DE2521344A1 - Massenspektrometisches system zur schnellen automatischen, spezifischen indentifizierung und quantitativen bestimmung von verbindungen - Google Patents

Description

430 North Halstead Street, Pasadena, Kalifornien, V.St.A.

Massenspektrometisches System zur schnellen, automatischen, spezifischen Identifizierung und quantitativen Bestimmung von Verbindungen

Die Erfindung betrifft ein automatisiertes massenspektromeiisches System, das imstande ist, eine große Vielzahl chemischer Verbindungen zu analysieren und zu identifizieren. Eine Probe einer unbekannten Verbindung in flüssigem, festem oder gasförmigem Zustand wird in das erfindungsgemäße System eingeführt. Es kann sich dabei um eine reine Probe oder um eine Mischung von Verbindungen handeln. In jedem Falle wird das Massenspektrum der Verbindung abgesucht nach ausgewählten Peaks und es wird versucht, diese Peaks anzupassen an vorher gespeicherte charakteristische Spektren einer oder mehrerer Verbindungen aus einer vorgegebenen Gruppe von Verbindungen. Die Anpassung erfolgt auf einer Wahrscheinlichkeitsbasis, wobei die Auftrittswahrscheinlichkeiten oder die Eindeutigkeit der gefundenen Massenpeaks eingehen, und aufgrund der Genauigkeit mit der die Verteilung der räativen

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Peakintensitäten paßt zu derjenigen irgendeiner der Verbindungen aus der gesuchten Gruppe von Verbindungen. Wird eine oder mehrere Verbindungen in der Verbindungsgruppe als in der Probe vorhanden identifiziert, wird auch ihre Menge automatisch durch die Erfindung bestimmt. Darüber hinaus wird ein Vertrauensindex hergestellt, der ein Maß darstellt für die Wahrscheinlichkeit, daß die als vorhanden identifizierte Verbindung tatsächlich vorhanden ist.

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Probeneiniaßvor— richtung, vorzugsweise einen Flashverdampfer und Trenner, ein Massenspektrometer, elektronische Hilfsmittel zur Kontrolle des Betriebs des Massenspektrometer und elektronische Hilfsmittel zur Analyse der Massenpeaks mit dem Zwecke der Identifizierung.

Ausgehend von dem Ergebnis der Datenanalyse, d.h. der Spektrenanpassung, liefert die Analysiervorrichtung Signale an die Kontrolleinrichtungen zur Änderung des Dateneingangs, und zwar nach Art einer geschlossenen Schleife. Die Empfindlichkeit des Systems und andere Betriebsparameter werden automatisch variiert, sc/wie erforderlich um genaue Massenpeakmessungen zu erhalten.

Allgemeiner gesagt, befaßt sich die Erfindung mit dem Gebiet der Identifizierung von Verbindungen und insbesondere mit einem neuen System, das die Fähigkeit hat, irgendeine aus einem Satz von vorgewählten Verbindungen selbst aus unbekannten und unreinen Proben rasch automatisch und spezifisch zu identifizieren und quantitativ zu bestimmen. Die Erfindung wird beschrieben als eine Anordnung, die ein Massenspektrometer enthält.

Die Verwendung der Massenspektrometrie zur Identifizierung von Verbindungen und zur Bestimmung ihrer Molekularstruktur ist bekannt. In einem Massenspektrometer wird

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ein Probengas teilweise durch Elektronenstoß oder durch andere Hilfsmittel in einer Ionenquelle ionisiert. Zu jeder Verbindung in dieser Probe wird typischerweise ein ganzer Satz von Fragmentionen gebildet, wobei jedes einzelne Fragmention ein bestimmten Massen-zu-Ladungs-Verhältnis hat, ^, wobei m dieMasse des Ions in Atommasseneinheiten ist und e die Ladung des Ions,gegeben durch die Anzahl der Elektronen, die davon durch die Ionisierung entfernt wurden. Das Verhältnis von Masse

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zur Ladung, —, wird üblicherweise als "Masse" bezeichnet.

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Die Ionen werden durch elektrische oder magnetische Felder oder eine Kombination von beiden in einem Massenanalysator in unterschiedliche Spezies aufgeteilt, je nach ihren jeweiligen Massen. In der üblichen Anordnung des Massenanalysators werden Ionen einer bestimmten Masse zu einem geeigneten Detektor transportiert, üblicherweise zu einem Elektronenvervielfacher, mit dem Zwecke der Messung und/oder Aufnahme. Üblicherweise werden die Massenanalysatoren so betrieben, daß die ^ Werte wiederholt und kontinuierlich über einen vorgewählten Massenbereich abgefahren werden. Eine graphische Darstellung oder eine Tabelle des Ionenstroms oder der Ionenintensität gegen — wird als ein Massenspektrum bezeichnet und ist die Grundlage der Datenausgabe eines Massenspektrometer s. Es soll darauf hingewiesen werden, daß unter Massenpeak im folgenden verstanden werden kann die Amplitude der lonenintensität, oder aber das Integral der Ionenintensität, bezogen auf ^, oder irgendein anderes quantitatives Maß für die Gegenwart von Ionen. Ist die Massenauflösung des Massenanalysators so beschaffen, daß ganzzahlige Werte von — getrennt werden können, gebrochene Werte jedoch nicht, dann wird diese Technik als Massenspektrometrie niedriger Auflösung bezeichnet.

Die Interpretation des Massenspektrums hat zwei ähnliche, doch etwas unterschiedliche,Zielsetzungen. Bei der Identifizierung wird durch einen Vergleich des Spektrums der

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Probe mit zuvor aufgenommenen Spektren reiner bekannter Verbindungen festgestellt, welche (wenn überhaupt) Verbindungen aus einer zuvor bestimmten Liste oder Bibliothek in der Probe vorhanden sind. Bei der Strukturbestimmung wird ein Teil oder gar die Gesamtheit der Molekülstruktur einer unbekannten Verbindung aus dem Massenspektrum abgeleitet. Die Erfindung bezieht sich auf die Identifikationsfunktion der Massenspektrometrie (und auf die quantitative Bestimmung der identifizierten Verbindungen).

Die Analyse des Massenspektrums mit dem Zwecke der Identifizierung kann von Hand ausgeführt werden oder aber mit Hilfe elektronischer Analysiervorrichtungen. Zur Analyse von Hand ist normalerweise ein erfahrener Massenspektrometiker erforderlich, der die erhaltenen Daten nach Hinweisen auf die mögliche Identität der gemessenen Verbindung absucht. Gewöhnlich werden dabei Tabellen, Berechnungen und Regeln über die Bildung von Massenspektren verwendet. Die endgültige Identifizierung erfolgt üblicherweise durch einen Vergleich des ausgewählten Probenspektrums mit einem veröffentlichten oder gemessenen Spektrum der identifizierten Verbindung.

Die Identifizierung des Massenspektrums durch elektronische Analyse erfolgt üblicherweise durch Kodierung oder Komprimieren des Massenspektrums gemäß einer von mehreren Regeln. Beispiele für diese Regeln sind die folgenden: (i) Auswahl von "n" intensivsten Peaks; (ii) Auswahl des intensivsten oder der zwei intensivsten Peaks in jedem Massenbereich von 14 Masseneinheiten; und (iii) binäres Kodieren aller Peaks, wobei nur Anwesenheit oder Abwesenheit vermerkt wird. Das kodierte Spektrum wird sodann verglichen mit einer Anzahl von gleich kodierten Bibliotheks— spektren. Gemäß einem Ähnlichkeitskriterium wird sodann diejenige Verbindung, deren Bibliotheksspektrum dem der Probe am nächsten kommt, als die gemessene Probe identifiziert.

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Oft wird mehr als eine mögliche Identifizierung angegeben, wobei die endgültige Identifizierung dem Betreiber überlassen bleibt, ausgehend von Vergleichen der vollständigen oder kodierten Spektren.

Der Einsatz der Massenspektrometrie zur Identifizierung erfordert gegenwärtig eine Reinigung der Probe durch physikalische oder chemische Methoden. Störionen aus Verunreinigungen können begreiflicherweise bei der Identifizierung der Verbindung in die Irre führen. Die Reinigung kann vor Einführung der Probe in die Anordnung ausgeführt werden, oder aber es kann eine Trennvorrichtung an das Massenspektrometer angeschlossen werden. Externe Hilfsmittel zur Probenreinigung sind Extraktion (wobei kontrollierte ρ B-Werte und geeignete Lösungsmittel verwendet werden, um vorzugsweise die Verbindungen aufzulösen, die von Interesse sind), Destillation, Umkristallisation und Dünnschichtchromatographie. Gemeinsam mit dem Massenspektrometer wird als Trennvorrichtung am häufigsten ein direkt angeschlossener GasChromatograph (GC) verwendet, was die bekannte Kombination von Gas— Chromatograph und Massenspektrometer (GC/MS) ergibt. Neuerdings ist auch ein Flussigchromatograph in Verbindung mit einem Massenspektrometer zur Trennung der Probe verwendet worden.

In einem Gaschromatographen wird eine Probe, die aus einer oder mehreren Verbindungen besteht, durch eine Injektionsspritze oder ein Rohr in eine geheizte Kammer injiziert (den Fl a sh verdampf er oder Injektor), oder direkt in eine chromatographische Säule. Die Probe wird verdampft (sofern es sich nicht bereits um ein Gas handelt) und durch ein geeignetes inertes Trägergas durch die Säule transportiert. Die Säule ist ein Glas-oder Metallrohr, das üblicherweise mit einem pulverförmigen Trägermaterial gefüllt ist. Das Rohr oder das in ihm enthaltene Trägermaterial ist mit

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einer organischen Flüssigkeit überzogen, der sogenannten stationären Phase oder flüssigen Phase. Die flüssige Phase hat die Eigenschaft, jede der Verbindungen in der Probe mit verschiedenen Geschwindigkeiten zu absorbieren und wieder zu desorbieren, so daß hierdurch jede Verbindung beim Passieren der Säule unterschiedlich verlangsamt wird. Daher passieren die Bestandteile der Probe die Säule mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und treten aus ihr zu unterschiedlichen Zeiten wieder aus, Unter festliegenden Betriebsbedingungen (Säulentyp, Temperatur, Durchflußgeschwxndxgkeit usw.) hat jede Verbindung eine charakteristische reproduzierbare Retentionszeit, d.h. Verzögerung zwischen Injektion und Elution am Säulenausgang. Auf diese Weise wird eine Mischung in ihre Bestandteile zerlegt. Jede Verbindung fließt sodann zur Identifizierung weiter in das Massenspektrometer.

Eine Trennvorrichtung oder ein Separator ist gewöhnlich zwischen dem Ausgang des Gaschromatographen und dem Eingang des Massenspektrometers erforderlich, denn der Druck am Kolonnenausgang beträgt üblicherweise eine Atmosphäre, während das Massenspektrometer bei einem Vakuum der Größenordnung 10" Atmosphären betrieben werden muß. Der Separator läßt einen vernünftigen Anteil der interessierenden Verbindungen durchtreten, hält jedoch den größten Teil des Trägergases zurück. Üblicherweise wird ein geeigneter nicht selektiver Detektor zur Anzeige der gaschromatographischen Peaks verwendet, d.h. zur Anzeige der Elution jedes einzelnen Bestandteils. Mindestens ein Massenspektrum wird bei Nachweis jedes einzelnen gaschromatographischen Peaks aufgenommen.

Die bisher bekannten Instrumente haben folgende Nachteile:

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(a) Wenn das Massenspektrometer nicht mit einer Trennvorrichtung, etwa einem Gas— oder Flüssigchromatographen, ausgestattet ist, müssen langwierige, komplizierte und mühselige Verfahren der Probenreinigung angewendet werden.

(b) Wenn eine Trennvorrichtung verwendet wird, legt diese selbst zusätzliche Beschränkungen auf. Zum Beispiel können nur diejenigen Bestandteile einer Probe analysiert werden, die mit der Trennvorrichtung erfolgreich getrennt werden können, äfeitens erfordert der Betrieb der Trennvorrichtung üblicherweise zumindestens einige Minuten; insofern führt er zu einer zeitlichen Verzögerung. Darüber hinaus macht die Trennvorrichtung die Anordnung komplizierter und erfordert größeres Geschick zu ihrer Bedienung.

(c) Interprdation der Massenspektren von Hand erfordert viel Zeit und Erfahrung.

(d) Rechnerische Hilfsmittel zur Interpretation der Massenspektren, wie sie bisher verwendet wurden, weisen einen oder mehrere der folgenden Nachteile auf: (i) ein Eingreifen des Betreibers ist in beträchtlichem Maße notwendig und deshalb können die Interpretationen nicht als vollautomatisch angesehen werden. Zusätzlich ist ein relativ hoher Grad an Kunstfertigkeit des Betreibers notwendig, (ii) Die rechnerischen Hilfsmittel werden üblicherweise benutzt, um Vergleiche zwischen einem gemessenen Spektrum und Bibliotheksspektren auszuführen oder zwischen charakteristischen Peaks dieser Spektren. Bei diesen Vergleichen geht man von der Annahme aus,

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daß das gemessene Spektrum das einer reinen Probe ist. Darum ist eine Reinigung derProbe notwendig, um die rechnerischen Hilfsmittel voll auszunutzen (üblicherweise mit Hilfe eines Gaschromatographen), (iii) Beim Ausführen von Vergleichen sind die quantitativen Ähnlichkeitskriterien, die bisher typischerweise von bisher bekannten Systemen angewendet werden, kein direktes Maß für die Wahrscheinlichkeit, daß die Identifizierung korrekt ist. (iv) Die Kompliziertheit der Vergleichsmethode erfordert die Verwendung eines Computers hoher Leistungsfähigkeit und/oder zeitweise Speicherung, so daß die Analyse ausgeführt werden nachdem die Messung der Daten abgeschlossen ist. Daher kann die Analyse normalerweise nicht in "real time" ausgeführt werden, d.h. solange die Messung selbst ausgeführt wird· (v) Rechnerische Hilfsmittel zur Identifizierung einer Verbindung aus dem Massenspektrum nach dem bisherigen Stand der Technik versagen typischerweise darin, daß sie keinen Gebrauch von einem Teil der darin erhältlichen Information machen, nämlich der Abwesenheit oder Schwäche charakteristischer Peaks und der unterschiedlichen Signifikanz von Peaks als Funktion ihrer Masse und Intensität, (vi) Die relativ lange Zeit, die für den Vergleichsprozeß erforderlich ist, schließt üblicherweise eine Analyse der Vielzahl der Spektren,die sich bei der Massenmessung des Ausflusses des Gaschromatorgraphen ergeben, aus.

Die Erfindung beseitigt im wesentlichen alle die oben beschriebenen Begrenzungen und Nachteile der Instrumente und Methoden nach dem bisherigen Stand der Technik. Die Erfindung ermöglicht die Identifizierung einer Zielverbindung (englisch "target" Verbindung) aus einer Gruppe

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vorgewählter Zielverbindungen in unbekannten Mischungen von Verbindungen mit geringfügiger oder gar keiner Probenreinigung. Damit erlaubt sie es, den Gaschromatographen ganz wegzulassen oder aber zumindestens wesentlich zu vereinfachen. Damit stellt die Erfindung eine Vorrichtung dar, die weniger kompliziert und weniger teuer ist als entsprechende Vorrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik. Zusätzlich zu dem Fortfall oder der Vereinfachung des Gaschromatographen reduziert die Erfindung außerdem die Kosten und den Aufwand für die Identifizierung von Verbindungen durch den Fortfall von Hilfsmitteln zur Datenspeicherung. Dies ergibt sich daraus, daß Hilfsmittel eingebaut werden , die eine Analyse in "real time "' erlauben.

Die Erfindung gestattet ferner eine größere Spezifizität in der Identifizierung von Verbindungen als bisher bei der Verwendung von Systemen und Methoden nach dem bisherigen Stand der Technik möglich war. Das beruht auf den neuartigen Analysenmitteln die die Erfindung enthält-, HiIfsmitteln, welche (i) Wahrscheinlichkeitstechniken auf die Vergleiche anwenden; (ii) eine erschöpfende Analyse jedes gemessenen Spektrums ausführen; (iii) auch negative Information verwenden, d.h. die Abwesenheit oder Schwäche charakteristischer Peaks; und (iv) auch von Eichdaten Gebrauch machen, die die Erfindung selbst "gelernt" hat. Zudem kann das Analysenhilfsmittel der Erfindung einen Konfidenzindex angeben, der für alle Zielverbindungen konsistent ist, der quantitativ die Wahrscheinlichkeit angibt, daß die Identifizierung korrekt ist.

Die Erfindung ermöglicht automatische Identifizierung von Verbindungen. Das hat den Vorteil, daß die Anforderungen an Geschick und Aufmerksamkeit des Betreibers auf ein Minimum reduziert werden. Zudem erlaubt die Erfindung raschen Betrieb. Zum Beispiel kann die Analyse einer Probe

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in Fällen, in denen schon die direkte Massenanalyse befriedigende Resultate gibt, d.h. wo chromatographische Trennung nicht notwendig ist, bereits in einer Sekunde ausgeführt werden und ist typischerweise in 30 Sekunden beendet, einschließlich Datenausdruck. Darüber hinaus kann eine größere Vielfalt von Proben ohne Zuhilfenahme der Chromatographie analysiert werden als bisher möglich gewesen ist. Selbst in Fällen, wo chromatographische Trennung notwendig ist, ist weniger Analysenzeit erforderlich als nach dem bisherigen Stand der Technik, da der Reinheitsgrad,der erforderlich ist um befriedigende Ergebnisse zu erhalten, durch die Erfindung wesentlich reduziert wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sie die quantitative Bestimmung identifizierter Verbindungen auch dann möglich macht, wenn das Massenspektrum der Zielverbindung weitgehend durch andere Verbindungen in der Mischung überlagert wird.

Wenn auch einige Instrumente nach dem bisherigen Stand der Technik einige der oben beschriebenen Nachteile vermeiden, existiert doch bisher noch kein System, das in einer einzigen Anordnung alle die Eigenschaften und Vorteile vereinigt, die auf die Erfindung zutreffen.

Die Erfindung ist ein automatisiertes Massenspektrometersystem, bestehend aus (i) einen Massenspektrometer, einschließlich zugehöriger Elektronik und Vakuumsystem; (ii) einer Probeneingabevorrichtung; und (iii) elektronischen Analysenhilfsmitteln zur Analyse der Massenspektren, die von den Proben erhalten werden; und (iv) elektronischen Kontrollmitteln zur Kontrolle des Betriebs des Massenspektrometers und bestimmter seine Betriebsparameter .

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In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung besteht das Massenspektrometer aus einer Elektronenstoßionenquelle, einem Quadrupolmassenanalysator, einem Elektronenvervielfachungsdetektor und einem Vakuumsystem mit Ionenpumpe. Die Probeneingabevorrichtung besteht aus einem Flashverdampfer und einem Molekularseparator vom Membrantyp. Die Kontroll- und Analysevorrichtungen können vervollständigt werden durch ein fest verdrahtetes digitales Logik- und Kontrollsystem oder durch einen programmierbaren Digitalcomputer. Xn beiden Fällen sind angemessene Ein- und Ausgabevorrichtungen erforderlich.

Die Erfindung wird so angeordnet und betrieben, daß sie (i) die massenspektroskopischen Daten misst und analysiert die notwendig sind, um das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer oder mehrerer Zielverbindungen festzustellen ; (ii) die Mengen der gefundenen Verbindungen bestimmt; und (iii) die Ergebnisse der Analyse rasch und automatisch darstellt. Die Erfindung arbeitet einwandfrei mit reinen Proben, mit Mischungen oder mit teilweise getrennten Mischungen. Darüberhinaus erzeugt die Erfindung einen Vertrauensindex, der die Wahrscheinlichkeit dafür anzeigt, inwieweit die Identifizierung, sofern erfolgt, korrekt ist.

Die Erfindung verarbeitet Mischungen oder Reinstoffe in form von Gasen, Flüssigkeiten, oder Feststoffen in Lösung in Mikrogrammengen. Eine doppelte Eingabevorrichtung erlaubt die direkte Einbringung von Gasen oder aber die Injektion von Flüssigkeiten in einen Flashverdampfer. Liegen flüssige Proben vor, so wird der Probendampf durch einen trockenen Stickstoffstrom transportiert. Spurenmengen von Material, bis herab zu zehn Nanogramm und weniger, können in der Probe identifiziert

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- 12 werden.

Gasförmige oder verdampfte flüssige Proben strömen zu einer Anreicherungsvorrichtung, die vorzugsweise einen großen Anteil der in der Probe enthaltenen organischen Verbindung aus den Luftgasen extrahiert. Das Anreicherungsverhältnis von Probe zu Träger ist sehr hoch und gestattet routinemäßige Probenahme aus Bereichen atmosphärischen Luftdrucks. Die angereicherte Probe wandert direkt in den evakuierten Ionisierungsteil des Massenspektrometer, wo sie untersucht wird,um die zur Analyse notwendigen spektralen Daten zu erhalten, und wird dann aus dem Spektrometer ausgeblasen. Der Betrieb des Massenspektrometers wird durch eine elektronische Kontrollvorrichtung kontrolliert, während die Spektrenanalyse

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durch elektronische Analysevorrichtung vorgenommen wird, wie sie ausführlicher weiter unten beschrjsben wird. Darüber hinaus spricht die Kontrollvorrichtung an auf die Information, die durch die Analysenvorrichtung erzeugt wird, so daß eine Kontrolle des Massenspektrometers auf der Basis der Ergebnisse der Analyse, die bis dahin erhalten wurden, möglich wird.

Die elektronische Analysenvorrichtung bietet die einzigartige Möglichkeit spezifische Zielverbindungen in einer Probe zu suchen und zu identifizieren durch die Analyse der Datenausgabe des Massenspektrometers in "real time", und das trotz der Gegenwart einer großen Anzahl von störenden Massenpeaks, die dem Untergrund oder Probenverun— reinigungen zugeordnet werden können.

Die Analysenvorrichtung arbeitet auf der Basis einer Wahrscheinlichkeitsanpassung des massenspektroskopischen "Fingerabdruckes" der Probe an den charakteristischen massenspektroskopischen "Fingerabdruck" einer oder mehrerer der Zielverbindungen. Die charakteristischen massen-

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spektroskopischen Daten der Zielverbindungen werden in einer Speicherabteilung der Analysenvorrichtung gespeichert. Beim Ausführen dieser Anpassung verwirft die Analysiervorrichtung spektrale Daten, die durch die Gegenwart von nicht interessanten Bestandteilen gestört werden, d.h. von Verunreinigungen in einer nicht reinen Probe.

Die Zuverlässigkeit der Identifizierung wird erhöht, wenn die folgenden Größen noch in Betracht gezogen werden:

Die Auftrittswahrscheinlichkeiten der gefundenen Massen, die Übereinstimmung der Verteilung der relativen Intensitäten, verglichen mit einem Verteilungsmuster für die reine Verbindung, sowie die Konzentration der Verbindung in der Probe. Zusätzlich zu positiver Information macht die Anpassungsprozedur auch von negativer Information im Spektrum Gebrauch, indem sie bei der Identifizierung ebenso gut von der Abwesenheit wie von der Anwesenheit bestimmter Peaks im Massenspektrum der unbekannten Probe ausgeht.

Bei dem charakteristischen massenspektroskopischen '•Fingerabdruck", der für jede Zielverbindung gespeichert wird, handelt es sich um ein komprimiertes Spektrum. Ebenso wie ein erfahrener Massenspektrometiker nach charakteristischen Peaks sucht, um zu entscheiden, ob eine bestimmte Verbindung vorliegt, überprüft die Erfindung einen vorgegebenen Satz von Massen, die für die Zielverbindung charakteristisch sind, und vergleicht die gemessenen Massen und ihre relativen Intensitäten nut denjenigen des gespeicherten Referenzspektrums. Bei diesem Vergleich werden Peaks mit zu großer relativer Intensität als kontaminiert identifiziert und von der weiteren Analyse ausgeschlossen.

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Begrenzung der Suche auf die Charakteristischsben Massen erspart Zeit, die sonst auf die Messung von Peaks verwendet würde, die wenig oder keine Information hinsichtlich des Vorliegens oder Nichtvorliegens der Zielverbindung geben. Um die Suchzeit weiter zu reduzieren, werden nur so viel Massen verwendet, wie für eine zuverlässige Identifizierung erforderlich sind.

Die Analysenvorrichtung erzeugt einen Vertrauens— index, der ein Maß für die Wahrscheinlichkeit ist, daß die Zielverbindung vorliegt. Selbst in nicht dem Zufall unterworfenen Situationen, wie z.B. bei der Unterscheidung zwischen eng miteinander verwandten Verbindungen, stellt der Vertrauensindex einen nützlichen Hinweis auf die Zuverlässigkeit der massenspektroskopischen Identifizierung dar, wie er zuvor nur durch das sorgfältige Studium der massenspektroskopischen Daten durch einen geübten Massenspektroskopiker erhalten werden konnte. Das Vorliegen der Ziel— verbindung wird durch einen relativ hohen Vertrauensindex angezeigt, der abhängt von der gefundenen Menge und vom Verunreinigungsgrad. Andere Verbindungen, selbst wenn sie von ähnlicher Molekülarstruktur sind und in hoher Konzentration vorliegen, geben relativ geringe Werte des Vertrauensindex, wenn diese Analysenmethode angewandt wird. Typischerweise kann eine zuverlässige Identifizierung noch bei einem Konzentrationsverhältnis von 100:1 erzielt werden.

Die Menge wird berechnet aus den Intensitäten der nicht kontaminierten Peaks, die von der Analysenvorrichtung identifiziert wurden. Auf diese Art ist die quantitative Bestimmung einer bestimmten Verbindung auch noch in einer Mischung möglich, die andere Verbindungen mit vielen gemeinsamen Massen enthält. Das Massenspektrometer

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spricht über mehrere Dekaden nahezu linear an. Daher wird nach der Identifizierung einer Zielverbindung ihre Menge in Gewichtseinheiten (z.B. Mikrogramm) bestimmt, wobei ein gespeicherter Zahlenfaktor verwendet wird. Der Skalenfaktor folgt aus einer vorausgehenden Eichung, bei der die Intensität für eine bekannte Menge einer reinen Probe der Zielverbindung gemessen wird.

Zeigt der Wert des Vertrauensindex an, daß die Verbindung wahrscheinlich nicht vorliegt, so setzt die Mengenangabe für die Verbindung eine unabhängige obere Grenze für ihre Konzentration. Dies ist oft sehr nü, tzlich, da eine extrem geringe Menge das negative Resultat bestätigt.

Die Erfindung arbeitet in mindestens vier Betriebsarten, nämlich Start, Eichung, Identifizierung und in einem Betrieb als Datensystem. Beim Start wird die Erfindung betriebsbereit gemacht, d.h. Arbeitstemperatur en, Arbeitsdrücke und verschiedene andere Parameter werden eingestellt. Bei der Betriebsart "Eichung" mißt das System automatisch die Referenzmassenspektren für eine gegebene Verbindung, wenn eine Standar probe eingeführt ist und nimmt dieses Spektrum auf. Zusätzlich werden die Intensitäten der Untergrundpeaks gemessen, und zwar in Abwesenheit jeden Probenmaterials.

Bei der Identifikation werden Proben auf das Vorliegen einer oder mehrerer Zielverbindungen in zwei Unterbetriebsarten untersucht. Bei der ersten Unterbetriebsart einem Bestätigung^verk'ißih't die Erfindung wiederholt das Spektrum der injizierten Probe an das charakteristische Spektrum einer zuvor ausgewählten Zielverbindung anzupassen. Die Probe wird entweder kontinuierlich oder schrittweise in die Probeeingabenvorrichtung injiziert und das Massenspektrum wiederholt mit dem Massen-

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spektrometer gemessen. Die Analysenvorrichtung erzeugt einen Vertrauensindex durch Anwendung von Anpassungskriterien und Anpassungsregeln. Liegt der Vertrauensindex über einem zuvor festgesetzten Schwellenwert für irgendeine Zielverbindung, so zeigt eine Anzeigevorrichtung ihr Vorliegen an. Zusätzlich kann weitere Information, wie etwa die Menge der Zielverbindung, die Größe des Vertrauensindex, und/oder die Intensität der Massenpeaks ebenfalls von der Erfindung durch übliche Ein- und Ausgabevorrichtungen ausgegeben werden. Beim zweiten Unterverfahren zur Identifizierung, einem Such— verfahren, wird eine probabilistische Anpassung des Spektrums der injizierten Probe an jedes Spektrum aus einer Unterauswahl derjenigen Verbindungen, deren spektrale "Fingerabdrücke" im System gespeichert sind, angestrebt.

Bei der Betriebsart als Datensystem mißt die Erfindung das vollständige Massenspektrum einer Standartprobe und stellt es dar, und ordnet die Massenpeaks nach ihrer Bedeutung für Identifizierungszwecke mit Hilfe eingebauter Wahrscheinlichkeitstabellen. Die so erhaltenen Spektrendaten können dann im System gespeichert werden, wodurch diese Verbindung den Satz von Zielverbindungen zur Identifizierung unbekannter Proben zugefügt wird.

Die Erfindung findet Verwendung in einer großen Vielfalt von Anwendungsbereichen, darunter (i) die forensischen Wissenschaften, wo sich die schnelle und genaue Analyse mißbräuchlich benutzte Rauschmittel in Straßenproben gestattet; (ii) in der Pharmakologie, wo ihre hohe Empfindlichkeit die Messung von Rauschmitteln und ihren Stoffwechselprodukten in Körperflüssigkeiten gestattet, und zwar für klinisch-therapeutische Studien ebenso wie für Urinreihenuntersuchungen; (iii) in der klinischen Toxikologie, wo ihre schnelle Ansprechzeit schnelle Identifizierung im Hospital von Rauschmitteln gestattet, die

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von Patienten in komatischen Zuständen, die durch Überdosierung verursacht wurden, eingenommen wurden, und wo sie dadurch deren Notfallbehandlung erleichtert; (iv) in der industriellen Toxikologie, wo sie nach Automatisierung, Überwachung vielfältiger toxischer Verbindungen in Produktionsanlagen rund um die Uhr gestattet. Zudem kann die Erfindung auch vorteilhaft zum Nachweis von Luft- und Wasserverschmutzung, sowie von Pestiziden und Sprengstoffen selbst in relativ geringen Konzentrationen verwendet werden.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Hilfsmittel zur schnellen automatisierten und spezifischen Identifizierung und quantitativen Bestimmung von Verbindungen in unbekannten Proben bereit zu stellen, wobei die spezifische Identifizierung von Gemischen von Verbindungen (wie etwa biologischen Proben), ebenso wie die Identifizierung reiner Verbindungen ermöglicht werden soll.

Weiter soll die Erfindung in der massenspektrometrischen Analyse eine rückgekoppelte Kontrolle der zu gewinnenden Daten (Massenpeaks) auf der Basis einer Analyse von zuvor gewonnenen Daten ermöglichen, wodurch Zeit gespart und eine Verringerung der erforderlichen Datenspeicherung erzielt wird. Die Probenvorbereitung soll dabei auf ein Minimum reduziert, die Kompliziertheit und Kosten verringert, und die Anforderungen an Geschick, Erfahrung und Übung der Benutzer weitgehend vermindert werden, wobei das erfindungsgemäße System grundsätzlich für die Verarbeitung von Proben in festem, flüssigem oder gasförmigem Zustand geeignet sein soll.

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Weitere Ausgestaltungen, Eigenschafteijlund Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Die Beschreibung und die Zeichnungen werden die charakteristischen Eigenschaften der Erfindung in Hinsicht auf ihren Aufbau und auf ihre Arbeitsweise weiter offenbart. Wenn auch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im folgenden beschrieben wird, und in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt wird, so wird doch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Beschreibungen und Zeichnungen der Erfindung nur dem Zwecke der Illustration dienen und das Anwendungsgebiet der Erfindung nicht begrenzen.

In den beiliegenden Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt:

Fig. 1 ist ein allgemeines Blockdiagramm, das die fünf Grundkomponenten der Erfindung zeigt;

Fig. 2a ist ein Querschnitt durch einen Flashverdampfer, der in der Probeneinlaßvorrichtung der Erfindung verwendet wird}

Fig. 2b ist ein Querschnitt durch den Separator der in der Probeeingabevorrichtung der Erfindung verwendet wird;

Fig. 3 ist ein detaillierteres funktionelles Blockdiagramra der Erfindung;

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Massenabtastwandlers (mass scan converter) der Erfindung;

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des Elektrometerverstärkerteils der Erfindung;

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung des Peakspreizerteils der Erfindung;

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Fig. 7 ist ein funktionelles Blockdiagramm der

Kontrollvorrichtung und der Analysiervorrichtung der Erfindung;

Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen einem vollständigem Massenspektrum einer bestimmten Verbindung und ihrem komprimierten Massenspektrum ;

Fig. 9 zeigt die Spannungswellenform am Ausgang des Massenabtastwandlers ;

Fig. 10 zeigt die Spannungswellenform am Ausgang des Elektrometerverstärkers ;

Fig. 11 zeigt die Spannungswellenform am Ausgang des Peakspreizers; und

Fig. 12 zeigt ein zeitliches Profil des Passialdrucks der Probe nach Einspritzung in die Probeeingabevorrichtung.

Die Erfindung besteht aus den fiinf in Fig. 1 gezeigten Grundkomponenten, nämlich (i) einerProbeeingabevorrichtung 10 j (ii) einem Massenspektrometer 12} (iii) Vorrichtung zur Kontrolle des Betriebs des Massenspektrometer 12; (iv) Vorrichtung 16 zur Analyse der Massenspektren, die von den Proben erhalten werden; und (v) Zwischengliedern zwischen dem Massenspektrometer 12 und den Kontroll- und Analysiervorrichtungen 14 und 16.

Probeneingabevorrichtung

Die Probeneingabevorrichtung 10 wird unter Bezug auf die Abbildungen 2a und 2b beschrieben. Sie besteht aus einem Flashverdampfer 18 und einem Separator 20. Der Flashverdampfer 18 ist für flüssige oder feste Proben erforderlich, Er besteht aus einem geheizten Metallrohr 22 mit einem Glaseinsatz 23, einer Injektionsöffnung 24, einer Ausgangs·

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öffnung 26 und einer Trägergasöffnung 28. Die Injektionsöffnung 24 ist mit einem vorzugsweise aus Silikonkautschuk hergestelltem Septum 30 verschlossen. Das Septum 30 ist an der Röhre 22 durch eine Septumsmutter 33 befestigt. Flüssige oder gelöste oder suspendierte feste Proben werden durch das Septum 30 mit einer Injektionsspritze injiziert. Die Trägergasöffnung 28 ist mit üblichen Hilfsmitteln mit einem Behälter für Trägergas unter leichtem Druck verbunden. Ein geeignetes Trägergas ist Stickstoff. Ein üblicher, hier nicht gezeigter Heizer hält die Temperatur des Flashverdampfers 18 auf eine zur Verdampfung der Probe geeigneten Höhe.

Im Betrieb werden die flüchtigen Komponenten der Probe verdampft und durch das Trägergas durch das Rohr 22 geschwemmt und durch ein Glaswollefilter 32, das innerhalb des Rohrs angeordnet ist, und worin Feststoffe aus der Probe aufgefangen werden. Die Auslaßöffnung 26 des Flashverdampfers ist an den Separator 20 angeschlossen.

Bei gasförmigen Proben ist der Flashverdampfer 18 nicht notwendig. Der Flashverdarapfer 18 kann durch ein Einlaßrohr ersetzt werden und die Probe kann direkt in den Separator 20 getrieben werden. Der Separator 20 besteht aus einem Gehäuse 36 mit einer Einlaßöffnung 38, einerAuslaßoffnung 40, zwei dünnen polymeren Membranen 42a und 42b, die durch das Innere des Gehäuses 36 zwischen der Einlaßöffnung 38 und der Auslaßöffnung 40 aufgespannt sind; d.h. quer zum Fließweg der Probe. Eine Austrittsöffnung 44, die sich im Gehäuse 36 an der dem Einlaß zugekehrten Seite der ersten Membran 42a befindet, läßt das nicht durchgelassene Trägergas und verdampft Lösungsmittel in die Atmosphäre austreten. Eine kleine Saugpumpe 51 kann an die Auslaßöffnung 44 angeschlossen werden, und dazu verwendet werden, die Strömung der gasförmigen Proben aufrechtzuerhalten. Die Saugpumpe 51 ist nicht notwendig für flüssige oder feste Proben, da

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das Trägergas das Strömungsmedium darstellt. Ein Vakuumanschluß 45 ist im Gehäuse zwischen den Membranen 42a und 42b vorgesehen. Mit Hilfe einer mechanischen Pumpe 47, die an den Vakuumanschluß 46 durch das Rohr

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49 angeschlossen ist, wird ein Druck von etwa 10 Torr

oder weniger im Zwischenraum zwischen den zwei Membranen aufrechterhalten. Der Druck im Massenspektrometer 12 wird typischerweise bei etwa 10" Toir oder weniger gehalten mittels einer Ionenpumpe 48 (wie in Fig. 3).

50 wird ein Druckgefälle an jeder Membrane aufrechterhalten. Beim Starten der Erfindung wird die mechanische Pumpe 47 zur Evakuierung des Massenspektrometer 12 durch das Rohr 50 verwendet (wie in Fig. 3 gezeigt). Die Membrantemperaturen werden üblicherweise zwischen 150 C und 220° C gehalten und zwar mit einem zweiten konventionellen Heizer. Die Temperaturen im einzelnen hängen dabei von der gesuchten Zielverbindung ab.

Aufgrund günstigerer Permeabilität werden die Probendämpfe mit ihrem höheren Molekulargewicht effizienter durch die Membranen 42a und 42b durchgelassen als das Trägergas und Lösungsmittel. Von letzteren wird der größte Teil zur Atmosphäre ausgeblasen oder aus dem Bereich zwischen den Membranen abgesaugt, während ein beträchtlicher Anteil des Probendarapfes die Auslaßöffnung 40 verläßt und in das Massenspektrometer 12 eintritt. Eine Anreicherung der Probe um den Faktor 10 ist möglich , und eine große Anzahl von Verbindungen wird um einen Faktor von 10 oder mehr konzentriert.

Drücke, Temperaturen, und die Flußgeschwindigkeit des Trägergases oder der Probe stellen Parameter dar, die mit üblichen Mitteln überwacht und kontrolliert werden.

Eine Anzahl von anderen Separatoren, die in der Technik bekannt sind, sind zum Gebrauch in der Erfindung anstelle

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des oben beschriebenen Separators 20 geeignet. Zu solchen anderen Separatoren zählen EffusionsSeparatoren, Düsenmündungsseparatoren, und einen Separator mit nur einer Membran, wie z.B. nach dem amerikanischen Patent Nr. 3 751 880.

Feste Proben werden üblicherweise durch Auflösen in einem geeigneten Lösungsmittel vorbereitet. Vorzuziehen sind wässrige Lösungsmittel oder Lösungsmittel mit niedrigem Molekulargewicht, wie Metanol, Ätha.nol, Azeton oder Äther. Bei komplizierten oder verdünnten Mischungen ist es vorteilhaft, ein geeignetes Extraktionsverfahren anzuwenden. Silylierung, Methylierung oder andere Standartverfahren zur Derivatbildung können die Empfindlichkeit oder Spezifität erhöhen.

Flüssige Proben können durch kontinuierliche oder schrittweise Einspritzung eingeführt werden. Ist die Konzentration in der Ausgangsmatrix zu gering, oder ist die Probe ernsthaft verunreinigt, so werden Standartlabormethoden zur Extraktion und Konzentration verwendet. So werden z.B. Körperflüssigkeiten, wie Blut oder Urin zur Analyse auf Rauschgifte durch Flüssigextraktion bei geeignetem PH-Wert vorbereitet, oder durch Isolierung an Harzsäulen.

Wenn die Erfindung auch nicht unbedingt Reinigung der Probe durch Vorrichtungen, wie etwa einen Gaschroma— tographen erfordert, ist sie doch zum Betrieb mit einem GasChromatographen geeignet; dadurch hat der Benutzer der Erfindung die Wahl zwischen einem Betrieb zur direkten Analyse oder einem Betrieb als Gaschromatograph/Massenspektrometer (GC/MS). Bei letzterer Betriebsart ermöglicht jeder geeignete, in der Technik bekannte Adapter die kontinuierliche Analyse des Effluenten des Gaschromatographen. Die zeitlich benachbarte Auftrennung der Probe

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in ihre Bestandteile verbessert die Spezifizität der Identifikation, wenn es sich um Mischungen handelt, und die vom Gaschromatographen gelieferten Daten über die Retentionszeit sind nützlich als eine unabhängige Prüfung der ausgeführten Identifikationen.

Mas s enspektrometer

Unter Bezug auf das in Fig. 3 gezeigte Systemblockdiagramra wird nun eine detaillierte Beschreibung des Massenspektrometer s 12 gegeben. Wie in der Technik bekannt, besteht ein Massenspektrometer im wesentlichen aus einer Ionenquelle, einem Massenanalysator und einem Detektor. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform dieser Erfindung ist die Ionenquelle eine Elektronenstoßionenquelle 52, in welcher das Probengas durch einen Elektronenstrom teilweise ionisiert wird. Die so gebildeten Ionen werden elektrostatisch aus der Quelle entfernt und zu einem Strahl geformt, der nach Projektion durch den Massenanalysator auf den Detektor auftrifft.

Ein bevorzugter Massenanalysator ist ein Quadrupolmassenanalysator 54,. bestehend aus zwei Paaren von Metallstäben 56, die bei Anregung durch eine geeignete Kombination von Hochfrequenz- und Gleichstromspannung elektrische Felder bilden, die eine Unstabilität der Bahnen aller Ionen hervorrufen, ausgenommen solcherin einem engen Bereich des Verhältnisses von Masse zu Ladung (—) (im folgenden als die "Massenposition" bezeichnet). Damit können nur Ionen einer speziellen Massenposition den Detektor zu einem gegebenen Zeitpunkt erreichen. Alle anderen Ionen werden an die Massenanalysatorstäbe 56 oder die Wand abgelenkt und werden daher in diesem Augenblick nicht nachgewiesen.

Ein Dauerkanal (!continuous channel) Elektronenvervielfacher 58 wird als Detektor für das Massenspektrometer 12 verwendet. Der Ionenstrom der diesen Detektor

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erreicht und auf seine Oberfläche auftrifft, wird durch Sekundärelektronenvervielfachung verstärkt, Typischerweise beträgt der Strom am Detektorausgang bis zum 10 -fachen des nachgewiesenen Ionenstromes.

Das Massenspektrometer 12 ist mit regelbarer Stromversorgung 60 für die Heizung und die Elektroden der Ionenquelle sowie für den Elektronenvervielfachungsdetektor 58 ausgestattet. Die regelbare Stromversorgung 60 kann mit Hilfe der Kontrollvorrichtung 14 oder aber von Hand eingestellt werden. Die Gesamtempfindlichkeit der Erfindung wird geregelt durch Einstellen der Versorgungsspannung am Elektronenvervielfachungsdetektor 58. Diese eine Regelung wird anhand der Intensität eines bekannten Massenpeaks oder einer bekannten Probe, typischerweise des Trägergases, ausgeführt. Darüber hinaus können Veränderungen im Verstärkungsfaktor des Detektors 58 durch Regelung der Stromversorgung 60 kompensiert werden. Das Massenspektrometer 12 ist ferner mit einer Hochfrequenz/Gleichspannungsversorgung 62 versehen, welche Hochfrequenz und Gleichspannung zur Anregung des Quadrupolmassenanalysators 54 erzeugt. Hochfrequenz und Gleichspannung werden festgelegt durch eine Massenkontrollspannung, die ein Analogon der Massenposition (m/e) darstellt, d.h. die Massenposition ist durch einen im wesentlichen konstanten Skalenfaktor zur Massenkontrollspannung in Beziehung gesetzt. Daher kann jede beliebige Massenposition ausgewählt werden, indem die entsprechende Massenkontrollspannung an die Hochfrequenz und Gleichspannungsversorgung 62 angelegt wird.

Eine Anzahl geeigneter Massenspektrometer ist im Handel erhältlich. Darüber hinaus sollte darauf hingewiesen werden, daß die Erfindung jeden beliebigen Typ von niedrig oder hoch auflösenden Massenspektrometer in Betracht zieht.

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Zum Beispiel kann chemische Ionisation anstatt der Elektronenstoßionenquelle 52 verwendet werden; ähnlich kann ein magnetischer Sektoranalysator anstelle des Quadrupolmassenanalysators 54 verwendet werden, und ein Elektronenvervielfacher mit diskreten Dynoden oder ein Ionenkollektor anstatt des Dauerkanals elektronenverstärkers 58. Zudem kann jedes beliebige Vakuumsystem benutzt werden, das das notwendige Vakuum aufrechtzuerhalten gestattet und die notwendige Pumpgeschwindigkeit besitzt.

Zwischenglieder

Die Zwischenglieder 17 bestehen aus (i) einem Massenabtastwandler 64; (ii) einem Elektrometerverstärker 66 mit regelbarer Verstärkung; und (iii) einem Peakspreizer 68, die untereinander, wie in Fig. 3 gezeigt, verbunden sind.

(a) Massenabtastwandler

Der Massenabtastwandler 64, der schematisch in Fig. 4 gezeigt ist, ist zwischen dem Ausgang der Kontrollvorrichtung 14 und der Eingangsreglerlinie der Hochfrequenz/Gleichspannungsversorgung 62 angeordnet. Wie oben ausgeführt, kontrollieren diese Hochfrequenz- und Gleichspannungen die Abtastoperation des Massenspektroraeters 12 mit Hilfe seines Quadrupolmassenanalysators 54. Die Kontrollvorrichtung 14 liefert an den Massenabtastwandler 64 ein Massenkontro11signal, vorzugsweise in digitaler Form, das ein Analogon eine bestimmten Massenposition darstellt, bei der ein Massenpeak gesucht werden soll. Die Kontrollvorrichtung liefert ebenfalls ein Startsignal an den Massenabtastwandler 64. Auf das Startsignal hin erzeugt der Massenabtastwandler 64 für die Hochfrequenz/Gleichstromversorgung

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62 die Massenkontrollspannung, und zwar in Form einer Sägezahnspannung mit einer Anfangsspannung,die etwa gleich ist derjenigen, die durch das Massenkontroll— signal angezeigt wird.

Eine typische vom Massenabtastwandler 64 erzeugte Massenkontrollspannung beträgt 25 Millivolt pro Atom Masseneinheit (hier als der "Massenkontrollskalenfaktor" bezeichnet). Damit beträgt die Massenkontrollspannung 2,5 Volt, wenn die abzutastende Massenposition 100 Masseneinheiten beträgt. Wegen der unvermeidlichen Unsicherheit in der Festlegung der genauen Massenposition durch eine analoge Massenkontrollspannung ist eine Abtastung erforderlich, die bei einer Massenposition kurz unterhalb der gewählten Massenposition beginnt und kurz oberhalb davon endet. Dies wird durch die Sägezahnspannung erreicht. Solch eine Abtastung stellt sicher, daß das Vorhandensein eines Massenpeaks an einer bestimmten Massenposition nicht deshalb unentdeckt bleibt, weil geringe, aber sich kommulierende Fehler im System zu einer Massenmessung in eine Position führen, die gegenüber der gewählten Position geringfügig verschoben ist. Typischerweise beträgt die Abtastbreite etwa 3/4 Masseneinheiten beidseits der gewählten Massenposition. Die anfängliche Massenkontrollspannung in dem vorhergehenden Beispiel betrüge dann etwa 10 Millivolt unterhalb 2,5 Volt.

Es soll auch darauf hingewiesen werden, daß die Massenkontroll transfer funktion in einem realen System nicht vollständig über den gesamten Massenbereich linear ist. Darüber hinaus kann eine geringfügige Verschiebung bei Mull Volt vorliegen und zusätzlich können diese Verschiebung und der Massenkontrollskalenfaktor sich geringfügig mit der Zeit und von Einheit zu Einheit ändern. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugt die Kontrollvorrichtung 14 Korrektursignale für Skalenfaktor

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und Verschiebung, vorzugsweise in digitaler Form, auf der Basis von Eichdaten die durch Messung der tatsächlichen Abtastkontrollspannung erhalten werden, die notwendig ist, um Massenpeaks an einigen genau bekannten Massenpositionen zu messen. Die Korrektursignale für Skalenfaktor und Verschiebung werden im Massenabtastwandler 64 gespeichert, der entsprechend die ursprüngliche Massenkontrollspannung regelt. Verbleibende Fehler aufgrund der Nichtlinearität der Massenkontrolltransferfunktion werden durch die Ausführung des Massenabtastwandlers und Peakspreizers, wie unten beschrieben, vermieden.

Unter Bezug auf Fig. 4 wird der Massenabtastwandler 64 jetzt detaillierter beschrieben. Ein erster, zweiter und dritter Digital zu Analog (D/A) - Wandler 70, 72, und 74 speichern und wandeln die Massenkontroll-, Skalenfaktorkorrektur-, und Verschiebuhgskorrektursignale, die von der Kontrollvorrichtung 14 erhalten werden. Der Digital zu Analog Konverter 70 liefert ein Ausgangssignal v^, das proportional dem Wert des Massenkontrollsignals ist. Der Digital zu Analog Wandler 72 liefert eine Analogreferenzspannung ν_, an den Digital zu Analog Konverter 70. Diese Referenzspannung legt das Verhältnis zwischen der Spannung v. und dem Wert des Massenkontrollsignals fest, wobei dieses Verhältnis ein Analogon des Massenkontrollskalenfaktors ist. Damit kann die Kontrollvorrichtung 14 Veränderungen des Massenkontrollskalenfaktors kompensieren, indem sie den entsprechenden Wert des Skalenfaktorkorrektursignals an den Digital zu Analog Konverter 72 gibt. Der Digital zu Analog Konverter 74 liefert eine Ausgangsspannung Vp, die dem Verschiebungskorrektursignal proportional ist. Die Spannungen v^ und v~ sind über die Widerstände R«, und R₂ auf einen üblichen Operationsverstärker 76 geschaltet.

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Ein Rückkupplungswiderstand Rq ist zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 76 geschaltet und führt damit zu einer Addierung der Eingangsspannungen, wie in der Elektronik bekannt.

Ein zweiter üblicher Operationsverstärker 78 liefert eine Ausgangsspannung v_, die auf den Operationsverstärker 76 über den Widerstand R₃ geschaltet wird. Ein Rückkopplungskondensator C^ ist zwischen den Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers 78 geschaltet, und macht ihn damit zu einem Integrator einer konstanten Gleichspannung, v_R. Damit ist die Spannung v, eine Sägezahnspannung, gleich V_R X ^ _c , wobei R^ der Eingangswiderstand des Operations- Verstärkers 78 i± und t die Zeit. Der Wert von R., und damit die Neigung des Sägezahnes, oder Geschwindigkeit der Abtastung ist eine Funktion der Zustände der üblichen binären Schalter SW^, SWpund SW₃, die" . zifs^and die Eingangswiderstände R₅, R_g und R₇ kurzschließen. Die Zustände der Schalter SW^, SW₂ und SW₃ werden durch die Zustände entsprechender Flipflops in einem Speicherregister 79 kontrolliert, worin ein digitales Abtastgeschwindigkeitssignal, das von der Kontrollvorrichtung 14 geliefert ist, gespeichert wird. Damit kann R^ so niedrig sein wie R₄, oder so groß wie R₄ + R₅ + R₆ + R₇.

Ein üblicher Binärschalter SW₄ ist parallel zu dem Rückkoppelkondensator C₁ geschaltet. Der Zustand des Schalters SW₄ ist durch das von der Kontrollvorrichtung 14 empfangene Startsignal bestimmt. Ist der Schalter SW₄ geschlossen, so ist der Kondensator C_-1 ausgeschaltet und v_ ist gleich Null. Ist Schalter SW₄ geöffnet, so erscheint die Sägezahnspannung V₃,sobald die Integration der Spannung v_R beginnt.

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Die Ausgangsspannung ν des Operationsverstärkers 76 ist die Massenkontrollspannung, die elektrisch mit der Hochspannungs/Gleichstromversorgung 62 verbunden ist. Da der Operationsverstärker 76 als Addiator arbeitet,

_v Jn ₊ Is ₊ Is

m |_^Rl ^R2 ^R3J

Damit bestimmen die Spannungen v^ und Vp den Gleichstromanteil oder die Schulter von ν , während v_ deren Sägern* 3 ³

zahnanteil festlegt.

Die Binärschalter SW^, SW₂, SW₃ und SW₄ können Relaisoder ab$r Transistorschalter sein. Viele geeignete elektronische Schalter sind im Handel erhältlich.

(b) Elektrometerverstärker

Der Elektrometerverstärker mit regelbarer Verstärkung 66, der schematisch in Fig. 5 gezeigt ist, ist zwischen dem Detektor 58 des Massenspektrometer 12 und dem Peakspreizer 68 angeordnet. Er verwandelt den Ausgangsstrom des Detektors 58, der ein Analogon der Intensität der Ionen bei der mit der Kontrollvorrichtung 14 gewählten Massenposition darstellt, in eine Analogspannung hierzu (als das "Ionenintensitätssignal" bezeichnet). Das Spannung zu Strom Verhältnis oder der Verstärkungsfaktor des Elektrometerverstärkers 66 kann digital auf einen Wert aus einer Reihe von Werten eingestellt werden, so wie es zur Verstärkung der lonenstrompeaks auf zur Messung geeignete Größe erforderlich ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform, kann eine beliebige von sechs Einstellungen des Verstärkungsfaktors am Elektrometer 68 mit Hilfe eines Verstärkungsfaktorwahlsignals von der Kontrollvorrichtung 14 gewählt werden. J&doch wird auch Kontrolle von Hand von der Erfindung in Betracht

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gezogen.

Unter Bezug auf Fig. 5 wird nun der Elektrometerverstärker 66 mit regelbarem Verstärkungsfaktor beschrieben. Er besteht aus einem konventionellen Operationsverstärker 80,bei dem die Widerstände R_g, R^_Q, β-*» ^Ri2» ^Rl3 ^{unci R}14 elektrisch zwischen seinen Eingang und Ausgang geschaltet sind. Übliche Binärschalter SW₅, SWg, SW₇, SWq und SWq sind parallel zu den Widerständen R_g, R-_o» ^Rn> ^Ri2 und R_-13 geschaltet. Ist einer dieser Schalter geschlossen, so ist der entsprechende Widerstand ausgeschaltet. Die Zustände der Schalter SW₅, SWg, SW₇, SWg und SW_g werden kontrolliert durch die Zustände entsprechender Flipflops in einem Speicherregister 82, in dem ein digitales ver— stärkungswahlsignal, das von der Kontrollvorrichtung geliefert wird, gespeichert wird. Damit kann der Rück— kopplungswiderstand durch den Operationsverstärker 80 einen-beliebigen von sechs Werten annehmen, abhängig vom Zustand der Schalter SW₅ bis SW₉. Die vom Operationsverstärker 80 ausgegebene Spannung v. , das Ionenintensitätssignal, ist gleich dem IonenstrOm i., multipliziert mit der Größe des Rückkopplungswiderstandes.

(c) Peakspreizer

Der schematisch in Fig. 6 geaigte Peakspreizer 68 ist angeordnet zwischen dem Elektrometerverstärker 66 und der Analysier vor richtung 16. Der Peakspreizer ^vfr"beitet das Ionenintensitätssignal, das vom Elektrometerverstärker geliefert wird. Der Peakspreizer 68 hat zwei Hauptbetifebsarten, die hier als "Halten" und "Leer" (englisch "hold" und "blank") bezeichnet werden sollen. Bei der Betriebsart "Halten" wird das Ionenintensitätssignal gefiltert und verstärkt und die maximale Amplitude des

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Signals, d.h. die Peakintensität während einer Massenabtastung, wird festgehalten und der Analysiervorrichtung 16 durch den Peakspreizer 68 zugeführt. Bei der Betriebsart "Leer" wird der Eingang zum Peakspreizer 68 kurzgeschlossen, wodurch das Ionenintensitatssignal am Erreichen der Analysiervorrichtung 16 gehindert wird. Außerdem wird das zuvor gespeicherte Signal entfernt als Vorbereitung für die nächste Abtastung.

In der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform hat der Peakspreizer 68 vier Werte der wählbaren Spannungsverstärkung und vier Werte der wählbaren Filterzeitkonstante. Die Auswahl der geeigneten Verstärkung und Filterzeitkonstante erfolgt durch die Kontrollvorrichtung 14, wenn auch Auswahl von Hand ebenfalls von der Erfindung in Betracht gezogen wird.

Der Peakspreizer 68 wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Das Ionenintensitätssignal v.. wird in einen konventionellen Operationsverstärker 84 über die Eingangsreihenwiderstände R-r> R-g und R₁₇ eingeführt. Zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 84 ist ein Spannungswiderstand R^₈ geschaltet. Ein Kondensator Cp kann an einen Spannungsteiler mit den Widerständen R-₉» ^Roo' ^{und R}21 ^{über die} entsprechenden Schalter SW--, SW... oder SW,.,- angeschlossen werden. Ein üblicher Binärschalter SW,,- ist an einer Seite des Widerstand R_-1,- angeschlossen. Ist SW^q geschlossen, so wird

v. über den Widerstand R^₁- geerdet. Das ist der Zustand

von Schalter SW-_Q, wenn der Peakspreizer 68 auf Betriebsart "Leer" geschaltet ist. Ein weiterer Schalter, SW,*-, ist parallel zum Eingangswiderstand R-₇ geschaltet. In geschlossenem Zustand schaltet der Schalter SW₁-^ den Widerstand R₁₇ aus, und beeinflußt damit den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 84.

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Sind die Schalter SW₁₃, SW^₄ und SW_-15 offen und der Schalter SVL₂ geschlossen, dann leitet der Widerstand Rpo lediglich den Eingang des Verstärkers 84 ab - es findet keine Filterung statt und der Filterkondensator Cp ist entladen. Ist Schalter SW_-12 geöffnet und SW₁₅ geschlossen, so gilt die volle Filterzeitkonstante R^₁₀C-.

J.Ö d.

Beim Schließen von SW^₄ oder SW₁₃ gelangt eine Rückkopplungsspannung aus dem Spannungsteiler R₂I' ^R?0' R^g an C₂, wodurch C₂ un/die Schwächung des Teilerfaktors multipliziert wird, und wodurch die effektive Filterzeitkonstante der Verstärkerstufe 84 verringert wird, ohne daß der Verstärkerfaktor geändert wird.

Die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 84 ist durch die Serieneinganswiderstände R₂₄ und R₂₅ elektrisch mit dem Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 86 verbunden. Mit dem Eingang und Ausgang des Opeisbionsver— stärkers 86 ist ein Rückkopplungswiderstand R₂₆ über einen Feldeffekttransistor T^ (FET) verbunden. Die Gateelektrode des Transistors T^ ist elektrisch verbunden mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 86 über die Diode D., niedriger Leckrate oder wenn geschlossen über den Schalter SW Ein Kondensator C₃ ist zwischen den Ausgang des Operations verstärkers 86 und die Erde geschaltet; daher lädt er sich mit der Ausgangsspannung auf. Der Ausgang des Peakspreizers 68 wird an der Sourceelektrode des Transistors T_-1 entnommen. Ist der Schalter SW_-17 geschlossen, dann ist der Ausgang des Peakspreizers 68 das gefilterte und verstärkte Ionenintensitätssignal v. . Ist der Schal ta: SW _Λη geöffnet, so kann der Kondensator C₃ sich nicht über die Diode D_-1 niedriger Leckrate oder die Gateelektrode des FET T₁ entladen; daher wird er die höchste positive Spannung behalten, die auf der Gateelektrode von T_ aufgebracht wird. Durch die Rückkopplungswirkung des Widerstandes R₂₆ wird der entsprechende stärkste positive Wert von v.. am Ausgang des Peakspreizers 6 8 festgehalten.

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Ein üblicher binärer Schalter SW_-16 ist an dem Eingangswiderstand Rp₅ geschaltet. In geschlossenem Zustand schaltet der Schalter SW^₆ den Widerstand R₂₅ aus und beeinflußt damit den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 86.

Der Zustand der Schalter SW^₀ und SW^₇, der Betriebsartschalter, wird geregelt durch den Zustand entsprechender Flipflops in einem Speicherregister 88 in dem ein digitales Betriebsartwahlsignal gespeichert wird, das aus der Kontrollvorrichtung 14 kommt. Der Zustand der Schalter SW^- und SW^g der Verstärkungskontrollschalter, wird geregelt durch den Zustand entsprechender Flipflops in einem Speicher 19, in dem ein digitales Verstärkungswahlsignal aus der Kontrollvorrichtung 14 gespeichert wird. Vier Werte der Verstärkung sind möglich, je nach den vier Kombinationen der Zustände der Schalter SW^ und SW₁₆. Die Zustände der Schalter SW^₂ bis SW₁₅, der Zeitkonstanten und Filterungswahlschalter, werden geregelt durch den Zustand entsprechender Flipflops in einem Speicherregister 92, wo ein digitales Zeitkonstantenwahl signal aus der Kontrollvorrichtung 14 gespeichert wird.

Kontrollvorrichtung

Die Kontrollvorrichtung 14, die hier unter Bezug auf Fig. 7 beschrieben wird, kontrolliert (i) die Massenabtastung der Probe im Massenspektrometer 12; und (ii) bestimmte Betriebsparameter des Systems. Die Kontrollvorrichtung 14 besteht aus einem Datenspeicher 92, einem Sequenzzeitgeber 94 und einer Vorrichtung zum Bestimmen von Parametern 96, die alle durch einen programmierbaren Digitalcomputer realisiert werden können, der bekannte Techniken der Computerprogrammierung verwendet, oder aber durch ein festverdrahtetes Logik-und Kontrollsystem, das

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bekannte Techniken des logischen Entwurfs verwendet und verfügbare logische Komponenten aus integrierten Schaltkreisen verwendet.

Jede Zielverbindung, die zur Identifizierung durch die Erfindung ausgewählt wird, besitzt ein eindeutiges Massenspektrum. Jedes solche. Massenspektrum besteht aus Massenpeaks an verschiedenen Massenpositionen. Eine bestimmte Auswahl aus all diesen Massen kann zuvor als besonders charakteristisch für jede Zielverbindung festgelegt werden. Diese Auswahl von Massen heißt das "komprimierte Massenspektrum". Die Beziehung zwischen dem vollständigen Massenspektrum einer hypothetischen Zielverbindung und deren komprimierten Massenspektrum wird in Fig. 8 gezeigt. Im Hintergrund ist das vollständige Massenspektrum einer bestimmten Verbindung gezeigt. Im Vordergrund ist die Auswahl von Massenpeaks gezeigt, die das komprimierte Massenspektrum der Verbindung darstellt. Die Kriterien zur Auswahl des komprimierten Massenspektrums werden im folgenden diskutiert.

Die Massen im komprimierten Massenspektrum einer gegebenen Zielverbindung werden danach ausgewählt und geordnet, wie charakteristisch sie für diese bestimmte Verbindung sind. Die Einordnung als charakteristisch hängt (i) davon ab, wie unwahrscheinlich die Existenz eines Peaks bei gerade dieser Massenposition ist, und (ii) von der Größe der Intensität des Peaks (im folgenden als "Häufigkeit" bezeichnet). Das komprimierte Massenspektrum jeder Zielverbindung, d.h. die Massenposition jedes Peaks daraus, wird im Kontrollspeicher 92 gespeichert. In jedem Fall beginnt die Parameterbestimmungsvorrichtung 96 für jede Zielverbindung, die in einer Probe gesucht wird, eine Abtastung über jede Massenposition für eine vorgegebene Abtastperiode und Abtastbreite. Die zu dem charakteristiscteten

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Massenpeak für die gesuchte Zielverbindung gehörende Massenposition ist die erste, die von der Parameterbestiramungsvorrichtung 96 ausgewählt wird. Nachdem die Probe hinsichtlich des ersten und charakteristischsten Peaks analysiert ist, wird die zu dem nächst charakteristischen Peak gehörige Massenposition ausgewählt und eine Abtastung hinsichtlich dieses Peaks eingeleitet. Die Parameterbestimmvorrichtung 96 fährt fort, in dieser Weise zu arbeiten, bis alle Massenpeaks im zuvor gespeicherten komprimierten Spektrum der jeweiligen Zielverbindung ausgewertet wurden, sofern die Sequenz nicht durch die Analysiervorrichtung 16 abgeändert wird, wie ausführlicher weiter unten beschrieben wird.

Die Wellenform der vom Massenabtastwandler 64 ausgegebenen Massenkontrollspannung ist in Fig. 9 gezeigt. Die Wellenform gilt für Abtastungen um die Massenkontrollspannungen V^ und V„, entsprechend zwei Massenpositionen bei etwa 40 V,, Masseneinheiten und 40 V. Masseneinheiten (bei einem Massenkontrollskalenfaktor von 25 Millivolt je Atommasseneinheit). Die Startzeit für die erste Abtastung ist t*; die Abtastung endet bei tp· Die Abtastperiode ist eine Variable, die mit der Parameterbestimmvorrichtung 96 festgelegt wird. Etwa zur Zeit t„ erfolgt ein Schritt zu einer Spannung, die einer Massenposition gerade unterhalb der zweiten ausgewählten Massenposition entspricht, nämlich 40 Vp Masseneinheiten. Die zweite Abtastung startet bei t. und endet bei t₅·

Das Intervall zwischen den Abtastungen (t.-t«) besteht aus zwei Verzögerungen. Die erste Verzögerung, (tg-tg)» gestattet der Hochspannungs/Gleichstromversorgung 62 auf den Schritt in der Massenkontrollspannung anzusprechen. Die zweite Verzögerung, (t₄-t₃), gestattet es dem Elektrometerverstärker 66, sich von den unechten Ionenintensitätssignalen zu regenerieren, die zwischen t₃ und t₂ als

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ein Ergebnis der Massenabtastung des Massenspektrometer 12 auftreten. (Diese unechten Signale sind in Fig. 10 gezeigt, die die Wellenform am Ausgang des Elektrometer— Verstärkers 46 im selben Zeitmaßstab zeigt, wie diejenige am Ausgang des Massenabtastwandlers.) Selbst wenn dieselbe Massenposition erneut abgetastet wird, ist doch ein Intervall zwischen den Abtastungen notwendig, wenn auch die erste Verzögerung dabei nur relativ klein zu sein braucht. Die erste Verzögerung hängt ab von der Größe des Massenschritts. Die zweite Verzögerung hängt ab (i) von der vorhergehenden Zeitkonstanteneinstellung des Filters im Peakspreizer 68, da das Filter vor der nächsten Abtastung entladen werden muß; (ii) von der Erholungszeit des Elektrometers 66 nach Ansprache auf die unechten Ionenintensitätssignale; und (iii) von jeder Änderung in der Einstellung der Verstärkung des Elektrometerverstärkers 66 und/oder der Verstärkung und Filterzeitkonstante des Peakspreizers 68, die für die nächste Messung erforderlich sind. Die Verzögerungen werden festgelegt durch die Parameterbestimraungsvorrichtung 96 und werden angezeigt vom Sequenzzeitgeber 72.

Nach Fig. 10 treten die Maximalwerte der Elektrometerausgangsspannung, Ve* und Ve₂ während der ersten und zweiten Massenabtastung auf; d.h. während der Abtastperioden (tp-t.-) und (t.-t-), die die Ionenintensitäten an den ausgewählten Massenpositionen darstellen. Jedoch treten unechte Signale auch bei den Massenschrittzeiten t^ und tg auf. Diese unechten Signale werden unterdrückt, indem der Peakspreizer 68 in die Betriebsart "Leer" während der Zeiten t_? und t₅ versetzt wird. Dies wird von der Parameterbestimmungsvorrichtung 96 bewerkstelligt, indem sie ein Betriebsartwahlsignal zu diesen Zeiten an den Peak— spreizer 68 abgibt.

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Fig· 11 zeigt die entsprechende Wellenform am Ausgang des Peakspreizers 68. Zu den Startzeiten der Abtastung, t^ und t., versetzt die Parameterbestimmvorrichtung 96 den Peakspreizer in die Betriebsart "Halten". Bei dieser Betriebsart werden die Maximalwerte der Ausgabe des Elektronieterverstärkers während jeder Abtastung nach Filterung und Verstärkung zur Digitalisierung und Speicherung durch die Analysiervorrichtung 16 am Ausgang des Peakspreizers festgehalten. Die Peakspreizerspannungen Vp^ und Vpp» die in Fig. 11 gezeigt sind, sind proportional zu den Intensitäten der beiden Ionenpeaks an den zwei gewählten MasBenpositionen. Nach Speicherung der Peakwerte in der Speicherabteilung der Analysiervorrichtung 16 wird der Peakspreizer 68 zurückgestellt und für die nächste Abtastung vorbereitet. Dies wird durch die Parameterbestimmvorrichtung 96 bewerkstelligt, die ein geeignetes Betriebsartwahlsignal an den Peakspreizer 68 zu den Zeiten t_g und t_?abgibt, um ihn in die Betriebsart "Leer" zu versetzen.

Die Empfindlichkeit der Erfindung kann durch Auswahl der Verstärkung des Elektrometerverstärkers 66 und/oder der Verstärkung des Peakspreizers 68 geregelt werden. Die Empfindlichkeit muß so eingeregelt werden, daß die gemessene Peakintensität "auf der Skala" liegt,d.h. daß sie weder durch Sättigung abgeschnitten wird, noch daß sie so gering ist, daß sie durch das Rauschen unklar wird. Die Abtastgeschwindigkeit und die Filterzeitkonstante des Peakspreizers 68 sind Funktionen, die mit der Empfindlichkeit des Systems in Wechselwirkung stehen. Wird die Empfindlichkeit des Systems gesenkt, so ist stärkere Filterung, durch den Peakspreizer von Nöten, um das Signalzu—Rausch^zu vergrößern. Entsprechend gibt die Parameterbestimmvorrichtung 96 für jede Empfindlichkeitseinsteilung ein Zeitkonstantenwahlsignal an den Peakspreizer 68, zur Wahl einer geeigneten Filterung wie sie für diese Empfindlichkeitseinstellung erforderlich ist. Der Grad der Filterung

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wiederum bestimmt die Abtastperiode insofern, als die Frequenzansprache des Filters mit dem Frequenzgehalt des Ionenintensitätssignals verträglich sein muß. Daher wird bei Steigerung der Filterung zur Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses die Abtastgeschwindigkeit entsprechend von der Parameterbestimmvorrichtung 74 gesenkt, so daß das Filter das Ionenintensitätssignal durchlassen kann. Die Wechselbeziehungen bei der Spektrometerempfindlichkeit, d.h. zwischen Elektrometer und PeakspreizerverStärkung, Filterzeitkonstante und Abtastgeschwindigkeit können analytisch und/oder empirisch abgeleitet werden. Diese Beziehungen werden vom Kontrollspeicher 92 gespeichert und von der Parameterbestimmvorrichtung 96 verwendet, um die geeigneten Parameterwahlsignale zu erzeugen. Diese Signale werden zu den geeigneten Zeiten an den Massenabtastwandler 64, den Elektrometerverstärker 66 und den Peakspreizer 68 geliefert.

Die Parameterbestimmvorrichtung 96 erhält ebenfalls die Temperaturen des Flashverdampfers 18 und des Separators 20. Diese Temperaturen werden mit geeigneten Temperaturwandlern in Spannungen umgewandelt, und zum Eingang in die Parameterbestimmvorrichtung 96 digitalisiert. Die Parameterbestimmungsvorrichtung 96 regelt typischerweise die Einschalt-Ausschaltzyklen der zu dem Flashverdampfer 18 und zum Separator 20 gehörigen Heizer so, wie es zum Aufrechterhalten der gewünschten Temperaturen erforderlich ist.

Komprimiertes Spektrum

Vor Beschreibung der Analysiervorrichtung 16 und ihrer Wirkung auf die Ionenintensitätssignale, die vom Peakspreizer 68 ausgegeben werden, sollen die Kriterien beschrieben werden, nach denen das Massenspektrum jeder

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Zielverbindung komprimiert wird.

Es ist gut bekannt, daß Massenpeaks in Massenspektren bei bestimmten Massenpositionen weniger häufig auftreten, dies insbesondere bei höheren Massenwerten. So würden, sofern eine Zielverbindung starke Peaks bei den Massenpositionen (.—) 43 und 243 aufweist, die meisten Massenspektrometiker zur Identifizierung zunächst im unbekannten Spektrum nach der Gegenwart des Peaks bei der Massenposition 243 suchen, da bekannt ist, daß letzterer ein viel selektiveres Kriterium sein kann, sofern es sich bei der Probe um irgendeine aus einer relativ zufälligen Auswahl von Verbindungen handelt.

Um diese"Eindeutigkeit" als einen quantitativen "U"-Wert zu definieren, ist es zunächst notwendig, eine bestimmte Vielfalt von allen interessierenden Verbindungen auszuwählen und ihre bekannten Massenspektren zugänglichen Referenzwerken zu entnehmen, wie z.B. dem "Eight Peak Index of Mass Spectra", veröffentlicht vom Mass Spectrometry Data Centre, AWRE, Aldermaston, Berkshire, England, 1970, mit insgesamt 17.124 Verbindungen. Die Zielverbindungen sind natürlich eine Unterauswahl aus den Verbindungen,die in der ausgewählten Vielfalt enthalten sind. Die U-Werte sind nur anwendbar auf solche Spektren, die unter Bedingungen aufgenommen wurden, wie sie auch bei der Messung der Spektren der Verbindungen in der interessierenden Vielzahl herrschten.

Die Häufigkeit ist definiert als das Verhältnis der Intensität eines Massenpeaks bei einer gegebenen Massenposition zu einer Bezugsintensität, wobei die letztere die normalisierte maximale Intensität im gesamten Spektrum darstellt. Der U-Wert ist bezogen auf die Wahrscheinlichkeit, daß ein bei einer bestimmten Massenposition zufällig aufgenommenes Spektrum dort einen Massenpeak mit einer

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Häufigkeit von mehr als 50 % haben würde. Genauer gesagt, ist U für jede Massenposition definiert als der Logarithmus zur Basis 2 derjenigen Anzahl zufällig aus der Vielfalt der interessierenden Verbindungen ausgewählter Spektren, die untersucht werden müßten, um ein Spektrum mit einem Peak bei dieser Masse und einer Häufigkeit von mehr als 50 % zu finden,

U. = log₂ N. (1)

wobei U. der U-Wert in der j-ten Massenposition ist und N. die Anzahl der zufällig ausgewählten Spektren, die wie oben beschrieben, untersucht werden müßten. Es folgt daraus, daß

P (3) - i <2>

wobei ρ (j) die Wahrscheinlichkeit darstellt, daß in der j-ten Massenposition ein Massenpeak von 50 % Häufigkeit existiert, d.h. daß jedes beliebige Spektrum in der Vielzahl der Spektren von Interesse die vorhergehende Bedingung erfüllt. Daher folgt aus:

Nj = 2^Uj (3)

""Ir (4)

2 ^J

Für jede Massenposition kann deityiert von N. durch eine Überprüfung der Bibliotheksdaten für die interessierende Vielfalt von Verbindungen bestimmt werden, und sodann können die U.-Werte aus den Werten von N. bestimmt werden. Zur Vereinfachung werden die Werte von U. zum nächsten ganzzahligen Wert gerundet.

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Es ist beobachtet worden, daß die Eindeutigkeit eines bestimmten Massenpeaks eine Punktion seiner Häufigkeit ist. Zum Beispiel zeigen die Daten in dem erwähnten Aldermastcn Katalog, daß näherungsweise eins von 32 Spektren (U=5) einen Massenpeak von mehr als 50 % Häufigkeit bei der Massenposition 45 Masseneinheiten hat. Jedoch hat bei dieser Massenposition etwa die Hälfte der Spektren einen Peak von mehr als 1 % Häufigkeit. So nimmt mit sinkender Häufigkeit bei jeder Massenposition die Zahl der zufällig herausgegriffenen Massenspektra ab, die überprüft werden müßten, um eins mit einem Massenpeak einer bestimmten Häufigkeit zu finden. Damit kann die Wahrscheinlichkeitsfunktion angegeben werden als

2 J 3

wo A. ein Häufigkeitsterm ist, der die Auswirkung der Häufigkeit der Peaks auf die Auftrittswahrscheinlichkeit ausdrückt. Bei Häufigkeiten zwischen 50 % und 100 % ist A. = Null. Die Werte von A. können durch Untersuchung der Bibliotheksdaten der interessierenden Vielfalt von Verbindungen gewonnen werden. Eine breit angelegte Durchmusterung der spektralen Daten zeigt, daß für die meisten Massen die folgende Tabelle 1 eine befriedigende Annäherung des Häufigkeitsfaktors A ergibt, der notwendig ist, um die Auftrittswahrscheinlichkeit als eine Funktion der Häufigkeit des Massenpeaks anzugeben· Der Häufigkeitsfaktor A ist im wesentlichen unabhängig von der Massenposition des Peaks.

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2621344

Tabelle 1 Häufiqkeitsbereich

50 bis 100 % 0

19 bis 50 % 1

7,1 bis 19 % 2

2,7 bis 7,1 % 3

1,0 bis 2,7 % 4

0,38 bis 1,0 % 5

Die bekannten Spektrendaten für jede Zielverbindung werden überprüft und der Wert von U. - A, (der Einfachheit halber als V. bezeichnet) wird für jeden Massenpeak daraus bestimmt. Zum Beispiel ist U₄₅ gleich 5, wenn die Zielverbindung einen Massenpeak von 30 % Häufigkeit bei der Massenposition 45 hat (nach dem Aldermaston Spektrenkatalog). Aus der obigen Tabelle folgt A₄₅ = Damit ist V^g =4. Diejenigen Peaks im Massenspektrum der Zielverbindung, die die höchsten Werte von V haben, sind die eindeutigsten, und werden deshalb zur Darstellung des komprimierten Massenspektrums der betreffenden Verbindung gewählt. Gewöhnlich werden die Peaks nach abnehmenden Werten von V. geordnet. Jedoch kann jede andere zusätzliche Information, wie z.B. diejenige, daß bestimmte Peaks zu entscheidenden strukturellen Eigenschafen des Moleküls in Beziehung stehen können, bei der Auswahl verwendet werden. Zudem sollten nur solche Peaks ausgewählt werden, die zuverlässig gemessen werden können, wenn eine bestimmte Mindestmenge der Zielverbindung eingebracht wird. Die Anzahl der ausgewählten Peaks hängt von dem zur Identifizierung gewünschten Vertrauensgrad ab.

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Analysiervorrichtung

Die Analysiervorrichtung 16 besteht aus dem Analysierspeichef 98, der Spektrenanpassungsvorrichtung 100 und einem Analog—zu-Digital-Konverter 102, die alle durch einen programmierbaren Digitalcomputer verwirklicht werden können, der bekannte Techniken der Computerprogrammierung verwendetj oder aber durch ein festverdrahtetes Logik- und Kontrollsystem, das bekannte Techniken des logischen Entwurfs und verfügbare logische Komponenten mit integrierten Schaltkreisen verwendet.

Die Hauptfunktion der Analysiervorrichtung 16 ist es, die gemessenen Spektrendaten einer Probe auf das Vorhandensein einer oder mehrerer Zielverbindungen zu analysieren. Das komprimierte Massenspektrum jeder Zielverbindung, d.h. die Massenposition und relative Intensität jedes Peaks daraus, wird im Analysierspeicher 98 gespeichert. Die gemessenen Spektrendaten einer Probe werden für jede Massenposition jeder Zielverbindung so erhalten, wie oben beschrieben. Die Größe des Ionenintensitätssignals, das durch den Peakspreizer 68 an die Analysiervorrichtung 16 gegeben wird, ist der Wert bei der betreffenden Massenposition. Das Ionenintensitätssignal wird zunächst vom Analog-zu-Digital-Konverter 102 in digitale Form gebracht, sodann in die Spektrenanpassungsvorrichtung 100 eingespeist und im Analysenspeicher 98 gespeichert.

Der erste Massenpeak in der Sequenz wird bei einer willkürlichen und vorbestimmten Systemerapfindlichkeit gemessen (bestimmt durch die Verstärkung von Elektrometerverstärker 66 und Peakspreizer 68). Die Abtastgeschwindigkeit und Filterzeitkonstante werden durch die Parameterbestimmungsvorrichtung 96 für diese Empfindlichkeit eingestellt. Ist nach der ersten Abtastung die Ionenintensität

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~⁴⁴~ 25213U

des ersten Peaks zu groß oder zu klein für eine genaue Messung, so gibt die Spektrenanpassungsvorrichtung 100 ein Signal zur erneuten Abtastung an die Parameterbestimmvorrichtung 96, das anzeigt, daß die Abtastung bei einer höheren oder geringeren Empfindlichkeit, als sie eben vorgelegen hat,¹ wiederholt werden soll. Die Parameterbestimmvorrichtung 96 reagiert durch Vergrößerung oder Verkleinerung des Verstärkungsfaktors des Elektrometerverstärkers 66 und/oder des Peakspreizers 68, wie erforderlich, und dieselbe Massenposition wird erneut abgetastet. Sobald die Intensität der ersten Masse bestimmt ist, wird aus der bekannten Empfindlichkeit des Systems für Mengen der Zielverbindung die Maximalmenge dieser Zielverbindung, die vorhanden ist, abgeschätzt. Ausgehend von der geschätzten Menge der Zielverbindung in der Probe und der Verteilung der relativen Intensitäten im komprimierten Massenspektrum der Zielverbindung, so wie es im Analysenspeicher 98 gespeicher-l/Lst, wird die Intensität der nächsten Masse vorausgesagt, die nun im komprimierten Massenspektrum der Targetverbindung zu suchen ist. Die vorausgesagte Intensität des nächsten Massenpeaks in der Sequenz wird von der Spektrenanpassungsvorrichtung 100 an die Parameterbestimmvorrichtung 96 gegeben. Letztere stellt daraufhin die Systemempfindlichkeit auf den nächsten Massenpeak ein und dessen Massen— position wird abgetastet.

Der Wert des zweiten gemessenen Massenpeaks wird sodann mit dem vorhergesagten Wert verglichen. Überschreitet er den vorhergesagten Wert um mehr als einen vorgegebenen Betrag, so wird der Massenpeak als kontaminiert identifiziert, d.h. als herrührend von mindestens einer anderen Verbindung als (möglicherweise) der Zielverbindung. Ist dagegen die gemessene Intensität des zweiten Massenpeaks zu gering für eine genaue Messung, so liefert die Spektrenanpassungs vorrichtung 100 ein Signal zur erneuten Abtastung,

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das anzeigt, daß die Abtastung bei einer höheren Empfindlichkeit wiederholt werden sollte. Die Empfindlichkeit wird, wie erforderlich, erhöht und die Massenposition wird erneut abgetastet. Ist die genau gemessene Intensität des zweiten Massenpeaks um mehr als einen vorgegebenen Betrag geringer als der vorgegebene Wert, so wird aufgrund der bekannten Empfindlichkeit des Systems für Mengen der Zielverbindung die geschätzte Menge der vorhandenen Ziel— verbindung veirLngert. In diesem Fall wird die Intensität des vorherigen (ersten) Massenpeaks auf der Basis der bekannten Verteilung der relativen Intensitäten im komprimierten Massenspektrum der Zielverbindung vorausgesagt. Die vorausgesagte Intensität des ersten Massenpeaks wird dann mit der zuvor gemessenen Intensität verglichen. Überschreitet der erste Massenpeak die vorhergesagte Intensität um mehr als einen vorgegebenen Wert, so wird der erste Peak als "kontaminiert" identifiziert.

Die oben beschriebene Sequenz wird fortgesetzt, bis die Massenpeaks in den Massenpositionen des komprimierten Massenspektrums gemessen sind. Während und/o^_A^_e4«j_fa^_np schriebenen Messungen wird aus den als unkontarminiert ein Vertrauensindex berechnet, der die Wahrscheinlichkeit angibt, daß die Zielverbindung vorliegt, sowie eine Mengenabschätzung der Zielverbindung. Dies wird ausführlicher weiter unten beschrieben.

Bei größeren Ansprüchen an die Genauigkeit werden die Intensitäten aller gemessenen Massenpeaks einschließlich der Eichintensitäten korrigiert, indem die zuvor gemessenen Untergrundintensitäten an allen zu Identifikationszwecken abzutastenden Massenpositionen von den gemessenen Intensitäten subtrahiert werden. Die Untergrundintensitäten werden unter Bedingungen gemessen, die bis auf die Abwesenheit der Probe identisch sind mit denen, unter denen die Probenidentifizierung ausgeführt wird. Diese Untergrunddaten

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werden im Analysierspeicher 98 gespeichert.

Sagt die Spektrenanpassungsvorrichtung 100 für eine Massenpeakintensität bei einer bestimmten Massenposition eine Intensität unterhalb der Untergrundintensität bei dieser Massenposition voraus, so gibt die Spektrenanpassungsvorrichtung 100 ein Signal "Sprung zur nächsten Masse" an die Parameterbestimmungsvorrichtung 96. Diese spricht darauf an, indem sie zur entsprechenden Zeit einen Massenschritt veranlaßt. Der Grund für das Überspringen einer Messung wegen solch einer Voraussage ist folgender: Ist die Voraussage richtig oder zu hoch, dann ist die Intensität unmeßbar, da sie im Rauschen des Systems untergeht. Ist die Voraussage zu niedrig, d.h. wurde die Intensität des Peaks gemessen und als höher als vorausgesagt und meßbar gefunden, so würde der Peak doch als kontaminiert identifiziert (da er größer wäre als der vorhergesagte Wert), und würde damit nicht zur Zuverlässigkeit der Identifizierung beitragen.

Vertrauensindex

Die Wahrscheinlichkeit, daß die für eine Probe überprüften massenspektrometischen Daten der gesuchten Verbindung zuzuordnen sind, wird in der Form eines Vertrauensindex K angegeben. Die Berechnung von K schließt eine Anzahl von Annahmen und Annäherungen ein. Mit diesen Einschränkungen beträgt die Wahrscheinlichkeit, daß die gemessenen massenspektrometrischen Daten von einer zufällig aus der Vielfalt der interessierenden Verbindungen herausgegriffenen Verbindung stammen, i/2 . Demnach ist K der Logarithmus zur Basis 2 der Wahrscheinlichkeit für ein zufälliges Auftreten der beobachteten Daten.

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Bei der Analyse des Spektrums der unbekannten Probe auf die Gegenwart der Zielverbindung werden die K.Werte von der Spektrenanpassungsvorrichtung 100 nach einander für jeden der gesuchten ausgewählten Peaks bestimmt. Es wird angenommen, daß die verschiedenen statistischen Beiträge zur Wahrscheinlichkeit unabhängig voneinander sind, so daß die Gesamtwahrscheinlichkeit das Produkt der Wahrscheinlichkeiten für jeden Beitrag ist. Damit ist K eine Linearkombination der entsprechenden Logarithmen für unkontaminierte Peaks. Damit ist K=ZK. = Σ (V. +W. - D.), wobei V. der Logarithmus der Wahrscheinlichkeit ist, daß ein Massenpeak einer bestimmten Häufigkeit bei der j-ten Massenposition erscheinen wird, wie oben diskutiert; W ist ein Fenstertoleranzfaktor, der den Grad angibt, bis zu dem die Anpassung der gemessenen Peaks an bekannte Peaks der Ziel— verbindung erfolgt; D. ist ein Verdünnungsfaktor, der auf dem Verhältnis der Menge der Zielverbindung zu der Menge der eingegebenen Probe beruht.

Eine Bedingung zur Identifizierung der Zielverbindung in dem unbekannten Geraisch ist, daß die relativen Häufigkeiten der Peaks im unbekannten Spektrum mit denen der entsprechenden Peaks im komprimierten Spektrum der Zielverbindung übereinstimmen müssen. Die Wahrscheinlichkeit, daß die erforderliche Häufigkeit stattdessen durch Zufall aufgetreten ist, hängt ab von dem erwarteten Grad der Anpassung dieser Häufigkeiten. Dieser wiederum hängt ab von der Toleranz, bis zu der die Anpassung angestrebt wird, d.h. von der "Fenstertoleranz".

Der Bereich der Häufigkeitswerte hängt ab vom dynamischen Bereich des Systems. Ein beliebiger Bereich von Häufigkeitswerten kann willkürlich, in Abhängigkeit von der Toleranz der Anpassung, in eine Anzahl von Fenstern aufgeteilt werden. So gibt es z.B., wenn der Häufigkeitsbereich des Systems von 0,5 % bis 100 % reicht, acht Fenster

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mit einer Toleranz von - 30 %. Diese Fenster sind (1) 0,5 % bis 1,0 %; (2) 1,0 % bis 2,0 %; (3) 2,0 % bis 4,0 %; (4) 4,0 % bis 8,0 %; (5) 8,0 % bis 16 %; (6) 16 % bis 32 %; (7) 32 %bis 64 %·, und (8) 64 % bis 100 %. Es soll darauf hingewiesen werden, daß das Fenster mit der höchsten Häufigkeit abgeschnitten ist, da kein Peak eine Häufigkeit von mehr als 100 % haben kann. Wie man sieht, liegt jeder Häufigkeitswert innerhalb eines dieser Fenster in einem Bereich von - 30 % von dessen Mittelwert. Eine ähnliche Aufteilung des Häufigkeitsbereichs kann mit anderen Toleranzen ausgeführt werden, wie z.B. mit £ 10 %, £ 20 % und £ 50 %.

Es wird angenommen, daß es gleich wahrscheinlich ist, daß die Häufigkeit eines gemessenen Massenpeaks in eines der willkürlich definierten Toleranzfenster fällt. (Eine verfeinerte Annäherung könnte in Betracht ziehen, daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß eine gemessene Häufigkeit in ein bestimmtes Toleranzfenster fällt, variabel ist, sowie eine Bestimmung dieser Wahrscheinlichkeitsfunktion durch eine Studie der Bibliothek der raassenspektrometischen Daten der Vielfalt der interessierenden Verbindungen in Betracht ziehen.) In jedem Fall ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein beobachteter Peak durch Zufall in das korrekte oder vorhergesagte Häufigkeitsfenster fällt, —, wobei η die Anzahl der Fenster im Häufigkeitsbereich ist (und damit eine Funktion der Toleranz, wie oben beschrieben). Damit ist die Fenstertoleranz W definiert als der Logarithmus von η zur Basis 2. Die Werte von W als Funktion der Toleranz sind in der folgenden Tabelle 2 gezeigt:

Tabelle 2

+	10 %	32
i	20 %	16
±	30 %	8
+	50 %	4

Toleranz η W_

5 4 3 2

Fällt in der j-ten Massenposition die gemessene Massenpeakhäufigkeit (Intensität) in das Toleranzfenster der vorhergesagten Massenpeakhäufigkeit, so ist die "Enge" der Anpassung eine Funktion der Toleranz. Je kleiner die Toleranz, um so größer die Wahrscheinlichkeit, daß die Probe die Zielverbindung ist (da die Verteilungen der relativen Intensitäten zu passen scheinen). Der Wert von W spiegelt diese Wahrscheinlichkeitsfunktion, indem er sich zum Wert von V. addiert (d.h. von U.-A.).

Die für U. und A. gewählten Größen beruhen auf den Spektren von reinen Verbindungen. Stellt die Zielverbindung jedoch nur einen Teil der Probe dar, so wird die tatsächliche Häufigkeit (und damit die Eindeutigkeit) ihrer Peaks vermindert· In diesem Fall sollte der Beitrag der Eindeutigkeit zu K für jeden Peak geringer sein als V.. Daher muß, wenn ein für eine unbekannte Verbindung gemessener Massenpeak teilweise einer aeiten Komponente zuzuordnen ist, der Häufigkeitsfaktor durch einen Dillut ionsfaktor D vermindert werden, wobei dieser von den V.—Werten jedes Peaks des komprimierten Spektrums der Zielverbindung subtrahiert wird. Damit beruht der Verdünnungsfaktor D auf dem Verhältnis der gefundenen Menge der Zielverbindung, Q, zu der in das System eingeführten Probenmenge, Q , typischerweise einer Standardmenge. Der Verdünnungsfaktor D ist wie folgt definiert:

D=- log₂ § (7)

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Ist Q = Q, dann ist die Probe rein, und D = 0. In Mischungen ist Q kleiner als Q . Die Definition von D beruht auf der Bemerkung, daß, wenn 2 unterschiedliche Verbindungen in der Probe in gleichen Mengen vorhanden wären, dann die beobachtete Menge jeder einzelnen Verbindung um den Faktor 2 verringert würde, und daß dann etwa 2 mal soviele Peaks jeder gegebenen Intensität vorhanden wären, als wenn die Probe rein wäre.

Zur Bildung des Vertrauensindex K betrachten wir den ersten Massenpeak. Für diesen Peak gilt Ki=V-I-" ^D-i (W. ist gleich 0, da der erste Peak als Referenz zur Vorhersage der Häufigkeit des nächsten Peaks dienen muß). Der Wert von V. bei jeder Massenposition in den Spektren der Zielverbindungen ist im Analysenspeicher 98 gespeichert. Daher erhält die Spektrenanpassungsvorrichtung 100 den Wert von V₄. von dem Analysierspeicher 98, sobald der erste Massenpeak gemessen ist. Der Wert von D₁ wird dann nach Gleichung (7) aus der geschätzten Maximalmenge der Zielverbindung Q und der bekannten Probenmenge Q bestimmt, und vom Wert von V₁ subtrahiert.

Als nächstes wird die Intensität des zweiten Massenpeaks gemessen. Liegt seine Intensität in der Fenstertoleranz seines Vorhersagewertes (beruhend auf der Intensität des ersten Peaks), so gilt ^K2 ^{= V}2 ~ ^Dl ^{+ W# D}l ^{und D}2 ^sollten annähernd gleich sein, da die aus der Intensität des zweiten Peaks abgeschätzte Menge der Zielverbindung etwa die gleiche sein sollte, wie diejenige,die aus der intensität des ersten Peaks abgeschätzt wird. Der Wert von Vp wird aus dem Analysenspeicher 98 erhalten und der Wert von K« wird bestimmt, indem davon die Werte von D₁ und W subtrahiert werden, letzterer in Übereinstimmung mit Tabelle 2. An diesem Punkt ist der Gesamtvertrauensindex K₁ gleich K₁ + K₂-

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2521

Übersteigt die Intensität des zweiten Peaks den vorhergesagten Wert um mehr als die Fenstertoleranz, so wird der zweite Peak als kontaminiert beurteilt und K₂ wird gleich Null gesetzt. Unterschreitet dagegen die Intensität des zweiten Peaks die vorhergesagte Intensität um mehr als die Fenstertoleranz, so wird die Intensität des zweiten Peaks zum neuen Referenzwert, und ein Wert für die Intensität des ersten Peaks wird wiederum vorhergesagt auf der Basis der Intensität des zweiten Peaks und der gespeicherten Spektrendaten der gesuchten Zielverbindung (die die relativen Intensitäten der verschiedenen Peaks der Zielverbindung enthalten). Als nächstes wird der gemessene Wert der Intensität des ersten Peaks überprüft, um zu entscheiden, ob er den vorhergesagten Wert um mehr als die Fenstertoleranz überschreitet. Ist das der Fall, so wird der erste Peak als kontaminiert beurteilt und K* wird gleich Null gesetzt. K- wird dann gleich Vp - D^, wobei Wp gleich Null gesetzt wird, da der zweite Peak nun als Referenzpeak angesehen wird. Die gemessenen Intensitäten aller folgenden Peaks werden von der Spektrenanpassungsvorrichtung 100 auf die gleiche Art verarbeitet. Daher werden, wenn I., die Intensität an der j-ten Massenposition unter dem vorhergesagten Wert liegt, die Intensitäten aller vorherigen unkontarminierten Peaks mit der neuen Referenzintensität I. verglichen. Alle vorhergehenden Peaks, die nun oberhalb der zulässigen Fenstertoleranz liegen, werden als kontaminiert beurteilt, und ihre K-Werte werden auf Null reduziert. Die K-Werte der anderen Peaks müssen von Neuem berechnet werden, um den neuen Wert von D* zu berücksichtigen, und sodann wird K von Neuem bestimmt.

Ist die gemessene Intensität I. gleich oder kleiner als die Untergrundintensität bei der j-ten Massenposition, B., so wird K. gleich Null gesetzt. Ist jedoch B. kleiner als die mit dem Referenzpeak vorhergesagte Intensität,

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so wird die Intensität des j-ten Peaks als B. angenommen und die Intensitäten aller vorhergehenden Peaks werden neu überprüft, ausgehend vom Intensitätswert von B, als Referenzpeak. Der endgültige Wert des Vertrauensindex K ist gleich tier Summe der einzelnen K,-

,,x. ^j ~ ,j. svorrichtu.no IQO; _ J Werte. Die Spektrenanpassung/riinr"t die Summierung der K.-Werte aus, nachdem die letzte Messung in der letzten Massenposition im komprimierten Massenspektrum der Zielverbindung ausgeführt ist.

Der Endwert des Konfidenzindex K wird von der Spektrenanpassungsvorrichtung 100 an eine geeignete Anzeige gegeben, die Teil der konventionellen Eingabe/Ausgabevorrichtung 104 ist. Dieser Konfidenzindex informiert den Betreiber, daß im Mittel 2 Verbindungen aus der Vielfalt der interessierenden Verbindungen zufällig herausgegriffen und untersucht werden müßten, um Daten zu finden, die sich dem komprimierten Spektrum der Zielverbindung ebenso gut anpassen wurden wie es die unbekannte Probe tut.

Quantitative Bestimmung

Nach Eliminierung der kontaminierten Peaks schätzt die Spektrenanpassungsvorrichtung 100 die Menge Q der identifizierten Zielverbindung ab. Eine Methode hierfür ist es, die Werte der geschätzten Menge, Q., die für jeden einzelnen unkontarminierten Peak bestimmt wurden, zu mitteln. Damit gilt

1 ^m
Q = -r

Andererseits kann die Menge Q auch aus der Intensität des zum Ende als Referenzpeak benutzten Peaks bestimmt werden. Die aus der Intensität des Referenzpeaks bestimmte Menge muß als ein Maximalwert betrachtet werden,

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da der Peak kontaminiert sein kann. Jecbch ist die Wahrscheinlichkeit einer solchen Kontamination gering, wenn der Wert des Konfidenzindex K relativ hoch ist.

Betriebsarten

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann in vier Grundbetriebsarten arbeiten: (i) Start; (ii) Eichung; (iii) Identifizierung; (iv) Datensystem. Die Wahl der Betriebsart erfolgt durch konventionelle Schalter an der Eingabe/Ausgabevorrichtung 104.

Bei der Betriebsart "Start" werden die notwendigen Betriebstemperaturen der Probeneingabevorrichtung 10 eingestellt; der Separator 20 und das Massenspektrometer 12 werden evakuiert; die Systemempfindlichkeit wird durch die Parameterbestimmungsvorrichtung 96 eingestellt; der Skalenfaktor des Massenabtastwandlers und Verschiebungskorrekturen werden so eingestellt, daß genaue Massenpeakmessungen ermöglicht werden.Weitere notwendige Vorbereitungsarbeiten werden ebenfalls von der Kontrollvorrichtung 14 und/oder vom Betreiber ausgeführt.

Bei der Betriebsart "Eichung" werden die Intensitäten des komprimierten Referenzspßktrums für jede Zielver— bindung gemessen und im Analysenspeicher 98 gespeichert. Eine bekannte Probenmenge jeder Zielverbindung wird zunächst in die Probeeingabevorrichtung 10 injiziert. Die Eichung wird dann wie folgt ausgeführt: Die erste Masse im Identifizierungssatz wird wiederholt gemessen, wobei die notwendigen Regelungen in der Systemempfindlichkeit ausgeführt werden, um den Peak auf der Skala zu halten. Überschreitet die Intensität des ersten Massenpeaks die gespeicherte Untergrundintensität an dieser Massenposition um einen festgelegten Faktor, so wird die Intensität des

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Peaks überwacht, bis er ein Maximum erreicht und abzufallen beginnt. An diesem Punkt werden die verbleibenden Massen in dem betreffenden Satz nacheinander gemessen und nach Subtraktion der entsprechenden, gespeicherten Untergrundintensitäten gespeichert.

Die Beziehung zwischen den Intensitäten der gemessenen Massenpeaks und der bekannten Menge der Eichprobe wird von der Spektrenanpassungsvorrichtung 100 benutzt, um die Ansprechempfindlichkeit des Systems bei jeder Massenposition im komprimierten Massenspektrum der Zielverbindung zu bestimmen. Damit gilt, wenn die Intensität der j-ten Masse I. ist, und die Eichmenge Q ist, für die Empfindlichkeit der j-ten Masse hinsichtlich der Targetverbindung S. s I./Q . Die Werte von S. werden im Analysenspeicher 98 gespeichert und, wie oben beschrieben, bei der Betriebsart "Identifizierung" zur Bestimmung der geschätzten Mengen der vorhandenen Zielverbindung verwendet.

Die Messung der Untergrundintensitäten kann, wie oben beschrieben, in der Betriebsart "Eichung" ausgeführt werden. Jedoch muß das System natürlich von jedem restlichen Probenmaterial gereinigt sein.

Die Betriebsart "Identifizierung" wird verwendet, um Proben auf die Gegenwart einer oder mehrerer Zielverbindungen zu untersuchen. Sielst unterteilt in eine Betriebsart "Bestätigung" und eine Betriebsart "Suche".

In der Betriebsart "Bestätigung" wird die Erfindung verwendet, um die Gegenwart einer einzelnen Zielverbindung zu bestätigen. Dabei wird die oben beschriebene Massenanalyse zur Bestimmung von K und Q wiederholt während eines vom Betreiber mittels der Eingabe/Ausgabevorrichtung gewählten Zeitraums ausgeführt, währenddessen die Probe eingeführt wird. Die höchsten Werte von K und Q werden

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als die endgültigen Werte von Vertrauensindex und Mengenabschätzung festgehalten. Dieser Wert von K wird mit einem zuvor bestimmten Schwellenwert K_ verglichen; ist K größer als K_,, dann ist die Identifikation positiv , d.h. die ZielVerbindung wird als in der Probe vorhanden angezeigt. Die geschätzte Menge der Zielverbindung in der Probe ist der endgültige Q-Wert. Die Ergebnisse der Analyse werden dann auf eine Anzeigeposition der Eingabe/Ausgabevorrichtung 1Θ4 angezeigt, vorzugsweise auf einem Satz beleuchteter Anzeiger, die mit den Namen der Zielverbindungen bezeichnet sind. Wird eine der Zielverbindungen identifiziert, so leuchtet der entsprechende Anzeiger auf. Das Ergebnis kann auch, wenn gewünscht, auf einen üblichen Fernschreiber ausgedruckt werden. Zudem können auch der Vertrauensindex, die Massenpeakintensitäten und die gefundene Menge angezeigt und/oder ausgedruckt werden.

Bei der Betriebsart "Suche" wird nach jeder Zielverbindung im vollständigen Satz der Ziel verbindungen oder einem Untersatz davon nacheinander in der/Probe gesucht. Für jede gesuchte Verbindung wird die Spektralanalyse der Probe wie oben beschrieben ausgeführt, jedoch mit zwei Ausnahmen,: 1. wird die Spektralanalyse auf jede Zielverbindung von der Spektrenanpassungsvorrichturg 100 abgebrochen, wenn (a) der Vertrauensindex K, beruhend auf den bis. dahin analysierten Peaks, einen Schwellenwert K_T überschreitet j oder (b) wenn die geschätzte Menge der Zielverbindung zu irgendeiner Zeit geringer ist als eine Schwellenmenge Q_. Im ersten Fall wird die Identifizierung als hinreichend positiv beurteilt. Im zweiten Fall wird die Identifizierung als negativ beurteilt, da die Zielverbindung nicht in hinreichender Menge vorliegt. Ist die Spektralanalyse gemäß einer dieser Bedingungen beendet, so gibt die Spektenanpassungsvorrichtung 100 ein Signal "Sprung zur nächsten Verbindung" an die Parameterbestiramungsvorrichtung 96, wodurch diese zur nächsten Zielverbindung übergeht, d.h.

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die Probe an den Massenpositionen im komprimierten Spektrum der nächsten Zielverbindung analysiert. Ist die Identifizierung einer Zielverbindung positiv, so ist deren Mengen Schätzwert der Maximalwert, der sich aus einem Peak ergibt, der die Bedingung K größer oder gleich als K_ erfüllt.

Durch geeignete Auswahl der bei der Identifizierung benutzten Maaasnpeaks kann üblicherweise ermöglicht werden, daß nur einer oder wenige Massenpeaks benötigt werden, um die Abwesenheit einer Zielverbindung festzulegen. Daher kann die Erfindung in relativ kurzer Zeit eine Probe analysieren und eine Vielzahl von Zielverbindungen nach einer Identifizierungsanpassung absuchen. ZunjBeispiel können 16 Zielverbindungen in wesentlich kürzerer Zeit gesucht werden, als normalerweise erforderlich wäre um einmal das gesamte Massenspektrum (z.B. vierhundert Masseneinheiten) der Probe zu messen.

Wie bei der Betriebsart "Bestätigung" können beleuchtete Anzeigen und ein wahlweiser Ausdruck verwendet werfen, um die Analysenergebnisse dem Betreiber mitzuteilen. Erfolgt keine positive Identifizierung, so kann der Betreiber dann zur nächsten Probe weitergehen.

Bei der Betriebsart "Bestätigung" gestattet es die Eingabe/ Ausgabevorrichtung 104 dem Betreiber, die Zielverbindung oder die Zielverbindungen auszuwählen, die in der Probe bestätigt oder gesucht werden sollen.

Bei der Betriebsart als Datensystem kann die Erfindung verwendet werden, um neue oder spezielle Programme zur Verbindungsidentifizierung zu erzeugen, oder auch zu Anwendungen in der konventionellen Massenspektrometrie oder Massenfragmentation. Bei dieser Betriebsart kann man

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rasch das gesamte Massenspektrum oder einen Teil davon in jeder Reihenfolge abtasten, die Ergebnisse ausdrucken oder auftragen, und die Daten analysieren,um ein komprimiertes Massenspektrum abzuleiten.

Zunächst wird die Kontrollspeichervorrichtung 92 mit allen oder einem Teil der bekannten Massenpositionen geladen, die im Spektrum einer bestimmten Verbindung gefunden wurden, Eine bekannte Menge einer reinen Probe der Verbindung wird dann in die Probeneingabevorrichtung 10 injiziert und die Massenpeakintensitäten werden bei jeder der gespeicherten Massenpositxonen gemessen. Die Messungen können wiederholt oder nach Bedarf des Betreibers ausgeführt werden. Die gemessenen Massenintensitäten werden durch Subtraktion der im System vorhandenen Untergrundintensitäten korrigiert.

Für jeden gemeaeenen Massenpeak betrachtet die Spektrenanpassungsvorrichtung 100 den im Analysenspeicher 98 gespeicherten Eindeutigkeitsfaktor U.. Zudem wird, ausgehend von der relativen Intensität jedes gemessenen Massenpeaks, der Häufigkeitsfaktor A. ebenfalls für jeden Peak aus Tabelle 1 bestimmt, die ebenfalls im Analysierspeicher 98 gespeichert ist· Die Spektrenanpassungsvorrichtung 100 vermindert den Wert jedes U.-Faktors um den entsprechenden Häufigkeitsfaktor A. zu einem Wert von V.; wie oben ausgeführt, gilt V. « U. -A.. Die bei jedem Massenpeak gemessenen Werte von V,,I, und S. werden mit der Eingabe/Ausgabevorrichtung 104 angezeigt. Der Betreiber kann sodann die eindeutigsten Massenpeaks (d.h. diejenigen mit den höchsten Werten von V.) auswählen, um das komprimierte Massenspektrum zu bilden. Die Spektrendaten des kontrahierten Massenspektrums dieser Verbindung können dann im Kontrollspeicher 92 und Analysierspeicher 98 zur anschließenden Verwendung bei der Identifizierung dieser Verbindung in einer unbekannten Probe

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gespeichert werden. Die Erfindung zieht auch die automatische Auswahl des eindeutigsten Massenpeaks, beruhend auf einem oder mehreren zuvor gespeicherten Selektionskriterien, in Betracht sowie die automatische Speicherung dieser ausgewählten Massenpeaks in den Speichervorrichtungen 92 und 98. Damit kann in der Betriebsart •'Datensystem" jede beliebige interessierende Verbindung analysiert werden, und die spektralen Daten erhalten werden, die notwendig sind um diese Verbindung zu einer Zielverbindung innerhalb der Erfindung zu machen. Auf diese Weise kann der Betreiber seinen eigenen Satz von Spektren von zielverbindungen entwickeln.

Der Betrieb der Erfindung in den Betriebsarten "Eichung", "Identifizierung" und "Datensystem" erfordert die Einführung der Probe in die Probeeingabevorrichtung 10. Die Proben werden in einer solchen Weise eingeführt, daß der Partialdruck der Probe im Massenspektrometer auf einer Höhe gehalten wird, die zum Nachweis oberhalb des Spektrometeruntergrunds während des zur Ausführung einer Analyse erforderlichen Zeitraums von ein bis 10 Sekunden ausreicht. Die Temperaturen des Flashverdampfers 18 und des Separators 20, die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases und die Pumpgeschwindigkeit des Vakuumsystems werden so gewählt, daß der Partialdruck des Probendampfes in der Ionenquelle des Massenspektrometers das in Fig. 12 gezeigte allge-

zeigfa
meine zeitliche Verhalten«; Gasförmige Proben können so in den Trägergasstrom eingelassen werden, daß sie einen ähnlichen Druckverlauf zeigen.

Eine Anzahl von Abweichungen in Ausführung und Betrieb der Erfindung sind möglich, ohne von ihrem Blickpunkt und Geist abzuweichen. Einige der möglichen Variationen werden wie folgt beschrieben:

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(1) Die Analyse der Daten zu Identifikationszwecken kann "off-line" anstatt in "real time" ausgeführt werden. Das heißt, die Daten können .gemessen und gespeichert und später analysiert werden.

(2) Eine andere Vergleichs— oder Anpassungsmethode könnte verwendet werden, wie z.B. das System nach "Biemann-MIT", das die zwei größten Peaks in jedem Intervall von 14 Masseneinheiten benutzt (beschrieben von Hertz, Hites und Biemann in Analytical Chenistry, Band 43, S. 681, 1971).

(3) Das vollständige Spektrum anstelle eines partiellen Spektrums kann gemessen werden. Für jede interessierende Verbindung können die entsprechenden Messungen herausgegriffen und mit den Referenzdaten verglichen werden.

(4) Die Erzeugung der Identifizierungsdaten, wie sie oben in Hinsicht auf die Betriebsart "Datensystem" beschrieben ist, könnte vollständig automatisch ausgeführt werden. Das heißt, eine unbekannte Probe (rein oder in Gemisch) könnte eingeführt werden, und anstelle des Betreibers könnte das System selbst so entworfen werden, daß es die geeignetsten Peaks (mit den höchsten Werten von V.) für das komprimierte Massenspektrum auswählt. Die zu solchen Peaks gehörenden Spektrendaten würden dann zur Verwendung bei der anschließenden Analyse unbekannter Proben gespeichert.

Die Erfindungsprinzipien, die in dieser Erfindung ausgeführt sind, sind auch auf andere physikalische Meßmethoden anwendbar, die ein "Spektrum" oder ein Muster charakteristischer relativer Intensitäten als Punktion irgendeines Parameters ergeben. Zu Beispielen solcher physikalischen

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Messungen zählen optische Emissions- und Absorptionsspektrometrie (ultraviolett, sichtbar, infrarot), kernmagnetische Resonan2Jund Röntgenspektrometrie.

Wenn auch die Erfindung unter Bezug auf eine bestimmte Ausführung offenbart und beschrieben wurde, so sind doch die zugehörigen Prinzipien anderer Anwendungen fähig, die mit der Technik vertrauten Personen offenkundig werden. Die Erfindung ist deshalb nicht als auf die hier offenbarte bestimmte Ausführungsform beschränkt gedacht.

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Claims (46)

1. Patentansprüche

   IJ Massenspektrometrisches System, gekennzeichnet durch (i) eine Vorrichtung zum Messen der Massenspektren von Proben; (ii) eine Vorrichtung zum Einführen einer Probe einer reinen Verbindung oder einer Mischung von Verbindungen in die Meßvorrichtung; (iii) eine Vorrichtung zur Regelung des Betriebs der Meßvorrichtung zur Messung eines oder mehrerer Massenpeaks der Probe; und (iv) eine Daten-ein-und Ausgabevorrichtung, die elektrisch an die Regelungsvorrichtung und an eine Vorrichtung zur Analyse der Massenpeaks gekoppelt äst, wobei die Analysiervorrichtung

   (a) eine erste Vorrichtung zur Speicherung des Massenspektrums oder des komprimierten Massenspektrums mindestens einer Zielverbindung;

   (b) eine zweite Vorrichtung zur Speicherung mindestens eines spektralen Anpassungskriteriums; und

   (c) eine Vorrichtung zur Anpassung der gemessenen Massenpeaks an entsprechende Massenpeaks des gespeicherten Spektrums des Zielverbindung auf Wahrscheinlichkeitsbasis (englisch: probabilistic basis), wobei der Grad der Anpassung bestimmt wird durch das Spektrenanpassungskriterium, und wobei die Anpassungsvorrichtung elektrisch mit der ersten und zweiten Speichervorrichtung und der Meßvorrichtung verbunden ist, wobei die Zielverbindung in Übereinstimmung mit den Spektrenanpassungskriterien als in der Probe vorhanden oder nicht vorhanden identifiziert wird,

   aufweist.
2. 2. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorliegen oder Nichtvorliegen

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   - ⁶² - 252(344

   der Zielverbindung von der Anpassungsvorrichtung durch mehrere Anpassungszyklen bestätigt wird.
3. 3. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenspektren oder die komprimierten Massenspektren einerVielzahl von Zielverbindungen in der ersten Speichervorrichtung gespeichert werden, wobei das Vorliegen oder Nichtvorliegen aller Zielverbindungen oder einer Unterauswahl der Zielverbindungen durch die Anpassungsvorrichtung bestimmt wird, indem die Anpassungsvorrichtung die gemessenen Massenpeaks an die entsprechenden Massenpeaks der gespeicherten Spektren jeder Zielverbindung oder einer Unterauswahl daraus anpaßt.
4. 4. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch:

   einey
   (i) Ί^ογγichtung zur Bestimmung eines probabilistischen Maßes für die Wahrscheinlichkeit der Gegenwart der Zielverbindung, beruhend auf den gemessenen Massenpeaks, wobei die Bestimmungsvorrichtung elektrisch mit der ersten Speichervorrichtung und der Meßvorrichtung verbunden ist; und

   (ii) eine, erste Vorrichtung zum Vergleich dieses probabilistischen Maßes mit dem Spektrenanpassungskriterium, wobei die Vergleichsvorrichtung elektrisch mit der Bestimmungsvorrichtung und der zweiten Speichervorrichtung verbunden ist, aufweist.
5. 5. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die, Anpassungsvorrichtung zusätzlich eine dritte Vorrichtung zur Speicherung eines Eindeutigkeitsfaktors für jeden Massenpeak im Massenspektrum der Zielverbindung besitzt, wobei der Eindeutigkeitsfaktor

   609811/083Q

   ein Maß ist für die Anzahl der Massenspektren, die zufällig aus einer Vielfalt von interessierenden Verbindungen herausgegriffen werden müßten um ein Spektrum mit dem betreffenden Massenpeak zu finden, wobei die dritte Speichervorrichtung elektrisch mit der Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsmaßes verbunden ist, und diese Bestimmungsvorrichtung dabei für jeden der gemessenen Massenpeaks den entsprechenden Eindeutigkeitsfaktor bestimmt und auf diese Faktoren zur Bestimmung des Wahrscheinlichkeitsmaßes einwirkt.
6. 6. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsvorrichtung zusätzlich eine zweite Vorrichtung zum Vergleich der relativen Intensitäten der gemessenen Massenpeaks mit den entsprechenden relativen Intensitäten der Massenpeaks im Spektrum der Zielverbindung aufweist, wobei diese zweite Vergleichsvorrichtung elektrisch verbunden ist mit der ersten Speichervorrichtung, mit der Meßvorrichtung und mit der Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsmaßes, wobei das in der ersten Speichervorrichtung gespeicherte Massenspektrum der Zielverbindung die relativen Intensitäten der das Spektrum bildenden Massenpeaks einschließt , und wobei die Bestimmungsvorrichtung so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie das Wahrscheinlichkeitsmaß entsprechend dem Vergleich der relativen Intensitäten einregelt.
7. 7. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Vergleich der relativen Intensitäten so angeordnet und beschaffen ist, daß sie beim Anstellen des Vergleichs ein Toleranzfenster anwendet.

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8. 8. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsvorrichtung zusätzlich eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Maßes der Menge der Zielverbindung in der Probe aufweist, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung der Menge elektrisch mit der Meßvorrichtung und der Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsmaßes verbunden ist, und wobei die Vorrichtung zur Bestimmung dieses Maßes so angeordnet und beschaffen ist, daß sie das Wahrscheinlichkeitsmaß nach der Mengenmessung einregelt.
9. 9. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 4$ dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsvorrichtung zusätzlich aufweist:

   (i) eine dritte Vorrichtung zum Speichern eines Eindeutigkeitsfaktors für jeden Massenpeak im Massenspektrum der Zielverbindung, wobei der Eindeutigkeitsfaktor ein Maß ist für die Anzahl der Massenspektren, die zufällig aus einer Vielfalt von interessierenden Verbindungen herausgegriffen werden müßten, um ein Massenspektrum mit dem betreffenden Massenpeak zu finden, wobei die dritte Speichervorrichtung an die Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsmaßes elektrisch angeschlossen ist; und

   (ii) eine zweite Vorrichtung zum Vergleich der relativen Intensitäten der Massenpeaks im Spektrum der Zielverbindung, wobei die zweite Vergleichsvorrichtung elektrisch mit der Meßvorrichtung der ersten Speichervorrichtung und der Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsmaßes verbunden ist, wobei das Massenspektrum der Zielverbindung, das in der ersten Speichervorrichtung gespeichert ist, die relativen Intensitäten der das Spektrum bildenden Peaks einschließt.

   Gü98 U /0830

   und wobei die Bestimmungsvorrichtung für jeden der gemessenen Massenpeaks den entsprechenden Eindeutigkeits— faktor bestimmt, und so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie das Wahrscheinlichkeitsmaß aus den Eindeutigkeitsfaktoren und dem Vergleich der relativen Intensitäten bestimmt.
10. 10. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsvorrichtung zudem aufweist:

    (i) eine dritte Vorrichtung zum Speichern eines Eindeutigkeitsfaktors für jeden Massenpeak im Massenspektrum der Zielverbindung, wobei der Eindeutigkeits faktor ein Maß ist für die Anzahl der Massenspektren, die zufällig aus einer Vielfalt von interessierenden Verbindungen herausgegriffen werden müßten, um ein Massenspektrum mit dem betreffenden Massenpeak zu finden, wobei diese dritte Speichervorrichtung an die Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsraaßes elektrisch angeschlossen ist; und

    (ii) eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Maßes der Menge der ZielVerbindung in der Probe, wobei dei Mengenbestimmungsvorrichtung elektrisch mit der Meßvorrichtung und der Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkextsmaßes verbunden ist,

    wobei die Bestimmungsvorrichtung für jeden gemessenen Massenpeak den entsprechenden Eindeutigkeitsfaktor bestimmt und so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie das Wahrscheinlichkeitsmaß aus den Eindeutigkeits— faktoren und dea Mengenmaß bestimmt.

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    252
11. 11. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsvorrichtung zusätzlich aufweist:

    (i) eine dritte Vorrichtung zum Speichern eines Eindeutigkeitsfaktors für jeden Massenpeak im Massenspektrum der Zielverbindung, wobei der Eindeutigkeitsfaktor ein Maß ist für die Anzahl d er Massenspektren, die zufällig aus einer Vielfalt von interessierenden Verbindungen herausgegriffen werden müßten, um ein Massenspektrum mit dem betreffenden Massenpeak zu finden, wobei die dritte Speichervorrichtung an die Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsmaßes elektrisch angeschlossen ist; und

    (ii) eine zweite Vorrichtung zum Vergleich der relativen Intensitäten der gemessenen Massenpeaks mit den entsprechenden relativen Intensitäten der Massenpeaks im Spektrum der Zielverbindung, wobei die zweite Vergleichsvorrichtung elektrisch verbunden ist mit der Meßvorrichtung der ersten Speichervorrichtung und der Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsmaßes, und wobei das in der ersten Speichervorrichtung gespeicherte Massenspektrum der Zielverbindung die relativen Intensitäten der das Spektrum bildenden Peaks enthält; und

    (iii) eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Maßes der Menge der Zielverbindung in der Probe, wobei die Mengenbestimmungsvorrichtung mit der Meßvorrichtung und der Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsmaßes elektrisch verbunden ist,

    wobei die Bestimmungsvorrichtung für jeden der gemessenen Massenpeaks den entsprechenden Eindeutigkeitsfaktor bestimmt und so beschaffen und angeordnet ist, daß

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    sie das Wahrscheinlichkeitsmaß aus dem Eindeutigkeitsfaktoren, dem Vergleich der relativen Intensitäten und dem Maß für die Menge bestimmt.
12. 12. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenspektren oder die komprimierten Massenspektren einer Vielzahl von Zielverbindungen in der ersten Speichervorrichtung gespeichert werden, und worin die Gegenwart oder Abwesenheit aller oder einer Unterauswahl der Zielverbindungen bestimmt wird durch die Anpassungsvorrichtung, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsmaßes elektrisch mit der Vorrichtung zur Regelung der Meßvorrichtung verbunden ist und dorthin ein Signal zum "Sprung zur nächsten Zielverbindung" liefert, sobald das probabilistische Maß für die Wahrscheinlichkeit der Gegenwart irgendeiner der Zielverbindungen einen zuvor festgesetzten Wert überschreite, wobei die Regelungsvorrichtung auf das Signal anspricht.
13. 13. Massenspektrometrisches System, gekennzeichnet durch (i) eine Vorrichtung zum Messen der Massenspektren von Proben; (ii) eine Vorrichtung zum Einführen einer Probe einer reinen Verbindung oder einer Mischung von Verbindungen in die Meßvorrichtung; (iii) eine Vorrichtung zur Regelung des Betriebs der Meßvorrichtung zur Messung der Intensitäten eines oder mehrerer Massenpeaks in der Probe und (iv) eine Daten Ein- und Ausgabevorrichtung, die elektrisch an die Regelungsvorrichtung und an eine Vorrichtung zur Analyse der Massenpeaks gekoppelt sind, wobei die Analysiervorrichtung

    (a) eine erste Vorrichtung zur Speicherung des Massenspektrums oder des komprimierten Massenspektrums mindestens einer Zielverbindung;

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    (b) eine zweite Vorrichtung zur Speicherung mindestens eines spektralen Anpassungskriteriums;

    (c) eine Vorrichtung zur Anpassung der gemessenen Massenpeaks an entsprechende Massenpeaks des gespeicherten Spektrums der Zielverbindung in Übereinstimmung mit den spektralen Anpassungskriterien, wobei die Anpassungsvorrichtung elektrisch mit der ersten und zweiten Speichervorrichtung und der Meßvorrichtung verbunden ist; und

    (d) eine dritte Vorrichtung zur Speicherung von Untergrundmassenpeakintensitäten, zumindestens an den Massenpeakpositionen im Massenspektrum der Ziel— verbindung, wobei die dritte Speichervorrichtung elektrisch mit der Anpassungsvorrichtung verbunden ist, und die Anpassungsvorrichtung elektrisch verbunden ist mit der Regelvorrichtung für die Meßvorrichtung und an diese ein Signal "Sprung zur nächsten Masse" liefert, sobald die Intensität irgendeines gemessenen Massenpeaks unter die entsprechende Untergrundintensität fällt, wobei die Regelungsvorrichtung auf dies Signal anspricht, aufweist,

    so daß die Zielverbindung als vorhanden oder nicht vorhanden in der Probe identifiziert wird in Übereinstimmung mit dem spektralen Anpassungskriterium♦
14. 14. Massenspektrometrisches System, gekennzeichnet durch (i) eine Vorrichtung zum Messen der Massenspektren von Proben;' (ii) eine Vorrichtung zum Einführen einer Probe einer reinen Verbindung oder einer Mischung von Verbindungen in die Meßvorrichtung; (iii) eine Vorrichtung zur Regelung des Betriebs der Meßvorrichtung zur Messung der Intensität eines oder mehrerer Massenpeaks in der Probe; und (iv) eine Datenein- und Ausgabevorrichtung, die elektrisch an die Regelungsvorrichtung

    60981 1/083Q

    und an eine Vorrichtung zur Analyse der Massenpeaks gekoppelt sind, wobei die Analysiervorrichtung die folgenden Vorrichtungen aufweist:

    (a) eine erste Vorrichtung zur Speicherung des Massen— spektrums oder des komprimierten Massenspektrums mindestens einer Zielverbindung;

    (b) eine zweite Vorrichtung zur Speicherung mindestens eines spektralen Anpassungskriteriums;

    (c) eine dritte Vorrichtung zum Speichern eines zuvor bestimmten Empfindlichkeitsfaktors für jeden Massenpeak im Spektrum der Zielverbindung, wobei der Empfindlichkeitsfaktor die gemessene Intensität jedes Massenpeaks zur Menge der Zielverbindung in Beziehung setzt;

    (d) eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Maßes für die Menge der Zielverbindung in der Probe, ausgehend von den Intensitäten der gemessenen Massenpeaks und den entsprechenden Empfindlichkeitsfaktoren, wobei der Massenpeak, für den die geringste Menge der Zielverbindung bestimmt wird, als Referenzpeak in der zweiten Speichervorrichtung gespeichert wird, wobei die Vorrichtung zur Mengenbestimmung elektrisch mit der zweiten und dritten Speichervorrichtung und Meßvorrichtung verbunden ist;

    (e) eine Vorrichtung zur Vorhersage der Intensität eines Massenpeaks der Probe an zumindestens einer weiteren ^APosition im Massenspektrum der Zielverbindung, wobei die Vorhersage beruht auf der Intensität des Referenzpeaks und den spektralen Daten der Zielverbindung, wobei die Vorhersagevorrichtung elektrisch mit der ersten und zweiten Speichervorrichtung verbunden ist; und

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    eine
    (f) Vorrichtung zum Vergleich der Intensität jeden gemessenen Massenpeaks mit der dafür vorhergesagten Intensität unter Berücksichtigung einer zuvor bestimmten Toleranz, wobei die Vergleichsvorrichtung elektrisch mit der Vorher sägevorrichtung und der Meßvorrichtung verbunden ist,

    wobei ein Massenpeak als kontaminiert angesehen wird, wenn seine gemessene Intensität die vorhergesagte Intensität um mehr als die Toleranz überschreitet , jedoch

    als unkontaminiert angesehen wird, wenn seine gemessene Intensität mit der vorhergesagten Intensität innerhalb der Toleranz übereinstimmt, und wobei die Zielverbindung als in der Probe vorhanden oder nicht vorhanden identifiziert wird in Abhängigkeit von der gemessenen Anzahl der unkonterminierten Massenpeaks, die an den Massenpositionen ihres Spektrums gemessen wurden, und von deren Eindeutigkeit.
15. 15. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Vorhersage der Intensitäten elektrisch mit der Vorrichtung zur Regelung der Meßvorrichtung verbunden ist und an diese die Vorhersagewerte der Intensitäten liefert, wobei die Kontrollvorrichtung so eingerichtet und zusammengesetzt ist, daß sie hierauf durch eine Regelung der Empfindlichkeit der Meßvorrichtung auf einen Wert reagiert, der zur genauen Messung jedes Massenpeaks bei der vorhergesagten Intensität angemessen ist.
16. 16. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenbestimmungsvorrichtung die Menge der Zielverbindung der Probe schätzt, indem sie ein Maß für deren Menge bestimmt, das beruht auf der Intensität mindestens eines unkontaminierten Massenpeaks und dem entsprechenden Empfindlichkeitsfaktor an dessen Massenposition.

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17. 17« Massenspektrometrisches System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Mengenbestimmung die Menge der Zielverbindung in der Probe bestimmt, indem sie über die Maßzahlen der Menge mittelt, die an unkonterminierten Massenpeaks bestimmt wurden.
18. 18. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenspektren oder komprimierten Massenspektren einer Vielzahl von Zielverbindungen in der ersten Speichervorrichtung gespeichert sind, und wobei die Gegenwart oder Abwesenheit aller oder einer Unterauswahl der Zielverbindungen bestimmt wird, wobei die Vorrichtung zur Mengenbestimmung elektrisch mit der Vorrichtung zur Kontrolle der Meßvorrichtung verbunden ist und an diese ein Signal "Sprung zur nächsten Zielverbindung" liefert, sobald die Abschätzung für die Menge irgendeiner Zielverbindung unter einem zuvor bestimmten Wert liegt, wobei die Regelvorrichtung für dieses Signal empfindlich ist.
19. 19. Massenspektrometrisches System, gekennzeichnet durch (i) Vorrichtung zum Messen der Massenspektren von Proben; (ii) Vorrichtung zum Einführen einer Probe einer reinen Verbindung oder einer Mischung von Verbindungen in die Meßvorrichtung; (iii) Vorrichtung zur Regelung des Betriebs der Meßvorrichtung zur Messung der Intensitäten eines oder mehrerer Massenpeaks in der Probe; und (iv) Datenein- und Ausgabevorrichtung, die elektrisch an die Regelungsvorrichtung und an eine Vorrichtung zur Analyse der Massenpeaks gekoppelt sind, wobei die Analysiervorrichtung gekennzeichnet ist durch:

    (a) erste Vorrichtung zur Speicherung des Massenspektrums oder des komprimierten Massenspektrums mindestens einer Zielverbindung;

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    ~^J2~ 25213AA

    (b) zweite Vorrichtung zur Speicherung mindestens eines spektralen Anpassungskriteriums;

    (c) dritte Vorrichtung zur Speicherung eines zuvor bestimmten Empfindlichkeitsfaktors für jeden Massenpeak im Spektrum der Zielverbindung, wobei der Empfindlichkeitsfaktor die gemessene Intensität jeden Massenpeaks zur Menge der Zielverbindung in Beziehung setzt;

    (d) Vorrichtung zur Bestimmung eines Maßes für die Menge der ZielVerbindung in der Probe, beruhend auf den Intensitäten der gemessenen Massenpeaks und den entsprechenden Empfindlichkeitsfaktoren, wobei der Mas— senpeak, bei dem die geringste Menge der Zielverbindung bestimmt wurde, in der zweiten Speichereinrichtung als Referenzpeak gespeichert wird, wobei die Vorrichtung zur Mengenbestimmung elektrisch mit d er zweiten und drittenSpeichervorrichtung und mit der Meßvorrichtung verbunden ist;

    (e) Vorrichtung zur Vorhersage der Intensität eines Massenpeaks der Probe an mindestens einer weiteren Massenposition im Massenspektrum der Zielverbindung, wobei die Vorhersage auf der Intensität des Referenzpeaks und den massenspektrometrischen Daten der Zielverbindung beruhen, und wobei die Vorhersagevorrichtung mit der ersten und zweiten Speichervorrichtung elektrisch verbunden ist;

    (f) erste Vorrichtung zum Vergleich der Intensität jedes gemessenen Massenpeaks mit der dafür vorhergesagten Intensität unter Berücksichtigung einer zuvor bestimmten Toleranz, wobei die Vergleichsvorrichtung mit der Vorhersägevorrichtung und der Meßvorrichtung elektrisch verbunden ist, und wobei ein Massenpeak als kontaminiert angesehen wird, wenn seine gemessene Intensität die vorhergesagte Intensität um mehr als

    6ü 98 1 1 /0830

    die Toleranz überschreitet, und als unkontaminiert, wenn seine gemessene Intensität mit der vorherge— sagten Intensität innerhalb der Toleranz übereinstimmt;

    (g) Vorrichtung zur Bestimmung eines probabilistischen Maßes für die Wahrscheinlichkeit der Gegenwart der Zielverbindung, beruhend auf den gemessenen unkont a'tninierten Massenpeaks, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung eines probabilistischen Maßes elektrisch mit der ersten Vergleichsvorrichtung verbunden ist; und

    (h) zweite Vorrichtung zum Vergleich des probabilistischen Maßes mit den Spektrenanpassungskriterien, wobei die zweite Vergleichsvorrichtung elektrisch mit der Vorrichtung zur Bestimmung eines Wahrscheinlichkeitsmaßes und der zweiten Speichervorrichtung verbunden ist,

    wodurch die ZielverÜndung als in der Probe vorhanden oder nicht vorhanden identifiziert wird in Übereinstimmung mit dem spektrden Anpassungskriterium.
20. 20. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für das Wahrscheinlichkeitsmaß enthält: (i) vierte Vorrichtung zum Speichern eines Eindeutigkeitsfaktors für jeden Massenpeak im Massenspektrum der Zielverbindung, wobei der Eindeutigkeitsfaktor ein Maß ist für die Anzahl der Massenspektren, die zufällig aus einer Vielfalt von interessierenden Verbindungen herausgegriffen werden müßten, um ein Massenspektrum mit dem betreffenden Massenpeak zu finden; und (ii) Vorrichtung zur Berechnung eines Vertrauensindex, die elektrisch mit der vierten Speichervorrichtung und der ersten Vergleichsvorrichtung verbunden ist, und für jeden unkont-^a minierten gemessenen Massenpeak den entsprechenden Eindeutigkeitsfaktor berechnet und die Eindeutigkeitsfaktoren zur Bestimmung des Vertrauensindex bearbeitet, wodurch die Zielverbindung als

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    in der Probe vorhanden identifiziert wird, wenn der Vertrauensindex größer ist als ein zuvor dafür festgelegter Wert.
21. 21. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsvorrichtung die Eindeutigkeitsfaktoren der unkonterminierten gemessenen Massenpeaks zur Bestimmung des Vertrauensindex addiert.
22. 22. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsvorrichtung den für jeden unkonterminierten gemessenen Massenpeak gefundenen Eindeutigkeitsfaktor um einen Toleranzfaktor vergrößert, der die Toleranz angibt, innerhalb derer die relative Intensität des gemessenen Massenpeaks sich der relativen Intensität des entsprechenden Massenpeaks im Spektrum der Zielverbindung anpaßt.
23. 23. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsvorrichtung den für jeden unkonterminierten Peak gemessenen Eindeutigkeitsfaktor um einen Verdünnungsfaktor verringert, der ein Maß ist für die Menge der Zielverbindung in der Probe, wobei die Berechnungsvorrichtung elektrisch mit der Mengenbestimmungsvorrichtung verbunden ist.
24. 24. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenspektren einer Vielfalt von Zielverbindungen, oder deren komprimierte Massenspektren, in der ersten Speichervorrichtung gespeichert werden, und worin die Gegenwart oder Abwesenheit aller oder einer Unterauswahl der Zielverbindungen bestimmt wird, wobei die Berechnungsvorrichtung elektrisch mit der Vorrichtung zur Regelung der Meßvorrichtung verbunden ist und an diese ein Signal "Sprung zur nächsten Zielverbindung" gibt, sobald der Vertrauensindex größer als ein zuvor dafür festgesetzter Wert ist, und wobei die Kontrollvorrichtung auf dieses Signal anspricht.

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    252134A
25. 25. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenwart oder Abwesenheit einer Ziel verbindung von der AnpassungsvorriLchtung durch eine Vielzahl von Anpassungszyklen bestätigt wird.
26. 26. Massenspektrometrisches System, gekennzeichnet durch (i) Vorrichtung zum Messen der Massenspektren von Proben; (ii) Vorrichtung zum Einführen einer Probe einer reinen Verbindung oder einer Mischung von Verbindungen in die Meßvorrichtung; (iii) Vorrichtung zur Regelung des Betriebs der Meßvorrichtung zur Messung der Intensität eines oder mehrerer Massenpeaks in der Probe; und (iv) Daten-Ein- und Ausgabevorrichtungen, die elektrisch an die Regelungsvorrichtung und an eine Vorrichtung zur Analyse der Massenpeaks gekoppelt sind, wobei die Analysiervorrichtung gekennzeichnet ist durch: (a) erste Vorrichtung zur Speicherung des Massenspektrums oder des komprimierten Massenspektrums mindestens einer Zielverbindung; (b) Vorrichtung zum Speichern eines Eindeutigkeitsfaktors für jeden Massenpeak im Massen— spektrum der zielverbindung, wobei der Eindeutigkeitsfaktor ein Maß ist für die Anzahl der Massenspektren, die zufällig aus einer Vielfalt von interessierenden Verbindungen herausgegriffen werden müßten, um ein Massenspektrum mit den betreffenden Massenpeaks zu finden; (c) Vorrichtung, die jeden gemessenen Massenpeak mit einem entsprechenden Eindeutigkeitsfaktor korreliert, wobei diese Korreliervorrichtung elektrisch mit der Meßvorrichtung und der zweiten Speichervorrichtung verbunden ist, und die Korrelation einem Betreiber angezeigt wird; (d) dritte Vorrichtung zur Speicherung mindestens eines spektralen Anpassungskriteriums; und (e) Vorrichtung zur Anpassung der gemessenen Massenpeaks an entsprechende Massenpeaks des gespeicherten Spektrums der Zielverbindung gemäß dem spektralen Anpassungskriterium, wobei die Anpassungsvorrichtung elektrisch mit der ersten und dritten Speichervorrichtung und der Meßvorrichtung verbunden ist, wobei (i) eine reine Probe der

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    durch die Probeeingabevorrichtung in die Meßvorrichtung eingeführt wird, die Eindeutigkeitsfaktoren für jeden gemessenen Massenpeak der Zielverbindung angezeigt werden, und der Betreiber Massenpeaks aufgrund mindestens eines Massenpeakauswahlkriteriums auswählt und dieselben in der ersten Speichervorrichtung und der Regelungsvorrichtung speichert, und (ii) eine anschließende Probe einer unbekannten Verbindung in die Meßvorrichtung eingeführt wird und die Zielverbindung als vorhanden oder nicht vorhanden in der unbekannten Probe identifiziert wird gemäß dem spektralen Anpassungskriterium.
27. 27. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 26, daß zudem aufweist:

    (i) eine vierte Vorrichtung zum Speichern mindestens eines Massenpeakauswahlkriteriums;

    (ii) eine Vorrichtung zum Vergleich jedes dieser Eindeutigkeitsfaktoren mit dem Massenpeakauswahl— kriterium, wobei die Vergleichsvorrichtung elektrisch mit der Korrelationsvorrichtung und der vierten Speichervorrichtung verbunden ist,

    wobei diese Vergleichsvorrichtung diejenigen Massenpeaks der Zielverbindung auswählt, die das Auswahlkriterium erfüllen, und diese in der ersten Speichervorrichtung speichert.
28. 28. Vorrichtung zur Identifizierung von Verbindungen, gekennzeichnet durch (i) Vorrichtung zur Messung des Verteilungsmusters einer physikalisch charakteristischen Größe einer Probenverbindung in Abhängigkeit von mindestens einem physikalischen Parameter; (ii) Vorrichtung zur Einführung einer Probe einer reinen Verbindung oder einer Mischung von Verbindungen in diese Meßvorrichtung; (iii) Vorrichtung zur Regelung des Betriebs der Meßvorrichtung,

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    dergestalt, daß die physikalische charakteristische Größe der betreffenden Verbindung bei einem oder mehreren Werten des betreffenden Parameters gemessen wird; und (iv) Vorrichtungen für Daten-Ein- und Ausgabevorrichtungen, die elektrisch verbunden sind mit der Regelvorrichtung und mit einer Vorrichtung zur Analyse der gemessenen charakteristischen Größen, wobei die Analysenvorrichtung umfaßt:

    (a) eine erste Vorrichtung zur Speicherung der bekannten charakteristischen Verteilungsmuster mindestens einer Zielverbindung, oder ein komprimiertes Verteilungsmuster davon;

    (b) eine zweite Vorrichtung zum Speichern mindestens eines Anpassungskriteriums; und

    (c) eine Vorrichtung zum Anpassen der gemessenen charakteristischen Größen an das Verteilungsmuster entsprechender charakteristischer Größen der Zielverbindung auf probabilistischer Basis, wobei der Grad der Anpassung unter Bezug auf das Anpassungskriterium festgelegt wird, und die Anpassungsvorrichtung elektrisch mit der ersten und zweiten Speichervorrichtung und der Meßvorrichtung verbunden ist,

    wodurch die Zielverbindung als in der Probe vorhanden oder aber nicht vorhanden identifiziert wird gemäß dem spektralen Anpassungskriterium.
29. 29. System nach Anspruch 28, worin die Anpas sung's vorrichtung aufweist:

    (i) eine Vorrichtung zur Bestimmung eines probabilistischen Maßes für die Wahrscheinlichkeit der Gegenwart der Zielverbindung aufgrund der gemessenen charakteristischen Größen, wobei diese Bestimmungsvorrichtung elektrisch mit der ersten Speichervorrichtung und der Meßvorrichtung verbunden ist; und

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    (ii) eine Vorrichtung zum Vergleich dieses probabilistischen Maßes mit dem spektralen Anpassungskriterium, wobei diese Vergleichsvorrichtung elektrisch mit der Bestimmungsvorrichtung und der zweiten Speichervorrichtung verbunden ist.
30. 30. Massenspektrometrisches System, gekennzeichnet durch:

    (a) Vorrichtung zum Messen des Massenspektrums einer Probenverbindung, wobei diese Meßvorrichtung eine Ionenintensität erzeugt, die jedem Massenpeak der Probe entspricht;

    (b) Vorrichtung zur Einführung einer Probenverbindung in die Meßvorrichtung, wobei die Probeeingabevorrichtung in Verbindung mit der Meßvorrichtung steht; Cc) Vorrichtung zur Regelung des Betriebs der Meßvorrichtung, dergestalt, daß diese die Intensitäten eines oder mehrerer Massenpeaks der Probe mißt, wobei die Regelungsvorrichtung elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist;

    (d) Vorrichtung zur Umwandlung dieser Ionenintensität in ein zu dieser Ionenintensität analoges elektrisches Signal, wobei die Wandlervorrichtung elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist; und

    (e) Vorrichtung zur Analyse dieses elektrischen Signale, wobei die Analysiervorrichtung umfaßt:

    (i) eine erste Vorrichtung zur Speicherung des Massenspektrums mindestens einer Zielverbindung, oder eines komprimierten Massenspektrums davon, und mindestens eines spektralen Anpassungskriteriums; und

    (ii) Vorrichtung zur Anpassung der durch die elektrischen Signale dargestellten Massenpeaks an entsprechende Massenpeaks eines gespeicherten Spektrums der Zielverbindung gemäß dem spektralen Anpassungskriterium, wobei die Anpassungsvorrichtung elektrisch

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    25213U

    mit der Speichervorrichtung und der Wandlervorrichtung verbunden ist,

    wodurch die Zielverbindung als in der Probe vorhanden oder nicht vorhanden identifiziert wird gemäß dem spektralen Anpassungskriterium.
31. 31. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollvorrichtung so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie an die Meßvorrichtung für jeden zu messenden Peak ein elektrisches Regelsignal gibt, das besteht (i) aus einer Gleichstromkomponente, die sich auf eine erste Massenposition unterhalb der zu messenden Massenposition bezieht, und aus einer Sägezahnkomponente, die sich auf eine Massenabtastung durch die Meßvorrichtung von dieser ersten Massenposition zu einer zweiten Massenposition bezieht, die oberhalb der Massenposition des zu messenden Peaks liegt.
32. 32. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß es zudem, eine Vorrichtung zur zeitweisen Speiqherung des Maximalwerts des elektrischen Signals aufweist, wobei die Vorrichtung zur zeitweisen Speicherung elektrisch mit der Wandlervorrichtung und der Analysiervorrichtung verbunden ist, und die Kontrollvorrichtung so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie vor der Messung jedes Massenpeaks der Probe an die Vorrichtung zur zeitlichen Speicherung ein Betriebsartwahlsignal gibt,auf das die Vorrichtung zur zeitweisen Speicherung dergestalt anspricht, daß sie den zuvor gespeicherten Maximalwert des elektrischen Signals entfernt.
33. 33. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Vorrichtung zur zeitweiligen Speicherung des Maximalwerts des elektrischen Signals aufweist, wobei die Vorrichtung zur zeitweiligen speicherung elektrisch mit der Wandlervorrichtung und der Analysiervorrichtung verbunden ist, und wobei die Kontrollvorrichtung

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    umfaßt:

    (i) eine Vorrichtung, die für jeden zu messenden Massenpeak ein elektrisches Regelungssignal erzeugt, das besteht aus einer Gleichstromkomponente, die sich auf eine erste Massenposition unterhalb der zu messenden Massenposition bezieht, und aus einer Sägezahnkomponente, die sich auf eine Massenabtastung durch die Meßvorrichtung von dieser ersten Massenposition zu einer zweiten Massenposition bezieht, die oberhalb der Massenposition des zu messenden Peaks liegt, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist; und

    (ii) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Betriebsartwahlsignals, die elektrisch mit der Vorrichtung zur Erzeugung des Verriegelungssignals verbunden ist, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung des Betriebsartwahlsignals so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie vor der Messung jedes Massenpeaks der Probe an die Vorrichtung zur zeitweisen Speicherung ein Betriebsartwahlsignal gibt, und die Vorrichtung zur zeitweiligen Speicherung auf das Betriebsartwahlsignal anspricht, indem sie den zuvor gespeicherten Maximalwert des elektrischen Signals daraus entfernt.
34. 34. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollvorrichtung umfaßt:

    (i) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Regelungssignals für jeden zu messenden Massenpeak, das sich auf die Massenposition des zu messenden Massenpeaks bezieht, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignäs elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist; und

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    (ii) eine Vorrichtung zur Abgleichung des elektrischen Regelungssignals dergestalt, daß für eine Verschiebung in der Beziehung zwischen dem elektrischen Regelungssignal und der Massenposition korrigiert wird, wobei die Abgleichvorrichtung elektrisch mit der Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals verbunden ist.
35. 35. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung umfaßt:

    (i) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Regelungssignals für jeden zu messenden Massenpeak, wobei die Amplitude des Regelungssignals mit der Massenposition des zu messenden Massenpeaks über einen im wesentlichen über den Massenbereich konstanten Skalenfaktor in Beziehung steht, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist; und

    (ii) eine Vorrichtung zur Nachregelung des elektrischen Regelungssignals zur Korrektur für Fehler in diesem Skalenfaktor, wobei die Nachregelungsvorrichtung elektrisch mit der Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals verbunden ist.
36. 36. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvorrichtung umfaßt:

    (i) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Regelungssignals für jeden zu messenden Massenpeak, dessen Amplitude mit der Massenposition des zu messenden Massenpeaks über einen im wesentlichen über den Massenbereich konstanten Skalenfaktor in Beziehung steht, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung des Regelingssignals elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist; und

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    (ii) eine Vorrichtung zur Nachregulierung des elektrischen Kontrollsignals zur Korrektur für Verschiebungs— und Skalenfaktorfehler in der Beziehung zwischen dem elektrischen Regelungs— signal und der Massenposition, wobei die Vorrichtung zur Nachregulierung elektrisch mit der Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals verbunden ist.
37. 37. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Nachregulierung von Verschiebung und Skalenfaktor des elektrsichen Regelungssignals elektrisch mit der Analysiervorrichtung verbunden ist, wobei die Nachregulierungsvorrichtung so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie die notwendigen Werte der Verschiebungs- und Skalenfaktorkorrekturparameter berechnet ausgehend von den tatsächlichen Werten dieses elektrischen Regelungssignals, wie sie zur Messung von Massenpeaks an einer Vielzahl bekannter Massenpositionen mindestens einer bekannten in das System eingeführten Verbindung erforderlich sind.
38. 38 . Massenspektrometrisches System nach Anspruch 30, das zusätzlich eine Vorrichtung zur zeitweiligen Speicherung des Maximalwertes des elektrischen Signals aufweist, wobei die Vorrichtung zur zeitweiligen Speicherung elektrisch mit der Wandlervorrichtung und der Analysiervorrichtung verbunden ist, und wobei die Regelungsvorrichtung umfaßt:

    (i) eine Vorrichtung, die für jeden zu messenden Massenpeak ein elektrisches Regelungssignal erzeugt, das besteht aus einer Gleichstromkomponente, die sich auf eine erste Massenposition unterhalb der zu messenden Massenposition bezieht, und aus einer Sägezahnkomponente, die sich auf eine Massenabtastung durch die Meßvorrichtung von dieser ersten Massenposition zu einer zweiten Massenposition bezieht, die oberhalb

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    -⁸³~ 252 1 3AA

    der Massenposition des zu messenden Peaks liegt, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist;

    (ii) eine Vorrichtung zur Nachregulierung des elektrischen Regelungssignals zur Korrektur für Verschiebungs- und Skalenfaktorfehler in der Beziehung zwischen dem elektrischen Regelungssignal und der Massenposition, wobei die Nachregulierungsvorrichtung elektrisch mit der Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals verbunden ist; und

    (iii) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Betriebsar twahlsignals, die elektrisch mit der Vorrichtung zur zeitweiligen Speicherung und der Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals verbunden ist, und die so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie an die Vorrichtung zur zeitweiligen Speicherung vor der Messung jeden Massenpeaks der Probe ein Betriebsartwahlsignal gibt, wobei die Vorrichtung zur zeitweiligen Speicherung auf das BetriäDSartwahlsignal anspricht, indem sie den zuvor gespeicherten Maximalwert des elektrischen Signals daraus entfernt.
39. 39. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlervorrichtung so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie eine Wahl der Verstärkung ermöglicht.
40. 40. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 39, wobei die Analysiervorrichtung so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie ein Signal zur erneuten Abtastung erzeugt und dieses an die Regelungsvorrichtung abgibt, sobald die Amplitude des elektrischen Signals zu hoch oder zu niedrig für eine genaue Messung des betreffenden Massenpeaks ist, und

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    wobei die Regelungsvorrichtung auf das Signal zur erneuten Abtastung anspricht, indem sie (i) ein Verstärkungswahlsignal vor der nächsten Messung eines Massenpeaks an die Wandlervorrichtung abgibt, und (ii) indem sie die Messung des Massenpeaks wiederholt, wobei dies Verstärkungswahlsignal mit einer zu einer genaueren Messung des Massenpeaks geeigneten Verstärkung in Beziehung steht, und die Wandlervorrichtung auf das Verstärkungswahlsignal anspricht, indem sie die Verstärkung demgemäß ändert,

    wodurch das System automatisch die für eine genaue Messung jeden Massenpeaks erforderliche Verstärkungseinstellung der Wandlervorrichtung einstellt.
41. 41. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlervorrichtung Vorrichtungen zur Filterung des elektrischen Signals einschließt, diese Filtervorrichtung eine wählbare Zeitkonstante aufweist, und wobei die Regelungsvorrichtung umfaßt:

    (i) eine Vorrichtung, die ein elektrisches Regelungssignal erzeugt, das besteht aus einer Gleichstromkomponente, die sich auf eine erste Massenposition unterhalb der zu messenden Massenposition bezieht, und aus einer Sägezahnkomponente, die sich auf eine Massenabtastung durch die Meßvorrichtung von dieser ersten Massenposition zu einer zweiten Masseposition bezieht, die oberhalb der Massenposition des zu messenden Peaks liegt, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist und wobei die Sägezahnkomponente eine wählbare Neigung aufweist;

    (ii) eine Vorrichtung zur Bestimmung des Zeitkonstanten der Filtervorrichtung und der Neigung der Sägezahnspannung, wobei diese BestimmungsvorrLchtung elektrisch

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    mit der Wandlervorrichtung und der Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals verbunden ist, und an- diese das Zeitkonstantenwahlsignal bzw. das Neigungswahlsignal übermittelt, wobei die Zeitkonstante und die Rampenneigung als eine Funktion der Verstärkung der Wandlervorrichtung ausgewählt werden, wobei die Wandlervorrichtung auf das Zeitkonstantenwahl signal anspricht und die Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals auf das Neigungswahlsignal anspricht.
42. 42. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollvorrichtung zusätzlich eine Vorrichtung zur Zeitsteuerung einer Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Messungen durch die Meßvorrichtung aufweist, wobei die Zeitsteuervorrichtung elektrisch mit der Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals und der Bestimmungsvorrichtung verbunden ist, wobei diese Verzögerung abhängt von dem Schritt in der Massenposition zwischen aufeinanderfolgenden Messungen, der Zeitkonstante der Schildervorrichtung, der Erholungszeit, die die Wandlervorrichtung nach dem Schritt in der Massenposition benötigt, und von den Änderungen in den Einstellungen von Verstärkung und Zeitkonstante der Wandlervorrichtung.
43. 43. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß:

    (i) die Wandlervorrichtung so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie eine Wahl der Verstärkung ermöglicht;

    (ii) die Analysiervorrichtung so angeordnet und beschaffen ist, daß sie ein Signal zur erneuten Abtastung erzeugt und an die Regelungsvorrichtung übermittelt, sobald die Amplitude des elektrischen Signals

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    zu hoch oder zu niedrig für eine genaue Messung des betreffenden Massenpeaks ist, wobei die Regelungsvorrichtung auf das Signal zur erneuten Abtastung anspricht, indem sie ein Verstärkungswahlsignal an die Wandlervorrichtung vor der nächsten Messung eines Massenpeaks übermittelt und indem sie die Messung des betreffenden Massenpeaks wiederholt, wobei das Verstärkungswahlsignal in Bezug steht zu einer für eine genauere Messung geeigneteren Verstärkungseinstellung der Wandlervorrichtung, und die Wandlervorrichtung auf das Verstärkungswahlsignal anspricht, indem sie demgemäß ihre Verstärkung ändert;

    (iii) die Wandlervorrichtung eine Vorrichtung zur Filterung des elektrischen Signals einschließt, wobei die Filtervorrichtung eine wählbare Zeitkonstante aufweist; und

    (iv) die Regelungsvorrichtung aufweist:

    (aa) eine Vorrichtung, die ein elektrisches Regelungssignal erzeugt, das besteht aus einer Gleichstromkomponente, die sich auf eine erste Massenposition unterhalb der zu messenden Massenposition bezieht, und aus einer Sägezahnkomponente, die sich auf eine Massenabtastung durch die Meßvorrichtung von dieser ersten Massenposition zu einer zweiten Massenposition bezieht, die oberhalb der Massenposition des zu messenden Peaks liegt, wobei die Vorrichtung zur. Erzeugung des Regelungssignals elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist, und die Sägezahnkomponente eine wählbare Neigung aufweist;

    (bb) eine Vorrichtung zur Bestimmung der Zeitkonstante der Filtereinrichtung und der Rampenneigung, wobei die Bestimmungsvorrichtung elektrisch mit der Wandlervor-

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    richtung und der Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals verbunden ist und an diese Zeitkonstantenwahl- bzw. Neigungswahlsignale übermittelt, wobei Zeitkonstante und Sägezahnneigung als eine Funktion der Verstärkung der Wandlereinrichtung gewählt werden, und die Wandlervorrichtung auf das Zeitkonstantenwahlsignal anspricht und die Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals auf das Neigungswahlsignal anspricht; und

    (cc) eine Vorrichtung zur Zeitsteuerung einer verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Messungen durch die Meßvorrichtung; wobei die Zeitsteuervorrichtung elektrisch mit der Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals und der Bestimmungsvorrichtung verbunden ist, und die Verzögerung abhängt von dem Schritt in der Massenposition zwischen aufeinanderfolgenden Messungen, von der Zeitkonstante der Filtervorrichtung, von der von der Wandlervorrichtung nach einem Schritt in der Massenposition benötigten Erholungszeit, und von den erforderlichen Änderungen in der Verstärkungs- und Zeitkonstanteneinstellung der Wandlervorrichtung.
44. 44. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 30, dadurch gekennzei chnet, daß:

    (i) die Wandlervorrichtung so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie Wahl der Verstärkung ermöglicht;

    (ii) die Analysiervorrichtung so angeordnet und beschaffen ist, daß sie ein Signal zur erneuten Abtastung erzeugt und an die Regelungsvorrichtung übermittelt, sobald die Amplitude dieses elektrischen Signals zu groß oder zu klein für eine genaue Messung des betreffenden Massenpeaks ist, wobei die Regelungsvorrichtung auf das Verstärkungswahlsignal anspricht,

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    indem sie die Verstärkung demgemäß ändert;

    (iii) eine Vorrichtung zur zeitweiligen Speicherung des Maximalwerts des elektrischen Signals, zusätzlich hierzu eingeschlossen, wobei die Vorrichtung zur zeitweiligen Speicherung elektrisch zwischen die Wandlervorrichtung und die Analysiervorrichtung geschaltet ist; und

    (iv) die Kontrollvorrichtung umfaßt:

    (aa) eine Vorrichtung, die für jeden zu messenden Massenpeak ein elektrisches Regelungssignal/erzeugt, das besteht aus einer Gleichstromkomponente, die sich auf eine erste Massenposition unterhalb der zu messenden Massenposition bezieht, und aus einer Sägezahnkomponente, die sich auf eine Massenabtastung durch die Meßvorrichtung von dieser ersten Massenposition zu einer zweiten Massenposition bezieht, die oberhalb der Massenposition des zu messenden Peaks liegt, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist; und

    (bb) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Betriebsartwahl signals, die elektrisch mit der Vorrichtung zur zeitweisen Speicherung und der Vorrichtung zur Erzeugung des Regel signals verbunden ist, und die so angeordnet und zusammengesetzt ist, daß sie vor der Messung jedes Massenpeaks der Probe an die Vorrichtung zur zeitweiligen Speicherung ein Betriebsartwahlsignal übermittelt; wobei die Vorrichtung zur zeitweiligen Speicherung auf dieses Betrfebsartwahl— signal anspricht, indem sie den zuvor gespeicherten Maximalwert des elektrischen Signals daraus entfernt.

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45. 45. Massenspektrometrisches System, gekennzeichnet durch:

    (a) eine Vorrichtung zur Messung des Massenspektrums einer Probenverbindung, wobei diese Meßvorrichtung eine jedem Massenpeak der Probe entsprechende Ionenintensität produziert;

    (b) einer Vorrichtung zur Einführung einer Probenverbindung in die Meßvorrichtung, wobei die Probeneingabevorrichtung in Verbindung mit der Meßvorrichtung steht;

    (c) einer Vorrichtung zur Regelung des Betriebs dieser Meßvorrichtung, dergestalt, daß sie die Intensitäten eines oder mehrerer Massenpeaks der Probe mißt, wobei die Regelungsvorrichtung elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist, und die Regelungsvorrichtung umfaßt:

    (i) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Regelungssignals für jeden zu messenden Massenpeak, dessen Amplitude mit der Massenposition des zu messenden Massenpeaks über einen über den Massenbereich im wesentlichen konstanten Skalenfaktor in Beziehung steht, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist; und

    (ii) eine Vorrichtung zur Nachregulierung des elektrischen Regelungssignals zur Korrektur für Verschiebungsund Skalenfaktorfehler in der Beziehung zwischen dem elektrischen Regelungssignal und der Massenposition, wobei die Vorrichtung zur Nachregulierung elektrisch mit der Vorrichtung zur Erzeugung des Regelungssignals verbunden ist;

    (d) eine Vorrichtung zur Umwandlung der lonenintensität in ein der Ionenintensität analoges elektrisches Signal,

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    wobei diese Wandlungsvorrichtung elektrisch mit der Meßvorrichtung verbunden ist; und

    (e) eine Vorrichtung zur Analyse der elektrischen Signale, die elektrisch mit der Wandlervorrichtung verbunden ist, und aufweist:

    (i) eine erste Vorrichtung zur Speicherung des Massenspektrums mindestens einer Zielverbindung oder eines kontrahierten Massenspektrums davon;

    (ii) eine zweite Vorrichtung zur speicherung mindestens eines spektralen Anpassungskriteriums; und

    (iii) eine Vorrichtung zur Anpassung der gemessenen Massenpeaks an entsprechende Massenpeaks des gespeicherten Spektrums der Zielverbindung gemäß dem spektralen Anpassungskriterium, wobei die Anpassungsvorrichtung elektrisch mit der ersten und zweiten Speichervorrichtung und der Wandlervorrichtung verbunden ist,

    wodurch die Zielverbindung als in der Probe vorhanden oder nicht vorhanden identifiziert wird gemäß dem spektralen An— passungskriterium.
46. 46. Massenspektrometrisches System nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsvorrichtung aufweist:

    (aa) eine Vorrichtung zur Bestimmung eines probabilistischen Maßes für die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens der Zielverbindung, beruhend auf den gemessenen Massenpeaks, wobei die Bestimmungsvorrichtung elektrisch mit der ersten Speichervorrichtung und der Wandlervorrichtung verbunden ist; und

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    (bb) eine Vorrichtung zum Vergleich dieses probabilistischen Maßes mit dem spektralen Anpassungskriterium, wobei die Vergleichsvorrichtung elektrisch mit der Bestimmungsvorrichtung und der zweiten Speichervorrichtung verbunden ist.

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