[发明专利]ARTMS阱中的痕量气体浓度

说明书

相关申请

本申请要求2012年3月13日提交的美国临时申请No.61/610,092的权益。上述申请的全部教导以引用方式并入本文。

背景技术

质谱仪是根据离子的质荷比来分离并检测离子的分析仪器。质谱仪可基于是否需要离子的俘获或储存以实现质量分离和分析来区分。非俘获式质谱仪不俘获或储存离子，并且离子密度在质量分离和分析之前不在装置内部积聚或累积。此种类中的实例有四极滤质器和扇形磁场质谱仪，其中分别使用高功率动态电场或高功率磁场来选择性地使具有单一质荷(m/q)比的离子束的轨道稳定化。俘获式质谱仪可细分为两个子类别：动态阱，例如四极离子阱(QIT)；和静态阱，例如最近开发的静电限制阱。

静电限制阱包括由Ermakov等人在其PCT/US2007/023834申请中公开并由Brucker等人在其PCT/US2010/033750申请中改进的离子阱，其将具有不同质荷比和动能的离子限制于非谐势阱内。前述申请的全部教导以引用方式并入本文。非谐共振离子阱质谱仪(ART MS)还提供有激发受限离子的小振幅AC驱动器。由于AC驱动器频率与离子的质量相关的自然振动频率之间的耦合，故受限离子的振动幅度随其能量增大而增大，直至离子的振动幅度超过阱的物理尺寸并检测到选定质量的离子，或者所述离子碎裂或发生任何其它物理或化学转化。

发明内容

由于例如静电排斥所致的空间电荷饱和，故在大于约1×10^-7托的压力下运行的阱可达到最大的俘获离子密度。以不同离子的相对离子化效率计，不同原子质量(AMU)的俘获离子的相对量紧密地反映离子化的样品气体混合物的组成。因此，痕量气体组分被离子化并与其相对丰度成比例地俘获在离子阱中，而如果俘获离子的总数有限，则痕量气体组分的离子密度可能低于典型离子检测器的检测极限。

因此，需要检测离子阱中痕量气体组分的改进方法，所述改进方法最大限度地减少或消除上面提到的问题。

本文提供了一种检测离子阱中特定气体种类的方法，所述特定气体种类最初为一定量的气体中第一低浓度的痕量组分。所述方法包括离子化包含所述特定气体种类的气体，由此产生特定离子种类，和在包括第一和第二相对镜电极及其之间的中心透镜电极的电极结构中产生将所述特定离子种类在自然振动频率下限制于离子阱中的轨道的静电势。所述方法还包括用具有激发频率的AC激发源激发受限的特定离子种类、扫描AC激发源的激发频率以从离子阱中逐出所述特定离子种类和检测所逐出的特定离子种类。所述方法还包括在扫描逐出所述特定气体种类的离子的激发频率之前，相对于所述第一低浓度增大所述离子阱内所述特定离子种类的浓度。

所述方法可还包括通过除所述特定气体种类之外的气体种类的选择性移除来增大特定气体种类的浓度。选择性移除可通过在所述扫描以逐出所述特定离子种类之前俘获和逐出除所述特定气体种类之外的气体种类来实现，或作为替代方案，通过用例如非可蒸发型吸气剂选择性吸附除所述特定气体种类之外的气体种类或通过本领域已知的任何其它气体分离技术(包括低温俘获、化学吸附和物理吸附)来实现。

在又一个替代方案中，增大特定气体种类的浓度可包括用非可蒸发型吸气剂选择性吸附所述特定气体种类、然后使所述特定气体种类从所述非可蒸发型吸气剂脱附。离子化所述特定气体种类可包括特定气体种类的选择性光离子化以增大所述特定离子种类的浓度。所述方法可包括通过对特定气体种类的电荷作为时间的函数积分而进行数据处理。光离子化可通过能量在约8eV和约12eV之间范围内的真空紫外(VUV)光子实现。

所述方法可在扫描所述激发频率以逐出特定离子种类之前还包括通过预先俘获和预先逐出所述特定离子种类来浓缩所述特定离子种类。在这种情况下，所述方法可还包括将所述预先逐出的特定离子种类限制于第二电极结构中，从而在所述第二电极结构中优先积聚所述特定离子种类，所述扫描以逐出所述特定离子种类进一步逐出所述预先逐出的特定离子种类。所述方法可还包括用预定量的气体填充离子阱。