用于求解动量转移截面的近似算法

用于求解动量转移截面的近似算法
【专利摘要】本发明包括用于高分子有机化合物的自动的、高吞吐量的分子识别的方法。该方法可以提供如由离子迁移率光谱仪测量的、缓冲气体中的被分析物的动量转移截面的近似解，该方法具有低计算需求，具有高精度并且适合于各种漂移气体。
【专利说明】
用于求解动量转移截面的近似算法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2014年2月14日提交的，名为"Approximation Algorithm for Solving a Momentum Transfer Integral"的美国临时专利申请序列号Ν〇·61/940，118的 优先权，其全部内容在此引入以供参考。
技术领域
[0003] 本发明一般涉及离子迀移率光谱仪分析。更具体地说，涉及近似如由离子迀移率 光谱仪测量的、缓冲气体中的被分析物的动量转移截面的解的算法。
【背景技术】
[0004] 离子迀移率光谱测定（MS)已经用于通常小的有机和无机分子的结构表征。该领 域的最新发展已经导致允许IMS用于包含大的高分子有机和生物化合物的研究的仪器改 进。頂S已经显示出在识别与各种疾病有关的高分子化合物方面特别有用。然而，凭借頂S通 过将碰撞截面的IMS结果与已知的模型分子结构的比较的化合物的结构解析要求耗时且资 源密集的算法。
[0005] 存在若干方法来近似如由低场区中的离子迀移率光谱仪测量的缓冲气体中的被 分析物的动量转移截面的解。然而，没有一种已知方法结合低运算需求同时提供具有高精 度的解，而且还适合于多种漂移气体。四种主要的现有方法如下。
[0006] 轨迹法(TM)通过求和二体交互项，近似散射势能面，简化散射问题。然后，通过求 解针对势能面上的足够大量的碰撞几何结构的拉格朗日等式，并且推断相应的偏转角，获 得动量转移截面的值。然而，漂移室中的多原子离子的散射过程是多体问题并且极其难以 解决。因此，获得用于生物高分子的动量转移截面的计算需求巨大，由此不适用于高吞吐量 或分子建模软件。
[0007] 确切的硬球散射(EHSS)近似将二体相互作用势简化为具有规定的碰撞半径Rcq11 的硬球的碰撞的作用势。然后，经由散射轨迹的射线追踪，并且推断相应的偏转角，获得动 量转移截面。该方法对于分子结构的可靠指定（由于硬球碰撞近似)并非是足够准确的，另 外对于应用于高吞吐量或分子建模软件方面太耗时（由于使用射线追踪）。
[0008] 投影逼近(PA)通过忽略缓冲气体和被分析物之间的任何相互作用，简化散射过 程。相反，通过确定由投射在用于多个定向的平面上的被分析物的原子包围的面积，将动量 转移截面近似为定向平均面积。该方法足够快以结合在原子、高吞吐量或分子建模软件中， 但由于忽视缓冲气体-被分析物相互作用，其预测值包括高达20-30%的误差，由此不能用 于结构指定。
[0009] 在投影叠加逼近(PSA)的框架中，将分子碰撞截面计算为被改进以考虑缓冲气体-被分析物相互作用并且通过形状因子，校正形状效应的投影逼近。因此非常准确，但对用于 结合到原子结构指定软件中还是不够快。此外，该方法忽略分子电荷分布并且对于氮，参数 化该方法的最新尝试已经显示出由于该近似，如果缓冲气体可极化，该预测的动量转移截 面会不可靠。因此预期该方法对与其他强相互作用漂移气体，诸如一氧化碳或二氧化碳一 起使用也不可靠。
[0010]因此，需要一种近似如由低场区中的离子迀移率光谱仪测量的缓冲气体中的被分 析物的动量转移截面的解的算法，其结合低运算需求，同时提供高精度的解，以及还可适合 于多种漂移气体。然而，鉴于实现本发明时的整体考虑，对本领域的普通技术人员来说，如 何能克服现有技术的缺陷并非显而易见。
[0011] 所有引用的出版物在此全部引入以供参考。此外，在通过本文引用包含的参考文 献中的术语的定义或用途与本文提供的术语的定义不一致或相反的情况下，本文提供的术 语的定义适用而不应用参考文献中的术语的定义。
[0012] 尽管已经论述传统技术的某些方面来便于公开本发明，但
【申请人】绝不放弃这些技 术方面，预期所要求的发明可能包含本文所述的一个或多个传统技术方面。
[0013] 本发明已经解决上述现有技术的一个或多个问题和缺陷。然而，预期本发明已经 证明可用在解决许多技术领域的其他问题和缺陷中。因此，所要求的发明不应当必定解释 为受限于解决本文所述的特定问题或缺陷的任何一个。
[0014] 在本说明书中，在引用或论述文档、动作或知识项时，本引用或论述不是承认文 档、动作或知识项或其任意组合在优先权日公开可获得、公众已知、为公知常识的一部分或 否则在适用的法律规定下构成现有技术，或已知对尝试解决本说明书涉及的任意问题相 关。

【发明内容】

[0015] 各个实施例可以包括用于确定未知被分析物的分子结构的方法。离子迀移率质谱 测定可以用来确定未知被分析物的离子迀移率/质谱。使用离子迀移率/质谱，可以对未知 被分析物计算分子动量转移截面。可以计算多个已知化合物的每一个的分子动量转移截 面。计算可以包含计算势能函数和计算分子转移函数并且计算动量转移面以便为分子动量 转移截面的实际计算提供输入。一旦已经对未知被分析物和多个已知化合物计算分子动量 转移截面，能进行比较以确定在未知被分析物的分子动量转移截面和已知化合物的一个或 多个的分子动量转移截面之间是否有近似匹配。基于比较结果，可以确定未知被分析物的 潜在身份。
[0016] 另外的实施例可以包括用于确定未知被分析物的分子结构的方法。可以如上所 述，准备未知被分析物的溶液。然后，将溶解引入离子迀移率质谱仪来确定未知被分析物的 离子迀移率/质谱。可以观察离子迀移率/质谱来确定一个或多个峰值的存在。然后对每一 峰值计算降低的离子迀移率。每一降低的离子迀移率值可以用来计算分子动量转移截面。 除未知被分析物的上述分析外，可以对多种已知化合物计算分子动量转移截面。对已知化 合物的计算包含下述步骤。首先，可以使用针对缓冲气体粒子的电荷感应相互作用势和 Lennar d-Jone s 12，6势，来计算势能函数。势能函数能用来计算动量转移函数。可以分别计 算分子玻耳兹曼因子、定向平均截面、动量转移面和形状因子。至少将势能函数、分子玻耳 兹曼因子、定向平均截面、动量转移面和形状因子用作输入，可以对每一已知化合物，计算 分子动量转移截面。未知被分析物的分子动量转移截面可以与已知化合物的分子动量转移 截面比较。如果在比较步骤期间，发现近似匹配，则可以确定未知被分析物的潜在身份。
[0017] 另外的实施例可以包括快速和有效地确定已知化合物的分子动量转移截面的方 法。可以使用针对缓冲气体粒子的电荷感应相互作用势和!^1111&1(1-]〇1168 12,6势，计算势 能函数。势能函数可能用来计算动量转移函数。可以计算该化合物的分子玻耳兹曼因子。可 以计算定向平均截面，可以计算动量转移面，并且可以计算形状因子。至少将势能函数、分 子玻耳兹曼因子、定向平均截面、动量转移面和形状因子用作输入，可以对已知化合物，计 算分子动量转移截面。
【附图说明】
[0018] 为更全面理解本发明，应当结合附图，参考下述详细描述，其中，
[0019] 图1是识别未知被分析物的分子结构的现有技术方法的一般流程图。
[0020] 图2是离子迀移率质谱仪的示意图。
[0021] 图3是来自离子迀移率质谱仪的输出数据的示例性曲线图。
[0022] 图4是用于确定未知被分析物的分子结构的方法的示例性流程图。
[0023] 图5是用于确定未知被分析物的分子结构的方法的示例性流程图。
[0024] 图6是用于确定已知化合物的分子动量转移截面的方法的示例性流程图。
【具体实施方式】
[0025] 在优选实施例的下述详细描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图内，通过 示例，示出可以实施本发明的具体实施例。应理解到，可以利用其他实施例并且在不背离本 发明的范围的情况下，可以做出结构改变。
[0026] 离子迀移率光谱测定（MS)的领域的开发已经允许IMS用于包含大的高分子有机 化合物的研究和结构表征。图1示出划分成理论步骤和实验步骤的人工结构表征的现有技 术方法100的流程图。首先，确定多个候选结构并且可以对每一候选结构，计算理论动量转 移截面(步骤105至115)。在步骤120,可以产生预测的动量转移截面的列表，用于未知化合 物的未来识别（即，创建用于候选结构的理论动量转移截面的数据库）。在步骤125,可以由 MS采样包含例如蛋白质的被分析物溶液。頂S可以输出包括由一个或多个峰值组成的碰撞 截面的曲线图的頂S光谱。在步骤130,可以对被分析物计算頂S动量转移截面。通常，峰值可 以与已知结果人工匹配来识别被分析物的成分（步骤135)并且可以产生可能结构的列表 (步骤140)。尽管这样的布置对于少数样本的实验室分析是可接受的，但是所识别的峰值的 结构解析的人工特性不适合于高吞吐量工作流情形。
[0027]此外，计算候选结构的理论动量转移截面的当前已知方法(步骤115)太要求计算 以致不能以常规高吞吐量方式执行，或太不准确以致不能对未知化合物所需的实验碰撞截 面实现可靠结构指定(步骤135)。这些不可接受的当前方法包括轨迹法、确切硬球散射、投 影逼近和投影叠加逼近。
[0028] 根据各个实施例，可以通过将被分析物与适当的溶剂混合来形成所需浓度的溶 液，准备未知被分析物的样本。对生物分子，溶液可以具有1 _50μΜ浓度并且溶剂可以是水。 溶液还可以包含挥发性缓冲液，诸如醋酸铵或碳酸氢钠，并且可以针对pH加以调整。
[0029] 对将离线纳米电喷雾离子源耦接到离子迀移率质谱仪的情形，通常，可以将1-10μ L的准备溶液加入涂金的纳米电喷雾离子毛细管并且电喷雾。对在线电喷雾离子源耦接到 离子迀移率质谱仪的情形，通常可以将lO-lOOyL的准备溶液加入气密注射器并且通过注射 栗，直接灌注到电喷雾离子源中。也可以使用本领域已知的其他电离方法。
[0030]可以选择适当的实验参数，设置离子迀移率质谱仪(见图2)。在各个实施例中，参 数可以包括下述：（1)离子模式(负对正带电离子）；（2)在包括离子迀移率设备的离子迀移 率质谱仪的不同部件中的各种电压和压力；（3)漂移气体(例如，氦或氮）、气体温度、气体压 力，以及(4)电压。
[0031]当操作者接通离子源并且将被分析物通过毛细管或小孔转移到离子迀移率质谱 仪中时，产生被分析物离子。当使用市场上可获得的仪器时，通常，可以获得二维离子迀移 率/质谱，其中，记录对应于具有质荷比m/z和漂移时间td的离子的丰度的每一数据点i(m/ z，td)。可以通过仪器的质量分析仪(诸如飞行时间质谱或四极质谱分析仪），确定质荷比m/ z。可以通过仪器的离子迀移率分析仪，确定漂移时间td。
[0032]当使用非商业仪器时，可能会要求操作者手动选择多个特定质荷比m/z并且对选 择的质荷比m/z的每一个，记录一维离子迀移率/质谱I(m/z，td)(见图3)。利用任一类型的 仪器，操作者可以改变离子迀移率部件的参数，诸如电压、气体温度或气体压力。
[0033]然后，可以分析离子迀移率/质谱来确定多个位置Imax(m/z，td)，其中，离子迀移 率/质谱i (m/z，td)显示最大丰度。可以对来自漂移时间td的特定m/z值和任一这种最大值 Wm/z，td)的质荷比m/z，，确定降低的离子迀移率K〇。可以根据等式1，从降低的离子迀移 率Κο,确定分子动量转移截面Ω (Τ):
[0035]然后，可以使用分子动量转移截面Ω(Τ)来通过与用于已知化合物的值的比较，确 定被分析物离子的分子结构。
[0036]各个实施例可以包括一个或多个算法，以自动化峰值识别过程。可以创建候选结 构的数据库，从该数据库，可以获得候选结构的列表。可以计算候选结构的理论碰撞截面， 然后，可以产生预测碰撞截面的列表。MS峰值输出可以与预测的碰撞截面的列表比较来识 别具有相当于頂S峰值的理论截面的结构。可以产生输出，列出满足頂S峰值的可能结构。 [0037]计算理论碰撞截面的当前已知方法要求高水平的计算需求，其对常规高吞吐量使 用是不实际的，或太不准确以致不能实现实验截面的可靠结构指定(IMS峰值）。本文所述的 各个实施例提供更高精度和降低计算需求，使得可以开发在短时间内，分析大量被分析物 的自动化系统。
[0038]各个实施例包括根据等式2,如由低场区中的离子迀移率光谱仪测量的，给出缓冲 气体中的被分析物的动量转移截面Ω的近似解的算法。
[0040]其中，Ω(Τ)是由于在离子迀移率光谱仪的漂移室中发生的、在温度T下，与缓冲气 体的碰撞，被分析物离子的动量转移截面，ε是动能，Θ是偏转角，f( ε，Τ)是用于在温度Τ下， 被分析物离子-缓冲气体系统的动能ε的玻尔兹曼分布，以及σ(ε，θ)是用于具有动能ε的碰 撞的差分动量转移截面。
[0041 ]算法的各个实施例可以包括定义为分子结构的输入。分子结构可以包括包含在分 子中的每一原子的原子位置的x，y，z坐标、电荷和元素号。然后，基于二体相互作用项，定义 分子势能。使二体相互作用项适合模型化合物上的温度相关数据，并且以类似于Lennard-Jones势的形式。
[0042]可以通过等式3,对于描述了在位置:处的、在所述分子被分析物离子和所述缓冲 气体粒子之间的相互作用势的几何结构，来定义势能函数U(r):
[0044]根据等式4,函数&0实质上等同于具有以原子霧的原点为中心的参数E和"的 (标准）Lennard_Jones I2,6势：
[0046] 对以原子f的原点为中心的，具有极化性α的缓冲气体粒子，函数可以与（标 准）电荷感应相互作用势相同。
[0047] 可以从文献中获得定义用于不同元素的函数馬《巧的Lennard-Jones参数E，rm和用 于定义用于不同缓冲气体的的极化性α。
[0048] 可以通过等式5，定义动量转移函数<心9:
[0050] 函数<?,:巧可以定义在位置？处发生具有给定的动能ε的碰撞的可能性。函数 可以是在等式3中定义的分子相互作用势。
[0051] 考虑到动量转移函数〃如等式6所示，计算动量转移截面Ω (T)。 「00521 β{Γ) I f(&,T} de L」 為 等式?
[0053] 其中，f(e，T)是如上所述的分子玻尔兹曼因子，和 分别是针对动能￡的定向平均截面、动量转移截面和形状因子，并且是动量转 移函数r(￡s $的泛函。
[0054] 通过等式7,针对动能ε的定向平均截面可以计算为针对动能￡的定向对 齐截面的渐近平均：
[0056] 其中，i：表示随机选择的定向。
[0057] 如在等式8中所示，计算针对动能ε的单个定向对齐截面、
[0059] 其中，Α是具有完全包含分子的法向量鸢的平面中的边界框的面积。根据蒙特卡洛 标准F : I 通过沿g，从面积A内的点茇的射线投射获得量并且表 亦分别考虑"碰撞(nc〇ii)"和"无碰撞(nmiss)"的射线数量兩》《 $+s 5 其中，P是随机 数。
[0060] F + ? I :?为真（上文）的点茂?可以用来定义具有
[0061] 然后通过等式9，计算形状因子#|終rk0]j:)
[0063]在此，烈）是动量转移面綠氣砑的凸壳的面积，并且根据等式10，计算
[0065] 其中，鐵歡:_翁賴|是动量转移面縫蠢:纖的Delaunay三角剖分的暴露表面积，其 中，已经忽视具有边长大于α的所有四面体。
[0066] 然后，根据等式6,可以对量f(e，T)、|?k顯和#_^:_进行积分，以便计算分子 动量转移截面Ω(Τ).。
[0067] 图4示出方法400的各个实施例的一般流程图，用于确定未知被分析物的分子结 构。在步骤405,离子迀移率质谱测定可以用来确定未知被分析物的离子迀移率/质谱。使用 离子迀移率/质谱，在步骤410,可以对未知被分析物，计算分子动量转移截面。在步骤415， 可以计算多个已知化合物的每一个的分子动量转移截面。步骤415的计算可以包含计算势 能函数(步骤420)，计算动量转移函数(步骤425)，以及计算动量转移面(步骤430)以便对分 子动量转移截面的实际计算提供输入(步骤435)。一旦已经对未知被分析物和多个已知化 合物，计算分子动量转移截面，就能进行比较以确定在未知被分析物的分子动量转移截面 和一个或多个已知化合物的分子动量转移截面之间是否有近似匹配（步骤440)。在步骤 445，基于比较的结果，确定未知被分析物的潜在身份。
[0068] 图5示例方法500的各个实施例的另一一般流程图，用于确定未知被分析物的分子 结构。在步骤505,如上所述，可以准备未知被分析物的溶液。然后，在步骤510,将溶液引入 离子迀移率质谱仪来确定针对未知被分析物的离子迀移率/质谱。在步骤515,可以观察离 子迀移率/质谱来确定一个或多个峰值的存在。然后，对每一峰值，在步骤520,计算降低的 离子迀移率。在步骤525,可以使用每一降低的离子迀移率来计算分子动量转移截面。除未 知被分析物的上述分析外，可以对多个已知化合物，计算分子动量转移截面（步骤530至 565)。针对已知化合物的计算包含下述步骤。首先，在步骤535，可以使用针对缓冲气体粒子 的电荷感应相互作用势和1^1111&1(1-]〇1168 12,6势，计算势能函数。在步骤540，可以使用势 能函数来计算分子转移函数。在步骤545,550,555和560,可以分别计算分子玻耳兹曼因子、 定向平均截面、动量转移面和形状因子。在步骤565,至少将势能函数、分子玻耳兹曼因子、 定向平均截面、动量转移面和形状因子用作输入，可以对每一已知化合物，计算分子动量转 移截面。在步骤570,可以将未知被分析物的分子动量转移截面与已知化合物的分子动量转 移截面比较。在步骤575,如果在比较步骤期间，发现近似匹配，则可以确定未知被分析物的 潜在身份。
[0069]图6示例用于快速和有效地确定已知化合物的分子动量转移截面的方法600的各 个实施例的一般流程图。在步骤605,可以使用针对缓冲气体粒子的电荷感应相互作用势和 1^111^1(1-]〇1168 12,6势，计算势能函数。在步骤610，势能函数可能用来计算动量转移函数。 在步骤615,可以计算该化合物的分子玻耳兹曼因子。在步骤620,可以计算定向平均截面， 以及在步骤625,可以使用动量转移函数，计算动量转移面。在步骤630,可以计算形状因子。 在步骤635,至少将势能函数、分子玻耳兹曼因子、定向平均截面、动量转移面和形状因子用 作输入，可以对每个已知化合物，计算分子动量转移截面。
[0070] 可以在计算机可读介质或计算机可读存储介质上存储或实现各个实施例。计算机 可读存储介质可以是例如但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或器件，或上 述的任何适当组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷举清单)包括下述:具有一 个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM)、只读存储器 (R0M)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存）、光纤、便携式致密盘只读存储器(CD-ROM)、 光存储器件、磁存储器件或上述的任何适当组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介 质可以是任何有形介质，能包含或存储用于由指令执行系统、装置或设备使用或结合它们 使用的程序。
[0071] 计算机可读信号介质可以包括具有嵌入其中的计算机可读程序的传播数据信号， 例如宽带或作为载波的一部分。这种传播信号可以采用各种形式的任何一种，包括但不限 于电磁、光或任何适当组合。计算机可读信号介质可以是并非计算机可读存储介质并且能 传送、传播或传输程序，用于由或结合指令执行系统、装置或设备使用的任何计算机可读介 质。
[0072] 嵌入在计算机可读介质上的程序可以使用任何适当的介质，包括但不限于无线、 有线、光纤电缆、射频等，或上述的任何适当组合加以传送。用于执行用于本发明的方面的 操作的计算机程序可以以一种或多种编程语言，包括面向对象的编程语言，诸如Java、C#、C ++等，或常规过程编程语言，诸如Τ'编程语言或类似的编程语言的任意组合编写。
[0073] 下文根据本发明的实施例，参考方法、装置(系统）和计算机程序产品的流程图示 例和/或框图，描述本发明的方面。将理解到，流程图示例和/或框图的每一框，或流程图示 例和/或框图中的框的组合能由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通 用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器来产生机器，使得经由计算机 或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令产生用于实现在流程图和/或框图的一个 或多个框中指定的功能/动作的装置。
[0074] 这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，能指示计算机、其他可编 程数据处理装置或其他设备以特定的方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产 生制品，所述制品包括实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能的指令/动作 的指令。
[0075] 计算机程序指令还可以加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上来 使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤来产生计算机实现的过 程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在流程图和/或框图的一 个或多个框中指定的功能/动作的过程。
[0076] 将有效地获得上文阐述的优点，以及从上述描述显而易见的那些优点。由于在上 述结构中可以做出某些变化而不背离本发明的范围，旨在包含在上述描述中并且在附图中 示出的所有内容应当解释为示例而不是限制意义。
[0077] 还应理解到，下述权利要求旨在覆盖本文所述的发明的所有概述和特定特征，以 及语言上，认为落在其间的本发明的范围的所有声明。
[0078] 权利要求术语表
[0079] 缓冲气体:存在于对抗离子运动的离子迀移率质谱仪的漂移管中的气体。
[0080] 电荷感应相互作用势：由那些粒子的电荷影响的、两个粒子相对于彼此的运动的 倾向。
[0081] 离子迀移率质谱仪:产生二维分离的仪器，在质量域中分离同一离子迀移率的气 相离子，以及在离子迀移率域中分离同一质量的离子。该仪器可以包括生成离子的离子源、 定位以从离子源接收离子的离子迀移率室。
[0082] 离子迀移率/质谱：由离子迀移率质谱仪生成的数据的二维曲线图，其中，每一数 据点对应于具有给定的质荷比和漂移时间的离子的丰度。
[0083] Lennard-Jones 12,6势:一对中性原子或分子之间的相互作用的数学近似。
[0084] 低场区：用于离子迀移率质谱仪的操作区，其中，由于电场的动量增益通过由于在 温度T下，在被分析物和缓冲气体之间的离子迀移率质谱仪的漂移室中发生的碰撞导致的 动量损失加以平衡。
[0085] 分子玻耳兹曼因子:分子热动能概率分布、用于两个状态的玻耳兹曼分布的比，以 及特性仅取决于状态的能量差。玻耳兹曼分布是在各个可能状态上，系统中的粒子的概率 分布、概率测量或频率分布。
[0086] 分子动量转移截面:该表达被用作其他共用术语(例如碰撞截面、碰撞积分，动量 转移积分）的同义词来表达由于在离子迀移率质谱仪的漂移室中发生的碰撞，在温度T下， 当在被分析物离子和缓冲气体之间传递动量时，被分析物离子的有效面积。
[0087] 动量转移函数:定义以给定的动能，在给定的位置发生碰撞的可能性的函数。
[0088] 动量转移面:根据蒙特卡罗标准f €，认为碰撞会发生的点集？，其中，p是随 机数，以及赢礙是动量转移函数。
[0089] 定向平均截面:定向对齐截面的渐近平均。
[0090] 峰值:关于离子迀移率/质谱，光谱数据的图形表示的峰值。
[0091] 势能函数:描述在给定的位置处的，分子被分析物离子和缓冲气体粒子之间的相 互作用势。
[0092 ]降低的离子迀移率:在缓冲气体的标准数量密度N下的被分析物的离子迀移率，通 常对在压力p = 760托以及Τ = 273·15Κ时的数量密度N。
[0093]形状因子:分子相对于相同大小的纯凸分子的凹面的度量，并且主要是分子的实 际分子表面积与分子的凸包络的表面积的比。
【主权项】
1. 一种确定被分析物的分子结构的方法，包括： 由离子迀移率质谱仪来确定未知被分析物的离子迀移率/质谱； 基于所述未知被分析物的离子迀移率/质谱，来计算分子动量转移截面； 根据下述步骤，对多个已知化合物中的每一个，来计算分子动量转移截面： 计算势能函数； 使用所述势能函数，来计算动量转移函数； 使用所述动量转移函数，来计算动量转移面； 使用所述动量转移函数，来计算每一个已知化合物的分子动量转移截面；以及 将所述未知被分析物的分子动量转移截面与所述多个已知化合物的分子动量转移截 面相比较，并且通过所比较的分子动量转移截面的近似匹配，来报告所述未知被分析物的 潜在身份。2. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 确定所述离子迀移率/质谱中的一个或多个峰值。3. 如权利要求2所述的方法，进一步包括： 计算针对每一峰值的降低的离子迀移率。4. 如权利要求3所述的方法，其中， 计算所述未知被分析物的分子动量转移截面是基于所述针对每一峰值的降低的离子 迀移率。5. 如权利要求1所述的方法，其中， 计算所述势能函数包括使用针对缓冲气体粒子的电荷感应的相互作用势和Lennard-Jones 12,6 势。6. 如权利要求1所述的方法，其中，使用所述动量转移函数来计算每一个已知化合物的 分子动量转移截面进一步包括： 在该计算中，使用分子玻耳兹曼因子、定向平均截面和形状因子。7. 如权利要求1所述的方法，其中，计算所述动量转移面包括： 确定点集以及所述动量转移函数，所述点集被定义为是被认为有碰撞的多个射线和被 认为无碰撞的多个射线的函数。8. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 创建所述多个已知化合物的所述分子动量转移截面的数据库。9. 如权利要求1所述的方法，其中， 在低场区中执行所述离子迀移率质谱仪的确定。10. 如权利要求1所述的方法，其中，计算所述分子动量转移截面包括： 对由于在所述离子迀移率质谱仪中发生的碰撞而导致的在被分析物离子和缓冲气体 之间传递的动量的热平均取近似。11. 如权利要求1所述的方法，其中， 用于计算每一个所述已知化合物的分子动量转移截面的输入数据进一步包括分子结 构，该分子结构包括： 在该已知化合物的分子中所包含的每一个原子的原子位置的x、y、z坐标、电荷以及元 素号。12. -种用于确定被分析物的分子结构的方法，包括： 准备未知被分析物的溶液； 通过离子迀移率质谱测定法，来确定所述未知被分析物的离子迀移率/质谱； 确定所述离子迀移率/质谱中的一个或多个峰值； 计算针对每一峰值的降低的离子迀移率； 对每一降低的离子迀移率值，来计算分子动量转移截面； 对多个已知化合物中的每一个，根据下述步骤，来计算分子动量转移截面： 使用针对缓冲气体粒子的电荷感应的相互作用势和Lennard-Jones 12，6势，来计算势 能函数； 使用所述势能函数，来计算动量转移函数； 计算分子玻耳兹曼因子； 计算定向平均截面； 使用所述动量转移函数，来计算动量转移面； 计算形状因子； 使用所述动量转移函数、所述分子玻耳兹曼因子、所述定向平均截面和所述形状因子， 来计算所述分子动量转移截面;以及 将所述未知被分析物的分子动量转移截面与所述多个已知化合物的分子动量转移截 面相比较，并且通过所比较的分子动量转移截面的近似匹配，来报告所述未知被分析物的 潜在身份。13. 如权利要求12所述的方法，其中，计算所述动量转移面包括： 确定点集以及所述动量转移函数，所述点集被定义为是被认为有碰撞的多个射线和被 认为无碰撞的多个射线的函数。14. 如权利要求12所述的方法，进一步包括： 创建所述多个已知化合物的所述分子动量转移截面的数据库。15. 如权利要求12所述的方法，其中，比较所述分子动量转移截面包括： 比较所述离子迀移率/质谱中的每一峰值的分子动量转移截面。16. 如权利要求12所述的方法，其中， 在低场区中执行所述离子迀移率质谱仪的确定。17. 如权利要求12所述的方法，其中，计算所述分子动量转移截面包括： 对由于在所述离子迀移率质谱仪中发生的碰撞而导致的在被分析物离子和缓冲气体 之间传递的动量的热平均取近似。18. 如权利要求12所述的方法，其中， 用于计算每一个所述已知化合物的分子动量转移截面的输入数据进一步包括分子结 构，该分子结构包括： 在该已知化合物的分子中所包含的每一个原子的原子位置的x、y、z坐标、电荷以及元 素号。19. 一种用于确定分子动量转移截面的方法，包括： 使用针对缓冲气体粒子的电荷感应的相互作用势和Lennard-Jonesl2,6势，来计算势 能函数； 使用所述势能函数，来计算动量转移函数； 计算分子玻耳兹曼因子； 计算定向平均截面； 使用所述动量转移函数，来计算动量转移面； 计算形状因子；以及 使用所述动量转移函数、所述分子玻耳兹曼因子、所述定向平均截面和所述形状因子， 来计算所述分子动量转移截面。20.如权利要求19所述的方法，其中，计算所述动量转移面包括： 确定点集以及所述动量转移函数，所述点集被定义为是被认为有碰撞的多个射线和被 认为无碰撞的多个射线的函数。
【文档编号】H01J49/00GK106030754SQ201580008715
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月16日
【发明人】克里斯蒂安·布莱赫尔德
【申请人】佛罗里达州立大学研究基金会