电感耦合等离子体质谱分析的串联碰撞/反应池制造技术

电感耦合等离子体质谱分析(ICP‑MS)系统的串联碰撞/反应池包括：第一离子导向器、第二离子导向器、和在该第一离子导向器的出口端附近的中间电极。将DC势垒施加至该中间电极。该池可以提供离子‑分子碰撞过程的两个或更多个阶段。

Series Collision/Reaction Cell for Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

【技术实现步骤摘要】
电感耦合等离子体质谱分析的串联碰撞/反应池
本专利技术总体上涉及电感耦合等离子体质谱分析(ICP-MS)，并且具体地涉及利用碰撞/反应池的ICP-MS。
技术介绍
经常利用电感耦合等离子体质谱分析(ICP-MS)来对样本进行元素分析，诸如，用于测量样本中的微量金属的浓度。ICP-MS系统包括基于等离子体的离子源，该基于等离子体的离子源用于生成等离子体以将样本的分子分解成原子并且然后电离该原子以便为元素分析做准备。在典型操作中，通过(通常为气动辅助型的)雾化器将液体样本雾化，即转化为气悬体(细喷雾或薄雾)，并将气雾样本引导至由等离子体源生成的等离子体羽流中。等离子体源经常被配置为具有两个或更多个同心管的流过式等离子体炬管。通常，等离子体形成气体(诸如，氩气)流过炬管的内部管并且由合适的能量源(通常是射频(RF)供电负载线圈)激励成等离子体。气雾样本流过炬管的同轴中心管(或毛细管)并且被发射到如生成的等离子体中。暴露于等离子体会将样本分子分解成原子，或者替代性地将样本分子部分地分解成分子片段并且电离该原子或分子片段。从等离子体源提取所产生的分析物离子并且将其作为离子束引导至质量分析器，该产生的分析物离子通常带正电荷。质量分析器应用时变电场、或电场和磁场的组合，以在其质荷(m/z)比的基础上对不同质量的离子进行谱分解，然后使得离子检测器能够计数从质量分析器到达离子检测器的给定m/z比的每种类型的离子。替代性地，质量分析器可以是飞行时间(TOF)分析器，该飞行时间分析器测量离子漂移通过飞行管的飞行时间，然后可以根据该飞行时间导出m/z比。ICP-MS系统然后将如此获得的数据呈现为质量(m/z比)峰谱。每个峰的强度指示样本的相应元素的浓度(丰度)。除了寻求分析的分析物离子之外，等离子体还产生背景(非分析物)离子。被称为干扰离子的某些类型的非分析物离子可以干扰对某些类型的分析物的分析。干扰离子可以由等离子体形成气体(例如氩气)、样本的基质成分、样本中包括的溶剂/酸、或被夹带到系统中的空气(氧气和氮气)产生。例如，干扰离子可以是具有与分析物离子相同的标称质量的同量异序干扰物。对这些干扰离子的检测以及对某些分析物离子的检测导致分析数据中的谱重叠，由此降低了分析的质量。干扰离子的例子包括多原子离子，诸如，氩氧化物40Ar16O+和氩40Ar+，该氩氧化物干扰铁同位素56Fe+，因为这两种离子在质谱中都以m/z＝56出现，该氩干扰钙同位素40Ca+，因为这两种离子都以m/z＝40出现。用于解决谱干扰问题和提高ICP-MS系统性能的已知方法已经涉及在基质分离方面的改进、使用冷等离子体技术、以及在对分析数据进行处理时使用数学校正方程。这些方法都具有已知的局限性。为进一步解决问题，已知的是，在ICP-MS系统中在离子源与质量分析器之间提供碰撞/反应池。该池包括沿着该池的中心轴线聚集离子束的离子导向器。该池用碰撞气体或反应气体填充。对碰撞气体(例如氦气He)的使用依赖于动能甄别(KED)，通过该动能甄别可以抑制多原子离子干扰。池中的分析物离子和多原子干扰离子与碰撞气体分子经历多次碰撞，并且失去动能(KE)并因此减速。然而，因为多原子离子具有比分析物离子更大的横截面，所以多原子干扰离子经历更多次碰撞并因此比分析物离子失去更多的动能。因此，如本领域技术人员理解的，可以利用KED来将分析物离子与多原子干扰离子分离开。理论上，当实施离子-分子碰撞过程时，干扰减少的程度随着离子经历的平均碰撞次数而增大。例如，当Fe+和ArO+分别经历与氦气的平均20和40次碰撞时，离子强度比Fe+/ArO+高于两种离子经历平均10次和20次碰撞时的离子强度比。因此，池中较高的碰撞气体(例如，He)密度(流率)是优选的。但仅只有分析物离子(例如，Fe+)维持足够的碰撞后KE以越过DC势垒，这才是真的。换言之，由碰撞气体密度(流率)的上限来限制碰撞/反应池性能，该碰撞气体密度与分析物离子的热化(并且因此失速)相对应。因此，需要一种改进的碰撞/反应池以及一种用于执行离子-分子碰撞的方法来解决干扰问题。
技术实现思路
为了全部或部分地解决前述问题和/或可能已经被本领域技术人员观察到的其他问题，本公开提供了方法、过程、系统、装置、仪器、和/或设备，如在以下阐述的实施方式中以例子的方式描述的。根据一个实施方案，串联碰撞/反应池包括：壳体，该壳体包括池入口、沿着该碰撞/反应池的纵向轴线与该池入口间隔开的池出口、以及与该壳体的内部结构连通的气体供应端口；第一离子导向器，该第一离子导向器位于该壳体中并且包括第一离子导向器入口和第一离子导向器出口，该第一离子导向器被配置用于生成有效约束在与该纵向轴线正交的径向方向上的离子的第一RF约束场；第二离子导向器，该第二离子导向器位于该壳体中并且包括第二离子导向器入口和第二离子导向器出口，该第二离子导向器被配置用于生成有效约束在与该纵向轴线正交的径向方向上的离子的第二RF约束场；以及中间电极，该中间电极被配置用于在该第一离子导向器出口附近生成轴上DC势垒，其中，该轴上DC势垒对防止至少一些干扰离子离开该第一离子导向器是有效的并且足够低以允许具有比该干扰离子小的横截面的分析物离子离开该第一离子导向器。根据另一实施方案，一种电感耦合等离子体质谱分析(ICP-MS)系统包括：根据本文公开的实施方案中的任一实施方案的串联碰撞/反应池；以及与该池出口连通的质量分析器。根据另一实施方案，一种用于操作电感耦合等离子体质谱分析(ICP-MS)系统中的串联碰撞/反应池的方法包括：使碰撞/反应气体流入该串联碰撞/反应池中，该串联碰撞/反应池包括：池入口、沿着该碰撞/反应池的纵向轴线与该池入口间隔开的池出口、在该池入口与第二离子导向器之间的第一离子导向器、在该第一离子导向器与该池出口之间的该第二离子导向器；在该第一离子导向器中生成第一RF约束场以及在该第二离子导向器中生成第二RF约束场，该第一RF电场和该第二RF电场被配置用于在与该纵向轴线正交的径向方向上约束离子；在该第一离子导向器的第一离子导向器出口附近生成第一DC势垒；在该第二离子导向器的第二离子导向器出口端下游生成第二DC势垒；将分析物离子和干扰离子传输通过该池入口并且进入该第一离子导向器，该分析物离子和该干扰离子已经通过电离正在分析的样本而产生，其中，该分析物离子和该干扰离子与该碰撞/反应气体碰撞并且失去动能，并且该第一DC势垒足够高以防止该干扰离子中的至少一些离开该第一离子导向器并且足够低以允许该分析物离子离开该第一离子导向器；以及将该分析物离子从该第一离子导向器传输至该第二离子导向器中，其中，在该第二离子导向器中该分析物离子和任何干扰离子与该碰撞/反应气体碰撞并且失去动能，并且该第二DC势垒足够高以防止该干扰离子中的至少一些到达或穿过该池出口下游的质量分析器，并且足够低以允许分析物离子到被传输通过质量分析器的分析物离子。根据另一实施方案，一种用于分析样本的方法，其包括：由该样本产生分析物离子；根据本文公开的实施方案中的任一实施方案将分析物离子传输至串联碰撞/反应池中；根据本文公开的实施方案中的任一实施方案操作串联碰撞/反应池；以及将该分析物离子传输至质量分析器中。根据另一实施方案，一种电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联碰撞/反应池，其包括：壳体，该壳体包括池入口、沿着该碰撞/反应池的纵向轴线与该池入口间隔开的池出口、以及与该壳体的内部结构连通的气体供应端口；第一离子导向器，该第一离子导向器位于该壳体中并且包括第一离子导向器入口和第一离子导向器出口，该第一离子导向器被配置用于生成有效约束在与该纵向轴线正交的径向方向上的离子的第一RF约束场；第二离子导向器，该第二离子导向器位于该壳体中并且包括第二离子导向器入口和第二离子导向器出口，该第二离子导向器被配置用于生成有效约束在与该纵向轴线正交的径向方向上的离子的第二RF约束场；以及中间电极，该中间电极被配置用于在该第一离子导向器出口附近生成轴上DC势垒，其中，该轴上DC势垒对防止至少一些干扰离子离开该第一离子导向器是有效的并且足够低以允许具有比该干扰离子小的横截面的分析物离子离开该第一离子导向器。

【技术特征摘要】
2018.03.13 US 15/920,0811.一种串联碰撞/反应池，其包括：壳体，该壳体包括池入口、沿着该碰撞/反应池的纵向轴线与该池入口间隔开的池出口、以及与该壳体的内部结构连通的气体供应端口；第一离子导向器，该第一离子导向器位于该壳体中并且包括第一离子导向器入口和第一离子导向器出口，该第一离子导向器被配置用于生成有效约束在与该纵向轴线正交的径向方向上的离子的第一RF约束场；第二离子导向器，该第二离子导向器位于该壳体中并且包括第二离子导向器入口和第二离子导向器出口，该第二离子导向器被配置用于生成有效约束在与该纵向轴线正交的径向方向上的离子的第二RF约束场；以及中间电极，该中间电极被配置用于在该第一离子导向器出口附近生成轴上DC势垒，其中，该轴上DC势垒对防止至少一些干扰离子离开该第一离子导向器是有效的并且足够低以允许具有比该干扰离子小的横截面的分析物离子离开该第一离子导向器。2.如权利要求1的串联碰撞/反应池，其中，该第一离子导向器和该第二离子导向器具有选自以下的构型：该第一离子导向器和该第二离子导向器都是多极离子导向器；该第一离子导向器包括多个细长的第一离子导向器电极，该多个细长的第一离子导向器电极位于与该纵向轴线正交的一定径向距离处并且围绕该纵向轴线彼此圆周地间隔开、并且限定该第一离子导向器入口和该第一离子导向器出口；并且该第二离子导向器包括多个细长的第二离子导向器电极，该多个细长的第二离子导向器电极位于与该纵向轴线正交的一定径向距离处并且围绕该纵向轴线彼此圆周地间隔开、并且限定该第二离子导向器入口和该第二离子导向器出口，该第二离子导向器入口与该第一离子导向器出口由轴向间隙间隔开。3.如权利要求1或2的串联碰撞/反应池，包括电压源，该电压源被配置用于：将叠加在第一DC偏置电势上的第一RF电势施加至该第一离子导向器的电极以生成该第一RF约束场；将叠加在第二DC偏置电势上的第二RF电势施加至该第二离子导向器的电极以生成该第二RF约束场；并且将第三DC电势施加至该中间电极以生成该轴上DC势垒；以及该电压源具有从由以下各项组成的组中选择的配置：该电压源被配置用于施加从-50V到-10V范围内的该第一DC偏置电势；该电压源被配置用于施加从-100V到-20V范围内的该第二DC偏置电势；该电压源被配置用于施加从-50V到+500V范围内的该第三DC电势；以及前述中的两个或更多个的组合。4.如权利要求1-3中任一项的串联碰撞/反应池，其中，该中间电极具有从由以下各项组成的组中选择的配置：该中间电极是在该第一离子导向器出口处具有围绕该第一离子导向器的孔的极板；该中间电极是包括内表面的极板，该内表面限定在该第一离子导向器出口处围绕该第一离子导向器的孔，其中，该第一离子导向器包括以多极配置安排的多个第一离子导向器电极，并且该内表面在该第一离子导向器电极之间突起；该中间电极是在该第一离子导向器出口与该第二离子导向器入口之间具有孔的极板；该中间电极是位于该第一离子导向器出口与该第二离子导向器入口之间的离子导向器，并且被配置用于生成第三RF约束场；该中间电极是位于该第一离子导向器出口与该第二离子导向器入口之间的多极离子导向器，并且被配置用于生成第三RF约束场；该中间电极、该第一离子导向器和该第二离子导向器都是多极离子导向器，该中间电极位于该第一离子导向器出口与该第二离子导向器入口之间，并且该中间电极具有比该第一离子导向器和该第二离子导向器都短的轴向长度；以及该中间电极、该第一离子导向器和该第二离子导向器都是多极离子导向器，该中间电极位于该第一离子导向器出口与该第二离子导向器入口之间，并且该中间电极具有在该第一离子导向器的轴向长度和该第二离子导向器的轴向长度的10％至60％范围内的轴向长度。5.如权利要求1-4中任一项的串联碰撞/反应池，其包括离子光学部件，该离子光学部件位于该第二离子导向器出口的下游并且被配置用于生成第二DC势垒，该第二DC势垒对防止至少一些干扰离子穿过该池出口下游的质量分析器是有效的并且足够低以允许分析物离子穿过该质量分析器。6.一种用于操作电感耦合等离子体质谱分析(ICP-MS)系统中的串联碰撞/反应池的方法，该方法包括：使碰撞/反应气体流入该串联碰撞/反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：山田宪幸，惠理奈清水，悠冈本，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US