质谱系统的校准的制作方法

1.本公开涉及质谱系统。


背景技术：

2.相对于某些其他分析方法，质谱(ms)系统因其高分辨率和分析相对较小样品体积的能力而广泛应用于生物学样品的分析。作为分析工作流程的一部分，质谱系统可联接到液相色谱(lc)分离系统。诸如体液等复杂样品可注入lc分离系统并分离成顺序洗脱的组分，然后在ms系统上进行分析这些组分。lc分离和基于ms的选择性分析的组合，可实现对不同的样品进行定量分析。


技术实现要素：

3.可使用多种方法校准质谱系统。在分析样品之前，此类系统通常会经历初始校准以确保测得的质荷比(m/z)与已知值一致。如果此类系统在相对较长的时间段内保持使用，初始校准可因诸如温度波动等因素而漂移。在不重新校准的情况下继续使用系统可产生不准确的离子m/z测量值。由于此类测量通常用于鉴定分析物，因此可导致错误或异常鉴定。
4.可通过引入“标准”(或参考)样品并测量由标准样品生成的离子碎片化模式来执行质谱系统的校准。然而，对于与液相色谱柱联接的质谱系统，引入标准样品可涉及：断开色谱柱与质谱系统的连接以引入标准样品，将质谱系统置于“离线”模式。取决于标准样品的性质，电离参数和其他工艺参数也可能同样需要调节。对于连续或接近连续用于分析样品的质谱系统，与修改仪器配置和重新校准系统相关联的停机时间会导致利用率降低，从而对整体样品测量通量产生负面影响。
5.本公开的特征在于实现可用于lc-ms系统的在线进行的校准程序的系统和方法。质谱仪不为了进行校准而与色谱系统脱离联接或以其他方式离线，因此可以快速准确地进行校准，并且校准后的系统可以在很短的时间间隔后恢复使用。由于校准不涉及使lc和ms系统脱离联接，技术人员可容易地执行校准，或甚至以全自动方式执行校准，而无需明显的机械干预和仪器重新配置。特别地，对于在临床环境中运行的仪器，在没有此类干预的情况下执行校准可以是非常需要的。
6.在一个方面，本公开的特征在于用于分析生物学样品的系统，该系统包括：分离单元，该分离单元配置为从生物学样品分离组分；电离单元，该电离单元配置为从组分生成多个离子；可调节的质量选择过滤元件；检测器，该检测被配置为检测穿过质量选择过滤元件的离子；以及控制器，该控制器连接到质量选择过滤元件和检测器，其中控制器被配置为使得在操作系统期间，控制器调节质量选择过滤元件并激活检测器以测量对应于多个离子的至少三个不同的离子信号，并基于至少三个不同的离子信号确定系统的质量轴偏移。
7.在另一方面，本公开的特征在于用于分析生物学样品的系统，该系统包括：分离单元，该分离单元被配置为从生物学样品分离组分；电离单元，该电离单元被配置为从组分生成多个离子；可调节的质量选择过滤元件；检测器，该检测器被配置为检测穿过质量选择过
滤元件的离子；以及控制器，该控制器连接到质量选择过滤元件和检测器。控制器被配置为使得在操作系统期间，控制器被配置为：调节质量选择过滤元件，使具有第一质荷比q的离子通穿过质量选择过滤元件；激活检测器以测量对应于多个离子中的共同离子类型的第一离子信号；调节质量选择过滤元件，使具有第二质荷比qa《q的离子穿过质量选择过滤元件；激活检测器以测量对应于共同离子类型的第二离子信号；调节质量选择过滤元件，使具有第三质荷比qb》q的离子穿过质量选择过滤元件；激活检测器以测量对应于共同离子类型的第三离子信号；确定第一、第二和第三离子信号中的每一个的强度极大值，并将强度极大值拟合到函数形式中，该函数形式包括在从qa到qb的质荷比范围内的局部最大值；并基于局部最大值相对于第一离子信号的强度最大值的偏移确定系统的质量轴偏移，其中(q-qa)为0.4原子质量单位(amu)或更小并且(q
b-q)为0.4原子质量单位(amu)或更小。
8.这些系统中任何系统的实施例都可包括以下特征中的任何一个或多个。
9.三个不同的离子信号中的每一个可对应于质量选择过滤元件的不同质荷比。质量选择过滤元件可配置为使得对应于质荷比的离子穿过质量选择过滤元件。控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器通过调节施加到质量选择过滤元件的电极的一个或多个电势来调节质量选择过滤元件。质量选择过滤元件可包括四极电极组件。
10.至少三个不同的离子信号中的每一个可对应于多个离子中的共同离子类型。共同离子类型可具有相关联的质荷值q，并且控制器可配置为激活检测器以测量至少三个不同的离子信号中的第一离子信号，其中质量选择过滤元件调节为使具有(q-a)《q的质荷比的离子通过。值a可为0.4原子质量单位(amu)或更小(例如，0.2amu或更小)。控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器激活检测器以测量至少三个不同的离子信号中的第二离子信号，其中质量选择过滤元件调节为使具有(q b)》q的质荷比的离子通过。值b可为0.4amu或更小(例如，0.2amu或更小)。控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器激活检测器以测量至少三个不同的离子信号中的第三离子信号，其中质量选择过滤元件调节为使具有q.的质荷比的离子通过。
11.控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器基于至少三个不同的离子信号的属性值来确定质量轴偏移。该属性可包括至少三个不同的离子信号中的每一个的峰强度和/或至少三个不同的离子信号中的每一个下方的面积和/或至少三个不同的离子信号中的每一个的峰宽和/或至少三个不同的离子信号中的每一个的导数信号的大小。
12.控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器将函数形式拟合到属性值中，确定函数形式的局部最大值，并基于函数形式的局部最大值确定质量轴偏移。函数形式可对应于高斯函数或多项式函数。
13.控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器通过确定与函数形式的局部最大值相关联的质量偏移来确定质量轴偏移。共同离子类型可以具有相关联的质荷值q，并且控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器确定相对于质荷值q的与函数形式的局部最大值相关联的质量偏移。与函数形式的局部最大值相关联的质量偏移可以对应于质量轴偏移。
14.控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器基于质量轴偏移来调节用于质量选择过滤元件的质量轴校准。至少三个不同的离子信号可包括五个或更多个(例如，七个或更多个)不同的离子信号。
15.共同离子类型可具有相关联的质荷值q，并且控制器可配置为激活检测器以测量
至少三个不同的离子信号中的n个不同的离子信号，n个不同的离子信号中的每一个都使用由控制器调节以使具有(q-an)《q的不同质荷比的离子通过的质量选择过滤元件测量，其中n为2或更大(例如，其中n为3或更大)。
16.控制器可被配置为激活检测器以测量至少三个不同的离子信号中的m个不同的离子信号，m个不同的离子信号中的每一个都使用由控制器调节以使具有(q bm)》q的不同质荷比的离子通过的质量选择过滤元件测量，其中m为2或更大(例如，其中m为3或更大)。n和m的值可以不同。
17.控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器周期性地确定系统的新质量轴偏移值，并且基于新质量轴偏移值调节用于质量选择过滤元件的质量轴校准。
18.系统可包括温度传感器，该温度传感器配置为测量系统的组件的温度或系统的环境的温度，其中控制器配置为使得在系统操作期间，如果测得的温度在选定的温度范围之外，则控制器确定系统的新质量轴偏移值并且基于新质量轴偏移值来调节用于质量选择过滤元件的质量轴校准。
19.控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器确定由检测器测量的并对应于生物学样品的至少一个离子信号的属性的值，以及如果属性值在针对该属性的值的选定范围之外，则确定系统的新质量轴偏移值并且基于新质量轴偏移值来调节用于质量选择过滤元件的质量轴校准。该属性可对应于选自由离子信号的峰强度、离子信号的宽度、离子信号下的面积和从离子信号的导数信号获得的值组成的组中的成员。
20.质量选择过滤元件可为第一质量选择过滤元件，至少三个不同的离子信号可为至少三个不同的离子信号的第一组，并且系统的质量轴偏移可与第一组质量选择过滤元件相关联，并且该系统可包括位于第一质量选择过滤元件下游的第二质量选择过滤元件。控制器可连接到第二质量选择过滤元件并且配置为使得在操作系统期间，控制器调节第二质量选择过滤元件并激活检测器以测量对应多个离子的至少两个不同的离子信号的第二组，并基于至少两个不同的离子信号的第二组确定与第二质量选择过滤元件相关联的系统的质量轴偏移。控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器基于与第二质量选择过滤元件相关联的质量轴偏移来调节用于第二质量选择过滤元件的质量轴校准。
21.样品的组分可为生物学样品的第一组分，多个离子可为第一多个离子，并且质量轴偏移为与第一组分相关联的第一质量轴偏移，分离单元可配置为从生物学样品分离第二组分，电离单元可配置为从第二组分生成第二多个离子，控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器调节质量选择过滤元件并激活检测器以测量对应于第二多个离子的至少三个不同的离子信号，并基于与第二多个离子对应的至少三个不同的离子信号确定与第二组分相关联的系统的第二质量轴偏移。第一和第二组分可不同。控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器基于第一和第二质量轴偏移确定系统的总体质量轴偏移。控制器可配置为使得在操作系统期间，控制器通过平均第一和第二质量轴偏移确定系统的总体质量轴偏移。
22.分离单元可包括至少一个色谱柱。分离单元可通过液相色谱从生物学样品分离组分。
23.系统的实施例还可包括本文所述的任何其他特征，并且可包括连接相同或不同实施例所述的特征的任何组合，除非另有明确说明。
24.在另一方面，本公开的特征在于确定用于分析生物学样品的系统的质量轴偏移的方法，该方法包括从生物学样品分离组分、从组分生成多个离子、调节系统的质量选择过滤元件和测量至少三个不同的离子信号，其中每个离子信号对应于所述多个离子中的共同离子类型和穿过质量选择过滤元件的离子的不同质荷比，并且确定基于至少三个不同的离子信号的系统的质量轴偏移，其中与离子信号对应的任意两个质荷比之间的差异小于0.5原子质量单位(amu)。
25.方法的实施例可包括以下特征中的任何一个或多个。
26.三个不同的离子信号中的每一个可对应于质量选择过滤元件的不同质荷比。质量选择过滤元件可配置为使得对应于质荷比的离子穿过质量选择过滤元件。该方法可包括通过调节施加到质量选择过滤元件的电极上的一个或多个电势来调节质量选择过滤元件。
27.至少三个不同的离子信号中的每一个可对应于多个离子中的共同离子类型。共同离子类型可具有相关联的质荷值q，并且该方法可包括测量至少三个不同的离子信号中的第一离子信号，其中质量选择过滤元件调节为使具有(q-a)《q的质荷比的离子通过。a的值可为0.4原子质量单位(amu)或更小(例如，0.2amu或更小)。
28.该方法可以包括测量至少三个不同的离子信号中的第二离子信号，其中质量选择过滤元件调节为使具有(q b)》q的质荷比的离子通过。b的值可为0.4amu或更小(例如，0.2amu或更小)。
29.该方法可包括测量至少三个不同的离子信号中的第三离子信号，其中质量选择过滤元件调节为使具有q.的质荷比的离子通过。
30.该方法可包括基于至少三个不同的离子信号的属性值来确定质量轴偏移。该属性可包括一个或多个至少三个不同的离子信号中的每一个的峰强度；至少三个不同的离子信号中的每一个下方的面积；至少三个不同的离子信号中的每一个的峰宽；至少三个不同的离子信号中的每一个的导数信号的大小。
31.该方法可包括将函数形式拟合到属性值中，确定函数形式的局部最大值，并且基于函数形式的局部最大值确定质量轴偏移。函数形式可对应于高斯函数。函数形式可对应于多项式函数。
32.该方法可包括通过确定与函数形式的局部最大值相关联的质量偏移来确定质量轴偏移。共同离子类型可具有相关联的质荷值q，并且该方法可包括确定相对于质荷值q的与函数形式的局部最大值相关联的质量偏移。
33.与函数形式的局部最大值相关联的质量偏移可以对应于质量轴偏移。该方法可以包括基于质量轴偏移来调节用于质量选择过滤元件的质量轴校准。
34.至少三个不同的离子信号可包括五个或更多个(例如，七个或更多个)不同的离子信号。
35.共同离子类型可以具有相关联的质荷值q，并且该方法可包括测量至少三个不同的离子信号中的n个不同的离子信号，n个不同的离子信号中的每一个都使用调节的质量选择过滤元件测量，其中质量选择过滤元件调节为使具有(q-an)《q的不同质荷比的离子通过，其中n为2或更大(例如，3或更大)。该方法可包括测量至少三个不同的离子信号的m个不同的离子信号，m个不同的离子信号中的每一个都使用由控制器调节的质量选择过滤元件测量，其中质量选择过滤元件调节为使具有(q bm)》q的不同质荷比的离子通过，其中m为2
或更大(例如，3或更大)。n和m的值可以不同。
36.该方法可包括周期性地确定新质量轴偏移值，并且基于新质量轴偏移值调节用于质量选择过滤元件的质量轴校准。
37.该方法可包括测量系统的组件的温度或系统的环境的温度，以及如果测得的温度在选定温度范围之外，则确定新质量轴偏移值并且基于新质量轴偏移值调节用于质量选择过滤元件的质量轴校准。
38.该方法可包括确定对应于生物学样品的至少一个离子信号的属性的值，以及如果属性值在选定的属性值范围之外，则确定新质量轴偏移值并且基于新质量轴偏移值调节用于质量选择过滤元件的质量轴校准。该属性可对应于选自由离子信号的峰强度、离子信号的宽度、离子信号下的面积和从离子信号的导数信号获得的值组成的组中的成员。
39.质量选择过滤元件可为第一质量选择过滤元件，至少三个不同的离子信号可为至少三个不同的离子信号的第一组，并且质量轴偏移可与第一质量选择过滤元件相关，并且该方法可包括调节位于第一质量选择过滤元件下游的系统的第二质量选择过滤元件，测量对应多个离子的至少两个不同的离子信号的第二组，并确定基于至少两个不同的离子信号的第二组与第二质量选择过滤元件相关联的质量轴偏移。该方法可包括基于与第二质量选择过滤元件相关联的质量轴偏移来调节用于第二质量选择过滤元件的质量轴校准。
40.样品的组分可为生物学样品的第一组分，多个离子可以是第一多个离子，并且质量轴偏移可为与第一组分相关联的第一质量轴偏移，并且该方法可包括从生物学样品分离第二组分，从第二组分生成第二多个离子，调节质量选择过滤元件并测量对应于第二多个离子的至少三个不同的离子信号，并基于与第二多个离子对应的至少三个不同的离子信号确定与第二组分相关联的第二质量轴偏移。第一和第二组分可不同。
41.该方法可包括基于第一和第二质量轴偏移来确定总体质量轴偏移。该方法可包括通过平均第一和第二质量轴偏移来确定总体质量轴偏移。
42.该方法可包括通过液相色谱从生物学样品分离组分。
43.方法的实施例还可包括本文所述的任何其他特征，并且可包括连接相同或不同实施例所述的特征的任何组合，除非另有明确说明。
44.如本文所用，术语“约”是指“大约”(例如，指示值的正负10％)。
45.说明书中提及“一个实施例”、“实施例”及“示例实施例”等意指描述的实施例可包括具体方面、特征、结构或特性，但每一个实施例并不必需包括具体方面、特征、结构或特性。此外，这样的短语可能但不必需指代在说明书的其他部分中提及的相同实施例。此外，当连接实施例描述具体方面、特征、结构或特性时，需要注意的是，无论是否明确说明，在本领域技术人员的知识范围内影响或连接此类方面、特征、结构或特性与其他实施例。
46.除非另有明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”及“该/所述”包括复数个指代物。因此，例如，对“质量偏移”的提及包括多个这样的质量偏移。
47.除非另外定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语所具有的含义与本发明所属领域普通技术人员通常理解的含义相同。尽管在本发明的实践或测试中，可使用与本文所述的那些方法和材料类似或当前的方法和系统，但下文描述了合适的方法和系统。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献通过引用以其全文合并于本文。如有冲突，以本说明书(包括定义)为准。此外，材料、方法和实例仅是说明性的，而不旨在限制。
附图说明
48.图1是示出液相色谱-质谱系统的实例的示意图。
49.图2是示出使用图1的系统的样品分析工作流程的实例的示意图。
50.图3是示出测量的离子峰和检测窗口的示意图。
51.图4是示出对应于三个不同质量偏移值的离子峰的示意图。
52.图5是示出将离子峰强度测量拟合到函数形式中以及相对于标称零质量偏移的质量轴偏移的示意图。
53.相同的参考符号表示相同的元素。
具体实施方式
54.介绍
55.联接液相色谱-质谱(lc-ms)系统用于分析各种生物学样品。此类系统实施端到端的工作流程，在该工作流程中将样品(例如，体液诸如血液、尿液等)注入液相色谱柱的入口，样品在色谱柱上分离成组分，以及单独的组分从柱子上洗脱下来。洗脱的组分被引导到质谱仪中，在那里它们被离子化和分析。质谱仪测量与每种组分相关联的离子碎片化模式。每个离子碎片化模式由一个或多个峰组成，这些峰对应于具有特定m/z比的离子碎片。特定分析物的峰模式(例如，峰的m/z比和强度)有效地充当分析物的“指纹”。
56.由于碎片化模式的复杂性，可基于这些测量来鉴定和量化各种各样的组分。通常，通过将测量的离子碎片化模式与参考信息(例如，已知组分的先前测量或模拟的离子碎片化模式)进行比较来执行鉴定。也可执行特定组分的鉴定基于初始引入样品(例如，注入lc-ms系统的入口)和组分从lc柱洗脱之间的时间间隔，或初始引入样品和测量质谱仪中的组分离子碎片化模式的时间间隔。某些组分可以特定的速率迁移通过lc色谱柱，并且经过的时间间隔可用作组分身份的指标。与上文所述离子碎片化模式一样，可将经过的时间间隔与参考信息(例如，已知组分的先前测量的迁移和/或测量时间)进行比较，以确定组分的身份。
57.为确保组分鉴定准确且组分群体可定量测量，lc-ms系统通常在使用前进行校准。此外，当此类系统连续或接近连续使用时，诸如在临床或实验室环境中，系统可周期性重新校准，和/或当检测到或怀疑系统校准中的漂移时。常规重新校准程序涉及使系统离线，以便它们不再分析生物学样品。此外，对于许多lc-ms系统，常规校准程序可涉及使色谱柱与质谱仪脱离联接以引入参考样品，并且在一些情况下，改变质谱仪的配置以分析参考样品(例如，更改从lc-ms到直接输注的配置)。换言之，这样的程序可涉及重新配置大量的介入器械，该程序要么由用户执行，要么延迟到经过适当培训的技术人员可用于执行工作。校准后，液相色谱柱重新连接到质谱仪，并且如有必要，调节lc-ms系统的分析配置，以便分析生物学样品。
58.对于部署在临床和实验室环境中的lc-ms系统，前述常规校准程序中的用户干预程度可能非常不利，在这些环境中的系统用户可能有很少的培训或经验对于色谱和/或质谱硬件和系统配置。此外，lc-ms系统离线校准的时间代表停机时间——在此期间不分析样品，该停机时间会减少系统的有效占空比和利用率。对于一天分析数百或数千个样品的高通量环境，此类停机时间可为一个显著缺陷。
59.本公开的特征在于实施在线校准程序的系统和方法，在该程序期间lc-ms系统不离线。也就是说，色谱柱不与质谱仪断开。结果，校准程序可以比某些传统校准程序更快地执行，并且用户干预明显更少。事实上，某些实施可根本不涉及用户干预，并且可以通过lc-ms系统以全自动方式执行。
60.本文所述的系统和方法可实施校准程序，该校准程序在单个校准程序中调节(例如，优化)多个校准参数。因此，例如，当lc-ms系统包括多个离子过滤级时，每个级可以在单个校准程序中独立校准和调节，使得系统在程序结束时被完全校准。校准后，系统可以立即返回到生物学样品的分析中。
61.传统的校准程序通常依赖于专用校准样品，诸如含有聚丙二醇聚合物的材料。此类材料可在m/z值处生成离子峰，该值相对接近来自特定目标样品组分的预期离子峰。然而，在某些情况下，从专用校准样品生成的离子峰可能与对应于目标样品组分的预期离子峰相对较远。在这种情况下，基于专用校准样品校准系统可能会产生一个系统，该系统目标的m/z窗口内的校准仍然存在疑问。
62.相比之下，本文所述的系统和方法可与用于系统校准的多种参考样品一起使用，确保校准总是可以在与待测量的样品组分相对应的m/z区域内执行。在一些实施例中，用于校准的参考样品是特定样品组分的同位素富集或同位素标记版本。此类参考样品的实例包括但不限于睾酮、加巴喷丁和环孢霉素。更一般地，可以使用任何参考样品，并且参考样品的选择可以取决于目标样品组分的性质。
63.同位素标记的参考样品通常包括样品分子结构内一个或多个位点的同位素取代。可用作标记的同位素(代替其更通常的大量对应物)包括但不限于碳13、氘、氚、氧18和磷、氟、氯、溴、碘、硫和氮。同位素标记的参考样品通常可在一个或多个(例如，两个或更多、三个或更多、四个或更多、五个或更多、六个或更多、八个或更多、十个或更多、或甚至更多)位点取代参考样品的分子结构。在一些实施例中，对应于某种类型的原子的参考样品的分子结构内的每个位点都可被同位素取代(例如，每个c原子可以被
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c取代，或者每个h原子可被2h或3h原子取代)。
64.本文所述的系统和方法可与测量多种生物学样品的系统一起使用。此类样品的实例包括但不限于血液、血浆、尿液、唾液、淋巴液、间质液和脑脊髓液。
65.液相色谱-质谱系统
66.图1是示出液相色谱-质谱(lc-ms)系统100的实例的示意图。系统100包括连接到液相色谱柱104的入口102。柱104通过连接到任选废弃物容器124的任选阀122与质谱仪106联接。质谱仪106包括电离器108、截取器(skimmer)110、四极级112、114和116以及检测器118。每个组件可任选地连接到控制器120，该控制器通常包括至少一个电子处理器、至少一个存储单元、至少一个显示装置和至少一个用于从系统100的用户接收指令和数据的接口。
67.在系统100的操作期间，将样品引入到入口102，例如，通过直接注入。在引入之后，样品进入柱104并沉积到柱材料(例如，树脂材料)上。当一种或多种溶剂流过柱材料时，样品会迁移通过柱材料。当样品集体迁移时，样品的不同组分以不同的速率迁移，因此在不同的时间到达柱的端部。如上所述，某个样品组分的洗脱时间可特定于该组分，并可用于鉴定该组分(例如，通过将该组分的洗脱时间与包括已知样品组分的洗脱时间的参考信息进行比较)。
68.柱104可任选地连接到阀122(如上文所述)，该阀又可任选地连接到废弃物容器124。在系统100的操作期间，阀122可任选地由控制器120激活以将洗脱液从柱104引导至废弃物容器124，或引导至质谱仪106。选择性地将洗脱液的仅一部分引导至质谱仪106可确保仅测量样品中的目标组分。
69.在一些实施例中，为了促进部分洗脱液从柱104到废弃物接收器124或到质谱仪106的选择性方向，阀122可包括连接到控制器120的检测器，当样品的组分从104柱洗脱时生成电信号并到达检测器。控制器120接收电信号，并且可确定是引导洗脱液进入废弃物容器124还是进入质谱仪106。在某些实施例中，控制器120基于在入口102引入样品与检测到从柱104的下游端部出现的组分之间的时间间隔来确定引导洗脱液的方向。在一些实施例中，可将经过的时间与包括从已知样品组分的洗脱时间的参考信息进行比较，对产生组分进行至少初步鉴定。基于该初步鉴定，控制器120可确定该组分是否是目标组分(并且因此被引导至质谱仪106)，或者该组分是否是非目标组分(并且被引导至废弃物容器124)。当样品组分没有从柱104洗脱时(例如，在仅洗脱溶剂从柱104中流出的时间间隔)，洗脱液也可任选地被引导至废弃物容器124而不是质谱仪106。
70.各种检测器可以集成到阀122中，或更一般地，被安置在柱104和质谱仪106之间，以在样品组分从柱104洗脱时促进组分检测。合适的检测器的实例包括但不限于光学检测器，例如光电二极管、光电池、光谱检测器和ccds，以及电检测器，例如电导率传感器和电阻率传感器。
71.进入质谱仪106的样品组分被接收到电离器108中，在电离器108中它们被离子化以形成离子群。电离器108可实现为多种不同类型的电离器的任何一种。合适的电离器的实例包括但不限于电喷雾电离器、电子碰撞电离器、大气压化学电离器、热喷雾电离器、电感耦合等离子体电离器、辉光放电电离器和光电离器。
72.电离器108中生成的离子群通过截取器110，该截取器110通常包括尺寸减少的孔(相对于电离器108的出口孔)，并且该截取器110减少了被引导至质谱仪106的四极极的离子群。在穿过截取器110后，离子在质谱仪106的剩余部分中被分离和检测。
73.多种不同的质谱仪配置可用于分离、检测和分析由样品组分生成的离子。质谱仪106是此类配置的一个实例，并且将在下文中详细讨论以用于说明目的。然而，应当理解，本文描述的校准方法可与质谱仪106的许多不同配置一起使用，并且决不限于图1所示的配置。
74.在图1中，质谱仪106被实施为具有三个四极级112、114和116的串联质谱仪(例如，串联ms/ms)。在第一四极级112(在本文中也称为“q1”)中，穿过截取器110的离子被过滤以选择落入具有特定m/z值范围内的离子用于进一步分析。落在具有该m/z值范围之外的离子被阻断，并且不会穿过四极级112。相反，具有落在所需m/z值范围内的离子穿过四极级112并且进入第二四极级114。
75.通常，四极级112包括围绕中心对称轴线布置的四个电极。为了仅选择性地将具有落在所需范围内的m/z值的离子引导至第二四极级114，控制器120调节施加到四个电极的电势。在施加合适的电势的情况下，四个四极电极生成振荡射频(rf)场，该振荡射频场作用是沿着四极级112将离子从一个端部引导到另一端部。对于特定的rf场，在具有特定m/z值范围内的离子被引导出四极级112的出口孔，并且具有落在该范围之外的m/z的离子在四极
级112内被拒绝(例如，阻断)。
76.进入第一四极级112的离子的子集穿过级112并进入第二四极级114(在本文中也称为“q2”)。第二四极级114实施为碰撞池，在该碰撞池中，进入级114的离子被碎片化以形成相对较小分子质量的离子的分布。这种较小质量的离子的分布(由通常从级112进入级114的较大质量离子导出)穿过级114进入第三四极级116。
77.在第二四极级114内，控制器120向一个或多个电极施加电势以生成一个或多个电场，在级114的入口孔和出口孔之间建立场梯度。从级112进入的离子通常被场梯度加速。中性气体的原子或分子被引入级114，并与从级112进入的加速离子碰撞，生成(通过碰撞)穿过级116的离子碎片。各种气体可用于碎片化过程，包括但不限于氢气、氮气和惰性气体(诸如氩气)。
78.在较小质量的离子的分布(本文称为“碎片离子”)进入第三四极级116(本文也称为“q3”)之后，碎片离子以类似于发生在级112中的过滤的方式进行过滤。具体地，级116包括围绕中心对称轴线布置的四个电极，并且控制器120调节施加到四个电极的一个或多个电势以在级116内生成振荡rf场。所生成的场引导离子碎片的子集(每个离子碎片具有落在特定范围内的m/z)从级116的一个端部到另一端部并且进入检测器118。具有超出该范围的m/z值的离子碎片在四极级116内被拒绝(例如，被阻断)。
79.在从第三四极级116引导出的离子碎片的子集进入检测器118之后，由检测器测量碎片的m/z值。具体地，由检测器118生成对应于碎片的测量信号并且将其传送到控制器120，该控制器根据测量信号确定碎片的m/z值。
80.检测器118可并入多种不同的检测技术。在某些实施例中，检测器118对应于电子倍增器、法拉第杯或微通道板检测器。在一些实施例中，检测器118是基于轨道阱的检测器。更一般地，检测器118可实施任何一种或多种已知的离子检测技术。
81.在图2中示意性地示出由系统100实施的整个工作流程。样品的两种组分，睾酮和
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c-标记的睾酮(内部参考组分)在同一时间从柱104洗脱。组分在电离器108内被离子化以生成每种组分的分子离子。分子离子在q1极被选择性过滤并传递到q2极，在那里它们经历碎片化以形成分子量小于对应于分子离子的离子碎片。碎片离子在q3极过滤并传递到检测器118，在那里它们生成具有特定m/z值的检测信号。
82.质量轴校准
83.校准系统100使得在检测器118中生成的离子信号可归因于具有特定m/z值的离子。这被称为系统100的“质量轴校准”。通常，系统的质量轴校准对应于系统100中质量选择过滤元件的物理配置与对应于不同配置设置的实际m/z值之间的关系。因此，例如，对于质量选择过滤元件，该质量选择过滤元件一个或多个电势被施加(例如，通过控制器120)到元件的电极以选择性过滤具有特定m/z值(或在m/z范围内)的离子，施加的电极电势和对应于施加的电势的过滤m/z值之间的关系是质量轴校准。
84.如本文所用，术语“质量选择过滤元件”是指质谱系统的组件，该组件允许仅具有特定质量值或质荷比值范围的带电粒子穿过该元件。这种元件通常是可配置的，但并不总是可配置的，因此允许通过的质量值或质荷比值的范围是可调节的。应当注意，“穿过”是指质量选择过滤元件有效地充当带电粒子流的“门”或“屏障”这一事实。质量选择过滤元件通常可以多种形式实现，包括带电粒子通过输入端口进入并且通过输出退出(即，穿过元件)
的配置，以及带电粒子通过共同端口进入和退出的配置。质量选择过滤元件也可在这样的配置中实施，其中该元件偏转质量值或质荷比值在选定值范围之内或之外的带电粒子，或更一般地，使用任何机制来限制带电粒子从到达系统中的特定位置到仅具有质量值或质荷比值落在特定值范围内的那些粒子。
85.在图1所示的系统100中，四极极q1和q3都是质量选择过滤元件。因为q1和q3各自充当离子的m/z过滤器，所以每个极都会影响在检测器118中生成的测量信号。也就是说，系统100中的质量轴校准比单个质量选择过滤元件的一组电势或其他配置设置与电势或设置对应的一组m/z值之间的关系更复杂。相反，用于系统100的质量轴校准对应于极q1和q3的电势或配置设置，以及它们对应的m/z值。
86.通常，在使用系统100执行测量之前，校准系统以便建立施加到极q1和q3的电极的电势与被每一极过滤的离子的m/z值之间的关系。在校准之后，每一极可由控制器120独立配置，以根据极的校准关系，通过向每一极的电极施加合适的电势来过滤(即，允许通过)仅具有特定m/z值的离子。然而，在延长使用系统100之后，和/或随着环境条件的变化，已经观察到系统100的质量轴校准可以漂移，使得由检测器118测量的离子确定的m/z值不再对应于离子的实际m/z值。
87.用于系统100的质量轴校准的漂移可具有多个重要的后果。在一些实施例中，如果漂移足够大，则离子可从系统100测量的质谱信息中被错误鉴定。在某些实施例中，质量轴校准的漂移导致系统100测量到宽度增加的离子峰。增加的峰宽会导致分辨率下降，并且可能会增加具有结构相似但仅在一个或多个同位素标记位置不同的组分的样品中的同位素干扰。增加的峰宽还可导致测量的离子峰强度值降低，该离子峰强度值降低可减少系统100的灵敏度，以及错误的峰面积测量，这可在将目标样品组分与内部参考组分进行比较时产生不正确的峰面积比计算。
88.在图3的图表中示意性地示出的是质量轴校准漂移的影响。在图3中，对应于样品组分的离子峰300的测得的强度显示为沿质量轴相对于标称值0的质量偏移的函数。质量轴0值表示离子峰300的有效测量“窗口”302的中心。换言之，离子峰300由系统在窗口302内测量(其对应于非常窄的m/z值范围)。因为系统的质量轴校准与离子峰300的强度最大值未对齐，所以将在测量窗口302相对于离子峰300移位(即，以不同于离子峰300的m/z值居中)的情况下检测离子峰300，使得经积分的峰信号明显小于在测量窗口302与离子峰300对齐的情况下将测得的峰信号。因此，依赖于精确峰强度测量的定量测量可受到影响。
89.已经确定，为了充分分离同位素取代的组分，0.7的单位分辨率是合适的，并且在系统100的操作期间应保持
±
0.1amu的质量轴准确性。为了保持这些操作条件，特别是当系统100在长时间连续或接近连续使用的情况下操作和/或受到可能波动的环境条件(无论是否在系统100操作期间)时，应校正质量轴校准以考虑系统校准的漂移。
90.本文所述的系统被配置为监测质量轴校准，并根据需要校正质量轴校准，以确保系统产生样品组分的准确、可再现的质谱信息。在一些实施例中，系统100以规则的时间间隔和/或在接收到来自系统100的用户的指令时验证质量轴校准。在某些实施例中，系统100可包括一个或多个测量环境条件的传感器，并且控制器120基于传感器测量值启动验证质量轴校准。例如，参考图1，系统100可任选地包括连接到控制器120的温度传感器126。温度传感器126可被安置以测量系统100周围环境的环境温度。或者，温度传感器126可被安置以
测量系统100的一个或多个组件的温度。如果传感器126测量的温度在既定温度范围之外，则控制器120可启动验证用于系统100的质量轴校准。
91.在一些实施例中，系统100基于与测量的质谱信息相关联的参数之间的比较来验证质量轴校准。例如，控制器120可确定与一种或多种样品组分相关联的峰宽，并且将确定的峰宽与在不同时间从相似样品组分确定的峰宽进行比较。作为实例，如果确定的峰宽在以后的测量中已经充分增加或减少(例如，如通过计算峰宽比确定)，则控制器120可以启动验证系统100的质量轴校准。
92.为了验证系统100的质量轴校准，对于系统100的每个质量选择过滤元件，控制器120测量对应于已知m/z的离子峰的信号，其中质量选择过滤元件的三个不同质量偏移：负质量偏移、零质量偏移和正质量偏移。质量偏移分别对于所测量的离子峰的已知m/z值。因此，例如，在对于具有已知m/z值q的离子峰的测量，通过调节质量选择过滤元件的配置使具有m/z值(q-a)的离子通过来测量负质量偏移处的离子峰，其中a是负质量偏移。为了测量零质量偏移处的离子峰，质量选择过滤元件的配置调节为使具有m/z值q的离子通过。为了测量正质量偏移处的离子峰，质量选择过滤元件的配置调节为使具有m/z值(q b)的离子通过，其中b是正质量偏移。
93.图4是示出对应于负质量偏移-a(峰402)、零质量偏移(峰404)和正质量偏移 b(峰406)的测量离子峰的示意图。峰分别具有强度极大值402a、404a和406a。在确定了强度极大值之后，将强度最大值拟合到在质量偏移区间(-a, b)内具有局部最大值的函数形式中。局部最大值表示质量轴偏移，该局部最大值是质量轴校准与所测量离子的实际m/z值的偏差。
94.图5是示出测量的强度极大值402a、404a和406a的示意图，该测量的强度极大值绘制为质量偏移的函数。已将强度极大值拟合到具有局部最大值504的函数形式502中，该局部最大值504在极大值402a、404a和406b定义的质量偏移区间内。强度最大值404a对应于在零质量偏移值处的离子峰的测量。如果系统100被完美校准，函数形式502的局部最大值504将与最大值404a相同。然而，由于系统100的校准中的漂移，局部最大值504不再与最大值404a对齐，这表明系统100的质量轴校准应该被调节以匹配离子峰的已知m/z值。
95.质量轴偏移-应调节质量轴校准以补偿漂移的量-由局部最大值504和最大值404a的质量轴偏移之间的差异表示。控制器120在系统100中确定该值，然后将校正应用于系统100的质量选择过滤元件的校准。例如，如果系统100的校准信息对应于一个或多个施加电势(或其他配置设置)与质量选择过滤元件的相应过滤m/z值之间的函数关系(例如，校准曲线)，控制器120对函数关系应用适当的移位以说明漂移。在一些实施例中，控制器120将校正应用于最初用于确定函数关系的m/z值，并重新计算一个或多个施加的电势(或其他配置设置)与对应的过滤m/z值之间的函数关系。
96.在一些实施例中，负质量偏移a和正质量偏移b的大小相同。在某些实施例中，a和b的大小不同。例如，当质量轴偏移可以有偏的方式发生时，可使用不同的偏移量。通过选择不同大小的负和正质量偏移，可更准确地解析函数形式502的局部最大值504，从而产生更准确质量轴偏移506的测量。
97.通常可选择质量偏移a和b的大小，以确保对负质量偏移和正质量偏移都进行充分采样。因此，a的大小和/或b的大小可为0.01原子质量单位(amu)或更大(例如，0.03amu或更大、0.05amu或更大、0.07amu或更大、0.1amu或更大、0.12amu或更大、0.15amu或更大、
0.2amu或更大、0.25amu或更大、0.3amu或更大、0.35amu或更大、0.4amu或更大)。
98.对应于特定样品组分，用于测量峰强度的检测到的离子峰如图4和5所示，并且如上所述，通常，与任何样品组分相关联的离子峰可用于测量峰强度。然而，还发现为了避免检测对应于样品组分的同位素取代对应物的离子峰，可以有利的是如果a和/或b的大小为0.2amu或更小(例如，在0.2amu和0.01amu之间、0.15amu和0.01amu之间、0.1amu和0.01amu之间、0.05amu和0.01amu之间)。
99.在一些实施例中，如图4和5以及上文所述，离子峰强度测量在三个不同的质量偏移下执行：-a、0和 b。然而，更一般地，为了提高计算质量轴偏移506的准确性，可在多于三个不同的质量偏移处执行离子峰强度测量。例如，在一些实施例中，可在多个负质量偏移处执行离子峰强度测量，由值(-a1)...(-an)表示，其中n是负质量偏移值的数量。通常，n可为1或更大(例如，2或更大、3或更大、4或更大、5或更大、7或更大、10或更大或甚至更大)。
100.类似地，为了提高计算质量轴偏移506的准确性，可在多个正质量偏移处执行离子峰强度测量，由值( b1)
…
( bm)，其中m是正质量偏移值的数量。通常，m可为1或更大(例如，2或更大、3或更大、4或更大、5或更大、7或更大、10或更大或甚至更大)。
101.在一些实施例中，负质量偏移值n的数量和正质量偏移值m的数量相同。在某些实施例中，n和m是不同的。例如，如果质量轴偏移有偏差，则对于n或m变更大可以是有利的，这取决于偏置方向。换言之，对于正的质量轴偏移，m大于n可以是有利的。相反，对于负质量轴偏移，n大于m可以是有利的。
102.在某些实施例中，进行峰值强度测量并将其拟合到函数形式502中的质量偏移值的总数是3个或更多(例如，4个或更多、5个或更多、6个或更多、7个或更多、8个或更、10个或更多、12个或更多、15个或更多或甚至更多)。质量偏移值的总数通常可为偶数或奇数。
103.在一些实施例中，对应于零质量偏移的峰值强度值不与函数形式502拟合。换言之，图4中的峰值404a不与函数形式502拟合。然而，函数形式502的局部最大值504仍然以相同的方式确定，并且质量轴偏移506仍然可从局部最大值506的质量偏移和如上所述的峰强度404a的差异计算。
104.在一些实施例中，函数形式502是高斯函数形式。已经发现，通过使用高斯函数形式来表示测量峰强度和质量偏移之间的相关性，可基于高斯函数形式的局部最大值504计算特别准确的质量轴偏移。在某些实施例中，可使用在质量偏移区间(-a， b)内具有局部最大值的其他函数形式。例如，可使用抛物线函数形式、多项式函数形式和指数函数形式。也可使用更复杂的函数形式，包括任何前述函数形式和/或其他函数形式的组合。
105.在前面的讨论中，峰强度402a、404a和406a被拟合到函数形式502中以确定局部最大值504。然而，峰强度以外的量可拟合到函数形式502中并用于确定质量轴偏移。例如，在一些实施例中，可计算在图4中峰402、404和406中的每一个下方的积分面积并且将其拟合到函数形式502中以确定质量轴偏移。在某些实施例中，可计算在图4中峰402、404和406的宽度(例如，半峰全宽)并且将其拟合到函数形式502中以确定质量轴偏移。在某些实施例中，与峰402、404和406相关联的另一参数，可计算诸如在每个峰上的一个或多个点的一阶导数值，或在每个峰的一个或多个点的二阶导数值，并且将其拟合到函数形式502中以确定质量轴偏移。任何前述量(和其他量)的组合也可拟合到函数形式502中，特别是当确定此类组合产生更准确测量的质量轴偏移506时。
106.在一些实施例中，可基于不同的标准为系统100确定多个质量轴偏移，然后通过基于该组质量轴偏移的控制器120确定最终的质量轴偏移506。例如，第一质量轴偏移可通过将与图4中的峰402、404和406的第一属性相关联的测量值拟合到第一函数形式中来确定，从而如上所述确定第一质量轴偏移。然后，可将与峰402、404和406的第二属性(不同于第一属性)相关联的测量值拟合到第二函数形式中，从而如上所述确定第二质量轴偏移。
107.通常，用于确定第一和第二质量轴偏移的一组峰可相同或不同(即，这些峰可对应于同一组质量偏移，或不同组的质量偏移)。此外，峰组可对应于与共同样品组分相关联的离子，或者对应于用于确定第一质量轴偏移可与第一样品组分相关联的峰组，以及对应于用于确定第二质量轴偏移可与第二样品组分相关联的峰组。此外，用于确定第一质量轴偏移的峰组可与由样品组分导出的第一离子相关联，并且用于确定第二质量轴偏移的峰组可与第二离子相关联，与第一离子不同，但是也由样品组分导出。
108.用于确定第一质量轴偏移的峰的数量与用于确定第二质量轴偏移的峰的数量可相同或不同。此外，第一和第二函数形式可相同或不同，这取决于标准，诸如拟合的峰属性的性质，以及基于拟合的峰属性确定质量轴偏移的不同函数形式的准确性。
109.尽管前述实例是指两个不同的质量轴偏移，但更一般地应理解，本文描述的系统和方法可在确定最终质量轴偏移值之前测量任意数量的不同质量轴偏移值。最终的质量轴偏移值可通过各种方式确定。在一些实施例中，例如，对质量轴偏移值的组的成员进行平均以确定最终的质量轴偏移值。在某些实施例中，最终质量轴偏移值被确定为该组值中最共同的质量轴偏移值。在一些实施例中，最终质量轴偏移值被确定为该组质量轴偏移值中的中值。也可使用用于从该组质量轴偏移值中确定最终质量轴偏移值的其他方法。
110.前述讨论集中在确定质量轴偏移值以校正与系统100中的单个质量选择过滤元件相关联的质量轴校准。然而，参考图1，系统100包括两个质量选择过滤元件：四极极q1和q3。前述方法适用于针对系统100中的每个质量选择过滤元件确定质量轴偏移值和校正质量轴校准。更一般地，对于包括m个质量选择过滤元件的系统100，前述方法可用于确定m个独立的质量偏移值，并且因此确定对质量轴校准的m个独立校正，一个针对m个质量选择中的每一个质量选择过滤元件。
111.为了评估前述用于确定系统100中q1和q3极的质量轴偏移和相联的关质量轴校准调节的方法的有效性，将含有掺入了睾酮、加巴喷丁、环孢霉素和
13
c标记的内部参考化合物睾酮-13
c3、加巴喷丁-13
c3和环孢菌素-d10的血清的样品引入系统100。对于这些组分中的每一种组分，测量了五个不同的离子峰，对应于表1中所示的q1和q3极的质量偏移。
[0112][0113]
表1
[0114]
重复测量10次，对测得的离子峰进行积分。基于经积分的峰面积值，针对样品的每种未标记的加标组分的q1和q3极中的每一个极确定质量轴偏移。对于q1和q3极中的每一个
极，最终质量轴偏移计算为针对该极从样品的每种未标记的加标组分确定的一组质量轴偏移的中值。然后，校正系统100的q1和q3极，使得它们的质量轴校准反映针对每个极确定的对应的最终质量轴偏移。
[0115]
应该注意，在上述调查中，分析物及其同位素标记的对应物都存在于分析的样品中。通常，可引入目标分析物的同位素标记的对应物，以用于诸如补偿样品制备过程中的不规则性。因为它们通常以已知浓度引入，所以它们为每种感兴趣的分析物提供了内部参考标准。
[0116]
与未标记的分析物、同位素标记的参考化合物或其两者相关联的测量值可用于确定本文所述方法中的质量轴偏移。在一些实施例中，由于它们在样品中的已知浓度，使用同位素标记的目标分析物的对应物来确定质量轴偏移，特别是当目标分析物的浓度未知并且可能太低而无法可靠地提供合适的用于确定质量轴偏移时的测量信号。在某些实施例中，未标记的分析物和标记的对应物都用于确定质量轴偏移。
[0117]
还应注意，添加到样品中并用于确定质量轴偏移的参考化合物不需要进行同位素标记。通常，可将任何参考化合物添加到样品中并用于本文所述的方法中以确定质量轴偏移和校正质量轴校准。
[0118]
在校正质量轴校准后，重复上述对样品中每个未标记的加标组分的测量，并计算每种组分的q1和q3的质量轴偏移。表2显示了在校正系统100的q1和q3四极极的质量轴校准之前和之后为样品的组分计算的质量轴漂移。
[0119][0120]
表2
[0121]
从表2中所示的数据可明显看出，在根据本文描述的方法校正极q1和q3的质量轴校准之后测量的质量轴偏移，在某些情况下比初始质量轴偏移小一个数量级以上。质量轴偏移的这种显着减少提供了强烈表明本文所述的方法对于重新校准基于质谱的分析系统以补偿由校准漂移导致的质量轴偏移非常有效。
[0122]
硬件和软件组件
[0123]
控制器120可用各种不同的硬件和软件组件及其组合来实施。在一些实施例中，控制器120包括至少一个电子处理器，该电子处理器能够执行基于软件的指令以执行本文所述的任何功能。在某些实施例中，控制器120包括一个或多个专用电子电路，诸如能够执行本文描述的任何功能的专用集成电路(asic)。
[0124]
控制器120可任选地包括至少一个存储器单元。存储器单元可包括，例如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)和/或用于软件指令的任何其他类型的易失性或非易失性存储介质。
[0125]
控制器120可任选地包括至少一个存储单元。存储单元可包括用于存储控制器可读信息的任何类型的介质(例如，控制器的一个或多个电子处理器)，包括软件指令、校准设置和信息(包括质量轴校准设置和信息，诸如一个或多个更多的校准曲线/关系和用于确定校准曲线/关系相应的质谱信息)、测量信息(例如，由检测器118测量的并传输到控制器120的质谱信息)，以及由控制器120从测量信息中确定的数据值和其他信息。至少一个存储单元可包括各种类型的有形存储介质，包括诸如硬盘驱动器之类的磁存储装置、持久性固态存储装置；诸如cds和dvds之类的可重写和不可重写光学存储介质；诸如fpgas之类的可编程电路元件，以及其他类型的可写和不可写存储介质。
[0126]
控制器120可任选地包括至少一个接口以允许系统100传输信息和/或接收信息。该接口可包括例如用于向系统100的用户显示信息的显示单元。该接口可包括发射器以允许系统100通过一个或多个网络向远程装置传输信息，该网络包括专用的对等网络、无线网络和诸如互联网的分布式网络。该接口可包括人机界面接口装置，该人机接口装置包括一个或多个组件，例如键盘、鼠标、触摸屏、小键盘、远程控制以及允许用户向系统100发出指令的任何其他类似组件。该接口还可包括用于通过上述任何网络从远程装置接收信息的接收器。
[0127]
系统100可包括当由控制器120执行时使控制器120执行本文所述的任何功能的软件指令。软件指令可编码在上述任何存储介质中，体现在上述任何存储器单元中，编码在控制器120的任何处理器或asics的电路中，或者可由控制器120经由接收器接收来自远程装置、安装到控制器120的存储器单元或存储单元中并由一个或多个处理器执行。
[0128]
软件指令可使用标准编程技术在计算机程序中实施。每个此类计算机程序可用高级过程或面向对象的编程语言，或者汇编或机器语言来实施。该语言可为编译或解释语言，并且可由控制器120的一个或多个处理器和/或电子电路执行的特定操作或步骤任选地通过执行计算机程序来动态生成。
[0129]
在其他实施例中
[0130]
应当理解，以上描述旨在说明而非限制本发明的范围，除明确描述的实施例之外的实施例均在本发明的范围内。