降低质谱分析中的噪声的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及降低质谱分析中的噪声的方法和装置。在某些实施方式中，为了降低噪声，额外量的载气被引入质谱仪。

【技术实现步骤摘要】
降低质谱分析中的噪声的方法和装置
本专利技术涉及质谱分析技术。更具体地，本专利技术涉及降低质谱分析中的噪声的方法和装置。
技术介绍
质谱分析(MS)是对检测样品成分进行识别和定量的公知技术。质谱仪能够将样品分析物的成分依其质荷比(下称m/z或m/z比)分离。尽管对于基于利用m/z比的不同分离原理进行操作的质谱仪存在许多不同的设计，但大多数质谱仪由四个基本部件构成。具体地，几乎所有质谱仪都包括用于由样品产生离子的离子源、用于分离具有不同m/z比的离子的质量分析器、用于检测产生的每一m/z比的离子的数量的检测器以及用于收集数据并生成质谱的数据分析器。对于质谱仪的这些区段(stage)，各自存在不同的已知技术。质谱仪的源区段通常包括离子化空间(ionizationvolume)，样品成分在离子化空间中被离子化。例如，在气相质谱中，输送样品气体的载气被引入离子化空间。常用的载气包括氦气、氢气和氮气。存在数种公知的对样品进行离子化的技术，这些技术包括但不限于电子碰撞电离技术和化学电离技术。例如，在电子碰撞电离中，用来自离子源的电子束轰击样品，电子束具有已知的能量，通常约为70eV，该能量大于使大多数分析物离子化所需的能量。该能量还足以生成载气离子和未电离的激发态亚稳粒子(metastables)。还存在数种已知类型的通过m/z比来分离离子的质量分析器。其中一种类型是四极质谱仪，其中通过施加射频(RF)和直流(DC)信号在四个细长的极杆之间产生电磁场，并且通过调节RF来选择性地使特定m/z比的离子稳定化而使其它m/z比的离子失稳。稳定化的离子沿平行于极杆并处于极杆之间的路径运动，而失稳的离子沿径向导出该路径。接着，设置检测器用于接收和检测具有选定m/z比的离子。最后，数据分析器对检测器的输出进行分析，从而确定离子的m/z比和/或其浓度以确定样品的成分及其含量。由于不同物质的离子可能具有相同的m/z比，因此单级质谱仪无法确保区分样品中的两种具有相同和十分接近的m/z比的物质。因此，级联式质谱仪是已知的，其中两级或更多级质量分析器区段顺序排列，各级之间可以具有碰撞室(collisioncell)。例如，第一级MS可利用一种已知的MS技术通过m/z比将分析物分离。然后，经过第一级的离子可被引入碰撞室，这些离子在碰撞室中与具有足够能量的其它分子碰撞，以使这些离子破碎成更小的离子化成分。然后，这些碎片被引入第二级MS，在其中，通过相同或不同的MS技术利用m/z比使这些碎片分离。这增强了对样品中的两种原子不同但m/z比相同或很接近的分析物的区分能力，因为m/z比相似的两种不同分子同时还能得到m/z比相同的碰撞碎片的可能性很小。如上所述，在离子化空间中生成激发态的载气分子，这被认为是MS测量系统中的噪声的一个来源，它降低了信噪比并使仪器的灵敏度下降。尽管还没有完全理解这种噪声的确切原因的全部细节，但至少一部分噪声被认为是那些载气亚稳粒子冲击检测器表面而被检测到所导致的结果。许多质谱仪设计引入了曲线离子引导器来防止亚稳原子到达检测器。具体而言，由于亚稳原子不带电荷，因此不能利用沿曲线离子路径引导带电离子的电磁导场来引导亚稳原子。而亚稳原子大致沿直线路径运动，因而不会到达检测器。这两种方式会影响和限制系统的性能。而且，即使结合这两种方式，依然存在明显的噪声。附图说明图1为根据本专利技术的原理的气相色谱/质谱仪的第一组实施方式的框图；图2A为根据本专利技术的原理的质谱仪的另一种实施方式的框图；图2B为根据本专利技术的原理的质谱仪的另一种实施方式的框图；图3为表明采用本专利技术原理的测量系统与未利用本专利技术的等价系统相比背景噪声减小的实验结果图。图4是示出了于本专利技术的具体实施方式相关的步骤的流程图。
技术实现思路
本专利技术人推测，在样品中载气的亚稳粒子的存在所导致的噪声中，至少相当大的一部分是载气亚稳粒子与存在于离子化空间与检测器表面之间的背景气体碰撞进而生成背景气体离子所造成的。特别地，虽然尝试在检测器区段中尽可能形成理想真空(除了分析物离子以外)，但本质上不可能消除质谱仪中的所有背景气体。某些背景气体(通常是环境气体，例如氧气、氮气、二氧化碳、氩气等)和液体(最常见的是水)实际上总是设法渗入质谱仪。事实上，氮气或氩气经常被有意地引入质谱仪，作为用于破碎离子的碰撞室中的碰撞气体。虽然碰撞气体在这些情况下是有用的，但如果它从碰撞室流出渗入质谱仪的其它区段，则不利于真空。载气亚稳粒子可以与质谱仪内部的背景气体分子或碰撞气体分子随时随地碰撞，产生背景气体离子。因此，背景气体离子可以随时冲击检测器表面而形成噪声。通过这些在检测器附近发生的碰撞所产生的背景气体离子特别难以解决，因为产生的背景气体离子越靠近检测器，离子冲击检测器表面的可能性越大，从而形成信号噪声。特别地，尽管存在许多检测离子的方法，但通常检测器记录离子经过预定的孔或冲击预定的检测表面(该孔或表面即为“检测器表面”)时产生的电流或感应电荷。如果离子是通过与载气亚稳粒子在质谱仪的最后一级质量分析器之后碰撞所产生的，则它们无法像样品中的分析物离子那样通过质量来分离。因此，不论这些离子的m/z比如何，它们都会随时冲击检测器表面，并且被看作是与在特定时间撞击检测器表面的离子相应的具有特定m/z比的离子。因此，这种现象在系统中产生了降低系统灵敏度的噪声。此外，本专利技术相信以下广为接受的理由：载气亚稳粒子本身会冲击检测器表面，这产生了额外的噪声。特别地，载气亚稳粒子是激发态分子而非离子，所以它们不带电荷。因此，通过m/z比来分离分析物离子的引导电场和/或磁场对亚稳粒子不起作用。因而，各种m/z比的亚稳粒子都可能在某一时间达到检测器。因此，本专利技术的目的是通过减少质谱仪中的载气亚稳粒子的数量来降低质谱分析中的噪声。根据本专利技术，使样品和载气(或任何其它伴随气体或其它运输机制)穿过位于离子化之后但检测之前某处的空间，有意地使该空间包含还原亚稳态的气体(下称亚稳还原气体，metastablereducinggas)。亚稳还原气体应为相对于载气(或其它伴随气体)物质选择的物质，从而使得亚稳还原气体的稳定分子与载气的亚稳分子之间的碰撞使得载气的亚稳粒子回到稳定能态。因此，亚稳还原气体减少了载气亚稳粒子的数量。在一种实施方式中，亚稳还原气体是与输送分析物的载气相同的气体物质。然而，理论上，亚稳还原气体可以是亚稳还原气体的原子或分子可以与载气的原子或分子碰撞以使载气的亚稳粒子消耗能量而回到稳定态的任何气体。这通常将包括其原子或分子具有与载气相同或相似的激发能态的任何气体(下文中，除非另有说明或内容需要，使用术语“分子”来包括单原子以及多原子分子)。亚稳还原气体在离子化空间后且检测器表面前的任何位点被引入质谱仪。噪声的降低被认为是亚稳还原气体的稳定分子与载气的亚稳分子碰撞从而使亚稳粒子失去能量并重新稳定的结果。质谱仪中的载气亚稳粒子的数量的这种减少降低了噪声，原因在于它减少了与这种亚稳粒子碰撞而被离子化的背景气体的量，而这种被离子化的背景气体会冲击检测器表面而变成噪声。减少样品流动路径中的载气亚稳粒子的量，也可以降低噪声，因为这些亚稳粒子也会冲击检测器表面而变成噪声。质谱仪中的载气分子(或者，载气和亚稳还原气体，如果它们是不同物质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在质谱仪中对包含分析物的样品进行质谱分析的方法，包括：　将所述样品离子化以生成所述样品中的分析物的离子；　利用质荷比将所得离子分离；　用检测器检测被分离的离子；和　将亚稳还原气体在离子化之后且在检测之前的位置引入 所述质谱仪。

【技术特征摘要】
US 2008-1-31 12/023,3851.一种在质谱仪中对包含分析物的样品进行质谱分析的方法，包括：将所述样品通过电子碰撞电离离子化，以生成所述样品中的分析物的离子；利用质荷比将所得离子分离；用检测器检测被分离的离子；和将亚稳还原气体在离子化之后且在检测之前的位置引入所述质谱仪，其中所述样品伴随有载气，并且其中所述亚稳还原气体是激发能态与所述载气的亚稳粒子的能态近似的物质。2.如权利要求1的方法，其中所述亚稳还原气体和所述载气是相同的物质。3.如权利要求2的方法，其中所述载气和所述亚稳还原气体均为氦气。4.如权利要求1的方法，其中所述引入发生在所述分离之后。5.如权利要求1的方法，其中所述离子通过位于所述离子化与所述检测之间的腔室，所述腔室包含所述亚稳还原气体。6.如权利要求5的方法，其中所述腔室是碰撞室，并且所述方法还包括在所述碰撞室与所述检测之间利用质荷比对所述离子进行第二次分离。7.如权利要求1的方法，还包括：使所述离子通过所述分离与所述检测之间的碰撞室；和在所述碰撞室与所述检测之间利用质荷比对所述离子进行第二次分离；其中所述引入发生在所述第二次分离与所述检测之间。8.一种质谱仪，包括：输入端口，用于接收样品，所述样品伴随有载气；包括离子化空间的离子源，在所述离子化空间中通过电子碰撞电离由所述样品中存在的分析物生成离子；质量分析器，用于接收所述离子并将离子依其质荷比分离；具有检测器表面的检测器，用于检测被所述质量分析器分离的离子；设置在所述离子化空间与所述检测器表面之间的第一端口，通过所述第一端口将亚稳还原气体引入所述质谱仪，其中所述亚稳还原气体是激发...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯P多尔蒂，杰弗里T凯尔南，詹姆斯D福特，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]