KR20240100429A - 질량 스펙트럼 데이터 프로세싱 - Google Patents

Abstract

발명은 검출기의 카운트 레이트를 증가시키기 위하여, MCP 초점 평면 검출기의 수직(Z) 방향에 이어지는 영역 위에서 이온 빔을 주사하기 위한 편향 빔들을 포함하는, 예를 들어, 질량 분광법 디바이스를 이용하여 획득된 질량 스펙트럼 데이터를 프로세싱하기 위한 방법을 제공한다. 방법은 상이한 편향 전압들이 대응하는 이온 빔들에 인가되는 것의 결과로서, 초점 평면 검출기의 상이한 영역들 상에서 검출되는 이온 카운트들을 효율적으로 조합하도록 허용한다. 이러한 빔들이 또한, 초점 평면 검출기의 수평(X) 축을 따르는 원하지 않는 편향들을 겪지만, 본 방법은 이온 카운트들을 효율적으로 재정렬하고 이들은 정확한 질량-대-전하 비율들에 등록하도록 허용하고, 이것은 결과적인 조합된 질량 스펙트럼의 증가된 질량 분해력으로 귀착된다.

Description

질량 스펙트럼 데이터 프로세싱

발명은 하전된 입자 검출 방법(charged particle detection method)들의 분야에 관한 것이다. 특히, 발명은 그 중에서도, 2차 이온 질량 분광법(Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS)을 포함하는 질량 분광법에서 애플리케이션을 발견하는, 하전된 입자(charged particle)들을 검출하기 위한 고성능 장치를 이용하여 획득되는 질량 스펙트럼 데이터(mass spectral data)를 프로세싱하기 위한 방법에 관한 것이다.

질량 분광법(mass spectrometry)은 분자 또는 샘플을 포함하는 원소들을 결정하기 위하여 보편적으로 이용되는 분석 기법이다. 질량 분광계(mass spectrometer)는 전형적으로, 이온들의 소스(source), 질량 분리기, 및 검출기를 포함한다. 이온들의 소스는 예를 들어, 샘플 분자들의 기체, 액체, 또는 고체 상(phase)을 이온들로, 즉, 전기적 하전된 원자들 또는 분자들로 변환할 수 있는 디바이스일 수 있다. 몇몇 이온화 기법들은 본 기술분야에서 널리 공지되어 있고, 이온 소스 디바이스의 특정한 구조는 본 명세서에서 임의로 상세하게 설명되지 않을 것이다. 대안적으로, 질량 분광계에 의해 분석되어야 할 이온들은 그 기체, 액체, 또는 고체 상에서의 샘플과, 레이저, 이온, 또는 전자 빔과 같은 조사 소스(irradiation source)와의 사이의 상호작용으로부터 기인할 수 있다. 이온-방출 샘플은 그 경우에, 이온들의 소스인 것으로 간주된다.

이온 소스에서 시작하는 이온 빔은 질량 분석기(mass analyzer)를 이용하여 분석되고, 이 질량 분석기는 이온들의 질량-대-전하 비율(mass-to-charge ratio)에 따라 이온들을 분리하거나 정렬할 수 있다. 그 비율은 전형적으로, m/z으로서 표현되고, 여기서, m은 통일된 원자 질량 단위(unified atomic mass unit)들에서의 분석물의 질량이고, z는 이온에 의해 운반되는 기본 전하(elementary charge)들의 수이다. 로렌쯔의 힘 법칙(Lorentz force law) 및 비-상대론적 사례에서의 뉴턴(Newton)의 제2 운동 법칙은 공간에서의 하전된 입자들의 운동을 특징으로 한다. 그러므로, 질량 분광계들은 이온 소스로부터 나오는 이온들을 분리하기 위하여 다양한 공지된 조합들로 전기장(electrical field)들 및/또는 자기장(magnetic field)들을 채용한다. 특정 질량-대-전하 비율을 가지는 이온은 질량-분석기에서 특정 궤도(trajectory)를 따른다. 상이한 질량-대-전하 비율들의 이온들이 상이한 궤도들을 따름에 따라, 분석물의 조성(composition)은 관찰된 궤도들에 기초하여 결정될 수 있다. 파동 빔 내에 포함되는 상이한 파장들의 스펙트럼의 생성을 허용하는 광학적 분광계(optical spectrometer)에 의한 분석에 의해, 질량 분광계는 샘플 내에 포함되는 상이한 질량-대-전하 비율들의 스펙트럼을 생성하도록 허용한다.

섹터 기구(sector instrument)들은 특정 유형의 질량 분석 기구이다. 섹터 기구는 하전된 입자들의 경로 및/또는 속도에 영향을 주기 위하여 자기장, 또는 전기 및 자기장의 조합을 이용한다. 일반적으로, 이온들의 궤도들은 센서 기구를 통한 이온들의 통과에 의해 절곡되고, 이에 의해, 가볍고 느린 이온들은 더 무겁고 빠른 이온들보다 더 많이 편향된다. 자기적 섹터 기구들은 일반적으로 2개의 클래스(class)들에 속한다. 주사 섹터 기구(scanning sector instrument)들에서, 자기장은 변화되어, 단일 유형의 이온만이 구체적으로 튜닝된 자기장에서 검출가능하다. 필드 강도(field strength)들의 범위를 주사함으로써, 질량-대-전하 비율들의 범위는 순차적으로 검출될 수 있다. 비-주사 자기적 섹터 기구들에서는, 정적 자기장이 채용된다. 이온들의 범위는 병렬로 그리고 동시에 검출될 수 있다. 공지된 비-주사 자기적 섹터 기구들은 전형적으로, 마타우흐-헤르조그(Mattauch-Herzog) 유형 질량 분광계들로서 분류된다.

마타우흐-헤르조그 유형 질량 분석기는 정전 섹터(electrostatic sector, ESA)와, 그 다음으로, 자기적 섹터에 의한 이온 궤도들로 구성된다. 정전 섹터 및 자기적 섹터의 배열은 전형적으로, 자기적 섹터의 진출 평면을 따라 광범위한 질량-대-전하 비율들 m/z를 산재(disperse)시키는 것을 허용한다. 모든 이온 질량들은 (원래의 마타우흐-헤르조그 구성에서) 진출 평면에서 또는 자기적 섹터의 진출 평면으로부터 떨어져서 위치되는 초점 평면(focal plane) 상에서 포커싱된다. 대부분의 공지된 마타우흐-헤르조그 유형 질량 분광계들은 최고 질량 분해력(mass resolving power)을 위한 이중 포커싱 조건(무채색 질량 필터링(achromatic mass filtering))에서 동작할 수 있다. 수백으로부터 수천까지의 전형적인 질량 분해력이 달성된다.

이 질량 분광계 아키텍처의 하나의 관심 있는 특징들은, 이 질량 분광계 아키텍처가 초점 평면 검출기를 이상적으로 포함하는 적절한 검출 시스템을 구비한다면, 광범위한 질량 스펙트럼을 동시에 검출하기 위한 그 역량이다. 초점 평면 검출기는 짧은 취득 시간 내에, 전형적으로 1 초의 부분 내에 전체 질량 스펙트럼을 동시에 취득할 수 있다. 이러한 동시 취득 역량은 몇몇 이점들을 제공한다. 첫째, 100% 듀티 사이클의 측정이 달성될 수 있다. 이러한 이점은 더 양호한 검출 한계들, 더 짧은 취득 시간들 뿐만 아니라 측정을 위하여 필요한 더 작은 샘플 크기들로 귀착될 수 있는데, 그 이유는 모든 질량-대-전하 비율(m/z) 피크들이 동시에 수집되기 때문이다. 둘째, 전체 질량 스펙트럼을 동시에 기록하기 위한 능력은 연속적 및 펄스형 이온화 기법들의 둘 모두를 이용하도록 허용한다. 특히, 레이저 절제(laser ablation)/이온화와 같은 펄스형 이온화 기법들은 보편적으로 스펙트럼 신호에서의 급속한 변화들을 도입하고, 그러므로, 순차적인 검출 기법들은 측정들에서 오차들을 야기시킬 수 있다. 최종적으로, 완전 병렬 취득 역량은 분석 이전에 검출되어야 할 어떤 질량 범위들을 선택해야 하는 것이 아니라, 샘플의 완전한 화학적 정보의 포스트 데이터 분석 및 마이닝(mining)의 가능성을 보여준다.

질량 분광계를 위한 이상적인 초점 평면 검출기는 단일 이온을 검출하기에 충분히 민감해야 하는 반면, 최고 이온 빔 전류를 취급하기 위하여, 그 단일 픽셀의 카운트 레이트(국소적 카운트 레이트(local count rate))는 10⁸ 초당 카운트(count per second, cps) 초과이어야 한다. 실제적으로, 10⁵ 내지 10⁶ cps/mm² 초과의 국소적 카운트 레이트(local count rate)가 전형적으로 요구된다. 게다가, (검출기가 검출된 신호에 대해 선형적으로 응답하는 신호 범위에 의해 정의되는) 국소적 동적 범위는 또한, 광범위한 화학적 농도를 정확하게 측정하기 위하여 10⁵ 내지 10⁶이 되도록 요구된다.

전통적인 검출 시스템들은 전형적으로, 적어도 하나의 마이크로채널 플레이트(microchannel plate, MCP) 유닛을 포함한다. 전형적인 마이크로채널 플레이트(MCP)는 그 전형적인 직경들이 10 μm로부터 100 μm까지의 범위인 10⁴ 내지 10⁷개의 소형 전자 증배기(miniature electron multiplier)들로 구성된다. 각각의 채널은, 단일 이온, 전자, 원자, 분자, 또는 광자를 검출할 수 있는 개별적인 전자 증배기로서 작용한다. MCP는 전형적으로, 납 유리(lead glass)와 같은 높은 저항성 재료로부터 제조된다. MCP의 전방 면 및 후방 면은 약 1000 V의 전형적인 전압 차이가 전기의 소스와 같은 적절한 바이어싱 수단을 통해 인가되는 금속화된 전극들이다. 단일 에너지 입자가 채널 표면을 타격할 때, 그 에너지 입자는 인가된 전압에 의해 MCP 채널로 가속화되는 하나 이상의 2차 전자(secondary electron)들을 생성한다. 이 2차 전자들의 각각은 채널 벽을 다시 타격할 때에 2개 이상의 2차 전자들을 해제할 수 있다. 이 프로세스는 채널을 따라 캐스케이딩(cascade)된다. 그러므로, 채널을 타격하는 단일 에너지 입자는 채널을 따라 전자 방출의 캐스케이드(cascade)를 생성하여, 채널의 출력에서의 적어도 10⁴개의 전자들의 전자 클라우드(electron cloud)로 귀착된다. MCP의 후방에 배치되는 애노드(anode)는 MCP를 타격하는 각각의 단일 이벤트를 등록하기 위하여 전자 클라우드를 전자적으로 검출할 수 있다. MCP 조립체는 단일 마이크로채널 플레이트 또는 그 적층된 조립체를 포함할 수 있다.

그러나, 전통적인 MCP-기반 초점 평면 검출기들은 몇몇 제한들에 의해 번거롭게 된다. 제한된 국소적 카운트 레이트는 검출 신호가 고농도 종(high concentration species)에 대하여 포화되는 것으로 귀착된다. 전형적인 MCP는 국소적 카운트 레이트를 10³ 내지 10⁴ cps/mm²로 제한한다. 제한된 국소적 동적 범위는 종(species)의 열악한 검출가능한 농도 범위로 귀착된다. 질량 분광법은 전형적으로, 최대 10⁵ 내지 10⁶ 초과인 광범위한 동적 범위를 요구한다. 공지된 MCP 디바이스들의 전체적인 동적 범위는 전형적으로 10⁷ 초과이지만, 그것이 허용하는 국소적 동적 범위는 수백 내지 수천 배 더 작다(10³ 내지 10⁴).

전통적인 MCP-기반 기술들의 위의 2개의 제한들은, 각각의 MCP 채널이 그것이 취급할 수 있는 최대 카운트 레이트에 의해 제한되고, 그러므로, 하나의 검출기 픽셀의 최대 국소적 카운트 레이트 및 국소적 동적 범위는 픽셀 내에 수반되는 MCP 채널들의 수에 종속적이라는 사실에 주로 기인한다. 각각의 MCP 채널은 전형적으로, 2개의 검출 이벤트들 사이의 몇 밀리초(millisecond)의 데드 타임(dead time)에 의해 특징되고, 그러므로, MCP 채널이 취급할 수 있는 최대 카운트 레이트는 10² 미만의 cps로 제한된다. MCP 채널의 크기에 따라, MCP의 밀도는 전형적으로 10³으로부터 10⁴ 미만까지의 채널들/mm²이다. 다수의 이온들이 동일한 채널을 타격하는 것을 회피하기 위한 통계를 고려하면, 단일 MCP의 최대 카운트 레이트는 최대 10⁵ cps/mm² 이하로 제한된다. 제한된 카운트 레이트는 전형적으로, MCP 적층체 구성들에서 더 열악하고, 여기서, 2개 또는 3개의 MCP들은 전체적인 이득을 개선시키기 위하여 함께 병합된다. 이 경우에, 단일 입자가 첫 번째 MCP의 채널을 타격하는 것은 이 단일 입자의 검출 시에 관여되는 뒤따르는 MCP 플레이트들의 몇몇 채널들에 대한 데드 타임으로 귀착될 수 있다. 그러므로, 이러한 공지된 아키텍처에서의 달성가능한 최대 카운트 레이트는 10⁴ 내지 10⁵ cps/mm² 훨씬 미만이고, 국소적 동적 범위는 10⁴ 훨씬 미만이다(3보다 큰 최소 신호 대 잡음 비율(signal to noise ratio)을 고려함).

초점 평면 검출기의 업스트림(upstream)에 있는 하전된 입자 빔 편향 수단을 이용함으로써 이러한 전통적인 MCP-기반 초점 평면 검출기들을 개선시키는 것이 제한되었다. 자기적 섹터-기반 질량 분광계 디바이스의 시나리오에서, 질량 분석기를 진출하며, 그러므로, 이온 빔들의 개개의 질량-대-전하 비율들에 따라 축 X를 따라 산재되는 이온 빔들은 그 다음으로, 빔 편향기로 진입한다. 빔 편향기는 X에 수직인 방향 Z를 따라 전파 방향(propagation direction)을 변화시켜서, 초점 평면 검출기 상의 대응하는 스폿(spot)이 빔에 의해 조명된다. 이상적으로는, 축 X를 따르는 임의의 포지션(position)에 대하여, 적절한 순차적인 편향 전압들을 이용함으로써, 대응하는 이온 빔은 초점 평면 상의 수직 방향 Z를 따라 주사될 수 있다. MCP-기반 초점 평면 검출기는 이에 의해, Z 방향에서의 상이한 스폿들에서 연속적으로 조명되어, Z 방향을 따르는 주어진 영역(area)에 대응하는 MCP 채널들의 임의의 포화가 회피된다. 그 결과, 초점 평면 검출기의 검출된 이온 카운트 레이트는 증가된다.

그러나, 이온 빔은 Z(수직) 방향을 따라 편향될 뿐만 아니라, X(수평) 방향을 따라 추가적인 편향을 겪는 것이 관찰되었다. 그러므로, 초점 평면 검출기 상에서는, 주어진 질량-대-전하 비율에 대한 이온 카운트들이 이웃하는 질량-대-전하 비율들을 가지는 이온 빔들의 카운트들과 아마도 간섭한다. X 방향을 따르는 추가적인 편향은 Z 축을 따라 빔을 편향시키기 위하여 이용되는 편향 전압, 및 고려된 질량-대-전하 비율, 즉, X 축을 따르는 이온 빔의 포지션에 종속된다. 그 결과는 전형적으로, C-형상 또는 초승달 형상을 보이는, 초점 평면 검출기 상의 검출된 카운트들의 만곡된 풋프린트(footprint)이다. 전반적으로, 주어진 이온 빔에 대하여 Z 축을 따라는 모든 편향 단계들을 고려하면, 수평 X 방향에서의 대응하는 이온 카운트들의 확산이 이에 따라 증가된다. 그렇게 수집된 질량 스펙트럼 데이터의 전통적인 데이터 프로세싱을 이용하면, 획득된 질량 분해력은 Z 축을 따르는 편향이 이용되지 않는 시나리오들과 비교하여 심각하게 감소되지만, 여기서, 이온 카운트들은 주기적인 MCP 포화로 인해 본질적으로 제한된다.

발명의 목적은 종래 기술의 단점들 중의 적어도 일부를 극복하는 데이터 프로세싱 방법을 제시하는 것이다. 특히, 발명의 목적은 초점 평면 검출기의 2개의 차원들을 따르는 이온 카운트들을 포함하는 데이터 세트(data set)들에 기초하여, 상승된 질량 분해력으로 질량 스펙트럼 데이터를 획득하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

발명의 제1 양태에 따르면, 샘플의 질량 스펙트럼 데이터를 획득하기 위한 데이터 프로세싱 방법이 제안된다. 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

- 이온 빔들의 이온 질량-대-전하 비율들에 따라 제1 방향 X를 따라 상기 샘플의 이온들을 운반하는 이온 빔들을 산재시키고, 제1 방향 X에서 그리고 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향 Z를 따라 연장되는 초점 평면을 정의하기 위한 자기적 섹터 기구, 제2 방향 Z를 따라, 상기 자기적 섹터 기구를 진출하는 이온 빔들을 편향시키기 위한 이온 빔 편향 수단을 포함하고, 상기 초점 평면을 따라 배열되는 이온 검출 수단을 더 포함하는 질량 분광계 디바이스를 이용하여 상기 샘플을 분석함으로써 메모리 엘리먼트에서 복수의 데이터 세트들을 제공하는 단계 - 각각의 데이터 세트는 상기 제1 방향 X를 따르는 복수의 포지션들에서의 검출된 이온 카운트들을 지시함 -;

- 각각의 데이터 세트에 대하여, 메모리 엘리먼트에서 질량 분광계 디바이스의 교정 데이터(calibration data)를 제공하는 단계 - 교정 데이터는 주어진 데이터 세트 내의 초점 평면의 상기 주요 방향을 따르는 포지션들을 대응하는 이온 질량-대-전하 비율들로 연관시킴 -;

- 대응하는 교정 데이터를 이용하여 데이터 세트 내의 각각의 포지션에서의 검출된 이온 카운트들을 대응하는 이온 질량-대-전하 비율로 매핑함으로써, 데이터 프로세싱 수단을 이용하여, 상기 데이터 세트들의 각각에 대한 교정된 데이터 세트를 생성하는 단계;

- 데이터 프로세싱 수단을 이용하여, 각각의 이온 질량-대-전하 비율에 대하여, 각각의 교정된 데이터 세트의 매핑된 이온 카운트들을 조합함으로써, 상기 샘플의 누적된 질량 스펙트럼 데이터를 생성하는 단계.

바람직하게는, 복수의 데이터 세트들을 제공하는 단계는 다음을 포함할 수 있다:

- 이온 편향 수단의 편향 전압을 설정하는 단계;

- 상기 이온 빔들이 이온 검출 수단에 도달하기 전에, 상기 자기적 섹터 기구를 진출하며 제1 방향 X를 따라 산재되는 이온 빔들을 Z 방향을 따라 편향시키는 단계;

- 상기 편향 전압 및/또는 이온들이 카운팅된 이온 검출 수단의 영역과 연관되는, 데이터 세트 내의 결과적인 검출된 이온 카운트들을 수집하는 단계;

- 이온 편향 수단의 상이한 편향 전압들을 설정함으로써 2개의 이전의 단계들을 적어도 한 번 반복시키는 단계.

복수의 데이터 세트들을 제공하는 단계는 바람직하게는 다음을 포함할 수 있다:

- 빈 벌크 데이터 세트(bulk data set)를 초기화하는 단계;

- 이온 편향 수단의 편향 전압을 설정하는 단계;

- 상기 이온 빔들이 이온 검출 수단에 도달하기 전에, 상기 자기적 섹터 기구를 진출하며 제1 방향 X를 따라 이격되는 이온 빔들을 제2 방향 Z를 따라 편향시키는 단계;

- 상기 벌크 데이터 세트 내의 결과적인 검출된 이온 카운트들을 수집하는 단계;

- 이온 편향 수단의 상이한 편향 전압들을 설정함으로써 2개의 이전의 단계들을 적어도 한 번 반복시키는 단계;

- 벌크 데이터 세트를 미리 결정된 수의 데이터 세트들로 파티셔닝(partitioning)하는 단계 - 각각의 데이터 세트는 제1 방향 Z를 따라 초점 평면에 이어지는 파티션에서 검출된 모든 이온 카운트들을 포함함 -.

바람직하게는, 각각의 파티션은 초점 평면의 제2 방향 Z를 따라 미리 결정된 높이에 이어질 수 있다.

상이한 편향 전압들은 바람직하게는, 증분형 패턴(incremental pattern)을 따를 수 있어서, 그 연속적인 인가는 상기 이온 빔들이 제2 방향 Z를 따라 초점 평면을 주사하는 것으로 귀착된다.

패턴은 바람직하게는, 1 kHz로부터 5 kHz까지, 바람직하게는 1 kHz로부터 3 kHz까지의 범위인 주파수에서 반복될 수 있다.

바람직하게는, 초점 평면의 제1 방향 X를 따르는 포지션에서의 데이터 세트 내의 검출된 이온 카운트는 초점 평면의 제2 방향 Z를 따라 상기 포지션에서의 모든 검출된 이온 카운트들을 카운팅함으로써 획득될 수 있다.

교정 데이터는 바람직하게는, 질량 산재 계수(mass dispersion coefficient)들을 포함할 수 있다.

데이터 프로세싱 방법은 바람직하게는, 상기 질량 스펙트럼 데이터에서 피크들의 위치들을 식별하는 단계, 및 피크 폭들 및 그 상대적인 포지션들에 기초하여 상기 질량 스펙트럼 데이터의 질량 분해능(mass resolution)을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

발명의 추가의 양태에 따르면, 샘플의 질량 스펙트럼 데이터를 결정하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 질량 분광계 디바이스를 포함하고, 질량 분광계 디바이스는,

이온 빔들의 이온 질량-대-전하 비율들에 따라 제1 방향 X를 따라 상기 샘플의 이온들을 운반하는 이온 빔들을 산재시키고, 제1 방향 X에서 그리고 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향 Z를 따라 연장되는 초점 평면을 정의하기 위한 자기적 섹터 기구;

상기 초점 평면 상에 배열되는 검출 전방을 가지고, 적어도 하나의 마이크로채널 플레이트(MCP) 조립체의 진입 면을 포함하는 이온 검출 수단 - 진입 면은 상기 제2 방향 Z를 따라 연장되고, MCP 조립체는 그 진입 면 상에서 충돌하는 이온 빔을 수신하고, 각각의 충돌하는 하전된 입자에 대하여, 그 반대 진출 면 상에서 대응하는 증폭된 검출 신호를 생성하도록 구성됨 -,

상기 제1 방향 X를 따르는 복수의 포지션들에서의 검출된 이온 카운트들을 지시하는 적어도 하나의 데이터 세트 내의 상기 증폭된 검출 신호들을 수집하기 위하여 상기 X 및 Z 방향들을 따라 연장되는 적어도 하나의 리드-아웃 애노드(read-out anode) - 애노드는 상기 적어도 하나의 MCP 조립체의 진출 면에 대해 떨어져서 그리고 이와 평행하게 배열됨 -,

상기 진입 면의 거리에서 자기적 섹터 기구의 다운스트림에 배열되고, 제2 방향 Z를 따라 인입하는 이온 빔을 선택적으로 편향시켜서, 대응하는 하전된 입자들이 상기 제2 방향(Z)을 따라 MCP 조립체의 진입 면의 상이한 부분들에 도달하도록 구성되는 이온 빔 편향 수단을 포함하고;

여기서, 시스템은 상기 이온 빔 편향 수단을 제어하기 위한 제어 디바이스, 및 적어도 하나의 수집된 데이터 세트에 대해 발명의 양태들에 따른 방법을 실행하도록 구성되는 데이터 프로세싱 수단을 더 포함한다.

발명의 추가의 양태에 따르면, 컴퓨터 프로그램이 제공되고, 컴퓨터 프로그램은, 컴퓨터 시스템 상에서 작동될 때, 컴퓨터 시스템으로 하여금, 발명의 양태들에 따른 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 판독가능 코드 수단을 포함한다.

발명의 최종적인 양태에 따르면, 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되고, 컴퓨터 프로그램 제품은, 발명의 양태들에 따른 컴퓨터가 저장되는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함한다.

제안된 발명은 검출기의 카운트 레이트를 증가시키기 위하여, MCP 초점 평면 검출기의 수직(Z) 방향에 이어지는 영역 위에서 이온 빔을 주사하기 위한 편향 빔들을 포함하는, 예를 들어, 질량 분광법 디바이스를 이용하여 획득된 질량 스펙트럼 데이터를 프로세싱하기 위한 방법을 제공한다. 방법은 상이한 편향 전압들이 대응하는 이온 빔들에 인가되는 것의 결과로서, 초점 평면 검출기의 상이한 영역들 상에서 검출되는 이온 카운트들을 효율적으로 조합하도록 허용한다. 이러한 빔들이 또한, 초점 평면 검출기의 수평(X) 축을 따르는 원하지 않는 편향들을 겪지만, 본 방법은 이온 카운트들을 효율적으로 재정렬하고 이들은 정호가한 질량-대-전하 비율들에 등록하도록 허용하고, 이것은 결과적인 조합된 질량 스펙트럼의 증가된 질량 분해력으로 귀착된다. 그러므로, 빔 편향기를 이용하여 검출된 이온 카운트들을 증가시키는 검출 디바이스의 장점들은 획득된 질량 분해력을 희생시키지 않으면서 수확될 수 있다.

본 발명의 몇몇 실시예들은 발명의 범위를 제한하지 않는 도면들을 통해 예시되고, 여기서:
- 도 1은 발명에 따라, 방법의 바람직한 실시예의 주요 단계들을 도시하는 작업흐름이고;
- 도 2는 질량 스펙트럼 데이터 세트들을 획득하기 위한 디바이스에서 이용되는 바와 같은 검출기의 예시도이고;
- 도 3은 빔 편향 수단을 포함하는, 질량 스펙트럼 데이터 세트들을 획득하기 위한 디바이스에서 이용되는 바와 같은 검출기를 통한 횡방향 절단도이고;
- 도 4는 질량 스펙트럼 데이터 세트들을 획득하기 위한 디바이스에서 이용되는 바와 같은 제어 수단의 예시도이고;
- 도 5의 (a) 내지 (h)는 공지된 데이터 프로세싱 방법들을 이용하여 획득되는 질량 스펙트럼 데이터 세트들 및 결과들을 도시하고;
- 도 6은 발명에 따라, 방법의 바람직한 실시예의 작업흐름을 도시하고;
- 도 7a 내지 도 7f는 발명에 따라, 방법의 바람직한 실시예를 이용하여 획득되는 질량 스펙트럼 데이터 세트들 및 결과들을 도시한다.
- 도 8의 (a) 내지 (c)는 발명에 따라, 방법의 바람직한 실시예를 이용하여 획득되는 질량 스펙트럼 데이터 세트들 및 결과들을 도시하고;
- 도 9는 발명에 따라, 방법의 바람직한 실시예의 작업흐름을 도시하고;
- 도 10a 내지 도 10f는 발명에 따라, 방법의 바람직한 실시예를 이용하여 획득되는 질량 스펙트럼 데이터 세트들 및 결과들을 도시한다.

이 섹션은 발명을 설명된 실시예들로 제한하지 않으면서, 바람직한 실시예들 및 도면들에 기초하여 발명의 특징들을 더 상세하게 설명한다. 이와 다르게 기재되지 않으면, 특정 실시예의 맥락에서 설명된 특징들은 다른 설명된 실시예들의 추가적인 특징들과 조합될 수 있다.

설명을 발명을 이해하기 위하여 적절한 그 양태들에 초점을 둔다. 질량 스펙트럼 데이터를 획득하기 위한 디바이스는 또한, 그 양태들이 명시적으로 언급되지 않더라도, 예를 들어, 적절하게 치수화된 전력 공급부, 또는 그 개개의 요구된 포지션들에서 장치의 다양한 엘리먼트들을 유지하기 위한 기계적 홀더 프레임과 같은 다른 보편적으로 공지된 양태들을 포함한다는 것이 통상의 기술자에게 명확할 것이다.

도 1은 발명의 바람직한 실시예에 따라, 샘플의 질량 스펙트럼 데이터를 획득하기 위한 데이터 프로세싱 방법의 주요 단계들을 예시한다.

첫 번째 단계 01에서는, 복수의 데이터 세트들이 메모리 엘리먼트에서 제공된다. 데이터 세트들은, 이온 빔들의 이온 질량-대-전하 비율들에 따라 제1 방향 X를 따라 상기 샘플의 이온들을 운반하는 이온 빔들을 산재시키기 위한 자기적 섹터 기구를 포함하는 질량 분광계 디바이스를 이용하여 샘플을 분석함으로써 획득되었다. 자기적 섹터 기구는 그 진출 평면의 거리에서, 제1 방향 X에서 그리고 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향 Z를 따라 연장되는 초점 평면을 정의한다. 질량 분광계 디바이스는 제2 방향 Z를 따라, 상기 자기적 섹터 기구를 진출하는 이온 빔들을 편향시키기 위한 이온 빔 편향 수단을 포함하고, 상기 초점 평면을 따라 배열되는 이온 검출 수단을 더 포함한다. 메모리 엘리먼트에서 제공되는 데이터 세트들의 각각은 상기 제1 방향 X를 따르는 복수의 포지션들에서, 그러나 아마도 제2 방향 Z를 따르는 상이한 영역 슬라이스(area slice)들에서의 검출된 이온 카운트들을 지시한다.

단계 02에서는, 질량 분광계 디바이스의 교정 데이터가 메모리 엘리먼트에서 제공되고, 여기서, 교정 데이터는 주어진 데이터 세트 내의 초점 평면의 상기 주요 방향을 따르는 포지션들을 대응하는 이온 질량-대-전하 비율들로 연관시킨다. 교정 데이터는 제2 방향 Z를 따르는 영역 슬라이스에 종속될 수 있어서, 방향 X를 따르는 주어진 포지션에 대하여, Z 차원에서의 포지션 또는 다른 파라미터들에 따라 복수의 교정 데이터가 제공될 수 있다.

단계 03에서는, 교정된 데이터 세트가 상기 메모리 엘리먼트들에 대한 판독 액세스를 가지는 데이터 프로세싱 수단에 의해 생성된다. 제공된 데이터 세트들의 각각에 대하여, 데이터 세트 내의 각각의 포지션에서의 검출된 이온 카운트들은 대응하는 교정 데이터를 이용하여 대응하는 이온 질량-대-전하 비율로 매핑되거나 이와 연관된다.

단계 04에서는, 데이터 프로세싱 수단을 이용하여, 각각의 이온 질량-대-전하 비율에 대하여, 각각의 교정된 데이터 세트의 매핑된 이온 카운트들은 예를 들어, 이들을 함께 합산함으로써 조합되고, 이에 의해, 상기 샘플의 누적된 질량 스펙트럼 데이터가 생성된다.

특정 데이터 취득 셋업(setup)으로 제한되지 않으면서, 제안된 데이터 프로세싱 방법에 대한 입력으로서 이용되는 데이터 세트들은 예를 통해, 도 2 및 도 3에서 개략적으로 예시된 바와 같은 셋업을 이용하여 취득될 수 있다.

도 2는 하전된 입자 빔(10)을 예시한다. 비-제한적인 예를 통해, 빔은 질량 분광계의 자기적 필터링 섹터를 진출하는 이온 빔에 대응할 수 있다. 이온 빔은 글자 X에 의해 지시된 방향에서 질량 분광계의 초점 평면을 따라 전형적으로 연장될 하전된 입자 검출기(110)를 타격한다. 검출기의 전방(112)은 마이크로채널 플레이트(MCP) 조립체의 채널들의 진입 면들로 이루어진다. 채널들은 채널들에 진입하는 검출된 이온들을, 대응하는 진출 면(114) 상에서 생성되는 측정가능한 검출 신호로 증폭하기 위하여 이용된다. 공지된 MCP-기반 검출기들에서, 이온 빔(10)(실선 라인들)은 X 방향에 대해 수직인 방향인 Z 방향을 따라 동일한 스폿(12) 상에서 검출기(110)를 항상 타격한다. X-방향에서 검출기를 따르는 1D 픽셀 크기는 수직 방향 Z에서의 검출기의 활성 폭(active width)에 종속되지 않는다. Z-방향에서의 활성 폭이 넓을수록, 하나의 1D 픽셀 내에 잠재적으로 포함되는 채널들의 수가 더 크다. 자기적 섹터 질량 분광법 기구에서의 전형적인 이온 빔은 X-방향에서의 수백 μm 대 Z-방향에서의 수천 μm(전형적으로, 2000 μm 미만)의 작은 스폿 크기 상으로 양호하게 포커싱된다. 그러므로, 빔은 전형적으로, Z-방향에서 검출기의 활성 폭의 일부만을 타격하여, 이온 빔을 검출할 시에 관여되는 각각의 1D 픽셀 내의 제한된 실제적인 수의 증폭 채널들로 귀착된다.

이온 빔(10, 10', 10")이 예시된 바와 같은 MCP의 활성 폭 내에서 Z-방향(도 1에서의 점선 라인들을 참조)을 따라 주사되는 경우에, 이온 빔의 검출에서 관여되는 실제적인 MCP 채널들의 총 수는 상당히 증가되고, 그러므로, 검출가능한 최대 국소적 카운트 레이트 및 동적 범위는 X-방향에서 동일한 검출기 1D 분해능을 유지하면서 상당히 개선된다. 스폿(12, 12', 12")이 상이한 시간들에서 검출기의 전방(114)의 상이한 부분들을 조명함에 따라, 이 검출 프로세스에서 관여되는 Z-방향(수직)에서의 MCP의 총합된 활성 폭은 20 mm 초과로 연장될 수 있어서, 이전에 공지된 검출기들과 비교하여 적어도 10배의 개선으로 귀착될 수 있다. 이것은 이온 빔이 MCP 조립체의 전방 면(114) 상에서 주사되지 않는 경우와 비교하여, 10배 초과만큼 국소적 카운트 레이트 및 동적 범위를 개선시키는 것을 돕는다. 이 주사 메커니즘은 또한, 다수의 이온들이 동일한 채널을 타격할 확률을 추가로 감소시키고, 그러므로, MCP 검출기 조립체의 검출 효율을 추가로 개선시키는 것을 돕는다. 그러나, 이온 빔은 Z(수직) 방향을 따라 편향될 뿐만 아니라, Z 방향을 따라 빔을 편향시키기 위하여 이용되는 수단들의 전기 부수적 필드(electric fringe field)들로 인해, 그리고 편향 수단이 연장되는 주요 방향에서의 빔 사이의 가능한 경사 각도로 인해 X(수평) 방향을 따르는 원하지 않는 추가적인 편향을 겪는다. 그러므로, 초점 평면 검출기(110) 상에서는, 주어진 질량-대-전하 비율에 대한 이온 카운트들이 이웃하는 질량-대-전하 비율들을 가지는 이온 빔들의 카운트들과 아마도 간섭한다. X 방향을 따르는 추가적인 편향은 Z 축을 따라 빔을 편향시키기 위하여 이용되는 편향 전압, 및 고려된 질량-대-전하 비율, 즉, X 축을 따르는 이온 빔의 포지션에 종속된다. 그 결과는 전형적으로, C-형상 또는 초승달 형상을 보이는, 초점 평면 검출기 상의 검출된 카운트들의 만곡된 풋프린트(12, 12', 12")이다.

도 3은 발명에 의해 요구된 바와 같은 데이터 세트들을 획득하기 위하여 유용한 검출 장치(100)의 개략적인 횡방향 절단도를 제공한다. 검출 장치(100)는 이온들 또는 클러스터 이온(cluster ion)들과 같은 하전된 입자들을 운반하는 빔(10)이 이를 통해 장치에 진입할 수 있는 개방부 또는 유입구(102)를 포함한다. 빔은 예를 들어, 자기적 섹터 기구를 이용하여 필터링된 이온 빔일 수 있다. 예시되어 있는 예에서, 인입하는 하전된 입자 빔(10)은 방향 Y를 따라 유입구를 향해 통행한다. 빔 편향 수단(130)은 유입구의 다운스트림에 배열된다. 빔 편향 수단은 편향 플레이트들, 브래드버리-닐슨(Bradbury-Nielsen) 게이트 형의 디바이스, 또는 하전된 입자 빔의 방향의 방향에 대해 선택적으로 작용하기 위하여 본 기술분야에서 공지된 다른 유닛들을 포함할 수 있다. 제어 유닛(140)에 의해 제어되는 선택된 편향의 크기에 따라, 편향 수단을 횡단하는 하전된 입자 빔(10)은 그 초기 전파 방향 Y에 대한 대응하는 편향 각도 θ에 의해 편향된다. 편향 각도는 전형적으로, 하전된 입자 빔이 편향 수단(130)을 횡단하면서 전개되는 전자기장의 강도의 함수이다. 일단 하전된 빔(10)이 편향 수단을 진출하면, 그것은 일직선 라인에서 이탈된 궤도를 계속하고, 전체 장치는 예시되지 않은 진공 인클로저(vacuum enclosure) 내에 포함된다. 편향 수단(130)의 추가의 다운스트림에서, 마이크로채널 플레이트(MCP) 조립체(110)가 배열된다. MCP 조립체는 하전된 입자 빔을 수신하기 위하여 검출 전방(112)을 형성하는 복수의 마이크로채널들을 포함한다. 편향 각도 θ에 따라, 검출 전방(112) 상에서 빔에 의해 생성되는 스폿은 Z 방향을 따라 채널들(12)의 상이한 세트를 조명한다. 채널에 진입하는 각각의 하전된 입자에 대하여, 대응하는 증폭된 전기적 신호는 검출기의 진출 면(114) 상에서 생성된다. 이 검출 신호들은, MCP 조립체의 진출 면(114)에 대해 떨어져서 그리고 이와 평행하게 배열되는 적어도 하나의 리드-아웃 애노드(120)에 의해 수집된다. 리드-아웃 애노드(120)는, 예시되지 않는 데이터 프로세싱 수단에 동작적으로 결합되고, 이상적으로는, 상기 제어 유닛(140)에 의해 또한 제어된다. 데이터 프로세싱 수단은 바람직하게는, 애노드 상의 및/또는 검출 전방 상의 그 개개의 검출 위치들과 함께, 그리고 임의적으로, 대응하는 카운트들이 검출되었을 때에 이용된 편향 전압 또는 편향 각도와 함께, 리드-아웃 애노드에 의해 제공되는 검출 카운트들을 메모리 엘리먼트 내에 및/또는 기록된 데이터를 추가로 프로세싱하기 위하여 저장하도록 구성된다.

도 4는 예를 통해, 검출기 조립체(110, 120)의 전압들을 제어하고 조립체로부터 신호 레이트를 획득하기 위하여 이용될 수 있는 제어 유닛(140)의 개략적인 예시도를 제공한다. 저전력 고전압 연산 증폭기(operational amplifier)는 1 Hz로부터 10 kHz까지의 범위인 주사 레이트로 이온 편향기(130)의 전압을 주사한다. 바람직하게는 주기적 톱니파-유사(sawtooth-like) 신호인 주사 신호는 단계 전압들의 다수의 주사들의 조합으로 구성된다. 전압 단계들의 수는 이온 빔들의 크기, 및 검출기의 수직 축에서의 이온 빔들의 요구된 편향 길이에 종속된다. 전압 단계들의 수는 실험적으로 획득될 수 있고, 각각의 특정한 셋업의 파라미터들에 종속된다. 간단한 경우에, 요구된 편향 길이 및 수직 축을 따르는 평균 빔 크기의 비율은 전압 차이 단계들의 수를 제공할 것이고, Z과 X 사이의 관계는 전압 단계들의 리스트를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 검출 전방 상의 20 mm의 요구된 편향 길이, 및 -1200 V로부터 1200 V까지의 범위에 이어지는 편향 플레이트들 사이의 편향 전위(바람직하게는, 0 내지 +/-600 V 사이의 동일한 명목 값의 반대 부호 전압들을 각각의 편향 플레이트에 인가함으로써 구현됨)에 대하여, 바람직한 전압 단계들은 수가 11이고, 대략 120 V의 단계 폭을 갖는다. 일반적으로, 최신형 MVP 검출기들에 대하여, 채널의 데드 타임(비-응답 시간)은 약 10 내지 20 ms이다. 이것은 이온이 단일 MCP의 채널을 타격하는 경우에, 그것은 전자들의 캐스케이드를 지시하고, 채널의 표면은 전자 전하들로 보충될 때까지 전자들이 없게 된다는 것을 의미한다. 이 주기에서의 타격들은 임의의 전자 캐스케이드들을 생성하지 않을 것인데, 그 이유는 이러한 타격들이 검출기에 의해 비검출될 것이기 때문이다. 그러므로, 채널의 데드 타임의 기간에서의 임의의 타격들을 회피하기 위하여, 사이클(cycle)의 주사 주기(scan period)는 약 10 내지 20 ms로 고정될 수 있다. 이 경우에, 주사 주파수는 약 50 내지 100 Hz이고, 단일 채널에 대한 근사 값이다. 실제적으로, 이온 빔들은 100개의 채널들로부터 1000개의 채널들까지의 범위인 채널들의 큰 그룹을 포괄하는데, 그 이유는 채널들의 유효 데드 타임(effective dead time)이 10^-4 s로부터 10^-5 s까지의 범위에 있기 때문이다. 이온 빔 통계들, 즉, 큰 플럭스(flux)가 분포의 중간에 있다는 것을 고려함으로써, 포화되는 채널들의 수는 이온 빔 당 10으로부터 100까지의 범위에 있는데, 그 이유는 이러한 데드 타임이 10^-3 s로부터 10^-4 s까지의 범위이기 때문이다. 이와 관련하여, 편향 전압 단계들에 적용되는 주사 주파수는 100 Hz 초과이어야 하고, 바람직하게는, 그것은 적어도 1 kHz이어야 한다. 큰 신호 레이트(> 1 kHz)는 검출기의 강화된 신호 카운트 레이트를 달성하기 위하여 바람직하다. 측정이 시작될 때, 주사 보드(scanning board)는 주사 신호를 고전압 증폭기로 전송하고, 주사 신호의 시작은 시간-대-디지털 변환기(Time-to-digital converter, TDC)의 시작 트리거와 동기화된다. 단계 전압이 변화할 때마다, 펄스는 내부 카운터를 증가시키기 위하여 두 번째 라인 상의 TDC로 전달될 것이다. 취득 동안에, 개인용 컴퓨터(personal computer, PC)에 의해 예시되는 데이터 프로세싱 수단은 TDC로부터 데이터를 수집한다. 원시 데이터(raw data)는 {x 포지션, y 포지션, 전압 단계의 수, 및 주사의 반복}의 포맷을 가진다. 그러므로, 이온 카운트 이벤트들의 2 차원 포지션 정보는, 절대 편향 전압이 도출될 수 있는 연관된 주사 반복 및 전압 단계 수와 함께 획득된다. 다수의 주사 후에, 모든 질량 스펙트럼들을 조합하기 위하여 상이한 단계 전압들에서의 각각의 질량 스펙트럼(1D 히스토그램(histogram)) 상에서 적분 시간이 있을 수 있다.

도 5는 질량 분광계의 초점 평면에서 검출되는 모든 이온들의 포지션 정보를 도시한다. 편향 수단 상의 0 V의 경우(편향 없음)에 대하여, 도 5의 (a)는 모든 이온들의 포지션 좌표들을 도시한다. 도 5의 (b)는 기준 질량 28 amu에 대한 포지션 정보를 도시하고, 도 5의 (c)는 세기 카운트들 대 수평 포지션(r)의 대응하는 히스토그램을 도시한다. -1200 V로부터 1200 V까지의 범위인 주사된 편향기의 전위 차이의 경우에 대하여, 도 5의 (d)는 초승달-형상 및 질량-대-전하 비율 종속적 풋프린트를 나타내는, 이온들의 포지션 좌표들을 도시한다. 도 5의 (e)는 28 amu의 기준 질량에 대한 포지션 정보를 도시하고, 도 5의 (f)는 대응하는 히스토그램을 도시한다. 도 5의 (g)에서는, 0 V의 경우 및 주사 전위들의 경우에 대하여 도출되는 질량 스펙트럼들이 비교하여 도시되어 있고: 전압 주사를 갖지 않는 내재적 스펙트럼, 및 발명에 따른 조합된 스펙트럼이 도시되어 있고, 후자는 더 용이한 관측을 위하여 410개의 카운트들만큼 오프셋되어 있다. 도 5의 (g)에서 도시된 스펙트럼들로부터 추출되는 질량 분해력들 사이의 비교가 도 5의 (h)에서 도시되어 있다.

초점 평면 내의 이온들의 공간적 분포는, 이온 카운트들이 검출되었을 때에 빔 편향기에 인가된 전위 차이에 관계없이 단일 프로파일(스펙트럼)으로서 고려된다. 이것은 이웃하는 질량-대-전하 비율들을 가지는 하전된 입자들의 공간적 분포의 측면에서 간섭을 초래하는데, 그 이유는 검출기 상의 그 풋프린트들이 수평으로 확산되기 때문이다(도 5의 (e)를 도 5의 (b)와 비교함). 이 종료의 간섭은 질량 분광계의 질량 분해능에 심각하게 영향을 준다. 자기적-섹터 질량 분광계로부터 획득되는 데이터의 기존의 프로세싱에서, 획득된 바와 같은 데이터로부터의 이온 빔들의 피크 폭들 및 피크 포지션들은 포지션 정보를 질량 스케일(mass scale)로 변환하고 질량 분광계의 질량 분해력을 도출하기 위하여 필수적이다. 0 V의 경우에 대한 이온들의 획득된 바와 같은 포지션 정보 및 주사 전위 차이가 -1200 V로부터 1200 V까지의 범위에 있는 것은 각각 도 5의 (a) 내지 (c) 및 도 5의 (d) 내지 (f)에서 도시되어 있다. 2개의(상부의 것은 누적된 스펙트럼의 주사된 경우에 대한 것이고, 하부의 것은 0 V의 경우에 대한 것임) 경우들에 대한 도출된 질량 스펙트럼은 도 5의 (g)에서 도시되어 있다. 주사된 전압들의 경우에, 0 V의 경우와 비교하여, 증가하는 m/z 값에 따라 피크들의 폭이 증가하고 있다. 예를 들어, 28 amu/e의 기준에 대하여, 포지션 정보는 각각 도 5의 (b) 내지 (c) 및 도 5의 (e) 내지 (f)에서 산란되어 그리고 히스토그램 도표들로 도시되어 있다. 이 도면들로부터, 주사된 전압들의 경우에 피크(이온 빔)의 폭은 0 V의 경우보다 훨씬 더 크다는 것이 명백해진다. 도 5의 (h)에서 0 V의 경우와 비교하여 주사된 전압들의 경우에 m/z를 갖는 열화하는 질량 분해력은 증가하는 m/z를 갖는 증가된 피크 폭에 연동된다. 0 V의 경우에 관찰되는 바와 같은 증가하는 m/z에 따라 질량 분해력이 증가하지만, 주사된 전압들의 경우의 반대의 추세는 획득된 바와 같은 질량 스펙트럼을 프로세싱하기 위한 기존의 접근법이 열악한 질량 분해력들을 제공한다는 것을 지시한다. 또한, 스펙트럼의 피크들을 택하기 위하여 이용되는 피크 발견 알고리즘들은 더 많은 거짓 피크들을 택할 수 있는데, 그 이유는 상당한 높이를 갖는 국소적 피크들의 세트가 도 5의 (f)에서 보여지는 바와 같이 존재할 수 있기 때문이다.

도 6은 유사한 입력 데이터 세트들을 이용하여 이 단점들을 회피하는 것을 목적으로 하는 바람직한 실시예에 따라 데이터 프로세싱 방법의 개요를 기술한다. 방법의 단계 01을 참조하면, 이전에 설명된 바와 같이 그리고 도 1에서 예시된 바와 같이, 질량 스펙트럼 데이터(150)는, 이온 빔이 편향 수단을 이용하여 검출 전방을 따라 주사되었을 때에 획득된 복수의 데이터 세트들(152)에서 제공된다. 결과적인 검출된 이온 카운트들은, 이용된 편향 전위 차이 및/또는 이온들이 카운트- 상기 편향 전압 및/또는 이온들이 카운팅된 이온 검출 수단의 영역과 연관되는 데이터 세트(152)에서 기록된다. 단계 02에서는, 각각의 그렇게 생성된 데이터 세트에 대한 교정 데이터가 제공된다. 단계 03에서, 각각의 데이터 세트(152) 내의 이온 카운트들은 그 개개의 연관된 교정 데이터를 이용하여 개개의 질량-대-전하 비율들에 등록되는 반면, 단계 04에서는, 모든 데이터 세트들(162)의 결과적인 교정된 데이터(160)는 누적된 질량 스펙트럼 데이터(170)를 생성하기 위하여 조합된다. 임의적으로, 질량 스펙트럼 내의 피크들 및 그 성질들이 식별될 수 있고, 대응하는 질량 분해력은 검출된 피크들에 기초하여 결정될 수 있다.

각각의 검출된 이온의 포지션 정보(X 축을 따르는 r, Z, V)에 대한 주사 전압 값은 각각의 데이터 세트에서 기록된다. 그러므로, 각각의 데이터 세트(152) 또는 편향/주사 전압은 질량 분광계 디바이스의 초점 평면 내의 전체 기록된 데이터(150)의 세그먼트 또는 파티션을 정의한다.

주사 전압들을 갖는 질량 분광계의 초점 평면 내의 이온들의 포지션 정보는 도 7a에서 도시되어 있다. 편향 수단의 전압 차이가 -1200 V로부터 +1200 V로 변동될 때, 이온들은 초점 평면 검출기의 상부 부분으로부터 편향기의 하부 부분으로 편향된다. 여기서, 모든 취득된 데이터(150)는 편향 전압 당 하나의 데이터세트(152)에 의해 구성된다. 만곡된 프로파일들은 Z-방향에서 대칭적이므로, +V 및 -V에 대응하는 이온 포지션들은 함께 혼합될 수 있고, 세그먼트들은 ±V로 표기된다. 세그먼트들의 각각으로부터의 포지션 정보는 이벤트들의 히스토그램으로 변환되고, 도 7b에서 도시되어 있다. 알려진 m/z 값들 및 피크 포지션들로, 각각의 히스토그램의 포지션 스케일은 대응하는 교정 데이터를 이용하여 m/z 스케일로 변환되고, 따라서, 각각의 전압 세그먼트, 즉, 각각의 데이터 세트 ±V에 대한 질량 스펙트럼(162)은 모든 데이터(160)가 교정되었을 때까지 생성된다. 0 V로부터 ±V까지의 증가하는 피크-대-피크 전압 단계로, ±1200 V(도 7c를 참조)의 전압 차이에 이르는 단일 질량 스펙트럼(170)을 획득하기 위하여 0 V의 스펙트럼의 m/z 스케일을 고려함으로써, 질량 스펙트럼들(162)이 점진적으로 중첩된다. 이것은 질량 분해력(성능 지수(Figure of merit, FOM) 인자)과 편향기의 전압에 대한 신호 강화 인자(signal enhancement factor, SEF) 사이의 절충 곡선을 도출하도록 허용한다. 0 V의 경우에 대한 도출된 SEF 및 FOM 인자들은 도 7d에서 도시되어 있다. SEF는 검출기의 전압과 함께 증가하고 있는 반면, FOM 인자는 예상된 바와 같이 감소하고 있다. ±1200 V의 경우에 대한 FOM은 0 V의 경우와 비교하여 약 75%인 반면, 신호 강화 인자는 0 V의 경우와 비교하여 12배 더 크다. 비예시된 시뮬레이션 작동들에서, 편향이 없는 경우와 비교하여 약 80% 내지 90%의 FOM이 관찰되었다. 그러므로, 질량 분해력은 제안된 데이터 프로세싱과 함께 제안된 빔 주사 기법을 이용함으로써 질량적으로 영향받지 않는다. 0 V에 대응하는 질량 스펙트럼들 및 주사된 전압들의 조합된 데이터 세트들은 도 7e에서 도시되어 있고: 전압 주사를 갖지 않는 내재적 스펙트럼, 및 발명에 따른 조합된 스펙트럼이 도시되어 있고, 후자는 더 용이한 관측을 위하여 410개의 카운트들만큼 오프셋되어 있다. 증가하는 m/z를 갖는 MS의 대응하는 질량 분해력은 도 7f에서 도시되어 있다. 모든 질량들에서, 조합된 스펙트럼으로부터의 질량 분해력은 0 V의 경우의 7% 이내인 것으로 관찰된다. 열화는 편향기의 증가하는 전압을 갖는 이온들의 잔류 수평 편향의 결과로서, 조합된 스펙트럼의 증가된 피크 폭들에 기인할 수 있다. 이온들의 편향이 y-방향에서 대칭적이지 않고, 이것은 이온들의 광학 축이 편향기의 중간에 있지 않은 경우, 또는 편향기 플레이트들의 임의의 오정렬이 있는 경우에 예상될 수 있다면, 히스토그램 편차로부터 질량 스펙트럼의 중첩까지의 단계들은 개별적인 전위 차이들, 또는 동등하게 개별적인 데이터 세트들, 즉, 0으로부터 ±V까지 대신에 -1200으로부터 +1200까지에 기초하여 수행될 수 있다.

도 8의 (a) 내지 (c)는 방법의 또 다른 예시도를 제공한다. 도 8의 (a)는 상이한 주사 전압들(동일한 값의 반대 극성으로 바이어싱되는 편향기의 플레이트 및 편향기의 다른 플레이트 상의 전압)에 대한 세기 대 채널 번호의 스펙트럼들을 도시하고, 이것은 단계 01에서의 복수의 원래 제공된 데이터 세트들(152, 152', ...)에 대응한다. 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 스펙트럼들에 대응하는 질량 스펙트럼들을 도시하고, 이것은 단계 03에서의 교정된 데이터 세트들(162, 162', ...)에 대응한다. 도 8의 (c)는 발명에 따른 방법의 단계 04 후에 제공되는 바와 같이, 도 8의 (b)에서 도시된 스펙트럼들을 조합하여 도출되는 단일 질량 스펙트럼(170)을 도시한다. 다음의 알고리즘은 이 실시예에 따라 방법을 구현하기 위하여 이용될 수 있다:

입력: 주사 전위 차이들과 함께, 질량 분광계의 초점 평면 내의 이온들의 포지션 정보(r, Z, V).

단계 1: 편향기의 주사 전위 차이에 기초하여 데이터를 서브-데이터 세트들로 세그먼트화함.

단계 2: 각각의 서브-데이터 세트의 포지션 정보를 포지션 대 카운트들의 히스토그램으로 변환함

단계 3: 각각의 섹션에 대한 포지션 대 카운트들의 히스토그램으로부터 질량 스펙트럼을 도출함

- 질량-교정 데이터베이스로부터 질량 산재 계수들(관계식 에서의 a 및 b)을 포함하는 교정 데이터를 로딩함

- 포지션 대 카운트들의 히스토그램을 질량 대 카운트의 히스토그램(질량 스펙트럼)으로 변환함

단계 4: 질량-대-전하 비율 m/z 값들에 기초하여, -V로부터 시작하여 +V까지 질량 스펙트럼들을 점진적으로 중첩시킨다.

- 섹션을 섹션 번호들의 리스트의 제2 값으로 설정함

- 섹션 0의 m/z 값들을 기준 m/z 값으로서 설정함

WHILE 섹션 ≤ 섹션 번호들의 리스트의 최대 값 DO

이전의 섹션으로부터의 데이터를 현재 섹션의 데이터에 첨부함

m/z 스케일에 기초하여 첨부된 데이터를 정렬함

질량 값을 기준 m/z 값들의 제2 값으로 설정함

WHILE 질량 ≤ 기준 m/z 값들의 최대 값 DO

m/z 값들이 이전 및 현재 질량 사이에 놓여 있는 이온 카운트들을 필터링함

필터링된 이온 카운트들을 합산하고, 합을 현재 질량에 결합함.

기준 m/z 값들 중 다음 질량 값으로 이동함

END WHILE

섹션 번호들의 리스트 내의 다음 섹션 값으로 이동함

END WHILE

- 이것은 m/z 대 카운트들을 갖는 단일 질량 스펙트럼으로 귀결된다.

단계 5(임의적): 질량 스펙트럼의 피크들 및 피크들의 성질들을 발견함.

- 기준선 정정 알고리즘(baseline correction algorithm)을 이용하여 스펙트럼으로부터 현저한 배경 신호를 제거함

- 잡음을 감소시키고 거짓 피크들의 수를 감소시키기 위하여 데이터 평활화(data smoothing)를 수행함

- 피크 발견 알고리즘을 이용하여 질량 스펙트럼의 피크들(피크들의 위치)을 식별함

단계 6(임의적): 피크들을 로렌쯔/가우시안(Lorentzian/Gaussian) 분포에 맞춤으로써 피크들의 성질들을 도출함.

단계 7(임의적): 관계식 m/Δm을 갖는 피크 폭들 및 포지션들을 이용하여 질량 분해능을 도출함.

출력: 질량 스펙트럼 및 질량 분해력

추가적으로, 다음의 방법은 요구된 교정 데이터를 수집하기 위하여 이용될 수 있다:

검출기 평면 내의 산재된 이온들의 히스토그램들을 획득하기 위하여 표준 샘플들을 이용함.

편향기의 전압에 기초하는 각각의 샘플에 대하여:

샘플의 알려진 컴포넌트들()에 대한 피크들 및 그 위치들()을 식별함.

질량 산재 계수들(질량 분포 관계식 로부터의 및 )을 추출함.

값들( 및 )을 데이터베이스와 같은 구조화된 메모리 엘리먼트 내에 교정 데이터로서 저장함.

실험의 다양한 파라미터들을 변화시킴으로써 측정들을 반복함.

질량 산재 계수들의 추출.

파라미터들과 질량 산재 계수들 사이의 관계식들을 도출함.

파라미터들에 대응하는 모든 관련된 계수들을 저장함.

도 9는 이전에 언급된 단점들을 회피하는 것을 또한 목적으로 하는 바람직한 실시예에 따라 데이터 프로세싱 방법의 개요를 기술한다. 방법의 단계 01을 참조하면, 이전에 설명된 바와 같이 그리고 도 1에서 예시된 바와 같이, 질량 스펙트럼 데이터는 벌크 데이터 세트(250)로부터 획득되는 복수의 데이터 세트들(252)에서 제공된다. 벌크 데이터 세트(250)는 추후에 이용된 편향 전압들 또는 편향 단계들에 대하여 수집된 바와 같이, 검출된 이온 카운트들의 모든 총합된 포지션 정보를 포함한다. 벌크 데이터 세트(250)는 각각이 데이터 세트(252)를 형성하는 2n+1 개의 수평 슬라이스들로서 부분화되거나 동등하게 부분화된다. 단계 02에서는, 각각의 그렇게 생성된 데이터 세트(252)에 대한 교정 데이터가 제공된다. 단계 03에서, 각각의 데이터 세트(252) 내의 이온 카운트들은, 교정된 데이터 세트들(262)로 귀착되는 그 개개의 연관된 교정 데이터를 이용하여 개개의 질량-대-전하 비율들에 등록된다. 단계 04에서, 모든 데이터 세트들(262)의 교정된 데이터(260)는 누적된 질량 스펙트럼 데이터(270)를 생성하기 위하여 조합된다. 임의적으로, 질량 스펙트럼 내의 피크들 및 그 성질들이 식별될 수 있고, 대응하는 질량 분해력은 검출된 피크들에 기초하여 결정될 수 있다.

벌크 기록된 데이터(250)는 ΔY의 섹션 또는 파티션이 1 mm와 동일한 기준 m/z의 최소로부터 시작하여 최대 Z 값까지의 2n+1 개의 파티션들(252)로 분할될 수 있다(도 10a를 참조).

-1200 V로부터 1200 V까지의 범위인 전위 차이의 주사 상에서 수집되는 데이터의 서브섹션들의 개략도가 도 10a에서 도시되어 있다. 요구된 편향 길이가 20 mm이므로, 1 mm의 섹션 폭으로, 포지션 정보는 21개의 섹션들로 분할된다. 이온 빔 프로파일들에서 y-방향을 따라 대칭성이 있으므로, 한 쌍의 대칭적 섹션들은 단일 섹션으로 조합되고, 중심 섹션은 0-섹션으로서 언급되고, 따라서, 총 11개의 섹션들이 있다. 바람직하게는, 섹션들의 수는 11 내지 15 사이에 있을 수 있다. 각각의 섹션으로부터의 포지션 정보는 카운트들의 히스토그램으로 변환되고, 도 10b에서 도시되어 있다. 알려진 질량-대-전하 비율(m/z) 값들 및 피크 포지션들로, 포지션 스케일은 제공된 교정 데이터를 이용하여 질량-대-전하 비율(m/z) 스케일로, 그리고 이에 따라, 동일한 개념을 참조하는 각각의 데이터 세트, 섹션, 또는 파티션에 대한 질량 스펙트럼으로 변환된다. 섹션 번호가 0으로부터 ±n으로 증가할 때, 질량 스펙트럼들은 섹션 0의 m/z 스케일을 조합된 질량 스펙트럼을 획득하기 위한 기준으로서 고려함으로써 점진적으로 중첩된다(도 10c를 참조). 이것은 신호 강화 인자(SEF) 및 모든 m/z 피크들의 총 질량 분해능(성능 지수(FOM))의 번호 섹션들에 대한 종속성을 도출하는 것을 돕는다. 0 V의 경우에 대한 도출된 SEF 및 FOM 인자들은 도 10d에서 도시되어 있다. SEF는 섹션 번호와 함께 증가하고 있는 반면, FOM 인자는 감소하고 있다. FOM 인자에서의 감소는 증가하는 질량 대 전하 비율(m/z)을 갖는 피크들의 피크 폭에서의 증가에 연동된다(조합된 섹션들의 경우에 대하여 도 10e를 참조). 도 10e에서는, 전압 주사를 갖지 않는 내재적 스펙트럼 및 발명에 따른 조합된 스펙트럼이 도시되어 있고, 후자는 더 용이한 관측을 위하여 410개의 카운트들만큼 오프셋되어 있다. 질량 분광계의 질량 분해는 0 V의 경우와 비교하여 최대 2배 열화하는 것으로 보인다(도 10f를 참조). 이 절차는 기존의 접근법과 비교하여 훨씬 더 양호한 질량 분해력들을 여전히 제공한다. 다음의 알고리즘은 이 실시예에 따라 방법을 구현하기 위하여 이용될 수 있다:

입력: 질량 분광계의 초점 평면 내의 이온들의 포지션 정보( ), 섹션 폭( ), 및 요구된 섹션들의 수( ).

단계 1: 값들 및 섹션 폭( )에 기초하여 벌크 데이터를 개의 섹션들로 분할함

단계 2: 각각의 섹션의 포지션 정보를 포지션 대 카운트들의 히스토그램으로 변환함

단계 3: 각각의 섹션에 대하여, 포지션들 및 카운트들의 히스토그램으로부터 질량 스펙트럼을 도출함

- 질량-교정 데이터베이스로부터 질량 산재 계수들(관계식 에서의 및 )을 로딩함

- 이온들의 포지션들(채널들)을 대응하는 m/z 값들로 변환하기 위하여 질량 산재 관계식 및 계수들을 이용함. 이것은 m/z 대 카운트들의 스펙트럼으로 귀결된다.

단계 4: m/z 값들에 기초하여, 첫 번째 섹션으로부터 시작으로 마지막 섹션까지 점진적으로 질량 스펙트럼들을 중첩시킴.

- 섹션을 섹션 번호들의 리스트의 제2 값으로 설정함

- 섹션 0의 m/z 값들을 기준 m/z 값으로서 설정함

WHILE 섹션 ≤ 섹션 번호들의 리스트의 최대 값 DO

이전의 섹션으로부터의 데이터를 현재 섹션의 데이터에 첨부함

m/z 스케일에 기초하여 첨부된 데이터를 정렬함

질량 값을 기준 m/z 값들의 제2 값으로 설정함

WHILE 질량 ≤ 기준 m/z 값들의 최대 값 DO

m/z 값들이 이전 및 현재 질량들 사이에 놓여 있는 이온 카운트들을 필터링함

필터링된 이온 카운트들을 합산하고, 합을 현재 질량에 결합함.

기준 m/z 값들 중 다음 질량 값으로 이동함

END WHILE

섹션 번호들의 리스트 내의 다음 섹션 값으로 이동함

END WHILE

- 이것은 m/z 대 카운트들을 갖는 단일 질량 스펙트럼으로 귀결된다.

단계 5(임의적): 질량 스펙트럼의 피크들 및 피크들의 성질들을 발견함.

- 기준선 정정 알고리즘을 이용하여 스펙트럼으로부터 현저한 배경 신호를 제거함

- 잡음을 감소시키고 거짓 피크들의 수를 감소시키기 위하여 데이터 평활화를 수행함

- 피크 발견 알고리즘을 이용하여 질량 스펙트럼의 피크들(피크들의 위치)을 식별함

단계 6(임의적): 피크들을 로렌쯔/가우시안 분포에 맞춤으로써 피크들의 성질들을 도출함.

단계 7(임의적): 관계식 m/Δm을 갖는 피크 폭들 및 포지션들을 이용하여 질량 분해능을 도출함.

출력: 질량 스펙트럼 및 질량 분해력

추가적으로, 다음의 방법은 요구된 교정 데이터를 수집하기 위하여 이용될 수 있다:

검출기 평면 내의 산재된 이온들의 히스토그램들을 획득하기 위하여 표준 샘플들을 이용함.

세그먼트/섹션 번호에 기초하여 각각의 세그먼트에 대하여:

샘플의 알려진 컴포넌트들()에 대한 피크들 및 그 위치들()을 식별함.

질량 산재 계수들(질량 분포 관계식 로부터의 및 )을 추출함.

값들(섹션의 섹션 번호 및 수직 위치)을 데이터베이스와 같은 구조화된 메모리 엘리먼트 내에 교정 데이터로서 저장함.

실험의 다양한 파라미터들을 변화시킴으로써 측정들을 반복함

질량 산재 계수들의 추출.

파라미터들과 질량 산재 계수들 사이의 관계들을 도출함.

파라미터들에 대응하는 모든 관련된 계수들을 저장함.

모든 실시예들에서, 데이터 세트들은 임의적으로 프리-프로세싱될 수 있다:

기준선 정정

더 큰 동적 범위들을 달성하기 위하여 MCP 검출기의 고이득 영역들에서 수행되는 측정들은 리드-아웃 전자기기들과 연관되는 잡음에 의해 종종 영향받는다. 히스토그램으로부터 왜곡을 제거하기 위하여, 발명을 이 절차로 제한하지 않으면서, 간단한 기준선 절차가 이용될 수 있다. 이 절차에서, 이온 카운트 데이터는 몇 개의 채널들의 세그먼트 폭을 갖는 작은 세그먼트들로 분할되고, 세그먼트 내의 모든 채널들의 세기에서의 최소들은 그 세그먼트에 대한 기준선 포인트로서 선택될 것이다. 유사한 방식으로, 모든 세그먼트들의 기준선 포인트들은 히스토그램(스펙트럼)의 기준선을 제공한다. 거짓 기준선 포인트들을 회피하기 위하여, 세그먼트의 폭은 스펙트럼의 피크의 예상된 전체 폭의 2배로서 선택된다. 예를 들어, 세그먼트 폭은 26개의 채널들로서 선택될 수 있다.

데이터 평활화

신호와 연관되는 고주파수 잡음을 감소시키기 위하여, 사비츠키-골레이(Savitzky-Golay, SG) 필터가 이용될 수 있고, 여기서, 윈도우(window)가 신호 데이터의 모든 포인트들을 따라 이동함에 따라, 다항식(polynomial)을 어떤 데이터 포인트들의 필터 윈도우(w)에 맞춤으로써 평활화가 수행될 것이다.

이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform)은 신호와 연관되는 고주파수 잡음을 감소시키기 위하여 이용될 수 있다. 푸리에 변환은 입력 신호를, 이산 주파수들에서의 집중하는 컴포넌트들로 분리시킨다. 스펙트럼의 피크들은 저주파수 범위에 있는 반면, 잡음 컴포넌트들은 고주파수 범위에 있는 경향이 있다. 고주파수 컴포넌트들을 제거하기 위하여, 차단 주파수는 데이터 포인트들의 수(채널들의 수)와 스펙트럼의 피크의 최소 폭 사이의 비율로서 정의된다. 차단 주파수 미만인 주파수들의 역 푸리에 변환(inverse Fourier transformation)은 감소된 잡음을 갖는 스펙트럼을 제공하는 반면, 차단 주파수보다 큰 주파수들의 역 푸리에 변환은 원래의 스펙트럼과 연관되는 잡음으로 귀결된다.

SG 필터 및 FFT 필터의 결과들 사이의 비교는 SG 필터가 데이터 평활화를 위한 양호한 선택일 수 있다는 것을 지시한다. 그러나, 스펙트럼이 더 큰 잡음과 연관되는 경우에, FFT(첫 번째) 및 (FFT-평활화 중인) SG 필터의 조합은 추가의 프로세싱을 위하여 스펙트럼에 대한 잡음 영향을 감소시키기 위하여 도움이 될 것이다.

피크 발견 알고리즘

검출기로부터 획득되는 이온 카운트 스펙트럼의 피크들의 정확한 포지션들을 발견하는 것은, 채널/포지션 대 이온 카운트들의 스펙트럼을 질량 스펙트럼으로 변환하기 위하여 유용하다. 발명을 그것으로 제한하지 않으면, 간단한 피크 발견 알고리즘이 이용될 수 있다.

SG 필터링되는 평활화된 데이터는 피크들의 형상을 유지하고 고주파수 잡음을 감소시키므로, 처음에는, 이 간단한 알고리즘이 높이가 임계 값(최소 피크 높이) 초과인 모든 피크들의 위치들을 발견한다. 임계 값이 더 낮은 값으로 설정되는 경우에, 더 큰 거짓 피크가 있을 수 있다. 종종, 더 낮은 피크 높이들을 갖는 거짓 피크들은 가우시안 또는 로렌쯔 분포에 대한 적절한 맞춤을 발견할 수 없다. 거짓 피크들을 제거할 뿐만 아니라, 각각의 피크에 대한 특징들을 도출하기 위하여, 이 알고리즘은 기준선 정정된 데이터로부터의 미리 정의된 윈도우 길이 상에서 각각의 피크에 대한 피크 맞춤을 수행한다(평활화된 데이터로부터 관찰되는 피크들의 높이가 기준선 정정된 데이터 또는 획득된 바와 같은 데이터의 경우보다 낮으므로 평활화되지 않음).제약들, 최소 피크 폭, 및 최소 피크 폭은 거짓 피크들을 제한하기 위하여 변동될 수 있다.

스펙트럼의 합성 모델

각각의 피크의 맞춤으로부터 도출되는, 스펙트럼의 모든 피크들의 특징들은 이온 카운트 스펙트럼에 대한 합성 모델을 도출하기 위하여 이용된다. 이것을 행하기 위하여, 먼저, 합성 모델은 모든 (n)개의 피크들의 가우시안 분포 함수를 합산함으로써 준비된다. 이 모델의 파라미터들의 수는 단일 가우시안 분포 함수의 파라미터들의 n배인 것으로 판명되었다. 이 파라미터들의 초기 값들은 피크 발견 알고리즘을 이용할 시에 도출되는 피크 성질들로부터 취해진다. 일단 합성 모델이 생성되면, 기준선 정정된 데이터에 대한 모델 맞춤이 수행되고, 따라서, 최상의 맞춤 값들이 합성 모델의 모든 파라미터들에 대하여 도출된다.

자기적-섹터 질량 분광계의 질량 교정

자기적-섹터 질량 분광계에서, 질량 분광계의 초점 평면 내의 검출된 신호는 널리-공지된 질량 산재 관계식 을 가지고, 여기서, x_i는 초점 평면(검출기)에서의 질량-대-전하 비율 m_i/Z를 갖는 이온 빔의 초점 포인트(포지션)이고, a 및 b는 질량 산재 계수들로서 공지되어 있다. 채널 번호는 검출기의 수평 축을 따르는 거리에 비례하므로, 채널 번호는 알려진 m_i 및 x_i 값들의 데이터를 이와 같이 맞추어서 계수들을 도출하기 위하여 이용될 수 있다. 일단 계수들이 도출되면, 이들은 기구의 데이터 기저부로 저장될 것이다. 계수들은 데이터 프로세싱 소프트웨어로 로딩될 수 있고, 채널(포지션) 스케일을 m/z 스케일로, 그리고 이에 따라, 측정된 포지션을 대응하는 질량 스펙트럼으로 변환하기 위하여 이용될 수 있다. 이 절차는 편향기 플레이트들의 몇몇 전압들에 반복될 것이고, 전압 값들과 함께 대응하는 교정된 산재 계수들 값들을 기구의 데이터베이스로 업로딩할 것이다.

제공된 설명 및 도면들을 이용하면, 컴퓨터 프로그래밍에서 통상적인 기술들을 갖는 당업자는 과도한 부담 없이 그리고 발명적 기술을 실행하지 않으면서 다양한 실시예들에서의 설명된 방법들 구현할 수 있을 것이다.

발명의 범위 내의 다양한 변화들 및 수정들은 통상의 기술자에게 분명할 것이므로, 특정 바람직한 실시예들의 상세한 설명은 오직 예시를 통해 주어진다는 것이 이해되어야 한다. 보호의 범위는 다음의 청구항들의 세트에 의해 정의된다.

Claims (12)

1. 샘플의 질량 스펙트럼 데이터를 획득하기 위한 데이터 프로세싱 방법으로서,
   - 이온 빔들의 이온 질량-대-전하 비율들에 따라 제1 방향 X를 따라 상기 샘플의 이온들을 운반하는 이온 빔들(10)을 산재시키고, 제1 방향 X에서 그리고 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향 Z를 따라 연장되는 초점 평면을 정의하기 위한 자기적 섹터 기구, 제2 방향 Z를 따라, 상기 자기적 섹터 기구를 진출하는 이온 빔들을 편향시키기 위한 이온 빔 편향 수단(130)을 포함하고, 상기 초점 평면을 따라 배열되는 이온 검출 수단(110, 120)을 더 포함하는 질량 분광계 디바이스를 이용하여 상기 샘플을 분석함으로써 메모리 엘리먼트에서 복수의 데이터 세트들(152, 252)을 제공하는 단계 - 각각의 데이터 세트(152, 252)는 상기 제1 방향 X를 따르는 복수의 포지션(position)들에서의 검출된 이온 카운트들을 지시함 -;
   - 각각의 데이터 세트(152, 252)에 대하여, 메모리 엘리먼트에서 질량 분광계 디바이스의 교정 데이터(calibration data)를 제공하는 단계 - 교정 데이터는 주어진 데이터 세트 내의 초점 평면의 상기 주요 방향 X를 따르는 포지션들을 대응하는 이온 질량-대-전하 비율들로 연관시킴 -;
   - 대응하는 교정 데이터를 이용하여 데이터 세트 내의 각각의 포지션에서의 검출된 이온 카운트들을 대응하는 이온 질량-대-전하 비율로 매핑함으로써, 데이터 프로세싱 수단을 이용하여, 상기 데이터 세트들의 각각에 대한 교정된 데이터 세트(162, 262)를 생성하는 단계;
   - 데이터 프로세싱 수단을 이용하여, 각각의 이온 질량-대-전하 비율에 대하여, 각각의 교정된 데이터 세트(162, 262)의 매핑된 이온 카운트들을 조합함으로써, 상기 샘플의 누적된 질량 스펙트럼 데이터(170, 270)를 생성하는 단계를 포함하는, 데이터 프로세싱 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 데이터 세트들(152)을 제공하는 단계는,
   - 이온 편향 수단(130)의 편향 전압을 설정하는 단계;
   - 상기 이온 빔들이 이온 검출 수단(110, 120)에 도달하기 전에, 상기 자기적 섹터 기구를 진출하며 제1 방향 X를 따라 산재되는 이온 빔들(10)을 Z 방향을 따라 편향시키는 단계;
   - 상기 편향 전압 및/또는 이온들이 카운팅된 이온 검출 수단의 영역과 연관되는, 데이터 세트(152, 152', ...) 내의 결과적인 검출된 이온 카운트들을 수집하는 단계;
   - 이온 편향 수단의 상이한 편향 전압들을 설정함으로써 2개의 이전의 단계들을 적어도 한 번 반복시키는 단계를 포함하는, 데이터 프로세싱 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 데이터 세트들(252)을 제공하는 단계는,
   - 빈 벌크 데이터 세트(250)를 초기화하는 단계;
   - 이온 편향 수단(130)의 편향 전압을 설정하는 단계;
   - 상기 이온 빔들이 이온 검출 수단(110, 120)에 도달하기 전에, 상기 자기적 섹터 기구를 진출하며 제1 방향 X를 따라 확산되는 이온 빔들(10)을 제2 방향 Z를 따라 편향시키는 단계;
   - 상기 벌크 데이터 세트(250) 내의 결과적인 검출된 이온 카운트들을 수집하는 단계;
   - 이온 편향 수단의 상이한 편향 전압들을 설정함으로써 2개의 이전의 단계들을 적어도 한 번 반복시키는 단계;
   - 벌크 데이터 세트(250)를 미리 결정된 수의 데이터 세트들(252, 252', ...)로 파티셔닝(partitioning)하는 단계 - 각각의 데이터 세트는 제1 방향 Z를 따라 초점 평면에 이어지는 파티션에서 검출된 모든 이온 카운트들을 포함함 - 를 포함하는, 데이터 프로세싱 방법.
4. 제3항에 있어서,
   각각의 파티션은 초점 평면의 제2 방향 Z를 따라 미리 결정된 높이에 이어지는, 데이터 프로세싱 방법.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상이한 편향 전압들은 증분형 패턴(incremental pattern)을 따를 수 있어서, 그 연속적인 인가는 상기 이온 빔들이 제2 방향 Z를 따라 초점 평면을 주사하는 것으로 귀착되는, 데이터 프로세싱 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 패턴은 1 kHz로부터 5 kHz까지의 범위인 주파수에서 반복되는, 데이터 프로세싱 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   초점 평면의 제1 방향 X를 따르는 포지션에서의 데이터 세트(152, 162) 내의 검출된 이온 카운트는 초점 평면의 제2 방향 Z를 따라 상기 포지션에서의 모든 검출된 이온 카운트들을 카운팅함으로써 획득되는, 데이터 프로세싱 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 교정 데이터는 질량 산재 계수들을 포함하는, 데이터 프로세싱 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 질량 스펙트럼 데이터에서 피크들의 위치들을 식별하는 단계, 및 피크 폭들 및 그 상대적인 포지션들에 기초하여 상기 질량 스펙트럼 데이터의 질량 분해능(mass resolution)을 결정하는 단계를 더 포함하는, 데이터 프로세싱 방법.
10. 샘플의 질량 스펙트럼 데이터를 결정하기 위한 시스템으로서,
    상기 시스템은 질량 분광계 디바이스를 포함하고, 상기 질량 분광계 디바이스는,
    이온 빔들의 이온 질량-대-전하 비율들에 따라 제1 방향 X를 따라 상기 샘플의 이온들을 운반하는 이온 빔들을 산재시키고, 제1 방향 X에서 그리고 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향 Z를 따라 연장되는 초점 평면을 정의하기 위한 자기적 섹터 기구;
    상기 초점 평면 상에 배열되는 검출 전방을 가지고, 적어도 하나의 마이크로채널 플레이트(MCP) 조립체의 진입 면을 포함하는 이온 검출 수단 - 진입 면은 상기 제2 방향 Z를 따라 연장되고, MCP 조립체는 그 진입 면 상에서 충돌하는 이온 빔을 수신하고, 각각의 충돌하는 하전된 입자에 대하여, 그 반대 진출 면 상에서 대응하는 증폭된 검출 신호를 생성하도록 구성됨 -;
    상기 제1 방향 X를 따르는 복수의 포지션들에서의 검출된 이온 카운트들을 지시하는 적어도 하나의 데이터 세트 내의 상기 증폭된 검출 신호들을 수집하기 위하여 상기 X 및 Z 방향들을 따라 연장되는 적어도 하나의 리드-아웃 애노드(read-out anode) - 애노드는 상기 적어도 하나의 MCP 조립체의 진출 면에 대해 떨어져서 그리고 이와 평행하게 배열됨 -;
    상기 진입 면의 거리에서 자기적 섹터 기구의 다운스트림에 배열되고, 제2 방향 Z를 따라 인입하는 이온 빔을 선택적으로 편향시켜서, 대응하는 하전된 입자들이 상기 제2 방향(Z)을 따라 MCP 조립체의 진입 면의 상이한 부분들에 도달하도록 구성되는 이온 빔 편향 수단을 포함하고;
    상기 시스템은 상기 이온 빔 편향 수단을 제어하기 위한 제어 디바이스, 및 적어도 하나의 수집된 데이터 세트에 기초하여 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 상기 데이터 프로세싱 방법을 실행하도록 구성되는 데이터 프로세싱 수단을 더 포함하는, 시스템.
11. 컴퓨터 판독가능 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 판독가능 코드 수단은, 컴퓨터 시스템 상에서 작동될 때, 상기 컴퓨터 시스템으로 하여금, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 상기 데이터 프로세싱 방법을 수행하게 하는, 컴퓨터 프로그램.
12. 제11항에 다른 상기 컴퓨터 프로그램이 저장되는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.