分析離子結(jié)構(gòu)的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及一種分析離子結(jié)構(gòu)的方法和裝置，尤其涉及一種通過直接分析離子鏡 像電流的時(shí)域信號(hào)來分析離子結(jié)構(gòu)的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 傅立葉變換質(zhì)譜儀(MS)因?yàn)榫哂懈叻直媛逝c靈敏度而被廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)分 析。傅立葉變換質(zhì)譜儀的工作原理是，通過離子質(zhì)量分析器束縛待測(cè)離子，利用激發(fā)后的離 子運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電極上的鏡像電流，通過對(duì)該鏡像電流信號(hào)做頻譜分析，可以分析出待測(cè)離子 的質(zhì)荷比（m/z)。傅立葉變換離子回旋共振離子阱（FT-ICR)、離子軌道阱、傅立葉變換四極 離子阱技術(shù)等是目前主要應(yīng)用于傅立葉變換質(zhì)譜儀的離子質(zhì)量分析器。
[0003] 因?yàn)樵谏鲜鲭x子質(zhì)量分析器中，不同質(zhì)荷比離子的運(yùn)動(dòng)特征不同，所以傳統(tǒng)的傅 立葉變換質(zhì)譜儀通過分析不同離子的隨時(shí)間衰減變化的信號(hào)(簡(jiǎn)稱時(shí)域信號(hào)）的傅里葉變 化譜峰可以分析出不同質(zhì)荷比的離子。然而，對(duì)于同一荷質(zhì)比的離子可能存在同一荷質(zhì)比 不同離子結(jié)構(gòu)的同分異構(gòu)體情況，此時(shí)只能依賴于更多的硬件設(shè)備，或者采用其他的分析 手段來分析離子的結(jié)構(gòu)。
[0004] 為了對(duì)離子實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定性與定量分析，除了需要分析離子的荷質(zhì)比，通常還需 要分析離子的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在一般使用二級(jí)與多級(jí)質(zhì)譜（tandem MS)方法和離子遷移譜方法來 分析離子結(jié)構(gòu)。二級(jí)與多級(jí)質(zhì)譜方法通過施加能量使待測(cè)離子碎裂，通過分析碎片離子來 重構(gòu)離子結(jié)構(gòu)。離子遷移譜方法則通過分析待測(cè)離子的碰撞截面積來分析離子的結(jié)構(gòu)。二 級(jí)與多級(jí)質(zhì)譜方法通常需要高真空條件下（〈lmTorr)，而離子遷移譜方法工作在高氣壓條 件下OlTorr)，且具有較低的分辨率(通常低于1000)。這些方法由于工作氣壓差別較大， 使得儀器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，真空功耗增大。同時(shí)，因?yàn)樯婕半x子在多個(gè)真空腔體間的遷移運(yùn)動(dòng)， 待測(cè)離子的實(shí)驗(yàn)控制條件苛刻，離子損失情況明顯。
[0005] 2012 年，F(xiàn)an Yang、Jacob E. Voelkel 與 David V. Dearden 在《Collision Cross Sectional Areas from Analysis of Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Line ffidth:A New Method for Characterizing Molecular Structure (由傅立葉 變換離子回旋共振線寬來分析碰撞截面積：一種表征分子結(jié)構(gòu)的新方法)》（Anal. Chem.，2012, 84(11)，pp4851 - 4857)中提出利用分析傅立葉變換離子回旋共振頻譜譜線的 寬度來分析離子的碰撞截面積，從而分析離子結(jié)構(gòu)。該方法通過提高傅立葉變換離子回旋 共振離子阱內(nèi)部的氣壓，使得離子分子碰撞主導(dǎo)離子鏡像電流衰減。衰減速度決定了譜線 的半峰寬（FWHM)，時(shí)域衰減速度越快，則對(duì)應(yīng)的頻域半峰越寬。通過測(cè)量半峰寬能夠計(jì)算離 子碰撞面積，從而通過離子鏡像電流衰減分析出離子碰撞面積，最終獲悉離子結(jié)構(gòu)。然而， 如Fan Yang等人在文獻(xiàn)中所說，該方法可能只適用于低質(zhì)量系統(tǒng)或分子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了至少部分解決上述問題，本公開的目的是提供一種分析離子結(jié)構(gòu)的方法和裝 置，其可以通過直接分析來自離子質(zhì)量分析器的待測(cè)離子時(shí)域信號(hào)來分析離子的結(jié)構(gòu)。
[0007] 根據(jù)本公開的第一方案，一種分析離子結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：步驟1，對(duì)從 離子質(zhì)量分析器獲得的待測(cè)離子的鏡像電流的時(shí)域信號(hào)作預(yù)處理，得到待測(cè)信號(hào)；步驟2， 提取所述待測(cè)信號(hào)的譜峰信號(hào)；步驟3,對(duì)所述譜峰信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，得到經(jīng)調(diào)制的信號(hào)；步 驟4,對(duì)所述經(jīng)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行濾波，得到經(jīng)濾波的信號(hào)；步驟5,對(duì)所述經(jīng)濾波的信號(hào)估計(jì) 離子運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)，通過所估計(jì)的參數(shù)確定待測(cè)離子的結(jié)構(gòu)特征信息。
[0008] 所述步驟1還可以包括對(duì)所述待測(cè)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)零和/或增強(qiáng)去噪。
[0009] 所述步驟2還可以包括：首先將所述待測(cè)信號(hào)通過傅里葉變換變換到頻域，然后 采用定位算法得到所述譜峰信號(hào)。
[0010] 所述步驟3還可以包括：估計(jì)所述譜峰信號(hào)的初始相位<，然后用所估計(jì)的初始 相位 < 對(duì)所述譜峰信號(hào)進(jìn)行低頻調(diào)制，得到所述經(jīng)調(diào)制的信號(hào)。并且所述估計(jì)初始相位 <還可以包括隨機(jī)選取兩個(gè)初始相位的和％，用兩個(gè)隨機(jī)初始相位仍和朽調(diào)制所述譜 峰信號(hào)并低通濾波提取其低頻信號(hào)，然后通過等式
求商K，最后求解等式
得到估計(jì)初始相位 Ψι0
[0011] 所述步驟3還可以包括對(duì)所述譜峰信號(hào)進(jìn)行中頻調(diào)制，得到經(jīng)調(diào)制的信號(hào)。
[0012] 所述步驟4還可以包括使用η階m層濾波器，其中η為300-800, m彡3,以及 0. 01-0. 03的歸一化截止頻率對(duì)所述經(jīng)調(diào)制的信號(hào)濾波，并在每階濾波之后對(duì)信號(hào)進(jìn)行降 采樣。在所述步驟4之前還可以對(duì)所述經(jīng)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行延拓，并且如果延拓的點(diǎn)長(zhǎng)為 Num，濾波器的階次為Order，則> yOAr + 1 " 〇
[0013] 所述步驟4的濾波還可以包括使用η階m層濾波器，其中η為300-800,m彡3,以 及0.01-0. 1的歸一化截止頻率對(duì)所述經(jīng)調(diào)制的信號(hào)濾波，并在每階濾波之后對(duì)信號(hào)進(jìn)行 降米樣。
[0014] 所述步驟5還可以包括使用最小二乘法非線性擬合來估計(jì)運(yùn)動(dòng)模型方程式中的 參數(shù)，由此確定關(guān)于待測(cè)離子的離子結(jié)構(gòu)特征信息。
[0015] 所述步驟5還可以包括對(duì)所述經(jīng)濾波的信號(hào)提取包絡(luò)信號(hào)，由所得到的包絡(luò)信號(hào) 估計(jì)離子運(yùn)動(dòng)模型方程式中參數(shù)，通過所估計(jì)的參數(shù)確定待測(cè)離子的結(jié)構(gòu)特征信息。
[0016] 在本公開的第二方案中，提供了一種分析離子結(jié)構(gòu)的裝置，包括：預(yù)處理單元，配 置為對(duì)從離子質(zhì)量分析器獲得的待測(cè)離子的鏡像電流的時(shí)域信號(hào)作預(yù)處理，得到待測(cè)信 號(hào)；譜峰提取單元，配置為提取所述待測(cè)信號(hào)的譜峰信號(hào)；調(diào)制單元，配置為對(duì)所述譜峰信 號(hào)進(jìn)行調(diào)制，得到經(jīng)調(diào)制的信號(hào)；濾波單元，配置為對(duì)所述經(jīng)調(diào)制的信進(jìn)行濾波，得到經(jīng)濾 波的信號(hào)；參數(shù)估計(jì)單元，配置為對(duì)所述經(jīng)濾波的信號(hào)估計(jì)離子運(yùn)動(dòng)模型參數(shù)，通過所估計(jì) 的參數(shù)確定待測(cè)離子的結(jié)構(gòu)特征信息。
[0017] 所述預(yù)處理單元還可以配置為對(duì)所述待測(cè)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)零和/或增強(qiáng)去噪。
[0018] 所述譜峰提取單元還可以配置為首先將所述待測(cè)信號(hào)通過傅里葉變換變換到頻 域，然后采用定位算法得到所述譜峰信號(hào)。
[0019] 所述調(diào)制單元還可以配置為估計(jì)所述譜峰信號(hào)的初始相位<，然后用所估計(jì)的 初始相位<對(duì)所述譜峰信號(hào)進(jìn)行低頻調(diào)制，得到所述經(jīng)調(diào)制的信號(hào)。并且所述調(diào)制單元還 可以配置為所述估計(jì)初始相位 < 包括隨機(jī)選取兩個(gè)初始相位的和朽，用兩個(gè)隨機(jī)初始相
位和調(diào)制所述譜峰信號(hào)并低通濾波提取其低頻信號(hào)，然后通過等式 Ψι φ2 求商κ，最后求解等另
得到估計(jì)初始相位.
[0020] 所述調(diào)制單元還可以配置為對(duì)所述譜峰信號(hào)進(jìn)行中頻調(diào)制，得到經(jīng)調(diào)制的信號(hào)。
[0021] 所述濾波單元還可以配置為使用η階m層濾波器，其中η為300-800，m彡3,以及 0. 01-0. 03的歸一化截止頻率對(duì)所述經(jīng)調(diào)制的信號(hào)濾波，并在每階濾波之后對(duì)信號(hào)進(jìn)行降 采樣。所述濾波單元還可以配置為在第一階濾波之前對(duì)所述經(jīng)調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行延拓，并且 如果延拓的點(diǎn)長(zhǎng)為Num，濾波器的階次為Order，則
[0022] 所述濾波單元還可以配置為使用η階m層濾波器，其中η為300-800，m彡3,以及 0.01-0. 1的歸一化截止頻率對(duì)所述經(jīng)調(diào)制的信號(hào)濾波，并在每階濾波之后對(duì)信號(hào)進(jìn)行降采 樣。
[0023] 所述參數(shù)估計(jì)單元還可以配置為使用最小二乘法非線性擬合來估計(jì)運(yùn)動(dòng)模型方 程式中的參數(shù)，由此確定關(guān)于待測(cè)離子的離子結(jié)構(gòu)特征信息。
[0024] 所述參數(shù)估計(jì)單元還可以配置為對(duì)所述經(jīng)濾波的信號(hào)提取包絡(luò)信號(hào)，由所得到的 包絡(luò)信號(hào)估計(jì)離子運(yùn)動(dòng)模型方程式中的參數(shù)，通過所估計(jì)的參數(shù)確定待測(cè)離子的結(jié)構(gòu)特征 信息。
[0025] 應(yīng)用本公開的分析離子結(jié)構(gòu)的方法和裝置，可直接通過分析離子鏡像電流的時(shí)域 信號(hào)實(shí)現(xiàn)離子結(jié)構(gòu)分析，相比較現(xiàn)有技術(shù)分析離子結(jié)構(gòu)的方法大大節(jié)約了設(shè)備成本。
【附圖說明】
[0026] 附圖提供了對(duì)本公開的進(jìn)一步理解，并且附圖示出了本公開的實(shí)施例并且與說明 書一起用于解釋本公開的原理。在附圖中：
[0027] 圖1示例性示出本公開第一實(shí)