CN113906828A - 改善元素形态的背景当量浓度的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了可以使用包含氮中心的气体的方法和系统，在焊炬中维持的等离子体的上游引入所述气体。在一些配置中，可以将包含氮中心的气体引入作为等离子体上游的气体并通过样品引入装置。还描述了可以使用包含氮中心的气体的质谱仪和光发射系统。

Description

改善元素形态的背景当量浓度的装置和方法
优先权申请
本申请涉及并主张2019年4月1日提交的美国临时申请第62/827,483号的优先权和权益，该美国临时申请的全部公开内容出于所有目的以引用方式并入本文中。
技术领域
描述了在检测一种或多种元素时可以减少等离子体干扰和/或背景信号的装置和方法的某些配置。在一些示例中，可以减少来自干扰形态的信号和/或背景信号，以改善背景当量浓度。
背景技术
可使用多种不同方式分析样品中的元素形态。背景信号和干扰通常会降低检测某些低水平元素形态的能力。
发明内容
描述了在化学分析中可以使用包含氮中心的气体，例如包含分子或化合物的气体的各种方面、实施例、配置和示例，所述分子或化合物包含至少一个与另一个原子键合的氮原子。包含氮中心的气体的存在可以在至少某些元素形态的分析期间例如减少背景信号和/或干扰形态的存在。这种减少可以改善至少某些元素形态的背景当量浓度。
在一个方面，一种方法包括在焊炬的上游引入包含氮中心的气体，例如包含氮中心的气体，所述焊炬被配置为使用等离子体气体维持电感耦合等离子体，其中在维持的电感耦合等离子体的上游引入包含所述氮中心的气体。在一些实施例中，将包含氮中心的气体引入到样品引入装置中，在样品引入装置和等离子体之间的点处，进入等离子体上游的焊炬中，等等。在一些配置中，包含氮中心的气体以与等离子体气流分离的气流和与提供给焊炬以冷却焊炬玻璃器皿的任何冷却气体分离的气流引入。
在一些示例中，将所述包含所述氮中心的气体以气流的形式引入到所述焊炬中，所述气流与提供给所述焊炬的所述等离子体气体分离，并且与提供给所述焊炬以冷却所述焊炬的玻璃器皿的任何冷却气体分离。
在其他示例中，所述方法包括将所述包含所述氮中心的气体引入到定位在所述焊炬上游并与所述焊炬的样品入口流体耦合的喷雾室中。在一些实施例中，所述包含所述氮中心的气体通过所述喷雾室的次端口或所述喷雾室的主端口或所述喷雾室的某个其它端口引入。在某些情况下，所述喷雾室的所述次端口垂直于所述喷雾室的纵向轴线定位。在其他实施例中，所述方法包括当使用所述电感耦合等离子体分析难以电离的元素时，切断将所述包含所述氮中心的气体引入到所述喷雾室中。在一些示例中，所述方法包括当使用所述电感耦合等离子体分析除了难以电离的元素之外的元素时，开启将所述包含所述氮中心的气体引入到所述喷雾室中。在另外的示例中，所述喷雾室流体耦合到雾化器，并且其中当开启和切断进入所述喷雾室的所述包含所述氮中心的气体时，样品通过所述雾化器的流速基本上恒定。
在一些示例中，所述方法包括将所述引入的包含所述氮中心的气体配置为占引入到所述焊炬中的总气流的高达约50体积％。
在某些实施例中，所述方法包括将所述包含所述氮中心的气体以相对于通过所述喷雾室的整体气流的流动方向为平行流、垂直流或逆流的流动方式引入。
在一些情况下，所述包含所述氮中心的气体是氮气、氨气、一氧化二氮、二氧化氮或包含铵离子的气体。
在某些实施例中，所述焊炬定位在感应装置的孔中，所述感应装置被配置为向所述焊炬提供射频能量，以使用氩作为所述等离子体气体来维持所述焊炬中的所述电感耦合等离子体，并且其中所述喷雾室被配置为向所述焊炬提供样品层流，其中所述样品层流还包括所述引入的包含所述氮中心的气体。
在一些示例中，向所述感应装置提供约500瓦至约1800瓦的功率，以维持所述焊炬中的所述电感耦合等离子体。在一些实施例中，引入到所述焊炬中以维持所述焊炬中的所述等离子体的氩气包含在99.99％的氩与99.9999％的氩之间的纯度氩。
在一些示例中，质量分析仪流体耦合到所述焊炬的出口。在其他示例中，提出一种光学检测器，并且所述光学检测器被配置为接收来自焊炬中的受激离子的光发射。
在其他实施例中，所述方法包括将包含氮中心的气体引入到焊炬的端口中，所述端口向等离子体的中心通道提供气体。在一些示例中，所述包含所述氮中心的气体是氮气、氨气、一氧化二氮、二氧化氮或包含铵离子的气体。在其他实施例中，所述焊炬定位在感应装置的孔中，所述感应装置被配置为向所述焊炬提供射频能量，以使用氩作为所述等离子体气体来维持所述焊炬中的所述电感耦合等离子体。在一些示例中，所述方法包括当使用所述电感耦合等离子体分析难以电离的元素时，切断将所述包含所述氮中心的气体引入到所述焊炬中。在其他实施例中，所述方法包括当使用所述电感耦合等离子体分析除了难以电离的元素之外的元素时，开启将所述包含所述氮中心的气体引入到所述焊炬中。
在另一个方面，一种质谱仪系统包括：样品引入装置，包括第一端口和第二端口，其中所述第一端口接收第一气体，且所述第二端口接收不同于所述第一气体的第二气体，并且其中所述第二气体包含氮中心；焊炬，流体耦合到所述样品引入装置并被配置为在所述焊炬的样品入口接收来自所述样品引入装置的样品；感应装置，被配置为向所述焊炬提供射频能量，以维持所述焊炬中的电感耦合等离子体，从而电离样品；质量分析仪，流体耦合到所述焊炬的样品出口并被配置为从所述焊炬接收离子；检测器，流体耦合到所述质量分析仪；以及处理器，被配置为当使用所述质谱仪系统分析包含难以电离的元素的样品时，防止所述第二气体引入到所述样品引入装置中，并且当使用所述质谱仪系统分析除难以电离的元素之外的元素时，允许所述第二气体进入所述样品引入装置。
在某些实施例中，所述样品引入装置包括喷雾室，所述喷雾室定位在所述焊炬的上游，并且流体耦合到所述焊炬的样品入口。在其他实施例中，所述喷雾室包括引入所述第二气体所通过的所述第二端口，并且包括引入所述第一气体所通过的所述第一端口。在一些示例中，所述喷雾室的所述第二端口垂直于所述喷雾室的纵向轴线定位。在其他示例中，所述第二端口与所述第一端口正交。在一些实施例中，所述处理器还被配置为控制引入到所述样品引入装置中的所述包含所述氮中心的第二气体的量。在一些实施例中，所述处理器还被配置为基于要使用所述质谱仪分析的分析物，从多种包含氮中心的气体中选择特定包含氮中心的气体。
在一些示例中，所述质谱仪系统还包括流体耦合到所述喷雾室的雾化器。在其他实施例中，所述喷雾室被配置为向所述焊炬的所述样品入口提供样品层流，其中所述样品层流还包括所述包含所述氮中心的第二气体。在一些实施例中，在所述喷雾室上存在第三端口，其中所述第三端口接收不同于所述第一气体和所述第二气体的气体。
在另一个方面，一种光发射光谱仪系统包括：样品引入装置，包括第一端口和第二端口，其中所述第一端口接收第一气体，且所述第二端口接收不同于所述第一气体的第二气体，并且其中所述第二气体包含氮中心；焊炬，流体耦合到所述样品引入装置并被配置为在所述焊炬的样品入口接收来自所述样品引入装置的样品；感应装置，被配置为向所述焊炬提供射频能量，以维持所述焊炬中的电感耦合等离子体，从而电离样品；光学检测器，被配置为检测所述焊炬中的受激分析物的光发射；以及处理器，被配置为当使用所述光发射光谱仪系统分析包含难以电离的元素的样品时，防止所述第二气体引入所述样品引入装置，并且当使用所述光发射光谱仪系统分析除难以电离的元素之外的元素时，允许所述第二气体进入所述样品引入装置。
在某些实施例中，所述样品引入装置包括喷雾室，所述喷雾室定位在所述焊炬的上游，并且流体耦合到所述焊炬的样品入口。在一些示例中，所述喷雾室包括引入所述第二气体所通过的所述第二端口，并且包括引入所述第一气体所通过的所述第一端口。在其他示例中，所述喷雾室的所述第二端口垂直于所述喷雾室的纵向轴线定位。在其他示例中，所述第二端口与所述第一端口正交。在一些示例中，所述处理器还被配置为控制引入到所述样品引入装置中的所述包含所述氮中心的第二气体的量。在一些示例中，所述处理器还被配置为基于要使用所述光发射光谱仪分析的分析物，从多种包含氮中心的气体中选择包含特定氮中心的气体。在其他示例中，所述系统还包括流体耦合到所述喷雾室的雾化器。在一些实施例中，所述喷雾室被配置为向所述焊炬的所述入口提供样品层流，其中所述样品层流还包括所述包含所述氮中心的第二气体。在其他实施例中，在所述喷雾室上存在第三端口，其中所述第三端口接收不同于所述第一气体和所述第二气体的气体。
在另一方面，描述一种喷雾室，被配置为在所述喷雾室的入口端流体耦合到雾化器，以从所述雾化器接收液体样品，并在所述喷雾室的出口端向流体耦合到所述喷雾室的所述出口端的电离装置提供雾化样品喷雾。在一些示例中，所述喷雾室包括：外部腔室，包括入口端、出口端和双补充气体入口端口，每个补充气体入口端口被配置为接收气体以在外部腔室内提供切向气流；内部腔室，位于所述外部腔室内，所述内部腔室包括多个内部微通道，所述内部微通道被配置为接收从所述双补充气体入口端口引入到所述外部腔室中的补充气体，其中所述内部腔室的尺寸和布置被设置成在所述内部腔室的外表面和所述外部腔室的内表面之间提供层流，以减少所述内部腔室上的液滴沉积；以及气体端口，与所述双补充气体入口端口分离并被配置为接收包含氮中心的气体，其中所述喷雾室被配置为允许所述接收的包含氮中心的气体与所述引入到双补充气体入口端口中的补充气体混合，使得所述包含氮中心的气体存在于在所述喷雾室的出口端离开所述喷雾室的所述雾化样品喷雾中。
下面将更详细地描述另外的方面、实施例、示例和配置。
附图说明
下面参考附图描述某些特定的配置，其中：
图1A、图1B和图1C是根据一些实施例的可以在不同位点接收包含氮中心的气体的系统的图示。
图2A、图2B和图2C是根据一些实施例的可以在不同位点接收包含氮中心的气体的系统的图示。
图3A是根据一些示例的包括两个入口端口的样品引入装置的图示，其中一个入口端口可以接收包含氮中心的气体。
图3B是根据一些示例的包括三个入口端口的样品引入装置的图示，其中一个入口端口可以接收包含氮中心的气体。
图3C是根据一些示例的包括三个入口端口的样品引入装置的另一图示，其中一个入口端口可以接收包含氮中心的气体。
图3D是根据一些实施例的样品引入装置的图示，所述样品引入装置包括流体耦合到样品引入装置的出口的端口。
图4是根据一些示例的包括混合室的系统的图示。
图5是根据一些实施例的喷雾室的图示，所述喷雾室可以流体耦合到包含氮中心的气体。
图6是根据一些实施例的焊炬和线圈感应装置的图示。
图7是根据某些配置的焊炬和板状电极的图示。
图8是根据一些实施例的焊炬和鳍型感应装置的图示。
图9是根据一些示例的质谱仪中可能存在的某些部件的框图。
图10是根据一些实施例的光发射系统的框图。
图11是根据某些配置的原子吸收系统的图示。
图12是根据一些实施例的系统的图示，所述系统包括流体耦合到两个或更多个部件的气体源。
图13示出表3，其列出了许多元素的背景当量浓度测量值。
鉴于本公开的益处，本领域普通技术人员将认识到，图中所示的部件仅是为了说明可以使用的某些部件和配置。
具体实施方式
描述了某些配置，其可以使用包含氮中心的气体，诸如例如包含共价键合到另一个原子的氮原子的气体，以至少为某些元素形态提供改善的检测极限。在一些情况下，包含氮中心的气体可以在电离源的上游直接引入到电离源中，或者以包含氮中心的气体可以提供给电离源的其他方式引入。根据需要，可以使用许多不同的气体和气体组合。所使用的包含氮中心的气体的确切量可以变化，通常比通过系统的总气流体积(例如总气流量)的较小量低得多，例如远低于50％。如下文更详细指出的，当检测样品中的某些元素时，可能期望去除或防止引入包含氮中心的气体。在一些情况下中，气体是或包括包含氮中心的气体，而在其他示例中，气体是或包括包含氮中心的分子或化合物。如下所述，可以使用许多装置和系统来完成检测，包括质谱仪、光发射装置、原子吸收装置、飞行时间装置或其他装置和系统。虽然不希望被任何特定的理论或配置所束缚，但是使用包含氮中心的气体可以改善背景当量浓度(BEC)，背景当量浓度通常定义为在给定波长或质量下测量的表现出与背景相同强度的给定元素的浓度。BEC通常根据公式[1]来计算
[1]
Figure BDA0003383512390000061
其中C标准是标准品的浓度，I空白是空白的信号强度，I标准是标准品的信号强度。BEC的单位与标准的单位相同。BEC不是检测极限，而是来自元素和背景的信号的相对大小。一般来说，BEC越低，检测极限越低。如果来自干扰形态的背景信号可以被减少，例如，通过去除干扰形态或防止干扰形态形成，则BEC可以得到改善。
在下面的某些情况下，短语“难以电离的元素”指的是使用电感耦合等离子体作为电离源难以电离的某些元素形态。难以电离的元素的示例包括但不限于铍、锌、硒和砷。本文描述的方法和系统可以通过选择性地使用或不使用包含氮中心的气体来增强难以电离的元素的分析。例如，可以选择性地引入包含氮中心的气体，以减少在某些元素形态的分析期间可能存在的干扰和/或背景信号。不希望受任何特定科学理论的束缚，通过将氮原子引入到电离源中，可以减少某些干扰离子和/或干扰离子产物，从而为某些元素提供改善的检测极限。例如，当基于质荷(m/z)比检测离子时，可能会产生某些干扰，这些干扰具有与感兴趣的特定分析物相同或相似的m/z比。通过引入包含氮中心的气体，可以减少这种干扰形态的量或者使其量根本达不到任何显著的程度。在其他情况下，引入包含氮中心的气体可在某些m/z比下增加干扰或干扰形态的产生，这可能使某些元素的检测更加困难。因此，在检测某些元素期间选择性地引入包含氮中心的气体和在检测其他元素期间去除(或不引入)包含氮中心的气体通常可以改善分析样品中大多数(如果不是全部)元素的检测极限。
在某些实施例中，包含氮中心的气体可以在电离源的上游引入到例如与电离源流体耦合并定位在电离源上游的样品引入装置。参考图1A，示出了系统100，包括流体耦合到腔室或焊炬的样品引入装置110，该腔室或焊炬可用于维持等离子体或其他电离源120。可以将包含氮中心的气体引入到定位在电离源120上游的样品引入装置110中。在电离源120是电感耦合等离子体的情况下，气体中的氮原子可以减少用于维持等离子体的氩气所形成的某些干扰形态。在一些情况下，引入到焊炬中以维持焊炬中的等离子体的氩气包含在99.99％的氩与99.9999％的氩之间的纯度。如下文进一步讨论的，处理器或控制器可以存在于系统100中，并且被编程为根据待检测的特定元素引入或不引入包含氮中心的气体。通常将少量，例如小于50体积％的包含氮中心的气体引入样品引入装置110中，因此不会大幅稀释样品。可以将包含氮中心的气体间歇引入、连续引入、以脉冲或其他方式引入到样品引入装置110中。样品引入装置110可以采取多种形式，包括雾化器、喷雾室、喷雾尖端、喷雾嘴或20能够将雾化样品引入电离源120的其他形式。将在下面更详细地讨论可以在电离源120中使用的电离源的各种图示和类型。
在某些配置中，可以在样品引入装置和电离源之间的某个点引入包含氮中心的气体，例如通过定位在样品引入装置和电离源之间的端口、气体管线或装置。参考图1B，示出了系统130，其包括流体耦合到电离源150的样品引入装置140。可以将包含氮中心的气体引入到电离源150和样品引入装置140之间的系统130中，例如通过定位在样品引入装置140和电离源150之间的端口、喷雾室、流量控制器、阀、歧管等。例如，可以通过向从样品引入装置140离开的气流中添加具有氮中心的分子或化合物来引入气体。在其他示例中，可以将包含氮中心的气体引入到离开样品引入装置140的气流中。如果需要，混合室或其他装置可以存在于样品引入装置140和电离源150之间，以允许包含氮中心的气体与离开样品引入装置140的样品混合，从而将基本上均匀的气体引入到电离源150中。如下文进一步讨论的，处理器或控制器可以存在于系统130中，并且被编程为根据待检测的特定元素引入或不引入包含氮中心的气体。通常将少量，例如小于50体积％的包含氮中心的气体引入到离开样品引入装置140的气流中，因此不会大幅稀释样品。样品引入装置140可以采取多种形式，包括雾化器、喷雾室、喷雾尖端、喷雾嘴或能够将雾化样品引入到电离源150中的其他形式。将在下面更详细地讨论可以在电离源150中使用的电离源的各种图示和类型。
在一些配置中，可能期望将包含氮中心的气体直接引入到电离源中。参考图1C，示出了系统160，其包括流体耦合到电离源180的样品引入装置170。可以将包含氮中心的气体直接引入到电离源180中，以减少某些元素分析期间干扰的形成(或防止干扰的形成)。可以通过流体耦合到电离源180的端口、单独的喷雾室、流量控制器、阀、歧管等将气体直接引入到电离源180中。例如，在电离源180包括电感耦合等离子体(ICP)的情况下，可以将包含氮中心的气体直接引入或与等离子体气体混合，例如，引入到被配置为维持ICP的焊炬的内管中，使得气体与等离子体气体混合。例如，可以将包含氮中心的气体与结合一个或多个感应装置使用的氩等离子体气流混合，以在焊炬内维持等离子体。如果需要，可以存在混合室或其他装置，从而可以混合包含氮中心的气体和等离子体气体，从而将基本上均匀的等离子体气体混合物引入到电离源180中以维持等离子体。通常不将包含氮中心的气体提供给任何冷却气体、阻挡气体或其他辅助气体，这些气体可以与维持电感耦合等离子体的等离子体焊炬结合使用。如下文进一步讨论的，处理器或控制器可以存在于系统160中，并且被编程为根据待检测的特定元素引入或不引入包含氮中心的气体。通常将少量，例如小于50体积％的包含氮中心的气体引入到电离源180中，因此不会大幅稀释等离子体气体。样品引入装置170可以采取多种形式，包括雾化器、喷雾室、喷雾尖端、喷雾嘴或能够将雾化样品引入到电离源180中的其他形式。将在下面更详细地讨论可以在电离源180中使用的电离源的各种图示和类型。
尽管在图1A至图1C中示出了可以引入包含氮中心的气体的不同位点或点的某些配置，但是如果需要，可以在两个或更多个不同位点引入包含氮中心的气体，或者可以在两个或更多个不同位点引入包含不同氮中心的不同流体。此外，如下面更详细指出的，系统的其他部件，例如定位在电离源下游的碰撞池、反应池或碰撞反应池，也可以使用包含氮中心的气体。
在其他示例中，包含氮中心的气体可以是包含一个或多个包含氮原子的分子、化合物或形态的气体。例如，气体可以是氮气、氨气、一氧化二氮、二氧化氮、气态乙腈或包含铵离子的气体。也可以使用包含氮原子的气体的组合。如果需要，也可以将两种或更多种包含氮中心的不同气体一起引入到系统中，或者可以将两种或更多种包含氮中心的不同气体引入到系统中的不同位点或点。
在某些配置中，可以使用一个或多个流量控制器将包含氮中心的气体引入到系统中。参考图2，示出了系统200，其中流量控制器230，例如质量流量控制器流体耦合到样品引入装置210和气体源205，所述气体源被配置为提供包含氮中心的气体。流量控制器230电耦合到处理器240(或者可以包括其自己的处理器)，以控制引入到样品引入装置210中的包含氮中心的气体的量或体积。气体源205可引入包含氮中心的气体，可将所述气体引入到样品引入装置210中，并与提供给下游电离源220的样品混合。处理器240可以允许或防止将来自气体源205的气体引入到样品引入装置210中，这取决于正在分析的特定元素。如图2B和图2C所示，流量控制器230可以替代地流体耦合在样品引入装置210和电离源220之间(参见图2B中的系统250)或者直接耦合到电离源220(参见图2C中的系统260)。另选地，可以在两个或更多个不同的位点引入包含氮中心的气体，或者可以在两个或更多个不同位点引入包含不同氮中心的不同气体。此外，如下面更详细指出的，系统的其他部件，例如定位在电离源220下游的碰撞池、反应池或碰撞反应池也可以使用提供包含氮中心的气体的气体源205。
在某些配置中，可以将包含氮中心的气体引入到样品引入装置的端口中。图3A中示出了图示，其中样品引入装置310包括被配置为接收样品的入口312和被配置为允许样品从样品引入装置310离开的出口314。样品通常在装置310的主体内从入口312流向出口314。端口320可以存在于样品引入装置310上，并且流体耦合到包含氮中心的气体。尽管端口320被示出为处于以垂直于经过装置310的样品流的方式引入包含氮中心的气体的位置，但是这种定位并不是必需的。包含氮中心的气体可以平行流、逆流、垂直于样品流或以其他角度引入。尽管未示出，但阀或其他致动装置可以流体耦合到端口320，以允许或防止包含氮中心的气体流过端口320。阀可以是例如电磁阀，或者可以存在于流量控制器中。
在一些情况下，样品引入装置上可以存在单独的端口。例如，在喷雾室的情况下，单独的端口可以流体耦合到补充气体入口或允许的端口。图3B示出了一个一般化图示，其中样品引入装置330包括入口332、出口334、第一端口340和第二端口342。可以通过端口342将包含氮中心的气体引入到端口340中，以便在将大量气体从端口340引入到装置330的主体之前进行混合。例如，第一端口340可以接收用于携带样品分析物通过装置330和/或帮助分离单个颗粒、池等的气体。可以将包含氮中心的气体可以与通过第一端口340引入的气体一起引入到装置330的主体中。尽管未示出，但阀或其他致动装置可以流体耦合到第二端口342，以允许或防止包含氮中心的气体流过第二端口342。阀可以是例如电磁阀，或者可以存在于流量控制器中。
在其他配置中，样品引入装置可以包括三个或更多个单独的端口，其中一个端口可以接收包含氮中心的气体。图3C中示出了图示，其中样品引入装置350包括入口352、出口354以及端口362、364和366。尽管端口362、364和366被示出为定位在装置350的同一侧或表面上，但是这种定位并不是必需的。端口362、364和366中的一个或多个可以替代地定位在装置350的不同表面或侧上。例如，可使用端口362、364和366中的任何一个或多个将包含氮中心的气体引入到装置350中。端口362、364、366的直径、形状等可以相同或可以不同。尽管未示出，但阀或其他致动装置(或多个阀或致动装置)可以流体耦合到端口362、364和366中的一个或多个，以允许或防止包含氮中心的气体流过相应的端口。阀可以是例如电磁阀，或者可以存在于流量控制器中。
在一些示例中，可能期望在样品引入装置的出口引入包含氮中心的气体。图3D中示出了图示，其中样品引入装置370包括入口372、出口374和流体耦合到出口374的端口376。当分析物通过出口374离开装置370时，通过经端口376引入包含氮中心的气体，分析物可以与包含氮中心的气体混合。尽管未示出，但是包含氮中心的气体可以替代地被引入到装置370的入口372中。另选地，可以在样品引入装置的上游引入氮中心，从而在被提供给样品引入装置之前氮中心就已经与样品混合。
在一些示例中，可能期望将包含氮中心的气体引入到定位在样品引入装置和电离源之间的混合室中。参考图4，示出了系统400，其包括样品引入装置410、混合室420、电离源430和检测器440。混合室420可以被配置为通过端口、阀、歧管或其他装置接收包含氮中心的气体。从样品引入装置410进入混合室420的样品可以与包含氮中心的气体混合，使得样品和包含氮中心的气体的基本上均匀的混合物离开混合室420。混合室420可以包括主体或空腔，所述主体或空腔允许线性流、循环流或能够混合样品和包含氮中心的气体的其他气流。在一些情况下，混合室420可以采取如本文所述的喷雾室的形式。电离源430可以是等离子体或其他电离源。检测器440可以是质谱仪、光发射装置、原子吸收装置、飞行时间装置或其他检测器。
在存在样品引入装置的配置中，样品引入装置可以是雾化器、气雾器、喷雾嘴或喷雾头或其他装置。在一些实施例中，样品引入装置可以被配置为如图5所示的喷雾室。喷雾室500通常包括外部腔室或管510和内部腔室或管520。外部腔室510包括双补充气体入口512、514和排放口518。补充气体入口512、514通常流体耦合到公共气体源，但是如果需要，可以使用不同的气体，例如，气体端口之一可以接收包含氮中心的气体。尽管并不是必需的，但是补充气体入口512、514被示出为邻近入口端511定位，然而它们可以替代地定位在中心或朝向出口端513。内部腔室或管520邻近雾化器尖端505定位，并且可以包括两个或更多个微通道522、524，所述微通道被配置为提供补充气流以减少或防止样品回流和/或沉积在内部腔室或管520上。内部腔室或管520的配置和定位在区域540、542处提供了层流，所述层流用于保护外部腔室510的内表面免受任何液滴沉积。通过入口512、514将气体引入喷雾室500而提供的切向气流可用于选择某些液滴。内部腔室或管520中的微通道522、524也被设计成允许来自补充气体入口512、514的气体流动，从而保护内部腔室或管520的表面免受液滴沉积。在某些示例中，微通道522、524可以以类似的方式配置，例如，具有相同的尺寸和/或直径，而在其他配置中，微通道522、524的尺寸或布置可以不同。在一些情况下，至少两个、三个、四个、五个或更多个单独的微通道可以存在于内部腔室或管520中。微通道的确切尺寸、形式和形状可以变化，并且每个微通道不需要具有相同的尺寸、形式或形状。在一些示例中，不同直径的微通道可以存在于沿着内管的纵向轴线L1的不同径向平面处，以提供期望的屏蔽效果。例如，在2017年5月17日提交的美国申请第15/597,608号中描述了说明性的喷雾室，该申请的全部公开内容出于所有目的以引用方式并入本文。如本文更详细指出的，可以存在第三端口(或另外的端口)并用于将包含氮中心的气体引入喷雾室500。
在某些实施例中，喷雾室500的确切尺寸可以变化。在某些配置中，从雾化器尖端505到喷雾室500的端部的纵向长度可以是约10cm至约15cm，例如约12cm或13cm。外管510的直径可以从约1cm到约5cm变化，例如约3cm或4cm。内管520的最大直径可以从约0.5cm到约4cm变化，并且可以选择内管520的外表面和外管510的内表面之间的距离，以提供期望的层流速率，例如，距离可以是约0.1cm到约0.75cm。在某些示例中，内管520被示出为具有沿着外部腔室510的纵向轴线大致增大的内径，但是这种尺寸变化并不是必需的。内管520的某一部分可以是“平的”或者大致平行于纵向轴线L1，以增强层流，或者在另选的配置中，内管520的某一部分可以大致平行于外管510的表面，至少一定长度，以增强层流。外部腔室510的内径在一定程度上从入口端511朝向出口端513增加，然后朝向出口端513减小，使得外部腔室510的内径在出口端513比在入口端511小。如果需要，外部腔室510的内径可以从入口端511朝向出口端513保持恒定，或者可以从入口端511朝向出口端513增加。如果需要，两个或更多个相同或不同的不同喷雾室可以彼此流体耦合，以帮助选择单个池。
在某些配置中，本文描述的系统可以包括一个或多个电离源，其可以采取许多不同的形式，并且通常被配置为电离样品中存在的元素形态。在一些示例中，电离源可以是高温电离源，例如平均温度为约4000开尔文或更高的电离源，诸如例如直流等离子体、电感耦合等离子体、电弧、火花或其他高温电离源。所使用的确切电离源可以根据待分析的特定元素和/或池而变化，并且说明性电离源包括能够雾化和/或电离待检测的元素形态的电离源，例如能够雾化和/或电离金属、准金属和其他无机形态或有机形态的电离源。在其他示例中，电离源可以包括电子撞击源、化学电离源、场电离源、解吸源，诸如例如被配置用于快速原子轰击、场解吸、激光解吸、等离子体解吸、热解吸、电流体动力电离/解吸等的那些来源、热喷雾或电喷雾电离源或其他类型的电离源。
在某些示例中，电离源可以包括一个或多个焊炬和一个或多个感应装置。电离源的某些部件如图6至图8所示。例如，在美国专利第9,433,073号和第9,360,403号中描述了说明性的感应装置和焊炬，该专利的全部公开内容出于所有目的以引用方式并入本文。参考图6，示出了包括与感应线圈620结合的焊炬610的装置。感应线圈620通常电耦合到射频发生器(未示出)，以向焊炬610提供射频能量，并在焊炬610的某个部分内维持电感耦合等离子体650。样品引入装置(未示出)可用于将样品引入到等离子体650中，以电离和/或雾化样品中存在的元素形态。如本文所述，可在等离子体650的上游引入包含氮中心的气体，例如，通过样品引入装置、通过焊炬的端口或两者之间的某处。例如，可在等离子体650的上游引入氮气、氨气、一氧化二氮、二氧化氮或包含铵离子的气体。电离和/或雾化的元素形态可以在焰焊炬内使用轴向或径向检测来检测，或者可以提供给下游腔室或其他装置，例如质量分析仪，用于检测或进一步选择和/或过滤。
在另选的配置中，图6中的感应线圈620可以用一个或多个板状电极来代替。例如，参考图7，第一板状电极720和第二板状电极721被示出为包括可以接纳焊炬710的孔。例如，焊炬710可以放置在包括板状电极720、721的感应装置的某个区域内。等离子体750或其他电离/雾化源，诸如例如电感耦合等离子体，可以使用焊炬710和来自板720、721的感应能量来维持。射频发生器730电耦合到板720、721中的每一个。如果需要，替代地，可以仅使用单个板状电极。样品引入装置可用于将单个样品引入到等离子体750中，以电离和/或雾化样品中的形态。如本文所述，可以在等离子体750的上游引入包含氮中心的气体。例如，可以在等离子体750的上游引入氮气、氨气、一氧化二氮、二氧化氮或包含铵离子的气体。说明性的射频发生器描述在例如美国专利第4,629,940、6,329,757和9,420,679号中。
在其他配置中，包括一个或多个径向鳍片的感应装置可以替代地用于本文描述的方法和系统中。参考图8，装置或系统可以包括感应线圈820，所述感应线圈包括至少一个径向鳍片和焊炬810。等离子体或其他电离/雾化源(未示出)，诸如例如电感耦合等离子体，可以使用焊炬810和来自径向鳍型感应装置820的感应能量来维持。射频发生器(未示出)可以电耦合到感应装置820，以向焊炬810提供射频能量。样品引入装置(未示出)可用于将单个样品引入到焊炬810中。可以在焊炬810中维持的等离子体的上游引入包含氮中心的气体。例如，可以在焊炬810中维持的等离子体的上游引入氮气、氨气、一氧化二氮、二氧化氮或包含铵离子的气体。引入样品中的元素形态可以被电离或雾化，并使用下游质量分析仪进行分离。在其他情况下，可以在电离源中使用一个或多个电容装置，诸如例如电容线圈或电容板。此外，也可以使用两个或更多个感应装置、电容装置或其他能够向焊炬提供能量以维持雾化/电离源诸如等离子体的装置。
在某些实施例中，本文描述的系统可以被配置为质谱仪。参考图9，质谱仪900包括流体耦合到电离源930的样品引入装置920。电离源930流体耦合到质量分析仪940。质量分析仪流体耦合到检测器950，所述检测器可以与质量分析仪940集成或分离。处理器960可以电耦合到系统900的一个或多个部件，以控制各种子系统。如本文所讨论的，样品引入装置920可以是雾化器、气雾器、喷雾嘴或喷雾头或能30够向电离源930提供池的其他装置。样品引入装置920可以是或可以包括如图5所示的喷雾室。电离源930可以是本文所述的任何电离源，例如图6至图8所示的感应装置和/或焊炬。质量分析仪940可以采取多种形式，这通常取决于样品性质、期望的分辨率等。在某些实施例中，质量分析仪940可以是扫描质量分析仪、磁扇形分析仪(例如，用于单聚焦和双聚焦质谱装置)、四极杆质量分析仪、离子阱分析仪(例如，回旋加速器、四极杆离子阱)、飞行时间分析仪以及可以分离或过滤(或两者)具有不同质荷比的元素形态的其他合适的质量分析仪。质量分析仪940可以包括串联布置的两个或更多个不同的装置，例如串联质谱/质谱装置或三重四极杆装置，以选择和/或识别从电离源930接收的离子。
在某些示例中，检测器950可以是可与现有质谱仪一起使用的任何合适的检测装置，例如电子倍增器、法拉第杯、涂层照相底板、闪烁检测器等，和本领域普通技术人员根据本公开的益处将选择的其他合适的装置。处理器960通常包括微处理器和/或计算机以及用于分析引入到系统900中的样品的合适软件。如果需要，处理器960可以访问一个或多个数据库，用于确定引入到系统900中的形态的化学特性。
在某些配置中，可以使用光发射光谱(OES)来检测样品中存在的元素形态。参考图10，OES装置或系统1000包括样品引入装置1010、电离源或装置1020和检测器或检测装置1030。样品引入装置1010可以包括喷雾室、雾化器或其他形式。电离装置1020可以包括，例如，如图6至图8所示的一个或多个部件，或者可以提供或维持电离源的其他装置和部件。检测器或检测装置1030可以采取多种形式，并且可以是可以检测来自元素形态的光发射诸如光发射1025的任何合适的装置。如果需要，检测装置1030可以包括合适的光学器件，诸如透镜、镜子、棱镜、窗口、带通滤波器等。检测装置1030还可以包括光栅，诸如中阶梯光栅，以提供多通道OES装置。诸如中阶梯光栅等光栅可以允许检测多个发射波长。光栅可以定位在单色仪或其他合适的装置内，用于选择一个或多个特定波长进行监测。检测装置1030可以被配置为监测大波长范围内的发射波长，包括但不限于紫外、可见、近红外和远红外等。OES装置1000还可以包括合适的电子器件，诸如微处理器和/或计算机以及合适的电路系统，以提供期望的信号和/或用于数据采集。合适的附加装置和电路系统在本领域中是已知的，并且可以在例如商购OES装置上找到，诸如商购自PerkinElmer Health Sciences公司的Optima2100DV系列、Optima 5000DV系列OES装置或Optima 8000或8300系列OES装置。任选显示器1040可以是读出器、屏幕、打印机、计算机等，其可以存在以监测元素形态的检测。OES装置还可包括自动进样器，诸如商购自PerkinElmer Health Sciences公司的AS90和AS93自动进样器，或得自其他供应商的类似装置。例如，可以使用尺寸已知的元素和颗粒的标准浓度来校准OES装置1000，以提供可用于量化每种元素的每种元素的校准曲线。如果需要，可以使用峰高、峰面积或两者来确定单个颗粒中存在的每种元素的量。
在某些实施例中，检测到的发射光的确切波长可用于识别样品中存在的特定元素形态。许多元素可以发出多于一种波长的光。原子形态也可以发射与电离形态不同波长的光。一些不同元素形态的说明性光发射波长包括但不限于银为328.066nm或338.288nm、铝为396.151nm或308.212nm、砷为188.980nm或193.696nm、硼为249.772nm或249.676nm、钡为455.402nm或233.524nm、铍为313.104nm或313.042nm、钙为317.932nm或422.673nm、镉为226.502nm或214.434nm、钴为228.615nm或230.785nm、铬为205.560nm或267.711nm、铜为324.754nm或327.393nm、铁为238.201nm或239.568nm、钾为766.490nm、锂为670.784nm、镁为285.212nm或279.076nm、锰为257.607nm或293.305nm、钼为202.032nm或203.846nm、钠为589.587nm或330.237nm、钠为231.604nm、磷为213.617nm或178.224nm、铅为220.354nm、硫(为硫酸)为180.671nm或181.975nm、锑为206.834nm或217.582nm、硒为196.029nm、硅为251.609nm或221.663nm、锶为421.549nm或460.733nm、钍为283.730nm或401.913nm、钛为334.943nm或368.519nm、铊为190.801nm、钒为292.402nm或290.880nm、铀为409.014nm、钨为207.912nm或239.708nm、锌为213.858nm或206.199nm和镥为291.138nm。鉴于本公开的益处，并且根据所选择的检测器、径向检测的使用、轴向检测的使用等，本领域普通技术人员将选择另外的合适的元素发射波长。
在某些示例中，可以使用原子吸收光谱仪(AAS)来检测样品中存在的元素形态，以测量不同元素形态吸收的光。参考图11，单光束AAS装置1100包括光源1110、样品引入装置1120、电离装置或源1130和检测装置1140。样品引入装置1120可以是本文所述那些中的任何一个或多个，例如喷雾室或其他合适的样品引入装置。电源(未示出)可以被配置为向光源1110供电，所述光源提供一种或多种波长的光1112，用于被电离源1130中的原子和离子吸收。合适的光源包括但不限于汞灯、阴极射线灯、激光器等。光源1110可以使用合适的斩波器或脉冲电源来脉冲化，或者在实现激光器的示例中，激光器可以用选定频率例如5、10或20次/秒来脉冲化。光源1110的确切配置可以变化。例如，光源1110可以在轴向上沿着电离装置1130的焊炬提供光，或者可以在径向上沿着电离装置1130的焊炬提供光。图11所示的示例被配置为从光源1110轴向供应光。使用轴向信号观察可以获得信噪比优势。如果需要，光源可以向与电离源1130分离的腔室，例如定位在电离源1130下游的腔室提供光。例如，元素形态可以从电离源1130提供给光学耦合到光源1110的下游腔室。尽管许多不同的配置是可能的，但是检测装置1140光学耦合到光源1110，从而检测特定元素形态吸收的光量。在一些示例中，光源1110可以提供至少两种不同波长的光，其中一种波长被第一元素形态吸收，且另一种波长的光被第二元素形态吸收。如果需要，光谱仪可以存在于光源1110和电离源1130(或次腔室)之间，以提供多个不同的单独光波长供元素形态吸收。电离装置1130可以包括如图6至图8所示的一个或多个部件，或者可以提供或维持电离源的其他装置和部件。当样品在电离装置1130中被雾化和/或电离时，来自光源1110的入射光1112可以激发原子。也就是说，由光源1110供应的某一百分比的光1112的可以被电离装置1130中的原子和离子吸收。剩余百分比的光可以作为波长1132传输到检测装置1140。检测装置1140可以使用例如棱镜、透镜、光栅和其他合适的装置，诸如上面参考OES装置讨论的那些装置，来提供一个或多个合适的波长。为了说明电离装置1130中样品的吸收量，可以在引入样品之前先引入空白，诸如水或缺乏任何元素形态的颗粒，以提供100％的透射率参考值。一旦将样品引入到电离装置1130中，就可以测量透射的光量，并且样品透射的光量可以除以参考值以获得透射率。透射率的负log10等于吸光度。AAS装置1100还可以包括合适的电子器件，诸如微处理器和/或计算机以及合适的电路系统，以提供期望的信号和/或用于数据采集。合适的另外的装置和电路系统可以在例如商购AAS装置上找到，诸如商购自PerkinElmerHealth Sciences的AAnalyst系列光谱仪或PinAAcle光谱仪。AAS装置还可包括本领域已知的自动进样器，诸如商购自PerkinElmer Health Sciences公司的AS-90A、AS-90plus和AS-93plus自动进样器。在电离源1130被配置为维持电感耦合等离子体的情况下，可以存在电耦合到感应装置的射频发生器。在某些实施例中，可以代替地使用双光束AAS装置来代替单光束AAS装置。
在一些示例中，吸收的光的波长可以用于识别样品中存在的元素形态。许多元素可以吸收两种或更多种不同波长的光。此外，原子形态与电离形态相比可吸收不同波长的光。当将两种或更多种波长的光提供给电离的元素形态时，可能期望选择彼此不重叠的监测波长。此外，当使用轴向检测和径向检测时，所选择的波长可能不同。一些不同元素形态的示例性吸收波长包括但不限于银为328.1nm、铝为309.3nm、砷为193.7nm、金为242.8nm、硼为249.7nm、钡为553.6nm、铍为234.9nm、铋为223.1nm、钙为422.7nm、镉为228.8nm、钴为240.7nm、铬为357.9nm、铯为852.1nm、铜为324.8nm、镝为404.6nm、铒为400.8nm、铕为459.4nm、铁为5 248.3nm、镓为287.4nm、钆为368.4nm、锗为265.1nm、铪为286.6nm、汞为253.7nm、钬为410.4nm、铟为303.9nm、铱为264.0nm、钾为766.5nm、镧为550nm、锂为670.8nm、镥为336.0nm、镁为285.2nm、锰为279.5nm、钼为313.3nm、钠为589nm、铌为334.4nm、钕为492.4nm、镍为232.0nm、锇为290.9nm、磷为213.6nm、铅为283.3nm、钯为244.8nm、镨为495.1nm、铂为265.1nm、铷为780.0nm、铼为346.9nm、铑为343.5nm、钌为349.9nm、锑为217.6nm、钪为391.2nm、硒为196.0nm、硅为251.16nm、钐为429.7nm、锡为286.3nm、锶为460.7nm、钽为271.5nm、钍为432.6nm、锝为261.4nm、碲为214.3nm、钛为364.3nm、铊为267.8nm、铥为371.8nm、铀为351.5nm、钒为318.4nm、钨为255.1nm、钇为410.2nm、镱为398.8nm、锌为213.9nm和锆为360.1nm。
在某些实施例中，包含氮中心的流体可以根据所检测的特定元素而选择性地开启或切断。如本文所述，在分析某些“难以电离”的元素期间，引入包含氮中心的气体可能会产生干扰，所述干扰会增加背景信号，可使得难以电离的元素的检测变得困难。由于分析物样品可以包含难以电离的元素和非难以电离的元素，因此可能期望改善非难以电离的元素的检测极限，同时不改变或降低难以电离的元素的检测极限。通过针对某些元素选择性地引入包含氮中心的气体而对于其他元素则不引入，可以用改善的信噪比和/或来自干扰形态的降低的背景信号来检测感兴趣的分析物。处理器可用于将特定元素的检测与包含氮中心的气体的选择性引入(或选择性停止)相关联。例如，系统可以被设计成将包含氮中心的气体连续引入到气体样品中，除非要检测难以电离的元素。在这种情况下，处理器可以切断流量控制器或者以其他方式停止包含氮中心的气体的流动，以允许在没有将任何氮中心引入电离源的情况下检测难以电离的元素。然后，处理器可以在检测其他元素期间重新开启包含氮中心的气体的流动。在另选的配置中，系统可以被配置为在没有包含氮中心的气体的情况下运行，除非对于某些元素，在存在包含氮中心的气体的情况下检测极限会改善。在这种情况下，气体可以在分析这些元素期间开启，然后在分析其他元素时切断。尽管在检测难以电离的元素期间通常不引入包含氮中心的气体，但是可以引入它来提供信号的差分比较。例如，在不存在任何包含氮中心的气体和存在包含氮中心的气体的情况下，可以检测难以电离的元素。可以将得到的信号进行比较，例如，以获得可能存在的干扰形态的量度，或者提供干扰信号的背景增强的一些指示。此外，可以使用具有不同氮中心的流体来比较差分信号，以确定对于某些元素，特定的含氮形态是否可能比其他形态工作得更好。
在某些示例中，本文的方法和系统可以包括或使用处理器，所述处理器可以是系统或仪器的一部分，或者存在于与仪器一起使用的相关联的装置中，例如计算机、膝上型电脑、移动装置等。例如，处理器可用于控制系统的不同部件。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/或公共硬件电路系统中，包括例如微处理器和/或用于操作系统的合适软件，例如控制样品引入装置、电离源、检测器等。在一些示例中，检测装置或检测器本身可以包括其自己的相应处理器、操作系统和其他特征，以允许检测各种元素形态。处理器可以与系统成一体，或者可以存在于一个或多个附件板、印刷电路板或电耦合到系统的部件的计算机上。处理器通常电耦合到一个或多个存储器单元，以从系统的其他部件接收数据，并允许根据需要或期望调整各种系统参数。处理器可以是通用计算机的一部分，诸如基于Unix、英特尔奔腾型处理器、摩托罗拉PowerPC、Sun UltraSPARC、惠普PA-RISC处理器或任何其他类型处理器的那些。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。此外，系统可以连接到单个计算机，或者可以分布在通过通信网络附接的多个计算机中。应当理解，可以执行包括网络通信在内的其他功能，并且该技术不限于具有任何特定功能或功能集。各个方面可以实现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装置的处理器，诸如磁盘驱动器、存储器或用于存储数据的其他装置。存储器通常用于存储程序、校准曲线、发射或吸收波长以及系统运行期间的数据值。计算机系统的部件可以通过互连装置耦合，所述互连装置可以包括一条或多条总线(例如，集成在同一机器内的部件之间)和/或网络(例如，驻留在单独的分立机器上的部件之间)。互连装置提供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处理时间，例如几毫秒、几微秒或更短时间内接收和/或发出命令，以允许系统的快速控制。例如，可以实现计算机控制来控制样品引入、包含氮气中心的气体的流动、检测器参数等。处理器通常电耦合到电源，所述电源可以是例如直流电源、交流电源、电池、燃料电池或其他电源或电源的组合。电源可以由系统的其他部件共享。系统还可以包括一个或多个输入装置，例如键盘、鼠标、轨迹球、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装置，例如打印装置、显示屏、扬声器。此外，该系统可以包含一个或多个将计算机系统连接到通信网络的通信接口(除了互连装置之外或作为其替代形式)。该系统还可以包括合适的电路系统来转换从系统中存在的各种电气装置接收的信号。这种电路系统可以存在于印刷电路板上，或者可以存在于单独的板或装置上，该板或装置通过合适的接口，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、近场通信或其他无线协议和/或接口，电耦合到印刷电路板。
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，其中可以存储可以由程序使用以由处理器执行的软件代码或者存储在介质上或介质中以由程序处理的信息。介质例如可以是硬盘、固态驱动器或闪存。要由处理器执行的程序或指令可以位于本地或远程，并且可以由处理器根据需要通过互连机制、通信网络或其他手段来检索。典型地，在操作中，处理器使得数据从非易失性记录介质被读取到另一个存储器中，这允许处理器比介质更快地访问信息。这种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，然后在处理完成后将数据复制到介质上。已知多种用于管理介质和集成电路存储器元件之间的数据移动的机制，并且该技术不限于此。该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，例如应用专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。该技术的各方面可以在软件、硬件或固件或其任意组合中实施。此外，这种方法、动作、系统、系统元件及其部件可以实施为上述系统的一部分或作为独立部件。尽管通过示例的方式将特定系统描述为可以实践本技术的各个方面的一种类型的系统，但是应当理解，各方面不限于在所述系统上实施。各个方面可以在具有不同架构或部件的一个或多个系统上实践。系统可以包括使用高级计算机编程语言可编程的通用计算机系统。这些系统也可以使用专门编程的专用硬件来实施。在系统中，处理器通常是商购处理器，诸如众所周知的得自英特尔公司的奔腾类处理器。也可商购许多其他处理器。这种处理器通常执行操作系统，该操作系统例如，可以是得自微软公司的Windows 95、Windows 98、Windows NT、Windows 2000(Windows ME)、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8或Windows 10操作系统，MAC OS X，例如得自Apple公司的Snow Leopard、Lion、MountainLion或其他版本，得自太阳微系统公司的Solaris操作系统，或得自各种来源的UNIX或Linux操作系统。可以使用许多其他操作系统，并且在某些实施例中，可以使用一组简单的命令或指令作为操作系统。此外，处理器可以被设计为量子处理器，其被设计为使用一个或多个量子位来执行一个或多个功能。
在某些示例中，处理器和操作系统可以一起定义可以写入高级编程语言形式的应用程序的平台。应当理解，该技术不限于特定的系统平台、处理器、操作系统或网络。此外，鉴于本公开的益处，对于本领域技术人员来说应显而易见的是，本技术不限于特定的编程语言或计算机系统。此外，应当理解，也可以使用其他适当的编程语言和其他适当的系统。在某些示例中，硬件或软件可以被配置为实现认知架构、神经网络或其他合适的实现方式。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为向一个或多个客户端计算机提供服务(例如，服务器)或者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中。例如，根据各种实施例，可以在包括分布在执行各种功能的一个或多个服务器系统中的部件的客户端-服务器或多层系统上执行各种方面。这些部件可以是使用通信协议(例如，TCP/IP)在通信网络(例如，互联网)上通信的可执行、中间(例如，IL)或解释(例如，Java)代码。还应当理解，该技术不限于在任何特定系统或系统组上执行。此外，应当理解，该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，各种实施例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。也可以使用其他面向对象的编程语言。另选地，可以使用函数式、脚本式和/或逻辑编程语言。各种配置可以在非编程环境(例如，以HTML、XML或其他格式创建的文档，当在浏览器程序的窗口中查看时，这些文档呈现图形用户界面(GUI)的各方面或执行其他功能)中实现。某些配置可以被实现为编程或非编程元件或其任意组合。在一些情况下，系统可以包括远程接口，诸如存在于移动装置、平板电脑、膝上型计算机或其他便携式装置上的远程接口，这些装置可以通过有线或无线接口进行通信，并允许根据需要远程操作系统。
在某些示例中，处理器还可以包括或能够访问关于元素形态等的信息数据库，该数据库可以包括光发射波长、光吸收波长和其他常见信息。例如，可以将不同元素形态的校准曲线集合存储在数据库中，并用于估计样品中的元素浓度，而不需要用户为每个元素执行校准曲线。当样品量有限时，这种方法可能是特别期望的。存储在存储器中的指令可以执行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系统不同部件的控制参数或值，例如不同的气体流速、要监测的不同光波长等。使用输入接口接收控制指令，并使用链接到系统中的不同系统部件的输出接口，处理器可以对系统进行主动控制。例如，处理器可以控制检测装置、样品引入装置、电离源、流量控制器等。
在一些实施例中，也可以将包含氮中心的气体引入到电离源下游的系统的另一个部件中。参考图12，示出了系统1200，其中包括具有氮中心的气体的气体源1230流体耦合到样品引入装置1210和电离源1220下游的池1240。如果需要，可以存在任选的流量控制器1235，并且用于控制气体从气体源1230独立地流向样品引入装置1210和池1240。在一些示例中，池1240可以采取碰撞池、反应池或碰撞反应池的形式，例如在美国专利第8,426,804号中描述的。在某些示例中，来自气体源1230的气体也可以或替代地被提供给除了池1240之外的下游部件，例如，它可以被提供给检测器、质量分析仪或电离源1220下游的其他部件。
下文描述了某些特定示例，以说明本文所述技术的一些新颖和创新方面。
实例1
使用电感耦合质谱仪系统(NexION ICP-MS)来测量信号(背景信号和元素信号)，该系统包括商购自PerkinElmer Health Sciences公司的喷雾室，例如全基质溶液(AllMatrix Solution)喷雾室。下表1示出表示检测到的每种元素的每秒计数(cps)的值的结果。将每万亿分之100的元素分别引入到质谱仪中。将没有氮中心气体引入到喷雾室中。在反应池中存在氨的情况下，以DRC模式进行分析。
表1
Figure BDA0003383512390000231
使用空白信号的标准偏差(空白信号的3x标准偏差)除以分析信号来计算检测极限。期望的检测极限为1ppt或以下。铁、钙和钾的背景当量浓度分别为10.6、8.29和6.51ppt。
实例2
使用实例1中使用的相同系统在引入到喷雾室中的氮气(1体积％)存在下测量信号(背景信号和元素信号)。下表2示出表示检测到的每种元素的每秒计数(cps)的值的结果。将每万亿分之100的元素分别引入质谱仪。
表2
Figure BDA0003383512390000241
该结果与当用氨气操作反应池时，在引入到喷雾室中的氮气存在下背景当量浓度(BEC)的改善是一致的。钙检测极限没有改善，因为主要干扰是Ar+，而氮对这种形态没有影响。由于引入氮时ArX+形态没有形成(或在较低程度上形成)，BEC和因此其他元素的检测极限得到改善。与实例1中测量的背景信号相比，背景信号显著降低。与实例1中的信号强度相比，所有元素(分析和背景信号)的信号强度也降低了，然而与背景信号相比速率降低了。在氮气存在下，铁、钙和钾的背景当量浓度(BEC)分别为0.59、7.13和1.18ppt。BEC在这三个方面都改善了。
实例3
使用实例1中的系统，针对图13中表3所示的每种元素，确定氮气不存在和存在情况下的背景当量浓度(BEC)。这些元素存在于13％硝酸的水溶液中。氮气的添加改善了许多元素的BEC，特别是那些容易氧化的元素(铀、钒)。表3中的值表示为(Log BEC)/万亿分之一。
当介绍本文公开的示例的元素时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在元素中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是开放式的，并且意味着除了列出的元素之外，还可存在另外的元素。鉴于本公开的益处，本领域普通技术人员将认识到，示例的各种部件可以与其他示例中的各种部件互换或替换。
尽管上面已经描述了某些方面、示例和实施例，但是鉴于本公开的益处，本领域普通技术人员将认识到，所公开的说明性方面、示例和实施例的添加、替换、修改和变更是可能的。

Claims (41)

1.一种方法，包括在焊炬中维持的等离子体的上游引入包含氮中心的气体，其中所述焊炬被配置为使用引入到所述焊炬的等离子体气体来维持电感耦合等离子体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述包含所述氮中心的气体以气流的形式引入到所述焊炬中，所述气流与提供给所述焊炬的所述等离子体气体分离并与提供给所述焊炬以冷却所述焊炬的玻璃器皿的任何冷却气体分离。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述包含所述氮中心的气体引入到喷雾室中，所述喷雾室定位在所述焊炬的上游并与所述焊炬的样品入口流体耦合。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述包含所述氮中心的气体通过所述喷雾室的次端口引入。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述喷雾室的所述次端口垂直于所述喷雾室的纵向轴线定位。
6.根据权利要求3所述的方法，还包括当使用所述电感耦合等离子体分析难以电离的元素时，切断将所述包含所述氮中心的气体引入到所述喷雾室中。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括当使用所述电感耦合等离子体分析除了难以电离的元素之外的元素时，开启将所述包含所述氮中心的气体引入到所述喷雾室中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述喷雾室流体耦合到雾化器，并且其中当开启和切断进入所述喷雾室的所述包含所述氮中心的气体时，样品通过所述雾化器的流速基本上恒定。
9.根据权利要求3所述的方法，还包括将所述引入的包含所述氮中心的气体配置为占引入到所述焊炬中的总气流的高达约50体积％。
10.根据权利要求3所述的方法，还包括将所述包含所述氮中心的气体以相对于通过所述喷雾室的大量气流的流动方向为平行流、垂直流或逆流的流动方式引入。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含所述氮中心的气体是氮气、氨气、一氧化二氮、二氧化氮或包含铵离子的气体。
12.根据权利要求3所述的方法，其中所述焊炬定位在感应装置的孔中，所述感应装置被配置为向所述焊炬提供射频能量，以使用氩作为所述等离子体气体来维持所述焊炬中的所述电感耦合等离子体，并且其中所述喷雾室被配置为向所述焊炬提供样品层流，其中所述样品层流还包括所述引入的包含所述氮中心的气体。
13.根据权利要求12所述的方法，其中向所述感应装置提供约500瓦至约1800瓦的功率，以维持所述焊炬中的所述电感耦合等离子体。
14.根据权利要求13所述的方法，其中引入到所述焊炬中以维持所述焊炬中的所述等离子体的氩气包含在99.99％的氩与99.9999％的氩之间的纯度。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括流体耦合到所述焊炬的出口的质量分析仪。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括光学检测器，所述光学检测器被配置为接收来自所述焊炬中的受激离子的光发射。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述包含所述氮中心的气体引入到所述焊炬的端口中，所述端口提供所述等离子体气体以维持所述焊炬中的所述等离子体。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述包含所述氮中心的气体是氮气、氨气、一氧化二氮、二氧化氮或包含铵离子的气体。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述焊炬定位在感应装置的孔中，所述感应装置被配置为向所述焊炬提供射频能量，以使用氩作为所述等离子体气体来维持所述焊炬中的所述电感耦合等离子体。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括当使用所述电感耦合等离子体分析难以电离的元素时，切断将所述包含所述氮中心的气体引入到所述焊炬中。
21.一种质谱仪系统，包括：
样品引入装置，包括第一端口和第二端口，其中所述第一端口接收第一气体，且所述第二端口接收不同于所述第一气体的第二气体，并且其中所述第二气体包含氮中心；
焊炬，流体耦合到所述样品引入装置并被配置为在所述焊炬的样品入口接收来自所述样品引入装置的样品；
感应装置，被配置为向所述焊炬提供射频能量，以维持所述焊炬中的电感耦合等离子体，从而电离所述样品；
质量分析仪，流体耦合到所述焊炬的样品出口并被配置为从所述焊炬接收离子；
检测器，流体耦合到所述质量分析仪；以及
处理器，被配置为当使用所述质谱仪系统分析包含难以电离的元素的样品时，防止将所述第二气体引入到所述样品引入装置中，并且当使用所述质谱仪系统分析除难以电离的元素之外的元素时，允许所述第二气体进入所述样品引入装置。
22.根据权利要求21所述的质谱仪系统，其中所述样品引入装置包括喷雾室，所述喷雾室定位在所述焊炬的上游并流体耦合到所述焊炬的样品入口。
23.根据权利要求22所述的质谱仪系统，其中所述喷雾室包括引入所述第二气体所通过的所述第二端口，并且包括引入所述第一气体所通过的所述第一端口。
24.根据权利要求23所述的质谱仪系统，其中所述喷雾室的所述第二端口垂直于所述喷雾室的纵向轴线定位。
25.根据权利要求23所述的质谱仪系统，其中所述第二端口与所述第一端口正交。
26.根据权利要求22所述的质谱仪系统，其中所述处理器还被配置为控制引入到所述样品引入装置中的所述包含所述氮中心的第二气体的量。
27.根据权利要求22所述的质谱仪系统，其中所述处理器还被配置为基于要使用所述质谱仪系统分析的分析物，从多种包含氮中心的气体中选择特定包含氮中心的气体。
28.根据权利要求22所述的质谱仪系统，还包括流体耦合到所述喷雾室的雾化器。
29.根据权利要求28所述的质谱仪系统，其中所述喷雾室被配置为向所述焊炬的所述样品入口提供样品层流，其中所述样品层流还包括所述包含所述氮中心的第二气体。
30.根据权利要求23所述的质谱仪系统，还包括位于所述喷雾室上的第三端口，其中所述第三端口接收不同于所述第一气体和所述第二气体的气体。
31.一种光发射光谱仪系统，包括：
样品引入装置，包括第一端口和第二端口，其中所述第一端口接收第一气体，且所述第二端口接收不同于所述第一气体的第二气体，并且其中所述第二气体包含氮中心；
焊炬，流体耦合到所述样品引入装置并被配置为在所述焊炬的样品入口接收来自所述样品引入装置的样品；
感应装置，被配置为向所述焊炬提供射频能量，以维持所述焊炬中的电感耦合等离子体，从而电离所述样品；
光学检测器，被配置为检测所述焊炬中的受激分析物的光发射；以及
处理器，被配置为当使用所述光发射光谱仪系统分析包含难以电离的元素的样品时，防止将所述第二气体引入所述样品引入装置，并且当使用所述光发射光谱仪系统分析除难以电离的元素之外的元素时，允许所述第二气体进入所述样品引入装置。
32.根据权利要求31所述的光发射光谱仪系统，其中所述样品引入装置包括喷雾室，所述喷雾室定位在所述焊炬的上游，并且流体耦合到所述焊炬的样品入口。
33.根据权利要求32所述的光发射光谱仪系统，其中所述喷雾室包括引入所述第二气体所通过的所述第二端口，并且包括引入所述第一气体所通过的所述第一端口。
34.根据权利要求33所述的光发射光谱仪系统，其中所述喷雾室的所述第二端口垂直于所述喷雾室的纵向轴线定位。
35.根据权利要求33所述的光发射光谱仪系统，其中所述第二端口与所述第一端口正交。
36.根据权利要求33所述的光发射光谱仪系统，其中所述处理器还被配置为控制引入到所述样品引入装置中的所述包含所述氮中心的第二气体的量。
37.根据权利要求33所述的光发射光谱仪系统，其中所述处理器还被配置为基于要使用所述光发射光谱仪系统分析的分析物，从多种包含氮中心的气体中选择特定包含氮中心的气体。
38.根据权利要求33所述的光发射光谱仪系统，还包括流体耦合到所述喷雾室的雾化器。
39.根据权利要求38所述的光发射光谱仪系统，其中所述喷雾室被配置为向所述焊炬的所述入口提供样品层流，其中所述样品层流还包括所述包含所述氮中心的第二气体。
40.根据权利要求33所述的光发射光谱仪系统，还包括位于所述喷雾室上的第三端口，其中所述第三端口接收不同于所述第一气体和所述第二气体的气体。
41.一种喷雾室，被配置为在所述喷雾室的入口端流体耦合到雾化器，以从所述雾化器接收液体样品，并在所述喷雾室的出口端向流体耦合到所述喷雾室的所述出口端的电离装置提供雾化样品喷雾，所述喷雾室包括：
外部腔室，包括所述入口端、所述出口端和双补充气体入口端口，每个补充气体入口端口被配置为接收气体以在所述外部腔室内提供切向气流；
内部腔室，在所述外部腔室内，所述内部腔室包括多个内部微通道，所述内部微通道被配置为接收从所述双补充气体入口端口引入到所述外部腔室中的补充气体，其中所述内部腔室的尺寸和布置被设置为在所述内部腔室的外表面和所述外部腔室的内表面之间提供层流，以减少所述内部腔室上的液滴沉积；以及
气体端口，与所述双补充气体入口端口分离并被配置为接收包含氮中心的气体，其中所述喷雾室被配置为允许所述接收的包含所述氮中心的气体与引入到所述双补充气体入口端口中的补充气体混合，使得所述包含所述氮中心的气体存在于在所述喷雾室的所述出口端离开所述喷雾室的所述雾化样品喷雾中。
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