CN105632878B - 四极杆质量分析器的工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种四极杆质量分析器的工作方法，包括在四极杆质量分析器上施加RF电压和直流电压，所述工作方法还包括：在所述四极杆质量分析器上施加混频信号，所述混频信号使待隔离离子发生共振，待隔离离子与四极杆发生碰撞，待筛选离子通过四极杆质量分析器。本发明具有丰度灵敏度高、分析结果准确可靠等优点。

Description

四极杆质量分析器的工作方法
技术领域
本发明涉及元素分析领域，特别涉及一种应用于ICP-MS的四极杆质量分析器的工作方法。
背景技术
四极杆质量分析器是目前最成熟的质量分析器之一，在GC-MS、LC-MS和ICP-MS中都有广泛应用。四极杆质量分析器属于低分辨的质谱，一般只能实现单位质量分辨。然而，在ICP-MS应用中，待分析样品的各元素之间浓度差异很大，有些元素的同位素丰度比差异也非常大，四极杆质量分析器的低分辨率使得高浓度的离子对周围质量数的离子强度会产生较强的干扰，特别是当周围质量数元素浓度很低进行超痕量分析或者周围质量数的同位素丰度很低进行同位素比测量时尤其严重。因此，四极杆质量分析器又引入了丰度灵敏度的指标来评价离子强度对周围质量数上离子强度的影响水平。
目前，ICP-MS的丰度灵敏度指标一般在0.1ppm-1ppm之间，对某些特殊场合仍不能满足要求，只能通过优化分析方法，例如在样品前处理中增加基体分离的方式来降低分度灵敏度的影响，该方式加大了样品预处理难度，使样品预处理复杂繁琐，费时费力。此外，对元素浓度差异大的样品以及丰度比差异大的同位素来说，丰度灵敏度决定了样品分析的准确性，丰度灵敏度不足，分析结果的准确性与可靠性均不能保证。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种丰度灵敏度高、分析结果准确可靠的四极杆质量分析器的工作方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种四极杆质量分析器的工作方法，包括在四极杆质量分析器上施加RF电压和直流电压，所述工作方法还包括：
在所述四极杆质量分析器上施加混频信号，所述混频信号使待隔离离子发生共振，待隔离离子与四极杆发生碰撞，待筛选离子通过四极杆质量分析器。
根据上述的四极杆质量分析器的工作方法，优选地，在所述四极杆质量分析器的相对电极上施加混频信号。
根据上述的四极杆质量分析器的工作方法，可选地，在所述四极杆质量分析器的一对相对电极上施加混频信号。
根据上述的四极杆质量分析器的工作方法，优选地，所述混频信号通过以下步骤产生：
(A1)根据待隔离离子的频率和频率宽度产生频域的数据序列，所述频域内不包含待筛选离子的振荡频率；
(A2)通过反傅里叶变换将频域的数据序列转换为时域的数据序列；
(A3)经DA芯片产生混频信号。
根据上述的四极杆质量分析器的工作方法，优选地，DA芯片产生的混频信号经功率放大后被施加到四极杆质量分析器上。
根据上述的四极杆质量分析器的工作方法，优选地，所述工作方法进一步包括：
(B1)根据待筛选离子的质量数和隔离窗口的宽度确定待隔离离子的质量数；
(B2)根据待隔离离子的质量数获得相应的a值与q值，进而根据频率与a、q的关系式：ω＝f(a，q)获得待隔离离子的频率。
根据上述的四极杆质量分析器的工作方法，优选地，所述隔离窗口内为待筛选质量数的离子。
根据上述任一所述的四极杆质量分析器的工作方法，优选地，所述四极杆质量分析器的工作方法在ICP-MS中的应用。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明在现有ICP-MS采用跳峰模式进行定量分析时，在四极杆质量分析器的其中一对相对电极上施加混频信号，通过混频共振隔离和四极杆本身工作模式具备的质量筛选双重机制，使待隔离离子剔除更为彻底，从而提高了四极杆质量分析器的丰度灵敏度，确保分析数据的准确性。
具体实施方式
以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。故，本发明并不局限于下述可实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1
本实施例提供一种四极杆质量分析器的工作方法，包括在四极杆质量分析器上施加RF电压和直流电压，所述工作方法还包括：
在所述四极杆质量分析器上施加混频信号，所述混频信号使待隔离离子发生共振。
进一步地，在所述四极杆质量分析器的相对电极上施加混频信号。
作为优选，在所述四极杆质量分析器的一对相对电极上施加混频信号。
在四极杆质量分析器上施加混频信号后，待隔离离子与四极杆发生碰撞，待筛选离子通过四极杆质量分析器。所述混频信号为待隔离离子的振荡频率或接近振荡频率的一系列频率的混合，待隔离离子发生共振而剧烈振荡，与四极杆发生碰撞而无法通过质量分析器。为了使四极杆质量分析器能过滤掉更多的离子，仅确保隔离窗口内的待筛选离子通过四极杆质量分析器，需要扩大待隔离离子的频率范围，故：
进一步地，所述混频信号通过以下步骤产生：
(A1)根据待隔离离子的频率和频率宽度产生频域的数据序列，所述频域内不包含待筛选离子的振荡频率；
(A2)通过反傅里叶变换将频域的数据序列转换为时域的数据序列；
(A3)经DA芯片产生混频信号。
DA芯片产生的混频信号经功率放大后被施加到四极杆质量分析器上。
离子的振荡频率与离子传输时的a值与q值相关，在同一时刻下，不同质量数的离子对应不同的a值与q值，因此，同一时刻下不同质量数的离子的振荡频率不同。故：
进一步地，所述工作方法还包括：
(B1)根据待筛选离子的质量数和隔离窗口的宽度确定待隔离离子的质量数；
(B2)根据待隔离离子的质量数获得相应的a值与q值，进而根据频率与a、q的关系式：ω＝f(a，q)获得待隔离离子的频率。
进一步地，所述隔离窗口内为待筛选质量数的离子。
本实施例的益处在于：在四极杆质量分析器的相对电极上施加混频信号，在保有四极杆质量分析器离子筛选功能的基础上，进一步提高了质量分析器的丰度灵敏度，使分析结果更为准确、可靠。
实施例2
本发明实施例1的四极杆质量分析器的工作方法在ICP-MS中的应用。在该应用例中，待筛选离子的质量数为m0，隔离窗口的宽度为Δm(Δm根据实际需求设定，如设为1、2等)，隔离窗口两侧待隔离离子的质量数分别为m1和m2，即m1与m2之差为Δm，可以令
ICP-MS中四极杆质量分析器的工作流程如下：
S1.获得待隔离离子的频率：
根据关系式：与可知，同一时刻下的a值、q值与质量数成反比，不同质量数的离子对应不同的a值与q值，即m1对应的a、q为a1和q1，m2对应的a、q为a2和q2；再根据离子振荡频率ω与a、q的关系：ω＝βv/2，β≤1(稳定区)，其中v为四极杆工作施加的RF电压的频率，β为获得隔离窗口两侧待隔离离子的频率ω1和ω2，分别为ω1＝f(a1，q1)，ω2＝f(a2，q2)；
S2.产生混频信号：
设置频率宽度(如800Hz、1000Hz等)，根据待隔离离子的频率ω1和ω2及频率宽度产生频域的数据序列，通过反傅里叶变换将频域的数据序列转换为时域的数据序列，经DA芯片产生特定频率分布的混频信号；
S3.混频信号经功率放大后被施加到四极杆质量分析器的一对相对电极上，待隔离离子与四极杆发生碰撞，待筛选离子通过四极杆质量分析器。
在该应用例中，在四极杆质量分析器的电极上施加RF射频电压和直流电压，实现离子正常扫描和定量分析(为本领域的现有技术，在该实施例中未具体阐述)；同时，在电极上进一步施加混频信号，消除定量离子附近质量数的离子对定量离子处的干扰。所述混频信号通过输出傅里叶反变化产生的时序信号来产生，一般该时序信号的最短时间在1-5ms，而ICP-MS的定量分析采用跳峰模式，在特定质量数工作点停留的时间一般大于10ms，在同位素比测量时定量时间更长，因此，在ICP-MS的四极杆质量分析器上同时施加RF射频电压、直流电压和混频信号，既符合离子定量分析的时间，又提高了丰度灵敏度。
上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：在四极杆质量分析器的相对电极上施加混频信号，提高丰度灵敏度。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明作出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种四极杆质量分析器的工作方法，包括在四极杆质量分析器上施加RF电压和直流电压，其特征在于：所述工作方法还包括：
在所述四极杆质量分析器上施加混频信号，所述混频信号使待隔离离子发生共振；
所述混频信号通过以下步骤产生：
(A1)根据待隔离离子的频率和频率宽度产生频域的数据序列；
(A2)通过反傅里叶变换将频域的数据序列转换为时域的数据序列；
(A3)经DA芯片产生混频信号。
2.根据权利要求1所述的四极杆质量分析器的工作方法，其特征在于：在所述四极杆质量分析器的相对电极上施加混频信号。
3.根据权利要求1所述的四极杆质量分析器的工作方法，其特征在于：在所述四极杆质量分析器的一对相对电极上施加混频信号。
4.根据权利要求1所述的四极杆质量分析器的工作方法，其特征在于：DA芯片产生的混频信号经功率放大后被施加到四极杆质量分析器上。
5.根据权利要求1所述的四极杆质量分析器的工作方法，其特征在于：所述工作方法进一步包括：
(B1)根据待筛选离子的质量数和隔离窗口的宽度确定待隔离离子的质量数；
(B2)根据待隔离离子的质量数获得相应的a值与q值，进而根据频率与a、q的关系式：ω＝f(a，q)获得待隔离离子的频率。
6.根据权利要求5所述的四极杆质量分析器的工作方法，其特征在于：所述隔离窗口内为待筛选质量数的离子。
7.根据权利要求1-6任一所述的四极杆质量分析器的工作方法，其特征在于：所述四极杆质量分析器的工作方法在ICP-MS中的应用。
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