多离子鉴定装置、多离子鉴定系统及鉴定物质的方法与流程

1.一般而言，本发明涉及从被采样到离子鉴定装置的介质离子鉴定。具体而言，本发明涉及一种多离子鉴定装置，用于确定待分析的采样介质中的气体种类的组成，以鉴定离子，从而确定样本的组成。本发明还涉及此类程序产品，其用于通过多离子鉴定装置控制所述离子鉴定。本发明还涉及一种产生数据库的系统，该数据库根据由该系统产生的测量结果形成。


背景技术：

2.在近150年的历史中，已经对气体中包含有机成分的各种气体组成进行了测定。早期组成研究的一个示例与呼吸分析有关，可追溯到1874年，当时francis e.anstie首次观察到酒精可在排出的呼吸空气中被检测到。这在当时几乎没有什么功能性用途，但第一台呼气测醉仪是在1927年发明的，第一台实用的路边试验仪是在1931年商业化的，其中第一台电子版本是在1967年开发的。
3.在目前的临床环境中，一些诊断(例如哮喘)可通过呼吸筛查装置来辅助，然而，仅仅通过向管中吹气就能准确诊断许多疾病的承诺一直被大肆吹嘘，但从未实现，这导致临床界对使此类装置来辅助提供足够的组成信息以供专业人员在分析中使用存在一定的怀疑。
4.对医疗状况的即时诊断和筛查一直是科幻小说的梦想，从《星际迷航》中的三录仪(tricoder)到诊断床，这是许多科幻故事的主要内容。即使在今天，这些工具似乎还需要几十年的时间，但最近的呼吸分析已经显示出一种希望，即有一种诊断是基于以非侵入性方式在某些有限条件下获得的数据。有一个问题是，是什么阻止呼吸分析装置成为专业人士真正通用的诊断工具？一方面，人类呼出气体的化学复杂性超出了当前分析技术的限制，诸如气相色谱(gc)和质子转移反应质谱(ptr-ms)。尽管这些装置和系统具有出色的分析能力，并且已经使用了几十年，但在检测气体样本中官能化程度更高、挥发性更低的化合物时，这些装置和系统似乎遇到了困难，而气体样本中的一类分子事实上可能成为待使用的呼吸分析数据的基石。然而，由于这些工具只能检测一定范围的化合物，并且只能在有限的范围内检测，这是减缓呼吸分析作为专业人员进行诊断的可用和通用工具的发展的限制因素之一。关于这些系统局限性的更多信息主要来自于例如(i)半挥发性至低挥发性物质的采样，和(ii)由于电离效率低而造成的检测局限性。
5.人工智能也曾是科幻小说中的比喻，它展示了人工智能支持如何影响未来的宁静时光，预测用户的需求，并及时提供信息和支持。这种人工智能在20年前是不可想象的，而如今人工智能和机器学习正在成为一种标准，它们可自学，并且在很少的人力投入下变得更加有用。现代有很多人工智能的示例，比如更好的交通管理、娱乐服务、增强的欺诈检测，所有这些均需要一个共同的要素才能使它们发挥作用。数据，大量的数据。
6.十年前，呼吸分析是一项很有前途的新兴技术，有望成为医学武器库中检测难以诊断或筛查的疾病的新筛查工具。过去几年取得了一些进展，但这一承诺仍未兑现，医生和
临床医生对此表示怀疑1。功能性呼吸试验是一种检测呼出气体中某些化合物的方便且微创的方法，其可用于产生用于诊断某些状况和健康风险的数据的材料。目前，只有少数呼吸分析工具进入了主流临床实践。
7.最近对用于癌症诊断的基于挥发性有机化合物(voc)的呼吸试验的系统综述和荟萃分析揭示了该试验缺乏方法标准化，同时提到该试验具有非侵入性癌症诊断的潜力2。该综述的作者提出了一个框架，用于开展和报告未来研究，调查挥发性有机化合物在癌症诊断中的作用。然而，研究表明，以前的尝试可能存在方法上的问题，这可能导致对基于voc的呼吸试验性能的高估3。这种批评主要集中在方法论问题上。分析两组研究参与者(例如患病和健康)之间不同的挥发性有机化合物通常是此类研究的主要目的，而已鉴定的标记化合物的来源和病理生理学意义却经常被忽视4。呼吸图谱提出了完全不同的方法，第一个问题是：什么化合物构成了正常的人类呼吸？
8.人的呼吸中含有数百种不同的挥发性化合物，其分布因人而异。呼出气体中的一些化合物是环境暴露的结果，另一些是由身体正常代谢产生的，还有一些是细菌或病毒感染或其他医学状况的产物。
9.呼出气体是一种复杂的气体混合物，含有数百种(可能有数千种)分析物，生物标记物的浓度通常非常低(从已知的范围来看，在十亿分之一(ppb)或万亿分之一(ppt)范围内)。为了瞄准几乎每一种气相化合物，需要收集电离试剂。随着分子官能化程度的提高，简单的分子参数变得不那么明确。一个简单的示例是氨基酸，其特征是具有酸性和碱性功能，其酸碱行为取决于分子其余部分的结构而变化。
10.人们普遍需要对气体样本进行先进的在线化学分析：从检测爆炸物到筛选食品样本中是否存在农药，到环境监测，再到从呼吸中诊断疾病。有一个主要缺点阻碍了化学技术实现这一目标，并且使其不仅仅成为研究的工具。现实世界的问题通常包括从非常不同的化学类别中检测多种化合物，例如从极性和酸性很强的化合物到功能性较差的化合物。像ptr、gc或apci的每种技术均有其局限性，即在它们最能区分和鉴定哪种分子方面，并且在设置之间进行更改既困难又费力，可能需要数小时或数天。本发明提出了一种克服这一问题的方法，并且提供了一套用于对化学组成的气体样本进行无偏和标准化分析的工具。


技术实现要素：

11.目的是至少缓解上文所述的通过已知装置不能令人满意地解决的问题，并且提供可用于气体组成样本分析的可行多离子鉴定装置，还揭示此类更具功能性和挥发性更低的化合物，用于鉴定和分析关于组成和其中那些分子的丰度的数据，以及同时提供关于更具挥发性和挥发性更低的化合物的信息，而无需改变设置和中断采样。
12.质谱仪是可用来高精度分析空气化学组成的分析仪器。问题是它们只测量离子，这意味着分子需要先被充电(电离)。已经开发了若干种电离技术，每种技术均有各自的特点和应用。
13.化学电离(ci)是一种使用化学试剂产生与空气样本混合的试剂离子的方法。这是一种使用此类机制的软电离方法，意味着感兴趣的分子将保持完整并与试剂离子聚集在一起。这大大有助于检测，因为目标分子的元素组成通常不会改变。化学电离的另一个重要方面是选择性。某些试剂离子倾向于只与具有不同性质的分子聚集在一起。选择性既是一件
好事，也是一件坏事。当目标分子有与所选试剂离子聚集的趋势时，它允许非常高的灵敏度，因为空气中的大多数分子未被电离，因此噪声水平较低。
14.然而，显而易见的缺点是，某种试剂只能对有限数量的分子起作用，因此，它不是检测具有不同性质的广泛化学物质的合适方法。
15.使用常规ci和sesi(二次电喷雾电离)的另一个复杂因素是中性试剂蒸汽/液滴与样本流混合，这会改变样本化学性质，并使使用多个电离方案变得复杂。
16.上述目标通过多离子鉴定装置的实施例实现，该多离子鉴定装置将用于根据本发明的综合数据分析的系统和方法中。申请人感兴趣的是建立一种用于在线气相分析的开创性工具，该工具不仅将改进对空气中已知化合物(诸如呼出气体中发现的化合物)的检测，而且为研究迄今为止仅在理论上被预测而从未在实践中以系统和标准化的方法测量的分子开辟了可能性，并且为使用所述装置的研究人员提供将随时间发展的气相化学知识库。
17.机器学习算法(诸如深度学习)用于分析这些数据和比较庞大的数据集，使软件能够识别成分的模式并建议做出相应的反应，以便对样本化学中的复杂模式进行分析并创建分类预测，诸如得出导致特定化学组成的基础条件。
18.破坏性方法可通过采用本公开的具体化的在线系统来提供apci-ot-ms(多离子大气压化学电离轨道质谱仪(即mion apci-ot-ms))或任何其他合适的离子检测装置作为检测器来实现，诸如在负模式检测和正检测模式下同时利用多种选择性离子化学物质的ims，这使得该系统能够以前所未有的灵敏度和选择性检测范围广泛的非常不同的化学类别。因此，提供了对气体样本进行无偏和全面化学分析的可能性。
19.根据一个实施例，多离子常压化学电离轨道质谱仪(mion apci-ot-ms)能够以前所未有的灵敏度检测人类呼吸中潜在存在的几乎每一种气相分子。使用包括mion apci-ot-ms的具体化的系统，将开发一种适用于大规模定量分析组成呼吸的气体采样方法作为示例(考虑呼出量、相对湿度和其他影响光谱信号的基础条件)。但是也适用于例如周围环境测量。
20.同时，其他工具可用于向正在开发的数据库收集全面的辅助元数据，从而允许对采集的呼吸光谱及其组成进行多因素分析。接下来，收集进一步的测量数据。根据本公开的实施例的这种创新和独特的方法提供了检测以前用常规工具不能检测的多种化合物的可能性。样本中的组成信息(诸如呼吸)的这种无偏采样揭示了用于优化分辨率和预测性的组分，其方式类似于需要广泛表达基因组学和基于表达的化学(例如癌症分析)来实现新的、将提供用于如基于医学专业人员在本公开的实施例所创建的数据的帮助下进行的分析来定制个性化治疗的手段。
21.在具有专用配置的具体化的系统中可使用特定算法来应用“大数据”技术和机器学习算法(mla)来分析从本公开的实施例采样的样本中获得的数据，即已经通过呼吸采样和辅助补充数据收集的数据，并且试图将呼吸中发现的特定化学物质与和组合物相关的不同社会医学属性相关联。实施例可应用多元统计方法来完成此类工作，所述多元统计方法用于鉴定健康个体的气体组成中的呼吸标记物的模式，并且用于研究基于呼吸的疾病网络(例如哮喘、癌症和其他肺部病理学)的气体组成，以便为专业人员提供数据，从而基于所述数据进行诊断。
22.根据本发明的技术方案，实现了上述目的(一个或多个)。
23.根据本发明的公开的实施例的多离子鉴定装置，特征为该装置包括：第一多个试剂离子塔，其位于垂直于多离子鉴定装置的电离区的样本流入口方向的第一平面中；第二多个试剂离子塔，其位于垂直于多离子鉴定装置的电离区的样本流入口方向的第二平面中，其中通过试剂塔位置，所述第一平面和第二平面平行，从而为从相应的试剂离子塔发射的离子提供反应时间，以化学电离样本中的分析物分子，如此形成的化学电离加合物从电离区被输送到质谱仪端口，以从用于加合物质谱分析的装置的电离区离开。
24.根据本公开的一个实施例，使鞘流中的至少一个在层流状态下发生。根据一个实施例变型，鞘流通过均衡它们的速度而被控制成层流轮廓形状。根据一个实施例，在本公开的一个实施例中，存在用于使每个鞘流为层流的流动成形器(即，流动方向上的一个网格或多个连续网格)，以进一步微调鞘流的形状，从而确保每个鞘流具有在层流状态下的层流特性。
25.根据一个实施例，潮湿气体样本可通过干燥器干燥，作为通过扩散干燥来干燥样本流的手段。根据本公开的一个实施例，在具体化的多离子鉴定装置中，同一平面(ir(a))中的相应试剂离子塔的每个电离试剂被配置为根据相同的离子产生机制操作，以从专用试剂离子塔提供相应试剂离子。
26.根据本公开的一个实施例，在具体化的多离子鉴定装置中，试剂离子塔的电离机制是以下项中的至少一项：x射线、软x射线、电晕放电和基于电喷雾的机制(一种或多种)。
27.根据本公开的一个实施例，在具体化的多离子鉴定装置中，试剂离子塔产生的离子的极性可被调整为正离子或负离子。根据一个实施例变型，试剂离子塔可被控制为中性，即非正极性或非负极性。
28.例如，可通过切换充电机制来改变极性，但是除此之外，还可通过电场过滤不需要的离子，使其远离所论述的试剂离子塔的出口。
29.根据本公开的一个实施例，在具体化的多离子鉴定装置中，至少一个试剂离子塔包括过滤器，以过滤掉多电荷试剂或不需要的极性，从而将试剂离子带离电离区。根据一个实施例，过滤器基于静电场。根据一个任选实施例，过滤器基于具有交变电场的离子阱。根据一个实施例，离子阱过滤器除了具有交变电场外，还具有被布置成将试剂离子捕获到离子阱中的静电场。
30.根据本公开的一个实施例，在具体化的多离子鉴定装置中，电离区包括以中心线(c)为对称中心的圆柱形对称性。根据一个实施例，多离子鉴定装置包括缓冲区。根据一个实施例，缓冲区具有与电离区相同的对称轴线。根据一个实施例，缓冲区的长度大小适于样本流湍流在电离区入口处衰减到层流状态的流速。根据一个实施例，进入电离区的缓冲区入口处的每个鞘流速度已经匹配以适应层流状态。根据一个实施例，将每个鞘气流调整为样本流速的流速。根据一个实施例，该调整由控制单元进行，根据一个实施例，该调整由用户进行，但根据一个任选实施例，该调整由被布置成调整作为鞘流致动器的鞘流阀的软件进行。
31.根据本发明的公开的一个实施例，在具体化的多离子鉴定装置中，试剂离子塔在一个平面中对准，并且具有偏离度(α)，以从电离区中心线的方向沿指向径向的相应发射线偏离。
32.一种根据本发明的公开的一个实施例的多离子鉴定系统，具体化的多离子鉴定系
统包括：
[0033]-至少一个根据本发明的公开的一个实施例的多离子鉴定装置，
[0034]-控制装置，控制多离子鉴定系统及其致动器，以在对由样本成分形成的加合物进行质谱分析时操作，
[0035]-质谱仪，进行上述质谱分析，
[0036]-数据库，用于存储质谱分析结果。
[0037]
具体化的系统也称为mion系统。
[0038]
根据本发明的公开的一个实施例，具体化的多离子鉴定系统包括软件包，该软件包被配置为控制多离子鉴定系统的操作。根据一个实施例，软件包包括控制单元的软件，以控制系统的致动器。根据一个实施例，控制单元被布置成维持多离子鉴定装置的流量、电压和/或环境量。根据一个实施例，控制单元被布置成将光谱仪作为系统元件来操作。根据一个实施例，软件包被配置为构成用于测量结果的数据库，该测量结果由质谱仪在控制单元的控制下在测量中获得。根据一个实施例，软件包被配置为提供机器学习算法和多种统计工具，其可具有用于数据分析的自学习包，以进行聚类分析和/或从样本和/或质谱仪信号的组成数据中找到标记物质。
[0039]
根据本发明的公开的一个实施例，具体化的多离子鉴定系统包括此类软件包(sw)，该软件包被配置为从聚类中进行组分析，以从结果中发现和推断标记物质和/或新发现的分子，诸如hom。这些hom(高度氧化的多官能有机分子)可包括数百种不同类型的分子，这些分子作为二次气溶胶的组分很少被检测到，如果从未被检测到。
[0040]
根据本发明的公开的一个实施例，用于具体化的多离子鉴定系统的具体化的软件包包括以下项中的至少一项：机器学习算法、用于优化聚类分析的神经元网络解算器、人工智能算法(诸如惩罚线性lars、弹性网络回归算法、随机森林和递归特征消除算法)。
[0041]
根据一个实施例，该系统包括用于检测离子的离子检测器，所述离子检测器实施为例如离子迁移谱仪(ims)或质谱仪，诸如多离子常压化学电离轨道质谱仪(mion apci-ot-ms)，其被配置为在负检测模式和正检测模式下同时利用多种选择性离子化学物质。
[0042]
根据本发明的公开的一个实施例，具体化的多离子鉴定系统包括作为系统元件的质谱仪，该质谱仪是多离子常压化学电离轨道质谱仪(mion apci-ot-ms)，其被配置为在负检测模式和正检测模式下同时利用多种选择性离子化学物质。
[0043]
根据本发明的公开的一个实施例，具体化的多离子鉴定系统在系统配置中包括从样本中检测极低蒸汽压、高度氧化的多官能有机分子(hom)。
[0044]
根据一个实施例的通过使用mion系统从气体样本中鉴定物质的方法包括：
[0045]-将气体样本采样到多离子鉴定装置的样本流中，
[0046]-允许湍流在多离子鉴定装置的缓冲区中衰减到样本流的层流状态，
[0047]-至少在缓冲区中通过至少一个或两个鞘流保护气体样本，
[0048]-通过用于气体样本成分的化学电离形成的试剂离子分子对所述气体样本成分充电，以形成加合物，
[0049]-允许加合物从气体样本成分和试剂离子分子中形成，
[0050]-将加合物引入质谱仪进行质谱分析，
[0051]-鉴定加合物和气体样本成分，
[0052]-将所鉴定的气体样本成分存储到数据库中。
[0053]
根据一个实施例，该方法可包括：基于来自数据库中先前样本质谱的已鉴定标记物质，从数据库中找到具有相似样本的相似性。此外，在该方法的实施例变型中，将与样本相关联的附加数据与先前样本的类似相关联的附加数据进行比较，以从附加数据和当前和先前气体样本之间的标记中找到相关性。根据一个实施例，通过软件包作为系统元件进行比较。根据一个实施例变型，所述比较包括在其中使用的以下项中的至少一项：寻找添加数据和标记物质之间的模式的人工智能算法，辅助人工智能算法的自学习算法，以及用于寻找标记物质的优化的神经网络。
[0054]
根据一个实施例，数据库在云中，具体化的系统的系统元件可构成对数据库有贡献的系统网络，以使其更加严格。作为系统元件的各个终端可通过网络访问数据库。边缘计算(系统所在的位置)将鉴定化学光谱中的峰，神经网络可被具体化的为在主数据库的云中的适当部分，并且根据一个实施例，云将数据库与其他数据集成并提供分析，例如元数据分类预测，例如对应于呼吸的化学组成的基础条件。
[0055]
本文中的表达式“数个(a number of)”指从一(1)开始的任何正整数，例如到一、二或三。
[0056]
本文中的表达式“多个(a plurality of)”指从二(2)开始的任何正整数，例如到二、三或四。
[0057]
包括的表达方式被用作开放式表达方式。
[0058]
具体实施方式部分中公开了本发明的不同实施例。
附图说明
[0059]
参考附图更详细地描述根据本发明的公开的以下实施例，在附图中：
[0060]
图1示出了根据本发明的公开的多离子鉴定装置的示例性实施例，其处于将由本发明的一个或多个实施例实施的采样状态。
[0061]
图1b示出了处于空闲状态的图1的多离子鉴定装置，在该装置的连续采样状态之间。
[0062]
图2和图3示出了作为试剂离子塔的离子注入塔的示例，该离子注入塔位于根据本发明的公开的具体化的多离子鉴定装置的层中，该多离子鉴定装置将由一个或多个实施例实施。
[0063]
图4示出了作为使用根据本发明的公开的多离子鉴定装置的示例性实施例的mion系统，该多离子鉴定装置将用本发明的一个或多个实施例来实施。
[0064]
图5是一个实施例的示意图，该实施例将用于根据试剂的碱性-酸性性质和相关功能性选择的试剂的分析物分组为多个组，以通过使用具体化的多离子鉴定装置进行鉴定，
[0065]
图6示出了本发明的一个实施例，该实施例涉及通过使用mion系统从气体样本中鉴定物质的方法，以及
[0066]
图7示意性地示出了具体化的试剂离子塔结构。
具体实施方式
[0067]
正如本领域技术人员从本发明的实施例中所理解的，不同附图中的相同附图标记
可用来指代不一定完全相同的类似对象。
[0068]
图1示出了将与质谱仪ms(图4)合作使用的mion系统(sys，图4)的多离子鉴定装置100。
[0069]
根据一个实施例，在多离子鉴定装置100中，存在缓冲区100a，其中鞘流在该缓冲区100a中进入多离子鉴定装置，并且样本进入该装置。根据一个实施例，缓冲区可以包括辅助测量的端口，以在别处进一步处理样本和/或在别处进行冗余和/或多样性分析，即在可类似但不一定相同的第二装置中。
[0070]
总流量可在端口流量测量处进行测量，这是基于流量的直接测量和/或根据控制单元为控制系统中的流量致动器而设置的装置其他部分中的设定流量。图1中的箭头示出了来自相应试剂离子塔(r1、r6)的专用试剂离子的流程和弯曲虚线路径。
[0071]
试剂离子塔(r1、r2、r3、r4、r5、r6、rn、rm)可根据其电荷对离子进行加速和过滤。试剂离子塔可对试剂物质进行充电，根据来自相应试剂物质源的它们的专用进料进行进料，进料和/或种类由控制单元控制。试剂离子塔(也称为离子塔)可在试剂充电中利用软x射线、电晕放电和/或电喷雾机制，以提供待在电离区使用的具有所需极性的试剂，通过试剂分子加合到样本分子上来化学电离样本分子。
[0072]
鞘流shth1和shth2被布置成遵循装置的缓冲区的圆柱形几何形状，使得两个鞘流均被引入缓冲区以形成围绕样本流的环形鞘，根据一个实施例，几何形状和流动被设置成使得鞘流和样本流具有相等的速度，从而防止不必要的垂直涡旋混合和/或湍流形成。根据一个实施例，在专用于流量维护的软件包例程(routine)的监测下，通过控制流量阀作为流量致动器并作为系统元件的控制单元，将流量设置为对应的层流状态。
[0073]
图2和图3分别示出了在水平a和水平b处的电离区(ir(a)和ir(b))的一部分。在图2中，大写的c表示电离区100b在水平ir(a)处的几何中心线。相同的几何中心轴线等于缓冲区100a的几何对称轴线。
[0074]
在水平ir(a)处，线l1、l2和l3代表对应试剂离子塔r1、r2和r3的平面衬里，使得r1沿l1衬里，以向线l1指示的方向注入离子。根据本公开的本发明的一个实施例，线l1、l2和l3与几何中心方向呈锐角α以径向方式错位(即偏移)。
[0075]
根据一个实施例角度低于30
°
，根据一个实施例变型低于20
°
，根据一个另外的变型低于10
°
，根据又一个变型低于5
°
，但根据一个实施例变型在0.7
°
到35
°
之间
[0076]
类似于在水平ir(a)处的几何形状，在水平ir(b)处，线l4、l5和l6代表对应的相应试剂离子塔r4、r5和r6的平面衬里，使得r4沿着线l4成一条线，以向线l4指示的方向注入离子。根据本公开的本发明的一个实施例，线l4、l5和l6与几何中心(大写c)方向呈锐角α径向错位(即偏移)。
[0077]
根据一个实施例角度低于30
°
，根据一个实施例变型低于20
°
，根据一个另外的变型低于10
°
，根据又一个变型低于5
°
，但根据一个实施例变型在0.7
°
到35
°
之间。
[0078]
根据一个实施例，错位被选择成在水平a和水平b之间偏转，特别是在此类实施例中，其中将r3和r6水平相反地安装到它们各自的水平。根据一个实施例，这种错位在一定程度上是有意的，以防止相对放置的试剂离子塔(即，如不同水平的r3和r6所示例的)在化学电离中对彼此的操作产生不利影响。根据一个实施例，偏移被设置为相同的旋转方向，因此对于在该水平上具有相似反应时间的电离概率，占据一定种类的相等扇区，以相等的效率
获得将由电离区的子区处的试剂离子充电的样本分析物。
[0079]
根据一个任选实施例变型，可为r1、r2和r3的安装提供线l1、l2和l3，使得线l1、l2和l3将定义第一锥形罩。然而，此类实施例将产生不同的电离弛豫时间，以比平面时更容易地沉降到电离区的不同部分。如果期望此类效果，则此类实施例可能是有用的。
[0080]
根据一个任选实施例变型，可为r4、r5和r6的安装提供线l4、l5和l6，使得线l4、l5和l6将定义第二锥形罩。然而，此类实施例将产生不同的电离弛豫时间，以比平面时更容易地沉降到电离区的不同部分。如果期望此类效果，则此类实施例可能是有用的。然而，定义试剂离子塔方向的第一锥形罩和第二锥形罩不必共线。
[0081]
在图2和图3中，作为试剂离子塔的三个角度均匀分布的注入塔体现在每个水平ir(a)和ir(b)中，作为它们的数量和角度位置的示例。本领域技术人员从这些示例性实施例认识到，作为试剂离子塔的注入塔的数量不一定仅限于每级三个，而是可根据相应的实施例改变为更大的数量，诸如四个、五个或六个。偏移可根据与r1、r2和r3就其偏移所论述的内容来实施。正如本领域技术人员还认识到的，水平(a、b)的成员不一定仅限于所示的两个，而是可根据相应的实施例变型三、四或五个，然而，考虑到鞘气体材料的扩散特性以及预期的样本组成，从而通过试剂离子塔的具体化的数量和每个的净化时间特性来提供足够的串扰抑制。
[0082]
指示的流量(shth1、shth2、过量，以及流向流量测量装置的流量测量流量和流向辅助测量的流量)可由控制单元(图4)在用于mion系统(sys，图4)的软件包(sw，图4)的命令下进行控制，该软件包的软件段由系统的专用微处理器(μp，图4)运行，以控制系统操作。将shth1具体化为鞘流1，并且将shth2具体化为鞘流2，用于包裹在缓冲区中行进以进入电离区100b的样本成分，鞘流由控制单元控制(图4)通过使用合适的专用于流的致动器的集合来控制，从而例如控制鞘流1(shth1)的致动器专用于独立地控制其他流上的流，但是，使得在控制下的每个流的设定值总体上代表由每个流专用致动器设定的有意义的流值，从而样本流被引导通过多离子鉴定装置100朝向质谱仪ms的前端口。根据一个实施例，鞘流shth1和shth 2用来保护通过缓冲区到电离区的样本携带流。
[0083]
根据一个实施例，鞘流与层流几何结构相匹配，以环形包围样本流，使得shth1包围样本流，并且shth2包围shth1，因此也包围一定距离的样本流。根据一个实施例，样本流、鞘流1和鞘流2的流速被设置为使得它们相邻地通过电离区。这些流量由控制单元设定(图4)。
[0084]
这些待控制的致动器以及系统中的其他致动器在图4中由致动器act示出，指的是用于各种目的的一组致动器，以维持系统及其系统元件的操作。
[0085]
通过控制鞘流1和鞘流2中至少一个的鞘气体的温度(t)、压力(p)、相对湿度(rh)和/或组成(c)，此类致动器还可用来控制装置的操作环境，根据环境条件使用，但也可任选地在装置100内部的设定条件下操作。控制可通过阀vk和/或阀vl的另一组来实现，在图4中以示意的方式示出。
[0086]
附图的方式也是说明性的，控制单元的控制可使试剂化学输入端与图1中的多离子鉴定装置100的对应箭头指示位置有关。尽管没有显示此类极性，也没有进行选择，但是本领域技术人员从实施例的公开中知道，可在控制单元的控制下进行此类选择。
[0087]
尽管在图1中示出了也被认为是试剂离子塔的六个试剂注入塔(r1、r2、r3、r4、r5、
r6)，其中每个注入塔可按离子化形式向电离区提供一种或一组试剂，以与来自样本的分析物分子结合，从而形成化学离子化的加合物，但是注入塔的数量不一定限于所示示例。根据一个实施例，每个注入塔的极性可由控制单元单独设置。根据一个实施例，通过使用用户界面来命令系统中的致动器针对试剂化学物质进料和/或试剂离子的极性进行相应操作，用户定义的注入塔的选择可由控制单元设置为特定极性。
[0088]
试剂的电离可基于软x射线、电晕放电或其他合适的电离机制，从而产生试剂离子，用于试剂分子的化学电离，以便在电离区与分析物结合。
[0089]
根据一个实施例变型，还可使用另外的电离注入器rn、rm在装置100的电离区100b中的对应水平处提供类似的电离水平，如图1中的字母a和b所示。此类电平由表达式an(n，n 1，n 2)、am(m，m 1，m 2)表示。在an和am处，字母n和m用作指代多个注入器的任意索引。因此，对于图5所示的分类，可相应地定义类别的数量，以便对分析物和对应试剂进行更精细的分类。
[0090]
在示意图4中，有一个带有v,x标记的致动器说明性框，表示控制单元的控制。在实施例中，图4中的控制单元可经由电晕放电和/或x射线管电压(x)来控制系统中使用的电压，该电压由专用于电离每个试剂注入端口(r1、r2、r3、r4、r5、r6、rn、rm)中的试剂的电离的合适的致动器来使用，但是也可设置由控制单元控制的质谱仪ms的电压，尽管质谱仪对其操作具有独立的控制。
[0091]
根据图4中的示例，可通过运行控制软件的专用微处理器μp进行控制，该控制软件可实施为软件包sw的一段软件。具有例程软件代码的软件包sw实施为mion系统的系统元件。
[0092]
根据一个实施例，软件包sw包括构成用于从质谱仪ms获得的测量结果的数据库(db，图4)的装置，以鉴定样本的物质，从而鉴定样本中的组成和丰度。尽管数据库是用虚线分开而绘制的，但它也可为系统永久部件存储器m中的一部分，或者在系统永久部件存储器m中具有一部分。
[0093]
选择绘制控制单元和系统的方式来指示控制单元正在控制系统。然而，控制单元作为系统元件被视为系统的一部分。位置可通过几种方式实施。然而，根据一个实施例，控制单元也可在适当的部分中多样化，使得一些致动器位于多离子鉴定装置处，并且例如位于质谱仪内的微处理器处，或者位于网络位置处，从而便于系统元件的远程控制。
[0094]
根据一个实施例，软件包sw可包括信号处理工具，以分析质谱仪ms的质谱，但是根据一个实施例变型，还包括用于聚类/分组分析以及用于相关性计算的工具，以从样本中找到标记物质。
[0095]
换句话说，作为软件套件的软件包由与硬件控制、质谱仪数据分析和用户界面相关的软件服务组成。该软件使操作员能够轻松地使用系统，并确保良好和一致的数据质量。此外，该软件包将用于完成采样接口、mion入口、质谱仪和数据处理管道的各种所需自动化水平的任务。数据处理软件的输出可包括峰值列表(多组(m/z，强度)-对)，作为知识库的一部分，与辅助数据一起被进一步分析。简单的专用用户界面被实施为指导采样过程并确保数据质量。
[0096]
根据本公开的一个实施例，图1示出了如何在试剂离子之间并行切换使用六个mion源(试剂离子塔)的概念。切换发生在不到1秒的时间内，可防止中性试剂进入流动流。
[0097]
图5是一个实施例的示意图，该实施例将分析物(即具有此类示例的目标分子)分组，以便根据试剂的碱性-酸性性质和相关功能将试剂选择为多个组，从而通过使用具体化的多离子鉴定装置进行鉴定。
[0098]
在图5的示例中，目标分子根据其化学组成分为六个组。本文所开发的多方案入口可按半连续的方式覆盖几乎所有这些组。
[0099]
为了瞄准几乎每一种气相化合物，需要收集电离试剂。随着分子官能化程度的增加，简单的分子参数变得不那么明确。氨基酸提供了一个很好的简单示例，它具有典型的酸性和碱性功能，其酸碱行为取决于分子其余部分的结构而变化。因此，我们在此采用了一个任意的，但在某种意义上更有化学意义的定义，即分子基于其官能团组成进行标记，因此也根据其电离特性进行标记。
[0100]
对于根据本发明的此类方法变型，目标分子分为六个组，范围从酸性、高度氧化和高度官能化(用形成负极性化学电离(anpci)试剂离子的加合物最佳检测到的第1组)，到还原的裸烃(对其最佳灵敏度是通过精心选择的氢转移试剂获得的第3组和第4组)，并再次最终形成高度官能化的，因此也是高度氧化的，但相当碱性的化合物(用形成正极性化学电离(appci)方法的加合物最佳检测到的第6组)。第1组和第6组之间最大的区别在于特定的氧化取代基和它们提供的氢键相互作用的性质(即在第1组氢键供体中，而在第6组氢键受体中)。如图所示，mion类型的多方案入口能够用仔细选择的试剂离子组合覆盖所有这些组，这将在下面简要说明。
[0101]
第1组试剂几乎完全在大气压力下以anpci模式工作，此处使用的原型试剂为硝酸根离子(no3-)和卤素(i-，br-)，优秀文献的作者对此有丰富的经验。第1组中的主要目标是酸性最强和官能化最强的分子，它们通常具有非常低的气相浓度，因此需要这些anpci试剂提供极端的选择性和灵敏度。从第6组目标化合物(主要是小的气相浓度和强的表面活性)中发现了类似的特征，重要的区别在于至多只是微酸性，或者甚至是碱性。因此，第6组化合物最好用appci方法检测(例如，与某些复杂的胺衍生试剂离子形成加合物)。第2组和第5组含有中等官能化的靶标，其通常可维持相当高的气相浓度，因此需要较低灵敏度(和选择性)的方法对其进行定量。第2组的anpci的一个示例为羧酸衍生试剂离子，而对于第5组，简单的胺衍生的试剂可能工作良好。对于剩余的最低官能化的第3组和第4组，应用一组氢转移试剂，并且例如由简单酮和醇形成。上述第1至第6组的试剂离子作为一个重要示例，但此类分组不一定仅限于所示的即时示例，其在图4中也通过由待施加的注入层an和am所示的任选附加注入层来实施和指示。
[0102]
对应于分组的试剂选择可在系统的初始设置和/或系统的更新中设置。
[0103]
根据一个实施例，使用此类具体化的mion系统的方法600包括：
[0104]-步骤601，将气体样本采样601到多离子鉴定装置的样本流中，
[0105]-步骤602，允许湍流在多离子鉴定装置的缓冲区中衰减到样本流的层流状态，
[0106]-步骤603，至少在缓冲区中通过至少一个或两个鞘流保护气体样本，
[0107]-步骤604，通过用于气体样本成分的化学电离形成的试剂离子分子对所述气体样本成分充电，以形成加合物，
[0108]-步骤605，允许加合物从气体样本成分和试剂离子分子中形成，
[0109]-步骤606，将加合物引入质谱仪进行质谱分析，
[0110]-步骤607，通过用于质谱分析的软件包程序鉴定加合物和气体样本成分，
[0111]-步骤608，将气体样本成分的鉴定信息存储到数据库中。
[0112]
根据一个实施例，该方法可包括基于来自数据库中先前样本质谱的已鉴定标记物质，从数据库中找到具有相似样本的相似性。此外，在该方法的实施例变型中，将与样本相关联的附加数据与先前样本的类似相关联的附加数据进行比较，以从附加数据和当前和先前气体样本之间的标记中找到相关性。根据一个实施例，通过软件包作为系统元件进行比较。根据一个实施例变型，该比较包括在其中使用的以下项中的至少一项：寻找添加数据和标记物质之间的模式的人工智能算法，辅助人工智能算法的自学习算法，以及用于寻找标记物质的优化的神经网络。
[0113]
图7示出了具体化的试剂离子塔结构。所论述的试剂离子塔可为r1、r2、r3、r4、r5、r6、rn、rm，用表达式rn(n＝1
…
m)表示。rsn表示试剂的专用源，vn(k,l)表示控制试剂rsn进料的专用阀，x表示充电器，独立地是软x射线、电晕放电、电喷雾或其组合实施的充电器。根据控制单元设置，极性可在负极、正极和中性之间变化。acc表示带电试剂离子加速器，可通过电场实现。此外，试剂离子塔还可包括过滤器f，以从试剂离子塔输出端过滤掉不需要的极性和/或带电荷的离子。根据任选实施例，电过滤器可实施在加速器acc内。
[0114]
因此，技术人员可在本公开和一般知识的基础上应用所提供的教导，以便在每个特定的使用情况下通过必要的修改、删除和添加来实现由所附权利要求限定的本发明的范围。