用於質譜分析法的裝置的製作方法

2024-03-31 15:01:05

本發明涉及一種用於質譜分析法的裝置，包括電離源、與該電離源流體耦合的質量分析器和用於處理由質量分析器提供的信號的電子數據採集系統。

背景技術：

質譜分析法

質譜儀(MS)是用於測量離子的質荷比(m/Q)的裝置。它能用於化學分析。所有類型的MS都通過使荷電的、氣相分子或原子(離子)在減壓(真空)環境內遭受電場和/或磁場來運行。

質譜儀通常用於多種學科中的氣體、液體、固體和等離子體樣本的化學分析。

不源自氣相的樣本必須在分析之前轉變成氣相(蒸發或解吸)。

此外，樣本(分析物)的分子必須在分析之前被給予電荷(被電離)。樣本的蒸發(如有必要)和電離可以在與質量分析器分離的裝置內進行。存在用於蒸發和電離樣本的眾多技術。

對於給定樣本，MS通常記錄與範圍廣泛的m/Q對應的若干個化學物質的數據。數據經常表現為作為m/Q的函數的觀測的信號強度的「譜」，稱為質譜。在數字時代，該譜由柱狀圖、例如緊密表示(連續)譜的系列數字值表示。

離子的質量是包括離子的特定原子的函數。例如，最富水的同位素異數體陽離子、H216O+具有18.01道爾頓的質量(1Da＝m(12C)/12＝1.66×10-27kg)，其是2個氫原子和1個氧-16原子減去1個電子的質量之和。在1個元電荷e(e＝原子電荷單位＝1.602×10-19庫倫)的淨電荷下，該陽離子具有m/Q＝18.01湯姆森(Th)。

樣本的質譜可以用來基於觀測的m/Q值推斷樣本中分子的同一性。對於其中MS的響應可以被適當校正的情況，MS數據也可以定量樣本內特定分子的濃度。

所公開的發明涉及在短時間內產生大量光譜的MS的類型，尤其是每秒提供1000個光譜或更多的快速質譜儀。突出示例是飛行時間質譜儀(TOFMS)。這包括最近提出的飛行距離質譜儀(DOFMS)或靜電離子阱。在下文中，在TOFMS的背景下描述本發明。

TOFMS包括TOF分析器(TOF1)，該TOF分析器通過測量在離子已被加速到已知動能之後離子行進已知距離2所需的時間或者通過已知脈衝3、稱為提取來確定離子的m/Q。對於TOF中的任何離子，觀測的離子飛行時間將與離子的m/Q的平方根近似成比例。圖1示出了典型的TOFMS。

數據採集

TOF質譜儀的kHz提取通常由外部定時發生器4觸發。

定時發生器是能夠產生具有高瞬時精度的高頻觸發(數字輸出5)的電子裝置(獨立的或PC部件)。

TOF提取可以連續並且自由地運行，或者它們可以構造成與一些外部處理6、諸如樣本的改變或脈衝電離事件同時發生。為了實現這樣的同步，定時發生器也可以接收外部觸發(輸入7)並且能編程為相對於這些輸入觸發輸出觸發5。

TOF質譜儀通常利用微通道板(MCP)檢測器8來檢測離子的存在。當被離子撞擊時，這些檢測器輸出可檢測電壓9。離子的飛行時間是提取事件和離子撞擊MCP的時刻之間的時間。

為了以高精度測量離子的飛行時間，TOF質譜儀通常使用具有GHz或更快的採樣速率(亞納秒精度的納秒)的時間-數字轉換器或模數轉換器(分別TDC和ADC)。這些數字轉換器10將由MCP輸出的電壓轉換成能存儲在計算機12中的數字值11。

作為示例，US 6,707,411 B1(Agilent)公開了具有片上存儲器的ADC。該ADC構造成為以採樣速率產生數字樣本。存儲器的數據輸出、數據輸出總線和輸出埠中的至少一個構造成以小於採樣速率的最大速率運轉。ADC可以包括樣本處理器以降低接收的數字樣本被傳送到存儲器的速率。此外，樣本可以小於採樣速率的速率從存儲器讀出。

離子的飛行時間的精確記錄要求數字轉換器10與TOF提取事件同步。該同步通常由定時發生器管理，該定時發生器在輸出5將同時觸發輸出到數字轉換器和TOF。在一些情況下，定時發生器是數字轉換器的部件。

在大多數配置中，數字轉換器記錄在提取時刻開始並且延續小於或等於TOF提取周期的某些周期的連續值流。該波形表示在那個提取期間進入質譜儀的樣本的質譜。用圖形表示，它典型地表現為值的柱狀圖(強度vs飛行時間)16。為了數據採集(DAQ)的目的，波形是作為1維陣列17的最佳思想(參見圖2)。

TOF分析儀潛在地為每個TOF提取產生完整譜。典型的TOF提取速率是10到200kHz。這意味著TOFMS能夠記錄下至5μs時標的快速進程。這樣的快速監控產生對於基於PC的數據採集來說可能太大的大量數據。

比TOF提取速率更慢的進程可以通過在數字轉換器10的存儲器19的段18中積累(或平均)許多連續的TOF提取來觀察(參見圖3)。

該所謂的波形平均20(參見圖4)減少了數據總量。例如該處理可以1s的時間解析度來監控，由此使50』000個TOF提取的波形被平均成單個概況譜。這減少了至少10』000倍的數據負載。

對於分辨(觀測)化學組成變化的TOF，DAQ系統必須以等於或大於感興趣變化的速率(平均譜/秒)記錄和保存數據。

理論上，最大連續保存速率(MCSR)等於TOF提取頻率。在該情況下，將採取非平均，並且對應於每個TOF提取的數據將被保存。

實際上，MCSR由DAQ硬體的技術規格確定。

在最有效的DAQ系統中，波形平均在數字轉換器的存儲器中執行(參見圖5)。在限定數量的TOF提取已在存儲器中進行波形平均之後，平均的波形21從數字轉換器存儲器19被傳遞到PC RAM 13並且最終保存(步驟23)到硬碟14(參看圖1)。我們將該傳遞並保存稱為處理步驟24。

因為採集在傳遞步驟的一些或所有期間可能是空閒的，為連續的保存事件之間的時間25的倒數的所獲得的連續保存速率受每個平均譜能被傳遞到PC並保存到盤的速率影響(參看圖6)。

將數據寫到硬碟所需的時間的重要性取決於數據採集軟體的架構(例如多線程的採用)；對於最現代的應用，它僅需要在極高的保存速率下考慮。

為了簡化，我們考慮具有單個存儲緩衝器的數字轉換器的情況，使得採集在傳遞步驟期間完全空閒。並且我們引入術語空閒時間來描述傳遞步驟的持續時間和與每個平均數據集的處理相關聯的任何其他時間潛在因素。

在該情況下，連續保存時間25是求平均時間26和空閒時間27之和。並且為所保存的連續運行TOF提取的分數(fraction)的保存效率是求平均時間26與連續保存時間25的比值。

在最有效的情景(採集狀況28)中，空閒時間與求平均時間相比是可忽略不計的。這裡，保存速率(平均質譜/秒)可以通過以小成本效率減小求平均時間來增大。

隨著保存速率增大，達到低效率狀況(採集狀況29)，其中求平均時間相對於空閒時間是短的。在該狀況下，求平均時間的減少線性降低效率，但是對於保存速率影響很小。保存速率(平均質譜/秒)以空閒時間的倒數有效變平。

採集速率變平所處的該點是最大連續保存速率(MCSR)。例如，如果數據的傳遞需要500微秒並且數字轉換器在該時間期間是空閒的，MCSR是1/500微秒＝2000kHz。

基於模數轉換器(ADC)的系統的MCSR常常比TOF提取頻率更慢，然而基於時間-數字轉換器(TDC)的系統具有接近或等於TOF提取頻率的MCSR。該差涉及由ADC記錄的較大尺寸(字節)的數據點以及用於傳遞和保存這些較大值所需的較長時間。

連續樣本

一些MS實驗進行單個樣本的單次測量，以便確定其瞬時化學組成。在這些情況下，數據採集速率是不相干的。實驗者可以針對小於或等於穩態樣本產生離子的時間量的任何持續時間求數據平均值。

其他MS實驗進行單個樣本的連續的時間分辨測量，以便監控該樣本的組成如何隨時間變化。該測量的一個示例是環境空氣中氣體濃度的測量。感興趣變化可以在範圍從1微秒到更長的時標上變化。

MS譜應該以大於或等於感興趣變化速率的速率來保存。在該速率以下，離子強度的動態變化將被平均並且將不可分辨。例如，參見圖7，其示出了在對應於不同長度的段20的兩個不同的保存速率下的連續的離子強度信號30的測量(所記錄的信號31、32)。

對於記錄連續譜以監控單個樣本的變化的實驗，保存效率在小於或等於MCSR的速率下的波形平均的情況下對於數據採集接近100％。

不能連續進行在快於MCSR的速率下變化的現象的觀測。相反，它們能僅不連續的迸發中進行(用於完成此的方法在下節中稍後進行描述)。

不連續樣本

其他MS實驗進行不同樣本的連續測量，以便比較不同樣本的組成。在連續樣本的測量之間存在一些有限時間。

樣本的變化可以由實驗者控制。一個示例是橫跨表面的脈衝電離雷射的運動以便比較不同位置上的組成。

可替代地，樣本的變化可以通過一些分散的外部現象來驅動。一個示例是單獨的環境氣溶膠粒子的質譜的測量，其中粒子從空氣被採樣到質譜儀中。

在一些情況下，實驗目的僅是測量每個樣本的穩態化學組成。在該情況下對於每個樣本均記錄單個平均質譜。

在該穩態情況下，所需的數據採集速率取決於樣本變化多快，即，在連續樣本之間存在多少時間。

假如波形平均可以比樣本的變化更快的速率進行，即假如樣本以低於MCSR的速率變化，則可以通過跨整個序列的樣本的持續時間的波形平均來連續採集數據。參見例如圖8，該圖8示出了三個通過產生記錄的信號34的連續波形平均來分辨的離散樣本(離子強度33)的解析度。這些樣本能夠被分辨，因為它們以遠低於平均速率的速率進入質譜儀。

可替代地，單個平均譜的採集可以與每個樣本的產生/電離同步。

對於其中實驗者控制樣本的變化的情況，該同步相對簡單。例如，單個平均譜可以在電離雷射器的每次點火之後採集。這樣的採集在圖9示出。與電離脈衝相關的外部觸發35被輸入到數字轉換器，以使不連續的波形平均同步。觸發可以是周期性的，然而，這不是強制的。該不連續的離子信號36與觸發35相關，求平均到段20中以產生信號38的時間線37示出。

對於其中樣本的變化是不定時發生的情況，同步需要一些外部測量以確定樣本的存在。例如，對於環境氣溶膠粒子被採樣到質譜儀中，可以通過光散射測量檢測質譜儀的入口中的粒子的存在。質譜的採集然後在檢測到光散射信號時觸發。許多單粒子質譜儀以該原理運轉。

在P.F.DeCarlo的"Field-Deployable,High-Resolution,Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer"(2006年12月Anal.Chem.,Vol.78,No.24,8281)、即所謂的"brute-force single-particle(BFSP)mode"中已提出了替代方案。根據該建議，在電離之前獲得的單個斬波周期被捕獲並且沒有在前平均地被傳遞到計算機存儲器。在傳遞到存儲器之後，關於m/Q的多個值或m/Q的值的組合利用用戶定義的、單粒子信號閾值來濾波數據，從而允許單粒子事件的識別並且記錄這些事件的完整質譜。然而，由於用於從ADC通過PCI總線傳遞大量數據到計算機存儲器的高系統開銷，佔空比非常低。佔空比的輕微改善通過機載數據壓縮實現。

在其他情況下，實驗目的在於測量每個樣本的組成的時變變化。在該情況下，對於每個樣本記錄多個連續質譜。

對於每個樣本中感興趣時變變化慢於MCSR的情況，可以跨整個序列樣本的持續時間以波形平均方式連續採集數據。

可替代地，存在第二、不連續平均模式，其使大於MCSR的速率下的短脈衝群(short burst)採集成為可能。例如，在電離雷射器的每次脈衝之後可以收集快速的一系列質譜。

在圖10中詳述的該塊平均方式中，數字轉換器的存儲緩衝器19構造成具有多個段18(與波形平均中所使用的單個段相反)。

例如，具有1ms的總持續時間的感興趣進程可以記錄到20個段塊中，其中50us的20個連續TOF提取分別被寫入20個單獨的段中，而沒有求平均。在該塊的採集之後，在數據塊被處理(參見圖11)的同時，即在包括將數字轉換器存儲器19中的數據傳遞22到RAM 13以及將數據保存23到計算機硬碟14的處理步驟24期間，系統處於空閒。這裡優點在於在每次提取的採集之間沒有用於傳遞的死區時間。相反，死區時間在感興趣提取的採集之後出現。這使得以大於MCSR的有效保存速率記錄一陣(a burst of)連續TOF譜成為可能。

圖12展示了將塊平均應用到圖9的雷射電離示例。注意，通過產生對應的段39的塊平均40，每個樣本的信號的衰退被分辨，如從所記錄的信號41可見的。

通過塊平均39，還可以在單個段中對連續波形求平均。這在圖13中進行詳述。例如，剛描述的1ms事件也可以記錄在10段塊中，在該塊中50us的20個連續TOF提取分別通過對每段波形求平均2(例如，段1是波形1和2的平均)被寫入段中。

注意，波形平均等同於在每塊一個段的情況下的塊平均。

對於對許多樣本進行測量的實驗，通過使樣本變化與數據採集塊同步可以維持100％採集效率。利用來自上面的示例：電離雷射器的脈衝用來比較表面上的不同位置將與數據採集塊的啟動同步。

對於對許多樣本進行測量的實驗，實驗者不會控制樣本的變化，實驗者具有三個選擇：

(i)在MCSR以下連續採集波形平均數據，由此維持高採集效率。如圖8所示，如果感興趣變化(樣本變化或單個樣本變化)慢於MCSR，則該方法成功。利用來自上面的示例：單獨的環境氣溶膠被以慢於MCSR的速率(粒子/秒)採樣到質譜儀中。圖14示出了其中樣本出現42的速率遠高於採集速率(時間線43)的情況。如從所記錄的信號44可見，來自所有/大多數樣本的離子被測量，但是單獨的樣本未被分辨。

(ii)在高於MCSR的速率下連續塊平均數據或波形平均。該方法允許更快地變化的樣本的分辨，但是冒錯過許多樣本的風險，效果隨著增大的採集速率而增大。利用來自上面的示例：如果單獨的環境氣溶膠在採集事件期間被採樣，則僅測量被採樣到質譜儀中的單獨的環境氣溶膠(粒子/秒)；如果它們在處理事件期間被採樣，則會錯過它們。這在圖15中展示，其中來自圖14的樣本42通過塊平均(時間線45)被測量。如從記錄的信號46可見，單獨的樣本被分辨，但是由於顯著的空閒時間許多被錯過。

(iii)以塊模式採集數據，其中每個數據採集塊均通過一些檢測樣本的存在的外部測量被觸發。擴展來自上面的示例：單獨的環境氣溶膠粒子在質譜儀上遊通過非破壞的光學測量技術來檢測，由此觸發質譜儀數據採集塊的啟動。該方法要求感興趣樣本可通過與MS採用系統兼容的非破壞方法來檢測。效率源自以下事實，時間不浪費於處理不包含感興趣信息的質譜。該效率增益的程度取決於樣本進入質譜儀的速率。在低速率下，效率可以接近100％。在高速率下，所有譜具有感興趣信息，不存在增益。

顯而易見的是，三種方法中的每一種均具有其缺點並且存在所獲得的測量的質量在所有三種情況下折衷的情況。

技術實現要素：

因此，本發明的目的是創建屬於最初提及的技術領域的用於質譜分析法的裝置，其允許以高效率進行許多樣本的高頻測量。

本發明的技術方案由權利要求1的特徵詳細說明。根據本發明，電子數據採集系統包括：

-至少一個模數轉換器(ADC)，其從由質量分析器獲得的信號產生數位化數據；以及

-快速處理單元，其從所述模數轉換器接收數位化數據。

該快速處理單元被編程以連續地、實時檢測由質譜儀測量的感興趣事件的數位化數據。電子數據採集系統被編程以發送表示與感興趣事件相關的質譜的數位化數據用於進一步分析並且拒絕表示與感興趣事件無關的質譜的數位化數據。

具體地，數位化數據由質譜構成(或者包括質譜)，為了簡化，在下文中該術語用於m/Q(質量/電荷)的值的譜。快速處理單元可以具體地包括數位訊號處理器(DSP)，最優選地現場可編程門陣列(FPGA)。

連續、實時處理意味著基本上所有從ADC獲得的引入數據都可以在決定發送或拒絕數據之前針對感興趣事件容易地被檢測，檢測某一部分數據所用的時間等於或小於通過質量分析器獲得由該數據部分表示的信號所用的時間。與TOF提取的連續採集同時，快速處理單元用於數據的實時分析以識別在包含感興趣事件的TOF提取的連續流內的區域(參見圖16)。

我們將感興趣樣本存在時的那些情況稱為事件或感興趣事件。我們將本發明的方法稱為「事件觸發」。

與感興趣事件無關的數位化數據的拒絕意味著該數據不被發送到通常的進一步分析。它可以不會使用將電子數據採集系統連結到執行進一步分析的硬體的通信信道的基本能力的方式被完全放棄或處理。相應的處理可以包括大數據壓縮，特別是如通過尤其在快速處理單元處機載進一步處理獲得的有損壓縮。

如早前所述，現有技術的最大連續保存速率(MCSR)受處理的系統開銷進程(overhead processes)的影響。沒有求平均的情況下，用於快速發生事件的數據速率增大到太大以致不能處理今天的數據系統的水平，其瓶頸具體地通過從DAQ到PC的下載速度、PC中數據的處理或將數據寫入大容量存儲器給出。MCSR繼而限制事件能發生並且仍以高效單獨地保存的最大速率。

所公開的發明通過僅傳遞和保存對應於感興趣事件(EOI)的選擇的TOF提取而規避這些系統開銷瓶頸。也就是說，TOF數據連續採集但不是所有的數據都被傳遞和保存。

建議的裝置允許通過消除不包含關於事件的信息的數據段的所有處理時間(採集中的空閒時間)來以高速維持效率。通過減少停滯時間，降低PC數據負載和增大可以高速率記錄的事件的部分，裝置允許改善目標在於樣本的穩態和時變特性的實驗的TOF性能。

具體地，根據本發明的數據採集使得在快於用於測量多個連續樣本的實驗的MCSR的速率(不連續)下，即，感興趣信號在開啟狀態(樣本存在)和關閉狀態(樣本之間的時間)之間振蕩的情況下的高效數據採集成為可能。它基本上允許通過TOFMS測量接連不斷的許多事件的完整化學組成。

這樣快速的變化事件能在耦合到質譜儀的電離方法不是連續的而是瞬時的或分散的時發生。例如，脈衝雷射器產生短爆發離子，也稱為事件。脈衝放電可以產生瞬時信號事件。閃光源可以產生事件。

這樣的快速變化事件也能在樣本以瞬時或分散方式被引入質譜儀時發生。情況可能是，不連續的樣本被引入產生感興趣信號的脈衝群(bursts of signal)，也稱為事件的連續電離源。也可以是這樣的情況，不連續的樣本被引入產生事件的脈衝電離源。

此外，本發明在用於測量連續樣本的系統中是特別優選的，其中連續樣本以快速並且非周期或不可預知的方式被引入質譜儀，即，連續事件的發生不是嚴格時間周期的並且TOF的外部觸發是不可能和/或不實際的。在這些和其他情況下，數據的求平均可能是困難的和/或缺乏意義的。非周期的、不均勻的事件的高度相關事件是單獨的小粒子，例如納米粒子、氣溶膠粒子、細胞或其他生物實體、群或尺寸落在1nm或更大的範圍內的尺寸的其他實體的化學組成的測量。在這樣的情況下，粒子以分散順序被快速採樣到質譜儀中。

本申請的另一範圍是其中連續事件具有不均勻的化學組成的方法。

然而，該方法也能用於測量緩慢變化的樣本和以可預測方式變化的樣本。

最後，與使用外部測量來指示事件的方法，諸如單個粒子質譜儀的普通實施相比，本發明是有利的，因為它不需要附加的化學或物理分析硬體，以及與這樣的硬體相關聯的所有複雜化。

優選地，模數轉換器包括用於存儲多個數據段的緩衝存儲器，每個段表示一個質譜，其中表示與感興趣事件相關的質譜的數據段被發送以進一步分析並且表示與感興趣事件無關的質譜的數據段被拒絕。

在一個優選實施方式中，模數轉換器被編程以對表示多個質譜的數位化數據求平均並且將所得到的平均數據存儲在緩衝存儲器中。

像波形平均一樣，該方法通過用戶定義的平均(每段提取數)連續採集波形。但是，它允許用戶僅下載那些包括感興趣數據的段並且排除不包含感興趣數據的任何段。

可以有與多個質譜相關的數據為什麼不應被平均的理由。例如，所提及的粒子可以來源於不同的群並且隨機粒子的平均可能無意義。或者它可以是找到單個粒子之間的差異的實驗的目的。在這樣的情況下，來自單個事件的數據可以不被平均並且不需要被單獨地記錄。

所述數位化數據被分組成段，其中每個段均表示所述質量分析器的至少一個單獨提取，並且因此，至少一個，優選地若干個連續的波形構成與事件有關的段的數位化數據。

可替代地，分組可以是不同的並且事件可以僅包括波形的部分或者不是連續的波形。

優選地，所述檢測基於濾波定義，該濾波定義包括至少一個具有m/Q的值的選擇的感興趣區域(ROI)並且還包括至少一個被應用到至少一個感興趣區域的濾波標準。

如果存在多個感興趣區域，則它們可以重疊或不重疊。它們不需要覆蓋整個質譜。通常，包括在選擇內的m/Q的值與預期的峰值，即，從被分析的樣本的預期的組成獲得的離子的m/Q值有關。還可以定義ROI，例如在嚴重佔用的標稱質量的情況下其僅包括峰值的一小部分。該選擇可以包括鄰近的以及遠離的值。可以採用各種濾波標準。如果某一濾波準備得到滿足或者如果某一濾波準備未得到滿足，則可以檢測事件。濾波標準的一個示例是閾值。該閾值可以是固定的或者取決於所測量的譜或多個譜的特徵。

有利地，m/Q的值的選擇是整個質譜的m/Q的所有值的分部。因此，整個質譜的m/Q值的至少一個值從m/Q的值的選擇排除。選擇可以包括彼此相鄰定位的值或遠離的值。它意味著選擇可以例如包括低m/Q值和高m/Q值，而沒有質譜的中間部分。

在濾波步驟中獲得的信息也可以用來指導在ADC存儲器中或在進一步的階段中的求平均。例如，所有選擇的事件的數據可以被平均。

感興趣區域和標準可以不同的方式彼此相關聯。

首先，濾波定義包括多個感興趣區域並且感興趣事件通過將至少一個濾波標準應用到多個感興趣區域來識別，應用到感興趣區域的結果邏輯上被結合。這意味著至少一個標準應用到不同的ROI的邏輯(例如布爾)結果通過邏輯算子(諸如AND、OR、XOR、NOT等)結合。

其次，濾波器定義包括多個濾波標準並且感興趣事件通過將多個濾波標準應用到至少一個感興趣區域來識別，不同濾波標準的應用結果被邏輯上結合。這次，不同濾波標準應用到至少一個ROI的邏輯(例如布爾)結果通過邏輯算子結合。

兩種方法可以組合。這意味著單個或一組標準被分配給感興趣每個區域，並且源自不同類型的標準的標準以及不同的ROI的應用的不同結果最終通過邏輯算子結合。

濾波複雜性變化並且可以將單個類型的事件或多個類型的事件作為目標。例如，在氣溶膠譜儀的示例中，濾波可以被定義以便識別包含特定的一組離子(單個事件類型)或多組離子中的一組(多個類型事件)的氣溶膠。

所有濾波定義基於感興趣區域(ROI49)。ROI是在對應於TOF段(單個波形或平均波形)的連續數據陣列內的一組數據點。

因為TOF譜等同於質譜，該組數據點表示一組質量/電荷(m/Q)值。ROI可以是連續的或不連續的一組m/Q值。參見用於RIOs的示例的圖17。

對於每個ROI 49，實驗者也定義一些邏輯標準50或多個標準以應用到一組數據點。

潛在的ROI標準的範圍是龐大的。在大多數常見實施中，標準是ROI內總信號與閾信號電平的比較。

對於每個記錄的TOF譜(段)，快速處理單元因此確定ROI是正確的(標準50滿足)或錯誤的(標準50未滿足)。這稱為ROI結果51。

用戶可以邏輯結合多個ROI的返回值以限定濾波。這允許用戶定義更複雜的EOI。最後，對於每個段，FPGA測試所有ROI標準，結合如由濾波52定義的ROI標準結果，並且將陽性(EOI存在於段中)或陰性(事件不存在)EOI結果53分配給段21。

在最常見的實施方式中，陽性數據段從DAQ被傳遞到PC RAM並且被保存到永久存儲驅動器，然而對於陰性數據段不執行這些步驟。

在優選實施方式中，所述處理單元針對所述至少一個感興趣區域中的每個計算至少一個與所述區域中的總離子信號相互關聯或將該總離子信號編碼的值。因此，濾波標準可以是在某一區域，尤其在與預期的種類的離子的m/Q值相關的區域中總離子信號的閾值的滿足。

優選地，該裝置還包括平均模塊，該平均模塊用於接收與感興趣事件相關的質譜並且用於在進一步分析之前對接收到的質譜求平均。

這意味著在信號平均之前或者在第一和第二平均步驟之間採用事件觸發。這是有益的，例如在其中實驗者對不連續的樣本或不連續的樣本群體的平均輪廓感興趣情況下。在該情況下，獲得的平均數據中的信噪比可以通過拒絕僅包含噪聲(無事件)的數據流的那些部分來提高。

具體地，在應用事件觸發濾波之前在段中平均波形(「波形平均」)，然後在第二平均步驟中平均那些包含事件的段。優選的是，為了執行該第二平均，ADC具有不同於用於平均段中波形的存儲緩衝器的第二存儲緩衝器。

具體地，以所有屬於單個事件的段被平均使得每個事件保存單個平均段的方式完成平均。此外，可以應用平均步驟以便平均所有與同一種類(相同的「指紋」)的事件有關的段。

該(第二)平均步驟是可選的。在一些應用中，不需要在事件觸發之後的進一步的平均。

快速處理單元也可以用於陽性或陰性段55的附加處理，以便利用與PC相比較好的處理速度和/或最小化從ADC傳遞到PC的數據的總量。

優選地，該裝置還包括用於根據分類標準對識別的事件進行分類的分類器模塊，其中從分類獲得的結果可與表示與感興趣事件相關的質譜的數位化數據一起傳遞以進一步處理。

分類器模塊可以通過例如在快速處理單元上運行的軟體來實現。具體地，分類允許使用不同的濾波標準並且由於不同的標準而在所選擇的質譜之間進行區分。然而，分類標準不需要形成濾波標準的子集或其他方式循環。因此，可以提供與非通過應用濾波標準選擇的質譜有關的分類的結果。

結果的傳遞可以加速數據的進一步處理。在分類步驟中獲得的信息也能用來指導ADC存儲器或另一階段中的平均。例如，所有事件或同一分類中的事件的數據可以被平均。

優選地，該裝置還包括用於計數多個類別中的每個類別中的事件數量的計數模塊，其中從計數獲得的結果可與表示與感興趣事件有關的質譜的數位化數據一起傳遞以進一步處理。這些結果也可以相對於與通過濾波標準的應用選擇的感興趣事件無關的質譜來傳遞。例如，用戶可能選擇傳遞僅用於一些分類的EOI的MS數據或者根本不傳遞任何MS數據，但是仍保留在每個類別觀測到的EOI的總量的知識。

優選地，電子數據採集系統包括用於接收外部數據的接口，並且電子數據採集系統被編程以將與感興趣事件的接受的外部數據和表示與感興趣事件有關的質譜的數位化數據一起發送和/或以將接收到的外部數據包括在用於感興趣事件的數位化數據的檢測中。

在優選實施方式中，電子數據採集系統被編程以發送表示與感興趣事件有關的質譜的用戶定義部分的數位化數據以進一步處理。這允許減少待被傳遞的數據，因此進一步提高效率。該部分可以被連接或斷開。其形式也可以取決於濾波和/或分類標準。

在基於整個質譜確定EOI或分類之後，用戶可以選擇僅傳遞和保存在質譜內的特定數據點。例如，探測氣溶膠粒子的含鉛量的實驗可以定義識別所有粒子的EOI(s)，並且然後僅傳遞和保存與用於每個粒子的204Pb+對應的數據點。

優選地，電子數據採集系統包括第一單元，該第一單元包括快速計算單元並且與質量分析器一體，並且該裝置還包括用於進一步分析的外部計算單元，其中僅表示與感興趣事件有關的質譜的數位化數據從第一單元被發送到外部計算單元。

常見的是，表示在質譜儀處分析的質譜並且被預處理，特別是數位化的數據由用戶發送到PC以最終分析。具有帶有包括ADC和快速處理單元的本發明的數據採集系統的裝置允許通過通常數據連接將與感興趣事件有關的整個數據傳遞給PC，而不必提供巨大的緩衝存儲器或承受長延遲。

在另一優選實施方式中，該裝置還包括用於控制電離源和質量分析器的操作的控制器，其中該控制器接收從感興趣事件的數位化數據的檢測獲得的數據並且其中該控制器基於接收到的數據調整電離源或質量分析器或者電離源和質量分析器兩者的操作參數。這允許測量的實時最優化，例如以便改善檢測極限和信噪比。

其他有利實施方式和特徵的組合從下面的詳細描述和權利要求書的總體得出。

附圖說明

用來說明實施方式的附圖示出：

圖1示出具有數據採集系統(DAQ)的TOF分析儀；

圖2示出TOF波形的圖形和陣列表示；

圖3示出具有單個段的用于波形平均的數字轉換器存儲器的構造；

圖4示出波形平均，n個連續波形(W1、W2、...Wn)在單個存儲器段中被求和以產生平均波形；

圖5示出數據採集步驟，波形在數字轉換器存儲器的段中被平均，傳遞到PC RAM，並且然後保存到磁碟；

圖6示出用於長和短平均時間的數據採集的圖形描繪，當平均時間相對於空閒時間長時，採集是高效的並且平均時間減少增大了保存速率，當平均時間相對於空閒時間短時，保存速率在最大連續保存速率(MCSR)下變平；

圖7示出樣本變化的解析度作為連續保存速率的函數；

圖8示出具有低發生率、在MCSR以下利用波形平均的連續採集的單獨事件的解析度；樣本能夠被分辨，因為它們以遠低於平均速率的速率進入質譜儀；

圖9示出在DAQ採集與外部觸發同步情況下的不連續的波形平均，例如，與樣本的周期變化同步的電離雷射器；

圖10示出為數字轉換器存儲器已被構造成具有3個存儲段的情況所描繪的塊平均；

圖11示出用於塊平均模式的數據採集步驟；

圖12示出在具有DAQ採集與外部觸發同步情況下的不連續波形平均，即與樣本的周期變化同步的電離雷射器；

圖13示出具有波形平均的塊平均，3段，每段的波形數量：2；

圖14示出具有高發生率未分辨的單獨事件，在MCSR以下利用波形平均的連續採集；

圖15示出具有連續塊平均的來自圖14的信號的採集，具有高發生率分辨的但是由於空閒時間具有低保存效率的單獨事件；

圖16示出事件觸發：波形在數字轉換器存儲器中被平均，被濾波以確定事件，並且只要事件被確定就傳遞到PC；

圖17示出4樣本波形，具有不同的所選擇的感興趣區域(ROI)：單個樣本，3個相鄰樣本，2個非相鄰樣本；

圖18示出具有三個ROI的EOI濾波機構的示意描繪；來自被處理的段的每個ROI均被確定滿足其標準或多個標準；各種ROI的結果被邏輯結合以產生EOI結果；

圖19示出基於ROI結果和/或EOI結果的FPGA中的附加處理；

圖20示出具有三個ROI並且採用數字和邏輯ROI和EOI函數的EOI濾波機構的示意描繪；

圖21示出用於同步記錄的外部數據與事件的合併和/或包括在EOI濾波中；

圖22示出具有TOF分析器並且包括氣溶膠選通和光散射裝置的氣溶膠質譜儀的示例；

圖23示出基於漂移速度的粒子尺寸分離的示意表示；

圖24示出基於漂移速度的粒子尺寸分離的另一示意表示；

圖25示出具有都等於1段的前段和後段的事件觸發；識別的事件包括在具有陽性EOI結果的段之前的1段和在具有陽性EOI結果的段之後的1段；

圖26示出具有都等於1段的前段和後段並且在保存到磁碟之前具有所有事件段的平均(求和)的事件觸發；識別的事件包括在具有陽性EOI結果的段之前的1段和在具有陽性EOI結果的段之後的1段；在該情況下，這三個段在數據被傳遞到PC之前被求和；平均也在保存到磁碟之前在PC RAM中完成；

圖27示出FPGA中事件的平均；與其中所有事件的數據都被傳遞到PC的更簡單的實施方式相反，單獨的事件在DAQ的存儲器中被平均；用於單獨的事件的數據的傳遞因此是可選的；

圖28示出通過事件觸發具有噪音抑制的粒子的尺寸分辨的TOFMS；每個事件的發生時間相對於外部觸發器來確定，並且用於事件的數據基於該發生時間在特定DAQ存儲段中被平均；

圖29示出具有(可選的)類別特定平均的通過FPGA的事件分類和基於分類的事件選擇性下載到PC RAM；以及

圖30示出部分質譜或基於分類的非譜信息的積累和傳遞。

在附圖中，相同的部件用相同的附圖標記給出。

具體實施方式

圖16是本發明的方法(「事件觸發」)的示意表示：波形從數字轉換器存儲器獲得，被濾波以確定事件，並且只要確定了事件就傳遞到PC。

對應的裝置包括具有數據採集(DAQ)系統15的飛行時間(TOF)質量分析器，該數據採集系統包括耦合到現場可編程門陣列(FPGA)47的模數轉換器(ADC)10。

ADC對於每個TOF提取連續採集數據。如圖所示，對應的段21在潛在傳遞到PC之前由FPGA 47處理。來自不包含感興趣事件(EOI)的段的數據能被DAQ立即放棄，從而避免必不要的瓶頸數據(bottleneck data)保存速率或浪費PC處理能力的系統開銷進程(在DAQ存儲器中平均，傳遞到PC，在PC RAM中處理，保存到PC磁碟等)。此外，保存到磁碟的數據的總量通過僅保存實驗者感興趣數據流的那些部分而最小化。

FPGA尋找特定的、用戶定義的數據特徵來確定EOI。該FPGA處理步驟稱為濾波(步驟48)，並且所應用的用戶定義標準稱為濾波。

在第一實施方式中，連續譜的數據波形不被平均。包含對應於單個提取的數據的存儲段21被傳到FPGA 47，該FPGA 47確定該段是否包含感興趣事件(EOI)。

另一個實施方式像上述一樣工作，但是在應用ROI標準和EOI濾波之前，限定數量的波形積累(積累20)到FPGA中的單個段21內，從而增加可用於事件的確定的離子的數量。這導致更穩健且可靠的分類，而該方法的時間解析度(譜/秒)降低。圖16概述該實施方式和在前實施方式兩者；我們注意到，在前實施方式僅是該實施方式的特定形式，其中波形平均通過每段1個波形來使用。

通過分析每個進來段內預定義的感興趣範圍(ROI)49內的數據來識別EOI。每個用戶定義的ROI均是該段的總m/Q範圍內的m/Q的子集。在一些實施方式中，每個ROI均是m/Q的連續子集。在其他實施方式中，每個ROI均可以是m/Q的不連續子集。圖17示出了一些示例，即4樣本波形，具有所選擇的不同的感興趣區域(ROI)：單個樣本，3個相鄰樣本，2個非相鄰樣本。

ROI可以和單個數據點一樣窄或者和整個TOF譜(整個質量範圍)一樣寬。在ROI內的數據值表示由一個或若干個m/Q的所有離子產生的信號。因此可以評價在ROI內檢測到的近似數量的離子。

對於每個ROI 49，用戶也定義一些待被應用到數據點組的邏輯ROI標準50。對於每個段內的每個ROI，FPGA確定所應用的ROI標準是正確的還是錯誤的。確定是ROI結果51。這在圖18中示意地描繪，圖18示出了具有三個ROI 49的EOI濾波機構，來自被處理的段21的每個ROI 49均被確定滿足其標準50或多個標準；各種ROI 49的ROI結果51被邏輯結合以產生EOI結果52，從而產生段的EOI結果53。

潛在的ROI標準的範圍是巨大的，並且可以包括：

·ROI中合計的信號強度與一些用戶定義的閾值的比較。例如，如果ROI內的段的總信號大於(或小於)1個離子，則ROI結果是正確的。

·跨段的ROI的時間行為。

o例如，FPGA可以在給定的ROI中維持信號的運行平均和標準偏差。ROI標準因此可以基於與這些統計度量的比較來定義。

o例如，ROI標準可以基於段中ROI中的總信號與離散的在前或在後段中的該ROI中的總信號的比較來定義。例如，段n可以與段n-1或段n+1進行比較。

·比較跨多個段的ROI的時間行為與其他ROI的時間行為。

o例如其中感興趣ROI在另一ROI增大之前增加特定時間的事件信號。這樣的信號可以指示在具有塗層和帶有不同的化學組成的芯的等離子體中被吸附和電離的粒子。或者ROI內強度的突然下降能指示成核事件。

·確定譜是否是非事件。這樣的邏輯在這樣的情況下特別有用，即實驗者試圖捕獲各式各樣的事件類型，其中一些可以具有未知的質譜特性。在該情況下，實驗者可以例如測試該段中的ROI是否在統計上不同於與對儀器背景測量或近似的相同的ROI，其是當沒有事件存在時收集的信號。

基於所有ROI結果52的邏輯比較(OR、XOR、AND、NOT)確定在給定段內存在的EOI。我們稱ROI的收集和ROI結果的邏輯比較為EOI濾波器54。EOI濾波54由用戶定義。

我們將比較的結果稱為段的EOI結果53。EOI結果是陽性的或陰性的。具有陽性EOI結果的任何段均被認為是EOI。

圖19概況了EOI濾波算法。在最簡單的實施方式中，與具有陽性EOI的段有關的所有數據從DAQ存儲器傳遞到PC用於可能的處理和保存。在傳遞之前，與段有關的數據可以在FPGA 47中進一步處理(步驟55)。這在圖19中示意地示出。

在圖20中描繪的另一實施方式像上述一樣工作，但是ROI結果除了邏輯型(布爾、真/偽)外可以是數字的。在該情況下，我們將ROI標準稱為ROI函數56，其輸出數字或布爾ROI結果57。這些數字和/或布爾結果然後在EOI函數58中結合以確定EOI結果53。ROI和EOI函數除邏輯算子以外包括數學算子。

在一個這樣的實施方式中，EOI濾波可以基於3個ROI的平均值。在該情況下，每個ROI結果將是ROI的總信號。在另一這樣的實施方式中，EOI濾波可以比較多個ROI的總信號。這些ROI中的一個可以是段中的所有數據點(總離子信號)。

在一些這樣的實施方式中，一些ROI結果是布爾的，而其他結果是數字的。

結合圖21描述的另一實施方式像上述一樣工作，除了對於每個事件，一些外部輸入或測量值59被提供(傳遞60)到DAQ 10或FGPA 47，以知道該值在事件發生那一刻的狀態。這允許外部數據與事件的同步記錄和/或在EOI濾波中包括外部數據。

相應地，另一實施方式像上述一樣工作，但是外部輸入數據值被合併(步驟61)到ROI標準或函數或者EOI標準或函數中。

例如，如圖22所示，在一些氣溶膠質譜儀73中，光散射裝置70在質譜儀之前被安裝在粒子漂浮區域64中。氣溶膠63通過孔口62被引入真空室中並且沿著軌跡65漂移。通過入口的大於最小直徑的那些氣溶膠63產生一個或多個光散射信號71。該數據指示粒子已進入儀器，並且取決於構造，可以提供對氣溶膠的組成、尺寸和形狀的洞察。如果在粒子達到TOFMS之前，這些數據(信號72)被提供給FPGA(在DAQ15內)，則ROI標準可以定義為使得在基於氣溶膠尺寸具有預期離子數量之下的離子信號的段具有錯誤的ROI結果。

在一些氣溶膠質譜儀中，氣溶膠63的傳送由在質量分析器上遊的調製裝置66機械地調製。具體地，氣溶膠以短脈衝群被採樣到儀器中。如圖23所示，該脈衝群內的氣溶膠將在它們朝向質量分析器漂移時基於尺寸分離，其中小粒子比大粒子漂移得更快。調製使得在調製裝置66以及蒸發和電離裝置67之間傳送的粒子的漂移時間能夠測量，該時間能用來計算氣溶膠尺寸。如圖24所示，如果粒子束被調製，則DAQ存儲器19的順序段18對應于越來越大的氣溶膠。如果觸發與調製裝置的打開同時被輸入FPGA(信號69)，則FPGA能計算在連續段數據流中的任何段期間記錄的粒子的尺寸。

對應於粒子調製的最近輸入的觸發的時間戳可以用事件保存以在後處理中確定粒子尺寸(實施方式＝具有考慮外部數據或觸發的ROI標準的事件觸發)，或者作為當前實施方式的示例，ROI標準可以定義為使得在基於粒子尺寸具有預期數量的離子之下的離子信號的段具有錯誤的ROI結果。

另一實施方式像上述一樣工作，但是在數據段的連續流內的某些段基於外部測量被排除(EOI濾波未應用)。

例如，在集成光散射裝置70的一些氣溶膠質譜儀73中，光散射數據(信號72)能用來估計何時氣溶膠將到達質量分析器68。事件觸發因此可以其中它僅分析在TOF粒子檢測時間的估計範圍內發生的段的方式運行。在該範圍之外的段被賦予陰性ROI結果，而沒有EOI濾波。

作為另一示例，在基於氣溶膠束的機械調製確定氣溶膠尺寸的氣溶膠質譜儀中，存在最小粒子到達質譜儀所需的某一最小漂移時間。在該漂移時間之前記錄的段已消逝，包含用於背景或隨氣溶膠進入該系統的氣體的數據。例如參見圖24，其中第一段18對應於最小粒子的MS測量之前的時間。如果觸發(信號69)與調製裝置的打開同時被輸入FPGA，則FPGA能計算在連續的段數據流中的任何段18期間記錄的粒子的尺寸。基於該計算，可以排除不表示合理的粒子漂移時間(例如太短的延遲)的段或者落在感興趣尺寸範圍之外的段。

通過結合外部測量，該實施方式使在降低假陽性的風險的同時使用更廣泛的濾波(捕獲更多的事件)成為可能。

該實施方式能與具有ROI標準的事件觸髮結合，該ROI標準考慮了外部數據以進一步降低假陽性的可能性。

另一實施方式像上述一樣工作，但是ROI標準可以基於記錄的數據與某一或一些參考質譜的比較。這些質譜可以由用戶輸入，或者參考質譜可以被記錄並存儲在FPGA的存儲器中。參考譜可以表示任何內容，包括背景或感興趣事件。

另一實施方式像上述一樣工作，但是用戶可以選擇全局地忽視在所有ROI標準的應用中所有波形內的特定數據點。這例如在其中大背景信號被一致地記錄在特定m/Q值處使得那些m/Q值在確定事件中不具有效用的情況下具有效用。它也可以在其中FPGA允許有限數量的ROI的情況下具有效用。在該情況下，例如，用戶可能希望將m/Q範圍限定到1至100Th，28Th除外。在缺少由該實施方式實現的歸零時，該除外要求2個ROI：1至27Th和29至100Th。

另一實施方式像上述一樣工作，但是在EOI濾波之前，FPGA從波形的數據值減去預定義值。例如，大多數質譜儀具有背景信號，該背景信號是沒有事件發生時所測量的信號。如果段中一些數據點或所有數據點的等效背景信號從每個ROI或一些ROI中的數據點被減去，則EOI濾波可以得到提高。該等效背景信號可以由用戶輸入或者參考譜可以在EOI濾波之前被記錄和存儲。

另一實施方式像上述一樣工作，但是在段n的評價中，EOI濾波被應用到平均段，該平均段由FPGA計算為從段n-x到段n+y的連續段的某個窗口內的平均值，其中x和y是可調節的。這允許檢測在單個段內(例如由於低信噪比)不能被檢測的小或慢事件。

另一實施方式像上述一樣工作，但是事件可以跨基於用於開始段和結束段的獨特標準的多個段。

在最簡單的實施方式中，事件是一系列連續的段，所有這一系列連續的段都具有相同的陽性EOI結果。

在其他實施方式中，獨特的ROI和EOI標準被定義，以確定開始和停止段。這些標準可以使用與用來確定事件的相同或不同的ROI。

另一實施方式像上述一樣工作，但是開始和結束段是在具有陽性EOI結果的段之前(開始)和之後(結束)的固定數量的段。在該實施方式中，每個事件可以說由一塊固定數量的段表示。

圖25展示了事件包括1個前段和1個後段的情況。圖26展示了具有都等於1個段的前段和後段並且具有在保存到磁碟之前所有事件段的求平均(求和)的情況。識別的事件包括在具有陽性EOI結果的段之前的1個段和之後的1個段；在該情況下，這三個段在數據被傳遞到PC之前被求和；在保存到磁碟之前也可以在PC RAM中進行求平均。

另一實施方式像上述一樣工作，但是在通過FPGA確定事件之後，屬於事件的段被積累(積累步驟75)成單個波形，從而降低數據負載。該段平均可以在FPGA中或者在PC中下載之後進行。

另一實施方式像上述一樣工作。附加地，用於所有事件的數據由FPGA或PC求平均(求平均步驟76)成單個段或塊。對於由1個以上段構成的事件，用於所有事件的所有段可以求平均成單個波形(平均的波形)，或者最終求平均的數據可以包含多個段(塊)，每個事件的對應的段的各自平均值。

與用於所有事件的數據都被傳遞到PC的較簡單的實施方式相比，單獨的事件可以在DAQ的存儲器中被平均，因此用於單獨事件的數據傳遞(步驟22)到PC RAM是可選的，參見圖27。

如果單獨的事件未被下載到PC，該方法具有以下缺點，放棄關於特定事件的信息，但是相對於常規的波形平均或塊平均，它通過拒絕僅包含噪聲的數據段增大了信噪比(靈敏度)。

通過實施方式「具有事件積累的事件觸發」實現的信噪比優點的特定示例可以通過將該實施方式與實施方式「與外部數據同步的事件觸發」結合來建立。

通過氣溶膠束的機械調製確定粒子尺寸的氣溶膠質譜儀經常以塊平均模式操作，其中入口的每個開口均用做塊觸發，在其後採集數據的n段塊。固定數量的塊被記錄和積累以給出平均2D數據集，表示作為總氣溶膠群的尺寸(段數)的函數的質譜(多個段)。

對於正常的氣溶膠濃度，記錄的塊中的許多塊將不包含氣溶膠數據，也就是說，氣溶膠濃度低，使得每當入口打開時氣溶膠不再進入質譜儀。在這些塊(入口開口)中記錄的數據僅將噪聲(背景或氣相離子信號)添加到平均值。

為了構造包含僅來自在測量粒子期間的那些時段的數據的尺寸分辨的數據塊，可以在輸入對應於調製裝置69的打開的觸發的同時使用事件觸發模式(參見圖28)。FPGA記錄每次觸發的時間戳以便知道何時入口被最後打開。對於每個事件，FPGA報告這樣的時間戳，其可以與最後輸入觸發的時間戳進行比較(步驟77)，以確定最後觸發(入口開口)和事件之間的延遲。然後平均的2D數據集(粒子尺寸vs MS)通過對所有事件的質譜求和而在FPGA或PC存儲器中重建，粒子尺寸的每個偏移均根據從觸發和事件之間的偏移確定的尺寸。

單獨的事件可選地可以被同時下載以在DAQ存儲器19中平均(步驟78)。

另一實施方式與上述相同，但是分類方案79可應用到具有陽性EOI結果的段。這些方案通過FPGA應用並且將陽性EOI(事件)分類成幾個類別。因此隨後FPGA或PC中的數據處理和求平均可以包括為分類特性的函數。這在圖29中示出。例如，可以使事件積累成為分類特性(步驟80)。一些類別的事件可以被積累，而另一類別的事件被下載為單個事件81，然而其他類別的事件可以被拒絕。分類可以和質譜數據一起報告。而且，僅事件的分類可以被報告，也就是說，事件的所有譜評價在DAQ電子器件上(on board of)進行。

在「具有事件分類的事件觸發」的特定實施方式的情況下，事件基於ROI中存在的信號的總量進行分類(分類步驟79)。一些小事件，例如非常小的粒子將非常少的離子給予質譜儀。在最壞的情況下，對於事件可以記錄僅一個離子。這樣的事件的單個事件質譜不是非常有用，但是，許多事件的積累的質譜可以是有用。因此，降低數據負載的一個策略是保存對應於例如傳送比預定義閾值更少的離子的事件的特定數據。相反，來自這些低強度事件的譜可以通過FPGA或PC RAM積累(積累步驟80)。在該實施方式中，選項存在於傳遞(步驟81)和保存每個大事件的非積累數據。優選地，大事件不與小事件積累，因為它們將在平均譜中佔優。更確切地，事件可以在基於信號電平的分類中積累(例如，下一個實施方式)，或者僅低信號事件將被積累。與氣溶膠質譜分析法相關的例外是當大粒子在時間維度中與小粒子分離時。在該情況下它們可以在塊平均中在塊的分離段中積累。

上述小事件的平均可以在幾個平均段中進行。例如，僅產生一個離子的所有事件可以被平均到段1中，產生兩個離子的所有事件可以在段2中平均等等。對於氣溶膠質譜分析法的情況，這將產生尺寸依賴的平均，由此避免產生許多離子的大粒子將淹沒小粒子的信號。

在最初的EOI濾波之後在FPGA或PC RAM中執行的所有步驟的事件的處理可以通過結合與陽性事件相關的外部數據而提高。例如，在一些氣溶膠質譜儀中，光散射裝置安裝在質譜儀的入口中。大於通過入口的最小直徑的氣溶膠產生光散射信號。該數據指示粒子已進入質譜儀，並且可以提供對氣溶膠的組成、尺寸或形狀的洞察。如果這些數據在粒子到達質譜儀之前被提供給FPGA，則可以基於在前的光散射事件的強度對事件進行分類。

在另一實施方式中，來自外部信號的數據被結合在處理中。在一些氣溶膠質譜儀中，粒子入口被調製(打開/關閉)並且入口和質譜儀之間的粒子飛行時間被測量以確定粒子尺寸。對於利用事件觸發的這樣的系統，可以對每個事件確定飛行時間；這被計算為具有陽性EOI結果的段和粒子入口的最後打開之間的時間差。該事件飛行時間可以與該事件一起保存。它也可以通過FPGA用來進一步對記錄的事件進行濾波或表徵。

在一個這樣的實施方式中，它可以用作用於上述實施方式「具有分類的事件觸發邏輯」的度量。

在一個這樣的實施方式中，它可以用作用於上述實施方式「尺寸依賴的小粒子積累」的度量。

在一個這樣的實施方式中，系統將拒絕相對於斬波觸發具有時間差的所有事件，該時間差太短而不能表示真實的粒子飛行時間。

另一實施方式像上述一樣工作，除了實驗目的在於確定除了完整的質譜之外的信息。

例如，在濾波之後沒有事件的分類的情況下，FPGA/DAQ可以計數(步驟82)事件的總數83。該事件的總數83被保持在DAQ存儲器19中並且稍後被下載。通過事件的分類，DAQ可以具有增量並且對於每次分類的事件保存特定的計數值(參見圖30)。

與這樣的計數同時，或代替這樣的計數，DAQ可以將質譜的一部分(有限數量的數據點)和/或分類結果傳遞(步驟84)到PC。所傳遞的數據點可以取決於事件的分類。

僅傳遞分類結果或僅傳遞質譜的選擇部分大大降低了數據負載並且增大了事件觸發數據可以被保存的最大速率。

本發明對於不連續事件的基於快速質譜儀的測量有效用，該測量是感興趣信號跨測量期間在「開」和「關」狀態之間波動的任何實驗。

不連續事件可以被觀測到，因為實驗是測量許多不同的樣本，這些樣本以每個之間具有某個有限時間連續地被提供給質譜儀。

該不連續可以是電離方案的特徵。示例包括像通過雷射脈衝、通過閃光燈、通過擊穿電離的短時間電離方法。

不連續可以是質譜儀上遊的採樣方案或一些其他分析進程的特徵。示例包括像離子遷移率分離(IMS)和色譜分析法的快速分離方法。

該不連續可以反映連續樣本的有限性質：示例包括粒子(像納米粒子、氣溶膠粒子、細胞、病毒、微滴)、表面上的局部區域(像素)、固體、固體上界面或表面中的局部體積(體素)的分析或分類。

不定時發生的、有限樣本的分析的具體示例是通過電感耦合等離子體(ICP)TOFMS的粒子的分析。這些粒子在微滴或氣流中被傳送。在後一情況下，氣體必須用等離子氣體(通常Ar)交換。然後包含粒子的氣體的連續流被採樣到連續等離子體中，從存在於連續氣流中的所有分子(等離子氣體和粒子)產生離子。實驗者可能對隔離與特定粒子相關聯的那些離子信號有興趣(「單粒子分析」)。但是，由於離子檢測事件的分散性質，高效的單粒子分析通過傳統的DAQ系統將是不可能的。事件觸發的使用獨特地使高效地記錄單獨的粒子的完整的ICP-TOF質譜成為可能。

分散的、有限的樣本的分析的類似示例是氣溶膠粒子的分析，氣溶膠粒子可以包含痕量的有害或被禁材料或表明這樣的材料、包括爆炸物、藥物、毒物、化學毒劑或生物毒劑的化學化合物。在這樣的情況下，感興趣化合物可以作為人工生成的粒子的部分存在或者作為環境粒子(包括灰塵和皮膚粒子)的殘留物存在。這些粒子的濃度可以非常低和/或在這些粒子內感興趣材料的濃度可以非常低。當連續採集TOFMS數據以便檢測這樣空氣中粒子時，將可能是這樣的情況，TOF提取的大部分將不包含感興趣信號。但是，所有提取將包含許多對應於在環境空氣中發現的化合物的複雜混合物的信號。因此，如果通過標準方法採樣空氣和對TOF提取求平均，則感興趣信號在總空氣樣本的質譜內可能是不可辨別的。但是，這些感興趣化合物的濃度在感興趣粒子被採樣到質譜儀中的時刻將迅速上升。在該情況下，這些化合物可以通過應用事件觸發並且僅保持包含潛在的感興趣信號的那些數據段(質譜)來檢測。對應於單獨的粒子的數據段可以下載到PC以進一步處理和/或如果機載分類足夠明確，則來自許多單獨的粒子的數據可以被平均。這樣，事件觸發降低了用於這些化合物的TOFMS的檢測的絕對限值。對於這些應用，電子電離(EI)或化學電離(CI)是優選的，因為這些方法允許緊湊且成本有效的裝置。替代地，在大氣壓力下電離也是可能的，但是將通常需要略微更複雜的質譜儀。

不連續的事件可以被觀測到，因為實驗是測量單個樣本或體積的氣體，對此感興趣離子具有快速變化的濃度。示例包括大氣氣體的實時採樣或人類呼吸的分析。

根據應用和目標可以獲得不同的優點：

1.對於實驗試圖分辨樣本中的快速變化或樣本的快速變化的情況，事件觸發使比在當前技術狀態下能分辨的更快的變化的分辨成為可能。具體地，快速變化指的是在比得上TOF提取頻率的速率下信號的切換(toggling)。

2.對於實驗者試圖識別和分類非常大量的樣本(事件)的情況，事件觸發和體現的處理方法減少了跨PC總線的數據負載和保存到磁碟的數據的總量。

3.對於實驗者對跨不連續的樣本的持續時間或跨許多樣本的總信號求平均的情況，通過拒絕僅包含噪聲的數據流的那些部分可以提高所獲得的信噪比。

由於成像在不穩定(exotic)情況下也可能發生，在此不穩定情況中，光柵掃描不可預見地發生和/或存在沒有光柵掃描觸發。

還要注意的是，本發明不限於所述實施方式。具體地，各種各樣的濾波標準和ROI的不同組合是可能的。基本上，它們可以由用戶選擇以在給定的分析的情況下最好地符合他或她的要求。