本发明专利技术涉及一种用于确定离子迁移率的方法和装置(1)。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(6)，从而生成调制离子束；导引调制离子束穿过漂移区域(3)；在调制离子束已通过漂移区域(3)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(1)包括离子门(2)；可导引调制离子束穿过其中的漂移区域(3)；在调制离子束已经通过漂移区域(3)后可测量调制离子束信号的检测器(4)；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(5)。调制函数的自相关性是双值函数。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定离子的迁移率的方法和装置
本专利技术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。
技术介绍
与上述
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, 9OO, 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W02004/097394Al(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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有关最初提及的
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。本专利技术的解决方案是通过独立权利要求的特征限定。根据本专利技术，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“O”和“I”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。优选地，调制函数是伪随机序列。其优点在于，调制函数的特性近似于随机序列的特性。因此，如果相应选择伪随机序列的长度，能够避免调制函数中导致离子迁移谱中额外峰的重复(repetitions)。此外，伪随机序列作为调制函数的优点在于，例如用线性反馈移位寄存器可以容易地产生调制函数。如果调制函数是已知最大长度序列的类型或可以由一个或多个最大长度序列来表示的类型的伪随机序列，优选使用线性反馈移位寄存器来产生调制函数。在这样的线性反馈移位寄存器中，许多反馈模式是可行的，此反馈模式即被称为线性反馈移位寄存器的抽头组。可行抽头组的数量取决于特定线性反馈移位寄存器的长度。通过选择抽头组和初始值组，线性反馈移位寄存器生成调制函数。该初始值组被提供到线性反馈移位寄存器。基于该初始值组，然后由线性反馈移位寄存器基于抽头组来生成调制函数。因此，调制函数取决于抽头组以及该初始值组。作为一种变化形式，可以不同方式生成调制函数。例如，一个或多个已知的伪随机序列或其他调制函数可以存储在数据存储器中。对于每一测量，可以使用存储在数据存储中的特定调制函数。在另一变化形式中，调制函数可以是伪随机序列之外的不同函数。例如，其可以是随机序列。其优点在于，函数具有对应的性能。可选地，调制函数也可以是非随机函数。如果调制函数是伪随机序列，优选为最大长度序列、GMW序列、Welch-Gong变换序列、二次剩余序列、六次剩余序列、孪生素数序列、Kasami幂函数序列、Hypeixwal序列或由3或5个最大长度序列派生的序列。其优点在于，调制函数是具有公知性能的序列。如果该序列是从3或5个最大长度序列派生的序列，则其可以例如通过将3或5个最大长度序列的对应位的内容相加而获得。在此情况下，两个Is或两个Os相加可以得到0，而O和I或I和O相加可以得到I (逐位进行与非(NAND)操作)。作为一种变化形式，调制函数可以是不属于这些类中一类的伪随机序列。优选地，如果调制函数是二进制函数或序列，则其具有超过15位、优选多于50位、特别是多于100位的长度。其优点在于，调制函数的长度足以能够进行这样的测量:其中测量充足的离子，以获得有意义的离子迁移谱。可选地，调制函数可以具有15位或更小的长度。如果测量的时间短并且如果具有充足的离子可用于获得有意义的离子迁移谱，这是优选的。优选地，此方法包括在计算相关性之前使用滤波器滤波信号来增强信号边缘的步骤。其优点在于，所获得的离子迁移谱的分辨率提高，使得相关性被锐化。可选地，此方法可以不包括在计算相关性之前使用滤波器滤波信号来增强信号边缘的步骤。如果所获得的离子迁移谱尽可能接近于有效测量的信号，则省略增强信号边缘的步骤是优选的，因为所需的滤波是测本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于确定离子的迁移率的方法，包括以下步骤：a.使用受控于调制函数的离子门(2)调制离子束(6)，以产生调制离子束；b.将所述调制离子束导引穿过漂移区域(3)；c.在所述调制离子束已经通过所述漂移区域(3)之后，测量所述调制离子束的信号；d.计算所述调制函数与所述信号的相关性，以确定所述离子的所述迁移率；其特征在于，所述调制函数的自相关性是双值函数。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.26 EP 11405348.11.一种用于确定离子的迁移率的方法，包括以下步骤: a.使用受控于调制函数的离子门(2)调制离子束(6)，以产生调制离子束； b.将所述调制离子束导引穿过漂移区域(3)； c.在所述调制离子束已经通过所述漂移区域(3)之后，测量所述调制离子束的信号； d.计算所述调制函数与所述信号的相关性，以确定所述离子的所述迁移率； 其特征在于，所述调制函数的自相关性是双值函数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调制函数是伪随机序列。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调制函数是最大长度序列、GMW序列、Welch-Gong变换序列、二次剩余序列、六次剩余序列、孪生素数序列、Kasami幂函数序列、Hyperoval序列或从3或5个最大长度序列派生的序列。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤:在计算所述相关性之前，使用滤波器滤波所述信号来增强所述信号的边缘。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述滤波器是η元有限差分滤波器、边缘增强滤波器、或者使用不同类型锐化算法的滤波器。6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤:由所述信号计算模糊信号；以及在计算所述调制函数与所述信号和所述模糊信号之间的差值的相关性之前，通过从所述信号减去所述模糊信号而计算所述信号和所述模糊信号之间的差值。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，从所述相关性选择可能的离子漂移时间的感兴趣区间。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，包括以下步骤:选择所述调制函数，使得所述相关性中尽可能多的假峰(50.1、50.2、50.3、50.4、50.5、50.6)位于所述感兴趣区间之外。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤:选择所述调制函数，使得所述相关性中的伪特征(51.1,51.2)具有低高度。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤:确定在所计算的相关性中没有期望的被测量离子的信号的区域中，相关性噪声的噪声电平；以及通过抑制所述相关性中的所述相关性噪声，计算噪声抑制的相关性的步骤，并且，在计算所述相关性的步骤之后执行此两个步骤。11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于: a.循环...
【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·科诺陈缪斯，
申请(专利权)人：托夫沃克股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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