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 像電流的時域信號來分析離子結(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)因為具有高分辨率與靈敏度而被廣泛應(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)量分析器束縛待測離子，利用激發(fā)后的離 子運(yùn)動誘發(fā)電極上的鏡像電流，通過對該鏡像電流信號做頻譜分析，可以分析出待測離子 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] 因為在上述離子質(zhì)量分析器中，不同質(zhì)荷比離子的運(yùn)動特征不同，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間衰減變化的信號(簡稱時域信號）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] 為了對離子實現(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)在一般使用二級與多級質(zhì)譜（tandem MS)方法和離子遷移譜方法來 分析離子結(jié)構(gòu)。二級與多級質(zhì)譜方法通過施加能量使待測離子碎裂，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離子的碰撞截面積來分析離子的結(jié)構(gòu)。二 級與多級質(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，因為涉及離子在多個真空腔體間的遷移運(yùn)動， 待測離子的實驗控制條件苛刻，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)，時域衰減速度越快，則對應(yīng)的頻域半峰越寬。通過測量半峰寬能夠計算離 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)量分析器的待測離子時域信號來分析離子的結(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，對從 離子質(zhì)量分析器獲得的待測離子的鏡像電流的時域信號作預(yù)處理，得到待測信號；步驟2， 提取所述待測信號的譜峰信號；步驟3,對所述譜峰信號進(jìn)行調(diào)制，得到經(jīng)調(diào)制的信號；步 驟4,對所述經(jīng)調(diào)制的信號進(jìn)行濾波，得到經(jīng)濾波的信號；步驟5,對所述經(jīng)濾波的信號估計 離子運(yùn)動模型參數(shù)，通過所估計的參數(shù)確定待測離子的結(jié)構(gòu)特征信息。
[0008] 所述步驟1還可以包括對所述待測信號進(jìn)行補(bǔ)零和/或增強(qiáng)去噪。
[0009] 所述步驟2還可以包括：首先將所述待測信號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。
[0010] 所述步驟3還可以包括：估計所述譜峰信號的初始相位<，然后用所估計的初始 相位 < 對所述譜峰信號進(jìn)行低頻調(diào)制，得到所述經(jīng)調(diào)制的信號。并且所述估計初始相位 <還可以包括隨機(jī)選取兩個初始相位的和％，用兩個隨機(jī)初始相位仍和朽調(diào)制所述譜 峰信號并低通濾波提取其低頻信號，然后通過等式
求商K，最后求解等式
得到估計初始相位 Ψι0
[0011] 所述步驟3還可以包括對所述譜峰信號進(jìn)行中頻調(diào)制，得到經(jīng)調(diào)制的信號。
[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所述經(jīng)調(diào)制的信號濾波，并在每階濾波之后對信號進(jìn)行降 采樣。在所述步驟4之前還可以對所述經(jīng)調(diào)制的信號進(jìn)行延拓，并且如果延拓的點(diǎn)長為 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所述經(jīng)調(diào)制的信號濾波，并在每階濾波之后對信號進(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運(yùn)動模型方程式中的 參數(shù)，由此確定關(guān)于待測離子的離子結(jié)構(gòu)特征信息。
[0015] 所述步驟5還可以包括對所述經(jīng)濾波的信號提取包絡(luò)信號，由所得到的包絡(luò)信號 估計離子運(yùn)動模型方程式中參數(shù)，通過所估計的參數(shù)確定待測離子的結(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 置為對從離子質(zhì)量分析器獲得的待測離子的鏡像電流的時域信號作預(yù)處理，得到待測信 號；譜峰提取單元，配置為提取所述待測信號的譜峰信號；調(diào)制單元，配置為對所述譜峰信 號進(jìn)行調(diào)制，得到經(jīng)調(diào)制的信號；濾波單元，配置為對所述經(jīng)調(diào)制的信進(jìn)行濾波，得到經(jīng)濾 波的信號；參數(shù)估計單元，配置為對所述經(jīng)濾波的信號估計離子運(yùn)動模型參數(shù)，通過所估計 的參數(shù)確定待測離子的結(jié)構(gòu)特征信息。
[0017] 所述預(yù)處理單元還可以配置為對所述待測信號進(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信號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。
[0019] 所述調(diào)制單元還可以配置為估計所述譜峰信號的初始相位<，然后用所估計的 初始相位<對所述譜峰信號進(jìn)行低頻調(diào)制，得到所述經(jīng)調(diào)制的信號。并且所述調(diào)制單元還 可以配置為所述估計初始相位 < 包括隨機(jī)選取兩個初始相位的和朽，用兩個隨機(jī)初始相
位和調(diào)制所述譜峰信號并低通濾波提取其低頻信號，然后通過等式 Ψι φ2 求商κ，最后求解等另
得到估計初始相位.
[0020] 所述調(diào)制單元還可以配置為對所述譜峰信號進(jìn)行中頻調(diào)制，得到經(jīng)調(diào)制的信號。
[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所述經(jīng)調(diào)制的信號濾波，并在每階濾波之后對信號進(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所述經(jīng)調(diào)制的信號進(jìn)行延拓，并且 如果延拓的點(diǎn)長為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所述經(jīng)調(diào)制的信號濾波，并在每階濾波之后對信號進(jìn)行降采 樣。
[0023] 所述參數(shù)估計單元還可以配置為使用最小二乘法非線性擬合來估計運(yùn)動模型方 程式中的參數(shù)，由此確定關(guān)于待測離子的離子結(jié)構(gòu)特征信息。
[0024] 所述參數(shù)估計單元還可以配置為對所述經(jīng)濾波的信號提取包絡(luò)信號，由所得到的 包絡(luò)信號估計離子運(yùn)動模型方程式中的參數(shù)，通過所估計的參數(shù)確定待測離子的結(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域 信號實現(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] 附圖提供了對本公開的進(jìn)一步理解，并且附圖示出了本公開的實施例并且與說明 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