[发明专利]具有减少节点效应的离子导向器

说明书

一种用于质谱仪的离子光学布置(1)包含包含限定离子光轴的多极布置的电极(11、12、14)，和用于向所述电极提供电压以产生电场的电压源。所述离子光学布置被配置成用于产生射频电聚焦场，用于将离子聚焦在所述离子光轴上。所述射频电聚焦场具有变化的频率，以减少通过所述离子光学布置的离子轨迹的任何质量依赖性。所述离子光学布置还可被配置成用于响应于DC偏置电压施加到所述多极布置产生静电场。叠加的变化电场可将AC电压叠加在所述DC偏置电压上产生。

技术领域

本发明涉及同位素比质谱(MS)。具体地说，本发明涉及无干扰、高分辨率、多接收器同位素比质谱和元素分析，例如与碰撞池和等离子体源，如电感耦合等离子体(ICP)源相结合。更具体地，本发明涉及具有减少节点效应的离子导向器。

背景技术

多接收器ICP-MS是用于高精度且准确的同位素比率分析的成熟方法。应用为地质年龄测探(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。精确且准确的同位素比率测量通常提供对于不可通过任何其它分析技术解决的科学问题的较深入理解的唯一信息。然而，质谱仪中的元素和分子干扰限制分析可达到的精度和准确性。

这些干扰存在于样品材料本身或由污染源(使用过的化学品、样品容器的清洁度和样品纯化过程中的分级分离)进行样品制备时产生，或甚至在离子源或质谱仪中产生。可通过以下来解决这类干扰的问题：

1.使用高质量分辨率质量分析器，通过检测干扰物相对于样品离子质量的微小差异来区分干扰物；

2.在质量分析之前通过样品制备和化学分离干扰物；和/或

3.通过使用集成到质量分析器中的碰撞池。

在碰撞池中，化学干扰通过化学反应和/或动能区分去除，利用加压碰撞池内分子和元素物种的不同横截面，这导致分子和元素离子的不同动能损失。通过碰撞池后的高通能量过滤器，可区分较低能量的分子物种。

碰撞池是离子光束路径内的封装体积，它被碰撞气体加压以引起相互作用(即离子和气体分子之间的碰撞和/或化学反应)。为了在碰撞池内产生有效的碰撞和化学反应，离子优选地处于仅几个电子伏特(eV)的低离子束能量。碰撞池通常为一个多极离子导向器，它由RF场供电以将离子导向通过碰撞池。为了获得合理的气压，多极离子导向器被封装在具有小入口和入口孔隙的紧凑体积中，通常直径在1-3mm的范围内。在英国专利申请GB 2546 060(赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)(不来梅(Bremen))和布里斯托大学(The University of Bristol))中公开了联接到多收集器质谱仪的碰撞池。

具有不同质量但相同能量的离子以不同的速度穿过碰撞池的时间相关振荡场，因此离子轨迹是质量依赖性的。换句话说，轨迹取决于穿过RF场的离子的质量。此效应称为“节点”。这尤其可在多极结构的出口处造成问题，其中不同质量的离子可能以不同的角度离开。

碰撞池传输的质量依赖性对于准确的同位素比测量来说可能是一个问题，即使它很小。然而，对于某些分析应用，除使用碰撞池外，没有其它选择来去除同量异位素干扰。

对于不存在干扰的样品，避免离子通过射频(RF)多极碰撞池光学装置的低能量通道并排除碰撞池中引起的区分效应的任何不确定性(即化学效应以及节点效应)。

应注意，不希望有的“节点效应”不限于碰撞池，也可能发生在其它离子光学布置中，如质量过滤器。

解决此问题的一种方法是在质谱仪中安装第二束路径，其中离子束在碰撞池之前偏转离轴以绕过碰撞池，并且最后将离子偏转回到质谱仪的光轴上。在英国专利申请GB 2535 754(Nu Instruments)中描述了这类双路径离子光学布置。它允许在低能量碰撞池束路径和离轴静态高能量束路径之间切换。