[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2011157781A1 - Method for ion mobility spectrometry - Google Patents

Method for ion mobility spectrometry Download PDF

Info

Publication number
WO2011157781A1
WO2011157781A1 PCT/EP2011/060000 EP2011060000W WO2011157781A1 WO 2011157781 A1 WO2011157781 A1 WO 2011157781A1 EP 2011060000 W EP2011060000 W EP 2011060000W WO 2011157781 A1 WO2011157781 A1 WO 2011157781A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
peak
analyte
ims
ion mobility
spectra
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/060000
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Günter RÖSEL
Original Assignee
Step Sensortechnik Und Elektronik Pockau Gmbh
Zentrum für angewandte Forschung und Technologie e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Step Sensortechnik Und Elektronik Pockau Gmbh, Zentrum für angewandte Forschung und Technologie e.V. filed Critical Step Sensortechnik Und Elektronik Pockau Gmbh
Priority to DE112011102013.9T priority Critical patent/DE112011102013B4/en
Publication of WO2011157781A1 publication Critical patent/WO2011157781A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622Ion mobility spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/62Detectors specially adapted therefor
    • G01N30/72Mass spectrometers
    • G01N30/7206Mass spectrometers interfaced to gas chromatograph

Definitions

  • the invention relates to a method of
  • IMS Ion Mobility Spectrometry
  • the ion mobility spectrometry due to the high detection sensitivity even in the presence of minor outgassing the detection and the
  • Ion mobility spectrometers are currently used primarily for warfare detection and in the industry
  • Ion mobility spectrometer preferably at airports, in use.
  • the physical principle of ion mobility spectrometry is based on the different drift velocities of ions in the electric field in air at atmospheric pressure. It is also shown pictorially in FIG. 1. About one
  • radioactive beta emitters such as tritium, whose activity is approximately 50 MBq. If the analyte or the analyte mixture is not introduced together with the ambient air, but separately, this is done i.d.R.
  • Amphetamine pollutants such as organophosphorus compounds or halogenated hydrocarbons, aromatics, mercaptans, etc.
  • pollutants such as organophosphorus compounds or halogenated hydrocarbons, aromatics, mercaptans, etc.
  • the thus ionized air-analyte mixture from the ion source enters an electric field in which the ions are arranged according to their drift velocities. They walk in the drift tube the distance from the In elementsort to
  • Detection location ie a detector, such as a Faraday plate with shielding grid.
  • a detector such as a Faraday plate with shielding grid.
  • the ions are separated in a weak electric field, which according to their mobility against the
  • the drift rates are the molecular size, the molecular charge and the molecular shape
  • Ion mobility spectrum called waveform allows an analyte separation, since ions of the same charge but different mass and / or structure in the signal-time course maxima generate at different times.
  • Ionization reactions is caused.
  • three environmental chemicals benzene, toluene and xylene
  • benzene, toluene and xylene are dosed simultaneously into the IMS, only one peak is visible, the ion formation of the other compounds is suppressed due to their physico-chemical properties.
  • the combination of the ion mobility spectrometry with the chromatographic separation technique allows the representation of the peaks as a function of the drift and the
  • Retention time in the form of three-dimensional diagrams Instead of a representation of the peaks as a function of the pure drift time by the ion mobility spectrometer, the total retention time is used here.
  • Measuring conditions such as pressure and temperature during the acquisition of the IMS spectra, or even to improve the analysis capability, e.g. by temperature-induced separation of gas components and preventing condensation effects at higher temperatures
  • Threshold method is used. On this basis, peaks in chromatograms can be determined by appropriate
  • Chromatogram evaluation must be normalized.
  • Measurement data acquisition is possible. This results in a minimum duration until the measurement result of approx. 8 min, in which changed environmental parameters are to be expected.
  • IMS ion mobility spectrometry
  • Ion mobility spectrometer is ionized and thus forms the reaction ions, an analyte or a mixture of several analytes, ie a substance to be analyzed or a
  • Ion mobility spectrometer is initiated and either also directly ionized or a
  • Peak position, the peak height and the half width of the peak determined. These characteristic parameters peak position, peak height and peak half width are normalized taking into account the current measurement conditions and thus a
  • Noise reduction techniques use differences in frequency or time domain as well
  • Noise reduction dependent, adaptive digital filtering for smoothing and group delay equalization is performed. Such preprocessing minimizes errors in the calculation of the characteristic parameters peak position and peak height.
  • Daubechies-4 wavelet performed at the extensive simulation calculations to the best results. Daubechies wavelets are exactly time-limited. Although the spectrum is not band limited, it falls off quickly to low and high frequencies, so that in addition to the good time selectivity also a good effective
  • Daubechies-4-wavelet it is relatively edgy.
  • u (t) contains in the time intervals 0 ⁇ t ⁇ ti and t 2 ⁇ t ⁇ t M practically no measurement information.
  • the times ti and t 2 are usually unknown and must be estimated.
  • Time interval ti ⁇ t ⁇ t 2 are usually in all
  • Definitions for the course and magnitude of g (t) can be empirically derived from the estimates for the statistical
  • Input measurement signal is therefore an analogue
  • Digital conversion is available as a discrete-time signal.
  • Alpasses ie electrical filters, which in the ideal case have a constant magnitude frequency response for all frequencies, while the phase shift depends on the frequency, are characterized by a frequency-independent
  • Peak positions of the analytes can be given in the form of a difference distance to the reaction peak and this
  • Temperature correction is subjected.
  • the position of the peaks of the analytes can be specified independently of the measurement conditions: The same amounts are always obtained for the peak concentrations of the analytes for the same system to be analyzed, even if the temperature and pressure conditions differ greatly for different measurements. This makes measurements comparable to different temperature and pressure conditions comparable.
  • temperature and pressure-independent reference values can also be generated and used again for subsequent measurements.
  • the position or time position of the reaction ion peak (RIP) depends on a number of device parameters as well as on the measurement and ambient conditions. These influencing factors influence the position of the wanted peaks in the IMS spectrum to the same or at least similar extent. In order to increase the selectivity of the measurement method, the time intervals of the peaks in the IMS spectrum to the reaction ion peak (RIP) are virtually invariably determined in order to exclude a considerable proportion of errors of unknown size.
  • Reaction peak peaks of the maximum peak charge in the IMS spectrum. Depending on the sample concentration, however, the number of reaction ions decreases
  • the RIP position can not be found in a number of the determined IMS spectra, it must be determined by an adaptive estimation. For this it is useful to distinguish the following peak types in the IMS spectrum: Peak type 0: maximum value in the IMS spectrum, U
  • Peak type 1 relative maxima in the IMS spectrum with U p ⁇ U peak type 2: time-concealed peaks on a falling or rising pulse edge
  • Peaks of types 0 and 1 are characterized by the zero crossing of the first order difference quotient u '(n) as well as negative values of the second order difference quotient u "(n).
  • min 0 (3)
  • the RIP positions of the reference spectra in the positive (p) and negative (n) measurement modes as well as the corresponding pressure and temperature data are needed to calculate the RIP positions during the measurements.
  • the respective last spectrum of the positive measurement mode or the negative measurement mode sequence is declared as a positive reference spectrum or negative reference spectrum.
  • the algorithms are independent of the measuring mode (positive or negative). The following process steps are required:
  • the method according to the invention therefore limits the total analyzable range only to the part which is essential for determining the analyte. This makes it possible to evaluate the spectra on the essential peaks and hereby as described on their
  • Multivariate methods such as clustering and classification, methods of dimensionality reduction and pattern recognition allow in conjunction with an effective
  • Cluster analysis takes place, with the temperature and pressure conditions measured at a suitable point
  • the total retention time of an analyte is understood to be the time which the corresponding analyte has for its
  • the injection site located either within the ion mobility spectrometer or in the ion mobility spectrometer
  • upstream device is needed to the detection site, and the retention time in the
  • Cluster analysis requires effort-based constraints on a small number of relevant features. This requirement is met by the proposed approach by dividing the drift time interval into a correspondingly selectable number of regions, possibly of different widths. This process concept makes it possible in principle, under real-time conditions, reference data from current
  • Measurement conditions are automatically taken into account and, if necessary, allow subsequent normalization for Entries in a substance database too.
  • the principle is also applicable for IMS measuring tasks, where a
  • Gas chromatographic pre-separation can be omitted.
  • the cluster analysis is applied to a sequence of IMS spectra at equidistant time intervals. Such an analysis is simplified on a regular basis
  • Method is able to provide complete analysis data and thus analysis-important data not due to a
  • Retention time are compared and at appropriate
  • Peak height and peak half width approximately estimated peak area the respective analyte concentration are estimated.
  • Analytical capability for subsequent analyzes of unknown analytes or analyte mixtures series of measurements with known analytes or analyte mixtures are carried out such that in the typical for the known analytes Search ranges of the obtained spectra, the characteristic parameters are determined and selected and for multiply successively recorded IMS spectra with the same cluster features in one or more search areas and taking into account the real measurement conditions, these sets of characteristic for the respective analyte or analyte mixtures parameters as reference parameter sets for two- or three-dimensional spectra declared and registered in a substance database.
  • Measurement series with unknown analytes or analyte mixtures can then be carried out with the method according to the invention
  • Search ranges are defined as reference search ranges for the analyte or the analyte mixture, the corresponding characteristic parameters as
  • Reference parameters for two- or three-dimensional spectra are declared and used for recognition and recognition of the same analyte or analyte mixtures and registered in a substance database.
  • drift time intervals for determining the analytes or the analyte mixture will make the decisive contribution.
  • analyte or the analyte mixture can be evaporated without decomposition. This makes it possible, especially for analytes or mixtures of analytes, whose peaks in direct use of a
  • Ion mobility spectrometer composed. The temperature and pressure conditions in the gas chromatographic
  • Fig. 1 shows the structure of a typical
  • Fig. 2 shows the problem of assignability of IMS spectra in analyte mixtures, as is usually in
  • Fig. 5 shows a sequence of impulse responses of
  • FIGS. 6a to 6c show possible typical IMS spectra, wherein FIG. 6a shows an IMS spectrum with the peak of the reaction ion peak, FIG. 6b shows an IMS spectrum with a formed and labeled IMS spectrum
  • Fig. 7 shows an IMS spectrum with a pronounced
  • FIG. 8 shows a typical table with the estimates of the peak half-value widths as a function of the drift time of the IMS spectrum shown in FIG. 2, FIG.
  • Fig. 10 shows a diagram with the drift times of known, registered in the substance database analytes based on the position of the reaction ion peak, wherein for two selected drift time intervals the characteristic parameters
  • Peaklage and peak height are shown as reference values with tolerances for the Peaklage
  • Fig. 11 is a diagram showing the response time depending on the drift time of the reaction ion peak
  • FIG. 12 shows the values calculated separately for both drift time intervals for the quadratic Euclidean distance as a result of the cluster analysis for two different ones
  • FIG. 13 shows five diagrams with the characteristic parameters Peaklage and., Which are determined metrologically as a function of the drift time related to the reaction ion peak
  • FIG. 13c time T_n + 2 for two selected ones
  • FIG. 14 shows the values calculated separately for both drift time intervals for the quadratic Euclidean distance as a result of the cluster analysis for five different ones
  • FIG. 15 shows the assignment in a matrix
  • the table of FIG. 16 illustrates in the form of a table the assignment of the column number j in FIG. 16
  • FIG. 17 shows a relative example
  • the ion mobility spectrometers 1 described above are coupled by coupling with a gas chromatographic device, shown only schematically here, e.g. one
  • Multicapillary column known, produced from a series of IMS - spectra existing three-dimensional data structures, which are often given in the form of IMS chromatograms, also not shown here.
  • FIG. 3 shows a typical IMS spectrum.
  • Ambient air or the air-sample mixture enters an ion source and is by means of a weak radioactive Beta emitter, such.
  • a weak radioactive Beta emitter such as tritium having an activity of 50 MBq is ionized.
  • FIG. 4 shows an IMS spectrum with a
  • First and second order difference quotients which are based on a wavelet - based noise reduction method and an effort - optimized adaptive smoothing with
  • the noise reduction by means of wavelet thresholding leads to an increase in the "angularity" of the noise-reduced IMS measurement signal, which, for reasons of cost, expediently results from a low-pass filtering by means of a time-discrete
  • derivable signal properties adaptively selects a suitable impulse response.
  • impulse responses are used in addition to
  • FIG. 5 shows by way of example
  • Peak position of the maximum value to determine Within a tolerance range to be determined in each case, which is corrected for temperature and pressure, the RIP position has to be defined, whereby this is done weighted according to the peak height and the degree of peak shaping. In addition, a moving averaging of the calculated peak positions, the temperature and vanishing amplitude occurs
  • FIGS. 6a to 6c show by way of example the method for different qualities of the reaction ion peak: While in the IMS spectrum of FIG. 6a the reaction ion peak
  • the reaction ion peak in the IMS spectrum of Fig. 6b is still formed, but has only a very low peak height, and in the IMS spectrum of Fig. 6c, the reaction ion peak is no longer detectable, so that calculated position of the reaction ion peak, which is marked accordingly in the diagram.
  • the RIP position forms a suitable reference basis for the standardized pressure, temperature and device parameter related representation of the metrologically recorded characteristic parameters of the analyte peak position and peak amplitude in the IMS spectrum in FIG.
  • Analyte concentration are those from the respective peak height and the value of the difference quotient second order calculated estimates for the peak half-value widths, which are entered here in the table in Fig. 8.
  • Device parameters sufficiently describe the respective current IMS spectrum as well as all previously acquired IMS spectra belonging to the data set.
  • the IMS-typical drift time is divided into a selectable number of drift time intervals of the same or different interval width and the
  • FIG. 10 shows, by way of example, the corresponding reference parameters independent of T_retent_l and labeled with
  • Fig.11 shows the corresponding ratios to a
  • Time T_retent_2 compared to time T_retent_l. In this case, there is no pattern conformity in
  • Drift time interval Dl is one
  • Drift time interval Dl a good match between the measurement and the reference parameters of FIG. 10 for the
  • Drift time interval D2 has no or only a small similarity.
  • FIG. 12 Also shown in FIG. 12 are the values for the relative quadratic Euclidean distance, calculated for the time T_retent_2, of the cluster analysis performed separately for the two drift time intervals D1 and D2.
  • Reference parameters diagnosed in the drift time interval Dl is no or only a small similarity.
  • Drift time domains Dl and D2 to be assigned analyte is determined by the relationship
  • Delta_T_retent_2, 1 T_retent_2 - T_retent_l (10).
  • Retention times or retention time differences can be corrected or normalized by taking into account the operating temperature in the gas chromatographic separator.
  • the results of the cluster analysis which are based on the characteristic parameters used, can be compared with corresponding entries for the drift and retention time and, if they match, the corresponding analytes can be identified.
  • the peak height or from the peak area the approximately by
  • characteristic parameters of. can be determined from current series of known analytes or analyte mixtures
  • Measuring conditions can be assigned and therefore
  • FIGS. 13a to 13e show diagrams with the characteristic parameters measured as a function of the drift time
  • Pattern matching at equal drift time intervals in Figure 14 implies that these IMS spectra are time-interval reference spectra with respect to drift represent and therefore assign to the corresponding measured information parameters the property as a reference parameter. From current measurement series of an unknown analyte or analyte mixture further characteristic parameters of a selectable number can advantageously
  • Drift time intervals selected in accordance with the measurement conditions and in case of multiple immediate
  • Search ranges are defined as reference search ranges for the analyte or the analyte mixture. These corresponding characteristic parameters can then be declared as reference parameters for three-dimensional or in special cases for two-dimensional spectra and for entries in a substance database for
  • FIG. 15 shows in the form of a matrix
  • the respective IMS spectrum corresponds to the line number i, the column number j characterizes the drift time interval within the IMS spectrum.
  • FIG. 16 illustrates in the form of a table the assignment of the column number j in FIG. 15 to the drift time interval t_j_min to t_j_max.
  • the matrix elements m_ij in Fig. 15 indicate the number
  • the value of 18 is assigned here by way of example to the matrix elements m_3 7 to m_20.
  • the determination of the frequency that can be realized by forming the column sums determines the selection of relevant ones
  • FIG. 17 shows by way of example a weighted relative
  • the characteristic parameters which are detected in the relevant drift time intervals are then assigned to the analyte mixture as reference parameters and thus enable the recognition of similar analyte mixtures.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

The invention relates to a method of ion mobility spectrometry (IMS), in particular a corresponding method for determining the analytes. It is the object of the invention to develop a method with which IMS spectra, recorded under varying measurement conditions, are automatically evaluatable in real time such that a qualitative and also a quantitative determination of the analytes with high accuracy is possible. This is achieved by way of an IMS method, in which from each IMS spectrum signal of the measurement row adaptive smoothing and group delay equalization are carried out in a pre-processing step, first-order and second-order difference quotients are formed and for each peak the characteristic parameters peak position, peak height and full width at half maximum of the peak are ascertained and normalized taking into account the current measurement conditions, and finally the analytes are identified on the basis of the normalized characteristic parameters that describe the peaks using a method for pattern recognition. This is possible optionally with and without connecting a gas chromatographic separation device upstream of the ion mobility spectrometer.

Description

Verfahren für die Ionenmobilitätsspektrometrie  Method for ion mobility spectrometry
Die Erfindung betrifft ein Verfahren der The invention relates to a method of
Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS), insbesondere ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung der Analyten. Ion Mobility Spectrometry (IMS), in particular a corresponding method for the determination of the analytes.
Die Ionenmobilitätsspektrometrie ermöglicht aufgrund der hohen Nachweisempfindlichkeit schon beim Vorhandensein geringfügiger Ausgasungen den Nachweis und die The ion mobility spectrometry, due to the high detection sensitivity even in the presence of minor outgassing the detection and the
Identifizierung von Umwelt- und Industrieschadstoffen, chemischen Kampfstoffen, Sprengstoffen und Drogen. Identification of environmental and industrial pollutants, chemical warfare agents, explosives and drugs.
Ionenmobilitätsspektrometer werden gegenwärtig hauptsächlich zur Kampfstoffdetektion und in der Industrie zur  Ion mobility spectrometers are currently used primarily for warfare detection and in the industry
Arbeitsplatzüberwachung eingesetzt. Aufgrund der Workplace monitoring used. Due to the
spezifischen Besonderheiten dieser Technologie, bei der Luft als Trägergas verwendet werden kann, sind die Geräte kostengünstiger herzustellen als beispielsweise specific features of this technology, in which air can be used as a carrier gas, the devices are cheaper to produce than, for example
Analyseinstrumente wie Massenspektrometer bzw. Analytical instruments such as mass spectrometers or
chromatographische Analysegeräte. Zudem erlauben chromatographic analyzers. In addition, allow
Ionenmobilitätsspektrometer einen hohen Grad an Ion mobility spectrometer to a high degree
Miniaturisierung. Zur Detektion von Spuren von Sprengstoffen oder Drogen sind gegenwärtig weltweit mehr als 80 000 Miniaturization. The detection of traces of explosives or drugs currently has more than 80,000 worldwide
Ionenmobilitätsspektrometer , vorzugsweise auf Flughäfen, im Einsatz . Das physikalische Prinzip der Ionenmobilitätsspektrometrie beruht auf den unterschiedlichen Driftgeschwindigkeiten von Ionen im elektrischen Feld in Luft bei Normaldruck. Es ist in der Fig. 1 auch bildlich dargestellt. Über einen Ion mobility spectrometer, preferably at airports, in use. The physical principle of ion mobility spectrometry is based on the different drift velocities of ions in the electric field in air at atmospheric pressure. It is also shown pictorially in FIG. 1. About one
Gaseinlass in die Ionenquelle wird die Umgebungsluft bzw. das Luft-Analyten-Gemisch in eine Ionenquelle am In ektionsort in das Ionenmobilitätsspektrometer eingeleitet und ionisiert. Dies kann z.B. mittels eines schwach Gas inlet into the ion source, the ambient air or the air-analyte mixture in an ion source at Introduced into the ion mobility spectrometer in the ionization site and ionized. This can be done, for example, by means of a weak
radioaktiven Betastrahlers wie Tritium, dessen Aktivität zirka 50 MBq beträgt, erfolgen. Wird der Analyt oder das Analytengemisch nicht zusammen mit der Umgebungsluft, sondern gesondert eingeleitet, so geschieht dies i.d.R. radioactive beta emitters, such as tritium, whose activity is approximately 50 MBq. If the analyte or the analyte mixture is not introduced together with the ambient air, but separately, this is done i.d.R.
mittels eines Transportgases. Dies gelangt an eine Membran, durch die die noch neutralen Analytenmoleküle hindurch wandern und so ebenfalls in die Ionenquelle gelangen. Bei der Ionisation entstehen positive Ionen aus Bestandteilen der Luft der Typen NH+, NO+, (H20)nH+, die den positiven Reaktions-Ionenpeak (RIP+) bilden. Negative Ionen vom Typ 02 ~ und (H20)~ m bilden den negativen Reaktions-Ionenpeak (RIP~) . Diese Ionen der Luft (RIP+) und (RIP~) sind im by means of a transport gas. This arrives at a membrane through which the still neutral analyte molecules migrate and thus likewise enter the ion source. During ionization, positive ions are produced from constituents of the air of the types NH + , NO + , (H 2 O) nH + , which form the positive reaction ion peak (RIP + ). Negative ions of the type 0 2 ~ and (H 2 0) ~ m form the negative reaction ion peak (RIP ~ ). These ions of air (RIP + ) and (RIP ~ ) are in the
Ionenmobilitätsspektrometer ständig verfügbar. Ion mobility spectrometer constantly available.
Befinden sich andere Moleküle, wie die Analyten, (z.B. If other molecules, such as the analytes (e.g.
Amphetamine, Schadstoffe wie phosphororganische Verbindungen oder halogenierte Kohlenwasserstoffe, Aromaten, Mercaptane usw.) in der Luft bzw. im Luft-Analyten-Gemisch, so findet ein Ladungstransfer von den Reaktions-Ionen zu den Amphetamine, pollutants such as organophosphorus compounds or halogenated hydrocarbons, aromatics, mercaptans, etc.) in the air or in the air-analyte mixture, there is a charge transfer of the reaction ions to the
Schadstoffmolekülen statt. Dieser Ladungstransfer kann vereinfacht wie folgt beschrieben werden: RP+ + M > RP und M+ (positiver Mode) Pollutant molecules instead. This charge transfer can be simplified as follows: RP + + M> RP and M + (positive mode)
RP~ + M > RP und M~ (negativer Mode) RP ~ + M> RP and M ~ (negative mode)
Durch elektrische Impulse an einem Steuergitter gelangt das so ionisierte Luft-Analyten-Gemisch aus der Ionenquelle in ein elektrisches Feld, in dem sich die Ionen entsprechend ihren Driftgeschwindigkeiten ordnen. Dabei durchwandern sie in der Driftröhre die Strecke vom In ektionsort zum By means of electrical impulses on a control grid, the thus ionized air-analyte mixture from the ion source enters an electric field in which the ions are arranged according to their drift velocities. They walk in the drift tube the distance from the In ektionsort to
Detektionsort , also einem Detektor, wie z.B. einer Faraday- Platte mit Abschirmgitter . Während dieser „Wanderung" werden die Ionen in einem schwachen elektrischen Feld getrennt, was entsprechend ihrer Beweglichkeit entgegen der Detection location, ie a detector, such as a Faraday plate with shielding grid. During this "migration" the ions are separated in a weak electric field, which according to their mobility against the
Strömungsrichtung eines Inertgases geschieht. Die Zeit, die von jeder Ionenart für diese „Wanderung" benötigt wird, wird ihre Driftzeit genannt. Diese Zeit ist spezifisch für die jeweilige Ionenart, sofern die Messbedingungen (wie Druck und Temperatur) konstant gehalten werden. Die Driftzeit wird dabei von verschiedenen Parametern wie den Wechselwirkungen der Ionenart mit seiner Umgebung auf dem Weg vom Flow direction of an inert gas happens. The time taken by each type of ion for this "hike" is called its drift time, which is specific to the particular type of ion, as long as the measurement conditions (such as pressure and temperature) are kept constant the interactions of the ionic species with its environment on the way from
Injektionsort zum Detektionsort bzw. seiner Beweglichkeit bestimmt. Damit sind die Driftgeschwindigkeiten von der Molekülgröße, der Molekülladung und der Molekülform Injection to the detection site or its mobility determined. Thus, the drift rates are the molecular size, the molecular charge and the molecular shape
abhängig. Die unterschiedlichen Driftgeschwindigkeiten führen dazu, dass verschiedene Ionenarten zu dependent. The different drift rates cause different types of ions to
unterschiedlichen Zeiten den Detektionsort , also die different times the detection site, so the
Kollektorelektrode, erreichen. Collector electrode, reach.
Der am Detektionsort aufgenommene, als The recorded at the detection site, as
Ionenmobilitätsspektrum bezeichnete Signalverlauf ermöglicht eine Analytentrennung, da Ionen gleicher Ladung aber unterschiedlicher Masse und/oder Struktur im Signal-Zeit- Verlauf Maxima zu unterschiedlichen Zeitpunkten erzeugen.  Ion mobility spectrum called waveform allows an analyte separation, since ions of the same charge but different mass and / or structure in the signal-time course maxima generate at different times.
Nachteilig ist jedoch bei Anwendung der heute weithin üblichen Verfahren zur Ermittlung und Auswertung von IMS- Spektren, dass bei der für viele Anwendungen typischen A disadvantage, however, when using the now widely used methods for the determination and evaluation of IMS spectra, that in the typical for many applications
Analyse von Multikomponentengemischen Matrix- bzw. Analysis of multicomponent mixtures
Überdeckungseffekte auftreten, die zu erheblichen Overlapping effects occur that are too significant
Fehlinterpretationen führen können. Diese Problematik stört beispielsweise bei der Untersuchung von Gemischen, wie sie in der Umweltanalytik häufig Misinterpretations can lead. This problem is troublesome, for example, in the study of mixtures, as often in environmental analysis
vorkommen und bei der alleinigen Anwendung der üblichen Verfahren der Ionenmobilitätsspektrometrie durch die ablaufenden Ionisierungsreaktionen hervorgerufen werden. Das folgende Beispiel, das in Fig. 2 dargestellt ist, verdeutlicht dieses Problem, das bei der Untersuchung von Gemischen, wie sie beispielsweise in der Umweltanalytik häufig vorkommen, und bei der alleinigen Anwendung der occur and in the sole application of the usual methods of ion mobility spectrometry caused by the ongoing ionization reactions. The following example, which is shown in FIG. 2, illustrates this problem, which arises in the study of mixtures, such as are common in environmental analysis, and in the sole application of the
Ionenmobilitätsspektrometrie durch die ablaufenden Ion mobility spectrometry by the expiring
Ionisierungsreaktionen hervorgerufen wird. In dem Beispiel werden drei Umweltchemikalien (Benzol, Toluol und Xylol) gleichzeitig ins IMS dosiert, nur ein Peak ist sichtbar, die Ionenbildung der anderen Verbindungen ist infolge ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften unterdrückt. Ionization reactions is caused. In the example, three environmental chemicals (benzene, toluene and xylene) are dosed simultaneously into the IMS, only one peak is visible, the ion formation of the other compounds is suppressed due to their physico-chemical properties.
Analog zur Kombination von Massen- und Gaschromatografie besteht auch bei Ionenmobilitätsspektrometern die Analogous to the combination of mass and gas chromatography, ion mobility spectrometers also have the
Möglichkeit einer gaschromatographischen Vortrennung des Analytengemisches mit einer gaschromatographischen Possibility of gas chromatographic pre-separation of the analyte mixture with a gas chromatographic
Trenneinrichtung, z.B. mittels Multikapillarsäulen, womit der genannte Effekt vermieden werden kann. Separator, e.g. by means of multi-capillary columns, whereby the effect mentioned can be avoided.
Die Kombination der Ionenmobilitätsspektrometrie mit der chromatographischen Trenntechnik ermöglicht die Darstellung der Peaks in Abhängigkeit von der Drift- und der The combination of the ion mobility spectrometry with the chromatographic separation technique allows the representation of the peaks as a function of the drift and the
Retentionszeit in Form dreidimensionaler Diagramme: Anstelle einer Darstellung der Peaks in Abhängigkeit von der reinen Driftzeit durch das Ionenmobilitätsspektrometer wird hier die Gesamtretentionszeit herangezogen. Diese Retention time in the form of three-dimensional diagrams: Instead of a representation of the peaks as a function of the pure drift time by the ion mobility spectrometer, the total retention time is used here. These
Gesamtretentionszeit setzt sich zusammen aus der Total Retention Time is composed of the
Retentionszeit innerhalb der gaschromatographischen Retention time within the gas chromatographic
Trenneinrichtung und der Driftzeit durch das Separator and the drift time through the
Ionenmobilitätsspektrometer . Ion-mobility spectrometer .
Die Darstellungen in Form sogenannter Chromatogramme erhält man, wenn die Signalgröße in Abhängigkeit von Drift- und Retentionszeit bzw. der daraus zusammengesetzten The representations in the form of so-called chromatograms are obtained when the signal size as a function of drift and retention time or the composite thereof
Gesamtretentionszeit abgebildet wird. Prinzipiell besteht die Möglichkeit, die im Chromatogramm lageabhängig Total retention time is mapped. In principle, there is the possibility of being dependent on the position in the chromatogram
auftretenden „Muster" mit Methoden der Bildverarbeitung zu bewerten und die gesuchten Analyten zuzuordnen. Jedoch sind spektrometrische Verfahren durch ein hohes Aufkommen an generierten Daten charakterisiert, die ohne Mittel der computergestützten Statistik kaum bewältigt werden können und insbesondere unter Echt Zeitbedingungen eine effektive Datenvorverarbeitung verlangt. However, these are the "patterns" to be evaluated with image processing methods and the analytes sought Spectrometric methods characterized by a high volume of generated data that can hardly be handled without the means of computer-aided statistics and in particular under real time conditions requires effective data preprocessing.
Insbesondere, wenn es jedoch zu Veränderungen der In particular, however, if there are changes in the
Messbedingungen, wie z.B. des Drucks und der Temperatur, während der Aufnahme der IMS-Spektren kommt bzw. dies sogar zur Verbesserung der Analysefähigkeit, wie z.B. durch temperaturinduzierte Trennung von Gaskomponenten und das Verhindern von Kondensationseffekten bei höheren Measuring conditions, such as pressure and temperature during the acquisition of the IMS spectra, or even to improve the analysis capability, e.g. by temperature-induced separation of gas components and preventing condensation effects at higher temperatures
Temperaturen, gewünscht ist, sind bei deren Analyse Temperatures that are desired are in their analysis
zusätzliche Korrekturmassnahmen erforderlich, um die additional corrective action is required to complete the
gemessenen Spektren zu normalisieren und mit hinreichender Sicherheit qualitative und quantitative Aussagen zu den Analyten bzw. dem Analytengemisch treffen zu können und das Risiko von Fehlinterpretationen zu verringern. Diese To normalize measured spectra and with sufficient certainty to make qualitative and quantitative statements on the analyte or the analyte mixture and to reduce the risk of misinterpretation. These
Normalisierung der Daten erfordert einen zusätzlichen erheblichen Rechenaufwand. Hierfür gibt es bislang noch keine zufriedenstellende Lösung. Normalization of the data requires an additional considerable amount of computation. For this there is still no satisfactory solution.
Das Problem verschärft sich nochmals, wenn die Messmethodik auf den dreidimensionalen Fall durch Vergleich der  The problem is exacerbated once the measurement methodology on the three - dimensional case by comparing the
gemessenen IMS-Chromatogramme mit entsprechenden Referenz- Chromatogrammen erweitert wird. measured IMS chromatograms is extended with appropriate reference chromatograms.
Ein Lösungsansatz wird in DE 10 2007 059 461 beschrieben. Bei diesem Verfahren erfolgt die Informationsgewinnung durch die Auswertung des kompletten Chromatogramms , wobei zur Verringerung des numerischen Aufwandes ein An approach is described in DE 10 2007 059 461. In this method, the information is obtained by the evaluation of the complete chromatogram, wherein to reduce the numerical effort
Schwellenwertverfahren zur Anwendung kommt. Auf dieser Basis können Peaks in Chromatogrammen durch entsprechende  Threshold method is used. On this basis, peaks in chromatograms can be determined by appropriate
Parameter beschrieben und identifiziert werden. In der Regel werden auch bei diesen Verfahren die zum Chromatogramm gehörenden Einzelspektren einer Vorverarbeitung unterzogen, mit der Meßdatenverfälschungen durch Rauschen, Umgebungsund Geräteparameter minimiert werden sollen. Auch nach der Vorverarbeitung der Einzelspektren enthält das Chromatogramm Millionen von Datenpunkten, von denen die meisten im Parameters are described and identified. As a rule, the individual spectra belonging to the chromatogram are also subjected to preprocessing in these methods, with the Meßdatenverfälschungen by noise, environment and device parameters to be minimized. Even after preprocessing the single spectra, the chromatogram contains millions of data points, most of them in the
Rauschen liegen oder redundant sind und daher nur eine vergleichsweise sehr geringe Anzahl von Informationen zur Charakterisierung der Analyten benötigt wird. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die kompletten Analysedaten Signalverläufe aufweisen, die stark von den Noise are or are redundant and therefore only a comparatively small amount of information is needed to characterize the analytes. Another problem is that the complete analysis data has waveforms that are strongly affected by the
Umgebungsbedingungen abhängen und daher vor der Environmental conditions depend and therefore before the
Chromatogrammauswertung normalisiert werden müssen. Chromatogram evaluation must be normalized.
Dabei wird beispielsweise das aus einer Folge von 500 This is for example the result of a series of 500
Einzelspektren mit jeweils 2000 Datenpunkten bestehende Chromatogramm unter Anwendung eines Schwellenwertverfahrens so zerlegt, dass zusammengehörende Peakfolgen aufein¬ anderfolgender Einzelspektren durch Ellipsenparameter beschrieben und identifiziert werden können. Als Bezugswert der Messwertfolgen dient der Reaktionsionenpeak . Single spectra with 2000 data points existing chromatogram decomposed using a threshold value method so that related peak sequences aufein ¬ subsequent individual spectra can be described by elliptical parameters and identified. The reaction ion peak serves as the reference value of the measured value sequences.
Für den anwendungsseitig relevanten Fall eines vollständig verschwindenden Reaktionsionenpeaks wird hier explizit keine Lösung angegeben. For the application-relevant case of a completely vanishing reaction ion peak, no solution is explicitly stated here.
Nachteilig ist zudem, dass im oben genannten Verfahren eine Analyse der Messergebnisse erst nach der vollständigen  Another disadvantage is that in the above method, an analysis of the results only after the complete
Messdatenerfassung möglich ist. Dies ergibt eine minimale Dauer bis zum Erhalt des Messergebnisses von ca. 8 min, in denen mit veränderten Umgebungsparametern zu rechnen ist. Measurement data acquisition is possible. This results in a minimum duration until the measurement result of approx. 8 min, in which changed environmental parameters are to be expected.
Für die bekannten Anwendungsgebiete, wie die For the known application areas, such as
Sprengstoffdetektion und die Prozessüberwachung in der allgemeinen Industrie war die Genauigkeit der quantitativen Aussagen bisher ausreichend. Mit zunehmender Empfindlichkeit und den sich daraus ergebenden neuen Anwendungsfeldern, z.B. in der Medizin für die Atemluftdiagnostik und die Explosive detection and process monitoring in the general industry, the accuracy of the quantitative statements was sufficient. With increasing sensitivity and the consequent new fields of application, e.g. in medicine for respiratory diagnostics and the
Biofilmdetektion, oder in der Halbleiterindustrie muss nun zudem zusätzlich die Qualität der quantitativen Aussagen entscheidend verbessert werden. Biofilm detection, or in the semiconductor industry must now also additionally the quality of the quantitative statements be decisively improved.
Dabei hat die Feuchtigkeit, die in jeder Messprobe enthalten ist, einen signifikanten Einfluss auf die quantitative  The moisture contained in each sample has a significant impact on the quantitative
Messwertaussage. Die Möglichkeit des Einsatzes höherer Reading statement. The possibility of using higher
Arbeitstemperaturen wäre deshalb auch zu diesem Zwecke wünschenswert . Working temperatures would therefore also be desirable for this purpose.
Nicht zuletzt erfordert der Einsatz der Last but not least, the use of the
Ionenmobilitätsspektrometrie für viele der oben aufgeführten Zwecke ein mobiles IMS-Gerät und insbesondere ein  Ion mobility spectrometry for many of the purposes listed above, a mobile IMS device and in particular a
entsprechendes Verfahren, das trotz Mobilität qualitativ und quantitativ eine hochwertige Signalauswertung bietet. corresponding procedure, which offers high-quality signal analysis qualitatively and quantitatively despite mobility.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren der Ionenmobilitätsspektrometrie zu entwickeln, mit dem unter variierenden Messbedingungen aufgenommene IMS-Spektren derart in Echtzeit automatisch auswertbar sind, dass eine qualitative als auch quantitative Bestimmung der Analyten mit hoher Genauigkeit möglich ist. It is an object of the present invention to develop a method of ion mobility spectrometry, with which IMS spectra recorded under varying measuring conditions can be automatically evaluated in real time in such a way that qualitative and quantitative determination of the analytes is possible with high accuracy.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein This object is achieved by a
Verfahren der Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Ansprüche 2 bis 12 geben Ausführungsvarianten dieser erfindungsgemäßen Lösung wieder. Method of ion mobility spectrometry (IMS) with the features of claim 1. Claims 2 to 12 represent embodiments of this solution according to the invention.
In einem Verfahren der Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS), bei dem ein bekanntes Gas oder Gasgemisch im In a method of ion mobility spectrometry (IMS), in which a known gas or gas mixture in
Ionenmobilitätsspektrometer ionisiert wird und damit die Reaktionsionen bildet, ein Analyt bzw. ein Gemisch mehrerer Analyten, also ein zu analysierender Stoff oder ein Ion mobility spectrometer is ionized and thus forms the reaction ions, an analyte or a mixture of several analytes, ie a substance to be analyzed or a
entsprechendes Stoffgemisch, gegebenenfalls mittels eines Trägergases, im In ektionsbereich eines corresponding mixture of substances, optionally by means of a carrier gas, in the area of action of a
Ionenmobilitätsspektrometers eingeleitet wird und entweder ebenfalls direkt ionisiert wird oder aber ein  Ion mobility spectrometer is initiated and either also directly ionized or a
Ladungstransfer von den Reaktionsionen zu den Atomen bzw. Molekülen des zu analysierenden Analyten stattfindet, und dieses Reaktionsionen- und positiv oder negativ geladenen Analytengemisch den Driftbereich zwischen den Injektionsund den Detektionsbereich des Ionenmobilitätsspektrometers durchwandert, wird eine zeitabhängige Messreihe von IMS- Spektren dieses Reaktionsionen- und positiv oder negativ geladenen Analytengemischs im Detektionsbereich des Charge transfer from the reaction ions to the atoms or Molecules of the analyte to be analyzed takes place, and this Reaktionsionen- and positively or negatively charged analyte mixture traversed the drift region between the injection and the detection range of the ion mobility spectrometer, a time-dependent series of measurements of IMS spectra of this Reaktionsionen- and positively or negatively charged analyte mixture in the detection range of
Ionenmobilitätsspektrometers aufgenommen und die IMS- Spektren der Messreihe so analysiert, dass qualitative und/oder quantitative Aussagen bezüglich des zu Analyten oder Analytengemischs gegeben werden. Recorded ion mobility spectrometer and analyzed the IMS spectra of the series so that qualitative and / or quantitative statements regarding the analyte or analyte mixture are given.
Erfindungsgemäß werden dabei für jedes IMS - Spektrensignal der Messreihe in einem Vorverarbeitungsschritt eine  According to the invention, for each IMS spectral signal of the series of measurements in a preprocessing step, a
adaptiven Glättung und Gruppenlaufzeitent zerrung adaptive smoothing and group delay equalization
durchgeführt und Differenzenquotienten erster und zweiter Ordnung gebildet. Daraus werden für jeden Peak als die den Peak beschreibende, charakteristische Parameter die performed and difference quotients first and second order formed. From this, for each peak, the characteristic parameter describing the peak becomes
Peaklage, die Peakhöhe und die Halbwertsbreite des Peaks ermittelt. Diese charakteristischen Parameter Peaklage, Peakhöhe und Peakhalbwertsbreite werden unter Beachtung der aktuellen Messbedingungen normalisiert und damit eine Peak position, the peak height and the half width of the peak determined. These characteristic parameters peak position, peak height and peak half width are normalized taking into account the current measurement conditions and thus a
Identifizierung der Analyten aus den normalisierten, die Peaks beschreibenden charakteristischen Parametern für die zum aktuellen Zeitpunkt bekannten Spektrenfolgen mittels eines Verfahrens zur Mustererkennung durchgeführt. Identification of the analytes from the normalized, describing the peak characteristic parameters for the currently known spectra sequences performed by a pattern recognition method.
Dabei führt die ausschließliche Beschreibung der Peaks im IMS - Einzelspektrum durch die genannten charakteristischen Parameter zum einen nicht zu Informationsverlusten bei der anschließenden Mustererkennung oder der unmittelbaren  On the one hand, the exclusive description of the peaks in the IMS individual spectrum by the characteristic parameters mentioned does not lead to information losses in the subsequent pattern recognition or the immediate one
Bestimmung der Analyten bzw. der Bestandteile des Determination of the analytes or components of the
Analytengemischs. Zum anderen lässt diese Vorgehensweise auch die Beschreibung teilweiser verdeckter Peaks zu. Zudem wird der erforderliche numerische Aufwand zur Normalisierung und Erfassung der Driftzeit unter Echt Zeitbedingungen durch diese Vorgehensweise minimiert. Messsignale mit geringer Signalleistung sind in der Regel von Störsignalen überlagert, die zu erheblichen Analytengemischs. On the other hand, this procedure also allows the description of partially hidden peaks. In addition, the required numerical effort for normalization and detection of the drift time under real time conditions is minimized by this approach. Measurement signals with low signal power are usually superimposed by interference signals that are too significant
Verfälschungen der zu ermittelnden charakteristischen Falsifications of the characteristic to be determined
Parameter führen können. Rauschminderungsverfahren nutzen Unterschiede im Frequenz- oder Zeitbereich sowie Parameters can lead. Noise reduction techniques use differences in frequency or time domain as well
unterschiedliche statistische Eigenschaften beider different statistical properties of both
Signalanteile . Deshalb ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung das Signal components. Therefore, in an advantageous embodiment, the
Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass für jedes IMS- Einzelspektrum zunächst eine Wavelet-basierte Glättung und nachfolgend eine vom Thresholding-Ergebnis zur Method characterized in that for each IMS single spectrum first a wavelet-based smoothing and then a thresholding result for
Rauschreduktion abhängige, adaptive digitale Filterung zur Glättung und Gruppenlaufzeitent zerrung durchgeführt wird. Eine solche Vorverarbeitung minimiert die Fehler bei der Berechnung der charakteristischen Parameter Peaklage und Peakhöhe . Noise reduction dependent, adaptive digital filtering for smoothing and group delay equalization is performed. Such preprocessing minimizes errors in the calculation of the characteristic parameters peak position and peak height.
Die Beschränkung der Peakdetektion und Peakbeschreibung auf absolut relevante Messinformationen, sowie die mögliche The limitation of peak detection and peak description to absolutely relevant measurement information, as well as the possible
Berechnung der Peakhalbwertsbreite aus der Peakhöhe und dem Wert des Differenzenquotienten zweiter Ordnung für den jeweils bestimmten Peak des IMS-Spektrums bei Annahme eines Gaußschen oder aber Kosinus-Quadratförmigen Kurvenverlaufes des IMS-Peaks bewirken die gewünschte und für eine Calculation of the peak half width from the peak height and the value of the difference quotient of the second order for each particular peak of the IMS spectrum assuming a Gaussian or cosine squared curve of the IMS peak cause the desired and for a
unverzögerte Auswertung der Daten und sofortige Bestimmung der Analyten erforderliche Redundanzreduktion. instantaneous evaluation of the data and immediate determination of the analytes required redundancy reduction.
Verfahrensbedingt erhält man damit auch Schätzwerte für teilweise verdeckte Peaks, so dass auf eine aufwendige Basislinienkorrektur in der Regel verzichtet werden kann. Due to the process, this also gives estimates for partially hidden peaks, so that a complex baseline correction can usually be dispensed with.
Dabei zeigen Untersuchungen, dass zur Lösung der Aufgabe exakt zeitbegrenzte WaveletSysteme mit geringer Examinations show that to solve the problem exactly time-limited wavelet systems with low
Koeffizientenanzahl benötigt werden. Coefficient number needed.
Das Daubechies-4-Wavelet führte bei den durchgeführten umfangreichen Simulationsrechnungen zu den besten Ergebnissen. Daubechies-Wavelets sind exakt zeitbegrenzt. Obwohl das Spektrum nicht bandbegrenzt ist, fällt es aber zu tiefen und hohen Frequenzen hin schnell ab, sodass neben der guten ZeitSelektivität auch eine gute effektive The Daubechies-4 wavelet performed at the extensive simulation calculations to the best results. Daubechies wavelets are exactly time-limited. Although the spectrum is not band limited, it falls off quickly to low and high frequencies, so that in addition to the good time selectivity also a good effective
Bandbegrenzung realisiert wird. Das Kürzeste ist das  Band limitation is realized. The shortest is that
Daubechies-4-Wavelet , es ist relativ kantig. Daubechies-4-wavelet, it is relatively edgy.
Mit zunehmender Anzahl an Koeffizienten werden die Wavelets abgerundet, dabei steigt gleichzeitig die  As the number of coefficients increases, the wavelets are rounded off, while the number of coefficients increases
Frequenzselektivität. Frequency selectivity.
Daubechies-Wavelets gehören zu den am häufigsten praktisch verwendeten Wavelet-Transformationen für die digitale  Daubechies wavelets are among the most commonly used wavelet transforms for the digital
Signalanalyse und die Datenkompression.  Signal analysis and data compression.
Hervorzuheben ist die leichte Implementierbarkeit als schnelle Wavelet-Transformation (Fast Wavelet  Of particular note is the ease of implementation as fast wavelet transformation (Fast wavelet
Transformation, FWT) .  Transformation, FWT).
Ausgehend von den ermittelten Messsignalen wird also mittels Wavelet-Thresholding eine Rauschreduktion in den IMS- Spektren erzielt. Prinzipiell werden dabei folgenden  Based on the measured signals thus determined, a noise reduction in the IMS spectra is achieved by means of wavelet thresholding. In principle, the following are
Annahmen für das Signal getroffen - die dann durch eine entsprechende Parameterwahl auch realisiert werden können: 1.) u(t) enthält in den ZeitIntervallen 0 < t < ti und t2 ^ t < tM praktisch keine Messinformationen. Die Zeitpunkte ti und t2 sind in der Regel unbekannt und müssen geschätzt werden. Die näherungsweise Bestimmung von ti und t2 Assumptions for the signal made - which can then be realized by an appropriate parameter selection: 1.) u (t) contains in the time intervals 0 <t <ti and t 2 ^ t <t M practically no measurement information. The times ti and t 2 are usually unknown and must be estimated. The approximate determination of ti and t 2
ermöglicht prinzipiell die Ermittlung statistischer allows in principle the determination of statistical
Parameter für die Signalverläufe in den unterschiedlichen Auflösungsstufen j (auch Level genannt) der Wavelet- Transformation . Parameters for the waveforms in the different resolution levels j (also called level) of the wavelet transformation.
2.) Signifikante Signalanteile im Messsignal im 2.) Significant signal components in the measuring signal in
Zeitintervall ti < t < t2 sind in der Regel in allen Time interval ti <t <t 2 are usually in all
Auflösungsstufen (Level) der Wavelet-Transformation deutlich von den Größen in den ZeitIntervallen 0 < t < ti und t2 < t < tM zu unterscheiden. Diese Eigenschaft ermöglicht die Steuerung des Anteils des bei der Signalrekonstruktion durch die Inverse diskrete Wavelet-Transformation (IDWT, also den Umkehrprozess der Wavelet-Zerlegung) zu berücksichtigen hochpassgefilterten Signalanteils mittels einer multiplikativen Bewertung mit einen Faktor g(t) im Bereich von null bis eins. Die Resolution levels (level) of the wavelet transform clearly from the sizes in the time intervals 0 <t <ti and t 2 <t <t M to distinguish. This property makes it possible to control the proportion of the high-pass filtered signal component to be taken into account during signal reconstruction by the inverse discrete wavelet transformation (IDWT) by means of a multiplicative evaluation with a factor g (t) in the range of zero to one , The
Festlegungen für Verlauf und Größe von g(t) lassen sich empirisch aus den Schätzwerten für die statistischen Definitions for the course and magnitude of g (t) can be empirically derived from the estimates for the statistical
Signalparameter der hochpassgefilterten Signalanteile gewinnen und anhand von Simulationsrechnungen optimieren. Obtain signal parameters of the high-pass filtered signal components and optimize them on the basis of simulation calculations.
Zur Beseitigung des mit dem Wavelet-Thresholding verbundenen Anstieges der „Kantigkeit" des rauschgeminderten IMS- Messsignals wurde zudem eine wavelet-basiert gesteuerte Tiefpassfilterung entwickelt und mittels zeitdiskreter In order to eliminate the increase in the "edginess" of the noise-reduced IMS measurement signal associated with the wavelet thresholding, a wavelet-based controlled low-pass filtering was also developed and discrete-time
Faltung realisiert. Folding realized.
Die Gruppenlaufzeitent zerrung bzw. - korrektur wird The group delay equalization is corrected
folgendermaßen realisiert: realized as follows:
Die erforderliche Digitalisierung analoger Quellensignale setzt frequenzbandbegrenzte Funktionsverläufe vor der The required digitization of analog source signals sets frequency-band-limited functional characteristics before the
Analog-Digital-Umset zung voraus. Abgetastete Funktionen haben ein periodisch mit der Abtastfrequenz fa fortgesetztes Frequenzspektrum. Die eindeutige Beschreibung eines analogen Signals durch seine Abtastwerte setzt voraus, dass die Analog-to-digital conversion ahead. Scanned functions have a frequency spectrum which is periodically continued at the sampling frequency f a . The unambiguous description of an analog signal by its samples assumes that the
Überlappung (Aliasing) der periodisch fortgesetzten Spektren sicher vermieden wird.  Overlapping (aliasing) of the periodically continued spectra is safely avoided.
Es ist zweckmäßig, das Signal frequenzmäßig so zu begrenzen, dass bei minimaler Bandbreite möglichst keine  It is expedient to limit the signal in frequency so that at minimum bandwidth as possible
Messinformationen verloren gehen. Dabei besteht die Measurement information is lost. There is the
Möglichkeit, mit dem Analogfilter alle Spektralanteile zu eliminieren, die oberhalb der für das Messsignal  Possibility to eliminate with the analog filter all spectral components, which are above that for the measuring signal
signifikanten Frequenzgrenze liegen. significant frequency limit.
Damit wird eine zusätzliche Rauschreduktion erreicht, außerdem werden weitere hier nicht erläuterte Störungen beseitigt . This additional noise reduction is achieved, also will not be explained here other disorders eliminated.
Das mittels eines Analogfilters frequenzbandbegrenzte  The frequency band limited by means of an analog filter
Eingangsmesssignal steht also nach einer Analog- Input measurement signal is therefore an analogue
Digitalumset zung als zeitdiskretes Signal zur Verfügung. Digital conversion is available as a discrete-time signal.
Das mit einem Butterworth-Analogfilter, also einem Filter zur Signalverarbeitung, das so ausgebildet ist, dass das erzielte Frequenzverhalten im Durchlässigkeitsbereich so flach wie möglich ist, bewertete Betragsspektrum entspricht weitestgehend den Forderungen nach einer verzerrungsfreienThat with a Butterworth analog filter, so a filter for signal processing, which is designed so that the achieved frequency response in the transmission range is as flat as possible, evaluated magnitude spectrum largely corresponds to the requirements for a distortion-free
Übertragung eines Messsignals großer Bandbreite, während der Phasenfrequenzgang bzw. das Gruppenlaufzeitverhalten zu erheblichen linearen Signalverzerrungen führt, wenn der Durchlassbereich des Analogfilters an den signifikanten Teil des Signalspektrums angepasst ist. Eine im Rahmen der nachfolgenden digitalen Signalverarbeitung realisierbare Phasen- bzw. Gruppenlaufzeitkorrektur ermöglicht die Transmission of a measurement signal of high bandwidth, while the Phasenfrequenzgang or the group delay behavior leads to significant linear signal distortion when the passband of the analog filter is adapted to the significant part of the signal spectrum. A realizable within the following digital signal processing phase or group delay correction allows the
Minimierung der linearen Signalverzerrungen. Da bei Minimization of linear signal distortions. There at
Verwendung eines Butterworth-Filters das Using a Butterworth filter that
Signalbetragsspektrum als optimal angesehen werden kann, wird für die digitale Phasenkorrektur ein Allpass benötigt. Alpässe, also elektrische Filter, die im Idealfall für alle Frequenzen einen konstanten Betragsfrequenzgang aufweisen, während die Phasenverschiebung von der Frequenz abhängt, zeichnen sich dabei durch einen frequenzunabhängigen Signal spectrum can be considered optimal, an all-pass is required for the digital phase correction. Alpasses, ie electrical filters, which in the ideal case have a constant magnitude frequency response for all frequencies, while the phase shift depends on the frequency, are characterized by a frequency-independent
Betragsverlauf und einen vom Filtergrad abhängigen Amount history and one dependent on the filter degree
Variationsbereich für die Phase aus. Variation range for the phase off.
Besonders günstig ist es nun, im erfindungsgemäßen Verfahren die Position des Reaktionsionenpeaks druck- und It is now particularly favorable in the process according to the invention, the position of the reaction ion peak pressure and
temperaturabhängig zu erfassen und diesen Reaktionsionenpeak im Falle seines vollständigen Verschwindens über einen begrenzten Zeitraum durch einen aktuellen temperatur- und druckkorrigierten gleitenden Mittelwert zu ersetzen. Im Gegensatz zu bislang existierenden Verfahren ermöglicht dies, auch bei zeitweiligem Fehlen des Reaktionsionenpeaks einen Referenzwert zu erzeugen, der der jeweiligen temperature dependent to capture and replace this reaction ion peak in the event of its complete disappearance over a limited period of time by a current temperature and pressure corrected moving average. In contrast to previously existing method allows this, even with a temporary lack of the reaction ion peak to produce a reference value, the respective
Temperatur- und Drucksituation im System entspricht, und auf den mit den zu diesem Zeitpunkt gemessenen Peaks der Temperature and pressure situation in the system corresponds, and on with the measured at that time peaks of the
Analyten Bezug genommen werden kann und damit deren Peaklage exakt bestimmt werden kann. Analytes can be referenced and thus their Peaklage can be determined exactly.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die ermittelten In particular, it is advantageous that the determined
Peakpositionen der Analyten in Form eines Differenzabstandes zum Reaktionenpeak angegeben werden und dieser Peak positions of the analytes can be given in the form of a difference distance to the reaction peak and this
Differenzabstand ebenfalls einer Druck - und Difference distance also a pressure and
Temperaturkorrektur unterzogen wird. Damit kann die Lage der Peaks der Analyten unabhängig von den Messbedingungen angegeben werden: Es werden immer gleiche Beträge für die Peaklagen der Analyten für dasselbe zu analysierende System erzielt, auch wenn sich die Temperatur- und Druckbedingungen bei verschiedenen Messungen stark voneinander unterscheiden. Damit werden Messungen zu unterschiedlichen Temperatur- und Druckbedingungen untereinander vergleichbar. Zudem können damit auch temperatur- und druckunabhängige Referenzwerte erzeugt und für dann folgende Messungen wieder herangezogen werden .  Temperature correction is subjected. Thus, the position of the peaks of the analytes can be specified independently of the measurement conditions: The same amounts are always obtained for the peak concentrations of the analytes for the same system to be analyzed, even if the temperature and pressure conditions differ greatly for different measurements. This makes measurements comparable to different temperature and pressure conditions comparable. In addition, temperature and pressure-independent reference values can also be generated and used again for subsequent measurements.
Die Position bzw. zeitliche Lage des Reaktionsionenpeaks (RIP) ist sowohl von einer Reihe von Geräteparametern, als auch von den Mess- und Umgebungsbedingungen abhängig. Diese Einflussgrößen beeinflussen in gleichem oder zumindest ähnlichem Maße die Lage der gesuchten Peaks im IMS-Spektrum. Zur Erhöhung der Selektivität des Messverfahrens werden praktisch ausnahmslos die zeitlichen Abstände der Peaks im IMS-Spektrum zum Reaktionsionenpeak (RIP) ermittelt, um damit bereits einen erheblichen Teil von Fehlern unbekannter Größe auszuschließen. The position or time position of the reaction ion peak (RIP) depends on a number of device parameters as well as on the measurement and ambient conditions. These influencing factors influence the position of the wanted peaks in the IMS spectrum to the same or at least similar extent. In order to increase the selectivity of the measurement method, the time intervals of the peaks in the IMS spectrum to the reaction ion peak (RIP) are virtually invariably determined in order to exclude a considerable proportion of errors of unknown size.
Unter konstanten Messbedingungen (wie Druck und Temperatur) und bei stabilen Geräteparametern (wie z.B. der Feldstärke E) ist die zeitliche Lage der RIP-Position praktisch Under constant measuring conditions (such as pressure and temperature) and with stable device parameters (such as the field strength E) the timing of the RIP position is practical
konstant und Schwankungen liegen nur in der Größenordnung des zeitlichen Quantisierungsfehlers von ± 10ps. constant and variations are only on the order of magnitude of the temporal quantization error of ± 10ps.
Druck- und Temperaturänderungen sowie der Polaritätswechsel führen hingegen zu einer nicht vernachlässigbaren Pressure and temperature changes and the polarity change, however, lead to a not negligible
Lageänderung der RIP-Positionen . Change of position of RIP positions.
Die Korrektur der RIP-Position nach der ableitbaren  The correction of the RIP position after the derivable
Beziehung tD(RIP) too(RIP) (1)
Figure imgf000016_0001
Relationship t D (RIP) too (RIP) (1)
Figure imgf000016_0001
ist in der Regel fehlerbehaftet, da p und T einerseits nicht unmittelbar im Driftraum und anderseits nur mit einem entsprechendem Totzeitfehler bestimmt werden können. is usually faulty, since p and T can not be determined directly in the drift space on the one hand and only with a corresponding dead time error on the other hand.
Deshalb ist es erforderlich, die aktuelle RIP-Position bei jeder Messung direkt dem IMS-Spektrum zu entnehmen.  Therefore, it is necessary to take the current RIP position for each measurement directly from the IMS spectrum.
Im einfachsten Fall entspricht die Peakposition des  In the simplest case, the peak position of the
Reaktionsionenpeaks der Peaklage des Maximums im IMS-Spekt- rum. In Abhängigkeit von der Probenkonzentration verringert sich jedoch die Anzahl der Reaktionsionen durch  Reaction peak peaks of the maximum peak charge in the IMS spectrum. Depending on the sample concentration, however, the number of reaction ions decreases
Ladungsübertragung, sodass die RIP-Position nicht mehr mit dem Detektorstrommaximum korreliert. Charge transfer, so that the RIP position no longer correlates with the detector current maximum.
Die Auswertung von Messreihen zeigt dabei, dass mehrere aufeinanderfolgende IMS-Spektren entstehen können, die an der zu erwartenden RIP-Position kein relatives Maximum besitzen. Diese Eigenschaft hat physikalische Ursachen und muss daher bei der automatischen RIP-Positionserkennung berücksichtigt werden.  The evaluation of measurement series shows that several consecutive IMS spectra can arise, which have no relative maximum at the expected RIP position. This property has physical causes and must therefore be taken into account in automatic RIP position detection.
Ist die RIP-Position in einer Reihe der ermittelten IMS- Spektren nicht auffindbar, so muss sie durch eine adaptive Schätzung bestimmt werden. Dazu ist es zweckmäßig, folgende Peaktypen im IMS-Spektrum zu unterscheiden: Peaktyp 0 : Maximalwert im IMS-Spektrum, U If the RIP position can not be found in a number of the determined IMS spectra, it must be determined by an adaptive estimation. For this it is useful to distinguish the following peak types in the IMS spectrum: Peak type 0: maximum value in the IMS spectrum, U
Peaktyp 1: relative Maxima im IMS-Spektrum mit Up < U Peaktyp 2: zeitlich verdeckte Peaks auf einer fallenden oder ansteigenden Impulsflanke Peak type 1: relative maxima in the IMS spectrum with U p <U peak type 2: time-concealed peaks on a falling or rising pulse edge
Peaks der Typen 0 und 1 sind durch den Nulldurchgang des Differenzenquotienten erster Ordnung u' (n) sowie negative Werte des Differenzenquotienten zweiter Ordnung u" (n) charakterisiert . u"(n) < 0 (2) u' (n) |min = 0 (3) Peaks of types 0 and 1 are characterized by the zero crossing of the first order difference quotient u '(n) as well as negative values of the second order difference quotient u "(n). U" (n) <0 (2) u' (n) | min = 0 (3)
Für den Peaktyp 2 gilt u"(n) < 0 (4) For the peak type 2, u "(n) <0 (4)
|u' (n) |min > 0 (5) | u '(n) | min > 0 (5)
Die RIP-Positionen der Referenzspektren im positiven (p) und negativen (n) Messmode sowie die entsprechenden Angaben zu Druck und Temperatur werden zur Berechnung der RIP-Po- sitionen während der Messungen benötigt. The RIP positions of the reference spectra in the positive (p) and negative (n) measurement modes as well as the corresponding pressure and temperature data are needed to calculate the RIP positions during the measurements.
Zur Parameterbestimmung des Referenzspektrums wird eine Folge von zirka acht bis zehn Spektren je Messmodus  To determine the parameter of the reference spectrum, a sequence of approximately eight to ten spectra per measuring mode
benötigt, um damit die Fehler bei der Temperatur- und needed to cope with the temperature and temperature errors
Druckmessung durch eine Mittelwertbildung herabzusetzen.Reduce pressure measurement by averaging.
Das jeweils letzte Spektrum der positiven Messmode- bzw. der negativen Messmode-Folge wird als positives Referenzspektrum bzw. negatives Referenzspektrum deklariert. Mit Ausnahme der konkreten quantitativen Angaben sind die Algorithmen unabhängig vom Messmode (positiv oder negativ) . Folgende Verfahrensschritte sind dabei erforderlich: The respective last spectrum of the positive measurement mode or the negative measurement mode sequence is declared as a positive reference spectrum or negative reference spectrum. With the exception of the specific quantitative information, the algorithms are independent of the measuring mode (positive or negative). The following process steps are required:
(1) Eingabe des Startwertes RIP0(n,P) und der Grenzen RIPh(n,P) und RIPi(nfP) des Toleranzbereiches (1) Input of the starting value RIP 0 ( n , P ) and the limits RIP h ( n , P ) and RIPi ( n fP) of the tolerance range
(2) Berechnung der gleitenden Mittelwerte von Druck p und Temperatur T (2) Calculation of moving averages of pressure p and temperature T
( 6 )
Figure imgf000018_0001
( 6 )
Figure imgf000018_0001
^) = )Z^) « = ^/(B,,) =77 (7)^) =) Z ^) «= ^ / (B ,,) = 7 7 (7)
* i=0 * i = 0
(3) Druck- und temperaturabhängige Korrektur der unter (1) genannten Werte: RIPkorr(0,h,i) = RIP(o,n,i) d+ (p(i) - p)lp)(\-(T(i)-T)lf) (8) (3) Pressure- and temperature-dependent correction of the values mentioned under (1): RIP corr (0 , h, i) = RIP ( o, n, i) d + (p (i) - p) lp) (\ - (T (i) -T) lf) (8)
(4) Begrenzung des Toleranz- bzw. Suchbereiches für den Erwartungswert RIPref. (5) Berechnung des Schätzwertes RIPref. (4) Limitation of the tolerance or search range for the expected value RIP ref . (5) calculation of the estimate RIP ref .
Die Berechnung der RIP-Position während der Messungen der Analytenspektren erfolgt nach ähnlichem Algorithmus, wobei jedoch Modifikationen derart durchgeführt werden müssen, dass jeweils noch auf die RIP Position des Referenz Spektrums Bezug genommen werden muss und damit eine zweifache The calculation of the RIP position during the measurements of the analyte spectra is carried out according to a similar algorithm, but modifications must be carried out in such a way that in each case the RIP position of the reference spectrum must be referred to and thus a twofold
Korrektur durchgeführt werden muss. Correction must be carried out.
Ein entscheidender Schritt zur Reduktion des Datenvolumens im Analyseverfahren und damit zur besonders schnellen und sicheren Bestimmung der Analyten besteht dabei in der A decisive step for the reduction of the data volume in the analysis procedure and thus for the particularly fast and safe determination of the analytes consists in the
Beschränkung der Mustererkennung in den IMS-Einzelspektren auf die charakteristischen Parameter Peaklage, Peakhöhe und Peakhalbwertsbreite, sowie auf eine wählbare Anzahl von Suchbereichen innerhalb der Driftzeit, die gleicher oder unterschiedlicher Intervallbreite sein können. Diese Limitation of pattern recognition in the IMS single spectra to the characteristic parameters peak position, peak height and Peak half width, as well as a selectable number of search areas within the drift time, which may be the same or different interval width. These
Suchbereiche werden im Folgenden auch Drift zeitIntervalle genannt . Search areas are also called drift time intervals below.
Je nach zu bestimmenden Analyten gibt es in den IMS-Spektren immer Bereiche, die weniger relevant für die entsprechende Auswertung sind. In vorteilhafter Ausgestaltung des  Depending on the analyte to be determined, there are always areas in the IMS spectra that are less relevant for the corresponding evaluation. In an advantageous embodiment of the
erfindungsgemäßen Verfahrens wird deshalb der insgesamt analysierbare Bereich nur auf den Teil beschränkt, der wesentlich für die Analytenbestimmung ist. Damit ist es möglich, die Auswertung der Spektren auf die wesentlichen Peaks und hierbei wie beschrieben auf deren The method according to the invention therefore limits the total analyzable range only to the part which is essential for determining the analyte. This makes it possible to evaluate the spectra on the essential peaks and hereby as described on their
charakteristische Parameter Peaklage, Peakhöhe und characteristic parameters peak position, peak height and
Peakhalbwertsbreite zu beschränken. Durch Herausnahme der nichtrelevanten Analytenpeaks , deren Analyse ebenfalls Aufwand bedeuten würde, die jedoch keinen entscheidenden Beitrag zur gewünschten Analytenbestimmung liefern, wird der Rechenaufwand, der zur eindeutigen Bestimmung der Analyten nötig ist, also weiter reduziert und die Effizienz der To limit peak half width. By eliminating the non-relevant analyte peaks, the analysis of which would also be costly, but which do not provide a decisive contribution to the desired analyte determination, so the computational effort, which is necessary for unambiguous determination of the analytes, further reduced and the efficiency of
Mustererkennung erhöht . Pattern recognition increased.
Multivariate Verfahren, wie Clustering und Klassifikation, Methoden der Dimensionalitätsreduktion und Mustererkennung ermöglichen in Verbindung mit einer effektiven Multivariate methods, such as clustering and classification, methods of dimensionality reduction and pattern recognition allow in conjunction with an effective
Vorverarbeitung von Daten zur Extraktion spezifischer  Preprocessing of data to extract specific
Eigenschaften der Einzelspektren statistisch gesicherte Aussagen bezüglich des Vergleiches mehrerer Messreihen mit ähnlichen Multikomponentengemischen . In einer besonderen Variante des erfindungsgemäßen Properties of the individual spectra statistically verified statements regarding the comparison of several series of measurements with similar multicomponent mixtures. In a particular variant of the invention
Verfahrens wird die jeweilige Bestimmung der Procedure is the respective provision of
Gesamtretentionszeit eines Analyten unter Total retention time of an analyte under
Echt zeitbedingungen, d.h. während der laufenden Messungen, dadurch realisiert, dass eine zeitlich aufeinanderfolgende Bewertung aller Suchbereiche, also der gewählten  Real time conditions, i. during the current measurements, realized by a temporally successive evaluation of all search areas, ie the selected
Drift zeitintervalle, eines jeden IMS-Einzelspektrums mittels einer auf den jeweiligen Suchbereich bezogenen Drift time intervals, each IMS single spectrum by means of a related to the respective search area
Clusteranalyse erfolgt, wobei die an geeigneter Stelle gemessenen Temperatur- und Druckverhältnisse zur Cluster analysis takes place, with the temperature and pressure conditions measured at a suitable point
Normalisierung der Retentionszeitangaben verwendet werden, und dieses Verfahren auf eine in definierten Zeitabständen erfasste Folge von IMS-Spektren wiederholt angewendet wird. Dabei wird unter der Gesamtretentionszeit eines Analyten die Zeit verstanden, die der entsprechende Analyt für seine Normalization of the retention time data can be used, and this method is repeatedly applied to a recorded at defined intervals sequence of IMS spectra. In this case, the total retention time of an analyte is understood to be the time which the corresponding analyte has for its
Wanderung von einem definierten Startort, dem Injektionsort, der sich entweder innerhalb des Ionenmobilitätsspektrometers oder aber in einer dem Ionenmobilitätsspektrometer Migration from a defined starting location, the injection site located either within the ion mobility spectrometer or in the ion mobility spectrometer
vorgeschalteten Vorrichtung befindet, bis zum Detektionsort benötigt, und die die Retentionszeit in der dem upstream device is needed to the detection site, and the retention time in the
Ionenmobilitätsspektrometer vorgeschalteten Vorrichtung sowie die Driftzeit im Ionenmobilitätsspektrometer  Ion mobility spectrometer upstream device and the drift time in the ion mobility spectrometer
beinhaltet . Die hinreichend genaue Mustererkennung mittels der includes. The sufficiently accurate pattern recognition by means of
Clusteranalyse macht aus Gründen des Aufwands Beschränkungen auf eine geringe Anzahl relevanter Merkmale erforderlich. Dieser Forderung wird der vorgesehene Lösungsansatz durch die Aufteilung des Drift zeitIntervalls in eine entsprechend wählbare Anzahl von Bereichen ggf. unterschiedlicher Breite gerecht. Dieses Verfahrenskonzept ermöglicht es prinzipiell, unter Echt zeit-Bedingungen Referenzdaten aus laufenden  Cluster analysis requires effort-based constraints on a small number of relevant features. This requirement is met by the proposed approach by dividing the drift time interval into a correspondingly selectable number of regions, possibly of different widths. This process concept makes it possible in principle, under real-time conditions, reference data from current
Substanz-Messreihen zu selektieren. Umgebungs- bzw. Select substance measurement series. Environment or
Messbedingungen werden automatisch berücksichtigt und lassen erforderlichenfalls eine nachträgliche Normalisierung für Einträge in eine Substanzdatenbank zu. Das Prinzip ist auch für IMS - Messaufgaben anwendbar, bei denen auf eine Measurement conditions are automatically taken into account and, if necessary, allow subsequent normalization for Entries in a substance database too. The principle is also applicable for IMS measuring tasks, where a
gaschromatographische Vortrennung verzichtet werden kann. In einer besonderen Variante des erfindungsgemäßen Gas chromatographic pre-separation can be omitted. In a particular variant of the invention
Verfahrens erfolgt die Anwendung der Clusteranalyse auf eine Folge von IMS-Spektren in äquidistanten Zeitabständen. Eine solche Analyse in regelmäßigen Abständen vereinfacht  Method, the cluster analysis is applied to a sequence of IMS spectra at equidistant time intervals. Such an analysis is simplified on a regular basis
wiederum die entsprechende Analyse in vielen Fällen, da garantiert wird, dass die Daten idealerweise in solch regelmäßigen Abständen analysiert werden, in denen das in turn, the corresponding analysis in many cases, since it is guaranteed that the data will ideally be analyzed at such regular intervals in which the
Verfahren fähig ist, vollständige Analysedaten zu liefern und somit analysewichtige Daten nicht aufgrund eines Method is able to provide complete analysis data and thus analysis-important data not due to a
zufällig gewählten größeren Abstands verloren gehen. lost randomly chosen larger distance.
Dabei ist es günstig und mit den erfindungsgemäßen Verfahren einfach realisierbar, dass die die Ergebnisse der It is cheap and easy to implement with the inventive method that the results of
Clusteranalyse mit bekannten Einträgen in einer zu diesen Zwecken bestehenden Substanzdatenbank zur Drift- bzw. Cluster analysis with known entries in a substance database for drift or
Retentionszeit verglichen werden und bei entsprechenderRetention time are compared and at appropriate
Übereinstimmung die entsprechenden Analyten identifiziert werden. Zudem können aus der Peakhöhe oder aus der aus Match the corresponding analytes are identified. In addition, from the peak height or from the
Peakhöhe und Peakhalbwertsbreite näherungsweise berechneten Peakfläche die jeweilige Analytenkonzentration abgeschätzt werden. Damit ist durch das erfindungsgemäße Verfahren sowohl eine qualitative Analyse des oder der fraglichen Analyten als auch eine entsprechende quantitative Analyse des entsprechenden Analyten möglich. Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, zum Zwecke der Vervollständigung und Verbesserung der Peak height and peak half width approximately estimated peak area the respective analyte concentration are estimated. Thus, both a qualitative analysis of the analyte (s) in question and a corresponding quantitative analysis of the corresponding analyte are possible by the method according to the invention. In particular, with the inventive method, for the purpose of completing and improving the
Analysefähigkeit für nachfolgende Analysen von unbekannten Analyten bzw. Analytengemischen, Messreihen mit bekannten Analyten oder Analytengemischen durchgeführt werden, derart, dass in den für die bekannten Analyten typischen Suchbereichen der erhaltenen Spektren die charakteristischen Parameter bestimmt und ausgewählt werden und für mehrfach aufeinanderfolgend aufgenommene IMS-Spektren mit gleichen Clustermerkmalen in einem oder mehreren Suchbereichen und unter Berücksichtigung der realen Messbedingungen diese Sätze von für die jeweiligen Analyten oder Analytengemische charakteristischen Parametern als Referenzparametersätze für zwei- oder dreidimensionale Spektren deklariert und in eine Substanzdatenbank eingetragen werden. Analytical capability for subsequent analyzes of unknown analytes or analyte mixtures, series of measurements with known analytes or analyte mixtures are carried out such that in the typical for the known analytes Search ranges of the obtained spectra, the characteristic parameters are determined and selected and for multiply successively recorded IMS spectra with the same cluster features in one or more search areas and taking into account the real measurement conditions, these sets of characteristic for the respective analyte or analyte mixtures parameters as reference parameter sets for two- or three-dimensional spectra declared and registered in a substance database.
Messreihen mit unbekannten Analyten oder Analytengemischen können dann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren so Measurement series with unknown analytes or analyte mixtures can then be carried out with the method according to the invention
durchgeführt werden, dass deren charakteristische Parameter in einer ausgewählten Anzahl von Suchbereichen gleicher oder unterschiedlicher Intervallbreite, den Drift zeitIntervallen, unter Berücksichtigung der realen Messbedingungen bestimmt und selektiert werden, für mehrfach unmittelbar be carried out that their characteristic parameters in a selected number of search areas of the same or different interval width, the drift time intervals, are determined and selected taking into account the real measurement conditions, for several times immediately
aufeinanderfolgende IMS-Spektren mit bereichsspezifischen gleichartigen Clustermerkmalen in einem oder mehreren consecutive IMS spectra with domain-specific similar cluster features in one or more
Suchbereichen, diese Suchbereiche als Referenzsuchbereiche für den Analyten oder das Analytengemisch festgelegt werden, die entsprechenden charakteristischen Parameter als Search ranges, these search ranges are defined as reference search ranges for the analyte or the analyte mixture, the corresponding characteristic parameters as
Referenzparameter für zwei- oder dreidimensionale Spektren deklariert werden und zur Erkennung und Wiedererkennung gleicher Analyten oder Analytengemische verwendet und in eine Substanzdatenbank eingetragen werden. Reference parameters for two- or three-dimensional spectra are declared and used for recognition and recognition of the same analyte or analyte mixtures and registered in a substance database.
Bei völlig unbekannten Analyten oder Analytengemischen kann es dabei von Vorteil sein, die Suchbereiche lückenlos aufeinanderfolgen zu lassen, da hier ggf. noch nicht In the case of completely unknown analytes or mixtures of analytes, it may be advantageous to have the search areas consecutively consecutive, since this may not be the case here
ersichtlich ist, welche Drift zeitIntervalle zur Bestimmung der Analyten bzw. des Analytengemischs den entscheidenden Beitrag liefern werden. It can be seen which drift time intervals for determining the analytes or the analyte mixture will make the decisive contribution.
Dabei ist es in einer besonderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Analyt oder das Analytengemisch vor Eintritt in das It is in a special variant of the according to the invention, that the analyte or the analyte mixture before entering the
Ionenmobilitätsspektrometer eine dem Ion mobility spectrometer a the
Ionenmobilitätsspektrometer vorgeschaltete Ion mobility spectrometer upstream
gaschromatographische Trenneinrichtung passiert. Gas chromatographic separator happens.
Voraussetzung dafür ist, dass sich der Analyt bzw. das Analytengemisch unzersetzt verdampfen lässt. Dies ermöglicht es, insbesondere bei Analyten oder Analytengemischen, deren Peaks bei direkter Nutzung eines  The prerequisite for this is that the analyte or the analyte mixture can be evaporated without decomposition. This makes it possible, especially for analytes or mixtures of analytes, whose peaks in direct use of a
Ionenmobilitätsspektrometers ohne vorgeschalteter Ion mobility spectrometer without upstream
gaschromatographischer Trenneinrichtung sehr nah zueinander lägen bzw. sich sogar teilweise überdeckten, die Peaklagen zeitlich besser zu differenzieren. Bei der anschließenden Bestimmung der Peaks wird die Tatsache, dass eine Gas chromatographic separator very close to each other or even partially overlapped, the time to better differentiate Peaklagen. In the subsequent determination of the peaks, the fact that a
gaschromatographische Trenneinrichtung vorgeschaltet wurde, natürlich berücksichtigt, wobei an dieser Stelle die Gas chromatographic separator was preceded, of course, taken into account at this point the
Gesamtretentionszeit herangezogen wird, die sich aus der Retentionszeit innerhalb der gaschromatographischen Total retention time is used, resulting from the retention time within the gas chromatographic
Trenneinrichtung und der Driftzeit durch das Separator and the drift time through the
Ionenmobilitätsspektrometer zusammensetzt. Die Temperatur und Druckverhältnisse in der gaschromatographischen Ion mobility spectrometer composed. The temperature and pressure conditions in the gas chromatographic
Trenneinrichtung können dabei zur Normalisierung der Separator can thereby to normalize the
Retentionszeitangaben verwendet werden. Retention times are used.
Wird eine gaschromatographische Trenneinrichtung dem If a gas chromatographic separator the the
Ionenmobilitätsspektrometer vorgeschaltet, so wird in der Regel während der Gesamtzeit der Analyse der IMS-Spektren die Verbindung zwischen der gaschromatographischen Ion mobility spectrometer upstream, it is usually during the total time of analysis of the IMS spectra, the connection between the gas chromatographic
Trenneinrichtung und dem Ionenmobilitätsspektrometer aufrechterhalten. In besonderen Fällen ist es jedoch auch möglich, entsprechend eines vorgegebenen Zeitplans die Separator and the ion mobility spectrometer maintained. In special cases, however, it is also possible, according to a given timetable
Verbindung zwischen der gaschromatographische Connection between the gas chromatographic
Trenneinrichtung und dem Ionenmobilitätsspektrometer zu trennen bzw. wieder herzustellen. Die erfindungsgemäße Lösung soll nun anhand von Anwendungsbeispielen und entsprechender Figuren erläutert werden . Separate separation device and the ion mobility spectrometer or restore. The solution according to the invention will now be based on Application examples and corresponding figures will be explained.
Die Fig. 1 zeigt den Aufbau eines typischen Fig. 1 shows the structure of a typical
Ionenmobilitätsspektrometers nach dem Stand der Technik, wie es jedoch für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann, Ion Mobility Spectrometer according to the prior art, however, as it can be used for the inventive method,
Fig. 2 zeigt das Problem der Zuordenbarkeit von IMS-Spektren bei Analytengemischen auf, wie es üblicherweise bei  Fig. 2 shows the problem of assignability of IMS spectra in analyte mixtures, as is usually in
Verfahren nach dem Stand der Technik besteht. Diese beiden Figuren, die auch der Illustration des Stands der Technik dienen, wurden bereits oben erläutert. Method according to the prior art. These two figures, which also serve to illustrate the state of the art, have already been explained above.
Fig. 3 zeigt zunächst ein typisches IMS - Spektrum eines Ionenmobilitätsspektrometers , 3 shows first a typical IMS spectrum of an ion mobility spectrometer,
Fig. 4 stellt ein IMS - Spektrum mit einem ausgeprägten Reaktionsionenpeak und die Differenzenquotienten erster und zweiter Ordnung nach der Wavelet - basierten Rauschreduktion und der Gruppenlaufzeitkorrektur sowie die daraus  4 shows an IMS spectrum with a pronounced reaction ion peak and the first and second order difference ratios after the wavelet-based noise reduction and the group delay correction as well as the thereof
berechneten und gekennzeichneten relativen Extremwerte dar, Fig. 5 zeigt eine Folge von Impulsantworten von Fig. 5 shows a sequence of impulse responses of
Tiefpassfiltern mit und ohne zeitdiskreten Allpassanteil, Die Figuren 6a bis 6c zeigen mögliche typische IMS-Spektren, wobei die Fig. 6a ein IMS-Spektrum mit dem als Maximalwert gekennzeichneten Reaktionsionenpeak, die Fig. 6b ein IMS- Spektrum mit einem ausgeformten und gekennzeichneten FIGS. 6a to 6c show possible typical IMS spectra, wherein FIG. 6a shows an IMS spectrum with the peak of the reaction ion peak, FIG. 6b shows an IMS spectrum with a formed and labeled IMS spectrum
Reaktionsionenpeak, der jedoch nicht das Maximum des IMS- Spektrums repräsentiert und Fig. 6c ein IMS-Spektrum mit einem gekennzeichneten Reaktionsionenpeak mit nicht Reaction ion peak, which does not represent the maximum of the IMS spectrum, and Fig. 6c does not show an IMS spectrum with a labeled reaction ion peak
detektierbarer Peakhöhe darstellt. represents detectable peak height.
Fig. 7 stellt ein IMS-Spektrum mit einem ausgeprägten  Fig. 7 shows an IMS spectrum with a pronounced
Reaktionsionenpeak und die Differenzenquotienten erster und zweiter Ordnung nach der Wavelet - basierten Rauschreduktion und der Gruppenlaufzeitkorrektur sowie die daraus Reaction ion peak and the first and second order difference quotients after the wavelet - based noise reduction and the group delay correction as well as the thereof
berechneten und gekennzeichneten relativen Extremwerte, bezogen auf die RIP - Position dar, calculated and marked relative extreme values, related to the RIP position,
Fig. 8 zeigt eine typische Tabelle mit den Schätzwerten für die Peakhalbwertsbreiten in Abhängigkeit von der Driftzeit des in Fig. 2 dargestellten IMS - Spektrums,  FIG. 8 shows a typical table with the estimates of the peak half-value widths as a function of the drift time of the IMS spectrum shown in FIG. 2, FIG.
Fig. 9 zeigt ein Diagramm mit den Driftzeiten von 9 shows a diagram with the drift times of
unbekannten Analyten bezogen auf die Lage des unknown analytes related to the location of the
Reaktionsionenpeaks , wobei für zwei ausgewählte Reaction ion peaks, where for two selected
Drift zeitintervalle messtechnisch die charakteristischen Parametern Peaklage und Peakhöhe ermittelt wurden, Drift time intervals were measured by the characteristic parameters peak position and peak height were determined
Fig. 10 zeigt ein Diagramm mit den Driftzeiten bekannter, in der Substanzdatenbank eingetragenen Analyten bezogen auf die Lage des Reaktionsionenpeaks , wobei für zwei ausgewählte Drift zeitintervalle die charakteristischen Parameter Fig. 10 shows a diagram with the drift times of known, registered in the substance database analytes based on the position of the reaction ion peak, wherein for two selected drift time intervals the characteristic parameters
Peaklage und Peakhöhe als Referenzwerte mit Toleranzangaben für die Peaklage dargestellt sind, Peaklage and peak height are shown as reference values with tolerances for the Peaklage,
Fig. 11 zeigt ein Diagramm mit den in Abhängigkeit von der Driftzeit des Reaktionsionenpeaks dargestellten  Fig. 11 is a diagram showing the response time depending on the drift time of the reaction ion peak
charakteristischen Parametern Peaklage und Peakhöhe sowie die entsprechenden Referenzwerte eines IMS-Einzelspektrums zu den Zeitpunkten T_retent_l und T_retent_2 für zwei ausgewählte Drift zeitintervalle, characteristic parameters Peaklage and peak height and the corresponding reference values of an IMS single spectrum at the times T_retent_l and T_retent_2 for two selected drift time intervals,
Fig. 12 zeigt die für beide Drift zeitintervalle getrennt berechnete Werte für die quadratische Euklidische Distanz im Ergebnis der Clusteranalyse zu zwei unterschiedlichen  FIG. 12 shows the values calculated separately for both drift time intervals for the quadratic Euclidean distance as a result of the cluster analysis for two different ones
Messzeitpunkten T_retent_l und T_retent_2, Measuring times T_retent_l and T_retent_2,
Fig. 13 zeigt fünf Diagramme mit den in Abhängigkeit von der auf den Reaktionsionenpeak bezogenen Driftzeit messtechnisch ermittelten charakteristischen Parametern Peaklage und  FIG. 13 shows five diagrams with the characteristic parameters Peaklage and., Which are determined metrologically as a function of the drift time related to the reaction ion peak
Peakhöhe für zwei ausgewählte Drift zeitintervalle zu Peak height for two selected drift time intervals too
unterschiedlichen Zeiten: different times:
Fig. 13a: Zeitpunkt T_n für zwei ausgewählte  Fig. 13a: time T_n for two selected
Drift zeitintervalle und den zum Zeitpunkt T_n-1 ermittelten charakteristischen Parameter als Referenzwerte,  Drift time intervals and the characteristic parameters determined at time T_n-1 as reference values,
Fig. 13b: Zeitpunkt T_n+1 für zwei ausgewählte Fig. 13b: time T_n + 1 for two selected
Drift zeitintervalle und den zum Zeitpunkt T_n ermittelten charakteristischen Parameter als Referenzwerte, Fig. 13c: Zeitpunkt T_n+2 für zwei ausgewählte Drift time intervals and those determined at time T_n characteristic parameters as reference values, FIG. 13c: time T_n + 2 for two selected ones
Drift zeitintervalle und den zum Zeitpunkt T_n+1 ermittelten charakteristischen Parameter als Referenzwerte, Drift time intervals and the characteristic parameters determined at time T_n + 1 as reference values,
Fig. 13d: Zeitpunkt T_n+3 für zwei ausgewählte Fig. 13d: time T_n + 3 for two selected
Drift zeitintervalle und den zum Zeitpunkt T_n+2 ermittelten charakteristischen Parameter als Referenzwerte,  Drift time intervals and the characteristic parameters determined at time T_n + 2 as reference values,
Fig. 13e: Zeitpunkt T_n+4 für zwei ausgewählte  Fig. 13e: time T_n + 4 for two selected
Drift zeitintervalle und den zum Zeitpunkt T_n+3 ermittelten charakteristischen Parameter als Referenzwerte,  Drift time intervals and the characteristic parameters determined at time T_n + 3 as reference values,
Die Fig. 14 zeigt die für beide Drift zeitintervalle getrennt berechnete Werte für die quadratische Euklidische Distanz im Ergebnis der Clusteranalyse zu fünf unterschiedlichen  FIG. 14 shows the values calculated separately for both drift time intervals for the quadratic Euclidean distance as a result of the cluster analysis for five different ones
Messzeitpunkten T_n bis T_n+4, Measuring times T_n to T_n + 4,
Die Fig. 15 stellt in einer Matrix die Zuordnung FIG. 15 shows the assignment in a matrix
detaillierter aufeinanderfolgender gleichartiger Muster je Drift zeitintervall bei einem kontinuierlich ablaufenden Messprozess eines unbenannten Analytengemisches dar, detailed consecutive similar pattern per drift time interval in a continuously running measuring process of an unnamed analyte mixture,
Die Tabelle der Fig. 16 verdeutlicht in Form einer Tabelle die Zuordnung der Spaltennummer j in Fig. 15 zum The table of FIG. 16 illustrates in the form of a table the assignment of the column number j in FIG
Drift zeitintervall t_j_min bis t_j_max, Drift time interval t_j_min to t_j_max,
und die Fig. 17 zeigt beispielhaft eine relative and FIG. 17 shows a relative example
Häufigkeitsverteilung . Bei einem bekannten, in Fig. 1 dargestellten, oben Frequency distribution. In a known, shown in Fig. 1, above
beschriebenen Ionenbeweglichkeitsspektrometer 1 werden durch Kopplung mit einer hier nur schematisch dargestellten gaschromatographischen Einrichtung, wie z.B. einer The ion mobility spectrometers 1 described above are coupled by coupling with a gas chromatographic device, shown only schematically here, e.g. one
Multikapillarsäule, bekannte, aus einer Folge von IMS - Spektren bestehende dreidimensionale Datenstrukturen erzeugt, die häufig in Form von hier ebenfalls nicht dargestellten IMS-Chromatogrammen angegeben werden. In Fig. 3 ist ein typisches IMS - Spektrum dargestellt. Die Multicapillary column, known, produced from a series of IMS - spectra existing three-dimensional data structures, which are often given in the form of IMS chromatograms, also not shown here. FIG. 3 shows a typical IMS spectrum. The
Umgebungsluft bzw. das Luft-Messproben-Gemisch gelangt in eine Ionenquelle und wird mittels eines schwach radioaktiven Betastrahlers, wie z. B. Tritium mit einer Aktivität von 50 MBq, ionisiert. Es entstehen positive Ionen aus Ambient air or the air-sample mixture enters an ion source and is by means of a weak radioactive Beta emitter, such. For example, tritium having an activity of 50 MBq is ionized. There are positive ions
Bestandteilen der Luft der Typen NH+, NO+, (H20)nH+, die den positiven Reaktionsionenpeak (RIP+) bilden. Negative Ionen vom Typ 02~ und (H20)~ m bilden den negativen Components of air of the types NH + , NO + , (H 2 0) nH + , which form the positive reaction ion peak (RIP + ). Negative ions of the type 0 2 ~ and (H 2 0) ~ m form the negative
Reaktionsionenpeak (RIP~) . Diese Ionen der Luft (RIP+) und (RIP~) sind im Ionenbeweglichkeitsspektrometer 1 ständig verfügbar . Jedes IMS - Spektrum der Messreihe wird so geglättet, dass aus dem Signal die Differenzenquotienten erster und zweiter Ordnung mit hinreichender Genauigkeit gebildet werden können. Fig. 4 zeigt ein IMS - Spektrum mit einem Reaction ion peak (RIP ~ ). These ions of air (RIP + ) and (RIP ~ ) are constantly available in ion mobility spectrometer 1. Each IMS spectrum of the measurement series is smoothed so that the difference ratios of the first and second order can be formed with sufficient accuracy from the signal. FIG. 4 shows an IMS spectrum with a
ausgeprägten Reaktionsionenpeak und den Verlauf der pronounced reaction ion peak and the course of
Differenzenquotienten erster und zweiter Ordnung, die nach einem Wavelet - basierten Rauschreduktionsverfahren und einer aufwandsoptimierten adaptiven Glättung mit First and second order difference quotients, which are based on a wavelet - based noise reduction method and an effort - optimized adaptive smoothing with
Gruppenlaufzeitkorrektur und Nulllinienkorrektur und sowie die daraus berechneten und gekennzeichneten relativen Group delay correction and zero-line correction and, as well as the calculated and labeled relative
Extremwerte. Extreme values.
Die Rauschreduktion mittels Wavelet - Thresholding führt zu einem Anstieg der „Kantigkeit" des rauschgeminderten IMS- Messsignals, die sich aus Aufwandsgründen zweckmäßigerweise durch eine Tiefpassfilterung mittels einer zeitdiskretenThe noise reduction by means of wavelet thresholding leads to an increase in the "angularity" of the noise-reduced IMS measurement signal, which, for reasons of cost, expediently results from a low-pass filtering by means of a time-discrete
Faltung des rauschgeminderten IMS-Signals mit einer aus dem Tiefpass ableitbaren Impulsantwort realisieren lässt. In Abhängigkeit von den aus dem Wavelet-Thresholding Folding the noise-reduced IMS signal can be realized with a derivable from the low-pass impulse response. Depending on the wavelet thresholding
ableitbaren Signaleigenschaften erfolgt adaptiv die Auswahl einer jeweils geeigneten Impulsantwort. Zweckmäßigerweise werden Impulsantworten verwendet, in die zusätzlich derivable signal properties adaptively selects a suitable impulse response. Expediently, impulse responses are used in addition to
Phasenfrequenzgänge eingerechnet wurden, die eine Phase frequency responses were included, the one
Gruppenlaufzeitkorrektur bewirken und damit die linearen Verzerrungen von Antialiasing-Filtern und anderer Vorstufen kompensieren. Überraschenderweise führt die zusätzliche Gruppenlaufzeitkorrektur nur zu einem unbedeutend höheren numerischen Aufwand. Fig. 5 zeigt beispielhaft Perform group delay correction to compensate for the linear distortion of antialiasing filters and other precursors. Surprisingly, the extra leads Group delay correction only to a slightly higher numerical effort. Fig. 5 shows by way of example
Impulsantworten von Digitalen Tiefpassfiltern mit und ohne zeitdiskreten Allpassanteil. Impulse responses of digital low-pass filters with and without discrete-time all-pass component.
Die RIP - Position lässt sich vorteilhaft nach einem The RIP position can be advantageous after a
adaptiven Verfahren für beliebige Amplituden maschinell bestimmen. Zweckmäßigerweise ist zwischen ausgeformten und teilweise verdeckten Peaks zu unterscheiden und die machine adaptive methods for arbitrary amplitudes. It is expedient to distinguish between shaped and partially hidden peaks and the
Peakposition des Maximalwertes zu ermitteln. Innerhalb eines jeweils festzulegenden Toleranzbereiches, der temperatur- und druckabhängig korrigiert wird, ist die RIP-Position festzulegen, wobei dies gewichtet nach der Peakhöhe und dem Ausformungsgrad des Peaks geschieht. Zusätzlich erfolgt eine gleitende Mittelwertbildung der berechneten Peakpositionen, die bei verschwindender Amplitude temperatur- und Peak position of the maximum value to determine. Within a tolerance range to be determined in each case, which is corrected for temperature and pressure, the RIP position has to be defined, whereby this is done weighted according to the peak height and the degree of peak shaping. In addition, a moving averaging of the calculated peak positions, the temperature and vanishing amplitude occurs
druckkorrigiert als RIP - Position definiert wird. Fig. 6a bis 6c zeigen beispielhaft das Verfahren für jeweils verschiedene Qualitäten des Reaktionsionenpeaks : Während in dem IMS-Spektrum der Fig. 6a der Reaktionsionenpeak corrected for pressure is defined as RIP position. FIGS. 6a to 6c show by way of example the method for different qualities of the reaction ion peak: While in the IMS spectrum of FIG. 6a the reaction ion peak
gleichzeitig den Maximalwert des Spektrums darstellt, ist der Reaktionsionenpeak im IMS-Spektrum der Fig. 6b zwar noch ausgeformten, aber besitzt eine nur sehr geringe Peakhöhe, und im IMS-Spektrum der Fig. 6c ist der Reaktionsionenpeak nicht mehr detektierbar , so dass auf eine berechnete Lage des Reaktionsionenpeaks zurückgegriffen werden muss, die entsprechend in dem Diagramm gekennzeichnet ist. Although the maximum of the spectrum represents the maximum value of the spectrum, the reaction ion peak in the IMS spectrum of Fig. 6b is still formed, but has only a very low peak height, and in the IMS spectrum of Fig. 6c, the reaction ion peak is no longer detectable, so that calculated position of the reaction ion peak, which is marked accordingly in the diagram.
Die RIP - Position bildet eine geeignete Bezugsbasis für die druck-, temperatur- und Geräteparameterbezogene normierte Darstellung der messtechnisch erfassten charakteristischen Parameter der Analyten Peakposition und Peakamplitude im IMS - Spektrum in Fig. 7. Zur Bestimmung der The RIP position forms a suitable reference basis for the standardized pressure, temperature and device parameter related representation of the metrologically recorded characteristic parameters of the analyte peak position and peak amplitude in the IMS spectrum in FIG
Analytenkonzentration werden die aus der jeweiligen Peakhöhe und dem Wert des Differenzenquotienten zweiter Ordnung berechneten Schätzwerte für die Peakhalbwertsbreiten benötigt, die hier in der Tabelle in Fig. 8 eingetragen sind. Der Schätzwert für die Peakhalbwertsbreite ergibt sich für Gaußimpulse und Kosinusquadratimpulse analytisch aus der Beziehung t_HW = b * sqrt ( u(n) / u" (n) ) (9) mit 2.22 < b < 2.355, wobei sich die beiden Grenzwerte von b jeweils aus den Analyte concentration are those from the respective peak height and the value of the difference quotient second order calculated estimates for the peak half-value widths, which are entered here in the table in Fig. 8. The estimate for the peak half-width is obtained analytically for Gaussian pulses and cosine square pulses from the relationship t_HW = b * sqrt (u (n) / u "(n)) (9) with 2.22 <b <2.355, where the two limit values of b in each case from the
Abschätzungen auf Basis von Kosinusquadratimpulsen bzw. Estimates based on cosine square pulses or
Gaußimpulsen ergeben. Die einzelnen Vorverarbeitungsschritte führen dazu, Gaussian pulses result. The individual preprocessing steps lead to
Datensätze zu erzeugen, die erfindungsgemäß mit wenigen Angaben nahezu ohne Verlust an Messinformationen sowie unter Berücksichtigung der Messbedingungen und aktueller  To produce records that according to the invention with little information almost no loss of measurement information and taking into account the measurement conditions and current
Geräteparameter das jeweilige aktuelle IMS - Spektrum sowie alle davor erfassten und zum Datensatz gehörenden IMS - Spektren hinreichend beschreiben. Device parameters sufficiently describe the respective current IMS spectrum as well as all previously acquired IMS spectra belonging to the data set.
Erfindungsgemäß wird die IMS-typische Driftzeit in eine wählbare Anzahl von Drift zeitIntervallen gleicher oder unterschiedlicher Intervallbreite aufgeteilt und die According to the invention, the IMS-typical drift time is divided into a selectable number of drift time intervals of the same or different interval width and the
Analytenidentifizierung mittels Mustererkennung unmittelbar aufeinanderfolgend für jedes Drift zeitintervall getrennt durchgeführt. Dazu erfolgt ein Vergleich der für das  Analyte identification by means of pattern recognition immediately consecutively performed separately for each drift time interval. For this purpose, a comparison of the for the
Drift zeitintervall relevanten charakteristischen Parameter der aktuellen IMS-Messung mit entsprechenden Drift time interval relevant characteristic parameters of the current IMS measurement with appropriate
Referenzparametern unter Berücksichtigung zulässiger  Reference parameters taking into account allowable
Toleranzbereiche. In Fig. 9 sind bei Annahme von zwei Tolerance ranges. In Fig. 9, assuming two
Drift zeitintervallen 1 und 2 die charakteristischen Drift time intervals 1 and 2 the characteristic
Parameter der aktuellen Messung zum Zeitpunkt T_retent_l dargestellt. Fig 10 zeigt beispielhaft die entsprechenden, von T_retent_l unabhängigen Referenzparameter mit Kennzeichnung der Parameters of the current measurement at time T_retent_l shown. FIG. 10 shows, by way of example, the corresponding reference parameters independent of T_retent_l and labeled with
zulässigen Toleranzbereiche für die Peaklage. permissible tolerance ranges for the peak position.
Fig.11 zeigt die entsprechenden Verhältnisse zu einem Fig.11 shows the corresponding ratios to a
Zeitpunkt T_retent_2 im Vergleich zum Zeitpunkt T_retent_l . In diesem Falle besteht keine Musterkonformität im Time T_retent_2 compared to time T_retent_l. In this case, there is no pattern conformity in
Drift zeitintervall Dl, im Gegensatz dazu ist eine Drift time interval Dl, in contrast, is one
Musterübereinstimmung im Drift zeitintervall D2 gegeben. Pattern match given in drift time interval D2.
In Fig. 12 sind dann die berechneten Werte für die relative quadratische Euklidische Distanz der für die beiden  In Fig. 12, then, the calculated values for the relative square Euclidean distance are those for the two
Drift zeitintervalle Dl und D2 getrennt durchgeführten Drift time intervals Dl and D2 performed separately
Clusteranalyse angegeben. Beispielhaft wird für das Cluster analysis specified. Exemplary becomes for the
Drift zeitintervall Dl eine gute Übereinstimmung zwischen den Mess- und den Referenzparametern der Fig. 10 für die Drift time interval Dl a good match between the measurement and the reference parameters of FIG. 10 for the
Retentionszeit T_retent_l diagnostiziert, im Retention time T_retent_l diagnosed, im
Drift zeitintervall D2 besteht keine oder nur eine geringe Ähnlichkeit . Drift time interval D2 has no or only a small similarity.
Ebenfalls in Fig. 12 sind die für den Zeitpunkt T_retent_2 berechneten Werte für die relative quadratische Euklidische Distanz der für die beiden Drift zeitintervalle Dl und D2 getrennt durchgeführten Clusteranalyse angegeben. Also shown in FIG. 12 are the values for the relative quadratic Euclidean distance, calculated for the time T_retent_2, of the cluster analysis performed separately for the two drift time intervals D1 and D2.
Beispielhaft wird für das Drift zeitintervall D2 eine gute Übereinstimmung zwischen den Mess- und den By way of example, for the drift time interval D2 a good match between the measuring and the
Referenzparametern diagnostiziert, im Drift zeitintervall Dl besteht keine oder nur eine geringe Ähnlichkeit.  Reference parameters diagnosed in the drift time interval Dl is no or only a small similarity.
Die Retentionszeitdifferenz für die den Mustern in den The retention time difference for the patterns in the
Drift zeitbereichen Dl und D2 zuzuordnenden Analyten ist durch die Beziehung Drift time domains Dl and D2 to be assigned analyte is determined by the relationship
Delta_T_retent_2, 1 = T_retent_2 - T_retent_l (10) gegeben. Retentionszeiten bzw. Retentionszeitdifferenzen lassen sich über die Berücksichtigung der Betriebstemperatur in der gaschromatographischen Trenneinrichtung korrigieren bzw. normalisieren. Des weiteren können die Ergebnisse der Clusteranalyse, die auf den verwendeten charakteristischen Parametern beruhen, mit entsprechenden Einträgen zur Drift- und Retentionszeit verglichen werden und bei Übereinstimmung die entsprechenden Analyten identifiziert werden. Zudem kann aus der Peakhöhe oder aus der Peakfläche, die näherungsweise durch Delta_T_retent_2, 1 = T_retent_2 - T_retent_l (10). Retention times or retention time differences can be corrected or normalized by taking into account the operating temperature in the gas chromatographic separator. Furthermore, the results of the cluster analysis, which are based on the characteristic parameters used, can be compared with corresponding entries for the drift and retention time and, if they match, the corresponding analytes can be identified. In addition, from the peak height or from the peak area, the approximately by
Produktbildung aus der Peakhöhe und der Peakhalbwertsbreite bestimmt wird, die Analytenkonzentration abgeschätzt werden.  Product formation from the peak height and the peak half width is determined, the analyte concentration are estimated.
Dabei können aus laufenden Messreihen bekannter Analyten oder Analytengemische charakteristische Parameter von In this case, characteristic parameters of. Can be determined from current series of known analytes or analyte mixtures
Referenz-Spektren selektiert werden, die mehrfach Reference spectra are selected, the multiple
aufeinanderfolgende IMS - Spektren mit gleichen successive IMS spectra with the same
Clustermerkmalen unter Berücksichtigung der aktuellen Cluster features taking into account the current
Messbedingungen zugeordnet werden können und daher Measuring conditions can be assigned and therefore
entsprechende Referenzparameter für zwei- oder corresponding reference parameters for two- or
dreidimensionale Spektren darstellen. Als solche können sie auch für Einträge in eine Substanzdatenbank verwendet werden . Fig. 13a bis 13e zeigt Diagramme mit den in Abhängigkeit von der Driftzeit gemessenen charakteristischen Parameter represent three-dimensional spectra. As such, they can also be used for entries in a substance database. FIGS. 13a to 13e show diagrams with the characteristic parameters measured as a function of the drift time
Peaklage und Peakhöhe für verschiedene Zeitpunkte T_retent_n = T_n bis T-retent_n+4 = T_n+4 für zwei ausgewählte Peak position and peak height for different times T_retent_n = T_n to T-retent_n + 4 = T_n + 4 for two selected ones
Drift zeitintervalle Dl und D2. Drift time intervals Dl and D2.
Mehrfach zeitlich aufeinander folgende Auftragungen der relativen quadratischen Euklidischen Distanz zur Multiple successive plots of the relative quadratic Euclidean distance to
Musterübereinstimmung in gleichen Drift zeitintervallen in Fig. 14 beinhalten die Aussage, dass diese IMS-Spektren bezüglich der Drift zeitintervalle Referenzspektren darstellen und weisen daher den entsprechenden gemessenen Informationsparametern die Eigenschaft als Referenzparameter zu . Aus laufenden Messreihen eines unbekannten Analyten oder Analytengemisches können des weiteren charakteristische Parameter einer wählbaren Anzahl vorteilhafterweise Pattern matching at equal drift time intervals in Figure 14 implies that these IMS spectra are time-interval reference spectra with respect to drift represent and therefore assign to the corresponding measured information parameters the property as a reference parameter. From current measurement series of an unknown analyte or analyte mixture further characteristic parameters of a selectable number can advantageously
lückenlos aufeinanderfolgender Suchbereiche gleicher oder unterschiedlicher Intervallbreite, also der gapless successive search areas of the same or different interval width, ie the
Drift zeitintervalle, unter Beachtung der Messbedingungen selektiert und im Falle mehrfach unmittelbar Drift time intervals, selected in accordance with the measurement conditions and in case of multiple immediate
aufeinanderfolgender IMS-Spektren mit bereichsspezifischen gleichartigen Clustermerkmalen in einem oder mehreren successive IMS spectra with domain-specific similar cluster features in one or more
Suchbereichen, diese Suchbereiche als Referenzsuchbereiche für den Analyten oder das Analytengemisch festgelegt werden. Diese entsprechenden charakteristischen Parameter können dann als Referenzparameter für dreidimensionale oder im Sonderfall für zweidimensionale Spektren deklariert werden und für Einträge in eine Substanzdatenbank zur Search ranges, these search ranges are defined as reference search ranges for the analyte or the analyte mixture. These corresponding characteristic parameters can then be declared as reference parameters for three-dimensional or in special cases for two-dimensional spectra and for entries in a substance database for
Wiedererkennung gleicher Analyten oder Analytengemische verwendet werden. Recognition of the same analyte or analyte mixtures can be used.
So zeigt die Fig. 15 zeigt in Form einer Matrix die Thus, FIG. 15 shows in the form of a matrix the
Zuordnung detaillierter aufeinanderfolgender gleichartiger Muster je Drift zeitintervall bei einem kontinuierlich ablaufenden Messprozess eines unbenannten Analytengemisches. Assignment of detailed successive similar patterns per drift time interval in a continuous measuring process of an unnamed analyte mixture.
Das jeweilige IMS-Spektrum entspricht der Zeilennummer i, die Spaltennummer j charakterisiert das Drift zeitintervall innerhalb des IMS-Spektrums . The respective IMS spectrum corresponds to the line number i, the column number j characterizes the drift time interval within the IMS spectrum.
Die Fig. 16 verdeutlicht in Form einer Tabelle die Zuordnung der Spaltennummer j in Fig. 15 zum Drift zeitintervall t_j_min bis t_j_max. FIG. 16 illustrates in the form of a table the assignment of the column number j in FIG. 15 to the drift time interval t_j_min to t_j_max.
Die Matrixelemente m_ij in Fig. 15 geben die Anzahl The matrix elements m_ij in Fig. 15 indicate the number
unmittelbar aufeinanderfolgender IMS-Spektren an, denen innerhalb eines Drift zeitIntervalls j gleiche Muster im Ergebnis der Clusteranalyse zugeordnet werden können. immediately following IMS spectra, which within a drift time interval, j can be assigned the same patterns as a result of the cluster analysis.
Beispielhaft lassen sich den Spektren i=3 bis i=20 bezüglich des Drift zeitintervalls j=7 gleiche Muster zuordnen, die aus den für dieses Drift zeitintervall ermittelten By way of example, the spectra i = 3 to i = 20 with respect to the drift time interval j = 7 can be assigned identical patterns, which are determined from the time interval for this drift interval
charakteristischen Parametern abgeleitet werden, daher wird hier beispielhaft den Matrixelementen m_3 7 bis m_20 7 der Wert 18 zugeordnet. Die durch Bildung der Spaltensummen realisierbare Ermittlung der Häufigkeit bestimmt die Auswahl von relevanten characteristic parameters are derived, therefore, the value of 18 is assigned here by way of example to the matrix elements m_3 7 to m_20. The determination of the frequency that can be realized by forming the column sums determines the selection of relevant ones
Drift zeitintervallen für das unbenannte Analytengemisch . Die Fig. 17 zeigt beispielhaft eine gewichtete relative Drift time intervals for the unnamed analyte mixture. Fig. 17 shows by way of example a weighted relative
Häufigkeitsverteilung, die dem Drift zeitintervall j=7 eine hohe Relevanz zuweist. Frequency distribution, which assigns a high relevance to the drift time interval j = 7.
Die in den relevanten Drift zeitintervallen detektieren charakteristischen Parameter werden dem Analytengemisch dann als Referenzparameter zugewiesen und ermöglichen damit die Wiedererkennung gleichartiger Analytengemische. The characteristic parameters which are detected in the relevant drift time intervals are then assigned to the analyte mixture as reference parameters and thus enable the recognition of similar analyte mixtures.
Verfahren für die lonenmobilitatsspektrometrie Method for ion mobility spectrometry
Bezugzeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
I Ionenmobilitätsspektrometer I ion mobility spectrometer
2 Gaseinlass 2 gas inlet
3 Gasauslass  3 gas outlet
4 Driftgaseinlass  4 drift gas inlet
5 Analytenmoleküle  5 analyte molecules
6 Reaktionsionen  6 reaction ions
7 ionisierte Analytenmoleküle 7 ionized analyte molecules
8 Transportgas  8 transport gas
9 Flussrichtung des Inert-Gases  9 Flow direction of the inert gas
10 Ionenquelle  10 ion source
II Driftröhre  II drift tube
12 Detektor 12 detector
13 Membraneinlass  13 membrane inlet
14 Steuergitter  14 control grid
15 externe Hilfsapparaturen (Ventile, Pumpe, Flussmesser] 15 external auxiliary equipment (valves, pump, flow meter)
16 gaschromatographische Trenneinrichtung 16 gas chromatographic separator

Claims

Verfahren für die lonenmobilitatsspektrometrie Method for ion mobility spectrometry
Patentansprüche 1. Verfahren der Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS), bei dem1. Method of ion mobility spectrometry (IMS), in which
- ein bekanntes Gas oder Gasgemisch im a known gas or gas mixture in the
Ionenmobilitätsspektrometer (1) ionisiert wird und damit die Reaktionsionen (6) bildet,  Ion mobility spectrometer (1) is ionized and thus forms the reaction ions (6),
- ein Analyt bzw. ein Gemisch mehrerer Analyten, also ein zu analysierender Stoff oder ein entsprechendes Stoffgemisch, gegebenenfalls mittels eines Trägergases, im  an analyte or a mixture of several analytes, ie a substance to be analyzed or a corresponding mixture of substances, if appropriate by means of a carrier gas, in
In ektionsbereich eines Ionenmobilitätsspektrometers (1) eingeleitet wird und entweder ebenfalls direkt ionisiert wird oder aber ein Ladungstransfer von den Reaktionsionen (6) zu den Atomen bzw. Molekülen des zu analysierenden In the ionization range of an ion mobility spectrometer (1) is initiated and either also directly ionized or a charge transfer of the reaction ions (6) to the atoms or molecules of the analyzed
Analyten (5) stattfindet, Analyte (5) takes place,
- das Reaktionsionen- (5) und positiv oder negativ geladenen Analytengemisch den Driftbereich zwischen den Injektionsund den Detektionsbereich des Ionenmobilitätsspektrometers (1) durchwandert,  the reaction ion (5) and positively or negatively charged analyte mixture passes through the drift region between the injection and the detection region of the ion mobility spectrometer (1),
- eine zeitabhängige Messreihe von IMS-Spektren dieses Reaktionsionen- (5) und positiv oder negativ geladenen  a time-dependent series of measurements of IMS spectra of this reaction ion (5) and positively or negatively charged
Analytengemischs im Detektionsbereich des Analyte mixture in the detection range of
Ionenmobilitätsspektrometers aufgenommen wird, Ion mobility spectrometer is recorded,
- die IMS-Spektren der Messreihe so analysiert werden, dass qualitative und/oder quantitative Aussagen bezüglich des zu Analyten oder Analytengemischs gegeben werden, the IMS spectra of the measurement series are analyzed in such a way that qualitative and / or quantitative statements regarding the analyte or analyte mixture are given,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- aus jedem IMS - Spektrensignal der Messreihe in einem Vorverarbeitungsschritt eine adaptiven Glättung und Gruppenlaufzeitent zerrung durchgeführt wird und Differenzenquotienten erster und zweiter Ordnung gebildet werden, from each IMS spectral signal of the measurement series, in one preprocessing step, an adaptive smoothing and Group delay equalization is performed and first and second order difference quotients are formed,
- hieraus für jeden Peak seine Lage, seine Höhe und seine Halbwertsbreite als den Peak beschreibende,  from this for each peak its position, its height and its half width as the peak descriptive,
charakteristische Parameter ermittelt werden, characteristic parameters are determined
- die charakteristischen Parameter Peaklage, Peakhöhe und Peakhalbwertsbreite unter Beachtung der aktuellen  - the characteristic parameters peak position, peak height and peak half width, taking into account the current one
Messbedingungen normalisiert werden, Normalized measuring conditions,
- eine Identifizierung der Analyten aus den normalisierten, die Peaks beschreibenden charakteristischen Parametern für die zum aktuellen Zeitpunkt bekannten Spektrenfolgen mittels eines Verfahrens zur Mustererkennung durchgeführt wird. - An identification of the analytes from the normalized, describing the peak characteristic parameters for the currently known spectra sequences is performed by a pattern recognition method.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes IMS-Einzelspektrum zunächst eine Wavelet-basierte Glättung und nachfolgend eine vom Thresholding-Ergebnis zur Rauschreduktion abhängige, adaptive digitale Filterung zur Glättung und Gruppenlaufzeitentzerrung durchgeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that for each IMS single spectrum first a wavelet-based smoothing and then a dependent of Thresholding result for noise reduction, adaptive digital filtering for smoothing and group delay equalization is performed.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Reaktionsionenpeaks druck- und 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the position of the reaction ion peak pressure and
temperaturabhängig erfasst wird und im Falle des temperature dependent is detected and in the case of
vollständigen Verschwindens des Reaktionsionenpeaks über einen begrenzten Zeitraum dieser durch einen aktuellen temperatur- und druckkorrigierten gleitenden Mittelwert ersetzt wird. complete disappearance of the reaction ion peak over a limited period of time this is replaced by a current temperature and pressure corrected moving average.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Peakpositionen in Form eines Differenzabstandes zum Reaktionenpeak angegeben werden und dieser Differenzabstand ebenfalls einer Druck - und Temperaturkorrektur unterzogen wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the determined peak positions are given in the form of a difference distance to the reaction peak and this difference distance is also subjected to a pressure and temperature correction.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenvolumen im Analyseverfahren dadurch reduziert wird, dass die Mustererkennung in den IMS- Einzelspektren auf die Parameter Peaklage, Peakhöhe und Peakhalbwertsbreite sowie auf eine wählbare Anzahl von 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the data volume in the analysis method is reduced by the fact that the pattern recognition in the individual IMS spectra on the parameters Peaklage, peak height and peak half width and a selectable number of
Suchbereichen gleicher oder unterschiedlicher Search areas of the same or different
Intervallbreite innerhalb der Driftzeit, den sogenannten Drift zeitintervallen, beschränkt wird.  Interval width within the drift time, the so-called drift time intervals is limited.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Bestimmung der 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the respective determination of
Gesamtretentionszeit eines Analyten, also der Zeit, die der entsprechende Analyt für seine Wanderung von einem  Total retention time of an analyte, ie the time that the corresponding analyte for its migration of one
definierten Startort, dem In ektionsort, der sich entweder innerhalb des Ionenmobilitätsspektrometers oder aber in einer dem Ionenmobilitätsspektrometer vorgeschalteten defined starting location, the In ektionsort located either within the ion mobility spectrometer or in an ion mobility spectrometer upstream
Vorrichtung befindet, bis zum Detektionsort benötigt, unter Echt zeitbedingungen dadurch realisiert wird, dass  Device is required to the detection site under real time conditions is realized that
- eine zeitlich aufeinanderfolgende Bewertung aller  - a timely evaluation of all
Suchbereiche eines jeden IMS-Einzelspektrums mittels einer auf den jeweiligen Suchbereich bezogenen Clusteranalyse erfolgt, wobei die an geeigneter Stelle gemessenen Search ranges of each IMS single spectrum by means of a cluster based on the respective search area cluster analysis, where measured at a suitable location
Temperatur- und Druckverhältnisse zur Normalisierung der Retentionszeitangaben verwendet werden, Temperature and pressure ratios are used to normalize the retention times,
- dieses Verfahren auf eine in definierten Zeitabständen erfasste Folge von IMS-Spektren wiederholt angewendet wird.  - This method is repeatedly applied to a detected at defined intervals sequence of IMS spectra.
7. Verfahren nach einem der Anspruch 6, dadurch 7. The method according to any one of claim 6, characterized
gekennzeichnet, dass die Zeitabstände der Erfassung der Folge von IMS-Spektren äquidistant sind. characterized in that the time intervals of the detection of the sequence of IMS spectra are equidistant.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse der Clusteranalyse mit bekannten 8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the results of the cluster analysis with known
Einträgen in einer Substanzdatenbank zur Drift- bzw. Entries in a substance database for drift or
Retentionszeit verglichen werden und Retention time can be compared and
- bei Übereinstimmung die entsprechenden Analyten identifiziert werden, - if they match, the corresponding analytes be identified,
- aus der Peakhöhe oder aus der aus Peakhöhe und  from the peak height or from the peak height and
Peakhalbwertsbreite näherungsweise berechneten Peakfläche die jeweilige Analytenkonzentration abgeschätzt wird. Peak half-value width approximately calculated peak area the respective analyte concentration is estimated.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Messreihen mit bekannten Analyten oder Analytengemischen durchgeführt werden, 9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that series of measurements are carried out with known analytes or analyte mixtures,
- in den analytentypischen Suchbereichen der erhaltenen Spektren die charakteristischen Parameter bestimmt und ausgewählt werden,  the characteristic parameters are determined and selected in the search areas of the obtained spectra typical for the analytical field,
- für mehrfach aufeinanderfolgende IMS-Spektren mit gleichen Clustermerkmalen in einem oder mehreren Suchbereichen und unter Berücksichtigung der realen Messbedingungen diese Sätze von für die jeweiligen Analyten oder Analytengemische charakteristischen Parametern als Referenzparametersätze für zwei- oder dreidimensionale Spektren deklariert und in eine Substanzdatenbank eingetragen werden.  - For multiple consecutive IMS spectra with the same cluster characteristics in one or more search areas and taking into account the real measurement conditions, these sets of characteristic for the respective analyte or analyte mixtures parameters as reference parameter sets for two- or three-dimensional spectra declared and registered in a substance database.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Messreihen mit unbekannten Analyten oder Analytengemischen durchgeführt werden, 10. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that series of measurements are carried out with unknown analytes or analyte mixtures,
- deren charakteristische Parameter in einer ausgewählten Anzahl von Suchbereichen gleicher oder unterschiedlicher Intervallbreite, den Drift zeitIntervallen, unter  their characteristic parameters in a selected number of search areas of the same or different interval width, the drift time intervals, below
Berücksichtigung der realen Messbedingungen bestimmt und selektiert werden, Considering and selecting the real measuring conditions,
- für mehrfach unmittelbar aufeinanderfolgende IMS-Spektren mit bereichsspezifischen gleichartigen Clustermerkmalen in einem oder mehreren Suchbereichen, diese Suchbereiche als Referenzsuchbereiche für den Analyten oder das  for multiple directly consecutive IMS spectra with area-specific similar cluster features in one or more search areas, these search areas as reference search areas for the analyte or the
Analytengemisch festgelegt werden, Be determined analyte mixture,
die entsprechenden charakteristischen Parameter als Referenzparameter für zwei- oder dreidimensionale Spektren deklariert werden, - zur Erkennung und Wiedererkennung gleicher Analyten oder Analytengemische verwendet und in eine Substanzdatenbank eingetragen werden. the corresponding characteristic parameters are declared as reference parameters for two- or three-dimensional spectra, - be used for the detection and recognition of the same analytes or mixtures of analytes and registered in a substance database.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gewählten Suchbereiche lückenlos aufeinanderfolgen. 11. The method according to claim 10, characterized in that the selected search areas follow each other without gaps.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Analyt oder das Analytengemisch vor Eintritt in das Ionenmobilität sspektrometer (1) eine dem Ionenmobilität sspektrometer (1) vorgeschaltete 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the analyte or the analyte mixture prior to entry into the ion mobility sspektrometer (1) an ion mobility sspektrometer (1) upstream
gaschromatographische Trenneinrichtung (16) passiert. Gas chromatographic separator (16) happens.
PCT/EP2011/060000 2010-06-17 2011-06-16 Method for ion mobility spectrometry WO2011157781A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112011102013.9T DE112011102013B4 (en) 2010-06-17 2011-06-16 Method for ion mobility spectrometry

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010030254 2010-06-17
DE102010030254.6 2010-06-17
DE102010063990.7 2010-12-22
DE102010063990 2010-12-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011157781A1 true WO2011157781A1 (en) 2011-12-22

Family

ID=44358163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/060000 WO2011157781A1 (en) 2010-06-17 2011-06-16 Method for ion mobility spectrometry

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE112011102013B4 (en)
WO (1) WO2011157781A1 (en)

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013100693A1 (en) 2012-01-24 2013-07-25 Step Sensortechnik Und Elektronik Pockau Gmbh Method for ion mobility spectrometry, involves determining and normalizing peaks and parameters that characterize and depict peak for its position from each ion mobility spectrometry-reference spectrum of reference-measuring series
CN103868981A (en) * 2012-12-12 2014-06-18 中国科学院大连化学物理研究所 Method for qualitative identification of one or more than two specific substances in sample
CN103884767A (en) * 2012-12-21 2014-06-25 中国科学院大连化学物理研究所 Method for improvement of ion mobility spectrometer identification detection performance
CN104111281A (en) * 2013-04-18 2014-10-22 中国科学院大连化学物理研究所 Method for rapidly analyzing plasticizer in wine
CN106198702A (en) * 2015-05-06 2016-12-07 中国科学院大连化学物理研究所 A kind of method of drugs in quick detection saliva
CN106527169A (en) * 2017-01-20 2017-03-22 深圳大图科创技术开发有限公司 Intelligent home control system based on Bluetooth
CN107463955A (en) * 2017-08-01 2017-12-12 上海理工大学 The high temperature non-uniform gas multidimensional solver generation method of model-based clustering analysis
CN107483265A (en) * 2017-09-11 2017-12-15 国网辽宁省电力有限公司 A kind of network traffics dynamic prediction method and system based on wavelet analysis
CN110678121A (en) * 2017-05-24 2020-01-10 B·布莱恩·梅尔松根股份公司 Analysis device for analysing exhaled air
CN111024799A (en) * 2019-12-19 2020-04-17 中国科学院合肥物质科学研究院 Ion mobility spectrometer for real-time online monitoring of volatile organic compounds
CN111141860A (en) * 2019-12-19 2020-05-12 中国农业科学院茶叶研究所 Green tea aroma dynamic fingerprint analysis and aroma type discrimination method based on ion mobility spectrometry
CN111443371A (en) * 2020-04-20 2020-07-24 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 Method for judging peak drift of radionuclide in seawater
CN111585663A (en) * 2020-04-20 2020-08-25 杭州华立电力系统工程有限公司 Method for reproducing low-voltage power line carrier communication characteristic interference noise
CN111693625A (en) * 2020-06-23 2020-09-22 中山市食品药品检验所 GC-IMS-based method for identifying adulterants in cubilose and application
US10866221B2 (en) 2016-10-14 2020-12-15 Micromass Uk Limited Gas chromatography with vacuum ultra-violet detector and mass spectrometer or ion mobility spectrometer
CN112098502A (en) * 2020-09-15 2020-12-18 中国科学院空天信息创新研究院 Detection method for calibrating ion mobility spectrometer by utilizing multiple ion peaks
CN112782320A (en) * 2021-02-24 2021-05-11 广东省药品检验所(广东省药品质量研究所、广东省口岸药品检验所) Method for identifying bupleurum chinense and Tibetan bupleurum chinense and application thereof
CN113610817A (en) * 2021-08-11 2021-11-05 贵州中烟工业有限责任公司 Characteristic peak identification method, computing device and storage medium
WO2021233210A1 (en) * 2020-05-18 2021-11-25 同方威视技术股份有限公司 Trace detection device
CN114062585A (en) * 2020-08-04 2022-02-18 戴安公司 Peak distribution for identification of analytes in chromatograms
CN114113391A (en) * 2021-11-24 2022-03-01 贵州中烟工业有限责任公司 Method for detecting content of expansion medium
CN114694771A (en) * 2020-12-31 2022-07-01 清华大学 Sample classification method, training method of classifier, device and medium

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007056488A1 (en) * 2005-11-07 2007-05-18 Sionex Corporation Method and apparatus for ion mobility based sample analysis
WO2008002727A2 (en) * 2006-06-26 2008-01-03 General Electric Company Methods for analyzing ion mobility data
DE102007059461A1 (en) 2007-12-03 2009-06-04 Gesellschaft zur Förderung der Analytischen Wissenschaften e.V. Method for evaluating analyte-related signals from an IMS chromatogram recorded by ion mobility spectrometry

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2091279A1 (en) * 1993-03-09 1994-09-10 Donald B. Fulton Method of producing a gas chromatogram
US7381944B2 (en) * 2004-04-28 2008-06-03 Sionex Corporation Systems and methods for ion species analysis with enhanced condition control and data interpretation
US6815668B2 (en) * 1999-07-21 2004-11-09 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Method and apparatus for chromatography-high field asymmetric waveform ion mobility spectrometry
US7078680B1 (en) * 2004-02-06 2006-07-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Ion mobility spectrometer using ion beam modulation and wavelet decomposition

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007056488A1 (en) * 2005-11-07 2007-05-18 Sionex Corporation Method and apparatus for ion mobility based sample analysis
WO2008002727A2 (en) * 2006-06-26 2008-01-03 General Electric Company Methods for analyzing ion mobility data
DE102007059461A1 (en) 2007-12-03 2009-06-04 Gesellschaft zur Förderung der Analytischen Wissenschaften e.V. Method for evaluating analyte-related signals from an IMS chromatogram recorded by ion mobility spectrometry

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013100693B4 (en) * 2012-01-24 2014-07-31 Step Sensortechnik Und Elektronik Pockau Gmbh Method for identifying and classifying odor patterns and other multicomponent mixtures from ion mobility spectra
DE102013100693A1 (en) 2012-01-24 2013-07-25 Step Sensortechnik Und Elektronik Pockau Gmbh Method for ion mobility spectrometry, involves determining and normalizing peaks and parameters that characterize and depict peak for its position from each ion mobility spectrometry-reference spectrum of reference-measuring series
CN103868981A (en) * 2012-12-12 2014-06-18 中国科学院大连化学物理研究所 Method for qualitative identification of one or more than two specific substances in sample
CN103884767A (en) * 2012-12-21 2014-06-25 中国科学院大连化学物理研究所 Method for improvement of ion mobility spectrometer identification detection performance
CN103884767B (en) * 2012-12-21 2016-05-18 中国科学院大连化学物理研究所 A kind of method that improves ionic migration spectrometer recognition detection performance
CN104111281A (en) * 2013-04-18 2014-10-22 中国科学院大连化学物理研究所 Method for rapidly analyzing plasticizer in wine
CN106198702A (en) * 2015-05-06 2016-12-07 中国科学院大连化学物理研究所 A kind of method of drugs in quick detection saliva
CN106198702B (en) * 2015-05-06 2019-01-25 中国科学院大连化学物理研究所 A kind of method of drugs in quick detection saliva
US10866221B2 (en) 2016-10-14 2020-12-15 Micromass Uk Limited Gas chromatography with vacuum ultra-violet detector and mass spectrometer or ion mobility spectrometer
CN106527169A (en) * 2017-01-20 2017-03-22 深圳大图科创技术开发有限公司 Intelligent home control system based on Bluetooth
CN110678121A (en) * 2017-05-24 2020-01-10 B·布莱恩·梅尔松根股份公司 Analysis device for analysing exhaled air
CN107463955A (en) * 2017-08-01 2017-12-12 上海理工大学 The high temperature non-uniform gas multidimensional solver generation method of model-based clustering analysis
CN107483265A (en) * 2017-09-11 2017-12-15 国网辽宁省电力有限公司 A kind of network traffics dynamic prediction method and system based on wavelet analysis
CN111024799A (en) * 2019-12-19 2020-04-17 中国科学院合肥物质科学研究院 Ion mobility spectrometer for real-time online monitoring of volatile organic compounds
CN111141860A (en) * 2019-12-19 2020-05-12 中国农业科学院茶叶研究所 Green tea aroma dynamic fingerprint analysis and aroma type discrimination method based on ion mobility spectrometry
CN111141860B (en) * 2019-12-19 2023-01-10 中国农业科学院茶叶研究所 Green tea aroma dynamic fingerprint analysis and aroma type discrimination method based on ion mobility spectrometry
CN111443371A (en) * 2020-04-20 2020-07-24 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 Method for judging peak drift of radionuclide in seawater
CN111585663A (en) * 2020-04-20 2020-08-25 杭州华立电力系统工程有限公司 Method for reproducing low-voltage power line carrier communication characteristic interference noise
CN111443371B (en) * 2020-04-20 2022-06-17 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 Method for judging peak drift of radionuclide in seawater
WO2021233210A1 (en) * 2020-05-18 2021-11-25 同方威视技术股份有限公司 Trace detection device
CN111693625A (en) * 2020-06-23 2020-09-22 中山市食品药品检验所 GC-IMS-based method for identifying adulterants in cubilose and application
CN114062585A (en) * 2020-08-04 2022-02-18 戴安公司 Peak distribution for identification of analytes in chromatograms
CN112098502A (en) * 2020-09-15 2020-12-18 中国科学院空天信息创新研究院 Detection method for calibrating ion mobility spectrometer by utilizing multiple ion peaks
CN112098502B (en) * 2020-09-15 2023-04-18 中国科学院空天信息创新研究院 Detection method for calibrating ion mobility spectrometer by utilizing multiple ion peaks
CN114694771A (en) * 2020-12-31 2022-07-01 清华大学 Sample classification method, training method of classifier, device and medium
CN112782320A (en) * 2021-02-24 2021-05-11 广东省药品检验所(广东省药品质量研究所、广东省口岸药品检验所) Method for identifying bupleurum chinense and Tibetan bupleurum chinense and application thereof
CN112782320B (en) * 2021-02-24 2022-07-22 广东省药品检验所(广东省药品质量研究所、广东省口岸药品检验所) Method for identifying bupleurum chinense and Tibetan bupleurum chinense and application thereof
CN113610817A (en) * 2021-08-11 2021-11-05 贵州中烟工业有限责任公司 Characteristic peak identification method, computing device and storage medium
CN113610817B (en) * 2021-08-11 2024-03-26 贵州中烟工业有限责任公司 Characteristic peak identification method, computing device and storage medium
CN114113391A (en) * 2021-11-24 2022-03-01 贵州中烟工业有限责任公司 Method for detecting content of expansion medium
CN114113391B (en) * 2021-11-24 2024-03-26 贵州中烟工业有限责任公司 Method for detecting content of expansion medium

Also Published As

Publication number Publication date
DE112011102013A5 (en) 2013-06-06
DE112011102013B4 (en) 2016-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112011102013B4 (en) Method for ion mobility spectrometry
DE10152821B4 (en) Mass spectra without electronic noise
DE102004015018B4 (en) A method for identifying ions from chromatography-mass spectral data sets containing overlapping components
DE102010019590B4 (en) Data-dependent acquisition system for mass spectrometry and method for its application
EP3526704A1 (en) Method for evaluating data from mass spectrometry, mass spectrometry method, and maldi-tof mass spectrometer
DE112014001182B4 (en) analysis system
DE69518890T2 (en) METHOD FOR CONTROLLING THE SPACE CHARGE TO IMPROVE THE ION ISOLATION IN AN ION TRAP MASS SPECTROMETER BY DYNAMIC ADAPTED OPTIMIZATION
DE4317246A1 (en) Method and device for deconvolution of unresolved data
DE102015014754B4 (en) Method for temporal alignment of chromatography-mass spectrometry data sets
DE102014012745A1 (en) Background correction in emission spectra
DE112012005677T5 (en) Systems and methods for processing data in chromatographic systems.
DE112014003221T5 (en) Method for recording ADC saturation
DE102015122155A1 (en) Apparatus and method for ionizing a gaseous substance and apparatus and method for analyzing a gaseous substance
DE102017127189B4 (en) Determination of isobaric interferences in a mass spectrometer
DE102008046139A1 (en) Method for the quantitative determination of a substance by mass spectrometry
DE2521344A1 (en) MASS SPECTROMETIC SYSTEM FOR RAPID AUTOMATIC, SPECIFIC INDENTIFICATION AND QUANTITATIVE DETERMINATION OF CONNECTIONS
DE3430984A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR REGISTERING PARTICLES OR QUANTS WITH THE AID OF A DETECTOR
DE102021117017B4 (en) PEAK WIDTH ESTIMATION IN MASS SPECTRA
WO2009071241A1 (en) Method for evaluating analyte-related signals from an ims chromatogram captured by means of ion mobility spectrometry
DE102013100693B4 (en) Method for identifying and classifying odor patterns and other multicomponent mixtures from ion mobility spectra
DE102017008885A1 (en) Mass spectrometric method and MALDI-TOF mass spectrometer
EP1699142A1 (en) Method for Analysing Radio Signals
WO2021228362A1 (en) Method for quantifying a trace component peak in a chromatogram
WO2003075002A1 (en) Method for evaluating spectrograms or chromatograms, and an analysis system and evaluating electronics for carrying out this method
WO2016030545A2 (en) Comparison or optimization of signals using the covariance of algebraic invariants

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11727148

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120111020139

Country of ref document: DE

Ref document number: 112011102013

Country of ref document: DE

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112011102013

Country of ref document: DE

Effective date: 20130606

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11727148

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1