[发明专利]降低质谱分析中的噪声的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及质谱分析技术。更具体地，本发明涉及降低质谱分析中的噪声的方法和装置。

背景技术

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(ionization volume)，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(collision cell)。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为根据本发明的原理的气相色谱/质谱仪的第一组实施方式的框图；

图2A为根据本发明的原理的质谱仪的另一种实施方式的框图；

图2B为根据本发明的原理的质谱仪的另一种实施方式的框图；

图3为表明采用本发明原理的测量系统与未利用本发明的等价系统相比背景噪声减小的实验结果图。

图4是示出了于本发明的具体实施方式相关的步骤的流程图。

发明内容

本发明人推测，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。