[发明专利]具有轴向场的碰撞池

说明书

本发明提供一种包含碰撞池的质谱仪，所述碰撞池具有相对于较重离子提高轻离子、尤其元素离子穿过所述碰撞池的透射率的轴向电场。本发明也提供采用提供于碰撞池的轴向电场的质谱分析的方法。

资助相关声明

导致本发明的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下收到来自欧洲研究理事会(European Research Council)的资助。

技术领域

本发明涉及一种质谱仪，具体来说一种具有具牵引场的碰撞池的质谱仪。本发明此外涉及使用具有牵引场的碰撞池的质谱分析方法。

背景技术

质谱分析是用于基于气态离子的质荷比和丰度定性和定量地确定存在于样品中的分子物质的分析方法。

在电感耦合等离子体质谱分析(ICP-MS)中，可以高灵敏度和精度(浓度相对于非干扰背景低至10¹⁵分之1)检测原子物种。在ICP-MS中，有待分析的样品利用电感耦合等离子体电离，随后分离且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对于通过任何其它分析技术无法解决的科学问题的更深入理解的唯一方式。多集电极ICP-MS是用于高精度和准确的同位素比分析的一种成熟的方法。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品材料自身中，或通过从污染源(例如所使用的化学品、样品容器)制备样品而产生，或通过样品纯化期间的分馏而产生。污染物种还可产生于离子源或质谱仪中。

为了实现高精度且准确的同位素比测量，应用延长的物理和化学样品制备以获得不含可干扰质谱的可能干扰和污染的清洁样品。分析物在同位素比ICP-MS中所使用的样品材料中的典型浓度处于每10亿若干份的范围内。所关注的分析物还可能集中在异质样品材料，例如岩石样品内的小夹杂物或晶体中。

延长质检步骤集成到样品制备中以确保样品制备自身不会导致样品材料同位素比的改变。每一样品制备步骤都可能将污染物添加到样品和/或引起将从原始样品材料提取的分析物的同位素分离，所述样品材料可为例如岩石、晶体、土壤、尘粒、液体和/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，我们将想要完全避免化学样品制备步骤。此外，如果使用激光器来直接消融样品并且将经消融材料冲入ICP源中，那么化学样品制备是不可能的。在这些情况下，不存在所需分析物从样品基质的化学分离，并且所有特异性必然是来自质量分析仪和质量分析仪中的样品引入系统。特异性描述分析仪明确地确定和识别样品中的特定物种的能力。实现质谱仪中的特异性的一种方式是确保质量分析仪的质量分辨力M/(ΔM)足够大以清楚地分离一种物种与另一种物种，其中ΔM希望是两种物种的质量差，且M是所关注物种的质量。在具有相同标称质量的物种存在同量异位干扰的情况下，这需要非常高的质量分辨率。对于扇形场质谱仪而言，高质量分辨率的出现伴随使用到质量分析仪的极窄入射狭缝并且小入射狭缝显著减少透射并因此降低质量分析仪的灵敏度，并且变为其中需要极高质量分辨力的不切实际的方法。这对于当前技术解决方案受限的质谱分析仪器来说是特殊挑战。

电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，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。