專利名稱：具有改進(jìn)的質(zhì)量準(zhǔn)確性的質(zhì)譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及質(zhì)量分析方法和裝置，其中裝置的濾質(zhì)動(dòng)作由數(shù)字控制的模擬系統(tǒng)來掃描。
背景技術(shù)：
在高性能質(zhì)譜儀中，通常期望在確定所測(cè)量的樣品或分子的組成時(shí)獲得可能的最佳準(zhǔn)確性。兩個(gè)關(guān)鍵屬性幫助確定這一點(diǎn)。首先，分辨率是質(zhì)譜儀區(qū)分不同質(zhì)荷比的離子的能力。其次，質(zhì)量準(zhǔn)確性是質(zhì)譜儀準(zhǔn)確地確定所測(cè)量離子的質(zhì)荷比的能力。
較大分辨率直接對(duì)應(yīng)于區(qū)分具有相似分子量的離子的增強(qiáng)的能力。將具有相似質(zhì)荷比的兩種離子彼此區(qū)分的能力直接涉及在質(zhì)譜中觀察那些離子的分離質(zhì)量峰的能力。分辨率越好，未知化學(xué)物種的質(zhì)量可以測(cè)量得越準(zhǔn)確，并且該物種的質(zhì)量峰可以越容易地與背景噪聲或者與在質(zhì)量上接近于該未知物種的其他化學(xué)物種的質(zhì)量峰區(qū)分。
高分辨率質(zhì)譜測(cè)量的另外優(yōu)點(diǎn)在于，消除相同標(biāo)稱質(zhì)量但不同精確質(zhì)量的化學(xué)背景，因而分別增加信噪比和靈敏度。用低分辨率，僅獲得組合的質(zhì)譜結(jié)果。用高分辨率，可以獲得單獨(dú)的檢測(cè)，從而單獨(dú)的隔離以及MS/MS質(zhì)譜。
分辨率受到，尤其是儀器設(shè)計(jì)和構(gòu)造的影響。儀器制造商典型地指定在標(biāo)準(zhǔn)樣品制備過程下處理的并且用最佳儀器設(shè)置來分析的眾所周知分子的分辨率。制造商通常提供在他們的機(jī)器中可用的不同操作模式的說明。質(zhì)量準(zhǔn)確性提供在分子量確定過程中所期望的最大誤差的測(cè)量。質(zhì)量準(zhǔn)確性受到，尤其是分析物的類型、儀器設(shè)計(jì)、儀器構(gòu)造、樣品制備，以及質(zhì)心軸線校準(zhǔn)(內(nèi)部的或外部的)方法的影響。
精確的質(zhì)量可以用來確認(rèn)相當(dāng)小的分子中的元素成分。在本實(shí)例中，通過計(jì)算預(yù)期在化合物中的所有原子的質(zhì)量的總數(shù)來計(jì)算理論上的“精確質(zhì)量”。然后，該計(jì)算的質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的質(zhì)量相比較，以確定它們是否在通?？山邮艿念A(yù)期公差，例如典型的百萬分之五(ppm)的規(guī)格內(nèi)一致。在這些情況下測(cè)量精確質(zhì)量相對(duì)直接，因?yàn)樵谶M(jìn)行質(zhì)譜測(cè)量之前知道答案應(yīng)該是什么。排除可能選擇的足夠的準(zhǔn)確性是所需要的。
互補(bǔ)的過程更困難。在該情況下，樣品的元素成分并不知道，因此通過測(cè)量樣品的精確質(zhì)量來開始。一般地，基于實(shí)際質(zhì)量處于平均誤差(5ppm)內(nèi)的假設(shè)來工作。但是，如果分子包含幾種不同元素，可能存在許多將符合在+/-5ppm平均誤差范圍內(nèi)的元素式。很明顯+/-1ppm或更好的誤差是“精確質(zhì)量標(biāo)記”所需要的，至少例如肽的識(shí)別。
商業(yè)儀器制造商典型地將質(zhì)量準(zhǔn)確性指定為以百分比(％)或百萬分率(ppm)為單位的相對(duì)誤差。關(guān)于分辨率，單獨(dú)的質(zhì)量準(zhǔn)確性規(guī)格典型地基于內(nèi)部和外部校準(zhǔn)方法以及質(zhì)譜儀中不同操作模式為質(zhì)量確定而提供。
在許多類型的質(zhì)譜儀中，控制電壓被掃描，以改變質(zhì)量選擇-例如選擇性地從離子阱中放出離子，或者選擇性地使離子穿過質(zhì)量選擇過濾器。掃描電壓的線性度和精度決定了所選離子的質(zhì)量可以什么樣的精確性來確定。使用數(shù)字控制電壓源來選擇質(zhì)量范圍的質(zhì)譜儀由于將數(shù)字控制字轉(zhuǎn)換成模擬電壓時(shí)固有的誤差而遭受分辨率損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于精確且準(zhǔn)確地確定離子質(zhì)量的技術(shù)。一般地，在一方面，本發(fā)明特征在于實(shí)現(xiàn)操作質(zhì)譜儀的技術(shù)的方法和裝置，包括計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括離子產(chǎn)生裝置、質(zhì)量分析器、離子檢測(cè)器，以及控制裝置。該技術(shù)包括執(zhí)行DAC校準(zhǔn)以校準(zhǔn)控制裝置的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓響應(yīng)；執(zhí)行第一質(zhì)心軸線校準(zhǔn)，第一質(zhì)心軸線校準(zhǔn)是質(zhì)量分析器的響應(yīng)的一級(jí)校準(zhǔn)以及執(zhí)行第二質(zhì)心軸線校準(zhǔn)，以跨越質(zhì)譜儀的質(zhì)量范圍來校準(zhǔn)質(zhì)量分析器的響應(yīng)，以表征儀器響應(yīng)的不完美性。
特定實(shí)現(xiàn)可以包括下面特征的一個(gè)或多個(gè)。校準(zhǔn)的步驟可以上述順序或以不同順序執(zhí)行。第一質(zhì)心軸線校準(zhǔn)可以在執(zhí)行第二質(zhì)心軸線校準(zhǔn)之后重復(fù)?？刂蒲b置可以包括放置在熱控環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)元件。鎖定質(zhì)量校準(zhǔn)可以執(zhí)行，以定義多個(gè)鎖定質(zhì)量中鎖定質(zhì)量之間的線性校正。質(zhì)量分析器響應(yīng)可以跨越1500 AMU質(zhì)量范圍而校準(zhǔn)到1mmu的準(zhǔn)確度。質(zhì)量分析器響應(yīng)可以校準(zhǔn)到至少1,500,000分之二的線性度。
DAC校準(zhǔn)可以包括計(jì)算控制裝置的主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)處的模擬輸出電壓誤差，以及定義與該多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的模擬修整電壓。模擬修整電壓可以是由控制裝置的修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓。主數(shù)模轉(zhuǎn)換器和修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以一起構(gòu)成復(fù)合數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該復(fù)合數(shù)模轉(zhuǎn)換器是線性到至少7微伏并且需要少于24控制位的10伏設(shè)備。計(jì)算主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出電壓誤差可以包括將主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出電壓與多于2000個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)處的期望輸出電壓相比較。定義模擬修整電壓可以包括保存多個(gè)修整值，每個(gè)修整值對(duì)應(yīng)于由修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器在主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)處施加的校正。修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以用來在主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的設(shè)定點(diǎn)之間插值。
執(zhí)行第一質(zhì)心軸線校準(zhǔn)可以包括在兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)處執(zhí)行質(zhì)量分析器的響應(yīng)的粗略校準(zhǔn)。執(zhí)行第二質(zhì)心軸線校準(zhǔn)可以包括引入包含具有跨越質(zhì)譜儀的質(zhì)量范圍的已知質(zhì)量的多個(gè)物種的樣品，測(cè)量樣品中物種的質(zhì)量，計(jì)算所測(cè)量質(zhì)量的每個(gè)與相應(yīng)物種的已知質(zhì)量的偏差，執(zhí)行分段多項(xiàng)式擬合以校正所測(cè)量質(zhì)量的每個(gè)的偏差，以及保存基于多項(xiàng)式擬合的多個(gè)校正值，該校正值與控制裝置的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的校正模擬輸出電壓相對(duì)應(yīng)。執(zhí)行分段多項(xiàng)式擬合可以包括執(zhí)行樣條擬合。
該技術(shù)可以包括補(bǔ)償轉(zhuǎn)換速率相關(guān)性，以當(dāng)掃描速率被調(diào)整時(shí)保持所測(cè)量的質(zhì)量峰在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｑa(bǔ)償轉(zhuǎn)換速率相關(guān)性可以包括執(zhí)行實(shí)時(shí)質(zhì)量計(jì)算和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)采集的時(shí)標(biāo)，使得每個(gè)樣品時(shí)間比被調(diào)節(jié)以提供每個(gè)樣品原子質(zhì)量單位的恒定比值。該技術(shù)可以包括將樣品引入到質(zhì)譜儀中，以及測(cè)量從樣品中的物種中得到的離子的精確質(zhì)量。
一般地，在另一方面，本發(fā)明特征在于一種包括用于確定所選離子質(zhì)量的質(zhì)量選擇裝置的質(zhì)譜儀。質(zhì)量選擇裝置包括能夠提供模擬控制電壓的控制裝置?？刂蒲b置能夠提供線性變化的質(zhì)量選擇，并且包括放置在熱控環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)元件。
特定實(shí)現(xiàn)可以包括下面特征的一個(gè)或多個(gè)。質(zhì)量選擇裝置可以包括用于掃描RF場(chǎng)的振幅的裝置。該一個(gè)或多個(gè)元件可以包括選自精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器、相關(guān)運(yùn)算放大器，增益調(diào)整電阻器，以及RF檢測(cè)二極管的一個(gè)或多個(gè)組件。該一個(gè)或多個(gè)元件可以包括至少兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
熱控環(huán)境可以包括集成或嵌入到印刷線路板中的一個(gè)或多個(gè)電阻加熱元件。該一個(gè)或多個(gè)加熱元件可以包括一個(gè)或多個(gè)銅跡線。加熱元件可以被構(gòu)造以向印刷線路板的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域提供平滑變化量的熱量。印刷線路板可以包括兩層或三層，并且加熱元件中的一個(gè)或多個(gè)可以跨越至少兩層的至少一部分而分布。加熱元件可以被構(gòu)造以將熱控環(huán)境的溫度調(diào)節(jié)在+/-0.5℃，+/-0.2℃，或+/-0.05℃的范圍內(nèi)。
印刷線路板可以包括定義熱控區(qū)域的邊界。邊界可以由一個(gè)或多個(gè)間隙、狹縫或穿孔來定義。熱控環(huán)境可以包括基本上覆蓋溫度可控區(qū)域表面的絕緣元件。
質(zhì)譜儀可以包括質(zhì)量分析器，離子引入其中以供質(zhì)量分析。質(zhì)量分析器可以包括至少兩對(duì)雙曲線桿。桿可以制造成好于六千分之二、六千分之一，或八千分之二的準(zhǔn)確度。質(zhì)量分析器可以包括諧振儲(chǔ)能電路，其包括至少兩對(duì)導(dǎo)電桿、RF放大器、變壓器、DC放大器和電容器。儲(chǔ)能電路可以具有大于300、大于500或大于700的高Q。變壓器的至少一個(gè)繞組可以包括多股絞合線。變壓器的調(diào)諧圈可以包括絞合線。調(diào)諧圈可以包括具有使得調(diào)諧圈的RF電阻基本上為零的線規(guī)和匝數(shù)的絞合線。
一般地，在另一方面，本發(fā)明特征在于一種質(zhì)譜儀，其包括用于接收供質(zhì)量分析的離子的質(zhì)量分析器。該分析器包括諧振儲(chǔ)能電路，該諧振儲(chǔ)能電路包括至少一個(gè)變壓器，該變壓器包括由絞合線形成的調(diào)諧圈。
一般地，在另一方面，本發(fā)明特征在于用于控制質(zhì)量分析器的線性化掃描電壓產(chǎn)生電路。該電路包括用于指定與質(zhì)量分析器中的期望質(zhì)量設(shè)定點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字控制字的數(shù)字控制裝置，連接到數(shù)字控制裝置的主數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以及連接到數(shù)字控制裝置的修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器。主數(shù)模轉(zhuǎn)換器被配置以接收來自數(shù)字控制裝置的數(shù)字控制字，并基于數(shù)字控制字產(chǎn)生模擬輸出電壓來控制質(zhì)量分析器。主數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)處的誤差。修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器被配置以接收來自數(shù)字控制裝置的數(shù)字修整字，并產(chǎn)生模擬修整電壓來校正由主數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的模擬輸出電壓中的誤差，使得給定模擬輸出電壓和相應(yīng)模擬修整電壓總和成相應(yīng)數(shù)字控制字的期望質(zhì)量設(shè)定點(diǎn)的模擬設(shè)置電壓。
特定實(shí)現(xiàn)可以包括下面特征的一個(gè)或多個(gè)。電路可以包括保存多個(gè)數(shù)字修整字的修整查找表。每個(gè)數(shù)字修整字可以對(duì)應(yīng)于多個(gè)數(shù)字控制字中的一個(gè)。每個(gè)數(shù)字修整字可以代表模擬修整電壓，該電壓可以由修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生以校正由主數(shù)模轉(zhuǎn)換器為相應(yīng)數(shù)字控制字產(chǎn)生的模擬輸出電壓中的誤差。該電路的一個(gè)或多個(gè)元件可以放置在印刷線路板的熱控區(qū)域上。
本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)以提供下面優(yōu)點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)。質(zhì)譜儀的精確校準(zhǔn)可以允許獲得準(zhǔn)確的質(zhì)量測(cè)量。在一些實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)過程的使用可以使得在能夠測(cè)量1500amu的質(zhì)譜儀上僅1mmu的質(zhì)量準(zhǔn)確度。在系統(tǒng)性能不夠線性以允許使用鎖定質(zhì)量來準(zhǔn)確地指定未知峰位置的情況下，可以使用本技術(shù)。
本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方案的細(xì)節(jié)在下面的附隨附圖和說明書中陳述。除非另外定義，在這里使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語都具有由本發(fā)明所屬領(lǐng)域中技術(shù)人員所通常理解的意義。在這里提及的所有出版物、專利申請(qǐng)、專利，以及其他參考，在此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。在沖突的情況下，以本說明書，包括定義為準(zhǔn)。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從描述、附圖和權(quán)利要求中變得明白。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一方面的質(zhì)譜儀的示意圖。
圖2是用于產(chǎn)生質(zhì)量分析控制電壓的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)子系統(tǒng)的示意圖。
圖3顯示DAC子系統(tǒng)電壓線性偏差的輸出。
圖4顯示線性化的子系統(tǒng)電壓。
圖5顯示在質(zhì)量校正之前和在質(zhì)量校正之后的質(zhì)量輸出。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一方面的熱/溫度控制系統(tǒng)的示意圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一方面的熱/溫度控制系統(tǒng)的橫截面示意圖。
圖8是可以通過本發(fā)明一方面來校準(zhǔn)的四極質(zhì)譜儀的示意圖。
圖9是可以通過本發(fā)明一方面來校準(zhǔn)的四極離子阱質(zhì)譜儀的示意圖。
圖10是可以用來改變變壓器磁通中回路角度的一種裝置的示意圖。
圖11是可以通過本發(fā)明一方面來校準(zhǔn)的三重四極質(zhì)譜儀的示意圖。
圖12是可以通過本發(fā)明一方面來校準(zhǔn)的磁區(qū)質(zhì)譜儀的示意圖。
各個(gè)附圖中同樣的參考數(shù)字和標(biāo)記表示同樣的元件。
具體實(shí)施例方式
質(zhì)譜儀測(cè)量離子的質(zhì)荷比。當(dāng)所觀測(cè)的物種具有單位電荷時(shí)，如典型地許多常見電離方法的情況中，離子的質(zhì)荷比和質(zhì)量是相同的；結(jié)果，通常說質(zhì)譜儀只是測(cè)量離子的“質(zhì)量”。但是，幾種較新的電離技術(shù)，例如電噴霧電離，常規(guī)地產(chǎn)生多電荷離子。幸運(yùn)地，多電荷(m/z)狀態(tài)在質(zhì)譜中給出能夠數(shù)學(xué)地處理以得到分子的原始分子質(zhì)量的峰。在本說明書中，術(shù)語“質(zhì)量”用來指質(zhì)量(當(dāng)離子的電荷已經(jīng)說明時(shí))或質(zhì)荷比(當(dāng)離子的電荷還沒有說明時(shí))。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一方面的質(zhì)譜儀100的示意圖。質(zhì)譜儀100包括離子產(chǎn)生裝置110、質(zhì)量分析器120、離子檢測(cè)器130，以及控制裝置140，該控制裝置140包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)150和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)160，后面是接收來自DAC 160的模擬控制信號(hào)并處理該模擬控制信號(hào)的模擬系統(tǒng)170，使得質(zhì)量分析器120將所選質(zhì)量或質(zhì)量范圍的離子傳送到離子檢測(cè)器130。
在操作中，從離子產(chǎn)生裝置110中得到的離子傳送到質(zhì)量分析器120中。在質(zhì)量分析器120中，離子根據(jù)它們的質(zhì)荷比來分離，并且期望質(zhì)荷比(或質(zhì)荷比的范圍)的離子傳遞到檢測(cè)器，在那里離子信號(hào)被獲得并處理，以提供質(zhì)譜180。質(zhì)量分析器120中的分離在連接到DAC160的DSP 150的控制下執(zhí)行。為了選擇傳送到檢測(cè)器130的期望質(zhì)量范圍，DSP 150向DAC 160輸出對(duì)應(yīng)于期望DC電壓電平的數(shù)字控制字，該期望DC電壓電平對(duì)應(yīng)于質(zhì)量分析器120中的期望質(zhì)量范圍。DAC 160將數(shù)字控制字轉(zhuǎn)換成模擬輸出電壓。
商業(yè)上可獲得的DAC 160不是完美的，也就是并不具有所期望的分辨率或準(zhǔn)確度(例如，為獲得早期提到的+/-5ppm或+/-1ppm數(shù)字)并且偏離于期望路徑，例如可能是非線性的，模擬輸出電壓偏離于從DSP 150接收的數(shù)字控制字的值的預(yù)期電壓。為了校正該固有誤差(例如非線性)，DAC 160的輸出電壓使用具有更細(xì)量化(也就是，每最小有效位改變時(shí)較小電壓改變)的第二DAC 190來“修整”。應(yīng)當(dāng)注意，在本說明書中，“線性”和“線性度”并不局限于沿著由方程y＝mx+b定義的直線而展開的特性或性質(zhì)，而是擴(kuò)展到由其他方程，例如二次函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等定義的線。當(dāng)使用正確的修整值編程時(shí)，第二DAC 190輸出校正第一DAC 160的實(shí)際輸出電壓及其預(yù)期輸出電壓之間、給定DSP數(shù)字控制字的任何差異。該校正后的電壓供給到模擬系統(tǒng)170，其促使質(zhì)量分析器120將所選質(zhì)量或質(zhì)量范圍的離子傳送到檢測(cè)器130。該過程的線性度和精度決定所選離子的質(zhì)量可以什么準(zhǔn)確度來確定。
離子源110可以是多種常規(guī)離子源的任何一種，例如大氣壓力化學(xué)電離(APCI)源、大氣壓力光致電離(APPI)源、大氣壓力光化學(xué)電離(APPCI)源、基質(zhì)輔助激光解吸電離(MALDI)源、大氣壓力MALDI(AP-MALDI)源、電子碰撞電離(EI)源、電噴霧電離(ESI)源、電子俘獲電離源、快速原子轟擊源或二次離子(SIMS)源，或任何其他類型的離子源。
質(zhì)量分析器120可以是能夠配置以選擇性地傳送給定質(zhì)量或質(zhì)量范圍的離子的多種常規(guī)質(zhì)量分析器的任何一種。這種質(zhì)量分析器120可以包括，例如四極濾質(zhì)器、四極離子阱、三重四極質(zhì)譜儀、磁場(chǎng)型質(zhì)譜儀，以及軌道阱質(zhì)譜儀。質(zhì)量分析器的特定結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)100的剩余組件可以依賴于所使用的質(zhì)量分析器的類型。
特定質(zhì)量分析器的校準(zhǔn)曲線定義模擬控制系統(tǒng)170的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(提供數(shù)字控制)的設(shè)置之間的精確經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，該系統(tǒng)典型地負(fù)責(zé)質(zhì)量選擇或排斥。模擬控制系統(tǒng)170將具有依賴于特定分析器的質(zhì)量選擇參數(shù)，并且可以包括，例如RF俘獲電壓，或者外加磁、電或加速場(chǎng)的幅度。校準(zhǔn)曲線通常使用適合于被校準(zhǔn)質(zhì)譜儀、并且具有處于跨越所關(guān)注質(zhì)量范圍而分布的眾所周知的值處的質(zhì)量的校準(zhǔn)參考樣品來建立。從準(zhǔn)備好的校準(zhǔn)圖中，可以選擇將導(dǎo)致特定m/z值的排斥或選擇的DAC值的組合(提供數(shù)字控制)。
儀器性能可以在質(zhì)譜儀的校準(zhǔn)中起重要作用。部件級(jí)的短期熱漂移難以避免。大部分IC說明書列出每攝氏溫度的偏移作為部件規(guī)格。另外，存在應(yīng)變效應(yīng)以及典型地因相對(duì)于總體系統(tǒng)性能無關(guān)緊要而被忽略的其他眾所周知電子巧合。例如，在每個(gè)引腳處IC引線到電路板的連接具有每攝氏度c.a.10微伏的熱電偶效應(yīng)。在某些實(shí)現(xiàn)中，這里所描述的技術(shù)試圖說明這些儀器巧合的一些或全部。這些技術(shù)特別適用于總體系統(tǒng)性能不足夠正確(或線性)以使得鎖定質(zhì)量的使用能夠準(zhǔn)確地指定未知峰位置的情況。
校準(zhǔn)過程可以用來補(bǔ)償系統(tǒng)偏差。校準(zhǔn)過程可以包括多個(gè)單獨(dú)的校準(zhǔn)功能。在一種實(shí)現(xiàn)中，三個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)校準(zhǔn)功能用來在質(zhì)譜儀上測(cè)量精確質(zhì)量。作為選擇，四個(gè)或更多單獨(dú)的系統(tǒng)校準(zhǔn)功能可以使用。
第一校準(zhǔn)是DAC線性化過程，其純粹是硬件校準(zhǔn)，并且通常執(zhí)行一次。該校準(zhǔn)可以由IC制造商來執(zhí)行。商業(yè)部件通常稱之為激光修整DAC，其中校準(zhǔn)燒入芯片中。利用動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法的其他商業(yè)實(shí)現(xiàn)也可以使用，例如Analog Devices出售的16/18位自校準(zhǔn)串行/字節(jié)DACPORT。在一些實(shí)現(xiàn)中，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行DAC線性化可以提供比使用這種市場(chǎng)上可買到的部件可獲得的優(yōu)越的結(jié)果。該DAC線性化典型地在系統(tǒng)已經(jīng)熱調(diào)節(jié)到設(shè)備打算以此運(yùn)行的溫度之后執(zhí)行。取20位的輸入并且至少能夠以幾微伏(0-2μV)的平均線性度、小于5微伏的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以及20微伏的峰間值而執(zhí)行的商業(yè)DAC，將提供獲得所尋求準(zhǔn)確度所需的性能。校準(zhǔn)DAC信息可以保存(例如在非易失性存儲(chǔ)器中)供隨后使用。
第二校準(zhǔn)是垂直質(zhì)心軸線校準(zhǔn)，如使用建立的系統(tǒng)調(diào)諧和校準(zhǔn)來執(zhí)行的。在一種實(shí)現(xiàn)中，質(zhì)心軸線校準(zhǔn)僅利用兩個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)來執(zhí)行，從而消除在系統(tǒng)性能中出現(xiàn)拐點(diǎn)的可能性。因?yàn)樵撔?zhǔn)影響分段線性校正，多于兩個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的使用導(dǎo)致與典型儀器相關(guān)的相對(duì)低性能的校準(zhǔn)。因此，僅使用兩個(gè)點(diǎn)是簡(jiǎn)單的線性粗略校準(zhǔn)。儀器的固有非線性將在兩個(gè)粗略校準(zhǔn)點(diǎn)之間和之外平穩(wěn)地持續(xù)。
第三校準(zhǔn)是系統(tǒng)線性化步驟，其也是質(zhì)量校準(zhǔn)，但比當(dāng)前在本領(lǐng)域中執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)要分神得多。該第二質(zhì)量校準(zhǔn)表征跨越整個(gè)質(zhì)量范圍的系統(tǒng)非線性度。它測(cè)量跨越所關(guān)注質(zhì)量范圍的已知峰的位置，從而允許未知化合物的質(zhì)量峰從已知參考化合物的測(cè)量質(zhì)量中插值。驅(qū)動(dòng)掃描發(fā)生器的這三種校準(zhǔn)的組合提供真正與質(zhì)量呈線性的質(zhì)量掃描功能。兩種質(zhì)量校準(zhǔn)可以組合成單個(gè)校準(zhǔn)過程，但是在一些實(shí)現(xiàn)中，分開它們可能是有利的。第一校準(zhǔn)施加到整個(gè)DAC子系統(tǒng)，其為更精細(xì)的第二校準(zhǔn)保留全范圍的修整控制。
第四校準(zhǔn)是鎖定質(zhì)量的應(yīng)用，其典型地使用空前最高質(zhì)量準(zhǔn)確度的質(zhì)譜儀來執(zhí)行。因?yàn)樵撓到y(tǒng)與質(zhì)量呈線性，鎖定質(zhì)量校正是簡(jiǎn)單的線性校正。單個(gè)鎖定峰作為偏移量而施加，并且多個(gè)鎖定峰定義分段線性校正功能。
圖2說明數(shù)模系統(tǒng)200的一種實(shí)施方案，其可根據(jù)本發(fā)明一方面操作來提供作為質(zhì)量函數(shù)的質(zhì)譜儀掃描電壓的準(zhǔn)確控制，以提供精確質(zhì)量測(cè)量。
系統(tǒng)質(zhì)量線性度必須精確以允許從已知參考化合物的插值，以得到未知化合物質(zhì)量的測(cè)量。接收來自DSP 202的數(shù)字輸出并產(chǎn)生掃描控制電壓的DAC或數(shù)模轉(zhuǎn)換器是掃描電壓線性度的關(guān)鍵。
系統(tǒng)200包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)202，其提供數(shù)字輸出到兩個(gè)商業(yè)DAC 204和206，該商業(yè)DAC可以是例如具有R2R梯形網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單16位DAC，其中梯形網(wǎng)絡(luò)具有低的熱漂移。在該實(shí)施方案中，DAC 204用作主DAC，而DAC 206用作修整DAC。DAC的11位用來產(chǎn)生0～2047的數(shù)。如果DAC 204提供有電壓，使得65,535(二進(jìn)制的1111 1111 1111 1111)對(duì)應(yīng)于10V，那么DAC 204可以大約150微伏為一級(jí)來設(shè)置從0到10V的任何電壓。但是，因?yàn)镈AC 204不是完美的(也就是，在該實(shí)例中非線性)，DAC 204的特定設(shè)置不會(huì)產(chǎn)生期望的精確輸出電壓。
因此，為了校正(即在該實(shí)例中線性化)DAC 204，DAC 204的輸出210與修整DAC 206的輸出208相加，其被削弱，留下足夠的范圍以覆蓋線性化主DAC所需的跨度，加上零偏移量，加上線性化儀器質(zhì)量范圍所需的范圍。在一種實(shí)施方案中，修整值可以加上從+/-7000微伏到DAC 204的輸出210的任何值，以修整或線性化它。因此，例如DAC 204中的設(shè)置3，其對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制的0000 0000 0000 0011，可以產(chǎn)生437微伏而不是預(yù)期450微伏的電壓。在該實(shí)例中為了線性化DAC204，DAC 206可以加上13微伏以將DAC 204的輸出線性化成450微伏。
由修整DAC 206提供的修整值保存在修整查找表中，并且如下來確定。首先，主DAC 204使用精確并線性的24位ACD 212在使用其11個(gè)最高有效位的2048個(gè)點(diǎn)處編程。然后，與這些點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的電壓被記錄，并且它們與線性的偏差如圖3中所示來測(cè)量。這些偏差用來計(jì)算必須編程到DAC 206中的數(shù)字字以產(chǎn)生將修整DAC 204輸出電壓的另外輸出電壓。修整字保存于修整查找表中，對(duì)于編程到DAC 204中的給定字，修整查找表返回應(yīng)當(dāng)編程到DAC 206中以修整DAC 204的輸出電壓從而線性化它的相應(yīng)修整字。
另外，修整DAC 206用來在主DAC 204的2048個(gè)設(shè)置之間插值。削弱的修整DAC 206不需要線性化，因?yàn)橄魅醯姆蔷€性度在系統(tǒng)需求以下。但是，ADC 212用來精確測(cè)量修整DAC的全刻度范圍，并且該信息用來準(zhǔn)確地選擇2048個(gè)校正點(diǎn)的每個(gè)處的修整DAC設(shè)置。
數(shù)字信號(hào)處理器202使用該信息從單個(gè)復(fù)合DAC設(shè)定點(diǎn)來設(shè)置這兩個(gè)DAC 204和206。在一種實(shí)施方案中，使用具有7.3位分辨率的該復(fù)合DAC的32位浮點(diǎn)表示。所獲得的系統(tǒng)是線性且精確的，好于跨越整個(gè)10伏范圍的20微伏，且局部設(shè)定點(diǎn)分辨率為2微伏，如圖4中所示。在使用10伏DAC的一種實(shí)施方案中，所獲得的系統(tǒng)線性到小于7微伏(在一個(gè)實(shí)例中低至6.6微伏)，并且需要小于24位控制(在一個(gè)實(shí)例中20.5位控制)。
該完整的復(fù)合DAC子系統(tǒng)216與控制系統(tǒng)的其他溫度敏感元件一起放置在溫度可控環(huán)境中。注意，更多或更少位(相對(duì)于DAC設(shè)定點(diǎn))可以被記錄，雖然在一組實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)更多設(shè)定點(diǎn)的測(cè)量不一定產(chǎn)生更好的結(jié)果，但是需要更多時(shí)間。因?yàn)樾枰鄷r(shí)間來測(cè)量更大量的設(shè)定點(diǎn)，存在更多時(shí)間可供DAC子系統(tǒng)的溫度變化或漂移，因此最終的校準(zhǔn)不利于獲得更好的結(jié)果。
系統(tǒng)質(zhì)量線性化被執(zhí)行來解決系統(tǒng)中另外的誤差或非線性度。系統(tǒng)線性化測(cè)量跨越所關(guān)注質(zhì)量范圍的已知峰的位置。一旦DAC 204已經(jīng)如上討論被線性化，樣品混合物(優(yōu)選地物種處于沿著整個(gè)質(zhì)量范圍的均勻間隔處)被引入到質(zhì)譜儀中，并且質(zhì)量峰的位置被測(cè)量。在一種實(shí)施方案中，樣品混合物是表現(xiàn)出44 Dalton間隔的質(zhì)量峰的PEG的混合物，但是任何適當(dāng)?shù)幕旌衔锒伎梢允褂?，只要峰位置已知并且不存在來自質(zhì)譜儀背景的干擾峰。
繪制顯示作為質(zhì)量(確切地說，掃描電壓)的函數(shù)，測(cè)量的質(zhì)量峰如何偏離于預(yù)期質(zhì)量峰的繪圖。這顯示為圖5中的曲線500。執(zhí)行分段多項(xiàng)式擬合以去除質(zhì)量偏差曲線500中明顯的彎曲(非線性)。因?yàn)闇y(cè)量質(zhì)量是由DAC 204供給到模擬系統(tǒng)170的掃描電壓的函數(shù)，多項(xiàng)式擬合可以用來確定上面說明的質(zhì)量偏差。然后，這些質(zhì)量偏差可以通過校正DAC 204的輸出電壓，如前所述，通過調(diào)整從修整表編程到DAC206中的修整值來校正。使用這些調(diào)整后的修整值，作為質(zhì)量或掃描電壓函數(shù)的、樣品混合物的質(zhì)量峰的偏差應(yīng)當(dāng)被校正。這被完成，如圖5中曲線502中所示。因此，通過使用來自多項(xiàng)式擬合的數(shù)據(jù)修整DAC206的輸出電壓，曲線502中所示、作為質(zhì)量的函數(shù)的質(zhì)量偏差是平的，如預(yù)期的具有零斜率。
在一種實(shí)施方案中，樣條擬合，例如三次樣條擬合，用來校正質(zhì)量DAC修整表中的2048個(gè)設(shè)定點(diǎn)處的質(zhì)量線性化數(shù)據(jù)。在執(zhí)行樣條擬合時(shí)，信號(hào)域或x-軸劃分成許多典型地大小相等的樣條間隔。每個(gè)樣條間隔由不同的多項(xiàng)式，例如二次或三次方程來表示。在樣條間隔的邊界處，施加約束，強(qiáng)迫兩個(gè)相鄰方程的值、一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)等直到多項(xiàng)式的階數(shù)減一都是相等的。對(duì)于三次樣條，直到二階的導(dǎo)數(shù)強(qiáng)制在邊界處相等。對(duì)于二次樣條，僅一階導(dǎo)數(shù)被強(qiáng)制相等。
樣條擬合保證基本上每一個(gè)所測(cè)量校準(zhǔn)樣品質(zhì)量峰都擬合到樣條上。對(duì)于在所測(cè)量校準(zhǔn)樣品質(zhì)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的每個(gè)之間的每個(gè)間隔，三次多項(xiàng)式被選擇。(一個(gè)三次多項(xiàng)式典型地不在整個(gè)域上選擇。)三次多項(xiàng)式這樣來選擇，以便使得三次多項(xiàng)式的一階導(dǎo)數(shù)在整個(gè)域上是連續(xù)的。這里目的在于獲得經(jīng)過所測(cè)量校準(zhǔn)質(zhì)量點(diǎn)的每個(gè)的曲線，并且其提供跨越整個(gè)測(cè)量域的平滑連續(xù)曲線。尤其是，用這種曲線擬合以跟系統(tǒng)非線性一致的方式在校準(zhǔn)點(diǎn)之間準(zhǔn)確地插值。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，三步校準(zhǔn)過程的使用跨越整個(gè)質(zhì)量范圍產(chǎn)生優(yōu)異結(jié)果，而不需要鎖定質(zhì)量。
當(dāng)使用鎖定質(zhì)量時(shí)，線性系統(tǒng)性能使得那些鎖定質(zhì)量之間的線性插值能夠給出準(zhǔn)確結(jié)果。最終的鎖定質(zhì)量算法只是施加線性校正，以在鎖定峰之間精確地插值并準(zhǔn)確地指定所測(cè)量質(zhì)量。沒有由先前校準(zhǔn)步驟提供的線性化，好的結(jié)果僅當(dāng)鎖定質(zhì)量接近未知峰時(shí)才可能。雖然當(dāng)鎖定質(zhì)量接近時(shí)仍然獲得最佳結(jié)果，選擇遠(yuǎn)離未知峰的鎖定質(zhì)量的損失顯著地減少。
在一些實(shí)施方案中，其他特征可以用來補(bǔ)償轉(zhuǎn)換速率相關(guān)性，以當(dāng)調(diào)整掃描速率時(shí)保持峰在適當(dāng)位置。這些中的一種是離子飛行時(shí)間，這對(duì)于低eV離子可能是重要的。例如，在三重四極質(zhì)量分析器中，Q3中的離子飛行時(shí)間可能在每SQRT(質(zhì)量)7微秒附近；在Q1中，它可能在每SQRT(質(zhì)量)22微秒附近。為了利用該特征，數(shù)字信號(hào)處理器可以在飛行中執(zhí)行質(zhì)量計(jì)算，并且調(diào)整數(shù)據(jù)采集的時(shí)標(biāo)以線性化質(zhì)心軸線。每個(gè)樣品時(shí)間這樣調(diào)整，以保持每個(gè)樣品的原子質(zhì)量單位(amu)恒定。另外，因?yàn)轱w行時(shí)間依賴于離子路徑中每個(gè)元件的電壓，質(zhì)心軸線被校準(zhǔn)并用查找表來調(diào)整離子飛行時(shí)間參數(shù)，其具有微秒每SQRT(質(zhì)量)的單位。
雖然DAC的線性化使得能夠進(jìn)行精確質(zhì)量測(cè)量，所獲得的測(cè)量只有當(dāng)系統(tǒng)中的其他非線性、偏差或漂移被補(bǔ)償、最小化或者基本上消除時(shí)才準(zhǔn)確。
在一些情況下，保持系統(tǒng)及其組件的熱穩(wěn)定度基本上恒定可能是困難或不可能的。出于這個(gè)原因，質(zhì)譜儀所有組件的材料和公差可以被選擇使得熱膨脹盡可能地受限。例如，在使用四極的一種實(shí)施方案中，四極制造成“半徑”(雙曲線半徑)為6mm并且具有好于峰到峰2微米準(zhǔn)確度的精度(其等同于好于六千分之二)的雙曲線桿。更嚴(yán)格的公差-例如6mm雙曲線桿上1微米的公差(六千分之一)，或者更大雙曲線半徑桿例如8mm上1微米的公差(八千分之一)-將允許具有提高質(zhì)量準(zhǔn)確度的測(cè)量。機(jī)械加工規(guī)定公差越精確，獲得的質(zhì)量準(zhǔn)確度結(jié)果越精確。更好的設(shè)計(jì)也可能將四極放置在熱控環(huán)境中。
電路組件自身的響應(yīng)可能依賴于環(huán)境條件包括熱環(huán)境而漂移。因此，在另一方面，本發(fā)明通過為一個(gè)或多于一個(gè)熱相關(guān)組件提供熱控環(huán)境，從而將熱相關(guān)組件的溫度維持在預(yù)先確定溫度，來簡(jiǎn)化熱相關(guān)組件的熱控制。如此，能夠保證所述裝置，在該實(shí)例中質(zhì)譜儀，被校準(zhǔn)并操作，使得熱相關(guān)組件維持在基本上相同溫度。在一個(gè)組件比另一個(gè)對(duì)溫度變化更靈敏的實(shí)例中，可以在較不靈敏的組件上做妥協(xié)以便適應(yīng)更靈敏的組件。
根據(jù)本發(fā)明該方面的熱控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)為集成或嵌入到電路板中的一個(gè)或多個(gè)專用通電電阻加熱元件，例如銅跡線。加熱器由熱控制電路連接到電源，并且被配置以提供一定級(jí)別的熱量到滿足各自區(qū)域中溫度相關(guān)組件的預(yù)先確定溫度標(biāo)準(zhǔn)的電路板特定區(qū)域。安裝在這種溫度可控區(qū)域中的組件可以包括精度DAC、相關(guān)運(yùn)算放大器、增益調(diào)整電阻器，以及RF檢測(cè)二極管的一個(gè)或多個(gè)。
在一種實(shí)施方案中，如圖6和7中所示，加熱器610被配置以提供平滑變化量的熱量到電路板630的不同段/區(qū)域620，而不僅僅不同級(jí)別(從低或高功率的轉(zhuǎn)換或循環(huán)，例如)的熱量。在該實(shí)施方案中，傳遞到加熱器610的功率可以經(jīng)由PID(比例積分微分)控制算法640平滑地改變，使得電路板段620的溫度可以精確地維持。銅跡線(其代表加熱器610)相對(duì)低的電阻率使得銅跡線的長(zhǎng)度必須足夠大以提供所需的電阻。因?yàn)檫@些銅跡線的長(zhǎng)度，銅跡線均勻地覆蓋所控制的整個(gè)區(qū)域620的一層或多層，其間隔足夠以允許被加熱電路所需的任何通路。為了幫助由銅加熱器610跡線提供的熱量傳播遍及區(qū)域620，銅平面650可以在銅加熱器跡線的上面和/或下面提供。
間隙、狹縫、或一組穿孔660形式的邊界定義被控制的電路板630的區(qū)域620。該邊界物理地隔離需要維持在基本上恒定溫度的電路板630的區(qū)域620。這使得維持溫度所需的功率達(dá)到最小，并且使得跨越溫度可控區(qū)域的溫度梯度達(dá)到最小。已知組件特性例如電阻器的電阻，或放大器的補(bǔ)償電壓可以被影響以改變溫度。另外，組件引線和電路板之間的每個(gè)焊接頭形成熱電偶。所有這些熱電偶的凈效應(yīng)依賴于不同連接的溫度之間的差值，并且達(dá)到最小如果溫度差達(dá)到最小。邊界也可以用來減輕通過引線框連接到集成電路組件的應(yīng)力，否則該應(yīng)力可能導(dǎo)致特性例如電壓參考的穩(wěn)定電壓的偏移。
電源調(diào)節(jié)器640提供電源到放置在熱控電路板630上的加熱器610。電源可以是標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)電源。溫度傳感器670位于溫度可控區(qū)域620中，并且來自該傳感器670的信息用來節(jié)流電源調(diào)節(jié)器以在溫度傳感器670處產(chǎn)生恒定的溫度。在實(shí)施方案中，熱控環(huán)境的溫度可以調(diào)節(jié)到+/-0.5℃，+/-0.2℃，或+/-0.05℃或更好，例如大約0.01攝氏度內(nèi)，在質(zhì)譜儀操作期間。電路板630可以具有絕緣元件680，其基本上覆蓋至少一個(gè)溫度可控區(qū)域620的頂和底面，以便使得由對(duì)流和傳導(dǎo)造成的熱量損失達(dá)到最小，并且使得加熱器功率需求量達(dá)到最小。
熱控環(huán)境結(jié)合上面識(shí)別的校準(zhǔn)方法的使用(對(duì)于下面描述的四極質(zhì)譜儀實(shí)施方案，包括隨后在該申請(qǐng)中討論的基本上所有增強(qiáng)，包括絞合線調(diào)諧圈，高Q儲(chǔ)能電路和銅跡線集成加熱器)，使得能夠獲得至少一百五十萬分之二的線性度；在一種特定實(shí)驗(yàn)中，達(dá)到一百五十萬分之1.5的線性度。
在另一方面，本發(fā)明特征在于具有高Q值(典型地大于300，并且在一些實(shí)施方案中，在400，500，600，甚至高達(dá)700的級(jí)別)的諧振電路(儲(chǔ)能電路)。通常，用來將模擬系統(tǒng)的選擇參數(shù)(例如RF電壓)連接到簡(jiǎn)化質(zhì)量分析器中的質(zhì)量選擇/排斥的組件的電路，(例如四極濾質(zhì)器，四極和桿驅(qū)動(dòng)器)包括儲(chǔ)能電路。該儲(chǔ)能電路提供RF電壓到例如四極場(chǎng)設(shè)備，四極濾質(zhì)器，以及2-和3-D四極離子阱質(zhì)量分析器。儲(chǔ)能電路或RF諧振變壓器次級(jí)線圈用來將RF和DC轉(zhuǎn)換成四極。參考圖8，儲(chǔ)能電路812控制連接到四極802，804，806，808的初級(jí)繞組840和次級(jí)繞組842。(應(yīng)當(dāng)注意，實(shí)際上儲(chǔ)能電路812包括四極802，804，806，808以及初級(jí)線圈840和次級(jí)線圈842)。四極代表電容。參考圖9，儲(chǔ)能電路950用來將補(bǔ)充RF振幅發(fā)生器938連接到離子阱900的端蓋904，906。(應(yīng)當(dāng)注意，實(shí)際上儲(chǔ)能電路950包括離子阱的端蓋904，906，以及初級(jí)線圈936和次級(jí)線圈930)。Q是定義諧振電路質(zhì)量的參數(shù)，并且它定義為中心頻率與3dB點(diǎn)處帶寬的比值。
好的質(zhì)譜依賴于頻率內(nèi)容和振幅穩(wěn)定性方面的純RF。儲(chǔ)能電路質(zhì)量或Q對(duì)此的貢獻(xiàn)是相當(dāng)大的。儲(chǔ)能電路的Q值越高，其排斥諧波的能力越大。諧波引起基頻處RF振幅的誤差，因?yàn)樗鼈円鹚鶞y(cè)量RF振幅的誤差，這提供反饋以調(diào)整施加到四極濾質(zhì)器或離子阱的RF振幅，使得它遵循來自DAC的控制的質(zhì)量選擇電壓。儲(chǔ)能電路的Q值越高，電路中經(jīng)歷的功率損耗和加熱越少，并且諧振頻率越穩(wěn)定。如果系統(tǒng)失調(diào)(因機(jī)械振動(dòng)，例如)，最穩(wěn)定的操作位置將是諧振曲線的峰。在峰處，曲線的斜率為零，并且由失調(diào)經(jīng)歷的任何偏移將引起操作在峰任意一側(cè)的點(diǎn)處發(fā)生。由失調(diào)引起的幅度漂移因此將相對(duì)小。如果遠(yuǎn)離峰操作，將在諧振響應(yīng)的斜坡上操作。該斜坡越陡峭，隨著諧振響應(yīng)偏移振幅改變?cè)蕉?。例如，如果振?dòng)引起諧振頻率沿斜坡向上偏移，響應(yīng)將允許振動(dòng)來振幅調(diào)制RF。在一種實(shí)施方案中，儲(chǔ)能電路可以包括極高Q空心變壓器?？招木€圈的使用已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)具有典型地大于300的自由空氣Q，并且可以是400，500，600或者甚至高達(dá)700的級(jí)別。該高Q諧振電路排斥從RF放大器發(fā)出的諧波，其包括導(dǎo)致鐵氧體磁心以及非線性半導(dǎo)體功率分量的諧波。
高Q調(diào)諧電路表現(xiàn)出諧振時(shí)的低RF損耗和高電壓。高Q減小諧波的振幅，及其相關(guān)誤差。在本發(fā)明的方面，RF系統(tǒng)的儲(chǔ)能電路具有高Q的先進(jìn)線圈設(shè)計(jì)。這由于許多因素。線圈盒相對(duì)于線圈是大的(至少×2)并且它由徑向維度中沒有接縫的擠制鋁材構(gòu)造。長(zhǎng)度與直徑的線圈縱橫比相當(dāng)?shù)亟咏弧?br> 當(dāng)電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，功率以熱量的形式消散在導(dǎo)體的電阻中。由導(dǎo)體消散的功率量與導(dǎo)線電阻，以及與通過它的電流的平方直接成比例。電阻或電流的值越大，消散的功率越大。上述系統(tǒng)使用包括繞組的變壓器。按照慣例，變壓器的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組通常由低電阻的銅線制成。
給定繞組的電阻是導(dǎo)線橫截面面積及其長(zhǎng)度的函數(shù)。損耗可以通過使用適當(dāng)直徑的導(dǎo)線而達(dá)到最小。大直徑導(dǎo)線為高電流繞組所需，而小直徑導(dǎo)線可以用于低電流繞組。但是，當(dāng)電流是交變電流時(shí)，磁力將導(dǎo)線內(nèi)的電子通量推向外面，并且大部分電流沿著導(dǎo)線外表面或外殼而傳導(dǎo)。該趨膚效應(yīng)是頻率相關(guān)的并且減小有效導(dǎo)線橫截面。這又減小導(dǎo)線的導(dǎo)電率而增大其電阻。絞合線已經(jīng)用來解決該問題。絞合線包括由捆扎在一起的許多獨(dú)立絕緣股組成的導(dǎo)體。當(dāng)各個(gè)股的直徑與RF電流的趨膚深度相當(dāng)時(shí)，趨膚深度完全通過導(dǎo)線，RF電阻基本上與DC電阻相同，并且每個(gè)導(dǎo)線的大部分面積可用于傳導(dǎo)RF電流。因?yàn)槊抗蓛A向于占據(jù)整個(gè)導(dǎo)體橫截面中所有可能位置，該設(shè)計(jì)均衡使得電流均勻傳播遍及導(dǎo)體的各個(gè)股的磁通匝數(shù)(以及電抗)。因此，絞合線的使用減小實(shí)心導(dǎo)體經(jīng)歷的趨膚效應(yīng)。結(jié)果，存在較少的加熱并且線圈自身以較低溫度運(yùn)行。通過使用良好絕緣導(dǎo)線束，導(dǎo)線的表面面積與其體積成比例地極大地增加。這產(chǎn)生給定直徑導(dǎo)線束的較低總體電阻。出于這個(gè)原因，RF變壓器的次級(jí)繞組經(jīng)常用絞合線生產(chǎn)以減小變壓器中的電阻和相關(guān)功率損耗。功率損耗的該減小增加系統(tǒng)的Q，并且減少因加熱而導(dǎo)致的變壓器繞組尺寸變化。
因此，在一種實(shí)施方案中，RF線圈的次級(jí)繞組使用450股46號(hào)AWG(美國(guó)線規(guī))導(dǎo)線構(gòu)造，每股具有1.57毫英寸的直徑。如上說明的，使用這種類型的導(dǎo)線，趨膚深度與導(dǎo)線的直徑相當(dāng)，所以導(dǎo)線的整個(gè)體積有助于其RF導(dǎo)電率，從而使得RF電阻與DC電阻相同。在導(dǎo)線中流動(dòng)的RF電流在最大質(zhì)量時(shí)僅大約1.5A。結(jié)果，存在很少加熱并且線圈自身以非常低的溫度運(yùn)行。這通過增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性而有助于質(zhì)量準(zhǔn)確度。
利用絞合線，大于300的固有線圈Q-例如在500～700的范圍內(nèi)-可以獲得。當(dāng)這種線圈包括于質(zhì)譜儀系統(tǒng)中時(shí)，大于300的級(jí)別例如在500～700范圍內(nèi)的Q是可實(shí)現(xiàn)的。
為了產(chǎn)生所需高RF電壓，儲(chǔ)能電路必須以所選頻率諧振或者頻率必須被選擇以與儲(chǔ)能電路諧振。在一種實(shí)施方案中，頻率是固定的，并且儲(chǔ)能電路的一個(gè)或多個(gè)元件是可調(diào)節(jié)的以使得最佳諧振可以實(shí)現(xiàn)。變壓器中短接回路的引入可以用來減小線圈的電感。該回路典型地是具有大橫截面的實(shí)心銅線以減小電阻。變壓器的電感可以通過改變回路的角度，從而短接的變壓器通量的橫截面來調(diào)節(jié)。
不幸地，在短接回路中流動(dòng)的電流是真實(shí)的并且功率損耗減小儲(chǔ)能電路的Q。另外，短接回路的加熱可以使儲(chǔ)能電路失調(diào)，進(jìn)一步增加損耗。該功率必須來自RF電源，這又在儀器外殼內(nèi)產(chǎn)生更多的熱量。
這些問題通過使用絞合線構(gòu)造短接回路來減輕。參數(shù)例如線規(guī)和匝數(shù)被選擇，使得趨膚深度大于導(dǎo)線半徑，并且RF電阻基本上與DC電阻相同。在一些實(shí)施方案中，超過4000股導(dǎo)線可以使用。例如，一種實(shí)施方案在以超過1MHz的頻率操作的系統(tǒng)中使用5000股1000線規(guī)絞合線的回路。雖然可能已經(jīng)期望該構(gòu)造將無效因?yàn)榻g合線在500kHz以上失去其有效性(它使因趨膚效應(yīng)而導(dǎo)致的損耗達(dá)到最小的能力)，系統(tǒng)顯示驚人的好結(jié)果。由1/8”銅桿構(gòu)成的傳統(tǒng)調(diào)諧回路在以大功率操作之后變得足夠熱以至于難以輕觸，但是絞合線回路(5000股1000線規(guī)的絞合線)比較冷。當(dāng)回路是實(shí)心銅線時(shí)，加熱導(dǎo)致尺寸改變，這使得儲(chǔ)能電路漂移而失調(diào)。即使或多或少失調(diào)的儲(chǔ)能電路比處于調(diào)諧中的儲(chǔ)能電路比較不能排斥諧波。因此，功率相關(guān)失調(diào)是在精確質(zhì)量系統(tǒng)中無法忍受的漂移的源。
圖10說明可以用來在變壓器的1004通量的橫截面內(nèi)旋轉(zhuǎn)或改變回路1002平面的角度的設(shè)備1000?；芈?002位于細(xì)長(zhǎng)元件1015的插槽1010中，細(xì)長(zhǎng)元件1015從外殼1020的一側(cè)延伸到另一側(cè)，并且可旋轉(zhuǎn)地保持在這里的孔徑1025中。細(xì)長(zhǎng)元件1015的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由可移動(dòng)元件1030而簡(jiǎn)化，其中可移動(dòng)元件1030經(jīng)由保護(hù)裝置(沒有顯示)安全地連接到細(xì)長(zhǎng)元件1015，并最終到回路1002。可移動(dòng)元件1030包括彼此正交并相交、并形成中心空白1045的兩個(gè)插槽1035，1040。安全地位于插槽1035，1040中的是操縱螺母1050，其包括襯套1055和分段桿1060，分段由襯套1055形成。如所示，分段桿1060安全地保留在第一插槽1035的至少一部分中。襯套1055位于第二插槽1040的至少一部分中，并且也穿過空白1045?；芈?002的旋轉(zhuǎn)由在一端包括第一螺紋部分1070的傳動(dòng)元件1065來幫助。傳動(dòng)元件在另一端連接到步進(jìn)電機(jī)1075。螺紋部分1070位于襯套1055的第二螺紋部分1080中。第二螺紋部分1080在垂直于襯套1055自身的軸的方向上定向。在操作中，步進(jìn)電機(jī)1075使得傳動(dòng)元件1065旋轉(zhuǎn)；傳動(dòng)元件1065的螺紋部分1070的旋轉(zhuǎn)引起操縱螺母1050沿著傳動(dòng)元件1065的軸而移動(dòng)。分段桿1060安全地保留在可移動(dòng)元件1030的插槽1035，1040中，因此引起可移動(dòng)元件1030沿著傳動(dòng)元件1065的軸移動(dòng)，在細(xì)長(zhǎng)元件1015的軸上旋轉(zhuǎn)。因?yàn)榭梢苿?dòng)元件1030安全地連接到細(xì)長(zhǎng)元件1015，并且回路1002安全地保留在細(xì)長(zhǎng)元件1015中，回路1002因此被使得旋轉(zhuǎn)，或如所示在外殼1020中改變其角度。操縱螺母1050被防止離開傳動(dòng)元件1065的第一螺紋部分1070，當(dāng)物理接觸在可移動(dòng)元件1030和“停止”1085之間發(fā)生時(shí)，其中“停止”1085可以由分立元件(如所示)提供或者作為實(shí)際外殼1020的一部分。
根據(jù)上述技術(shù)使用校準(zhǔn)方法并優(yōu)化質(zhì)譜儀的裝置提供在質(zhì)量確定方面更準(zhǔn)確的結(jié)果。該技術(shù)可以在任何質(zhì)譜儀中實(shí)現(xiàn)，包括上面列出的那些。當(dāng)用在“刨皮機(jī)”例如三重四極質(zhì)譜儀中時(shí)，該技術(shù)使得能夠更好地隔離母離子或子離子，并且提供結(jié)果的更準(zhǔn)確確定。這是因?yàn)闉V質(zhì)器必須準(zhǔn)確地設(shè)置，這是來自能夠從獲得的質(zhì)譜中確定質(zhì)量的獨(dú)特需求。例如，中性丟失掃描需要Q1和Q3以使用確定性的質(zhì)量差掃描。當(dāng)濾質(zhì)器的一個(gè)或兩個(gè)都設(shè)置成高分辨率時(shí)，傳遞特定母體以產(chǎn)生躍遷所需的精度成比例地困難。因此，校準(zhǔn)質(zhì)量掃描功能而不是獲得的數(shù)據(jù)的方法是成功操作的需要。上述技術(shù)的增強(qiáng)在這點(diǎn)上特別有用。
使用在這里描述的技術(shù)的質(zhì)量確定的準(zhǔn)確度，一般而言，好于待確定質(zhì)量的50ppm(百萬分率)，對(duì)于完全無噪聲的質(zhì)譜。使用優(yōu)化的條件，好于5ppm，或1ppm的質(zhì)量準(zhǔn)確度可以實(shí)現(xiàn)。在一些情況下，單一同位素峰的質(zhì)量可以被反映而基本上沒有誤差，這下降到低于ppm的級(jí)別。
圖8說明構(gòu)造以實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的作為實(shí)例的質(zhì)譜儀。四極濾質(zhì)器800包括位于提供四極場(chǎng)的構(gòu)造中的兩對(duì)細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)電桿802，804和806，808，研究中的材料離子通過該四極場(chǎng)傳播。桿經(jīng)由變壓器812連接到射頻(RF)放大器810并且連接到DC放大器814和816。包括桿、電容器818、寄生電容和變壓器繞組的諧振電路形成具有Q值的儲(chǔ)能電路。
在操作中，質(zhì)量控制值應(yīng)用到控制掃描振蕩器822的數(shù)字信號(hào)處理器820中的算法。DC/RF比例電路824將掃描電壓施加到RF放大器810，其將掃描電壓施加到變壓器初級(jí)繞組826，到DC放大器814和816，其又將DC電壓施加到繞組。DC/RF比例電路保證振幅比遍及掃描保持適當(dāng)。RF控制回路包括傳感產(chǎn)生的RF的量的RF檢測(cè)電容器828和RF檢測(cè)電路830。RF/DC控制電路使用RF檢測(cè)系統(tǒng)來調(diào)整施加的RF電壓。四極濾質(zhì)器的濾質(zhì)動(dòng)作通過掃描模擬系統(tǒng)、由RF掃描振蕩器來提供，其中RF掃描振蕩器由數(shù)字信號(hào)處理器820來數(shù)字地控制。
圖9顯示第二個(gè)作為實(shí)例的質(zhì)譜儀，四極離子阱900，其包括雙曲線結(jié)構(gòu)的環(huán)形電極902和彼此相對(duì)的兩個(gè)端蓋904和906。由RF發(fā)生器908提供的RF電壓通過射頻(RF)放大器910施加到端蓋904，906和環(huán)形電極902之間，以產(chǎn)生俘獲場(chǎng)。數(shù)字信號(hào)處理器或計(jì)算機(jī)912驅(qū)動(dòng)為RF發(fā)生器908，并且最終將掃描RF電壓(經(jīng)由儲(chǔ)能電路940)施加在端蓋904，906和環(huán)形電極902之間的RF放大器910形成掃描控制電壓的掃描振蕩器914，從而選擇性地排斥離子。
端蓋的一個(gè)904包括電子束孔徑916，用于電離引入到離子存儲(chǔ)區(qū)域918中的樣品分子的電離電子束通過其射出。相對(duì)的端蓋906如說明地穿孔以使得在離子阱的場(chǎng)中不穩(wěn)定的離子能夠離開并且由在線922上產(chǎn)生離子信號(hào)的電子倍增器920檢測(cè)到。線922上的信號(hào)由靜電計(jì)924從電流轉(zhuǎn)換成電壓。結(jié)果被總和并由單元926保存且由單元928處理。數(shù)字信號(hào)處理器912連接到RF發(fā)生器910以使得RF電壓的頻率的幅度能夠改變。這提供質(zhì)量選擇。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)(沒有顯示)連接到RF俘獲場(chǎng)發(fā)生器908和用于控制輸出電壓振幅的RF放大器910。在該示意圖中，雙曲線端蓋904，906連接到具有接地的中心抽頭934的耦合變壓器932的次級(jí)繞組930。變壓器932初級(jí)繞組936連接到補(bǔ)充RF頻率發(fā)生器938。
質(zhì)心軸線對(duì)于補(bǔ)充頻率的固定值來校準(zhǔn)。理想地，質(zhì)量(m)與外加電壓(V)和DAC控制值線性相關(guān)。使用適合于以電離法的形式使用的校準(zhǔn)材料，電離法例如電子碰撞電離的PFTBA或電噴霧電離的MRFA，例如，其中眾所周知的值的質(zhì)量跨越所關(guān)注質(zhì)量范圍而分布，分段線性校準(zhǔn)曲線在DAC值與對(duì)于固定補(bǔ)充場(chǎng)而諧振地排斥的離子質(zhì)量之間確定。該曲線建立DAC值以將給定質(zhì)量帶入與固定補(bǔ)充場(chǎng)的諧振中。使用為諧振排斥建立的中心軸線校準(zhǔn)，以隔離校準(zhǔn)范圍內(nèi)的任何特定質(zhì)量(m)，與質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的DAC值從校準(zhǔn)曲線中獲取并作為RF電壓斜坡的最大值設(shè)置到DAC中。隨著RF電壓向上傾斜，離子從阱中射出直到如由設(shè)計(jì)參數(shù)，例如r0、RF頻率、諧振排斥頻率和最大RF電壓確定的分析器的質(zhì)量限制。
為L(zhǎng)C/MS應(yīng)用而配置的三重四極質(zhì)譜儀1100在圖11中顯示，并且在美國(guó)專利4,234,791號(hào)中更詳細(xì)地描述。室1102中的大氣壓離子源對(duì)接到串聯(lián)或三重質(zhì)量四極質(zhì)量分析器1103，在該實(shí)例中經(jīng)由三個(gè)真空抽氣階段1104，1108和1110。具有最高壓力的第一階段1104由裝滿油的回旋葉片式真空抽氣機(jī)1106抽空。其他類型的真空抽氣機(jī)也可以用于該階段，例如隔膜泵和渦卷泵。第二和第三階段1108和1110由具有孔1114的透鏡1112分離，并且由單獨(dú)的真空抽氣階段，優(yōu)選地使用混合或復(fù)合渦輪分子泵1116抽空，雖然單獨(dú)的真空抽氣機(jī)也可以用于該目的。
所述三重四極質(zhì)譜儀的離子源是大氣壓離子源1102，其可能是電噴霧離子源，大氣壓化學(xué)電離源，光致電離源或其他適當(dāng)技術(shù)。使用這種離子源，樣品引入到室1102中，其處于大氣壓下并被電離。離子通過可能被加熱的毛細(xì)管1118而吸入到室1104中。毛細(xì)管1118的末端與包括中心孔或孔徑1122的圓錐分離器1120相對(duì)。分離器1120將低壓階段1104與更低壓階段1108分離。離子和氣流的一部分從離開毛細(xì)管1118的自由射流脹大中分離并且進(jìn)入第二較低壓階段1108。通過分離器1120傳播的離子由第一和第二多極離子導(dǎo)管1124和1126導(dǎo)入質(zhì)量分析器1103中。離子導(dǎo)管1124，1126使用絕緣座(沒有顯示)同軸地安裝。四極離子導(dǎo)管1124，1126通過施加RF電壓1128和1130到眾所周知導(dǎo)向離子的桿來操作。進(jìn)入第二1108和第三1110階段的離子在施加在分離器透鏡1120和透鏡1112之間的DC電壓1132的影響下，由施加在透鏡1112和透鏡1134之間的DC電壓1136，以及由施加到離子導(dǎo)管1124和1126的DC補(bǔ)償電壓(沒有顯示)漂移。四極Q1和Q3是每個(gè)由電路例如圖1中所示的那個(gè)驅(qū)動(dòng)的四極過濾器或質(zhì)譜儀。
MS/MS實(shí)驗(yàn)經(jīng)常在三重四極質(zhì)譜儀，例如圖11中所示的一個(gè)中進(jìn)行。這些實(shí)驗(yàn)通常涉及選擇具有Q1的特定母離子，經(jīng)由碰撞分離Q2中的母離子以產(chǎn)生片段或子離子，以及質(zhì)量分解具有Q3的子離子。眾所周知，幾種掃描模式技術(shù)可以幫助確定未知物質(zhì)的組分或識(shí)別復(fù)雜混合物中的化合物，當(dāng)使用這些類型的實(shí)驗(yàn)時(shí)(1)在特定母離子處設(shè)置Q1(m/z值)以將小范圍質(zhì)量分解的離子隔離并傳送到碰撞單元Q2中，然后經(jīng)由Q3掃描以提供子離子的質(zhì)譜。
(2)在特定子離子處設(shè)置Q3(m/z值)然后掃描Q1以提供母離子質(zhì)譜。
(3)使用它們之間的固定m/z差同時(shí)掃描Q1和Q3，以提供中心丟失質(zhì)譜。
圖12示意地顯示常規(guī)磁場(chǎng)型質(zhì)譜儀1200的方案。質(zhì)譜儀1200包括離子源1202，用于離子加速的電極1204，用于離子加速的電源1206，磁場(chǎng)入射狹縫1208，磁場(chǎng)出射狹縫1210，用于分析的磁體1212，接地電極1214，用于電流檢測(cè)的電極1216，以及靜電計(jì)1218。
從離子源1202中產(chǎn)生的離子由離子加速電極1204加速到恒定能級(jí)并且引入到在用于分析的磁體1212的分析部分中形成的磁場(chǎng)中。在磁場(chǎng)中，離子沿著具有由離子的動(dòng)量和磁場(chǎng)強(qiáng)度確定的半徑的軌道進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)。在磁場(chǎng)出口處提供的磁場(chǎng)出射狹縫1210被安排以僅允許沿著具有由加速能量、質(zhì)荷比以及離子速度確定的預(yù)先確定半徑的軌道移動(dòng)的離子通過。
在圖8，9和11的實(shí)例中，由四極過濾器或質(zhì)量分析器傳送的或者由離子阱排出的離子的質(zhì)量由外加RF掃描電壓的振幅，模擬系統(tǒng)確定。特定過濾器、質(zhì)量分析器或離子阱的校準(zhǔn)曲線創(chuàng)造RF俘獲電壓的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(提供數(shù)字控制)的設(shè)置與諧振地排斥并且對(duì)于DAC設(shè)置也就是RF俘獲場(chǎng)的特定值在所選固定補(bǔ)充場(chǎng)處檢測(cè)到的離子的質(zhì)量之間精確的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。校準(zhǔn)曲線通常使用具有跨越所關(guān)注質(zhì)量范圍而分布的眾所周知值的質(zhì)量的校準(zhǔn)參考樣品例如PFTBA或聚酪氨酸或聚乙二醇(PEG)來建立。從準(zhǔn)備好的校準(zhǔn)圖中，可以選擇將導(dǎo)致任意m/z值的排斥或選擇的DAC的值。
在圖12的實(shí)例中，由磁場(chǎng)分析器傳送的離子的質(zhì)量由外加磁、電和加速場(chǎng)(模擬系統(tǒng))的振幅確定。如上，一旦校準(zhǔn)圖準(zhǔn)備好，可以選擇將導(dǎo)致特定m/z值的選擇的DAC值(提供數(shù)字控制)的組合。
本發(fā)明的方法可以在數(shù)字電子電路中，或者在計(jì)算機(jī)硬件、固件、軟件或它們的組合中實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，也就是計(jì)算機(jī)程序，其確實(shí)地在信息載體中，例如機(jī)器可讀存儲(chǔ)設(shè)備中或傳播信號(hào)中實(shí)施，用于由數(shù)據(jù)處理裝置，例如可編程處理器、計(jì)算機(jī)或多個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行，或者控制其操作。計(jì)算機(jī)程序可以任何形式的編程語言編寫，包括編譯或解釋語言，并且它可以任意形式使用，包括作為獨(dú)立程序或作為模塊、組件、子例程，或其他適合于在計(jì)算環(huán)境中使用的單元。計(jì)算機(jī)程序可以使用以在一個(gè)計(jì)算機(jī)上或處于一個(gè)位置或跨越多個(gè)位置分布且由通信網(wǎng)絡(luò)互連的多個(gè)計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。
本發(fā)明的方法步驟可以由執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序以通過在輸入數(shù)據(jù)上操作并產(chǎn)生輸出來完成本發(fā)明功能的一個(gè)或多個(gè)可編程處理器來執(zhí)行。方法步驟也可以由專用邏輯電路，例如FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)或ASIC(專用集成電路)執(zhí)行，并且本發(fā)明的裝置可以實(shí)現(xiàn)為這些形式。
適合于計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行的處理器包括，作為實(shí)例，通用和專用微處理器，以及任意種類數(shù)字計(jì)算機(jī)的任何一個(gè)或多個(gè)處理器。通常，處理器將從只讀存儲(chǔ)器或隨機(jī)存取存儲(chǔ)器或二者中接收指令和數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的主要元件是用于執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)和用于存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器。通常，計(jì)算機(jī)也將包括，或操作地連接以從其接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)到其上，或二者，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)海量存儲(chǔ)設(shè)備，例如磁、磁光盤，或光盤。適合于實(shí)施計(jì)算機(jī)程序指令和數(shù)據(jù)的信息載體包括所有形式的非易失性存儲(chǔ)器，包括作為實(shí)例半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備，例如EPROM，EEPROM，以及閃速存儲(chǔ)設(shè)備；磁盤，例如內(nèi)置硬盤或可移動(dòng)磁盤；磁光盤；以及CD-ROM和DVD-ROM盤。處理器和存儲(chǔ)器可以由專用邏輯電路補(bǔ)充或包括于其中。
為了提供與用戶的交互作用，本發(fā)明可以在具有用于顯示信息給用戶的顯示設(shè)備，例如CRT(陰極射線管)或LCD(液晶顯示)顯示器以及用戶可以通過其提供輸入給計(jì)算機(jī)的鍵盤和定點(diǎn)設(shè)備例如鼠標(biāo)或跟蹤球的計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。其他種類的設(shè)備同樣可以用來提供與用戶的交互作用；例如，提供給用戶的反饋可以是任意形式的感覺反饋，例如視覺反饋、聽覺反饋、或觸覺反饋；并且來自用戶的輸入可以任意形式接收，包括聲音、說話或觸覺輸入。
本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)特定實(shí)施方案來描述。其他實(shí)施方案處于下面權(quán)利要求的范圍內(nèi)。例如，本發(fā)明的步驟可以不同的順序執(zhí)行，和/或組合，并且仍然實(shí)現(xiàn)所希望的結(jié)果。雖然本發(fā)明的技術(shù)已經(jīng)在與四極場(chǎng)設(shè)備相關(guān)的應(yīng)用的上下文中描述，它們更廣闊地適用并且可以任何設(shè)備的形式使用，其中設(shè)備的質(zhì)量分析特性被掃描以選擇性地促進(jìn)離子的通過。
權(quán)利要求
1.一種操作質(zhì)譜儀的方法，該質(zhì)譜儀包括離子產(chǎn)生裝置、質(zhì)量分析器、離子檢測(cè)器，以及控制裝置，該方法包括(a)執(zhí)行DAC校準(zhǔn)以校準(zhǔn)控制裝置的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓響應(yīng)；(b)執(zhí)行第一質(zhì)心軸線校準(zhǔn)，該第一質(zhì)心軸線校準(zhǔn)是質(zhì)量分析器的響應(yīng)的一級(jí)校準(zhǔn)；以及(c)執(zhí)行第二質(zhì)心軸線校準(zhǔn)，以跨越質(zhì)譜儀的質(zhì)量范圍來校準(zhǔn)質(zhì)量分析器的響應(yīng)，以表征儀器響應(yīng)的不完美性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)到(c)以敘述的順序執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括在步驟(c)之后重復(fù)步驟(b)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中控制裝置包括放置在熱控環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括(d)執(zhí)行鎖定質(zhì)量校準(zhǔn)，以定義多個(gè)鎖定質(zhì)量中鎖定質(zhì)量之間的線性校正。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中質(zhì)量分析器響應(yīng)跨越1500AMU質(zhì)量范圍而校準(zhǔn)到1mmu的準(zhǔn)確度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中質(zhì)量分析器響應(yīng)校準(zhǔn)到至少1,500,000分之二的線性度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中執(zhí)行DAC校準(zhǔn)包括計(jì)算控制裝置的主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)處的模擬輸出電壓誤差；以及定義與該多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的模擬修整電壓，該模擬修整電壓是由控制裝置的修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中主數(shù)模轉(zhuǎn)換器和修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器一起構(gòu)成復(fù)合數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該復(fù)合數(shù)模轉(zhuǎn)換器是線性到至少7微伏并且需要少于24控制位的10伏設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中計(jì)算主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出電壓誤差包括將主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出電壓與多于2000個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)處的期望輸出電壓相比較。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中定義模擬修整電壓包括保存多個(gè)修整值，每個(gè)修整值對(duì)應(yīng)于由修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器在主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)處施加的校正。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器用來在主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的設(shè)定點(diǎn)之間插值。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中執(zhí)行第一質(zhì)心軸線校準(zhǔn)包括在兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)處執(zhí)行質(zhì)量分析器的響應(yīng)的粗略校準(zhǔn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中執(zhí)行第二質(zhì)心軸線校準(zhǔn)包括引入包含具有跨越質(zhì)譜儀質(zhì)量范圍的已知質(zhì)量的多個(gè)物種的樣品；測(cè)量樣品中物種的質(zhì)量；計(jì)算所測(cè)量質(zhì)量的每個(gè)與相應(yīng)物種的已知質(zhì)量的偏差；執(zhí)行分段多項(xiàng)式擬合以校正所測(cè)量質(zhì)量的每個(gè)的偏差；以及保存基于多項(xiàng)式擬合的多個(gè)校正值，該校正值與控制裝置的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的校正模擬輸出電壓相對(duì)應(yīng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中執(zhí)行分段多項(xiàng)式擬合包括執(zhí)行樣條擬合。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括補(bǔ)償轉(zhuǎn)換速率相關(guān)性，以當(dāng)掃描速率被調(diào)整時(shí)保持所測(cè)量的質(zhì)量峰在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中補(bǔ)償轉(zhuǎn)換速率相關(guān)性包括執(zhí)行實(shí)時(shí)質(zhì)量計(jì)算并調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)采集的時(shí)標(biāo)，使得時(shí)間每樣品比被調(diào)節(jié)以提供每個(gè)樣品原子質(zhì)量單位的恒定比值。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括將樣品引入到質(zhì)譜儀中；以及測(cè)量從樣品中的物種中得到的離子的精確質(zhì)量。
19.一種在確實(shí)介質(zhì)中實(shí)施、用于操作質(zhì)譜儀的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該質(zhì)譜儀包括離子產(chǎn)生裝置、質(zhì)量分析器、離子檢測(cè)器，以及控制裝置，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括指令，其可操作以使得可編程處理器(a)執(zhí)行DAC校準(zhǔn)以校準(zhǔn)控制裝置的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓響應(yīng)；(b)執(zhí)行第一質(zhì)心軸線校準(zhǔn)，該第一質(zhì)心軸線校準(zhǔn)是質(zhì)量分析器的響應(yīng)的一級(jí)校準(zhǔn)；以及(c)執(zhí)行第二質(zhì)心軸線校準(zhǔn)，以跨越質(zhì)譜儀的質(zhì)量范圍來校準(zhǔn)質(zhì)量分析器的響應(yīng)，以表征儀器響應(yīng)的不完美性。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中指令是可操作的以使得可編程處理器以敘述的順序執(zhí)行步驟(a)到(c)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，還包括指令，其是可操作的以使得可編程處理器在步驟(c)之后重復(fù)步驟(b)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中控制裝置包括放置在熱控環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)元件。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，還包括指令，其是可操作的以使得可編程處理器(d)執(zhí)行鎖定質(zhì)量校準(zhǔn)，以定義多個(gè)鎖定質(zhì)量中鎖定質(zhì)量之間的線性校正。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中質(zhì)量分析器響應(yīng)跨越1500AMU質(zhì)量范圍而校準(zhǔn)到1mmu的準(zhǔn)確度。
25.根據(jù)權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中質(zhì)量分析器響應(yīng)校準(zhǔn)到至少1,500,000分之二的線性度。
26.根據(jù)權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中可操作以使得可編程處理器執(zhí)行DAC校準(zhǔn)的指令包括指令，其是可操作的以使得可編程處理器計(jì)算控制裝置的主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)處的模擬輸出電壓誤差；以及定義與該多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)相對(duì)應(yīng)的模擬修整電壓，該模擬修整電壓是由控制裝置的修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中主數(shù)模轉(zhuǎn)換器和修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器一起構(gòu)成復(fù)合數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該復(fù)合數(shù)模轉(zhuǎn)換器是線性到至少7微伏并且需要少于24控制位的10伏設(shè)備。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中可操作以使得可編程處理器計(jì)算主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出電壓誤差的指令包括指令，其是可操作的以使得可編程處理器將主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出電壓與多于2000個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)處的期望輸出電壓相比較。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中可操作以使得可編程處理器定義模擬修整電壓的指令包括指令，其是可操作的以使得可編程處理器保存多個(gè)修整值，每個(gè)修整值對(duì)應(yīng)于由修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器在主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)處施加的校正。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器用來在主數(shù)模轉(zhuǎn)換器的設(shè)定點(diǎn)之間插值。
31.根據(jù)權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中可操作以使得可編程處理器執(zhí)行第一質(zhì)心軸線校準(zhǔn)的指令包括指令，其是可操作的以使得可編程處理器在兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)處執(zhí)行質(zhì)量分析器的響應(yīng)的粗略校準(zhǔn)。
32.根據(jù)權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中可操作以使得可編程處理器執(zhí)行第二質(zhì)心軸線校準(zhǔn)的指令包括指令，其是可操作的以使得可編程處理器接收識(shí)別樣品中多個(gè)物種的測(cè)量質(zhì)量的信號(hào)，該多個(gè)物種具有跨越質(zhì)譜儀質(zhì)量范圍的已知質(zhì)量；計(jì)算所測(cè)量質(zhì)量的每個(gè)與相應(yīng)物種的已知質(zhì)量的偏差；執(zhí)行分段多項(xiàng)式擬合以校正所測(cè)量質(zhì)量的每個(gè)的偏差；以及保存基于多項(xiàng)式擬合的多個(gè)校正值，該校正值與控制裝置的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的校正模擬輸出電壓相對(duì)應(yīng)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中可操作以使得可編程處理器執(zhí)行分段多項(xiàng)式擬合的指令包括指令，其是可操作的以使得可編程處理器執(zhí)行樣條擬合。
34.根據(jù)權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，還包括指令，其是可操作的以使得可編程處理器補(bǔ)償轉(zhuǎn)換速率相關(guān)性，以當(dāng)掃描速率被調(diào)整時(shí)保持所測(cè)量的質(zhì)量峰在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 35.根據(jù)權(quán)利要求34的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中可操作以使得可編程處理器補(bǔ)償轉(zhuǎn)換速率相關(guān)性的指令包括指令，其是可操作的以使得可編程處理器執(zhí)行實(shí)時(shí)質(zhì)量計(jì)算并調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)采集的時(shí)標(biāo)，使得時(shí)間每樣品比被調(diào)節(jié)以提供每個(gè)樣品原子質(zhì)量單位的恒定比值。
36.根據(jù)權(quán)利要求19的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，還包括指令，其是可操作的以使得可編程處理器接收與從引入到質(zhì)譜儀中的樣品中的物種中得到的離子的測(cè)量質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)；以及計(jì)算離子的精確質(zhì)量。
37.一種質(zhì)譜儀，包括用于確定所選離子質(zhì)量的質(zhì)量選擇裝置，該質(zhì)量選擇裝置包括能夠提供模擬控制電壓的控制裝置，該控制裝置能夠提供線性變化的質(zhì)量選擇，該控制裝置包括放置在熱控環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)元件。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的質(zhì)譜儀，其中質(zhì)量選擇裝置包括用于掃描RF場(chǎng)的振幅的裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求37的質(zhì)譜儀，其中該一個(gè)或多個(gè)元件包括選自精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器、相關(guān)運(yùn)算放大器、增益調(diào)整電阻器，以及RF檢測(cè)二極管的一個(gè)或多個(gè)組件。
40.根據(jù)權(quán)利要求37的質(zhì)譜儀，其中該一個(gè)或多個(gè)元件包括至少兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
41.根據(jù)權(quán)利要求37的質(zhì)譜儀，其中熱控環(huán)境包括集成或嵌入到印制電路板中的一個(gè)或多個(gè)電阻加熱元件。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的質(zhì)譜儀，其中該一個(gè)或多個(gè)加熱元件包括一個(gè)或多個(gè)銅跡線。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的質(zhì)譜儀，其中加熱元件被構(gòu)造以向印制電路板的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域提供平滑變化量的熱量。
44.根據(jù)權(quán)利要求41的質(zhì)譜儀，其中印制電路板包括兩層或多層；以及加熱元件中的一個(gè)或多個(gè)跨越至少兩層的至少一部分而分布。
45.根據(jù)權(quán)利要求41的質(zhì)譜儀，其中印制電路板包括定義熱控區(qū)域的邊界。
46.根據(jù)權(quán)利要求42的質(zhì)譜儀，其中邊界由一個(gè)或多個(gè)間隙、狹縫、或穿孔來定義。
47.根據(jù)權(quán)利要求41的質(zhì)譜儀，其中加熱元件被構(gòu)造以將熱控環(huán)境的溫度調(diào)節(jié)在+/-0.5℃的范圍內(nèi)。
48.根據(jù)權(quán)利要求41的質(zhì)譜儀，其中加熱元件被構(gòu)造以將熱控環(huán)境的溫度調(diào)節(jié)在+/-0.05℃的范圍內(nèi)。
49.根據(jù)權(quán)利要求41的質(zhì)譜儀，其中熱控環(huán)境包括基本上覆蓋溫度可控區(qū)域的表面的絕緣元件。
50.根據(jù)權(quán)利要求37的質(zhì)譜儀，還包括離子引入其中以供質(zhì)量分析的質(zhì)量分析器，該質(zhì)量分析器包括至少兩對(duì)雙曲線桿。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的質(zhì)譜儀，其中桿被制造成好于六千分之二的準(zhǔn)確度。
52.根據(jù)權(quán)利要求50的質(zhì)譜儀，其中桿被制造成好于六千分之一的準(zhǔn)確度。
53.根據(jù)權(quán)利要求50的質(zhì)譜儀，其中桿被制造成好于八千分之二的準(zhǔn)確度。
54.根據(jù)權(quán)利要求37的質(zhì)譜儀，還包括包括諧振儲(chǔ)能電路的質(zhì)量分析器，該諧振儲(chǔ)能電路包括至少兩對(duì)導(dǎo)電桿、RF放大器、變壓器、DC放大器以及電容器。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的質(zhì)譜儀，其中儲(chǔ)能電路具有高Q。
56.根據(jù)權(quán)利要求55的質(zhì)譜儀，其中儲(chǔ)能電路具有大于300的Q。
57.根據(jù)權(quán)利要求55的質(zhì)譜儀，其中儲(chǔ)能電路具有大于500的Q。
58.根據(jù)權(quán)利要求55的質(zhì)譜儀，其中儲(chǔ)能電路具有大于700的Q。
59.根據(jù)權(quán)利要求54的質(zhì)譜儀，其中變壓器的至少一個(gè)繞組包括多股絞合線。
60.根據(jù)權(quán)利要求54的質(zhì)譜儀，其中變壓器的調(diào)諧圈包括絞合線。
61.根據(jù)權(quán)利要求60的質(zhì)譜儀，其中調(diào)諧圈包括具有使得調(diào)諧圈的RF電阻基本上為零的線規(guī)和匝數(shù)的絞合線。
62.一種質(zhì)譜儀，包括用于接收供質(zhì)量分析的離子的質(zhì)量分析器，該分析器包括諧振儲(chǔ)能電路，該諧振儲(chǔ)能電路包括至少一個(gè)變壓器，該變壓器包括由絞合線形成的調(diào)諧圈。
63.一種用于控制質(zhì)量分析器的線性掃描電壓產(chǎn)生電路，包括用于指定與質(zhì)量分析器中期望質(zhì)量設(shè)定點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字控制字的數(shù)字控制裝置；連接到數(shù)字控制裝置的主數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該主數(shù)模轉(zhuǎn)換器被配置以接收來自數(shù)字控制裝置的數(shù)字控制字，并基于數(shù)字控制字產(chǎn)生模擬輸出電壓來控制質(zhì)量分析器，該主數(shù)模轉(zhuǎn)換器在多個(gè)設(shè)定點(diǎn)的每個(gè)處具有誤差；以及連接到數(shù)字控制裝置的修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器被配置以接收來自數(shù)字控制裝置的數(shù)字修整字，并產(chǎn)生模擬修整電壓以校正由主數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的模擬輸出電壓中的誤差，使得給定模擬輸出電壓和相應(yīng)模擬修整電壓總和成相應(yīng)數(shù)字控制字的期望質(zhì)量設(shè)定點(diǎn)的模擬設(shè)置電壓。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的電路，還包括保存多個(gè)數(shù)字修整字的修整查找表，每個(gè)數(shù)字修整字對(duì)應(yīng)于多個(gè)數(shù)字控制字中的一個(gè)，每個(gè)數(shù)字修整字代表模擬修整電壓，該模擬修整電壓可以由修整數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生以校正由主數(shù)模轉(zhuǎn)換器為相應(yīng)數(shù)字控制字產(chǎn)生的模擬輸出電壓中的誤差。
65.根據(jù)權(quán)利要求63的電路，其中電路的一個(gè)或多個(gè)元件放置在印制電路板的熱控區(qū)域上。
全文摘要
質(zhì)譜儀，以及用于操作其的方法和裝置，包括計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)用于以高質(zhì)量準(zhǔn)確度測(cè)量一個(gè)或多個(gè)分析物離子的質(zhì)量的技術(shù)。該技術(shù)包括校準(zhǔn)過程，其包括多個(gè)校準(zhǔn)步驟以解決系統(tǒng)非線性?？刂葡到y(tǒng)的組件可以放置在印制電路板上的熱控環(huán)境中。
文檔編號(hào)H01J49/28GK1666317SQ03815526
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者艾倫·E.·斯庫恩, 萊克斯弗德·T.·海勒爾, 漢斯·施魏因伯格 申請(qǐng)人:薩莫芬尼根有限責(zé)任公司