[发明专利]碰撞室多极杆

说明书

发明领域

本发明涉及质谱仪中的一种碰撞室多极杆和一种相关的方法。术语“碰撞室”在此用于指一个碰撞室和/或反应室。本发明可以与不同的质谱技术一起使用，包括LC-MS、GC-MS、LC-MS²或GC-MS²环境中的破裂(MS/MS)、或用作用于任何类型反应的反应室，包括碰撞活化、通过离子离子、离子电子、离子光子或离子中性相互作用的破裂等。该碰撞室的操作独立于离子源的性质，该离子源可以是API(大气压电离)，如ICP、MALDI或ESI以及真空中电离，包括EI、MALDI、ICP、MIP、FAB、SIMS，但以下讨论将集中于使用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)的实施例。

发明背景

ICP-MS的一般原理是众所周知的。ICP-MS仪器提供样品的稳健和高度灵敏的元素分析，低至万亿分之一(PPT)以及更低。典型地，该样品是一种液态溶液或悬浮液，并且通过雾化器以载气(通常氩气或有时氦气)中的气溶胶的形式来提供。该雾化的样品进入一个等离子体焰炬，该等离子体焰炬典型地包括形成对应的通道的多个同心管并且朝向下游端被一个螺旋感应线圈包围。一种等离子体气体(典型地氩气)在外部通道中流动并且对其施加放电以将该等离子体气体中的一些电离。供应一个射频电流到该焰炬线圈上并且所产生的交变磁场导致有待加速的自由电子引起该等离子气体的进一步电离。这种方法继续直到实现一种稳定的等离子体状态，在典型地在5,000K与10,000K之间的温度下。该载气和雾化的样品流动通过该中心焰炬通道并且进入该等离子体的中心区域，其中温度是足够高的以导致该样品的雾化以及然后的电离。

该等离子体中的样品离子然后需要被形成为一个离子束，用于通过质谱仪进行离子分离和检测，这可以通过一个四极杆质量分析器、一个扇形磁场和/或扇形电场分析器、一个飞行时间分析器、或一个离子阱分析器等等来提供。这典型地涉及压力减少、从该等离子体中提取离子和离子束形成的多个阶段，并且可能包括一个用于去除潜在地干扰性离子的碰撞/反应室阶段。

以上分析器(特别地相对低质量分辨率装置如四极杆)遇到的一个问题是质谱中存在干扰一些分析物离子的检测的不想要的伪象离子。伪象离子的身份和比例取决于等离子体载气和原始样品两者的化学成分。这些干扰性离子典型地是基于氩的离子(如Ar⁺、Ar₂⁺、ArO⁺)，但可能包括其他物质，如电离的金属氧化物，金属氢氧化物，或取决于溶液的基质的包括基质离子的分子，例如HCl(盐酸)溶液中的ArCl⁺或ClO⁺。碰撞/反应室用于促进与引入到该室中的气体的离子碰撞/反应，由此不想要的分子离子(和Ar⁺)优选被中和并且与其他中性气体组分一起被抽走，或解离成具有更低质荷比(m/z)的离子并且在一个下游m/z区分阶段中被拒绝。

一个碰撞室是一个通过其传输离子的、实质上气密的外壳，并且它位于离子源与主质量分析器之间。一种碰撞/反应目标气体，除其他之外，如氢气或氦气，被供应到该室中。该室典型地包括一个多极杆(例如，一个四极杆、六极杆、或八极杆)，其中通常在仅射频(RF)模式下进行操作。一般来说，该仅RF场不像一个分析型四极杆一样分离质量，但具有将离子沿该多极杆轴线聚焦和引导的作用。这些离子与该碰撞/反应气体的分子发生碰撞并且反应，并且通过各种离子分子碰撞和反应机制，干扰性离子优先被转化为非干扰性中性物质、或转化为不干扰这些分析物离子的其他离子物质。

用于区分传递出该碰撞室的伪象或反应产物离子的一种另外的技术是通过动能区分。这种技术的原理是更大的、多原子的干扰性离子将具有用于在该碰撞室中碰撞的更大截面，所以通常将比分析物离子损失更多的动能。通过在一个比该碰撞室更正的电势下运行一个下游装置，如该分析四极杆、或仅一个电偏压孔，提供一个动能势垒。能量更多的分析物离子可以克服这个势垒，同时这些碰撞室产物离子被阻碍。