[发明专利]质谱系统中的原位调节

说明书

在质谱仪或气相色谱/质谱仪系统中，添加一种或多种不同的调节气体以调节或改变离子源的一个或多个表面或区域。该一种或多种调节气体可被直接添加到该离子源中。当该质谱仪不分析样品时，可以离线添加该调节气体。

技术领域

本发明总体上涉及质谱法，包括与色谱法结合的质谱法。更具体地，本发明涉及调节质谱仪的离子源以改善或恢复其性能。

发明背景

质谱仪(MS)通常包括用于从引入的样品产生带电物质的离子源、用于根据带电物质的质荷比(m/z比，或简称为“质量”)分离带电物质的质量分析器、和用于对分离的物质进行计数以提供可以产生质谱的电信号的离子检测器。样品可以通过各种技术引入到离子源中。在一个例子中，气相色谱仪(GC)与MS接合，使得GC柱的样品输出(包含经过色谱分离的样品组分(例如化学化合物))用作输入到离子源中的样品。后一种系统通常称为GC/MS系统。

因为MS长时间持续运行，所以由于样品、它们的基质(例如，石油样品中的重质烃、脂肪样品中的甘油三酯等)和溶剂、从GC柱流出的固定相、或其他顽固性物质(所有这些物质都可能随时间积累)，总是导致MS的性能，尤其是离子源的性能，发生一些变化或劣化。即使在MS初始运行时，MS也可能不稳定或不能“调整”为提供适当的或均一的性能。在通常把电子碰撞(EI)或化学电离(Cl)源用于MS的气相色谱的情况下，离子源可能被所引入的样品组分迅速地污染，这导致性能劣化，如从分析物信号或谱图特征中看到的。另一问题(特别是对于高沸点分析物)在于，随着持续的使用，除了信号响应降低之外，峰拖尾的可能性也增大。劣化的性能可能以多种方式被显现，但是通常的量度是减小的分析物信号响应和高的系统背景噪声，后者对于分析物检测和鉴定是尤其麻烦的。

常规地，这些问题需要定期清洁MS。通常，污染物沉积速率越高，必须要更频繁地清洁MS。常规的一般清洁方案是对MS系统进行放空，取下关键受影响的部件(例如，离子源、离子光学元件、预过滤器等)，对取下的部件进行机械和/或化学清洁，随后进行其他处理(例如，马弗炉或真空炉烘烤)，然后再将部件重新安装到MS系统中。此类常规的非原位清洁程序可能是相当复杂和冗长的程序，涉及潜在有毒溶剂、昂贵的设备以及熟练技术人员的时间和护理。而且，清洁过程只能暂时解决问题。在进行了一次清洁并且重新开始MS的分析运行之后，MS的性能将开始再次劣化，最终需要另一次重复清洁。此外，常规清洁处理可能由于与部件的重新安装相关的机械问题或因为该过程中的某一步骤连累(例如，清洁溶剂被污染)而失败。这样的失败可能直到MS在真空和运行条件下被重新组装才能被发现。并且，放空的过程夹带一些背景物质，其中最多的是水，这导致需要额外的时间来去除这些物质。作为污染物的水可能导致MS信号响应的快速降低。

美国专利号8,378,293和8,513,593(其全部内容通过引用并入本文)描述了需要将调节气体(或调节剂)添加到质谱(MS)系统以原位调节(或者重新调节)MS系统从而改善或恢复其性能的装置和方法。特别是发现氢气在MS环境中作为调节剂非常有效。氢气迅速扩散并置换表面污染物。当氢气离解或在高激发态、亚稳态或伪里德堡态(诸如通过电子碰撞或其他过程)时，氢气非常活跃并且可以减少许多吸附的化合物，诸如那些倾向于吸附在离子源表面上并降解操作的化合物。此外，氢气可以改变金属氧化态。已知MS系统的金属表面参与影响分析物和其他引入的化合物的各种反应，诸如离子源中发生的脱水或还原。通过将金属从一系列氧化态转换为可再现且固定的组，可以使性能更加一致。在离子源的情况下，可以极大地稳定光谱特性。

然而，最近，进一步发现，用氢气调节MS系统对于MS系统的化合物分析可能更有利或更不利，这取决于在用氢气处理之前和/或之后化合物本身和MS系统(诸如，离子源)的状态。也就是说，在某些情况下，用氢气调节，或至少单独用氢气调节，可能对给定化合物的分析产生不利影响。

鉴于前述内容，在质谱法(包括色谱/质谱法)中，需要进一步改进用于调节MS系统的方法和装置。还需要进一步改进在MS系统中进行的用于原位调节的方法和装置，由此消除或至少显著减少和/或简化对常规非原位清洁的需要。

发明概述