CN111386589A - 使用气体混合物来选择离子的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文描述的某些配置涉及可使用气体混合物来选择和/或检测离子的质谱仪系统。在一些情况下，可以在碰撞模式下和在反应模式下使用气体混合物，以使用相同的气体混合物提供改进的检测极限。

Description

使用气体混合物来选择离子的系统和方法

优先权申请

本申请涉及于2017年9月1日提交的美国临时中请第62/553,456号和于2017年10月7日提交的美国临时申请第62/569,513号，并要求其各自的优先权和权益，其各自的全部公开内容出于所有目的通过引用并入本文。

技术领域

本文描述的某些实施例涉及使用气体混合物来选择离子的系统和方法。更具体地，本文描述的某些配置涉及使用具有多模电池单元的二元气体混合物来从离子束中选择分析物离子。

背景技术

质谱(MS)是可以测定未知样品物质的元素组成的分析技术。例如，MS可用于鉴定未知化合物、测定分子中元素的同位素组成、通过观察特定化合物的断裂来测定该化合物的结构，以及用于定量样品中特定化合物的量。

发明内容

以下描述了可以使用常见气体混合物来选择分析物离子和/或抑制干扰离子的系统和方法的某些方面、实施例、示例、配置以及图示。

在一个方面，描述了一种被配置成允许在包含碰撞模式和反应模式的至少两种模式之间切换电池单元以选择由所述电池单元接收的离子的系统。在某些示例中，所述系统包含电池单元，所述电池单元被配置成在所述碰撞模式下接收包含二元气体混合物(或包含至少两种气体的气体混合物)的气体混合物以对所述电池单元加压，并且被配置成在所述反应模式下接收包含所述二元气体混合物(或包含至少两种气体的气体混合物)的相同气体混合物以对所述电池单元加压。在一些示例中，所述系统包含电耦合到所述电池单元的处理器，所述处理器被配置成在所述碰撞模式下向包含所述气体混合物的所述加压电池单元提供电压，以促进传输具有比由所述提供的第一电压诱导的能量势垒更大的能量的选择离子。在其它示例中，所述处理器被进一步配置成在所述反应模式下向包含所述气体混合物的所述加压电池单元提供第二电压，以将选择离子引导到流体地耦合到所述电池单元的质量过滤器中。

在一些实施例中，所述处理器被进一步配置成允许将所述电池单元切换到通气模式。在其它实施例中，所述系统进一步包含单个气体入口，所述单个气体入口流体地耦合到所述电池单元以提供包含所述二元气体混合物的所述气体混合物。在某些示例中，所述电池单元包含多极杆组，所述多极杆组包含2、4、6、8或10个杆。

在其它示例中，所述电池单元进一步包含出口构件，所述出口构件位于所述电池单元的出口孔附近并且电耦合到电压源，所述出口构件被配置成将所述加压电池单元中的分析物离子指引向所述电池单元的所述出口孔。在某些示例中，可以在所述加压电池单元的所述碰撞模式下将所述出口构件的电压设置在-60伏特与+20伏特之间。在一些示例中，可以在所述加压电池单元的所述反应模式下将所述出口构件的电压设置在-60伏特与+20伏特之间。

在一些配置中，所述电池单元进一步包含入口构件，所述入口构件位于所述电池单元的入口孔附近并且电耦合到电压源，所述入口构件被配置成将分析物离子朝向所述电池单元的所述入口孔指引到所述加压电池单元中。在某些情况下，可以在所述加压电池单元的所述碰撞模式下将所述入口构件的电压设置在-60伏特与+20伏特之间。在其它示例中，可以将所述入口构件的电压设置为基本上类似于当所述加压电池单元在所述反应模式下时提供给所述出口构件的电压。

在其它示例中，所述电池单元被配置成在相同的气流下操作时从所述碰撞模式切换到所述反应模式。在其它情况下，所述电池单元被配置成从所述碰撞模式切换到所述反应模式，并且可以以所述不同模式使用不同的气流水平。在一些示例中，可以改变所述入口构件和出口构件上的所述电压，并且任选地还可以改变所述电池单元与所述质量分析器之间的所述能量势垒。

在一些示例中，所述电池单元被配置成通过切换所述入口构件和所述出口构件上的所述电压以及任选地改变所述电池单元与所述质量分析器之间的所述能量势垒来从所述反应模式切换到所述碰撞模式，同时保持相同的气流或改变到不同的流量水平。

在其它配置中，所述系统可以包含轴向电极，所述轴向电极电耦合到电压源并且被配置成提供轴向场以将离子指引向所述加压电池单元的出口孔。例如，所述轴向场包含-500V/cm与500V/cm之间的场梯度。

在某些示例中，所述处理器被进一步配置成向所述加压电池单元提供偏移电压。在其它示例中，所述系统可包含流体地耦合到包含所述偏移电压的所述电池单元的质量分析器。在一些示例中，当所述电池单元在所述碰撞模式下时，所述流体地耦合的质量分析器的偏移电压在正方向上比所述电池单元的所述偏移电压更大。在某些示例中，当所述电池单元在所述反应模式下时，所述流体地耦合的质量分析器的偏移电压在负方向上比所述电池单元的所述偏移电压更大。

在一些情况下，所述系统包含流体地耦合到所述电池单元的电离源。

在其它情况下，所述电池单元被配置成在所述碰撞模式下和在所述反应模式下使用氦气和氢气的二元混合物。

在另一方面，质谱仪系统包含离子源、流体地耦合到所述离子源的电池单元、流体地耦合到所述电池单元的质量分析器以及电耦合到所述电池单元的处理器。

在某些情况下，所述电池单元被配置成在包含碰撞模式、反应模式以及标准模式的至少三种不同模式下操作。例如，所述三种不同模式可以各自被配置成从从所述离子源接收到所述电池单元中的多个离子中选择分析物离子。在一些情况下，所述电池单元被配置成在入口孔处耦合到所述离子源，以允许从所述离子源接收所述多个离子。在某些配置中，所述电池单元包含气体入口，所述气体入口被配置成在所述碰撞模式下接收包含二元气体混合物(或包含至少两种气体的气体混合物)的气体混合物，以在所述碰撞模式下对所述电池单元加压。在其它情况下，所述电池单元被配置成在所述反应模式下接收包含所述二元气体混合物(或包含至少两种气体的气体混合物)的所述气体混合物，以在所述反应模式下对所述电池单元加压。在一些示例中，所述电池单元进一步包含出口孔，所述出口孔被配置成从所述电池单元提供所述分析物离子。

在一些示例中，电耦合到所述电池单元的所述处理器被配置成在所述碰撞模式和所述反应模式中的每个下向所述电池单元提供所述气体混合物，并且在所述标准模式下将所述电池单元保持在真空下。

在一些实施例中，所述电池单元包含多极杆组，所述多极杆组包含2、4、6、8或10个杆。

在某些示例中，所述处理器被配置成在所述碰撞模式下向包含所述气体混合物的所述加压电池单元提供第一电压，以选择包含大于选择的势垒能量的能量的离子。在其它示例中，所述处理器被配置成在所述反应模式下向包含所述气体混合物的所述加压电池单元提供第二电压，以使用质量过滤选择离子。

在一些示例中，所述系统包含轴向电极，所述轴向电极被配置成提供轴向场以将所述分析物离子从所述入口孔指引向所述加压电池单元的出口孔。在某些情况下，所述轴向场强度包含-500V/cm与+500V/cm之间的轴向场梯度。

在一些配置中，所述系统包含位于所述加压电池单元的出口孔附近的出口构件，例如出口透镜。例如，所述出口构件包含出口电势，以将分析物离子吸引向所述加压电池单元的所述出口孔。在一些情况下，在所述加压电池单元的所述碰撞模式下，所述出口构件包含-26伏特与+26伏特之间的电压。在其它情况下，在所述加压电池单元的所述反应模式下，所述出口构件包含-26伏特与+26伏特之间的电压。

在一些配置中，所述系统包含位于所述加压电池单元的入口孔附近的入口构件，例如入口透镜，所述入口构件包含入口电势，所述入口电势在正方向上比在所述碰撞模式下的所述出口电势更大。在一些示例中，所述入口电势在-40伏特与+10伏特之间。在其它示例中，所述入口构件包含入口电势，所述入口电势基本上类似于在所述反应模式下的所述出口电势。例如，在所述碰撞模式下，所述出口电势可以在-40伏特与+10伏特之间，和/或在所述反应模式下可以在-40伏特与+10伏特之间。

在一些示例中，所述系统可以包含位于所述离子源与所述电池单元之间的离子偏转器。在某些实施例中，所述系统可以包含流体地耦合到所述电池单元的检测器。在其它实施例中，所述检测器包含电子倍增器。在一些示例中，所述离子源被配置成感应耦合的等离子体。在某些情况下，所述系统可以包含位于所述感应耦合的等离子体与所述质量分析器之间的接口。

在一些配置中，所述系统可以包含流体管线，所述流体管线被配置成将包含所述二元气体混合物的所述气体混合物引入所述系统的所述接口中或引入所述电池单元上游的所述系统的另一个部件中。

在另一方面，一种使用质谱仪选择离子的方法包含将包含来自离子源的多个离子的离子流提供到被配置成使用包含二元气体混合物(或包含至少两种气体的气体混合物)的气体混合物在反应模式下和在碰撞模式下操作的加压电池单元中。在一些情况下，所述气体混合物在所述电池单元的所述反应模式和所述碰撞模式中的每个下被引入所述电池单元中以对所述电池单元加压。所述方法还包含当所述电池单元在所述碰撞模式下时，从包含所述气体混合物的所述加压电池单元中的所述多个离子中选择离子，所述离子包含大于选择的势垒能量的能量，以及当所述电池单元在所述反应模式下时，使用质量过滤从提供给包含所述气体混合物的所述加压电池单元的所述离子流中的所述多个离子中选择离子。

在一些示例中，所述方法包含将所述电池单元配置成多极杆电池单元，例如包含2、4、6、8或10个杆的电池单元。

在一些情况下，所述方法包含通过向位于出口孔附近的出口构件提供电势而在所述加压电池单元的所述出口孔处提供出口势垒。

在其它情况下，所述方法包含向位于所述电池单元的入口孔附近的入口构件提供电势，提供给所述入口构件的所述电势被配置成将由所述电池单元从所述离子源接收的所述多个离子聚焦在所述电池单元的杆组的上游。

在一些示例中，所述方法包含将所述气体混合物配置成包含氢气和氦气。

在某些示例中，所述方法包含将所述气体混合物配置成包含至少一种附加的惰性气体。

在其它示例中，所述方法包含在所述电池单元的上游组合第一气体和第二气体以提供所述气体混合物。

在某些示例中，所述方法包含当所述电池单元从所述碰撞模式切换到所述反应模式(或反之亦然)时，改变提供给所述电池单元的所述气体混合物的流速。

在一些实施例中，所述方法包含将所述电池单元配置成具有被配置成接收所述气体混合物的单个气体入口。

在其它示例中，所述方法包含将第一气体配置成包含按体积计高达约15％的所述气体混合物。

在另一方面，提供了一种使用包含多极杆组(例如2、4、6、8或10个杆)的电池单元选择离子的方法，所述多极杆组被配置成在碰撞模式和反应模式中的每个下操作以从包含多个离子的离子流中选择离子。在一些示例中，所述方法包含在所述碰撞模式下向所述电池单元提供所述二元气体混合物，以选择包含大于选择的势垒能量的能量的离子，以及在所述反应模式下向所述电池单元提供所述二元气体混合物，以使用质量过滤来选择离子。

得益于本公开，本领域普通技术人员将认识到可以使用常见气体混合物来选择分析物离子和/或抑制干扰离子的系统和方法的附加方面、实施例、示例、配置以及图示。

附图说明

下面参考附图来描述某些配置，其中：

图1是根据某些配置的包含气体入口的多模电池单元的图示；

图2是根据某些示例的包含被配置成与气体混合物一起使用的多模电池单元的系统的图示；

图3A和图3B是根据某些实施例的示出轴向电极的多模电池单元的图示；

图4是根据某些示例的包含入口构件、出口构件以及四极杆组的电池单元的图示；

图5是根据某些实施例的被配置成将气体混合物引入多模电池单元中的系统的图示；

图6是根据某些示例的被配置成将气体混合物引入多模电池单元中并且将气体混合物引入多模电池单元的上游的系统的图示；

图7是根据某些示例的被配置成将来自常见气体源的气体混合物引入多模电池单元中并且将气体混合物引入多模电池单元的上游的系统的图示；以及

图8是根据某些示例的被配置成将来自常见气体源的气体混合物引入多模电池单元中并且将气体混合物引入多模电池单元的上游的系统的另一图示。

得益于本公开，本领域普通技术人员将认识到附图中可以存在附加部件。进一步地，可以省略某些部件并且仍然提供适于分析感兴趣的分析物离子的系统。

具体实施方式

本文描述的某些配置结合多模电池单元使用气体混合物来从进入的离子束中选择离子和/或抑制或去除存在于进入的离子束中的干扰离子。虽然包括多模电池单元的确切系统可以变化，但是多模电池单元通常是包括电离源和(任选地)其它部件或阶段的较大系统的一部分。

在某些示例中，电离源通常提供多种不同类型的离子。这些离子中的一些可以是感兴趣的分析物离子，并且这些离子中的一些可以是干扰离子。例如，当电离源包含氩基等离子体时，离子流可以包含分析物离子和多种不同类型的氩种类，包括Ar、Ar⁺、ArO⁺、Ar₂ ⁺、ArCl⁺、ArH⁺以及MAr⁺，其中M表示金属种类。附加非氩基干扰物也可包括ClO⁺、MO⁺以及其它干扰物。也可以在系统的其它部分处(例如在系统的接口或其它区域处)产生干扰离子。在许多系统中，希望消除或去除(至少在某种程度上)于扰离子或不需要的离子。

在某些实施例中并且参考图1，示出了包含入口112、出口114、杆组120以及气体入口130的多模电池单元110的图示。气体入口130通常流体地耦合到一个或多个气体源或包含气体混合物的气体源。如下面更详细描述的，气体入口130可以是电池单元110存在的唯一气体入口。气体入口130可以用于以电池单元的至少两种模式向电池单元提供气体混合物，例如，可以在反应模式(DRC模式)下和在碰撞模式(KED模式)下向电池单元提供基本上相同或相同的气体混合物。如下面更详细描述的，多模电池单元110可以包含相同电池单元中的反应模式和碰撞模式。不希望受任何特定理论的约束，在反应模式下，电池单元110可以填充有与一种或多种不需要的干扰离子反应的气体混合物，同时对分析物离子保持或多或少的惰性。当离子流与电池单元110中的反应气体混合物碰撞时，干扰离子可形成不再具有与分析物离子基本上相同或类似的质荷(m/z)比的产物离子。如果产物离子的m/z比基本上不同于分析物离子的m/z比，则可以使用常规的质量过滤来消除产物干扰离子，而不会显著破坏分析物离子的流动。例如，可使离子流经受带通质量过滤器以仅以很大比例向质量分析器级提供或传输分析物离子。如下文更详细讨论的，可通过在细长杆组120内形成径向RF场在电池单元110内提供离子的径向限制。这种性质的限制场通常可以不同阶，但是通常是四极场，或者是一些更高阶场，诸如六极或八极场。例如，将小DC电压施加到四极杆组，结合所施加的四极RF，可以使落在窄的可调范围之外的m/z比的离子不稳定，从而产生离子的质量过滤器的形式。

在某些配置中，电池单元110还可用于碰撞或动能区分(KED)模式。在碰撞模式下，电池单元110可以使用与在反应模式下相同的气体混合物。例如，气体混合物可以通过入口130被引入电池单元110中，并且气体混合物与电池单元110内部的离子流碰撞。分析物离子和干扰离子两者都可以与气体混合物的气体分子碰撞，导致离子中动能的平均损失。由于碰撞而损失的动能的量通常可以与离子的碰撞横截面有关，该碰撞横截面可以与离子的元素组成有关。由两个或多个键合原子组成的多原子离子(也称为分子离子)倾向于比仅由单个带电原子组成的单原子离子具有更大的碰撞横截面。虽然不希望受任何特定理论的约束，但气体混合物的气体分子具有与多原子原子碰撞的更大可能性，从而导致平均动能损失比在相同m/z比的单原子原子中看到的更大。然后，在电池单元110的下游端建立的合适的能量势垒可以捕获很大一部分多原子干扰离子，并防止传输到下游质量分析器。虽然可以以比反应模式以更通用和更简单的方式来操作碰撞模式，但是该碰撞模式可以具有比反应模式更低的离子灵敏度，因为一些能量减少的分析物离子可以与干扰离子一起被捕获，并且被防止到达系统的下游部件，例如质量分析器级。因此，使用碰撞模式有时不能检测到相同低水平的离子(例如每万亿的部分和子部分)。例如，根据感兴趣的分析物离子，相对于使用反应模式的检测极限，使用碰撞模式的检测极限能差10到1100倍。另外，与惰性气体混合物的碰撞引起杆组内离子的径向散射。在一些情况下，四极场或更高阶限制场(包括六极场和八极场)可用于提供深径向势阱和径向限制。在KED模式下，下游能量势垒根据其相对于分析物离子的平均动能区分干扰离子。可以至少部分地根据对离子流的质量的要求降低(诸如束的宽度和束中的相应离子群的能量分布)来选择所使用的极的确切数目，这继而可以降低对质谱仪中的其它离子光学元件的要求并且总体上提供更多的通用性。

本文描述的某些配置允许在碰撞模式和反应模式下使用相同的电池单元和相同的气体混合物。可在质谱仪中使用电池单元和气体混合物以选择和检测样品中的分析物离子和/或去除或抑制干扰离子。电池单元/系统可被配置成反应模式和碰撞模式两者以及(任选地)其它模式，以抑制不需要的干扰离子。通过控制位于电池单元上游的离子源和其它离子光学元件，以及通过控制下游部件(诸如质量分析器)以建立合适的能量势垒，可以使用相同或基本上类似的气体混合物使多极电池单元可操作用于多种不同模式。因此，质谱仪系统中的单个多模电池单元可使用在不同模式期间引入电池单元中的常见气体混合物在反应模式和碰撞模式两者下操作。处理器或控制器可用于控制链接到电池单元和下游质量分析器的气流和电压源，以使得质谱仪能够在两种或多种模式下进行可选择的交替操作。

在某些实施例中并且参考图2，示出了质谱仪系统200的某些部件的框图。系统200包含电离源210、接口220、偏转器230、电池单元240、质量分析器250以及检测器260。虽然确切的电离源210可以变化并且下面提到多种类型，但是电离源210通常在感兴趣的分析物电离期间生成光谱干扰，包括各种已知的无机光谱干扰。例如，电离源210可以在等离子体焰炬中蒸发分析物样品以生成离子。在离开电离源210时，可使用接口220(例如，可包含取样板和/或撇除器(见下文)的接口)来提取离子。由接口220提供的离子提取可产生可提供给系统200的一个或多个下游部件的窄且高度聚焦的离子流。接口220通常存在于由一个或多个泵抽空到约3托的大气压的真空室中。如果需要，接口220可包含多个不同的级、区域或室以进一步增强离子提取。例如，当通过接口220的第一撇除器时，离子可以进入包含第二撇除器的第二真空区域。第二机械泵(或流体地耦合到第一真空区域和第二真空区域的常见机械泵)可以将第二真空区域抽空到比第一真空区域低的大气压。例如，第二真空区域可以保持在或约1至110毫托。

在某些配置中，当离子离开接口220时，它们可被提供给偏转器230。偏转器230通常用于选择进入偏转器230的离子并将它们提供给下游部件。例如，离子偏转器230可以被配置成四极离子偏转器，该四极离子偏转器包含四极杆组，该四极杆组的纵轴在近似垂直于离子流的入口和出口轨迹的方向上延伸。偏转器230中的四极杆可以从电源提供合适的电压，以在离子偏转器四极中提供偏转场。由于四极杆的配置和所施加的电压，所得到的偏转场可以有效地使进入的离子流中的带电粒子偏转大约90度角(或其它选择的角度)。因此，离子流的出口轨迹可以大致垂直于入口轨迹(以及四极的纵轴)。然而，如果需要，偏转器或引导件可以被配置成与例如美国专利公开第20170011900号和第20140117248号中所描述的不同。离子偏转器230可选择性地将离子流中的各种离子群(分析物离子和干扰离子两者)偏转到出口，同时区分其它带中性电荷的非光谱干扰。例如，偏转器230可以选择性地从离子流中去除光子、中性粒子(诸如中子或其它中性原子或分子)以及其它气体分子，由于它们的中性变化，这些气体分子与在多极中形成的偏转场几乎没有或没有明显的相互作用。偏转器230可以包括在质谱仪系统200中，作为从离子流中消除非光谱干扰源的一种可能的装置，尽管也可以使用其它装置。

在某些配置中，一旦离子流沿着出口轨迹离开偏转器230，就可以被传输到多模电池单元240的入口端，该多模电池单元可以被配置成包含反应模式或碰撞模式的多模电池单元。如下面更详细地描述的，入口构件或透镜可以存在于电池单元240中。入口构件或透镜可以提供离子入口，用于将离子流接收到加压电池单元240中。如果从质谱仪系统200中省略偏转器230，则离子流可以通过入口构件或透镜直接从接口220传输到电池单元240。在加压电池单元240的出口端可以是合适的出口构件，诸如出口透镜。出口透镜可以提供孔，穿过加压电池单元240的离子可以通过该孔被喷射到质谱仪系统200下游分析部件，诸如质量分析器250和检测器260。

在某些示例中，电池单元240可以被配置成多极加压电池单元，例如包括2、4、6、8或10个杆的加压电池单元。例如，电池单元240可以被配置成将四极杆组封闭在其内部空间内的四极加压电池单元。如常规的，四极杆组可以包含围绕与进入的离子流的路径共线的公共纵轴均匀布置的四个圆柱形杆。四极杆组可以电耦合到电压源(未示出)，以从其接收适于在四极杆组内产生四极场的RF电压。例如，在四极杆组中形成的场可以为沿着其长度从电池单元240的入口端向出口端传输的离子提供径向限制。如图3A至图3B中更好地示出，在四极杆组340a、340b中斜对的杆可以耦合在一起，以分别从电压源342接收异相RF电压。在一些情况下，也可以向四极杆组340a、340b提供DC偏置电压。电压源342还可以向电池单元240提供电池单元偏移(DC偏置)电压。在一些示例中，四极杆组340a、340b可以沿着其纵轴与入口透镜和出口透镜共线地对准，从而为离子流中的离子提供通过加压电池单元240的完整横向路径。在一些示例中，还可以适当地设计入口透镜的大小(例如4.2mm)，以在入口椭圆内完全或至少基本上指引离子流，并提供具有选择的最大空间宽度的离子流，例如但不限于在2mm至3mm的范围内。入口透镜的大小可以被设计成使得大部分或全部(但至少相当大的一部分)离子流被指引到四极杆组的接受椭圆中。接口220的部件(例如撇除器)的大小也可以被设计成影响离子流的空间宽度。以此方式，可将离子流聚焦(至少在某种程度上)在电池单元240的上游以减少离子损失并提供通过电池单元240的有效传输。

在某些配置中，如图4更详细地示出，多模电池单元400可以包含流体地耦合到电池单元400的气体入口430。入口构件420可以存在于电池单元400的入口422处，并且出口构件430可以存在于电池单元400的出口432处。气体入口412流体地耦合到一个或多个气体源以将气体混合物引入电池单元400中以对电池单元加压。在一些示例中，预混合气体可以存在于气体源中并引入电池单元中，而在其它情况下，可在将气体混合物引入电池单元400中之前在电池单元400的上游混合两种或多种气体。可操作气体源以将一定量的选择气体混合物注入到加压电池单元400中以与离子流中的离子碰撞。气体混合物通常包含两种或多种不同的气体，例如两种气体、三种气体、四种气体等。气体混合物中的示例性气体包括但不限于氢气、氦气、氖气、氩气、氮气等。在一些示例中，气体中的一种或多种通常对离子流中的分析物离子和干扰离子两者都是惰性的。例如，假设在第一多原子干扰离子的离子流中的第一组离子和在第二单原子分析物离子的离子流中的第二组离子，气体混合物的惰性气体可以与第一组离子碰撞的比例比与第二组离子碰撞的比例大得多，以平均比第二组中的单个离子更大程度地减少第一组中的单个离子的能量。相应地，气体混合物的惰性气体可以是适于在碰撞模式或KED模式下操作加压电池单元400的类型。

在一些实施例中，当在反应模式下操作电池单元时，气体混合物中的气体中的一种或多种可有效地与电池单元400中的某些离子反应。气体混合物的反应性气体可以选择为例如与干扰离子反应，同时对一种或多种分析物离子是惰性的。另选地，气体混合物的选择的反应性气体可以对干扰离子是惰性的，并与一种或多种分析物离子反应。例如，如果气体混合物的反应气体被选择为与干扰离子反应，则可以在加压电池单元400中执行质量过滤，以仅传输或提供来自电池单元的分析物离子。尽管在碰撞模式和反应模式两者下可以使用相同的气体混合物，但是也可以在加压电池单元400内提供反应气体直到预定压力，该预定压力可以是与气体混合物相同的预定压力，并且可以根据电池单元是在反应模式还是在碰撞模式下操作而相同或不同。在一些实施例中，当电池单元在KED模式下操作时，气体混合物可在加压电池单元410内提供到在约0.02毫托至约0.04亳托范围内的预定压力，并且当电池单元在DRC模式下操作时，提供到在约0.04毫托至约0.065毫托范围内的预定压力。然而，所使用的确切压力可以根据仪器、电池单元尺寸以及其它因素而变化。例如，为了确定合适的电池单元压力，可以使用一个或多个标准来校准电池单元压力并优化系统中的各种气流和压力。在一些情况下，基于最小化背景等效浓度来选择合适的电池单元压力和流量。在某些示例中，可周期性地执行压力/流量校准以验证适当的压力和流量正用于特定分析。

在一些示例中，一个或多个泵、阀、出口等(未示出)也可流体地耦合到加压电池单元400并且可操作以抽空容纳在加压电池单元400内的气体。通过泵和气体源的同步操作，加压电池单元400可以在质谱仪系统的操作期间重复地和选择性地填充合适的气体混合物，然后抽空该合适的气体混合物。例如，加压电池单元400可以填充一定量的第一气体混合物，然后抽空该一定量的第一气体混合物，或者填充和抽空一定量的不同于第一气体混合物的选择的第二气体混合物。以此方式，可以使加压电池单元400适于使用不同气体混合物在碰撞模式和反应模式下的交替和选择性操作。如果需要，即使在两种模式下可以使用相同的气体混合物，也可以在从碰撞模式切换到反应模式之前抽空加压电池单元400。

在某些实施例中，除了入口透镜420和出口透镜430之外，电池单元400还可以包含四极杆组410(或提供六极、八极等的其它杆组)。虽然未示出，但是电池单元400还可以包含流体出口或通风口以抽空电池单元400的内容物。位于四极杆组410上游的离子光学元件还可被配置以便控制在离子流中的各种离子群的的每一相应能量分布(例如，根据对应范围)，并且最小化在从电离源到四极杆组410的传输期间的能量分离。该控制的一个方面可以涉及将入口透镜420保持在接地电势或稍小于该接地电势，从而最小化入口透镜420处的任何离子场相互作用，否则该离子场相互作用会引起离子群中的能量分离。例如，在电池单元400的碰撞模式下，入口透镜420可以由具有落入在-60伏特与+20伏特之间的范围内的入口电势的电源供电。另选地，提供给入口透镜420的输入电势可以在-3V与0(接地电势)之间的范围内。虽然不需要，但是将输入电势的大小保持在相对低的水平可以有助于将离子流中不同离子组的对应能量分布保持在相对小的范围内。

在一些实施例中，在从电离源到电池单元400的传输期间，可将离子流中的每一相应离子群的对应能量分布的范围控制并保持在对应初始范围的5％内。另选地，可将每一离子群的相应能量分布控制并保持在经选择以通过与其中的气体混合物碰撞而在加压电池单元400中提供良好动能区分的最大范围内。对应能量分布的该最大范围可以等于例如在全宽半最大值下测量的约2eV。

在一些实施例中，还可以通过电压源给出口透镜430提供DC电压，以便保持在选择的出口电势。在一些实施例中，出口透镜430可以接收比提供给入口透镜420的入口电势更低(即在负方向上更大)的出口电势，以将加压电池单元400中的带正电的离子吸引向加压电池单元400的出口端。此外，出口电势的绝对大小可以比提供的入口电势更大，甚至可能大得多。在一些实施例中，可以保持出口透镜430的出口电势可以在限定在-40V与-18V之间范围内。在其它配置中，在加压电池单元400的碰撞模式下，出口透镜430的电压可以保持在-26伏特与+26伏特之间。如果需要，在加压电池单元400的反应模式下，出口透镜430的电压可以保持在-26伏特与+26伏特之间。在一些情况下，可能希望将入口构件420的电压保持在基本上类似于当加压电池单元400在反应模式下时提供给出口构件430的电压。在一些示例中，单个电压源可向透镜420、430两者提供功率，而在其它配置中，透镜420、430中的每个可电耦合到其自身相应的电压源(未示出)。在一个图示中，入口透镜420可以包含大约4mm至大约5mm的入口透镜孔口。出口透镜孔口可以小于或大于入口透镜孔口，并且在一些情况下包含约2.5mm至约3.5mm的孔口。其它尺寸的孔口也可以用于接收和喷射来自加压电池单元的离子流。而且，加压电池单元400通常可以与真空室密封隔离，以限定适于容纳大量气体混合物的内部空间。

在某些实施例中，存在于本文描述的系统中的质量分析器250通常可以是任何合适类型的质量分析器，包括但不限于解析四极质量分析器、双重四极质量分析器、三重四极质量分析器、分段质量分析器、六极质量分析器、飞行时间(TOF)质量分析器、线性离子阱分析器或这些元件的某种组合。尽管未示出，质量分析器250通常电耦合到合适的电源和处理器，以控制提供给质量分析器250的部件的电压。质量分析器250可以与系统的透镜和/或多模电池单元共享公共电源，或者可以包含其自身的相应电源。可以将提供给质量分析器250的离子进行质量区分(在质量选择性轴向喷射的情况下，在空间上，而不是时间上)并且传输到检测器260用于检测，该检测器可以是如将理解的任何合适的检测器。说明性检测器包括但不限于电子倍增器、多通道板、人字形等。例如，在共同转让的美国专利公开第20160379809号和第20160223494号中描述了说明性检测器，它们各自的全部公开内容通过引用并入本文。如果需要，电压源还可以向质量分析器250提供下游偏移(DC)偏置电压。质量分析器250可容纳在由机械泵或其它泵抽空的真空室中。

在一些实施例中，在图2所示的任何部件或级210-260之间可以存在附加部件。例如，预过滤器可以存在于电池单元240与下游质量分析器250之间，用作这两个部件之间的传递元件。预过滤器可以仅在RF模式下操作，以在加压电池单元240与下游质量分析器250之间提供离子流的径向限制和/或减少否则可能发生的场边缘效应。在其它实施例中，预过滤器还可接收DC电压以在离子传输到质量分析器250之前提供离子的附加质量过滤，例如以向解决空间电荷问题等。

在某些实施例中，加压电池单元240可提供有电池单元偏移电压，并且质量分析器250可提供有下游偏移电压，该下游偏移电压可为由电耦合到对应部件的单个或多个不同电压源供应的DC电压。每个施加的偏移电压的幅度可以是完个可控的。在一种情况下，下游偏移电压可以在正方向上比电池单元偏移电压更大，从而将质量分析器250保持在高于加压电池单元240的电势。对于从加压电池单元240传输到质量分析器250的正离子，该电势差可以为要克服的离子提供正势垒。相对正的差值可以在加压电池单元240的下游端提供使离子穿透的出口势垒。具有至少一定最小动能的离子可以穿透出口势垒，而不具有足够动能的较慢离子可以被捕获在加压电池单元240内。如果例如通过控制质量分析器250与加压电池单元240之间的电势差的大小来适当地选择出口势垒的强度，则出口势垒可以选择性地相对于一个离子群或组来区别另一个离子群或组，使得一个离子组相对于另一个离子组的更大比例可以被势垒捕获并且被防止离开加压电池单元240。将下游偏移电压控制为在正方向上比电池单元偏移电压更大可以使质谱仪系统200适于在碰撞模式(KED模式)下操作。如本文所述，气体混合物可以被提供给电池单元240(或质量分析器250上游的其它部件)以在碰撞模式下对电池单元240加压。

在另一配置中，可控制下游及电池单元偏移电压(且因此也控制其间的差值)以使电池单元偏移电压在正方向上比下游偏移电压更大。通过控制偏移电压，质谱仪200可以适于在反应模式下操作。将质量分析器250保持在比加压电池单元240更低的电势，而不是如上所述提供出口势垒，可以加速离子从加压电池单元240进入质量分析器250，并且提供分析物离子在这两级之间更有效的传输。如上所述，干扰离子可与气体混合物的反应性气体反应以形成产物离子，然后可通过调谐加压电池单元240以在分析物离子的m/z周围施加窄带通过滤器而使该产物离子不稳定并被射出。在这种配置中，只有分析物离子应该被加速进入质量分析器250。如果在加压电池单元240的下游提供捕获元件，则由电势降提供的加速力有时也可以是诱导分析物离子的捕获离子碎裂的有效方式，例如，如果希望碎裂的话。

在一些实施例中，处理器存在于例如控制器中或作为独立处理器，以针对使用气体混合物的各种操作模式来控制和协调质谱仪200的操作。为此，处理器可以电耦合到气体源、一个或多个泵、用于加压电池单元240和/或下游质量分析器250的一个或多个电压源、以及包括在质谱仪200中的任何其它电压或气体源(图2中未示出)中的每个。例如，处理器可操作以将质谱仪200从碰撞模式切换到反应操作模式，并且进一步从反应模式切换回到碰撞操作模式。更一般地，处理器可以选择性地在这两种操作模式或多于两种操作模式之间切换。如将更详细地描述的，为了从一种操作模式切换到另一种操作模式，处理器可以根据需要基于一个或多个其它设置或参数来设置、调整、重置或以其它方式控制质谱仪系统200的一个或多个设置或参数。

在某些配置中，处理器可以存在于一个或多个计算机系统和/或常见硬件电路中，包括例如微处理器和/或用于操作系统的合适软件，例如以控制电压、泵、质量分析器、检测器等。在一些示例中，系统本身可以包含其自身的相应处理器、操作系统以及其它特征，以允许使用气体混合物在碰撞模式和反应模式下操作系统。处理器可以集成到系统中，或者可以存在于电耦合到系统的部件的一个或多个附属板、印刷电路板或计算机上。处理器通常电耦合到一个或多个存储器单元以从系统的其它部件接收数据并且允许根据需要或期望来调整各种系统参数。处理器可以是通用计算机(诸如基于Unix、Intel PENTIUM型处理器、Motorola PowerPC、Sun UltraSPARC、Hewlett-Packard PA-RISC处理器的通用计算机)的一部分，或者任何其它类型的处理器。根据本技术的各种实施例，可以使用任何类型的计算机系统中的一个或多个。进一步地，系统可以连接到单个计算机或者可以分布在由通信网络连接的多个计算机之间。应当理解，可执行包括网络通信的其它功能，并且本技术不限于具有任何特定功能或功能集合。各个方面可以实施为在通用计算机系统中执行的专用软件。计算机系统可以包括连接到一个或多个存储器设备(诸如磁盘驱动器、存储器或用于存储数据的其它设备)的处理器。存储器通常用于在系统以使用气体混合物的各种模式操作期间存储程序、校准以及数据。计算机系统的部件可通过互连设备耦合，该互连设备可包括一个或多个总线(例如，集成在相同机器内的部件之间)和/或网络(例如，驻留在单独离散机器上的部件之间)。互连设备提供要在系统的部件之间交换的通信(例如，信号、数据、指令)。计算机系统通常可以在例如几毫秒、几微秒或更短的处理时间内接收和/或发出命令，以允许快速控制系统在不同模式之间切换和/或在不同气体混合物之间切换。例如，可以实施计算机控制以控制电池单元内的压力、提供给电池单元和/或透镜元件的电压等。处理器通常电耦合到电源，该电源例如可以是直流电源、交流电源、电池单元、燃料电池单元或其它电源或电源的组合。电源可由系统的其它部件共享。系统还可以包括一个或多个输入设备，例如键盘、鼠标、跟踪球、麦克风、触摸屏、手动开关(例如超控开关)以及一个或多个输出设备，例如打印设备、显示屏、扬声器。另外，系统可以含有将计算机系统连接到通信网络的一个或多个通信接口(作为互连设备的补充或替代)。系统还可以包括合适的电路以转换从系统中存在的各种电气设备接收的信号。此类电路可以存在于印刷电路板上，或者可以存在于通过合适的接口(例如串行ATA接口、ISA接口、PCI接口等)或者通过一个或多个无线接口(例如蓝牙、Wi-Fi、近场通信或其它无线协议和/或接口)电耦合到印刷电路板的单独的板或设备上。

在某些实施例中，在本文描述的系统中使用的存储系统通常包括计算机可读和可写的非易失性记录介质，其中可以存储可由处理器执行的程序使用的代码或存储在要由程序处理的介质上或中的信息。介质例如可以是硬盘、固态驱动器或闪存。通常，在操作中，处理器使数据从非易失性记录介质读取到另一个存储器中，该存储器允许处理器比介质更快地访问信息。该存储器通常是易失性随机存取存储器，诸如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。它可以位于存储系统或存储器系统中。处理器通常操纵集成电路存储器内的数据，然后在处理完成之后将数据复制到介质。已知用于管理介质与集成电路存储器元件之间的数据移动的各种机制，并且本技术不限于此。本技术也不限于特定的存储器系统或存储系统。在某些实施例中，系统还可以包括专门编程的专用硬件，例如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。可以用软件、硬件或固件或其任何组合来实施本技术的各方面。进一步地，此类方法、动作、系统、系统元件及其部件可实施为上述系统的一部分或实施为独立部件。尽管通过示例将特定系统描述为可以在其上实践本技术的各个方面的一种类型的系统，但是应当理解，各方面不限于在所描述的系统上实施。可在具有不同架构或部件的一个或多个系统上实践各个方面。系统可以包含使用高级计算机编程语言可编程的通用计算机系统。系统还可以使用专门编程的专用硬件来实施。在系统中，处理器通常是市场上可购得的处理器，诸如可从Intel公司购得的公知的奔腾类处理器。许多其它处理器也是市场上可购得的。这样的处理器通常执行操作系统，该操作系统可以是例如可从微软公司购得的Windows 95、Windows 98、Windows NT、Windows 2000(Windows ME)、WindowsXP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8或Windows 10操作系统，MAC OS X，例如可从苹果公司购得的Snow Leopard、Lion、Mountain Lion或其它版本，可从Sun Microsystems购得的Solaris操作系统，或者可从各种来源购得的UNIX或Linux操作系统。可以使用许多其它操作系统，并且在某些实施例中，一组简单的命令或指令可以用作操作系统。

在某些示例中，处理器和操作系统可以一起限定可以为其编写高级编程语言的应用程序的平台。应当理解，本技术不限于特定的系统平台、处理器、操作系统或网络。而且，对本领域技术人员显而易见的是，得益于本公开，本技术不限于特定编程语言或计算机系统。进一步地，应当理解，也可以使用其它适当的编程语言和其它适当的系统。在某些示例中，硬件或软件可被配置成实施认知架构、神经网络或其它合适的实施方式。如果需要，计算机系统的一个或多个部分可以分布在耦合到通信网络的一个或多个计算机系统上。这些计算机系统也可以是通用计算机系统。例如，各个方面可以分布在被配置成向一个或多个客户端计算机提供服务(例如，服务器)或作为分布式系统的一部分执行整体任务的一个或多个计算机系统之间。例如，可在客户端-服务器或多层系统上执行各个方面，该客户端-服务器或多层系统包括分布在一个或多个服务器系统之间的部件，该一个或多个服务器系统执行根据各种实施例的各种功能。这些部件可以是可执行的、中间的(例如，IL)或解释的(例如，Java)代码，该代码使用通信协议(例如，TCP/IP)在通信网络(例如，因特网)上通信。还应当理解，本技术不限于在任何特定系统或系统组上执行。而且，应当理解，本技术不限于任何特定的分布式架构、网络或通信协议。

在一些情况下，可以使用面向对象的编程语言(诸如例如SQL、SmallTalk、Basic、Java、Javascript、PHP、C++、Ada、Python、iOS/Swift、Ruby on Rails或C#(C-Sharp))来编程各种实施例。也可以使用其它面向对象的编程语言。另选地，可以使用功能、脚本和/或逻辑编程语言。可以在非编程环境(例如，当在浏览器程序的窗口中查看时，呈现图形用户接口(GUI)的各方面或执行其它功能的以HTML、XML或其它格式创建的文档)中实施各种配置。某些配置可实施为编程或非编程元件或其任何组合。在一些情况下，系统可包含远程接口(诸如存在于移动设备、平板电肭、膝上型计算机或其它便携式设备上的远程接口)，该远程接口可通过有线或无线接口通信并且允许根据需要远程操作系统。

在某些示例中，处理器还可包含或可访问关于原子、分子、离子等的信息的数据库，该数据库可包括这些不同化合物的m/z比、电离能以及其它公共信息。数据库可包括与不同化合物与其它化合物的反应性有关的进一步地数据，诸如两种化合物是否将形成分子或彼此是惰性的。存储在存储器中的指令可以执行用于系统的软件模块或控制例程，这实际上可以提供系统的可控模型。处理器可以使用从数据库访问的信息以及在处理器中执行的一个或多个软件模块来确定质谱仪的不同操作模式(包括碰撞和反应操作模式)的控制参数或值。处理器可以使用接收控制指令的输入接口和链接到质谱仪系统中的不同系统部件的输出接口对系统执行主动控制。例如，在KED或碰撞操作模式下，处理器可以启动气体混合物源(诸如氦气和氢气混合物)，然后驱动气体源以一定量的气体混合物填充加压电池单元直到预定压力。处理器还可以将下游偏移电压设置成在正方向上比电池单元偏移电压更大，从而在加压电池单元的出口端形成出口势垒。进入加压电池单元的离子可与气体混合物的一种或多种组分碰撞并经历其相应动能的减少。动能的平均减少可以取决于离子种类的平均碰撞横截面，其中即使在两种离子具有基本上相同或类似的m/z比的情况下，相对于具有较小横截面的离子，具有较大碰撞横截面的离子倾向于经历动能的较大减少。因此，由于与惰性气体的碰撞，一组多原子干扰离子的平均动能可以比一组单原子分析物离子更大程度地减少。如果在从离子源到加压电池单元的传输期间将这两组离子的对应能量分布控制在质谱仪系统的选择的最大范围内，则与气体混合物的碰撞可在这两组之间引入能量分离。因此，相对于分析物离子组，较大比例的干扰离子可以经历能量减少，其效果是，通过处理器控制出口势垒的大小，与分析物离子相比，较大比例的干扰离子将不能穿透出口势垒。如本文所述，出口势垒的确切振幅通常取决于干扰离子和分析物离子，并且处理器可以基于干扰离子和分析物离子种类中的一种或两种来控制下游偏移电压和电池单元偏移电压之间的差值。

在某些配置中，处理器可基于其它系统参数(诸如分别施加到入口透镜和出口透镜的入口势或出口电势)来控制下游偏移电压和电池单元偏移电压之间的差值。

在其它配置中，处理器还可以被配置成调整或调谐形成出口势垒的下游偏移电压和电池单元偏移电压，以改进干扰源与分析物离子之间的动能区分。

在附加配置中，处理器还可以被配置成调整施加到入口透镜的入口电势，以便控制进入加压电池单元的组成离子群的能量分布范围。

在进一步的配置中，处理器还可以控制由电压源提供给电池单元的杆组的RF电压，以便设置或调整限制场的强度。以此方式，处理器可以将杆组内的限制场的强度设置为足以将分析物离子的至少相当大的一部分限制在电池单元的杆组内。

在某些示例中，为了从KED或碰撞模式切换到DRC或反应操作模式，例如，处理器可以控制泵以允许从加压电池单元抽空气体混合物，并且可以使气体源提供附加的气体混合物(其可以与碰撞模式下使用的气体混合物相同或不同)以被泵送到加压电池单元中达到预定压力。即使气体混合物在碰撞模式和反应模式下可以相同，在碰撞模式下的气体混合物中每种气体的相对百分比可以不同于在反应模式下。例如，在气体混合物包含氢气和氦气混合物的情况下，在碰撞模式下存在于气体混合物中的氢气的量可以高于当系统在反应模式下操作时存在于气体混合物中的氢气的量。另选地，当气体混合物包含氢气和氦气混合物时，在碰撞模式下存在于气体混合物中的氢气的量可以低于当系统在反应模式下操作时存在于气体混合物中的氢气的量。当在反应模式下操作时，气体混合物的一种或多种组分通常对分析物离子是惰性的，但与干扰离子反应(或反之亦然)。处理器还可以例如通过访问链接的数据库，基于一个或多个识别的感兴趣的分析物离子来确定一种或多种类型的潜在干扰离子。由处理器确定的干扰离子可以具有与分析物离子基本上相同或类似的m/z比。处理器也可以类似的方式选择合适的气体混合物。一旦选择了气体混合物，处理器就可以控制气体源以将一定量的气体混合物提供到加压电池单元中以在反应模式下操作。

在某些示例中，基本上如美国专利第6,140,638号和第6,627,912号所述，当系统在反应模式下操作时，处理器可以控制质谱仪的操作。附加地，处理器可被配置成指示该电压源提供在负方向上比电池单元偏移电压更大的下游偏移电压。可以再次基于干扰和/或分析物离子确定差值。处理器还可被配置成调整或调谐偏移电压差值。

在某些实施例中，为了从反应操作模式切换回碰撞操作模式，处理器可以指示泵从加压电池单元抽空选择的气体混合物，并且随后控制气体源以向加压电池单元提供一定量的气体混合物。下游偏移电压和电池单元偏移电压以及其它系统参数也可由如上所述的处理器调整以适于在碰撞模式下操作。这种使用气体混合物的模式之间的切换可以根据需要经常进行。另外，在碰撞模式和反应模式的操作之间，电池单元可以保持在标准或通风模式。如果需要，当电池单元保持在通风或标准模式时，例如在电池单元中不存在气体混合物的情况下，可以进行分析。

在某些实施例中并且再次参考图3A和图3B，在前横截面视图和后横截面视图中分别是可以包括在替代实施例中地辅助电极362。尽管也可以使用六极或八极杆组(或其它杆组)，但是图3A和图3B示出了四极杆组340a、340b和电压源342，以及它们之间的连接。这对杆340a可耦合在一起(图3A)，这对杆340b也可耦合在一起(图3B)，以提供四极限制场。例如，如美国专利第8,426,804号所述，可以向这对杆340a提供电压。辅助电极362可包括在加压电池单元中，以用轴向场(即依赖于四极杆组内的轴向位置的场)补充四极限制场。如图3A和图3B所示，轴助电极可以具有大致T形的横截面，包含顶部和朝向四杆组的纵轴径向向内延伸的尾部。杆刀片部分的径向深度可以沿着纵轴变化，以沿着辅助电极362的长度提供锥形轮廓。图3A示出了从加压单元的下游端向上游朝向入口端看的辅助电极，图3B示出了从入口端向下游朝向出口端看的反向透视图。杆部的向内径向延伸减小了沿着辅助电极362向下游的移动。每一单个电极可以一起耦合到电压源342以接收DC电压。可以理解，辅助电极362的这种几何形状和正DC电压的施加可以提供极性的轴向场，该极性的轴向场将带正电的离子推向加压电池单元的出口端。还应当理解，用于辅助电极的其它几何形状可以用于相同的效果，包括但不限于分段辅助电极、发散杆、倾斜杆、以及锥形杆和长度减少的杆的其它几何形状。忽略杆端部的边缘效应和其它实际限制，由辅助电极产生的轴向场可以具有基本上线性的轮廓。也可以基于所施加的DC电压和电极配置来控制线性场的梯度。例如，可以选择施加的DC电压以提供-500V/cm至+500V/cm范围内的轴向场梯度。处理器还可以控制电压源342，使得提供给辅助电极362的DC电压形成例如根据其轴向梯度限定的选择的场强度的轴向场。尽管辅助电极362处于不同的场强，但是可针对KED和DRC操作模式中的每个而通电。处理器还可以控制每个操作模式的相对场强度。在任一操作模式下，辅助电极362可通过将离子推向加压电池单元的出口端而有效地将能量减少的离子扫出四极。所施加的轴向场强度的大小可由处理器基于离子流中的干扰离子和分析物离子以及本文描述的其它系统参数来确定。

在某些实施方案中，与本文描述的电池单元和系统一起使用的确切电离源可以变化。在典型的配置中，电离源用于从引入电离源中的雾化样品生成离子。对于某些质谱应用，例如涉及金属和其它无机分析物的分析的应用，由于在ICP-MS中可以实现相对高的离子灵敏度，可以期望地在质谱仪中使用感应耦合的等离子体(ICP)离子源进行分析。为了说明，用ICP离子源可以实现低于十亿分之一的离子浓度。在常规的感应耦合的等离子体离子源中，由三个同心管(通常为石英管)组成的喷灯的端部可以放置在提供有射频电流的感应线圈中。然后可以在喷灯的两个最外面的管之间引入氩气流，其中氩原子可以与感应线圈的射频磁场相互作用以从氩原子释放电子。该作用可以产生非常高温的等离子体(例如10,000开尔文)，该等离子体主要包含具有小部分氩离子和自由电子的氩原子。然后分析物样品可以通过氩等离子体，例如作为雾化的液体雾。雾化样品的液滴可以蒸发，其中溶解在液体中的任何同体被分解成原子，并且由于等离子体中的极高温度，剥离它们最松散结合的电子以形成单电荷离子。虽然常规ICP源可与本文描述的电池单元和系统一起使用，但低流量等离子体、电容耦合等离子体等也可与本文描述的电池单元和系统一起使用。例如，在美国专利第7，106,438号、第7,511，246号、第7,737,397号、第8,633，416号、第8,786,394号、第8,829,386号、第9,259,798号、第9,504，137号以及第9,433，073号中描述了用于产生它们的各种等离子体和设备。

在某些示例中并且如本文所述，ICP的使用可在电离感兴趣的分析物离子的过程中生成干扰离子。例如，上面列出的无机光谱干扰，例如Ar⁺、ArO⁺、Ar2⁺、ArCl⁺、ArH⁺以及MAr⁺可以特别存在于离子流中。不同种类的各种不同离子群可以与其它潜在干扰一起构成从电离源提供的离子流。尽管存在于离子流中的每个特定离子在离子流内不一定是唯一的，但该每个特定离子将具有对应的m/z比，因为干扰离子可以具有与分析物离子相同或类似的m/z比。例如，离子流可以包含⁵⁶Fe⁺分析物离子群，以及由ICP生成的⁴⁰Ar¹⁶O⁺干扰离子群。这两种离子中的每种具有56的m/z比。作为另一个非限制性示例，分析物离子种类可以是⁸⁰Se⁺，在这种情况下⁴⁰Ar₂ ⁺将构成干扰离子，因为感兴趣的分析物离子和干扰离子各自具有80的m/z。如本文所述，从电离源发射的离子流中的相应离子群还可相对于构成群的单个离子的能量限定对应的能量分布。可从具有特定动能的电离源发射相应群中的每一单个离子。在离子群获得的单个离子能量可以为群提供能量分布。这些能量分布可以以任何数量的方式限定，例如，根据平均离子能量和提供能量偏离平均离子能量的测量的合适度量。

在某些情况下，一个合适的度量可以是在全宽半最大值(FWHM)处测量的能量分布的范围。当从电离源发射离子流时，流中的每个离子群可以具有部分地由对应的初始范围界定的相应初始能量分布。当离子流从电离源传输到质谱仪中包括的下游部件时，不需要保留这些初始能量分布。例如由于与其它粒子的碰撞、场相互作用等，可以预期离子群中的一些能量分离。根据其组成离子群在整个质谱仪的不同位置处的相应能量分布来描述离子流可能是方便的。在一些实施例中，当从电离源发射时，每个离子群具有基本上相同的初始能量分布范围。如本文所述，气体混合物可用于从离子束中的分析物离子去除干扰离子，以允许在碰撞模式下和反应模式两者下检测分析物离子。

在某些示例中并且参考图5，示出了适合与气体混合物一起使用的包含ICP和多模电池单元的质谱仪系统。系统500包含ICP电离源或ICP离子源512、取样板514、撇除器516、第一真空室520、包含二级撇除器518的第二真空室524、接口门528、包含离子偏转器532的第三真空室530、包含入口构件538的多模单元536、出口构件546以及例如2、4、6、8或10个杆的杆组540、预过滤器552、质量分析器550和检测器554。质量分析器550通过互连555电耦合到电压源556。电压源556通过互连557电耦合到处理器560。处理器560还通过互连541电耦合到另一电压源542。电压源542通过互连544电耦合到加压电池单元536的杆组540。处理器560还通过互连561电耦合到包含气体混合物(尽管如本文所述，可以替代地使用两个或更多个单独的气体源来将气体混合物引入电池单元536中)的气体源548。单个气体入口547提供气体源548与电池单元536之间的流体耦合。机械泵(未示出)可以沿箭头522的大致方向抽空真空室520。例如，室520在系统500的操作期间可处于约3托的压力下。另一个机械泵(未示出)可以沿箭头526的大致方向抽空第二真空室524。例如，在系统500的操作期间，腔室524可处于约1至110毫托的压力下。附加的机械泵(未示出)可以流体地耦合到第三真空室530，以沿着箭头534的大致方向去除气体。第三真空室530的压力通常低于第二真空室524。另一个泵可以流体地耦合到质量分析器550的真空室，以沿着箭头558的大致方向去除气体。如本文所述，处理器560可以控制系统500以允许在碰撞模式下和在反应模式下的操作期间将气体混合物引入电池单元536中。例如，处理器560可以被配置成允许将电池单元536切换到通风模式、KED模式和/或碰撞模式。如本文所述，在电池单元536与气体源548之间可以仅存在单个气体入口547以引入气体混合物，例如二元气体混合物。杆组540的杆的确切数量可以从2、4、6、8或10个杆变化，在许多情况下使用四极杆组。在一些实施例中，在加压电池单元536的碰撞模式下，出口构件546可以包含-60伏特与+20伏特之间的电压。在其它情况下，在加压电池单元536的反应模式下，出口构件546可以包含-60伏特与+20伏特之间的电压。在进一步的配置中，可以在加压电池单元536的碰撞模式下将入口构件538的电压设置在-60伏特与+20伏特之间。在一些示例中，可以将入口构件538的电压设置为基本上类似于当加压电池单元536在反应模式下时提供给出口构件546的电压。

在一些情况下，电池单元536被配置成通过切换入口构件538和/或出口构件546上的电压以及改变电池单元536与下游质量分析器550之间的能量电势来从碰撞模式切换到反应模式，同时保持相同的气流或改变到不同的流量水平。

在其它情况下，电池单元536被配置成通过切换入口构件538和/或出口构件546上的电压以及改变电池单元536与下游质量分析器550之间的能量电势来从反应模式切换到碰撞模式，同时保持相同的气流或改变到不同的流量水平。

在某些配置中，系统500还可以包含例如在电池单元536内的轴向电极(未示出)，该轴向电极电耦合到电压源并且被配置成提供轴向场以将离子指引向加压电池单元536的出口孔。例如，轴向场可以包含-500V/cm与500V/cm之间的场梯度。

在一些配置中，处理器560可以被配置成向加压电池单元536提供偏移电压。如本文所述，所提供的确切偏移电压可取决于电池单元的模式和分析物离子以及任何干扰离子。在某些情况下，流体地耦合到电池单元536的质量分析器550可以包含偏移电压。例如，在一些配置中，当电池单元536在碰撞模式下时，流体地耦合的质量分析器550的偏移电压在正方向上比电池单元536的偏移电压更大。在其它配置中，当电池单元536在反应模式下时，流体地耦合的质量分析器550的偏移电压在负方向上比电池单元536的偏移电压更大。在一些示例中，从气体源548引入电池单元536中的气体混合物可以包含两种、三种、四种或更多种不同的气体。例如，气体混合物可以包含包含氦气和氢气的二元气体混合物。存在于混合物中的每种气体的确切水平可以变化，并且可以根据系统500的模式而变化。例如，存在于混合物中的气体中的一种按体积计可以高达约15％存在，气体混合物的其余部分基本上由其它气体(或多种气体)组成。在二元气体混合物包含氢气和氦气的示例中，氢气可以存在，例如按体积计高达约15％或按体积计高达约11％或按体积计高达约8％或6％，其余部分(按体积计)基本上为氦气。

在某些示例中，除了引入电池单元536中的气体混合物之外或代替该气体混合物，可以修改系统500以将气体混合物引入电池单元536的上游。将气体混合物引入电池单元536上游的系统的各种配置示出于图6至图8中。在不同的图中，具有相同标号的部件表示相同的部件。参考图6，系统600包含气体源610，该气体源被配置成将气体混合物引入邻近二级撇除器518的空间中。存在流体管线612以将气体混合物提供到二级撇除器518中。互连621将气体源610电耦合到处理器560。处理器560可以控制气体源610以允许将所需量的气体混合物引入二级撇除器518中。如果需要，可以独立地控制气体源548和气体源610，并且可以向系统600的各个部分提供不同的气体流速、压力和/或不同的气体混合物。

根据某些实施例，图7示出了与图6类似的配置，除了存在常见气体源，并且用于将气体混合物引入电池单元536和二级撇除器518中的每个中。流体管线712存在于系统700中以提供气体源548与二级撇除器518之间的流体耦合。处理器560可电耦合到气体源548中的阀以独立地致动阀并允许或停止气体混合物独立地在流体入口547和流体管线712中流动。如果需要，可以通过不同的流体管线547、712提供不同的气体流速、压力等。

根据一些配置，气体混合物可以在除二级撇除器518之外的位置处被引入电池单元536的上游。例如，气体混合物可以在撇除器516处、在ICP源512的喷灯端部处或在其它区域处引入。图8中示出了一种配置，其中气体混合物通过系统800中的流体管线812被引入偏转器532的上游。流体管线812将来自气体源548的气体混合物引入二级撇除器518与偏转器532之间的空间中。虽然在图8中示出了常见气体源548，但是可以存在类似于图6所示的气体源的两个单独的气体源。得益于本公开，本领域普通技术人员将认识到，也可以在偏转器532的下游在偏转器532与电池单元536之间的空间中引入气体混合物。如果需要，可以通过不同的流体管线547、812提供不同的气体流速、压力等。

在某些示例中，本文描述的系统可特别期望用于无机分析中，其中不能以快速方式充分检测某些金属物质。例如，使用目前的ICP-MS方法和系统难以检测低水平的硒。通过使用包含两种或多种气体的气体混合物(例如氢气和氦气混合物)，可以去除普遍的干扰并且可以检测低水平的硒。在一些示例中，使用气体混合物可以在碰撞模式下去除干扰，并且使用气体混合物在反应模式下也存在反应能力。使用相同的气体混合物是重要属性，因为许多MS系统包括单个气体入口并且需要将气体从第一碰撞气体切换到不同的第二反应气体。这种切换倾向于减慢分析时间。

以下描述某些具体实施例以进一步说明本文描述的技术的一些新颖方面和特征。

示例1

使用单一碰撞气体(氦气)和气体(氦气和氢气，其中氢气按体积计以约(7)％存在、余量为氦气和任何可能存在于氦气/氢气混合物中的微量杂质)混合物以各种模式检测硒水平。还使用相同的气体(氦气和氢气)混合物在反应模式下测量硒分析物的检测极限(DL)。结果示于下表I中。

表1

在比较使用氦气与使用氦气和氢气混合物在碰撞模式(KED)下的检测极限时，当使用气体混合物时硒检测极限较低。下表2列出了使用两种模式和氦气和氢气混合物的硒的最小检测极限(MDL)。

表2

当介绍本文公开的示例的元素时，冠词“一(a)”、一个(an)”、“该(the)”和“所述(said)”旨在表示存在一个或多个要素。术语“包含(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”旨在是开放式的并且意味着可以存在除了所列出的元素之外的其它元件。得益于本公开，本领域普通技术人员将认识到，示例的各种部件可以互换或替换为其它示例中的各种部件。尽管上文已描述了某些方面、示例和实施例，但本领域普通技术人员将认识到，得益于本公开，所揭示的说明性方面、示例和实施例的添加、替代、修改和变更是可能的。

Claims (51)

1.一种系统，被配置成允许在包含碰撞模式和反应模式的至少两种模式之间切换电池单元以选择由所述电池单元接收的离子，所述系统包含：

电池单元，被配置成在所述碰撞模式下接收包含二元气体混合物的气体混合物以对所述电池单元加压，并且被配置成在所述反应模式下接收包含所述二元气体混合物的相同气体混合物以对所述电池单元加压；和

处理器，电耦合到所述电池单元，所述处理器被配置成在所述碰撞模式下向包含所述气体混合物的所述加压电池单元提供电压，以促进传输具有比由所述提供的第一电压诱导的能量势垒更大的能量的选择离子，其中所述处理器被进一步配置成在所述反应模式下向包含所述气体混合物的所述加压电池单元提供第二电压，以将选择离子引导到流体地耦合到所述电池单元的质量过滤器中。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成允许将所述电池单元切换到通气模式。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包含单个气体入口，所述单个气体入口流体地耦合到所述电池单元以提供包含所述二元气体混合物的所述气体混合物。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述电池单元包含多极杆组，所述多极杆组包含2、4、6、8或10个杆。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述电池单元进一步包含出口构件，所述出口构件位于所述电池单元的出口孔附近并且电耦合到电压源，所述出口构件被配置成将所述加压电池单元中的分析物离子指引向所述电池单元的所述出口孔。

6.根据权利要求5所述的系统，其中可以在所述加压电池单元的所述碰撞模式下将所述出口构件的电压设置在-60伏特与+20伏特之间。

7.根据权利要求5所述的系统，其中可以在所述加压电池单元的所述反应模式下将所述出口构件的电压设置在-60伏特与+20伏特之间。

8.根据权利要求5所述的系统，其中所述电池单元进一步包含入口构件，所述入口构件位于所述电池单元的入口孔附近并且电耦合到电压源，所述入口构件被配置成将分析物离子朝向所述电池单元的所述入口孔指引到所述加压电池单元中。

9.根据权利要求8所述的系统，其中可以在所述加压电池单元的所述碰撞模式下将所述入口构件的电压设置在-60伏特与+20伏特之间。

10.根据权利要求8所述的系统，其中可以将所述入口构件的电压设置为基本上类似于当所述加压电池单元在所述反应模式下时提供给所述出口构件的电压。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述电池单元被配置成通过切换所述入口构件和所述出口构件上的所述电压以及任选地改变所述电池单元与所述质量分析器之间的所述能量势垒来从所述碰撞模式切换到所述反应模式，同时保持相同的气流或改变到不同的流量水平。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述电池单元被配置成通过切换所述入口构件和所述出口构件上的所述电压以及任选地改变所述电池单元与所述质量分析器之间的所述能量势垒来从所述反应模式切换到所述碰撞模式，同时保持相同的气流或改变到不同的流量水平。

13.根据权利要求1所述的系统，进一步包含轴向电极，所述轴向电极电耦合到电压源并且被配置成提供轴向场以将离子指引向所述加压电池单元的出口孔。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述轴向场包含-500 V/cm与500 V/cm之间的场梯度。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成向所述加压电池单元提供偏移电压。

16.根据权利要求15所述的系统，进一步包含流体地耦合到包含所述偏移电压的所述电池单元的质量分析器。

17.根据权利要求16所述的系统，其中当所述电池单元在所述碰撞模式下时，所述流体地耦合的质量分析器的偏移电压在正方向上比所述电池单元的所述偏移电压更大。

18.根据权利要求16所述的系统，其中当所述电池单元在所述反应模式下时，所述流体地耦合的质量分析器的偏移电压在负方向上比所述电池单元的所述偏移电压更大。

19.根据权利要求16所述的系统，进一步包含流体地耦合到所述电池单元的电离源。

20.根据权利要求1所述的系统，其中所述电池单元被配置成在所述碰撞模式和在所述反应模式下使用氦气和氢气的二元混合物。

21.一种质谱仪系统，包含：

离子源；

电池单元，所述电池单元流体地耦合到所述离子源并且被配置成在包含碰撞模式、反应模式以及标准模式的至少三种不同模式下操作，所述三种不同模式各自被配置成从从所述离子源接收到所述电池单元中的多个离子中选择分析物离子，所述电池单元被配置成在入口孔处耦合到所述离子源，以允许从所述离子源接收所述多个离子，所述电池单元包含气体入口，所述气体入口被配置成在所述碰撞模式下接收包含二元气体混合物的气体混合物，以在所述碰撞模式下对所述电池单元加压，其中所述电池单元被配置成在所述反应模式下接收包含所述二元气体混合物的所述气体混合物，以在所述反应模式下对所述电池单元加压，所述电池单元进一步包含出口孔，所述出口孔被配置成从所述电池单元提供所述分析物离子；以及

质量分析器，流体地耦合到所述电池单元；以及

处理器，电耦合到所述电池单元，所述处理器被配置成在所述碰撞模式和所述反应模式中的每个下向所述电池单元提供所述气体混合物，并且在所述标准模式下将所述电池单元保持在真空下。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述电池单元包含多极杆组，所述多极杆组包含2、4、6、8或10个杆。

23.根据权利要求22所述的系统，其中所述处理器被配置成在所述碰撞模式下向包含所述气体混合物的所述加压电池单元提供第一电压，以选择包含大于选择的势垒能量的能量的离子。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述处理器被配置成在所述反应模式下向包含所述气体混合物的所述加压电池单元提供第二电压，以使用质量过滤选择离子。

25.根据权利要求24所述的系统，进一步包含轴向电极，所述轴向电极被配置成提供轴向场以将所述分析物离子从所述入口孔指引向所述加压电池单元的出口孔。

26.根据权利要求25所述的系统，其中所述轴向场强度包含-500 V/cm与+500 V/cm之间的轴向场梯度。

27.根据权利要求25所述的系统，进一步包含位于所述加压电池单元的出口孔附近的出口构件，所述出口构件包含出口电势，以将分析物离子吸引向所述加压电池单元的所述出口孔。

28.根据权利要求27所述的系统，其中在所述加压电池单元的所述碰撞模式下，所述出口构件包含-26伏特与+26伏特之间的电压。

29.根据权利要求27所述的系统，其中在所述加压电池单元的所述反应模式下，所述出口构件包含-26伏特与+26伏特之间的电压。

30.根据权利要求27所述的系统，进一步包含位于所述加压电池单元的入口孔附近的入口构件，所述入口构件包含入口电势，所述入口电势在正方向上比在所述碰撞模式下的所述出口电势更大。

31.根据权利要求30所述的系统，其中所述入口电势在-40伏特与+10伏特之间。

32.根据权利要求27所述的系统，进一步包含位于所述加压电池单元的入口孔附近的入口构件，所述入口构件包含入口电势，所述入口电势基本上类似于在所述反应模式下的所述出口电势。

33.根据权利要求32所述的系统，其中在所述碰撞模式下，所述出口电势在-40伏特与+10伏特之间。

34.根据权利要求32所述的系统，其中在所述反应模式下，所述出口电势在-40伏特与+10伏特之间。

35.根据权利要求21所述的系统，进一步包含位于所述离子源与所述电池单元之间的离子偏转器。

36.根据权利要求35所述的系统，进一步包含流体地耦合到所述电池单元的检测器。

37.根据权利要求36所述的系统，其中所述检测器包含电子倍增器。

38.根据权利要求37所述的系统，其中所述离子源被配置成感应耦合的等离子体。

39.根据权利要求38所述的系统，进一步包含位于所述感应耦合的等离子体与所述质量分析器之间的接口。

40.根据权利要求39所述的方法，进一步包含流体管线，所述流体管线被配置成将包含所述二元气体混合物的所述气体混合物引入所述接口中。

41.一种使用质谱仪选择离子的方法，所述方法包含：

将包含来自离子源的多个离子的离子流提供到被配置成使用包含二元气体混合物的气体混合物在反应模式下和在碰撞模式下操作的加压电池单元中，其中所述气体混合物在所述电池单元的所述反应模式和所述碰撞模式中的每个下被引入所述电池单元中以对所述电池单元加压；以及

当所述电池单元在所述碰撞模式下时，从包含所述气体混合物的所述加压电池单元中的所述多个离子中选择离子，所述离子包含大于选择的势垒能量的能量，以及当所述电池单元在所述反应模式下时，使用质量过滤从提供给包含所述气体混合物的所述加压电池单元的所述离子流中的所述多个离子中选择离子。

42.根据权利要求41所述的方法，进一步包含将所述电池单元配置成多极杆电池单元。

43.根据权利要求42所述的方法，进一步包含通过向位于出口孔附近的出口构件提供电势而在所述加压电池单元的所述出口孔处提供出口势垒。

44.根据权利要求43所述的方法，进一步包含向位于所述电池单元的入口孔附近的入口构件提供电势，提供给所述入口构件的所述电势被配置成将由所述电池单元从所述离子源接收的所述多个离子聚焦在所述电池单元的杆组的上游。

45.根据权利要求41所述的方法，进一步包含将所述气体混合物配置成包含氢气和氦气。

46.根据权利要求45所述的方法，进一步包含将所述气体混合物配置成包含至少一种附加的惰性气体。

47.根据权利要求41所述的方法，进一步包含在所述电池单元的上游组合第一气体和第二气体以提供所述气体混合物。

48.根据权利要求41所述的方法，进一步包含当所述电池单元从所述碰撞模式切换到所述反应模式时，改变提供给所述电池单元的所述气体混合物的流速。

49.根据权利要求41所述的方法，进一步包含将所述电池单元配置成具有被配置成接收所述气体混合物的单个气体入口。

50.根据权利要求41所述的方法，进一步包含将第一气体配置成包含按体积计高达约15%的所述气体混合物。

51.一种使用包含四极杆组的电池单元选择离子的方法，所述四极杆组被配置成在碰撞模式和反应模式中的每个下操作以从包含多个离子的离子流中选择离子，所述方法包含在所述碰撞模式下向所述电池单元提供所述二元气体混合物，以选择包含大于选择的势垒能量的能量的离子，以及在所述反应模式下向所述电池单元提供所述二元气体混合物，以使用质量过滤来选择离子。

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