DE112013003058T5 - Tandem Flugzeitmassenspektrometer mit ungleichmässiger Probennahme - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung für all-Massen Tandem Massenspektronomie offenbart, bei dem ein mehrfach-reflektierender Flugzeitanalysator für beide MS-Stufen eingesetzt wird, vorzugsweise eingerichtet innerhalb des gleichen Analysators zum Sichern einer ultrahohen Auflösung. Empfindlichkeit und Geschwindigkeit des TOF-TOF Tandems wird durch nicht-redundantes Multiplexing basierend auf Signalkargheit und der Verhinderung von Signalüberlappungen bei mehrfachen Wiederholungen von wahren Fragmentsignalen verbessert. Nicht-redundante Matrizen der Tor- und Verzögerungszeiten werden durch Ausbleiben der orthogonalen Latin Quadrate Matrizen gebildet. Das Verfahren ist zu Multiplexen von irgendeiner sich wiederholenden Signalquelle verallgemeinert, welche entweder spektral, räumlich oder zeitlich dünnbesetzt sind.

Description

• QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
• Diese internationale Patentanmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung 61/661,268, die am 18. Juni 2012 eingereicht wurden.
• Die Offenbarungen dieser früheren Anmeldung werden als Bestandteil der Offenbarung dieser Anmeldung angenommen und werden hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
• TECHNISCHES GEBIET
• Die Erfindung bezieht sich allgemein auf den Bereich des Massenspektroskopieanalyse, und insbesondere auf die Verbesserung der Empfindlichkeit, Auflösung, Geschwindigkeit und/oder Dynamikbereich des Tandemflugzeitmassenspektrometer.
• HINTERGRUND
• Tandem-Massenspektrometrie (MS-MS) verwendet Trennung von isolierten Ionen (Stammionen)(parent ions) in einem ersten Massenspektrometer (MS 1), Fragmentierung der getrennten Spezies und Massenanalyse von Fragment-Ionen in einem zweiten Massenspektrometer (MS2) zur Identifizierung von Substanzen und Strukturstudien. Die jüngste Anwendung der Tandem-Massenspektrometrie in den Biowissenschaften (life science) brachte die Herausforderung der Analyse sehr komplexer Mischungen, dh Gemische mit bis zu Millionen von Komponenten mit höchsten Ansprüchen nach neun Größenordnungen des Dynamikbereichs mit sich. Solche Analysen erfordern eine im Voraus durchgeführte Chromatographie zur Trennung eines Ausgangsgemischs in Hunderte von Fraktionen. Dennoch bleiben Mischungen äußerst komplex, was die Anforderungen an die Empfindlichkeit, Dynamikbereich, Auflösung, Massengenauigkeit, Geschwindigkeit und/oder Durchsatz von MS-MS betont.
• Time-of-Flight-Massenspektrometer (TOF MS) sind weit verbreitet in der analytischen Chemie zur Identifizierung und quantitative Analyse von Mischungen. TOF MS haben ein hohes Potenzial für den Einsatz in MS-MS, weil TOF eine wirkliche (intrinsically) parallele Analyse aller Massen bietet und unlängst ein hohes Auflösungsvermögen erzielt. GB 2403063 und WO 2005001878 offenbaren eine planare Multi-reflektierenden TOF (MR-TOF) mit einem Satz von periodischen Linsen für räumliche Begrenzung der Ionenpakete. Eine beispielhafte kommerzielle Implementierung eines MR-TOF, Citius HRT^TM von LECO Corp., zeigt, dass die erweiterten gefalteten Ionenbahn die Auflösung auf R = 100.000 Niveau verbessert. Mehrere Verbesserungen der MR-TOF sind in US7326925 (gekrümmte isochrone Ioneninjektion), US7772547 (Doppel orthogonalen Injektion), WO 2010008386 (quasi-Planspiegel zur Drift-Fokussierung bei reduzierten Aberrationen), WO 2011086430 (Zylinderanalysatoren) und WO 2013063587 (Isochroner Ionen-Spiegel hoher Ordnung) vorgeschlagen. WO 2011135477 offenbart ein zahlreich codiertes Pulsen eines orthogonalen Beschleunigers.
• TOF MS sind für die Tandem-Time-of-Flight-Massenspektrometer (TOF-TOF) eingesetzt worden, wenn sie mit eigen gepulsten Ionenquellen wie MALDI verwendet werden. US 5202563 offenbart ein Tandem-Flugzeit-Massenspektrometer (TOF-TOF) bestehend aus zwei einzeln reflektierenden TOF MS, die über eine kollisionsreduzierte Dissoziation (CID) Zelle gekoppelt sind. Einen zeitgesteuerten Ionenselektor (TIS) passiert eine Stammionenmasse pro jedem TOF1 Schuss (shot). Ionen werden vor einer CID Zelle abgebremst und dann werden die Fragment-Ionen in einer gepulsten oder kontinuierlichen Weise erneut beschleunigt. US6770870 offenbart eine verzögerte Fragmentextraktion für Ionenauswahl nach der CID-Zelle. GB 2390935 , US 7385187 und US7196324 B offenbaren ein ”all-Masse” (call mass) TOF-TOF-Instrument für die parallele Erfassung von Fragmentspektren für alle isolierten Ionen. Das Prinzip von verschachtelten Zeitskalen zwischen TOF1 und TOF2 Stufen limitiert jedoch die Auflösung der zweiten Stufe. US 20070029473 und US7385187 offenbaren ein Tandem aus zwei Multi-reflektieren TOF MS, die über eine CID oder SID Zelle gekoppelt sind, obwohl nacheinander betrieben, d. h., mit einer Auswahl einer einzelnen Stamm specie (parent specie) pro Schuss. WO 2010138781 offenbart ein Tandem aus einzeln reflektierenden TOF-Analysatoren und beansprucht Auswahl mehrerer Elternionen (parent ions) pro Einzelionenquelle Ausstoßung, wenn sie auch nicht die Multiplex-Algorithmen offenbart.
• Fasst man die oben genannten Aspekte zusammen, erreichen die Stand der Technik TOF-TOF-Tandems noch nicht eine parallel ”All-Masse” Analyse, während hochauflösende Multi-reflektierende TOF-Analysatoren in beiden Stufen eingesetzt werden. Daher besteht ein Bedarf zur Verbesserung der Auflösung, Empfindlichkeit, Geschwindigkeit und Dynamik des TOF-TOF-Tandems. Es besteht auch ein Bedarf für ein eindeutiges Codierungsverfahren zur Umwandlung des proklamierten Ziels der „alle Massen” parallel Tandemanalyse in praktische Verfahren und Instrumente.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann TOF-TOF verbessert werden durch: (a) Verwenden von Multi-reflektierenden TOF (MR-TOF) für beide Stufen einer Tandem-MS-MS-Analyse, um dadurch Stamm- und Fragmentionen (parent and fragment ions) mit vergleichbaren Zeitskalen und bilden Instrumente mit dünnbesetzten Signalen (sparse signals) in Fragmentspektren; (B) Multiplexing von Stammion Probenahmen (Sampling); und (c) Kodieren von Toren (gates) für Stammion Probenahmen und/oder Verzögerungen der Fragmentionenextraktion aus einer Fragmentierungszelle durch eine nicht-redundante Matrix ohne systematische Signal Überlappungen für einen Zyklus von mehreren Quelleninjektionpulsen. Spectra-Decodierung kann für alle den Massen erreicht werden, mit einem hohen Duty Cycle und Auflösung eines MR-TOF und mit schnellen Oberflächenprofilierung oder mit schneller Profilierung der vorgeschalteten chromatographischen, massenspektrometrischen oder Ionenmobilitätstrennung.
• Gemäß einigen Ausführungsformen beruht der Prozess auf der dünnen Besetzung von hochauflösenden Tandem-Massenspektren. Es ist von typischen Fragmentspektren bekannt, dass etwa 100 Fragmentpeaks enthalten sind. So nimmt ein einzelnes Fragment Spektrum 0,1% der Massenskala bei 100.000 Auflösungsvermögen ein. Solche dünnbesetzten Signale ermöglichen nicht-redundante Abtastung (Probenahme) (und/oder Verzögerung-Codierung), die systematisch ein Signal Überschneidungen zwischen Hunderten gleichzeitig erfassen Fragmentspektren vermeidet.
• Das Verfahren kann auch auf nicht Mischsignalen zwischen mehreren Starts bauen. Obwohl Signalwellenformen mit langen Perioden, die zu Codierungszyklen korrespondieren, alternativ oder zusätzlich, summiert werden können, wird das Signal in einem so genannten ”Datenaufzeichnung” Format, bei dem Daten nicht zwischen den Starts summiert werden, aufgezeichnet, sondern rohe Nicht-Null-Signale werden weitergegeben an einen Prozessor zusammen mit der Nummer des aktuellen Start. Dies bewahrt dünnbesiedelte Spektren, bewahrt Informationen der spektralen Codierung und erlaubt eine schnelle Profilierung (profiling) einer vorausgeschalteten chromatographischen, Masse oder Mobilitätstrennung.
• Bei einigen Ausführungsformen verwendet das Verfahren eine einzige Codierung von Stammionengattern oder einzige Kodierung von Fragment-Extraktion-Verzögerungen oder eine Kombination aus beiden, um innerhalb eines begrenzten Verzögerungsbereichs zu bleiben, während höhere Duty Cycle von Stammionengattern verwendet werden. In allen Fällen werden die Signale decodiert und in Fragmentspektren gesammelt anhand von Wiederholungen eines bestimmten Fragments Peak für jedes bestimmte Stammtor mit Berücksichtung von Signalverzögerungen.
• Das Verfahren kann ferner durch eine nachfolgende Analyse der Überlappungen zwischen identifizierten Fragmentpeaks verbessert werden, wie z. B. durch eine Analyse der Intensität und der Zentroid Verteilungen innerhalb von Gruppen von wiederholten Fragment Signalen. In einigen Ausführungsformen werden die Überlappungen verworfen. In einigen Ausführungsformen werden die Überschneidungen mit dem Rest der Gruppe-Signale entfaltet (deconvolved).
• Der Multi-reflektierende TOF (MR-TOF) Analysator kann für beide Stufen der Tandem-MS-MS-Analyse verwendet werden kann, während Stamm- und Fragment-Ionen durch die gleiche MR-TOF entlang verschiedener Trajektorien oder auf derselben Flugbahn aber umgekehrte Richtung durchgelassen werden. Ein MR-TOF-Analysator kann eine planare MR-TOF oder eine zylindrische MR-TOF für die Bereitstellung von noch engeren Faltungen aufweisen und offengelegt, wie in US 7196324 und WO 2011086430 offenbart ist. Beide Analysatoren verwenden periodische Trajektorie-Linsen oder räumliche periodische Modulation von Ionenspiegelfeldern für eine bessere Ioneneinbeschränkung in der Driftrichtung. Vorzugsweise verwenden solche Analysatoren Ionen-Spiegel mit hoher (4. oder 5.), Ordnung Zeit-pro-Energie-Fokussierung wie in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung beschrieben ist. ( WO 2013063587 ). Höhere Energie Isochronität ist besonders nützlich für den Umgang mit größeren Energie Verteilungen von Fragmentionen.
• Geeignete gepulste Ionenquellen können eine axiale RF-Falle, radial Radiofrequenz (RF) Falle, oder eine RF-Ionenführung mit radialem Ionenausstoß zur Kopplung mit kontinuierlichen Ionenquellen (ESI, APCI, APPI und gasförmigem MALDI) oder eigen gepulste Quellen umfassen, wie Ionenakkumulations EI Quelle, gepulste SIMS und DE MALDI-Ionenquelle.
• Mehrere Typen von Fragmentierungszellen können durch TOF-TOF mit hoher Auflösung eingesetzt werden, einschließlich: (a) eine oberflächeninduzierte Dissoziation (SID) mit einem normal auftreffenden Stammion und mit einer gepulsten verzögerten Extraktion von Fragment-Ionen, (b) einer Durchgang-Hochenergie-CID-Zelle, und (c) eine SID-Zelle mit gleitender Kollisionen mit Jalousieoberfläche (venetian blind surface), gefolgt von einer gepulsten verzögerten Extraktion.
• Nach einigen Ausführungsformen kann das TOF-TOF eine Durchgang(pass through)-CID-Zelle mit niedriger Energie bei einem mTorr Gasdruckbereich und durch Radiofrequenz-Ioneneingang unterstützt betrieben verwenden.
• Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen hochwertige, also all-Masse, Tandem-MS-MS-Analyse für alle Stammionen bereit mit: (a) 3% bis 30% Tastverhältnis (duty cycle) der Stammion Probenahme durch Zeittor; (B) keine Verluste an Fragment-Ionen-Extraktion; (C) erheblich beschleunigt (30–300 ms) Geschwindigkeit der Tandem-Analyse; (D) eine hohe zeitliche Auflösung (10–30 ms); und (e) bei einer hohen Auflösung beider massenspektrometrische Stufen.
• Nach einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der TOF-TOF voraussichtlich repräsentative Daten innerhalb eines Zyklus, die 30 bis 300 Startimpulse umfassen, d. h. in 30–300 ms bei Berücksichtigung von 1 ms Flugzeit in MR-TOF bilden. Bei MALDI-Quelle würde eine solche Anzahl von Laserschüssen noch nicht einen einzelnen Probenpunkt ausschöpfen. Das Verfahren eignet sich nicht nur für konventionelle Chromatographie LC, UPLS und GC, sondern auch für relativ schnelle duale chromatographische Trennung, wie GCxGC, LCxCE und Ionenmobilitätsspektrometrie. Der Prozess kann mit einer moderaten Geschwindigkeit der Abtastung (scanning) der Oberfläche kombiniert werden und passt zu höherer Ordnung Tandems kombiniert mit upfront Massenseparator für MS³ Analyse oder eine IMS.
• Die vorgeschlagenen nicht-redundanten Multiplexprozesse von dünnbesetzten Signalen können für andere Tandems in der Massenspektrometrie, andere TOF-TOF, ortsauflösende Massenspektroskopien eingesetzt werden, solange entweder Spektralinformationen oder Signalfluss dünnbesetzt ist (z. B. seltene Ionen).
• Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Tandemflugzeitmassenspektrometrie-Analyse offenbart. Das Verfahren umfasst gepulstes Extrahieren einer Vielzahl von Stamm-Ionenspezies mit verschiedenen m/z-Werte aus einer Ionenquelle oder einem gepulsten Konverter und zeitliches Trennen der Stammionen mit m/z-Wert innerhalb eines Multi-reflektierenden elektrostatischen Feldes mit isochroner und räumlicher Fokussierung. Das Verfahren umfasst auch die Auswahl einer Stammionen-Spezies von einem elektrisch gepulsten Feld mit einem Zeittor verzögert relativ zu dem Quellenpuls, Fragmentieren von zugelassenen (admitted) Stammionen bei Kollisionen mit mindestens einem aus einem Gas und einer Oberfläche und Extrahieren von Fragmentionen durch ein gepulstes elektrisches Feld mit einer Verzögerung relativ zu dem Zeitgatter. Das Verfahren beinhaltet weiterhin die Trennung der Zeitfragmentionen innerhalb des mehrfachreflektierenden elektrostatischen Felds und Aufzeichnen eines Signalverlaufs der Fragment-Ionen von einem Detektor. Das Auswählen der Stammionenarten wird mehrere Male pro Einzelquellenpuls durchgeführt. Außerdem werden Quelle-Impulse mehrere Male innerhalb von einem Signalerfassungszyklus wiederholt. Zusätzlich muss mindestens eine der Gate-Zeiten und Extraktions Verzögerungen in einer nicht-redundanten Art kodiert werden, die innerhalb eines Zyklus von mehreren Quellenimpulse variiert. Weiterhin werden separate Fragmentspektren für die Vielzahl von Stammionenspezies decodiert basierend auf einer Signalkorrelation mit einem sich wiederholenden Auftreten von bestimmten Torzeiten mit Berücksichtigung von einer aufgetretenen Extraktionsverzögerung und mit post-Analyse von dem aufgetretenen Signal überlappen.
• Gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung treten beide zeitlichen Trennungen von Stamm- und Fragment-Ionen innerhalb des gleichen mehrfach reflektierenden elektrostatischen Feldes entweder entlang unterschiedlichen mittleren Bahnen oder in entgegengesetzten Richtungen auf. Das Verfahren kann ferner das Rekonstruieren chromatographischer Trennungen, Oberflächenabtastung oder Ionenmobilitätsprofile von Intensitäts-Verteilungen von Fragmentionen, die zu gleichen Stammionen korrespondieren.
• Gemäß einigen Ausführungsformen sind die Gate-Zeiten und/oder Verzögerungszeiten durch eine nicht-redundante Matrix aufgebaut aus einem Satz von gegenseitig orthogonalen Matrixblöcken kodiert. Gemäß einigen Ausführungsformen werden die Extraktionsverzögerungen von einem Satz von nicht-linearen vorwärtsschreitenden Verzögerungen mit minimalem Intervall, die die typische Peakbreite in Fragmentspektren überschreitet, ausgewählt. In einem Verfahren wird der Verzögerungssatz mit linear vorwärtsschreitenden Interwallen proportional zu n * (n + 1)/2 mit einem ganzzahligen Index n gebildet. Die Anzahl der Quell-Impulse pro Erfassungszyklus kann von 10 bis zu 1000, die Anzahl W der Stammauswahlgatter pro Einzelquellenpuls kann von 10 bis über 1000, und der durchschnittliche Abstand zwischen Stammauswahl Impulsen von 10 ns variiert über 10 μs variieren.
• Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird ein Tandem-Flugzeit-Massenspektrometers offenbart. Das Massenspektrometer kann eine gepulste Ionenquelle oder einen gepulsten Konverter umfassen, der ein Ionenpaket aus mehreren Stammarten emittiert, eine Fragmentierungszelle mit einer gepulsten Beschleunigung der Fragment-Ionen. Das Massenspektrometer kann ferner eine Multi-reflektierenden Flugzeit (MR-TOF) Analysator umfassen (angeordnet), um Stamm- und Fragment-Ionen im gleichen MR-TOF-Analysator entweder entlang verschiedener Trajektorien oder in entgegengesetzter Richtung durchzulassen. Das Massenspektrometer kann ferner einen Impulsgenerator umfassen, der konfiguriert ist, um mindestens zwei Impulsfolgen zu pulsieren, die sowohl zeitliche Auswahl der Stammionen und verzögerte gepulste Extraktion von Fragmentionen ansteuern, und einem Datensystem, das zum Erfassen nicht-gemischter Signale von Fragmentionen und nicht redundante Codierung der Zündimpulse innerhalb eines Zyklus von mehreren Quell Impulse eingerichtet ist. Die nicht -redundante Codierung ist angeordnet um zu vermeiden oder zu minimieren von sich wiederholenden Überlappungen von zwei beliebigen Ionen-Signalen von verschiedenen Stammarten in mehreren Wiederholungen von irgendwelchen einzelnen Gate-Zeiten.
• Gemäß einigen Ausführungsformen ist das Datensystem angeordnet, um entweder eine lange Signalwellenform oder eine Reihe von getrennten Signalwellenformen zusammen mit den Informationen über die aktuellen Startnummern zu erfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung einen parallelen Prozessor umfassen, der konfiguriert ist, um getrennte Fragmentspektren für alle zugelassenen Stammionen auf der Grundlage einer Korrelation zwischen Fragment Signalen und einer bestimmten Torzeit und mit einer optionalen Rekonstruktion aufgetretener Signal-Überlappungen zu decodieren. Ferner kann die gepulste Quelle eine von einer axialen oder radialen Falle mit hochfrequenter Ionenbeschränkung gepulstes Ausstoßen, einer Durchgangshochfrequenzionenführung mit gepulstem radialen Ionenausstoß, eine gepulste Akkumulierung-Elektronenstoß-Ionenquelle und eine MALDI-Ionenquelle mit einer verzögerten Extraktion.
• Zusätzlich oder alternativ kann das Spektrometer ferner einen Deflektor bzw. eine gekrümmte Sektor- Schnittstelle umfassen, die Paare des MR-TOF-Analysators mit zumindest eine der gepulsten Ionenquelle, die Fragmentierungszelle, und einen Detektor für das Datensystem koppelt. Gemäß einigen Ausführungsformen ist der MR-TOF-Analysator ein ebener oder ein zylindrischer Analysator mit mindestens einer dritten Ordnung Zeit-pro-Energie Fokussierung und wenigstens zweiter Ordnung volle Focussierung einschließlich Cross Aberrationsterme. Bei einigen Ausführungsformen umfasst der MR-TOF-Analysator mindestens eine aus einem Satz von periodischen Linsen innerhalb einer feldfreien Bereich und wenigstens eine räumlich modulierte Elektrode, die räumlich ein Ionenspiegel-Feld moduliert, um Ionen entlang einer Zickzackbahn in einer Driftrichtung zu beschränken. Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Fragmentierungszelle eine Oberflächen induzierte Dissoziation (SID) mit normal auftreffenden Stammionen und mit einer gepulsten verzögerten Extraktion von Fragment-Ionen, einer Durchgangs hohe Energie stoßinduzierte Dissoziation (CID) – Zelle und ein SID Zelle mit gleitender Kollisionen, gefolgt von einer gepulsten verzögerte Extraktion.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird eine Reihe von Operationen für ein Verfahren zum Durchführen einer Multiplex-Massenspektrumanalyse offenbart. Das Verfahren umfasst das Entnehmen einer Untergruppe von mehreren Ionenquellen, wodurch ein abgegrenztes, dünnbesetztes und repetitives Spektralsignal mit begrenzter Signalüberschneidung zwischen entnommenen Spektren von verschiedenen Ionenquellen bereitgestellt wird, und Aufnehmen eines Massenspektrums mit wenigstens einem Detektor.
• Die Schritte der Probenahme (sampling), Bildung und spektralen Erfassung werden wiederholt, während Quellenteilmengen in einer nicht-redundanten Art variiert werden, wo Kombinationen aus beliebigen zwei gleichzeitig abgetastet (sampled) Quellen einzigartig sind und eine bestimmte Quelle mehrfach abgetastet ist.
• Das Verfahren umfasst ferner Decodieren von Signalen von allen Einzelquellen durch Korrelieren von codierten Signalen mit Probenahmen-Quellen.
• Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung wird der Codierungsschritt automatisch auf der Basis der Dünnbesetzung (spareness) der erfassten Spektren eingestellt. Ferner kann das Verfahren das Konstruieren einer nicht-redundanten Matrix auf Basis eines Satzes von gegenseitig orthogonalen quadratischen Matrixblöcken umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren das Verzögern der Ionenquellen mit nicht-linear vorwärtsschreitenden Verzögerungen, die auf der Basis einer nicht-redundanten Matrix kodiert sind, umfassen. Ferner kann die Mehrzahl von Ionenquellen aus einer Untergruppe von mehreren Ionenströmen, die stromabwärts gemultiplext von einer einzigen Ionenquelle und einer Teilmenge der mehreren Ionenpaketen in den einzelnen Ionenquellen oder mehreren gepulste Ionenquellen oder gepulsten Wandler erzeugt ist. Bei geringer Komplexität der Stammspektren fällt die Wahrscheinlichkeit von Spektrumsüberlappungen und das Tastverhältnis (duty cycle) der Tandem Analyse kann durch kürzere nichtredundanten Verläufe, die partiellen Überlappungen ermöglichen, um so m/z-Fenster für Stammauswahl zu verbreiten, verbessert werden.
• Die Details von einer oder mehreren Implementierungen der Offenbarung sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich.
• BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Die Details von einer oder mehreren Implementierungen der Offenbarung sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich.
• 1-A ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften gemultiplexten Tandem mehrfach reflektierenden Flugzeit-(MR-TOF)Massenspektrometers mit einzelnen planaren MR-TOF-Analysator und ein Datencodierungssystem der MR-TOF-Massenspektrometer.
• 1-B ist eine schematische Darstellung einer zylinderförmigen Geometrie des Tandem MR-TOF-Analysator.
• 2-A-C sind schematische Darstellungen, die verschiedene Anordnungen einer Fragmentierungszelle eines Multiplex-Tandem-MR-TOF-Massenspektrometer zeige.
• 3 ist eine schematische Darstellung eines gemultiplexten Tandem MR-TOF mit einer SID Fragmentierungszelle, die zum MR-TOF-Analysator über einen gekrümmten isochronen Einlass gekoppelt ist.
• 4 ist eine schematische Darstellung eines SID Fragmentierungszelle in verschiedenen Stadien des Mutterionenselektion und verzögerter Extraktion von Fragment-Ionen in der entgegengesetzten Richtung relativ zu Stammionen.
• 5 ist eine schematische Darstellung eines SID Fragmentierungszelle in verschiedenen Stadien des Stammionenselektion und verzögerter Extraktion von Fragmentionen in einem rechten Winkel relativ zur Richtung Stammionen.
• 6 ist eine schematische Darstellung einer Durchgangs-CID Zelle in verschiedenen Stadien der Stammionenselektion und verzögerter Extraktion von Fragmentionen.
• 7 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Zeitdiagramm zur Synchronisation von Ionenquelle, der Grob- und Feinzeitauswahlgatter und einer Fragmentierungszelle.
• 8-A und B sind schematische Darstellungen, die eine Beziehung zwischen einem Signal in Laborzeit Stammion time-of-flight und vorliegende beispielhafte Signale von Stammteil und Fragment-Ionen, um das Prinzip der nicht-redundanten Multiplexing und Spektren Decodierung mit Korrelationsverfahren illustrieren.
• 9-A und B sind schematische Darstellungen, die ein Beispiel einer orthogonalen Matrix und Beispiele für nicht-redundante Matrizen zum Codieren von Zeiten der Stamm-Abtastgatter (parent sampling gates) und/oder Extraktions-Verzögerungen.
• 10-A–D sind schematische Darstellungen einer Tabelle von Parametern der nicht-redundanten Matrizen sowie um Kurven für Wahrscheinlichkeiten von falschen negativen und falschen positiven Identifikationen bei Gesamtzahl der Stammionen P = 100 und P = 1000.
• 11 ist eine schematische Darstellung einer Tabelle von geschätzten Tandem MR TOF Parameter, die mit nicht redundanten Codierungsparameter verknüpft sind.
• 12 ist eine schematische Darstellung einer generischen Methode des nicht-redundanten Multiplexing von mehreren Quellen von dünnbesetzten, repetitiven oder kontinuierlichen Signalen.
• Gleiche Bezugssymbole in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• 1-A zeigt ein beispielhaftes gemultiplextes Tandemmultireflexions (TOF MR-) Massenspektrometer 11. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das MR-TOF Massenspektrometer 11 einen Multireflexions-Flugzeit (MR-TOF) Analysator mit zwei parallel ausgerichteten Ionenspiegel 12 (hier planar zu Zwecken der Erklärung, obwohl sie zylindrisch sein können), einen Driftraum und eine periodische Linse 14 zwischen den Spiegeln 12 umfassen. Das MR-TOF Massenspektrometer 11 umfasst ferner eine gepulste Ionenquelle 15, einen Multiplex-Zeitselektor 16, eine Fragmentierungszelle 17, einen Detektor 18 und ein nicht-redundantes Multiplexingdatensystem 20. Mittlere Ionenbahnen sind als durchgezogene Linien 19P für Stammionen und als gestrichelte Linien 19F für Fragmentionen gezeigt.
• Die gepulste Ionenquelle 15 kann beispielsweise (a) eine Radiofrequenz (RF) Ionenfalle mit radialen oder axialen Ionenausstoß, entweder Einfangen von Ionen oder Passieren von einem kontinuierlichen Ionenstrom bei geringer Ionenenergie; (B) eine Elektronenstoß (EI) Quelle; oder (c) eine gepulst SIMS Quelle; oder (d) eine MALDI-Quelle mit einer verzögerten Extraktion sein. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Energieverteilung der Ionenpakete im Wesentlichen unter 10–20 eV unter Verwendung abgesenkter Extraktionsfelder in der gepulsten Ionenquelle 15 und durch Minimierung der Ionenwolken-Breite in der Richtung der Ionenextraktion minimiert sein. Im Falle einer radialen Falle korrespondiert das vorstehende zu einem ca. 50–100 V/mm Extraktionsfeld bei 0,1–0,3 mm Ionenwolke-Breite. Eine längere Umlaufzeit, geschätzt etwa 10–20 ns für 1 kDa Ionen, kann durch die Verlängerung der Ionenflugbahn in dem MR-TOF Analysator kompensiert werden. Bei einer 1 ms Flugzeit können Stammionen noch mit 25–50,000 Auflösung gelöst werden. In einigen Ausführungsformen sind die Ionengitter 12 gitterlos und bieten eine hohe Zeitordnung, d. h. der zweiten Ordnung oder höher, räumliche Fokussierung in Bezug auf Energie, räumliche und Winkelverteilungen von Ionenpaketen und mindestens dritter Ordnung Zeit pro Energiefokkussierung, gleichzeitig mit räumlicher Ionenfokussierung. In der gleichzeitig anhängigen Anmeldung ( WO 2013063587 ) werden Ionen-Spiegel mit 5. Ordnung Zeit-per-Energiesektor offenbart. Der Ionenspiegel 12 kann eine Elektrode 13 mit Anziehungspotential für die räumliche Ionenfokussierung in der Richtung Y orthogonal zu der Zeichnung umfassen. Ein Zeit Selektor 16 kann umfassen (a) ein Bradbury-Nielsen bipolares Draht-Tor; (B) einen Deflektor; oder (c) eine Reihe von Miniatur-Parallel Deflektoren. Die Fragmentierungszelle 17 kann umfassen (a) eine oberflächeninduzierte Dissoziation (SID) Zelle, in der Ionen auf eine Oberfläche treffen, vorzugsweise mit Perfluorpolymer beschichtet, (b) eine Hochenergiekollision Dissoziation (CID) Zelle, die durch eine differentielle gepumpte Stufe umgeben sein kann, oder (c) eine Jalousie SID Zelle. Bei den vorangehenden Ausführungsformen können Ionen vor der Zelle 17 DC abgebremst und nach der Zelle wieder DC beschleunigt werden. Neben der DC Beschleunigung kann eine synchronisierte gepulste Post-Beschleunigung zum Zeit schärfen also, zum Bündeln der Fragment-Pakete und für die Anpassung ihrer mittlere Energie eingesetzt werden. Der Detektor 18 kann eine Mikrokanalplatte (MCP), ein Sekundär Multiplizierer (SEM) oder ein Hybrid mit Zwischen-Szintillator sein. In einigen Ausführungsformen hat der Detektor 18 eine verlängerte Lebensdauer und einen dynamischen Bereich, um Ionenflüsse von mindestens bis zu 1 E + 8 Ionen/sec zu verarbeiten, um mit dem Strom von 10 + 10 Ionen/sec von den Ionenquellen mit der erwarteten 5–20% gesamt Duty Cycle des Tandem 11 übereinstimmen. In einigen Ausführungsformen kann der Detektor 18 einen Fotovervielfacher (PMT) mit der Lebenszeit von 100–300 Coulomb des Ausgangsstroms umfassen. Das Datensystem 20 liefert Zeit-codierte Impulsfolgen zur Ionenquelle 15 und zum Zeitselector 16, sowie verzögerte (bezogen auf den Selektor 16) Impulse an die Fragmentierungszelle 17, und erfasst ein Ionensignal von dem Detektor 18.
• Nichtredundante Impuls-Codierung wird nachstehend beschrieben. Das Datensystem 20 zeichnet nicht Null Folgen der Ionensignale begleitet mit einer Laborzeitmarke, beispielsweise der Nummern des Stromquellen-Impuls, auf.
• Im Betrieb löst ein Zyklus von Startimpulsen den gepulsten Ausstoß von mehreren Stammionenarten aus, verschieden durch Ionenmasse (Begriff ”Masse” kann als Abkürzung für Masse-zu-Ladungs-Verhältnis verwendet werden). Ein Abstand (interval) zwischen Startimpulsen bildet ein experimentelles Segment. Ionen passieren durch den Analysator 10 entlang einer gefalteten Zickzack Ionenbahn 19P, während sie vertikal durch Ionen Spiegel 12 fokussiert und horizontal durch periodische Linsen 14 fokussiert werden. MR-TOF-Analysatoren 10 sind so konfiguriert, dass Ionen mit Isochronität und hoher Ordnung und mit räumlicher Fokussierung übertragen werden. Ionenpakete unterschiedlicher Massen werden zeitlich getrennt während sie sich dem Zeit-Gatter 16 nähern. In einem Segment entnimmt das Zeittor 16 Proben (Transfer) einer Vielzahl von Stammmassen bei mehreren Torzeiten. Entnommene Ionen werden auf weniger als 10% der ursprünglichen Energie entweder durch Kollisionen mit Gas und/oder einer Oberfläche abgebremst in die Fragmentierungszelle 17 eingelassen und in Fragment-Ionen umgebildet. Fragmentionen werden durch einen verzögerten (relativ zum Tor) Puls und dann von einem Gleichstromfeld beschleunigt. Gepulste Beschleunigung dient zur Bündelung und für die Energieeinstellung. Die Stärke des gepulsten Beschleunigungsfelds wird ausgewählt, um die Fragment Energieverteilung innerhalb von 10–15% zu halten, wodurch eine Auflösung von 100.000 von eine MR-TOF mit Ionen-Spiegelfokussierung hoher Ordnung möglich ist. Fragmentionen durchlaufen den gleichen Analysator in die entgegengesetzte Drift Richtung (Sonderfall) entlang der mittleren Flugbahn 19F und zu dem Detektor 18. Probenahme mehrerer Stammarten kann Überschneidungen zwischen Zeitspannen von Fragment-Ionen bewirken und wird wahrscheinlich zu einigen Überschneidungen der Fragmentspitzen führen.
• Spectra Verwirrung kann vermieden oder reduziert werden durch die Umsetzung der nicht-redundanten Spektren Codierung, wobei in einem Zyklus von mehreren Quellenimpulse die spektralen Überlappungen nicht wiederholt werden. Durch die Verwendung von nicht-redundanten Spektren Codierung nach einem Zyklus von mehreren Starts werden alle Stammarten zugelassen, wobei wiederholte Signale aufgenommen werden, während zufällig zusammenfallen und nicht wiederholende Signale verworfen werden.
• Dadurch werden Fragmentspektren für alle Stammarten bei viel höheren Geschwindigkeiten und Empfindlichkeiten gegenüber sequentiellen (einer pro Start) Stamm Probenahme wiederhergestellt.
• Das Datensystem 20 stellt eine nicht-redundante Codierung von mehreren Zeittoren und/oder Extraktionsverzögerungen zur Verfügung, so dass jedes Paar von exakten Torzeiten (d. h. jedes Paar von Stamm Massen) und/oder Extraktionsverzögerungen innerhalb eines Startsegments einmal (bzw. sehr wenige Male) während der Dauer des gesamten Zyklus von mehreren S Segmenten vorkommen kann, während einzelne Gate (Tore) und/oder Extraktionsverzögerungen mehrfach auftreten können. Das Datensystem 20 sollte das Detektorsignal von dem Detektor 18 ohne Mischen oder Addition für die Dauer des gesamten Zyklus erhalten. Das Detektorsignal kann an einen parallelen Multi-Core-Prozessor geleitet werden. Im kontinuierlichen Betrieb wird das Detektorsignal in dem gleitenden Zeitrahmen entsprechend mehrere Segmente, d. h. mehrere Starts analysiert. Die Korrespondenz zwischen einem bestimmten Signalpeak und Stammmasse kann extrahiert werden basierend auf der Korrelation zwischen diesen, d. h. relevante wahre Peaks können jedes Mal bei einer bestimmte Stammmasse (Gate-Zeit) erscheinen, während irgendein bestimmtes Signal von anderen Stamm Massen (Gates) kann einmal oder wenige Male auftreten kann. Bei der Beendigung eines Zyklus kann Nachanalyse für alle Gatter ausgeführt werden, wodurch die Rekonstruktion von Flugzeit Fragmentspektren für alle Stammmassen die erfolgen kann. Optional kann nach der Rekonstruktion aller Fragmentspektren die erwartete Signalüberlappung berücksichtigt und für höhere und genauere Spektren Recovery (Experiment Wiedergabe im Datenanalyseprogramm) entfaltet werden.
• Bei der Signalanalysephase verwendet das Datensystem 20 das Kernprinzip der dünnbesetzten Daten. Es wird angenommen, dass hochauflösende Analysatoren 10 sehr dünnbesetzte Spektren (die eigentlich erwartet Population ist etwa 0,1%) für eine bestimmte Stammmasse liefern und es nur wenige fehlerhafte Überlappungen von Fragment Signalen zwischen mehreren zulässigen Stammarten gibt. Die Codierung und Datenanalyse-Strategie kann Einzelheiten der Analyse und das zu erwartende Maß an überlappenden Spektren berücksichtigen. Für stärkere Überlappung kann das Datensystem 20 entweder mit niedrigere Duty Cycles der Gate-Auswahl-Impulsen oder mit einem längeren Datenanalyserahmen implementieren.
• Erwarteter Effekt
• In einigen Fällen wird erwartet, dass die nicht-redundante Codierung, beispielsweise das Unscrambeln Fragment Spektren für die Stammionen löst. In Fällen von Probenmangel kann eine vorgeschaltete Oberflächenabtastung mit begrenzter Analysezeit, und/oder vorgeschalteter chromatographischer Trennung die Multiplex-Analyseempfindlichkeit und/oder Geschwindigkeit der Analyse verbessern.
• In einem Zahlenbeispiel wurden zehn kodierte Tor-Positionen pro Fenster G = 10, zehn kodierte Verzögerungen D = 10; hundert Fenster pro Start W = 100, und hundert analysierte Starts pro gleitenden Analyserahmen S = 100 ausgewählt wurden. Ein individuelles Tor (gekennzeichnet durch die Torzeit ab einem aktuellen Start) kann zehnmal wiederholt werden, während eine bestimmtes Paar von Toren und Verzögerungen innerhalb der einzigartigen (unique) Signalüberschneidung nur einmal auftritt. Im Gegensatz dazu würde die sequentielle Abtastung (scanning) (ein Tor und ein Fenster pro Start) eintausend Starts erfordern, wobei irgendein bestimmtes Tor einmal gewählt wird. Bei den nachfolgend beschriebenen Einstellungen können die vorgeschlagenen Verfahren eine hundertfache Signalverstärkung, einen zehnfach schnelleren Erfassungszyklus und hundertfach schnellere Profilierung einer vorgeschalteten chromatographische Trennung oder Abtastung der Oberfläche schaffen.
• Bezugnehmend auf 1-B, kann eine zylindrische Geometrie 11C des 11 R-TOF-Analysators anstelle einer planaren Geometrie des MR-TOF-Analysators 10 implementiert sein. In diesen Implementierungen bietet die zylindrische Geometrie 11C eine dichtere Faltung von Ionenbahnen bzgl. der Instrument Größe. Die entsprechende Erhöhung der Flugzeit und Auflösung kann, ohne Reduzierung der Empfindlichkeit, die durch nicht-redundante Codierung minimiert wird, erreicht werden. Wie in WO 2011086430 und der gleichzeitig anhängigen Anmeldung beschrieben (Client-Nr 223.322-31.391 1), ist jeder Zylinderspiegel 12C durch zwei Sätze ionkoaxialen Ringelektroden, die hierbei einen zylindrischen Spalt zwischen ihnen aufweisen, ausgebildet. Eine periodische Linse 14C ist in einem Ring gewickelt und eine zentrale Ionenbahn 19C ist auf einer Mantelfläche eines Zylinders ausgerichtet. Als Beispiel stellt ein 1 cm langer und 30 cm Durchmesser aufweisende Analysator 100 m Flugbahn bei 10 mm Abstand der Periodenlinse 14C bereit. Der zylindrische Analysator 11C kann durch Metallringe, die durch keramische Abstandshalter getrennt sind, die mit präzisen Isolierstäben ausgerichtet sind, oder mit geklebt/gelötet Metallstange ausgerichtet sind, gebaut werden. Zusätzlich oder alternativ dazu können Metallelektroden basierend auf keramischen zylindrischen Haltern ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ sind Ringnuten in Keramik oder antistatischem Kunststoff (wie Semitrons) Zylindern ausgebildet und der Abstand zwischen Nuten wird mit einem leitenden Material beschichtet, um wirkungsvolle Elektroden zu bilden.
• Ionenbahn im MR-TOF
• In einigen Ausführungsformen kann der gleiche Multi-reflektierende TOF (MR-TOF) Analysator 10 für beide Stufen der Tandem-MS-MS-Analyse verwendet werden, während Stamm- und Fragmentionen durch das gleiche MR-TOF entlang verschiedener Bahnen oder entlang derselben Bahn, aber bei umgekehrter Richtung oder entlang der gleichen Trajektorien aber in der Zeit getrennt durchlaufen.
• 2-A bis C veranschaulichen ein gemultiplextes Tandem MR-TOF 11 gemäß einigen Ausführungsformen. In 2-A kann das MR-TOF 11 eine Durchgangs CID Fragmentierungszelle 24 (in 6 beschrieben) in der Mitte des MR-TOF-Analysators 10 umfassen. In den Ausführungsformen der 2-B umfasst ein gemultiplextes Tandem MR-TOF 11 eine SID Fragmentierungszelle 26 (in 5 beschrieben), die in der Mitte eines MR-TOF-Analysators 10 angeordnet ist.
• In den Ausführungsformen der 2-C umfasst das gemultiplexte Tandem MR-TOF 31 eine SID Fragmentierungszelle 28 (detailliert in 4), die am anderen Ende eines MR-TOF-Analysators 10 angeordnet ist. Es wird angemerkt, dass das MR-TOF 11 in 2 dieselben Bezeichnungen wie das MR-TOF 11 in 1 verwendet. Varianten sind für Zell Anforderungen an verschiedene Anordnungen der Flugbahn anzupassen.
• 3 veranschaulicht ein Beispiel eines Multiplex-Tandems MR-TOF 11. In einigen Ausführungsformen des gemultiplexten Tandems MR-TOF 11 ist eine externe SID Fragmentierungszelle 37 zu dem MR-TOF-Analysator 10 über einen gekrümmten isochronen Einlass 32 der elektrostatischen Sektor Segmente gekoppelt. Zur Vereinfachung und zur Verbesserung des differentiellen Pumpens, kann die gepulste Quelle 15 zu dem MR-TOF-Analysator 10 über einen symmetrischen gekrümmten isochronen Einlass 32 gekoppelt werden. Ionen können durch einen Enddeflektor 34 gesteuert werden. Dadurch können verlängerte Ionen Trajektorien 35 und 36 entsprechend multi-reflektierende Pfade in beiden Driftrichtungen entlang der Z-Achse für Stamm- und Fragmentionen umgesetzt werden.
• Durch den Einsatz einer geraden Anzahl von Linsen in dem Linsenblock 14 verbindet die volle Ionentrajektorie die gekrümmten Einlässe 32 und 33.
• Im Betrieb bildet die Quelle Ionen mit mehreren m/z-Verhältnissen (auch als Massen genannt), die zu mehreren zu analysierenden Spezies (Arten) korrespondieren. Ion-Pakete von mehreren Massenstammionen werden aus dem Impulsquelle 15 gepulst ausgeworfen, gehen durch den gekrümmte Einlass 32, fliegen entlang der Bahn 35 (in der Driftrichtung Z und zurück), und durch den gekrümmten Einlass 33, wobei sie Masse getrennt an dem Ankunftszeit-Tor 16 ankommen. Mehrere Pakete von Stammionen werden durch mehrmaliges Öffnen des Tores 16 während jedem Quellenpuls ausgewählt. Die zugelassenen Ionenpakete werden zu einigen zehn Elektronenvolt (eV 10–50) verzögert und treffen auf die SID Zelloberfläche. In einigen Ausführungsformen kann entweder ein räumlich feiner Deflektor oder ein ”Lift” nach der Quelle die normale Kollisionsenergie nahezu proportional zur Stammionenmasse anpassen. In einigen Ausführungsformen wird die Stammmasseauswahl durch einen zusätzlichen ”ultraschnellen” Selektor 38 unterstützt. Fragmentionen werden in der SID Zelle (in 4 beschrieben) gebildet, innerhalb der Zelle 37 pulsbeschleunigt und fliegen entlang der Bahn 36 (die gleiche wie 35, aber in umgekehrter Richtung). Da Stammionen bereits den gekrümmten Einlass 32 passiert haben, wird das Ablenkfeld des Einlasses 32 ausgeschaltet und Ionen erlaubt, auf den Detektor 18 über eine Öffnung in dem Einlass 32 zu fliegen. Alternativ dazu kann ein Ringdetektor-vor der Quelle angeordnet werden. In Service und Abtimm-Modi können die Eingänge 32 und 33 auch Bypass-Öffnungen umfassen, die durch Hilfs-Deflektoren gesteuert sind.
• Die Fragmentierungzellen
• Bezugnehmend auf 4 ist eine SID Fragmentierungszelle 41 in verschiedenen Phasen der Stammionenselektion und verzögerter Extraktion von Fragment-Ionen dargestellt. Die SID-Zelle 41 kann einen optionalen statischen Eingangsdeflektor 42, ein bipolares Drahtionentor 43 verbunden mit einem Dual-Impulsgenerator 49, ein feines Tor (fine gate) 43F, eine Eintrittslinse 44, eine statische Abbrems-/Beschleunigungs-Spalte mit nahezu gleichförmigen Feld, ein Netz Elektrode 46 und eine Oberflächenhalterung 47 mit einem erneuerbaren Oberflächeneinsatz 48, das eine Elektrode bildet, umfassen. Elektroden 46 und 47 können mit einem Doppelimpulsgenerator 50 verbunden werden.
• Im Betrieb, in dem Zustand A, ist das bi-polare Draht Stammionen Tor 43 eingeschaltet, d. h. geschlossen. Eine moderate (1/5 Radiant) Auslenkung der Stammionen reduziert axiale Ionenenergie. Die anschließende Verzögerung verursacht Ionen Gleiten (ion gliding) entlang der Elektrode 47. Es werden keine Fragmentionen in der offenen Öffnung des Beschleunigers 45 ausgebildet. Im Zustand B wird das bipolare Tor 43 ausgeschaltet für ein Intervall von 1–2 μs. Optional können sehr feine Tore 43F durch ein bipolares Hilfs Draht-Tor 43, beispielsweise mit Drähten orthogonal zu den Drähten des Tores 43 gebildet werden. Bei einer erwarteten 1 ms Flugzeit für 1 kDa Stammionen, wird eine Auflösung der Stammionenselektion von R1 = 250–500 erwartet, bei Verwendung von 1–2 μs Tore, und von 25.000–50.000 bei Verwendung von feinen 10–20 ns Toren. Ein Sub-Millimeter räumliche Auflösung der bipolaren Tore bietet eine Auflösung von einer Stamm-Probenahme von bis zu 10–20 ns Tore bei Berücksichtigung von 20–40 Stammionengeschwindigkeit. Für eine ultraschnelle Abtastrate kann das Tor manuell von einem ablenkenden Zustand in den entgegengesetzten ablenkenden Zustand durch einen Satz von bipolaren Transistoren umgeschaltet werden. Die ultraschnelle Abtastung kann im Falle von ultra komplexen Gemisches mit mehreren Isobaren in einem Stamm-Spektrum erforderlich sein. Zum Zweck der Erläuterung wird eine Strategie mit einem moderaten Auflösung (250 bis 500) der Stamm Probenahme angenommen.
• Die zugelassenen Ionenpakete sind räumlich durch die Linse 44 fokussiert, werden von einem Gleichstromfeld abgebremst und treffen auf eine Oberfläche des Einsatzes 48 mit einer Ionenenergie von 10–50 eV. Die Kollisionsenergie kann annähernd proportional zur Stammmasse eingestellt werden, beispielsweise durch einen gepulsten Aufzugs (lift) nach der Ionenquelle. Man beachte, dass zum Zweck der Erzielung von aussagekräftigen analytischen Fragmentspektren, die anfängliche Energieverteilung von Stammionen bereits unter 10–15 eV unter Verwendung schwacher Extraktionsfelder in der Ionenquelle 15 der 3 reduziert wurde. Fragmentionen werden durch Niedrigenergie-Kollisionen mit der Oberfläche 48 gebildet. Um den Fragmentiongewinn auf 30–40% (bezogen auf 10% Gewinn einer reinen Metalloberfläche) zu erhöhen, kann der Einsatz 48 mit einem per-fluorierten flüssigen Polymerfilm mit Dampfdruck unter 1. E-7 beschichtet werden. In einigen Ausführungsformen wird das Potential der Elektrode 46 ein paar Volt gehalten, z. B. 1–5 V, niedriger verglichen mit den Elektroden 47 (48 verbunden mit 48), um Sekundärionen-Extraktion zu unterstützen. Die Sekundärionen fliegen innerhalb eines 5–7 mm Spalts der Elektroden 46–47 für ca. 3–10 ns, abhängig von Fragmentionenmasse. Es wird angemerkt, dass der Stammionendurchgang durch das Tor 46 einige sekundäre Ionen bildet, die zurück in den Analysator 10 beschleunigt werden können. Diese Ionen können jedoch durch den bipolaren Deflektor 43 abgelenkt werden.
• Im Zustand C wird der Generator 50 mit einer Verzögerung von 1 bis 3 μs relativ zu der Ankunft der Stammionen eingeschaltet (kann experimentell optimiert werden). Die Verzögerung besteht aus zwei Teilen: k * TOF1 + TD, wo TOF1 die gemessene Türöffnungszeit ab dem aktuellen Startimpuls ist, k ein geometrischer Koeffizient der sowohl Stammion-Passage aus dem Tor und Fragmentionenausbreitung von der Oberfläche berücksichtigt, (die Beziehung berücksichtigt, dass das schwerste Fragment dem Stamm entspricht) und TD eine variable (zwischen Zeittoren) Verzögerunge ist, um die spektrale Codierung zu verbessern. Von der Verzögerung TD wird erwartet, dass sie etwa 1 μs Spanne für Variationen hat, die im Vergleich zur Laufzeit der Fragment-Ionen (3–10 μs) relativ klein ist. Amplituden der positiven und negativen Impulse des Generators 50 sind so eingestellt, dass die mittlere Energie der Fragmente als zugelassene Energieberechnung des MR-TOF-Analysators bleibt.
• Typische Pulsamplitude ist 1 kV. Das bipolare Tor ist wieder offen für Fragment-Ionen zur Übertragung. Gleichzeitig (oder im Wesentlichen gleichzeitig) übertragene (durchgesickerte) Stammionen können kein Signal auf den Detektor 18 wegen der richtig eingestellten Länge des zweiten Zeitfensters, auch als k * TOF1 eingestellt, bilden. Fragmente von Leckstammionen können durch einen Reinigungsimpuls (durch gestrichelte Linie dargestellt) entfernt werden, eingeschaltet in dem geschlossenen Zustand des Gatters 43.
• Zum Zweck der Verbesserung der Stammionentrennung erlauben feine Tore 43F eine viel feinere –10–20 ns-Zeitskala. Als ein Beispiel kann die bipolare Drahtauslenkung von einer Polarität der Ablenkung zu der entgegengesetzten Polarität der Ablenkung geschaltet werden. Die Zeitfronten können so niedrig wie 10–30 ns bei Verwendung von beispielsweise Bipolartransistoren mit 100–200 V Amplitude und 100–200 MHz Bandbreite sein. Durch Umschalten der Auslenkung kann die räumliche Auflösung des zweipoligen Deflektors besser als der Abstand zwischen den Drähten sein, d. h. 0,5–1 mm betragen. Bei 8 kV Beschleunigungsspannung fliegen Ionen von 1000 amu bei 40 mm/μs Geschwindigkeit. Daher wandelt die räumliche Auflösung in eine 10–20 ns Zeitauflösung von bipolaren Toren. Bei einer 1 ms Flugzeit kann die Auflösung der Stammauswahl auf ca. 25.000–50.000 gebracht werden, es sei denn, die Auflösung ist durch Selbstraumladung, die bei mehr als 1000–10000 Ionen pro Paket auftritt, betroffen. Die feinen Tore 43F entnehmen mehrere feine Ausschnitte in dem Intervall von rohen Toren (crude gate) 43. Alle resultierenden Fragmente werden dann durch einen Extraktionspuls beschleunigt. Ein ähnliches Feingatter kann für andere Zelltypen verwendet werden.
• 5 zeigt eine ähnliche SID Fragmentierungszelle 51, die für ein Tandem-MS-TOF 11 konfiguriert ist. In einigen Ausführungsformen ist die SID Fragmentierungszelle für die MS-TOF in 2B konfiguriert. Die Zelle unterscheidet sich von der Zelle 41 (4) durch den gepulsten Betrieb des Deflektors 52, welcher die Synchronisation zwischen dem Stammion-Eintritt in Zustand B und der Tochterionenextraktion im Zustand C vereinfacht. Dadurch kann Tor 43 wieder eingeschaltet werden pro jedem Tor-Impuls. Unter Berücksichtigung der derzeit begrenzt Repetitionsrate von verfügbaren FTMOS Transistoren (ca. 100 kHz bei 1 kV Impuls), kann das System der 5 häufigere Stammion-Eintritte Vs als das Schema der 4 ermöglichen. Häufigkeit der Fragment-Extraktion kann auch auf ca. 100 kHz Frequenz durch eine Zeit, die für den Stamm und Fragmentionenausbreitung durch die Beschleunigungssäule erforderlich ist, begrenzt sein. Das oben beschriebene System mit feinerem zeitlich angepasstem Tor, ermöglicht jedoch eine schnellere Aufnahme der mehreren Stammfenster pro einzelnem Fragment Ausstoßpuls.
• Unter Bezugnahme auf 6 kann eine Pass-Through-CID-Zelle 61 statische Deflektoren 62 und 68, ein Zeittor 63 verbunden mit einem bipolaren Pulsgenerator 69, Eingangsverzögerung und Ausgangsbeschleunigungs-Spalten 64 und 67 mit jeweils eingebauten Linsen 64L und 67L, eine Gas gefüllte Kollisionszelle 65, die durch eine differentiell gepumpte Ummantelung umgeben ist, und eine Austrittsgitterelektrode 66 umfassen. Die Zelle 65 und das Austrittsnetz 66 sind mit einem Impulsgenerator 70 verbunden.
• 6 zeigt drei Zeitzustände (A–C) der Zelle 61. Im Zustand A bewirkt eine moderate Tor Ablenkung (5–10 Grad), dass Ionen die feine (1–2 mm) Öffnung der Gas gefüllten Zelle 65 verfehlen. Im Zustand B wählt Pulsgenerator 69 schmale (1–2 μs) Zeit-Tore von Stammionen. Zugelassene Stammionen werden unter 5–10% der anfänglichen Ionenenergie (dh 100–500 eV) verzögert, fliegen durch die Zelle und fragmentieren in Kollisionen mit den verdünnten Gasen. Der Gasdruck in der Zelle ist auf etwa im 1 E-4 m Bar Bereich, um einzelnen Ionenkollision zu induzieren, eingestellt. Medium-Energie-Zusammenstöße mit Gas bewirken Ionenfragmentierung. Fragmente können weiterhin mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit fliegen. Bei einer vorbestimmten Verzögerung k * TOF1 + TD (je nach Stammmasse), wird der Impulsgenerator 70 für gepulste Beschleunigung geschaltet, während die k * TOF1 Verzögerung und Impulsamplituden ausgewählt sind, um Fragmentenergien innerhalb von 10–15% der Energieakzeptanz des MR-TOF-Analysators einzustellen. Eine gering variable Verzögerung TD (innerhalb von 100 bis 300 ns) kann wahlweise für die Signalkodierung verwendet werden. Ionen werden DC beschleunigt in Spalte 67 und räumlich von der Linse 67L ausgerichtet. Der Deflektor 68 lenkt Fragmentpakete in den Analysator 10 von 2C entlang der gefalteten Bahn 23.
• Synchronisation
• 7 zeigt ein beispielhaftes Zeit-Diagramm 71, welches die Synchronisation zwischen einer Ionenquelle 71A, einen Zeitauswahltor 71B und einer Fragmentierungszelle 71C zeigt. Der Datenerfassungszyklus umfasst S Segmente, wobei eine typische Segmentzeit vergleichbar mit der Flugzeit der schwersten Stammionen, ist ca. 1 ms, ist. Die typische Anzahl der Segmente, S, kann von 30 bis 300 gewählt werden. Innerhalb eines Zyklus gibt es mehrere W Makro Fenster, die jeweils einen Auswahl-Tor-Impuls umfassen, wobei W von 30 bis 1000 gewählt ist. Innerhalb eines Makrofenster gibt es G Tor-Zeit-Positionen mit einer Schrittweite ΔT (ΔT = 1 μs bei W = 100 und G = 10). Die aktuellen Zahlen des Segments S, der Makro-Fenster W und der Torposition G sind in der 7 bezeichnet mit Kleinbuchstaben. So kann die Zykluszeit (von Beginn des Erfassungszyklus gemessen) entsprechend berechnet werden: Zykluszeit = (n * w * G + w * G + g) * ΔT: Die Flugzeit von Stammionen (aus dem aktuellen Startimpuls gemessen) kann wie folgt berechnet werden: TOF1 = (w * G + g) * ΔT. Die Verzögerung zwischen dem Zeitgatter und Zellextraktionspulse umfasst zwei Komponenten, k * TOF1 + D (s, w, p), wobei k ein konstanter Koeffizient ist, der sowohl die Ionendurchgangszeit von dem Gate zu der Zelle berücksichtigt, und D (s, w, p) eine optionale Verzögerungszeit, die in mehreren Schritten für die Zwecke der Verbesserung der Codierungsstrategie ausgebildet ist. Der zur Verfügung stehende Zeitraum von D Variationen ist 1 μs für SID-Zellen und 100 bis 300 ns für CID-Zellen. Die Diagramme 72 und 73 sind Vergrößerungen von Diagramm 71. Abbildung 73 stellt relative Eintrittsintervalle von Grob- und Fein Toren 43 und 43F dar sowie tatsächliche Pulsformen auf beiden Toren. Beachte, dass feine Tore mehrere codierte Kerben im rohen Torintervall bilden, während alle Fragmente immer noch durch einen einzigen Impuls SID extrahiert werden.
• Bezugnehmend auf 8-A, ein Diagramm 81 stellt graphisch ein Ionensignal in Koordinaten der Zyklus-Zeit in Bezug auf TOF1 (Stammion Flugzeit) dar. Die gestrichelte Linie entspricht der Stammionen, während die gefüllten Bereiche Regionen entsprechen, die möglicherweise von Fragment-Ionen besetzt sind. Die Bereichsgrenzen werden als TOF < 1 TOF1 + TOF2 < 2 * TOF1 gezogen und berücksichtigen nahezu gleiche Flugrouten für Stamm und Fragment-Ionen sowie mögliche Emission von nicht-fragmentiertem Stammteilen aus der Fragmentierungszelle. Ein momentan erfasstes Signal entspricht einer Sammlung von Peaks bei einer aktuellen Zykluszeit und kann Signale von mehreren Stammarten mit unterschiedlichen TOF1 enthalten. Die Abbildung 81 zeigt, dass eine moderate Signalüberholung (Fragmentionen gelangen in die nächstfolgende Startintervall) akzeptabel ist, um Akquisition zu beschleunigen. Der Zeitraum zwischen Startimpuls kann entweder gleich der maximalen Gesamtflugzeit max. (TOF1 + TOF2), der maximalen ersten Flugzeit max. (TOF1) oder einen Bruchteil von max. (TOF1) ausgelegt werden. Das Signal, das von jeder beliebigen Quelle (Start) Puls stammt, kann in einem nächsten Segment ankommen. Das Überholen hat keinen Einfluss auf die Signaldekodierungseffizienz, wenn die Spektren ausreichend dünn besetzt sind. Somit kann die Startimpulsfrequenz zwischen vorgeformten Sätzen in einer datenabhängigen Art und Weise basierend auf der Spärlichkeit der aufgenommenen Spektren eingestellt werden.
• Multiplexing mit nicht-redundanter Probenahme (sampling)
• Bezugnehmend auf 8-B, veranschaulicht ein Diagramm 83 beispielhaft Signale von Stamm und Fragment-Ionen (als kleine Quadrate dargestellt). Bei Fokussierung auf spektrale Wiederherstellung wird eine Stamm-specie mit Fragment-Signalen durch die schwarzen Quadrate dargestellt. Zur Erläuterung wird die gleiche Stamm-specie für zwei aufeinander folgende Starts ausgewählt. Helle Quadrate repräsentieren Fragment-Signale von anderen Stammarten mit Torprobenahmen-Zeiten, die unterschiedlich zwischen den Starts sind. Das Vorstehende ist repräsentativ für ein nicht-redundantes Probenehmen. Ovale zeigen beispielhafte Signalüberlagerungen in der Zykluszeit. Aufgrund der nicht-redundanten Probenahme sind die fehlerhaften Überschneidungen unterschiedlich zwischen korrelierten Starts (mit selben Tor von Interesse), während die wahren Signale wiederholende sind.
• Das Signalsegment 84 verwendet Farbcodierung, um Fragmente von Interesse zu zeigen, wobei schwarze Balken Fragmentpeaks für ein Tor von Interesse darstellen. In Experimenten können die Überschneidungen bei Teilpeaküberlappung unterschieden oder bei fast exakter Überdeckung nicht unterschieden werden. Wegen selten auftretenden Überschneidungen und wegen der Korrelationsanalyse können die systematisch wiederholenden Peaks von den fehlerhaften Überlappungen getrennt werden. Systematisch wiederholende Signale erscheinen innerhalb der Segmente, die zu einer immer wieder ausgewählten Stammtor-Zeit korrespondieren.
• Sobald Fragment Peaks für alle Stammtore zugeordnet sind, kann die spektrale Rückgewinnung durch Nach-Analyse der erwarteten Überschneidungen (Experiment Replay-In-silico) verbessert werden. Die überlappenden Signale können entweder verworfen oder mit anderen Fragmentpeaks desselben Stamms durch Korrelation mit chromatographischen Profilen entfaltet werden. Wenn Überschneidungen verworfen werden, kann die Signalstärke auf Basis der relativen Anzahl verworfener Überlappung eingestellt werden.
• Feine nicht redundante Probenahme
• Auflösung der Stammauswahl kann durch Verwendung eines feinen Tores in Kombination mit einem rohen Tor erhöht werden. Als ein Beispiel, das rohe Tor wählt 2 μs Intervalle, während der feinen Tordeflektor 5–7 feine Zeittore mit einem 10–20 ns-Intervall und 30–50% duty cycle wählt, der zwischen den Starts in eine dritte Codierungs Dimension abwechselnd fällt. Im Vergleich zu einem Schicht-Tor, fällt der Gesamt-Duty-Cycle des Tandems (ca. 2–5%), aber die Auflösung einer Stammauswahl steigt von 500 zu 50.000. Die zweite Schicht aus feinen Toren (gating) für Tandem MR-TOF analysiert sehr komplexe Mischungen, wobei Stammionen dicht als Isobare gepackt sind, das Signal nicht mehr dünnbesetzt ist, und einige rarefied Auswahl von Stammionen zur Decodierung ohnehin erforderlich sind.
• Multiplexing mit Verzögerung-Codierung
• Systematische Signal Überschneidungen können durch die Implementierung einer alleinigen nicht redundanten Variante der Extraktionen-Pulsverzögerungen vermieden werden. Der Satz von Verzögerungen kann durch einen nicht-linearen Fortschritt definiert werden, wodurch eine Verringerung oder Vermeidung von wiederholenden Zwischen-Signalintervallen erreicht wird. Beispielsweise kann der Satz von Verzögerungen TD (n) = TD₀ * n * (n + 1)/2 definiert werden, wobei TD die typische Peakbreite in TOF2 überschreitet. Mit anderen Worten wird der Verzögerungssatz mit linearem Fortschritt proportional zu n * (n + 1)/2 mit einem ganzzahligen Index n gebildet. Wenn beispielsweise TD₀ = 10 ns eingestellt ist (erwarteter Peak mit FWHM < 5 ns bei TOF2 = 1 ms und R2 = 100.000), ist 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). Wie zu erkennen ist, resultiert das Vorstehende in einzigartigen Verzögerungen und einzigartigen Zeitdifferenzen zwischen Verzögerungen. Während der Verzögerungs-Codierung kann die Tor Synchronisierung vereinfacht werden. Als ein Beispiel kann ein Kamm von äquidistanten Toren auf einen konstanten Wert eingestellt werden, während der Quelle-Impuls zwischen den Starts für C Zeiten entsprechend der Anzahl der Kamm Verschiebungen verzögert ist. Die Analyse mit nicht-redundantem Multiplexing wird dann für jede Kammposition wiederholt. Die All-Massenanalyse kann C wiederholende analysierte Blöcke berichtigen.
• Gemäß einigen Ausführungsformen können die Verzögerungen eingestellt werden, damit sie mit der Zahl der Fenster progressiv steigen. Bei Berücksichtigung der Begrenzung der Verzögerungszeit (< 1 μs für eine SID Zelle, < 0,3 μs für eine CID-Zelle), wäre die Anzahl der Fenster eingeschränkt, beispielsweise weniger als 8 für CID Zelle und weniger als 15 für SID Zelle. Eine solche Verringerung der Fenster kann den Multiplexing-Gewinn, die Empfindlichkeit und die Auflösung der Stammauswahl einschränken. In einigen Ausführungsformen kann die Verzögerungssequenz einzigartig für jedes Segment (d. h. Intervall zwischen benachbarten Starts) sein, so dass eine eindeutige Folge von Verzögerungen für jedes Tor innerhalb des Erfassungszyklus mit mehreren Segmenten erscheint.
• Um Redundanz zu vermeiden, kann die Verzögerungstabelle unter Verwendung der transponierten Version der Codiermatrix aus einem Satz von gegenseitig orthogonalen Matrix Blöcken gebildet werden.
• Doppelkodierung
• Gemäß einigen Ausführungsformen können zwei Arten von nicht-redundanten Kodierungen kombiniert werden, das heißt, Verwenden sowohl der nicht redundanten Probenahme (NRS) durch Stammauswahltore und codiertes häufiges Pulsieren (EFP), die mit Codierung von Zeitverzögerungen der Fragmentextraktion gebildet werden. In diesen Ausführungsformen kann eine reduzierte Anzahl von Torpositionen pro Fenster und ein kurzer Verzögerungssatz verwendet werden. Einzelheiten zum Doppelkodierungsverfahren sind unten für besondere Beispiele beschrieben.
• Codierungs-Matrizen
• Die Leistungsfähigkeit und das Potenzial der nicht-redundanten Multiplexschemata hängen von dem Vorhandensein und Eigenschaften von nicht-redundanten Kodierungsmatrizen ab. Solche Matrizen (bezeichnet als M) sollte die nicht-Redundanz Bedingung erfüllen: (M_i,j, M_a,j) ≠ (M_i,b, M_a,b) for ∀i ∈ 0..(W – 1), a ∈ 0..(W – 1), i ≠ a; j ∈ 0..(S – 1), b ∈ 0..(S – 1), j ≠ b (1) wo W die Anzahl der Stammionenfenster ist, S die Anzahl von Segmenten (starts) im Erfassungszyklus, i, a die Indizes der Fenster, und j, b sind Indizes von Segmenten. Gemäß einigen Ausführungsformen erfüllen nichtredundante Codiermatrizen ferner die Bedingung, dass sie aus einem Satz von gegenseitig orthogonalen Latin Quadraten (latin squares) im Einklang mit den Grundsätzen der Latin Hypercube-Sampling aufgebaut werden. Ein Latin Quadrat ist ein n-Array mit n verschiedenen Symbolen, das jeweils genau einmal in jeder Reihe und genau einmal in jeder Spalte auftritt. Es wird angemerkt, dass sich die Matrix für die Codierung eignet selbst wenn die Bedingung (1) nur selten ausfällt, d. h. es ist geringe Redundanz. In diesem Fall ist die Decodierung auf der Tatsache basiert, dass die Anzahl der übereinstimmenden Signale für die Torposition decodiert wenigstens zweimal die Anzahl von Koinzidenzen mit Signalen anderer Torpositionen ist.
• 9-A zeigt Matrix Annotationen und Prinzipien der NRS Matrixkonstruktion. Es wird darauf hingewiesen, dass der Erfassungszyklus mehrere Segmente gemessen ab dem Start der Ionenquelle enthält. Das Segment wird auf mehrere Fensterintervalle unterteilt, und jedes Fensterintervall wird auf Mehrfach-Tor Intervalle unterteilt. Großbuchstaben S, W und G stehen für Anzahl der Segmente pro Zyklus, Fenster je Segment und Tore pro Fenster, während die kleinen Buchstaben s, w und g den aktuellen Indizes der Segmente, Fenster und Tore entsprechen. In einem Beispiel ist das aktuelle Fenster #w, das nächste Fenster #w + 1, und jedes Fenster hat 10 Torpositionen, d. h. G = 10. In der Beispielmatrix 91, stellen die Zahlen in den Matrixzellen den Zustand der Tore dar, beispielsweise 1 zeigt ein geöffnetes Tor und 0 zeigt ein stilles (silent) Tor. Die nicht-Redundanz wird durch die beispielhafte Matrix 91 gezeigt, wobei die gleiche Kombination von Toren in demselben Paar von Fenstern in zwei beliebigen Segmenten T des gesamten Erfassungszyklus = i und s = j verboten ist. Der beispielhafte Matrixabschnitt 92 zeigt ein reduziertes Verfahren einer Zellen-Annotation, bei der die Anzahl innerhalb der Zelle die aktuelle Anzahl von dem offenen Tor annotiert. Matrix 93 stellt ein Beispiel der Latin Quadrate für W = 5 und G = 5 dar. Eine beispielhafte Latin quadratische Matrix 95 hat eine Reihe von (W – 1) zueinander orthogonalen Latin Quadrate, in denen W = 5 ist. Im Fall des Multiplexens von Kodierverzögerung kann eine transponierte Matrix 96 äquivalent von Matrix 95 verwendet werden. Es sollte beachtet werden, dass die beiden Fenster und Verzögerungen mit ähnlichen Arten von nicht-redundanten Matrizen codiert werden können.
• Der folgende Pseudocode in Tabelle 1 stellt ein Beispiel-Algorithmus zum Erzeugen eines Satzes von (W – 1) zueinander orthogonalen Latin Quadrate für den Bau von nicht-redundanter Codiermatrix. Tabelle 1:

  
• Gemäß dem in Tabelle 1 dargestellten Algorithmus werden die Spalten in jedem Block durch die Anwendung einer linear-fortgeschrittenen Verschiebung erzeugt. Der Verschiebungswert ist gleich der Anzahl der Blöcke, um 1 erhöht. Die wichtigsten Eigenschaften von einer nicht-redundanten Matrix sind: (a) jede Zahl ist eindeutig innerhalb einer Zeile, (b), jede Zahl ist einmalig innerhalb einer Spalte in jedem Block, (c) gleiche Häufigkeit des Zahlenauftritts, und (d) nicht-redundante Struktur erfüllt die Anforderungen der Bedingung (1).
• Um die Dimension einer Matrix M zu erhöhen, beispielsweise Matrix 93, wird die Anzahl der Zellen proportional erhöht, beispielsweise Erhöhung der Anzahl von Verzögerungen oder Tor-Positionen pro Fenster. Erhöhen der Anzahl der Tor-Positionen kann den Duty Cycle reduzieren. Weiterhin wird die Anzahl der Verzögerungen durch Prozesse in Fragmentierung-Zellen begrenzt. Um die Beschränkung zu überwinden, setzt die MS-TOF eine Kombination von zwei Multiplexverfahren, das heißt, die Probenahme und Verzögerungs-Codierung.
• Im Falle von kombinierter Codierung kann jedes Element der Codermatrix M als ein Paar von Nummern, die variable Tor-Positionen und Verzögerungen bezeichnen, geschrieben werden. Es kann eine Matrix aus einer nicht-redundanten Matrix M mittels der folgenden Transformation aufgebaut werden: Jedes Element der Matrix kann als Zahl in einem Zahlensystem von Basis D angesehen werden, wobei D die Anzahl der verfügbaren Verzögerungen ist. Unter Bezugnahme auf die in Matrix 98 der 9B steht eine erste Ziffer für die Anzahl von Torfensterpositionen und die zweite Zahl gibt die Anzahl der Verzögerungen wieder.
• Bezugnehmend auf 9B wird eine Matrixtransformation für kombinierte Kodierung in Matrizen 97 und 98 dargestellt. Anfangsmatrix M, d. h. Matrix 97, wird aus einem Satz von gegenseitig orthogonalen Latin Quadraten aufgebaut und ist geeignet für orthogonales Samplen innerhalb von 7 Torpositionen (insgesamt 49 Tor-Positionen) für 42 Aufnahmen (shots), wobei jedes einzelne Tor (Kombination aus Fenster innerhalb 7 Fenstern Anzahl und Tor-Nummer) 6 mal wiederholt wird.
• Die kombinierte Kodierung ermöglicht die Reduzierung der Anzahl der Tor-Positionen von sieben auf vier durch Einführung von zwei Verzögerungen oder von sieben auf drei durch die Einführung von drei unterschiedliche Verzögerungen. Der letztere Fall ist in der Matrix 98 dargestellt. Die Matrix wird durch Darstellung der einzelnen Elemente in Zahlensystem der Basis 3 umgewandelt.
• Eine ähnliche Transformation einer Matrix M kann für den Fall der Kodierung durch Kombination von mehr als zwei Arten von Multiplexen, beispielsweise durch Zugabe von ultraschnellen Toren verwendet werden. In diesem Fall können die Zahlen in den Zellen drei oder mehr Ziffern umfassen.
• Durch die Kombination von zwei oder mehr Arten von Multiplexing wird die Dimension der nicht-redundanten Matrix ohne Experimentparameter erhöht. In einem Beispiel ist G auf zehn Tor-Positionen pro Fenster G = 10 gesetzt und ein Satz von elf Verzögerungen D = 11. Dies ermöglicht die Verwendung einer Matrix mit 100 Latin Quadraten und eine Größe 101×101. Die Zahl 101 ist als die nächste Primzahl weniger als GXD, dh 110 ausgewählt. Die Matrix kann auf 100×100 abgeschnitten werden, um die Anzahl der Fenster gleich 100 zu bringen. Die Gesamtzahl der einzelnen Tore 1010 und die Anzahl von verfügbaren nicht-redundanten Tests (Starts), beträgt 10100. Da die Anzahl der verfügbaren nichtredundanten Starts groß ist, können die Starts gefiltert werden, um einige experimentelle Anforderungen, wie sanfte Übergänge (smooth variation) der Pulsabstände zu erfüllen. Der Duty Cycle des Experiments beträgt 10% und die Zeitauflösung von Stammauswahl 1010. Die Anzahl der Starts zum Dekodieren der Fragmentspektren aller Tor-Positionen ist 101 und die Versuchszeit ist 102,01 ms, während die mittlere Zeit zwischen einzelnen Gate Wiederholungen 10 μs ist. Es wird darauf hingewiesen, dass das Vorstehende nur als Beispiel vorgesehen ist.
• Falsch positive und falsche Ergebnisse
• Die beschriebenen Codierungsalgorithmen basieren stark auf einer Dünnbesetzung der MS-MS-Daten. Typische Peptidfragmentspektren sind dafür bekannt, relativ wenige zu enthalten, beispielsweise drei oder vier bis zu Zehnhauptpeaks und von zehn bis zu mehr als hundert kleineren Peaks. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Anzahl der Fragmentpeaks für Stammion 100 überschreiten. Bei einer Auflösung von 100.000 bei der zweiten MS Stufe wird die spektrale Population (Anteil der belegten Flugzeit-Skala) im Bereich von 0,1% erwartet. Die Anzahl von Toren pro Start ist etwa 100 und wird hauptsächlich durch einen Frequenzbereich von gegenwärtig verfügbaren FTMOS Transistoren beschränkt. So wird die Population von dem aufgezeichneten Signal im 10% Bereich erwartet. Eine anschließende In-Silica Wiederholung des Experiments mit akzeptieren wahren Peaks kann den Hauptteil der aufgetretenen Überlappungen zuweisen, wodurch spektrale Verzerrungen aufgrund Codierung entfernt werden. Zur Optimierung der Kodierungsstrategie sollten genauere Schätzungen für positive und falsch-positive Identifikationen vorgenommen werden.
• Die Wahrscheinlichkeitsfunktion für ein Peak in einem-nicht-überlappenden Segment Spektrum, zu sein, ist: p_NO = (1 – f_P·ρ)^W-1 wobei f die Häufigkeit des Auftretens von Stammionen in einem Tor ist, definiert ist als f_P = P / W·G wobei P die Population von Fragmentspektrum pro Einzeltor ist, W die Anzahl der Fenster pro Segment ist, G die Anzahl von Tor-Positionen für jedes Fenster, und P die Gesamtzahl der Stammionen im Spektrum.
• Die Population des Segments kann wie folgt bestimmt werden: ρ_S = 1 – (1 – f_P·ρ)^W
• Dekodierung eines Fragmentspektrum für bestimmte Tore g wird in der folgenden Weise durchgeführt:
• 1. Während des Erfassungszyklus wird ein Satz von Segmenten, die Fragmentspektren von Toren G ausgewählt.
• Bei der Verwendung von Codierungsmatrix von W×W(W – 1)Größe, aus der Gesamt W(W – 1) Segmenten gibt es N-Segment-Spektren von insgesamt W(W – 1) Segmenten, die irgendein bestimmtes Tor erfassen, wobei N < W (Eigenschaft von Matrix).
• Ein Beispiel für einen Satz von Segmenten für GATW 1 von Fenster 2 wird bei 94 der 9-A gezeigt.
• 2. Eine Verzögerungskorrektur wird angewendet, um die Spektren entsprechend der Verzögerung am Tor G in jedem der Segmente auszurichten.
• 3. Die Spektren werden nach übereinstimmenden Peaks durchsucht.
• Solche Peaks werden in dem Fragmentspektrum von Tor g summiert.
• Ein Peak wird als übereinstimmend bewertet, wenn er in mindestens K Spektren von N gefunden wird. Der Wert von K kann so gewählt werden, dass der größer als eine erwartete Anzahl von zufälligen Koinzidenzen mit Signalen von anderen Toren ist.
• Es wird angemerkt, dass der summierte Peak möglicherweise Signale eines fremden überlappenden Peaks enthalten kann.
• Der Sinn dieser Schätzung ist die Suche nach einer Codierstrategie, wobei die Wahrscheinlichkeit einer solchen Überlappung klein bleibt.
• Die Wahrscheinlichkeit für eine positive Identifizierung, d. h. mit mindestens K Peaks frei von Überschneidungen, kann wie folgt bestimmt werden:

  
• Die Wahrscheinlichkeit, dass falsch-positive Identifizierung von K und mehr zufälligen Peaks zusammengesetzt aus verschiedenen Toren ist:

  
• Codierungs-Beispiel 1:
• Bezugnahme auf 10-A, zeigt Tabelle 101 beispielhafte Kodierungsparameter während der Verwendung der nicht-redundanten Probenahme (unverzüglich Kodierung) mit 25 Torpositionen. Das Vorstehende erlaubt die Verwendung von 25 Fenstern: W = 25, G = 25, D = 1. Der Duty Cycle ist DC = 4% und die Massenauflösung der Stammauswahl ist 312, das heißt, RS = W * G/2. Die Codierungsmatrix hat 25 Spalten und 100 Zeilen, das heißt, die Anzahl der Starts ist S = 100 und jedes Tor wird alle 25 Schüsse wiederholt. Diagramme 102 und 103 stellen die Wahrscheinlichkeit einer falschen negativen Identifikation (durchgezogene Linie) und von falschen positiven Identifizierung (gestrichelte Linie) dar, beide als eine Funktion der Anzahl von passenden K Peaks für eine Gesamtzahl von Stammionen P = 100 in dem Diagramm 102 und P = 1000 in Diagramm 103. Zur Simulation dieser Diagramme wird die durchschnittliche Population von Fragment-Ionen je ein Stammteil bei p = 0.001 angenommen. Durch Einstellen der akzeptablen Wahrscheinlichkeitsschwelle gleich 1% ist der Bereich der akzeptablen K von drei bis sieben bei P = 100 und von 3 bis 6 bei P = 1000.
• Codierungs-Beispiel 2:
• Bezugnehmend auf 10-B, zeigt Tabelle 104 beispielhafte Codierungsparameter während der Verwendung nicht-redundanter Verzögerung Codierung (ohne Tor Kodierung) mit einem Satz von 15 Verzögerungen. Das Vorstehende ermöglicht das Bilden von bis zu 210 nicht-redundante Fenstern.
• Da Zellbetrieb und maximale Frequenz der Extraktionspulse (von FTMOS Transistoren begrenzt) die Auswahl von mindestens 5 Tore in 10 μs Fenster erfordern, sind Torverschiebungen eingeführt. Als ein Beispiel kann eine variable Verzögerung von der Quelle einen Kamm von 2 μs langen Tor-Impulsen mit 10 μs Periode verwenden. Die Anzahl der gebildeten effektiven Kammverschiebungen wird mit C = 5 bezeichnet. Insgesamt W = 210, G = 1, D = 15 und C = 5. Der Duty Cycle ist DC = 20% und die Massenauflösung einer Stammauswahl ist 525, dh, RS = W * C/2. Die Codierungsmatrix hat 210 Spalten und 15 Zeilen, das heißt die Anzahl der Starts ist S = 15. Der Erfassungszyklus, muss aber C = 5-mal wiederholt werden, das heißt, die Gesamterfassung dauert 75 Starts.
• Irgendein bestimmtes Tor wird 5 Mal innerhalb eines Blocks mit der gleichen Schicht wiederholt.
• Diagramme 105 und 106 stellen die Wahrscheinlichkeit eines falschen negativen (durchgezogene Linie) und der falsch positiven (gestrichelte Linie) Identifikationen als eine Funktion der Anzahl von passenden K Peaks bei Gesamtzahl der Stammionen P = 100 in dem Diagramm 105 und P = 1000 in Diagramm 106 in der Durchschnittspopulation von Fragment-Ionen je ein Stammteil als p = 0,001 dar.
• Durch Einstellen einer akzeptablen Wahrscheinlichkeitsschwelle gleich 1% ist der Bereich der akzeptablen K Ionen 3-13 bei P = 100 und 7 bis 8 bei P = 1000.
• Codierungs-Beispiel 3:
• Bezugnehmend auf die 10-C und 10-D, zeigen die Tabellen 107 und 110 Codierungsparameter während der Verwendung einer Kombination von nicht-redundanter Verzögerung und Tor-Codierung mit zwei Einstellungen: in der ersten Einstellung, die in der Tabelle 107 gezeigt ist, G = 17; D = 6 (C = 1). In der zweiten Einstellung, die in Tabelle 10 gezeigt ist, G = 6 und D = 17. In beiden Fällen ist C = 1 und die Zahl der nicht-redundanten Fenster W ≤ 102. W wird auf 100 gesetzt, um 100×200 Matrizen zu bilden, dh die Anzahl der Starts pro Zyklus ist S = 100. Der zweite Fall verbessert den Duty Cycle (von 6% auf 17%) und beschleunigt die Profilierung (Tor tritt alle 6 Starts Vs 17 Starts auf). Die Auflösung der Stammauswahl wurde jedoch im zweiten Szenario von 850 auf 300 reduziert. Diagramme 109 und 112 präsentieren die Wahrscheinlichkeit von falsch-negativen (durchgezogene Linie) und der falsch positiven (gestrichelte Linie) Kennungen für zwei Fälle (Diagramm 109 für G = 17 und D = 6 und Diagramm 1 12 für G = 6 und D = 17) als Funktion der Anzahl von passenden Peaks bei Gesamtzahl der Stammionen P = 1000. Im ersten Fall, wenn P = 1000, ist die durchschnittliche Population von Fragment-Ionen je ein Stammteil p = 0,001. Durch Einstellen von einer akzeptablen Wahrscheinlichkeitsschwelle gleich 1%, des Bereichs des akzeptablen K, ist breit genug, bei beiden P = 100 und P = 1000. Da eine zuverlässige Identifizierung für große Anzahl von Stammteilen P bis zu 1000, für den Fall kleinerer P eine schnellere Analyse und einer schwächeren Codierungsverfahren akzeptiert werden können, die eine schwächere Resonanz oder eine begrenzte Anzahl von wiederholten Überlappungen haben.
• Vergleichen der Kodierungsbeispiele
• Sämtliche Kodierungsmethoden sind möglich für TOF-TOF-Analyse von sehr komplexen Mischungen, wobei eine Ionenquelle gleichzeitig bis zu 1000 Stammarten emittiert. Die Codierung allein reduziert entweder die Tor-Sampling-Auflösung der Stammauswahl oder den Duty Cycle der Analyse. Die Codierung allein durch Extraktionsverzögerungen benötigt mindestens 10–15 Tor-Positionen, die die Nutzung einer CID-Zelle verhindern, da die Extraktion asynchron für weniger als 300 ns sein kann. Die kombinierte Codierung ist die flexibelste und ermöglicht das Erreichen der besten Kombination von TOF-TOF-Parameter.
• Parameter der TOF-TOF
• Parameter und Einstellungen der Tandem TOF können abhängig von der Probenkomplexität angepasst werden. Bei geringer Komplexität der Proben (einzelnes Protein Digest, synthetische Mischung, etc.) ist es unwahrscheinlich, dass parallel MS-MS erforderlich ist. Ein Hochdurchsatz-Tandem kann insbesondere für Analysen mit mittlerer bis hoher Komplexität der Proben, wie Metabolomics, Petroleomik und Proteomics Proben eingesetzt werden, wobei die Zahl der identifizierten Komponenten variiert von Zehntausenden, bis letztendlich Millionen. Es wird erwartet, dass der Tandem-Massenspektrometrie eine chromatographische Trennung (LC, GC und GCxGC) mit Trennkapazität von 100 bis 10000 vorausgeht. Somit sollte die Codierungsstrategie entweder 10–100 ms, oder das Erholen von Zeitprofilen innerhalb decodierten Signalzeiten erlauben, die ebenfalls Grenzen an codierten Signalfolgen aufgrund der Geschwindigkeit und Speicher bei der Signalanalyse aufwerfen. Wie gezeigt werden wird, liefern längere Erfassungszyklen und kombiniert NRS und EFP-Codierungen bessere Ergebnisse. Es wird auch klar sein, dass in allen Fällen höhere Duty Cycle bei niedrigeren Auflösungen von Stammauswahl erreicht werden. Die Kompromisse sollten basierend auf den Analyse-Typ ausgewählt werden.
• 11 zeigt eine Tabelle 1100 von beispielhaften Einstellungen und Parametern eines Tandem-MR-TOF. Die Einstellungen des Tandem MR-TOF können zwischen Empfindlichkeit und Geschwindigkeit (bei moderater Probenkomplexität gewünscht) gegenüber Stammauswahl-Auflösung (bei hoher Probenkomplexität gewünscht) gewählt werden. Bei der Schätzung der Parameter können die folgenden Beziehungen verwendet werden: Multiplex-Gewinn = W/C, das heißt, die Anzahl der Fenster geteilt durch die Anzahl von Kammverschiebungen (nur in Verzögerungscodierung verwendet); der Duty Cycle DC = DC (F)/G/C, wobei G die Anzahl der Tor-Positionen und DC (F) der Duty Cycle des feinen Tor-Sampling ist, Auswahl-Massenauflösung RS = W * G * F * C/2, wobei F die Anzahl der feinen Tor Positionen ist, Profil-Zeitauflösung ≥ TOF1 * G/C, das heißt Periode der einzelnen Torvorkommens (gate occurence); und die Zykluszeit = S * TOF1 und hängt von der Codiermatrix-Höhe (Anzahl der Zeilen) ab, die wiederum abhängig von Codierungstyp ist. Es ist erwähnenswert, dass die meisten der Stammionen voraussichtlich in Fragmentspektren erscheinen werden, so dass ihre Auflösung zu R2 in der Größenordnung von 100.000 bis 400.000 entsprechen wird. Bei hoher Probenkomplexität verursacht eine moderate Stammtrennung (typisch R = 500) jedoch wahrscheinlich Chimäre Fragmentspektren, also Spektren mit mehreren Fragmentspektren aus verschiedenen Stammarten mit engen m/z verursachen.
• Die erwartete Sub-ppm-Massengenauigkeit wird definitiv helfen, bei der teilweisen Trennung der Chimäre Spektren beim Gruppieren von Fragmentpeaks entweder durch Elementargehalt oder mit chemischen Ausschlussregeln (z. B. Berücksichtigung der genauen Massen von Aminosäuren). Man kann auch einen unvollständigen Satz von Stammionen erwarten, die nicht alle abgetasteten Fenster füllen. Diese Effekte können in Codierung Strategien, die entweder höhere Duty Cycle oder eine höhere Auflösung der Stammauswahl bereitstellen für verbessertes Vertrauen in MS-MS-Daten umgewandelt werden. Um Stammtrennung zu verbessern kann eine dritte Schicht Kodierung von feinen Toren angewendet werden, um die Trennung der Stammionen zu einem Auflösungsgrad von 10.000–50.000 zu erhöhen. Das Umschalten zwischen Strategien kann automatisch bei Detektion von Kargheitsschwellen des erfassten Signals durchgeführt werden.
• In Tabelle 10 entsprechen Beispiele 1 und 2 den CID-Zellen, wobei die Anzahl der Verzögerungen zu D < 5–8 beschränkt ist. Im Vergleich zur reinen Tor-Kodierung (Beispiel 1) bietet die kombinierte Kodierung (Beispiel 2) eine höhere Auflösung der Stammselektion und ermöglicht eine größere Zahl von Stammionen. Beispiele 3 bis 6 entsprechen den SID-Zellen. Reine Tor-Codierung (Beispiel 3) bietet eine niedrigere Duty Cycle im Vergleich zu kombinierter Kodierung (Beispiele 5 und 6), während die reine Verzögerungskodierung (Beispiel 4) keine Analyse sehr komplexer Mischungen ermöglicht. Kombinierte Codierung kann gewählt werden, um eine „größere” Duty Cycle (Beispiel 5) oder bessere Stammauswahl (Beispiel 6) zu liefern. Beispiel 7 stellt Nutzung von feinen Toren, die die Handhabung von extrem komplexen Gemischen ermöglichen dar, verbessert Stammionen-Auswahl zu RS = 10.000, kann aber den Duty Cycle verringern und verlangsamt die Erfassung und die Profilerstellung.
• Die Beispiele zeigen ebenfalls verschiedene Konfigurationen für den Analysator (längere Flugbahn und höhere Energie verbessern R1 und R2 auf bis zu 800.000) und Zellenauswahl (CID Vs SID und in verschiedenen Ionenbahn-Einstellungen). Analyseparameter werden so gewählt, dass die Durchschnittsperiode zwischen Impulsen zu 10 μs gesetzt ist.
• In allen Beispielen variiert der Duty Cycle von all-Massen MS-MS zwischen 3% und 17%, die Massenauflösung der Stammauswahl variiert von 300 bis 10000 (vergleiche mit RS = 100 bis 200 in dem konventionellen Tandembetrieb), die massenspektroskopischen Auflösung ist über 100.000, und der Multiplexgewinn variiert von 25 bis 200. Die Kombination übersteigt Parameter des modernen Tandem-MS aufgrund ihrer sequenziellen Stammteilauswahl.
• Datenabhängige Kodierung
• Begriff ”Daten abhängig” kann die Signalerfassung-Strategien umfassen, die in Echtzeit eingestellt werden können, vor den Codierung und/oder Decodierschritten, oder zumindest vor dem Schritt der Fragmentspektren-Interpretation, der in der Regel in Batches durchgeführt wird und eine Vielzahl von Identifikationen über die gesamte LC-MS-MS-Analyse berücksichtigt. Da eine optimale Erfassungsstrategie zumindest teilweise von der gesamten Signal-Kargheit abhängt und solche Kargheit vor der Signaldecodierung gemessen werden kann, kann eine datenabhängige Einstellung (Schalter) der kodierenden Sequenzen zur Verbesserung der Identifikationen herangezogen werden. Eine solche Strategie kann eine erhöhte Häufigkeit von Startimpulsen und breitere Tore für sehr dünnbesetzte Signale verwenden, um Reduktion der Torzahl oder die Umstellung auf Fein-Tor-Sampling bei zu dichtem Signal.
• Da Stammionen in decodierter Spektren gewonnen werden, kann die Gegenwart von Chimären Spektren vor der Interpretation der Fragmentspektren überwacht werden. Tatsächliches Auftreten mehrerer Stammmassen innerhalb des ausgewählten Stamm-Massenfensters würde sicher das Erscheinen von Chimären Spektren erkennen lassen (nicht umgekehrt, da Stammionen fehlen können). Relativ hohe Population von dekodierten Spektren kann ein weiteres Indiz für Chimäre Spektren sein. In beiden Fällen kann die Entscheidung spontan gemacht werden, vor dem Identifikationsschritt.
• Der Codierungsalgorithmus kann umgeschaltet werden und die feine „Gating” kann angeschaltet werden, um Stammisobaren zu trennen. Man kann sich auch vorstellen, robuste Wechselsysteme zu verwenden, wobei mehrere codierende Sequenzen nacheinander wiederholt kombiniert werden.
• Analog-Codierung
• Die oben beschriebenen Multiplex-Verfahren beruhen auf digitaler Codierung der Torposition (gate position) und der Extraktion-Impulsverzögerung. Wie durch die Matrizen-Eigenschaften in Fig. A–D gezeigt ist, ist die Decodierfähigkeit noch lange nicht an ihre Grenzen belastet. Im Falle einer nicht allzu komplexen Analytgemischen ist das Signal so dünnbesetzt, dass man Verfahren verwendet, die weniger effiziente nichtredundante Kodierung aufweisen, die aber leichter mit einfacheren Schaltungen oder Datensysteme implementiert werden können. Zum Beispiel können Verzögerungen von Toren und Extraktions-Impulsen durch Sinuswellensignale variiert werden, vorzugsweise orthogonal in den Frequenzen, derart, dass eine Resonanz zwischen Signalen einmal oder wenige Male pro Start auftritt.
• Solche Sinus-Generatoren können gezwungen werden, Phase oder Frequenz durch ihre Treiber zu verschieben, oder wenn sie in einem freien Modus laufen, können die Generatoren durch geeignet verzögerte Erregungsimpulse synchronisiert werden. Dann kann die tatsächlich aufgetretene Gate- und Pulszeit von einem separaten Datenkanal gemessen werden.
• Vorgeschaltete Trennungen
• Wie in 11 gezeigt, trotz relativ längerer Erfassungszyklen (25–1000 ms, je nach Probenkomplexität), wird jedes einzelne Tor häufig (10 ms/DC ~ 6–250 ms) gesamplet. Sobald Fragmentspektren gewonnen werden, können chromatographische Profile als Peakintensitätsprofile rekonstruiert werden. Es wird erwartet, dass das Tandem-Parallel MR-TOF Instrument sich für solche relativ schnellen chromatographischen Trennungen als LCxCE (mit Peaks in Sekundenbruchteilen) und GCxGC mit 50 ms Peaks eignet. Leistungsfähigere Chromatographie erleichtert die Anforderungen an die nicht-redundante Codierung und kürzere kodierenden Sequenzen oder schnellere Quelle Pulsung kann verwendet werden.
• Noch schnellere vorgeschaltete Trennungen können genutzt werden, wenn die Gestaltung der Analysestrategien gemacht wird. Als ein Beispiel kann ein MS³ Massenspektrometer eine relativ langsame Abtastung (1–2 Sekunden pro Scan) Stammteil MS 1 Separator einsetzen, während MS2 und MS3 Stufen mit NRS TOF-TOF durchgeführt wird. Als ein weiteres Beispiel kann eine Ionenmobilität (IMS) mit typischen Trennzeit von 10–100 ms und die Peakbreite von 100 bis 500 μs mit parallelen MR-TOF kombiniert werden, wenn: (a) Strobe-Sampling des IMS Ausgang bei mehreren IMS Wiederholzyklen; (B) Probenahme und Akkumulieren von IMS Fraktionen in einem Satz von Radiofrequenzfallen mit anschließender langsamer Freisetzung von IMS Fraktionen; oder (c) Beschleunigung des Tandem-MR-TOF Betriebs entweder durch kürzere Flugzeiten, Bereitstellung von schneller Wiederholung der Quelleimpulse zu einem Preis von größeren Spektralbereich überholen, und/oder durch Verwendung von weniger Toren zu einem Preis von geringerer Auflösung der Stammauswahl, während niedrigere Anforderungen an die Tandem-Parameter bei der Verwendung von IMS-Trennung vermarktet werden.
• Multiplex-Masse-Spektralanalyse
• Während das Prinzip der nicht-redundanten Codierung von dünnbesetzten Signalen für Tandem MR-TOF beschrieben wird, ist die vorliegende Offenbarung auf ein breiteres Spektrum von Massenspektral-Verfahren und Vorrichtungen anwendbar. Als ein Beispiel kann ein Magnet-Sektor Massenspektrograph verwendet werden, um mehrere Strahlen (beams) von Masse getrennten Ionen in einer Fokussierungsebene zu erzeugen. Ein Array-Gatter (gates) kann zum Auswählen eines Satzes von Stammarten verwendet werden, die dann in eine Fragmentierungszelle (CID oder SID), vorzugsweise durch HF-Einschluss in Gas, eingeführt werden. Gesamtfragmentspektren können durch einen parallelen Massenspektrometer, wie 11R-TOF oder Magnet-Spektrometer, mit einem Array-Detektor erfasst werden. Ein weiteres Beispiel ist ein MALDI-TOF-Massenspektrometer mit Fragmentanalyse durch eine Post-Source-Decay (PSD), in der nicht-redundante Teilmengen von Stammionen durch schnelles Schalten TIS gebildet werden können. In einem anderen Beispiel können mehrere Massenfenstern von Stammionen in eine Fragmentierungszelle aufgenommen werden, und ”Chimäre” Spektren, die Gemische von mehreren Fragmentspektren enthalten können, auf hochauflösenden Geräten mit langsamen Signalerfassungen wie FTMS, elektrostatische Fallen oder Orbitalfallen erfasst werden. In einem anderen Beispiel können verschiedene dünnbesetzte Spektren von anderen Separatoren oder Quellen stammen wie: (i) gleichzeitig emittierende Pixel von profilierten Oberflächen; (ii) ein Satz von Ionenquellen (iii) ein Satz von Fragmentierungszellen; (iv) ein gepulster Fallenkonverter, gefolgt von einem Ionenmobilität Separator; und (v) ein paralleler Massenanalysator, der Ionen in der Zeit trennt, wie Ionenfalle mit massenselektiven Release, Time-of-Flight-Massenanalysator oder einem Massenspektrometer. Tandem TOF und der oben beschriebene Tandem-MR-TOF sind Sonderfälle. Die Quellen werden dann verstanden als TOF oder MR-TOF getrennte Ionenpakete und Massenspektrometer jeder TOF MS. TOF-Analysatoren können eine beliebige Kombination von Drifträumen, netzbedeckte Ionen-Spiegel, netzfreie Ionen-Spiegel und elektrostatische Sektoren umfassen.
• Das nicht-redundanten Multiplexverfahren beruht auf Signale, die entweder konstant sind oder sich wiederholen während der Erfassung von mehreren Massenspektren. Es beruht auch auf einen dünnbesetzten Ionenfluss, entweder spektral, räumlich oder zeitlich, so dass ein relativ kleiner Teil der Signale überlappt ist zwischen Quellen. Das nicht-redundante Prinzip kann bei der Massenspektrometrie unabhängig vom Gerätetyp angewendet werden. Nicht redundante Probenahme kann eingerichtet sein von: (i) Ionenflüssen von mehreren Ionenquellen; (ii) Ionenströme stromabwärts von einer einzigen Ionenquelle gemultiplext, wobei das Multiplexing bei der Ionentransferschnittstelle auftreten kann, Ionenmobilitätszelle, Zwischenfalle, Fragmentierungszelle, mehreren HF-Ionenleiter; (iii) von mehreren gepulsten Wandlern erzeugte gepulste Ionenpakete; (Iv) Ionenpakete, die von einzelnen Pulswandlern erzeugt und zeitlich um Ionen m/z getrennt sind.
• 12 zeigt einen beispielhaften Satz von Operationen für ein Verfahren 1200 zur Durchführung von einer Multiplex-massenspektrometrischen Analyse. Bei der Operation 1210 werden Ionen entnommen (sampled), um eine Teilmenge der Mehrzahl von Ionenquellen zu bilden. Die Quellen bilden dünnbesetzte und sich wiederholende Ionenströme mit begrenzten spektralen Signalüberschneidungen. Bei der Operation 1212 wird ein Massenspektrum durch einen einzigen Detektor aufgezeichnet. Bei der Operation 1214 wird die spektrale Kargheit analysiert und bei der Operation 1216 wird eine nicht-redundante Kodierung der entnommenen Ionen durchgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass Operationen 1212–1216 wiederholt werden können, während die Teilmengen in einer nicht-redundanten Weise vernetzt werden, wobei auch Kombinationen von beliebigen zwei gleichzeitig abgetasteten Quellen einzigartig sind, während eine bestimmte Quelle, mehrere Male abgetastet werden kann. Bei der Operation 1218 werden die Spektren von allen einzelnen Quellen durch Korrelation des codierten Signals mit der Quellprobenahme decodiert. In einigen Ausführungsformen kann der Kodierungsschritt auf der Grundlage der Massenspektralanalysenkargheit automatisch eingestellt werden. Nicht redundante Sampling-Matrizen können auf zueinander orthogonalen Latin quadratischen Matrizen basieren. Ferner kann die Decodierung durch Überlappung in silico Rekonstruktion unterstützt werden. In einigen Ausführungsformen wird die nicht-redundante Probenahme durch nicht-redundante Codierung der Ionenfluss-Verzögerungen ergänzt.
• Gemäß der vorliegenden Offenbarung können mehrere nützliche Analysesysteme implementiert werden. Zum Beispiel nur eine MS-Regelung, wobei Ionen elektrostatisch von SID Zelle reflektiert oder durch Vakuum CID Zelle geleitet werden und erreicht wird so die maximale Auflösung und die Massengenauigkeit der Massenanalyse durchgeführt werden kann. Die Anzahl der injizierten Ionen in das Analysegerät wird zwischen niedrigen und hohen Gewinn alterniert, so dass Raumladungseffekte im Analysator umgangen werden können (von Raumladung von engen Massenbereich betroffen) und damit zu einer verbesserten Massengenauigkeit und Auflösung in einem weiten Dynamikbereich. Vorzugsweise wird eine vorgeschaltete Mobilitätstrennung für die Auswahl von einem temporären engen Massenbereich, welches eine häufige Ioneninjektion in den MR-TOF-Analysator ohne signifikante spektrale Überlappung erlauben würde. Das System ist nützlich für Hochdurchsatz-Charakterisierung der Mischung, Bestimmung von genauen Ausgangsmassen und zum Bestimmen von Auswahlfenstern in einer unten beschriebenen datenabhängigen Regelung. Ferner, gemäß dem Beispiel der parallelen, all-Massen Tandem-MS-Analyse, zeigt 11 eine Reihe von Parametern für eine solche Analyse, die je nach System von einem großen Duty Cycle (bis 20%) mit einer niedrigen Auflösung von Stammteiltrennung (einige hundert) bis zu einem weniger empfindlichen aber spezifischere Analyse mit höherer (1000–2000) und noch viel höher (10.000–20.000) Auflösung der Stammteilauswahl variieren kann. Die vorliegende Erfindung kann ferner bei einem System mit einem hohen Durchsatz und einer Empfindlichkeit (DC > 20%) (mit niedriger Auflösungs TOF1 (RL = 100)) angewendet werden. Bei diesen Implementierungen werden Fragmentspektren rekonstruiert auf der Grundlage einer Auswahl der Stammmmasse Fenster und der Zeitkorrelation der chromatographischen Trennung. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die vorliegende Erfindung auf eine Erforschungsimplementierung mit einer hohen Auflösung von einer Stammteilauswahl (R1 > 10.000) für das Betrachten von benachbarten Isobaren angewendet werden.
• Eine solche Untersuchung kann nacheinander für die Zuverlässigkeit und in paralleler Weise mit nicht-redundanten Probenahmen für höheren Durchsatz erfolgen. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung auf datenabhängige Übernahme, die weit verbreitet in der aktuellen MS-MS-Geräten verwendet wird, angewendet werden. Ferner kann ein MS3 System bei Verwendung eines zusätzlichen vorgeschalteten Separators, beispielsweise ein IMS oder Massenseparator, implementiert werden. Es wird angemerkt, dass ein TOF-TOF Tandem die MS2 und MS3 Stufen hochparallel und schnell macht, wodurch MS3 praktikabel wird.
• Verschiedene Implementierungen der Systeme und Techniken, die hier beschriebenen sind, kann in digitalen elektronischen und/oder optischen Schaltungen, integrierte Schaltungen, speziell ASICs realisiert werden (Anwendungsspezifische integrierte Schaltungen), Computer-Hardware, Firmware, Software und/oder Kombinationen davon. Diese verschiedenen Implementierungen können die Umsetzung in ein oder mehrere Computerprogramme, die Programmdatei und/oder interpretierbar auf einem programmierbaren System, das wenigstens einen programmierbaren Prozessor, der spezielle oder allgemeine Zwecke sein kann, gekoppelt ist, um Daten und Befehle aus empfangen sind, umfassen, und zum Senden von Daten und Anweisungen an, ein Speichersystem, wenigstens eine Eingabevorrichtung und wenigstens eine Ausgabevorrichtung umfassen.
• Diese Computerprogramme (auch als Programm, Software, Softwareanwendungen oder Code bekannt) umfassen Maschinenbefehle für einen programmierbaren Prozessor und können in einem High-Level-Verfahren und/oder objektorientierten Programmiersprache implementiert werden, und/oder Montage/Maschinensprache. Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe ”maschinenlesbares Medium” und ”computerlesbares Medium” auf jeden Computer-Programm-Produkt, nicht transponiertes computerlesbares Medium, Vorrichtung und/oder der Einrichtung (beispielsweise Magnetplatten, optische Platten, Speicher Programmierbare Logikbausteine (PLDs)), die verwendet werden, um Maschinenanweisungen und/oder Daten an einen programmierbaren Prozessor zu schaffen, einschließlich einer maschinenlesbaren Medium, das Maschinenanweisungen als maschinenlesbare Signal empfängt. Der Begriff ”maschinenlesbares Signal” bezieht sich auf jedes Signal, das verwendet wird, um Maschinenanweisungen und/oder Daten einem programmierbaren Prozessor bereitzustellen.
• Implementierungen des Gegenstands und die funktionalen Operationen, die in dieser Beschreibung beschrieben sind, können in einer digitalen elektronischen Schaltung implementiert werden, oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware, einschließlich der in dieser Beschreibung offenbarten Strukturen und deren strukturelle Äquivalente, oder in Kombinationen aus einer oder mehreren von ihnen. Darüber hinaus kann der in dieser Beschreibung beschriebene Gegenstand als ein oder mehrere Computerprogrammprodukte, also realisiert werden, ein oder mehrere Module von Computerprogrammanweisungen auf einem computerlesbaren Medium zur Ausführung durch kodierte oder um den Betrieb der Datenverarbeitungsvorrichtung zu steuern. Das computerlesbare Medium kann eine maschinenlesbare Speichervorrichtung, ein maschinenlesbares Speichersubstrat, eine Speichervorrichtung, eine Zusammensetzung, Bewirken einer maschinenlesbaren bereitetes Signal oder eine Kombination aus einem oder mehreren von ihnen sein. Die Begriffe ”Datenverarbeitungsvorrichtung”, ”Rechenvorrichtung” und ”Rechenprozessor” umfassen alle Geräte, Vorrichtungen und Maschinen zur Verarbeitung von Daten, darunter beispielsweise einen programmierbaren Prozessor, einen Computer oder mehrere Prozessoren oder Computer. Die Vorrichtung kann zusätzlich zur Hardware Code, der eine Ausführungsumgebung für das vorliegende Computerprogramm erzeugt, wie Code, der Prozessorfirmware, einen Protokollstapel, ein Datenbankverwaltungssystem, ein Betriebssystem oder eine Kombination von einem oder darstellt mehr davon. Ein ausbreitendes Signal ist ein künstlich erzeugtes Signal, beispielsweise ein maschinell erzeugtes elektrisches, optisches oder elektromagnetisches Signal, das erzeugt wird, um Informationen zur Übertragung zu geeigneten Empfangsvorrichtung zu codieren.
• Ein Computerprogramm (auch als Anwendung, Programm, Software, Software-Anwendung, ein Skript oder Code bekannt) kann in jeder Form der Programmiersprache, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen geschrieben werden, und es kann in jeder Form eingesetzt werden, unter anderem als ein eigenständiges Programm oder als Modul, Komponente, Subroutine oder andere Einheit, die zur Verwendung in einer Computerumgebung. Ein Computer-Programm muss nicht notwendigerweise einer Datei in einem Dateisystem entsprechen. Ein Programm kann in einem Teil einer Datei, die andere Programme oder Daten enthält gespeichert werden (z. B. ein oder mehrere Skripte in einer Auszeichnungssprache-Dokument gespeichert ist), in einer einzigen Datei, um das betreffende Programm oder in mehreren koordinierten Dateien gewidmet (z. B. Dateien, die ein oder mehrere Module, Unterprogramme oder Teile von Code) speichert. Ein Computerprogramm kann eingesetzt werden, um auf einem Computer oder auf mehreren Computern, die sich an einem Ort befinden oder über mehrere Standorte verteilt und durch ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind, ausgeführt wird.
• Die Prozesse und Logikflüsse, die in dieser Beschreibung beschrieben sind, können durch einen oder mehrere programmierbare Prozessoren, die ein oder mehrere Computerprogramme ausführen, um Funktionen durch Betreiben von Eingangsdaten und Erzeugen einer Ausgabe durchzuführen. Die Prozesse und Logikflüsse können auch durchgeführt werden, und die Vorrichtung kann auch als Sonderzwecklogikschaltungsanordnung, beispielsweise ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder ein ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) implementiert sein.
• Prozessoren für die Ausführung eines Computerprogramms umfassen beispielsweise sowohl allgemeine als auch spezielle Mikroprozessoren und eines oder mehrere Prozessoren irgendeiner Art von Digitalcomputer. Im Allgemeinen wird ein Prozessor Befehle und Daten von einem Nur-Lese-Speicher oder einem Direktzugriffsspeicher oder beiden empfangen. Die wesentlichen Elemente eines Computers sind ein Prozessor zum Ausführen von Anweisungen und eine oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von Anweisungen und Daten. Im Allgemeinen wird ein Computer auch einschließen oder operativ gekoppelt sein, um Daten von oder Daten zu oder beide eine oder mehrere Massenspeichervorrichtungen zum Speichern von Daten, beispielsweise magnetische, magneto-optische Platten oder optische Platten erhalten werden. Jedoch muss ein Computer nicht solche Geräte umfassen.
• Computerlesbare Medien geeignet zum Speichern von Computerprogrammanweisungen und Daten umfassen alle Formen von nichtflüchtigem Speicher, Medium und Speichervorrichtungen, einschließlich beispielsweise Halbleiterspeichervorrichtungen, beispielsweise EPROM, EEPROM und Flash-Speichervorrichtungen; Magnetplatten, beispielsweise interne Festplatten oder Wechseldatenträger; magneto-optische Platten; und CD-ROM und DVD-ROM-Laufwerke. Der Prozessor und der Speicher können durch, oder ergänzt in spezialisierten Logikschaltungen integriert sein.
• Um eine Interaktion mit einem Benutzer vorzusehen, können eine oder mehrere Aspekte der Offenbarung auf einem Computer mit einer Anzeigevorrichtung implementiert sein, beispielsweise eine CRT (Kathodenstrahlröhre), LCD (Flüssigkristallanzeige) Monitor oder Touchscreen zum Anzeigen von Informationen für den Anwender und gegebenenfalls eine Tastatur und einem Zeigegerät, beispielsweise eine Maus oder einen Trackball, durch die der Benutzer in den Computer eingegeben werden. Andere Arten von Vorrichtungen können verwendet werden, um die Interaktion mit einem Benutzer bereitzustellen; z. B. können Rückmeldung an den Benutzer bereitgestellt, wie jede Form der sensorischen Rückmeldungen, zum Beispiel ein visuelles Feedback, akustische Rückmeldung, oder taktile Rückmeldung sein; und Eingaben von dem Benutzer können in beliebiger Form empfangen werden, darunter akustisch, Sprache oder taktilen Eingabe. Darüber hinaus kann ein Computer mit einem Benutzer durch das Senden von Dokumenten und zum Empfangen von Dokumenten von einem Gerät, das von dem Benutzer verwendet wird interagieren; beispielsweise durch in Reaktion auf vom Web-Browser empfangenen Anforderungen sendet Web-Seiten zu einem Web-Browser auf dem Client-Gerät eines Benutzers.
• Ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung kann in einem Computersystem implementiert werden, das eine Backend-Komponente enthält, z. B. als Datenserver oder das eine Middleware-Komponente, beispielsweise einen Anwendungsserver, oder das eine Frontend-Komponente, beispielsweise enthält ein Client-Computer mit einer grafischen Benutzeroberfläche oder einen Web-Browser, durch den ein Benutzer mit einer Implementierung des Gegenstands in dieser Beschreibung interagieren kann, alle Kombinationen von einem oder mehreren solcher Backend, Middleware oder Frontend-Komponenten. Die Komponenten des Systems können durch irgendeine Form oder Medium der digitalen Datenkommunikation, beispielsweise ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sein. Beispiele für Kommunikationsnetzwerke umfassen ein lokales Netzwerk (”LAN”) und ein Weitverkehrsnetz (”WAN”), ein Inter-Netzwerk (zB das Internet), und Peer-to-Peer-Netzwerke (zum Beispiel Ad-hoc-Peer to-Peer-Netzwerke).
• Obwohl diese Beschreibung viele Einzelheiten enthält, sollten diese nicht als Beschränkungen des Umfangs der Offenbarung oder dessen, was beansprucht wird verstanden werden, sondern eher als Beschreibungen von spezifischen auf bestimmte Implementierungen der Offenbarung Funktionen. Bestimmte Merkmale, die in dieser Beschreibung im Zusammenhang mit getrennten Implementierungen beschrieben werden, können auch in Kombination in einer einzigen Umsetzung durchgeführt.
• Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzigen Umsetzung beschrieben werden auch in mehrere Implementierungen getrennt oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Darüber hinaus, obwohl Merkmale vorstehend als in bestimmten Kombinationen wirkend und sogar zunächst als solche beansprucht beschrieben werden, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen von der ausgeschnitten werden soll Kombination, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination ausgerichtet werden.
• Ähnlich, während Operationen in den Zeichnungen in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, sollte dies nicht als erforderlich angesehen werden, dass solche Operationen in der bestimmten gezeigten Reihenfolge oder in einer sequentiellen Reihenfolge durchgeführt werden müssen, oder dass alle dargestellten Operationen durchgeführt werden, um erwünschte Ergebnisse zu erreichen, zu verstehen. In bestimmten Umständen kann Multitasking und Parallelverarbeitung von Vorteil sein. Darüber hinaus sollte die Trennung von verschiedenen Systemkomponenten bei den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht als solche Trennung in allen Ausführungsformen erforderlich ist zu verstehen, und es versteht sich, dass die beschriebenen Programmkomponenten und Systeme im Allgemeinen in einem einzigen Software-Produkt integriert oder in verpackenden mehrere Software-Produkte.
• Eine Anzahl von Implementierungen wurde beschrieben. Dennoch wird man verstehen, dass verschiedene Modifikationen ohne Abweichen vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend sind andere Implementierungen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche. Zum Beispiel können die Aktionen in den Ansprüchen in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden und immer noch wünschenswerte Ergebnisse zu erzielen.

Claims (22)

1. Verfahren zur Tandem Flugzeit-Massenspektrometrie-Analyse, wobei das Verfahren umfasst: gepulstes Extrahieren einer Vielzahl von Stammionenspezies von verschiedenen m/z-Werten aus einer Ionenquelle oder einem gepulsten Konverter; Zeitliches Trennen der Stammionen nach m/z-Wert innerhalb eines mehrfach-reflektierenden elektrostatischen Feldes mit isochroner und räumlicher Fokussierung; Auswählen einer Stammionenspezies durch ein elektrisches Impulsfeld mit einem Zeittor, das relativ zu dem Quellenpuls verzögert ist; Fragmentieren von zugelassen Stammionen durch Kollisionen mit einem Gas und/oder einer Oberfläche; Extrahieren von Fragmentionen durch ein gepulstes elektrisches Feld mit einer Verzögerung relativ zu dem Zeittor; Zeitliches Trennen der Fragmentionen innerhalb des mehrfach-reflektierenden elektrostatischen Feldes; und Aufzeichnen eines Signalverlaufs der Fragment-Ionen von einem Detektor, wobei: das Auswählen der Stammionenspezies mehrere Male pro Einzelquellenpuls durchgeführt wird; Quellenpulse mehrfach innerhalb eines Signalerfassungszyklus wiederholt werden; zumindest eine der Torzeiten und Extraktionsverzögerungen in einer nicht-redundanten Weise kodiert werden, die innerhalb eines Zyklus von mehreren Quellenimpulse variiert; und getrennte Fragmentspektren für die Vielzahl von Stammionenspezies decodiert werden basierend auf einer Signalkorrelation mit einem sich wiederholenden Auftretens von bestimmten Torzeiten mit Berücksichtigung von einer aufgetretenen Extraktionsverzögerung und Analyse von aufgetretenen Signalüberlappungen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei beide zeitlichen Trennungen von Stamm- und Fragmentionen innerhalb des gleichen mehrfach-reflektierenden elektrostatischen Feld entweder auf unterschiedlichen mittleren Bahnen oder in entgegengesetzten Richtungen erfolgen.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, ferner umfassend Rekonstruieren einer chromatographischen Trennung, Oberflächenabtastung oder Ionenmobilitätsprofile von Intensitätsverteilungen von Fragment-Ionen, die zu einem gleichen Stammion korrespondieren.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Torzeiten und/oder Verzögerungszeiten durch eine nicht-redundante Matrix, die aus einem Satz von gegenseitig orthogonalen Matrixblöcken aufgebaut wird kodiert werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei die Extraktionsverzögerungen von einem Satz von nicht-linear fortschreitenden Verzögerungen mit minimalem Intervall, das eine typische Peakbreite in Fragmentspektren überschreitet, ausgewählt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Satz der nicht-linear fortschreitenden Verzögerungen mit linear fortschreitenden Intervallen proportional zu n * (n + 1)/2 mit einem ganzzahligen Index n gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anzahl S der Quellenpulse pro Erfassungszyklus ist eine aus der Gruppe: (i) 10 bis 30; (ii) von 30 bis 100; (iii) von 100 bis 300; (Iv) von 300 bis 1000; und (v) oberhalb von 1000.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, wobei die Anzahl W der Stammauswahltore pro Einzelquellenpuls 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.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das durchschnittliche Intervall zwischen Stammauswahlpulsen 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.
10. Ein Tandem Flugzeit Massenspektrometer, umfassend: eine gepulste Ionenquelle oder einen gepulsten Konverter, der Ionenpakete von mehreren Stammspezies emittiert; eine Fragmentierungszelle mit einer gepulsten Beschleunigung von Fragmentionen; ein mehrfachreflektierender Flugzeit Masse (MR-TOF) Analysator, der angeordnet ist, um Stamm- und Fragment-Ionen im gleichen MR-TOF-Analysator entweder entlang verschiedener Trajektorien oder in entgegengesetzte Richtungen durchzulassen; einen Impulsgenerator, der konfiguriert ist, um mindestens zwei Impulsfolgen zu pulsen, um sowohl die zeitliche Auswahl der Stammionen als auch die verzögerte gepulste Extraktion von Fragment-Ionen zu triggern; ein Datensystem, das konfiguriert ist, nicht-gemischte Signale von Fragment-Ionen zu erfassen und nicht-redundant Triggerimpulse innerhalb eines Zyklus von mehreren Quellenpulsen zu kodieren, wobei die nicht-redundante Kodierung so eingerichtet ist, um sich wiederholende Überlagerungen von zwei beliebigen Ionensignalen von verschiedenen Stammspezies in mehreren Wiederholungen einer einzelnen Torzeit zu vermeiden oder zu reduzieren.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Datensystem angeordnet ist, um entweder eine lange Signalwellenform oder einen Satz von getrennten Signalwellenformen zusammen mit den Informationen über die aktuelle Startnummer zu erfassen.
12. Die Vorrichtung der Ansprüche 10 oder 11, weiter umfassend einen Parallel-Prozessor, der konfiguriert ist, um getrennte Fragmentspektren für alle zugelassenen Stammionen auf der Basis einer Korrelation zwischen Fragment-Signalen und einer bestimmten Torzeit und mit einer optionalen Rekonstruktion von aufgetretenen Signalüberlappungen zu dekodieren.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die gepulste Quelle 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.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, weiterhin umfassend einen Deflektor und eine gekrümmte Sektor-Schnittstelle, die den MR-TOF-Analysator mit zumindest der gepulsten Ionenquelle, der Fragmentierungszelle und/oder einem Detektor des Datensystems koppelt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der MR-TOF-Analysator ein planarer oder ein zylindrischer Analysator mit mindestens dritten Ordnung Zeit-per-Energiefokussierung und mindestens zweiter Ordnung volle Fokussierung einschließlich Cross Aberrationsterme ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der MR-TOF-Analysator ferner umfasst mindestens einen aus einem Satz von periodischen Linsen innerhalb eines feldfreien Bereichs und wenigstens eine räumlich modulierte Elektrode, die mit räumlich ein Ionenspiegel-Feld moduliert, um Ionen entlang einer Zick-Zack-Trajektorie in einer Driftrichtung zu beschreiben.
17. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Fragmentierungszelle eine ist von oberflächeninduzierter Dissoziation (SID) mit normal auftreffenden Stammionen und mit einer gepulsten verzögerten Extraktion von Fragment-Ionen, eine Durchlass stoßinduzierte Dissoziation (CID) Zelle hoher Energie und eine SID-Zelle mit gleitenden Kollisionen, gefolgt von einer gepulsten verzögerten Extraktion.
18. Verfahren zur gemultiplexten massenspektralen Analyse, welches die folgenden Schritte umfasst: Sampling einer Untergruppe von mehreren Ionenquellen; Bilden von einem deutlichen, dünnbesetzten und sich wiederholenden spektralen Signal mit begrenzter Signalüberschneidung zwischen entnommenen Spektren aus verschiedenen Ionenquellen; Aufzeichnen eines Massenspektrums mit mindestens einem Detektor; Wiederholen der Schritte des Probenehmens, Formens, und der spektralen Erfassung unter Variation der Quellenteilmengen in einer nicht-redundanten Weise, wobei Kombinationen von jeweils zwei simultan gesampelten Quellen einzigartig sind und irgendeine bestimmte Quelle mehrfach gesampelt wird; und Decodieren von Signalen von allen einzelnen Quellen durch Korrelieren von einem codierten Signal mit Quellen-Sampling.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Codierungsschritt automatisch anhand einer Spärlichkeit der erfassten Spektren eingestellt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Bildens ein Konstruieren einer nicht-redundanten Matrix auf Basis eines Satzes von gegenseitig orthogonalen quadratischen Matrixblöcken umfasst.
21. Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend einen Schritt des Verzögerns der Ionenquellen mit nicht linear fortschreitenden Verzögerungen, die auf der Basis einer nicht-redundanten Matrix kodiert wird.
22. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Mehrzahl von Ionenquellen aus einer Untermenge von Mehrfachionenströme, die stromabwärts mit einer einzigen Ionenquelle gemultiplext werden und eine Teilmenge der Mehrzahl von Ionenpaketen in der einzelnen Ionenquelle oder in mehreren gepulsten Ionenquellen oder gepulsten Konverter erzeugt wird.

Images