用于多模式电感耦合等离子体质谱仪的自动化优化的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供用于多模式电感耦合等离子体质谱仪ICP‑MS的自动化调谐的方法及系统。在特定实施例中，为多模式ICP‑MS系统提供‘单击’优化方法，所述‘单击’优化方法使处于选自例如排气池模式、反应池模式(例如，动态反应池模式)及碰撞池模式(例如，动能鉴别模式)等多个模式当中的一或多个模式中的所述系统的调谐自动化。呈现提供较快、较高效且较准确调谐的包含动态范围优化技术的工作流程及计算例程。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权本申请案主张2014年2月14日提出申请的标题为“用于多模式电感耦合等离子体质谱仪的自动化优化的系统及方法(SystemsandMethodsforAutomatedOptimizationofaMulti-ModeInductivelyCoupledPlasmaMassSpectrometer)”的美国临时专利申请案第61/940,349号的优先权及权益，所述临时专利申请案的内容以其全文引用的方式并入本文中。
本专利技术一般来说涉及质谱法系统的调谐。在特定实施例中，本专利技术涉及多模式电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)的自动化调谐。
技术介绍
质谱法(MS)是一种具有定量及定性应用两者的用于确定未知样本物质的元素组成的分析技术。举例来说，MS对于识别未知化合物、确定分子中的元素的同位素组成及确定特定化合物的结构(通过观察所述特定化合物的碎裂)以及对样本中的特定化合物的量进行量化为有用的。质谱仪通常通过使用许多不同可用方法中的一者来对测试样本进行电离以形成带正电荷粒子流(即，离子流)而操作。离子流接着经受质量差异化(在时间或空间上)以根据质量对电荷(m/z)比率对离子流中的不同粒子群体进行分离。下游质量分析器可检测经质量差异化粒子群体的强度以便计算所关注分析数据，例如不同粒子的群体的相对浓度、产物或碎片离子的质量对电荷比率及其它可能有用分析数据。在质谱法中，所关注离子(“分析物离子”)可在离子流中与具有和所述分析物离子基本上相同的标称m/z比率的其它不想要的离子群体(“干扰物离子”)共存。在一些情形中，干扰物离子的m/z比率将足够接近于分析物离子的m/z比率(尽管不相同)以归属于质量分析器的分辨率内，借此使得质量分析器不能够区分两个类型的离子。改进质量分析器的分辨率是处理此类型的干扰(通常称为“同量异位素”或“质谱干扰”)的一种方法。然而，较高分辨率质量分析器趋向于具有较慢提取率及较高离子信号损失(从而需要较灵敏检测器)。还可遇到对可实现分辨率的限制。除质谱干扰之外，在质谱法中还通常遇到额外非质谱干扰。这些可来源于中性亚稳粒子种类，且在质量范围内产生经升高背景。此经升高背景不利地影响仪器的检测极限。离子流中的一些常见非质谱干扰包含光子、中性粒子及气体分子。电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)可作为用于执行痕量金属分析的选择的仪器而得到世界各地的实验室的赞许。ICP-MS仪器检测极限针对周期表中的大部分处于十亿分之一(ppb)等级或低于所述十亿分之一等级，分析工作范围为九个数量级，生产率优于其它技术且可容易地实现同位素分析。对ICP-MS仪器执行的大多数分析为定量的；然而，ICP-MS也可执行半定量分析(举例来说，识别未知样本以找到80种可检测可差异化元素中的任一者)。在ICP-MS分析中，将样本作为气溶胶液滴引入到氩等离子体中。等离子体使气溶胶干燥、使分子离解，接着从组分中移除电子，借此形成引导到称为质谱仪的质量过滤装置中的单独带电荷的离子。大多数商业ICP-MS系统采用迅速扫描质量范围的四极质谱仪。在任何给定时间处，将仅允许一个质量对电荷比率从入口通过质谱仪到达出口。在退出质谱仪后，离子即刻撞击用作检测器的电子倍增器的第一倍增极。离子的冲击释放级联的电子，所述电子经放大直到其变为可测量脉冲为止。将经测量脉冲的强度与标准(其针对特定元素构成校准曲线)进行比较以确定样本中的所述元素的浓度。大多数ICP-MS仪器包含以下组件：样本引入系统，其由雾化器及喷雾室构成；ICP焰炬与RF线圈，其用于产生用作离子源的氩等离子体；接口，其将大气压力ICP离子源链接到高真空质谱仪；真空系统，其为离子光学器件、四极及检测器提供高真空；碰撞/反应池(池)，其在质谱仪之前且用于移除可使可实现检测极限降级的干扰；离子光学器件，其将所要离子导引到四极中同时确保从离子流摒弃中性种类及光子；质谱仪，其用作质量过滤器以根据离子的质量对电荷比率(m/z)将所述离子分类；检测器，其对退出四极的个别离子进行计数；及数据处置与系统控制器，其控制仪器控制及数据处置的方面以用于获得最终浓度结果。在电感耦合等离子体离子源中，包括三个同心管(通常为石英)的焰炬的末端放置到供应有射频电流的电感线圈中。可接着将氩气流引入于所述焰炬的两个最外管之间，其中氩原子可与电感线圈的射频磁场相互作用以从氩原子释放电子。此动作产生主要包括氩原子、具有小部分氩离子及自由电子的极高温度(大概10,000K)等离子体。接着使分析物样本(举例来说，作为液体的经雾化薄雾)通过氩等离子体。经雾化样本的液滴蒸发，其中溶解于液体中的任何固体分解成原子且归因于等离子体中的极高温度而剥除其最松散结合的电子以形成单独带电荷的离子。因此，除所关注分析物离子之外，由ICP离子源产生的离子流还通常含有大浓度的氩及基于氩的质谱干扰离子。举例来说，较常见质谱干扰中的一些质谱干扰包含Ar+、ArO+、Ar2+、ArCl+、ArH+及MAr+(其中M表示样本悬浮于其中以用于进行电离的基质金属)，但还可包含其它质谱干扰(例如ClO+、MO+等等)。其它类型的离子源(包含辉光放电及电喷射离子源)也可产生不可忽略浓度的质谱干扰。质谱干扰可在MS中由其它源产生，举例来说在从源的离子提取期间(例如，归因于等离子体在其一旦经受ICP外部的真空压力时的冷却，或大概归因于与取样器或分离器(skimmer)孔口的相互作用)。存在于取样器或分离器的边缘处的动量边界表示另一可能质谱干扰源。除使用高分辨率质量分析器来在分析物与干扰物离子之间进行区分以外，减轻离子流中的质谱干扰的影响的另一方式为选择性地消除质量分析级上游的干扰物离子。根据一种方法，可使离子流通过填充有选定气体的池(有时称为反应池(例如，动态反应池(DRC)，如由珀金埃尔默公司(PerkinElmer,Inc.)所制造)，所述选定气体与不想要干扰物离子反应而对于分析物离子保持或多或少惰性。术语“DRC”及“DRC模式”可在本文中与术语“反应池”及“反应池模式”互换地使用。由于离子流在DRC中与反应气体碰撞，因此干扰物离子形成不再具有与分析物离子基本上相同或类似的m/z比率的产物离子。如果产物离子的m/z比率基本上不同于分析物的m/z比率，那么可接着将常规质量过滤应用于所述池以在不显著破坏分析物离子流的情况下消除产物干扰物离子。因此，离子流可经受带通质量过滤器以仅将分析物离子以显著比例发射到质量分析级。举例来说，在美国专利第6,140,638号及第6,627,912号中描述使用DRC来消除干扰物离子，所述美国专利的全部内容以引用的方式并入本文中。一般来说，DRC可提供极低检测极限，甚至大约万亿分之一或低于万亿分之一，此取决于所关注分析物。针对相同同位素，将特定限制或约束强加于DRC。首先，由于反应气体必须仅与干扰物离子而不与分析物反应，因此DRC对所关注分析物离子为灵敏的。可需要针对不同分析物采用不同反应气体。在其它情形中，针对特定分析物可不存在已知适合反应气体。一般而言，使用单个反应气体来解决所有质谱干扰可为不可能的。将另一可能约束强加于以可被使用类型的池的形式的DRC。通过在伸长杆组内形成径向RF场而在所述池内提供对离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多模式电感耦合等离子体质谱仪ICP‑MS的自动化优化(调谐)的系统，所述系统包括：多模式电感耦合等离子体质谱仪ICP‑MS；处理器及上面存储指令的非暂时性计算机可读媒体，其中所述指令在被执行时致使所述处理器：接收关于将对所述ICP‑MS执行的优化的用户数据输入，其中所述用户数据输入包括对所述ICP‑MS将以其操作的一或多个选定操作模式的识别；接收用于起始所述ICP‑MS的自动化优化例程的用户输入；及在接收到用于起始所述例程的所述用户输入之后，向所述ICP‑MS发射信号以执行所述自动化优化例程，其中所述自动化优化例程包括以由所述处理器规定的序列执行的多个步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.14 US 61/940,3491.一种用于多模式电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS的自动化优化(调谐)的系统，所述系统包括：多模式电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS；处理器及上面存储指令的非暂时性计算机可读媒体，其中所述指令在被执行时致使所述处理器：接收关于将对所述ICP-MS执行的优化的用户数据输入，其中所述用户数据输入包括对所述ICP-MS将以其操作的一或多个选定操作模式的识别；接收用于起始所述ICP-MS的自动化优化例程的用户输入；及在接收到用于起始所述例程的所述用户输入之后，向所述ICP-MS发射信号以执行所述自动化优化例程，其中所述自动化优化例程包括以由所述处理器规定的序列执行的多个步骤。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一或多个模式包含以下各项中的一者、两者或全部三者：(a)排气池模式；(b)反应池模式；及(c)碰撞池模式。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中用于起始所述例程的所述用户输入包括选自由以下各项组成的群组的至少一个动作：‘单击’、按键、轻扫及图形用户接口小组件的选择。4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述自动化优化例程包括ICP-MS性能评价子序列，所述子序列包括以下步骤：自动进行第一性能评价；如果所述第一评价为令人满意的，那么接着进行第二性能评价；否则，如果所述第一评价为不令人满意的，那么结束所述子序列且将所述性能评价识别为失败的，其中所述第一性能评价与所述第二性能评价相比含有较少步骤且进行起来耗时较少。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述自动化优化例程包括多个等级，每一等级具有与其相关联的若干步骤，其中如果在给定等级中的先前步骤结束时执行的性能评价子序列被识别为失败的，那么所述例程经编程以从所述给定等级进行到后续等级，否则，如果在所述给定等级中的所述先前步骤结束时执行的所述性能评价子序列被识别为令人满意的，那么所述例程经编程以结束所述优化。6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述自动化优化例程包括选自由以下各项组成的群组的一或多个步骤：(i)相对于所述质谱仪调整/对准焰炬(电感耦合等离子体)；(ii)四极离子偏转器QID校准；(iii)四极杆偏移QRO；(iv)雾化器气体流优化；(v)池杆偏移CRO优化；(vi)池入口及/或出口优化；(vii)质量校准；及(viii)检测器优化。7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述自动化优化例程包括：以下各项中的一者或两者：(i)雾化器气体流优化步骤；及(ii)四极离子偏转器QID校准步骤，所述优化例程包括与步骤(i)及/或(ii)相关联的动态范围优化子序列，其中所述动态范围优化子序列包括：通过在预定初始范围内调整相关联设定而起始所述相关联优化步骤，所述预定初始范围是从在所述ICP-MS的先前优化中识别的所述设定的所存储值而确定；及在于所述预定初始范围内不满足优化准则的情况下，在经改进性能的方向上自动识别新范围，并继续识别后续新范围直到满足所述优化准则为止，接着记录对应设定以供稍后使用。8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述自动化优化例程包括以下各项中的一者或两者：(i)池杆偏移CRO步骤；及(ii)池入口/出口步骤，所述优化例程包括与步骤(i)及/或(ii)相关联的正规化子例程，其中所述正规化子例程包括通过以下操作识别与所述步骤相关联的优化设定：针对多个分析物中的每一者，在一电压范围内正规化从所述ICP-MS确定的脉冲强度，接着使用经正规化值来识别所述优化设定。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述正规化子例程进一步包括以下步骤：将相应电压下的所述经正规化值相乘且从结果识别最佳折衷点，借此识别所述优化设定。10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，所述系统进一步包括自动取样器，其中所述自动化优化例程包括智能取样子例程，所述智能取样子例程包括：(i)在所述优化例程期间识别是否及何时应中断对第一分析物溶液的使用且起始对第二分析物溶液的使用的步骤；及(ii)在识别出应中断所述第一分析物溶液且起始对所述第二分析物溶液的使用后，即刻发射信号以在所述ICP-MS的所述优化例程中经由所述自动取样器而起始对所述第二分析物溶液的自动化引入。11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述自动化优化例程包括以下步骤：由所述处理器进行再现以在图形用户接口(例如，电子屏幕)上呈现表示在所述自动化优化例程中执行的一或多个步骤的图形及/或字母数字输出。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述自动化优化例程包括以下步骤：在所述自动化优化例程期间在所述对应一或多个步骤正被执行时于所述图形用户接口上实时地显示所述图形及/或字母数字输出。13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中关于所述优化的所述用户数据输入进一步包括对池气体流速的指示。14.一种用于多模式电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS的自动化优化(调谐)的方法，所述方法包括：由计算装置的处理器接收关于将对多模式电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS执行的优化的用户数据输入，其中所述用户数据输入包括对所述ICP-MS将以其操作的一或多个选定操作模式的识别；由所述处理器接收用于起始所述ICP-MS的自动化优化例程的用户输入；及，在接收到用于起始所述例程的所述用户输入之后，由所述处理器向所述ICP-MS发射信号以执行所述自动化优化例程，其中所述自动化优化例程包括以由所述处理器规定的序列执行的多个步骤。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述一或多个模式包含以下各项中的一者、两者或全部三者：(a)排气池模式；(b)反应池模式；及(c)碰撞池模式。16.根据权利要求14或15所述的方法，其中用于起始所述例程的所述用户输入包括选自由以下各项组成的群组的至少一个动作：‘单击’、按键、轻扫及图形用户接口小组件的选择。17.根据权利要求14到16中任一权利要求所述的方法，其进一步包括执行所述自动化优化例程。18.根据权利要求17所述的方法，其中执行所述自动化优化例程包括在所述自动化优化例程期间自动调整所述ICP-MS的一或多个设定。19.根据权利要求14到18中任一权利要求所述的方法，其中所述自动化优化例程包括ICP-MS性能评价子序列，所述子序列包括以下步骤：自动进行第一性能评价；如果所述第一评价为令人满意的，那么接着进行第二性能评价；否则，如果所述第一评价为不令人满意的，那么结束所述子序列且将所述性能评价识别为失败的，其中所述第一性能评价与所述第二性能评价相比含有较少步骤且进行起来耗时较少。20.根据权利要求19所述的方法，其中所述自动化优化例程包括多个等级，每一等级具有与其相关联的若干步骤，其中如果在给定等级中的先前步骤结束时执行的性能评价子序列被识别为失败的，那么所述例程经编程以从所述给定等级进行到后续等级，否则，如果在所述给定等级中的所述先前步骤结束时执行的所述性能评价子序列被识别为令人满意的，那么所述例程经编程以结束所述优化。21.根据权利要求14到20中任一权利要求所述的方法，其中所述自动化优化例程包括选自由以下各项组成的群组的一或多个步骤：(i)相对于所述质谱仪调整/对准焰炬(电感耦合等离子体)；(ii)四极离子偏转器QID校准；(iii)四极杆偏移QRO；(iv)雾化器气体流优化；(v)池杆偏移CRO优化；(vi)池入口及/或出口优化；(vii)质量校准；及(viii)检测器优化。22.根据权利要求14到2...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·巴扎尔甘，H·巴蒂埃，P·帕特尔，
申请(专利权)人：珀金埃尔默健康科学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US