在质谱分析中使用碰撞气体作为离子源的方法技术

一种质谱分析方法，包括以下步骤：从离子源产生离子束；将所述离子束导入到碰撞池中；通过所述碰撞池上的气体入口将电中性的分析物气体或反应气体引入到所述碰撞池中；借助于所述分析物气体或反应气体与所述离子束之间的碰撞来使所述分析物气体或反应气体在所述碰撞池中电离；将来自所述电离的分析物气体或反应气体的离子从所述碰撞池发射到质量分析仪中；以及对所发射的所述电离的分析物或反应气体的离子进行质量分析。所述方法能够应用在同位素比质谱分析中以测定在所述气体与样本离子之间的质量偏移反应中所使用的反应气体的同位素丰度或同位素比，从而测定所述样本离子的校正同位素丰度或比。

Method of using collision gas as ion source in mass spectrometry analysis

A mass spectrometry analysis method comprises the following steps: generating an ion beam from an ion source; introducing the ion beam into a collision pool; introducing an electrically neutral analyte gas or reaction gas into the collision pool through a gas inlet on the collision pool; and using the analyte gas or reaction gas and the ion beam with the aid of the analyte gas or reaction gas. Collisions between the analyte gases or reaction gases ionize in the collision pool; ions from the ionized analyte gases or reaction gases are emitted from the collision pool into the mass analyzer; and ions of the ionized analyte or reaction gases are mass analyzed. The method can be applied to isotope ratio mass spectrometry analysis to determine the isotope abundance or isotope ratio of the reaction gas used in the mass migration reaction between the gas and the sample ion, thereby determining the corrected isotope abundance or ratio of the sample ion.

【技术实现步骤摘要】
在质谱分析中使用碰撞气体作为离子源的方法资助相关声明本专利技术的研究工作已在欧盟第七框架计划(FP7/2007-2013)/ERC拨款协议n°FP7-GA-2013-321209下受到欧洲研究理事会的资助。
本专利技术涉及质谱仪，具体来说电感耦合等离子体质谱仪(inductivelycoupledplasmamassspectrometer；ICP-MS)及其用于测定存在于样本中的原子或分子物质的用途。此外，本专利技术涉及质谱分析方法。
技术介绍
质谱分析是用于基于气态离子的质荷比和丰度来定性和定量地测定存在于样本中的分子物质的分析方法。在电感耦合等离子体质谱分析(inductivelycoupledplasmamassspectrometry；ICP-MS)中，可在相对于非干扰背景低到1/1015的浓度下以高灵敏度和精度检测原子物质。在ICP-MS中，有待分析的样本用电感耦合等离子体(ICP)来电离，且随后分离并在质量分析仪中量化。精确且准确的同位素比测量通常提供获得对不可通过任何其它分析技术解决的科学问题的较深入理解的唯一方式。多集电极ICP-MS是一种用于高精度且准确的同位素比分析的现有方法。ICP-MS应用于地质年龄测探(geochronology)、地球化学(geochemistry)、宇宙化学(cosmochemistry)、生物地球化学(biogeochemistry)、环境科学以及生命科学领域中。然而，质谱仪中的元素和分子干扰可能会限制分析可达到的精度和准确性。这些干扰可存在于样本材料自身中，或通过从污染源(例如所使用的化学品、样本容器)制备样本而产生，或通过样本纯化期间的分馏而产生。污染物质还可产生于离子源中或质谱仪中。为了实现高精度且准确的同位素比测量，通常应用延长的物理和化学样本制备以得到不含可干扰质谱的可能干扰和污染的清洁样本。分析物在用于同位素比ICP-MS的样本材料中的典型浓度是在几份/十亿分的范围内。所关注的分析物还可集中在异质样本材料(例如岩石样本)内的小夹杂物或晶体中。延长质检步骤常常集成到样本制备中以确保样本制备自身不会导致样本材料的同位素比改变。每一样本制备步骤都可能将污染物添加到样本和/或引起待从原始样本材料提取的分析物的同位素分馏，所述样本材料可以是例如岩石、晶体、土壤、尘粒、液态和/或有机物质。即使所有这些步骤都极为谨慎地进行，仍有可能在质谱中存在污染以及不完整分离和干扰。理想情况下，我们想要完全避免化学样本制备步骤。此外，如果使用激光器来直接消融样本且将消融的材料冲入ICP源中，那么化学样本制备是不可能的。在这类情况下，不存在将所需分析物与样本基质的化学分离，并且所有特异性必须是来自质量分析仪和质量分析仪中的样本引入系统。特异性描述分析仪明确地测定和识别样本中的某一物质的能力。一种实现质谱仪中的特异性的方式是确保质量分析仪的质量分辨力M/(ΔM)大到足以清楚地分离一种物质与另一种物质，其中ΔM指示物质之间的质量差，且M是所关注物质的质量。在具有相同标称质量的物质同量异位干扰的情况下，这需要极高的质量分辨率。对于扇形场质谱仪来说，高质量分辨率伴随着使用极窄的质量分析仪入口狭缝，且小入口狭缝显著减少了发射，并因此降低了质量分析仪的灵敏度。因此，在需要极高质量分辨力的情况下，这变成一种不切实际的方法。这对于当前技术解决方案受限的质谱分析仪器来说是一种特殊挑战。电感耦合等离子体(ICP)离子源是使用质谱分析进行元素和同位素分析的极高效离子源。这是一种能够在非干扰低背景同位素上检测低至一份/1015(份/千万亿，ppq)的极低浓度下的元素的分析方法。所述方法涉及利用电感耦合等离子体来使待分析的样本电离，且接着使用质谱仪来分离并量化因此产生的离子。在电磁线圈中电离通常是氩气的气体以产生氩原子、游离电子与氩离子的高度激励混合物来产生等离子体，其中温度高到足以引起样本的原子化和电离。所产生的离子经由一个或多个减压阶段引入到质量分析仪中，所述质量分析仪最常是四极分析仪、磁性扇形分析仪或飞行时间分析仪。ICP质谱仪的描述可见于RobertThomas的论文《ICP-MS入门指南(ABeginner'sGuidetoICP-MS)》(SPECTROSCOPY16(4)-18(2)，2001年4月-2003年2月)中，其公开内容以全文引用的方式并入本文中(然而，当并入的参考文献中的任何内容与本申请中陈述的任何内容矛盾时，以本申请为准)。多集电极(multi-collector；MC)ICPMS仪器的已知设计是NEPTUNETM或NEPTUNEPlusTM，如ThermoScientificTM的手册和操作手册中所描述，其公开内容以全文引用的方式并入本文中(然而，当并入的参考文献中的任何内容与本申请中陈述的任何内容矛盾时，以本申请为准)。高精度质量分析仪允许从分子物质分离元素离子的高质量分辨率，所述分子物质在某一程度上不可避免地形成于ICP源(例如，OH+、NO+、CO+、CO2+、ArO+、ArN+、ArAr+等)内且干扰元素离子。因此，已知某些元素通过ICP-MS具有相对差的检测极限。这些元素主要是遭受由来源于等离子气体、基质组分或用于溶解样本的溶剂的离子产生的假象或谱干扰的那些元素。实例包含用于测定56Fe的40Ar16O、用于测定39K的38ArH、用于测定40Ca的40Ar、用于测定80Se的40Ar40Ar、用于测定75As的40Ar35Cl、用于测定52Cr的40Ar12C和用于测定51V的35Cl16O。利用高质量分辨率磁性扇形多集电极质谱仪，分子物质可沿质谱仪的焦平面分离，以使得仅可检测到元素离子，而在检测器狭缝处区分分子干扰物(参见Weyer与Schwieters，《国际质谱分析学报(InternationalJournalofMassSpectrometry)》，第226卷，第3期，2003年5月，以引用的方式并入本文中)。这一程序对于分析物与干扰物之间的相对质量偏差处于范围(M/ΔM)<2,000-10,000(M：分析物的质量，ΔM：分析物与干扰物之间的质量差)内的干扰物非常适用。利用扇形质谱仪，高质量分辨率通常伴随着到质量分析仪中的离子光发射的减少，这是因为高质量分辨率需要较窄入口狭缝和较小孔径以使从入口狭缝到检测器的离子束路径进一步往下的二级或三级角像差最小化。在其中样本的量受到限制或样本中的分析物浓度低的特定情况下，高质量分辨率模式下的灵敏度降低是一个显著问题。其直接导致分析精度降低，这是因为在穿过扇形场分析仪的发射有效降低的情况下计数统计较差。因此，高质量分辨率一般并非消除干扰和获得特异性的实际解决方案，即使在质谱仪的质量分辨力足以区分干扰的情况下也是如此。存在其它应用，其中元素离子的同量异位干扰无法通过样本制备来避免，且将需要>>10,000的质量分辨力来分离干扰物质。一个实例是用基于氩气的等离子体来分析40Ca。元素40Ar+对40Ca+存在强干扰。分离这两种物质所需的质量分辨率将>193,000，其远大于通过磁性扇形场分析仪可实现的分辨率。通过碰撞池技术(ICP-CCT)提供对这个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种质谱分析的方法，所述方法包括以下步骤：a.从ICP离子源产生离子束；b.将所述离子束导入到碰撞池中；c.通过所述碰撞池上的气体入口将电中性的分析物气体引入到所述碰撞池中；d.在所述碰撞池中借助于所述分析物气体与所述离子束之间的碰撞从所述分析物气体产生离子；e.将产生的离子从所述碰撞池发射到质谱分析仪中；以及f.对所发射的所述电离的分析物气体的离子进行质量分析，其包含在质量分析仪中测定所述离子的同位素丰度或同位素比。

【技术特征摘要】
2017.02.23 GB 1702953.91.一种质谱分析的方法，所述方法包括以下步骤：a.从ICP离子源产生离子束；b.将所述离子束导入到碰撞池中；c.通过所述碰撞池上的气体入口将电中性的分析物气体引入到所述碰撞池中；d.在所述碰撞池中借助于所述分析物气体与所述离子束之间的碰撞从所述分析物气体产生离子；e.将产生的离子从所述碰撞池发射到质谱分析仪中；以及f.对所发射的所述电离的分析物气体的离子进行质量分析，其包含在质量分析仪中测定所述离子的同位素丰度或同位素比。2.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述离子束大致包括等离子体产生气体的离子。3.根据前一权利要求所述的方法，其中所述等离子体产生气体包括选自氩气、氖气、氦气、氮气以及氧气的物质。4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将包括目标元素的溶液或气体引入到所述等离子体中，由此产生所述目标元素的离子，其中所述离子束大致包括所述目标元素的离子。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述离子束大致包括元素离子。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述离子束大致包括质量过滤的单一元素物质的元素离子。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括使用定位在所述离子源与所述碰撞池之间的滤质器对进入所述碰撞池的所述离子束(m/z)的离子进行质量选择。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述滤质器是四极滤质器。9.根据权利要求7所述的方法，其中质量选择步骤包括设置约2amu或更小，且优选地约1amu或更小，且更优选约0.7amu的质量窗口。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中接纳到所述碰撞池中的所述离子束的能量在0eV到250eV范围内，且优选地在10eV到200eV范围内。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述离子束的所述能量可控制。12.根据至少一项前述权利要求所述的方法，包括调节所述离子束的所述能量以便使所述分析物气体的至少一部分碎裂以形成所述分析物气体的至少一种电离原子或分子碎片，将所述形成的电离原子或分子碎片发射到所述质量分析仪且对所述碎片进行质量分析。13.根据前一权利要求所述的方法，包括调节所述离子束的所述能量以促成所述分析物气体的所需电离碎片的形成。14.根据至少一项前述权利要求所述的方法，其中至少一种分析物气体包括待进行质量分析的至少一种有机化合物。15.根据前一权利要求所述的方法，其中所述至少一种有机化合物包括元素碳、氢以及氧、氮、硫、卤素和磷中的任选地至少一个。16.根据前一权利要求所述的方法，其中所述至少一种有机化合物选自由以下组成的群：烃、被取代的烃、蛋白质、碳水化合物、脂类以及核酸。17.根据至少一项前述权利要求所述的方法，其中所述至少一种分析物气体包括在分离同位素比实...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·施韦特斯，H·韦尔斯，J·刘易斯，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE