WO2009071249A2 - Method for evaluating analyte-related signals from ims spectrums recorded by means of ion mobility spectrometry - Google Patents

Method for evaluating analyte-related signals from ims spectrums recorded by means of ion mobility spectrometry Download PDF

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WO2009071249A2
WO2009071249A2 PCT/EP2008/010139 EP2008010139W WO2009071249A2 WO 2009071249 A2 WO2009071249 A2 WO 2009071249A2 EP 2008010139 W EP2008010139 W EP 2008010139W WO 2009071249 A2 WO2009071249 A2 WO 2009071249A2
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ion mobility
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Jörg Ingo BAUMBACH
Sabine Bader
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Gesellschaft zur Förderung der Analytischen Wissenschaften e.V.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/0027—Methods for using particle spectrometers
    • H01J49/0036—Step by step routines describing the handling of the data generated during a measurement

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating analyzer-related signals from IMS spectra recorded by means of ion mobility spectrometry, wherein at least the signal amplitude of the respective spectrum representing the reaction ion peak has a tailing, and wherein the respective spectrum with respect to the temporal appearance and the size of the individual signal amplitudes is evaluated.
  • Ion mobility spectrometers sometimes referred to as ion mobility spectrometers, are known and are finding ever wider applications, particularly since they have succeeded in miniaturizing such devices.
  • Such ion mobility spectrometers usually have an ionization and reaction space, which is separated from a drift space by an ion grid. While in the ionization and reaction space the ions can be formed in different ways from a gas to be analyzed, which enters the ionization and reaction space through a gas inlet, the ions thus formed drift below the inlet after passing through the ion grid along the drift space - Flow of an electric field in the direction of a drift space end limiting Faraday plate, in which case an electrical signal is formed.
  • drift gas flows in the direction of the Faraday plate moving ions. Initially, this drift gas serves to prevent molecules or ions from adhering to the walls. The more important task, however, is to ensure that only ions on the lattice can reach the drift space and no neutral molecules of the analytes. Since only the ions that were formed from the analyte are electrically charged and In this way, in the electric field, they can move in the direction of the Faraday plate, the neutral, ie the non-ionized, molecules of the analytes are flushed out of the ionization and drift space.
  • a gaussian signal is formed by the collisions of the ions with the surrounding molecules from this square pulse.
  • the swarms of ions of different analytes are imaged by different Gaussian signals on the Faraday plate. Since, on the one hand, however, the swarm of ions only moves in one direction and, on the other hand, this movement is influenced not only by the electric field but also by the drift gas flow, deviations from a Gaussian signal are to be expected, which, however, have not yet been considered.
  • tailing In a Gaussian curve analysis used according to the prior art for evaluating analyte-related signals from IMS spectra recorded by ion mobility spectrometry, tailing always leaves a residual area which is at least when quantifying, ie evaluating the area of a peak erroneously noticeable. However, the position of the maximum of a peak is also affected. Since this position of the maximum is usually used to identify an analyte, this is also subject to errors.
  • the object of the invention is to provide a solution with which it is possible to be able to evaluate analyte-related signals from IMS spectra, in particular in the region of the reaction ion peaks, as unadulterated as possible by means of tailing.
  • the real measurement results can be described by means of a logarithmic normal distribution function such that in particular the tailing caused mostly by the drift gas can be taken into account in such a way that above all small signals in the region of the reaction Ion peaks clearly emerge.
  • the logarithmic normal distribution function is a continuous probability distribution over the set of positive real numbers and describes the distribution of a random variable X when In (X) is normally distributed. Frequently, processes occurring in nature with one-sided boundary, eg with radius zero or time, follow Zero, a logarithmic normal distribution function.
  • the tailing caused by the drift gas can be taken into account with a gauss or square-wave lattice opening time (Bradbury-Nielsen lattice) of an ion mobility spectrometer by means of such a function that the desired effect occurs.
  • the parameters describing the tailing of the ion mobility spectrometer are first determined for the logarithmic normal distribution function and from this the logarithmic normal distribution function characteristic of the ion mobility spectrometer, at least for the respective spectrum, and then the respective spectrum by subtraction with this logarithmic normal distribution function is modified.
  • the modified spectrum can then be evaluated with a Gaussian curve analysis.
  • a logarithmic normal distribution function is used to determine the device-function-free response (tailing-free response) of an ion mobility spectrometer. Furthermore, the difference between the original spectrum and this device function is formed for each individual spectrum, but especially in the region of the reaction ion peak of an ion mobility spectrum.
  • time series in the simplest case of a sequence of spectra, but also in ion mobility spectrometer chromatograms
  • time series in which no changes are made to the settings of the ion mobility spectrometer itself at least during the time of the measurement (Thus, for example, during a measurement, the lattice opening time or the externally applied electric field at least ideally unaffected)
  • Thix for example, during a measurement, the lattice opening time or the externally applied electric field at least ideally unaffected
  • the above-described inventive method succeeds in eliminating the portion of the signal originating from the respective individual ion mobility spectrometer, at least in the region of the reaction ion peak, and in this way eliminating the original component from the apparatus active mode self-influenced signal to provide.
  • FIG. 2 shows a typical measured value curve with tailing and a Gaussian curve analysis which does not take into account the tailing.
  • FIG. 4 shows the modified according to the inventive method spectrum of FIG. 3,
  • 5 shows a measured output spectra series of an ion mobility spectrometer
  • 6 shows a measured IMS chromatogram of an ion mobility spectrometer
  • FIG. 7 shows the spectra series according to FIG. 5 modified by the method according to the invention
  • FIG. 8 shows the chromatogram of FIG. 6 modified by the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows the general structure of an ion mobility spectrometer.
  • This tubular ion mobility spectrometer has an ionization and reaction space 1 and a drift space 2, which are separated by an ion grid 3.
  • a suitable ionization source 4 is arranged in the ionization and reaction space 1.
  • a gas inlet 5 for the gas to be analyzed and in the region of the ion grid 3, a gas outlet 6 is provided.
  • the drift space 2 is equipped with drift rings 7, on the end it is bounded by a Faraday plate 8.
  • a Driftgaseinlass 9 is provided in the area of this Faraday plate 8.
  • an aperture grid 10 is preferably arranged in front of the Faraday plate 8.
  • the ions in the drift space 2 are counteracted by a drift gas, which is introduced through the drift gas inlet 9.
  • this drift gas serves to prevent molecules or ions from adhering to the walls of the drift space 2.
  • it ensures that only NEN on the ion grid 3 can reach the drift space 2 and no neutral molecules of the analyte.
  • Fig. 2 shows a typical tailing of the signal peak in an ion mobility spectrum in the upper black curve.
  • An approximation of this spectrum after a Gaussian curve analysis shows the lower curve.
  • a residual area shown in dashed lines remains, which is referred to as tailing.
  • This residual surface caused by tailing ie the difference surface between the actually measured spectrum and the Gaussian curve analysis used for the signal evaluation, becomes erroneously noticeable at least in the quantification, ie the evaluation of the area of a peak.
  • the position of the maximum of a peak is also affected. Since this position of the maximum is usually used to identify an analyte, this is also subject to errors.
  • small signals disappear in the evaluation by means of a Gaussian curve analysis and are therefore not considered.
  • FIG. 3 shows an example of a spectrum (characteristic median spectrum) measured using an ion mobility spectrometer, which is a Tailing has.
  • the logarithmic normal distribution function determined for the region of the reaction-ion peak (drift time about 18 ms) is shown in dashed lines in FIG. 3 for this application.
  • FIG. 4 shows the difference between the output spectrum shown in FIG. 3 and the determined logarithmic normal distribution function. It can be clearly seen that smaller peaks, in particular those lying in the region of the logarithmic normal distribution function (drift time approximately between 15 and 25 ms), are much more pronounced.
  • FIG. 5 shows an output spectra series recorded with an ion mobility spectrometer.
  • FIG. 7 shows the same spectral series recorded in FIG. 7, which according to the invention has been modified by means of a logarithmic normal distribution function.
  • Figure 6 shows a measured home ion mobility spectrometer chromatogram of the same data as in Figure 5.
  • Figure 8 shows the chromatogram after modification by the method of the present invention by subtracting a logarithmic normal distribution function. It is obvious that the signals associated with the analytes appear much clearer in FIG. 8 than in FIG. 6.

Abstract

The invention relates to a method for evaluating Analise-related signals from IMS spectrums recorded by means of ion mobility spectrometry, wherein at least one signal amplitude of the respective spectrum representing the ion-peak reaction comprises a tailing and the respective spectrum is evaluated in relation to the temporal occurrence and the value of the individual signal amplitudes. The aim of the invention is to provide a solution to enable analyte-related signals from IMS spectrums, in particular in the region of the ion-peak reaction, to be evaluated as accurately as possible by the tailing. This is achieved by virtue of the fact that the respective spectrum is modified prior to the evaluation at least in the region of the ion-peak reaction by means of a logarithmical normal distribution function.

Description

"Verfahren zur Auswertung analytbezogener Signale aus mittels der Ionenbeweglichkeitsspektrometrie aufgenom- menen IMS-Spektren""Method for Evaluating Analytical Signals from IMS Spectra Recorded by Ion Mobility Spectrometry"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung analytbezogener Signale aus mittels der Ionenbeweglichkeits- spektrometrie aufgenommenen IMS-Spektren, wobei wenigstens die den Reaktions- Ionen-Peak darstellende Signalamplitude des jeweiligen Spektrums ein Tailing aufweist, und wobei das jeweilige Spektrum im Hinblick auf das zeitliche Auftreten und die Größe der einzelnen Signal- amplituden ausgewertet wird.The invention relates to a method for evaluating analyzer-related signals from IMS spectra recorded by means of ion mobility spectrometry, wherein at least the signal amplitude of the respective spectrum representing the reaction ion peak has a tailing, and wherein the respective spectrum with respect to the temporal appearance and the size of the individual signal amplitudes is evaluated.
Ionenbeweglichkeitsspektrometer, manchmal auch als Ionen- mobilitätsspektrometer bezeichnet, sind bekannt und finden immer größere Anwendungsbereiche, insbesondere seit dem es gelungen ist, solche Geräte zu miniaturisieren. Derartige Ionenbeweglichkeitsspektrometer weisen üblicherweise einen Ionisations- und Reaktionsraum auf, welcher durch ein Ionengitter von einem Driftraum getrennt ist. Während im Ionisations- und Reaktionsraum auf unterschiedliche Weise die Ionen aus einem zu analysierenden Gas gebildet werden können, welches durch einen Gasein- lass in den Ionisations- und Reaktionsraum eintritt, driften die so gebildeten Ionen nach Durchtritt durch das Ionengitter entlang des Driftraumes unter dem Ein- fluss eines elektrischen Feldes in Richtung einer den Driftraum endseitig begrenzenden Faraday-Platte, wobei dann ein elektrisches Signal entsteht. Eine Besonderheit der meisten Ionenbeweglichkeitsspektrometer besteht darin, dass diesen sich in Richtung der Faraday-Platte bewegenden Ionen ein Driftgas entgegen strömt. Dieses Driftgas dient zunächst dazu, zu verhindern, dass sich an den Wänden Moleküle oder Ionen anhaften. Die wichtigere Aufgabe besteht jedoch darin, dafür zu sorgen, dass nur Ionen am Gitter den Driftraum erreichen können und keine neutralen Moleküle der Analyte. Da nur die Ionen, die aus dem Analyten gebildet wurden, elektrisch geladen sind und sich so im elektrischen Feld in Richtung zur Faraday- Platte bewegen können, werden die neutralen, d.h. die nichtionisierten Moleküle der Analyte aus dem Ionisa- tions- und Driftraum herausgespült.Ion mobility spectrometers, sometimes referred to as ion mobility spectrometers, are known and are finding ever wider applications, particularly since they have succeeded in miniaturizing such devices. Such ion mobility spectrometers usually have an ionization and reaction space, which is separated from a drift space by an ion grid. While in the ionization and reaction space the ions can be formed in different ways from a gas to be analyzed, which enters the ionization and reaction space through a gas inlet, the ions thus formed drift below the inlet after passing through the ion grid along the drift space - Flow of an electric field in the direction of a drift space end limiting Faraday plate, in which case an electrical signal is formed. A peculiarity of most ion mobility spectrometers is that these drift gas flows in the direction of the Faraday plate moving ions. Initially, this drift gas serves to prevent molecules or ions from adhering to the walls. The more important task, however, is to ensure that only ions on the lattice can reach the drift space and no neutral molecules of the analytes. Since only the ions that were formed from the analyte are electrically charged and In this way, in the electric field, they can move in the direction of the Faraday plate, the neutral, ie the non-ionized, molecules of the analytes are flushed out of the ionization and drift space.
Wenn man annimmt, dass sich das Ionengitter für ein bestimmtes Zeitintervall öffnet und idealerweise ein Rechteckimpuls geformt wird, so kann man annehmen, dass in einem ungestörten Fall durch die Stöße der Ionen mit den umliegenden Molekülen aus diesem Rechteckimpuls ein gauß- förmiges Signal geformt wird. Idealerweise könnte man weiter annehmen, dass die Schwärme der Ionen unterschiedlicher Analyte durch verschiedene gaußförmige Signale an der Faraday-Platte abgebildet werden. Da sich einerseits jedoch der Schwärm der Ionen nur in eine Richtung bewegt und andererseits diese Bewegung nicht nur durch das elektrische Feld, sondern auch durch den Driftgasfluss beein- flusst wird, sind Abweichungen von einem gaußförmigen Signal zu erwarten, die aber bisher nicht berücksichtigt werden .If one assumes that the ion lattice opens for a certain time interval and ideally a rectangular pulse is formed, then one can assume that in an undisturbed case a gaussian signal is formed by the collisions of the ions with the surrounding molecules from this square pulse. Ideally, one could further assume that the swarms of ions of different analytes are imaged by different Gaussian signals on the Faraday plate. Since, on the one hand, however, the swarm of ions only moves in one direction and, on the other hand, this movement is influenced not only by the electric field but also by the drift gas flow, deviations from a Gaussian signal are to be expected, which, however, have not yet been considered.
Häufig zeigen sich diese Änderungen des Signals an der Faraday-Platte darin, dass im ersten Teil des Signals zum Maximum unter dem Einfluss des Driftgasflusses eine Verlangsamung auftritt, die Ionen quasi zusammengedrückt werden, während sich am anderen Ende immer Ionen befinden, die unter dem Einfluss des Driftgasflusses viel langsamer geworden sind (das sogenannte Tailing) .Frequently, these changes in the signal on the Faraday plate show that in the first part of the signal to the maximum under the influence of the drift gas flow, a slowdown occurs, the ions are quasi compressed, while at the other end there are always ions under the influence drift gas flow have become much slower (the so-called tailing).
Bei einer nach dem Stand der Technik angewandten Gaußkur- ven-Analyse zur Auswertung analytbezogener Signale aus mittels der Ionenbeweglichkeitsspektrometrie aufgenommenen IMS-Spektren verbleibt so allein durch das Tailing immer eine Restfläche, die sich mindestens bei der Quantifizierung, d.h. der Auswertung der Fläche eines Peaks fehlerhaft bemerkbar macht . Jedoch wird auch die Lage des Maximums eines Peaks beeinflusst. Da diese Lage des Maximums meist zur Identifizierung eines Analyten herangezogen wird, ist auch dieses fehlerbehaftet.In a Gaussian curve analysis used according to the prior art for evaluating analyte-related signals from IMS spectra recorded by ion mobility spectrometry, tailing always leaves a residual area which is at least when quantifying, ie evaluating the area of a peak erroneously noticeable. However, the position of the maximum of a peak is also affected. Since this position of the maximum is usually used to identify an analyte, this is also subject to errors.
Ferner verschwinden insbesondere im Bereich des Reaktions-Ionen-Peaks aufgrund des Tailings kleine Signale bei der Auswertung mittels einer Gaußkurven-Analyse und werden deshalb nicht berücksichtigt.Furthermore, especially in the region of the reaction ion peak due to tailing, small signals disappear during the evaluation by means of a Gaussian curve analysis and are therefore not considered.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mit der es möglich ist, analytbezogene Signale aus IMS- Spektren, insbesondere im Bereich des Reaktions- Ionen- Peaks möglichst unverfälscht durch das Tailing auswerten zu können.The object of the invention is to provide a solution with which it is possible to be able to evaluate analyte-related signals from IMS spectra, in particular in the region of the reaction ion peaks, as unadulterated as possible by means of tailing.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das jeweilige Spektrum vor der Auswertung wenigstens im Bereich des Reaktions- Ionen-Peaks mittels einer logarithmischen Normalverteilungsfunktion modifiziert wird.This object is achieved in a method of the type described in the present invention that the respective spectrum is modified before the evaluation at least in the region of the reaction ion peaks by means of a logarithmic normal distribution function.
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass sich die realen Messergebnisse, also das jeweilige reale Spektrum, mittels einer logarithmischen Normalverteilungsfunktion so beschreiben lassen, dass insbesondere das meist durch das Driftgas hervorgerufene Tailing so berücksichtigt werden kann, dass vor allem kleine Signale im Bereich des Reaktions-Ionen-Peaks deutlich hervortreten. Die logarithmische Normalverteilungsfunktion ist eine kontinuierliche Wahrscheinlichkeitsverteilung über der Menge positiver reeller Zahlen und beschreibt die Verteilung einer Zufallsvariablen X, wenn In(X) normal verteilt ist. Häufig folgen in der Natur vorkommende Prozesse mit einseitiger Grenze, z.B. mit dem Radius Null oder der Zeit Null, einer logarithmischen Normalverteilungsfunktion. Überraschenderweise hat sich nun herausgestellt, dass sich das durch das Driftgas hervorgerufene Tailing bei gauß- oder rechteckimpulsförmiger Gitteröffnungszeit (Bradbury-Nielsen-Gitter) eines Ionenbeweglichkeits- spektrometers mittels einer solchen Funktion so berücksichtigen lässt, dass der gewünschte Effekt eintritt.It has surprisingly been found that the real measurement results, that is to say the respective real spectrum, can be described by means of a logarithmic normal distribution function such that in particular the tailing caused mostly by the drift gas can be taken into account in such a way that above all small signals in the region of the reaction Ion peaks clearly emerge. The logarithmic normal distribution function is a continuous probability distribution over the set of positive real numbers and describes the distribution of a random variable X when In (X) is normally distributed. Frequently, processes occurring in nature with one-sided boundary, eg with radius zero or time, follow Zero, a logarithmic normal distribution function. Surprisingly, it has now been found that the tailing caused by the drift gas can be taken into account with a gauss or square-wave lattice opening time (Bradbury-Nielsen lattice) of an ion mobility spectrometer by means of such a function that the desired effect occurs.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zunächst die das Tailing des Ionenbeweglichkeits- spektrometers beschreibenden Parameter für die logarithmische Normalverteilungsfunktion ermittelt und daraus die für das Ionenbeweglichkeitsspektormeter, wenigstens für das jeweilige Spektrum charakteristische logarithmische Normalverteilungsfunktion bestimmt und anschließend das jeweilige Spektrum durch Differenzbildung mit dieser logarithmischen Normalverteilungsfunktion modifiziert wird.In a particularly preferred embodiment, it is provided that the parameters describing the tailing of the ion mobility spectrometer are first determined for the logarithmic normal distribution function and from this the logarithmic normal distribution function characteristic of the ion mobility spectrometer, at least for the respective spectrum, and then the respective spectrum by subtraction with this logarithmic normal distribution function is modified.
Das so modifizierte Spektrum kann anschließend mit einer Gaußkurven-Analyse ausgewertet werden.The modified spectrum can then be evaluated with a Gaussian curve analysis.
Es wird somit zur Ermittlung der gerätefunktionsfreien Antwort (Tailing- freie Antwort) eines Ionenbeweglich- keitsspektrometers eine logarithmische Normalverteilungsfunktion eingesetzt. Des Weiteren wird bei jedem einzelnen Spektrum, insbesondere jedoch im Bereich des Reak- tions-Ionen-Peaks eines Ionenbeweglichkeitsspektrums die Differenz zwischen dem ursprünglichen Spektrum und dieser Gerätefunktion gebildet.Thus, a logarithmic normal distribution function is used to determine the device-function-free response (tailing-free response) of an ion mobility spectrometer. Furthermore, the difference between the original spectrum and this device function is formed for each individual spectrum, but especially in the region of the reaction ion peak of an ion mobility spectrum.
In Zeitreihen (im einfachsten Fall einer Folge von Spektren, aber auch in Ionenbeweglichkeitsspektrometer-Chro- matogrammen) , bei denen an den Einstellungen des Ionenbe- weglichkeitsspektrometers selbst zumindest während der Zeit der Messung keinerlei Änderungen vorgenommen werden (so bleiben beispielsweise während einer Messung die Gitteröffnungszeit oder das von außen angelegte elektrische Feld wenigstens idealerweise unbeeinflusst) , stellt sich die Frage, ob es möglich ist, gerätetechnische Besonderheiten einzelner Ionenbeweglichkeitsspektrometer so zu erfassen, dass man deren unerwünschten Signaleinfluss geeignet berücksichtigen und ggf. entfernen kann. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass es mit dem vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren gelingt, den vom jeweiligen individuellen Ionenbeweglichkeitsspektro- meter stammenden Anteil am Signal, zumindest im Bereich des Reaktions-Ionen-Peaks, wieder zu eliminieren und auf diese Weise das ursprüngliche nicht von dem Gerät im aktiven Betriebsmodus selbst beeinflusste Signal bereit zu stellen.In time series (in the simplest case of a sequence of spectra, but also in ion mobility spectrometer chromatograms) in which no changes are made to the settings of the ion mobility spectrometer itself at least during the time of the measurement (Thus, for example, during a measurement, the lattice opening time or the externally applied electric field at least ideally unaffected), raises the question of whether it is possible device specific features of individual ion mobility spectrometers to capture so that their unwanted signal influence considered appropriate and remove if necessary can. Surprisingly, it has been found that the above-described inventive method succeeds in eliminating the portion of the signal originating from the respective individual ion mobility spectrometer, at least in the region of the reaction ion peak, and in this way eliminating the original component from the apparatus active mode self-influenced signal to provide.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt inThe invention is explained in more detail below by way of example with reference to the drawing. This shows in
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Ionenbeweglichkeits- spektrometers ,1 is a schematic representation of an ion mobility spectrometer,
Fig. 2 eine typische Messwertkurve mit Tailing und eine das Tailing nicht berücksichtigende Gauß-Kurven analyse,FIG. 2 shows a typical measured value curve with tailing and a Gaussian curve analysis which does not take into account the tailing. FIG.
Fig. 3 ein typisches gemessenes Spektrum eines Ionenbe- beweglichkeitsspektrometers ,3 shows a typical measured spectrum of an ion mobility spectrometer,
Fig. 4 das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren modifizierte Spektrum nach Fig. 3,4 shows the modified according to the inventive method spectrum of FIG. 3,
Fig. 5 eine gemessene Ausgangsspektrenreihe eines Ionen- beweglichkeitsspektrometers , Fig. 6 ein gemessenes IMS- Chromatogramm eines Ionenbeweg- lichkeitsspektrometers ,5 shows a measured output spectra series of an ion mobility spectrometer, 6 shows a measured IMS chromatogram of an ion mobility spectrometer,
Fig. 7 die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens modifizierte Spektrenreihe nach Fig. 5 und inFIG. 7 shows the spectra series according to FIG. 5 modified by the method according to the invention and FIG
Fig. 8 das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren modifi zierte Chromatogramm nach Fig. 6.FIG. 8 shows the chromatogram of FIG. 6 modified by the method according to the invention. FIG.
In Fig. 1 ist der allgemeine Aufbau eines Ionenbeweglich- keitsspektrometers dargestellt. Dieses rohrförmige Ionen- beweglichkeitsspektrometer weist einen Ionisations- und Reaktionsraum 1 sowie einen Driftraum 2 auf, welche durch ein Ionengitter 3 getrennt sind. Im Ionisations- und Reaktionsraum 1 ist eine geeignete Ionisationsquelle 4 angeordnet. Ferner ist ein Gaseinlass 5 für das zu analysierende Gas und im Bereich des Ionengitters 3 ein Gas- auslass 6 vorgesehen.FIG. 1 shows the general structure of an ion mobility spectrometer. This tubular ion mobility spectrometer has an ionization and reaction space 1 and a drift space 2, which are separated by an ion grid 3. In the ionization and reaction space 1, a suitable ionization source 4 is arranged. Furthermore, a gas inlet 5 for the gas to be analyzed and in the region of the ion grid 3, a gas outlet 6 is provided.
Der Driftraum 2 ist mit Driftringen 7 ausgestattet, end- seitig ist er durch eine Faraday-Platte 8 begrenzt. Im Bereich dieser Faraday-Platte 8 ist ein Driftgaseinlass 9 vorgesehen. Des Weiteren ist vorzugsweise vor der Fara- day-Platte 8 ein Aperturgitter 10 angeordnet.The drift space 2 is equipped with drift rings 7, on the end it is bounded by a Faraday plate 8. In the area of this Faraday plate 8, a Driftgaseinlass 9 is provided. Furthermore, an aperture grid 10 is preferably arranged in front of the Faraday plate 8.
Während im linken Teil (Ionisations- und Reaktionsraum 1) mit Hilfe der Ionisationsquelle 4 Ionen aus dem Gas 5 gebildet werden, driften diese Ionen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes 11 in Richtung der Faraday- Platte 8 , wo dann ein elektrisches Signal entsteht . Den Ionen im Driftraum 2 strömt ein Driftgas entgegen, das durch den Driftgaseinlass 9 eingeleitet wird. Dieses Driftgas dient einerseits dazu, zu verhindern, dass sich an den Wänden des Driftraumes 2 Moleküle oder Ionen anhaften. Andererseits sorgt es dafür, dass nur Io- nen am Ionengitter 3 den Driftraum 2 erreichen können und keine neutralen Moleküle der Analyte . Da nur die Ionen, die aus dem Analyten gebildet wurden, elektrisch geladen sind und sich so im elektrischen Feld in Richtung zur Faraday-Platte 8 bewegen können, werden die neutralen, d.h. nichtionisierten Moleküle der Analyte aus dem Ionisations- und Driftraum 1, 2 herausgespült.While ions are formed from the gas 5 in the left part (ionization and reaction space 1) with the aid of the ionization source 4, these ions drift under the influence of an electric field 11 in the direction of the Faraday plate 8, where an electrical signal then arises. The ions in the drift space 2 are counteracted by a drift gas, which is introduced through the drift gas inlet 9. On the one hand, this drift gas serves to prevent molecules or ions from adhering to the walls of the drift space 2. On the other hand, it ensures that only NEN on the ion grid 3 can reach the drift space 2 and no neutral molecules of the analyte. Since only the ions formed from the analyte are electrically charged and thus can move in the electric field towards the Faraday plate 8, the neutral, ie non-ionized molecules of the analytes are flushed out of the ionization and drift space 1, 2 ,
Wenn man annimmt, dass sich das Ionengitter 3 jeweils für ein bestimmtes Zeitintervall öffnet und idealerweise ein Rechteckimpuls geformt wird, so kann man annehmen, dass in einem ungestörten Fall durch die Stöße der Ionen mit den umliegenden Molekülen aus diesem Rechteckimpuls ein gaußförmiges Signal geformt wird. Idealerweise könnte man weiter annehmen, dass die Schwärme der Ionen unterschiedlicher Analyte durch verschiedene gaußförmige Signale an der Faraday- Platte 8 abgebildet werden.Assuming that the ion lattice 3 opens for a certain time interval in each case and, ideally, a rectangular pulse is formed, it can be assumed that, in an undisturbed case, a Gaussian signal is formed by the collisions of the ions with the surrounding molecules from this square pulse. Ideally, one could further assume that the swarms of ions of different analytes are imaged by different Gaussian signals on the Faraday plate 8.
Da sich einerseits jedoch der Schwärm der Ionen nur in eine Richtung bewegt und andererseits diese Bewegung nicht nur durch das elektrische Feld, sondern auch durch den Driftgasfluss beeinflusst wird, sind Abweichungen von einem gaußförmigen Signal zu erwarten.Since, on the one hand, however, the swarm of ions only moves in one direction and, on the other hand, this movement is influenced not only by the electric field but also by the drift gas flow, deviations from a Gaussian signal are to be expected.
Häufig zeigen sich diese Änderungen des Signales an der Faraday-Platte 8 darin, dass im ersten Teil des Signales zum Maximum unter dem Einfluss des Driftgasflusses eine Verlangsamung auftritt, die Ionen quasi zusammengedrückt werden, während sich am Ende immer Ionen finden, die unter dem Einfluss des Driftgasflusses viel langsamer geworden sind (Tailing) .Frequently, these changes in the signal on the Faraday plate 8 show that in the first part of the signal to the maximum under the influence of the drift gas flow, a slowdown occurs, the ions are quasi compressed, while in the end always find ions under the influence of the drift gas flow have become much slower (tailing).
In Fig. 2 ist ein typisches Tailing des Signal -Peaks in einem Ionenbeweglichkeitsspektrum in der oberen schwarzen Kurve dargestellt. Eine Approximation dieses Spektrums nach einer Gauß-Kurvenanalyse zeigt die untere Kurve. Es verbleibt offensichtlich im rechten Bereich der Fig. 2 eine gestrichelt dargestellte Restfläche, die als Tailing bezeichnet ist. Diese durch das Tailing hervorgerufene Restfläche, d.h. die Differenzfläche zwischen dem tatsächlich gemessenen Spektrum und der Gauß-Kuvenanalyse, die für die Signalauswertung verwendet wird, macht sich zumindest bei der Quantifizierung, d.h. der Auswertung der Fläche eines Peaks, fehlerhaft bemerkbar. Auch die Lage des Maximums eines Peaks wird dadurch beeinflusst. Da diese Lage des Maximums meist zur Identifizierung eines Analyten herangezogen wird, ist auch dieses fehlerbehaftet. Ferner verschwinden insbesondere im Bereich des Reaktions-Ionen-Peaks aufgrund des Tailings kleine Signale bei der Auswertung mittels einer Gaußkurven-Analyse und werden deshalb nicht berücksichtigt.Fig. 2 shows a typical tailing of the signal peak in an ion mobility spectrum in the upper black curve. An approximation of this spectrum after a Gaussian curve analysis shows the lower curve. Obviously, in the right-hand area of FIG. 2, a residual area shown in dashed lines remains, which is referred to as tailing. This residual surface caused by tailing, ie the difference surface between the actually measured spectrum and the Gaussian curve analysis used for the signal evaluation, becomes erroneously noticeable at least in the quantification, ie the evaluation of the area of a peak. The position of the maximum of a peak is also affected. Since this position of the maximum is usually used to identify an analyte, this is also subject to errors. Furthermore, especially in the region of the reaction ion peak due to tailing, small signals disappear in the evaluation by means of a Gaussian curve analysis and are therefore not considered.
Um diesem Problem abzuhelfen und die tatsächlichen Messsignale auswerten zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das gemessene Spektrum bzw. die gemessene Spektrenreihe wenigstens im Bereich des Reaktons- Ionen-Peaks mittels einer logarithmischen Normalverteilungsfunktion zu modifizieren, wozu zunächst die das Tailing des Ionenbe- weglichkeitsspektrometers beschreibenden Parameter für die logarithmische Normalverteilungsfunktion ermittelt und daraus die für das Ionenbeweglichkeitsspektrometer, wenigstens für das jeweilige Spektrum charakteristische logarithitnische Normalverteilungsfunktion bestimmt und anschließend das jeweilige Spektrum durch Differenzbildung mit dieser logarithmischen Normalverteilungsfunktion modifiziert wird.In order to remedy this problem and to be able to evaluate the actual measurement signals, it is provided according to the invention to modify the measured spectrum or the measured spectral series at least in the region of the reaction ion peak by means of a logarithmic normal distribution function, to which first the tailing of the ion mobility spectrometer is described Determines parameters for the logarithmic normal distribution function and determines the characteristic for the ion mobility spectrometer, at least for the respective spectrum logarithmic normal distribution function and then the respective spectrum is modified by subtraction with this logarithmic normal distribution function.
In Fig. 3 ist ein Beispiel eines mit einem Ionenbeweg- lichkeitsspektrometer gemessenen Spektrums (charakteristisches Median-Spektrum) dargestellt, welches ein Tailing aufweist. Gestrichelt ist in Fig. 3 die für den Bereich des Reaktions- Ionen-Peaks (Driftzeit etwa 18 ms) ermittelte logarithmische Normalverteilungsfunktion für diesen Anwendungsfall eingezeichnet.FIG. 3 shows an example of a spectrum (characteristic median spectrum) measured using an ion mobility spectrometer, which is a Tailing has. The logarithmic normal distribution function determined for the region of the reaction-ion peak (drift time about 18 ms) is shown in dashed lines in FIG. 3 for this application.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der Modifikation einer logarithmischen Normalverteilungsfunktion ergibt sich unmittelbar aus Fig. 4. In Fig. 4 ist die Differenz aus dem in Fig. 3 gezeigten Ausgangsspektrum und der ermittelten logarithmischen Normalverteilungsfunktion dargestellt. Deutlich zu erkennen ist, dass kleinere, insbesondere die im Bereich der logarithmischen Normalverteilungsfunktion (Driftzeit etwa zwischen 15 und 25 ms) liegenden Peaks wesentlich deutlicher vortreten.The advantage of the method according to the invention by means of the modification of a logarithmic normal distribution function results directly from FIG. 4. FIG. 4 shows the difference between the output spectrum shown in FIG. 3 and the determined logarithmic normal distribution function. It can be clearly seen that smaller peaks, in particular those lying in the region of the logarithmic normal distribution function (drift time approximately between 15 and 25 ms), are much more pronounced.
Die Parameter der Form, Skala und Streuung der logarithmischen Normalverteilungsfunktion sind beispielhaft in Fig. 3 angegeben.The parameters of the shape, scale and scattering of the logarithmic normal distribution function are given by way of example in FIG.
In Fig. 5 ist eine mit einem Ionenbeweglichkeitsspektro- meter aufgenommene Ausgangsspektrenreihe dargestellt. Im Vergleich dazu ist in Fig. 7 die gleiche Spektrenreihe dargestellt, welche erfindungsgemäß mittels einer logarithmischen Normalverteilungsfunktion modifiziert worden ist.FIG. 5 shows an output spectra series recorded with an ion mobility spectrometer. In comparison, the same spectral series is shown in FIG. 7, which according to the invention has been modified by means of a logarithmic normal distribution function.
Fig. 6 zeigt ein gemessenes Ausgangsionenbeweglichkeits- spektrometer-Chromatogramm der gleichen Daten wie in Fig. 5. Im Vergleich dazu zeigt Fig. 8 das Chromatogramm nach einer Modifikation mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Abzug einer logarithmischen Normalverteilungsfunktion. Es ist offensichtlich, dass die den Analyten zugeordneten Signale in Fig. 8 viel deutlicher erscheinen als in Fig. 6. Figure 6 shows a measured home ion mobility spectrometer chromatogram of the same data as in Figure 5. In comparison, Figure 8 shows the chromatogram after modification by the method of the present invention by subtracting a logarithmic normal distribution function. It is obvious that the signals associated with the analytes appear much clearer in FIG. 8 than in FIG. 6.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Verfahren zur Auswertung analytbezogener Signale aus mittels der Ionenbeweglichkeitsspektrometrie aufgenommenen IMS-Spektren, wobei wenigstens die den Reaktions- Ionen-Peak darstellende Signalamplitude des jeweiligen Spektrums ein Tailing aufweist und wobei das jeweilige Spektrum im Hinblick auf das zeitliche Auftreten und die Größe der einzelnen Signalamplituden ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Spektrum vor der Auswertung wenigstens im Bereich des Reaktions- Ionen-Peaks mittels einer logarithmischen Normalverteilungsfunktion modifiziert wird.1. A method for evaluating analytical signals from recorded by means of ion mobility spectrometry IMS spectra, wherein at least the signal representing the reaction ion peak signal amplitude of the respective spectrum has a tailing and wherein the respective spectrum with respect to the timing and size of the individual signal amplitudes is evaluated, characterized in that the respective spectrum is modified before the evaluation at least in the region of the reaction ion peaks by means of a logarithmic normal distribution function.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die das Tailing des Ionenbeweglichkeits- spektrometers beschreibenden Parameter für die logarithmische Normalverteilungsfunktion ermittelt und daraus die für das Ionenbeweglichkeitsspektrometer, wenigstens für das jeweilige Spektrum charakteristische logarithmische Normalverteilungsfunktion bestimmt und anschließend das jeweilige Spektrum durch Differenzbildung mit dieser logarithmischen Normalverteilungsfunktion modifiziert wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that first the tailing of the Ionenbeweglichkeits- spectrometer describing parameters for the logarithmic normal distribution function determines and determines the characteristic of the ion mobility spectrometer, at least for the respective spectrum logarithmic normal distribution function and then the respective spectrum by subtraction this logarithmic normal distribution function is modified.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103884767A (en) * 2012-12-21 2014-06-25 中国科学院大连化学物理研究所 Method for improvement of ion mobility spectrometer identification detection performance

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KWON, S.B., FUJIMOTO, T., KUGA, Y., SAKURAI, H., SETO, T.: "Characteristics of Aerosol Charge Distribution by Surface-Discharge Microplasma Aerosol Charger (SMAC)" AEROSOL SCIENCE AND TECHNOLOGY, Bd. 39, 2005, - 2005 Seiten 987-1001, XP002551722 ISSN: 0278-6826 DOI: 10.1080/02786820500380263 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103884767A (en) * 2012-12-21 2014-06-25 中国科学院大连化学物理研究所 Method for improvement of ion mobility spectrometer identification detection performance
CN103884767B (en) * 2012-12-21 2016-05-18 中国科学院大连化学物理研究所 A kind of method that improves ionic migration spectrometer recognition detection performance

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