CN203055857U - 具有离子离轴传输功能的icp-ms分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种具有离子离轴传输功能的ICP-MS分析系统，所述分析系统包括ICP源、质量分析器及检测器；其特征在于：所述分析系统包括：弯曲的多级杆导引装置，所述多级杆导引装置用于将所述ICP源射出的离子的传输方向偏转并进入所述质量分析器。本实用新型具有彻底滤除光子和中性粒子的干扰，同时可以降低空间电荷效应照成的不利影响，还可以引入碰撞聚焦效应进一步增加离子的传输效率等优点。

Description

具有离子离轴传输功能的ICP-MS分析系统

技术领域

本实用新型涉及ICP-MS分析领域，尤其涉及具有离子离轴传输功能的ICP-MS分析系统。

背景技术

在ICP-MS中，ICP源产生的离子相对其他离子源具有较大的平均能量，能量分布也较宽，而且含有大量的非分子元素离子的离子，比如载气Ar的激发离子，这些因素导致离子在从大气压传输至真空的传输效率极低，影响了仪器灵敏度。其次，ICP源同时也是光源，在离子化的同时会产生大量的光子，光子到达检测器会形成很高的背景信号，直接影响仪器的信噪比以及检测器的使用寿命，此外处于激发态的中性粒子也会导致同样的问题。最后，由于ICP离子源不是在封闭的真空系统中进行检测，所以在测定过程中，气体及水、酸产生的氩、氧、氮、氯、氢、碳等离子都可能进入检测系统，因而在12、14、16、35、40等质量数处都有很高的背景。此外，虽然在高温等离子体中，绝大部分分子都已原子化并电离，但在经接口进入膨胀室时，因压力的突然下降，又可能形成新的分子组合，也造成了复杂的背景，对某些元素的测定形成干扰。因此，ICP-MS中除了要测定的单电荷离子外，在等离子体中和在离子提取及传输过程中还可能形成其他多种分子离子。因此，质谱干扰除了理论上已知的那些天然稳定同位素之间的“同量异位素”质谱干扰外，还存在着许多来自水、酸、气以及基体和共存物之间的“同量异位素”重叠干扰。质谱干扰可进一步分为四类：①同量异位素重叠干扰；②多原子离子干扰；③难熔氧化物干扰；④双电荷离子干扰。第二种类型的干扰大体上可分为①抑制和增强效应②由高盐含量引起的物理效应。

为了克服光子和中性粒子的背景噪声，ICP-MS仪器中采取的方法有，光子挡板技术，倾斜安装的碰撞反应池，静电透镜离轴设计。光子挡板技术虽然能完全消除光子和中性粒子的干扰，但严重地影响了离子传输的效率，同时光子挡板还需要频繁的清洗，不利于仪器日常维护的简便。倾斜安装的碰撞反应池，由于在离子入射和出射处，均存在一定的角度，会严重影响多极杆碰撞池(包括四极杆)入口处的离子装载效率，以及出口处进入后面四极杆质量分析器的效率。这种影响在四极杆质量分析器中，由于其边缘场的存在和离子装载的相空间要求变得更加明显，也对四极杆前的透镜设计提出了更高的要求。现在较为普遍采用的是静电式的离轴透镜设计，包括Agilent的欧米伽透镜，Thermo X2系列采用的离轴透镜。从最近的发展趋势来看，采用90度的离子透镜设计是一个其中的代表方向，相关的技术有Varain采用的90度反射式透镜，PE的静电四极杆透镜以及Thermo最新采用的RAPID透镜技术。

离轴透镜的位置可以位于碰撞反应池前面，也可以位于碰撞反应池后面。位于碰撞反应池前的好处是可以避免大量中性粒子进入碰撞反应池，对离子在碰撞反应池中的传输，碰撞，反应等过程带来不利的干扰。缺点是无法避免在碰撞反应池中的中性粒子进入后面的质量分析器。另外，由于此时离子从ICP源产生，再经差分真空提取具有很高的能量，在离轴透镜中容易导致离子传输效率下降。从立轴透镜角度的选择上，90度根据具有技术优势，这可以作以下试探性理解(下面的描述中将非90度的离轴透镜设计称为传统离轴透镜，主要代表为Agilent的欧米伽透镜和Thermo X2系列采用的离轴透镜)。首先，从光子和中性粒子的滤除效果来看，90度偏转可以取得传统离轴透镜一样彻底的效果，好处对于离子传输而言，是90度偏转只进行了一次偏转，而传统的离轴透镜设计需要进行两次偏转，因此导致传统离轴透镜的离子传输效率更低。

但是，静电透镜原则上聚焦与偏转的效果与离子能量相关，因此透镜很难保证任何能量的离子均处于最佳的聚焦和偏转效果，存在质量和能量歧视。加上ICP源产生的离子含有大量非检测元素离子的带电粒子，比如大量的Ar+离子，存在严重的空间电荷效应(位于截取锥后部分的空间电荷效益尤其明显)，而静电透镜径向束缚的作用力不够强，导致离子传输效率下降，而且由于空间电荷效应对低质量元素尤其明显，因此会进一步产生质量歧视效应。

减少质谱干扰有许多方法，可以优化ICP工作参数，或降低等离子体的功率(冷等离子体技术)，或采用特殊炬管屏蔽(ShieldTorch)技术，以及现商用仪器普遍采用的碰撞/反应池技术等。

碰撞/反应池系统通常有三种工作方式：(1)Collisional Induced Dissociation(干扰离子碰撞解离CID)(2)Reaction(反应模式)(3)Kinetic EnergyDiscrimination(动能歧视KED模式)。各种模式往往要求特定的碰撞反应气体和仪器操作条件(比如RF幅值，RF频率，碰撞反应池气压，离子入射能量等)，因此在现商用仪器中，无法普遍实现各种质谱干扰去除方法的同时使用，只能通过工作模式的切换来实现。这回导致以下两个主要问题：一是两种模式之间切换的时间会影响样品分析的高通量要求，二是在存在两种质谱干扰需要通过两种质谱干扰消除方法分别除去的情况下，现商用仪器无法满足分析要求。

实用新型内容

为了解决现有技术中的不足，本实用新型提供了一种具有离子离轴传输功能的ICP-MS分析系统，彻底滤除光子和中性粒子的干扰，同时可以降低空间电荷效应照成的不利影响，还可以引入碰撞聚焦效应进一步增加离子的传输效率，还，可以升级为串联式的碰撞反应池，解决现商用仪器中多碰撞反应模式无法同时使用的缺点。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种具有离子离轴传输功能的ICP-MS分析系统，所述分析系统包括ICP源、质量分析器及检测器；所述分析系统包括：

弯曲的多级杆导引装置，所述多级杆导引装置用于将所述ICP源射出的离子的传输方向偏转并进入所述质量分析器。

根据上述的分析系统，优选地，所述多级杆弯曲90度。

根据上述的分析系统，优选地，所述多级杆是四级杆或六级杆或八级杆。

根据上述的分析系统，可选地，所述分析系统进一步包括：

碰撞反应池，所述碰撞反应池设置在所述弯曲的多级杆导引装置和质量分析器之间。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、多极杆相对静电透镜，具有传输效率高，质量歧视小的优点。本实用新型中采用弯曲的多级杆来实现ICP-MS中离子的高效离轴传输。

2、弯曲的多级杆导引装置可兼备碰撞反应池的功能，借此可以带来三个最大的优点：

其一，可以在该碰撞反应池中通碰撞反应气体，消除大量存在的Ar+离子，极大地降低空间电荷效应的影响；

其二，可以通过引入碰撞聚焦效益，压缩离子空间分布和能量分布，进一步提高离子传输效率；

其三，可以通过引入碰撞反应池工作的任何一种模式，使其升级为串联的碰撞反应池，克服现商用仪器存在的多碰撞反应模式无法同时使用带来的问题。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：

图1是本实用新型实施例1的分析系统的基本结构图；

图2是本实用新型实施例2的分析系统的基本结构图。

具体实施方式：

图1、2和以下说明描述了本实用新型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实用新型。为了教导本实用新型技术方案，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实用新型的范围内。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实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本实用新型实施例的具有离子离轴传输功能的ICP-MS分析系统的基本结构图，如图1所示，所述分析系统包括：

ICP源11、双锥21、抽真空装置31、质量分析器51及检测器61，所述ICP源、双锥、抽真空装置、质量分析器及检测器的具体结构和位置关系是本领域的现有技术，在此不再赘述。

弯曲的多级杆导引装置41，如四级杆，所述多级杆导引装置用于将所述ICP源射出的离子的传输方向偏转并进入所述质量分析器，防止光子和中性粒子进入质量分析器而干扰检测。优选地，所述多级杆弯曲90度。弯曲的四极杆导引装置的前段构成相对封闭的空间同时作为碰撞反应池使用。

实施例2：

图2示意性地给出了本实用新型实施例的具有离子离轴传输功能的ICP-MS分析系统的基本结构图，如图2所示，所述分析系统包括：

ICP源11、双锥21、抽真空装置31、质量分析器51及检测器61，所述ICP源、双锥、抽真空装置、质量分析器及检测器的具体结构和位置关系是本领域的现有技术，在此不再赘述。

弯曲的多级杆导引装置41，如八级杆，所述多级杆导引装置用于将所述ICP源射出的离子的传输方向偏转并进入所述质量分析器；所述多级杆弯曲90度；

碰撞反应池71，所述碰撞反应池设置在所述弯曲的多级杆导引装置和质量分析器之间。八极杆导引装置的前段构成相对封闭的空间同时作为碰撞反应池使用，从而构成串联碰撞反应池。

上述实施例仅是示例性地给出了多级杆弯曲90度的情况，当然还可以是其它角度，如5度、20度、30度、60度、80度等，只要能够实现离子的偏转即可防止光子、中性粒子进入质量分析器，但在这种角度下的屏蔽效果要差于弯曲90度的情况，这对于本领域的技术人员来说是容易理解的。

Claims (3)

1.一种具有离子离轴传输功能的ICP-MS分析系统，所述分析系统包括ICP源、质量分析器及检测器；其特征在于：所述分析系统包括： 

弯曲的多级杆导引装置，所述多级杆导引装置用于将所述ICP源射出的离子的传输方向偏转并进入所述质量分析器。 

2.根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于：所述多级杆弯曲90度。 

3.根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于：所述多级杆是四级杆或六级杆或八级杆。 

4.根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于：所述分析系统进一步包括： 

碰撞反应池，所述碰撞反应池设置在所述弯曲的多级杆导引装置和质量分析器之间。 

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