DE112012000959T5

DE112012000959T5 - Korrektur der Laufzeitdrift bei Laufzeit-Massenspektrometern

Info

Publication number: DE112012000959T5
Application number: DE112012000959T
Authority: DE
Inventors: Jonathan Jaloszynski; Peter Markel Willis
Original assignee: Leco Corp
Current assignee: Leco Corp
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: CN103392220A; JP2014507778A; US9153424B2; JP2016026302A; JP5852142B2; WO2012116131A1; US20140014831A1; DE112012000959B4; JP6310431B2; CN103392220B

Abstract

Ein Verfahren zum Korrigieren einer Laufzeitdrift bei einem Massenspektrometer durch Identifizieren von spektralen Masse-Peaks von Ionen in Spektren, Detektieren von Ionen mit im Wesentlichen der gleichen Masse über Spektren, Bestimmen einer Laufzeitdrift der detektierten Ionen und Korrigieren der Laufzeitdrift aller detektierten Ionen durch Anwenden eines Korrekturfaktors auf jede der jeweiligen Laufzeiten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft eine Korrektur der Laufzeitdrift bei Laufzeit-Massenspektrometern.
HINTERGRUND
Die Massenspektrometrie (MS) ist ein analytisches Verfahren zum Bestimmen der elementaren Zusammensetzung einer Probe oder eines Moleküls oder zum Aufklären der chemischen Strukturen von Molekülen, wie beispielsweise von Peptiden und anderen chemischen Verbindungen. Die Massenspektrometrie umfasst im Allgemeinen ein Ionisieren chemischer Verbindungen, um geladene Moleküle oder Molekülfragmente zu erzeugen, und dann ein Messen ihrer Masse-zu-Ladungsverhältnisse. Bei einer typischen MS-Verfahrensweise wird eine Probe, welche auf ein Massenspektrometer beschickt wurde, einer Verdampfung unterzogen, und die Komponenten der Probe werden ionisiert, um geladene Partikel (Ionen) zu bilden. Die Ionen werden typischerweise durch ein elektrisches Feld beschleunigt für eine Berechnung des Masse-Ladungsverhältnisses (m/z) der Partikel auf der Grundlage der Details der Bewegung der Ionen bei ihrer Bewegung durch elektromagnetische Felder. Die Ionen können durch einen Massenanalysator gemäß ihrem Masse-Ladungsverhältnis (m/z) sortiert werden und durch einen Detektor zum Messen des Werts einer Indikatorquantität und zum Bereitstellen von Daten zum Berechnen der Häufigkeiten jedes vorhandenen Ions detektiert werden. Die berechnete Masse jedes Ions kann sich während des Betriebs des Massenspektrometers aufgrund verschiedener Faktoren verändern oder driften.
Ein Ansatz („Kalibriermasse”, „Lock Mass”), welcher verwendet wird, um die variable Masse anzugehen, bezieht ein Hinzufügen einer oder mehrerer bekannter Chemikalien mit bekannten Massen zu der Probe ein, welche analysiert werden soll. Diese Einführung von Chemikalien erzeugt dann spektrale Peaks mit bekannten Massen, welche ermöglichen, dass jedes Massenspektrum individuell unter Verwendung dieser spektralen Peaks massenkalibriert werden kann. Weil jedoch die hinzugefügten Chemikalien in geringen Quantitäten zugesetzt werden, um zu vermeiden, dass sie die Analyseprobe stören, kann eine schlechte Massenpräzision der spektralen Peaks aufgrund der statistischen Variationsbreite zu einer Massenkalibrierung geringerer Qualität führen. Die Verwendung einer kleinen Anzahl Kalibriermassen kann eine Massenvariation von der Kalibriermasse auf alle anderen Massen übertragen. Im Fall einer einzelnen Kalibriermasse zeigt die Kalibriermasse keine Massenvariation. Dies macht alle anderen Massen innerhalb des Spektrums stärker variabel.
Auch eine Hintergrundkalibriersubstanz, welche bei manchen bekannten Verfahren verwendet wird, ist gewöhnlich ein verdünnter Hintergrund, so dass die Ionisierungskapazität nicht deutlich reduziert wird. Diese geringe Konzentration kann zu statistisch schlechten Driftschätzungen bei einem individuellen Spektrum führen.
Dieses Verfahren umfasst auch ein Auffinden der Kalibriermasse innerhalb des Spektrums, und weil kleine Quantitäten der Kalibriermassensubstanzen eingeführt werden, kann es schwierig sein, sie zu identifizieren, insbesondere in reichhaltigen Spektren, da andere störende spektrale Peaks nahe bei dem Kalibriermassen-Peak liegen können. Dies führt das Potenzial für signifikante Fehler ein, wenn der falsche spektrale Peak als der Kalibriermassen-Peak ausgewählt wird. Weiterhin erfordert dieser Ansatz, dass der Benutzer die genauen Massen der Kalibriersubstanzen angibt und die Hintergrundionen mit eventuell höherer Intensität ignoriert, welche oft in variierendem Grad überall in der Analyse ständig vorhanden sind.
KURZDARSTELLUNG
Ein Laufzeit-Massenspektrometer (TOF-MS) kann verwendet werden, um eine Masse eines Ions durch Beschleunigen des Ions entlang einer Flugbahn (z. B. unter Verwendung eines elektrischen Felds), Messen einer Laufzeit des Ions und Bestimmen der Masse des Ions unter Verwendung einer Beziehung der Laufzeit als eine Funktion der Masse. Eine Laufzeitdrift kann aufgrund von Veränderungen in der Testumgebung auftreten und führt zu einer verschiedenen Laufzeitmessung für die gleiche Masse oder das gleiche Ion. Da die Laufzeit verwendet wird, um die Masse eines Ions zu berechnen, führen Veränderungen der gemessenen Laufzeit für ein Ion einer gegebenen Masse zu weniger präzisen Messungen der Masse dieses Ions.
Ein Aspekt der Offenbarung stellt ein Verfahren zum Korrigieren einer Laufzeitdrift bei einem Massenspektrometer durch Identifizieren von spektralen Masse-Peaks von Ionen in Spektren, Detektieren von Ionen, die im Wesentlichen die gleiche Masse über Spektren (hinweg) aufweisen, Bestimmen einer Laufzeitdrift der detektierten Ionen und Korrigieren der Laufzeitdrift aller Ionen in dem Spektrum durch Anwenden eines Korrekturfaktors auf jede der jeweiligen Laufzeiten bereit.
Bei manchen Ausführungsformen kann eine Detektion von Ionen, die im Wesentlichen die gleiche Masse über Spektren aufweisen, ein Berechnen eines statistischen Konfidenzintervalls für jede identifizierte Laufzeit eines massenspektralen Peaks aufweisen. Masse-Peaks mit sich überlappenden Konfidenzintervallen können dem gleichen Masse-Cluster zugeordnet sein. Das Konfidenzintervall kann proportional zu der erwarteten Halbwertsbreite des massenspektralen Peaks sein und umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel der geschätzten Anzahl von Ionen sein, welche in dem Masse-Peak enthalten sind. Die verschiedenen Masse-Cluster werden dann zum Abschätzen der Drift verwendet. Ein Klassifizieren der Masse-Peaks in Masse-Cluster kann für spätere Verarbeitungsschritte nützlich sein.
Bei manchen Ausführungsformen kann eine Detektion von Ionen, die im Wesentlichen die gleiche Masse über Spektren aufweisen, ein Identifizieren eines ersten und eines zweiten spektralen Peaks, welche zu ersten und zweiten Ionen korrespondieren, und ein Bestimmen einer ersten Laufzeit und einer zweiten Laufzeit der jeweiligen spektralen Peaks umfassen. Ein innerer Schwellenwert kann den spektralen Peaks derartig zugeordnet werden, dass die ersten und zweiten Ionen der gleichen Masse zugeordnet werden, wenn die absolute Differenz ihrer jeweiligen Laufzeiten kleiner ist als der innere Schwellenwert.
Auf eine ähnliche Weise kann den spektralen Peaks ein äußerer Schwellenwert zugeordnet werden; und alle Ionen mit einer absoluten Differenz der Laufzeiten kleiner als der äußere Schwellenwert und größer als der innere Schwellenwert werden von jeder Drift-Berechnung und/oder Drift-Korrektur der Laufzeit ausgeschlossen. Der äußere Schwellenwert verhindert, dass Ionen mit starken Störungen an der Drift-Korrektur teilnehmen.
Eine Eliminierung der Laufzeit-(TOF)-Drift kann eine verbesserte Massengenauigkeit bieten. Eine Drift-Korrektur erfordert nicht notwendigerweise eine kontinuierliche Infusion einer Kalibriersubstanz. Eine TOF-Drift-Korrektur kann natürlich auftretende Hintergrundionen ausnutzen. Wenn jedoch eine Hintergrund-Kalibriersubstanz eingeführt wird, kann die TOF-Drift-Korrektur die Ionen der Kalibriersubstanz verwenden. Da ferner viele Ionen verwendet werden können, kann die TOF-Drift-Korrektur keine statistischen TOF-Variationen eines Ions überkorrigieren.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen der Offenbarung werden in den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen offenkundig.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schemaansicht eines beispielhaften Laufzeit-Massenspektrometer-(TOF-MS)-Systems.
2 stellt eine beispielhafte Anordnung von Operationen zum Korrigieren einer Laufzeitdrift in einem TOF-MS bereit.
3 stellt eine grafische Ansicht beispielhafter massenspektraler Peaks in Spektren bereit.
4 und 5 sind schematische Ansichten beispielhafter Anordnungen von Operationen zum Bestimmen, ob zwei Ionen die gleiche Masse aufweisen, zum Korrigieren einer Laufzeit-TOF-Drift.
Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen geben gleiche Elemente an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1 kann bei einem Laufzeit-(TOF)-Massenspektrometer (MS) 100 eine Masse M eines Ions 10 bestimmt werden durch Beschleunigen des(der) Ions(Ionen) 10 entlang einer Flugbahn (z. B. unter Verwendung eines elektrischen Felds), Messen einer Laufzeit T des(der) Ions(Ionen) 10 und Bestimmen der Masse M des(der) Ions(Ionen) 10 unter Verwendung einer Beziehung der Laufzeit T als eine Funktion der Masse M (z. B. einer Massenkalibrierungsgleichung). Beispielsweise kann die Laufzeit T jedes Ions 10 unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung bestimmt werden
wobei d eine Flugbahnlänge des Ions 10 ist, M eine Masse des Ions 10 ist, z eine Ladung des Ions 10 ist und U eine elektrische Potenzialdifferenz (Spannung) ist, welche verwendet wird, um das Ion 10 zu beschleunigen. Ein Beschleunigen von Ionen 10 mit einer bekannten elektrischen Feldstärke U führt dazu, dass jedes Ion 10 die gleiche kinetische Energie wie jedes andere Ion 10 aufweist, welches die gleiche Ladung z aufweist. Da eine Geschwindigkeit des Ions 10 von seinem Masse-Ladungsverhältnis (m/z) abhängt, kann die Zeit, welche das Ion 10 dann benötigt, um sich entlang der Flugbahn zu bewegen und einen Detektor 130 zu erreichen, (d. h. die Laufzeit T) gemessen werden. Schwerere Ionen 10 bewegen sich relativ langsamer und weisen relativ längere Laufzeiten T auf als leichtere Ionen 10.
1 stellt eine Schemaansicht eines beispielhaften Laufzeit-Massenspektrometer-(TOF-MS)-Systems 100 bereit, welches eine Ionenquellenanordnung 110 (z. B. eine akkumulierende Ionenquelle mit Ionenübertragungsoptik und einem orthogonalen Beschleuniger) in Verbindung mit einem TOF-Analysator 120 (z. B. einem planaren mehrfach reflektierenden TOF-(M-TOF)-Analysator) und einen Detektor 130 aufweist. Die Ionenquellenanordnung 110 beschleunigt Ionen 10 (z. B. Ionenpakete) durch den TOF-Analysator 120 mit einer Flugbahn und einer entsprechenden Flugbahnlänge d und zu dem Detektor 130.
Eine TOF-Drift (und folglich eine Massendrift) kann durch verschiedene Umgebungsfaktoren, wie beispielsweise Wärmeausdehnung und Kontraktion der Komponenten des TOF-MS 100 (z. B. eines Flugrohres) und Schwankungen der Stromversorgung, eingeführt werden. Diese Faktoren können dazu führen, dass ein Ion 10, welches eine anfängliche Masse M₁ und eine Laufzeit T₁ beim Beginn eines Erfassungsprozesses aufweist, dann eine verschiedene Laufzeit T₂ = T₁ + E am Ende des Erfassungsprozesses aufweist, wobei E eine Fehlerzeit oder Drift-Zeit beispielsweise aufgrund von Veränderungen der Umgebungsfaktoren ist. Die zweite Laufzeit T₂ führt dazu, dass eine bestimmte zweite Masse M₂ von der ersten Masse M₁ während des Erfassungsprozesses (z. B. aufgrund von Wärmeausdehnung des Flugrohres oder des TOF-Analysators 120) verschieden ist, statt gleich der ersten Masse M₁ zu sein, da sich eine tatsächliche Masse M des Ions 10 nicht verändert hat.
Bei manchen Ausführungsformen beeinflusst die TOF-Drift die TOF der Ionen 10 innerhalb eines Spektrums in gleichmäßiger Weise. Beispielsweise kann die TOF-Drift die TOF der Ionen 10 mit einem Faktor D skalieren. Durch Detektieren dieser Drift und Skalieren der TOF der Ionen 10 durch einen Korrekturfaktor C = 1/D kann die TOF der Ionen 10 korrigiert werden, so dass die TOF der Ionen 10 (und folglich die bestimmten Massen M) für das erste Spektrum genauso skaliert sind wie nachfolgende Spektren.
Eine TOF-Drift kann verursachen, dass Massen M, welche in einem Spektrum N₁ vorkommen, sich in nachfolgenden Spektren N_n nur leicht verschieben. Durch Detektieren von Ionen 10 mit der gleichen Masse M über Spektren N_n kann der Betrag einer TOF-Drift bestimmt und korrigiert werden.
2 stellt eine beispielhafte Anordnung 200 von Operationen zum Korrigieren einer Laufzeitdrift in einem TOF-MS 100 bereit. Die Operationen weisen ein Identifizieren 202 von massenspektralen Peaks P von Ionen 10 in mindestens einem Spektrum N auf (man siehe z. B. 3). Die Operationen weisen weiterhin ein Detektieren 204 von Ionen 10 mit im Wesentlichen der gleichen Masse M über Spektren N hinweg, ein Bestimmen 206 einer Laufzeitdrift E der detektierten Ionen 10 und ein Korrigieren 208 der Laufzeitdrift E der detektierten Ionen 10 durch Anwenden eines Korrekturfaktors C auf jede jeweilige Laufzeit T auf.
4 stellt eine beispielhafte Anordnung 400 von Operationen zum Bestimmen, ob zwei Ionen 10 die gleiche Masse M aufweisen, zum Korrigieren einer TOF-Drift E bereit. Die Operationen weisen ein Identifizieren 402 massenspektraler Peaks P_m von Ionen 10 in mindestens zwei verschiedenen Spektren N_n und ein Darstellen 404 jedes identifizierten massenspektralen Peaks P_m als eine Gauß'sche Verteilung auf. Eine Gauß'sche Verteilung ist eine absolut kontinuierliche Wahrscheinlichkeitsverteilung ohne Kumulanten mit Ordnungen höher als zwei. Die Gauß'sche Verteilung kann durch die folgende Gleichung repräsentiert werden:
wobei μ und σ² der Mittelwert und die Varianz der Verteilung sind. Die Gauß'sche Verteilung mit μ = 0 und σ² = 1 wird die Standardnormalverteilung genannt. Die Operationen weisen weiterhin ein Bestimmen 406 einer Laufzeit (TOF), einer Breite und einer Intensität für jeden jeweiligen massenspektralen Peak P_m und ein Zuordnen 408 eines Konfidenzniveaus für die wahre TOF T der Ionen 10 auf. Für sich überlappende Konfidenzniveaus weisen die Operationen ein Zuordnen 410 der gleichen Masse M zu jeweiligen massenspektralen Peaks P_m und korrespondierenden Ionen 10 auf. Das Konfidenzniveau kann proportional zu einer Abweichung von dem Mittelwert der Gauß'schen Verteilung sein. Beispielsweise weisen massenspektrale Peaks P_m innerhalb von einer Standardabweichung des Peaks oder Mittelwerts ein höheres Konfidenzniveaus auf als massenspektrale Peaks P_m innerhalb von zwei Standardabweichungen.
5 stellt eine beispielhafte Anordnung 500 von Operationen zum Bestimmen, ob zwei Ionen 10 die gleiche Masse M aufweisen, zum Korrigieren einer TOF-Drift E auf. Die Operationen weisen ein Identifizieren 502 eines ersten und eines zweiten spektralen Peaks P₁, P₂ (man siehe z. B. 3) und ein Bestimmen 504 einer ersten TOF T₁ und einer zweiten TOF T₂ der jeweiligen spektralen Peaks P₁, P₂ auf. Die Operationen weisen ein Definieren 506 eines inneren Schwellenwerts I und eines äußeren Schwellenwerts 0 für die spektralen Peaks P₁, P₂ auf. Die Operationen weisen weiterhin ein Zuordnen 508 der gleichen Masse M zu dem ersten und dem zweiten spektralen Peak P₁, P₂ auf, wenn eine erste und eine zweite Laufzeit T₁ und T₂ innerhalb des inneren Schwellenwerts I zueinander liegen (z. B. abs(T₁ – T₂) < I). Der äußere Schwellenwert 0 kann verwendet werden, um Störungen auszuschließen. Wenn beispielsweise ein drittes Ion 10 mit einer entsprechenden TOF T₃ in einem der Spektren N derartig existiert, dass abs(T₁ – T₃) < 0 oder abs(T₂ – T₃) < 0 ist, dann können die Operationen ein Ausschließen 310 des dritten Ions 10 von der TOF-Drift-Korrektur aufweisen.
Bei manchen Ausführungsformen weisen Operationen zum Korrigieren einer TOF-Drift ein Auswählen von Ionen 10 mit Störungen oder Ungenauigkeiten und eine Eliminierung solcher Ionen 10 aus der Drift-Korrekturberechnung auf. Beispielsweise können die Operationen ein Auswählen qualifizierter Ionenpaare für die N größten Ionen 10 und ein Ausschließen von Ionen 10 mit relativ geringer Intensität aufweisen, welche relativ mehr Rauschen in den dazugehörigen TOF-Messungen aufweisen. Die Operationen können ein Bestimmen einer geschätzten TOF-Drift E für jedes Ionenpaar und ein Eliminieren geschätzter TOF-Driften E aufweisen, welche von anderen geschätzten TOF-Driften E in diesem Satz von Abschätzungen deutlich verschieden sind (z. B. Ausreißer). Beispielsweise können die Operationen ein Eliminieren geschätzter TOF-Driften E außerhalb einer Standardabweichung oder einer durchschnittlichen absoluten Abweichung von dem Durchschnittswert oder Mittelwert einer geschätzten TOF-Drift E des Satzes geschätzter TOF-Driften E aufweisen. Die Operationen weisen weiterhin ein Vereinigen der verbleibenden geschätzten TOF-Driften zum Bestimmen einer abschließenden TOF-Drift-Abschätzung auf (z. B. durch Bestimmen eines arithmetischen Mittelwerts oder eines Medianwerts der TOF-Driften).
Historische Massenspektraldaten können in dem TOF-MS 100 verwaltet werden. Ionen 10 mit größerer Intensität oder Persistenz können ausgewählt werden zur Erfassung und Speicherung (z. B. in einem Speicher) entsprechender spektraler Daten als historische Daten. Beim Korrigieren einer TOF-Drift für Ionen 10 in einem neuen Spektrum können Übereinstimmungen zwischen den historischen spektralen Daten und den neu erfassten spektralen Daten bestimmt werden. Die übereinstimmenden historischen spektralen Daten können verwendet werden, um eine Drift-Korrektursteigung zu berechnen, welche auf das neue Spektrum angewandt werden kann. TOF-Differenzen und/oder Intensitätsdifferenzen können zwischen einem ersten Ion 10a in den historischen spektralen Daten und einem zweiten Ion 10b in dem neuen Spektrum bestimmt werden. Eine Übereinstimmung zwischen dem ersten Ion 10a und dem zweiten Ion 10b kann existieren, wenn die bestimmten TOF-Differenzen und/oder Intensitätsdifferenzen innerhalb eines Grenzbereichs liegen. Ferner können Ionen 10 aus dem neu erfassten Spektrum zum Hinzufügen zu dem historischen Spektrum ausgewählt werden (z. B. übereinstimmende Ionen 10). Ionen 10, welche für einige Zeit nicht beobachtet wurden, können als veraltet aus den historischen spektralen Daten herausgenommen werden.
Bei manchen Ausführungsformen identifiziert das TOF-MS 100 Ionen 10 für eine TOF-Drift-Korrektur, ohne eine Benutzerangabe oder -Auswahl der bestimmten Ionenmassen für eine TOF-Drift-Korrektur. Der Benutzer kann ein Auswahlkriterium angeben, um einzuschränken, welche Ionenmassen für eine TOF-Drift-Korrektur verwendet werden. Massenbereiche und/oder Intensitätsgrenzen können verwendet werden, um für bestimmte Ionen 10 auszuschließen, dass sie für eine Drift-Korrektur verwendet werden.
Ionen 10, welche für eine Drift-Korrektur ausgewählt sind, können dynamisch aktualisiert werden, wobei folglich eine Ausführung einer TOF-Drift-Korrekturroutine oder von -Routinen unter Verwendung von Nicht-Hintergrundionen 10 ermöglicht wird. Eine Anforderung für eine Verwendung eines Ions 10 für eine TOF-Drift-Korrekturroutine kann ein Vorhandensein des Ions 10 in einer Anzahl benachbarter Spektren umfassen. Ionen 10 aus chromatographischen Peaks können auch zu diesem Zweck verwendet werden. Wenn der chromatographische Peak vollständig eluiert ist, kann der Drift-Korrekturalgorithmus oder die -Routine ein anderes Ion 10 verwenden.
Die TOF-Drift-Korrekturroutine kann über mehrere Proben ausgedehnt werden. Wenn mehrere Proben einen ähnlichen Satz Hintergrundionen 10 aufweisen, können die Hintergrundionen 10 identifiziert werden, und die Proben können so korrigiert werden, dass sie die gleiche TOF-Skalierung (und folglich Massenkalibrierung) als eine einzelne Master-Probe verwenden. Ferner kann Massenkalibrierung über die TOF-Drift-Korrekturroutine über mehrere Proben hinweg ausgeführt werden.
Gesättigte Ionen-Peaks können für eine Drift-Korrektur ungeeignet sein. Diese Ionen können aufgrund von Peak-Verzerrungen durch die Sättigung unvorhersagbare TOFs aufweisen. Dies kann zu Fehlern führen, welche in den Drift-Korrekturfaktor eingeführt werden. Bei manchen Ausführungsformen können diese gesättigten Ionen-Peaks von dem Drift-Korrekturalgorithmus ignoriert werden, was zu Korrekturen höherer Qualität führt.
Ionen-Peaks auf niedrigem Niveau können für eine Drift-Korrektur ungeeignet sein. Diese Ionen können TOFs mit einer signifikanten Variation aufweisen, weil sie sehr wenige individuelle Ionenmessungen repräsentieren. Bei manchen Ausführungsformen können die Ionen-Peaks auf niedrigem Niveau von der Drift-Korrektur ignoriert werden. Weiterhin können Spektren, welche allein aus diesen Ionen-Peaks bestehen, dazu führen, dass der Drift-Korrekturalgorithmus deaktiviert wird. Dies kann vermeiden, dass mehr Fehler eingeführt werden als korrigiert werden.
Verschiedene Ausführungsformen der Systeme und Verfahren, welche hier beschrieben sind, können in einem digitalen elektronischen Schaltkomplex, in einem integrierten Schaltkomplex, in besonders ausgelegten ASICs (anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen), als Computer-Hardware, Firmware, Software und/oder in Kombinationen davon realisiert werden. Diese verschiedenen Ausführungsformen können eine Implementierung in einem oder in mehreren Computerprogrammen umfassen, welche auf einem programmierbaren System ausführbar und/oder interpretierbar sind, welches mindestens einen programmierbaren Prozessor umfasst, welcher ein Spezial- oder Universal-Prozessor sein kann und welcher angeschlossen ist, Daten und Anweisungen von einem Speichersystem, mindestens einer Eingabevorrichtung und mindestens eine Ausgabevorrichtung zu empfangen sowie Daten und Anweisungen an diese zu übertragen.
Diese Computerprogramme (auch bekannt als Programme, Software, Software-Anwendungen oder Code) umfassen Maschinenanweisungen für einen programmierbaren Prozessor und können in einer höheren prozeduralen und/oder Objekt-orientierten Programmiersprache und/oder in Assembler/Maschinensprache implementiert sein. Wie sie hier verwendet werden, beziehen sich die Begriffe „maschinenlesbares Medium” und „Computer-lesbares Medium” auf alle Computerprogrammprodukte, Vorrichtungen und/oder Geräte (z. B. Magnetplatten, optische Platten, Speicher, programmierbare Logikvorrichtungen (PLDs)), welche verwendet werden, um Maschinenanweisungen und/oder Daten einem programmierbaren Prozessor bereitzustellen, welcher ein maschinenlesbares Medium umfasst, welches Maschinenanweisungen als ein maschinenlesbares Signal empfängt. Der Begriff „maschinenlesbares Signal” bezieht sich auf alle Signale, welche verwendet werden, um Maschinenanweisungen und/oder Daten einem programmierbaren Prozessor bereitzustellen.
Um eine Interaktion mit einem Benutzer bereitzustellen, können die Systeme und Verfahren, welche hier beschrieben sind, auf einem Computer mit einer Anzeigevorrichtung (z. B. ein CRT-(Bildröhren-)- oder LCD-(Flüssigkristallanzeige)-Monitor) zum Anzeigen von Informationen für den Benutzer und mit einer Tastatur und einer Zeigervorrichtung (z. B. einer Maus oder einer Rollkugel) implementiert werden, durch welche der Benutzer dem Computer Eingaben bereitstellen kann. Andere Arten von Vorrichtungen können auch verwendet werden, um Interaktionen mit einem Benutzer bereitzustellen; beispielsweise kann eine Rückmeldung, welche dem Benutzer bereitgestellt wird, jede Art sensorischer Rückmeldung sein (z. B. eine visuelle Rückmeldung, eine auditive Rückmeldung oder eine taktile Rückmeldung); und eine Eingabe von dem Benutzer kann in jeder Art empfangen werden, was eine akustische, Sprach- oder taktile Eingabe umfasst.
Die Systeme und Verfahren, welche hier beschrieben sind, können in einem Rechnersystem implementiert werden, welches eine Backend-Komponente (wie z. B. einen Daten-Server) umfasst oder welches eine Middleware-Komponente (z. B. einen Anwendungs-Server) umfasst oder welches eine Frontend-Komponente (z. B. einen Client-Computer mit einer grafischen Benutzerschnittstelle oder einem Internet-Browser, durch welche ein Benutzer mit einer Implementierung der Systeme und Verfahren interagieren kann, welche hier beschrieben sind) umfasst oder jede Kombination derartiger Backend-, Middleware- oder Frontend-Komponenten umfasst. Die Komponenten des Systems können auf jede Art oder durch jedes Medium der digitalen Datenkommunikation (z. B. ein Kommunikationsnetzwerk) miteinander verbunden sein. Beispiele von Kommunikationsnetzwerken umfassen ein lokales Netzwerk („LAN”), ein Fernnetz („WAN”) und das Internet.
Das Rechnersystem kann Clients und Server umfassen. Ein Client und Server sind im Allgemeinen voneinander entfernt und interagieren typischerweise durch ein Kommunikationsnetzwerk. Die Beziehung des Client und Server besteht aufgrund von Computerprogrammen, welche auf den jeweiligen Computern laufen und eine Client-Server-Beziehung zueinander aufweisen.
Implementierungen des Gegenstands und der funktionalen Operationen, welche in dieser Beschreibung beschrieben sind, können in einem digitalen elektronischen Schaltkomplex oder in Computer-Software, Firmware oder Hardware implementiert werden, welche die Strukturen, welche in dieser Beschreibung offenbart werden, und ihre strukturellen Äquivalente oder Kombinationen einer oder mehrerer von ihnen umfassen. Implementierungen des Gegenstands, welcher in dieser Beschreibung beschrieben ist, können als ein oder mehrere Computerprogrammprodukte, d. h. als ein oder mehrere Module von Computerprogrammanweisungen, welche auf einem computerlesbaren Medium zur Ausführung durch ein Datenverarbeitungsgerät oder zum Steuern seines Betriebs codiert sind, implementiert werden. Das computerlesbare Medium kann eine maschinenlesbare Speichervorrichtung, ein maschinenlesbares Speichersubstrat, eine Speichervorrichtung, eine Materialzusammensetzung, welche ein maschinenlesbares weitergeleitetes Signal bewirkt, oder eine Kombination aus einem oder mehreren von ihnen sein. Der Begriff „Datenverarbeitungsgerät” umfasst alle Vorrichtungen, Geräte und Maschinen zum Verarbeiten von Daten, was beispielsweise einen programmierbaren Prozessor, einen Computer oder mehrere Prozessoren oder Computer umfasst. Die Vorrichtung kann zusätzlich zu Hardware Code umfassen, welcher eine Ausführungsumgebung für das fragliche Computerprogramm erzeugt, z. B. Code, welcher Prozessor-Firmware, einen Protokollstapel, ein Datenbankverwaltungssystem, ein Betriebssystem oder eine Kombination aus einem oder mehreren von ihnen bildet. Ein weitergeleitetes Signal ist ein künstlich erzeugtes Signal, z. B. ein maschinenerzeugtes, elektrisches, optisches oder elektromagnetisches Signal, welches erzeugt wird, um Informationen zur Übertragung an eine geeignete Empfängervorrichtung zu codieren.
Ein Computerprogramm (auch bekannt als ein Programm, Software, Software-Anwendung, Skript oder Code) kann in jeder Form einer Programmiersprache geschrieben sein, was kompilierte oder interpretierte Sprachen umfasst, und es kann in jeder Form eingesetzt werden, was als ein selbstständiges Programm oder als ein Modul, eine Komponente, eine Unterroutine oder eine andere Einheit umfasst, welche zur Verwendung in einer Rechnerumgebung geeignet ist. Ein Computerprogramm muss nicht notwendigerweise einer Datei in einem Dateisystem entsprechen. Ein Programm kann in einem Abschnitt einer Datei, welche andere Programme oder Daten enthält (z. B. ein oder mehrere Skripte, welche in einem Dokument in Auszeichnungssprache gespeichert sind), in einer einzelnen Datei, welche mit dem fraglichen Programm fest verbunden ist, oder in mehreren koordinierten Dateien gespeichert sein (z. B. Dateien, welche ein oder mehrere Module, Unterprogramme oder Codeabschnitte speichern). Ein Computerprogramm kann eingesetzt werden, um auf einem Computer oder auf mehreren Computern ausgeführt zu werden, welche an einem Ort oder verteilt über mehrere Orte angeordnet sind und durch ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind.
Die Prozesse und Logikabläufe, welche in dieser Beschreibung beschrieben sind, können von einem oder mehreren programmierbaren Prozessoren durchgeführt werden, welche ein oder mehrere Computerprogramme ausführen, um Funktionen durchzuführen, indem auf der Grundlage von Eingabedaten operiert wird und eine Ausgabe erzeugt wird. Die Prozesse und Logikabläufe können auch von einem Spezial-Logikschaltkomplex, z. B. einem FPGA (Feld-programmierbaren Gate-Array) oder einem ASIC (anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis) ausgeführt werden, und eine Vorrichtung kann auch durch diese implementiert werden.
Prozessoren, welche für die Ausführung eines Computerprogramms geeignet sind, umfassen beispielsweise sowohl Universal- als auch Spezialmikroprozessoren und einen oder mehrere beliebige Prozessoren jeder Art von digitalen Computern. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor Anweisungen und Daten von einem Nur-Lese-Speicher oder einem Direktzugriffsspeicher oder von beiden. Die wesentlichen Elemente eines Computers sind ein Prozessor zum Durchführen von Anweisungen und eine oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von Anweisungen und Daten. Im Allgemeinen umfasst ein Computer auch eine oder mehrere Massenspeichervorrichtungen zum Speichern von Daten, z. B. magnetische, magnetooptische Festplatten oder optische Festplatten, oder er ist wirksam daran angeschlossen, um Daten davon zu empfangen, Daten dahin zu übertragen oder beides. Jedoch muss ein Computer derartige Vorrichtungen nicht aufweisen. Ferner kann ein Computer in eine andere Vorrichtung eingebettet sein, z. B. in ein Mobiltelefon, in einen PDA-Minicomputer (PDA), in ein mobiles Audioabspielgerät, in einen Empfänger für ein globales Positioniersystem (GPS), um nur ein paar zu nennen. Computerlesbare Medien, welche zum Speichern von Computerprogrammanweisungen und Daten geeignet sind, umfassen alle Arten nichtflüchtiger Speicher, Medien und Speichervorrichtungen, welche beispielsweise Halbleiter-Speichervorrichtungen, z. B. EPROM, EEPROM und Flash-Speichervorrichtungen; magnetische Festplatten, z. B. interne Festplatten oder entfernbare Festplatten; magneto-optische Festplatten; und CD-ROM- und DVD-ROM-Disketten umfassen. Der Prozessor und der Speicher können durch einen Spezial-Logikschaltkomplex ergänzt werden oder in diesen einbezogen sein.
Um eine Interaktion mit einem Benutzer bereitzustellen, können Implementierungen des Gegenstands, welcher in dieser Beschreibung beschrieben ist, auf einem Computer mit einer Anzeigevorrichtung, z. B. einem CRT-(Bildröhren-)- oder LCD-(Flüssigkristallanzeige)-Monitor, zum Anzeigen von Informationen für den Benutzer und mit einer Tastatur und einer Zeigervorrichtung, z. B. einer Maus oder einer Rollkugel, implementiert werden, durch welche der Benutzer dem Computer Eingaben bereitstellen kann. Andere Arten von Vorrichtungen können auch verwendet werden, um Interaktionen mit einem Benutzer bereitzustellen; beispielsweise kann eine Rückmeldung, welche dem Benutzer bereitgestellt wird, jede Art sensorischer Rückmeldung sein, z. B. eine visuelle Rückmeldung, eine auditive Rückmeldung oder eine taktile Rückmeldung; und eine Eingabe von dem Benutzer kann in jeder Art empfangen werden, was eine akustische, Sprach- oder taktile Eingabe umfasst.
Vorteilhafte Merkmale der beschriebenen Implementierung umfassen unter anderen: (i) eine reduzierte Anforderung an betroffene Netzgeräte und erhöhte thermische Stabilität, (ii) Hintergrundionen müssen nicht spezifiziert werden, (iii) der Ansatz ermöglicht die Kombination mehrerer persistenter Massen, um eine gewichtete Abschätzung der Drift-Korrektur zu berechnen, und qualifiziert Massen, bevor sie in der gewichteten Abschätzung verwendet werden, (iv) der Ansatz ermöglicht, dass eine Korrektur in Echtzeit angewendet werden kann und dass die Korrekturrate mit einer spektralen Berichtsrate abgestimmt werden kann, (v) die Drift-Korrektur kann auf die nächste Analyse übergetragen werden, so dass die Massenkalibrierung so weit wie möglich zwischen Analysen konserviert wird, und (vi) die persistenten Massen können in einem Speicher gehalten werden, so dass, wenn ein Datensegment eine derart geringe Ionenzahl aufweist, dass die Drift-Korrektur deaktiviert wird, sie reaktiviert werden kann, wenn eine ausreichende Anzahl wiederhergestellt ist, und sie in den vorhergehenden Spektren rückwirkend verwendet werden kann.
Während diese Beschreibung viele Besonderheiten enthält, dürfen diese nicht als Einschränkungen des Schutzumfangs der Erfindung oder dessen, was beansprucht werden kann, aufgefasst werden, sondern stattdessen als Beschreibungen von Merkmalen, welche für bestimmte Implementierungen der Erfindung spezifisch sind. Bestimmte Merkmale, welche in dieser Beschreibung in dem Kontext getrennter Implementierungen beschrieben sind, können auch kombiniert in einer einzelnen Implementierung implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, welche in dem Kontext einer einzelnen Implementierung beschrieben werden, auch in mehreren Implementierungen getrennt oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Obwohl Merkmale oben stehend als in bestimmten Kombinationen fungierend beschrieben sein können und sogar anfänglich als solche beansprucht sein können, können ferner ein oder mehrere Merkmale einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination herausgelöst werden, und die beanspruchte Kombination kann sich auf eine Unterkombination oder eine Variation einer Unterkombination richten.
Während ebenso Operationen in den Zeichnungen in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, darf es nicht als erforderlich verstanden werden, dass derartige Operationen in der bestimmten gezeigten Reihenfolge oder in einer sequenziellen Reihenfolge durchgeführt werden oder dass alle illustrierten Operationen durchgeführt werden, um wünschenswerte Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen kann Multitasking und Parallelverarbeitung vorteilhaft sein. Ferner darf die Trennung der verschiedenen Systemkomponenten in den oben stehend beschriebenen Implementierungen nicht verstanden werden, dass eine derartige Trennung in allen Implementierungen erforderlich ist, und es versteht sich, dass die beschriebenen Programmkomponenten und -Systeme im Allgemeinen zusammen in einem einzelnen Software-Produkt integriert werden können oder in mehrere Software-Produkte gepackt werden können.
Eine Anzahl von Ausführungsformen wurde beschrieben. Dennoch versteht es sich, dass verschiedene Modifikationen angefertigt werden können, ohne den Gedanken und den Schutzumfang der Offenbarung zu verlassen. Beispielsweise können verschiedene Formen der oben gezeigten Abläufe verwendet werden, wobei Schritte neugeordnet, hinzugefügt oder entfernt sind. Obwohl mehrere Anwendungen der Systeme und Verfahren beschrieben wurden, muss außerdem anerkannt werden, dass zahlreiche andere Anwendungen in Betracht gezogen werden können. Dementsprechend liegen andere Implementierungen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Korrigieren einer Laufzeitdrift in einem Massenspektrometer, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Identifizieren von massenspektralen Peaks von Ionen in Spektren; Detektieren von Ionen mit im Wesentlichen der gleichen Masse über Spektren; Bestimmen einer Laufzeitdrift der detektierten Ionen; und Korrigieren der Laufzeitdrift der detektierten Ionen durch Anwenden eines Korrekturfaktors auf jede jeweilige Laufzeit.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Detektieren von Ionen, die im Wesentlichen die gleiche Masse über Spektren aufweisen, Folgendes umfasst: Darstellen jedes identifizierten massenspektralen Peaks als eine Wahrscheinlichkeitsverteilung; Bestimmen von mindestens einem Parameter ausgewählt aus einer Laufzeit oder einer Intensität von jedem jeweiligen massenspektralen Peak; Zuordnen eines Konfidenzniveaus für eine Laufzeit des Ions; und Zuordnen der gleichen Masse zu Ionen jeweiliger massenspektraler Peaks mit sich überlappenden Konfidenzniveaus.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein TOF-Konfidenzintervall umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel der Fläche des spektralen Peaks ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Detektieren von Ionen, die im Wesentlichen die gleiche Masse über Spektren aufweisen, Folgendes umfasst: Identifizieren eines ersten und eines zweiten spektralen Peaks, die zu einem ersten und einem zweiten Ion korrespondieren; Bestimmen einer ersten Laufzeit und einer zweiten Laufzeit der jeweiligen spektralen Peaks; Zuordnen eines inneren Schwellenwerts für die spektralen Peaks; und Zuordnen der gleichen Masse zu dem ersten und dem zweiten Ion, wenn die erste und die zweite Laufzeit eine absolute Differenz aufweisen, welche kleiner als der innere Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin Folgendes umfassend: Zuordnen eines äußeren Schwellenwerts für die spektralen Peaks; und Ausschließen aller Ionen mit einer Laufzeit mit einer absoluten Differenz, welche kleiner als der äußere Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Laufzeitkorrekturfaktor einen Skalierungsfaktor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend Bestimmen des Korrekturfaktors auf der Grundlage von Ionen mit im Wesentlichen gleichen Laufzeitdriften.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend Bestimmen eines Durchschnittswerts der bestimmten Laufzeitdriften und Eliminieren eines Ions von dem Bestimmen des Korrekturfaktors, welches eine bestimmte Laufzeitdrift aufweist, welche um einen Schwellenwert von der durchschnittlichen Laufzeitdrift verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Detektieren von Ionen, die im Wesentlichen die gleiche Masse über Spektren aufweisen, ein Auswählen von Ionen, die mindestens eines der Folgenden umfasst: eine im Wesentlichen gleiche Laufzeit oder eine im Wesentlichen gleiche Intensität.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Differenz zwischen mindestens einer der Laufzeit oder der Intensität der ausgewählten Ionen innerhalb eines Schwellenwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend Speichern von mindestens einem Wert aus der Laufzeit, der Intensität, der Laufzeitdrift und der Masse als historische Daten.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend Vergleichen von mindestens einem Wert aus der Laufzeit, der Intensität, der Laufzeitdrift und der Masse eines Zielions mit den historischen Daten zum Bestimmen mindestens eines Werts aus der Laufzeit, der Intensität, der Laufzeitdrift und der Masse des Zielions.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Identifizierens weiterhin den Unterschritt des Ignorierens von Ionen-Peaks mit Intensitäten umfasst, welche i) Sättigung oder (ii) schlechte Ionenstatistik oder beides anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin Folgendes umfassend: Bestimmen eines Konfidenzintervalls der Masse für einen oder mehrere identifizierte massenspektrale Peaks; und Zuordnen eines Masse-Clusters zu dem einen oder den mehreren identifizierten massenspektralen Peaks, wobei massenspektrale Peaks mit sich überlappenden Konfidenzintervallen dem gleichen Masse-Cluster zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Konfidenzintervall proportional zu einer erwarteten Halbwertsbreite des massenspektralen Peaks ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Konfidenzintervall umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel einer geschätzten Anzahl von Ionen ist, welche in dem Masse-Peak enthalten sind.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin Folgendes umfassend: Zuordnen eines Masse-Clusters zu dem einen oder den mehreren identifizierten massenspektralen Peaks, wenn die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass die beiden spektralen Peaks zu der gleichen Verbindung gehören.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Zuordnens auf einer Bestimmung eines Konfidenzintervalls der Masse für den einen oder die mehreren identifizierten massenspektralen Peaks basiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Wahrscheinlichkeitsverteilung eine Gauß'sche Verteilung ist.