EP4158676A1 - Procédé et dispositif électronique de détermination d'un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d'un dispositif de spectrométrie, programme d'ordinateur et système de mesure associés - Google Patents

Procédé et dispositif électronique de détermination d'un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d'un dispositif de spectrométrie, programme d'ordinateur et système de mesure associés

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Publication number
EP4158676A1
EP4158676A1 EP21729506.2A EP21729506A EP4158676A1 EP 4158676 A1 EP4158676 A1 EP 4158676A1 EP 21729506 A EP21729506 A EP 21729506A EP 4158676 A1 EP4158676 A1 EP 4158676A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sample
curve
time
introduction
spectrometry
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21729506.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Johan Arthur Gabriel LEFEUVRE
Saïd MOUSSAOUI
Anna Luiza MENDES SIQUEIRA
Laurent Didier Pierre GROSSET
Franck DELAYENS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecole Centrale de Nantes
TotalEnergies Onetech SAS
Original Assignee
Ecole Centrale de Nantes
TotalEnergies Onetech SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ecole Centrale de Nantes, TotalEnergies Onetech SAS filed Critical Ecole Centrale de Nantes
Publication of EP4158676A1 publication Critical patent/EP4158676A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622—Ion mobility spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/86—Signal analysis
    • G01N30/8665—Signal analysis for calibrating the measuring apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/0009—Calibration of the apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
    • G01N30/72—Mass spectrometers

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a set of quantity (s) relating to at least one sample from a spectrometry device, implemented by an electronic determination device.
  • the invention also relates to a computer program comprising software instructions which, when executed by a computer, implement such a determination method.
  • the invention also relates to an electronic device for determining a set of quantity (s) relating to at least one sample from a spectrometry device; and a measuring system comprising the spectrometry device and such a determination device.
  • the invention therefore relates to the field of the analysis of samples by spectrometry.
  • Spectrometry is used in many technical fields, such as petrochemicals, pharmacy, gas phase chemistry, organic chemistry, physics, astrophysics, biology.
  • spectrometry measurement experiments require several steps that are performed manually: starting the acquisition, taking the sample, introducing the sample into the spectrometry device, and stopping the acquisition. These manual operations induce variability in the instants of data acquisition, which generates a strong disparity in the resulting spectra, even for an identical sample.
  • the aim of the invention is therefore to provide a method, and an associated electronic device, for determining a set of magnitudes relating to at least one sample from a spectrometry device, making it possible to improve the signal-to-noise ratio of the set of determined quantity (s), such as a set of spectrum (s), and to have, for the same sample, sets of determined quantity (s) as close as possible to one measure to another.
  • a set of magnitudes relating to at least one sample from a spectrometry device
  • the subject of the invention is a method for determining a set of quantity (s) relating to at least one sample from a spectrometry device, the spectrometry device comprising a source of ionization at l. 'inside which each sample is capable of being ionized, an analyzer connected at the output of the ionization source and capable of separating ions from each ionized sample, and a detector connected at the output of the separation module and capable of measuring a flow ionic over time for each sample, the method being implemented by an electronic determination device capable of being connected to the spectrometry device and comprising the following steps:
  • the method further comprising, prior to the determination step and for each sample, a step of estimating a temporal instant of introduction of the respective sample into the ionization source, from the flow curve ionic; and during the determining step, at least one quantity is determined as a further function of the estimated time of introduction.
  • the determination method according to the invention makes it possible to automatically estimate the temporal instant of introduction of the respective sample into the ionization source, without manual intervention by an operator, then to determine at least one quantity in function of the temporal instant of introduction thus estimated.
  • the temporal instant of introduction thus estimated then makes it possible to determine each quantity solely from a portion of the curve of the ionic flux of the respective sample, said portion corresponding to a time window starting at the temporal instant. estimated introduction.
  • This then allows an automatic selection of region (s) of interest in the set of determined magnitude (s), such as the set of spectrum (s).
  • this estimation of the temporal instant of introduction also makes it possible to carry out a comparison of the sets of quantity (s) determined for several samples, by temporally realigning the sets of quantity (s) with respect to each other at starting from the temporal instants of introduction estimated for the samples, the compared sets then being the readjusted sets. In other words, this allows a temporal realignment of the sets of magnitude (s) of the different samples with respect to each other, in order to improve their comparison.
  • the determination method comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the temporal instant of introduction is estimated as a function of a variation in the ionic flux, the temporal instant of introduction corresponding to a break in the slope of the curve of the ionic flux;
  • the estimation step comprises the calculation of a first function equal, for each time instant considered, to the difference between the maximum value of the ionic flux curve and an average of the values of the ionic flux curve for one or temporal instants preceding the instant considered; the calculation of a second function equal, for each time instant considered, to the difference between the value at the instant considered of the ion flux curve and said average; and the estimated introductory time instant being the time instant when the second function is, for the first time, greater than the first function multiplied by a predefined factor; the predefined factor preferably being between 0.02 and 0.1; more preferably equal to 0.04;
  • the temporal moment of introduction is estimated from a predefined crossing threshold, the temporal moment of introduction being the temporal moment when the ionic flux curve is, for the first time, greater than said crossing threshold ;
  • each quantity is determined only from a portion of the ion flux curve of the respective sample, the portion corresponding to a time window starting at the estimated time of introduction; the time window preferably having a predefined duration;
  • the steps of acquisition, estimation and determination are implemented successively for several samples, and the method further comprises a step of comparing the sets of magnitude (s) determined for the samples; and the comparison step comprises a temporal resetting of the sets of magnitude (s) with respect to each other from the temporal instants of introduction estimated for the samples, the compared sets being the reset sets.
  • the subject of the invention is also a computer program comprising software instructions which, when executed by a computer, implement a determination method, as defined above.
  • the subject of the invention is also an electronic device for determining a set of quantity (s) relating to at least one sample from a spectrometry device, the spectrometry device comprising an ionization source inside of which each sample is capable of being ionized, a separation module connected at the output of the ionization source and capable of separating ions from each ionized sample, and a detector connected at the output of the separation module and capable of measuring a flow ionic over time for each sample, the electronic determination device being able to be connected to the spectrometry device and comprising:
  • an acquisition module configured to acquire a temporal curve of the ionic flux of each sample, the curve of the ionic flux being obtained with the spectrometry device via a measurement process comprising a start of the measurement, then an introduction of each sample into the ionization source, and stopping the measurement;
  • a determination module configured to determine the set of magnitude (s) relating to each sample from the ion flux curve of the respective sample; the device further comprising an estimation module configured to estimate, from the ion flux curve, a time point of introduction of the respective sample into the ionization source; and the determination module being configured to determine at least one quantity as a further function of the estimated time of introduction.
  • the subject of the invention is also a measuring system comprising a spectrometry device and an electronic device for determining a set of magnitudes relating to at least one sample from a spectrometry device, the electronic device for measuring. determination being as defined above and connected to the spectrometry device.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a measurement system according to the invention, comprising a spectrometry device and an electronic device for determining, via the spectrometry device, a set of magnitude (s) relating to at least a sample ;
  • FIG. 2 is a schematic representation of a temporal curve of the ionic flux of a sample, acquired by the determining device of FIG. 1, and of first and second functions calculated by said device to estimate a temporal instant of introduction of the sample in an ionization source of the spectrometry device of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a flowchart of a method, according to the invention, for determining a set of quantity (s) relating to each sample, via the spectrometry device of FIG. 1, the method being implemented by the determination device of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a view of a first set of desorption spectra obtained with a process of the prior art, and of a second set of desorption spectra obtained with the process according to the invention;
  • FIG. 5 is a view of a first set of mobility spectra obtained with the method of the state of the art, and of a second set of mobility spectra obtained with the method according to the invention, the spectra of mobility of FIG. 5 corresponding to the desorption spectra of FIG. 4;
  • FIG. 6 is a view of a first two-dimensional map obtained with the method of the state of the art, and of a second two-dimensional map obtained with the method according to the invention, each two-dimensional map representing a drift time in function of a mass to charge ratio of ions from the ionized sample;
  • FIG. 7 is a view of the first ion mobility spectra obtained with the method of the prior art, and of second ion mobility spectra obtained with the method according to the invention.
  • FIG. 8 is a view of the first mass spectra obtained with the method of the state of the art, and of second mass spectra obtained with the method according to the invention, the mass spectra of FIG. 8 corresponding to the spectra of ion mobility in Figure 7.
  • a measuring system 10 comprises a spectrometry device 12.
  • the spectrometry device 12 comprises an ionization source 14 inside which each sample is able to be ionized; a separation module 16 connected at the output of the ionization source 14 and capable of separating ions from each ionized sample; and a detector 18 connected at the output of the separation module 16 and able to measure an ionic flux over time for each sample.
  • the measuring system 10 also comprises an electronic device 20 for determining a set of quantities relating to at least one sample from the spectrometry device 12, the electronic determination device 20 being connected to the spectrometry device 12.
  • the spectrometry device 12 is known per se, and makes it possible to detect and identify molecules of interest in each sample, by measuring their ionic mobility and / or their mass, and to characterize their chemical structure. Spectrometry is then based on the gas phase separation of charged molecules, namely ions, according to their ionic mobility and / or their mass / charge ratio, also noted m / z.
  • the spectrometry device 12 further comprises a chromatography module, not shown, connected upstream of the ionization source 14.
  • the chromatography module comprises for example a liquid chromatography column, also denoted LC (de l 'English Liquid Chromatograph ⁇ ), or a gas chromatography column, also denoted GC (from the English Gas Chromatograph ⁇ ), such as a gas chromatography column at atmospheric pressure, also denoted APGC (from the English Atmospheric Pressure Gas Chromatograph ⁇ ) ).
  • the ionization source 14 is able to vaporize the molecules of each sample and to ionize them.
  • the ionization source 14 can be used either in positive mode to study positive ions, or in negative mode to study negative ions.
  • the ionization source 14 is for example of the type chosen from the group consisting of: ionization with atmospheric solids analysis probe or ASAP (standing for Atmospheric Solids Analysis Probe), electronic ionization or El (standing for Electron). lonization), chemical ionization or Cl (from the English Chemical lonization), desorption-chemical ionization or DCI (from the English Desorption Chemical lonization); fast atom bombardment or FAB (Fast Atom Bombardment), metastable atom bombardment or MAB (Metastable Atom Bombardment), ion bombardment, such as SIMS (Secondary-lon Mass Spectrometr ⁇ ) , LSIMS (from the English Liquid Secondary-lon Mass Spectrometr ⁇ ); inductive plasma coupling or ICP (from English Inductively Coupled Plasma); ambient ionization, such as APCI (Atmospheric Pressure Chemical lonization), DESI (Desorption ElectroSpray lonization),
  • the separation module 16 comprises for example two cells connected in cascade, namely an ion mobility spectrometry cell and a mass spectrometry cell connected at the output of the ion mobility spectrometry cell.
  • the ion mobility spectrometry cell also known as IMS (from English Long Mobility Spectrometry)
  • IMS International Long Mobility Spectrometry
  • MS from the English Mass Spectrometry
  • MS is able to separate ions according to their mass / charge ratio, also called mass-to-charge ratio or mass-to-charge ratio.
  • the spectrometry device 12 is then also called the coupled spectrometry device, also denoted IMS-MS.
  • a coupled spectrometry device is typically capable of producing two-dimensional maps of the type of those visible in FIG. 6. These two-dimensional maps are optionally shaped as mass or ion mobility spectra.
  • the separation module 16 comprises only the ion mobility spectrometry cell, and the spectrometry device 12 is then also called an ion mobility spectrometer.
  • an ion mobility spectrometer is typically able to produce spectra of the type of those visible in FIG. 5 or 7.
  • spectra of the type of those visible in FIG. 5 or 7 are likely to be obtained with the coupled spectrometry apparatus IMS-MS, or alternatively with an MS mass spectrometry cell connected in input from an IMS ion mobility spectrometry cell, then from another MS mass spectrometry, or an MS-IMS-MS setup.
  • the first MS mass spectrometry cell is not active in order to obtain spectra of the type of those visible in FIG. 5 or 7, and the spectrometry device 12 then operates in IMS-MS mode.
  • the separation module 16 comprises only the mass spectrometry cell, and the spectrometry device 12 is then also called a mass spectrometer.
  • a mass spectrometer is typically capable of producing spectra of the type of those visible in FIG. 8.
  • the separation module 16 comprises two mass spectrometry cells, namely a first mass spectrometry cell and a second mass spectrometry cell, connected in cascade, i.e. coupled to one another.
  • the spectrometry device 12 is then also called a tandem mass spectrometer, also denoted tandem MS / MS.
  • the first mass spectrometry cell is able to separate the ions
  • a collision cell making it possible to fragment the ions
  • the second mass spectrometry cell is able to separate the fragment ions.
  • the separation module 16 comprises several ion mobility spectrometry cells connected in cascade, i.e. coupled to one another.
  • the spectrometry device 12 is then also called a tandem ion mobility spectrometer, also denoted tandem IMS / IMS, in the case where the number of ion mobility spectrometry cells is equal to two.
  • the separation module 16 comprises three cells connected in cascade, namely an ion mobility spectrometry cell connected at the input of two mass spectrometry cells in tandem.
  • the spectrometry device 12 is then also called coupled spectrometry device with IMS coupling with MS / MS tandem.
  • the invention then relates in particular to the following configurations of the spectrometry device 12: IMS alone; MS alone; tandem MS / MS; tandem IMS / IMS; IMS-MS coupling; IMS coupling - MS / MS tandem.
  • the mass spectrometry cell is for example a low resolution analyzer, such as a quadrupole, a triple quadrupole, or a 3D ion trap (IT - from English Ion Trap) or linear (LIT - from English Linear) Ion Trap).
  • the mass spectrometry cell is a high resolution analyzer, capable of measuring the exact mass of the analytes, such as a magnetic sector analyzer coupled to an electric sector, a time-of-flight (TOF - based analyzer) English Time Of Fligh, an analyzer Fourier transform ion cyclotron resonance (FTICR - from the English Fourier- Transform Ion Cyclotron Resonance) and an Orbitrap.
  • the ion mobility spectrometry cell is according to any of the types of ion mobility spectrometry cell shown below.
  • a first type of ion mobility spectrometry cell is, for example, a drift time ion mobility spectrometry cell, also denoted DTI MS (from the English Drift Time Ion Mobility Spectrometer).
  • a second type of ion mobility spectrometry cell is a traveling wave ion mobility spectrometry cell, also known as TWIMS (from the English Traveling Wave Ion Mobility Spectrometer).
  • a third type of ion mobility spectrometry cell is a high field asymmetric waveform ion mobility spectrometer cell, also known as FAIMS (High Field Asymmetric waveform Ion Mobility Spectrometer).
  • a fourth type of ion mobility spectrometry cell is a trapped ion mobility spectrometry cell, also known as TIMS (from the English Trapped Ion Mobility Spectrometer).
  • a fifth type of ion mobility spectrometry cell is an open loop ion mobility spectrometry cell, also known as OLIMS (from the English Open Loop Ion Mobility Spectrometer); also called aspiration ion mobility spectrometry cell and then denoted AIMS (from English Aspiration Ion Mobility Spectrometer).
  • a sixth type of ion mobility spectrometry cell is a differential mobility analyzer, also known as DMA (standing for Differential Mobility Analyzer).
  • a seventh type ion mobility spectrometry cell is a transversely modulated ion mobility spectrometry cell, also known as TMIMS (standing for Transversal Modulation Ion Mobility Spectrometer).
  • An eighth type ion mobility spectrometry cell is a harmonic mobility spectrometry cell, also known as OMS (from the English Overtone Mobility Spectrometer).
  • the detector 18 is able to transform the ions into an electrical signal. The more ions there are, the greater the current. In addition, the detector 18 is able to amplify the signal obtained, in particular so that it can be processed more easily by the electronic determination device 20.
  • the electronic determination device 20 is configured to determine the set of quantity (s) relating to each sample via the spectrometry device 12.
  • the electronic determination device 20 comprises a module 22 for acquiring a time curve 24 of the ionic flux of each sample; a module 26 for estimating, from the curve of the ionic flux 24, a time instant T0 of introduction of the respective sample into the ionization source 14; and a determination module 28 of the set of quantities relating to each sample from the ion flux curve 24 of the respective sample.
  • the determination device 20 comprises a module 30 for comparing the sets of quantity (s) determined for several samples.
  • the electronic determination device 20 comprises an information processing unit (s) 40 formed, for example, of a memory 42 and of a processor 44 associated with the memory 42.
  • s information processing unit
  • the acquisition module 22, the estimation module 26 and the determination module 28, as well as, as an optional addition, the comparison module 30, are each produced in the form of software. , or of a software brick, which can be executed by the processor 44.
  • the memory 42 of the electronic determination device 20 is then able to store software for acquiring the time curve 24 of the ionic flux of each sample; software for estimating, from the ion flow curve 24, the time instant T0 of introduction of the respective sample into the ionization source 14; and software for determining the set of quantities relating to each sample from the ion flux curve 24 of the respective sample.
  • the memory 42 of the electronic determination device 20 is able to store software for comparing the sets of quantity (s) determined for several samples.
  • the processor 44 is then able to execute each of the software among the acquisition software, the estimation software and the determination software, as well as optionally the comparison software.
  • the acquisition module 22, the estimation module 26 and the determination module 28, as well as, as an optional addition, the comparison module 30, are each produced in the form of a programmable logic component, such as an FPGA (standing for Field Programmable Gâte Array), or in the form of a dedicated integrated circuit, such as an ASIC (standing for Application Specifies Integrated Circuit).
  • a programmable logic component such as an FPGA (standing for Field Programmable Gâte Array)
  • ASIC Application Specifies Integrated Circuit
  • the electronic determination device 20 When the electronic determination device 20 is produced in the form of one or more software, that is to say in the form of a computer program, it is also capable of being recorded on a medium, not shown, readable by computer.
  • the computer readable medium is, for example, a medium capable of storing electronic instructions and of being coupled to a bus of a computer system.
  • the readable medium is an optical disc, a magneto-optical disc, a ROM memory, a RAM memory, any type of non-volatile memory (for example EPROM, EEPROM, FLASH, NVRAM), a magnetic card or an optical card.
  • a computer program comprising software instructions is then stored on the readable medium.
  • the acquisition module 22 is configured to acquire the temporal curve 24 of the ionic flux of each sample from the spectrometry device 12.
  • the ion flux curve 24 is obtained with the spectrometry device 12 via a measurement process comprising starting the measurement, then introducing each sample into the ionization source 14, and stopping the measurement.
  • the ion flux curve 24, also called the desorption profile, represents the intensity of the ion flux picked up by detector 18 over time.
  • the start of the ion flow curve 24 corresponds to the manual start of acquisition at an initial instant Ti; and the end of the ion flow curve 24, with a return to 0, corresponds to the manual stopping of the acquisition at a final instant Tf, as shown in Figure 2, where the time T is expressed in seconds.
  • the ion flow curve 24 typically comprises three zones, namely an area of interest corresponding to a time window F of duration DT and starting at the instant T0 of introduction of the sample into the ionization source 14; a zone preceding the zone of interest, that is to say to the left of said zone of interest in FIG. 2, ie to the left of window F, and representing the acquisition before the introduction of the sample in the ionization source 14; and a zone following the zone of interest, that is to say to the right of said zone of interest in FIG. 2, ie to the right of window F, and representing the end of the acquisition after ionization of the sample.
  • the ions detected in the left area preceding the area of interest result from the continuous ionization of the ambient air present in the ionization source 14, and generate disturbing chemical noise.
  • the ion flux curve 24 is for example a cumulative representation of data which are typically in the form of mass spectra, ion mobility spectra or respectively two-dimensional maps, depending on whether the separation module 16 only comprises the spectrometry cell of mass, only the ion mobility spectrometry cell, or even the coupling of ion mobility spectrometry and mass spectrometry cells.
  • Each spectrum is a one-dimensional representation, produced by producing a histogram from the multidimensional data coming from the spectrometry device 12.
  • a characteristic time is measured in the spectrometry cell or each of the spectrometry cells of the separation module 16, which gives several dimensions of the measurement, namely the desorption time, as well as ion mobility and / or the mass to charge ratio m / z.
  • the estimation module 26 is configured to estimate, from the ion flux curve 24, a time instant T0 of introduction of the respective sample into the source. of ionization 14.
  • the temporal instant of introduction T0 corresponds to the start of ionization of the sample introduced into the ionization source 14.
  • the estimation module 26 is for example configured to estimate the temporal instant of introduction T0 as a function of a variation of the ionic flux, the temporal instant of introduction T0 corresponding to a break in the slope of the curve of the ionic flux. 24. Indeed, the introduction of the sample causes a rapid increase in the flux detected, corresponding to said variation on the curve of the ionic flux 24.
  • the estimation module 26 is configured to calculate a first function / equal, for each time instant k considered, to the difference between the maximum value x max of the ion flux curve 24 and a mean m pre of the values of the ion flux curve 24 for one or more temporal instants which precede the considered temporal instant k.
  • the estimation module 26 is for example configured to calculate the first function / according to the following equation:
  • X max represents the maximum value of the ion flux curve 24, for example according to the following equation:
  • L represents the length of the window of the recent past, L corresponding for example to a duration substantially equal to 5 seconds.
  • the estimation module 26 is also configured to calculate a second function g equal, for each temporal instant k considered, to the difference between the value x (k) at the instant k considered of the ion flux curve 24 and said mean m pre of the values of the ion flux curve 24 for the time instant (s) preceding the instant k considered.
  • the estimation module 26 is for example configured to calculate the second function g according to the following equation:
  • g (k) x (k) - m pre (k), k AND where g represents the second function; x (k) is the value of the ionic flux curve 24 at the time instant k; m pre represents the average of the values of the ion flux curve 24 for one or more temporal instants preceding the instant considered.
  • the estimation module 26 is then configured to estimate the temporal moment of introduction T0 as being the temporal moment when the second function g is, for the first time, greater than the first function / multiplied by a predefined factor a.
  • the estimation module 26 is then for example configured to estimate the introductory time instant T0 as being the first time instant k satisfying condition I according to the following equation:
  • T0 min (k) kel where / represents the first function; g represents the second function; and a represents the predefined factor.
  • the predefined factor a is preferably between 0.02 and 0.1; for example equal to 0.04.
  • the first function /, the second function g, the function x corresponding to the ion flux curve 24, the average m pre , and the product a * f of the first function / and of the predefined factor a are shown in the lower half of Figure 2, and this with a time scale which is expanded with respect to the time scale used to represent the ion flux curve 24 in the upper half of Figure 2.
  • This expanded time scale is used only for illustrative purposes, and makes it possible to represent more precisely the calculation of the introduction time instant T0.
  • the estimation module 26 is configured to estimate the temporal instant of introduction T0 from a predefined crossing threshold, the temporal instant of introduction being the temporal instant where the curve of the ionic flux 24 is, for the first time, above said crossing threshold.
  • the value of the predefined crossing threshold is for example substantially equal to 0.5 ⁇ 10 5 impacts / s.
  • the average value of the initial background noise is of the order of 2.49.10 4 impacts / s.
  • the corresponding standard deviation is worth approximately 4.48.10 3 impacts / s, and the value of the crossing threshold then represents more than 5 times this standard deviation, which is a robust value.
  • the determination module 28 is configured to determine the set of quantities relating to each sample from the ion flux curve 24 of the respective sample.
  • the determination module 28 is configured to determine at least one quantity as a further function of the introduction time instant T0 estimated by the estimation module 26.
  • the determination module 28 is for example configured to determine each quantity only from a portion of the ion flux curve 24 of the respective sample, the portion corresponding to the time window F starting at the time of introduction. Estimated T0.
  • the duration DT of the time window F is preferably predefined, such as a duration of between 2 and 10 seconds, for example substantially equal to 4 seconds.
  • the set of quantity (s) thus determined comprises for example at least one quantity from the group consisting of: a desorption profile; an ion mobility spectrum, also called a mobilogram; a two-dimensional map representing, as a function of their mass-to-charge ratio, an ion drift time in the ion mobility cell when it is coupled to the mass spectrometry cell; a mass spectrum; constant mobility; and a collision cross section.
  • the desorption profile represents an intensity, or a relative intensity, of the ionic flux as a function of the desorption time.
  • the intensity of the ionic flow is, for example, expressed as a number of impacts per second; and the relative intensity is then for example expressed as a ratio of the number of impacts per second to the total number of impacts.
  • the ion mobility spectrum represents an intensity, or a relative intensity, of the ionic flux as a function of the drift time.
  • the mass spectrum represents an intensity of the ionic flux, expressed for example in the form of a number of impacts per second, as a function of a mass to charge ratio, expressed for example in Daltons.
  • the collision cross section also denoted CCS (Collision Cross Section) corresponds to the average theoretical surface area of the ions detected as a function of the quantities measured in the ion mobility cell and by modeling the interaction with the neutral gas. who is present there.
  • the collision cross section is an intrinsic property of the molecule.
  • the collision cross section then represents the ability of an ion to undergo collisions, the effective area of the ion representing the effective area that can collide with a buffer gas molecule.
  • the set of magnitude (s) thus determined is then typically able to be displayed on a display screen via a display module, not shown, and / or to be transmitted to electronic equipment, not shown, with a view to order further action.
  • the comparison module 30 is configured to compare the sets of quantity (s) determined for several samples, the acquisition, estimation and determination then being implemented successively for these samples, respectively by the acquisition module 22, the module of estimation 26 and the determination module 28.
  • the comparison module 30 is configured to perform a time adjustment of the sets of magnitude (s) with respect to each other from the time instants of introduction T0 estimated for the different samples, the sets compared then being the failed sets.
  • the time registration then consists of representing the three-dimensional data whose value along the time axis is between T0 and T0 + DT, where T0 is the estimated time of introduction and DT the width of the time window.
  • FIG. 3 showing a flowchart of the method according to the invention for determining the set of magnitudes (s) relating to each sample from spectrometry device 12.
  • the determination device 20 acquires, via its acquisition module 22, the temporal curve of the ionic flux 24 of each sample, the latter being obtained with the spectrometry device 12 via a measurement process comprising a starting the measurement, then introducing each sample into the ionization source 14, and stopping the measurement.
  • the measurement is carried out separately for each sample by the spectrometry device 12.
  • the acquisition step 100 is then carried out separately for each sample, or else in a grouped manner for the plurality of samples by acquiring them. time curves of the ionic flux 24 for all the samples at the same time.
  • the determination device 20 estimates, during a next step 110 and via its estimation module 26, the temporal instant of introduction T0 of each respective sample, from each respective ion flow curve 24.
  • the temporal instant of introduction T0 is for example estimated as a function of the variation of the ionic flux, the temporal instant of introduction T0 corresponding to a break in the slope of the curve of the flux ionic 24.
  • the introduction of the sample into the ionization source 14 in fact causes a sudden increase in the ionic flux.
  • the estimation module 26 then calculates for example the first function / and the second function g, typically using equations (1) to (4), then estimates the time instant of introduction T0 as being the temporal instant where the second function g is, for the first time, greater than the first function / multiplied by the factor a, and then typically satisfies the condition I according to equation (5), as shown in figure 2.
  • the temporal instant of introduction T0 is, as a variant, estimated from the predefined crossing threshold, the temporal instant of introduction T0 being the temporal instant at which the flow curve ionic 24 is, for the first time, greater than said crossing threshold.
  • the determination device 20 determines, during a step 120 and via its determination module 28, the set of magnitude (s) relating to each sample from the ion flux curve 24 of the respective sample.
  • the determination device 20 typically determines this set of magnitude (s) from the data coming from the spectrometry device 12 for the sample and the retention instants of which are chosen as a function of the value of the introduction time instant T0 , the retention instants chosen preferably being those starting from this temporal moment of introduction T0, and more preferably those between T0 and T0 + DT, where T0 is the estimated temporal instant of introduction and AT the width of the time window.
  • this temporal moment of introduction T0 is estimated from the curve of the ionic flux 24 of the sample, such as its desorption profile.
  • at least one quantity is determined as a function, in addition, of the estimated temporal instant of introduction T0.
  • each quantity is for example determined from data corresponding to the time window F of duration DT and starting at the estimated time of introduction T0.
  • the steps of acquisition 100, estimation 110 and determination 120 are implemented successively for these samples.
  • the determination device 20 also compares, during a following step 130 and via its comparison module 30, the sets of quantities determined for the different samples.
  • the comparison module 30 performs for example a temporal adjustment of the sets of magnitudes (s) with respect to each other from the temporal instants of introduction T0 estimated for the different samples, the compared sets then being the readjusted sets.
  • the comparison module 30 then realigns the origin of the times on the respective estimated time instants of introduction T0 which, furthermore, with the same window width, that is to say a duration DT identical time window for the different samples, makes it possible to obtain quantities, in particular two-dimensional maps, comparable between samples with a minimum of experimental variability.
  • the estimation of the time of introduction T0 makes it possible in particular to increase the signal-to-noise ratio, for example by keeping only the portion of the ion flux curve 24 corresponding to the time window F starting at the time instant. of introduction T0 estimated; and / or to improve the repeatability of measurements between acquisitions by allowing a time realignment as a function of the estimated time instants of introduction T0.
  • FIG. 4 thus illustrates a first set 200 of desorption spectra obtained with a process of the prior art, and a second set 250 of desorption spectra obtained with the process according to the invention.
  • the time T expressed in seconds is shown on the abscissa, and numbers each corresponding to a respective sample index are shown on the ordinate.
  • a first set 300 of mobility spectra is obtained with the method of the state of the art, with three curves shown, namely a first median curve 310 corresponding to the average of the mobility spectra corresponding to the samples of the first set 200 of FIG. 4, a first lower curve 320 corresponds to said mean minus the standard deviation of the spectra of said first set 200, and a first upper curve 330 corresponds to said mean plus said standard deviation.
  • a second set 350 of mobility spectra is obtained with the method according to the invention, with three curves shown, namely a second median curve 360 corresponding to the average of the spectra corresponding to the samples of the second set 250 of FIG. 4, a second lower curve 370 corresponds to said mean minus the standard deviation of the spectra of said second set 250, and a second upper curve 380 corresponds to said mean plus said standard deviation.
  • each mobility spectrum represents the intensity of the ionic flux, represented on the ordinate, as a function of a drift time, also noted dt (from the English dritt time), represented on the abscissa and expressed in milliseconds, or ms.
  • FIG. 5 then clearly illustrates the lesser experimental variability with the method according to the invention, the second curves 360, 370 and 380 thus obtained being much closer to each other than the first curves 310, 320 and 330 obtained with the method of state of the art.
  • FIG. 6 showing, on the one hand, a first two-dimensional mapping 400 obtained with the method of the state of the art, and on the other hand, a second two-dimensional mapping 450 obtained with the method according to the invention, we see the presence of a strong noise (surrounded by the ellipse shown in FIG. 6) on the first two-dimensional mapping 400 of the state of the art, while the noise is much lower on the second two-dimensional mapping 450 according to the invention.
  • Each two-dimensional map 400, 450 in FIG. 6 represents a drift time, also denoted dt, represented on the ordinate and expressed in ms, of ions coming from the ionized sample as a function of their mass-to-charge ratio, denoted m / z and shown on the x-axis.
  • FIG. 7 shows a first set 500 of two first ion mobility spectra 510, 520 obtained for two respective samples with the method of the state of the art, and a second set 550 of two second ion mobility spectra 560 , 570 obtained for these two samples with the method according to the invention.
  • the ion mobility spectra 560, 570 obtained after time adjustment are then very repeatable, unlike the ion mobility spectra 510, 520 obtained with the method of the state of the art.
  • each mobility spectrum represents the intensity of the ionic flow, represented on the ordinate, as a function of a drift time dt, represented on the abscissa and expressed in ms.
  • FIG. 8 shows a first set 600 of two first mass spectra 610, 620 obtained for two respective samples with the method of the state of the art, and a second set 650 of two second ones.
  • mass spectra 660, 670 obtained with the method according to the invention, the second mass spectra 660, 670 being closer to each other than the first mass spectra 610, 620.
  • each mass spectrum represents the intensity of the ionic flux, represented on the ordinate, as a function of a mass to charge ratio, noted m / z and represented on the abscissa.

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Abstract

Ce procédé de détermination d'un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d'un dispositif de spectrométrie, est mis en œuvre par un dispositif électronique de détermination apte à être connecté au dispositif de spectrométrie et comprend l'acquisition (100) d'une courbe temporelle du flux ionique de chaque échantillon, la courbe du flux ionique étant obtenue avec le dispositif de spectrométrie via un processus de mesure comportant un démarrage de la mesure, puis une introduction de chaque échantillon dans une source d'ionisation du dispositif de spectrométrie, et un arrêt de la mesure; et la détermination (120) de l'ensemble de grandeur(s) relatif à chaque échantillon à partir de la courbe du flux ionique de l'échantillon respectif. Le procédé comprend en outre, préalablement à ladite détermination (120) et pour chaque échantillon, l'estimation (110) d'un instant temporel d'introduction de l'échantillon respectif dans la source d'ionisation, à partir de la courbe du flux ionique; et lors de ladite détermination (120), au moins une grandeur est déterminée en fonction en outre de l'instant temporel d'introduction estimé.

Description

Procédé et dispositif électronique de détermination d’un ensemble de grandeurs) relatif à au moins un échantillon à partir d’un dispositif de spectrométrie, programme d’ordinateur et système de mesure associés
La présente invention concerne un procédé de détermination d’un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d’un dispositif de spectrométrie, mis en œuvre par un dispositif électronique de détermination.
L’invention concerne également un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un tel procédé de détermination.
L’invention concerne aussi un dispositif électronique de détermination d’un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d’un dispositif de spectrométrie ; et un système de mesure comprenant le dispositif de spectrométrie et un tel dispositif de détermination.
L’invention concerne alors le domaine de l’analyse d’échantillons par spectrométrie. La spectrométrie est utilisée dans de nombreux domaines techniques, tels que la pétrochimie, la pharmacie, la chimie en phase gazeuse, la chimie organique, la physique, l’astrophysique, la biologie.
Actuellement, les expériences de mesure par spectrométrie nécessitent plusieurs étapes qui sont réalisées de façon manuelle : démarrage de l’acquisition, prélèvement de l’échantillon, introduction de l’échantillon dans le dispositif de spectrométrie, et arrêt de l’acquisition. Ces opérations manuelles induisent une variabilité dans les instants d’acquisition des données, ce qui engendre une forte disparité des spectres qui en résultent, même à échantillon identique.
Afin d’avoir une méthode d’analyse de données permettant l’identification des produits, il est nécessaire d’obtenir des spectres avec un bon rapport signal sur bruit, et un même constituant doit avoir une empreinte la plus répétable possible afin d’être reconnu dans tous types de mélange.
Il existe des outils, tels que l’outil DriftScope™ de la société WATERS Corporation, permettant de sélectionner manuellement les données d’intérêt dans les données acquises limiter la variabilité des spectres.
Cependant, de tels outils, généralement graphiques, nécessitent une intervention manuelle sur chaque jeu de données acquises, pour obtenir des spectres exploitables. Le but de l’invention est alors de proposer un procédé, et un dispositif électronique associé, de détermination d’un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d’un dispositif de spectrométrie, permettant d’améliorer le rapport signal sur bruit de l’ensemble de grandeur(s) déterminé, tel qu’un ensemble de spectre(s), et d’avoir, pour un même échantillon, des ensembles de grandeur(s) déterminés les plus proches possibles d’une mesure à l’autre.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de détermination d’un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d’un dispositif de spectrométrie, le dispositif de spectrométrie comportant une source d’ionisation à l’intérieur de laquelle chaque échantillon est apte à être ionisé, un analyseur connecté en sortie de la source d’ionisation et apte à séparer des ions de chaque échantillon ionisé, et un détecteur connecté en sortie du module de séparation et apte à mesurer un flux ionique au cours du temps pour chaque échantillon, le procédé étant mis en œuvre par un dispositif électronique de détermination apte à être connecté au dispositif de spectrométrie et comprenant les étapes suivantes :
- l’acquisition d’une courbe temporelle du flux ionique de chaque échantillon, la courbe du flux ionique étant obtenue avec le dispositif de spectrométrie via un processus de mesure comportant un démarrage de la mesure, puis une introduction de chaque échantillon dans la source d’ionisation, et un arrêt de la mesure ;
- la détermination de l’ensemble de grandeur(s) relatif à chaque échantillon à partir de la courbe du flux ionique de l’échantillon respectif ; le procédé comprenant en outre, préalablement à l’étape de détermination et pour chaque échantillon, une étape d’estimation d’un instant temporel d’introduction de l’échantillon respectif dans la source d’ionisation, à partir de la courbe du flux ionique ; et lors de l’étape de détermination, au moins une grandeur est déterminée en fonction en outre de l’instant temporel d’introduction estimé.
Ainsi, le procédé de détermination selon l’invention permet d’estimer automatiquement l’instant temporel d’introduction de l’échantillon respectif dans la source d’ionisation, sans intervention manuelle d’un opérateur, puis de déterminer au moins une grandeur en fonction de l’instant temporel d’introduction ainsi estimé.
De préférence, l’instant temporel d’introduction ainsi estimé permet alors de déterminer chaque grandeur uniquement à partir d’une portion de la courbe du flux ionique de l’échantillon respectif, ladite portion correspondant à une fenêtre temporelle débutant en l’instant temporel d’introduction estimé. Ceci autorise alors une sélection automatique de région(s) d’intérêt dans l’ensemble de grandeur(s) déterminé, tel que l’ensemble de spectre(s). De préférence encore, cette estimation de l’instant temporel d’introduction permet également d’effectuer une comparaison des ensembles de grandeur(s) déterminés pour plusieurs échantillons, en recalant temporellement les ensembles de grandeur(s) les uns par rapport aux autres à partir des instants temporels d’introduction estimés pour les échantillons, les ensembles comparés étant alors les ensembles recalés. Autrement dit, cela autorise un réalignement temporel des ensembles de grandeur(s) des différents échantillons les uns par rapport aux autres, afin d’améliorer leur comparaison.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé de détermination comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l’instant temporel d’introduction est estimé en fonction d’une variation du flux ionique, l’instant temporel d’introduction correspondant à une rupture de pente de la courbe du flux ionique ;
- l’étape d’estimation comporte le calcul d’une première fonction égale, pour chaque instant temporel considéré, à la différence entre la valeur maximale de la courbe du flux ionique et une moyenne des valeurs de la courbe du flux ionique pour un ou des instants temporels précédant l’instant considéré ; le calcul d’une deuxième fonction égale, pour chaque instant temporel considéré, à la différence entre la valeur en l’instant considéré de la courbe du flux ionique et ladite moyenne ; et l’instant temporel d’introduction estimé étant l’instant temporel où la deuxième fonction est, pour la première fois, supérieure à la première fonction multipliée par un facteur prédéfini ; le facteur prédéfini étant de préférence compris entre 0,02 et 0,1 ; de préférence encore égal à 0,04 ;
- l’instant temporel d’introduction est estimé à partir d’un seuil de franchissement prédéfini, l’instant temporel d’introduction étant l’instant temporel où la courbe du flux ionique est, pour la première fois, supérieure audit seuil de franchissement ;
- lors de l’étape de détermination, chaque grandeur est déterminée uniquement à partir d’une portion de la courbe du flux ionique de l’échantillon respectif, la portion correspondant à une fenêtre temporelle débutant en l’instant temporel d’introduction estimé ; la fenêtre temporelle ayant de préférence une durée prédéfinie ;
- les étapes d’acquisition, d’estimation et de détermination sont mises en œuvre successivement pour plusieurs échantillons, et le procédé comprend en outre une étape de comparaison des ensembles de grandeur(s) déterminés pour les échantillons ; et - l’étape de comparaison comporte un recalage temporel des ensembles de grandeur(s) les uns par rapport aux autres à partir des instants temporels d’introduction estimés pour les échantillons, les ensembles comparés étant les ensembles recalés.
L’invention a également pour objet un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un procédé de détermination, tel que défini ci-dessus.
L’invention a aussi pour objet un dispositif électronique de détermination d’un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d’un dispositif de spectrométrie, le dispositif de spectrométrie comportant une source d’ionisation à l’intérieur de laquelle chaque échantillon est apte à être ionisé, un module de séparation connecté en sortie de la source d’ionisation et apte à séparer des ions de chaque échantillon ionisé, et un détecteur connecté en sortie du module de séparation et apte à mesurer un flux ionique au cours du temps pour chaque échantillon, le dispositif électronique de détermination étant apte à être connecté au dispositif de spectrométrie et comprenant :
- un module d’acquisition configuré pour acquérir une courbe temporelle du flux ionique de chaque échantillon, la courbe du flux ionique étant obtenue avec le dispositif de spectrométrie via un processus de mesure comportant un démarrage de la mesure, puis une introduction de chaque échantillon dans la source d’ionisation, et un arrêt de la mesure ;
- un module de détermination configuré pour déterminer l’ensemble de grandeur(s) relatif à chaque échantillon à partir de la courbe du flux ionique de l’échantillon respectif ; le dispositif comprenant en outre un module d’estimation configuré pour estimer, à partir de la courbe du flux ionique, un instant temporel d’introduction de l’échantillon respectif dans la source d’ionisation ; et le module de détermination étant configuré pour déterminer au moins une grandeur en fonction en outre de l’instant temporel d’introduction estimé.
L’invention a également pour objet un système de mesure comprenant un dispositif de spectrométrie et un dispositif électronique de détermination d’un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d’un dispositif de spectrométrie, le dispositif électronique de détermination étant tel que défini ci-dessus et connecté au dispositif de spectrométrie.
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d’un système de mesure selon l’invention, comprenant un dispositif de spectrométrie et un dispositif électronique de détermination, via le dispositif de spectrométrie, d’un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon ;
- la figure 2 est une représentation schématique d’une courbe temporelle du flux ionique d’un échantillon, acquise par le dispositif de détermination de la figure 1 , et de première et deuxième fonctions calculées par ledit dispositif pour estimer un instant temporel d’introduction de l’échantillon dans une source d’ionisation du dispositif de spectrométrie de la figure 1 ;
- la figure 3 est un organigramme d’un procédé, selon l’invention, de détermination d’un ensemble de grandeur(s) relatif à chaque échantillon, via le dispositif de spectrométrie de la figure 1 , le procédé étant mis en œuvre par le dispositif de détermination de la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue d’un premier ensemble de spectres de désorption obtenu avec un procédé de l’état de la technique, et d’un deuxième ensemble de spectres de désorption obtenu avec le procédé selon l’invention ;
- la figure 5 est une vue d’un premier ensemble de spectres de mobilité obtenu avec le procédé de l’état de la technique, et d’un deuxième ensemble de spectres de mobilité obtenu avec le procédé selon l’invention, les spectres de mobilité de la figure 5 correspondant aux spectres de désorption de la figure 4 ;
- la figure 6 est une vue d’une première cartographie bidimensionnelle obtenue avec le procédé de l’état de la technique, et d’une deuxième cartographie bidimensionnelle obtenue avec le procédé selon l’invention, chaque cartographie bidimensionnelle représentant un temps de dérive en fonction d’un rapport masse sur charge d’ions issus de l’échantillon ionisé ;
- la figure 7 est une vue de premiers spectres de mobilité ionique obtenus avec le procédé de l’état de la technique, et de deuxièmes spectres de mobilité ionique obtenus avec le procédé selon l’invention ; et
- la figure 8 est une vue de premiers spectres de masse obtenus avec le procédé de l’état de la technique, et de deuxièmes spectres de masse obtenus avec le procédé selon l’invention, les spectres de masse de la figure 8 correspondant aux spectres de mobilité ionique de la figure 7.
Dans la suite de la description, l’expression « sensiblement égal à » désigne une relation d’égalité à plus ou moins 10%, de préférence à plus ou moins 5%. Sur la figure 1 , un système de mesure 10 comprend un dispositif de spectrométrie 12. Le dispositif de spectrométrie 12 comporte une source d’ionisation 14 à l’intérieur de laquelle chaque échantillon est apte à être ionisé ; un module de séparation 16 connecté en sortie de la source d’ionisation 14 et apte à séparer des ions de chaque échantillon ionisé ; et un détecteur 18 connecté en sortie du module de séparation 16 et apte à mesurer un flux ionique au cours du temps pour chaque échantillon.
Le système de mesure 10 comprend également un dispositif électronique 20 de détermination d’un ensemble de grandeurs relatif à au moins un échantillon à partir du dispositif de spectrométrie 12, le dispositif électronique de détermination 20 étant connecté au dispositif de spectrométrie 12.
Le dispositif de spectrométrie 12 est connu en soi, et permet de détecter et d'identifier des molécules d’intérêt de chaque échantillon, par mesure de leur mobilité ionique et/ou de leur masse, et de caractériser leur structure chimique. La spectrométrie est alors basée sur la séparation en phase gazeuse de molécules chargées, à savoir d’ions, en fonction de leur mobilité ionique et/ou de leur rapport masse/charge, également noté m/z.
En complément facultatif, le dispositif de spectrométrie 12 comprend en outre un module de chromatographie, non représenté, connecté en amont de la source d’ionisation 14. Le module de chromatographie comporte par exemple une colonne de chromatographie liquide, également notée LC (de l’anglais Liquid Chromatographÿ), ou encore une colonne de chromatographie gazeuse, également notée GC (de l’anglais Gas Chromatographÿ), telle qu’une colonne de chromatographie gazeuse à pression atmosphérique, également notée APGC (de l’anglais Atmospheric Pressure Gas Chromatographÿ).
La source d’ionisation 14 est apte à vaporiser les molécules de chaque échantillon et à les ioniser. La source d'ionisation 14 est apte être utilisée soit en mode positif pour étudier les ions positifs, soit en mode négatif pour étudier les ions négatifs.
La source d’ionisation 14 est par exemple du type choisi parmi le groupe consistant en : ionisation avec sonde d'analyse de solides atmosphériques ou ASAP (de l’anglais Atmospheric Solids Analysis Probe), ionisation électronique ou El (de l’anglais Electron lonization), ionisation chimique ou Cl (de l’anglais Chemical lonization), désorption- ionisation chimique ou DCI (de l’anglais Desorption Chemical lonization) ; bombardement par atomes rapides ou FAB (de l’anglais Fast Atom Bombardment), bombardement par atomes métastables ou MAB (de l’anglais Metastable Atom Bombardment), bombardement par ions, tel que SIMS (de l’anglais Secondary-lon Mass Spectrometrÿ), LSIMS (de l’anglais Liquid Secondary-lon Mass Spectrometrÿ) ; couplage plasma inductif ou ICP (de l’anglais Inductively Coupled Plasma) ; ionisation ambiante, telle que APCI (de l’anglais Atmospheric Pressure Chemical lonization), DESI (de l’anglais Desorption ElectroSpray lonization), SESI (de l’anglais Secondary ElectroSpray lonization), LAESI (de l’anglais Laser Ablation ElectroSpray lonization) ; photo-ionisation à pression atmosphérique ou APPI (de l’anglais Atmospheric Pressure Photo lonization) ; ionisation par électronébulisation (ou électrospray) ou ESI (de l’anglais ElectroSpray lonization) ; désorption-ionisation laser ou LDI (de l’anglais Laser Desorption/lonization), désorption-ionisation laser assistée par matrice ou MALDI (de l’anglais Matrix-Assisted Laser Desorption/lonization), désorption- ionisation laser activée par une surface ou SELDI (de l’anglais Surface-Enhanced Laser Desorption/lonization), désorption-ionisation sur silicium ou DIOS (de l’anglais Desorption/lonization On Silicon) ; ionisation-désorption par interaction avec espèces métastables ou DART (de l’anglais Direct Analysis in Real Time) ; et ionisation thermique ou TIMS (de l’anglais Thermal lonization Mass Spectrometry), telle que ID-TIMS (de l’anglais Isotrope Dilution - Thermal lonization Mass Spectrometry) ou CA-TIMS (de l’anglais Chemical Abrasion - Thermal lonization Mass Spectrometry).
Le module de séparation 16 comporte par exemple deux cellules connectées en cascade, à savoir une cellule de spectrométrie de mobilité ionique et une cellule de spectrométrie de masse connectée en sortie de la cellule de spectrométrie de mobilité ionique. La cellule de spectrométrie de mobilité ionique, aussi notée IMS (de l’anglais lon- Mobility Spectrometry), est également appelée cellule de mobilité ionique, et est apte à séparer les ions en fonction de leur mobilité. La cellule de spectrométrie de masse, aussi notée MS (de l’anglais Mass Spectrometry), est apte à séparer les ions en fonction de leur rapport masse/charge, également appelé rapport masse sur charge ou ratio masse sur charge. Lorsque le module de séparation 16 comporte la cellule de spectrométrie de masse couplée à la cellule de spectrométrie de mobilité ionique, le dispositif de spectrométrie 12 est alors également appelé appareil de spectrométrie couplée, aussi noté IMS-MS. Un tel appareil de spectrométrie couplée est typiquement apte à produire des cartographies bidimensionnelles du type de celles visibles à la figure 6. Ces cartographies bidimensionnelles sont optionnellement mises en forme de spectres de masse ou de mobilité ionique.
En variante, le module de séparation 16 comporte seulement la cellule de spectrométrie de mobilité ionique, et le dispositif de spectrométrie 12 est alors également appelé spectromètre de mobilité ionique. Un tel spectromètre de mobilité ionique est typiquement apte à produire des spectres du type de ceux visibles à la figure 5 ou 7.
L’homme du métier observera également que des spectres du type de ceux visibles à la figure 5 ou 7 sont susceptibles d’être obtenus avec l’appareil de spectrométrie couplée IMS-MS, ou encore avec une cellule de spectrométrie de masse MS connectée en entrée d’une cellule de spectrométrie de mobilité ionique IMS, puis d’une autre cellule de spectrométrie de masse MS, soit une configuration MS-IMS-MS. Dans ce dernier cas, la première cellule de spectrométrie de masse MS n’est pas active pour obtenir des spectres du type de ceux visibles à la figure 5 ou 7, et le dispositif de spectrométrie 12 fonctionne alors en mode IMS-MS.
En variante encore, le module de séparation 16 comporte seulement la cellule de spectrométrie de masse, et le dispositif de spectrométrie 12 est alors également appelé spectromètre de masse. Un tel spectromètre de masse est typiquement apte à produire des spectres du type de ceux visibles à la figure 8.
En variante encore, le module de séparation 16 comporte deux cellules de spectrométrie de masse, à savoir une première cellule de spectrométrie de masse et une deuxième cellule de spectrométrie de masse, connectées en cascade, i.e. couplées entre elles. Le dispositif de spectrométrie 12 est alors également appelé spectromètre de masse en tandem, aussi noté tandem MS/MS. Selon ce complément, la première cellule de spectrométrie de masse est apte à séparer les ions, une cellule de collision permettant de fragmenter les ions, et la deuxième cellule de spectrométrie de masse est apte à séparer les ions fragments.
En variante encore, le module de séparation 16 comporte plusieurs cellules de spectrométrie de mobilité ionique connectées en cascade, i.e. couplées entre elles. Le dispositif de spectrométrie 12 est alors également appelé spectromètre de mobilité ionique en tandem, aussi noté tandem IMS/IMS, dans le cas où le nombre de cellules de spectrométrie de mobilité ionique est égal à deux.
En variante encore, le module de séparation 16 comporte trois cellules connectées en cascade, à savoir une cellule de spectrométrie de mobilité ionique connectée en entrée de deux cellules de spectrométrie de masse en tandem. Le dispositif de spectrométrie 12 est alors également appelé appareil de spectrométrie couplée avec couplage IMS avec tandem MS/MS.
L’invention concerne alors notamment les configurations suivantes du dispositif de spectrométrie 12 : IMS seul ; MS seul ; tandem MS/MS ; tandem IMS/IMS ; couplage IMS- MS ; couplage IMS - tandem MS/MS.
La cellule de spectrométrie de masse est par exemple un analyseur basse résolution, tel qu’un quadripôle, un triple quadripôle, ou un piège à ions 3D (IT - de l’anglais Ion Trap) ou linéaire (LIT - de l’anglais Linear Ion Trap). En variante, la cellule de spectrométrie de masse est un analyseur haute résolution, permettant de mesurer la masse exacte des analytes, tel qu’un analyseur à secteur magnétique couplé à un secteur électrique, un analyseur basé sur un temps de vol (TOF - de l’anglais Time Of Fligh , un analyseur à résonance cyclotronique ionique à transformée de Fourier (FTICR - de l’anglais Fourier- Transform Ion Cyclotron Résonance) et un Orbitrap.
La cellule de spectrométrie de mobilité ionique est selon l’un quelconque des types de cellule de spectrométrie de mobilité ionique présentés ci-après. Un premier type de cellule de spectrométrie de mobilité ionique est par exemple une cellule de spectrométrie de mobilité ionique à temps de dérive, également notée DTI MS (de l’anglais Drift Time Ion Mobility Spectrometer) . Un deuxième type cellule de spectrométrie de mobilité ionique est une cellule de spectrométrie de mobilité ionique à ondes progressives, également notée TWIMS (de l’anglais Travelling Wave Ion Mobility Spectrometer). Un troisième type cellule de spectrométrie de mobilité ionique est une cellule de spectrométrie de mobilité ionique à forme d'onde asymétrique à champ élevé, également notée FAIMS (de l’anglais high Field Asymmetric waveform Ion Mobility Spectrometer). Un quatrième type cellule de spectrométrie de mobilité ionique est une cellule de spectrométrie de mobilité ionique piégée, également notée TIMS (de l’anglais Trapped Ion Mobility Spectrometer). Un cinquième type cellule de spectrométrie de mobilité ionique est une cellule de spectrométrie de mobilité ionique en boucle ouverte, également notée OLIMS (de l’anglais Open Loop Ion Mobility Spectrometer) ; également appelée cellule de spectrométrie de mobilité ionique par aspiration et alors notée AIMS (de l’anglais Aspiration Ion Mobility Spectrometer). Un sixième type cellule de spectrométrie de mobilité ionique est un analyseur différentiel de mobilité, également notée DMA (de l’anglais Differential Mobility Analyser). Un septième type cellule de spectrométrie de mobilité ionique est une cellule de spectrométrie de mobilité ionique à modulation transversale, également notée TMIMS (de l’anglais Transversal Modulation Ion Mobility Spectrometer). Un huitième type cellule de spectrométrie de mobilité ionique est une cellule de spectrométrie de mobilité harmonique, également notée OMS (de l’anglais Overtone Mobility Spectrometer).
Le détecteur 18 est apte à transformer les ions en signal électrique. Plus les ions sont nombreux, plus le courant est important. En complément, le détecteur 18 est apte à amplifier le signal obtenu, notamment pour qu'il puisse être traité plus facilement par le dispositif électronique de détermination 20.
Le dispositif électronique de détermination 20 est configuré pour déterminer l’ensemble de grandeur(s) relatif à chaque échantillon via le dispositif de spectrométrie 12.
Le dispositif électronique de détermination 20 comprend un module 22 d’acquisition d’une courbe temporelle 24 du flux ionique de chaque échantillon ; un module 26 d’estimation, à partir de la courbe du flux ionique 24, d’un instant temporel T0 d’introduction de l’échantillon respectif dans la source d’ionisation 14 ; et un module 28 de détermination de l’ensemble de grandeurs relatif à chaque échantillon à partir de la courbe du flux ionique 24 de l’échantillon respectif.
En complément facultatif, le dispositif de détermination 20 comprend un module 30 de comparaison des ensembles de grandeur(s) déterminés pour plusieurs échantillons.
Dans l’exemple de la figure 1 , le dispositif électronique de détermination 20 comprend une unité de traitement d’information(s) 40 formée par exemple d’une mémoire 42 et d’un processeur 44 associé à la mémoire 42.
Dans l’exemple de la figure 1, le module d’acquisition 22, le module d’estimation 26 et le module de détermination 28, ainsi qu’en complément facultatif le module de comparaison 30, sont réalisés chacun sous forme d’un logiciel, ou d’une brique logicielle, exécutable par le processeur 44. La mémoire 42 du dispositif électronique de détermination 20 est alors apte à stocker un logiciel d’acquisition de la courbe temporelle 24 du flux ionique de chaque échantillon ; un logiciel d’estimation, à partir de la courbe du flux ionique 24, de l’instant temporel T0 d’introduction de l’échantillon respectif dans la source d’ionisation 14 ; et un logiciel de détermination de l’ensemble de grandeurs relatif à chaque échantillon à partir de la courbe du flux ionique 24 de l’échantillon respectif. En complément facultatif, la mémoire 42 du dispositif électronique de détermination 20 est apte à stocker un logiciel de comparaison des ensembles de grandeur(s) déterminés pour plusieurs échantillons. Le processeur 44 est alors apte à exécuter chacun des logiciels parmi le logiciel d’acquisition, le logiciel d’estimation et le logiciel de détermination, ainsi qu’en complément facultatif le logiciel de comparaison.
En variante non représentée, le module d’acquisition 22, le module d’estimation 26 et le module de détermination 28, ainsi qu’en complément facultatif le module de comparaison 30, sont réalisés chacun sous forme d’un composant logique programmable, tel qu’un FPGA (de l’anglais Field Programmable Gâte Array ), ou encore sous forme d’un circuit intégré dédié, tel qu’un ASIC (de l’anglais Application Spécifie Integrated Circuit).
Lorsque le dispositif électronique de détermination 20 est réalisé sous forme d’un ou plusieurs logiciels, c’est-à-dire sous forme d’un programme ordinateur, il est en outre apte à être enregistré sur un support, non représenté, lisible par ordinateur. Le support lisible par ordinateur est par exemple un médium apte à mémoriser des instructions électroniques et à être couplé à un bus d’un système informatique. A titre d’exemple, le support lisible est un disque optique, un disque magnéto-optique, une mémoire ROM, une mémoire RAM, tout type de mémoire non volatile (par exemple EPROM, EEPROM, FLASH, NVRAM), une carte magnétique ou une carte optique. Sur le support lisible est alors mémorisé un programme d’ordinateur comprenant des instructions logicielles. Le module d’acquisition 22 est configuré pour acquérir la courbe temporelle 24 du flux ionique de chaque échantillon de la part du dispositif de spectrométrie 12.
La courbe du flux ionique 24 est obtenue avec le dispositif de spectrométrie 12 via un processus de mesure comportant un démarrage de la mesure, puis une introduction de chaque échantillon dans la source d’ionisation 14, et un arrêt de la mesure.
La courbe du flux ionique 24, également appelée profil de désorption, représente l’intensité du flux ionique capté par le détecteur 18 au cours du temps. Le début de la courbe du flux ionique 24 correspond au démarrage manuel de l’acquisition en un instant initial Ti ; et la fin de la courbe du flux ionique 24, avec un retour à 0, correspond à l’arrêt manuel de l’acquisition en un instant final Tf, comme représenté sur la figure 2, où le temps T est exprimé en secondes.
La courbe du flux ionique 24 comporte typiquement trois zones, à savoir une zone d’intérêt correspondant à une fenêtre temporelle F de durée DT et débutant en l’instant T0 d’introduction de l’échantillon dans la source d’ionisation 14 ; une zone précédant la zone d’intérêt, c’est-à-dire à gauche de ladite zone d’intérêt sur la figure 2, i.e. à gauche de la fenêtre F, et représentant l’acquisition avant l’introduction de l’échantillon dans la source d’ionisation 14 ; et une zone suivant la zone d’intérêt, c’est-à-dire à droite de ladite zone d’intérêt sur la figure 2, i.e. à droite de la fenêtre F, et représentant la fin de l’acquisition après l’ionisation de l’échantillon. Les ions détectés dans la zone gauche précédant la zone d’intérêt sont issus de l’ionisation continue de l’air ambiant présent dans la source d’ionisation 14, et génèrent un bruit chimique perturbant.
La courbe de flux ionique 24 est par exemple une représentation cumulée de données qui sont typiquement sous forme de spectres de masse, de spectres de mobilité ionique ou respectivement encore de cartographies bidimensionnelles, selon que le module de séparation 16 comporte seulement la cellule de spectrométrie de masse, seulement la cellule de spectrométrie de mobilité ionique, ou encore le couplage des cellules de spectrométrie de mobilité ionique et de spectrométrie de masse.
Chaque spectre est une représentation monodimensionnelle, produite en réalisant un histogramme à partir des données multidimensionnelles issues du dispositif de spectrométrie 12.
Pour chaque ion associé à un temps de désorption, un temps caractéristique est mesuré dans la cellule de spectrométrie ou chacune des cellules de spectrométrie du module de séparation 16, ce qui donne plusieurs dimensions de la mesure, à savoir le temps de désorption, ainsi que la mobilité ionique et/ou le ratio masse sur charge m/z.
Le module d’estimation 26 est configuré pour estimer, à partir de la courbe du flux ionique 24, un instant temporel T0 d’introduction de l’échantillon respectif dans la source d’ionisation 14. L’instant temporel d’introduction T0 correspond au début de l’ionisation de l’échantillon introduit dans la source d’ionisation 14.
Le module d’estimation 26 est par exemple configuré pour estimer l’instant temporel d’introduction T0 en fonction d’une variation du flux ionique, l’instant temporel d’introduction T0 correspondant à une rupture de pente de la courbe du flux ionique 24. En effet, l’introduction de l’échantillon provoque une augmentation rapide du flux détecté, correspondant à ladite variation sur la courbe du flux ionique 24.
Dans l’exemple de la figure 2, le module d’estimation 26 est configuré pour calculer une première fonction / égale, pour chaque instant temporel k considéré, à la différence entre la valeur maximale xmax de la courbe du flux ionique 24 et une moyenne mpre des valeurs de la courbe du flux ionique 24 pour un ou des instants temporels qui précédent l’instant temporel k considéré.
Le module d’estimation 26 est par exemple configuré pour calculer la première fonction / selon l’équation suivante :
[Math 1] f (Ji) Xmax ^pre(^)' k E. T où / représente la première fonction ; k est un indice entier supérieur ou égal à 1, représentant l’instant temporel considéré et appartenant à un ensemble T des instants temporels considérés ;
Xmax représente la valeur maximale de la courbe du flux ionique 24, par exemple selon l’équation suivante :
[Math 2]
Xmax = max(x(k )) kET mpre représente la moyenne des valeurs de la courbe du flux ionique 24 pour un ou des instants temporels précédant l’instant considéré, par exemple selon l’équation suivante :
[Math 3] où x(k) est la valeur de la courbe du flux ionique 24 en l’instant temporel k, c’est-à- dire l’intensité du flux ionique 24 en cet instant temporel k ;
L représente la longueur de la fenêtre du passé récent, L correspondant par exemple à une durée sensiblement égale à 5 secondes. Dans l’exemple de la figure 2, le module d’estimation 26 est également configuré pour calculer une deuxième fonction g égale, pour chaque instant temporel k considéré, à la différence entre la valeur x(k ) en l’instant k considéré de la courbe du flux ionique 24 et ladite moyenne mpre des valeurs de la courbe du flux ionique 24 pour le ou les instants temporels précédant l’instant k considéré.
Le module d’estimation 26 est par exemple configuré pour calculer la deuxième fonction g selon l’équation suivante :
[Math 4] g(k) = x(k ) — mpre(k), k E T où g représente la deuxième fonction ; x(k ) est la valeur de la courbe du flux ionique 24 en l’instant temporel k ; mpre représente la moyenne des valeurs de la courbe du flux ionique 24 pour un ou des instants temporels précédant l’instant considéré.
Dans cet exemple de la figure 2, le module d’estimation 26 est alors configuré pour estimer l’instant temporel d’introduction T0 comme étant l’instant temporel où la deuxième fonction g est, pour la première fois, supérieure à la première fonction / multipliée par un facteur prédéfini a.
Le module d’estimation 26 est alors par exemple configuré pour estimer l’instant temporel d’introduction T0 comme étant le premier instant temporel k vérifiant la condition I selon l’équation suivante :
[Math 5]
I = { k, g(k) > a.f(k) }
T0 = min(k) kel où / représente la première fonction ; g représente la deuxième fonction ; et a représente le facteur prédéfini.
Le facteur prédéfini a est de préférence compris entre 0,02 et 0,1 ; par exemple égal à 0,04.
L’homme du métier observera que la première fonction /, la deuxième fonction g, la fonction x correspondant à la courbe du flux ionique 24, la moyenne mpre, et le produit a * f de la première fonction / et du facteur prédéfini a sont représentés en moitié inférieure de la figure 2, et ce avec une échelle temporelle qui est dilatée par rapport à l’échelle temporelle utilisée pour représenter la courbe du flux ionique 24 en moitié supérieure de la figure 2. Cette échelle temporelle dilatée est utilisée seulement à des fins d’illustration, et permet de représenter plus précisément le calcul de l’instant temporel d’introduction T0. En variante, le module d’estimation 26 est configuré pour estimer l’instant temporel d’introduction T0 à partir d’un seuil de franchissement prédéfini, l’instant temporel d’introduction étant l’instant temporel où la courbe du flux ionique 24 est, pour la première fois, supérieure audit seuil de franchissement.
Dans l’exemple de la figure 2, la valeur du seuil de franchissement prédéfini est par exemple sensiblement égale à 0,5.105 impacts/s. Dans cet exemple, la valeur moyenne du bruit de fond initial est de l’ordre de 2,49.104 impacts/s. L'écart-type correspondant vaut environ 4,48.103 impacts/s, et la valeur du seuil de franchissement représente alors plus de 5 fois cet écart-type, ce qui est une valeur robuste.
Le module de détermination 28 est configuré pour déterminer l’ensemble de grandeurs relatif à chaque échantillon à partir de la courbe du flux ionique 24 de l’échantillon respectif.
Selon l’invention, le module de détermination 28 est configuré pour déterminer au moins une grandeur en fonction en outre de l’instant temporel d’introduction T0 estimé par le module d’estimation 26.
Le module de détermination 28 est par exemple configuré pour déterminer chaque grandeur uniquement à partir d’une portion de la courbe du flux ionique 24 de l’échantillon respectif, la portion correspondant à la fenêtre temporelle F débutant en l’instant temporel d’introduction T0 estimé. La durée DT de la fenêtre temporelle F est de préférence prédéfinie, telle qu’une durée comprise entre 2 et 10 secondes, par exemple sensiblement égale à 4 secondes.
L’ensemble de grandeur(s) ainsi déterminé comporte par exemple au moins une grandeur parmi le groupe consistant en : un profil de désorption ; un spectre de mobilité ionique, également appelé mobilogramme ; une cartographie bidimensionnelle représentant, en fonction de leur rapport masse sur charge, un temps de dérive d’ions dans la cellule de mobilité ionique lorsqu’elle est couplée à la cellule de spectrométrie de masse ; un spectre de masse ; une constante de mobilité ; et une section efficace de collision.
Le profil de désorption représente une intensité, ou une intensité relative, du flux ionique en fonction du temps de désorption.
L’intensité du flux ionique est par exemple exprimée sous forme d’un nombre d’impacts par seconde ; et l’intensité relative est alors par exemple exprimée sous forme d’un ratio du nombre d’impacts par seconde par rapport au nombre total d’impacts.
Le spectre de mobilité ionique représente une intensité, ou une intensité relative, du flux ionique en fonction du temps de dérive. Le spectre de masse représente une intensité du flux ionique, exprimée par exemple sous forme d’un nombre d’impacts par seconde, en fonction d’un ratio masse sur charge, exprimé par exemple en Daltons.
La constante de mobilité ionique K d’un ion est sa capacité à se déplacer dans un environnement gazeux sous l’effet d’un champ électrique, et correspond par exemple au rapport entre la vitesse de dérive v et le champ électrique appliqué E, i.e. K = v/E.
La section efficace de collision, également notée CCS (de l’anglais Collision Cross Section), correspond à la surface théorique moyenne des ions détectés en fonctions des grandeurs mesurées dans la cellule de mobilité ionique et par modélisation de l’interaction avec le gaz neutre qui y est présent. La section efficace de collision est une propriété intrinsèque de la molécule. La section efficace de collision représente alors la capacité d’un ion à subir des collisions, la surface efficace de l’ion représentant l’aire effective qui peut entrer en collision avec une molécule de gaz tampon.
L’ensemble de grandeur(s) ainsi déterminé est alors typiquement apte à être affiché sur un écran d’affichage via un module d’affichage, non représenté, et/ou à être transmis à un équipement électronique, non représenté, en vue de commander une action ultérieure.
Le module de comparaison 30 est configuré pour comparer les ensembles de grandeur(s) déterminés pour plusieurs échantillons, les acquisition, estimation et détermination étant alors mises en œuvre successivement pour ces échantillons, respectivement par le module d’acquisition 22, le module d’estimation 26 et le module de détermination 28.
En complément facultatif, le module de comparaison 30 est configuré pour effectuer un recalage temporel des ensembles de grandeur(s) les uns par rapport aux autres à partir des instants temporels d’introduction T0 estimés pour les différents échantillons, les ensembles comparés étant alors les ensembles recalés. Le recalage temporel consiste alors à représenter les données tridimensionnelles dont la valeur suivant l’axe de temps est comprise entre T0 et T0 + DT, où T0 est l’instant temporel d’introduction estimé et DT la largeur de la fenêtre temporelle.
Le fonctionnement du système de mesure 10 selon l’invention, et en particulier du dispositif électronique de détermination 20, va être à présent décrit en regard de la figure 3 représentant un organigramme du procédé selon l’invention de détermination de l’ensemble de grandeur(s) relatif à chaque échantillon à partir du dispositif de spectrométrie 12.
Lors d’une étape initiale 100, le dispositif de détermination 20 acquiert, via son module d’acquisition 22, la courbe temporelle du flux ionique 24 de chaque échantillon, celle-ci étant obtenue avec le dispositif de spectrométrie 12 via un processus de mesure comportant un démarrage de la mesure, puis une introduction de chaque échantillon dans la source d’ionisation 14, et un arrêt de la mesure.
Lorsque plusieurs échantillons sont considérés, la mesure est effectuée séparément pour chaque échantillon par le dispositif de spectrométrie 12. L’étape d’acquisition 100 est alors effectuée séparément pour chaque échantillon, ou bien de manière groupée pour la pluralité d’échantillons en acquérant les courbes temporelles du flux ionique 24 pour tous les échantillons à la fois.
Le dispositif de détermination 20 estime, lors d’une étape suivante 110 et via son module d’estimation 26, l’instant temporel d’introduction T0 de chaque échantillon respectif, à partir de chaque courbe du flux ionique 24 respective.
Lors de l’étape d’estimation 110, l’instant temporel d’introduction T0 est par exemple estimé en fonction de la variation du flux ionique, l’instant temporel d’introduction T0 correspondant à une rupture de pente de la courbe du flux ionique 24. L’introduction de l’échantillon dans la source d’ionisation 14 provoque en effet une brusque augmentation du flux ionique.
Lors de cette étape d’estimation 110, le module d’estimation 26 calcule alors par exemple la première fonction / et la deuxième fonction g, typiquement à l’aide des équations (1) à (4), puis estime l’instant temporel d’introduction T0 comme étant l’instant temporel où la deuxième fonction g est, pour la première fois, supérieure à la première fonction / multipliée par le facteur a, et vérifie alors typiquement la condition I selon l’équation (5), comme représenté sur la figure 2.
Lors de l’étape d’estimation 110, l’instant temporel d’introduction T0 est, en variante, estimé à partir du seuil de franchissement prédéfini, l’instant temporel d’introduction T0 étant l’instant temporel où la courbe du flux ionique 24 est, pour la première fois, supérieure audit seuil de franchissement.
Le dispositif de détermination 20 détermine ensuite, lors d’une étape 120 et via son module de détermination 28, l’ensemble de grandeur(s) relatif à chaque échantillon à partir de la courbe du flux ionique 24 de l’échantillon respectif. Le dispositif de détermination 20 détermine typiquement cet ensemble de grandeur(s) à partir des données issues du dispositif de spectrométrie 12 pour l’échantillon et dont les instants de rétention sont choisis en fonction de la valeur de l’instant temporel d’introduction T0, les instants de rétention choisis étant de préférence ceux à compter de cet instant temporel d’introduction T0, et de préférence encore ceux compris entre T0 et T0 + DT, où T0 est l’instant temporel d’introduction estimé et AT la largeur de la fenêtre temporelle. Selon l’invention, cet instant temporel d’introduction T0 est estimé à partir de la courbe du flux ionique 24 de l’échantillon, telle que son profil de désorption. Lors de l’étape de détermination 120 et selon l’invention, au moins une grandeur est déterminée en fonction en outre de l’instant temporel d’introduction T0 estimé.
Lors de l’étape de détermination 120, chaque grandeur est par exemple déterminée à partir des données correspondant à la fenêtre temporelle F de durée DT et débutant en l’instant temporel d’introduction T0 estimé.
Lorsque plusieurs échantillons sont considérés, les étapes d’acquisition 100, d’estimation 110 et de détermination 120 sont mises en œuvre successivement pour ces échantillons.
Lorsque plusieurs échantillons sont considérés et en complément facultatif, le dispositif de détermination 20 compare en outre, lors d’une étape suivante 130 et via son module de comparaison 30, les ensembles de grandeurs déterminés pour les différents échantillons.
Lors de l’étape de comparaison 130 optionnelle, le module de comparaison 30 effectue par exemple un recalage temporel des ensembles de grandeur(s) les uns par rapport aux autres à partir des instants temporels d’introduction T0 estimés pour les différents échantillons, les ensembles comparés étant alors les ensembles recalés.
Autrement dit, le module de comparaison 30 effectue alors un réalignement de l’origine des temps sur les instants temporels d’introduction T0 respectifs estimés ce qui, avec en outre une même largeur de fenêtre, c’est-à-dire une durée DT identique de fenêtre temporelle pour les différents échantillons, permet d’obtenir des grandeurs, notamment des cartographies bidimensionnelles, comparables entre échantillons avec un minimum de variabilité expérimentale.
Ainsi, l’estimation de l’instant temporel d’introduction T0 permet notamment d’augmenter le rapport signal bruit, par exemple en conservant seulement la portion de la courbe du flux ionique 24 correspondant à la fenêtre temporelle F débutant en l’instant temporel d’introduction T0 estimé ; et/ou d’améliorer la répétabilité des mesures entre les acquisitions en autorisant un réalignement temporel en fonction des instants temporels d’introduction T0 estimés.
A titre d’exemple, la figure 4 illustre ainsi un premier ensemble 200 de spectres de désorption obtenu avec un procédé de l’état de la technique, et un deuxième ensemble 250 de spectres de désorption obtenu avec le procédé selon l’invention. Sur la figure 4, pour chaque ensemble 200, 250 de spectres de désorption, le temps T exprimé en secondes est représenté en abscisse, et des nombres correspondant chacun à un indice respectif d’échantillon sont représentés en ordonnée.
On observe alors distinctement le réalignement des spectres obtenu selon l’invention ce qui permet de comparer plus efficacement les différents échantillons et leurs spectres associés, alors que la comparaison est bien plus délicate avec le procédé de l’état de la technique où les spectres sont dispersés temporellement.
Sur la figure 5, un premier ensemble 300 de spectres de mobilité est obtenu avec le procédé de l’état de la technique, avec trois courbes représentées, à savoir une première courbe médiane 310 correspondant à la moyenne des spectres de mobilité correspondant aux échantillons du premier ensemble 200 de la figure 4, une première courbe inférieure 320 correspond à ladite moyenne moins l’écart-type des spectres dudit premier ensemble 200, et une première courbe supérieure 330 correspond à ladite moyenne plus ledit écart- type.
De manière analogue, un deuxième ensemble 350 de spectres de mobilité est obtenu avec le procédé selon l’invention, avec trois courbes représentées, à savoir une deuxième courbe médiane 360 correspondant à la moyenne des spectres correspondants aux échantillons du deuxième ensemble 250 de la figure 4, une deuxième courbe inférieure 370 correspond à ladite moyenne moins l’écart-type des spectres dudit deuxième ensemble 250, et une deuxième courbe supérieure 380 correspond à ladite moyenne plus ledit écart- type.
Sur la figure 5, chaque spectre de mobilité représente l’intensité du flux ionique, représentée en ordonnée, en fonction d’un temps de dérive, aussi noté dt (de l’anglais dritt time), représenté en abscisse et exprimé en millisecondes, ou ms.
La figure 5 illustre alors clairement la moindre variabilité expérimentale avec le procédé selon l’invention, les deuxièmes courbes 360, 370 et 380 ainsi obtenues étant bien plus proches les unes des autres que les premières courbes 310, 320 et 330 obtenues avec le procédé de l’état de la technique.
Sur la figure 6 montrant, d’une part, une première cartographie bidimensionnelle 400 obtenue avec le procédé de l’état de la technique, et d’autre part, une deuxième cartographie bidimensionnelle 450 obtenue avec le procédé selon l’invention, on constate la présence d’un fort bruit (entouré par l’ellipse représentée à la figure 6) sur la première cartographie bidimensionnelle 400 de l’état de la technique, alors que le bruit est bien plus faible sur la deuxième cartographie bidimensionnelle 450 selon l’invention.
Chaque cartographie bidimensionnelle 400, 450 de la figure 6 représente un temps de dérive, aussi noté dt, représenté en ordonnée et exprimé en ms, d’ions issus de l’échantillon ionisé en fonction de leur rapport masse sur charge, noté m/z et représenté en abscisse.
La meilleure répétabilité des mesures entre les acquisitions, obtenue avec le procédé selon l’invention, est également visible sur les figures 7 et 8. En effet, la figure 7 montre un premier ensemble 500 de deux premiers spectres de mobilité ionique 510, 520 obtenus pour deux échantillons respectifs avec le procédé de l’état de la technique, et un deuxième ensemble 550 de deux deuxièmes spectres de mobilité ionique 560, 570 obtenus pour ces deux échantillons avec le procédé selon l’invention. Les spectres de mobilité ionique 560, 570 obtenus après recalage temporel sont alors très répétables, à la différence des spectres de mobilité ionique 510, 520 obtenus avec le procédé de l’état de la technique.
Sur la figure 7 et de manière analogue à la figure 5, chaque spectre de mobilité représente l’intensité du flux ionique, représentée en ordonnée, en fonction d’un temps de dérive dt, représenté en abscisse et exprimé en ms.
Ce gain en répétabilité s’observe également sur la figure 8 représentant un premier ensemble 600 de deux premiers spectres de masse 610, 620 obtenus pour deux échantillons respectifs avec le procédé de l’état de la technique, et un deuxième ensemble 650 de deux deuxièmes spectres de masse 660, 670 obtenus avec le procédé selon l’invention, les deuxièmes spectres de masse 660, 670 étant plus proches les uns des autres que les premiers spectres de masse 610, 620.
Sur la figure 8, chaque spectre de masse représente l’intensité du flux ionique, représentée en ordonnée, en fonction d’un rapport masse sur charge, noté m/z et représenté en abscisse. On conçoit ainsi que le dispositif de détermination 20 selon l’invention et le procédé de détermination associé permettent d’améliorer le rapport signal sur bruit de l’ensemble de grandeur(s) déterminé, tel qu’un ensemble de spectre(s) de masse, et d’avoir, pour un même échantillon, des ensembles de grandeur(s) déterminés les plus proches possibles d’une mesure à l’autre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination d’un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d’un dispositif de spectrométrie (12), le dispositif de spectrométrie (12) comportant une source d’ionisation (14) à l’intérieur de laquelle chaque échantillon est apte à être ionisé, un analyseur (16) connecté en sortie de la source d’ionisation (14) et apte à séparer des ions de chaque échantillon ionisé, et un détecteur (18) connecté en sortie du module de séparation (16) et apte à mesurer un flux ionique au cours du temps pour chaque échantillon, le procédé étant mis en œuvre par un dispositif électronique de détermination (20) apte à être connecté au dispositif de spectrométrie (12) et comprenant les étapes suivantes :
- l’acquisition (100) d’une courbe temporelle du flux ionique (24) de chaque échantillon, la courbe du flux ionique (24) étant obtenue avec le dispositif de spectrométrie (12) via un processus de mesure comportant un démarrage de la mesure, puis une introduction de chaque échantillon dans la source d’ionisation (14), et un arrêt de la mesure ;
- la détermination (120) de l’ensemble de grandeur(s) relatif à chaque échantillon à partir de la courbe du flux ionique (24) de l’échantillon respectif ; caractérisé en ce que le procédé comprend en outre, préalablement à l’étape de détermination (120) et pour chaque échantillon, une étape (110) d’estimation d’un instant temporel (T0) d’introduction de l’échantillon respectif dans la source d’ionisation (14), à partir de la courbe du flux ionique (24) ; et lors de l’étape de détermination (120), au moins une grandeur est déterminée en fonction en outre de l’instant temporel d’introduction (T0) estimé.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’instant temporel d’introduction (T0) est estimé en fonction d’une variation du flux ionique, l’instant temporel d’introduction (T0) correspondant à une rupture de pente de la courbe du flux ionique (24).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’étape d’estimation (110) comporte le calcul d’une première fonction (f) égale, pour chaque instant temporel (k) considéré, à la différence entre la valeur maximale (xmax) de la courbe du flux ionique (24) et une moyenne (mpre(k)) des valeurs de la courbe du flux ionique (24) pour un ou des instants temporels précédant l’instant (k) considéré ; le calcul d’une deuxième fonction (g) égale, pour chaque instant temporel (k) considéré, à la différence entre la valeur (x(k)) en l’instant (k) considéré de la courbe du flux ionique (24) et ladite moyenne (mpre(k)) ; et l’instant temporel d’introduction (T0) estimé étant l’instant temporel où la deuxième fonction (g) est, pour la première fois, supérieure à la première fonction (f) multipliée par un facteur prédéfini (a) ; le facteur prédéfini (a) étant de préférence compris entre 0,02 et 0,1 ; de préférence encore égal à 0,04.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’instant temporel d’introduction (T0) est estimé à partir d’un seuil de franchissement prédéfini, l’instant temporel d’introduction (T0) étant l’instant temporel où la courbe du flux ionique (24) est, pour la première fois, supérieure audit seuil de franchissement.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lors de l’étape de détermination (120), chaque grandeur est déterminée uniquement à partir d’une portion de la courbe du flux ionique (24) de l’échantillon respectif, la portion correspondant à une fenêtre temporelle (F) débutant en l’instant temporel d’introduction (T0) estimé ; la fenêtre temporelle (F) ayant de préférence une durée (DT) prédéfinie.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les étapes d’acquisition (100), d’estimation (110) et de détermination (120) sont mises en œuvre successivement pour plusieurs échantillons, et le procédé comprend en outre une étape (130) de comparaison des ensembles de grandeur(s) déterminés pour les échantillons.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l’étape de comparaison (130) comporte un recalage temporel des ensembles de grandeur(s) les uns par rapport aux autres à partir des instants temporels d’introduction (T0) estimés pour les échantillons, les ensembles comparés étant les ensembles recalés.
8. Programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
9. Dispositif électronique (20) de détermination d’un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d’un dispositif de spectrométrie (12), le dispositif de spectrométrie (12) comportant une source d’ionisation (14) à l’intérieur de laquelle chaque échantillon est apte à être ionisé, un module de séparation (16) connecté en sortie de la source d’ionisation (14) et apte à séparer des ions de chaque échantillon ionisé, et un détecteur (18) connecté en sortie du module de séparation (16) et apte à mesurer un flux ionique au cours du temps pour chaque échantillon, le dispositif électronique de détermination (20) étant apte à être connecté au dispositif de spectrométrie (12) et comprenant :
- un module d’acquisition (22) configuré pour acquérir une courbe temporelle (24) du flux ionique de chaque échantillon, la courbe du flux ionique (24) étant obtenue avec le dispositif de spectrométrie (12) via un processus de mesure comportant un démarrage de la mesure, puis une introduction de chaque échantillon dans la source d’ionisation (14), et un arrêt de la mesure ;
- un module de détermination (28) configuré pour déterminer l’ensemble de grandeur(s) relatif à chaque échantillon à partir de la courbe du flux ionique (24) de l’échantillon respectif ; caractérisé en ce qu’il comprend en outre un module d’estimation (26) configuré pour estimer, à partir de la courbe du flux ionique (24), un instant temporel (T0) d’introduction de l’échantillon respectif dans la source d’ionisation (14) ; et en ce que le module de détermination (28) est configuré pour déterminer au moins une grandeur en fonction en outre de l’instant temporel d’introduction (T0) estimé.
10. Système de mesure (10) comprenant un dispositif de spectrométrie (12) et un dispositif électronique (20) de détermination d’un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir du dispositif de spectrométrie (12), le dispositif électronique de détermination (20) étant connecté au dispositif de spectrométrie (12), caractérisé en ce que le dispositif électronique de détermination (20) est selon la revendication 9.
EP21729506.2A 2020-05-28 2021-05-28 Procédé et dispositif électronique de détermination d'un ensemble de grandeur(s) relatif à au moins un échantillon à partir d'un dispositif de spectrométrie, programme d'ordinateur et système de mesure associés Withdrawn EP4158676A1 (fr)

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