DE202023102071U1

DE202023102071U1 - Massenspektrometriesystem zur Bestimmung eines Maßes für eine Abfallrate

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Publication number: DE202023102071U1
Application number: DE202023102071.2U
Authority: DE
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2023-04-20
Filing date: 2023-04-20
Publication date: 2023-06-12
Anticipated expiration: 2033-04-21

Abstract

Massenspektrometriesystem zum Durchführen einer Massenanalyse an einer Ionenprobe, umfassend:
einen Vakuumbereich mit einem Massenanalysator, der so konfiguriert ist, dass er ein Erfassungssignal für die Ionenprobe liefert;
eine Turbomolekularpumpe, die so konfiguriert ist, dass sie den Vakuumbereich auf einem Vakuumdruck hält; und
eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie den Druck innerhalb des Massenanalysators steuert, um die zeitliche Abfallrate des Nachweissignals für die Ionenprobe zu steuern, indem sie: eine Pumpgeschwindigkeit der Turbomolekularpumpe steuert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Massenspektrometriesysteme zur Bestimmung eines Maßes für eine Abfallrate.
STAND DER TECHNIK
Messungen von Kollisionsquerschnittsflächen (collision cross-section areas - CCS areas) können wertvolle Informationen über die Strukturen von Molekülen wie etwa Proteinen und Proteinkomplexen bereitstellen. Es ist bekannt, dass bei der Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometrie (FTICR-Massenspektrometrie) Ionen-Molekül-Kollisionsfrequenzen mit Signaltransientenabfallraten in Zusammenhang stehen und durch Analyse dieser Raten gemessen werden könnten (Parisod, G.; Comisarow, M. B. Chem. Phys. Lett. 1979, 62, 303-305; Guan, S.; Li, G.-Z.; Marshall, A. G. Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes 1997, 167, 185-193). Die Messung von Signalabfallraten aus Peakbreiten kann Kollisionsfrequenzen und somit Kollisions-CCS ergeben.
Dieser Effekt wurde kürzlich zunehmend zur Messung von CCS beider kleinen Moleküle verwendet (Yang et al., „Collision Cross Sectional Areas from Analysis of Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Line Width: A New Method for Characterizing Molecular Structure“, Anal. Chem. 2012, 84, 4851-4857) unter dem Namen CRAFTI (CRoss sectional Areas by FT ICR), sowie Proteine (Marshall et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, 18, 713-717). Er kam auch in der Orbitalfallen-Massenspektrometrie (z. B. der Orbitrap™-Analysator, hergestellt von Thermo Fisher Scientific) zur Anwendung (Sanders JD et al. Anal. Chem., 2018; 90(9):5896-902). In Anlehnung an Guo et al. (Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 9060) konnte gefolgert werden, dass der Signalabfall im Orbitrap-Analysator durch ein energetisches Hartsphären-Kollisionsmodell beschrieben wird, in dem jede Kollision zur Fragmentierung eines Ions und dessen Entfernen aus dem detektierten Ionenpaket führt.
Bei der Fourier-Transformations-Massenspektrometrie (FTMS) wäre die Zeitbereichstransiente, außer aufgrund von Kollisionen, theoretisch ungefähr sinusförmig, aber sie ist tatsächlich komplexer. Zeitbereichssignale in FTMS nähern sich typischerweise einer Sinuswelle mit einer exponentiell abfallenden Amplitude an, wobei der Abfall hauptsächlich Kollisionen mit dem Hintergrundgas zugeschrieben wird. Die Abfallkonstante ist daher mit dem CCS verknüpft, da erwartet wird, dass Ionen mit höherem CCS häufiger mit Hintergrundgas kollidieren und daher die von derartigen Ionen bereitgestellten Bildsignale voraussichtlich schneller abfallen. Im Allgemeinen würde das Ion mit der größeren Masse (und damit der höheren Ladung) unter Berücksichtigung von zwei Ionen mit demselben Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) tendenziell einen größeren CCS aufweisen, da erwartet würde, dass es, um eine so große Masse aufzuweisen, physikalisch größer ist, und daher erwartet würde, dass es voraussichtlich stärker abfallen würde.
Wobschall et al. (Phys. Rev. 131, 1565 (1963)) beschreiben, dass die Ionenzyklotronresonanz-Absorptionslinie in schwach ionisierten Gasen so interpretiert werden kann, dass das Masse-zu-Ladung-Verhältnis und die Anzahl sowie die Kollisionsfrequenz der Ionen erhalten werden. Aus den beobachteten Linienbreiten werden die Kollisionsfrequenzen mehrerer Ionen in Abhängigkeit vom Druck und der elektrischen Feldstärke festgestellt. Diese Daten werden dazu verwendet, den Ionen-Molekül-Kollisionsquerschnitt zu bestimmen. Wobschall et al. (J. Chem. Phys. 47, 4091 (1967)) beschreiben die Bestimmung von CCS von Wasserstoff und anderen Ionen unter Verwendung der Ionenzyklotronresonanz durch Bestimmungen der Breiten von Ionenzyklotronresonanzlinien in Abhängigkeit von Druck und elektrischen Feldstärken.
Bei allen FTMS-Instrumenten werden Kollisionsquerschnitte relativ zu einem bekannten Ion, z. B. einem Kalibrierion, gemessen. Diese Messungen zeigen jedoch signifikante Abweichungen in der Abfallzeit zwischen isolierten Ionenpopulationen (z. B. einem bestimmten Ladungszustand eines Proteins) und Populationen mit großem Massenbereich. Darüber hinaus wurde kein Verfahren auf einer Zeitskala nachgewiesen, das mit Trenntechniken wie Flüssigchromatografie (LC) oder Gaschromatografie (GC) kompatibel ist.
Bestehende Verfahren beruhen normalerweise auf der Isolierung bestimmter interessierender Ionen, um eine ausreichend hohe Intensität für eine zuverlässige Bestimmung der Peakbreite und somit der Abfallrate zu erhalten. Daher lassen sie keine Online-Bestimmung von CCS über breite Massenbereiche zu und lassen keine parallele Bestimmung von CCS zusammen mit m/z zu.
KURZDARSTELLUNG
Vor diesem Hintergrund und gemäß einem ersten Gesichtspunkt wird ein Massenspektrometriesystem nach Anspruch 1 bereitgestellt. Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt wird ein Massenspektrometriesystem nach Anspruch 7 bereitgestellt. Gemäß einem dritten Gesichtspunkt wird ein Massenspektrometriesystem nach Anspruch 8 bereitgestellt.
Die vorliegende Offenbarung stellt Vorrichtungen zum Bestimmen von Abfallkonstanten und Querschnittsmessungen parallel zur Massenmessung und Abfallzeitkorrektur bereit. Die Offenbarung bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen zum Durchführen einer Fourier-Transformations-Massenspektrometrie (FTMS). Die Offenbarung erkennt an, dass bestehende Verfahren zum Bestimmen von CCS typischerweise auf dem Isolieren bestimmter Ionen für die Analyse beruhen, um ausreichend hohe Intensitäten für eine zuverlässige Peakbreitenbestimmung zu erhalten. Die Offenbarung erkennt an, dass niedrigere Intensitäten zu größeren Defokussierungseffekten (beispielsweise aufgrund von Raumladung) und somit zu weniger zuverlässigen Signalabfall-/CCS-Messungen führen. Dies lässt daher in der Praxis die Bestimmung der Abfallkonstante/CCS aus der Analyse niedrigerer Ionenintensitäten, wie sie etwa über einen breiten Massenbereich von Ionen angetroffen werden, nicht zu und lässt daher keine praktische oder routinemäßige CCS-Bestimmung parallel zur herkömmlichen m/z-Bestimmung zu.
Um die Beschränkungen der bestehenden Lösungen wie vorstehend umrissen anzugehen, verwenden Ausführungsformen der Offenbarung ein Maß für die Signalintensität, wie etwa das Signal-Rausch-Verhältnis (signal-to-noise ratio, SNR), für intensitätsabhängige (z. B. SNR- und/oder m/z-abhängige) Korrekturen von Abfallzeiten, die dem CCS entsprechen. In einigen Ausführungsformen werden Messungen der Signalauflösung von niedrigen SNR-Werten, bei denen Messungen wahrscheinlich ungenau sind, zu äquivalenten Auflösungen bei höherem SNR extrapoliert, wo die Selbstbündelung von Ionen (die zu einer verringerten Dephasierung führt) ausgenutzt werden kann, um die Messsicherheit zu verbessern. In einigen Ausführungsformen wird die Ionenprobe nach einer Trenntechnik generiert, beispielsweise Flüssigchromatografie (LC) oder Gaschromatografie (GC), von der sie ein zeitliches Elutionsprofil aufweist. Die Offenbarung erkennt auch an, dass das Aufzeichnen von Peakbreiten von jedem Analyten über das gesamte Elutionsprofil mehr Informationen über die Abfallkonstante und CCS bereitstellen kann und dazu verwendet werden kann, die Statistik von CCS-Messungen zu verbessern. Beispielsweise kann das Verfolgen der Peakbreiten jedes Analyten über das gesamte Elutionsprofil den Fehler der CCS-Bestimmung verringern, nachdem Korrekturen angewendet wurden.
In einigen Ausführungsformen werden Korrekturen für das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) von Massenpeaks (das von der Anzahl der Ionen (Intensität) entsprechend dem Peak abhängt) vorgenommen, um die Genauigkeit der gemessenen Signalabfallzeiten und damit der CCS-Bestimmungen zu verbessern. Die Offenbarung stellt ferner Korrekturen für die m/z-Abhängigkeit bereit. Das System verwendet also zuvor ermittelte Abhängigkeiten der Abfallkonstanten von den Eigenschaften (z. B. Ionenintensität (SNR), m/z) für die Kalibrierung. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung lassen daher die Extraktion von CCS-Werten direkt aus hochauflösenden massengenauen Spektren eines breiten Massenbereichs von Ionen, vorzugsweise „Voll-MS“-Spektren, zu. Derartige Verfahren sind vollständig kompatibel mit High-Dynamic-Range-Scan-Verfahren (Scan-Verfahren mit großem Dynamikbereich).
In einigen Ausführungsformen können Peakbreiten für jeden Analyten über das gesamte Elutionsprofil des Analyten verfolgt und kann die endgültige Abfallkonstante für den interessierenden Analyten als gewichteter Durchschnitt aller Punkte über die Retentionszeit berechnet werden, wobei Komponenten mit geringerer Intensität deutlich geringere Gewichtungen als solche mit höherer Intensität erhalten werden. Auch die Abfallkonstante kann auf diese Weise mit Gewichtung aus allen identifizierten Isotopen-/Ladungszuständen des Analyten bestimmt werden.
Die Offenbarung stellt auch verbesserte Hardware zum Durchführen derartiger Verfahren bereit. Abfallkonstanten hängen vom Gasdruck im Massenanalysator ab. Ein verbessertes Mittel zur Veränderung des Gasdrucks wird in Form einer Steuerung des Saugvermögens (d. h. der Drehzahl) einer Turbomolekularpumpe bereitgestellt, die so konfiguriert ist, dass sie einen Vakuumbereich eines Massenspektrometers, in dem sich der Massenanalysator befindet, abpumpt.
Somit stellt die Offenbarung im Allgemeinen Systeme zum Durchführen von Massenspektrometrie bereit, bei denen die Abfallkonstante, m/z und die Kalibrierung online durchgeführt werden. Derartige Systeme können so konfiguriert sein, dass sie einen Ionenstrom erzeugen, beispielsweise einen von einer Ionenquelle generierten Ionenstrom, und Injizieren eine Satz von Ionen aus diesem Strom in eine ionenoptische Einfangvorrichtung injizieren, wie etwa einen Massenanalysator, umfassen, wobei Ionen eine durch elektromagnetische Felder begrenzte periodische Bewegung ausführen. Der Bildstrom wird von der periodischen Bewegung der Ionen für eine Zeitdauer detektiert, während der mindestens ein Teil der Ionen Kollisionen mit Gasmolekülen in der Falle ausgesetzt ist. Eigenschaften der periodischen Bewegung der Ionen, wie etwa eine oder mehrere von Intensitäten, Phasen, Frequenzen (d. h. m/z), Abfallkonstanten, können für mehrere Ionenspezies gleichzeitig innerhalb des Satzes von Ionen bestimmt werden. Werte von Abfallkonstanten oder CCS für jede Spezies können basierend auf zuvor kalibrierten Abhängigkeiten von den Eigenschaften der Ionen bestimmt werden. Die zuvor kalibrierten Abhängigkeiten können eines oder mehrere der folgenden Elemente umfassen: eine Intensität einer Ionenspezies von Interesse; eine Intensität und/oder Frequenz einer Ionenspezies von Interesse; und/oder eine Intensitäts- und/oder Frequenzverteilungen aller Ionenspezies einschließlich der Ionenspezies von Interesse. Im Vergleich zu bestehenden Verfahren können ein verbesserter Dynamikbereich, eine verbesserte Genauigkeit und Präzision der CCS-Messung erreicht werden und kann der Signalabfall zur Qualitätskontrolle von detektierten Massenpeaks verwendet werden.
Diese und andere Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird nun beispielhaft, unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, beschrieben, wobei:

1a und 1b die Beziehung zwischen der Abfallkonstante, der Anzahl von Ionen in einem Paket und der Elutionszeit zeigen;
2A ein Verfahren zur Bestimmung eines Maßes für die Abfallrate einer Ionenprobe zeigt, das mit einem Massenspektrometriesystem gemäß einer ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
2B ein Verfahren zur Bestimmung eines Maßes für die Abfallrate einer Ionenprobe zeigt, das mit einem Massenspektrometriesystem gemäß einer zweiten Ausführungsform durchgeführt wird;
3 Daten zeigt, die zum Implementieren der ersten und zweiten Ausführungsform geeignet sind;
4A die Auflösung gegen die Peakintensität für die Daten von 3 zeigt;
4B die Daten von 4A im Hinblick auf die Auflösung gegenüber dem Signal-Rausch-Verhältnis zeigt;
5 beobachtete Auflösungs- und SNR-Werte, mit einer Anpassung zeigt, die dazu verwendet werden kann, extrapolierte Auflösungen zu erhalten;
6 ein Massenspektrometriesystem zeigt;
7 den Effekt des Drucks auf die Abfallkonstanten zeigt;
8 den Effekt des Drucks auf die Auflösung zeigt;
9 eine Zusammenfassung der Daten in 8 zeigt.
10A die Wirkung von turbomimolekularer Pumpgeschwindigkeit auf transiente Abfallrate zeigt; und
10B die Wirkung von turbomimolekularer Pumpgeschwindigkeit bei Druck zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Basierend auf einer theoretischen und experimentellen Untersuchung des Signalabfalls in FTMS (und insbesondere Orbitrap MS) wurde erkannt, dass Ionen einer Anzahl von raumladungsbezogenen Effekten ausgesetzt sind. Am auffälligsten scheint das so genannte „Selbstbündeln“ zu sein, bei dem die „natürliche“ Verbreiterung eines Ionenpakets bei hohen Ionenpopulationen aufgrund des kombinierten Effekts von Raumladung und Nichtlinearität des elektrischen Felds unterdrückt wird, wie in US-7,714,283 beschrieben. Durch Herstellen eines Orbitrap-Analysators mit hoher Genauigkeit und durch Optimieren seiner Abstimmung können diese Effekte in vielen Fällen auf ein vernachlässigbares Maß oder zumindest auf ein tolerierbares Maß reduziert werden. Raumladungseffekte (z. B. Selbstbündelung) können jedoch immer noch erkennbar sein, wenn CCS aus Abfallkonstanten berechnet wird, wie in 1a veranschaulicht. Bei FTMS können Abfallkonstanten aus Breiten von Massenpeaks in Massenspektren bestimmt werden, die aus Transienten erhalten werden, zum Beispiel unter Verwendung von Fourier-Transformation mit Apodisierung und Nullauffüllung, wie im Stand der Technik bekannt. Allgemeine Gleichungen zur Bestimmung von Abfallkonstanten aus Fourier-Transformations-Massenspektraldaten werden im Abschnitt „Theory and methods“ von Marshall et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, 18, 713, vorgestellt. Desgleichen können Verfahren aus Sanders JD et al. Anal. Chem., 2018; 90(9):5896-902 ebenfalls verwendet werden. Fehler der CCS-Bestimmung hängen von Parametern detektierter Massenpeaks ab, hauptsächlich SNR, wobei Peaks mit geringerer Intensität stärkere Raumladungs- und andere Defokussierungseffekte erfahren.
Obwohl die tatsächliche Anzahl von Ionen in einem Paket schwer festzustellen ist, ist sie proportional zum SNR eines Peaks bei einer gegebenen Transientendauer und Abfallkonstante, wobei der Proportionalitätskoeffizient nur vom thermischen Rauschen des Vorverstärkers des Detektors und seiner Frequenzabhängigkeit abhängig ist. Die Beziehung zwischen SNR und Ionenzahl wird beispielsweise in Abschnitt 2.1 von Eiler et al. (Analysis of molecular isotopic structures at high precision and accuracy by Orbitrap mass spectrometry (International Journal of Mass Spectrometry, Band 422, 2017, Seiten 126-142, ISSN 1387-3806) beschrieben, der hier durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die bei Eiler et al. beschriebenen Beziehungen für das Bestimmen der Ionenanzahl kann in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung immer dann verwendet werden, wenn beschrieben wird, dass Signalintensitäten oder SNR verwendet werden.
1a veranschaulicht die Abhängigkeiten der Abfallkonstante von der Anzahl der Ionen in einem Paket für verschiedene m/z-Verhältnisse. Das durch Statistik und zugrunde liegendes thermisches Rauschen eines Vorverstärkers verursachte Fehlerband ist als ausgegraute Bänder dargestellt. Das schraffierte Band auf der linken Seite von 1a veranschaulicht die untere Nachweisgrenze. Es ist ersichtlich, dass bei niedrigen Ionenanzahlen die Messungen der Abfallkonstanten (und damit des Kollisionsquerschnitts) systematisch höher sind als die Messung derselben Probe, wenn Pakete mit einer höheren Anzahl von Ionen analysiert werden. Es ist manchmal wünschenswert, den Kollisionsquerschnitt zu messen, um ein Molekül zu charakterisieren, da dies eine inhärente Eigenschaft eines Moleküls ist. Daher versucht die vorliegende Offenbarung, genaue Messungen von Abfallkonstanten und/oder Kollisionsquerschnitten bereitzustellen, die die in 1a gezeigten Variationen berücksichtigen.
Die Abhängigkeiten von 1a können zuerst unter Verwendung einer Kalibriermischung von Verbindungen (auch als Kalibriermittel bezeichnet) erhalten und dann für eine bestimmte Probe oder Versuche verfeinert werden. Während Abfallkonstanten stark von m/z und/oder dem Ladungszustand abhängig sind, ist die Form der Kurven in 1a hauptsächlich von der Anzahl der Ionen in einem Paket und in geringerem Maße von m/z abhängig. Es können jedoch auch Effekte zweiter Ordnung auftreten, insbesondere wenn sehr intensive Peaks in der Nähe der interessierenden Ionen auftreten. Das FT-Datenverarbeitungsverfahren (z. B. Größe, Absorption, verstärkte FT (eFT) usw.) kann die ermittelten Werte ebenfalls beeinflussen, da jedes Verfahren seine eigene Abhängigkeit der Peakbreite von der Abfallkonstante und -intensität aufweisen kann. Derartige Abhängigkeiten sind jedoch nicht unbedingt problematisch, wenn dasselbe FT-Verarbeitungsverfahren zur Kalibrierung und anschließenden Analyse verwendet wird. Solange für das Kalibriermittel und die Probe dasselbe Verfahren verwendet wird, kann mit geeigneten Statistiken jedes FT-Verfahren verwendet werden.
Die Abhängigkeiten von 1 können zur Nacherfassungskorrektur von Abfallkonstantenmessungen über ein Elutionsprofil jedes Massenpeaks und Ladungszustands, wie in 1b gezeigt, für jedes Isotop des interessierenden Analyten verwendet werden. Die schwarzen Kreise in 1b zeigen Zeitpunkte an, zu denen Messungen über das Elutionsprofil von Massenpeaks durchgeführt werden. Es ist ersichtlich, dass diese Zeitpunkte auf dem Elutionsprofil unterschiedlichen Abfallkonstanten entsprechen. Die Zuordnung von Isotopen und Ladungszuständen könnte unter Verwendung von Algorithmen erfolgen, die denen ähnlich sind, die in US-10,593,530 beschrieben sind, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Die endgültige Abfallkonstante für den interessierenden Analyten kann als gewichteter Durchschnitt aller Punkte über die Retentionszeit und/oder für alle Isotope berechnet werden, wobei Komponenten mit geringerer Intensität höhere Korrekturen sowie deutlich niedrigere Gewichtungen als Komponenten mit hoher Intensität erhalten. Es könnte vorzuziehen sein, nicht alle Isotopenpeaks einzubeziehen, sondern nur die intensivsten, z. B. mehr als 30 % oder 50 % des intensivsten Peaks in einem Cluster. Es kann auch möglich sein, nur Punkte zu verwenden, deren Peak-Intensität größer als ein bestimmter Prozentsatz (z. B. 10 %, 20 %, 30 %, 40 % usw.) ist. Auf jeden Fall zeigt 1b, dass Korrekturen an den gemessenen Abfallzeiten für einen gegebenen Zeitpunkt an einem Elutionsprofil für jedes m/z-Verhältnis vorgenommen werden können.
Betrachtet man beispielsweise den ersten Elutionspeak für m/z₁, wird die erste Messung der Abfallkonstante (d. h. der unterste schwarze Kreis in 1b) erhalten, während die Anzahl der Ionen im Paket relativ gering ist. Betrachtet man beispielsweise den ersten Elutionspeak für m/z1, wird die erste Messung der Abfallkonstante (d. h. der unterste schwarze Kreis in 1b) erhalten, während die Anzahl der Ionen im Paket relativ gering ist. Dies führt dazu, dass die Abfallkonstante von der linken Seite des Diagramms von 1a gemessen wird, und führt somit dazu, dass die Messung einen großen Fehler aufweist. Im Lauf der Zeit zeigen die nächsten beiden schwarzen Kreise (d. h. der zweite und dritte schwarze Kreis von unten in 1b), dass Messungen der Abfallkonstante für eine relativ große Anzahl von Ionen im Paket vorgenommen werden, was bedeutet, dass die Abfallkonstante von der rechten Seite des Diagramms von 1a gemessen wird, und somit zu einer Messung mit einem relativ kleinen Fehler führt. Dann stammt der vierte schwarze Kreis von unten von der Hinterkante des Retentionspeaks und führt wiederum zu einem Maß für die Abfallkonstante von der linken Seite von 1a. Ein ähnliches Muster wiederholt sich für die Elution von m/z₂. Somit können unterschiedliche Messungen, die an unterschiedlichen Punkten in einem Elutionsprofil vorgenommen wurden, korrigiert werden und/oder sie können gewichtet werden, wenn eine durchschnittliche Abfallkonstante für eine gegebene Probe bestimmt wird. Vorzugsweise werden unterschiedliche Messungen, die an unterschiedlichen Punkten in einem Elutionsprofil durchgeführt werden, korrigiert und gewichtet: Zuerst werden Daten unter Verwendung der Daten von Kalibriermessungen korrigiert, und dann wird ein gewichteter Durchschnitt für bessere Statistiken erhalten.
An gemessenen Abfallkonstanten oder CCS-Werten können basierend auf m/z Korrekturen vorgenommen werden. Wie in 1b zu sehen ist, haben unterschiedliche m/z-Werte unterschiedliche Profile der Abfallkonstante gegenüber der Ionenzahl. Korrekturen basierend auf m/z können implizit sein, da m/z die Abfallrate auf indirekte Weise beeinflusst: höhere m/z-Werte haben tendenziell einen höheren CCS für einen gegebenen Ladezustand. Außerdem ist bei einer gegebenen Transientenlänge die Auflösung für höhere m/z aufgrund der Schwingungen mit niedrigerer Frequenz geringer.
Wenn also Maße für die Abfallrate (z. B. Abfallkonstante oder CCS) einer Ionenprobe korrigiert werden, indem ein Maß für Intensität (z. B. SNR) angeglichen wird, werden diese beiden m/z-abhängigen Effekte miteinander verflochten. Im Prinzip könnten aufwändigere Korrekturen mithilfe von maschinellem Lernen auf der Basis von Big Data entwickelt werden, die an großen Datensätzen gesammelt werden. Diese Datensätze könnten spezifische chemische Klassen wie etwa tryptische Peptide, Lipide, Glykane usw. abdecken und/oder die Ähnlichkeit von Massenspektren nutzen.
Aus 1b geht klar hervor, dass der Fehler bei der Abfallkonstante und damit der CCS-Fehler des Peaks m/z₂ deutlich größer ist als der von m/z₁, da es viel größere Fehler bei der Bestimmung der Abfallkonstante bei niedrigeren Intensitäten gibt. Um das SNR zu verbessern und somit den CCS-Fehler zu reduzieren, werden vorzugsweise Scans mit hohem Dynamikbereich verwendet, wie in US-10,224,193-B2 und WO-2018-134,346 -A1 offenbart, die beide hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen sind.
1a und 1b veranschaulichen, dass es eine Grenze für die Auflösung in FTMS-Signalen gibt, die allein durch die Vakuumbedingungen im Detektor für eine Ionenspezies vorgegeben ist. Wenn die Anzahl der oszillierenden Ionen in einem gegebenen Paket zunimmt, neigen im Wesentlichen alle raum-/bildladungsbezogenen Pfade des Signalkohärenzverlusts dazu, zu schrumpfen, was dazu führt, dass die beobachtete Auflösung allmählich bis zu einem bestimmten Punkt zunimmt (bekannt als Selbstbündelung). Oberhalb dieses Punktes zeigen Detektionssignale für Ionenproben typischerweise ein Muster von exponentiellem Abfall, das von Kollisionseffekten dominiert wird. Oberhalb dieses Punktes besteht der einzige Abfallmechanismus in den Ionenkollisionen mit Hintergrundgasmolekülen. Dies ist durch das Plateau auf der rechten Seite in 1a und auf der rechten Seite des oberen Feldes von 1b gezeigt. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung versuchen sicherzustellen, dass die Auflösungswerte, die für die Bestimmung der Abfallkonstante oder von CCS verwendet werden, aus diesen „Plateau“-Regionen stammen.
2A zeigt ein in verallgemeinerter Sprache beschriebenes Verfahren zum Bestimmen eines Maßes einer Abfallrate einer Ionenprobe, die einer Massenanalyse in einem Massenanalysator unterzogen wird, konfiguriert gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren kann zum Bestimmen eines korrigierten Maßes einer Abfallrate einer Ionenprobe unter Verwendung der in den 1a und 1b gezeigten Daten dienen. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt 201 des Empfangens eines Detektionssignals für die Ionenprobe aus einer Detektion von Transienten der Ionenprobe, die unter Verwendung des Massenanalysators erhalten wird, wobei das Detektionssignal für die Ionenprobe eine zeitliche Abfallrate aufweist. Ein derartiges Detektionssignal kann ein vom Massenanalysator detektierter Bildstrom sein. In einem zweiten Schritt 202 umfasst das Verfahren die Bestimmung einer Anpassungsfunktion für die Ionenprobe auf der Grundlage (z. B. in Abhängigkeit von): eines Maßes für die Intensität (z. B. SNR oder Gesamtionenzahl) und/oder eines Maßes für das Masse-Ladungs-Verhältnis (z. B. Frequenz) des Erfassungssignals für die Ionenprobe; und ein Maß für die Intensität (z. B. SNR oder Gesamtzahl der Ionen) und/oder ein Maß für das Masse-Ladungs-Verhältnis (z. B. Frequenz) eines Nachweissignals, das zuvor für ein Kalibriermittel unter Verwendung des Massenanalysators erhalten wurde. Das Verfahren umfasst einen dritten Schritt 203 zum Bestimmen des Maßes für die Abfallrate der Ionenprobe durch Angleichen eines Maßes der zeitlichen Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe unter Verwendung der Angleichungsfunktion. Auf diese Weise kann ein genaues Maß für die Abfallrate der Ionenprobe erhalten werden, da die Intensität und/oder das Masse-zu-Ladung-Verhältnis eines Signals von einem Kalibriermittel (z. B. mit einer Abfallkonstante und/oder einem Querschnitt, die/der genau bekannt ist) dazu verwendet werden, eine Angleichungsfunktion zu bestimmen, die dazu verwendet wird, die für die Ionenprobe gemessenen Werte anzugleichen. Somit kann die in 1a und 1b gezeigte Abhängigkeit der Abfallkonstante oder CCS berücksichtigt werden.
In einem alternativen Aspekt kann ein gewichteter Durchschnitt berechnet werden. Beispielsweise kann ein Verfahren zum Bestimmen eines gewichteten Maßes für eine Abfallrate einer Ionenprobe, die einer Massenanalyse in einem Massenanalysator unterzogen wird, bereitgestellt werden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen einer Vielzahl von Erfassungssignalen für die Ionenprobe aus einer vorübergehenden Erfassung der Ionenprobe, die unter Verwendung des Massenanalysators erhalten wird, wobei die Erfassungssignale für die Ionenprobe zeitliche Abklingraten aufweisen; Bestimmen einer Vielzahl von Messwerten für die Zerfallsrate der Ionenprobe; Bestimmen des gewichteten Maßes der Zerfallsrate (und optionales Korrigieren dieser Maße der Zerfallsrate) der Ionenprobe durch Bilden eines gewichteten Mittelwertes der mehreren Maße der Zerfallsrate der Ionenprobe, wobei relativ hohe Intensitätsmaße des Erfassungssignals für die Ionenprobe gewichtet werden, um einen größeren Beitrag zu dem gewichteten Mittelwert zu liefern als relativ niedrige Intensitätsmaße des Erfassungssignals für die Ionenprobe. Die mehreren Detektionssignale für die Ionenprobe können zu mehreren Zeitpunkten über das Elutionsprofil der Ionenprobe erhalten werden. Dies ist dem in 2A gezeigten Prozess ähnlich, und die verschiedenen in dieser Offenbarung beschriebenen Schritte können gleichermaßen auf diesen alternativen Aspekt zutreffen. Dieser Aspekt erkennt jedoch an, dass genauere Messungen durchgeführt werden können, indem ein gewichteter Durchschnitt der mehreren Maße für die Abfallrate der Ionenprobe genommen wird. Die gewichtete Durchschnittsbildung kann bestimmte Maße für die Abfallrate vollständig ausschließen (z. B. weil sie eine extrem schlechte Auflösung haben), und daher ist es möglicherweise nicht notwendig, diese Werte bei der Berechnung des gewichteten Durchschnitts zu korrigieren (weil ihr Beitrag null wäre).
Die Verfahren der vorliegenden Offenbarung können das Bestimmen eines gewichteten Maßes für die Abfallrate der Ionenprobe umfassen, indem ein gewichteter Durchschnitt der mehreren Maße für die Abfallrate der Ionenprobe genommen wird. Wo zum Beispiel ein Maß für die Abfallrate der Ionenprobe beschrieben wird, kann dies ein gewichtetes Maß sein. Dadurch kann sicherstellt werden, dass Maße für die Abfallrate der Ionenprobe, die statistisch wahrscheinlich genau sind, priorisiert werden, wodurch die Genauigkeit verbessert wird, mit der Abfallkonstanten und CCS bestimmt werden können.
Bei solchen Verfahren kann die Vielzahl der Messwerte für die Abfallrate der Ionenprobe einem oder mehreren relativ hohen Intensitätswerten des Detektionssignals für die Ionenprobe (z. B. Werte auf der rechten Seite der und ) und einem oder mehreren relativ niedrigen Intensitätswerten des Detektionssignals für die Ionenprobe (z. B. Werte auf der linken Seite der und ) entsprechen; das eine oder die mehreren relativ hohen Maße für Intensität des Detektionssignals für die Ionenprobe gewichtet werden, um einen größeren Beitrag zum gewichteten Durchschnitt bereitzustellen als das eine oder die mehreren relativ niedrigen Maße für Intensität des Detektionssignals für die Ionenprobe. Auf diese Weise tragen Werte, die mit relativ niedrigen Ionenzahlen und daher geringer Genauigkeit genommen wurden, weniger zum Gesamtdurchschnitt bei. In einigen Fällen kann der gewichtete Durchschnitt ein oder mehrere Maße für die Abfallrate der Ionenprobe, für die das Maß für Intensität des Detektionssignals für die Ionenprobe unter einem Schwellenwert liegt, ausschließen. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, alle Werte zu ignorieren, die mit besonders niedrigen Ionenzahlen aufgenommen wurden, wenn bekannt ist, dass derartige Werte zu fehlerhaften Ergebnissen führen.
In den hierin beschriebenen Aspekten und weiterhin unter Verwendung der zuvor verwendeten verallgemeinerten Sprache kann das Maß für die Abfallrate der Ionenprobe eine Abfallkonstante oder ein Kollisionsquerschnitt sein. Da der CCS aus einer Abfallkonstante bestimmt werden kann (und umgekehrt), kann jedes Maß für die Abfallrate einer Ionenprobe in den Algorithmen dieser Offenbarung verwendet werden.
Wie zuvor erwähnt, kann es schwierig sein, die tatsächliche Anzahl von Ionen in einem Paket festzustellen, sie ist jedoch proportional zum SNR eines Peaks bei einer gegebenen Transientendauer und Abfallkonstante. Somit kann in der zuvor verwendeten verallgemeinerten Sprache das Bestimmen einer Angleichungsfunktion (z. B. Skalierungsfaktoren) für die Ionenprobe auf einem Verhältnis zwischen dem Maß für Intensität des Detektionssignals für die Ionenprobe und dem zuvor für das Kalibriermittel erhaltenen Maß für Intensität des Detektionssignals basieren. Beispielsweise können unter bestimmten Bedingungen die Kurven in 1a und 1b im Wesentlichen die gleiche Form haben, aber durch eine Proportionalitätskonstante ungefähr in Zusammenhang stehen. Daher kann eine an einer Ionenprobe vorgenommene Messung durch Ausnutzen dieser Beziehung korrigiert werden. Durch Bilden eines Verhältnisses zwischen zwei Messungen wird die Notwendigkeit, verschiedene komplexe Faktoren zu berücksichtigen, verringert.
Man betrachte als hypothetisches Beispiel eine Messung, die an einer Ionenprobe aus einem Paket mit beispielsweise 100 Ionen (oder einem äquivalenten SNR) vorgenommen wurde. Eine derartige Probe kann einen Datenpunkt in Richtung der linken Seite von 1a und 1b bereitstellen (d. h. nahe der unteren Nachweisgrenze), sodass jede Berechnung der Abfallkonstante oder von CCS aufgrund von Raumladung oder anderen Effekten zu hoch angesetzt sein könnte. Aus einem Versuch mit dem Kalibriermittel (das natürlich eine bekannte Zusammensetzung, bekannte Abfallkonstante und einen bekannten CCS aufweisen würde) war jedoch bekannt, dass ein Ionenpaket mit 100 Ionen des Kalibriermittels zu einer um 10 % zu hoch angesetzten Abfallkonstante führte. Somit kann eine Abfallkonstante für die Ionenprobe bestimmt werden, indem der Datenpunkt aus dem Paket mit nur 100 Ionen verwendet wird, und kann ihre Genauigkeit erhöht werden, indem die berechnete Abfallkonstante um 10 % verringert wird. Es versteht sich, dass eine ähnliche Methodik für CCS-Berechnungen implementiert werden kann. Daher stellt die Offenbarung allgemein ausgedrückt Angleichungsfunktionen für die Ionenprobe bereit, die einen Betrag angeben, um den die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe angeglichen werden muss, um Fehler beim Messen der zeitlichen Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe zu kompensieren. Die Angleichungsfunktionen können einen Offset (z. B. einen Offset, der zu einem gemessenen Wert addiert oder von ihm subtrahiert werden kann) oder einen Skalierungsfaktor definieren, der einen Hinweis auf einen prozentualen Fehler bereitstellt. In einem derartigen Fall kann das Angleichen des Maßes der zeitlichen Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe unter Verwendung der Angleichungsfunktion das Skalieren des Maßes der zeitlichen Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe um den Skalierungsfaktor umfassen. Die hierin beschriebenen Angleichungsfunktionen könnten jedes Programm sein, das ein Massenspektralsignal empfängt und eine/n korrigierte/n CCS und/oder Abfallkonstante ausgibt, indem es die Massenspektraldaten mit den Massenspektraldaten eines Kalibriermittels vergleicht. Dementsprechend kann ein genaueres Maß für die Abfallrate der Ionenprobe erhalten werden.
Als Beispiel kann eine multivariable Funktion $τ_{c o r r e c t} = τ_{c o r r e c t} (τ_{0}; S N R; \frac{m}{z}, x)$
definiert werden, deren Ausgang eine korrigierte Abfallkonstante ist. Diese Funktion τ_correct gibt Eingaben aus: einer unkorrigierten Abfallkonstante τ₀, bestimmt durch Massenspektraldaten; einem Signal-Rausch-Verhältnis SNR von Massenspektraldaten; und einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis m/z, das durch Massenspektraldaten angegeben ist. Sie könnte auch einen Satz anderer Eingänge X verwenden, wie etwa Gesamt-SNR für das gesamte Spektrum, Eigenschaften der nächsten oder intensivsten Massenpeaks usw. Daher kann X als optionale Variable angesehen werden, die weggelassen werden könnte.
Die Form der Funktion τ_correct kann für ein Kalibriermittel mit bekannter Zusammensetzung bestimmt werden. Da das Kalibriermittel eine bekannte Zusammensetzung mit verschiedenen bekannten Spezies von Bestandteilen hat, ist ein Bereich korrekter m/z-Werte für das Kalibriermittel bekannt. Außerdem muss für eine gute Kalibrierung ein Bereich korrekter Abfallkonstanten (d. h. die korrekten Ausgaben der Funktion τ_correct) bekannt sein. Somit kann die Form der Funktion τ_correct für einen bestimmten Versuchsaufbau unter Verwendung von Daten bestimmt werden, die von dem Kalibriermittel durch Lösen eines Optimierungsproblems erhalten werden. Wenn Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einen Schritt zur Bestimmung einer Anpassungsfunktion für eine Ionenprobe durchführen, kann dies bedeuten, dass die Funktion τ_correct aufgerufen wird, die unter Verwendung des Kalibriermittels bestimmt wurde.
Es ist klar, dass auch andere Eingaben für τ_correct verwendet werden können. So könnte die Funktion τ_{correctτcorrect} beispielsweise die Ionenzahl in einem Paket als Eingabe statt des SNR und die Frequenz des Erkennungssignals des Massenanalysators als Eingabe statt m/z verwenden. Dabei handelt es sich einfach um Koordinatentransformationen. Außerdem könnten einige der Eingaben von τ_correct weggelassen werden. Wenn zum Beispiel ein vollständiger MS-Scan gewünscht wird, kann es vorzuziehen sein, sowohl SNR- als auch m/z- (oder Frequenz-) basierte Korrekturen vorzunehmen, aber für isolierte Scans könnten Korrekturen lediglich basierend auf SNR (oder einem anderen Maß für Intensität) ausreichend sein. Für eine auf m/z basierende Korrektur könnte ein Kalibriermittelgemisch verwendet werden, das mehrere Kalibrierionen mit unterschiedlichem m/z (vorzugsweise über einen weiten Bereich) umfasst, sodass die Beziehungen von 1 für jedes m/z-Ion erhalten werden, und dann können die abgeleiteten Angleichungswerte bei jeder Ionenanzahl auch mit m/z variieren, sodass eine separate Kurve des Angleichungswerts gegenüber m/z bei jeder Ionenanzahl erhalten und zur Korrektur verwendet werden kann. Idealerweise sollte zur Kalibrierung eine Mischung aus möglichst vielen Kalibriermitteln verwendet werden. Beispielsweise könnte es unser FlexMix sein, den wir für die Instrumentenkalibrierung verwenden, oder alternativ dazu eine Mischung von Peptiden, die durch Aufschluss von Rinderserumalbumin (eine Standard-Qualitätskontrollprobe in der Proteomik) usw. hergestellt werden. Dann könnten wir zwischen kalibrierten Peaks z. B. mit Splines interpolieren.
In jedem Fall liefert die oben definierte Funktion τ_correct eine korrigierte Abklingkonstante. Natürlich könnten alternative Funktionen definiert werden und in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie etwa: $τ_{o f f s e t} \equiv τ_{c o r r e c t} (τ_{0}; S N R; \frac{m}{z}) - τ_{0}$
$τ_{s c a l i n g} \equiv \frac{τ_{c o r r e c t} (τ_{0}; S N R; \frac{m}{z})}{τ_{0}}$
Die Ausgänge von τ_offset wären ein Betrag, der zu einer unkorrigierten Abfallkonstante addiert werden müsste, um einen korrigierten Wert bereitzustellen. Ebenso wären die Ausgänge von τ_scaling ein Skalierungsfaktor, um den eine unkorrigierte Abfallkonstante skaliert werden müsste, um einen korrigierten Wert bereitzustellen. Es versteht sich auch, dass die Funktion τ_correct durch eine gleichwertige Funktion σ_correct ersetzt werden könnte, die die gleichen Eingänge empfängt und korrekte CCS-Werte (oder Offsets/Skalierungsfaktoren) als ihre Ausgänge bereitstellt.
Ein weiterer Weg, auf dem genaue Abfallkonstanten oder CCS-Werte berechnet werden können, ist nachstehend beschrieben. Eine Kurve wie die Kurve in 1 kann für ein Kalibriermittel erhalten werden (d. h. das Maß für die Abfallkonstante oder CCS wird für einen Bereich von Ionenanzahlen, S/N oder Intensitäten usw. festgestellt). Es kann eine Interpolation zwischen Punkten verwendet werden, oder es kann eine Anpassungsfunktion dazu verwendet werden, die Kurve anzunähern. Aus dieser Kurve können dann Angleichungswerte für jede Ionenanzahl, S/N oder Intensität (basierend auf der Abweichung von der „bekannten“ Abfallkonstante) festgestellt werden. Schließlich kann die Abfallkonstante oder der CCS der „Ionenprobe“ korrigiert werden, indem der Angleichungswert (aus der Kalibrierungskurve) verwendet wird, der derselben Ionenanzahl, S/N oder Intensität der Ionenprobe entspricht.
In der gesamten vorliegenden Offenbarung kann das Maß für Intensität des Detektionssignals für die Ionenprobe eines oder mehrere umfassen von: Gesamtionenzahl; Signalamplitude; und/oder Signal-Rausch-Verhältnis. Darüber hinaus kann das Maß für Intensität des zuvor für das Kalibriermittel erhaltenen Detektionssignals eines oder mehrere der folgenden umfassen: Gesamtionenzahl; Signalamplitude; und/oder Signal-Rausch-Verhältnis. Das Maß für das Masse-Ladungs-Verhältnis des Erfassungssignals für die Ionenprobe kann eine Frequenz (oder, äquivalent, eine Zeitspanne des Signals) umfassen; und/oder das Maß für das Masse-Ladungs-Verhältnis des zuvor für den Kalibrierstoff erhaltenen Nachweissignals kann eine Frequenz (oder gleichwertig eine Zeitspanne des Signals) umfassen.
In 2B ist ein Verfahren dargestellt, das mit einem Massenspektrometriesystem gemäß einer zweiten Ausführungsform durchgeführt wird. Das Verfahren von 2B ist dem Verfahren von 2A in mancher Hinsicht ähnlich. Das Verfahren von 2B ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Maßes einer Abfallrate einer Ionenprobe, die einer Massenanalyse in einem Massenanalysator mit Spiegelstromdetektion unterzogen wird. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt 211 des Empfangens eines Detektionssignals für die Ionenprobe aus einer Detektion von Transienten der Ionenprobe, die unter Verwendung des Massenanalysators erhalten wird, wobei das Detektionssignal für die Ionenprobe eine zeitliche Abfallrate aufweist. Dies kann im Wesentlichen dasselbe wie Schritt 201 von 2A sein. Das Verfahren kann ferner einen optionalen zweiten Schritt 212 zum Bestimmen umfassen, ob die Auflösung des Detektionssignals für die Ionenprobe angibt, dass die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe von Kollisionseffekten (z. B. Selbstbündelung) dominiert wird. Dies kann zum Beispiel erhalten werden, indem berücksichtigt wird, ob die Auflösung des Massenspektraldetektionssignals in dem stabilen Plateau von 1A und 1B liegt.
Ob Selbstbündelung auftritt oder nicht, spielt nicht unbedingt eine Rolle, aber ob Selbstbündelung auftritt, beeinflusst, welche Korrekturen verwendet werden. Somit kann Schritt 212 weggelassen werden, oder Schritt 212 kann stattdessen zur Qualitätskontrolle verwendet werden. So kann Schritt 212 beispielsweise die Bestimmung eines oder mehrerer der folgenden Punkte umfassen: ob ein Peak grundlinienaufgelöst ist (d. h. ob beide Seiten eines Peaks die Grundlinie erreichen, ohne andere Peaks zu stören); ist das SNR hoch genug, um den Peak zu berücksichtigen; ob der Peak zu einem Isotopencluster gehört und ob der Peak in einen gewichteten Durchschnitt einbezogen wird oder nicht. Schließlich umfasst das Verfahren einen dritten Schritt 213 zum Bestimmen des Maßes für die Abfallrate der Ionenprobe. Wenn die Auflösung des Detektionssignals für die Ionenprobe angibt, dass die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe von Kollisionseffekten dominiert wird, basiert die Bestimmung des Maßes für die Abfallrate der Ionenprobe auf der zeitlichen Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe. Wenn die Daten zum Beispiel von dem Plateau stabiler Werte stammen, ist möglicherweise keine Korrektur der Abfallkonstante oder der CCS-Messung erforderlich, und die Abfallkonstante des Signals kann dazu verwendet werden, den CCS oder die Abfallkonstante der Ionenprobe zu berechnen. Wenn andererseits das SNR des Detektionssignals für die Ionenprobe angibt, dass die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe nicht von Kollisionseffekten dominiert wird, basiert das Bestimmen des Maßes für die Abfallrate der Ionenprobe auf einer extrapolierten Auflösung für die Ionenprobe. Die extrapolierte Auflösung ist eine erwartete Auflösung des Detektionssignals unter Bedingungen, bei denen die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe von Kollisionseffekten dominiert wird. Wenn somit der Wert von der linken Seite von 1A, 1B und 3(III) genommen wird, dann kann die Auflösung durch Extrapolation auf eine Region bestimmt werden, in der Bedingungen kollisionsdominiert und daher genauer sind. Somit stellt die Offenbarung ein Verfahren bereit, das die Genauigkeit der Messungen von Abfallkonstanten und/oder CCS automatisch verbessern kann.
In der vorliegenden Offenbarung ist mit „dominiert“ gemeint, dass die Abfallrate des Detektionssignals an eine exponentielle Abfallkurve erster Ordnung bis zu einem Grad angepasst werden kann, der einen minimalen Genauigkeitsschwellenwert überschreitet. Dieser minimale Schwellenwert kann beispielsweise vom Benutzer eingestellt oder werkseitig eingestellt/definiert sein (z. B. könnte der minimale Schwellenwert während der Herstellung in die Hardware programmiert werden) und stellt einen Punkt dar, an dem die Abfallrate der Transienten von exponentiell zu einem akzeptablen Maß übergeht, bis dahin, dass sie nicht länger in akzeptablem Umfang exponentiell ist, sodass die hierin beschriebenen Anpassungsverfahren nicht funktionieren. Es versteht sich in dieser Hinsicht, dass es beim Übergang vom exponentiellen zum nicht-exponentiellen Abfall keinen genau definierten Grenzpunkt gibt. In einigen Fällen kann ein Diagramm der Auflösung gegen SNR einen Wendepunkt zeigen (z. B. wo die Auflösung nach einem konstanten Anstieg ein Plateau zu bilden beginnt), und dieser Wendepunkt könnte auch als die Schwelle betrachtet werden, oberhalb von der Bedingungen als kollisionsdominiert bezeichnet werden. Alternativ dazu können Bedingungen als „kollisionsdominiert“ bezeichnet werden, wenn die Auflösung (oder eine andere äquivalente Messung) einen bestimmten Prozentsatz (z. B. 80 %, 90 %, 95 % oder 99 %) ihres Werts in der stabilen Plateauregion erreicht.
3 zeigt ein LC-Elutionsprofil (I) einer Isotopenhülle mit Ladungszustand Z = 3+ einer Verbindung mit einem Monoisotopengewicht von 2200,09 Da (II). Die Verteilung der Auflösungswerte ihrer Isotope über das Elutionsprofil ist in Abhängigkeit von ihrem Signal-Rausch-Verhältnis als log₁₀ Skala (III) aufgetragen. Allgemein gesprochen können die mehreren Maße für die Abfallrate der Ionenprobe für mehrere Retentionszeiten eines Elutionsprofils bestimmt werden. Derartige Daten können dazu verwendet werden, sicherzustellen, dass Messungen in den informativ zuverlässigsten Regionen durchgeführt werden (d. h. vorzugsweise in der Nähe oder innerhalb der Selbstbündelungsregion). Obwohl es wünschenswert ist, Peaks mit hoher Intensität zu haben, die in der Selbstbündelungsregion liegen, gibt es normalerweise eine logarithmische Normalverteilung der Intensitäten in Massenspektren, sodass die meisten Peaks von geringerer Häufigkeit sind. Bei einem LC- (oder GC-) Versuch haben einige eluierende Proben eine sehr geringe Häufigkeit, sodass es unter Umständen nicht möglich ist, Messungen vom stabilen Plateau zu erhalten.
Als Maß für die Anzahl von Ionen pro Ionenpaket kann ein LC-Profil oder im Fall von 3(1), die ausgewählte Ionenüberwachung (Selected Ion Monitoring, SIM) verwendet werden. Daher kann ein anfänglicher Schritt das Identifizieren des Werts des Abfallparameters auf dem „Plateau“-Niveau mit hoher Ionenanzahl (z. B. der stabilen Region in 1b) umfassen. Da die Auflösung und der Abfall in engem Zusammenhang stehen (d. h. proportional im Fall eines reinen Kollisionsregimes), sind die Strategien zur Bestimmung der reinen Kollisionskomponente der Abfallkonstante identisch, wenn der Abfallparameter explizit bekannt ist oder die Auflösung als Zwischenschritt verwendet wird.
Für die CCS-Analyse ist es nicht erforderlich, die Analyse auf eine einzige m/z-Spezies pro Verbindung zu beschränken. Da alle Isotope innerhalb eines bestimmten Clusters genau die gleiche Größe haben (und sich nur in ihrer Masse unterscheiden), kann es vorteilhaft sein, die Auflösungsdaten auch über die gesamte Isotopenhülle zu verwenden. Daher kann der Begriff „Ionenspezies“ verallgemeinert auf alle Isotope für einen gegebenen Ladungszustand einer gegebenen Verbindung bezogen werden. 3(II) zeigt sieben Peaks mit einem Abstand von 0,33 m/z, was auf Isotopenvarianten eines dreifach geladenen Ions hinweist. Allgemein ausgedrückt können daher in den hierin beschriebenen Verfahren die mehreren Maße für die Abfallrate der Ionenprobe für mehrere unterschiedliche Isotopenzusammensetzungen bestimmt werden. Somit können die hierin beschriebenen gewichteten Durchschnitte auf Maßen für die Abfallrate für mehrere Isotopenvarianten der Ionenprobe basieren. Dies kann die Analyse mehrerer Isotopenvarianten eines einzelnen Analyten zulassen, was die Fehlerstatistik verbessern kann.
Da Peaks mit höherer Intensität tendenziell genauere Schätzungen des Auflösungswerts bereitstellen, kann es zum Berechnen von Abfallkonstanten vorteilhaft sein, nur Werte zu verwenden, die nahe oder an dem Scheitelpunkt des SIM-Peak-Scheitels (d. h. nahe dem Plateau) liegen. Dies ist jedoch nicht in allen Ausführungsformen erforderlich. Wie beispielsweise unter Bezugnahme auf 5 ausführlicher beschrieben wird, bestimmen einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Abfallkonstanten unter Verwendung des folgenden Verfahrens. Zunächst wird ein Datensatz, wie etwa der von 3(III), erhalten. Dann wird eine Linie der besten Anpassung bestimmt, um zu versuchen, eine Beziehung zwischen SNR und der Auflösung herzustellen. In 3(III) würde diese Linie der besten Anpassung bei einer konstanten Auflösung von etwa R = 63000 über SNR-Werten von etwa 50 ein Plateau erreichen. Wenn dann eine Messung der Abfallkonstante oder des CCS für eine Spezies mit einem SNR von beispielsweise 10 und einem entsprechenden R = 55000 bestimmt wird, wäre es offensichtlich, dass diese spezielle Spezies keine Selbstbündelung erfährt, da R = 55000 signifikant unterhalb des Plateaus liegt, an dem Selbstbündelung auftritt. Daher würde erwartet, dass diese Spezies einen großen Fehler in der Abfallkonstante und im CCS aufweist, da die Abfallkonstante und CCS direkt aus R berechnet werden können und dieser gemessene Wert von R = 55000 auf suboptimale Versuchsbedingungen hinweist. Dieser große Fehler in der Abfallkonstante und CCS könnte korrigiert werden, indem ein Wert von R = 63000 anstelle von R = 55000 verwendet wird, wenn die Abfallkonstante oder CCS bestimmt wird. Dies liegt daran, dass, wenn es möglich gewesen wäre, eine höhere SNR zu erhalten (z. B. durch eine große Analytmenge und somit mehr Ionen im Paket), die Auflösung R = 63000 betragen hätte. Eine derartige Linie der besten Anpassung kann alle Punkte in 3(III) berücksichtigen.
Alternativ dazu kann man zur Verbesserung der Statistik gewichtete Durchschnittswerte der Auflösung für alle beobachteten Peaks für eine bestimmte Ionenspezies verwenden, wie in: ${\tilde{R}}_{\frac{m}{z}} = \frac{\sum_{i} (W (I_{i}) R_{i} C_{i})}{\sum_{i} W (I_{i})}$
wobei ${\tilde{R}}_{\frac{m}{z}}$
der gewichtete Wert für die Auflösung, R_i der gemeldete Auflösungswert jedes einzelnen Peaks, C_i die Korrektur dieses Wertes unter Verwendung der Kalibrierungen aus den 1a, 1b, 3 (III) (C_i ≥ 1), I_i das Intensitätsmaß eines einzelnen Peaks und W(I_i) die dem Auflösungswert eines Peaks zugewiesene Gewichtung in Abhängigkeit von seiner Intensität ist. Gewichtete Durchschnittswerte können dazu verwendet werden, gewichtete Auflösungswerte für verschiedene SNR-Bereiche zu bestimmen. Beispielsweise könnte ein gleitender Durchschnitt der Daten in 3(III) genommen werden, um eine Trendlinie zu erhalten. Alternativ dazu könnte ${\tilde{R}}_{\frac{m}{z}}$
eine gewichtete Auflösung sein, die nur über Peaks gewichtet wird, die sich in der Selbstbündelungsregion befinden (d. h. unter Ausschluss von Peaks, deren Intensitäten nicht ausreichend hoch für Selbstbündelung sind). Das Maß für die Intensität kann in a.u. angegeben werden, z. B. als absoluter Wert der Spitze des Peaks in der Größe oder als Absorptions-FT-Spektrum, SNR usw. Die Gewichtungsfunktion kann feste Werte für jeden Intensitätswert verwenden (z. B. W(I_i) = 1 wie im Durchschnitt), sie kann linear in Bezug auf die Gewichte sein (z. B. W(I_i) = const ∗ I_i) oder die Nichtlinearität der Kurven in mit einer komplexeren Funktionalität widerspiegeln (z. B. W(I_i) = const ∗ I_i ^p,, wobei p eine Konstante sein kann). Andere Gewichtungsstrategien sind ebenfalls möglich. In jedem Fall kann eine genauere grafische Darstellung (die zur Korrektur von Abfallkonstanten und CCS verwendet werden kann) von SNR (oder einem gleichwertigen Maß) gegenüber der Auflösung erhalten werden, indem Peaks von niedrigerer Intensität niedrigere Gewichtungen zugewiesen werden, um zu verhindern, dass Peaks mit großen Fehlern die ermittelte Trendlinie verzerren.
Es ist auch möglich, Parameter zu finden, die die Kurven genau genug beschreiben, um ein zuverlässiges Extrahieren der Auflösungswerte zu ermöglichen. Damit diese Strategie funktioniert, ist ein Modell erforderlich, das das Phänomen beschreibt. Die bevorzugte Wahl für ein derartiges Modell ist eine Funktion, die auf der y-Achse ein Plateau bildet (die hier die Abfallkonstante oder Auflösung darstellt). Das am meisten bevorzugte Beispiel einer glatten Funktion mit einer derartigen Eigenschaft ist ein exponentielles Plateau: $Y = Y_{p l a t e a u} - K * e^{- γ * x}$
wobei Y_plateau der gesuchte Wert des Plateaus ist und die Koeffizienten K und y die Steiggeschwindigkeit der Funktion beschreiben, bevor Y_plateau erreicht wird. Es ist wichtig anzumerken, dass eine derartige Funktion nicht glatt sein muss. Für die Zwecke der Offenbarung könnte eine derartige Funktion eine stückweise Funktion sein, z. B. $Y = {\begin{matrix} Y = a * x^{2} + b * x + c & f o r x < x_{c r i t i c a l} (Y_{p l a t e a u}) \\ Y = Y_{p l a t e a u} & f o r x > x_{c r i t i c a l} \end{matrix},$
wobei die Koeffizienten a, b, c einen parabelförmigen Anstieg beschreiben, bevor ein Plateau an einem Punkt x_critical erreicht wird. Die Funktion könnte auch eine stückweise lineare Funktion sein, die sich einer glatten Funktion annähert. Diese Funktionen sind lediglich Beispiele, und Ausführungsformen dieser Offenbarung können andere Funktionen verwenden.
Die Parameter für diese Funktionen können auf verschiedene Weise erhalten werden, einschließlich der Minimierung der Diskrepanz zwischen beobachteten Werten und den von der Funktion vorhergesagten Werten. Ein Optimierungsproblem kann in Bezug auf die Minimierung einer Norm dieser Diskrepanz angegeben werden, z. B. im L-p-Raum (bei p = 2 ist dieses Optimierungsverfahren als kleinste Quadrate bekannt). Es ist erwähnenswert, dass es vorteilhaft sein könnte, andere Eigenheiten der Daten im Optimierungsverfahren zu berücksichtigen (z. B. ist die Streuung der Werte tendenziell größer bei Peaks mit geringerer Intensität, wie in 3(III) gezeigt). Beispielsweise kann man erwägen, Gewichtungen wie in gewichteten kleinsten Quadraten einzubringen: $\underset{β}{a r g m i n} \sum_{i} w_{i} {| {\hat{y}}_{i} - y (x_{i}, β) |}^{2}$
wobei ein Satz gesuchter Parameter, y(x_i, β) ein Wert der Modellfunktion an einem Punkt x_i, ŷ_i eine Beobachtung an einem Punkt x_i und w_i ein mit ŷ_i verbundenes Gewicht ist. Die Gewichtungen können abhängig von der Intensität oder einigen statistischen Eigenschaften sein (z. B. lokal σ der Streuung). Es kann auch von Vorteil sein, die Daten vor der Anpassung vorzuverarbeiten, indem Ausreißer entfernt oder mit einem Filter geglättet werden. Gute Beispiele für eine derartige Vorverarbeitung wären die Anwendung verschiedener Varianten (z. B. exponentiell modifizierte) der Filterung des gleitenden Durchschnitts mit variierender Periode je nach der lokalen statistischen Landschaft der Daten.
Unabhängig von der Art und Weise, wie Auflösungswerte extrapoliert werden, ist eine Beziehung zwischen Auflösung und Abfallkonstante erforderlich, um das in 1A, 1B und 3(III) gezeigte Plateau ausnutzen zu können. Der kollisionsbedingte Abfall in einem FTMS folgt im Allgemeinen einem Exponentialgesetz, d. h. $a (t) = a_{0} c o s (ω_{0} t) * e^{- τ t},$
wobei die Intensität α eines mit der Frequenz ω₀ oszillierenden Signals von seinem Anfangswert a₀ mit der Zeit t mit der Rate τ entsprechend dem exponentiellen Trend abnimmt. Nach der Fourier-Transformation weist das Spektrum der Absorptionsmoden einen Lorentz-Peak $A (ω) = \frac{A_{0}}{1 + {(\frac{(ω - ω_{0})}{2 τ})}^{2}},$
mit der Amplitude A₀, die bei ω₀ liegt und die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) von 2τ hat.
Da Gleichung (VI) das Ergebnis der Fourier-Transformation von Gleichung (V) für ein unendlich langes Signal ist, kann die Spitzenbreite (die zur Bestimmung von CCS verwendet werden kann) von 2τ eine gute Annäherung für schnell abklingende Signale sein. In anderen Fällen kann es vorteilhaft sein, die endliche Dauer der transienten FTMS-Signale zu berücksichtigen.
Eine Möglichkeit zur Korrektur wurde von Li et al. (Dayu Li, Yang Tang und Wei Xu, Analyst, 2016, 141, 3554) vorgeschlagen, indem der folgende Ausdruck verwendet wurde: $\frac{e^{- T / τ} τ (e^{T / τ} - cos (T Δ ω') + τ Δ ω' sin (T Δ ω'))}{1 + {(τ Δ ω')}^{2}} = \frac{e^{- T / τ} τ (e^{- T / τ} - 1)}{2},$
wobei T die Dauer des transienten Signals (das aus den Geräteeinstellungen bekannt ist) ist und Δω' die beobachtete spektrale FWHM (d. h. die FWHM des Peaks, der dazu verwendet wird, die Abfallkonstanten zu bestimmen) ist. Die Gleichung (VII) kann nummerisch aufgelöst werden, um eine genauere Beziehung zwischen der Peakbreite (d. h. FWHM im Frequenzbereich) und der Abfallkonstanten zu bestimmen als die vereinfachte Annäherung, die die FWHM 2τ für einen Lorenzschen Peak ist.
Ein Weg, um festzustellen, ob die Korrektur in Gleichung (VII) vorteilhaft ist, besteht darin, Δω' mit der Beschränkung zu vergleichen, der die Auflösung nach der Länge eines Zeitbereichssignals unterliegt. Jede FTMS-Transiente kann als Multiplikation eines oszillierenden Signals von unendlicher Länge mit einer Quadratfunktion der Dauer T ausgedrückt werden, was im Frequenzbereich der Faltung eines FT-Bildes eines Signals mit dem einer Fensterfunktion entspricht, d. h. $e^{- i T ω} s i n c (\frac{ω}{T})$
Daher kann es unter den Bedingungen, dass die FWHM von Gleichung (VIII) vergleichbar ist mit Δω',, vorteilhaft sein, die Korrekturgleichung (VII) zu verwenden, wohingegen, wenn Δω' viel größer ist, die Vorteile möglicherweise nicht so ausgeprägt sind, insbesondere bei verrauschten Signalen. In den zuvor verwendeten verallgemeinerten Termen basiert der Schritt des Bestimmens eines Maßes der zeitlichen Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe auf einer Peakbreite des Detektionssignals für die Ionenprobe (z. B. einer Breite eines Peaks im Frequenzbereich Δω die zur Bestimmung einer Abfallkonstante verwendet werden kann). Es ist vorzuziehen, dass der Schritt des Bestimmens des Maßes der zeitlichen Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe die Dauer berücksichtigt (z. B. eine gewisse Korrektur in Bezug auf Fehler beinhaltet, die durch die Verwendung einer diskreten Fourier-Transformation an einem Signal mit endlicher Dauer verursacht werden), während der die Detektion von Transienten der Ionenprobe stattfindet. Beispielsweise kann eine Korrektur der Form von Gleichung (VII) zweckmäßig und vorteilhaft sein.
4A stellt Versuchsdaten bereit, die den Effekt der Selbstbündelung zeigen. In 4A ist die horizontale Achse die Gesamtionenzahl eines Peaks, der von oszillierenden Ionenwolken detektiert wird. Die Y-Achse sind die beobachteten Werte der Auflösung ausgewählter Peaks. Die Auflösungswerte sind definiert als $\frac{m}{Δ m},$
wobei Δm die FWHM eines Peaks (im Massenbereich) an der Position m ist. In wird die Intensität in willkürlichen Einheiten (AU) angegeben, kann aber auch als Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) oder in anderen Einheiten dargestellt werden. Die angegebenen Werte stammen von einer Ionenspezies bei 739,03 Th und dem Ladungszustand Z = 3+. Wenn die Anzahl der Ionen zunimmt, nimmt auch die Auflösung zu, bis sie ein Plateau erreicht, auf dem die Ionen zur „Selbstbündelung“ neigen. An diesem Punkt endet das „Dephasieren“ der Ionenwolke und die einzige Quelle für den Abfall ist der Tod einzelner Ionen infolge von Kollisionen mit Hintergrundgasmolekülen. Die Daten in 4A sind die Ergebnisse von Orbitrap-FTMS-Experimenten, die mit demselben System unter verschiedenen Druckbedingungen durchgeführt wurden: (I) Niederdruck, HCD-Gasventil zugedreht; und (II) Hochdruck, Gas ein. In 4B ist effektiv dieselbe grafische Darstellung wie in 4A gezeigt. In 4B ist die Auflösung gegen log₁₀(SNR) bei Aus- und Einschalten des Gases aufgetragen. Das SNR ist ein bevorzugtes Maß zum Quantifizieren der Anzahl von Ionen in einem Paket, und die logarithmische Darstellung von 4B dient dazu, das Auflösungsplateau mit zunehmender Ionenzahl deutlicher zu veranschaulichen.
5 stellt ein Beispiel dafür bereit, wie Daten, wie etwa die in 4A und 4B gezeigten Daten, nummerisch verwendet werden können, um unter Verwendung von Ausführungsformen dieser Offenbarung verbesserte CCS-Schätzungen zu erhalten. Alle Daten im Beispiel von 5 wurden auf einem kommerziellen Massenspektrometer Orbitrap Exploris™ gesammelt. Die Auflösung wurde auf 120k eingestellt, was einer Länge der Transienten von T = 256 ms entspricht. Die Gleichung (IX) stellt die Massenkalibrierungsparameter B und C in einer Beziehung der Abhängigkeit von Masse und Frequenz (kHz) bereit: $\frac{m}{z} = \frac{B}{ƒ^{2}} + \frac{C}{ƒ^{4}}$
Im Beispiel von 5 waren die Werte B = 169449512.441 und C = 72890453.4333.
Wie zuvor beschrieben, besteht der erste Schritt bei der Bewertung des CCS darin, nur den Abfall zu bestimmen, der durch die Kollisionen mit dem Restgas verursacht wird. Ein Ansatz besteht darin, die Auflösung zu bewerten, bei der eine Selbstbündelung eingeleitet wird. 5 zeigt die Anpassung einer exponentiellen Plateaufunktion wie in Gleichung (III) an die beobachtete Verteilung der Auflösungen aus 3(III) durch Minimierung der L₂--Norm.
Das Auflösungsplateau liegt bei Y_platea= 63070,3159 und wird bei SNR-Werten von ~50 erreicht. Da die Auflösung im Massenbereich als definiert ist, kann $\frac{m / z_{c e n t r e}}{Δ m / z_{F W H M}},$
Δω' oder Δf (die FWHM der Frequenz) unter Verwendung der Gleichung (IX) erhalten werden. Insbesondere kann mit Gleichung (IX) gezeigt werden, dass bei hohen Frequenzen, bei denen Gleichung (IX) vom BI/f²-Term dominiert wird, der C/f⁴-Term dominiert, Δω'^Δω' proportional ist zur Frequenz (in diesem Fall 478,840 kHz); und die Auflösung auf dem Plateau, die 63070,3159 beträgt. In diesem speziellen Fall, Δf = 3,7961 Hz, was direkt gemessen werden kann: zur Frequenz FWHM aus der Auflösung im Massenbereich können Werte für Frequenzen beim halben Maximum des Peaks berechnet werden, d. h. für die Auflösung von 63070,32 @ 739,0237 Da beträgt das Δm/z beim halben Maximum 0,011717 und die Massen selbst betragen 739,0237 - 0,011717/2 = 739,0178 und 739,0237 + 0,011717/2 = 739,0296, wobei die entsprechenden Frequenzen (die sich aus der Gleichung (IX) ergeben) 478838,7 und 478842,5 Hz betragen, was Δf = 3,796085 ergibt. Da die Massenauflösung nahe an der Grenze liegt, die durch die Dauer der Transienten vorgegeben ist (in diesem Fall sind es ~80k im Massenbereich, was Δf = 2,9907 Hz) entspricht, können wir nicht einfach 2τ = Δω' verwenden, um τ zu schätzen, sondern sollten stattdessen die Gleichung (VII) für eine genauere Bestimmung verwenden. Das nummerische Auflösen der Gleichung (VII) ergibt einen Wert für den erhaltenen Abfallparameter von τ = 0,3798s^-1.
Sobald ein Abfallwert erhalten wurde, kann die Bestimmung von CCS erfolgen, wie in Sanders JD et al. beschrieben. Ausgehend von der Tatsache, dass der am UHV-Manometer angezeigte Druck (für die hier präsentierten Daten beträgt er 5,85 × 10^-10 mbar) ungefähr um das 2-fache niedriger ist als das Restvakuum im Orbitrap-Analysator, kann der Querschnitt σ erhalten werden als $σ = \frac{τ}{\frac{P L ƒ}{k T}}$
wobei P der Druck im Inneren des Orbitrap-Analysators ist, L die Länge einer Ionenflugbahn pro Schwingung entlang der Z-Achse (hier 65,1 mm) ist, f die axiale Frequenz der Ionen (hier 478,840 kHz) ist, T die Temperatur (295K) ist und k die Boltzmann-Konstante ist. Für diese Ionenspezies ist der resultierende Wert für CCS 424 Å², was ein vernünftiger Querschnitt für ein dreifach geladenes Peptid in diesem Massenbereich ist. Somit ist ersichtlich, dass die Verfahren der vorliegenden Offenbarung dazu verwendet werden können, genaue CCS-Werte zu bestimmen. Insbesondere zeigt dieses Beispiel, wie das Bestimmen des Maßes für die Abfallrate der Ionenprobe auf einer extrapolierten Auflösung für die Ionenprobe basieren kann, wobei die extrapolierte Auflösung eine erwartete Auflösung des Detektionssignals unter Bedingungen ist, bei denen die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe von Kollisionseffekten dominiert wird.
Um auf die zuvor verwendete verallgemeinernde Ausdrucksweise zurückzukommen, kann in Ausführungsformen der Offenbarung das Bestimmen, ob die Auflösung des Detektionssignals für die Ionenprobe angibt, dass die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe von Kollisionseffekten dominiert wird, umfassen: Bestimmen, ob die Auflösung des Detektionssignals stabil ist (z. B. konstant, wie etwa in der stabilen Plateauregion von 5) in Bezug auf eine zunehmende Anzahl von Probenionen in der Probenionenwolke, die verwendet wird, um das Detektionssignal für die Ionenprobe zu generieren. Natürlich ist das SNR, wie hier im Detail erläutert, nur ein Maß, gegen das die Auflösung aufgetragen werden kann, und es könnten auch die Ionenzahl oder die Signalintensität verwendet werden. In der stabilen Region kann der Auflösungsgradient gegenüber dem SNR unter einem Schwellenwert oder ungefähr bei 0 liegen. Ein derartiger Schwellenwert könnte von einem Benutzer eingestellt oder werkseitig eingestellt werden.
Das Bestimmen, ob die Auflösung des Detektionssignals für die Ionenprobe angibt, dass die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe von Kollisionseffekten dominiert wird, kann erreicht werden durch Bestimmen, ob die Probenionenwolke, die dazu verwendet wird, das Detektionssignal für die Ionenprobe zu generieren, eine ausreichende Menge von Probenionen enthält, um eine Selbstbündelung zu bewirken. Dies kann durch Betrachten des Massenspektralsignals identifiziert werden, um Anzeichen dafür zu identifizieren, dass sich eine ausreichend große Anzahl von Ionen in dem Ionenpaket befindet, oder durch Beobachten, dass das Dephasieren endet und ein exponentieller Abfall beobachtet wird, da Kollisionseffekte dominieren.
Die extrapolierte Auflösung für die Ionenprobe kann aus einer extrapolierten Funktion bestimmt werden, die eine erwartete Auflösung des Detektionssignals unter Bedingungen bereitstellt, die von Kollisionseffekten dominiert werden. Dies kann erfolgen wie in Bezug auf 5 beschrieben. Beispielsweise kann die extrapolierte Funktion basierend auf mehreren Maßen für Auflösung und mehreren Maßen für Signalintensität bestimmt werden, die nicht unter Bedingungen erhalten wurden, die von Kollisionseffekten dominiert werden. Daher kann die extrapolierte Funktion auf Werten basieren, die der linken Seite von 1A, 1B, 3(III) und 5 entnommen sind. Aus derartigen Werten kann durch entsprechende Analyse der Daten auf die Eigenschaften des Plateaus auf der rechten Seite geschlossen werden. In manchen Fällen (und insbesondere dann, wenn die zur Extrapolation verwendeten Daten nicht das gesamte stabile Plateau abdecken) ist es vorteilhaft, wenn die extrapolierte Funktion auf mehreren Maßen für Auflösung und mehreren Maßen für Signalintensität für ein oder mehrere Kalibriermittel basiert. Auf diese Weise kann das Verhalten der Probenionen bei höherem SNR genauer charakterisiert werden, indem das Verhalten des Kalibriermittels berücksichtigt wird.
Die extrapolierte Auflösung für die Ionenprobe wird bestimmt aus: einer angepassten Funktion für mehrere Maße für Auflösung und mehrere Maße für Signalintensität, die eine erwartete Auflösung des Detektionssignals unter Bedingungen bereitstellt, die von Kollisionseffekten dominiert werden. Dies kann erfolgen wie in Bezug auf die Gleichung (II) oder (III) beschrieben. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine durchschnittliche Auflösung, vorzugsweise ein gleitender Durchschnitt oder ein gewichteter Durchschnitt, für mehrere Maße für Auflösung und mehrere Maße für Signalintensität verwendet werden, die eine erwartete Auflösung des Detektionssignals unter Bedingungen bereitstellt, die von Kollisionseffekten dominiert werden. Dies kann erfolgen wie in Bezug auf die Gleichung (I) beschrieben.
Wenn die extrapolierte Auflösung für die Ionenprobe aus einer gewichteten durchschnittlichen Auflösung für eine Vielzahl von Auflösungsmaßen und eine Vielzahl von Signalintensitätsmaßen bestimmt wird, kann die Vielzahl von Auflösungsmaßen ein oder mehrere relativ hohe Auflösungsmaße und ein oder mehrere relativ niedrige Auflösungsmaße umfassen; und das eine oder die mehreren relativ hohen Maße für Auflösung gewichtet werden, um einen größeren Beitrag zu der gewichteten durchschnittlichen Auflösung bereitzustellen als das eine oder die mehreren relativ niedrigen Maße für Auflösung. Die mehreren Auflösungsmaße können korrigiert werden, indem eine angepasste Funktion für mehrere Auflösungsmaße und mehrere Signalintensitätsmaße verwendet wird, die eine erwartete Auflösung des Erfassungssignals unter Bedingungen liefert, die von Kollisionseffekten dominiert werden; und/oder eine durchschnittliche Auflösung, vorzugsweise ein gleitender Durchschnitt oder ein gewichteter Durchschnitt, für mehrere Maße für Auflösung und mehrere Maße für Signalintensität verwendet werden, die eine erwartete Auflösung des Detektionssignals unter Bedingungen bereitstellt, die von Kollisionseffekten dominiert werden. Somit kann die Statistik der Analyse verbessert werden, indem sichergestellt wird, dass Peaks von niedriger Intensität mit großen Fehlern keine hohen Gewichtungen zugewiesen werden und sie nicht signifikant zu Fehlern beitragen.
Wie zuvor beschrieben, kann die gewichtete durchschnittliche Auflösung auf einer Auflösung für mehrere Isotopenvarianten der Ionenprobe basieren und/oder die mehreren Maße für Auflösung werden für mehrere unterschiedliche Isotopenzusammensetzungen bestimmt. Die Analyse mehrerer Isotope ergibt eine breite Palette von Datenpunkten, wodurch statistische Fehler reduziert werden können. Es kann unvermeidlich sein, Isotope zu analysieren, da Isotope immer in einer Probe vorhanden sein werden, sofern sie nicht absichtlich isoliert werden, um Isotopenvarianten auszuschließen. Da sich Isotopenvarianten von Spezies tendenziell ähnlich verhalten und ungefähr mit derselben Zeit von einem GC oder LC eluiert werden, zeichnet die Massenspektralanalyse einer Probe, die von einem GC oder LC eluiert, wahrscheinlich Daten für mehrere Isotopenvarianten einer bestimmten Probe auf. Somit ist es, wie zuvor beschrieben, bevorzugt, dass mehrere Maße für Auflösung für mehrere Retentionszeiten eines Elutionsprofils, wie etwa eines Gaschromatografie- (GC-) und/oder eines Flüssigchromatografie- (LC-) Elutionsprofils, bestimmt werden.
In Anbetracht der Auswirkungen, die die Ionenzahl auf die Auflösung hat, können die Daten aus 1a und 1b dazu verwendet werden, Konfidenzintervalle für CCS- (oder Abfallkonstanten-) Messungen zu bestimmen und somit die Verwendbarkeit von CCS-(oder Abfallkonstanten-) Werten zu definieren. Beispielsweise könnte CCS bei relativ großen Fehlerbereichen von beispielsweise > 10-20 % nur zur Unterscheidung zwischen sehr unterschiedlichen chemischen Klassen (z. B. lineare Moleküle gegenüber polyaromatischen Molekülen oder Lipide gegenüber Peptiden usw.) oder zur Analyse der kollisionsinduzierten Entfaltung intakter Proteine oder Proteinkomplexe verwendet werden. Für geringe Fehler in der Größenordnung von 1 % könnte CCS dazu verwendet werden, den Suchraum innerhalb eines einzelnen Ladungszustands einer einzelnen Klasse von Verbindungen zu reduzieren, z. B. in der Lipidomik oder Bottom-up-Proteomik. Zusätzlich oder alternativ dazu kann CCS als Qualitätskontrollmaßnahme dazu verwendet werden, Peaks zu kennzeichnen, die wahrscheinlich eine Interferenz mehrerer Peaks maskieren, wie durch unerwartete Werte von CCS angegeben wird. Interferierende Peaks sind beispielsweise in 4 von Lyutvinskiy Y et al. (Adding colour to mass spectra: Charge Determination Analysis (CHARDA) assigns charge state to every ion peak. ChemRxiv. Cambridge: Cambridge Open Engage; 2021) gezeigt. Interferenzeffekte könnten über Unregelmäßigkeiten in den CCS-Werten identifiziert werden (und könnten sich beispielsweise als sprunghafte Änderungen des CCS während der CCS-Bestimmung äußern). Somit können die hierin beschriebenen Verfahren im Allgemeinen ferner die Verwendung eines Maßes für die Abfallrate einer Ionenprobe umfassen, um: die Ionenprobe zu klassifizieren; und/oder um störende Spezies in der Ionenprobe zu detektieren.
6 zeigt ein Massenspektrometriesystem. Das Massenspektrometriesystem ist ein modifiziertes Massenspektrometer Thermo Scientific Exploris™ 480. Das Massenspektrometriesystem umfasst eine Hochleistungsübertragungsröhre 601, einen elektrodynamischen Ionentrichter 602, eine interne EASY-IC-Kalibriermittelquelle 603, eine hochentwickelte aktive Strahlführung (advanced active beam guide, AABG) 604, hochentwickelte Quadrupoltechnologie (advanced quadrupole technology, AQT) 605, einen unabhängigen Ladungsdetektor 606, eine C-Falle 607, einen lonenführungsmultipol 608 und einen Ultrahochfeld-Orbitrap-Massenanalysator 609, die alle in bestehenden Massenspektrometern Thermo Scientific Exploris 480 zu finden sind. Das Massenspektrometriesystem schließt eine Drucksteuerung in der Orbitrap-Kammer ein.
Das Massenspektrometriesystem umfasst ferner Druckregulierungskomponenten für das Hybrid-Quadrupol-/Orbitalfallen-Instrument. Das Massenspektrometriesystem umfasst eine erste Vakuumregion 621, in der sich der Orbitalfallen-Massenanalysator 609 befindet. Die erste Vakuumregion 621 befindet sich auf einem ersten Vakuumniveau, üblicherweise Ultrahochvakuum. Das Massenspektrometriesystem umfasst eine zweite Vakuumregion 622 auf einem zweiten Vakuumniveau, das ein niedrigeres Vakuumniveau (d. h. ein höherer Druck) als das erste Vakuumniveau ist. Der Quadrupol-Massenfilter 605, der unabhängige Ladungsdetektor 606, die C-Falle 607 und der lonenführungsmultipol befinden sich in der zweiten Vakuumregion 622.
Das Massenspektrometriesystem umfasst einen Faltenbalg 610, der mit der zweiten Druckregion 622 nahe dem Ionenführungsmultipol 608 verbunden ist. Der Balg 610 ist mit einem Ventil 611 verbunden, das mit einem ConFlat- (CF-) T-Stück 612 verbunden ist. Das T-Stück 612 ist mit der ersten Druckregion 621 verbunden. Ein Ionenmessgerät mit Heizdichtung 613 ist mit einer Röhre 614 verbunden, die innerhalb der ersten Vakuumregion 621 endet, sodass das Ionenmessgerät 613 den Druck innerhalb der ersten Vakuumregion messen kann. Der Balg 610, das Ventil 611 und das T-Stück 612 können eine erste Fluidverbindung zwischen der ersten und der zweiten Vakuumregion bilden. Die Fluidverbindung könnte natürlich ein beliebiges Mittel sein, um das Überführen von Gas von einer Vakuumregion zu einer anderen zuzulassen. Verschiedene Kombinationen von Schläuchen, Rohrleitungen und/oder Leitungen könnten verwendet werden.
In den Massenanalysator 609 wird aus der Quadrupolkammer 605 des Hybrid-Quadrupol-/Orbitalfallen-Instruments Gas eingeführt, wobei ein Druck von 3-5 × 10^-5 mbar durch aus der Ionenquelle kommenden Stickstoff (etwa 20 %) und aus dem lonenführungsmultipol 610 über die C-Falle 607 austretendem Stickstoff gebildet wird. Selbst ein katastrophaler Einbruch derartiger Drücke in die UHV-Region des Massenanalysators 609 führt nicht zu einem Hochspannungsdurchbruch.
Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Leckleitung von atmosphärischem oder noch höherem Druck lässt diese Gasleckanordnung die Verwendung von relativ einfachen Ventilen 611 mit größeren Querschnitten ohne lange und enge Kapillaren zu, um das System vor einer unbeabsichtigten Entlüftung zu schützen. Beispielsweise kann ein HVkompatibles Miniatur-Kalibrierventil der Serie 9 von Parker gesteuert durch Pulsweitenmodulation (PWM) verwendet werden. Dadurch wird eine höhere Staub- und Fehlertoleranz erreicht. Vorzugsweise arbeitet die PWM mit Rückkopplungsschleifenkorrektur, die auf dem resultierenden UHV basiert. Beispielsweise können die Messwerte des Ionenmessgeräts 613 dazu verwendet werden, die Gasmenge zu steuern, die über das Ventil 611 ausgetreten ist, und somit den Druck innerhalb des Massenanalysators 609 zu steuern. Durch Steuern des Drucks, unter dem Ionen im Massenanalysator 609 analysiert werden, können ihre Abfallkonstanten gesteuert werden, um genaue Messungen der Abfallkonstante und des Kollisionsquerschnitts zu erhalten. Das Massenspektrometriesystem kann den Druck innerhalb des Massenanalysators ständig überwachen und kann den Druck unter Verwendung einer derartigen Rückkopplungsschleife im Wesentlichen konstant halten. Wenn der Druck jedoch von dem gewählten konstanten Wert wegdriftet, kann es unter Verwendung der hierin offenbarten Techniken möglich sein, Korrekturen in die Berechnung für CCS und/oder die Abfallkonstante einzuführen, um die Druckdrift zu berücksichtigen.
Zurückkommend auf die zuvor verwendeten allgemeinen Begriffe kann das Massenspektrometriesystem daher eine Steuerung umfassen, die dazu konfiguriert ist, das Ventil so zu betreiben, dass der Druck innerhalb der ersten Vakuumregion basierend auf Folgendem gesteuert wird: dem Druck innerhalb der ersten Vakuumregion (z. B. um sicherzustellen, dass die Druck in der ersten Vakuumregion für die Analyse geeignet ist); und/oder dem Maß für die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe (z. B. um sicherzustellen, dass eine geeignete Detektionszeit für Transienten verwendet wird). Das Massenspektrometriesystem kann ferner einen Drucksensor (z. B. Ionenmessgerät 613, obwohl andere Typen von Drucksensoren verwendet werden könnten, wie etwa ein Bayard-Alpert-Messgerät) umfassen, der zum Messen des Drucks innerhalb der ersten Vakuumregion und zum Bereitstellen des gemessenen Drucks an die Steuerung konfiguriert ist. Der Druck in der Falle könnte auch auf der Grundlage von Abfallraten von Transienten geschätzt werden, wie in US-9,460,905-B2 beschrieben, das hierin in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die hierin beschriebenen Verfahren können das Steuern des Drucks innerhalb des Massenanalysators umfassen, und die Massenspektrometriesysteme können dazu konfiguriert sein, den Druck innerhalb des Massenanalysators zu steuern, um Folgendes zu steuern: die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe; und/oder die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe. Der erste Vakuumregion kann bei weniger als 3 × 10^-8 mbar (3 × 10^-6 Pa) liegen und/oder die zweite Vakuumregion liegt bei 1 × 10^- ⁵ mbar (1 × 10^-3 Pa) bis 5 × 10^-5 mbar (5 × 10^-3 Pa). Für eine Orbitrap-Region eines Massenspektrometriesystems sollte das Vakuum für lange Transienten ausreichend sein, sodass das Vakuumniveau so eingestellt werden könnte, dass es einen langen mittleren freien Weg bereitstellt, wie etwa mehr als beispielsweise 1000 Meter oder sogar länger. Es könnten andere Drücke verwendet werden. Beispielsweise könnte in einigen Fällen die erste Vakuumregion bei weniger als 5 × 10^-9 mbar liegen und/oder könnte die zweite Vakuumregion bei 2 × 10^-5 mbar, 3 × 10^-5 mbar oder 4 × 10^-5 mbar liegen.
Vorzugsweise wird Gas durch denselben Anschluss eingeführt, der für die UHV-Druckmessung verwendet wird. Es kann jedoch eine Vorsichtsmaßnahme getroffen werden, um den korrekten Betrieb des UHV-Messgeräts aufrechtzuerhalten. In 6 kann dies erreicht werden, indem das Ionenmessgerät 613 mit der UHV-Kammer durch ein langes Rohr 614 verbunden wird, die nicht direkt mit dem Gasleck verbunden ist, da es Gasmoleküle zumindest nach einer oder mehreren Reflexionen von den Kammerwänden aufnehmen könnte. Somit kann allgemein der Drucksensor mit der ersten Vakuumregion durch eine zweite Fluidverbindung verbunden werden, die nicht direkt mit der zweiten Vakuumregion verbunden ist.
Während ein besonderer Vorteil des Systems von 6 darin besteht, dass aufgrund des bestimmten Gaslecks relativ billige und einfache Ventile 611 verwendet werden können, können unterschiedliche Ventile verwendet werden. Beispielsweise könnte ein hochwertiges Ventil (z. B. ein Saphirventil) verwendet werden. In derartigen Fällen könnte ein Gasleck von atmosphärischem oder noch höherem Druck aufgenommen werden.
In den zuvor verwendeten allgemeinen Begriffen sind die Massenanalysatoren der vorliegenden Offenbarung vorzugsweise Fourier-Transformations-Massenanalysatoren und vorzugsweise ein Orbitalfallen-Massenanalysator oder ein Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator. Es können auch verschiedene andere elektrostatische Fallen mit Mehrfachreflexion verwendet werden, z. B. eine oder mehrere Cassini-Fallen, eine lineare elektrostatische Falle, eine ConeTrap usw. Es können auch verschiedene andere Massenanalysatoren verwendet werden, z. B. ein Flugzeitanalysator mit Mehrfachreflexion, eine offene oder geschlossene elektrostatische Falle, ein Detektor für die Ladungsdetektion in der Massenspektrometrie (CDMS), usw. Der zweite Vakuumbereich (z. B. der für das Gasleck verwendete Vakuumbereich) kann eines oder mehrere (und optional alle) der folgenden Elemente umfassen: einen Quadrupol; einen Ladungs-Detektor eine Ionenfalle, z. B. eine C-Falle; und/oder einen ionenleitenden Multipol. Die Massenspektrometriesysteme können ferner einen lonenführungsmultipol und/oder eine C-Falle umfassen, wobei die Fluidverbindung zulässt, dass Gas von der zweiten Vakuumregion über den Ionenführungsmultipol und/oder die C-Falle in die erste Vakuumregion eingeführt wird. Das aus der zweiten Vakuumregion in die erste Vakuumregion eingeführte Gas kann aus einem Quadrupol des Massenspektrometriesystems ausgetreten sein.
Bei den hierin beschriebenen Verfahren und Massenspektrometriesystemen kann es vorzuziehen sein, sicherzustellen, dass der Druck innerhalb des Massenanalysators für analytische Messungen einer Probe derselbe ist wie für die Analyse des Kalibriermittels. Nichtsdestoweniger können die hierin beschriebenen Angleichungsfunktionen und Skalierungsfaktoren die Effekte von Druck berücksichtigen. Wenn der Druck konstant gehalten wird, ist es im Allgemeinen nicht erforderlich, gemessene Werte zu korrigieren, um Druckänderungen zu berücksichtigen. Der Druck kann sich jedoch zufallsbedingt ändern (z. B. aufgrund von Temperaturänderungen), daher kann es in einigen Fällen vorzuziehen sein, Kalibriermittel (z. B. Calmix, das etwa 10 Arten beinhaltet) periodisch zu injizieren, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Unabhängig davon, welches Kalibriermittel verwendet wird, weist das Kalibriermittel wahrscheinlich Isotope auf, sodass auch Peaks von Isotopenvarianten zur Kalibrierung verwendet werden können. Unterschiedliche Isotope weisen unterschiedliche Intensitäten auf und würden daher unterschiedliche Abfallraten aufweisen. Wenn also drei Isotope vorhanden sind, führt die Analyse eines Isotops zu Werten, die an drei verschiedenen Punkten auf den Kurven von 1a und 1b genommen werden.
Vorzugsweise wird der Druck so eingestellt, dass ein gewünschter Signalabfall für einen gegebenen Satz von Analyten (z. B. mehrfach geladene Peptide) bei einer gegebenen Transientenlänge erreicht wird. Beispielsweise würde der Signalabfall (d. h. das Verhältnis von Endintensität zu Anfangsintensität) für +2, +3, +4 tryptische Peptide bei einer MS1-Auflösungseinstellung von 60 K (entsprechend einem 128-ms-Transienten für Hochfeld-Orbitrap-Analysator) vorzugsweise das 2- bis 4-fache betragen. Dies würde einem bestimmten Abfall des Kalibrierions (z. B. um das 1,5-fache über dieselbe Transiente, da es ein niedrigeres m/z und eine Ladung von +1 aufweist) entsprechen, wie aus früheren Versuchen bestimmt. Somit wird der Druck erhöht (z. B. durch Modulation, wie etwa PWM-Steuerung des Ventils 611), bis ein gewünschter Abfall des Kalibriermittels erreicht ist, und dann wird der Druck für alle Versuche annähernd konstant gehalten. Während der Dauer der Versuche kann es vorzuziehen sein, gelegentlich (z. B. zu Beginn jedes LC-/MS-Durchlaufs) das Kalibriermittel zu messen und das m/z sowie den CCS der Analyten entsprechend einer aufgetretenen Drift anzugleichen.
Es sind viele Modifikationen der Anordnung von 6 ersichtlich. Beispielsweise können die Vakuumregionen verschiedene unterschiedliche Drücke aufweisen und können verschiedene unterschiedliche Komponenten aufnehmen. Während ein Massenspektrometer vom Typ Thermo Scientific Exploris™ 480 gezeigt ist, können in ähnlicher Weise andere Fourier-Transformations-Massenspektrometriesysteme verwendet werden. Beispielsweise könnte in ähnlicher Weise ein GC-Hybrid-Quadrupol-Orbitrap-Massenspektrometersystem vom Typ Q Exactive™ verwendet werden. Es können verschiedene Arten von Fluidverbindungen bereitgestellt werden, um Gas von einer Vakuumregion in eine anderen austreten zu lassen, und die Offenbarung ist nicht auf die spezifischen in 6 gezeigten Beispiele von Bälgen und Ventilen beschränkt.
7 zeigt das transiente Signal (in willkürlichen Einheiten, arbitrary units, au) verschiedener Spezies (195 m/z, 262 m/z, 524 m/z und 1421 m/z) aus einer Kalibriermischung bei verschiedenen Druckeinstellungen (4 × 10^-9 mbar), 1 × 10^-9 mbar und 4 × 10^-10 mbar). Derartige Daten können durch das Massenspektrometriesystem von 6 unter Verwendung der in Bezug auf 6 beschriebenen Drucksteuerung bereitgestellt werden. 7 zeigt den Abfall des Ionensignals bei verschiedenen m/z für eine Kalibriermischung über eine Transientendauer von 512 ms. Es ist ersichtlich, dass der +2-Ladungszustand des MRFA-Peptids einen beschleunigten Abfall im Vergleich zum +1-Ladungszustand des gleichen Peptids zeigt.
7 zeigt den beschleunigten Abfall von höheren Ladungszuständen derselben Verbindung, wovon angenommen wird, dass er auf eine höhere Kollisionsenergie des Massenschwerpunkts zurückzuführen ist. Dieser Trend ist besonders sichtbar bei einer größer angelegten Studie über tryptische Peptide des HeLa-Verdaus, wie nachstehend gezeigt.
Ein schnellerer Signalabfall führt zu einer etwas reduzierten Auflösung nach der Fourier-Transformation und könnte daher direkt aus RAW-Dateien extrahiert werden, die durch das Massenspektrometer-Datenerfassungssystem gespeichert wurden.
Das Diagramm von 8 zeigt die aufgezeichneten Auflösungen von Tausenden von tryptischen Peptiden mit unterschiedlichen Massen für unterschiedliche Ladungszustände bei erhöhtem Druck im Vergleich zu Standardbetriebsbedingungen bei niedrigem Druck. Insbesondere ist 8 ein Vergleich der aufgezeichneten Auflösungen bei erhöhtem Druck („hohes UHV“ von 4 × 10^-9 mbar) mit Standardbetriebsbedingungen bei niedrigem Druck („niedriges UHV“ von ^4-10 mbar) für verschiedene Ladezustände. Wenn keine Verringerung der Auflösung vorläge, würden alle Punkte auf der Diagonale liegen (was angeben würde, dass die Auflösungen bei niedrigem und bei hohem Druck gleich sind). Die Datensätze in 8 zeigen jedoch tatsächlich Datenpunkte, die auf eine untere Linie parallel zur Diagonale fallen, was darauf hindeutet, dass die Auflösung bei hohen Drücken im Durchschnitt geringer ist als bei niedrigen Drücken.
Da die Auflösung m/z-abhängig ist, deckt sie den Bereich von 40000 bis 100000 für den gesamten Massenbereich der gemessenen Peptide ab. Die relative Auflösungsreduktion ist höher bei niedrigeren aufgezeichneten Auflösungen, was einfach der Tatsache entspricht, dass eine höhere Masse für jeden gegebenen Ladungszustand zu schnellerem Abfall führt.
Einen Überblick über diese Abhängigkeit stellt 9 bereit, wobei die relative Auflösungsminderung für jeden Ladungszustand verglichen wird. Die Abnahmen der Auflösung sind relativ zu dem Fall ohne hinzugefügtes Gas gezeigt. 9 zeigt eine Zusammenfassung der Daten in 8 (ohne Korrektur der Massenabhängigkeit) für verschiedene Drücke. 9 enthält zwar keine Massenabhängigkeit, zeigt aber bereits den Diagnosewert derartiger Messungen.
In den hierin beschriebenen Ausführungsformen kann das Detektionssignal für die Ionenprobe für eine isolierte Ionenprobe oder als Teil- oder Vollbereichs-MS-Scan erhalten werden. Ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung besteht darin, dass intensitätsabhängige (z. B. SNR-abhängige) Korrekturen eine vollständige Online-Bestimmung von Abfallkonstanten und CCS zulassen können. Während breite Massenbereiche (z. B. Hunderte von Masseneinheiten) tendenziell niedrigere Intensitäten ergeben und daher weniger Selbstbündelung aufweisen, müssen derartige Werte möglicherweise noch korrigiert werden (z. B. aufgrund von Raumladungseffekten). Wenn ein Peak isoliert wird, gibt es mehr Ionen einer bestimmten Spezies, sodass mehr Selbstbündelung (und höhere Auflösung) auftritt und somit weniger Korrektur erforderlich sein kann. Auf jeden Fall sind die Verfahren der vorliegenden Offenbarung sowohl mit isolierter Massenanalyse als auch mit vollständigen MS-Scans vollständig kompatibel.
Es versteht sich, dass die Ausführungsformen Messungen von Ionenkollisionsquerschnitten unter Verwendung des transienten Zerfalls bei erhöhten Drücken in einem Orbitrap™-Massenanalysator ermöglichen. Um die Messungen durchführen zu können, wird der UHV-Druck im Orbitrap™-Massenanalysator auf unterschiedlich hohe Werte eingestellt. Wie oben beschrieben, erfolgt dies bei der Anordnung in durch das Entweichen/Einspritzen eines Gases (N₂) direkt in den Orbitrap™-Massenanalysator. Dieses Verfahren funktioniert zwar wie gewünscht, aber es wurde erkannt, dass ihre Umsetzung für ein kommerzielles Instrument eine Herausforderung darstellt. Dementsprechend bieten weitere Ausführungsformen eine erhebliche technische Vereinfachung der Druckregelung zur Erleichterung von Querschnittsmessungen bei Kollisionen.
Wie oben beschrieben, ist in der Anordnung von 6 die Gasinjektionseinheit zwischen einer Turbomolekularpumpe und einem UHV-Ionenmessgerät angeordnet. Es wurde jedoch erkannt, dass diese Implementierung die folgenden Nachteile hat:

• Logistisch wird die Turbopumpe mit einem vormontierten UHV-Manometer geliefert, an dem eine ganzheitliche Dichtheitsprüfung der gesamten Baugruppe durchgeführt wird. Der Einbau der Gaseinspritzeinheit in diese Baugruppe wäre aufwendig und eine ganzheitliche Dichtheitsprüfung nahezu unmöglich und/oder extrem teuer.
• Technisch gesehen ist die Einspeisung von Gas in den UHV-Bereich riskant, da mehrere Komponenten ungewollte Lecks verursachen könnten.
• Technisch gesehen ist die Konstruktion von Einspritzventilen anfällig für große Schwankungen von System zu System, die bei der Herstellung schwer zu kontrollieren sind.
• Die Wartungsfreundlichkeit des Geräts kann beeinträchtigt werden, da die Gaseinspritzeinheit den Zugang zum UHV-Messgerät, zum Vorverstärker und zur Stromversorgung einschränken würde.
• Die Fehlerbehebung wäre schwieriger, da die zusätzliche Einheit das Risiko von Ausfällen mit sich bringt.
• Was die Kosten betrifft, so erhöht die zusätzliche Hardware die Kosten für das Gesamtprodukt erheblich.

Die Turbomolekularpumpe bietet in manchen Fällen eine Drehzahlregelung. Durch Verringerung des Saugvermögens auf ein kontrolliertes Niveau kann der UHV-Druck in der Vakuumregion, in der sich der Massenanalysator befindet, für die Messung des Kollisionsquerschnitts eingestellt werden. Der Druck steigt aufgrund natürlicher Leckagen durch die Ionenoptik in Kombination mit dem reduzierten Saugvermögen, aber auch aufgrund des erhöhten Rückflusses aus den früheren Vakuumstufen. Die Drehzahl lässt sich sehr granular einstellen und ist stabil.
Durch den Einsatz einer Turbopumpen-Drehzahlregelung kann der Energieverbrauch des Geräts für bestimmte Anwendungen optimiert und ein energiesparender Standby-Modus eingerichtet werden.
Es wurde jedoch erkannt, dass der Betrieb der Turbopumpe bei unterschiedlichen Drehzahlen mechanische Resonanzen hervorrufen kann. Diese können gemessen werden, indem man in einem Massenspektrum neben den analytischen Ionenpeaks vorhandene Seitenbänder beobachtet, die durch mechanische Schwingungen entstehen. Ein Kalibrierungsverfahren kann einzelne Resonanzen überwachen und aus dem Anwendungsbereich ausschließen. Eine Verringerung der Drehzahl der Turbomolekularpumpe wirkt sich auch auf das/die erforderliche(n) Saugvermögen der vorangehenden Vakuumstufen aus, was berücksichtigt werden sollte.
10 zeigt die Auswirkung einer Änderung der Geschwindigkeit der Turbomolekularpumpe auf die transiente Abfallrate (10A) und den Druck (10B). In 10A zeigen Werte >100 % an, dass der Transient unter 512 ms vollständig abgeklungen ist. Für die hier beschriebene CCS-Messmethode liegt der erforderliche Einstellbereich zwischen etwa 1 × 10^{-8 mbar} und 1 × 10^{-9 mbar}, was einem Frequenzbereich der Turbomolekularpumpe von etwa 620 Hz bis 680 Hz entspricht. Im Gegensatz dazu wird in der „normalen“ Betriebsart der Massenanalyse der Druck auf weniger als 1 × 10^{-9 mbar} oder weniger als 3 × 10^{-10 mbar} geregelt, was einem Frequenzbereich der Turbomolekularpumpe von über 700 Hz entspricht.
So hat man erkannt, dass die hochstabile Gaslast moderner Massenspektrometer es ermöglicht, das Kompressionsverhältnis einer Turbopumpe zur Druckregelung in einem Massenanalysator zu nutzen. Das Verdichtungsverhältnis wird durch Einstellung der Drehzahl der Turbopumpe mit einer Rückkopplungsschleife geregelt, die eine direkte Vakuumanzeige oder den transienten Abklingvorgang eines Kalibrierions nutzt (entsprechend der oben unter Bezugnahme auf 6 beschriebenen Vorgehensweise). Es hat sich auch gezeigt, dass die Auswirkung der verringerten Rotationsgeschwindigkeit auf andere Teile des Spektrometers vernachlässigbar oder kontrollierbar ist.
Diese Druckkontrolle kann daher zur Kontrolle des transienten Zerfalls verschiedener Analyt-Ionen verwendet werden, um deren Kollisionsquerschnitte zu bestimmen.
Diese Ausführungsformen ermöglichen es, die zusätzliche komplexe Druckregulierungseinheit von 6 durch einen softwaregesteuerten Ansatz zu ersetzen, ohne dass zusätzliche Kosten für das Produkt entstehen.
Darüber hinaus ermöglichen diese Ausführungsformen eine Optimierung des Stromverbrauchs des Geräts für Situationen, in denen höhere UHV-Drücke noch mit der erforderlichen Leistung des Geräts für die interessierenden Analyten vereinbar sind (z. B. bei bestimmten GC- oder LC-Anwendungen).
Es versteht sich, dass Ausführungsformen der Offenbarung unter Verwendung einer Vielzahl unterschiedlicher Informationsverarbeitungssysteme implementiert werden können. Obwohl die Figuren und deren Erörterung beispielhafte Computersysteme und -verfahren bereitstellen, werden diese insbesondere nur präsentiert, um eine nützliche Referenz bei der Erörterung verschiedener Aspekte der Offenbarung bereitzustellen.
Ausführungsformen können auf jeder geeigneten Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, wie etwa einem Personal Computer, Laptop, Personal Digital Assistant, Servercomputer usw. Natürlich wurde die Beschreibung der Systeme und Verfahren zum Zweck der Erörterung vereinfacht und sie sind auch nur einer von vielen unterschiedlichen Typen von Systemen und Verfahren, die verwendet werden können. Es versteht sich, dass die Grenzen zwischen Logikblöcken lediglich veranschaulichend sind und dass bei alternativen Ausführungsformen Logikblöcke oder -elemente zusammengeführt werden oder verschiedene Logikblöcke oder -elemente mit einer alternativen Aufschlüsselung der Funktionalität versehen sein können.
Es versteht sich, dass die vorstehend erwähnte Funktionalität als ein oder mehrere entsprechende Module in Form von Hardware und/oder Software implementiert werden kann. Beispielsweise kann die vorstehend erwähnte Funktionalität als eine oder mehrere Softwarekomponenten zur Ausführung durch einen Prozessor des Systems implementiert werden. Alternativ kann die vorstehend erwähnte Funktionalität als Hardware implementiert werden, wie etwa auf einem oder mehreren feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGAs) und/oder einem oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs) und/oder einem oder mehrere digitalen Signalprozessoren (DSPs) und/oder anderen Hardwareanordnungen. Verfahrensschritte, die in hierin enthaltenen Flussdiagrammen oder wie vorstehend beschrieben implementiert sind, können jeweils durch entsprechende jeweilige Module implementiert werden. Darüber hinaus können mehrere Verfahrensschritte, die in Flussdiagrammen implementiert sind, wie hierin enthalten oder wie vorstehend beschrieben, zusammen durch ein einziges Modul implementiert werden. Derartige Module und Hardware können in ein Massenspektrometriesystem integriert werden.
Es versteht sich, dass, sofern Ausführungsformen der Offenbarung durch ein Computerprogramm implementiert werden, dann ein Speichermedium und ein Übertragungsmedium mit dem Computerprogramm Aspekte der Offenbarung bilden. Das Computerprogramm kann eine oder mehrere Programmanweisungen oder einen Programmcode aufweisen, der, wenn er von einem Computer ausgeführt wird, bewirkt, dass eine Ausführungsform der Offenbarung ausgeführt wird. Der Begriff „Programm“, wie er hier verwendet wird, kann eine Folge von Anweisungen sein, die zur Ausführung auf einem Computersystem ausgelegt sind, und kann eine Unterroutine, eine Funktion, eine Prozedur, ein Modul, ein Objektverfahren, eine Objektimplementierung, eine ausführbare Anwendung, ein Applet, ein Servlet, Quellcode, Objektcode, eine gemeinsam genutzte Bibliothek, eine dynamisch verknüpfte Bibliothek und/oder andere Anweisungssequenzen umfassen, die zur Ausführung auf einem Computersystem ausgelegt sind. Das Speichermedium kann eine Magnetplatte (wie etwa eine Festplatte oder eine Diskette), eine optische Platte (wie etwa ein CD-ROM, ein DVD-ROM oder eine BluRay-Disc) oder ein Speicher (wie etwa ein ROM, ein RAM, EEPROM, EPROM, Flash-Speicher oder eine tragbare/entfernbare Speichervorrichtung) usw. sein. Das Übertragungsmedium kann ein Kommunikationssignal, eine Datensendung, eine Kommunikationsverbindung zwischen zwei oder mehr Computern usw. sein.
Diese Offenbarung bezieht sich insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zum Durchführen einer Fourier-Transformations-Massenspektrometrie (FTMS). In dieser Offenbarung bezieht sich FTMS auf Massenspektrometrie, bei der Ionen veranlasst werden, eine periodische Bewegung auszuführen, die einen Bildstrom generiert, dessen Frequenz von dem m/z der Ionen abhängig ist. Massenspektren können durch Fourier-Transformation der Bildstromsignale oder Transienten, wie sie oft bezeichnet werden, erhalten werden. Jedoch können andere mathematische Transformationen oder Dekonvolutionsverfahren alternativ zur Fourier-Transformation dazu verwendet werden, Massenspektren aus den Bildstromsignalen zu erhalten, wie im Stand der Technik bekannt ist. Beispiele für FTMS umfassen die Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz und Orbitalfallen-Massenspektrometrie, wobei letztere unter Verwendung eines Orbitrap-Instruments durchgeführt werden kann. FTMS kann auch allgemein unter Verwendung von elektrostatischen Kingdon-Ionenfallen durchgeführt werden.
Jedes in dieser Patentschrift offenbarte Merkmal kann, sofern nicht anders angegeben, durch alternative Merkmale ersetzt werden, die dem gleichen, einem äquivalenten oder ähnlichen Zweck dienen. Somit stellt, sofern nicht anders angegeben, jedes offenbarte Merkmal nur ein Beispiel für eine generische Reihe von gleichwertigen oder ähnlichen Merkmalen dar.
Darüber hinaus kann eine Reihe von Variationen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden und für einen fachkundigen Leser beim Lesen dieser Beschreibung offensichtlich werden. Während beispielsweise überwiegend Orbitalfallen beschrieben wurden, kann es sich bei den hier beschriebenen Massenanalysatoren um einen oder mehrere der folgenden Geräte handeln: einen Massenanalysator mit Orbitalfallen; oder ein Fourier-Transformationslonenzyklotronresonanz-Massenanalysator; und/oder eine elektrostatische Falle mit einer offenen (z. B. mit nur einem Mehrfachreflexionsdurchgang der Ionen entlang einer der Raumdimensionen) oder einer geschlossenen (z. B. bei der die Ionen während der Dauer der m/z-Trennung mehrfach die Richtung entlang aller Dimensionen wechseln) Konfiguration.
Im Sinne ihrer Verwendung in diesem Dokument, einschließlich der Ansprüche, sind Singularformen von Begriffen in diesem Schriftstück so auszulegen, dass sie auch die Pluralform und umgekehrt einschließen, sofern es der Kontext zulässt. Sofern der Zusammenhang nichts anderes vorgibt, bedeutet zum Beispiel im Vorliegenden, einschließlich der Ansprüche, ein Bezug im Singular wie etwa „ein“ oder „eine“ (wie etwa ein Ion oder ein Detektionssignal) „ein oder mehrere“ (zum Beispiel ein oder mehrere Ionen oder ein oder mehrere Detektionssignale). In der gesamten Beschreibung und den gesamten Ansprüchen dieser Offenbarung bedeuten die Wörter „umfassen“, „beinhalten“, „aufweisen“ und „enthalten“ und Varianten davon, zum Beispiel „umfassend“ und „umfasst“ oder ähnliches, dass das beschriebene Merkmal die zusätzlichen nachfolgenden Merkmale einschließt, und sollen das Vorhandensein weiterer Komponenten nicht ausschließen (und schließen es auch nicht aus). Wenn ein erstes Merkmal als auf einem zweiten Merkmal „basierend“ beschrieben wird, kann dies außerdem bedeuten, dass das erste Merkmal vollständig auf dem zweiten Merkmal basiert oder dass das erste Merkmal zumindest teilweise auf dem zweiten Merkmal basiert.
Die Verwendung von einem und allen hier bereitgestellten Beispielen, oder von beispielhaften Formulierungen („beispielsweise“, „wie z. B.“, „wie etwa“ und dergleichen) soll lediglich der besseren Veranschaulichung der Offenbarung dienen und gibt keine Einschränkung in Bezug auf den Geltungsbereich der Offenbarung an, sofern nichts anderes beansprucht wird. Formulierungen in der Beschreibung dürfen keinesfalls als Hinweis auf ein nicht beanspruchtes Element als maßgeblich für die praktische Umsetzung der Offenbarung ausgelegt werden.
Alle in dieser Patentschrift beschriebenen Schritte können in jeder beliebigen Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden, sofern nicht anders angegeben oder sofern der Kontext nicht etwas anderes erfordert. Wenn außerdem ein Schritt als nach einem Schritt ausgeführt beschrieben wird, schließt dies nicht aus, dass dazwischenliegende Schritte ausgeführt werden.
Alle der in dieser Spezifikation offengelegten Aspekte und/oder Merkmale können in jeder beliebigen Kombination kombiniert werden, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen mindestens einige dieser Merkmale und/oder Schritte sich gegenseitig ausschließen. Insbesondere gelten die bevorzugten Merkmale der Offenbarung für alle Aspekte und Ausführungsformen der Offenbarung und können in jeder beliebigen Kombination verwendet werden. Ebenso können in nicht Wesentlichen Kombinationen beschriebene Merkmale getrennt (nicht miteinander kombiniert) verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7714283 [0017]
US 10593530 [0021]
US 10224193 B2 [0025]
WO 2018134346 [0025]
US 9460905 B2 [0074]

Claims

Massenspektrometriesystem zum Durchführen einer Massenanalyse an einer Ionenprobe, umfassend: einen Vakuumbereich mit einem Massenanalysator, der so konfiguriert ist, dass er ein Erfassungssignal für die Ionenprobe liefert; eine Turbomolekularpumpe, die so konfiguriert ist, dass sie den Vakuumbereich auf einem Vakuumdruck hält; und eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie den Druck innerhalb des Massenanalysators steuert, um die zeitliche Abfallrate des Nachweissignals für die Ionenprobe zu steuern, indem sie: eine Pumpgeschwindigkeit der Turbomolekularpumpe steuert.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 1, wobei: die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Turbomolekularpumpe mit einer oder mehreren ersten Pumpgeschwindigkeit(en) betreibt, wenn der Massenanalysator in einer Massenanalyse-Betriebsart betrieben wird; und die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Turbomolekularpumpe mit einer oder mehreren zweiten Pumpgeschwindigkeit(en) betreibt, wenn der Massenanalysator in einer Betriebsart der Kollisionsquerschnittsanalyse betrieben wird, wobei die zweite(n) Pumpgeschwindigkeit(en) geringer ist/sind als die erste(n) Pumpgeschwindigkeit(en).
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Turbomolekularpumpe so konfiguriert ist, dass sie den Vakuumbereich auf einem ersten Druck hält, wenn der Massenanalysator in einer Massenanalyse-Betriebsart betrieben wird; und die Turbomolekularpumpe so konfiguriert ist, dass sie den Vakuumbereich auf einem zweiten Druck hält, wenn der Massenanalysator in einer Betriebsart der Kollisionsquerschnittsanalyse betrieben wird, wobei der zweite Druck größer ist als der erste Druck.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 3, wobei: der zweite Druck weniger als 3×10^{-8 mbar} (3×10^-6 Pa) beträgt; bzw. der erste Druck kleiner als 5×10^{-9 mbar} (5×10^-7 Pa) ist.
Massenspektrometriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Pumpgeschwindigkeit der Turbomolekularpumpe so steuert, dass sie den Druck innerhalb des Vakuumbereichs auf der Grundlage des Drucks innerhalb des ersten Vakuumbereichs steuert; und/oder ein Maß für die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Drucksensor, der dazu konfiguriert ist, den Druck innerhalb der ersten Vakuumregion zu messen und den gemessenen Druck an die Steuerung bereitzustellen.
Massenspektrometriesystem, umfassend: einen Massenanalysator, der in einem Vakuumbereich angeordnet ist und von einer Turbomolekularpumpe gepumpt wird; und eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Verfahren zur Bestimmung eines Maßes für eine Abfallrate einer Ionenprobe durchführt, die in dem Massenanalysator mit Bildstromerfassung einer Massenanalyse unterzogen wird, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Detektionssignals für die Ionenprobe aus einer Detektion von Transienten der Ionenprobe, die unter Verwendung des Massenanalysators erhalten wird, wobei das Detektionssignal für die Ionenprobe eine zeitliche Abfallrate aufweist; und Bestimmen des Maßes für die Abfallrate der Ionenprobe basierend auf einer extrapolierten Auflösung für die Ionenprobe, wobei die extrapolierte Auflösung eine erwartete Auflösung des Detektionssignals unter Bedingungen ist, bei denen die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe von Kollisionseffekten dominiert wird. wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den Druck innerhalb des Massenanalysators zu steuern, um die zeitliche Abfallrate des Nachweissignals für die Ionenprobe zu steuern, indem sie: eine Pumpgeschwindigkeit der Turbomolekularpumpe steuert.
Massenspektrometriesystem, umfassend: einen Massenanalysator, der in einem Vakuumbereich angeordnet ist und von einer Turbomolekularpumpe gepumpt wird; und eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Verfahren zur Bestimmung eines Maßes für eine Abfallrate einer Ionenprobe durchführt, die in dem Massenanalysator mit Bildstromerfassung einer Massenanalyse unterzogen wird, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Detektionssignals für die Ionenprobe aus einer Detektion von Transienten der Ionenprobe, die unter Verwendung des Massenanalysators erhalten wird, wobei das Detektionssignal für die Ionenprobe eine zeitliche Abfallrate aufweist; Bestimmen einer Angleichungsfunktion für die Ionenprobe, basierend auf: einem Maß für Intensität und/oder einem Maß des Masse-zu-Ladung-Verhältnisses des Detektionssignals für die Ionenprobe; und einem Maß für Intensität und/oder einem Maß des Masse-zu-Ladung-Verhältnisses eines Detektionssignals, das zuvor für ein Kalibriermittel unter Verwendung des Massenanalysators erhalten wurde; und Bestimmen des Maßes für die Abfallrate der Ionenprobe durch Angleichen eines Maßes der zeitlichen Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe unter Verwendung der Angleichungsfunktion. wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den Druck innerhalb des Massenanalysators zu steuern, um die zeitliche Abfallrate des Nachweissignals für die Ionenprobe zu steuern, indem sie: eine Pumpgeschwindigkeit der Turbomolekularpumpe steuert.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie das Maß für die Abfallrate der Ionenprobe nur dann bestimmt, wenn eine oder mehrere Bedingungen erfüllt sind, wobei die eine oder mehrere Bedingungen eine oder mehrere der folgenden Bedingungen umfassen: ob ein Peak des Detektionssignals grundlinienaufgelöst ist; ein Signal-Rausch-Verhältnis des Detektionssignals, das eine Schwellenbedingung erfüllt; und/oder ein Peak des Detektionssignals, der zu einem Isotopencluster gehört.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 7 oder Anspruch 9 in Abhängigkeit von Anspruch 7, wobei die extrapolierte Auflösung für die Ionenprobe eine erwartete Auflösung des Detektionssignals unter Bedingungen ist, bei denen die Auflösung des Detektionssignals in Bezug auf das Erhöhen der Anzahl von Probenionen in der Probenionenwolke, die verwendet wird, um das Detektionssignal für die Ionenprobe zu generieren, stabil ist.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 7 oder Anspruch 9 oder 10, wenn es von Anspruch 7 abhängt, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die extrapolierte Auflösung für die Ionenprobe aus einer extrapolierten Funktion bestimmt, die eine erwartete Auflösung des Erfassungssignals unter Bedingungen liefert, die von Kollisionseffekten dominiert werden, wobei die extrapolierte Funktion auf der Grundlage einer Vielzahl von Auflösungsmaßen und einer Vielzahl von Signalintensitätsmaßen bestimmt wird, die nicht unter Bedingungen erhalten wurden, die von Kollisionseffekten dominiert werden.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 11, wobei die extrapolierte Funktion auf mehreren Maßen für Auflösung und mehreren Maßen für Signalintensität für ein oder mehrere Kalibriermitteln basiert.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 7 oder einem der Ansprüche 9 bis 12 in Abhängigkeit von Anspruch 7, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die extrapolierte Auflösung für die Ionenprobe aus einer angepassten Funktion für mehrere Auflösungsmaße und mehrere Signalintensitätsmaße bestimmt, die eine erwartete Auflösung des Detektionssignals unter Bedingungen liefert, die von Kollisionseffekten dominiert werden; und/oder eine durchschnittliche Auflösung, vorzugsweise ein gleitender Durchschnitt oder ein gewichteter Durchschnitt, für mehrere Maße für Auflösung und mehrere Maße für Signalintensität verwendet werden, die eine erwartete Auflösung des Detektionssignals unter Bedingungen bereitstellt, die von Kollisionseffekten dominiert werden.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 13, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass er die extrapolierte Auflösung für die Ionenprobe aus einer gewichteten Auflösung für eine Vielzahl von Auflösungsmaßen und eine Vielzahl von Signalintensitätsmaßen bestimmt, wobei: die mehreren Maße für Auflösung ein oder mehrere relativ hohe Maße für Auflösung und ein oder mehrere relativ niedrige Maße für Auflösung umfassen; und das eine oder die mehreren relativ hohen Maße für Auflösung gewichtet werden, um einen größeren Beitrag zu der gewichteten Auflösung bereitzustellen als das eine oder die mehreren relativ niedrigen Maße für Auflösung.
Massenspektrometriesystem nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die gewichtete Auflösung auf der Auflösung für eine Vielzahl von Isotopenvarianten der Ionenprobe basiert.
Massenspektrometriesystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass er die mehreren Auflösungsmaße für mehrere unterschiedliche Isotopen- und Ladungszusammensetzungen bestimmt.
Massenspektrometriesystem nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass er die mehreren Auflösungsmaße für mehrere Retentionszeiten eines Elutionsprofils bestimmt, wobei das Elutionsprofil vorzugsweise ein Gaschromatographie (GC)- und/oder ein Flüssigkeitschromatographie (LC)-Elutionsprofil ist.
Massenspektrometriesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 17, wobei das Maß für die Zerfallsrate der Ionenprobe eine Zerfallskonstante oder ein Kollisionsquerschnitt ist.
Massenspektrometriesystem nach einem der Ansprüche 7 bis 18, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie das Maß für die zeitliche Abfallrate des Erfassungssignals für die Ionenprobe auf der Grundlage einer Peakbreite des Erfassungssignals für die Ionenprobe bestimmt, wobei die Bestimmung des Maßes für die zeitliche Abfallrate des Erfassungssignals für die Ionenprobe vorzugsweise eine Dauer berücksichtigt, über die die transiente Erfassung der Ionenprobe erfolgt.
Massenspektrometriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie eine Vielzahl von Messwerten der Abfallrate der Ionenprobe bestimmt.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 20, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie ein gewichtetes Maß für die Abfallrate der Ionenprobe bestimmt, indem sie einen gewichteten Mittelwert aus der Vielzahl der Maße für die Abfallrate der Ionenprobe bildet.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 21, wobei: die mehreren Maße für die Abfallrate der Ionenprobe ein oder mehrere relativ hohe Maße für Intensität des Detektionssignals für die Ionenprobe und ein oder mehrere verhältnismäßig niedrige Maße für Intensität des Detektionssignals für die Ionenprobe umfassen; und die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie das eine oder die mehreren relativ hohen Intensitätsmaße des Detektionssignals für die Ionenprobe gewichtet, um einen größeren Beitrag zum gewichteten Mittelwert zu liefern als das eine oder die mehreren relativ niedrigen Intensitätsmaße des Detektionssignals für die Ionenprobe.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, wobei der gewichtete Mittelwert eine oder mehrere Messungen der Abfallrate der Ionenprobe ausschließt, für die das Maß der Intensität des Nachweissignals für die Ionenprobe unter einem Schwellenwert liegt.
Massenspektrometriesystem nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die mehreren Messwerte der Zerfallsrate des Ions für mehrere unterschiedliche Isotopenzusammensetzungen bestimmt.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 24, wobei der gewichtete Durchschnitt auf Maßen für die Abfallrate für mehrere Isotopenvarianten der Ionenprobe basiert.
Massenspektrometriesystem nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die mehreren Messwerte der Abfallrate der Ionenprobe für mehrere Retentionszeiten eines Elutionsprofils bestimmt, wobei das Elutionsprofil vorzugsweise ein Gaschromatographie (GC)- und/oder ein Flüssigkeitschromatographie (LC)-Elutionsprofil ist.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 8 oder nach einem der Ansprüche 18 bis 26 in Abhängigkeit von Anspruch 8, wobei: das Maß für die Intensität des Detektionssignals für die Ionenprobe eines oder mehrere der folgenden Elemente umfasst: Gesamtionenanzahl; Signalamplitude; und/oder Signal-Rausch-Verhältnis; bzw. das Maß für die Intensität des zuvor für das Kalibriermittel erhaltenen Nachweissignals eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfasst: Gesamtionenanzahl; Signalamplitude; und/oder Signal-Rausch-Verhältnis.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 8 oder nach einem der Ansprüche 18 bis 27 in Abhängigkeit von Anspruch 8, wobei: das Maß für das Masse-Ladungs-Verhältnis des Detektionssignals für die Ionenprobe eine Frequenz umfasst; bzw. das Maß des Masse-zu-Ladung-Verhältnisses des zuvor für das Kalibriermittel erhaltenen Detektionssignals eine Frequenz umfasst.
Massenspektrometriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: das Detektionssignal für die Ionenprobe für eine isolierte Ionenprobe erhalten wird; oder das Detektionssignal für die Ionenprobe als vollständiger MS-Scan erhalten wird.
Massenspektrometriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Massenanalysator einer oder mehrere der folgenden ist: ein Orbital-Trapping-Massenanalysator; oder ein Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenanalysator; und/oder eine elektrostatische Falle, vorzugsweise eine elektrostatische Falle mit einer offenen oder einer geschlossenen Konfiguration.
Massenspektrometriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Messung der Abfallrate der Ionenprobe verwendet, um: die Ionenprobe zu klassifizieren; und/oder um störende Spezies in der Ionenprobe zu detektieren.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 8 oder einem der Ansprüche 18 bis 31, wenn es von Anspruch 8 abhängt, wobei die Einstellfunktion für die Ionenprobe auf einem Intensitätsmaß des Nachweissignals für die Ionenprobe und einem Intensitätsmaß eines Nachweissignals basiert, das zuvor für einen Kalibrator erhalten wurde.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 8 oder nach einem der Ansprüche 18 bis 32, wenn es von Anspruch 8 abhängt, wobei die Einstellfunktion für die Ionenprobe auf einem Verhältnis zwischen dem Intensitätsmaß des Nachweissignals für die Ionenprobe und dem Intensitätsmaß des Nachweissignals, das zuvor für den Kalibrator erhalten wurde, basiert.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 8 oder einem der Ansprüche 18 bis 33 in Abhängigkeit von Anspruch 8, wobei die Angleichungsfunktion für die Ionenprobe einen Betrag angibt, um den die zeitliche Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe angeglichen werden muss, um Fehler beim Messen der zeitlichen Abfallrate des Detektionssignals für die Ionenprobe zu kompensieren.
Massenspektrometriesystem nach Anspruch 8 oder nach einem der Ansprüche 18 bis 34 in Abhängigkeit von Anspruch 8, wobei: die Anpassungsfunktion für die Ionenprobe ein Skalierungsfaktor ist; und die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie das Maß der zeitlichen Abfallrate des Erfassungssignals für die Ionenprobe unter Verwendung der Anpassungsfunktion durch Skalieren des Maßes der zeitlichen Abfallrate des Erfassungssignals für die Ionenprobe mit dem Skalierungsfaktor anpasst.