[发明专利]用于确定离子的迁移率的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定离子的迁移率的方法和装置。此方法包括如下步骤：使用受控于调制函数的离子门(2)调制离子束，从而生成调制离子束；导引调制离子束穿过漂移区域；在调制离子束已通过漂移区域后测量调制离子束的信号；以及计算调制函数和信号的相关性以确定离子的迁移率。该装置包括离子门；可导引调制离子束穿过其中的漂移区域；在调制离子束已经通过漂移区域后可测量调制离子束信号的检测器；以及可计算调制函数和信号的相关性以确定离子的迁移率的计算单元。

背景技术

与上述技术领域有关的方法和装置是已知的。例如，在美国专利申请US2009/0294647A1(Karsten Michelmann)中公开了一种连接到质谱仪的离子迁移谱仪和对应的测量方法。离子束通过连续调制函数进行调制并且此调制函数的调制频率在很大的频率范围内变化。为了获得离子质谱，将测量的离子谱与离子束的调制函数相关联。

在美国专利申请US7,417,222B1(Sandia Corp)中公开了另一种离子迁移谱仪和对应的方法。同样在该申请中，使用调制函数调制离子束并将测量的信号与调制函数相关联。但与美国专利申请US2009/0294647A1不同，调制函数也可以是二进制函数。具体而言，Barker码被描述为优选调制函数，因为它们的自相关性为低边带。

在美国专利申请US6,900,431B1(Predicant Biosciences Inc.)中关于时间飞行质谱仪的示例公开了一种稍微不同的方法。这里，离子束以最大长度的伪随机序列进行调制。由哈德玛反变换(inverse Hadamard transformation)体系获得离子光谱的表征。类似地，在WO2004/097394A1(Smiths Group Plc)中所公开的离子迁移谱仪中，使用最大长度的伪随机序列调制离子束并使用矩阵代数分析测量的离子信号。但是在后者的例子中，还可以使用傅立叶分析来代替矩阵代数。另外，可以使用位反转(inverted bits)的两个调制序列，以获得更好的信噪比。

这些已知方法的共同之处在于：根据调制函数调制离子束；在离子已通过漂移区域后测量离子信号；以及通过计算调制函数与测量的离子信号的相关性获得离子迁移率。使用该方法来获得离子迁移率，是因为其能够直接测量离子飞行时间而不需要知道每个单独离子的起始时间。因此，可以同时使一种以上离子脉冲或离子包穿过漂移区域。这具有在同一时间段内可以测量更多离子的优点。

该方法的缺点在于，计算相关性时将其本身不容易识别的特征引入到离子迁移谱中。例如，这些特征可能是在离子迁移谱中看起来像来自于某些特定离子种类的小峰。因此，如果要检测离子的痕迹，这样人为引入的特征可能会导致离子迁移谱的误判。因此，为了避免这样的误判，离子迁移谱中的小峰不得不被当作可能的假峰(false peak)而丢弃。这显著限制了可获得的动态范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有关最初提及的技术领域的方法和装置，其能够确定具有更高信噪比的离子迁移率，同时提供与现有技术相同的测量速度。

本发明的解决方案是通过独立权利要求的特征限定。根据本发明，调制函数的自相关性是双值函数。这意味着自相关函数在零点具有峰值，而在所有其他各点具有恒定值。

具有双值自相关函数的调制函数的优点在于，计算相关性时没有将额外特征引入到离子迁移谱中。

优选地，调制函数是二进制函数(binary function)。因此，调制函数可以由成行的位来表示。其优点在于，易于使用离子门调制离子束，使得调制离子束沿离子飞行方向具有调制函数的形状。在一种变化形式中，调制函数基于二进制函数，但在二进制函数的位之间提供平滑阶跃(step)。其优点在于，在计算相关性之前，通过将调制函数适用于离子门后区域中的离子损耗(depletion of ions)或调制离子束中的离子拖尾或扩散，从而能够将这些效应考虑到调制离子束中。在又一个变化形式中，调制函数基于二进制函数，但进行过采样。也就是说，在二进制函数的每个“0”和“1”过程中进行多次测量。可选地，调制函数是非二进制函数，并且其也可以进行过采样。

在下文的一些段落中，调制函数被描述为二进制函数或序列。在这些段落中，调制函数其实可以是所描述的二进制函数或序列。但它不妨可以是基于所描述的二进制函数或序列的函数。在后一种情况下，该调制函数可以在所描述的二进制函数或序列的位之间提供平滑阶跃和/或可以被过采样。