DE102022123559B3 - Method and device for monitoring and controlling the performance of an ion source - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Performanzüberwachung und - regelung einer Ionenquelle, aufweisend: (a) Laser-unterstütztes Ionisieren einer Kontrollprobe, deren Zusammensetzung substantiell bekannt ist und die vor, parallel zu oder nach einer analytischen Probe beprobt wird, (b) Erzeugen von Kontrollproben-Spektraldaten aus der ionisierten Kontrollprobe in einem an die Ionenquelle angeschlossenen Ionenanalysator, (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) über eine Vielzahl von Kontrollproben, um eine Vielzahl von Kontrollproben-Spektraldaten zu sammeln und derart auszuwerten, dass Spektraldaten einzelner Kontrollproben geringes Gewicht haben und ein Performanztrend in der Auswertung aufscheint, (d) Anpassen eines Betriebsparameters des Lasers der Ionenquelle, falls der Performanztrend in einen Bereich außerhalb eines vordefinierten Performanzintervalls eintritt, um den Laser Intervall-konform einzuregeln, und (e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) zwecks Langzeitüberwachung und -regelung der Ionenquelle.The invention relates to a method and a device for performance monitoring and control of an ion source, comprising: (a) laser-assisted ionization of a control sample, the composition of which is substantially known and which is sampled before, in parallel to or after an analytical sample, (b) Generating control sample spectral data from the ionized control sample in an ion analyzer connected to the ion source, (c) repeating steps (a) and (b) over a plurality of control samples to collect and evaluate a plurality of control sample spectral data such that Spectral data of individual control samples have low weight and a performance trend appears in the evaluation, (d) adjusting an operating parameter of the laser of the ion source if the performance trend enters a range outside a predefined performance interval in order to adjust the laser in accordance with the interval, and (e) repeat steps (a) to (d) for long-term monitoring and control of the ion source.

Description

Gebiet der ErfindungField of invention

Die Erfindung betrifft die Performanzüberwachung und -regelung einer Ionenquelle, die mit Laser-unterstützter Ionisierung arbeitet, insbesondere mit MALDI-Ionisierung. Im Speziellen betrifft die Erfindung ein Ionenspektrometriesystem mit einem Ionenanalysator, einer Ionenquelle, die an den Ionenanalysator angeschlossen ist, und einer Prozessoreinheit, die mit dem Ionenanalysator und der Ionenquelle kommuniziert.The invention relates to the performance monitoring and control of an ion source that works with laser-assisted ionization, in particular with MALDI ionization. In particular, the invention relates to an ion spectrometry system with an ion analyzer, an ion source connected to the ion analyzer, and a processor unit that communicates with the ion analyzer and the ion source.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Der Stand der Technik wird im Folgenden mit Bezug auf einen speziellen Aspekt erläutert. Dies soll jedoch nicht als Einschränkung verstanden werden. Nützliche Fortentwicklungen und Änderungen vom aus dem Stand der Technik Bekannten können auch über den vergleichsweise engen Rahmen dieser Einleitung hinaus anwendbar sein und werden sich geübten Praktikern auf diesem Gebiet nach Lektüre der dieser Einleitung nachfolgenden Offenbarung der Erfindung umstandslos erschließen.The prior art is explained below with reference to a specific aspect. However, this should not be understood as a limitation. Useful developments and changes from what is known from the prior art can also be applicable beyond the comparatively narrow scope of this introduction and will be readily apparent to experienced practitioners in this field after reading the disclosure of the invention following this introduction.

In der MALDI-Flugzeit-Massenanalyse (MALDI, matrix-assisted laser desorption and ionisation) gibt es einige Betriebsparameter, die für eine brauchbare Messung wichtig sind. Zu diesen Betriebsparametern gehören unter anderen die Spektrengrundlinie, diverse elektrische Spannungen an Beschleunigungselektroden zur Flugstrecke, die Detektorspannung und die Laserenergiedichte der Ionenquelle, um nur einige zu nennen. Üblicherweise werden diese Parameter entweder im Prüffeld des Massenspektrometer-Herstellers oder im Labor des Nutzers von qualifiziertem Service-Personal des Herstellers oder eines Vertragspartners geprüft und für bestmögliche Ergebnisse eingerichtet. Diese Maßnahmen sind jedoch vereinzelte Ereignisse, so dass das Massenspektrometer nach erfolgter Einrichtung oder Neu-Einstellung unüberwacht über einen langen Zeitraum funktionieren muss.In MALDI time-of-flight mass analysis (MALDI, matrix-assisted laser desorption and ionization) there are some operating parameters that are important for a useful measurement. These operating parameters include, among others, the spectral baseline, various electrical voltages at acceleration electrodes for the flight path, the detector voltage and the laser energy density of the ion source, to name just a few. These parameters are usually checked either in the mass spectrometer manufacturer's test facility or in the user's laboratory by qualified service personnel from the manufacturer or a contractual partner and set up for the best possible results. However, these measures are isolated events, so that the mass spectrometer must function unmonitored for a long period of time after it has been set up or re-set.

Es ist allerdings bekannt und entspricht der Erfahrung, dass sich einige Parameter über die Betriebs- und Einsatzzeit des Massenspektrometers verändern. Man kann auch von einer Alterung oder Abnutzung sprechen. Von den zuvor genannten Parametern sind davon insbesondere die Detektorspannung unmittelbar und die Laserenergiedichte mittelbar betroffen.However, it is known and consistent with experience that some parameters change over the operating and use time of the mass spectrometer. One can also speak of aging or wear and tear. Of the parameters mentioned above, the detector voltage in particular is directly affected and the laser energy density is indirectly affected.

Die Detektoralterung äußert sich insbesondere darin, dass der Verstärkungsfaktor z.B. eines Sekundärelektronenvervielfachers mit fortschreitendem Betrieb nachlässt. Diesem Abfall begegnet man üblicherweise mit einer Erhöhung der Detektorspannung, also des Spannungsgefälles, über das die Sekundärelektronen beschleunigt werden. Dieser Anpassungsbedarf der Detektorspannung baut sich in der Praxis über einen recht langen Zeitraum auf und lässt sich weitgehend automatisiert bestimmen, z.B. in Kalibrierphasen, in denen Einzelionensignale beobachtet werden, wie in der Patentveröffentlichung DE 10 2008 010 118 A1 beschrieben (entspricht GB 2 457 559 A und US 2009/0206247 A1 ).Detector aging is particularly evident in the fact that the amplification factor, for example of a secondary electron multiplier, decreases as operation progresses. This drop is usually countered by increasing the detector voltage, i.e. the voltage gradient over which the secondary electrons are accelerated. In practice, this need for adjustment of the detector voltage builds up over a fairly long period of time and can be determined largely automatically, for example in calibration phases in which single ion signals are observed, as in the patent publication DE 10 2008 010 118 A1 described (corresponds to GB 2 457 559 A and US 2009/0206247 A1 ).

Im Fall der Laserenergiedichte kann es passieren, dass die Ionenquelle und insbesondere die Oberflächen darin, z.B. von Elektroden oder begrenzenden Gehäuseteilen, bei fortschreitendem Betrieb verschmutzen und damit die Bedingungen, unter denen die elektrischen Felder in der Ionenquelle zustande kommen, verändern. Dies manifestiert sich dann in einer verringerten Ionenausbeute. Einem solchen Leistungsabfall kann man beispielsweise durch halb- oder vollautomatisierte Reinigung begegnen, die die Störung durch physikalisch-chemische Einwirkung zu beseitigen oder zumindest abzumildern sucht. Ein Beispiel einer solchen Reinigung wird in der Patentveröffentlichung DE 10 2008 008 634 A1 vorgestellt (entspricht GB 2 457 362 A und US 2009/0200457 A1 ). Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Laserenergiedichte oder Laserfluenz zu erhöhen, da die Ionenausbeute mit einer vielfachen Potenz der Energiedichte oder Fluenz skaliert, wie in dem Übersichtsartikel von Klaus Dreisewerd erläutert (Chem. Rev. 2003, 103, 395-425). Je nach Nutzung des Analysators, man denke an nahezu ununterbrochene Messphasen täglich von früh bis spät, kann sich der durch Verschmutzung bedingte Abhilfebedarf im Vergleich zur Detektoralterung recht rasch auf bauen.In the case of laser energy density, it can happen that the ion source and in particular the surfaces therein, for example electrodes or delimiting housing parts, become dirty as operation progresses and thus change the conditions under which the electric fields in the ion source arise. This then manifests itself in a reduced ion yield. Such a drop in performance can be counteracted, for example, by semi- or fully-automated cleaning, which seeks to eliminate or at least mitigate the disruption caused by physical-chemical influences. An example of such cleaning is presented in the patent publication DE 10 2008 008 634 A1 presented (corresponds to GB 2 457 362 A and US 2009/0200457 A1 ). Another possibility is to increase the laser energy density or laser fluence, since the ion yield scales with a multiple power of the energy density or fluence, as explained in the review article by Klaus Dreisewerd (Chem. Rev. 2003, 103, 395-425). Depending on how the analyzer is used, think of almost uninterrupted measuring phases every day from morning to night, the need for remedial action due to contamination can build up quite quickly compared to detector aging.

Sobald ein Massenspektrometer erstmal im Labor eines Nutzers installiert ist, kann intensiver Betrieb dazu führen, beispielsweise bei mit hohem Durchsatz wiederholten Identifizierungsmessungen von krankheitsverursachenden Mikroorganismen im klinischen Bereich, dass derartige Leistungsabfälle so schnell auftreten, dass Wartungsarbeiten mit hoher Frequenz, z.B. wöchentlich oder sogar noch häufiger, notwendig werden; ein gewaltiger Aufwand für das Service-Personal und gleichzeitig ein Kostentreiber für die Nutzer.Once a mass spectrometer is first installed in a user's laboratory, intensive operation, for example during high-throughput repeated identification measurements of disease-causing microorganisms in clinical settings, can result in such drops in performance occurring so quickly that maintenance work is required at high frequency, e.g. weekly or even more frequently , become necessary; a huge effort for the service staff and at the same time a cost driver for the users.

Im Folgenden werden einige Dokumente des Stands der Technik, die für die Offenbarung relevant sein können, ohne Anspruch auf Vollständigkeit kurz gewürdigt:Below, some prior art documents that may be relevant to the disclosure are briefly reviewed without claiming to be complete:

Die in der Patentveröffentlichung DE 10 2010 019 857 A1 (entsprechend GB 2 483 322 A und US 2011/0272573 A1 ) offenbarte technische Lehre basiert darauf, mehrere Serien von Massenspektren eines Gemischs aus Analytsubstanzen mit stufenweiser Erhöhung der Energiedichte in den Laserfoki aufzunehmen, dabei aber das daraus eventuell resultierende Problem der Signalsättigung am Detektor durch besondere Maßnahmen zu bewältigen.The one in the patent publication DE 10 2010 019 857 A1 (accordingly GB 2 483 322 A and US 2011/0272573 A1 ) disclosed technical teaching is based on several series of mass spectra of a mixture To include analyte substances in the laser foci with a gradual increase in energy density, but to overcome the resulting problem of signal saturation at the detector through special measures.

Die Patentveröffentlichung WO 2014/140625 A1 offenbart ein Verfahren zur Ionenbildgebung, das das Testen eines ersten Probenteils durch automatisches Variieren eines oder mehrerer Laserparameter und die manuelle oder automatische Bestimmung eines oder mehrerer optimaler oder bevorzugter Laserparameter aus dem ersten Probenteil umfasst. Ein zweiter Probenteil wird dann unter Verwendung des einen oder der mehreren optimalen oder bevorzugten Parameter analysiert.The patent publication WO 2014/140625 A1 discloses a method for ion imaging that includes testing a first sample portion by automatically varying one or more laser parameters and manually or automatically determining one or more optimal or preferred laser parameters from the first sample portion. A second sample portion is then analyzed using the one or more optimal or preferred parameters.

Die Patentveröffentlichung WO 2017/160857 A1 betrifft Systeme und Verfahren zur Echtzeitüberwachung von Laboranalysegeräten zum Zwecke der Qualitätskontrolle.The patent publication WO 2017/160857 A1 relates to systems and methods for real-time monitoring of laboratory analytical devices for the purpose of quality control.

Die Patentveröffentlichung EP 3 806 135 A1 beschreibt eine MALDI-Ionenquelle, in der Laserlicht von einer Laserlichtquelle durch einen Spiegel reflektiert und die Energie des Laserlichts durch Drehung eines Polarisationsstrahlteilers eingestellt wird. Dann wird das Laserlicht mit angepasster Energie auf eine Probe gelenkt.The patent publication EP 3 806 135 A1 describes a MALDI ion source in which laser light from a laser light source is reflected through a mirror and the energy of the laser light is adjusted by rotating a polarization beam splitter. The laser light is then directed onto a sample with adjusted energy.

Die Patentveröffentlichung EP 3 651 184 A1 bezieht sich auf ein Massenspektrometer sowie Verfahren und Programme zur Einstellung der Laserlichtintensität, die in dem Massenspektrometer für die MALDI-Ionisierung verwendet wird.The patent publication EP 3 651 184 A1 refers to a mass spectrometer and methods and programs for adjusting the laser light intensity used in the mass spectrometer for MALDI ionization.

Die Patentschrift DE 10 2019 103 147 B3 betrifft bildgebende Massenspektrometrie an Probedünnschnitten, insbesondere unter Verwendung von Ionisierung durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI), wobei eine hohe laterale Bildauflösung die Aufnahme von vielen Millionen (durchaus hundert Millionen) von Massenspektren bedeutet und die Bildaufnahme über viele Stunden läuft. Dabei nimmt die Qualität der Massenspektren von Stunde zu Stunde deutlich ab. Die Abnahme der Spektrenqualität bei stundenlangen kontinuierlichen Messserien ist nur zu einem Teil auf eine Abnahme der Verstärkung des Detektors zurückzuführen, und zu einem wesentlichen anderen Teil auf eine Abnahme der Anzahl der nutzbaren Ionen pro Ionenerzeugungspuls, die auf mehrere, schlecht regelbare Phänomene zurückgeht. Offenbart wird, nur die Verstärkung des Detektors zu regeln, und zwar so, dass nicht nur die Abnahme der Verstärkung des Detektors kompensiert wird, sondern auch die Abnahme der Anzahl nutzbarer Ionen pro Ionenerzeugungspuls (z.B. Laserschuss).The patent specification DE 10 2019 103 147 B3 relates to imaging mass spectrometry on sample thin sections, in particular using ionization by matrix-assisted laser desorption (MALDI), where a high lateral image resolution means the acquisition of many millions (quite hundreds of millions) of mass spectra and the image acquisition takes place over many hours. The quality of the mass spectra decreases significantly from hour to hour. The decrease in spectral quality in continuous series of measurements lasting hours is only partly due to a decrease in the gain of the detector, and a significant other part is due to a decrease in the number of usable ions per ion generation pulse, which is due to several poorly controllable phenomena. What is disclosed is to regulate only the gain of the detector, in such a way that not only the decrease in the gain of the detector is compensated for, but also the decrease in the number of usable ions per ion generation pulse (e.g. laser shot).

Die Patentschrift DE 196 33 507 C1 betrifft die genaue Massenbestimmung von Analytionen in Flugzeitmassenspektrometern, die mit einer Ionisierung der Analytsubstanzen auf Probenträgern durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI) und einer Verbesserung der Massenauflösung durch zeitlich verzögerten Einsatz der Beschleunigung im Feld zwischen Probenträger und einer Zwischenelektrode arbeiten. Offenbart werden Verfahren zum Konstanthalten einmal kalibrierter Massenskalen bei ungewollten Abstandsänderungen des Probenträgers von der nächstliegenden Beschleunigungselektrode.The patent specification DE 196 33 507 C1 concerns the precise mass determination of analyte ions in time-of-flight mass spectrometers, which work with ionization of the analyte substances on sample carriers by matrix-assisted laser desorption (MALDI) and an improvement in mass resolution through time-delayed use of acceleration in the field between the sample carrier and an intermediate electrode. Disclosed are methods for keeping calibrated mass scales constant in the event of unwanted changes in the distance of the sample carrier from the nearest acceleration electrode.

Die Patentveröffentlichung CN 109557165 A (entspricht EP 3 460 470 A1 ) betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Qualität von Präparationsabläufen analytischer Gewebeschnitte für die massenspektrometrische Bildgebung unter Verwendung einer Kontrollprobe, die neben den analytischen Gewebeschnitten auf demselben Probenträger verarbeitet und gemessen wird, und zur Ermittlung, ob die Merkmale der Kontrollprobenmessung in einen Bereich von Merkmalen separater Referenzmessungen desselben Typs von Kontrollproben passen.The patent publication CN 109557165 A (corresponds EP 3 460 470 A1 ) relates to a method for monitoring the quality of preparation processes of analytical tissue sections for mass spectrometric imaging using a control sample that is processed and measured alongside the analytical tissue sections on the same sample carrier, and for determining whether the characteristics of the control sample measurement fit into a range of characteristics of separate reference measurements of the same type of control samples.

Es besteht angesichts der vorherigen Erläuterungen ein Bedarf, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, mit denen die Performanzüberwachung und -regelung einer Ionenquelle über einen längeren Zeitraum gewährleistet und verbessert werden kann. Weitere von der Erfindung zu lösende Aufgaben ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres bei der Lektüre der nachfolgenden Offenbarung.In view of the previous explanations, there is a need to provide methods and devices with which the performance monitoring and control of an ion source can be guaranteed and improved over a longer period of time. Further tasks to be solved by the invention will become apparent to those skilled in the art upon reading the following disclosure.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Performanzüberwachung und -regelung einer Ionenquelle, aufweisend: (a) Laser-unterstütztes Ionisieren einer Kontrollprobe, deren Zusammensetzung substantiell bekannt ist und die vor, parallel zu oder nach einer analytischen Probe beprobt wird, (b) Erzeugen von Kontrollproben-Spektraldaten aus der ionisierten Kontrollprobe in einem an die Ionenquelle angeschlossenen Ionenanalysator, (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) über eine Vielzahl von Kontrollproben, um eine Vielzahl von Kontrollproben-Spektraldaten zu sammeln und derart auszuwerten, dass Spektraldaten einzelner Kontrollproben geringes Gewicht haben und ein Performanztrend in der Auswertung aufscheint, (d) Anpassen eines Betriebsparameters des Lasers der Ionenquelle, falls der Performanztrend in einen Bereich außerhalb eines vordefinierten Performanzintervalls eintritt, um den Laser Intervall-konform einzuregeln, und (e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) zwecks Langzeitüberwachung und -regelung der Ionenquelle.In a first aspect, the present disclosure relates to a method for performance monitoring and control of an ion source, comprising: (a) laser-assisted ionization of a control sample, the composition of which is substantially known and which is sampled before, in parallel with or after an analytical sample, ( b) generating control sample spectral data from the ionized control sample in an ion analyzer connected to the ion source, (c) repeating steps (a) and (b) over a plurality of control samples to collect and evaluate a plurality of control sample spectral data that spectral data of individual control samples have low weight and a performance trend appears in the evaluation, (d) adjusting an operating parameter of the ion source laser if the performance trend enters a range outside a predefined performance interval in order to adjust the laser in accordance with the interval, and (e ) Repeat steps (a) to (d) for long-term monitoring and control of the ion source.

In verschiedenen Ausführungsformen kann in Schritt (a) die Kontrollprobe in einem gleichen Messvorgang wie die analytische Probe beprobt werden und in Schritt (c) können die Schritte (a) und (b) über eine Vielzahl von Messvorgängen und Kontrollproben wiederholt werden. Ein Messvorgang im Sinne der vorliegenden Offenbarung kann insbesondere in Bezug auf die Betriebsweise des Ionenspektrometriesystems zu verstehen sein. Zum Beispiel kann ein Messvorgang alle Messungen umfassen, die von (Kontroll-)Proben auf einem Probenträger aufgenommen werden, solange er sich räumlich in der Ionenquelle befindet. Ein Beispiel wäre das Einführen des Probenträgers in einen Unterdruckbereich der Ionenquelle, sofern diese im Unterdruck arbeitet, wie z.B. bei Vakuum-MALDI. Wird der Probenträger aus der Ionenquelle, z.B. dem Unterdruckbereich, entfernt und anschließend ein weiterer Probenträger mit neuen (Kontroll-)Proben wieder eingeführt, können alle Messungen von den neuen (Kontroll-)Proben auf diesem nächsten Probenträger als separater Messvorgang angesehen werden.In various embodiments, in step (a), the control sample can be sampled in the same measurement process as the analytical sample and in step (c), steps (a) and (b) can be repeated over a plurality of measurement processes and control samples. A measurement process in the sense of the present disclosure can be understood in particular with regard to the operation of the ion spectrometry system. For example, a measurement process can include all measurements recorded from (control) samples on a sample carrier as long as it is spatially located in the ion source. An example would be introducing the sample carrier into a negative pressure area of the ion source, provided that it operates under negative pressure, such as in vacuum MALDI. If the sample carrier is removed from the ion source, e.g. the negative pressure area, and then another sample carrier with new (control) samples is reintroduced, all measurements of the new (control) samples on this next sample carrier can be viewed as a separate measuring process.

Auf einem Probenträger für die Laser-unterstützte Ionisierung können neben Präparationen analytischer Proben auch mehrere Kontrollproben-Präparationen angeordnet sein. Wenn es sowohl Kontrollproben als auch analytische Proben auf dem Probenträger gibt, z.B. 2-10 technische Kontrollproben-Replikate, insbesondere 4-8 technische Kontrollproben-Replikate, können alle Kontrollproben-Spektraldaten dieser Präparationen zur Ermittlung des Performanztrends und/oder dessen zeitlichem Verlauf herangezogen werden. Eine Kontrollproben-Präparation auf dem Probenträger kann einmal oder auch mehrere Male zur Erzeugung von Kontrollproben-Spektraldaten beprobt werden, begrenzt grundsätzlich nur durch die Ergiebigkeit der Kontrollprobe. Im Ergebnis können die Kontrollproben-Spektraldaten vereinzelte und gesonderte Spektren umfassen. Wiederholtes Beproben der gleichen Kontrollproben-Präparation erhöht die Grundlage der Kontrollproben-Spektraldaten für eine anschließende statistische Auswertung und verringert den Einfluss insbesondere sehr kurzzeitig auftretender Störungen des Messablaufs, die Ausreißermessungen verursachen können.In addition to preparations of analytical samples, several control sample preparations can also be arranged on a sample carrier for laser-assisted ionization. If there are both control samples and analytical samples on the sample carrier, e.g. 2-10 technical control sample replicates, in particular 4-8 technical control sample replicates, all control sample spectral data of these preparations can be used to determine the performance trend and/or its time course . A control sample preparation on the sample carrier can be sampled once or several times to generate control sample spectral data, limited in principle only by the yield of the control sample. As a result, the control sample spectral data may include isolated and discrete spectra. Repeated sampling of the same control sample preparation increases the basis of the control sample spectral data for subsequent statistical evaluation and reduces the influence, particularly of very short-term disturbances in the measurement process, which can cause outlier measurements.

Die Beprobung der Kontrollprobe vor, parallel zu oder nach einer analytischen Probe kann insbesondere bedeuten, dass Kontrollprobe und analytische Probe in einem gleichen Messvorgang untersucht werden. Die Beprobung der Kontrollprobe kann insbesondere unmittelbar vor oder unmittelbar nach einer analytischen Probe erfolgen. Die Messmodi oder Messeinstellungen des Ionenspektrometriesystems können für die Beprobung analytischer Proben und Kontrollproben übereinstimmen oder sich auch unterscheiden. Wenn ein Messvorgang das Aufnehmen von Spektraldaten aller (Kontroll-)Proben auf einem Probenträger umfasst, wie zuvor ausgeführt, kann dies beinhalten, dass der Probenträger eine Vielzahl von ausgezeichneten Probenorten, z.B. ein Feld von Probenpunkten wie auf den bekannten AnchorChip- oder MBT Biotarget 96-Trägern von Bruker oder auch auf einer Stahlplatte, aufweist und einige dieser Probenorte einerseits mit einer vorbestimmten Anzahl von Kontrollproben präpariert sind, wohingegen einige oder alle der verbleibenden Probenorte mit analytischen Proben belegt sind. Kontrollproben und analytische Proben können dann in Blöcken getrennt voneinander (z.B. zuerst alle Kontrollproben, dann alle analytischen Proben oder umgekehrt) oder auch abwechselnd (z.B. Kontrollprobe => analytische Probe => Kontrollprobe => analytische Probe usw.) beprobt werden. In Ionenquellen mit vielfachen Laserstrahlen können gegebenenfalls analytische Proben und Kontrollproben auch parallel vom gleichen Probenträger gemessen werden, wenn der angeschlossene Ionenanalysator auf die Verarbeitung multiplexierter Ionenströme ausgelegt und eingerichtet ist oder wenn mehr als ein Ionenanalysator vorhanden ist.Sampling the control sample before, in parallel to or after an analytical sample can in particular mean that the control sample and the analytical sample are examined in the same measuring process. The control sample can be sampled in particular immediately before or immediately after an analytical sample. The measurement modes or measurement settings of the ion spectrometry system can be the same or different for sampling analytical samples and control samples. If a measurement procedure involves recording spectral data of all (control) samples on a sample carrier, as stated above, this may involve the sample carrier having a variety of designated sample locations, e.g. an array of sample points as on the well-known AnchorChip or MBT Biotarget 96 - Carriers from Bruker or on a steel plate, and some of these sample locations are prepared with a predetermined number of control samples, whereas some or all of the remaining sample locations are occupied with analytical samples. Control samples and analytical samples can then be sampled separately in blocks (e.g. first all control samples, then all analytical samples or vice versa) or alternately (e.g. control sample => analytical sample => control sample => analytical sample, etc.). In ion sources with multiple laser beams, analytical samples and control samples can also be measured in parallel from the same sample carrier if the connected ion analyzer is designed and set up to process multiplexed ion currents or if more than one ion analyzer is present.

In verschiedenen Ausführungsformen kann der Ionenanalysator als Massenanalysator ausgebildet sein, der die ionisierte Kontrollprobe insbesondere nach dem Prinzip der Flugzeit-Dispersion (time-of-flight, TOF) sortiert. Ein Massenanalysator trennt geladene Moleküle oder Molekülionen gemäß ihrem Masse-zu-Ladungsverhältnis, üblicherweise als m/z bezeichnet. Neben den in der Einleitung bereits genannten Flugzeitanalysatoren, für die sowohl Linearals auch Reflektoraufbauten und/oder solche mit axialer oder orthogonaler Beschleunigung von Ionen in die Flugstrecke vorgesehen sein können, lassen sich grundsätzlich auch andere Arten massendispergierender Separatoren verwenden, z.B. Quadrupol-Massenfilter (single quads), Tripel-Quadrupol-Analysatoren („Tripel-Quads“), Ionenzyklotronresonanz-Zellen (ion cyclotron resonance, ICR), Analysatoren des Kingdon-Typs wie die Orbitrap® (Thermo Fisher Scientific) und andere.In various embodiments, the ion analyzer can be designed as a mass analyzer, which sorts the ionized control sample in particular according to the principle of time-of-flight (TOF). A mass analyzer separates charged molecules or molecular ions according to their mass-to-charge ratio, commonly referred to as m/z. In addition to the time-of-flight analyzers already mentioned in the introduction, for which both linear and reflector structures and/or those with axial or orthogonal acceleration of ions into the flight path can be provided, other types of mass-dispersing separators can in principle also be used, e.g. quadrupole mass filters (single quads ), triple quadrupole analyzers (“triple quads”), ion cyclotron resonance (ICR) cells, Kingdon-type analyzers such as the Orbitrap® (Thermo Fisher Scientific), and others.

In verschiedenen Ausführungsformen kann der Ionenanalysator auch ein Mobilitätsanalysator oder kombinierter Mobilitäts-Massenanalysator sein. Ein Mobilitätsanalysator trennt geladene Moleküle oder Molekülionen gemäß ihrem Stoßquerschnitt-zu-Ladungsverhältnis, gelegentlich als S2/z oder σ/z bezeichnet. Grundlage hierfür ist die Wechselwirkung der Ionenspezies mit einem elektrischen Feld, das mit der Ladung der Ionen koppelt, bei gleichzeitiger Einwirkung eines Puffergases, das auf die mittlere Querschnittsfläche des Ions einwirkt. Bekannt sind insbesondere Driftröhren-Mobilitätsseparatoren mit statischem elektrischen Feldgradient, die Ionen durch ein im Wesentlichen ruhendes Gas treiben, wobei sich die Driftgeschwindigkeit einer Ionenspezies aus der vorantreibenden Kraft des elektrischen Feldes und der bremsenden Kraft der Stöße mit den Gasteilchen ergibt. Ebenso geläufig sind Speicher-Ionenmobilitätsseparatoren (trapped ion mobility separators, TIMS) mit einem die Ionen vorantreibenden stetigen laminaren Gasstrom, dem ein schrittweise veränderter elektrischer Feldgradient mit entsprechend veränderlicher Bremskraft entgegenwirkt. Erwähnt werden können auch Wanderwellen-Mobilitätsseparatoren (travelling wave). Es versteht sich, dass Analysatoren der vorgenannten Typen gekoppelt werden können, um Ionenspezies mehrdimensional, also gemäß mehr als einer physikalisch-chemischen Eigenschaft wie m/z, S2/z oder σ/z trennen zu können.In various embodiments, the ion analyzer may also be a mobility analyzer or combined mobility-mass analyzer. A mobility analyzer separates charged molecules or molecular ions according to their collision cross-section to charge ratio, sometimes referred to as S2/z or σ/z. The basis for this is the interaction of the ion species with an electric field that couples to the charge of the ions, with the simultaneous action of a buffer gas that acts on the average cross-sectional area of the ion. In particular, drift tube mobility separators with a static electric field gradient are known, which drive ions through a gas that is essentially at rest, with the drift speed of an ion species resulting from the driving force of the electric field and the braking force of the collisions with the gas particles. Also common are storage ion mobility separators (trapped ion mobility separators, TIMS) with a constant laminar gas flow that drives the ions, which is counteracted by a gradually changing electric field gradient with a correspondingly variable braking force. Traveling wave mobility separators can also be mentioned. It is understood that analyzers of the aforementioned types can be coupled in order to be able to separate ion species multidimensionally, i.e. according to more than one physicochemical property such as m/z, S2/z or σ/z.

In verschiedenen Ausführungsformen kann die Kontrollprobe eine Aufbereitung eines Mikroorganismus, z.B. eines prokaryotischen Organismus, insbesondere eine Aufbereitung einer Bakterienspezies, umfassen. Mikroorganismenzellen mit genau bekanntem Taxon und definiertem Gehalt an löslichen Molekülen, z.B. ribosomalen Proteinen und Peptiden, lassen sich kommerziell erwerben. Eine solche Ausgestaltung lässt bei standardisierter Präparation eine gut vorhersehbare und beständige Analysator- und Detektorantwort bezüglich z.B. Massensignalprofil bzw. Abundanz erwarten. Ein Beispiel ist der Bacterial Test Standard für den MALDI Biotyper® von Bruker, ein MALDI axial-lineares Flugzeit-Massenspektrometriesystem; der Standard umfasst ein typisches Escherichia coli DH5 alpha-Peptid- und Proteinprofil sowie zusätzliche Proteine, unter anderem geeignet für die Massenkalibration.In various embodiments, the control sample may comprise a preparation of a microorganism, e.g. a prokaryotic organism, in particular a preparation of a bacterial species. Microorganism cells with a precisely known taxon and a defined content of soluble molecules, e.g. ribosomal proteins and peptides, can be purchased commercially. With standardized preparation, such a design allows one to expect a well-predictable and consistent analyzer and detector response with regard to, for example, mass signal profile or abundance. An example is the Bacterial Test Standard for Bruker's MALDI Biotyper®, a MALDI axial-linear time-of-flight mass spectrometry system; The standard includes a typical Escherichia coli DH5 alpha peptide and protein profile as well as additional proteins suitable for mass calibration, among other things.

Vorzugsweise sind die Vielzahl von Kontrollproben deckungsgleich oder identisch; insbesondere werden über die Vielzahl der Messvorgänge Kontrollproben verwendet, die deckungsgleich oder identisch sind. Im Fall einer Mikroorganismenaufbereitung als Kontrollprobe können die Messungen über viele Präparationen und einen langen Zeitraum von biologischen und/oder technischen Replikaten des Mikroorganismus aufgenommen werden.Preferably, the plurality of control samples are congruent or identical; In particular, control samples that are congruent or identical are used across the large number of measurement processes. In the case of microorganism preparation as a control sample, the measurements can be recorded over many preparations and over a long period of time from biological and/or technical replicates of the microorganism.

Umfasst die Kontrollprobe einen Mikroorganismus, ist dieser vorzugsweise sterilisiert. Das Sterilisieren kann ein Exponieren des Mikroorganismus gegenüber einer Stoffwechsel-hemmenden Flüssigkeit, z.B. einem Alkohol wie Ethanol oder Iso-Propanol oder einer Säure wie Ameisensäure, und/oder Energieeinwirkung, z.B. unter Verwendung von Wärme oder hochenergetischer Strahlung (insbesondere ultraviolettes Licht), umfassen. Unter Sterilisieren wird insbesondere verstanden, dass der Mikroorganismus die Fähigkeit verliert, sich selbst unter für ihn günstigen Bedingungen zu vermehren. Auf diese Weise können die mit unbeabsichtigter/unkontrollierter Verbreitung einhergehenden biologischen Gefahren in einem Analyselabor vermieden werden. Unter bestimmten Bedingungen kann es entbehrlich sein, den Mikroorganismus einer Kontrollprobe zu sterilisieren, beispielsweise dann, wenn in einem Analyselabor der biologischen Sicherheitsstufe 2 oder höher gearbeitet wird. Dort kann davon ausgegangen werden, dass hinreichend geschultes Fachpersonal zum Einsatz kommt.If the control sample includes a microorganism, it is preferably sterilized. Sterilizing may include exposing the microorganism to a metabolism-inhibiting liquid, e.g. an alcohol such as ethanol or iso-propanol or an acid such as formic acid, and/or exposure to energy, e.g. using heat or high-energy radiation (particularly ultraviolet light). Sterilization means in particular that the microorganism loses the ability to reproduce itself under conditions that are favorable for it. In this way, the biological hazards associated with accidental/uncontrolled spread in an analytical laboratory can be avoided. Under certain conditions it may not be necessary to sterilize the microorganism of a control sample, for example when working in an analytical laboratory at biological safety level 2 or higher. It can be assumed that adequately trained specialist personnel are deployed.

In verschiedenen Ausführungsformen kann die Ionenquelle nach dem MALDI-Prinzip arbeiten. Das Prinzip der Matrix-unterstützten Laserdesorption und Ionisierung (MALDI) ist an anderer Stelle bereits ausführlich beschrieben, siehe zum Beispiel den in der Einleitung erwähnten Artikel von Klaus Dreisewerd. In einer verbreiteten Variante der MALDI-Probenpräparation werden lösliche Moleküle, z.B. ribosomale Proteine eines Mikroorganismus oder Bakteriums, in eine Struktur von Matrixkristallen eingefügt, die ein hohes Absorptionsvermögen für Laserlicht aufweisen. Als Matrixsubstanzen werden kleine organische Moleküle gewählt, die bei der verwendeten Laserwellenlänge, z.B. Festkörper Nd:YAG bei einer frequenzverdreifachten Wellenlänge von 355 Nanometern, Energie stark absorbieren. Beispiele dafür sind Sinapinsäure, 2,5-Dihydroxybenzoesäure, α-Cyanohydroxyzimtsäure oder 2,4,6-Trihydroxyacetophenon. Wird die Matrixkristallstruktur Pulsen einer Laserstrahlung ausgesetzt, verdampft sie explosionsartig und setzt die eingebetteten Moleküle frei. Es werden während dieses energiereichen Abtragprozesses darüber hinaus Moleküle ionisiert. Diese sind damit einer folgenden ionenspektrometrischen Untersuchung zugänglich. Für diese Untersuchung werden die Ionen im Regelfall in elektrischen Feldern gemäß ihrer Masse auf unterschiedliche Geschwindigkeiten beschleunigt und treffen nach Durchlaufen einer längeren, weitgehend feldfreien Flugstrecke zeitaufgelöst auf einen Detektor mit Sekundärelektronenvervielfacher. Die Zeitspannen von der Laserdesorption des Probenmaterials oder von einem Beschleunigungspuls in die Flugstrecke des Massenanalysators bis zum Empfang der verschiedenen Ionenstromsignale am Detektor ergeben über eine Umrechnung die ladungsbezogenen Massen m/z der Ionen.In various embodiments, the ion source can work according to the MALDI principle. The principle of matrix-assisted laser desorption and ionization (MALDI) has already been described in detail elsewhere, see for example the article by Klaus Dreisewerd mentioned in the introduction. In a common variant of MALDI sample preparation, soluble molecules, e.g. ribosomal proteins of a microorganism or bacterium, are inserted into a structure of matrix crystals that have a high absorption capacity for laser light. Small organic molecules are chosen as matrix substances that strongly absorb energy at the laser wavelength used, e.g. solid-state Nd:YAG at a frequency-tripled wavelength of 355 nanometers. Examples of this are sinapinic acid, 2,5-dihydroxybenzoic acid, α-cyanohydroxycinnamic acid or 2,4,6-trihydroxyacetophenone. If the matrix crystal structure is exposed to pulses of laser radiation, it vaporizes explosively and releases the embedded molecules. Molecules are also ionized during this high-energy removal process. These are therefore accessible for subsequent ion spectrometric examination. For this study, the ions are usually accelerated in electric fields to different speeds depending on their mass and, after traveling through a longer, largely field-free flight path, hit a detector with a secondary electron multiplier in a time-resolved manner. The time periods from the laser desorption of the sample material or from an acceleration pulse in the flight path of the mass analyzer to the reception of the various ion current signals at the detector result in the charge-related masses m / z of the ions via a conversion.

Beispiel der Erstellung einer MALDI Messung. Bei der Neuerstellung einer MALDI-Messmethode werden einige Betriebsparameter idealerweise mit Hilfe eines Standards definiert, der kontrolliert hergestellt wurde und eine möglichst definierte Anzahl und Konzentration von Zielmolekülen im gesuchten Massenbereich enthält (Kontrollprobe). Dieser Standard, z.B. Bacterial Test Standard von Bruker, wird frisch präpariert und im Gerät vermessen. Vor der Messung dieses Standards können andere Betriebsparameter, z.B. eine Nivellierungsspannung zur Einstellung eines weitgehend feldfreien Raumes im Desorptionsbereich eines MALDI-Probenträgers (englisch back bias genannt), die Detektorspannung oder Grundlinie, auch getrennt definiert werden. Ein wichtiger Parameter einer MALDI Messung ist die Laserenergiedichte. Wenn die Laserenergiedichte zu niedrig ist, werden keine oder kaum Ionen erzeugt. Wenn die Laserenergiedichte zu hoch ist, ist die erzeugte Ionenwolke mit zu vielen Ladungsträgern besetzt und die Massenauflösung im angeschlossenen Analysator stößt an Grenzen. Daher ist es bevorzugt, eine sogenannte „Desorptionsschwelle“ zu finden und definieren. Diese Schwelle der Laserenergiedichte definiert den Punkt, an dem man nach stufenweiser Erhöhung der Laserenergiedichte von einem niedrigen Anfangswert die ersten Ionensignale am Detektor ausmachen kann. Ausgehend von dieser Desorptionsschwelle, wird die Laserenergiedichte daraufhin für die anfängliche Geräteeinstellung vorzugsweise weiter erhöht, um einen Kompromiss zwischen Signalanzahl sowie -stärke und Verschlechterung der Massenauflösung zu erreichen. Typischerweise liegt eine derartige bevorzugte Laserenergiedichte einige Prozentpunkte über der Desorptionsschwelle.Example of creating a MALDI measurement. When creating a new MALDI measurement method, some operating parameters are ideally defined with the help of a standard that has been produced in a controlled manner and contains the most defined number and concentration of target molecules in the desired mass range (control sample). This standard, e.g. Bacterial Test Standard from Bruker, is freshly prepared and measured in the device. Before measuring this standard, other operating parameters, e.g. a leveling voltage to set a largely field-free space in the desorption area of a MALDI sample carrier (called back bias), the detector voltage or baseline, can also be set separately To be defined. An important parameter of a MALDI measurement is the laser energy density. If the laser energy density is too low, no or hardly any ions are produced. If the laser energy density is too high, the ion cloud created is filled with too many charge carriers and the mass resolution in the connected analyzer reaches its limits. It is therefore preferred to find and define a so-called “desorption threshold”. This threshold of the laser energy density defines the point at which one can detect the first ion signals on the detector after gradually increasing the laser energy density from a low initial value. Based on this desorption threshold, the laser energy density is then preferably further increased for the initial device setting in order to achieve a compromise between signal number and strength and deterioration in mass resolution. Typically, such a preferred laser energy density is a few percentage points above the desorption threshold.

Die Laserenergiedichte für spätere Messungen analytischer Proben wird so eingestellt, dass sowohl Proben mit geringer wie auch hoher Analytkonzentration gemessen werden können. D.h. die Laserenergiedichte wird während der Messung analytischer Proben um wenige Prozentpunkte variiert, z.B. kann nach dem ersten Messversuch die Energiedichte erhöht oder erniedrigt werden, um optimal auswertbare Signale zu bekommen. Wenn die Analytkonzentration in der Probe zu groß ist, wird die initiale Laserleistung verringert. Wenn der Analytgehalt der Probe zu niedrig ist, wird die Laserleistung erhöht. Eine Folge dieser Vorgehensweise in der Praxis kann jedoch sein, dass ein suboptimal eingestellter Laser oder eine verschmutzte Ionenquelle lange Zeit unentdeckt bleiben, weil während der Messung die Laserenergiedichte ständig erhöht werden darf, was z.B. für Proben niedrigen Analytgehalts einen Messnachteil darstellt. Eine MALDI-Messung analytischer Proben ist nach der gegenwärtigen Praxis daher nur bedingt in der Lage, die anfänglich optimal eingestellte Laserenergiedichte zu überwachen und nachzuführen, da die MALDI-Messung selber sehr variabel sein und von vielen Parametern abhängen kann. Eine nachlassende Laserleistung oder eine verschmutzte Ionenquelle sind Faktoren, die eine Erhöhung der Laserenergiedichte bedingen können. Die hier vorgestellte Erfindung beruht im Wesentlichen auf der häufigen Messung eines definierten Standards oder einer Kontrollprobe, deren Zusammensetzung substantiell bekannt ist, mit einer für die Performanzüberwachungsmessung fest eingestellten Laserenergiedichte mit dem Ziel, insbesondere eine erwartete Signalintensität zu finden. Da eine einzelne MALDI-Messung trotzdem sehr variabel sein kann, werden diese Messungen über einen längeren Zeitraum gemittelt, um den Einfluss kurzzeitiger oder „Tagesform“-abhängiger Varianzen zu unterdrücken. Wenn die zu erwartende Signalintensität nicht mehr gefunden wird, kann ein Laserenergiedichte-Ausgangswert für die Messungen analytischer Proben nachjustiert werden und dient als Sockel, auf dem die zuvor erläuterte Einzelmessungsbasierte Variation für analytische Proben aufsetzt.The laser energy density for later measurements of analytical samples is adjusted so that both samples with low and high analyte concentrations can be measured. This means that the laser energy density is varied by a few percentage points during the measurement of analytical samples. For example, after the first measurement attempt, the energy density can be increased or decreased in order to obtain signals that can be optimally evaluated. If the analyte concentration in the sample is too high, the initial laser power will be reduced. If the analyte content of the sample is too low, the laser power is increased. However, a consequence of this approach in practice can be that a suboptimally adjusted laser or a contaminated ion source remains undetected for a long time because the laser energy density may be constantly increased during the measurement, which represents a measurement disadvantage for samples with low analyte content, for example. According to current practice, a MALDI measurement of analytical samples is therefore only able to a limited extent to monitor and track the initially optimally set laser energy density, since the MALDI measurement itself can be very variable and depend on many parameters. Decreasing laser power or a dirty ion source are factors that can cause an increase in the laser energy density. The invention presented here is essentially based on the frequent measurement of a defined standard or a control sample, the composition of which is substantially known, with a laser energy density fixed for the performance monitoring measurement with the aim, in particular, of finding an expected signal intensity. Since a single MALDI measurement can still be very variable, these measurements are averaged over a longer period of time in order to suppress the influence of short-term or daily form-dependent variances. If the expected signal intensity is no longer found, a laser energy density output value for the measurements of analytical samples can be readjusted and serves as a base on which the previously explained single measurement-based variation for analytical samples is placed.

In verschiedenen Ausführungsformen kann der Performanztrend von einer Abundanz oder Intensität im Analysator nachgewiesener Ionen abgeleitet werden; insbesondere kann eine durchschnittliche Abundanz oder Intensität herangezogen werden. Als Intensitätsmaß oder Abundanzmaß kann beispielsweise die Gesamtmenge an nachgewiesenen Ionenströmen in den Spektraldaten verwendet werden; dies wird gelegentlich total ion count (TIC) genannt. Der TIC kann über den gesamten Spektralbereich oder auch über einen abgegrenzten Unterbereich erfasst werden, beispielsweise einen Bereich aus den Spektraldaten von 30.000 oder mehr atomaren Masseneinheiten (amu), 20.000 oder mehr amu, 10.000 oder mehr amu, 5.000 oder mehr amu oder 1.000 amu oder mehr. Möglich ist auch, eine durchschnittliche Intensität über den gesamten Spektralbereich oder einen Ausschnitt davon, beispielsweise einen Bereich aus den Spektraldaten von 30.000 oder mehr atomaren Masseneinheiten (amu), 20.000 oder mehr amu, 10.000 oder mehr amu, 5.000 oder mehr amu oder 1.000 amu oder mehr, als Grundlage zu nehmen. Eine breite Datenbasis gewährleistet dabei statistische Stabilität, d.h. geringes Gewicht von Ausreißern bei der Betrachtung über mehrere Kontrollproben, Kontrollproben-Beprobungen oder Messvorgänge hinweg.In various embodiments, the performance trend may be derived from an abundance or intensity of ions detected in the analyzer; in particular, an average abundance or intensity can be used. For example, the total amount of detected ion currents in the spectral data can be used as an intensity measure or abundance measure; this is sometimes called total ion count (TIC). The TIC can be recorded over the entire spectral range or over a delimited sub-range, for example a range from the spectral data of 30,000 or more atomic mass units (amu), 20,000 or more amu, 10,000 or more amu, 5,000 or more amu or 1,000 amu or more. It is also possible to have an average intensity over the entire spectral range or a section thereof, for example a range from the spectral data of 30,000 or more atomic mass units (amu), 20,000 or more amu, 10,000 or more amu, 5,000 or more amu or 1,000 amu or more than taking it as a basis. A broad database ensures statistical stability, i.e. low weight of outliers when considering multiple control samples, control sample samples or measurement processes.

In verschiedenen Ausführungsformen kann das Performanzintervall Abweichungen bis zu einem vordefinierten Prozentsatz, insbesondere ± 30 Prozent oder weniger, ± 25 Prozent oder weniger, ± 20 Prozent oder weniger, ± 15 Prozent oder weniger, oder ± 10 Prozent oder weniger, von einem Performanzrichtwert umfassen. Wenn ein Intensitätsmaß für die Bewertung der Performanz herangezogen wird, kann - durch die substantielle Kenntnis des molekularen Gehalts der Kontrollprobe ermöglicht - z.B. ein Intensitätsrichtwert bestimmt werden, der in ein Intervall gesetzt wird, dessen Grenze zu höheren Intensitäten sich durch die Vermeidung von Detektorsättigung ergibt und dessen Grenze zu niedrigeren Intensitäten aus der Erfahrung abgeleitet wird, wie hoch ein Ionenstromsignal sein muss, um eine nachweisbare und verlässliche Spektraldatenauswertung zuzulassen. Die Intervallgrenzen können äquidistant oder auch nicht-äquidistant von dem Performanzrichtwert angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann eine obere Intervallgrenze näher am Performanzrichtwert liegen als eine untere Intervallgrenze; in einer anderen Ausführungsform kann eine untere Intervallgrenze näher am Performanzrichtwert liegen als eine obere Intervallgrenze.In various embodiments, the performance interval may include deviations up to a predefined percentage, in particular ± 30 percent or less, ± 25 percent or less, ± 20 percent or less, ± 15 percent or less, or ± 10 percent or less, from a performance benchmark. If an intensity measure is used to evaluate the performance, it is possible - made possible by the substantial knowledge of the molecular content of the control sample - for example to determine an intensity guide value which is set in an interval whose limit to higher intensities results from the avoidance of detector saturation and The limit to lower intensities is derived from experience of how high an ion current signal must be in order to allow detectable and reliable spectral data evaluation. The interval boundaries can be arranged equidistantly or non-equidistantly from the performance benchmark. In one embodiment, an upper interval limit may be closer to the performance benchmark than a lower interval limit; in another version In this form, a lower interval limit can be closer to the performance benchmark than an upper interval limit.

In alternativen Ausführungsformen kann der Performanztrend auch aus der Güte der Charakterisierung des Molekülgehalts der substantiell bekannten Kontrollprobe abgeleitet werden. Wird zum Beispiel ein Mikroorganismus als Kontrollprobe verwendet, kann die höchste Ähnlichkeitsmaßzahl [auch log(score) genannt] der einschlägigen Referenz-Spektraldaten eines auf die Identifizierung des Taxons ausgelegten Ionenspektrometriesystems wie dem MALDI Biotyper® von Bruker als Performanzrichtwert dienen. Da das Taxon des Mikroorganismus in der Kontrollprobe substantiell bekannt ist, sollte der sogenannte log(score) des MALDI Biotypers® deutlich über 2,00 liegen. Führt der Trend dazu, dass die untere Intervallgrenze von 2,00 über einen längere Beobachtungszeitspanne und damit ausreißerunabhängig unterschritten wird, kann es erforderlich sein, einen Betriebsparameters des Lasers anzupassen, um diesem Leistungsabfall entgegenzuwirken.In alternative embodiments, the performance trend can also be derived from the quality of the characterization of the molecular content of the substantially known control sample. For example, if a microorganism is used as a control sample, the highest similarity score [also called log(score)] of the relevant reference spectral data from an ion spectrometry system designed to identify the taxon, such as the MALDI Biotyper® from Bruker, can serve as a performance benchmark. Since the taxon of the microorganism in the control sample is substantially known, the so-called log(score) of the MALDI Biotyper® should be well above 2.00. If the trend leads to the lower interval limit of 2.00 being undershot over a longer observation period and therefore independent of outliers, it may be necessary to adjust an operating parameter of the laser in order to counteract this drop in performance.

In verschiedenen Ausführungsformen kann die Auswertung in Schritt (c) die Vielzahl von Kontrollproben-Spektraldaten einer Mittelung, insbesondere Mittelwert- oder Medianbildung, unterziehen. Die Mittelwertbildung kann insbesondere auf dem arithmetischen Mittel beruhen. Durch die Aufnahme von Kontrollproben-Spektraldaten über eine Vielzahl von Kontrollproben, Kontrollproben-Beprobungen oder Messvorgängen kann ein gleitendes Mittel gebildet werden, d.h. aus einer Menge von Messungen lässt sich eine zeitlich variierende Untermenge, z.B. durch Berücksichtigung von Kontrollproben-Spektraldaten aus einem sich verschiebenden Zeitfenster, ggfs. über eine Vielzahl von Messvorgängen hinweg, für die Mittelwertbildung heranziehen.In various embodiments, the evaluation in step (c) can subject the plurality of control sample spectral data to averaging, in particular averaging or median formation. The averaging can be based in particular on the arithmetic mean. By recording control sample spectral data over a large number of control samples, control sample samples or measurement processes, a moving average can be formed, i.e. a time-varying subset can be formed from a set of measurements, e.g. by taking control sample spectral data from a shifting time window into account , if necessary across a large number of measurement processes, for averaging.

In verschiedenen Ausführungsformen kann die Mittelung auf eine vorbestimmte Zahl von (i) Kontrollproben, z.B. 50-250 Kontrollproben, (ii) Messvorgängen, z.B. 10-30 Messvorgängen, (iii) Laseraktivierungen, z.B. über 10⁵-10⁷ Laserschüsse für Einzelspektraldaten-Aufnahmen, oder (iv) eine Zahl von Kontrollproben oder Messvorgängen aus einem vorbestimmten Zeitraum, z.B. über einen Zeitraum von 7-21 Tagen, 1-4 Wochen oder 1-2 Monaten, angewendet werden. Es ist ebenso möglich, die Mittelung auf eine vorbestimmte Zahl von vereinzelten Kontrollproben-Beprobungen anzuwenden, beispielsweise 400-2000 vereinzelte Kontrollproben-Beprobungen. Alle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung haben gemein, dass der Anpassungsbedarf des Laser-Betriebsparameters nicht von einer einzelnen Kontrollprobe und schon gar nicht von einer einzelnen Kontrollproben-Beprobung anhängig gemacht wird, sondern auf einer Vielzahl von Kontrollproben und einer Vielzahl von Kontrollproben-Beprobungen fußt.In various embodiments, the averaging can be based on a predetermined number of (i) control samples, for example 50-250 control samples, (ii) measurement processes, for example 10-30 measurement processes, (iii) laser activations, for example over 10 ⁵ -10 ⁷ laser shots for individual spectral data recordings , or (iv) a number of control samples or measurements from a predetermined period of time, for example over a period of 7-21 days, 1-4 weeks or 1-2 months. It is also possible to apply the averaging to a predetermined number of isolated control sample samples, for example 400-2000 isolated control sample samples. All embodiments of the present disclosure have in common that the need for adjustment of the laser operating parameter is not dependent on a single control sample and certainly not on a single control sample sampling, but is based on a large number of control samples and a large number of control sample samples.

In verschiedenen Ausführungsformen kann für die Anpassung des Betriebsparameters die Laserenergiedichte, Laserfluenz, Laserleistung und/oder Laserintensität beim Laser-unterstützten Ionisieren geändert werden. Insbesondere kann die Laserenergiedichte, Laserfluenz, Laserleistung und/oder Laserintensität um einen voreingestellten Prozentsatz erhöht werden, wenn eine Performanztrend-Abweichung erkannt wird. Eine Erhöhung kann sich im Bereich substantiell einstelliger Prozentwerte bewegen, z.B. 1-10 Prozent, insbesondere etwa 1 Prozent. Bei MALDI-Ionisierung skaliert die Ionenausbeute etwa mit der sechsten bis achten Potenz der Laserfluenz, so dass deren Erhöhung um 1 Prozent einen Anstieg der nachweisbaren Ionen um etwa 6-8 Prozent mit sich bringt. Eine solche Maßnahme kann bereits ausreichen, um einem negativen Performanztrend entgegenzuwirken und den Laser Intervall-konform einzuregeln. Die Anpassung des Betriebsparameters des Lasers kann alternativ ein vordefiniertes Inkrement, z.B. einen bestimmten Prozentsatz, umfassen; sie kann aber auch in Abhängigkeit des Trendverlaufs und/oder der absoluten Abweichung von der Intervallgrenze berechnet werden, z.B. mit einem festen Inkrement (ggfs. ein Prozentsatz) als Basis, das durch einen Trend-abhängigen Term korrigiert wird, um eine Übersteuerung bei der Anpassung zu vermeiden und die Anpassungsroutine unabhängiger von Ausreißern zu machen.In various embodiments, the laser energy density, laser fluence, laser power and/or laser intensity during laser-assisted ionization can be changed to adjust the operating parameter. In particular, the laser energy density, laser fluence, laser power and/or laser intensity can be increased by a preset percentage when a performance trend deviation is detected. An increase can be in the range of substantially single-digit percentage values, e.g. 1-10 percent, especially around 1 percent. With MALDI ionization, the ion yield scales approximately with the sixth to eighth power of the laser fluence, so that an increase of 1 percent results in an increase in detectable ions of around 6-8 percent. Such a measure can be enough to counteract a negative performance trend and to adjust the laser in accordance with intervals. The adjustment of the operating parameter of the laser may alternatively include a predefined increment, e.g. a certain percentage; However, it can also be calculated depending on the trend and/or the absolute deviation from the interval limit, e.g. with a fixed increment (possibly a percentage) as a basis, which is corrected by a trend-dependent term to avoid overriding during the adjustment and to make the adjustment routine less dependent on outliers.

In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Benachrichtigung und/oder Kennzeichnung erzeugt werden, sofern eine Anzahl von Anpassungen des Betriebsparameters einen vorbestimmten Wert, z.B. 2-10 Anpassungen, insbesondere 3-5 Anpassungen, erreicht oder überschreitet. Die Benachrichtigung kann in Form eines Eintrags in die Log-Datei des verwendeten Ionenspektrometriesystems erfolgen. Möglich sind auch Nachrichten zur unmittelbaren Kenntnisnahme eines Nutzers, z.B. ein aufklappendes Fenster mit Text- oder Bildnachricht in der grafischen Nutzeroberfläche am Rechner des Ionenspektrometriesystems oder eine automatisch erzeugte E-Mail oder SMS mit einem Inhalt, der das Ergebnis der Spektraldaten-Auswertung zusammenfasst. Eine solche Text/Bildnachricht, E-Mail oder SMS kann unmittelbar an eine Empfängeradresse des Ionenspektrometriesystem-Herstellers oder eines Service-Partners übermittelt werden, um automatisch einen Wartungsauftrag zu erteilen. Eine Kennzeichnung kann insbesondere einen Eintrag in ein Kommentarfeld der Metadaten zu den Spektraldaten beinhalten, die unter den veränderten Laserbedingungen aufgenommen wurden. Auf diese Weise kann es dem Nutzer ermöglicht werden, die automatisierte Laser-Nachregelung auch zu einem späteren Zeitpunkt, z.B. bei der Auswertung der Spektraldaten von den analytischen Proben, die neben den Spektraldaten der Kontrollproben erfasst wurden, nachzuverfolgen.In various embodiments, a notification and/or identification can be generated if a number of adjustments of the operating parameter reaches or exceeds a predetermined value, for example 2-10 adjustments, in particular 3-5 adjustments. The notification can take the form of an entry in the log file of the ion spectrometry system used. Messages for immediate information from a user are also possible, e.g. a pop-up window with a text or image message in the graphical user interface on the ion spectrometry system's computer or an automatically generated email or SMS with content that summarizes the result of the spectral data evaluation. Such a text/image message, email or SMS can be sent directly to a recipient address of the ion spectrometry system manufacturer or a service partner in order to automatically issue a maintenance order. A label can in particular include an entry in a comment field of the metadata on the spectral data that was recorded under the changed laser conditions. In this way, the user can also use the automated laser readjustment at a later point in time, for example when evaluating the To track spectral data from the analytical samples collected alongside the spectral data from the control samples.

In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Zusammensetzung der analytischen Probe substantiell unbekannt sein. Kontrollprobe und analytische Probe unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass die Kontrollprobe, ihr Molekülgehalt sowie ihr Verhalten während der Laser-unterstützten Ionisierung sehr gut bekannt und charakterisiert sind, weswegen sie als Regelgröße eingesetzt wird. Demgegenüber muss die Information über die analytische Probe durch ggfs. ausgefeiltes Postprozessieren aus den entsprechenden Spektraldaten erst ermittelt werden. Im Fall der MALDI-Ionisierung ist bei der Präparation der analytischen Probe lediglich die Matrixsubstanz gut bekannt, Molekülgehalt und Ionisierungsverhalten der Analytmoleküle hingegen sind nicht verifiziert und zu ermitteln. Die analytische Probe kann zum Beispiel eine Präparation sein, von der man annimmt, dass sie einen Mikroorganismus und/oder extrahierte Moleküle davon enthält, mit dem Ziel, das Taxon des Mikroorganismus bis hinunter zur Art/Spezies und/oder auch ein Resistenzverhalten gegenüber einer antimikrobiellen Substanz zu bestimmen. Die analytische Probe kann auch eine Präparation sein, die Zellen enthält, z.B. eukaryotische Zellen, deren Verhalten und/oder Reaktion auf die Exposition gegenüber einem bestimmten Reiz untersucht werden soll, z.B. die Aussetzung gegenüber einer toxikologisch und/oder pharmakologisch wirksamen Substanz.In various embodiments, a composition of the analytical sample may be substantially unknown. The main difference between the control sample and the analytical sample is that the control sample, its molecular content and its behavior during laser-assisted ionization are very well known and characterized, which is why it is used as a control variable. In contrast, the information about the analytical sample must first be determined from the corresponding spectral data through, if necessary, sophisticated post-processing. In the case of MALDI ionization, only the matrix substance is well known when preparing the analytical sample, but the molecular content and ionization behavior of the analyte molecules cannot be verified or determined. The analytical sample may, for example, be a preparation believed to contain a microorganism and/or extracted molecules thereof, with the aim of determining the taxon of the microorganism down to the species/species and/or also resistance behavior to an antimicrobial determine substance. The analytical sample can also be a preparation containing cells, e.g. eukaryotic cells, whose behavior and/or reaction to exposure to a specific stimulus is to be examined, e.g. exposure to a toxicologically and/or pharmacologically active substance.

In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Ionenspektrometriesystem mit einem Ionenanalysator, einer Ionenquelle, die an den Ionenanalysator angeschlossen ist, und einer Prozessoreinheit, die mit dem Ionenanalysator und der Ionenquelle kommuniziert und dazu ausgelegt und programmiert ist, ein wie zuvor erläutertes und beschriebenes Verfahren abzustimmen und auszuführen.In a second aspect, the present disclosure relates to an ion spectrometry system having an ion analyzer, an ion source connected to the ion analyzer, and a processing unit that communicates with and is designed and programmed to communicate with the ion analyzer and the ion source, a method as previously explained and described coordinate and execute.

Kurze Beschreibung der AbbildungenShort description of the images

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die folgenden Abbildungen verwiesen. Die Elemente in den Abbildungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt, sondern sollen in erster Linie die Prinzipien der Erfindung (größtenteils schematisch) veranschaulichen. In den Abbildungen sind einander entsprechende Elemente in den verschiedenen Ansichten durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

• veranschaulicht schematisch das Prinzip eines axial-linearen Flugzeit-Massenspektrometriesystems mit Laser-unterstützter Ionisierung; beispielsweise das microflex® LT/SH von Bruker.
• zeigt schematisch einen typischen Ablauf einer MALDI-Punkt-Probenpräparation.
• illustriert schematisch das Prinzip einer Performanzüberwachung und - regelung im Sinne der vorliegenden Offenbarung.
• zeigt schematisch und beispielhaft ein Ionenspektrometriesystem, mit dem sich die in der vorliegenden Offenbarung geschilderten Verfahren umsetzen lassen.

For a better understanding of the invention, reference is made to the following figures. The elements in the figures are not necessarily drawn to scale, but are intended primarily to illustrate (largely schematically) the principles of the invention. In the figures, corresponding elements in the various views are identified by the same reference numerals.

• schematically illustrates the principle of an axial-linear time-of-flight mass spectrometry system with laser-assisted ionization; for example the microflex® LT/SH from Bruker.
• shows schematically a typical process of a MALDI point sample preparation.
• schematically illustrates the principle of performance monitoring and regulation in the sense of the present disclosure.
• shows schematically and by way of example an ion spectrometry system with which the methods described in the present disclosure can be implemented.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Während die Erfindung anhand einer Anzahl von Ausführungsformen dargestellt und erläutert wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet anerkennen, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der in den beigefügten Patentansprüchen definierten technischen Lehre abzuweichen.While the invention has been illustrated and explained in a number of embodiments, those skilled in the art will recognize that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the technical teachings defined in the appended claims.

Einzelne Kontrollproben-Messungen zur Performanzüberwachung und -regelung einer Ionenquelle heranzuziehen, kann zu irritierenden Ergebnissen führen, da eine einzelne Kontrollprobe selbst fehlerbehaftet sein kann, z.B. durch Versäumnisse während der Präparation. Für die MALDI-Präparation ist eine schlecht auskristallisierte Matrixsubstanz vorstellbar, z.B. wenn das Verhältnis von Matrixsubstanz zu einzubettendem Molekül (normalerweise ~10.000-5.000:1) nicht den Vorgaben entspricht. Gerade im Bereich klinischer Anwendungen wie z.B. dem MALDI Biotyper® von Bruker kann es vorkommen, dass das Analysesystem von einer nur mit dem nötigsten Wissen zu dessen Betrieb geschulten Person bedient wird. Aus diesem Grund ist es möglich, dass dieser Bediener nicht in der Lage ist, etwaige Fehlpräparationen einzelner Kontrollproben zu erkennen. Wie in der Einleitung bereits erwähnt, kann regelmäßige Überprüfung durch geschulte Fachkräfte der Hersteller oder deren Servicepartner Abhilfe schaffen, allerdings nur zu hohen Kosten und mit gewaltigem Personalaufwand. Kontrollproben-Präparationen, die den Anforderungen nicht entsprechen, können auch durch das Alter des verwendeten Kontrollprobensubstrats selbst oder durch Minderwertigkeit der für die Kontrollproben-Präparation verwendeten Reagenzien verursacht werden, z.B. wenn vom Anwender der Ablauf von Haltbarkeitsdaten übersehen oder ignoriert wird.Using individual control sample measurements to monitor and control the performance of an ion source can lead to confusing results, as an individual control sample itself can be subject to errors, e.g. due to omissions during preparation. For the MALDI preparation, a poorly crystallized matrix substance is conceivable, e.g. if the ratio of matrix substance to the molecule to be embedded (usually ~10,000-5,000:1) does not correspond to the specifications. Especially in the area of clinical applications such as the MALDI Biotyper® from Bruker, it can happen that the analysis system is operated by a person who has only the most necessary knowledge of its operation. For this reason, this operator may not be able to detect any incorrect preparation of individual control samples. As already mentioned in the introduction, regular inspections by trained specialists from the manufacturer or their service partners can provide relief, but only at high cost and with enormous personnel effort. Control sample preparations that do not meet the requirements can also be caused by the age of the control sample substrate used itself or by inferior quality of the reagents used for the control sample preparation, e.g. if the expiration of expiration dates is overlooked or ignored by the user.

Ziel ist, das Ionenspektrometriesystem nach Auslieferung an den Nutzer einmal optimal durch Fachpersonal einstellen zu lassen und die Zahl der im laufenden Betrieb erforderlichen Wartungsvorgänge durch Fachpersonal oder Nutzer zu verringern oder zumindest so gering wie möglich zu halten. Auf diese Weise lassen sich Arbeitsaufwand und Kosten reduzieren. Dieses Ziel kann, neben anderen Maßnahmen wie der eingangs erwähnten Ionenquellenreinigung oder Detektorspannungsregelung, die aber nicht Gegenstand dieser Offenbarung sind, sondern nur als Ergänzung dienen können, mit einem (quasi-) automatisierten Nachregeln eines Betriebsparameters des Lasers für die Laser-unterstützte Ionisierung erreicht werden.The aim is to have the ion spectrometry system optimally adjusted by specialist personnel after delivery to the user and to reduce the number of maintenance procedures required by specialist personnel or users during ongoing operation or at least to keep it as low as possible. In this way, workload and costs can be reduced. This goal can be achieved, in addition to other measures such as the ion sources mentioned at the beginning cleaning or detector voltage regulation, which are not the subject of this disclosure but can only serve as a supplement, can be achieved with a (quasi-) automated readjustment of an operating parameter of the laser for laser-assisted ionization.

Ein Verfahren zur Performanzüberwachung und -regelung einer Ionenquelle enthält folgende Schritte: (a) Laser-unterstütztes Ionisieren einer Kontrollprobe, deren Zusammensetzung substantiell bekannt ist und die, vorzugsweise in einem gleichen Messvorgang, vor, parallel zu oder nach einer analytischen Probe beprobt wird, (b) Erzeugen von Kontrollproben-Spektraldaten aus der ionisierten Kontrollprobe in einem an die Ionenquelle angeschlossenen Ionenanalysator, (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) über eine Vielzahl von Kontrollproben und ggfs. Messvorgängen, um eine Vielzahl von Kontrollproben-Spektraldaten zu sammeln und derart auszuwerten, dass Spektraldaten einzelner Kontrollproben geringes Gewicht haben und ein Performanztrend in der Auswertung aufscheint, (d) Anpassen eines Betriebsparameters des Lasers der Ionenquelle, falls der Performanztrend in einen Bereich außerhalb eines vordefinierten Performanzintervalls eintritt, um den Laser Intervall-konform einzuregeln, und (e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) zwecks Langzeitüberwachung und -regelung der Ionenquelle.A method for performance monitoring and control of an ion source contains the following steps: (a) laser-assisted ionization of a control sample whose composition is substantially known and which is sampled, preferably in the same measuring process, before, in parallel to or after an analytical sample, ( b) generating control sample spectral data from the ionized control sample in an ion analyzer connected to the ion source, (c) repeating steps (a) and (b) over a plurality of control samples and, if necessary, measuring processes to produce a plurality of control sample spectral data collect and evaluate in such a way that spectral data of individual control samples have low weight and a performance trend appears in the evaluation, (d) adjusting an operating parameter of the laser of the ion source if the performance trend enters a range outside a predefined performance interval in order to adjust the laser in accordance with the interval , and (e) repeating steps (a) to (d) for long-term monitoring and control of the ion source.

In Schritt (a) kann die Kontrollprobe in einem gleichen Messvorgang wie die analytische Probe beprobt werden und in Schritt (c) können die Schritte (a) und (b) über eine Vielzahl von Messvorgängen und Kontrollproben wiederholt werden. Ein Messvorgang im Sinne der vorliegenden Offenbarung kann insbesondere in Bezug auf die Betriebsweise des Ionenspektrometriesystems zu verstehen sein. Zum Beispiel kann ein Messvorgang alle Messungen umfassen, die von (Kontroll-)Proben auf einem Probenträger aufgenommen werden, solange er sich räumlich in der Ionenquelle befindet. Ein Beispiel wäre das Einführen des Probenträgers in einen Unterdruckbereich der Ionenquelle, sofern diese im Unterdruck arbeitet, insbesondere bei Vakuum-MALDI. Wird der Probenträger aus der Ionenquelle, z.B. dem Unterdruckbereich, entfernt und anschließend ein weiterer Probenträger mit neuen (Kontroll-)Proben wieder eingeführt, können alle Messungen von den neuen (Kontroll-)Proben auf diesem nächsten Probenträger als separater Messvorgang angesehen werden.In step (a), the control sample can be sampled in the same measurement process as the analytical sample and in step (c), steps (a) and (b) can be repeated over a variety of measurement processes and control samples. A measurement process in the sense of the present disclosure can be understood in particular with regard to the operation of the ion spectrometry system. For example, a measurement process can include all measurements recorded from (control) samples on a sample carrier as long as it is spatially located in the ion source. An example would be introducing the sample carrier into a negative pressure area of the ion source, provided that it operates under negative pressure, especially in vacuum MALDI. If the sample carrier is removed from the ion source, e.g. the negative pressure area, and then another sample carrier with new (control) samples is reintroduced, all measurements of the new (control) samples on this next sample carrier can be viewed as a separate measuring process.

Auf einem Probenträger für die Laser-unterstützte Ionisierung können neben Präparationen analytischer Proben auch mehrere Kontrollproben-Präparationen angeordnet sein. Wenn es sowohl Kontrollproben als auch analytische Proben auf dem Probenträger gibt, z.B. 2-10 technische Kontrollproben-Replikate, insbesondere 4-8 technische Kontrollproben-Replikate, können alle Kontrollproben-Spektraldaten dieser Präparationen zur Ermittlung des Performanztrends und/oder dessen zeitlichem Verlauf herangezogen werden. Eine Kontrollproben-Präparation auf dem Probenträger kann einmal oder auch mehrere Male zur Erzeugung von Kontrollproben-Spektraldaten beprobt werden, begrenzt grundsätzlich nur durch die Ergiebigkeit der Kontrollprobe. Im Ergebnis können die Kontrollproben-Spektraldaten vereinzelte und gesonderte Spektren umfassen. Wiederholtes Beproben der gleichen Kontrollproben-Präparation erhöht die Grundlage der Kontrollproben-Spektraldaten für eine anschließende statistische Auswertung und verringert den Einfluss insbesondere sehr kurzzeitig auftretender Störungen des Messablaufs, die Ausreißermessungen verursachen können.In addition to preparations of analytical samples, several control sample preparations can also be arranged on a sample carrier for laser-assisted ionization. If there are both control samples and analytical samples on the sample carrier, e.g. 2-10 technical control sample replicates, in particular 4-8 technical control sample replicates, all control sample spectral data of these preparations can be used to determine the performance trend and/or its time course . A control sample preparation on the sample carrier can be sampled once or several times to generate control sample spectral data, limited in principle only by the yield of the control sample. As a result, the control sample spectral data may include isolated and discrete spectra. Repeated sampling of the same control sample preparation increases the basis of the control sample spectral data for subsequent statistical evaluation and reduces the influence, particularly of very short-term disturbances in the measurement process, which can cause outlier measurements.

Die Beprobung der Kontrollprobe vor, parallel zu oder nach einer analytischen Probe kann insbesondere bedeuten, dass Kontrollprobe und analytische Probe in einem gleichen Messvorgang untersucht werden. Die Beprobung der Kontrollprobe kann insbesondere unmittelbar vor oder unmittelbar nach einer analytischen Probe erfolgen. Die Messmodi oder Messeinstellungen des Ionenspektrometriesystems können für die Beprobung analytischer Proben und Kontrollproben übereinstimmen oder sich auch unterscheiden. Wenn ein Messvorgang das Aufnehmen von Spektraldaten aller (Kontroll-)Proben auf einem Probenträger umfasst, wie zuvor ausgeführt, kann dies beinhalten, dass der Probenträger eine Vielzahl von ausgezeichneten Probenorten, z.B. ein Feld von Probenpunkten wie auf den bekannten AnchorChip- oder MBT Biotarget 96-Trägern von Bruker oder auch auf einer Stahlplatte, aufweist und einige dieser Probenorte einerseits mit einer vorbestimmten Anzahl von Kontrollproben präpariert sind, wohingegen einige oder alle der verbleibenden Probenorte mit analytischen Proben belegt sind. Kontrollproben und analytische Proben können dann in Blöcken getrennt voneinander (z.B. zuerst alle Kontrollproben, dann alle analytischen Proben) oder auch abwechselnd (z.B. Kontrollprobe => analytische Probe => Kontrollprobe => analytische Probe usw.) beprobt werden. In Ionenquellen mit vielfachen Laserstrahlen können gegebenenfalls analytische Proben und Kontrollproben auch parallel vom gleichen Probenträger gemessen werden, wenn der angeschlossene Ionenanalysator auf die Verarbeitung multiplexierter Ionenströme ausgelegt und eingerichtet ist oder wenn mehr als ein Ionenanalysator vorhanden ist.Sampling the control sample before, in parallel to or after an analytical sample can in particular mean that the control sample and the analytical sample are examined in the same measuring process. The control sample can be sampled in particular immediately before or immediately after an analytical sample. The measurement modes or measurement settings of the ion spectrometry system can be the same or different for sampling analytical samples and control samples. If a measurement procedure involves recording spectral data of all (control) samples on a sample carrier, as stated above, this may involve the sample carrier having a variety of designated sample locations, e.g. an array of sample points as on the well-known AnchorChip or MBT Biotarget 96 - Carriers from Bruker or on a steel plate, and some of these sample locations are prepared with a predetermined number of control samples, whereas some or all of the remaining sample locations are occupied with analytical samples. Control samples and analytical samples can then be sampled separately in blocks (e.g. first all control samples, then all analytical samples) or alternately (e.g. control sample => analytical sample => control sample => analytical sample, etc.). In ion sources with multiple laser beams, analytical samples and control samples can also be measured in parallel from the same sample carrier if the connected ion analyzer is designed and set up to process multiplexed ion currents or if more than one ion analyzer is present.

Der Ionenanalysator kann als Massenanalysator ausgebildet sein, der die ionisierte Kontrollprobe insbesondere nach dem Prinzip der Flugzeit-Dispersion (time-of-flight, TOF) sortiert. Ein Massenanalysator trennt geladene Moleküle oder Molekülionen gemäß ihrem Masse-zu-Ladungsverhältnis, üblicherweise als m/z bezeichnet.The ion analyzer can be designed as a mass analyzer, which sorts the ionized control sample in particular according to the principle of time-of-flight (TOF). A mass analyzer separates charged molecules or moleculesio nen according to their mass-to-charge ratio, usually referred to as m/z.

zeigt schematisch das Prinzip eines axial-linearen Flugzeit-Massenspektrometriesystems. Oberes Diagramm: Ein Laser beschießt eine (Kontroll-)Probe auf dem Probenträger 2, die beispielsweise mit einer MALDI-Matrixsubstanz präpariert worden ist. Eine Baugruppe aus Elektroden 4 beschleunigt die beim Laserbeschuss entstandenen Ionen ggfs. nach einer Verzögerungszeit in ein Flugrohr 6 des Flugzeitanalysators entlang einer geradlinigen Trajektorie 8. Da die unterschiedlichen Molekülspezies, die beim Laserbeschuss entstehen, unterschiedliche Massen haben und weitgehend einheitliche Ladung tragen, so dass sie bei der Beschleunigung mit der annähernd gleichen kinetischen Energie versehen werden, ergeben sich unterschiedliche Geschwindigkeiten. Leichte Moleküle, dargestellt als kleine schwarze Kreise, fliegen somit schneller als schwere Moleküle, dargestellt als Kreise mit größerem Umfang, und treffen eher am Detektor 10 ein, der z.B. als Dynodenreihe oder als Vielkanalplatte (multichannel plate, MCP) ausgebildet sein kann. Diese zeitliche Abhängigkeit des Eintreffens am Detektor erlaubt die Zuordnung von ladungsbezogenen Massen m/z zu den Detektionsereignissen; unteres Diagramm. shows schematically the principle of an axial-linear time-of-flight mass spectrometry system. Upper diagram: A laser bombards a (control) sample on the sample carrier 2, which has been prepared, for example, with a MALDI matrix substance. An assembly of electrodes 4 accelerates the ions created during laser bombardment, if necessary after a delay time, into a flight tube 6 of the time-of-flight analyzer along a rectilinear trajectory 8. Since the different molecular species that are created during laser bombardment have different masses and carry a largely uniform charge, so that they If the kinetic energy is approximately the same during acceleration, different speeds result. Light molecules, shown as small black circles, therefore fly faster than heavy molecules, shown as circles with a larger circumference, and are more likely to arrive at the detector 10, which can be designed, for example, as a row of dynodes or as a multichannel plate (MCP). This time dependence of arrival at the detector allows charge-related masses m/z to be assigned to the detection events; bottom diagram.

Neben Flugzeitanalysatoren, für die sowohl axial-lineare Aufbauten wie in angedeutet als auch Reflektoraufbauten und/oder solche mit orthogonaler Beschleunigung von Ionen in die Flugstrecke (OTOF) vorgesehen sein können, lassen sich grundsätzlich auch andere Arten massendispergierender Separatoren verwenden, z.B. Quadrupol-Massenfilter (single quads), Tripel-Quadrupol-Analysatoren („Tripel-Quads“), Ionenzyklotronresonanz-Zellen (ion cyclotron resonance, ICR), Analysatoren des Kingdon-Typs wie die Orbitrap® (Thermo Fisher Scientific) und andere. Es ist gleichfalls vorstellbar, den Ionenanalysator als Mobilitätsanalysator oder kombinierten Mobilitäts-Massenanalysator auszubilden, wie bereits zuvor ausgeführt.In addition to time-of-flight analyzers, for which both axial-linear setups as in indicated as well as reflector structures and/or those with orthogonal acceleration of ions into the flight path (OTOF), other types of mass-dispersing separators can in principle also be used, for example quadrupole mass filters (single quads), triple-quadrupole analyzers (“triple -Quads"), ion cyclotron resonance (ICR) cells, Kingdon-type analyzers such as the Orbitrap® (Thermo Fisher Scientific) and others. It is also conceivable to design the ion analyzer as a mobility analyzer or combined mobility-mass analyzer, as already explained above.

Die Kontrollprobe kann eine Aufbereitung eines Mikroorganismus, z.B. eines prokaryotischen Organismus, insbesondere eine Aufbereitung einer Bakterienspezies, umfassen. Mikroorganismenzellen mit genau bekanntem Taxon und definiertem Gehalt an löslichen Molekülen, z.B. ribosomalen Proteinen und Peptiden, lassen sich kommerziell erwerben. Eine solche Ausgestaltung lässt bei standardisierter Präparation eine gut vorhersehbare und beständige Analysator- und Detektorantwort bezüglich z.B. Massensignalprofil bzw. Abundanz erwarten. Ein Beispiel ist der Bacterial Test Standard für den MALDI Biotyper® von Bruker, ein MALDI axial-lineares Flugzeit-Massenspektrometriesystem; der Standard umfasst ein typisches Escherichia coli DH5 alpha-Peptid- und Proteinprofil sowie zusätzliche Proteine, unter anderem geeignet für die Massenkalibration.The control sample can comprise a preparation of a microorganism, for example a prokaryotic organism, in particular a preparation of a bacterial species. Microorganism cells with a precisely known taxon and a defined content of soluble molecules, e.g. ribosomal proteins and peptides, can be purchased commercially. With standardized preparation, such a design allows one to expect a well-predictable and consistent analyzer and detector response with regard to, for example, mass signal profile or abundance. An example is the Bacterial Test Standard for Bruker's MALDI Biotyper®, a MALDI axial-linear time-of-flight mass spectrometry system; The standard includes a typical Escherichia coli DH5 alpha peptide and protein profile as well as additional proteins suitable for mass calibration, among other things.

Vorzugsweise sind die Vielzahl von Kontrollproben deckungsgleich oder identisch; insbesondere werden über die Vielzahl der Messvorgänge Kontrollproben verwendet, die deckungsgleich oder identisch sind. Im Fall einer Mikroorganismenaufbereitung als Kontrollprobe können die Messungen über einen langen Zeitraum von biologischen und/oder technischen Replikaten des Mikroorganismus aufgenommen werden.Preferably, the plurality of control samples are congruent or identical; In particular, control samples that are congruent or identical are used across the large number of measurement processes. In the case of microorganism preparation as a control sample, the measurements can be recorded over a long period of time from biological and/or technical replicas of the microorganism.

Umfasst die Kontrollprobe einen Mikroorganismus, ist dieser vorzugsweise sterilisiert. Das Sterilisieren kann ein Exponieren des Mikroorganismus gegenüber einer Stoffwechsel-hemmenden Flüssigkeit, z.B. einem Alkohol wie Ethanol oder Iso-Propanol oder einer Säure wie Ameisensäure, und/oder Energieeinwirkung, z.B. mit Wärme oder hochenergetischer Strahlung (ggfs. ultraviolettes Licht), umfassen. Unter Sterilisieren wird insbesondere verstanden, dass der Mikroorganismus die Fähigkeit verliert, sich selbst unter für ihn günstigen Bedingungen zu vermehren. Auf diese Weise können die mit unbeabsichtigter/unkontrollierter Verbreitung einhergehenden biologischen Gefahren in einem Analyselabor vermieden werden. Unter bestimmten Bedingungen kann es entbehrlich sein, den Mikroorganismus einer Kontrollprobe zu sterilisieren, beispielsweise dann, wenn in einem Analyselabor der biologischen Sicherheitsstufe 2 oder höher gearbeitet wird. Dort kann davon ausgegangen werden, dass hinreichend geschultes Fachpersonal zum Einsatz kommt.If the control sample includes a microorganism, it is preferably sterilized. Sterilizing may include exposing the microorganism to a metabolism-inhibiting liquid, e.g. an alcohol such as ethanol or iso-propanol or an acid such as formic acid, and/or exposure to energy, e.g. with heat or high-energy radiation (possibly ultraviolet light). Sterilization means in particular that the microorganism loses the ability to reproduce itself under conditions that are favorable for it. In this way, the biological hazards associated with accidental/uncontrolled spread in an analytical laboratory can be avoided. Under certain conditions it may not be necessary to sterilize the microorganism of a control sample, for example when working in an analytical laboratory at biological safety level 2 or higher. It can be assumed that adequately trained specialist personnel are deployed.

Wie zuvor ausgeführt kann die Ionenquelle nach dem MALDI-Prinzip arbeiten. zeigen schematisch einen MALDI-Prozess von der Präparation der (Kontroll-)Proben bis zur Aufnahme von Spektraldaten. In werden (Kontroll-)Proben wie beispielsweise eine Mikroorganismensuspension 12 oder eine Suspension, die aus einem Mikroorganismus extrahierte lösliche Moleküle enthält, mit einer Pipette 14 oder einem anderen geeigneten Dispensiergerät auf den MALDI-Probenträger 2* aufgetragen. Als MALDI-Probenträger lassen sich beispielsweise die AnchorChip- oder MBT Biotarget 96-Träger von Bruker oder auch Stahlplatten verwenden. Nachdem überschüssiges Fluid der Suspension entfernt worden ist, kann eine Matrixsubstanz-Lösung auf die fluidabgereicherte Zellschicht und/oder Schicht löslicher Moleküle aufgebracht werden, z.B. mittels einem geeigneten Werkzeug 16 wie einer weiteren Pipette, die hier mit Kachelschraffur veranschaulicht ist. Nach dem Einbetten, Eintrocknen und Auskristallisieren der Matrix sind die einzelnen (Kontroll-)Proben 18 bereit für die Beprobung mit einem Laserstrahl 20. Die dabei entstehenden Ionen 22 können dann beispielsweise in die Flugstrecke eines Flugzeitanalysators beschleunigt werden, wie schematisch in angedeutet.As stated above, the ion source can work according to the MALDI principle. show schematically a MALDI process from the preparation of the (control) samples to the recording of spectral data. In (Control) samples such as a microorganism suspension 12 or a suspension containing soluble molecules extracted from a microorganism are applied to the MALDI sample carrier 2* using a pipette 14 or another suitable dispensing device. For example, the AnchorChip or MBT Biotarget 96 carriers from Bruker or steel plates can be used as MALDI sample carriers. After excess fluid of the suspension has been removed, a matrix substance solution can be applied to the fluid-depleted cell layer and/or layer of soluble molecules, for example using a suitable tool 16 such as another pipette, illustrated here with tile hatching. After embedding, drying and crystallizing the matrix, the individual (control) samples 18 are ready for sampling with a laser beam 20. The resulting standing ions 22 can then be accelerated, for example, into the flight path of a time-of-flight analyzer, as shown schematically in indicated.

Der Performanztrend kann von einer Abundanz oder Intensität im Analysator nachgewiesener Ionen abgeleitet werden; insbesondere kann eine durchschnittliche Abundanz oder Intensität herangezogen werden. Als Intensitätsmaß oder Abundanzmaß kann beispielsweise die Gesamtmenge an nachgewiesenen Ionenströmen in den Spektraldaten verwendet werden; dies wird gelegentlich total ion count (TIC) genannt. Der TIC kann über den gesamten Spektralbereich oder auch über einen abgegrenzten Unterbereich erfasst werden, beispielsweise einen Bereich aus den Spektraldaten von 30.000 oder mehr atomaren Masseneinheiten (amu), 20.000 oder mehr amu, 10.000 oder mehr amu, 5.000 oder mehr amu oder 1.000 amu oder mehr. Möglich ist auch, eine durchschnittliche Intensität über den gesamten Spektralbereich oder einen Ausschnitt davon, beispielsweise einen Bereich aus den Spektraldaten von 30.000 oder mehr atomaren Masseneinheiten (amu), 20.000 oder mehr amu, 10.000 oder mehr amu, 5.000 oder mehr amu, oder 1.000 amu oder mehr, als Grundlage zu nehmen. Eine breite Datenbasis gewährleistet dabei statistische Stabilität, d.h. geringes Gewicht von Ausreißern über mehrere Kontrollproben, Kontrollproben-Beprobungen oder Messvorgänge hinweg.The performance trend can be derived from an abundance or intensity of ions detected in the analyzer; in particular, an average abundance or intensity can be used. For example, the total amount of detected ion currents in the spectral data can be used as an intensity measure or abundance measure; this is sometimes called total ion count (TIC). The TIC can be recorded over the entire spectral range or over a delimited sub-range, for example a range from the spectral data of 30,000 or more atomic mass units (amu), 20,000 or more amu, 10,000 or more amu, 5,000 or more amu or 1,000 amu or more. It is also possible to have an average intensity over the entire spectral range or a section thereof, for example a range from the spectral data of 30,000 or more atomic mass units (amu), 20,000 or more amu, 10,000 or more amu, 5,000 or more amu, or 1,000 amu or more, to take as a basis. A broad database ensures statistical stability, i.e. low weight of outliers across several control samples, control sample samples or measurement processes.

illustriert schematisch die Rückkoppelung von Überwachung eines Performanztrends über einen längeren Zeitraum, Erkennung einer Performanztrend-Abweichung und dadurch ausgelöster Änderung eines Betriebsparameters des Lasers für die Laser-unterstützte Ionisierung. Das untere Diagramm zeigt eine Zeitreihe eines (mittleren) Ionenstroms am Detektor auf der vertikalen Achse über mehrere Messvorgänge auf der horizontalen Achse. Ein Messvorgang kann die ionenspektrometrische Untersuchung aller auf einem Probenträger abgelegten (Kontroll-)Proben umfassen, z.B. solange der Probenträger in einem Unterdruckbereich der Ionenquelle angeordnet ist. In dem gezeigten Beispiel sind demnach 9 Probenträger mit Kontrollprobenbelegung in die Auswertung eingeflossen. Die Zahl der für den Performanztrend ausgewerteten Kontrollproben oder Kontrollproben-Beprobungen pro Messvorgang ist hier schematisch und beispielhaft mit drei angegeben und durch drei Balken pro Messvorgang im Diagramm repräsentiert. Es versteht sich, dass die Anzahl der Kontrollproben oder Kontrollproben-Beprobungen pro Messvorgang auch davon abweichen kann. Es können pro Messvorgang beispielsweise 2-10 oder 3-5 Kontrollproben beprobt oder ein Vielfaches davon an Kontrollproben-Beprobungen durchgeführt werden, z.B. an einer entsprechenden Anzahl technischer Kontrollproben-Replikate auf dem Probenträger. Im Fall eines Probenträgers mit ausgezeichneten Punkten für die Probenaufgabe, wie z.B. beim AnchorChip- oder MBT Biotarget 96, ist die Zahl der Kontrollproben abzuwägen gegen die Zahl der analytischen Proben unbekannten molekularen Gehalts, die der Nutzer durch die ionenspektrometrische Messung charakterisieren möchte. Bei beschränktem Raum auf dem Probenträger kann alternativ das Aufbringen und Präparieren einer ergiebigen einzelnen Kontrollprobe unter erhöhten Qualitätsanforderungen bei der Präparation in Erwägung gezogen werden, die dann zur Gewinnung einer umfassenden Spektraldaten-Grundlage für einen einzelnen Messvorgang einer Vielzahl von Beprobungen unterworfen wird. schematically illustrates the feedback from monitoring a performance trend over a longer period of time, detection of a performance trend deviation and the resulting change in an operating parameter of the laser for laser-assisted ionization. The bottom diagram shows a time series of an (average) ion current at the detector on the vertical axis over several measurement processes on the horizontal axis. A measuring process can include the ion spectrometric examination of all (control) samples placed on a sample carrier, for example as long as the sample carrier is arranged in a negative pressure area of the ion source. In the example shown, 9 sample carriers with control samples were included in the evaluation. The number of control samples or control sample samples evaluated for the performance trend per measuring process is shown here schematically and as an example as three and is represented by three bars per measuring process in the diagram. It is understood that the number of control samples or control sample samples per measurement process may also differ. For example, 2-10 or 3-5 control samples can be sampled per measurement process or a multiple of these can be carried out on control sample samples, for example on a corresponding number of technical control sample replicas on the sample carrier. In the case of a sample carrier with excellent points for sample application, such as the AnchorChip or MBT Biotarget 96, the number of control samples must be weighed against the number of analytical samples of unknown molecular content that the user would like to characterize through the ion spectrometric measurement. If space on the sample carrier is limited, alternatively the application and preparation of a high-yield single control sample can be considered under increased preparation quality requirements, which is then subjected to a large number of samples in order to obtain a comprehensive spectral data basis for a single measurement process.

Die mittlere horizontale gestrichelte Linie 24 im unteren Diagramm kennzeichnet einen Ionenstromrichtwert, der eine durch ausführliche Prüfung und Kalibration gefundene optimale Einstellung darstellen kann. In einem typischen MALDI-Flugzeit-Massenspektrum kann dieser Ionenstrom einer durchschnittlichen Intensität von 25.000-30.000 Zählern entsprechen, insbesondere 27.000 Zählern. Die um diese mittlere Linie 24 angeordneten äußeren gestrichelten Linien 26 repräsentieren die Intervallgrenzen um den Ionenstromrichtwert herum, innerhalb dessen die Performanz des Systems aus Ionenquelle und Analysator als den Anforderungen entsprechend oder befriedigend bezeichnet werden kann. Das Performanzintervall kann Abweichungen bis zu einem vordefinierten Prozentsatz, insbesondere ± 30 Prozent oder weniger, ± 25 Prozent oder weniger, ± 20 Prozent oder weniger, ± 15 Prozent oder weniger, oder ± 10 Prozent oder weniger, umfassen. Die Grenze zu höheren Ionenströmen kann sich durch die Vermeidung von Detektorsättigung ergeben und die Grenze zu niedrigeren Ionenströmen kann aus der Erfahrung abgeleitet werden, wie hoch ein Ionenstromsignal sein muss, um eine nachweisbare und verlässliche Spektraldatenauswertung zuzulassen. Die Intervallgrenzen können äquidistant oder auch nicht-äquidistant von dem Performanzrichtwert angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann eine obere Intervallgrenze näher am Performanzrichtwert liegen als eine untere Intervallgrenze; in einer anderen Ausführungsform kann eine untere Intervallgrenze näher am Performanzrichtwert liegen als eine obere Intervallgrenze.The middle horizontal dashed line 24 in the lower diagram indicates a guideline ion current value that may represent an optimal setting found through extensive testing and calibration. In a typical MALDI time-of-flight mass spectrum, this ion current can correspond to an average intensity of 25,000-30,000 meters, particularly 27,000 meters. The outer dashed lines 26 arranged around this middle line 24 represent the interval limits around the ion current guide value, within which the performance of the system consisting of ion source and analyzer can be described as meeting the requirements or satisfactory. The performance interval can include deviations up to a predefined percentage, in particular ± 30 percent or less, ± 25 percent or less, ± 20 percent or less, ± 15 percent or less, or ± 10 percent or less. The limit to higher ion currents can arise from avoiding detector saturation and the limit to lower ion currents can be derived from experience as to how high an ion current signal must be in order to allow detectable and reliable spectral data evaluation. The interval boundaries can be arranged equidistantly or non-equidistantly from the performance benchmark. In one embodiment, an upper interval limit may be closer to the performance benchmark than a lower interval limit; in another embodiment, a lower interval limit may be closer to the performance guideline than an upper interval limit.

Der Performanztrend kann auch aus der Güte der Charakterisierung des Molekülgehalts der substantiell bekannten Kontrollprobe abgeleitet werden. Wird zum Beispiel ein Mikroorganismus als Kontrollprobe verwendet, kann die höchste Ähnlichkeitsmaßzahl [der sogenannte log(score)) der einschlägigen Referenz-Spektraldaten eines auf die Identifizierung des Taxons ausgelegten Ionenspektrometriesystems wie dem MALDI Biotyper® von Bruker als Performanzrichtwert dienen. Da das Taxon des Mikroorganismus in der Kontrollprobe substantiell bekannt ist, sollte der log(score) des MALDI Biotypers® deutlich über 2,00 liegen. Führt der Trend dazu, dass die untere Intervallgrenze von 2,00 über einen längere Beobachtungszeitspanne und damit ausreißerunabhängig erreicht und/oder unterschritten wird, kann es erforderlich sein, einen Betriebsparameters des Lasers anzupassen, um diesem Leistungsabfall entgegenzuwirken.The performance trend can also be derived from the quality of the characterization of the molecular content of the control sample that is known to be substantial. For example, if a microorganism is used as a control sample, the highest similarity score [the so-called log(score)) of the relevant reference spectral data from an ion spectrometry system designed for the identification of the taxon, such as the MALDI Biotyper® from Bruker, can serve as a performance benchmark. Since the taxon of the microorganism in the control sample substance is widely known, the log(score) of the MALDI Biotyper® should be well above 2.00. If the trend leads to the lower interval limit of 2.00 being reached and/or undershot over a longer observation period and thus regardless of outliers, it may be necessary to adjust an operating parameter of the laser in order to counteract this drop in performance.

Die Auswertung in Schritt (c) kann die Vielzahl von Kontrollproben-Spektraldaten einer Mittelung, insbesondere Mittelwert- oder Medianbildung, unterziehen. Die Mittelwertbildung kann insbesondere auf dem arithmetischen Mittel beruhen. In sind die über drei Kontrollproben oder Kontrollproben-Beprobungen pro Messvorgang gemittelten Ionenstromwerte durch gestrichelte Kreise 28 veranschaulicht. Durch die Aufnahme von Kontrollproben-Spektraldaten über eine Vielzahl von Kontrollproben, Kontrollproben-Beprobungen oder Messvorgängen kann ein gleitendes Mittel gebildet werden, d.h. aus einer Menge von Messungen lässt sich eine zeitlich variierende Untermenge, z.B. durch Berücksichtigung von Kontrollproben-Spektraldaten aus einem sich verschiebenden Zeitfenster, ggfs. über eine Vielzahl von Messvorgängen hinweg, für die Mittelwertbildung heranziehen.The evaluation in step (c) can subject the large number of control sample spectral data to averaging, in particular mean or median formation. The averaging can be based in particular on the arithmetic mean. In the ion current values averaged over three control samples or control sample samples per measurement process are illustrated by dashed circles 28. By recording control sample spectral data over a large number of control samples, control sample samples or measurement processes, a moving average can be formed, that is, a time-varying subset can be formed from a set of measurements, for example by taking control sample spectral data from a shifting time window into account , if necessary across a large number of measurement processes, for averaging.

Die Mittelung kann auf eine vorbestimmte Zahl von (i) Kontrollproben, z.B. 50-250 Kontrollproben, (ii) Messvorgängen, z.B. 10-30 Messvorgänge, (iii) Laseraktivierungen, z.B. über 10⁵-10⁷ Laserschüsse für Einzelspektraldaten-Aufnahmen, oder (iv) eine Zahl von Kontrollproben oder Messvorgängen aus einem vorbestimmten Zeitraum, z.B. über einen Zeitraum von 7-21 Tagen, 1-4 Wochen oder 1-2 Monaten, angewendet werden. Es ist ebenso möglich, die Mittelung auf eine vorbestimmte Zahl von vereinzelten Kontrollproben-Beprobungen anzuwenden, beispielsweise 400-2000 vereinzelte Kontrollproben-Beprobungen. Alle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung haben gemein, dass der Anpassungsbedarf des Laser-Betriebsparameters nicht von einer einzelnen Kontrollprobe und schon gar nicht von einer einzelnen Kontrollproben-Beprobung anhängig gemacht wird, sondern auf einer Vielzahl von Kontrollproben und einer Vielzahl von Kontrollproben-Beprobungen fußt.The averaging can be based on a predetermined number of (i) control samples, e.g. 50-250 control samples, (ii) measurement processes, e.g. 10-30 measurement processes, (iii) laser activations, e.g. over 10 ⁵ -10 ⁷ laser shots for individual spectral data recordings, or ( iv) a number of control samples or measurements from a predetermined period of time, for example over a period of 7-21 days, 1-4 weeks or 1-2 months, are used. It is also possible to apply the averaging to a predetermined number of isolated control sample samples, for example 400-2000 isolated control sample samples. All embodiments of the present disclosure have in common that the need for adjustment of the laser operating parameter is not dependent on a single control sample and certainly not on a single control sample sampling, but is based on a large number of control samples and a large number of control sample samples.

In ist eine die verschiedenen Ionenstrommittelwerte verbindende Trendlinie 30 eingezeichnet, die eine Abschätzung darüber erlaubt, wie sich die beobachteten Ionenstromwerte der Kontrollproben im weiteren Verlauf entwickeln könnten. In dem gezeigten konkreten Beispiel wird im dritten Messvorgang festgestellt, dass der Ionenstrommittelwert die untere Intervallgrenze 26 erreicht hat; für den vierten Messvorgang wird sogar gefunden, dass der Ionenstrommittelwert den Intervallbereich verlassen hat. Dieser Befund führt dazu, dass als Gegenmaßnahme ein Betriebsparameter des Lasers verändert wird, um diesem Leistungsabfall entgegenzuwirken, siehe Pfeil 32.In a trend line 30 connecting the various ion current mean values is drawn, which allows an estimate of how the observed ion current values of the control samples could develop in the further course. In the concrete example shown, it is determined in the third measuring process that the average ion current value has reached the lower interval limit 26; For the fourth measurement process it is even found that the average ion current value has left the interval range. This finding leads to an operating parameter of the laser being changed as a countermeasure in order to counteract this drop in power, see arrow 32.

Für die Anpassung des Betriebsparameters kann die Laserenergiedichte, Laserfluenz, Laserleistung und/oder Laserintensität beim Laser-unterstützten Ionisieren geändert werden, wie anhand der Beschriftung der vertikalen Achse des oberen Diagramms in ersichtlich. Insbesondere kann die Laserenergiedichte, Laserfluenz, Laserleistung und/oder Laserintensität um einen voreingestellten Prozentsatz erhöht werden, wenn eine Performanztrend-Abweichung erkannt wird, siehe Inkrement #1. Eine Erhöhung kann sich im Bereich substanziell einstelliger Prozentwerte bewegen, z.B. 1-10 Prozent, insbesondere etwa 1 Prozent. Die Anpassung des Betriebsparameters des Lasers kann alternativ ein vordefiniertes Inkrement, z.B. einen bestimmten Prozentsatz, umfassen, sie kann aber auch in Abhängigkeit des Trendverlaufs und/oder der absoluten Abweichung von der Intervallgrenze berechnet werden, z.B. mit einem festen Inkrement (ggfs. ein Prozentsatz) als Basis, das durch einen Trend-abhängigen Term korrigiert wird, um eine Übersteuerung bei der Anpassung zu vermeiden und eine Anpassungsroutine unabhängiger von Ausreißern zu machen.To adjust the operating parameter, the laser energy density, laser fluence, laser power and/or laser intensity can be changed in laser-assisted ionization, as shown in the vertical axis label of the upper diagram in visible. In particular, the laser energy density, laser fluence, laser power and/or laser intensity can be increased by a preset percentage when a performance trend deviation is detected, see Increment #1. An increase can be in the range of substantially single-digit percentage values, for example 1-10 percent, especially around 1 percent. The adjustment of the operating parameter of the laser can alternatively include a predefined increment, for example a certain percentage, but it can also be calculated depending on the trend and/or the absolute deviation from the interval limit, for example with a fixed increment (possibly a percentage). as a base that is corrected by a trend-dependent term to avoid overdriving in the adjustment and to make an adjustment routine more independent of outliers.

Nach der im oberen Diagramm von gezeigten Anpassung des Laserparameters zwischen dem vierten und dem fünften Messvorgang ist der mittlere Ionenstrom wieder in einen im Intervall befindlichen Bereich eingeregelt, ohne dass ein Eingriff eines Menschen erforderlich gewesen wäre. Das Ionenspektrometriesystem mit Ionenanalysator und derart überwachter und eingeregelter Ionenquelle kann dann weiter betrieben werden und liefert fortgesetzt eine den Anforderungen entsprechende oder befriedigende Messleistung. Sollte sich im Verlauf weiterer Messvorgänge ergeben, dass der Performanztrend sich wieder einer Intervallgrenze nähert, wie hier beispielhaft im 7. Messvorgang zu sehen, und dieser dann aus dem Intervallbereich herausfällt, wie im 8. Messvorgang angedeutet, kann wiederum der Betriebsparameter des Lasers angepasst werden, siehe Anpassung #2, ähnlich wie zuvor erläutert. Die Anpassung #2 kann dabei zu der Anpassung #1 identisch sein oder auch mit anderen Anpassungsinkrementen ausgeführt werden.According to the diagram above As shown in the adjustment of the laser parameter between the fourth and the fifth measuring process, the average ion current is again adjusted to a range within the interval, without human intervention being necessary. The ion spectrometry system with ion analyzer and ion source monitored and regulated in this way can then continue to be operated and continues to deliver measurement performance that meets or satisfies the requirements. If, in the course of further measuring processes, it turns out that the performance trend approaches an interval limit again, as can be seen here in the 7th measuring process, and this then falls out of the interval range, as indicated in the 8th measuring process, the operating parameters of the laser can be adjusted again , see Adjustment #2, similar to previously explained. Adjustment #2 can be identical to adjustment #1 or can be carried out with other adjustment increments.

Eine Benachrichtigung und/oder Kennzeichnung kann erzeugt werden, sofern eine Anzahl von Anpassungen des Betriebsparameters über die Zeit einen vorbestimmten Wert, z.B. 2-10 Anpassungen, insbesondere 3-5 Anpassungen, erreicht oder überschreitet. Die Benachrichtigung kann in Form eines Eintrags in die Log-Datei des verwendeten Ionenspektrometriesystems erfolgen. Möglich sind auch Nachrichten zur unmittelbaren Kenntnisnahme eines Nutzers, z.B. ein aufklappendes Fenster mit Text- oder Bildnachricht in der grafischen Nutzeroberfläche am Rechner des Ionenspektrometriesystems oder eine automatisch erzeugte E-Mail oder SMS mit einem Inhalt, der das Ergebnis der Spektraldaten-Auswertung zusammenfasst. Eine solche Text/Bildnachricht, E-Mail oder SMS kann telekommunikativ unmittelbar an eine Empfängeradresse des Ionenspektrometriesystem-Herstellers oder eines Service-Partners übermittelt werden, um automatisch einen Wartungsauftrag zu erteilen. Eine Kennzeichnung kann insbesondere einen Eintrag in ein Kommentarfeld der Metadaten zu den Spektraldaten beinhalten, die unter den veränderten Laserbedingungen aufgenommen wurden, um es dem Nutzer zu ermöglichen, die automatisierte Laser-Nachregelung auch zu einem späteren Zeitpunkt, z.B. bei der Auswertung der Spektraldaten von den analytischen Proben, die neben den Spektraldaten der Kontrollproben erfasst wurden, nachzuverfolgen.A notification and/or identification can be generated if a number of adjustments of the operating parameter over time reaches or exceeds a predetermined value, for example 2-10 adjustments, in particular 3-5 adjustments. The notification can take the form of an entry in the log file of the ion spectrometry system used. Messages for immediate information from a user are also possible, e.g. a pop-up window Text or image message in the graphical user interface on the ion spectrometry system computer or an automatically generated email or SMS with content that summarizes the result of the spectral data evaluation. Such a text/image message, email or SMS can be transmitted via telecommunication directly to a recipient address of the ion spectrometry system manufacturer or a service partner in order to automatically issue a maintenance order. A marking can in particular contain an entry in a comment field of the metadata on the spectral data that was recorded under the changed laser conditions in order to enable the user to use the automated laser readjustment at a later point in time, for example when evaluating the spectral data from the analytical samples collected alongside the spectral data of the control samples.

Eine Zusammensetzung der analytischen Probe kann substantiell unbekannt sein. Kontrollprobe und analytische Probe unterscheiden sich insbesondere dadurch, dass die Kontrollprobe, ihr Molekülgehalt sowie ihr Verhalten während der Laser-unterstützten Ionisierung sehr gut bekannt und charakterisiert sind, weswegen sie als Regelgröße eingesetzt wird, wohingegen die Informationen über die analytische Probe durch ggfs. ausgefeiltes Postprozessieren erst ermittelt werden muss. Im Fall der MALDI-Ionisierung ist bei der Präparation der analytischen Probe lediglich die Matrixsubstanz gut bekannt, Molekülgehalt und Ionisierungsverhalten der Analytmoleküle hingegen sind zu ermitteln. Die analytische Probe kann zum Beispiel eine Präparation sein, von der man annimmt, dass sie einen Mikroorganismus und/oder extrahierte Moleküle davon enthält, mit dem Ziel, das Taxon des Mikroorganismus bis hinunter zur Art/Spezies und/oder auch ein Resistenzverhalten gegenüber einer antimikrobiellen Substanz zu bestimmen. Die analytische Probe kann auch eine Präparation sein, die Zellen enthält, z.B. eukaryotische Zellen, deren Verhalten und/oder Reaktion auf die Exposition gegenüber einem bestimmten Reiz untersucht werden soll, z.B. die Aussetzung gegenüber einer toxikologisch und/oder pharmakologisch wirksamen Substanz.A composition of the analytical sample may be substantially unknown. The main difference between the control sample and the analytical sample is that the control sample, its molecular content and its behavior during laser-assisted ionization are very well known and characterized, which is why it is used as a control variable, whereas the information about the analytical sample is obtained through, if necessary, sophisticated post-processing must first be determined. In the case of MALDI ionization, only the matrix substance is well known when preparing the analytical sample, but the molecular content and ionization behavior of the analyte molecules must be determined. The analytical sample may, for example, be a preparation believed to contain a microorganism and/or extracted molecules thereof, with the aim of determining the taxon of the microorganism down to the species/species and/or also resistance behavior to an antimicrobial determine substance. The analytical sample can also be a preparation containing cells, e.g. eukaryotic cells, whose behavior and/or reaction to exposure to a specific stimulus is to be examined, e.g. exposure to a toxicologically and/or pharmacologically active substance.

zeigt schematisch ein Ionenspektrometriesystem 40 mit einem Ionenanalysator 42, einer Ionenquelle 44, die an den Ionenanalysator 42 angeschlossen ist, und einer Prozessoreinheit 46, die mit dem Ionenanalysator 42 und der Ionenquelle 44 kommuniziert und dazu ausgelegt und programmiert ist, ein wie zuvor insbesondere mit Bezug zu erläutertes und beschriebenes Verfahren auszuführen. Der Weg der Ionen von Ionenquelle 44 zum Ionenanalysator 42 ist durch einen Pfeil 48 symbolisiert. Die Steuer- und Informationsempfangskommunikation der Prozessoreinheit 46 mit der Ionenquelle 44 und dem Ionenanalysator 42 ist durch doppelköpfige Pfeile 50 gekennzeichnet. schematically shows an ion spectrometry system 40 with an ion analyzer 42, an ion source 44 which is connected to the ion analyzer 42, and a processor unit 46 which communicates with the ion analyzer 42 and the ion source 44 and is designed and programmed to do so, as before in particular with reference to to carry out the explained and described procedure. The path of the ions from ion source 44 to ion analyzer 42 is symbolized by an arrow 48. The control and information reception communication of the processor unit 46 with the ion source 44 and the ion analyzer 42 is marked by double-headed arrows 50.

Die Erfindung ist vorstehend mit Bezug auf verschiedene besondere Ausführungsbeispiele beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass diverse Gesichtspunkte oder Einzelheiten der beschriebenen Ausführungen geändert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Weiterhin können die im Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsformen offenbarte Merkmale und Maßnahmen beliebig kombiniert werden, sofern dies einem Fachmann praktikabel erscheint. Überdies dient die vorstehende Beschreibung nur zur Veranschaulichung der Erfindung und nicht zur Einschränkung des Schutzbereichs, der ausschließlich durch die beigefügten Patentansprüche unter Berücksichtigung etwaig vorhandener Äquivalente definiert wird.The invention is described above with reference to various particular embodiments. It should be understood, however, that various aspects or details of the described embodiments may be changed without departing from the scope of the invention. Furthermore, the features and measures disclosed in connection with different embodiments can be combined as desired, provided that this appears practical to a person skilled in the art. Furthermore, the foregoing description is intended only to illustrate the invention and not to limit the scope of protection, which is defined solely by the appended claims, taking into account any equivalents that may exist.

Claims (13)

Verfahren zur Performanzüberwachung und -regelung einer Ionenquelle, aufweisend: (a) Laser-unterstütztes Ionisieren einer Kontrollprobe, deren Zusammensetzung substantiell bekannt ist und die vor, parallel zu oder nach einer analytischen Probe beprobt wird, (b) Erzeugen von Kontrollproben-Spektraldaten aus der ionisierten Kontrollprobe in einem an die Ionenquelle angeschlossenen Ionenanalysator, (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) über eine Vielzahl von Kontrollproben, um eine Vielzahl von Kontrollproben-Spektraldaten zu sammeln und derart auszuwerten, dass Spektraldaten einzelner Kontrollproben geringes Gewicht haben und ein Performanztrend in der Auswertung aufscheint, (d) Anpassen eines Betriebsparameters des Lasers der Ionenquelle, falls der Performanztrend in einen Bereich außerhalb eines vordefinierten Performanzintervalls eintritt, um den Laser Intervall-konform einzuregeln, und (e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d) zwecks Langzeitüberwachung und -regelung der Ionenquelle.Method for performance monitoring and control of an ion source, comprising: (a) laser-assisted ionization of a control sample whose composition is substantially known and which is sampled before, in parallel with or after an analytical sample, (b) generating control sample spectral data from the ionized control sample in an ion analyzer connected to the ion source, (c) repeating steps (a) and (b) over a large number of control samples in order to collect a large number of control sample spectral data and evaluate them in such a way that spectral data of individual control samples have low weight and a performance trend appears in the evaluation, (d) adjusting an operating parameter of the laser of the ion source if the performance trend enters a range outside a predefined performance interval in order to adjust the laser in accordance with the interval, and (e) repeating steps (a) to (d) for long-term monitoring and control of the ion source. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in Schritt (a) die Kontrollprobe in einem gleichen Messvorgang wie die analytische Probe beprobt wird und in Schritt (c) die Schritte (a) und (b) über eine Vielzahl von Messvorgängen und Kontrollproben wiederholt werden.Procedure according to Claim 1 , in which in step (a) the control sample is sampled in the same measuring process as the analytical sample and in step (c) steps (a) and (b) are repeated over a large number of measuring processes and control samples. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Ionenanalysator ein Massenanalysator ist, der die ionisierte Kontrollprobe insbesondere nach dem Prinzip der Flugzeit-Dispersion sortiert.Procedure according to Claim 1 or Claim 2 , in which the ion analyzer is a mass analyzer that sorts the ionized control sample in particular according to the principle of time-of-flight dispersion. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Kontrollprobe eine Aufbereitung eines Mikroorganismus, insbesondere eine Aufbereitung einer Bakterienspezies, umfasst.Procedure according to one of the Claims 1 until 3 , in which the control sample is a preparation of a Microorganism, in particular a preparation of a bacterial species. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Ionenquelle nach dem MALDI-Prinzip arbeitet.Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , in which the ion source works according to the MALDI principle. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Performanztrend von einer Abundanz oder Intensität im Analysator nachgewiesener Ionen abgeleitet wird.Procedure according to one of the Claims 1 until 5 , in which the performance trend is derived from an abundance or intensity of ions detected in the analyzer. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Performanzintervall Abweichungen bis zu einem vordefinierten Prozentsatz von einem Performanzrichtwert umfasst.Procedure according to one of the Claims 1 until 6 , in which the performance interval includes deviations up to a predefined percentage from a performance benchmark. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Auswertung in Schritt (c) die Vielzahl von Kontrollproben-Spektraldaten einer Mittelung, insbesondere Mittelwert- oder Medianbildung, unterzieht.Procedure according to one of the Claims 1 until 7 , in which the evaluation in step (c) subjects the large number of control sample spectral data to averaging, in particular mean or median formation. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Mittelung auf eine vorbestimmte Zahl von (i) Kontrollproben, (ii) Messvorgängen, (iii) Laseraktivierungen oder (iv) eine Zahl von Kontrollproben oder Messvorgängen aus einem vorbestimmten Zeitraum angewendet wird.Procedure according to Claim 8 , in which the averaging is applied to a predetermined number of (i) control samples, (ii) measurements, (iii) laser activations or (iv) a number of control samples or measurements from a predetermined period of time. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem für die Anpassung des Betriebsparameters die Laserenergiedichte, Laserfluenz, Laserleistung und/oder Laserintensität beim Laser-unterstützten Ionisieren geändert wird.Procedure according to one of the Claims 1 until 9 , in which the laser energy density, laser fluence, laser power and / or laser intensity is changed in laser-assisted ionization to adapt the operating parameter. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine Benachrichtigung und/oder Kennzeichnung erzeugt wird, sofern eine Anzahl von Anpassungen des Betriebsparameters einen vorbestimmten Wert erreicht oder überschreitet.Procedure according to one of the Claims 1 until 10 , in which a notification and/or identification is generated if a number of adjustments to the operating parameter reaches or exceeds a predetermined value. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eine Zusammensetzung der analytischen Probe substantiell unbekannt ist.Procedure according to one of the Claims 1 until 11 , in which the composition of the analytical sample is substantially unknown. Ionenspektrometriesystem mit einem Ionenanalysator, einer Ionenquelle, die an den Ionenanalysator angeschlossen ist, und einer Prozessoreinheit, die mit dem Ionenanalysator und der Ionenquelle kommuniziert und dazu ausgelegt und programmiert ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 abzustimmen und auszuführen.Ion spectrometry system with an ion analyzer, an ion source connected to the ion analyzer, and a processor unit that communicates with the ion analyzer and the ion source and is designed and programmed to perform a method according to one of Claims 1 until 12 coordinate and execute.

Images