DE112013003058B4 - Tandem Flugzeitmassenspektrometer mit ungleichmässiger Probennahme - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Tandem Flugzeit-Massenspektrometrie-Analyse, wobei das Verfahren umfasst:Extrahieren einer Vielzahl von Stammionenspezies mit verschiedenen m / z-Werten aus einer gepulsten Ionenquelle (15) oder einem gepulsten Konverter,die/der durch einen Zyklus von Quellenpulsen getriggert wird;zeitliches Trennen der Stammionen nach m / z-Wert innerhalb eines mehrfachreflektierenden elektrostatischen Feldes mit isochroner und räumlicher Fokussierung;Auswählen und Probenehmen von einer oder mehreren Stammionenspezies durch ein elektrisches Impulsfeld mit einem Zeittor (16), das relativ zu dem Zyklus von Quellenpulsen verzögert ist;Fragmentieren der durch das Zeittor (16) durchgelassenen Stammionen durch Kollisionen mit einem Gas und/oder einer Oberfläche;Extrahieren von Fragmentionen durch das mehrfach reflektierende elektrische Feld mit einer Verzögerung relativ zu dem Zeittor (16);zeitliches Trennen der Fragmentionen innerhalb des mehrfach-reflektierenden elektrostatischen Feldes; undAufzeichnen eines Signalverlaufs der Fragmentionen von einem Detektor (18), wobei:das Auswählen der Stammionenspezies das Probenehmen von Stammionenspezies mehrerer Stammmassen während eines Intervalls zwischen Quellenpulsen des Zykluses von Quellenpulsen umfasst;Torzeiten und Extraktionsverzögerungen in einer nicht-redundanten Weise kodiert werden, die innerhalb eines Zyklus von mehreren Quellenimpulse variiert; wobei ein Datensystem (20) die nicht-redundante Kodierung von Torzeiten und Extraktionsverzögerungen bereitstellt, derart, dass ein beliebiges Paar von Torzeiten und Extraktionsverzögerungen innerhalb eines Intervalls zwischen Quellenpulsen nur einmal während der Dauer des Zyklus von Quellenpulsen auftritt, undüberlappende Fragmentspektren für die Vielzahl von Stammionenspezies decodiert werden basierend auf der Analyse einer Übereinstimmung zwischen einem bestimmten Signalpeak und der Stammmasse, wobei sowohl Zeittrennungen von Stamm- als auch von Fragmentionen innerhalb desselben mehrfach-reflektierenden elektrostatischen Feldes in entgegengesetzte Richtungen auftreten.

Description

• TECHNISCHER BEREICH
• Die Erfindung betrifft allgemein den Bereich massenspektroskopische Analyse und spezieller das Verbessern von Empfindlichkeit, Auflösung, Geschwindigkeit und/oder dynamischem Bereich von Tandem-Flugzeit-Massenspektrometern.
• HINTERGRUND
• Tandem-Massenspektrometrie (MS-MS) wendet Trennen von Stammionen in einem ersten Massenspektrometer (MS1), Fragmentieren getrennter Spezies und Massenanalysieren von Fragmentionen in einem zweiten Massenspektrometer (MS2) für Verbindungsidentifikation und Strukturstudien an. Die kürzliche Anwendung von Tandem-Massenspektrometrie in Biowissenschaften hat die Herausforderung des Analysierens von extrem komplexen Gemischen mit sich gebracht, d. h. Gemischen mit bis zu Millionen von Komponenten mit einer Höchstanforderung von neun dynamischen Bereichsordnungen. Solche Analysen können eine Vorabchromatografie zum Trennen eines ursprünglichen Gemischs in Hunderte von Fraktionen erfordern. Und doch bleiben Gemische äußerst komplex, was die Anforderungen an Empfindlichkeit, dynamischen Bereich, Auflösung, Massengenauigkeit, Geschwindigkeit und/oder Durchsatz von MS-MS unterstreicht.
• Flugzeit-Massenspektrometer (TOF-MS) werden in der analytischen Chemie weithin zum Identifizieren und quantitativen Analysieren von Gemischen eingesetzt. TOF-MS hat ein großes Potenzial für den Einsatz in MS-MS, weil TOF-MS von sich aus parallele Analysen der gesamten Masse bietet und kürzlich eine hohe Auflösungsleistung erzielte. GB 2403063 A und WO 2005001878 A2 offenbaren einen planaren, multireflektierenden TOF (MR-TOF) mit einem Satz von periodischen Linsen zum räumlichen Einschließen von Ionenpaketen. Eine beispielhafte kommerzielle Implementation eines MR-TOF, Citius HRT™ von LECO Corp., demonstriert, dass der erweiterte gefaltete Ionenpfad die Auflösung auf ein Niveau von R=100.000 verbessert. Mehrere Verbesserungen von MR-TOF werden in der US 7326925 B2 (gekrümmte isochrone Ioneninjektion), der US 7772547 B2 (doppelte orthogonale Injektion), der WO 2010008386 A1 (quasi-planare Spiegel für Drift-Fokussierung bei reduzierten Abberationen), der WO 2011086430 A1 (zylindrische Analysatoren) und der WO 2013063587 A2 (isochrone Ionenspiegel hoher Ordnung) vorgeschlagen. WO 2011135477 A1 offenbart häufiges codiertes Pulsen eines orthogonalen Beschleunigers.
• TOF-MS werden für Tandem-Flugzeit-Massenspektrometer (TOF-TOF) bei Einsatz mit intrinsisch gepulsten Ionenquellen wie MALDI eingesetzt. US 5202563 A offenbart ein Tandem-Flugzeit-Massenspektrometer (TOF-TOF) gebildet aus zwei einzeln reflektierenden TOF-MS, die über eine CID-(kollisionsinduzierte Dissoziation)-Zelle gekoppelt sind. Ein zeitlich gesteuerter Ionenselektor (TIS) leitet eine Stammionenmasse pro TOF1-Schuss. Ionen werden vor einer CID-Zelle verlangsamt, dann werden Fragmentionen auf gepulste oder kontinuierliche Weise wieder beschleunigt. Die US 6770870 B2 offenbart eine verzögerte Fragmentextraktion für eine Ionenauswahl hinter der CID-Zelle. GB 2390935 A , US 7385187 B2und US 7196324 B2 offenbaren ein „Allmassen“-TOF-TOF-Instrument für die parallele Erfassung von Fragmentspektren für alle Stammionen. Das Prinzip über verschachtelte Zeitskalen zwischen TOF1- und TOF2-Stufen begrenzt jedoch die Auflösung der zweiten Stufe. US 20070029473 A1 und US 7385187 B2 offenbaren ein Tandem von zwei mehrfach reflektierenden TOF-MS, die über eine CID- oder eine SID-Zelle gekoppelt sind, obwohl sie sequenziell arbeiten, d. h. mit Auswahl einer einzigen Stammspezies pro Schuss (shot). WO 2010138781 A2 offenbart ein Tandem von einzeln reflektierenden TOF-Analysatoren und beansprucht die Auswahl von mehreren Stammionen pro Einzelionenquellen-Ejektion, offenbart aber keine Multiplexalgorithmen.
• Das oben Gesagte zusammenfassend, TOF-TOF-Tandems des Standes der Technik erreichen noch keine parallele „Allmassen“-Analyse unter Anwendung von hochauflösenden, mehrfach reflektierenden TOF-Analysatoren in beiden Stufen. Daher besteht Bedarf an einer Verbesserung von Auflösung, Empfindlichkeit, Geschwindigkeit und dynamischem Bereich von TOF-TOF-Tandems. Es besteht auch Bedarf an einem eindeutigen Codierverfahren zum Umwandeln des erklärten Ziels von Allmassen-Parallel-Tandemanalyse in ein praktisches Verfahren und Instrument.
• Die Druckschrift US 2009/0250607 A1 offenbart ein Gerät bestehend aus mehreren Probensprühvorrichtungen, von denen jede mit einer LC-Säule verbunden ist, wobei eine elektrische Schaltung vorgesehen ist, die eine Hochspannung zwischen 1 und 5 KV auf der Zeitskala von Nanosekunden bis Millisekunden ein- und ausschalten kann, wobei die Schaltung von einem Computerprogramm gesteuert wird, das die Hochspannung an jede Sprühvorrichtung in einer Hadamard-Sequenz anlegt. Aus der Druckschrift US 2003/0001087 A1 sind Flugzeit-Massenspektrometer-Instrumente zur Überwachung schneller Prozesse unter Verwendung eines verschachtelten Zeitschemas und eines positionsempfindlichen Detektors bekannt. Schließlich offenbart die Druckschrift US 2007/0029473 A1 ein mehrfach reflektierendes Flugzeit-Massenspektrometer (MR- TOF MS) und ein Analyseverfahren, wobei die Flugbahn der Ionen entlang einer Trajektorie durch elektrostatische Spiegel gefaltet wird und die längere Flugbahn für eine höhere Auflösung sorgt, während die Größe des Instruments moderat bleibt.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Die Erfindung ist definiert durch die unabhängigen Ansprüche 1 und 6. Gemäß einigen Implementationen der vorliegenden Offenbarung kann TOF-TOF verbessert werden durch: (a) Verwenden von mehrfach reflektierendem TOF (MR-TOF) für beide Stufen der Tandem-MS-MS-Analyse, um dadurch Stamm- und Fragmentionen in vergleichbaren Zeitskalen zu trennen und spärliche (sparse) Signale in Fragmentspektren zu bilden; (b) Multiplexen von Stammionen-Samplings; und (c) Codieren entweder von Toren (gates) für Fragmentionen-Samplings und/oder Verzögerungen von Fragmentionenextraktion aus einer Fragmentierungszelle durch eine nicht redundante Matrix exklusive systematischer Signalüberlappungen für einen Zyklus von mehreren Quellinjektionspulsen. Spektraldecodierung kann für alle Stammmassen erzielt werden, mit hohem Arbeitszyklus (duty cycle) und hoher Auflösung von MR-TOF und mit schneller Oberflächenprofilierung oder Profilierung der chromatografischen, massenspektrometrischen oder Ionenmobilitäts-Vorabtrennung.
• Gemäß einigen Implementationen beruht das Verfahren auf der Spärlichkeit von Hochauflösungs-Tandem-Massenspektren. Typische Fragmentspektren enthalten bekanntlich etwa 100 Fragment-Peaks. So nimmt ein einziges Fragmentspektrum 0,1 % der Massenskala mit einer Auflösungsleistung von 100.000 ein. Eine solche Signalspärlichkeit erlaubt nicht-redundantes Sampling (und/oder Verzögerungscodierung), was systematische Signalüberlappungen zwischen Hunderten von gleichzeitig erfassten Fragmentspektren vermeidet.
• Das Verfahren kann auch darauf beruhen, dass Signale zwischen mehreren Starts nicht gemischt werden. Signalverläufe können zwar mit langen Perioden entsprechend Codierungszyklen summiert werden, aber alternativ oder zusätzlich wird das Signal in einem sogenannten „Data Logging“-Format aufgezeichnet, in dem Daten zwischen Starts nicht summiert werden, sondern stattdessen Rohsignale von ungleich null zusammen mit der Nummer des aktuellen Starts zu einem Prozessor geleitet werden. Dies konserviert Spektrenspärlichkeit, konserviert Informationen über Spektralcodierung und erlaubt eine rasche Profilierung einer chromatografischen Masse- oder Mobilitäts-Vorabtrennung.
• In einigen Implementationen wendet der Prozess lediglich eine Codierung von Stammionen-Sampling-Toren oder lediglich Codierung von Fragmentextraktionsverzögerungen oder eine Kombination aus beiden an, um innerhalb eines begrenzten Verzögerungsbereichs zu bleiben und dabei einen höheren Arbeitszyklus von Stammionen-Sampling-Toren zu benutzen. In allen Fällen werden Signale decodiert und auf der Basis einer Wiederholung irgendeines bestimmten Fragmentpeak für irgendein bestimmtes Stammionentor unter Berücksichtigung von Signalverzögerungen zu Fragmentspektren gesammelt.
• Der Prozess kann weiter durch eine nachfolgende Analyse von Überlappungen zwischen identifizierten Fragmentpeaks erweitert werden, z. B. durch eine Analyse von Intensitäts- und Zentroid-Verteilungen innerhalb von Gruppen von sich wiederholenden Fragmentsignalen. In einigen Implementationen werden die Überlappungen verworfen. In einigen Implementationen werden die Überlappungen dann mit dem Rest von Gruppensignalen entfaltet.
• Der mehrfach reflektierende TOF-(MR-TOF)-Analysator kann für beide Stufen der Tandem-MS-MS-Analyse angewendet werden und dabei Stamm- und Fragmentionen durch denselben MR-TOF über verschiedene Bahnen oder über dieselbe Bahn, aber in umgekehrter Richtung leiten. Ein MR-TOF-Analysator kann ein planarer MR-TOF oder ein zylindrischer MR-TOF sein, um eine noch engere Bahnfaltung zu erzielen, wie in US 7196324 B2 und in WO 2011086430 A1 offenbart. Beide Analysatoren wenden periodische Linsen oder räumliche periodische Modulation von Ionenspiegelfeldern für einen besseren Ioneneinschluss in Driftrichtung an. Vorzugsweise benutzen solche Analysatoren Ionenspiegel mit einer Zeit-pro-Energie-Fokussierung einer hohen (4. oder 5.) Ordnung, wie in der mitanhängigen Anmeldung ( WO 2013063587 A2 ) beschrieben. Höhere Energieisochronizität ist besonders zum Handhaben von größerer Energieausbreitung von Fragmentionen nützlich.
• Geeignete gepulste Ionenquellen können eine axiale RF-Falle, eine radiale Radiofrequenz-(RF)-Falle oder einen RF-Ionenleiter mit radialer Ionenejektion zum Koppeln mit kontinuierlichen Ionenquellen (ESI, APCI, APPI und gasförmigem MALDI) oder intrinsisch gepulsten Quellen wie einer ionenakkumulierenden EI-Quelle, gepulster SIMS und DE MALI Ionenquelle, umfassen.
• Es können mehrere Typen von Fragmentierungszellen vom umfassenden hochauflösenden TOF-TOF eingesetzt werden, einschließlich: (a) einer oberflächeninduzierten Dissoziation (SID) mit normal auftreffenden Stammionen und einer gepulsten verzögerten Extraktion von Fragmentionen, (b) einer Hochenergie-CID-Durchgangszelle, und (c) einer SID-Zelle mit gleitenden Kollisionen mit Jalousie(venetian blind)-Oberfläche, gefolgt von einer gepulsten verzögerten Extraktion. Gemäß einigen Implementationen kann TOF-TOF eine Niederenergie-CID-Durchgangszelle einsetzen, die im mTorr-Gasdruckbereich und mit Radiofrequenzioneneinschluss assistiert arbeitet.
• Einige Implementationen der vorliegenden Offenbarung bieten umfassende, d. h. Allmassen-, Tandem-MS-MS-Analyse für alle Stammionen mit: (a) 3 % bis 30 % Arbeitszyklus von Stammionen-Sampling durch Zeittor; (b) Verlustfreiheit bei Fragmentionenextraktion; (c) erheblich höherer (30-300 ms) Geschwindigkeit der Tandem-Analyse; (d) hoher zeitlicher Auflösung (10-30 ms); und (e) bei hoher Auflösung beider massenspektrometrischer Stufen.
• Gemäß einigen Implementationen der vorliegenden Offenbarung kann erwartet werden, dass TOF-TOF einen repräsentativen Datensatz innerhalb eines Zyklus bildet, der 30-300 Startimpulse enthält, d. h. in 30-300 ms, unter Berücksichtigung von 1 ms Flugzeit in MR-TOF. Im Falle einer MALDI-Quelle würde eine solche Anzahl von Laserschüssen einen einzigen Sample-Spot noch nicht erschöpfen. Der Prozess ist nicht nur für konventionelle Chromatografie LC, UPLS und GC geeignet, sondern auch für eine relativ schnelle chromatografische Doppeltrennung wie GCxGC, LCxCE und Ionenmobilitätstrennungen durchführbar. Der Prozess kann mit einer mäßigen Geschwindigkeit der Oberflächenabtastung (surface scanning) kombiniert werden und ist für Tandems höherer Ordnung in Kombination mit Massenvorabseparator für MS³ Analyse oder mit IMS geeignet.
• Der vorgeschlagene nicht-redundante Multiplexprozess von spärlichen Signalen kann für andere Tandems in Massenspektrometrie, andere TOF-TOF, in räumlich auflösender Massenspektroskopie angewendet werden, solange entweder Spektralinformationen oder Signalfluss spärlich sind (z. B. seltene Ionen).
• Gemäß einigen Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Tandem-Flugzeit-Massenspektrometrie-Analyse offenbart. Das Verfahren umfasst gepulstes Extrahieren einer Vielzahl von Stammionenspezies von verschiedenen m/z-Werten aus einer Ionenquelle oder einem gepulsten Konverter und zeitliches Trennen der Stammionen nach m/z-Wert innerhalb eines mehrfach reflektierenden elektrostatischen Feldes mit isochroner und räumlicher Fokussierung. Das Verfahren umfasst auch das Auswählen einer Stammionenspezies durch ein elektrisches Impulsfeld mit einem Zeittor (time gate), das relativ zu dem Quellenimpuls verzögert ist, das Fragmentieren von zugelassenen Stammionen in Kollisionen mit einem Gas und/oder einer Oberfläche und das Extrahieren von Fragmentionen durch ein gepulstes elektrisches Feld mit einer Verzögerung relativ zu dem Zeittor. Das Verfahren umfasst ferner das zeitliche Trennen der Fragmentionen innerhalb des mehrfach reflektierenden elektrostatischen Feldes und das Aufzeichnen eines Signalverlaufs der Fragmentionen durch einen Detektor. Das Auswählen der Stammionenspezies erfolgt mehrere Male pro Einzelquellenpuls. Darüber hinaus werden Quellenpulse mehrere Male innerhalb eines Signalerfassungszyklus wiederholt. Zusätzlich wird wenigstens eine der Torzeiten und Extraktionsverzögerungen in einer nicht-redundanten Weise codiert, die innerhalb eines Zyklus von mehreren Quellenpulsen variiert. Ferner werden getrennte Fragmentspektren für die Vielzahl von Stammionenspezies auf der Basis einer Signalkorrelation mit einem jeweiligen sich wiederholenden Auftreten bestimmter Torzeiten unter Berücksichtigung einer aufgetretenen Extraktionsverzögerung und mit einer Nachanalyse von aufgetretenen Signalüberlappungen decodiert.
• Gemäß einigen Aspekten der Offenbarung erfolgen beide zeitliche Trennungen von Stamm- und Fragmentionen innerhalb des gleichen mehrfach reflektierenden elektrostatischen Feldes entweder auf unterschiedlichen mittleren Bahnen oder in entgegengesetzten Richtungen. Das Verfahren kann ferner das Rekonstruieren einer chromatografischen Trennung, Oberflächenabtastung oder Ionenmobilitätsprofilen von Intensitätsverteilungen von Fragmentionen umfassen, die einem selben Stammion entsprechen.
• Gemäß einigen Implementationen werden die Torzeiten und/oder Verzögerungszeiten durch eine nicht- redundante Matrix codiert, die aus einem Satz von zueinander orthogonalen Matrixblöcken aufgebaut ist. Gemäß einigen Implementationen werden die Extraktionsverzögerungen aus einem Satz von nicht linear fortschreitenden Verzögerungen mit <em Intervall ausgewählt, das eine typische Peak-Breite in Fragmentspektren überschreitet. In einem Verfahren wird der Verzögerungssatz mit linear fortschreitenden Intervallen proportional zu n*(n+1)/2 mit einem ganzzahligen Index n gebildet. Die Anzahl an Quellenpulsen pro Erfassungszyklus kann von 10 bis über 1000 variieren, die Anzahl W an Stammauswahltoren pro Einzelquellenpuls kann von 10 bis über 1000 variieren und das durchschnittliche Intervall zwischen Stammauswahlpulsen kann von 10 ns bis über 10 µs variieren.
• Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird ein Tandem-Flugzeit-Massenspektrometer offenbart. Das Massenspektrometer kann eine gepulste Ionenquelle oder einen gepulsten Konverter umfassen, der Ionenpakete von mehreren Stammspezies emittiert, und eine Fragmentierungszelle mit einer gepulsten Beschleunigung von Fragmentionen. Das Massenspektrometer kann ferner einen mehrfach reflektierenden Flugzeit-Massen-(MR-TOF)-Analysator umfassen, ausgelegt zum Leiten von Stamm- und Fragmentionen im gleichen MR-TOF-Analysator entweder über verschiedene Bahnen oder in entgegengesetzten Richtungen. Das Massenspektrometer kann ferner einen Pulsgenerator umfassen, der zum Pulsen von wenigstens zwei Pulsfolgen konfiguriert ist, um sowohl die zeitlich gesteuerte Auswahl von Stammionen als auch die verzögerte gepulste Extraktion von Fragmentionen auszulösen, und ein Datensystem, das zum Erfassen von nicht gemischten Signalen von Fragmentionen und zum nicht-redundanten Codieren der Triggerpulse in einem Zyklus von mehreren Quellenimpulsen konfiguriert ist. Die nicht-redundante Codierung ist so ausgelegt, dass sie eine sich wiederholende Überlappung von beliebigen zwei Ionensignalen von unterschiedlichen Stammspezies bei mehreren Wiederholungen einer beliebigen individuellen Torzeit vermeidet oder reduziert.
• Gemäß einigen Implementationen ist das Datensystem ausgelegt zum Erfassen entweder eines langen Signalverlaufs oder eines Satzes von getrennten Signalverläufen zusammen mit den Informationen über die aktuelle Startnummer. In einigen Implementationen kann die Vorrichtung einen Parallelprozessor umfassen, der zum Decodieren von getrennten Fragmentspektren für alle ezugelassenen Stammionen auf der Basis einer Korrelation zwischen Fragmentsignalen und irgendeiner bestimmten Torzeit und mit einer optionalen Rekonstruktion von aufgetretenen Signalüberlappungen konfiguriert ist. Ferner kann die gepulste Quelle eine aus einer axialen oder radialen Falle mit Hochfrequenz-Ioneneinschluss und gepulster Ejektion, einem Radiofrequenz-Durchgangsionenleiter mit gepulstem radialem Ionenausstoß, einer gepulsten akkumulierenden Elektronenstoß-Ionenquelle und einer MALDI-Ionenquelle mit verzögerter Extraktion sein.
• Zusätzlich oder alternativ kann das Spektrometer ferner einen Deflektor oder eine gekrümmte Sektor-Schnittstelle umfassen, die den MR-TOF-Analysator mit mindestens einem aus der gepulsten Ionenquelle, der Fragmentierungszelle und einem Detektor des Datensystems koppelt. Gemäß einigen Implementationen ist der MR-TOF-Analysator ein planarer oder zylindrischer Analysator mit wenigstens einer Zeit-pro-Energie-Fokussierung dritter Ordnung und wenigstens einer Vollfokussierung zweiter Ordnung einschließlich Kreuzaberrationstermen. In einigen Implementationen umfasst der MR-TOF-Analysator ferner wenigstens eines aus einem Satz von periodischen Linsen innerhalb einer feldfreien Region und wenigstens einer räumlich modulierten Elektrode, die ein Ionenspiegelfeld räumlich moduliert, um Ionen auf eine Zickzack-Bahn in einer Driftrichtung zu beschränken. Gemäß einigen Implementationen ist die Fragmentierungszelle eine aus einer oberflächeninduzierten Dissoziation (SID) mit normal auftreffenden Stammionen und mit einer gepulsten verzögerten Extraktion von Fragmentionen, einer Hochenergie-CID-(kollisionsinduzierte Dissoziation)-Durchlasszelle und einer SID-Zelle mit gleitenden Kollisionen, gefolgt von einer gepulsten verzögerten Extraktion.
• Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung wird ein Satz von Vorgängen für ein Verfahren zum Durchführen von gemultiplexter Massenspektralanalyse offenbart. Das Verfahren umfasst Sampling eines Teilsatzes von mehreren Ionenquellen, Formen eines deutlichen, spärlichen und sich wiederholenden Spektralsignals mit begrenzter Signalüberlappung zwischen gesampelten Spektren aus verschiedenen Ionenquellen und Aufzeichnen eines Massenspektrums mit mindestens einem Detektor. Die Schritte des Sampelns, Formens und Spekrumaufzeichnens werden wiederholt, während die Quellenteilsätze in einer nicht-redundanten Weise variiert werden, wobei Kombinationen von beliebigen zwei simultan gesampelten Quellen einzigartig (unique) sind und jede Quelle mehrfach gesampelt wird. Das Verfahren umfasst ferner das Decodieren von Signalen von allen individuellen Quellen durch Korrelieren von codierten Signalen mit Quellen-Sampling.
• Gemäß einigen Implementationen der Offenbarung wird der Codierungsschritt anhand einer Spärlichkeit der erfassten Spektren automatisch eingestellt. Ferner kann das Verfahren das Konstruieren einer nicht-redundanten Matrix auf der Basis eines Satzes von zueinander orthogonalen quadratischen Matrixblöcken umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Verzögern der Ionenquellen mit nicht linear fortschreitenden Verzögerungen umfassen, die auf der Basis einer nicht-redundanten Matrix codiert werden. Ferner können die mehreren Ionenquellen aus einem Teilsatz von mehreren Ionenflüssen, die stromabwärts von einer einzelnen Ionenquelle gemultiplext werden, und einem Teilsatz von mehreren Ionenpaketen stammen, die in der einzelnen Ionenquelle oder in mehreren gepulsten Ionenquellen oder gepulsten Konvertern erzeugt werden. Im Falle einer geringen Komplexität von Stammionenspektren sinkt die Wahrscheinlichkeit von Spektralüberlappung und der Arbeitszyklus der Tandem-Analyse kann durch Verwenden von kürzeren, nicht redundanten Fortschritten verbessert werden, die Teilüberlappungen zulassen, so können zum Beispiel m/z-Fenster für die Stammionenauswahl verbreitert werden.
• Die Einzelheiten von einer oder mehreren Implementationen der Offenbarung sind in den Begleitzeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen hervor.
• Figurenliste
• Die Einzelheiten von einer oder mehreren Implementationen der Offenbarung sind in den Begleitzeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen hervor.
• 1-A ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein gemultiplextes mehrfach reflektierendes Tandem-Flugzeit-(MR-TOF)-Massenspektrometer, das einen einzigen planaren MR-TOF-Analysator und ein Codierdatensystem des MR-TOF-Massenspektrometers einsetzt.
• 1-B ist eine schematische Darstellung einer zylindrischen Geometrie des Tandem-MR-TOF-Analysators.
• 2-A-C sind schematische Darstellungen von unterschiedlichen Anordnungen einer Fragmentierungszelle eines gemultiplexten Tandem-MR-TOF-Massenspektrometers.
• 3 ist eine schematische Darstellung eines gemultiplexten Tandem-MR-TOF mit einer SID-Fragmentierungszelle, die über einen gekrümmten isochronen Einlass mit dem MR-TOF-Analysator gekoppelt ist.
• 4 ist eine schematische Darstellung einer SID-Fragmentierungszelle in verschiedenen Stufen der Stammionenauswahl und der verzögerten Extraktion von Fragmentionen in der entgegengesetzten Richtung relativ zu Stammionen.
• 5 ist eine schematische Illustration einer SID-Fragmentierungszelle in verschiedenen Stufen der Stammionenauswahl und der verzögerten Extraktion von Fragmentionen in einer Richtung im rechten Winkel relativ zu Stammionen.
• 6 ist eine schematische Darstellung einer CID-Durchlasszelle in verschiedenen Stufen der Stammionenauswahl und der verzögerten Extraktion von Fragmentionen.
• 7 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Zeitdiagramms für die Synchronisation von Ionenquelle, von groben und feinen Zeitauswahltoren und einer Fragmentierungszelle.
• 8-A und B sind schematische Darstellungen einer Beziehung zwischen einem Signal in Laborzeit gegenüber Stammionen-Flugzeit und vorliegenden Beispielsignalen von Stamm- und Fragmentionen, um das Prinzip des nicht-redundanten Multiplexens und von Spektralcodierung gemäß dem Korrelationsprinzip zu illustrieren.
• 9-A und B sind schematische Darstellungen eines Beispiels für eine orthogonale Matrix und von Beispielen für nicht-redundante Matrizen zum Codieren von Zeiten von Stammionen-Sampling-Toren und/oder Extraktionsverzögerungen.
• 10-A-D sind schematische Darstellungen von Tabellen von Parametern von nicht redundanten Matrizen, wie Grafiken für Wahrscheinlichkeiten von falschnegativen und falschpositiven Identifikationen bei einer Gesamtzahl von Stammionen von P=100 und P=1000.
• 11 ist eine schematische Darstellung einer Tabelle von geschätzten Tandem-MR-TOF-Parametern, verknüpft mit nicht redundanten Codierparametern.
• 12 ist eine schematische Darstellung eines generischen Verfahrens von nicht-redundantem Multiplexen von mehreren Quellen von spärlichen sich wiederholenden oder kontinuierlichen Signalen.
• Gleiche Referenzsymbole identifizieren in den verschiedenen Zeichnungen gleiche Elemente.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• 1-A illustriert ein beispielhaftes gemultiplextes, mehrfach reflektierendes Tandem-Flugzeit-(MR-TOF)-Massenspektrometer 11. Gemäß einigen Implementationen umfasst das MR-TOF-Massenspektrometer 11 einen mehrfach reflektierenden Flugzeit-(MR-TOF)-Analysator mit zwei parallel ausgerichteten Ionenspiegeln 12 (hier planar zu Erläuterungszwecken, aber sie können auch zylindrisch sein), einen Driftraum und eine periodische Linse 14 zwischen den Spiegeln 12. Das MR-TOF-Massenspektrometer 11 umfasst ferner eine gepulste Ionenquelle 15, einen gemultiplexten Zeitselektor 16, eine Fragmentierungszelle 17, einen Detektor 18 und ein nicht redundantes Multiplexdatensystem 20. Mittlere Ionenbahnen sind als durchgehende Linien 19P für Stammionen und als gestrichelte Linien 19F für Fragmentionen dargestellt.
• Die gepulste Ionenquelle 15 kann beispielsweise Folgendes sein: (a) eine Radiofrequenz-(RF)-Ionenfalle mit radialer oder axialer Ionenejektion, die entweder Ionen einfängt oder einen kontinuierlichen Ionenfluss mit niedriger Ionenenergie leitet; (b) eine Elektronenauftreff-(EI)-Quelle; oder (c) eine gepulste SIMS-Quelle; oder (d) eine MALDI-Quelle mit verzögerter Extraktion. Gemäß einigen Implementationen wird die Energieausbreitung von Ionenpaketen im Wesentlichen unter 10-20 eV minimiert durch Verwenden von gesenkten Extraktionsfeldern in der gepulsten Ionenquelle 15 und durch Minimieren einer Ionenwolkenbreite in Ionenextraktionsrichtung. Im Falle einer radialen Falle entspricht das oben Gesagte einem Extraktionsfeld von etwa 50-100 V/mm bei einer Ionenwolkenbreite von 0,1 bis 0,3 mm. Eine verlängerte Umlaufzeit, für 1 kDa Ionen mit etwa 10-20 ns geschätzt, kann durch Verlängern des Ionenflugwegs im MR-TOF-Analysator kompensiert werden. Bei einer Flugzeit von 1 ms können Stammionen weiter mit einer Auflösung von 25-50.000 aufgelöst werden. In einigen Implementationen sind die Ionenspiegel 12 rasterlos (gridless) und bieten eine Zeit hoher Ordnung, d. h. zweiter Ordnung oder höher, räumliche Fokussierung mit Bezug auf Energie, räumliche und winkelmäßige Verteilungen von Ionenpaketen und Zeit-pro-Energie-Fokussierung wenigstens dritter Ordnung, simultan mit räumlicher Ionenfokussierung. In der kürzlichen mitanhängigen Anmeldung ( WO 2013063587 A2 ) sind Ionenspiegel mit Zeit-pro-Energie-Fokussierung fünfter Ordnung offenbart. Die Ionenspiegel 12 können eine Elektrode 13 mit anziehendem Potenzial zum Erzielen von räumlicher Ionenfokussierung in Richtung Y orthogonal zur Zeichnung umfassen. Ein Zeitselektor 16 kann (a) ein bipolares Bradbury-Nielsen-Drahttor; (b) einen Deflektor; oder (c) einen Satz von parallelen Miniaturdeflektoren beinhalten. Die Fragmentierungszelle 17 kann Folgendes umfassen: (a) eine SID-(oberflächeninduzierte Dissoziations)-Zelle, in der Ionen auf eine Oberfläche auftreffen, vorzugsweise mit Perfluorpolymer beschichtet, (b) eine Hochenergie-CID-(kollisionsinduzierte Dissoziation)-Zelle umfassen, die von einer differenzialen gepumpten Stufe umgeben ist, oder (c) eine Jalousie-SID-Zelle. In den obigen Ausgestaltungen können Ionen vor der Zelle 17 DC-verlangsamt und hinter der Zelle wieder DC-beschleunigt werden. Zusätzlich zur DC-Beschleunigung kann eine synchronisierte gepulste Nachbeschleunigung zur Zeitverschärfung, z. B. Bündelung, von Fragmentpaketen und zum Justieren ihrer mittleren Energie eingesetzt werden. Der Detektor 18 kann eine Mikrokanalplatte (MCP), ein sekundärer Vervielfacher (SEM) oder ein Hybrid mit Zwischenszintillator sein. In einigen Implementationen hat der Detektor 18 eine verlängerte Nutzungsdauer und einen dynamischen Bereich zum Handhaben von Ionenflüssen von wenigstens bis zu 1 E+8 Ionen/sec passend zu 10+10 Ionen/sec Fluss von Ionenquellen mit dem erwarteten Gesamtarbeitszyklus von 5-20 % des Tandems 11. In einigen Implementationen umfasst der Detektor 18 einen Fotovervielfacher (PMT) mit einer Nutzungsdauer von 100-300 Coulomb des Ausgangsstroms. Das Datensystem 20 sendet zeitlich codierte Pulsfolgen zur Ionenquelle 15 und zum Zeitselektor 16 als verzögerte (relativ zum Selektor 16) Pulse zur Fragmentierungszelle 17 und sammelt ein Ionensignal vom Detektor 18. Nicht-redundante Pulscodierung wird nachfolgend beschrieben. Das Datensystem 20 zeichnet Ionensignalfolgen von ungleich null, begleitet von einem Laborzeitstempel, z. B. der Nummer des aktuellen Quellenpulses, auf.
• Beim Betrieb triggert ein Zyklus von Startpulsen eine gepulste Ejektion von mehreren Stammionenspezies, die sich nach Ionenmasse unterscheiden (der Begriff „Masse“ kann als Abkürzung für Masse-zu-Ladung-Verhältnis benutzt werden). Ein Intervall zwischen Startpulsen bildet ein Versuchssegment. Ionen passieren durch den Analysator 10 über einen gefalteten Zickzack-Ionenweg 19P und werden dabei vertikal von Ionenspiegeln 12 und horizontal von der periodischen Linse 4 fokussiert. MR-TOF-Analysatoren 10 sind zum Übertragen von Ionen mit Isochronizität hoher Ordnung und mit räumlicher Fokussierung konfiguriert. Ionenpakete von unterschiedlichen Massen werden über die Zeit getrennt, während sie sich dem Zeittor 16 nähern. Innerhalb eines Segments sampelt (probenehmen) (überträgt) das Zeittor 16 mehrere Stammmassen zu mehreren Torzeiten. Gesampelte Ionen werden auf weniger als 10 % der Anfangsenergie verlangsamt, zur Fragmentierungszelle 17 gelassen und zu Fragmentionen geformt, entweder durch Kollisionen mit Gas und/oder mit einer Oberfläche. Fragmentionen werden durch einen verzögerten (relativ zum Tor) Puls und dann durch ein DC-Feld beschleunigt. Gepulste Beschleunigung dient zum Bündeln und zur Energiejustierung. Die Stärke des gepulsten Beschleunigungsfelds wird so gewählt, dass eine Fragmentenergieausbreitung innerhalb von 10-15 % gewählt wird, die eine Auflösung von 100.000 von MR-TOF mit Fokussierungsionenspiegeln hoher Ordnung zulässt. Fragmentionen passieren durch denselben Analysator in der entgegengesetzten Driftrichtung (besonderer Fall) über die mittlere Bahn 19F und auf den Detektor 18. Das Sampling mehrerer Stammspezies kann Überlappung zwischen Zeitspannen von Fragmentionen verursachen und wird wahrscheinlich etwas Überlappung der Fragment-Peaks verursachen. Spektralverwechslung kann durch Implementieren der nicht-redundanten Spektralcodierung vermieden oder minimiert werden, wobei innerhalb eines Zyklus von mehreren Quellenpulsen die Spektralüberlappungen nicht wiederholt werden. Durch die Anwendung von nicht-redundanter Spektralcodierung, nach einem Zyklus von mehreren Starts, werden alle Stammspezies mehrere Male eingelassen, wiederholte Signale werden genommen, dabei werden zufällige zusammenfallende und sich nicht wiederholende Signale verworfen. So werden Fragmentspektren für alle Stammspezies mit weitaus höheren Geschwindigkeiten und Empfindlichkeiten als bei sequenziellem (einmal pro Start) Stammionen-Sampling (Stammionen-Probenahme) gewonnen.
• Das Datensystem 20 stellt nicht-redundante Codierung mehrerer Zeittore und/oder Extraktionsverzögerungen bereit, sodass ein beliebiges Paar von genauen Torzeiten (d. h. ein beliebiges Paar von Stammmassen) und/oder Extraktionsverzögerungen innerhalb eines Startsegments einmal (oder nur sehr selten) während der Dauer des genannten Zyklus von mehreren S Segmenten auftreten kann, während beliebige individuelle Tor- und/oder Extraktionsverzögerungen mehrere Male auftreten können. Das Datensystem 20 soll das Detektorsignal vom Detektor 18 ohne Mischen oder Summieren über die Dauer des genannten Zyklus erfassen. Das Detektorsignal kann zu einem parallelen Multicore-Prozessor geleitet werden. Im Dauerbetrieb wird das Detektorsignal innerhalb des gleitenden Zeitrahmens entsprechend mehreren Segmenten, d. h. mehreren Starts analysiert. Die Entsprechung zwischen irgendeinem bestimmten Signal-Peak und Stammmasse kann auf der Basis der Korrelation dazwischen extrahiert werden, d. h., relevante echte Peaks können jedes Mal erscheinen, während eine bestimmte Masse eingelassen wird (Torzeit), während jedes Signal von anderen Stammmassen (Tore) nur einmal oder nur sehr selten auftreten kann. Nach Abschluss eines Zyklus kann eine Nachanalyse für alle Tore erfolgen, um so Flugzeit-Fragmentspektren für alle Stammmassen zu rekonstruieren. Optional kann nach dem Konstruieren aller Fragmentspektren die erwartete Signalüberlappung berücksichtigt und für eine höhere und genauere Spektralgewinnung (Versuchswiedergabe innerhalb des Datenanalyseprogramms) entfaltet werden.
• Bei der Signalanalysestufe wendet das Datensystem 20 ein Kernprinzip von spärlichen Daten an. Es wird betrachtet, dass hochauflösende Analysatoren 10 sehr spärliche Spektren (tatsächlich erwartete Population ist etwa 0,1 %) für eine beliebige gegebene Stammmasse geben, und es gibt sehr wenige falsche Überlappungen von Fragmentsignalen zwischen eingelassenen mehreren Stammspezies. Die Codier- und Datenanalysestrategie kann Spezifika der Analyse und für den erwarteten Grad an Spektralüberlappung berücksichtigen. Für eine stärkere Überlappung kann das Datensystem 20 entweder einen niedrigeren Arbeitszyklus für Torauswahlpulse oder einen längeren Datenanalyserahmen implementieren.
• Erwarteter Effekt
• In einigen Szenarios wird erwartet, dass die nicht-redundante Codierung Fragmentspektren für die Stammionen auflöst, d. h. entschlüsselt (unscrabmle). In Fällen von Probenverarmung, Vorab-Oberflächenabtastung mit begrenzter Analysezeit und/oder chromatografischer Vorabtrennung kann die gemultiplexte Analyse Empfindlichkeit und/oder Geschwindigkeit der Analyse verbessern.
• In einem numerischen Beispiel wurden zehn codierte Torpositionen pro Fenster G=10, zehn codierte Verzögerungen D=10, einhundert Fenster pro Start W=100 und einhundert analysierte Starts pro Gleitanalyserahmen S=100 gewählt. Ein individuelles Tor (anhand der Torzeit von einem aktuellen Start charakterisiert) kann zehnmal wiederholt werden, während jedes Paar Tore und Verzögerungen innerhalb einer einzigartigen Signalüberlappung nur einmal auftritt. Im Gegensatz dazu würde sequenzielles Abtasten (ein Tor und ein Fenster pro Start) eintausend Starts erfordern, wobei jedes Tor einmal gewählt wird. In den nachfolgend beschriebenen Situationen bieten die vorgeschlagenen Verfahren einen hundertfachen Signalgewinn, einen zehnmal schnelleren Erfassungszyklus und eine hundertmal schnellere Profilierung einer chromatografischen Vorabtrennung oder Oberflächenabtastung.
• Mit Bezug auf 1-B, anstatt einer planaren Geometrie des MR-TOF-Analysators 10, kann eine zylindrische Geometrie 11C des MR-TOF-Analysators implementiert werden. Bei diesen Implementationen bietet die zylindrische Geometrie 11C ein dichteres Falten von Ionenbahnen pro Instrumentengröße. Die entsprechende Zunahme von Flugzeit und Auflösung kann erzielt werden, ohne an Empfindlichkeit einzubüßen, was durch nicht-redundante Codierung minimiert wird. Wie in der WO 2011086430 A1 und der mitanhängigen Anmeldung (Kunden-Ref-Nr. 223322-313911) beschrieben, wird jeder zylindrische Spiegel 12C von zwei Sätzen von koaxialen Ringelektroden gebildet, die eine zylindrische Lücke dazwischen bilden. Eine periodische Linse 14C wird zu einem Ring gewickelt und eine zentrale Ionenbahn 19C wird auf einer Oberfläche eines Zylinders ausgerichtet. Zum Beispiel, ein Analysator mit 1 m Länge und 30 cm Durchmesser ergibt einen Flugweg von 100 m und eine Teilung von 10 mm der periodischen Linse 14C. Der zylindrische Analysator 11C kann entweder mit Metallringen konstruiert werden, die entweder durch keramische Abstandshalter getrennt und mit präzisen Isolierstäben ausgerichtet oder mit technischen Metallausrichtungsstabvorrichtungen verklebt/verlötet sind. Zusätzlich oder alternativ können Metallelektroden auf der Basis von keramischen zylindrischen Haltern konstruiert werden. Zusätzlich oder alternativ werden radiale Nuten in keramischem oder antistatischem Plastik- (wie Semitrons) Zylindern hergestellt werden, und der Abstand zwischen Nuten wird mit gleitendem Material beschichtet, um effektive Elektroden zu bilden.
• Ionenpfad in MR-TOF
• In einigen Implementationen wird derselbe mehrfach reflektierende TOF-(MR-TOF)-Analysator 10 für beide Stufen der Tandem-MS-MS-Analyse eingesetzt, während Stamm- und Fragmentionen durch denselben MR-TOF über verschiedene Bahnen oder über dieselbe Bahn, aber in umgekehrter Richtung oder über dieselben Bahnen, aber zeitlich getrennt geleitet werden.
• Die 2-A-C illustrieren einen gemultiplexten Tandem-MR-TOF 11 gemäß einigen Implementationen. In 2-A kann der MR-TOF 11 eine CID-Fragmentierungsdurchlasszelle 24 (in 6 zu sehen) umfassen, die sich in der Mitte eines MR-TOF-Analysators 10 befindet. In den Implementationen von 2-B umfasst ein gemultiplextes Tandem-MR-TOF 11 eine SID-Fragmentierungszelle 26 (in 5 zu sehen), die sich in der Mitte eines MR-TOF-Analysators 10 befindet. In den Implementationen von 2-C umfasst das gemultiplexte Tandem-MR-TOF 11 eine SID-Fragmentierungszelle 28 (in 4 zu sehen), die sich auf der fernen Seite eines MR-TOF-Analysators 10 befindet. Man stellt fest, dass der in 2 gezeigte MR-TOF 11 dieselben Notationen benutzt wie der in 1 gezeigte MR-TOF 11. Varianten sind so ausgelegt, dass sie Zellanforderungen in verschiedenen Anordnungen des Flugwegs entsprechen.
• 3 illustriert ein Beispiel für einen gemultiplexten Tandem-MR-TOF 11. In einigen Implementationen umfasst der gemultiplexte Tandem-MR-TOF 11 eine externe SID-Fragmentierungszelle 37, die über einen gekrümmten isochronen Einlass 32 aus elektrostatischen Sektorsegmenten mit dem MR-TOF-Analysator 10 gekoppelt ist. Der Einfachheit halber und um differenzielles Pumpen zu verbessern, kann die gepulste Quelle 15 mit dem MR-TOF-Analysator 10 über einen symmetrischen gekrümmten isochronen Einlass 32 gekoppelt sein. Ionen können von einem Enddeflektor 34 gelenkt werden. Folglich können verlängerte Ionenbahnen 35 und 36 entsprechend mehrfach reflektierenden Wegen in beiden Driftrichtungen entlang der Z-Achse für Stamm- und Fragmentionen realisiert werden. Durch Verwenden einer geraden Zahl von Linsen im Linsenblock 14 verbindet die volle Ionenbahn gekrümmte Einlässe 32 und 33.
• Beim Betrieb bildet die Quelle Ionen mit mehreren m/z-Verhältnissen (auch als Massen bezeichnet), die mehreren Analytenspezies entsprechen. Ionenpakete von mehreren Massenstammionen werden aus der gepulsten Quelle 15 pulsartig ausgestoßen, passieren durch den gekrümmten Einlass 32, wandern über die Bahn 35 (vor und zurück in Driftrichtung Z) und passieren durch den gekrümmten Einlass 33, wobei sie nach Ankunftszeit am Tor 16 massengetrennt werden. Mehrere Pakete von Stammionen werden durch Öffnen des Tors (gate) 16 mehrere Male bei jedem Quellenpuls ausgewählt. Die zugelassenen Ionenpakete werden auf wenige Dutzend Elektronenvolt (10-50 eV) verlangsamt und treffen auf die SID-Zelloberfläche auf. In einigen Implementationen justiert entweder ein räumlich feiner Deflektor oder ein „Elevator“ hinter der Quelle die normale Kollisionsenergie nahezu proportional zur Stammionenmasse. In einigen Implementationen wird die Stammmassenauswahl durch einen zusätzlichen „ultraschnellen“ Selektor 38 unterstützt. Fragmentionen werden in der SID-Zelle (in 4 zu sehen) gebildet, in der Zelle 37 pulsbeschleunigt, und wandern über die Bahn 36 (wie bei 35, aber in umgekehrter Richtung). Da Stammionen bereits den gekrümmten Einlass 32 passiert haben, wird das Ablenkfeld des Einlasses 32 abgeschaltet und Ionen können über eine Öffnung im Einlass 32 zum Detektor 18 passieren. Alternativ wird ein ringförmiger Detektor vor der Quelle platziert. In Service-und Tuning-Modi können die Einlässe 32 und 33 auch durch zusätzliche Deflektoren gesteuerte Bypass-Öffnungen haben.
• Fragmentierungszellen
• 4 zeigt eine SID-Fragmentierungszelle 41 in verschiedenen Stufen (A - C) der Stammionenauswahl und der verzögerten Extraktion von Fragmentionen. Die SID-Zelle 41 kann einen optionalen statischen Eingangsdeflektor 42, ein bipolares Ionendrahttor 43, das mit einem Doppelpulsgenerator 49 verbunden ist, ein feines Tor 43F, eine Eingangslinse 44, eine statische Verlangsamungs-/Beschleunigungssäule mit nahezu gleichförmigem Feld, eine Maschenelektrode (mesh elektrode) 46 und einen Oberflächenhalter 47 mit erneuerbarem Oberflächeneinsatz 48 zum Bilden einer Elektrode umfassen. Die Elektroden 46 und 47 können mit einem Doppelpulsgenerator 50 verbunden sein.
• Beim Betrieb wird im Zustand A das bipolare Drahttor 43 eingeschaltet, d. h. geschlossen. Eine mäßige (1/5 Radiant) Ablenkung von Stammionen reduziert axiale Ionenenergie. Die nachfolgende Verlangsamung bewirkt, dass Ionen entlang der Elektrode 47 gleiten. Es werden keine Fragmentionen in der offenen Öffnung des Beschleunigers 45 gebildet. Im Zustand B wird das bipolare Tor 43 für ein Intervall von 1-2 µs abgeschaltet. Optional können sehr feine Tore 43F durch ein zusätzliches bipolares Drahttor 43 gebildet werden, z. B. mit Drähten, die orthogonal zu Drähten des Tors 43 orientiert sind. Bei einer erwarteten Flugzeit von 1 ms für 1kDa Stammionen wird erwartet, dass die Auflösung der Stammionenauswahl bei R1=250-500 liegt, wenn 1-2 µs Tore verwendet werden, und bei 25.000-50.000, wenn feine 10-20 ns Tore benutzt werden. Eine räumliche Auflösung des bipolaren Tors im Submillimeterbereich ergibt eine Auflösung eines Stammionen-Sampling von bis zu 10-20 ns unter Berücksichtigung einer Stammionengeschwindigkeit von 20-40 mm/µs. Um ultraschnelles Sampling zu erzielen, kann das Tor mit einem Satz von bipolaren Transistoren von einem Ablenkzustand in den entgegengesetzten Ablenkzustand umgedreht werden. Das ultraschnelle Sampling kann in einem Fall von ultrakomplexen Gemischen mit mehreren Isobaren in einem Stammionenspektrum erforderlich sein. Für Erläuterungszwecke wird eine Strategie mit einer mäßigen Auflösung (250-500) des Stammionen-Sampling angenommen.
• Die zugelassenen Ionenpakete werden von der Linse 44 räumlich fokussiert, werden vom DC-Feld verlangsamt und treffen auf eine Oberfläche des Einsatzes 48 mit einer Ionenenergie von 10-50 eV auf. Die Kollisionsenergie kann nahezu proportional zur Stammionenmasse justiert werden, z. B. durch einen gepulsten Elevator nach der Ionenquelle. Man beachte, dass zum Erhalten von analytisch bedeutsamen Fragmentspektren die anfängliche Energieverteilung von Stammionen bereits durch Verwenden von schwachen Extraktionsfeldern in der Ionenquelle 15 von 3 unter 10-15 eV reduziert wurde. Fragmentionen werden aufgrund von energiearmen Kollisionen mit der Oberfläche 48 gebildet. Um den Fragmentionengewinn auf 30-40 % (relativ zu 10 % Gewinn von reiner Metalloberfläche) zu verbessern, kann der Einsatz 48 mit einem perfluorierten flüssigen Polymerfilm mit einem Dampfdruck unter 1.E-7 mBar beschichtet werden. In einigen Implementationen wird das Potenzial der Elektrode 46 ein paar Volt, z. B. 1-5 V, tiefer gehalten als das der Elektroden 47 (mit 48 verbunden), um Sekundärionenextraktion zu unterstützen. Die Sekundärionen wandern innerhalb einer Lücke von 5-7 mm der Elektroden 46-47 für etwa 3-10 µs, je nach Fragmentionenmasse. Es ist anzumerken, dass die Stammionenpassage durch das Maschennetz 46 einige Sekundärionen bildet, die zurück in den Analysator 10 beschleunigt werden können. Diese Ionen können jedoch vom bipolaren Deflektor 43 abgelenkt werden.
• Im Zustand C wird der Generator 50 mit einer Verzögerung von 1 bis 3 µs relativ zur Ankunft von Stammionen eingeschaltet (experimentell zu optimieren). Die Verzögerung ist aus zwei Teilen gebildet: k*TOF1 + TD, wobei TOF1 die vom aktuellen Startpuls gemessene Toröffnungszeit ist, k ein geometrischer Koeffizient ist, der sowohl Stammionenpassage vom Tor als auch Fragmentionenausbreitung von der Oberfläche berücksichtigt (die Beziehung geht davon aus, dass das schwerste Fragment gleich dem Stammion ist), und TD ist eine variable (zwischen Zeittoren) Verzögerung zum Verbessern von Spektralcodierung. Es wird erwartet, dass die Verzögerung TD eine Spanne von etwa 1 µs für Variationen aufweist, die im Vergleich zur Ausbreitungszeit von Fragmentionen (3-10 µs) relativ klein ist. Amplituden von positiven und negativen Pulsen des Generators 50 werden so eingestellt, dass die mittlere Energie von Fragmenten innerhalb der Energieakzeptanz des MR-TOF-Analysators bleibt. Die typische Pulsamplitude ist 1 kV. Das bipolare Tor ist wieder offen, um Fragmentionen zu übertragen. Simultan (oder im Wesentlichen simultan) übertragene (gestreute) Stammionen können möglicherweise kein Signal auf dem Detektor 18 bilden, weil die richtig eingestellte Länge des zweiten Zeitfensters auch als k*TOF1 eingestellt ist. Fragmente von gestreuten Stammionen können mit einem Reinigungspuls (durch eine gestrichelte Linie dargestellt) entfernt werden, der im geschlossenen Zustand von Tor 43 eingeschaltet wird.
• Um die Stammionentrennung zu verbessern, erlaubt ein feines Tor 43F eine weitaus feinere Zeitskala von -10-20 ns. Zum Beispiel, bipolare Drahtablenkung kann von einer Ablenkpolarität auf die entgegengesetzte Ablenkpolarität umgeschaltet werden. Die Zeitfronten können lediglich 10-30 ns betragen, wenn beispielsweise bipolare Transistoren mit einer Amplitude von 10-200 V und einer Bandbreite von 100-200 MHz verwendet werden. Durch Umkehren der Ablenkung kann die räumliche Auflösung des bipolaren Deflektors besser sein als der Abstand zwischen Drähten, d. h. 0,5-1 mm. Bei 8 kV Beschleunigungsspannung fliegen Ionen von 1000 amu (1,66054e-15 Mikrogramm) mit einer Geschwindigkeit von 40 mm/µs. So wird die räumliche Auflösung in eine zeitliche Auflösung von 10-20 ns von bipolaren Gattern (Toren) umgesetzt. Bei einer Flugzeit von 1 ms kann die Auflösung der Stammionenauswahl auf etwa 25.000-50.000 gebracht werden, es sei denn, dass die Auflösung durch Selbstraumladung beeinflusst wird, die bei mehr als 1000-10.000 Ionen pro Paket auftritt. Das feine Tor 43F tastet mehrere feine Kerben im Intervall des groben Tors 43 ab. Alle resultierenden Fragmente werden dann durch einen Extraktionspuls beschleunigt. Ein ähnliches feines Tor kann für andere Zelltypen verwendet werden.
• 5 illustriert eine ähnliche SID-Fragmentierungszelle 51, konfiguriert für ein Tandem-MS-TOF 11. In einigen Implementationen ist die SID-Fragmentierungszelle für den in 2-B illustrierten MS-TOF konfiguriert. Die Zelle unterscheidet sich von der Zelle 41 (von 4) durch einen gepulsten Betrieb des Deflektors 52, wodurch die Synchronisation zwischen dem Einlassen von Stammionen im Zustand B und der Tochterionenextraktion im Zustand C vereinfacht wird. Folglich kann das Tor 43 einmal pro Torpuls umgeschaltet werden. Unter Berücksichtigung der derzeit begrenzten Wiederholrate von verfügbaren FTMOS-Transistoren (etwa 100 kHz bei 1 kV Puls) kann das Schema von 5 ein häufigeres Stammioneneinlassen Vs zulassen als das Schema von 4. Die Frequenz der Fragmentextraktion kann auch auf etwa 100 kHz Frequenz nach Zeit begrenzt werden, die für die Ausbreitung von Stamm- und Fragmentionen durch die Beschleunigungssäule notwendig ist. Das oben beschriebene Schema mit einem zeitlich fein gesteuerten Tor erlaubt jedoch ein schnelleres Einlassen von mehreren Stammionenfenstern pro einzelnem Fragmentejektionspuls.
• Gemäß 6 kann eine CID-Durchlasszelle 61 statische Deflektoren 62 und 68, ein Zeittor 63, das mit einem bipolaren Pulsgenerator 69 verbunden ist, Eingangsverlangsamungs- und Ausgangsbeschleunigungssäulen 64 und 67 mit jeweiligen eingebauten Linsen 64L und 67L, eine gasgefüllte Kollisionszelle 65, die von einer differentiell gepumpten Hülle umgeben ist, und eine Ausgangsmaschenelektrode 66 umfassen. Die Zelle 65 und das Ausgangsmaschennetz 66 sind mit einem Pulsgenerator 70 verbunden.
• 6 illustriert drei Zeitzustände (A-C) der Zelle 61. In Zustand A bewirkt eine mäßige Torablenkung (5-10 Grad), dass Ionen die feine (1-2 mm) Öffnung der gasgefüllten Zelle 65 verpassen. In Zustand B wählt der Pulsgenerator 69 schmale (1-2 µs) Zeittore für Stammionen. Eingelassene Stammionen werden unter 5-10 % ihrer Anfangsionenenergie (d. h. 100-500 eV) verlangsamt, durch die Zelle geleitet und in Kollisionen mit dem verknappten Gas fragmentiert. Der Gasdruck in der Zelle wird auf etwa die Mitte des Bereichs von 1 E - 4 mBar justiert, um etwa Einzelionenkollision zu induzieren. Kollisionen mit mittlerer Energie mit Gas bewirken Ionenfragmentierung. Fragmente können mit etwa derselben Geschwindigkeit weiter wandern. Bei einer vorbestimmten Verzögerung, k*TOF1+TD (je nach Stammmasse), wird der Pulsgenerator 70 für gepulste Beschleunigung umgeschaltet, während die k*TOF1 Verzögerung und Pulsamplituden so gewählt werden, dass Fragmentenergien innerhalb von 10-15 % Energieakzeptanz des MR-TOF-Analysators justiert werden. Eine eng-variable Verzögerung TD (innerhalb von 100-300 ns) kann optional für Signalcodierung benutzt werden. Ionen werden in der Säule 67 DC-beschleunigt und von der Linse 67L räumlich fokussiert. Der Deflektor 68 lenkt Fragmentpakete in den Analysator 10 von 2C über die gefaltete Bahn 23.
• Synchronisation
• 7 illustriert ein beispielhaftes Zeitdiagramm 71, das die Synchronisation zwischen einer Ionenquelle 71A, einem Zeitauswahltor 71B und einer Fragmentierungszelle 71C zeigt. Der Datenerfassungszyklus beinhaltet S Segmente, wobei eine typische Segmentzeit mit der Flugzeit der schwersten Stammionen vergleichbar gemacht wird, etwa 1 ms. Die typische Anzahl von Segmenten S kann zwischen 30 und 300 gewählt werden. Innerhalb eines Zyklus gibt es mehrere W Makrofenster, die jeweils einen Auswahltorpuls enthalten, wobei W von 30 bis 1000 gewählt wird. Innerhalb eines Makrofensters gibt es G Torzeitpositionen mit einem Inkrement ΔT (ΔT=1 µs bei W=100 und G=10). Die derzeitigen Anzahlen von Segment s, Makrofenster w und Torposition g sind in 7 mit Kleinbuchstaben bezeichnet. So kann die Zykluszeit (gemessen ab Beginn des Erfassungszyklus) berechnet werden gemäß: Zykluszeit = (s*W*G + w*G + g)* ΔT. Die Flugzeit von Stammionen (gemessen vom aktuellen Startpuls) kann berechnet werden gemäß: TOF1=(w*G + g)* ΔT. Die Verzögerung zwischen Zeittor und Zellextraktionspulsen umfasst zwei Komponenten, k*TOF1 + D(s,w,p), wobei k ein konstanter Koeffizient ist, die beide die Ionenpassagezeit vom Tor zur Zelle berücksichtigt, und D(s,w,p) ist eine optionale Zeitverzögerung, ausgelegt in mehreren Inkrementen zum Verbessern der Codierstrategie. Die verfügbare Spanne von D Variationen beträgt 1 µs für SID-Zellen und 100-300 ns für CID-Zellen. Die Diagramme 72 und 73 sind Zoom-Ansichten von Diagramm 71. Diagramm 73 präsentiert relative Einlassintervalle von groben und feinen Toren 43 und 43F, so wie tatsächliche Pulsformen an beiden Toren. Man beachte, dass das feine Tor mehrere codierte Kerben (notches) im groben Torintervall bildet, während alle Fragmente weiter durch einen einzigen SID-Puls extrahiert werden.
• Mit Bezug auf 8-A, ein Diagramm 81 zeigt eine Grafik eines Ionensignals in Koordinaten von Zykluszeit in Bezug auf TOF1 (Stammionen-Flugzeit). Die gestrichelte Linie entspricht Stammionen, während ausgefüllte Bereiche Regionen entsprechen, die potenziell von Fragmentionen eingenommen werden. Die Regionsgrenzen sind als TOF1<TOF1+TOF2<2*TOF1 gezeichnet und zeigen nahezu gleiche Flugwege für Stamm- und Fragmentionen, als mögliche Emission von nicht-fragmentierten Stammionen aus der Fragmentierungszelle. Ein momentan erfasstes Signal entspricht einer Sammlung von Peaks bei einer aktuellen Zykluszeit und kann Signale von mehreren Stammspezies mit unterschiedlichem TOF1 umfassen. Das Diagramm 81 illustriert, dass eine mäßige Signalübernahme (Fragmentionen kommen im nächstfolgenden Startintervall an) zum Beschleunigen der Erfassung akzeptabel ist. Die Periode zwischen Startpulsen kann entweder gleich der maximalen Gesamtflugzeit max(TOF1+TOF2), der maximalen ersten Flugzeit max(TOF1) oder Fraktion von max(TOF1) ausgelegt sein. Das von einem Quell-(Start)-Puls stammende Signal kann in einem nächsten Zeitsegment ankommen. Die Übernahme beeinflusst die Signaldecodiereffizienz nicht, wenn die Spektren spärlich genug sind. So kann die Startpulsfrequenz zwischen vorgeformten Sätzen in einer datenabhängigen Weise auf der Basis der Spärlichkeit von erfassten Spektren justiert werden.
• Multiplexen mit nicht-redundantem Sampling
• 8-B illustriert ein Diagramm 83 von beispielhaften Signalen von Stamm- und Fragmentionen (als kleine Quadrate dargestellt). Mit Schwerpunkt auf Spektralgewinnung, eine Stammspezies mit Fragmentsignalen ist durch die schwarzen Quadrate dargestellt. Für Erläuterungszwecke wird dieselbe Stammspezies für zwei aufeinander folgende Starts gewählt. Helle Quadrate repräsentieren Fragmentsignale von anderen Stammspezies, wobei sich die Tor-Sampling-Zeiten zwischen Starts unterscheiden. Das oben Gesagte repräsentiert ein nicht-redundantes Sampling-Verfahren. Ovale zeigen beispielhafte Signalüberlappungen in der Zykluszeit. Aufgrund von nicht- redundantem Sampling unterscheiden sich die fehlerhaften Überlappungen zwischen korrelierten Starts (mit demselben Tor von Interesse), während sich echte Signale wiederholen.
• Das Signalsegment 84 verwendet Farbcodierung zum Verfolgen von Fragmenten von Interesse, wobei schwarze Balken Fragment-Peaks für ein Tor von Interesse repräsentieren. In Versuchen können die Überlappungen im Falle von Peak-Teilüberlappung unterschieden oder im Falle von nahezu exakter Überlappung nicht unterschieden werden. Aufgrund von spärlich auftretenden Überlappungen und aufgrund von Korrelationsanalyse können die sich systematisch wiederholenden Peaks von falschen Überlappungen getrennt werden. Sich systematisch wiederholende Signale erscheinen innerhalb von Segmenten, die einer wiederholt gewählten Stammtorzeit entsprechen.
• Wenn Fragment-Peaks für alle Stammtore zugeordnet sind, kann die Spektralgewinnung durch Nachanalyse von erwarteten Überlappungen (Versuchswiedergabe in silico) verbessert werden. Die überlappenden Signale können entweder verworfen oder mit anderen Fragment-Peaks desselben Stammions durch Korrelieren von chromatografischen Profilen entfaltet werden. Wenn Überlappungen verworfen werden, kann die Signalintensität auf der Basis der relativen Anzahl von verworfenen Überlappungen justiert werden.
• Feines nicht-redundantes Sampling
• Die Auflösung der Stammionenauswahl kann durch Verwenden eines feinen Tors in Kombination mit einem groben (crude) Tor verbessert werden. Zum Beispiel, das grobe Tor wählt 2 µs Intervalle, während der Deflektor des feinen Tors etwa 5-7 feine Zeittore mit einem 10-20 ns Intervall und einem 30-50 % Arbeitszyklus auswählt, abwechselnd zwischen Starts in einer dritten Codierdimension. Im Vergleich zu einem Schichttor sinkt der Gesamtarbeitszyklus des Tandems (etwa auf 2-5 %), aber die Auflösung einer Stammionenauswahl steigt von 500 auf 50.000. Die zweite Schicht des feinen Tors ist für Tandem-MR-TOF-Analysen von sehr komplexen Gemischen geeignet, wobei Stammionen dicht als Isobare gepackt sind, Signale nicht mehr spärlich sind und etwas verknappte Auswahl von Stammionen ohnehin zum Decodieren benötigt wird.
• Multiplexen mit Verzögerungscodierung
• Systematische Signalüberlappungen können durch Implementieren einer einzigen nicht-redundanten Variation von Extraktionspulsverzögerungen vermieden werden. Der Satz von Verzögerungen kann durch einen nicht linearen Fortschritt definiert werden, um wiederholbare Inter-Signal-Intervalle zu reduzieren oder zu vermeiden. Zum Beispiel, der Satz von Verzögerungen kann als TD(n) = TD₀*n*(n+1)/2 definiert werden, wobei TDo die typische Peak-Breite in TOF2 übersteigt. Mit anderen Worten, der Verzögerungssatz wird mit linear fortschreitenden Intervallen proportional zu n*(n+1)/2 mit einem ganzzahligen Index n gebildet. Zum Beispiel, bei TD₀=10ns (man erwarte Peaks mit FWHM<5 ns bei TOF2=1 ms und R₂=100.000) wird der Satz von Verzögerungen ausgedrückt als 0, 10, 30, 60, 100, 150, 210, 280 (n=8), 360, 450, 550, 660, 780, 910 und 1050 ns (n=15). Man wird verstehen, dass das oben Gesagte zu eindeutigen Verzögerungen und eindeutigen Zeitdifferenzen zwischen Verzögerungen führt. Während der Verzögerungscodierung kann die Torsynchronisation vereinfacht werden. Zum Beispiel, ein Kamm von äquidistanten Toren kann auf einen konstanten Wert gesetzt werden, während der Quellenpuls zwischen Starts für C Male entsprechend der Anzahl von Kammverschiebungen verzögert wird. Die Analyse mit nicht-redundantem Multiplexen wird dann für jede Kammposition wiederholt. Die Allmassenanalyse kann C repetitive Analyseblöcke erfordern.
• Gemäß einigen Implementationen können die Verzögerungen so gesetzt werden, dass sie progressiv mit der Zahl der Fenster zunehmen. Aber unter Berücksichtigung der Begrenzung der Verzögerungszeit (<1 µs für eine SID-Zelle, <0,3 µs für eine CID-Zelle) würde die Anzahl von Fenstern begrenzt, d. h. weniger als 8 für eine CID-Zelle und weniger als 15 für eine SID-Zelle. Eine solche Reduzierung der Fenster kann Multiplexgewinn, Empfindlichkeit und Auflösung der Stammionenauswahl begrenzen. In einigen Implementationen kann die Verzögerungssequenz für jedes Segment einmalig sein (d. h. Intervall zwischen benachbarten Starts), sodass eine einmalige Sequenz von Verzögerungen für jedes Tor im Erfassungszyklus erscheint, der mehrere Segmente enthält. Um Redundanz zu vermeiden, kann die Verzögerungstabelle durch Verwenden der transponierten Version der von einem Satz von zueinander orthogonalen Matrixblöcken gebildeten Codiermatrix gebildet werden.
• Doppelcodierung
• Gemäß einigen Implementationen können zwei Typen von nicht-redundanten Codierungen kombiniert werden, d. h. unter Anwendung von beidem, nicht-redundantem Sampling (NRS) durch Stammionenauswahltore und codiertem frequentem Pulsen (EFP), gebildet mit Codierung von Zeitverzögerungen von Fragmentextraktion. In diesen Implementationen können eine reduzierte Anzahl von Torpositionen pro Fenster und ein kurzer Verzögerungssatz angewendet werden. Einzelheiten über das Doppelcodierverfahren werden nachfolgend für besondere Beispiele beschrieben.
• Codiermatrizen
• Fähigkeit und Potenzial der nicht-redundanten Multiplexschemata hängen von der Existenz und den Eigenschaften von nicht-redundanten Codiermatrizen ab. Solche Matrizen (als M bezeichnet) müssen die Nicht-Redundanz-Bedingung erfüllen: $$\left(M_{i,j},M_{a,j}\right)\ne \left(M_{i,b},M_{a,b}\right)$$

  

  $$f\ddot{u}r\forall i\in \mathrm{0..}\left(W-1\right),a\in \mathrm{0..}\left(W-1\right),i\ne a;j\in \mathrm{0..}\left(S-1\right),b\in \mathrm{0..}\left(S-1\right),j\ne b;$$

  

  
  wobei W die Anzahl von Stammionenfenstern ist, S die Anzahl von Segmenten (Starts) im Erfassungszyklus ist, i,a Fensterindexe sind und j,b Segmentindexe sind. Gemäß einigen Implementationen erfüllt die nicht-redundante Codiermatrix ferner die Bedingung, dass sie von einem Satz von zueinander orthogonalen lateinischen (Latin) Quadraten auf eine Weise im Einklang mit den Prinzipien des Latin Hypercube Sampling erstellt werden können. Ein lateinisches Quadrat ist eine n × n Anordnung, die mit n unterschiedlichen Symbolen gefüllt ist, die jeweils genau einmal in jeder Reihe und genau einmal in jeder Spalte auftreten. Es wird bemerkt, dass die Matrix M selbst dann zum Codieren geeignet ist, wenn Bedingung (1) selten versagt, d. h. es ist wenig Redundanz vorhanden. In diesem Fall basiert das Decodieren auf der Tatsache, dass die Anzahl zusammenfallender Signale für die decodierte Torposition wenigstens das Zweifache der Anzahl von Koinzidenzen mit Signalen von anderen Torpositionen beträgt.
• 9-A illustriert Matrixannotationen und Grundsätze der NRS-Matrixkonstruktion. Es ist anzumerken, dass der Erfassungszyklus mehrere Segmente umfasst, gemessen von Start zu Start der Ionenquelle. Das Segment wird auf mehrere Fensterintervalle aufgeteilt und jedes Fensterintervall wird in mehrere Torintervalle unterteilt. Großbuchstaben S, W und G bedeuten die Anzahl von Segmenten pro Zyklus, Fenstern pro Segment und Toren pro Fenster, Kleinbuchstaben s, w und g entsprechen aktuellen Indexen von Segmenten, Fenstern und Toren. In einem Beispiel ist das aktuelle Fenster #w, das nächste Fenster ist #w+1 und jedes Fenster hat 10 Torpositionen, d. h. G=10. In der beispielhaften Matrix 91 repräsentieren die Anzahlen in den Matrixzellen den Status der Tore, z. B. 1 bedeutet ein geöffnetes Tor und 0 bedeutet ein stilles (silent) Tor. Die Nicht-Redundanz wird durch die Beispielmatrix 91 illustriert, wobei dieselbe Kombination von Toren im selben Fensterpaar in beliebigen zwei Segmenten s=i und s=j des gesamten Erfassungszyklus verboten ist. Der beispielhafte Matrixteil 92 zeigt eine reduzierte Zellannotationsmethode, wobei die Nummer in der Zelle die aktuelle Nummer des offenen Tors annotiert. Die Matrix 93 präsentiert ein Beispiel für ein lateinisches (Latin) Quadrat für W=5 und G=5. Eine beispielhafte Lateinisches-Quadrat-Matrix 95 hat einen Satz von (W-1) zueinander orthogonalen lateinischen Quadraten, wobei W = 5 ist. Im Falle des Multiplexens durch Verzögerungscodierung kann eine transponierte Matrix 96 äquivalent zur Matrix 95 verwendet werden. Es ist zu verstehen, dass sowohl Fenster als auch Verzögerungen mit ähnlichen Typen von nicht-redundanten Matrizen codiert werden können.
• Der folgende Pseudo-Code in Tabelle 1 illustriert einen beispielhaften Algorithmus zum Erzeugen eines Satzes von (W-1) zueinander orthogonalen lateinischen Quadraten zum Erstellen der nicht-redundanten Codiermatrix M. TABELLE 1

  $$\begin{array}{l}\text{Int a}=0;\\ \text{f}\ddot{\text{u}}\text{r}\left(\text{int k}=0;\text{ k}<\text{W};\text{ k}++\right)\\ \{\text{f}\ddot{\text{u}}\text{r}\left(\text{int j}=0;\text{ j}<\text{W};\text{ j}++\right)\{\text{f}\ddot{\text{u}}\text{r}\left(\text{int i}=0;\text{ i}<\text{W}-1;\text{ i}++\right)\{\text{M}\left[\text{i}+\text{k}*\text{W}\right]\left[\text{j}\right]=\text{a};\text{ a}++;\text{ falls}\left(\text{a}>=\text{W}\right)\\ \text{a}=0;\}\text{ a}+=\text{k}+1;\text{ if}\left(\text{a}>=\text{W}\right)\text{ a}-=\text{W};\}\}\end{array}$$

• Gemäß dem in Tabelle 1 gezeigten Algorithmus werden die Spalten in jedem Block durch Anwenden einer linear progressiven Verschiebung erzeugt. Der Verschiebungswert ist gleich der Anzahl von Blöcken erhöht um 1. Die Haupteigenschaften der nicht-redundanten Matrix M sind: (a) jede Zahl ist einmalig in einer Reihe, (b) jede Zahl ist einmalig pro Spalte in jedem Block, (c) gleiche Häufigkeit des Auftretens von Nummern, und (d) nicht-redundante Struktur erfüllt die Anforderungen von Bedingung (1).
• Um die Dimension einer Matrix M zu erhöhen, z. B. Matrix 93, wird die Anzahl von Zellen proportional erhöht, z.B. Erhöhen der Anzahl von Verzögerungen oder Torpositionen pro Fenster. Das Erhöhen der Anzahl von Torpositionen kann den Arbeitszyklus reduzieren. Ferner wird die Anzahl von Verzögerungen durch Prozesse in Fragmentierungszellen begrenzt. Um die Begrenzung zu überwinden, implementiert der MS-TOF eine Kombination von zwei Multiplexmethoden, d. h. Sampling- und Verzögerungscodierung.
• Im Falle von kombinierter Codierung kann jedes Element der Codiermatrix M als ein Paar Nummern geschrieben werden, die variable Torpositionen und Verzögerungen bezeichnen. Eine Matrix kann von einer nicht-redundanten Matrix M mittels der folgenden Transformation erstellt werden: jedes Element von Matrix M kann als eine Zahl angesehen werden, die im numerischen System mit Basis D dargestellt wird, wobei D die Anzahl von verfügbaren Verzögerungen ist. Mit Bezug auf Matrix 98 in 9B, eine erste Ziffer bedeutet die Torpositionsnummer im Fenster, eine zweite Ziffer bedeutet die Verzögerungsnummer.
• Mit Bezug auf 9B, eine Matrixtransformation für kombiniertes Codieren ist in den Matrizen 97 und 98 illustriert. Die anfängliche Matrix M, d. h. Matrix 97, wird von einem Satz von zueinander orthogonalen lateinischen Quadraten erstellt und ist zum orthogonalen Sampling in 7 Fenstern an 7 Torpositionen (insgesamt 94 Torpositionen) für 42 Schüsse geeignet, wobei jedes individuelle Tor (Kombination von Fensternummer und Tornummer) 6 Mal wiederholt wird.
• Das kombinierte Codieren erlaubt eine Verringerung der Anzahl von Torpositionen von sieben auf vier durch Einführen von zwei Verzögerungen oder von sieben auf drei durch Einführen von drei unterschiedlichen Verzögerungen. Der letztere Fall ist in der Matrix 98 dargestellt. Die Matrix wird durch Darstellen jedes Elements im numerischen System mit Basis 3 transformiert.
• Eine ähnliche Transformation einer Matrix M kann für den Fall des Codierens durch Kombinieren von mehr als zwei Multiplextypen benutzt werden, z. B. durch Hinzufügen von ultraschnellen Toren. In diesem Fall können die Nummern in den Zellen drei oder mehr Stellen aufweisen.
• Durch Kombinieren von zwei oder mehr Multiplextypen kann die Dimension der nicht-redundanten Matrix erhöht werden, ohne Versuchsparameter einzubüßen. In einem Beispiel wird G auf zehn Torpositionen pro Fenster G=10 und einen Satz von elf Verzögerungen D=11 gesetzt. Dies erlaubt die Verwendung einer Matrix mit 100 lateinischen Quadraten und einer Größe 101x101. Die Zahl 101 wird als die nächste Primzahl kleiner als G X D gewählt, d. h. 110. Die Matrix kann auf 100x100 beschnitten werden, um die Fensterzahl auf 100 zu setzen. Die Gesamtzahl an individuellen Toren ist 1010 und die Anzahl von verfügbaren nicht-redundanten Versuchen (Starts) ist 10100. Da die Anzahl von verfügbaren nicht-redundanten Starts groß ist, können die Starts gefiltert werden, um einige experimentelle Anforderungen zu erfüllen, wie glatte Variationen von Pulsintervallen. Der Arbeitszyklus des Versuchs ist 10 % und die zeitliche Auflösung der Stammionenauswahl ist 1010. Die Anzahl von Starts, die zum Decodieren der Fragmentspektren aller Torpositionen benötigt wird, ist 101, die Versuchszeit ist 102,01 ms, während die durchschnittliche Zeit zwischen individuellen Torwiederholungen 10 µs ist. Es wird bemerkt, dass das oben Gesagte nur beispielhaft ist.
• Falschpositiva und Falschnegativa
• Die beschriebenen Codieralgorithmen beruhen stark auf einer Spärlichkeit der MS-MS-Daten. Typische Peptidfragmentspektren umfassen bekanntlich relativ wenige, z. B. drei oder vier, bis Dutzende von großen Peaks und von Dutzenden bis zu mehr als hundert kleinen Peaks. Zum Beispiel, die durchschnittliche Anzahl von Fragment-Peaks für ein einziges Stammion kann 100 übersteigen. Bei einer Auflösung von 100.000 in der zweiten MS-Stufe wird erwartet, dass die Spektralpopulation (Prozentanteil von eingenommener Flugzeitskala) im Bereich von 0,1 % liegt. Die Anzahl von Toren pro Start liegt etwa bei 100 und wird hauptsächlich durch einen Frequenzbereich von derzeit verfügbaren FTMOS-Transistoren begrenzt. So wird erwartet, dass die Population des aufgezeichneten Signals im Bereich von 10 % liegt. Eine nachfolgende In-Silica-Wiedergabe des Versuchs mit akzeptierten echten Peaks kann den Hauptteil der auftretenden Überlappungen zuordnen, wodurch Spektralverzerrungen aufgrund von Codierung beseitigt werden. Zum Optimieren der Codierstrategie sollten genauere Schätzungen für positive und falschpositive Identifikationen vorgenommen werden.
• Die Wahrscheinlichkeitsfunktion für einen Peak, der in einem Segmentspektrum nicht überlappt wird, lautet: $$P_{NO}={\left(1-f_P\cdot \rho \right)}^{W-1},$$

  

  
  wobei

  

  die Häufigkeit des Auftretens von Stammionen in einem Tor ist, definiert als ${ƒ}_P=\frac{P}{W\cdot G}\cdot \rho ,$

  

  ρ die Population von Fragmentspektrum pro einzelnem Tor ist, W die Anzahl von Fenstern pro Segment ist, G die Anzahl von Torpositionen pro Fenster ist und P die Gesamtzahl von Stammionen im Spektrum ist. Die Population des Segments kann bestimmt werden gemäß: ρ_S = 1 - (1 - f_P · ρ)^W.
• Das Decodieren eines Fragmentspektrums für ein bestimmtes Tor g erfolgt in der folgenden Weise:
• 1. Während des Erfassungszyklus wird ein Satz von Segmenten ausgewählt, die Fragmentspektren von Tor g umfassen. Bei Verwendung der Codiermatrix mit der Größe W×W(W-1) gibt es unter insgesamt W(W-1) Segmenten N Segmentspektren von insgesamt W(W-1) Segmenten, die ein bestimmtes Tor enthalten, wobei N≤W (Matrixeigenschaft) ist. Ein Beispiel für einen Satz von Segmenten für Tor 1 von Fenster 2 ist bei 94 in 9-A dargestellt.
• 2. Eine Verzögerungskorrektur wird zum Ausrichten der Spektren gemäß der an Tor g in jedem der Segmente benutzten Verzögerung angewandt.
• 3. Die Spektren werden nach zusammenfallenden Peaks abgesucht. Solche Peaks werden zu dem Fragmentspektrum von Tor g summiert. Ein Peak wird dann als zusammenfallend angesehen, wenn er in wenigstens K Spektren von N gefunden wird. Der Wert von K kann so gewählt werden, dass K größer ist als eine erwartete Anzahl von zufälligen Koinzidenzen mit Signalen von anderen Toren.
• Es wird bemerkt, dass der summierte Peak Signale eines fremden überlappenden Peak umfassen kann. Zweck dieser Schätzung ist es, eine Codierstrategie zu finden, bei der die Wahrscheinlichkeit einer solchen Überlappung gering bleibt.
• Die Wahrscheinlichkeit einer positiven Identifikation, d. h. mit wenigstens K überlappungsfreien Peaks, kann ermittelt werden gemäß: $P_D={\displaystyle {\sum }_{j=k}^N{C}_N^j\cdot {\left(P_{NO}\right)}^j\cdot {\left(1-P_{NO}\right)}^{N-j}}.$

  

  Die Wahrscheinlichkeit einer falschpositiven Identifikation gebildet aus K und mehr zufälligen Peaks von unterschiedlichen Toren lautet: $P_F=1-{\displaystyle {\sum }_{j=0}^{K-1}{C}_N^j\cdot {\left({\rho }_S\right)}^j\cdot {\left(1-{\rho }_S\right)}^{N-j}}.$

  
• Codierbeispiel 1:
• Mit Bezug auf 10-A, Tabelle 101 zeigt beispielhafte Codierparameter unter Verwendung von nicht-redundantem Sampling (ohne Verzögerungscodierung) mit 25 Torpositionen. Das oben Gesagte erlaubt die Verwendung von 25 Fenstern: W=25, G=25, D=1. Der Arbeitszyklus beträgt DC = 4 %, die Massenauflösung der Stammionenauswahl beträgt 312, d. h. RS=W*G/2. Die Codiermatrix hat 25 Spalten und 100 Reihen, d. h. die Anzahl von Starts ist S=100, und jedes Tor wird alle 25 Schüsse wiederholt. Die Diagramme 102 und 103 zeigen die Wahrscheinlichkeit einer falschnegativen Identifikation (durchgehende Linie) und einer falschpositiven Identifikation (gestrichelte Linie), beide in Abhängigkeit von der Anzahl von übereinstimmenden K Peaks für eine Gesamtzahl von Stammionen P=100 in Digramm 102 und P=1000 in Digramm 103. Zum Simulieren dieser Diagramme wird angenommen, dass die durchschnittliche Population von Fragmentionen pro Stammion p=0,001 beträgt. Durch Setzen der akzeptablen Wahrscheinlichkeitsschwelle auf 1 % liegt der Bereich von akzeptablen K-Werten bei drei bis sieben bei P=100 und bei 3 bis 6 bei P=1000.
• Codierbeispiel 2:
• Mit Bezug auf 10-B, Tabelle 104 zeigt beispielhafte Codierparameter unter Verwendung von nicht-redundanter Verzögerungscodierung (ohne Torcodierung) mit einem Satz von 15 Verzögerungen. Das oben Gesagte erlaubt die Bildung von bis zu 210 nicht-redundanten Fenstern. Da Zellbetrieb und maximale Frequenz von Extraktionspulsen (durch FTMOS-Transistoren begrenzt) das Wählen von wenigstens 5 Toren in 10 µs Fenstern erfordern, werden Torverschiebungen eingeführt. Zum Beispiel, es kann eine variable Verzögerung der Quelle und ein Kamm (comb) von 2 µs langen Torimpulsen mit 10 µs Periode benutzt werden. Die Anzahl von gebildeten effektiven Kammverschiebungen wird mit C=5 angegeben. Insgesamt: W=210, G=1, D=15 und C=5. Der Arbeitszyklus beträgt DC=20%, die Massenauflösung einer Stammionenauswahl beträgt 525, d. h. RS=W*C/2. Die Codiermatrix hat 210 Spalten und 15 Reihen, d. h. die Anzahl von Starts beträgt S=15. Der Erfassungszyklus muss C=5 Mal wiederholt werden, d. h. die Gesamterfassung erfordert 75 Starts. Jedes besondere Tor wird 5 Mal in einem Block mit derselben Verschiebung wiederholt. Die Diagramme 105 und 106 zeigen die Wahrscheinlichkeit von falschnegativen (durchgezogene Linie) und falschpositiven (gestrichelte Linie) Identifikationen in Abhängigkeit von der Anzahl von passenden K Peaks bei einer Gesamtzahl von Stammionen P=100 im Diagramm 105 und P=1000 im Diagramm 106 bei einer durchschnittlichen Population von Fragmentionen pro Stammion von p=0,001. Durch Setzen der akzeptablen Wahrscheinlichkeitsschwelle auf 1 % beträgt der akzeptable K-Bereich drei bis dreizehn bei P=100 und sieben bis acht bei P=1000.
• Codierbeispiel 3:
• Mit Bezug auf die 10-C und 10-D, die Tabellen 107 und 110 zeigen Codierparameter bei Verwendung einer kombinierten nicht-redundanten Verzögerung und einer Torcodierung in zwei Settings: in dem ersten Setting, in Tabelle 107 gezeigt, ist G=17; D=6 (C=1). In dem zweiten Setting, in Tabelle 110 gezeigt, sind G=6 und D=17. In beiden Fällen sind C=1 und die Anzahl von nicht-redundanten Fenstern ist W≤102. W wird auf 100 gesetzt, um 100x200 Matrizen zu bilden, d. h. die Anzahl von Starts pro Zyklus ist S=100. Der zweite Fall verbessert den Arbeitszyklus (von 6 % auf 17 %) und beschleunigt die Profilierung (Tor tritt alle 6 Starts gegenüber 17 Starts auf). Die Auflösung der Stammionenauswahl wurde jedoch im zweiten Szenario reduziert (von 850 auf 300). Die Diagramme 109 und 112 präsentieren die Wahrscheinlichkeit von falschnegativen (durchgezogene Linie) und falschpositiven (gestrichelte Linie) Identifikationen für zwei Fälle (Diagramm 109 für G=17 und D=6 und Diagramm 112 für G=6 und D=17) in Abhängigkeit von der Anzahl von übereinstimmenden K Peaks bei einer Gesamtzahl von Stammionen P=1000. Im ersten Szenario, wenn P=1000 ist, beträgt die durchschnittliche Population von Fragmentionen pro Stammion p=0,001. Durch Setzen der akzeptablen Wahrscheinlichkeitsschwelle auf 1 % ist der akzeptable K-Bereich sowohl bei P=100 als auch bei P=1000 breit genug. Da die Identifikation für eine große Zahl von Stammionen P von bis zu 1000 zuverlässig ist, können im Falle eines kleineren P eine schnellere Analyse und ein schwächeres Codierverfahren mit schwachen Resonanzen oder einer begrenzten Anzahl von wiederholten Überlappungen akzeptiert werden.
• Vergleichen von Codierbeispielen
• Alle Codierverfahren sind für TOF-TOF-Analysen von extrem komplexen Gemischen durchführbar, wobei Ionenquellen gleichzeitig bis zu 1000 Stammspezies emittieren. Eine Codierung lediglich durch Tor-Sampling begrenzt entweder die Auflösung der Stammionenauswahl oder der Arbeitszyklus der Analyse sinkt. Eine Codierung nur durch Extraktionsverzögerungen erfordert wenigstens 10-15 Torpositionen, die die Verwendung einer CID-Zelle verbieten, da eine Extraktion für weniger als 300 ns asynchron sein kann. Die kombinierte Codierung ist am flexibelsten und lässt es zu, die beste Kombination von TOF-TOF-Parametern zu erzielen.
• Parameter von TOF-TOF
• Parameter und Einstellungen von Tandem-TOF können je nach Probenkomplexität justiert werden. Proben von geringer Komplexität (einzelnes Proteinverdau, synthetisches Gemisch usw.) werden wahrscheinlich keinen parallelen MS-MS erfordern. Ein Tandem mit hohem Durchsatz ist besonders für Analysen von Proben mit mittlerer bis hoher Komplexität geeignet, wie Metabolomika-, Petroleomika- und Proteomika-Proben, wobei die Anzahl von identifizierten Komponenten von mehreren zehntausend bis zu Millionen variiert. Es wird erwartet, dass einer Tandem-Massenspektrometrie eine chromatografische Trennung (LC, GC und GCxGC) mit einer Trennungskapazität von 100 bis 10.000 vorangeht. So sollte die Codierstrategie 10-100 ms umfassen oder Rückgewinnungszeitprofile innerhalb von decodierten Signalserien zulassen, die auch Begrenzungen auf codierte Signalfolgen aufgrund von Geschwindigkeit und Speicher bei Signalanalyse auferlegt. Wie gezeigt wird, bieten längere Erfassungszyklen und kombinierte NRS- und EFP-Codierungen bessere Ergebnisse. Es ist auch offensichtlich, dass in allen Fällen höhere Arbeitszyklen bei niedrigeren Auflösungen der Stammionenauswahl erzielt werden. Die Kompromisse sollten auf der Basis des Analysetyps gewählt werden.
• 11 illustriert eine Tabelle 1100 von beispielhaften Einstellungen und Parametern eines Tandem-MS-TOF. Die Einstellungen des Tandem-MS-TOF können zwischen Empfindlichkeit und Geschwindigkeit (gewünscht bei mäßiger Probenkomplexität) gegenüber Auflösung der Stammionenauswahl (gewünscht bei hoher Probenkomplexität) gewählt werden. Beim Schätzen von Parametern können die folgenden Beziehungen verwendet werden: Multiplexgewinn = W/C, d. h. Anzahl Fenster dividiert durch Anzahl Kammverschiebungen (angewendet nur bei Verzögerungscodierung); der Arbeitszyklus DC=DC(F)/G/C, wobei G die Anzahl von Torpositionen ist und DC(F) der Arbeitszyklus von feinem Tor-Sampling ist; Auswahl der Massenauflösung RS=W*G*F*C/2, wobei F die Anzahl von feinen Torpositionen ist; Profilzeitauflösung = TOF1*G/C, d. h. Periode von individuellen Torauftretensfällen; und Zykluszeit = S*TOF1, abhängig von der Höhe der Codiermatrix (Anzahl Reihen), die wiederum vom Codiertyp abhängig ist. Es ist anzumerken, dass erwartet wird, dass die meisten Stammionen in Fragmentspektren erscheinen, daher wird ihre Auflösung gleich R2 in der Größenordnung von 100.000 bis 400.000 liegen. Bei einer hohen Probenkomplexität wird jedoch eine mäßige Stammionentrennung (typischerweise R=500) wahrscheinlich chimere Fragmentspektren verursachen, d. h. Spektren, die mehrere Fragmentspektren von unterschiedlichen Stammionenspezies mit nahem m/z-Wert umfassen. Die erwartete Sub-ppm-Massengenauigkeit hilft definitiv beim teilweisen Trennen von chimeren Spektren beim Gruppieren von Fragment-Peaks entweder durch Elementargehalt oder durch Anwenden von chemischen Ausschlussregeln (z. B. Berücksichtigung von genauen Massen von Aminosäuren). Es kann auch ein unvollständiger Satz von Stammionen erwartet werden, der nicht alle gesampelten Fenster ausfüllt. Diese Effekte können in Codierstrategien umgewandelt werden, die entweder höhere Arbeitszyklen oder eine höhere Auflösung der Stammionenauswahl für eine verbesserte Konfidenz der MS-MS-Daten bereitstellen. Zum Verbessern der Stammionenauswahl kann eine dritte Schichtcodierung von feinen Toren angewendet werden, um eine Trennung von Stammionen auf ein Auflösungsniveau von 10.000-50.000 zu erhöhen. Das Umschalten zwischen Strategien kann automatisch durch Erfassen von Schwellenspärlichkeit des erfassten Signals erfolgen.
• In Tabelle 110 entsprechen Beispiele 1 und 2 CID-Zellen, wobei die Anzahl von Verzögerungen auf D<5-8 begrenzt ist. Im Vergleich zur reinen Torcodierung (Beispiel 1) bietet die kombinierte Codierung (Beispiel 2) eine höhere Auflösung der Stammionenauswahl und erlaubt die Verwendung einer größeren Zahl von Stammionen. Die Beispiele 3 bis 6 entsprechen SID-Zellen. Reine Torcodierung (Beispiel 3) ergibt einen niedrigeren Arbeitszyklus im Vergleich zu kombinierter Codierung (Beispiele 5 und 6), während reine Verzögerungscodierung (Beispiel 4) keine Analyse von sehr komplexen Gemischen zulässt. Die kombinierte Codierung kann zum Bereitstellen eines größeren Arbeitszyklus (Beispiel 5) oder einer besseren Stammionenauswahl (Beispiel 6) gewählt werden. Beispiel 7 präsentiert den Gebrauch von feinen Toren, was die Behandlung von extrem komplexen Gemischen zulässt, die Stammionenauswahl wird auf RS=10.000 verbessert, aber das Arbeitsverhältnis nimmt ab und Erfassung und Profilierung werden verlangsamt.
• Die Beispiele präsentieren auch unterschiedliche Konfigurationen für Analysator (längere Flugzeit und höhere Energie verbessern R1 und R2 bis 800.000) und Zellenauswahl (CID vs SID und in verschiedenen Ionenbahneinstellungen). Beispielhafte Analysatorparameter werden so gewählt, dass die durchschnittliche Periode zwischen Pulsen auf 10 µs gesetzt wird.
• In allen Beispielen variiert der Arbeitszyklus von Allmassen-MS-MS von 3 % bis 17 %, die Massenauflösung der Stammionenauswahl variiert von 300 bis 10.000 (im Vergleich zu RS=100-200 in herkömmlichem Tandem-Betrieb), die Massenspektrumsauflösung liegt über 100.000 und der Multiplexgewinn variiert von 25 bis 200. Die Kombination übersteigt Parameter von modernem Tandem-MS aufgrund ihrer sequenziellen Stammionenauswahl.
• Datenabhängige Codierung
• Der Begriff ,datenabhängig' kann Signalerfassungsstrategien umfassen, die in Echtzeit vor den Codier- und/oder Decodierschritten oder schließlich vor dem Schritt der Fragmentspektreninterpretation justiert werden können, die gewöhnlich in Chargen (batches) erfolgt und die Multiplizität von Identifikationen über die gesamte LC-MS-MS-Analyse berücksichtigt. Da eine optimale Erfassungsstrategie wenigstens teilweise von der Gesamtsignalspärlichkeit abhängig ist und eine solche Spärlichkeit vor der Signaldecodierung gemessen werden kann, kann eine datenabhängige Justierung (Schaltung) von Codiersequenzen zum Verbessern von Identifikationen berücksichtigt werden. Eine solche Strategie kann eine erhöhte Häufigkeit von Startpulsen und breitere Tore für sehr spärliche Signale benutzen, um Torzahlen oder Umschaltung auf feines Tor-Sampling bei einem zu dichten Signal zu reduzieren.
• Da Stammionen in decodierten Spektren zurückgewonnen werden, kann die Anwesenheit von chimeren Spektren vor dem Interpretieren von Fragmentspektren überwacht werden. In der Tat würde das Aussehen von mehreren Stammionenmassen in dem gewählten Stammmassenfenster einen zuverlässigen Hinweis auf das Aussehen von chimeren Spektren geben (nicht umgekehrt, weil Stammionen fehlen können). Eine relativ hohe Population von decodierten Spektren kann ein weiterer Hinweis auf chimere Spektren sein. In beiden Fällen kann die Entscheidung nebenbei vor der Durchführung des Identifikationsschrittes erfolgen. Der Codieralgorithmus kann umgeschaltet und das feine Tor eingeschaltet werden, um Stammionenisobare zu trennen. Es können auch robuste abwechselnde Regime vorgesehen werden, bei denen mehrere Codiersequenzen sequenziell und wiederholt kombiniert werden.
• Analoges Codieren
• Die oben beschriebenen Multiplexverfahren beruhen auf dem digitalen Codieren der Torposition und der Extraktionspulsverzögerung. Wie in den 10A-D anhand der Matrizeneigenschaften gezeigt, ist die Decodierfähigkeit bei Weitem nicht bis an ihre Grenzen ausgelastet. Im Falle von mäßig komplexen Analytengemischen ist das Signal so spärlich, dass Verfahren mit weniger effizienter nicht-redundanter Codierung angewendet werden können, die mit einfacheren Schaltungen oder Datensystemen leicht implementiert werden können. Zum Beispiel, Verzögerungen von Tor- und Extraktionsimpulsen können durch Sinuswellensignale variiert werden, vorzugsweise frequenzmäßig orthogonal, sodass Resonanz zwischen Signalen nur einmal oder sehr selten pro Start auftritt. Solche Sinusgeneratoren können von ihrem Treiber zu einer Phasen- oder Frequenzverschiebung gezwungen werden, oder wenn sie in einem freien Modus laufen, dann können die Generatoren durch ordnungsgemäß verzögerte Anregungspulse synchronisiert werden. Dann kann das tatsächlich aufgetretene Tor- und Puls-Timing mit einem separaten Datenkanal gemessen werden.
• Vorabtrennungen
• Wie in 11 gezeigt, wird trotz häufig länger andauernder Erfassungszyklen (25-1000 ms, je nach Probenkomplexität) jedes einzelne Tor häufig (10 µs/DC ~ 6-250 µs) gesampelt. Wenn Fragmentspektren gewonnen sind, können chromatografische Profile als Peak-Intensitätsprofile rekonstruiert werden. Es wird erwartet, dass das parallele Tandem-MR-TOF-Instrument für solche relativ schnellen chromatografischen Trennungen wie LCxCE (mit Sub-Sekunden-Peaks) und GCxGC mit 50 ms Peaks geeignet ist. Eine stärkere Chromatografie mildert die Anforderungen an nicht-redundante Codierung und es können/kann kürzere Codiersequenzen oder schnellere Quellenpulsung benutzt werden.
• Noch schnellere Vorabtrennungen können bei einer speziellen Auslegung der Analysestrategien verwendet werden. Zum Beispiel, ein MS³ Massenspektrometer kann einen relativ langsamen Scanning-(1-2 Sekunden pro Scan)-Stammionen-MS1-Separator benutzen, während MS2- und MS3-Stufen mit NRS TOF-TOF durchgeführt werden. Als weiteres Beispiel, eine Ionenmobilität (IMS) mit einer typischen Trennzeit von 10-100 ms und einer Peak-Breite von 100 bis 500 µs kann mit parallelem MR-TOF kombiniert werden bei: (a) Strobe-Sampling-IMS-Ausgang bei mehreren IMS-Wiederholzyklen; (b) Sampling und Akkumulation von IMS-Fraktionen zu einem Satz von Funkfrequenzfallen mit nachfolgender langsamerer Freisetzung von IMS-Fraktionen; oder (c) Beschleunigen des Tandem-MR-TOF-Betriebs entweder durch Verwenden von kürzeren Flugzeiten, Anordnen von schnellerer Wiederholung von Quellpulsen auf Kosten von größerer Spektralübernahme und/oder Verwendung von weniger Toren auf Kosten einer geringeren Auflösung der Stammionenauswahl, dabei Nutzen geringerer Anforderungen an Tandem-Parameter bei Verwendung von IMS-Trennung.
• Gemultiplexte Massenspektralanalyse
• Es wurde zwar das Prinzip der nicht-redundanten Codierung von spärlichen Signalen für Tandem-MR-TOF beschrieben, aber die vorliegende Offenbarung ist auf eine breitere Palette an Massenspektralmethoden und -vorrichtungen anwendbar. Zum Beispiel, ein Magnetsektor-Massenspektrograf kann zum Erzeugen von mehreren Strahlen von massengetrennten Ionen mit einer Fokussierebene benutzt werden. Ein Array-Tor kann zum Auswählen eines Satzes von Stammspezies benutzt werden, die dann in eine Fragmentierungszelle (CID oder SID) eingeleitet wird, vorzugsweise unterstützt durch RF-Einschluss in Gas. Gesamtfragmentspektren können mit einem parallelen Massenspektrometer wie einem MR-TOF oder Magnetspektrometer mit einem Array-Detektor erfasst werden. Ein weiteres Beispiel ist ein MALDI-TOF-Massenspektrometer mit Fragmentanalyse durch Post-Source-Decay (PSD), wobei nicht-redundante Teilsätze von Stammionen durch rasches Umschalten von TIS gebildet werden können. In einem anderen Beispiel können mehrere Massenfenster von Stammionen in eine Fragmentierungszelle eingelassen werden, und „chimere“ Spektren, die Mischungen von mehreren Fragmentspektren umfassen, können auf Hochauflösungsinstrumenten mit langsamer Signalerfassung erfasst werden, wie FTMS, elektrostatische Fallen oder Orbitalfallen. In einem anderen Beispiel können separate spärliche Spektren von anderen Separatoren oder Quellen stammen, wie zum Beispiel: (i) gleichzeitiges Emittieren von Pixeln von profilierten Oberflächen; (ii) ein Satz von Ionisierungsquellen; (iii) ein Satz von Fragmentierungszellen; (iv) ein gepulster Fallenkonverter, gefolgt von einem Ionenmobilitätsseparator; und (v) ein paralleler Massenanalysator, der Ionen zeitlich trennt, wie eine Ionenfalle mit massenselektiver Freisetzung, Flugzeit-Massenanalysator oder ein Massenspektrograf. Tandem-TOF und der oben beschriebene Tandem-MR-TOF sind besondere Fälle. Die Quellen werden dann als TOF- oder MR-TOF-getrennte Ionenpakete und als Massenspektrometer wie jeder TOF MS verstanden. TOF-Analysatoren können jede Kombination von Drifträumen, rasterbedeckten Ionenspiegeln, rasterfreien Ionenspiegeln und elektrostatischen Sektoren umfassen.
• Das nicht-redundante Multiplexverfahren beruht darauf, dass das Signal während der Erfassung von mehreren Massenspektren entweder konstant oder repetitiv ist. Es beruht auch darauf, dass Ionenflüsse spärlich sind, entweder spektral, räumlich oder zeitlich, sodass ein relativ kleiner Teil von Signalen zwischen Quellen überlappt. Das nicht-redundante Prinzip kann auf Massenspektrometrie unabhängig vom Instrumententyp angewandt werden. Es kann nicht-redundantes Sampling eingerichtet werden von: (i) Ionenflüssen von mehreren Ionenquellen; (ii) Ionenflüssen, die stromabwärts von einer einzigen Ionenquelle gemultiplext wurden, wobei das genannte Multiplexen in der Ionentransferschnittstelle, der Ionenmobilitätszelle, einer Zwischenfalle, der Fragmentierungszelle, mehreren RF-Ionenfallen erfolgen kann; (iii) Ionenpaketen, erzeugt durch mehrere gepulste Konverter; (iv) Ionenpaketen, erzeugt durch einen einzigen gepulsten Konverter und zeitlich durch Ionen-m/z getrennt.
• 12 illustriert einen beispielhaften Satz von Operationen für ein Verfahren 1200 zum Durchführen einer gemultiplexten Massenspektralanalyse. Im Vorgang 1210 werden Ionen abgetastet, um einen Teilsatz von mehreren Ionenquellen zu bilden. Die Ionen bilden spärliche und sich wiederholende Ionenflüsse mit begrenzter Spektralsignalüberlappung. Im Vorgang 1212 wird ein Massenspektrum von einem einzigen Detektor aufgezeichnet. Im Vorgang 1214 wird die Spektralspärlichkeit analysiert und im Vorgang 1216 wird eine nicht-redundante Codierung der gesampelten Ionen durchgeführt. Man stellt fest, dass Vorgänge 1212 - 1216 wiederholt werden können, während die Teilsätze auf eine nicht-redundante Weise variiert werden, wobei Kombinationen von beliebigen zwei gleichzeitig gesampelten Quellen eindeutig sind, während eine beliebige besondere Quelle mehrere Male gesampelt wird. Im Vorgang 1218 werden die Spektren von allen individuellen Quellen durch Korrelieren des codierten Signals mit dem Quellen-Sampling decodiert. In einigen Implementationen kann der Codierschritt automatisch auf der Basis der Massenspektralspärlichkeit justiert werden. Nicht-redundante Sampling-Matrizen können auf zueinander orthogonalen Lateinisches-Quadrat-Matrizen basieren. Ferner kann das Decodieren durch eine Überlappung von In-Silica-Rekonstruktion unterstützt werden. In einigen Implementationen wird das nicht-redundante Sampling durch nicht-redundantes Codieren von Ionenflussverzögerungen ergänzt.
• Gemäß der vorliegenden Offenbarung können mehrere nützliche Analyseregime implementiert werden. Zum Beispiel, es kann ein Nur-MS-Regime implementiert werden, bei dem Ionen elektrostatisch von der SID-Zelle reflektiert oder durch eine Vakuum-CID-Zelle geleitet werden, sodass sie maximale Auflösung und Massengenauigkeit der Massenanalyse erreichen. Die Anzahl von in den Analysator injizierten Ionen wird zwischen niedrigem und hohem Gewinn abgewechselt, um Raumladungseffekte im Analysator (beeinflusst durch Raumladung mit schmalem Massenbereich) zu umgehen und somit eine verbesserte Massengenauigkeit und Auflösung innerhalb eines breiten dynamischen Bereichs zu erzielen. Vorzugsweise wird eine Vorabmobilitätstrennung zum Auswählen eines zeitlichen schmalen Massenbereichs angewendet, der eine häufige Ioneninjektion in den MR-TOF-Analysator zulassen würde, ohne erhebliche Spektralüberlappung. Das Regime ist zur Hochdurchsatzcharakterisierung des Gemischs, Bestimmung genauer Stammionenmassen und Bestimmung von Auswahlfenstern in einem datenabhängigen Regime wie nachfolgend beschrieben nützlich. Ferner illustriert 11, gemäß dem Beispiel einer parallelen Allmassen-Tandem-MS-Analyse, einen Bereich von Parametern für eine solche Analyse, der von Regimen mit großem Arbeitszyklus (bis zu 20 %) bei niedriger Auflösung der Stammionentrennung (ein paar hundert) bis zu einer weniger empfindlichen, aber spezifischeren Analyse mit höherer (1000-2000) und noch viel höherer (10.000-20.000) Auflösung der Stammionenauswahl variieren können. Die vorliegende Offenbarung kann weiter auf ein Regime mit hohem Durchsatz und hoher Sensitivität (DC>20 %) mit niedrig auflösendem TOF1 (R1=100) angewendet werden. In diesen Implementationen werden Fragmentspektren auf der Basis einer Auswahl des Stammmassenfensters und der Zeitkorrelation von chromatografischer Trennung rekonstruiert. Zusätzlich oder alternativ kann die vorliegende Offenbarung auf eine Untersuchungsimplementation mit hoher Auflösung der Stammionenauswahl (R1>10.000) zum Betrachten von engen Isobaren angewendet werden. Eine solche Untersuchung kann sequenziell auf Zuverlässigkeit auf parallele Weise mit nicht-redundantem Sampling für höheren Durchsatz erfolgen. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung auf datenabhängige Erfassung angewendet werden, die in derzeitigen MS-MS-Instrumenten weithin eingesetzt wird. Ferner kann ein MS3-Regime implementiert werden, wenn ein zusätzlicher Vorabseparator wie ein IMS oder Massenseparator benutzt wird. Es wird bemerkt, dass ein TOF-TOF-Tandem MS2- und MS3-Stufen äußerst parallel und schnell macht, sodass MS3 praktisch wird.
• Verschiedene Implementationen der hierin beschriebenen Systeme und Techniken können in digitaler elektronischer und/oder optischer Schaltung, integrierter Schaltung, speziell ausgelegten ASICs (anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen), Computer-Hardware, Firmware, Software und/oder Kombinationen davon realisiert werden. Diese verschiedenen Implementationen können eine Implementation in einem oder mehreren Computerprogrammen beinhalten, die auf einem programmierbaren System ausgeführt und/oder interpretiert werden können, mit wenigstens einem programmierbaren Prozessor, der ein Spezial- oder Universalprozessor sein kann, gekoppelt zum Empfangen von Daten und Befehlen von und zum Senden von Daten und Befehlen zu einem Speichersystem, wenigstens einem Eingabegerät und wenigstens einem Ausgabegerät.
• Diese Computerprogramme (auch als Programme, Software, Software-Anwendungen oder Code bekannt) beinhalten Maschinenbefehle für einen programmierbaren Prozessor und können in einer höheren prozeduralen und/oder objektorientierten Programmiersprache und/oder in Assembly/Maschinensprache implementiert werden. Die hierin verwendeten Begriffe „maschinenlesbares Medium“ und „computerlesbares Medium“ beziehen sich auf jede(s) Computerprogrammprodukt, nichtflüchtige computerlesbare Medium, Vorrichtung und/oder Gerät (z. B. Magnetplatten, Bildplatten, Memory, Programmable Logic Devices (PLDs)), die/das zum Bereitstellen von Maschinenbefehlen und/oder Daten für einen programmierbaren Prozessor benutzt werden, einschließlich einem maschinenlesbaren Medium, das Maschinenbefehle als maschinenlesbares Signal empfängt. Der Begriff „maschinenlesbares Signal“ bezieht sich auf jedes Signal, das zum Bereitstellen von Maschinenbefehlen und/oder -daten für einen programmierbaren Prozessor benutzt werden kann.
• Implementationen des Gegenstands und der Funktionsvorgänge wie in der vorliegenden Spezifikation beschrieben können in digitaler elektronischer Schaltung oder in Computer-Software, -Firmware oder -Hardware implementiert werden, einschließlich der in der vorliegenden Spezifikation offenbarten Strukturen und ihrer Strukturäquivalente, oder in Kombinationen von einem oder mehreren davon. Darüber hinaus kann der in der vorliegenden Spezifikation beschriebene Gegenstand als ein oder mehrere Computerprogrammprodukte implementiert werden, d. h. ein oder mehrere Module von Computerprogrammbefehlen, die auf einem computerlesbaren Medium zur Ausführung durch, oder Steuerung des Betriebs von, Datenverarbeitungsvorrichtungen codiert sind. Das computerlesbare Medium kann ein maschinenlesbares Speichergerät, ein maschinenlesbares Speichersubstrat, ein Memory-Gerät, eine Zusammensetzung von ein maschinenlesbares propagiertes Signal bewirkender Materie oder eine Kombination von einem oder mehreren davon sein. Die Begriffe „Datenverarbeitungsvorrichtung“, „Computergerät“ und „Computerprozessor“ umfassen alle Vorrichtungen, Geräte und Maschinen zum Verarbeiten von Daten, einschließlich beispielsweise eines programmierbaren Prozessors, eines Computers oder mehrerer Prozessoren oder Computer. Die Vorrichtung kann zusätzlich zu Hardware Code beinhalten, der eine Ausführungsumgebung für das fragliche Computerprogramm erzeugt, z. B. Code, der Prozessor-Firmware bildet, einen Protokollstapel, ein Datenbankmanagementsystem, ein Betriebssystem oder eine Kombination von einem oder mehreren davon. Ein propagiertes Signal ist ein künstlich erzeugtes Signal, z. B. ein maschinenerzeugtes elektrisches, optisches oder elektromagnetisches Signal, das zum Codieren von Informationen zur Übertragung zu geeigneten Empfängervorrichtungen erzeugt wird.
• Ein Computerprogramm (auch als Anwendung, Programm, Software, Software-Anwendung, Skript oder Code bekannt) kann in jeder Form von Programmiersprache geschrieben werden, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprache, und kann in jeder Form eingesetzt werden, wie zum Beispiel als alleinstehendes Programm oder als Modul, Komponente, Subroutine oder eine andere Einheit, die zur Verwendung in einer Computerumgebung geeignet ist. Ein Computerprogramm entspricht nicht unbedingt einer Datei in einem Dateisystem. Ein Programm kann in einem Teil einer Datei gespeichert sein, der andere Programme oder Daten enthält (z. B. einen oder mehrere Skripte, die in einem Aufzeichnungssprachdokument gespeichert sind), in einer einzelnen Datei, die für das fragliche Programm dediziert ist, oder in mehreren koordinierten Dateien (z. B. Dateien, die ein oder mehrere Module, Subprogramme oder Teile von Code speichern). Ein Computerprogramm kann zur Ausführung auf einem Computer oder auf mehreren Computern eingesetzt werden, die sich an einem Ort befinden oder die über mehrere Orte verteilt und durch ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind.
• Die in der vorliegenden Spezifikation beschriebenen Prozesse und Logikabläufe können mit einem oder mehreren programmierbaren Prozessoren durchgeführt werden, die ein oder mehrere Computerprogramme ausführen, um Funktionen durch Einwirken auf Eingangsdaten und Erzeugen von Ausgang durchzuführen. Die Prozesse und Logikabläufe können auch durch Speziallogikschaltungen durchgeführt und Vorrichtungen als solche implementiert werden, z. B. ein FPGA (feldprogrammierbares Gate-Array) oder eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung).
• Für die Ausführung eines Computerprogramms geeignete Prozessoren beinhalten beispielsweise sowohl Universal- als auch Spezialmikroprozessoren sowie beliebige ein oder mehrere Prozessoren einer beliebigen Art von digitalem Computer. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor Befehle und Daten von einem Festwertspeicher oder einem Arbeitsspeicher oder von beiden. Die wesentlichen Elemente eines Computers sind ein Prozessor zum Ausführen von Befehlen und ein oder mehrere Speichergeräte zum Speichern von Befehlen und Daten. Im Allgemeinen beinhaltet ein Computer auch, oder ist operativ geschaltet zum, Empfangen von Daten von oder Übertragen von Daten zu, oder beides, einem oder mehreren Massenspeichergeräten zum Speichern von Daten, z. B. magnetischen, magnetooptischen Platten oder optischen Platten. Ein Computer braucht jedoch solche Geräte nicht zu haben. Computerlesbare Medien, die zum Speichern von Computerprogrammbefehlen und Daten geeignet sind, beinhalten alle Formen von nichtflüchtigem Speicher, Medien und Speichergeräten, einschließlich beispielsweise Halbleiterspeichergeräte, z. B. EPROM, EEPROM und Flash-Memory-Geräte; Magnetplatten; z. B. interne Festplatten oder entfernbare Platten; magnetooptische Platten und CD ROM und DVD-ROM Platten. Der Prozessor und der Speicher können beispielsweise durch Speziallogikschaltung ergänzt oder darin integriert werden.
• Um Interaktion mit einem Benutzer bereitzustellen, können ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung auf einem Computer mit einem Anzeigegerät implementiert werden, z. B. einem Monitor mit CRT-(Kathodenstrahlröhre), LCD (Flüssigkristallanzeige) oder einem Touchscreen zum Anzeigen von Informationen für den Benutzer, und optional mit einer Tastatur und einem Zeigegerät, z. B. einer Maus oder einem Trackball, mit dem der Benutzer Eingaben in den Computer machen kann. Es können auch andere Arten von Geräten benutzt werden, um Interaktion mit einem Benutzer bereitzustellen; zum Beispiel, Feedback kann dem Benutzer in jeder Form von sensorischem Feedback gegeben werden, z. B. visuelles Feedback, akustisches Feedback oder taktiles Feedback; und Eingaben vom Benutzer können in jeder Form empfangen werden, zum Beispiel akustisch, über Sprache oder taktil. Zusätzlich kann ein Computer mit einem Benutzer durch Senden von Dokumenten zu und Empfangen von Dokumenten von einem Gerät interagieren, das vom Benutzer benutzt wird; zum Beispiel durch Senden von Webseiten zu einem Web-Browser auf einem Client-Gerät des Benutzers als Reaktion auf vom Web-Browser empfangene Anforderungen.
• Ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung können in einem Computersystem implementiert werden, das eine Backend-Komponente beinhaltet, z. B. als Daten-Server, oder der eine Middleware-Komponente beinhaltet, z. B. ein Anwendungsserver, oder der eine Frontend-Komponente beinhaltet, z. B. ein Client-Computer mit einer grafischen Benutzeroberfläche oder einem Web-Browser, durch den ein Benutzer mit einer Implementation des in der vorliegenden Spezifikation beschriebenen Gegenstands interagieren kann, oder eine beliebige Kombination von einem oder mehreren solcher Backend-, Middleware- oder Frontend-Komponenten. Die Komponenten des Systems können in jeder Form oder jedem Medium von digitaler Datenkommunikation untereinander verbunden werden, z. B. einem Kommunikationsnetz. Beispiele für Kommunikationsnetze sind ein lokales Netzwerk („LAN“) und ein Weitbereichsnetz („WAN“), ein Inter-Netzwerk (z. B. das Internet) und Peer-to-Peer-Netzwerke (z. B. Adhoc-Peer-to-Peer-Netzwerke).
• Die vorliegende Spezifikation enthält zwar zahlreiche spezifische Einzelheiten, aber diese sind nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung oder den Umfang der Ansprüche begrenzend anzusehen, sondern lediglich als Beschreibung von Merkmalen, die für bestimmte Implementationen der Offenbarung spezifisch sind. Bestimmte Merkmale, die in der vorliegenden Spezifikation im Kontext von separaten Implementationen beschrieben werden, können auch in Kombination in einer einzigen Implementation implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Kontext einer einzigen Implementation beschrieben werden, auch in mehreren Implementationen separat oder in einer beliebigen geeigneten Subkombination implementiert werden. Darüber hinaus wurden zwar oben möglicherweise Merkmale als in bestimmten Kombinationen agierend beschrieben und sogar anfänglich so beansprucht, aber ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination können in einigen Fällen auch aus der Kombination herausgenommen werden und die beanspruchte Kombination kann auf eine Subkombination oder eine Variation einer Subkombination gerichtet werden.
• Ebenso wurden auch Vorgänge in den Zeichnungen in einer bestimmten Reihenfolge veranschaulicht, aber dies ist nicht so zu verstehen, dass solche Vorgänge in der bestimmten gezeigten Reihenfolge oder in einer sequenziellen Folge durchgeführt werden müssen oder dass alle illustrierten Vorgänge durchgeführt werden müssen, um wünschenswerte Ergebnisse zu erzielen. In bestimmten Umständen können Multitasking- und Parallelverarbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus ist die Trennung von verschiedenen Systemkomponenten in den oben beschriebenen Ausgestaltungen nicht so zu verstehen, dass eine solche Trennung in allen Ausgestaltungen erforderlich ist, und es ist zu verstehen, dass die beschriebenen Programmkomponenten und Systeme allgemein zusammen in einem einzigen Software-Produkt integriert oder in mehreren Software-Produkten verpackt werden können.

Claims (13)

1. Verfahren zur Tandem Flugzeit-Massenspektrometrie-Analyse, wobei das Verfahren umfasst: Extrahieren einer Vielzahl von Stammionenspezies mit verschiedenen m / z-Werten aus einer gepulsten Ionenquelle (15) oder einem gepulsten Konverter, die/der durch einen Zyklus von Quellenpulsen getriggert wird; zeitliches Trennen der Stammionen nach m / z-Wert innerhalb eines mehrfachreflektierenden elektrostatischen Feldes mit isochroner und räumlicher Fokussierung; Auswählen und Probenehmen von einer oder mehreren Stammionenspezies durch ein elektrisches Impulsfeld mit einem Zeittor (16), das relativ zu dem Zyklus von Quellenpulsen verzögert ist; Fragmentieren der durch das Zeittor (16) durchgelassenen Stammionen durch Kollisionen mit einem Gas und/oder einer Oberfläche; Extrahieren von Fragmentionen durch das mehrfach reflektierende elektrische Feld mit einer Verzögerung relativ zu dem Zeittor (16); zeitliches Trennen der Fragmentionen innerhalb des mehrfach-reflektierenden elektrostatischen Feldes; und Aufzeichnen eines Signalverlaufs der Fragmentionen von einem Detektor (18), wobei: das Auswählen der Stammionenspezies das Probenehmen von Stammionenspezies mehrerer Stammmassen während eines Intervalls zwischen Quellenpulsen des Zykluses von Quellenpulsen umfasst; Torzeiten und Extraktionsverzögerungen in einer nicht-redundanten Weise kodiert werden, die innerhalb eines Zyklus von mehreren Quellenimpulse variiert; wobei ein Datensystem (20) die nicht-redundante Kodierung von Torzeiten und Extraktionsverzögerungen bereitstellt, derart, dass ein beliebiges Paar von Torzeiten und Extraktionsverzögerungen innerhalb eines Intervalls zwischen Quellenpulsen nur einmal während der Dauer des Zyklus von Quellenpulsen auftritt, und überlappende Fragmentspektren für die Vielzahl von Stammionenspezies decodiert werden basierend auf der Analyse einer Übereinstimmung zwischen einem bestimmten Signalpeak und der Stammmasse, wobei sowohl Zeittrennungen von Stamm- als auch von Fragmentionen innerhalb desselben mehrfach-reflektierenden elektrostatischen Feldes in entgegengesetzte Richtungen auftreten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Torzeiten und Extraktionsverzögerungen durch eine nicht-redundante Matrix, die aus einem Satz von gegenseitig orthogonalen Matrixblöcken aufgebaut wird, kodiert werden, wobei die nicht-redundante Matrix die folgende Nicht-Redundanz-Bedingung erfüllt: $$\left(M_{i,j},M_{a,j}\right)\ne \left(M_{i,b},M_{a,b}\right)$$

   

   für ∀i ∈ $$\mathrm{0..}\left(W-1\right),a\in \mathrm{0..}\left(W-1\right),i\ne a;j\in \mathrm{0..}\left(S-1\right),b\in \mathrm{0..}\left(S-1\right),j\ne b;$$

   

   wobei W eine Anzahl von Stammionenfenstern pro Quellenpuls ist, S eine Anzahl von Intervallen in einem Zyklus von Quellenpulsen ist, i,a Fensterindexe sind und j,b Intervallindexe sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Anzahl S der Quellenpulse pro Zyklus von Quellenpulsen eine aus der Gruppe ist: (i) 10 bis 30; (ii) von 30 bis 100; (iii) von 100 bis 300; (Iv) von 300 bis 1000; und (v) oberhalb von 1000.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 3, wobei die Anzahl W der Stammionenfenster pro Quellenpuls eine ist aus der Gruppe: (i) von 10 bis 30; (ii) von 30 bis 100; (iii) von 100 bis 300; (iv) von 300 bis 1000; und (v) oberhalb von 1000.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das durchschnittliche Intervall zwischen Quellenpulsen des Zyklus von Quellenpulsen eines ist von der Gruppe: (i) von 10 bis 100 ns; (ii) von 100 ns bis 1 µs; (iii) von 1 bis 10 µs; und (iv) mehr als 10 µs.
6. Ein Tandem Flugzeit Massenspektrometer (11), umfassend: einen mehrfachreflektierenden Flugzeit-Masse-(MR-TOF)-Analysator (10), der angeordnet ist, um Stamm- und Fragment-Ionen im gleichen MR-TOF-Analysator (10) entweder entlang verschiedener Trajektorien oder in entgegengesetzte Richtungen durchzulassen; eine gepulste Ionenquelle (15) oder einen gepulsten Konverter, der Ionenpakete von mehreren Stammionenspezies getriggert durch einen Zyklus von Quellenpulsen emittiert; eine Fragmentierungszelle (17), die von der gepulsten Ionenquelle (15) oder dem gepulsten Konverter durch eine Region getrennt ist, wobei die Fragmentierungszelle (17) eine Fragmentierungszelle (17) mit einer gepulsten Beschleunigung von Fragmentionen ist, wobei die Fragmentierungszelle ein bipolares Ionendrahttor (43) umfasst zum Durchlassen von Stamm- und Fragmentionen entweder entlang unterschiedlicher Flugbahnen oder entgegengesetzter Richtungen; einen Impulsgenerator (49), der konfiguriert ist, um mindestens zwei Impulsfolgen zu pulsen, um einen zeitlichen Selektor (38) sowohl zum Durchführen einer zeitlichen Auswahl der Stammionen durch ein elektrisches Impulsfeld mit einem Zeittor (16), das relativ zu dem Zyklus von Quellenpulsen verzögert ist, als auch zum Durchführen einer verzögerten gepulsten Extraktion von Fragmentionen zu triggern; und ein Datensystem (20), das konfiguriert ist, Signale von Fragment-Ionen mit einem Detektor (18) zu erfassen und die Triggerimpulse innerhalb eines Zyklus von Quellenpulsen nicht-redundant zu kodieren, wobei die nicht-redundante Kodierung so eingerichtet ist, um sich wiederholende Überlappungen von zwei beliebigen Ionensignalen von verschiedenen Stammionenspezies in mehreren Wiederholungen einer einzelnen Torzeit zu vermeiden oder zu reduzieren, wobei das Dunstabzugsvorrichtung (1) nach die nicht-redundante Kodierung mehrerer Torzeiten und Extraktionsverzögerungen bereitstellt, derart, dass ein beliebiges Paar von Torzeiten und Extraktionsverzögerungen innerhalb eines Intervalls zwischen Quellenpulsen nur einmal während der Dauer des genannten Zyklus von Quellenpulsen auftritt, wobei das Datensystem (20) überlappende Fragmentspektren für die Vielzahl von Stammionenspezies decodiert werden basierend auf der Analyse einer Übereinstimmung zwischen einem bestimmten Signalpeak und der Stammmasse einer Stammionenspezies.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Datensystem (20) angeordnet ist, um Signale von Fragmentionen zusammen mit einem Laborzeitstempel, insbesondere der Nummer des aktuellen Quellenpulses, zu erfassen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, weiter umfassend einen Parallel-Prozessor, der konfiguriert ist, um überlappende Fragmentspektren für alle zugelassenen Stammionen auf der Basis einer Korrelation zwischen Fragment-Signalen und einer bestimmten Torzeit zu dekodieren.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die gepulste Ionenquelle (15) eine ist von einer axialen oder radialen Falle mit hochfrequentem Ioneneinschluss und gepulster Ejektion, eine Durchgangs-Radiofrequenz-Ionenführung mit gepulstem radialen Ionenausstoß, eine gepulste Akkumulierungs-Elektronenstoß-Ionenquelle, und eine MALDI-Ionenquelle mit verzögerter Extraktion.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin umfassend einen Deflektor und eine gekrümmte Sektor-Schnittstelle, die den MR-TOF-Analysator mit zumindest der gepulsten Ionenquelle, der Fragmentierungszelle (17) und/oder dem Detektor (18) des Datensystems (20) koppelt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der MR-TOF-Analysator (10) ein planarer oder ein zylindrischer Analysator (10) mit mindestens einer dritten-Ordnung-Zeit-per-Energiefokussierung und mindestens einer zweiten- Ordnung-volle-Fokussierung einschließlich Cross-Aberrationsterme ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der MR-TOF-Analysator (10) ferner umfasst mindestens einen aus einem Satz von periodischen Linsen (14) innerhalb eines feldfreien Bereichs und wenigstens eine räumlich modulierte Elektrode (13), die räumlich ein Ionenspiegel-Feld moduliert, um Ionen entlang einer Zick-Zack-Trajektorie in einer Driftrichtung durchzulassen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Fragmentierungszelle (17) eine ist von oberflächeninduzierter Dissoziation (SID) von Stammionen mit einer gepulsten verzögerten Extraktion von Fragment-Ionen, einer Durchlass-stoßinduzierte-Dissoziation-(CID)-Zelle hoher Energie und eine SID-Zelle mit gleitenden Kollisionen, gefolgt von einer gepulsten verzögerten Extraktion.

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