个仪器或级和/或其各种组合的形式实现，一个或多个仪器或级和/或其各种组合被配置成根据一个或多个分子特性分离、收集和/或过滤离子和/或分解，例如破碎，离子。

再次参考如图3，过程100说明性地开始于步骤102处，其中处理器28说明性地可操作以将漂移区域16的至少一些尺寸信息（DI）存储在存储器30中。在一些实施例中，步骤102部分地由处理器28并且部分地手动执行，例如，通过使用耦合到处理器28的外围设备32将尺寸信息键入存储器30中，并且在其他实施例中，处理器28可以整体地执行步骤102，例如，通过从存储在存储器30中或耦合到处理器28的外围设备32可读取的外部存储器设备上的文件读取。在一个实施例中，DI说明性地至少包括漂移区域16的总长度DRL，即在离子加速区域14'的离子出口A2和离子检测器18的离子检测面18A之间，多个电荷检测圆筒40₁-40_N的长度CDL、相邻电荷检测圆筒40₁-40_N之间的空间长度SL、总数量N的电荷检测圆筒40₁-40_N、阵列前长度PRL，如果有的话，以及最后电荷检测圆筒40_N的离子出口端与离子检测器的检测离子面18A之间的距离，如果与SL不同的话。说明性地存储尺寸信息（DI）用于将轴向移动通过漂移区域16的每个带电粒子与相应时间相匹配的目的，在该相应时间期间，带电粒子轴向行进通过每个电荷检测圆筒40₁-40_N或至少通过电荷检测圆筒40₁-40_N的子集。

在步骤102之后，过程100前进到步骤104，其中处理器28可操作以在参考时间RT处控制电压源26使电压源26产生或切换电压VS1和VS2到如下值，该值在定向的离子加速区域14'中建立离子加速电场以加速驻留在离子加速区域14'中的带电粒子通过其离子出口A2并进入漂移区域16中，使得带电粒子轴向漂移通过漂移区域16，每个具有相应的恒定速率。为了描述过程100的目的，将假设在RT处，数量M的带电粒子从离子加速区域14'加速到漂移区域16中，其中M可以是任何正整数。

在步骤104之后，过程100前进到步骤106，其中处理器28可操作以记录，即，存储随着加速进入漂移区域16中的M个带电粒子朝向离子检测器18轴向漂移相对于RT由电荷放大器CA1-CAN中的每个或至少其子集产生的电荷检测信号。在一个实施例中，处理器28在步骤106处可操作来以选择的采样率对由电荷放大器CA1-CAN产生的电荷检测信号进行采样。在一些实施例中，处理器28可以可操作以随着电荷检测信号停止活动，即在步骤104处加速进入漂移区域16中的所有带电粒子已经穿过相应的电荷检测圆筒40₁–40_N之后，连续地停止（discontinue）对该每个电荷检测信号进行采样。在其他实施例中，处理器28可以可操作以在离子检测器18处检测到带电粒子中的最后带电粒子之后停止采样。

在任何情况下，过程从步骤106前进到步骤108，其中处理器28可操作以记录，即，在存储器30中存储随着M个带电粒子中的每个到达离子检测器18的检测面18A并被离子检测器18的检测面18A检测到相对于参考时间RT的检测时间DT₁-DT_M。此后在步骤110处，处理器28可操作以作为参考时间RT和存储的检测时间DT₁–DT_M中的相应一个的函数计算M个带电粒子中的每个的飞行时间（TOF），例如

，并将其存储在存储器30中。因此，在离子检测器18处检测到第M个带电粒子之后，存储器30已经在其中存储了M个飞行时间值TOF_1-M。

在步骤110之后，过程100前进到步骤112，其中处理器28可操作以基于存储的尺寸信息DI、相应的存储的飞行时间TOF_1-M,以及由电荷放大器CA1–CAN的全部或至少一个子集产生的存储的电荷检测信号或作为其函数计算M个带电粒子的电荷量值或电荷状态（CH）,例如,

,并且将其存储在存储器30中。

在步骤112之后，过程100前进到步骤114，其中处理器28可操作以作为相应的飞行时间TOF_1-M、漂移区域16的长度DRL和加速来自离子加速区域14'的带电粒子进入漂移区域16中的电压VS1、VS2的（一个或多个）的量值相关的电位U的已知函数以常规方式计算M个带电粒子的质荷比（m/z），例如，

，并将其存储在存储器30中。

在步骤114之后，过程100前进到步骤116，其中处理器28可操作以常规方式计算M个带电粒子的质量值（m），例如，作为m/z和CH的乘积，例如，

，并将其存储在存储器30中。

将理解，过程100可以循环回到步骤104，假设在最后带电粒子M已经到达离子检测器18之后的任何时间处，带电粒子的新集合或子集驻留在离子加速区域14'中。这样，过程100可以在步骤108-116中的任何步骤之后循环回到步骤104，如图3中的虚线表示所描绘的，并且循环之后的步骤110-116的剩余部分可以与质谱仪10的受控操作分离地执行。

处理器28可以说明性地使用各种不同的过程或算法来执行过程100的步骤112。用于执行过程100的步骤112的一个这样的过程200的示例在图8中示出，并且下面将详细描述。然而，在描述该过程之前，将参考图4A-7描述轴向移动通过包括三个轴向布置的电荷检测圆筒40₁-40₃的简化漂移区域16的不同质荷比的两个带电粒子P1和P2的简化示例，并且该示例将用于示范图8中所示的过程200的操作。

现在参考图4A-4L，示出了图1和2的TOF质谱仪10的一部分的简化示例，其包括轴向布置在离子加速区域14'的门38的离子出口A2和离子检测器18的离子检测面18A之间的漂移区域16中的三个电荷检测圆筒40₁-40₃。对于该简化的质谱仪，图4A-4L描绘了作为时间的函数的加速进入漂移区域16中并相继漂移通过三个电荷检测圆筒40₁-40₃中的每个的两个带电粒子P1、P2，其中P1具有比P2的质荷比低的质荷比。图5描绘了当带电粒子穿过第一电荷放大器CA1时由第一电荷放大器CA1产生的示例电荷检测信号，并且图6和7分别针对第二和第三电荷放大器CA2和CA3描绘了相同事物。

如图4A中所示，带电粒子P1和P2在参考时间T＝T0处从离子加速区域14'加速进入漂移区域16中。在该示例中，带电粒子P1和P2两者均在T=T0处穿过离子加速区域14'的离子出口A2并且被理解为在T=T0处开始轴向漂移通过漂移区域。如上文关于过程100的步骤104所述，处理器28可操作以将参考时间RT记录为RT＝T0。

在随后的时间T1>T0处，第一和第二带电粒子P1、P2两者都进入第一电荷检测圆筒40₁，也如图1中描绘的。在时间T2＞T1处，带电粒子P1离开电荷检测圆筒40₁，如图4B中所示，并且在时间T4＞T2处，带电粒子P2离开电荷检测圆筒40₁，如图4D中所示。在带电粒子P1和P2两者都移动通过电荷检测圆筒40₁的T2和T1之间，带电粒子P1和P2一起在电荷检测圆筒40₁上感应出量值C1的电荷，如图5中描绘的。此后在T2和T4之间，粒子P2单独地继续移动通过电荷检测圆筒40₁并在电荷检测圆筒40₁上感应出量值C2的电荷，也如图5中描绘的。

如图4C-4H中所示，带电粒子P1和P2分别在时间T3和T5处进入第二电荷检测圆筒40₂，其中T5>T4>T3。在时间T6>T5处，带电粒子P1离开电荷检测圆筒40₂，并且在时间T8>T6处，带电粒子P2离开电荷检测圆筒40₂。在粒子P1在T3和T5之间单独地移动通过电荷检测圆筒40₂的情况下，带电粒子P1在电荷检测圆筒40₂上感应出量值C3的电荷，如图6中描绘的。在带电粒子P1和P2两者都移动通过电荷检测圆筒40₂的T5和T6之间，带电粒子P1和P2一起在电荷检测圆筒40₂上感应出量值C4>C3的电荷，并且在只有带电粒子P2通过电荷检测圆筒40₂的T8和T6之间，带电粒子P2在电荷检测圆筒40₂上感应出C5＜C3的电荷，也如图6中描绘的。

如图4G-4L中所示，带电粒子P1和P2分别在时间T7和T9处进入第三电荷检测圆筒40₃，其中T9>T8>T7。在时间T10＞T9处，带电粒子P1离开电荷检测圆筒40₃，并且在时间T11＞T10处，带电粒子P1接触离子检测器18的检测表面18A。如上文关于过程100的步骤108所述，离子检测器18在T＝T11处检测到带电粒子P1时产生检测信号，并且处理器28可操作以将带电粒子P1的检测时间DT_P1记录为DT_P1＝T11。

在时间T12>T11处，带电粒子P2离开电荷检测圆筒40₃，并且在时间T13>T12处，带电粒子P2接触离子检测器18的检测面18A。如上文关于过程100的步骤108所述，离子检测器18在T=T13处在检测到带电粒子P2时产生检测信号，并且处理器28可操作以将带电粒子P2的检测时间DT_P2记录为DT_P2=T13。

在T7和T9之间，单独移动通过第三电荷检测圆筒40₃的带电粒子P1在电荷检测圆筒40₃上感应出量值C6的电荷，如图7中所描绘的。在带电粒子P1和P2两者都移动通过电荷检测圆筒40₃的T9和T10之间，带电粒子P1和P2一起在电荷检测圆筒40₃上感应出量值C7>C6的电荷，并且在其期间只有带电粒子P2移动通过电荷检测圆筒40₃的T10与T12之间，带电粒子P2在电荷检测圆筒40₃上感应出C8＜C6的电荷。

现在参考图8，示出了示出用于执行图3中示出并且在上面描述的过程100的步骤112的示例过程200的简化流程图。过程200说明性地以可由处理器28执行的指令的形式存储在存储器30中以执行对移动通过图1和2中所示的飞行时间质谱仪10的漂移区域16的带电粒子的电荷量值或电荷状态的测量。过程200说明性地开始于步骤202处，其中处理器28可操作以将计数器i设置为1或某个其他常数。此后，在步骤204处，处理器28说明性地可操作以处理在过程100的步骤110处确定的（按照图3中所示的过程100已经穿过漂移区域16的总共M个带电粒子中的）第i个带电粒子的飞行时间值TOF_i连同尺寸信息DI以确定并且在存储器30中存储在其期间第i个带电粒子穿过了N个电荷检测圆筒40₁-40_N中的每个作为过程100的部分的时间或时间窗TW_i,1-N；例如，TW_i,1-N=F（DI,TOF_i）。

在一个实施例中，处理器28可操作以通过首先根据关系v_i=DRL/TOF_i确定通过漂移区域16的第i个带电粒子的（恒定）速率v_i来执行步骤204。在第i个带电粒子的v_i现在已知的情况下，处理器28可操作以基于相对于漂移区域内的已知位置的电荷检测圆筒40₁-40_N的离子入口和/或出口端之间的距离、第i个带电粒子的速率v_i以及第i个带电粒子的参考时间RT和检测时间DT_i中的一个或两个来确定N个时间窗TW_i,1-N。作为一个示例，对应于其期间第i个带电粒子穿过了第一电荷检测圆筒40₁的时间窗的时间窗TW_i,1可以由处理器28根据关系TW_i,1=PRL/v_i到（PRL+CDL）/v_i相对于参考时间RT确定。对应于其期间第i个带电粒子穿过了第二电荷检测圆筒40₂的时间窗的时间窗TW_i,2同样可以由处理器28根据关系TW_i,2=(PRL+CDL+SL)/v_i到(PRL+2CDL+SL)/v_i相对于参考时间RT来确定，并且以此类推。作为另一示例，时间窗TW_i,1可以由处理器28根据关系TW_i,1=[DT_i–N(CDL+SL)/v_i]到{DT_i–[(N-1)(CDL)+(N)(SL)]/v_i}使用第i个带电粒子DT_i的检测时间相对于参考时间RT来确定，并且依此类推。在其他实施例中，处理器28可操作以计算相对于检测时间DT_i或相对于RT和DT_i之间的时间的时间窗TW_i,1-N。在任何情况下，对于在步骤204处确定的在其期间第i个带电粒子穿过了N个电荷检测圆筒40₁-40_N中的每个的相对于RT、DT_i或它们之间的某个参考时间的对应于时间窗的时间窗TW_i,1-N中的每个，过程200前进到步骤206和208以将计数器i递增1并重新执行步骤204，直到已经确定了所有M个带电粒子的时间窗TW_1-M,1-N。在完成步骤204-208之后，存储器30已在其中存储时间窗TW_1-M,1-N的M×N矩阵，其中M行中的每行包含用于M个带电粒子中的相应一个的时间窗数据并且N列中的每列包含用于N个电荷检测圆筒40₁-40_N中的相应一个的时间窗数据。

在步骤206的是（YES）分支之后，处理器28说明性地在步骤210处可操作以将计数器i重置为1或某个其他常数。此后在步骤212处，处理器28说明性地可操作以处理在时间窗矩阵的第i列中的每个时间窗期间由第i个电荷放大器CAi产生的电荷检测量值，以匹配由第i个电荷放大器CAi产生的不同电荷量值与在相应时间窗期间M个带电粒子中的相应带电粒子对其做出的贡献。例如，在其中M个带电粒子中的第一个带电粒子穿过第i个电荷检测圆筒40_i的时间窗TW_1,i期间，第一个带电粒子在第i个电荷检测圆筒40_i上感应出电荷，该电荷在时间窗TW_1,i期间由第i个电荷放大器CAi产生的电荷检测信号中被捕捉。同样，在其中M个带电粒子中的第二个穿过第i个电荷检测圆筒40_i的时间窗TW_2,i期间，第二个带电粒子在第i个电荷检测圆筒40_i上感应出电荷，该电荷在此时间窗TW_2,i期间由第i个电荷放大器CAi产生的电荷检测信号中被捕捉。此外，在其期间M个带电粒子中的第一个和第二个两者都穿过第i个电荷检测圆筒40_i的时间窗TW_1,i和TW_2,i之间的任何重叠期间，第一和第二个带电粒子一起在此时间窗重叠期间在第i个电荷放大器CAi上感应出组合电荷（combinedcharge），并且依此类推。处理在时间窗矩阵的第i列中的时间窗期间由第i个电荷放大器CAi产生的电荷检测信号因此产生将M个带电粒子中的每个和/或其各种组合与对应的电荷量值值映射的方程的集合（a set of equations）。在步骤212之后，过程200前进到步骤214和216以将计数器i递增1并重新执行步骤212，直到由N个电荷放大器CA1-CAN中的每个产生的电荷检测信号的量值已经映射到M个带电粒子中的对应的带电粒子和/或各种组合。在完成步骤212-216之后，存储器30已经在其中存储了将M个带电粒子中的每个和/或其各种组合与相应的电荷量值值相关的方程组（a system of equations）。在步骤216之后，处理器28前进到步骤218以求解该方程组或其至少子集，以确定M个带电粒子中的每个的电荷量值CH_1-M或确定M个带电粒子的至少子集的电荷量值。在一些实施例中，处理器28进一步在步骤218处可操作以将所确定的电荷量值值CH_1-M中的一个或多个转换为电荷状态值CS_1-M，例如，根据关系CS_i＝CH_i/e，其中e是基本电荷（elementary charge）（常数）。

再次参考图4A-7中所示的简化示例，现在将过程100和200的步骤应用于该示例以经由将其对带电粒子的简化集合和简化的质谱仪构造的应用来进一步阐明每个过程的操作。在该简化的示例中，M=2（两个带电粒子P1和P2）和N=3（三个电荷检测圆筒40₁-40₃和相应的电荷放大器CA1-CA3）。在以下描述中，时间窗将说明性地相对于参考时间RT来确定，如上所述，尽管将理解，时间窗可以相对于与质谱仪10的操作相关联的一个或多个其他时间事件来确定，上面描述了其一些非限制性示例。

在步骤104处，处理器28可操作以控制电压源26来在参考时间RT=T0处将P1和P2加速到漂移区域16中。此后在步骤106处，处理器28可操作以在存储器中存储在如图4A-4L中所示的带电粒子P1和P2向离子检测器18漂移并进入离子检测器18时由三个电荷放大器CA1-CA3中的每个产生的电荷检测信号的样品。在步骤108处，处理器28可操作以在存储器30中将离子检测器18对带电粒子P1的检测时间DT_P1存储为DT_P1＝T11（见图4K），并在存储器30中将离子检测器18对带电粒子P2的检测时间存储DT_P2存储为DT_P2＝T13（见图4L）。此后在步骤110处，处理器28可操作以将第一带电粒子P1的飞行时间TOF_P1计算为TOF_P1＝（DT_P1-RT），并将第二带电粒子P2的飞行时间TOF_P2计算为TOF_P2＝（DT_P2-RT）。此后在步骤112处，过程200由处理器28执行。

在过程200的步骤204处i=1的情况下，处理器28可操作以根据关系v₁=DRL/TOF_P1首先确定第一带电粒子Pl通过漂移区域16的（恒定）速率v₁。此后，处理器28在步骤204处可操作以确定TW_1,1为：PRL/v₁=T1到（PRL+CDL）/v₁=T2，或T1到T2，或使用速记符号T1-T2，如图4A和4B中描绘的。处理器28此后在步骤204处可操作以确定TW_1,2为：（PRL+CDL+SL）/v₁＝T3至（PRL+2CDL+SL）/v₁＝T6，或T3-T6，如图4C-4F中描绘的。最后，处理器28在步骤204处可操作以确定TW_1,3为：（PRL+2CDL+2SL）/v₁＝T7至（PRL+3CDL+2SL）/v₁＝T10，或T7-T10，如图4G-4J中所描绘的。此后，过程200循环通过步骤206，在步骤208处将i递增到i=2并且对于i=2重新执行步骤204。在处理器28根据关系v₂=DRL/TOF_P2确定第二带电粒子P2通过漂移区域16的（恒定）速率v₂的情况下，处理器28继续确定以下时间窗TW_2,1=T1-T4、TW_2,2=T5-T8和TW_2,3=T9-T12，如图4A-4D、4E-4H和4I-4L分别描绘的。在步骤206处满足i＝2＝M的情况下，过程200前进到步骤210-216，具有以下2x3（即，MxN）时间窗矩阵TW：

在过程200的步骤212处i=1的情况下，处理器28可操作以针对TW的第1列的时间窗处理CA1，以将CA1的（一个或多个）量值匹配或映射到P1和P2单独和/或集体对其做出的贡献。参考图5，从两个第1列时间窗TW_1,1=（T1-T2）和TW_2,1=（T1-T4）清楚的是，T1和T2之间的电荷检测信号CA1的量值C1是P1和P2一起在电荷检测圆筒40₁上感应出组合电荷的结果，这产生了CH_P1+CH_P2＝C1，其中CH_P1是带电粒子P1的电荷量值并且CH_P2是带电粒子P2的电荷量值。从时间窗TW_1,1和TW_2,1进一步清楚的是，T2和T4之间的电荷检测信号CA1的量值是P2单独在电荷检测圆筒40₁上感应出其电荷的结果，这产生CH_P2＝C2。

过程200循环通过步骤214和216以将计数器i递增到i=2，并且处理器28然后在步骤212处可操作以针对TW矩阵的第2列的时间窗处理CA2来匹配或映射CA2的（一个或多个）量值到P1和P2单独和/或集体对其做出的贡献。参考图6，从两个第2列时间窗TW_1,2=（T3-T6）和TW_2,2=（T5-T8）清楚的是，T3和T5之间的电荷检测信号CA1的量值C3是P1单独在电荷检测圆筒40₂上感应出其电荷的结果，这产生CH_P1＝C3。从TW_1,2和TW_2,2进一步清楚的是，T5和T6之间的电荷检测信号CA2的量值C4是P1和P2一起在电荷检测圆筒40₂上感应出组合电荷的结果，这产生CH_P1+CH_P2=C4。最后，从TW_1,2和TW_2,2清楚的是，T6和T8之间的电荷检测信号CA2的量值C5是P2单独在电荷检测圆筒40₂上感应出其电荷的结果，这产生CH_P2=C5。

过程200再次循环通过步骤214和216以将计数器i递增到i=3并且处理器28然后在步骤212处可操作以针对TW矩阵的第3列的时间窗处理CA3来匹配或映射CA3的（一个或多个）量值到P1和P2单独和/或集体对其做出的贡献。参考图7，清楚的是，以与关于CA2的步骤212的操作类似的方式，CA3的三个量值C6、C7和C8产生结果CH_P1=C6、CH_P1+CH_P2=C7和CH_P2=C8。因此，在步骤214的是分支之后，过程200使用以下方程组进行到步骤218：

在步骤218处，处理器28可操作以求解针对CH_P1和CH_P2的前述方程组。处理器28可以被编程以使用任何常规的数学技术来求解上述方程组。作为一个示例，处理器28可以被编程以通过计算CH_P1和CH_P2中的每个作为其单独测量的代数平均，并且然后修改这些值中的一个或两个（如果有的话）以满足单独测量以及组合测量来求解图4A-7的示例中的方程组。因此，例如，处理器28在步骤218处可操作以根据关系CH_P1=（C3+C6）/2和CH_P2=（C2,+C5+C8）/3来确定示例中的CH_P1和CH_P2，并且然后修改CH_P1和/或CH_P2以满足这两个方程以及方程CH_P1+CH_P2=（C1+C4+C7）/3。将理解，在替代实施例中，处理器28可以被编程以通过使用常规数学方程求解技术中的任何一种或组合和/或使用常规数据拟合技术中的任何一种或组合求解源自步骤210-216的方程组来执行步骤218，其示例可包括但不限于一个或多个回归分析技术，诸如最小二乘或其他回归技术，一个或多个迭代技术，诸如Runge-Kutta或其他迭代技术，或诸如此类。

再次返回到图3的过程100以完成示例，处理器28在步骤114处可操作以作为作为两个带电粒子P1和P2的相应测量的飞行时间TOF_P1和TOF_P2、漂移区域16的长度DRL和涉及将带电粒子从离子加速区域14'加速到漂移区域16中的电压VS1、VS2的（一个或多个）量值的电位U的常规函数来计算两个带电粒子P1和P2中每个的质荷比，使得m/z_P1=F（TOF_P1,DRL,U）和m/z_P2=F（TOF_P2,DRL,U）。此后在步骤16处，处理器28可操作以根据关系m_P1=(m/z_P1)(CH_P1)和m_P2=(m/z_P2)(CH_P2)分别计算带电粒子P1和P2的质量m_P1和m_P2。

将理解，仅出于于描述图1和图2中所示类型的简化飞行时间质谱仪的示例操作的目的提供了图4A-7中所示的示例，并且其不旨在以任何方式进行限制。本领域技术人员将理解，上述过程或其变体可直接应用于确定许多带电粒子的质荷比、电荷量值和/或电荷状态和质量值，许多带电粒子例如是数百或数千或更多带电粒子。替代地，本领域技术人员将认识到用于基于由电荷放大器CA1-CAN产生的一个或多个电荷检测信号来确定多个带电粒子的量值和/或电荷状态的其他技术，并且将理解任何此类其他技术旨在落入本公开的范围内。

将进一步理解的是，在图1中所示的质谱仪10中，并非所有的电荷检测信号都可用于确定粒子电荷值。例如，在带电粒子可以聚集（bunch）在一起离开离子处理区域14的一些实施例中，处理器28可以忽略由第一一个或若干个电荷放大器产生的电荷检测信号。替代地或附加地，漂移管16A可以被配置成包括任何所需长度的阵列前空间16B，以允许这种聚集的粒子在穿过多个电荷检测圆筒40₁-40_N中的第一个之前至少开始在漂移区域16的轴向方向上分离，如上所述。

现在参考图9，离子处理区域14的另一个实施例14''被显示为以跟着常规离子阱（trap）62的常规质荷比过滤器（m/z过滤器）60的形式实现。在图9中所示的实施例中，质荷比过滤器60的一端限定离子处理区域14''的离子入口A1并且离子阱62的离子离开端限定离子处理区域14''的离子出口A2。质荷比（m/z）过滤器60是常规的并且可以说明性地以四极或可操作地耦合到电压源26的其他仪器的形式实现。在所示实施例中，例如，电压源26的输出电压VS1经由数量K个信号路径操作地耦合到m/z过滤器60，其中K可以是任何正整数，并且电压源26的另一个输出电压VS2同样经由数量L个信号路径操作地耦合到m/z过滤器60，其中L可以是任何正整数。在一些实施例中，VS1是以一对反相（opposite-phase）电压的形式供应给m/z过滤器60的可选频率和峰值量值的时变电压信号，反相例如是彼此异相180度，并且VS2是常数，例如，可选量值的DC电压。在这样的实施例中，处理器28说明性地被编程或可编程以以常规方式控制输出电压VS1和VS2，来在m/z过滤器60内创建场条件，其被选择为使仅具有选择的质荷比或在质荷比的选择的范围内的质荷比的离子穿过m/z过滤器60。在一些替代实施例中，仅VS1被施加到m/z过滤器60并由处理器28控制以在m/z过滤器60内创建场条件，其被选择为使仅具有在阈值质荷比之上的质荷比的离子穿过m/z过滤器60。

在图9中所示的实施例中，离子阱62同样是常规的并且可以说明性地以四极、六极（hexapole）或具有入口门64的其他仪器的形式实现，例如以常规端盖（end cap）的形式，限定离子阱62的离子入口A2'和出口门66，例如以另一个常规端盖的形式，限定离子处理区域14''的离子出口A2。在所示实施例中，电压源26的输出电压VS3操作地耦合到入口端盖64，电压源26的输出电压VS4操作地耦合到出口端盖66并且输出电压VS5经由数量J个信号路径操作地耦合到离子阱62的主体，其中J可以是任何正整数。在一些实施例中，VS3和VS4是具有可选择量值的可切换DC电压，并且VS5是以一对反相电压的形式供应给离子阱62的可选择频率和峰值量值的时变电压信号，反相例如是彼此异相180度。在这样的实施例中，处理器28说明性地被编程或可编程以以常规方式控制输出电压VS3-VS5以选择性地经由离子入口A2'将带电粒子传递到离子阱62中，以将带电粒子限制在离子阱62内并且选择性地通过离子出口A2从离子阱62排出（eject）受限离子。在一些替代实施例中，m/z过滤器60和离子阱62可以合并到单个仪器中，例如以具有端盖的常规四极质荷比过滤器的形式。在任何情况下，得到的质谱仪10说明性地可控以作为单个质荷比质谱仪、单个范围的质荷比质谱仪和/或质荷比扫描质谱仪操作。然而，在任何操作模式中，质谱仪10被配置成确定粒子质荷比、粒子电荷量值或电荷状态以及粒子质量值。

现在参考图10，示出了简化流程图，该简化流程图描绘了示例过程300，其用于操作图1和9的质谱仪（即，具有被实现为离子处理区域14的图9的离子处理区域14''的图1的质谱仪10）以测量离子质荷比、离子电荷（量值和/或电荷状态）和离子质量。过程300说明性地以可由处理器28执行以执行粒子质荷比、粒子电荷和粒子质量的测量的指令的形式存储在存储器30中。过程300说明性地开始于如下点处，在该点处一个或多个带电粒子已经由离子生成器20生成并且经由离子源区域12中或作为其部分建立的压力差条件和/或离子加速结构朝向并通过离子处理区域14''前进。过程300说明性地包括过程100的许多步骤，并且因此相同的步骤用相同的编号标识，并且处理器28在此类步骤期间的操作将如上面关于图3所描述的那样。

过程300说明性地开始过程100的步骤102，其中漂移区域尺寸信息（DI）被存储在存储器30中。此后在步骤302处，处理器28可操作以设置计数器i=1或某个其他常数。此后在步骤304处，处理器28说明性地可操作以控制电压源26以配置m/z过滤器60来仅使具有第一选择的质荷比m/z_i或具有质荷比的第一选择的范围i内的质荷比的离子穿过其。此后，在步骤306处，处理器28说明性地可操作以控制电压源26以控制或配置离子阱62来在其中收集和捕捉离开m/z过滤器60的带电粒子。说明性地，处理器28可操作以维持对离子阱62的这样的控制预定义时间段，以便在其中收集多个带电粒子。对于不同的应用和/或对于不同的样品22，预定义时间段可以变化。在任何情况下，在处理器28可操作以维持对离子阱62的这种控制的预定义时间段到期之后，过程300前进到步骤308，其中处理器28可操作以控制电压源26来加速来自离子阱62的捕捉的带电粒子。这种控制说明性地通过适当地切换施加到门64、66之一或两者的（一个或多个）DC电压来完成，并且在任何情况下建立从离子阱62释放的带电粒子开始漂移通过质谱仪10的漂移区域16的参考时间RT。在步骤308之后，处理器28说明性地可操作以执行图3中所示的过程100的步骤106-116来确定漂移通过漂移区域16的带电粒子的质荷比、电荷量值或电荷状态和质量值，所有这些都如上所述。

在m/z过滤器60被控制以选择性地使选择的质荷比的带电粒子通过或使具有质荷比值的非常窄的范围内的质荷比的带电粒子通过的一些实施例中，漂移通过漂移区域16的带电粒子的质荷比将是已知的并且不需要在步骤114处计算，使得可以省略步骤114。然而，在一些这样的实施例中，可以包括步骤114以提供附加的质荷比信息，例如，用于在校准m/z过滤器60中使用和/或提供改进的质荷比分辨率（resolution）。在任何情况下，过程300从步骤116前进到步骤310，其中处理器28可操作以将计数器i与计数值Q进行比较。如果i＜Q，则过程300前进到步骤312以在步骤312处递增计数器i并循环回到步骤304以控制电压源26来将m/z过滤器60配置成使仅具有第二选择的质荷比m/z_i或具有质荷比的第二指定范围i内的质荷比的离子从其穿过，其中第二选择的质荷比或质荷比的第二选择的范围递增地不同，例如大于或小于第一。如果在步骤310处i＝Q，则质荷比的范围已经被扫描和处理，并且过程300完成。可以说明性地选择值Q和选择的质荷比或质荷比的选择的范围中的递增步长，从而扫描质荷比值的任何期望的范围。

在如上所述将m/z过滤器60和离子阱62组合成单个仪器的替代实施例中，可以相应地修改过程300以将步骤304和步骤306组合成单个步骤，其中处理器28可操作以控制电压源26来配置组合仪器以仅在其中捕捉m/z_i的离子，或将步骤306和308组合成单个步骤，其中处理器28可操作以控制电压源26从组合仪器仅排出（expel）m/z_i的离子。在一些替代实施例中，可以省略离子阱62，使得离开m/z过滤器60的带电粒子直接进入漂移区域16中。然而，在这样的实施例中，离子加速区域将被包括在离子源区域12中以建立参考时间RT，并且尺寸信息DI将包括m/z过滤器60在至少轴向方向上的尺寸信息，因为在这样的实施例中，m/z过滤器60将成为漂移区域的部分。

现在参考图11，离子处理区域14的另一个实施例14'''被示出为以具有设置在其间的分解级72的两个常规的质荷比过滤器（m/z过滤器）70、74的形式实现。在图11中所示的实施例中，质荷比过滤器70的一端限定离子处理区域14'''的离子入口A1并且质荷比过滤器74的离子出口端限定离子处理区域14'''的离子出口A2。质荷比（m/z）过滤器70、74是常规的并且每个都可以说明性地以四极或操作地耦合到电压源26的其他仪器的形式实现，并且分解级72同样是常规的并且，在所示实施例中，操作地耦合到电压源26。

在所示实施例中，电压源26的输出电压VS1经由数量H的信号路径操作地耦合到m/z过滤器70，其中H可以是任何正整数，并且电压源26的另一个输出电压VS2同样地经由数量I个信号路径操作地耦合到m/z过滤器70，其中I可以是任何正整数。电压源26的另一个输出电压VS3经由数量L的信号路径操作地耦合到m/z过滤器74，其中L可以是任何正整数，并且电压源26的另一个输出电压VS4同样地经由数量R的信号路径操作地耦合到m/z过滤器74，其中R可以是任何正整数。在一些实施例中，VS1和VS3是分别以一对反相电压的形式供应给m/z过滤器70和74的可选择频率和峰值量值的时变电压信号，反相例如是彼此180度异相，并且VS2和VS4是常数，例如，可选量值的DC电压。在这样的实施例中，处理器28说明性地被编程或可编程以以常规方式控制输出电压VS1-VS4，来在m/z过滤器70、74内创建场条件，其被选择为使仅具有选择的质荷比或质荷比的选择的范围内的质荷比的离子穿过m/z过滤器70、74。在一些替代实施例中，仅VS1被施加到m/z过滤器70并由处理器28控制以在m/z过滤器70内创建场条件，其被选择为使仅具有高于阈值质荷比的质荷比的离子穿过m/z过滤器70。替代地或附加地，仅VS3可以应用于m/z过滤器74并由处理器28控制以在m/z过滤器74内创建场条件，其被选择使仅具有高于阈值质荷比的质荷比的离子穿过m/z过滤器74。

在图11中所示的实施例中，电压源26被示为经由两个电压输出VS5和VS6操作地耦合到分解级72。将理解，这种电压源连接仅被包括在分解级72以可由一个或多个电压信号控制以分解，例如破碎带电粒子的设备或仪器的形式实现的实施例中。在这样的实施例中，VS5可以是可选择频率和峰值量值的时变电压信号，并且VS6可以是常数，例如，可选量值的DC电压。在一些这样的实施例中，电压源26可以仅产生VS5，并且在其他实施例中，电压源26可以仅产生VS6。在其他实施例中，分解级72可以根本不连接到电压源26并且代之以可以仅耦合到一个或多个气体源（未示出），其中分解级72可操作以经由与由一个或多个气体源提供的一个或多个气体的碰撞分解，例如破碎，带电粒子。在任何情况下，所得到的质谱仪10说明性地可控制以操作为单个质荷比质谱仪、单个范围的质荷比质谱仪、单个质荷比扫描质谱仪操作（例如，用m/z过滤器70或m/z过滤器74扫描一系列（a range of）质荷比）和/或双质荷比扫描质谱仪（例如，用m/z过滤器70或m/z过滤器74两者扫描一系列质荷比）。然而，在任何操作模式中，质谱仪10被配置成确定粒子质荷比、粒子电荷量值或电荷状态以及粒子质量值。

现在参考图12，示出了简化流程图，该简化流程图描绘了示例过程400，其用于操作图1和11的质谱仪（即，具有被实现为离子处理区域14的图11的离子处理区域14'''的图1的质谱仪10）以测量离子质荷比、离子电荷（量值和/或电荷状态）和离子质量。过程400说明性地以可由处理器28执行以执行粒子质荷比、粒子电荷和粒子质量的测量的指令的形式存储在存储器30中。类似于过程300，过程400说明性地开始于如下点处，在该点处一个或多个带电粒子已经由离子生成器20生成并且经由离子源区域12中或作为其部分建立的压力差条件和/或离子加速结构朝向并通过离子处理区域14'''前进。过程400说明性地包括过程100的许多步骤，并且因此相同的步骤用相同的编号标识，并且处理器28在此类步骤期间的操作将如上面关于图3所描述的那样。

过程400说明性地开始过程100的步骤102，其中漂移区域尺寸信息（DI）被存储在存储器30中。此后在步骤402处，处理器28可操作以设置两个计数器i=1和j=1或某个（某些）其他常数。此后在步骤404处，处理器28说明性地可操作以控制电压源26以配置m/z过滤器70来仅使具有第一选择的质荷比m/z_i或具有质荷比的第一选择的范围内的质荷比的离子穿过其。此后，在步骤406处，处理器28说明性地可操作以控制电压源26以配置分解级72来分解，例如，破碎，离开m/z过滤器70的带电粒子。在电压源26不可操作控制分解级72的实施例中，步骤406可以被省略或由用于控制分解区域72的气体流量或其他控制特征的合适的控制步骤代替。此后在步骤408处，处理器28说明性地可操作以控制电压源26来将m/z过滤器74配置成仅使具有第一选择的质荷比m/z_j或具有质荷比的第一选择的范围j内的质荷比的离开分解级的分解的离子中的那些穿过其。

在一些实施例中，m/z过滤器74可以以常规方式被配置成包括如上文关于图9的m/z过滤器60所述的离子捕捉（trapping）特征，并且在这样的实施例中，处理器28可在步骤408处进一步操作以控制电压源26来在m/z过滤器74内收集和捕捉带电粒子某时间段，并且然后控制电压源26以加速来自m/z过滤器74的捕捉的带电粒子，其建立了参考时间RT，在该参考时间RT处，从m/z过滤器74释放的带电粒子开始漂移通过质谱仪10的漂移区域16。在不包括这样的离子捕捉特征的m/z过滤器74的实施例中，离子加速区域将被包括在离子源区域12中以建立参考时间RT，并且尺寸信息DI将包括m/z过滤器70、74和分解级72在至少轴向方向上的尺寸信息，因为m/z过滤器70、74和分解级72将在这样的实施例中成为漂移区域16的部分。在其他这样的实施例中，离子加速级，例如以常规离子阱或其他离子加速级的形式，可以作为分解级72的部分被包括或插入到分解级72和m/z过滤器74之间的质谱仪10中，用于收集多个带电粒子并建立参考时间RT的目的。在又一些这样的实施例中，可以将常规离子阱或其他离子加速级插入到m/z过滤器74和漂移区域16之间的质谱仪10中，如图9中描绘的离子处理区域14'的实施例中的示例所示，用于收集多个带电粒子并建立参考时间RT的目的。

在步骤408之后，处理器28说明性地可操作以执行图3中所示的过程100的步骤106-116来确定漂移通过漂移区域16的带电粒子的质荷比、电荷量值或电荷状态和质量值，所有这些都如上所述。在其中控制m/z过滤器74以选择性地使选择的质荷比的带电粒子通过或使具有在质荷比值的非常窄的范围内的质荷比的带电粒子通过的一些实施例中，漂移通过漂移区域16的带电粒子的质荷比将是已知的并且不需要在步骤114处计算，使得可以省略步骤114。然而，在一些这样的实施例中，可以包括步骤114以提供附加的质荷比信息，例如，用于在校准m/z过滤器74中使用和/或提供改进的质荷比分辨率。在任何情况下，过程400从步骤116前进到步骤410，其中处理器28可操作以将计数器j与计数值R进行比较。如果j＜R，则过程400前进到步骤412以在步骤412处递增计数器j并循环回到步骤408以控制电压源26将m/z过滤器74配置成仅使具有第二选择的质荷比m/z_j或具有质荷比的第二指定范围j内的质荷比的离子穿过其，其中第二选择的质荷比或质荷比的第二选择的范围递增地不同，例如大于或小于第一。

如果在步骤410处j=R，则质荷比范围已由m/z过滤器74扫描并处理，并且过程400前进到步骤414，其中处理器28可操作将计数器i与计数值Q进行比较。如果i＜Q，则过程400前进到步骤416以在步骤416处递增计数器i并循环回到步骤404以控制电压源26来将m/z过滤器74配置成仅使具有第二选择的质荷比m/z_i或具有质荷比的第二指定范围i内的质荷比的离子穿过其，其中第二选择的质荷比或质荷比的第二选择的范围递增地不同，例如大于或小于第一。如果在步骤414处i＝Q，则质荷比的范围已被m/z过滤器70扫描并处理，并且过程400完成。值R和Q以及在选择的质荷比或质荷比的选择的范围内的递增步长可以说明性地被选择，从而扫描质荷比值的任何期望的范围。

现在参考图13-15，示出了质谱仪10的漂移区域16的实施例，质谱仪10可以以上述质谱仪的任何形式实现。在所示实施例中，漂移管16A以柔性或半柔性电绝缘材料的伸长片的形式提供，柔性或半柔性电绝缘材料例如是柔性电路板材料，多个间隔开的并行导电条（strip）附着到其或者多个间隔开的并行导电条以常规方式，例如使用常规金属图案沉积技术，形成在其上。在该实施例中，导电条被说明性地定向，因此当柔性或半柔性片的相对侧被带到一起以形成伸长圆筒时，例如，如图14中所示，多个间隔开的并行导电条形成多个电荷检测圆筒40₁-40_N和一个或多个接地环42₁-42_N。在一些替代实施例中，可以省略接地环42₁-42_N中的一个或多个或全部。本领域技术人员将认识到可以提供漂移管16A和/或电荷检测圆筒40₁-40_N和/或一个或多个接地环42₁-42_N（在包括它们的实施例中）的其他形式，并且将理解，任何此类其他形式旨在落入本公开的范围内。

虽然在前述附图和描述中详细示出和描述了本公开，但其应被认为是说明性的并且相应不是限制性的，将理解，仅示出和描述了其说明性实施例并且所有在本公开的精神内的变化和修改都希望得到保护。例如，虽然若干结构在附图中示出并且在本文中被描述为可控制和/或可配置以在其中建立一个或多个电场，该一个或多个电场被配置和定向以加速和/或以其他方式对带电粒子进行操作，但本领域技术人员将认识到带电粒子的加速和/或对带电粒子的其他操作在某些情况下可以替代地或附加地经由一个或多个磁场来完成。因此将理解，用于用一个或多个合适的磁场替代或增强本文所述的一个或多个电场的任何常规结构和/或机制旨在落入本公开的范围内。作为另一示例，尽管漂移管16A的各种实施例在附图中示出并且在本文中被描述为大体是线性结构，即线性漂移管，但是将理解，本文描述的概念直接适用于其他形状和配置的漂移管，其示例包括但不限于常规地实现在反射器飞行时间质谱仪中的V形状漂移管、常规地实现在多反射器飞行时间质谱仪中的W形状漂移管、L形状漂移管或诸如此类。不旨在关于漂移管16A的形状进行限制，并且不应该推断进行限制。

Claims (19)

1.一种质谱仪，包括：

离子源区域，包括被配置成从样品生成离子的离子生成器，

离子检测器，被配置成检测离子并产生相应的离子检测信号，

无电场漂移区域，设置在离子源区域和离子检测器之间，生成的离子通过其向离子检测器轴向漂移，

多个间隔开的电荷检测圆筒，设置在漂移区域中并且轴向漂移通过漂移区域的离子穿过其，以及

多个电荷放大器，每个都耦合到多个电荷检测圆筒中的不同一个并且每个都被配置成产生电荷检测信号，所述电荷检测信号对应于穿过多个电荷检测圆筒中的相应一个的生成的离子中的一个或多个的电荷的量值。

2.根据权利要求1所述的质谱仪，还包括：

离子区域或仪器，设置在离子源区域和漂移区域之间，以及

至少一个电压源，电连接到离子区域或仪器并且被配置成选择性地产生至少一个电压以在离子区域或仪器内建立电场，所述电场被定向为将生成的离子加速到无场漂移区域中。

3.根据权利要求2所述的质谱仪，还包括：

至少一个处理器，以及

至少一个存储器，具有其中存储的指令，所述指令可由处理器执行以控制至少一个电压源来产生至少一个电压，以在离子区域或仪器内建立电场。

4.根据权利要求3中的任何权利要求所述的质谱仪，其中，存储在至少一个存储器中的指令还包括可由处理器执行的指令以：

（a）控制至少一个电压源以产生至少一个电压来在参考时间RT处在离子加速区域内建立电场，

（b）在至少一个存储器中存储在加速的离子朝向离子检测器轴向漂移通过无场漂移区域时由多个电荷放大器中的每个产生的电荷检测信号的样品，

（c）监视离子检测器并且存储离子检测器对加速的离子的至少子集中的每个的检测时间（DT），

（d）基于相对于RT的检测时间DT中的相应一个，确定加速的离子的至少子集中的每个通过漂移区域的飞行时间（TOF），以及

（e）基于加速的离子的至少子集中的每个的相应的TOF，基于由多个电荷放大器产生的电荷检测信号的存储样品的量值并且基于漂移区域、多个电荷检测圆筒中的每个以及它们之间的间隔的轴向长度确定加速的离子的至少子集中的每个的电荷量值或电荷状态。

5.根据权利要求4所述的质谱仪，其中存储在至少一个存储器中的指令还包括可由处理器执行以通过如下内容确定加速的离子的至少子集中的每个的电荷量值或电荷状态的指令

（i）基于加速的离子的至少子集中的每个的相应的TOF和漂移区域的轴向长度确定加速的离子的至少子集中的每个的速率，

（ii）对于加速的离子的至少子集中的每个，基于所确定的离子的速率和轴向长度确定多个时间窗，多个时间窗中的每个对应于相对于离子的RT或DT的时间窗，在其期间，离子穿过了多个电荷检测圆筒中的不同的相应一个，

（iii）对于多个电荷放大器中的每个，针对加速的离子的至少子集中的每个在相应时间窗期间处理由此产生的电荷检测信号的样品以确定将电荷检测信号的量值与加速的离子的至少子集的量值相关的方程的集合，以及

（iv）求解方程的多个集合以确定加速的离子的至少子集中的每个的电荷量值或电荷状态。

6.根据权利要求2至5中的任何权利要求所述的质谱仪，其中，离子区域或仪器包括具有间隔开的第一和第二门的离子加速区域、与离子源区域相邻的第一门和与无场漂移区域相邻的第二门，

并且其中，至少一个电压源电连接到第一和第二门并且被配置成选择性地控制由此施加到第一和第二门中的至少一个的电压以在离子加速区域内建立电场。

7.根据权利要求2至5中的任何权利要求所述的质谱仪，其中，离子区域或仪器包括离子阱，

并且其中，至少一个电压源电连接到离子阱并且被配置成选择性地控制施加到其的电压以在离子阱内建立电场。

8.根据权利要求2至5中的任何权利要求所述的质谱仪，其中，离子区域或仪器包括质荷比过滤器，

并且其中，至少一个电压源电连接到质荷比过滤器并且被配置成选择性地控制施加到其的电压以在质荷比过滤器内建立电场。

9.根据权利要求2至5中的任何权利要求所述的质谱仪，还包括设置在离子源和离子区域或仪器之间的质荷比过滤器，

其中，离子区域或仪器包括离子阱，

并且其中，至少一个电压源电连接到质荷比过滤器并且电连接到离子阱，至少一个电压源被配置成选择性地产生至少第一电压以将质荷比过滤器配置成仅使具有选择的质荷比或具有质荷比的选择的范围内的质荷比的离子穿过其，并且产生至少第二电压以选择性地在离子阱内建立电场。

10.根据权利要求2至5中的任何权利要求所述的质谱仪，还包括：

第一质荷比过滤器，设置在离子源和离子区域或仪器之间，

分解级，设置在第一质荷比过滤器和离子区域或仪器之间并且被配置成分解穿过其的离子，以及

第二质荷比过滤器，设置在离子源和离子区域仪器之间，

并且其中，至少一个电压源电连接到第一和第二质荷比过滤器中的每个，至少一个电压源被配置成选择性地产生至少第一电压以将第一质荷比过滤器配置成仅使具有第一选择的质荷比或具有质荷比的第一选择的范围内的质荷比的离子穿过其，并且产生至少第二电压以将第二质荷比过滤器配置成仅使具有第二选择的质荷比或具有质荷比的第二选择的范围内的质荷比的离子穿过其。

11.根据权利要求4至10中的任何权利要求所述的质谱仪，其中存储在至少一个存储器中的指令还包括可由处理器执行的指令以基于加速的离子的至少子集中的每个的相应的TOF和漂移区域的轴向长度确定加速的离子的至少子集中的每个的质荷比。

12.根据权利要求11所述的质谱仪，其中，存储在至少一个存储器中的指令还包括可由处理器执行的指令以基于加速的离子的至少子集中的每个的相应的确定的质荷比和其相应的确定的电荷量值或电荷状态确定加速的离子的至少子集中的每个的质量值。

13.根据权利要求1至12中的任何权利要求所述的质谱仪，其中，离子检测器包括微通道板检测器。

14.根据权利要求1至12中的任何权利要求所述的质谱仪，其中，离子检测器包括离子光子检测器。

15.根据权利要求1至12中的任何权利要求所述的质谱仪，其中，离子检测器包括法拉第杯检测器。

16.根据权利要求1至12中的任何权利要求所述的质谱仪，其中，离子检测器包括电子倍增器检测器。

17.根据权利要求1所述的质谱仪，还包括：

至少一个处理器，操作地耦合到离子检测器和多个电荷放大器中的每个，以及

至少一个存储器，具有存储在其中的指令，所述指令可由至少一个处理器执行以使至少一个处理器基于离子检测信号确定漂移通过漂移区域的离子的质荷比并且基于由多个电荷放大器中的一个或多个产生的电荷检测信号确定离子的相应电荷。

18.根据权利要求1至17中的任何权利要求所述的质谱仪，其中，离子生成器和样品两者都位于离子源区域内。

19.根据权利要求1至17中的任何权利要求所述的质谱仪，其中，离子生成器和样品位于离子源区域之外，

并且其中，离子生成器被配置成从样品生成离子并且将所生成的离子供应到离子源区域。

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