DE102016009809A1

DE102016009809A1 - Quantitative messungen von element- und molekülspezies unter verwendung von massenspektrometrie mit hoher massenauflösung

Info

Publication number: DE102016009809A1
Application number: DE102016009809.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schwieters; Michael Deerberg; Michael Krummen
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2016-08-11
Publication date: 2017-02-16
Also published as: US10403487B2; GB2541998A; GB201613805D0; GB2541998B; CN106469640A; US20170047210A1; GB201514471D0; CN106469640B

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines Massenspektrums von Probenionen unter Verwendung eines Multikollektor-Massenspektrometers mit einem räumlich dispersen Massenanalysator, um die Probenionen in eine Detektorkammer zu lenken. Das Verfahren umfasst das Erzeugen von Probenionen einer ersten Ionenspezies A, einer zweiten Ionenspezies B und einer dritten Ionenspezies C, wobei die Ionen der Spezies A eine andere nominelle Masse als die Ionen der Spezies B und C haben, die dieselbe nominelle Masse haben. Die Probenionen der Spezies A, B und C werden so gelenkt, dass sie sich durch den Massenanalysator und hin zu den Detektoren in der Detektorkammer bewegen. Die Ionen der Spezies B und C werden über eine Master-Blende eines Master-Detektors gescannt, während die Ionen der Spezies A eine Lead-Blende eines Lead-Detektors passieren. Hierbei werden Ionen der Spezies A vom Lead-Detektor erfasst, während Ionen der Spezies B, aber nicht C, anschließend sowohl der Spezies B als auch der Spezies C, und anschließend der Spezies C, aber nicht B vom Master-Detektor erfasst werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um ein Massenspektrum hoher Präzision zu erhalten, das in einem Multikollektor-Massenspektrometer aufgezeichnet wurde. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen von Isotopenverhältnissen und quantitativen Informationen über Element- und Molekülspezies aus dem Massenspektrum hoher Präzision. Das Verfahren und die Vorrichtung können von besonderem Nutzen sein, um ein Massenspektrum aus Ionen zu erhalten, die dieselbe nominelle Masse haben und somit eine Masseninterferenz aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
Die quantitative Analyse von Element- und Molekülspezies ist für zahlreiche Wissenschaftsbereiche von zentralem Interesse. Zum Beispiel ist die genaue und quantitative Bestimmung von Element- und Molekülspezies entscheidend für Anwendungen in Umweltwissenschaften, sowie für Werkstoffwissenschaften und Biowissenschaften.
Ein grundlegendes Problem für die genaue und präzise quantitative Massenspektrometrie von Molekül- und Elementspezies ist die Interferenz von anderen in derselben Probe enthaltenen Spezies. Zum Beispiel können mehratomige (oder molekulare) Ionen in einer Probe dieselbe nominelle Masse wie die zu analysierenden Atom-(oder Element-)Isotopen aufweisen, was zu einer Masseninterferenz führt. In einem anderen Beispiel können verschiedenen Molekülisotopen dieselbe nominelle Masse haben. Dadurch kann der Beitrag jedes Isotopologs zum gemessenen Massenspektrum der Probe schwierig aufzulösen sein.
Obwohl zwei Spezies aufgrund des systematischen Kernmassendefekts dieselbe nominelle Masse haben können, werden Ionen eine wahre Masse haben, die in Bezug auf ihre nominelle Masse leicht angepasst ist. Zum Beispiel führt der Massendefekt dazu, dass mehratomige Moleküle, die Atome mit einer nominellen Kemmasse umfassen, die geringer ist als Eisen, schwerer als Elementspezies mit derselben nominellen Atommasse zu sein scheinen. Alternativ scheinen bei den mehratomigen Ionen, die aus Atomen mit einer nominellen Masse bestehen, die größer als Eisen ist, die mehratomigen Ionen leichter zu sein als die Elementspezies an dieser Atommasse. Daher kann der Massenpeak eines jeden Isotops dadurch aufgelöst werden, dass eine ausreichend hohe Auflösung erreicht wird.
Wie in Weyer et al., International Journal of Mass Spectroscopy, 226, (2003), S. 355–368, beschrieben, kann ein doppelt fokussierendes Mehrfach-Kollektor-Massenspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (MC-ICP) zur Bestimmung von Isotopenanteilen von Atom- und mehratomigen Ionen eingesetzt werden. Die Detektorkammer des Massenspektrometers ist mit einer Vielzahl von Faraday-Auffängern ausgestattet. Die Faraday-Auffänger sind genau ausgerichtet in Bezug auf die Atom- und mehratomigen Ionen mit derselben nominellen Masse, die in einem Massenanalysator nach ihrem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis getrennt wurden. Ein Beispiel für die Konfiguration eines solchen Faraday-Auffängers, das nach dem Stand der Technik zur Messung von ⁵⁶Fe und ⁴⁰Ar¹⁶O verwendet wird, ist in 1 dargestellt. Der Faraday-Auffänger 116 umfasst eine Blende oder einen Eintrittsspalt 114, die/der im Strahlengang der Elementionen 110 und der Molekülionen 112 angeordnet ist (wobei die Element- und Molekülionen mit derselben nominellen Masse und die mit der wahre Masse aufgrund des Massendefekts voneinander getrennt werden). Der Faraday-Auffänger 116 ist in Bezug auf die Ionenstrahlen genau positioniert, so dass nur die Elementionenspezies 110 in den Eintrittsspalt 114 des Faraday-Auffängers 116 eintritt. Dagegen werden die interferierenden Molekülionen 112 versetzt zum Eintrittsspalt 14 ausgerichtet und somit am Eintritt in den Faraday-Auffänger 116 gehindert.
Durch Anpassen der Parameter am Massenanalysator des Massenspektrometers können die Atomionen und mehratomigen Ionen durch den Eintrittsspalt des Faraday-Kollektors „gescannt” werden. Das vom Faraday-Auffänger während der Änderung der Ablenkung der Ionenstrahlen empfangene Signal ergibt ein Massenspektrum oder einen Massenscan. Das Massenspektrum stellt die Intensität oder den im Faraday-Auffänger empfangenen Ionenstrom über das Ausmaß der Ablenkung dar. Als Beispiel wird in 2A ein Massenspektrum, das Fe-Isotope und deren entsprechende molekulare Interferenzen darstellt, gezeigt, wohingegen 2B eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts desselben Massenscans zeigt. Das resultierende Massenspektrum weist eine Reihe von Flanken- und Plateaubereichen auf. Ein erster Flankenbereich tritt auf, wenn der Atomionenstrahl in den Eintrittsspalt eintritt, was zu einer Erhöhung des Ionenstroms führt (Bereich A von 2A). Ein Plateaubereich tritt an der Stelle auf, an der der volle Atomionenstrahl durch den Eintrittsspalt aufgenommen wird, und somit eine maximale Intensität von Atomionenspezies aufgezeichnet wird (Bereich B von 2A). Ein zweites Plateau ist an der Stelle zu beobachten, an der sowohl die vollen Atom- als auch mehratomigen Ionenstrahlen im Faraday-Auffänger aufgenommen werden (Bereich C von 2A). Ein drittes Plateau zeigt schließlich einen Bereich an, in dem nur der mehratomige Ionenstrahl durch den Eintrittsspalt am Faraday-Auffänger aufgenommen wird (Bereich D von 2A).
Um zu einer Bestimmung der in der Probe vorhandenen Isotopenverhältnisse zu kommen, vergleichen Weyer et al. die Isotopenverhältnisse an verschiedenen Punkten am ersten Plateau des Massenspektrums. Die in 2B abgebildeten Rauten stellen ⁵⁶Fe/⁵⁴Fe Isotopenverhältnisse dar (siehe y-Achse auf der rechten Seite), die an den markierten Positionen im Plateau gemessen wurden. Es ist zu sehen, dass die drei Datenpunkte im Mittelteil des Plateaus gut miteinander übereinstimmen (innerhalb einer Fehlertoleranz). Jene Datenpunkte an den Rändern des Plateaus scheinen jedoch ein anormales Ergebnis für das Isotopenverhältnis zu liefern.
Dementsprechend erfordert das in Weyer et al. beschriebene, bekannte Verfahren zum Bestimmen von Isotopenverhältnissen breite und flache Plateaus im Massenspektrum, um genaue und einheitliche Messungen zu liefern. Die Bereitstellung eines geeigneten Plateaus in Proben mit Ionen, die Masseninterferenzen aufweisen, stützt sich auf eine sehr hohe Auflösungstrennung der Ionenspezies. Weiterhin können diese Effekte beim Auftreten von Temperaturschwankungen und mechanischen oder elektrischen Instabilitäten im Massenspektrometer ein Abdriften der Peakposition über die Messzeit hinweg verursachen und somit zu Ungenauigkeiten bei den Schätzwerten führen.
Die Massenauflösungsleistung kann in Sektorfeld-Massenspektrometern durch eine Verkleinerung der Breite des Eintrittsspalts des Faraday-Auffängers verbessert werden. Dies verringert jedoch auch die Gesamtübertragung von Ionen durch den Spalt, und damit die Empfindlichkeit. Eine höhere Massenauflösungsleistung geht auf Kosten der Ionenstrahlübertragung, weshalb sie nicht unbegrenzt erhöht werden kann.
Weitere Einschränkungen der vorstehend beschriebenen Peak-Plateau-Methode sind bei Vorhandensein von drei Ionenspezies, die Masseninterferenzen verursachen, offensichtlich. Unter diesen Umständen weist die Ionenspezies mit der mittleren Atommasse kein sauberes Plateau auf, auf dem ein repräsentatives Signal, unabhängig von den Ionenspezies mit hoher und niedriger Masse, identifiziert werden kann. Eine weitere Verbesserung der Massenauflösung durch Auswahl von kleineren Quellenspalten ist aufgrund des erheblichen Verlustes in Bezug auf Übertragung und Ionenstrahlintensität am Detektor technisch nicht möglich.
Somit ist eine verbesserte Methode zum Bereitstellen von hochpräzisen quantitativen Messungen von Element- und Molekülspezies unter Verwendung von Massenspektrometrie mit hoher Auflösung erforderlich.
Zusammenfassung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt, um ein Massenspektrum von Ionen, die Masseninterferenzen unterliegen, in einem Massenspektrometer, das mehrere Detektoren umfasst, zu erhalten. Die Ionen, die Masseninterferenzen unterliegen, können Atom- oder Molekülspezies mit derselben nominellen Masse sein. Das Verfahren stellt ein normiertes Massenspektrum bereit, das eine besonders hohe Präzision und eine verbesserte Deutlichkeit der aus der Masseninterferenz resultierenden Plateaumerkmale aufweist. Das Verfahren ergibt auch ein Massenspektrum, das weniger durch Intensitätsschwankungen des Ionenstrahls beeinträchtigt wird, die über die Dauer der Messung auftreten können. Das verbesserte Massenspektrum kann zur Bestimmung der Häufigkeiten und des Isotopenverhältnisses von Spezies innerhalb einer Probe verwendet werden und ist besonders nützlich bei einem Entfaltungsverfahren zur Auflösung der Peakform der Ionenspezies, die Masseninterferenzen verursachen.
Um ein Massenspektrum von Probenionen zu erhalten, kommt ein Massenspektrometer zur Anwendung, das eine Vielzahl von Detektoren aufweist. Die Detektoren können jedem zur Anwendung in Multikollektor-Massenspektrometern bekannten Typ entsprechen. Solche Detektoren sind vorzugsweise Faraday-Detektoren (auch bekannt als Faraday-Becher oder Faraday-Auffänger) oder Ionenzähler, einschließlich zum Beispiel Elektronenvervielfacher (z. B. Elektronenvervielfacher mit diskreten Dynoden und/oder Elektronenvervielfacher mit kontinuierlichen Dynoden) oder andere Typen oder jede Kombination von diesen, z. B. eine Kombination aus Faraday-Detektoren und Elektronenvervielfachern. Obwohl sich die Beschreibung der Erfindung allgemein auf Faraday-Detektoren als im Rahmen der Erfindung verwendeten Detektortyp bezieht, versteht es sich, dass die Faraday-Detektoren durch jeden der anderen Detektortypen ersetzt werden können. Jeder verwendete Detektortyp weist einen Eintrittsspalt oder eine Eintrittsblende auf.
Die Detektoren sind in einer Detektorkammer des Massenspektrometers angeordnet. Probenionen werden von einem räumlich dispersen Massenanalysator zur Detektorkammer überführt, und die Ionen werden von den Detektoren aufgenommen. Im Massenanalysator werden die Probenionen abgelenkt, wobei die Größenordnung der Ablenkung vom Masse-zu-Ladungs-Verhältnis der Ionen abhängt. Dies führt dazu, dass die Ionen in die Detektorkammer entsprechend ihrer Masse räumlich voneinander getrennt eintreten.
In dem hier beschriebenen Verfahren werden mindestens Ionen einer ersten Spezies, Ionen einer zweiten Spezies und Ionen einer dritten Spezies vom Massenanalysator in die Detektorkammer projiziert. Die Ionen der ersten Spezies haben eine andere nominelle Masse als die Ionen der zweiten und dritten Spezies, und die Ionen der zweiten Spezies haben dieselbe nominelle Masse wie die Ionen der dritten Spezies. Angesichts dieser Tatsache werden die Ionen der ersten Spezies von den Ionen der zweiten und dritten Spezies im Massenspektrum getrennt, aber die Ionen der zweiten und dritten Spezies unterliegen Masseninterferenzen und werden im Massenspektrum nur durch den Massendefekt getrennt.
In der Detektorkammer werden die Ionen der ersten Spezies von einem Lead-Detektor aufgenommen. Am Eingang des Lead-Detektors befindet sich eine Lead-Blende oder ein Lead-Eintrittsspalt, durch den die Ionen treten müssen, um vom Lead-Detektor erfasst zu werden. Die Ionen der zweiten und dritten Spezies werden in einem Master-Detektor aufgenommen, der eine Master-Blende oder einen Master-Eintrittsspalt aufweist, durch den die Ionen treten müssen, um vom Master-Detektor erfasst zu werden. Der Lead-Eintrittsspalt des Lead-Detektors (der eine erste Breite aufweist) kann bei einigen Beispielen breiter als der Master-Eintrittsspalt des Master-Detektors sein (der eine zweite Breite aufweist), obwohl dies nicht bei jeder Ausführungsform der Erfindung notwendig ist. In einer Ausführungsform können der Lead-Eintrittsspalt und der Master-Eintrittsspalt dieselbe Breite aufweisen.
Am Lead- und Master-Detektor wird eine Ionenintensität oder ein Ionenstrom gemessen, während die Ablenkung oder Richtung der Ionen der mindestens zweiten und dritten Spezies am Master-Detektor geändert oder „gescannt” wird. Zum Beispiel kann eine Veränderung oder Abweichung der Ablenkung oder Richtung aller Probenionen durch Aufbau oder Verändern des Magnetfelds im Massenanalysator hervorgerufen werden. In einem anderen Beispiel können nur die zweiten und dritten Ionen mittels Verwendung einer dem Massenanalysator nachgeschalteten (und der Master-Blende vorgeschalteten) Ionenablenkeinheit gescannt werden. In anderen Beispielen könnte das elektrische Feld in einem elektrostatischen Sektor eines Massenanalysators aufgebaut werden, oder die Ionenenergie der Probenionen könnte gescannt werden. Das Verändern jedes dieser Parameter am Massenspektrometer führt zu einer Änderung der Ablenkung der Ionen. Die beschriebenen Verfahren zur Ablenkung der Ionen könnten getrennt voneinander oder kombiniert verwendet werden. In einem alternativen Beispiel können die Ionen der zweiten und dritten Spezies am Master-Detektor durch Bewegung des Eintrittsspalts relativ zum „Strahl” der Ionen gescannt werden. In weiteren Beispielen kann eine Kombination des beschriebenen Ablenkverfahrens zusammen mit der Bewegung des Master-Detektors (zum Beispiel durch Verändern der Vergrößerung oder Dispersion des Instruments mittels Zoomobjektiv) eingesetzt werden.
Infolge einer Änderung der Ablenkung der Ionen (oder der Bewegung des Master-Eintrittsspalts) wird die Position, in der die Ionen der zweiten und dritten Spezies am Master-Detektor auftreffen, gescannt oder über den Eintrittsspalt verschoben. Anschließend wird am Master-Detektor ein Signal erzeugt, das proportional ist zur Intensität der Ionen der zweiten und dritten Spezies, die in den Master-Detektor während der Richtungsänderung eintreten. Das stellt das Massenspektrum der Ionen, die Masseninterferenzen unterliegen, dar. Analog wird am Lead-Detektor ein Signal erzeugt, das proportional ist zur Intensität der Ionen der ersten Spezies, die während des Zeitraums, in dem die zweite und dritte Ionenspezies gescannt wird, in den Lead-Detektor eintritt. Idealerweise wird am Lead-Detektor während des gesamten Scans der zweiten und dritten Ionen (mit anderen Worten für die gesamte Periodenbreite von Interesse für das Massenspektrum der Ionen, die Masseninterferenzen unterliegen) eine maximale Ionenintensität der ersten Spezies aufgenommen.
Das vom Master-Detektor empfangene Signal kann anschließend unter Verwendung des vom Lead-Detektor empfangenen Signals normiert werden. Daraus ergibt sich ein normiertes Massenspektrum von Ionen der zweiten und dritten Spezies (mit anderen Worten ein normiertes Massenspektrum, das Masseninterferenzen unterliegt). Da die verschiedenen Ionenspezies in einer gemeinsamen Ionenquelle erzeugt werden, wid angenommen, dass jede Signalschwankung für jede Ionenspezies (oder jeden Ionenstrom) ähnlich ist. Die Aufzeichnung der Intensität der ersten Ionenspezies für die Situation, in der alle Ionen der ersten Spezies (d. h. maximale Intensität) vom Lead-Detektor aufgefangen werden, während die Position der zweiten und dritten Spezies am Master-Detektor geändert wird, bedeutet, dass das Lead-Detektorsignal die Schwankungen innerhalb der Ionenquelle widerspiegelt. Daher ist das normierte Massenspektrum für die zweite und dritte Spezies, das unter Bezugnahme auf das Lead-Detektorsignal aus der ersten Ionenspezies normiert wird, im Wesentlichen unabhängig von Signalschwankungen oder Signaldrifts. Wenn die Signale über umfangreiche Zeiträume hinweg, d. h. über viele Scans hinweg, aufgezeichnet werden, bei denen Signalschwankungen die detektierten Peakformen und Intensitäten ansonsten erheblich beeinträchtigen würde, führt der Normierungsansatz zu einer deutlich verbesserten Peakformgenauigkeit. Der Nutzen des Lead-Detektors besteht daher in der Erzeugung eines Signals, das zur Normierung des zweiten und dritten Signals verwendet werden kann. Idealerweise ist das am Lead-Detektor gemessene Signal vollkommen flach und weist keine Struktur aufgrund von Peaküberlagerungen von verschiedenen Ionenspezies auf.
Diese Einschränkung wird in den Fällen vollständig vermieden, in denen die Ionenstrahlposition der ersten Ionenspezies stabil ist (d. h. die Ionenstrahlposition der ersten Spezies wird am Lead-Detektor nicht geändert), während die auf den Master-Detektor auftreffenden Spezies durch die Master-Detektor-Blende gescannt werden, um die volle Struktur des interferierten Peaks zu erfassen. Durch Referenzieren der Master-Detektorsignale auf den Lead-Detektor wird stets eine Normierung und Eliminierung von Drifteffekten garantiert, die ansonsten die Peakform am Master-Detektor verzerren würden.
Der Lead-Detektor ist erfindungsgemäß so ausgerichtet, dass die Ionen der ersten Spezies während des gesamten Scans der zweiten und dritten Ionenspezies durch den Eintrittsspalt des Lead-Detektors eintreten. Somit ist der Grad der Variation der Ablenkung (oder Verschiebung) der Ionen der ersten Spezies am Lead-Detektor geringer als die Breite des Lead-Eintrittsspalts. In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen wird die Position des Strahls der Ionen der ersten Spezies am Lead-Detektor nicht verändert, während die zweite und dritte Ionenspezies am Master-Detektor gescannt wird. In einigen alternativen Ausführungsformen ist der Lead-Detektor so angeordnet, dass die ersten Ionen während der Variation der Ablenkung (oder Verschiebung) der zweiten und dritten Ionen durch den Eintrittsspalt des Lead-Detektors abgelenkt werden. Dementsprechend ist die Verschiebung der zweiten und dritten Ionenstrahlen am Master-Detektor größer als die Breite des Eintrittsspalts des Master-Detektors. In einigen anderen Ausführungsformen könnten die zweiten und dritten Ionenspezies an Master-Blende und -Detektor gescannt werden, indem die Master-Blende und optional der Master-Detektor bewegt werden.
Das am Lead-Detektor gemessene Massenspektrum ist vorzugsweise stets eine maximale Intensität während des gesamten oder fast gesamten Scans oder der Ablenkung der zweiten und dritten Ionenstrahlen. Das maximale Leadsignal wird erzeugt, wenn der volle Ionenstrahl der ersten Ionenspezies im Lead-Detektor durch den Lead-Eintrittsspalt während der gesamten Ablenkung oder des gesamten Scannens der zweiten und dritten Ionenspezies aufgenommen wird. Das am Master-Detektor gemessene Massenspektrum weist jedoch je entsprechend der Veränderung der Ionenintensität Flanken und Plateaus auf, während sich die Massenpeaks der Ionen der zweiten und dritten Spezies durch den Eintrittsspalt des Master-Detektors bewegen. Das bedeutet, dass nach der Normierung des am Master-Detektor aufgezeichneten Signals mit dem am Lead-Detektor aufgezeichneten Signal eventuelle kleine Schwankungen in der Intensität des ursprünglichen, ungetrennten Ionenstrahls eliminiert werden können. Dementsprechend kann die komplexe Peakform des an den Master-Detektoren aufgezeichneten Signals mit einer sehr hohen Präzision gemessen werden. Kleine Artefakte können identifiziert werden, zum Beispiel aufgrund von Streuereignissen und kleinen Peaktailing-Effekten, die auftreten, wenn der Ionenstrahl in den Spalt des Master-Detektors eintritt.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Massenspektrums von Probenionen unter Verwendung eines Multikollektor-Massenspektrometers bereitgestellt, wobei das Massenspektrometer einen räumlich dispersen Massenanalysator umfasst, um die Probenionen in eine Detektorkammer zu lenken, wobei das Verfahren umfasst:

(a) Erzeugen von Probenionen einer ersten Ionenspezies A mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_A, einer zweiten Ionenspezies B mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_B, und einer dritten Ionenspezies C mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_C, wobei die Ionen der Spezies A eine andere nominelle Masse als die Ionen der Spezies B und C haben, und wobei weiterhin die Ionen der Spezies B dieselbe nominelle Masse wie die Ionen der Spezies C haben;
(b) Lenken der Probenionen der Spezies A, B und C so, dass sie sich durch den Massenanalysator und hin zu den Detektoren in der Detektorkammer bewegen, wobei die Probenionen während ihrer Bewegung abgelenkt werden;
(C) Scannen der Ionen der Spezies B und C über eine in einer Master-Maske eines Master-Detektors definierte Master-Blende, während die Ionen der Spezies A eine in einer Lead-Maske eines Lead-Detektors definierte Lead-Blende passieren; und
(d) Erzeugen eines Leadsignals, das die am Lead-Detektor von den Ionen der Spezies A empfangene Ionenintensität darstellt, und Erzeugen eines Mastersignals, das die am Master-Detektor empfangene Ionenintensität darstellt, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden;

Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin:

(e) Normieren des Mastersignals von den Ionen B und den Ionen C unter Verwendung des Leadsignals, um ein normiertes Massenspektrum der Ionen B und der Ionen C zu bestimmen. In dieser Ausführungsform wird das Mastersignal durch Referenzierung auf das Leadsignal (das Signalschwankungen widerspiegelt) kalibriert, um das normierte Massenspektrum der Ionen B und der Ionen C zu bestimmen. Wenn das Mastersignal über einen langen Zeitraum hinweg oder über viele Scans hinweg aufgezeichnet wird, werden somit Signalschwankungen berücksichtigt und man erhält eine genauere Peakform. Das wiederum ermöglicht eine bessere Entfaltung der Peaks und damit eine bessere Bestimmung der Ionenhäufigkeiten.

Das Massenspektrometer kann ein doppelt fokussierendes Massenspektrometer sein, obwohl das Verfahren auch in einem einfach fokussierenden Massenspektrometer angewandt werden kann. Das Massenspektrometer umfasst eine Vielzahl von Detektoren in der Detektorkammer. Die Detektorkammer kann Faraday-Detektoren oder andere Detektortypen, wie z. B. Ionenzähldetektoren, zum Beispiel Elektronenvervielfacher oder Leitfähigkeitsdetektoren (wie z. B. einen Kontrollierten Driftdetektor CDD) umfassen. In einem besonderen Beispiel ist der Lead-Detektor ein Lead-Faraday-Detektor, der einer unter vielen beweglichen Faraday-Detektoren ist, und der Master-Detektor ist ein Master-Faraday-Detektor, der ein fester, zentraler Faraday-Detektor ist.
Die Maske oder Eintrittsplatte für jeden Detektor kann integraler Bestandteil des Detektors sein, oder eventuell ein separates Teil. Zum Beispiel kann die Maske in einem Abstand zum übrigen Teil des Detektors angebracht sein, oder sie kann eine Wandplatte oder Wand des Detektors bilden. In jedem Fall ist die Maske im Strahlengang des Ionenstrahls zwischen dem Eingang zur Detektorkammer und dem Erfassungsbereich des Detektors angeordnet. Im Detektor empfangene Ionen treffen auf die Maske und treten durch die in der Maske gebildete Blende oder den in der Maske gebildeten Eintrittsspalt ein. Die Blende kann ein Spalt oder eine Öffnung sein, die in einer Maske am Eingang der Detektoren definiert ist. Die Größe der Blende umschreibt die Abmessung des Spalts oder der Öffnung in der Richtung, in der die Ionen gescannt oder abgelenkt werden, zum Beispiel die Spaltbreite. Die Normierung des Mastersignals auf das Leadsignal zum Erhalt eines normierten Massenspektrums kann das Anpassen des Maßstabs des Mastersignals auf einen mit dem Leadsignal gemeinsamen Maßstab umfassen. So kann zum Beispiel der Maßstab des Mastersignals mit Blick auf die Maximal- und Minimalwerte des Leadsignals eingestellt werden. Das Anpassen oder Normieren des Mastersignals durch das Leadsignal kann dadurch erfolgen, dass jeder Datenpunkt am Mastersignal zu einem gegebenen Zeitpunkt durch das zum selben Zeitpunkt erfasste Leadsignal dividiert wird. In einem besonderen Beispiel kann die Normierung sich auf einen Standardpunkt im Leadsignal beziehen, so dass jeder Datenpunkt des Mastersignals im Vergleich zum Standardpunkt skaliert wird.
Vorteilhafterweise liefert das erhaltene normierte Massenspektrum eine sehr genaue Peakform. Das beschriebene Verfahren ist besonders gut dazu geeignet, die Auswirkungen von Intensitätsschwankungen oder Drifts in der Ionenstrahlintensität über die Zeit hinweg (zum Beispiel aufgrund einer elektrischen oder mechanischen Drift oder aufgrund von Temperaturänderungen) zu reduzieren.
Die nominelle Masse der Ionen der Spezies A, der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C ist die Masse, die gemäß der in den Kernen eines Ions der gegebenen Spezies vorhandenen Anzahl an Protonen und Neutronen erwartet werden würde. Bei Element- oder Atomionen sollte die nominelle Masse repräsentativ für die wahre Atommasse sein. Bei Molekül- oder mehratomigen Ionen hingegen wird die wahre Molekülmasse im Vergleich zur nominellen Masse durch den Massendefekt angepasst. Der Massendefekt resultiert aus der Äquivalenz von Masse und Energie und bezeichnet den für die Kernbindungsenergie repräsentativen Massenunterschied.
Das Einstellen des Scannens der Ionenspezies B und C kann das Einstellen der Parameter des Massenanalysators zum Ändern der Ablenkung der sich hindurch bewegenden Ionen umfassen. Zum Beispiel kann das Magnetfeld des Massenanalysators gescannt oder aufgebaut werden. Das führt zu einer Änderung der Ablenkung der Ionen der Spezies A, der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C. Jede Ionenspezies wird während ihres Flugs durch den Massenanalysator in einem Winkel abgelenkt, der durch ihr Masse-zu-Ladungs-Verhältnis bestimmt wird. Das führt zu einer räumlichen Trennung der Ionen in „Ionenstrahlen” einer jeden Ionenspezies. Die Grad der Ablenkung der Ionen kann durch Verändern des im Massenanalysator angelegten Magnetfelds eingestellt werden. Da dasselbe Magnetfeld gleichzeitig an alle den Massenanalysator passierenden Ionen angelegt wird, wird jede Anpassung der Parameter des Massenanalysators zu einer gleichzeitigen Änderung der Ablenkung oder Richtung aller Ionenspezies führen.
Andere Verfahren und Methoden können zum Scannen der Ionenspezies B und C verwendet werden. Diese werden nachstehend ausführlich beschrieben. In einem Beispiel kann der Massenanalysator einen elektrostatischen Sektor in einem doppelt fokussierenden Massenspektrometer umfassen und die Ablenkung oder Richtungsänderung der Ionenstrahlen kann proportional zum am elektrostatischen Sektor angelegten elektrischen Feld sein. Daher können die Ionen gescannt werden, indem das elektrische Feld am elektrostatischen Analysator angepasst oder aufgebaut wird, vorzugsweise während das Magnetfeld konstant gehalten wird. In einem weiteren Beispiel wird die Ablenkung der Probenionen durch Scannen oder Aufbau der Energie der Probenionen eingestellt. In einer anderen Ausführungsform können die Ionen gescannt werden, indem das elektrische Feld am elektrostatischen Analysator und die Energie der Ionen parallel dazu angepasst werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die parallele Anpassung des elektrischen Feldes und der Energie der Ionen in einem festen Verhältnis ausgeführt. Alternativ kann die Ablenkung von besonderen Ionenspezies (oder Ionenstrahlen) durch Verwendung einer dem Massenanalysator nachgeschalteten Vorblenden-Ablenkeinheit angepasst werden. Zum Beispiel kann eine Master-Vorblenden-Ablenkeinheit vor der Master-Blende verwendet werden, um insbesondere eine Ablenkung der Ionenspezies B und C zu ändern, wodurch bewirkt wird, dass die Ionenspezies B und C über die Master-Blende gescannt werden, während die Position der Ionenspezies A im Lead-Detektor konstant gehalten wird.
Optional umfasst das Verfahren in einer Ausführungsform das Scannen der Ionenspezies A über mindestens einen Teil der Lead-Blende der Lead-Maske des Lead-Detektors, während die Ionenspezies B und C über die Master-Blende gescannt werden. Mit anderen Worten können die Ionen der Spezies A gleichzeitig mit den Ionen der Spezies B und C gescannt werden. Zum Beispiel können Parameter des Massenanalysators angepasst werden (um das magnetische oder elektrische Feld zu verändern) und somit gleichzeitig eine Änderung der Ablenkung aller Probenionen verursachen. In einem Beispiel, in dem die Ablenkung der Ionen der Spezies A angepasst wird, ist die Konfiguration der Lead-Blende, Master-Blende und des Grads der Ablenkung der Ionenspezies A, B und C derart, dass die Ionen der Spezies A die Lead-Blende passieren und vom Lead-Detektor während des Zeitraums aufgefangen werden, in dem vom Master-Detektor Ionen der Spezies B, aber nicht C, anschließend sowohl der Spezies B als auch der Spezies C, und anschließend der Spezies C, aber nicht B erfasst werden. Vorteilhafterweise führt dies zu einem maximalen Strom am Lead-Detektor während des Ablenkungszeitraums, der dann dazu verwendet werden kann, das am Master-Detektor gemessene Massenspektrum zu normieren.
Zweckmäßigerweise ist die Lead-Blende breiter als die Master-Blende. Diese Konfiguration kann besonders vorteilhaft sein, wenn sowohl Ionen der Spezies A als auch Ionen der Spezies B und C gescannt werden. Das Bereitstellen einer Lead-Blende, die relativ größer oder breiter als die Master-Blende ist, kann nützlich sein, um eine maximale Ionenintensität der Ionen der Spezies A am Lead-Detektor während des Scan- oder Einstellzeitraums der Ablenkung der Ionen der Spezies B und C bereitzustellen. Das liegt daran, dass die Ionen der Spezies A die Lead-Blende während des Scans oder der Ablenkung passieren können und nicht von der Lead-Maske blockiert werden. In einigen Beispielen können jedoch die Lead-Blende und die Master-Blende dieselbe Größe oder Breite aufweisen, oder die Lead-Blende kann kleiner als die Master-Blende sein. Wo z. B. die Ionen der Spezies B und C gescannt werden, aber die Ionen der Spezies A nicht gescannt werden, kann die Lead-Blende enger als die Master-Blende sein. Dieser Scan oder dieses Anpassen der Ablenkung der Ionen der Spezies B und C, aber nicht der Spezies A, kann zum Beispiel durch Verwendung eines dem Massenanalysator nachgeschalteten und vor dem Massen-Detektor eingebauten Vorblenden-Deflektors erreicht werden, wie nachstehend genauer beschrieben.
Vorzugsweise umfasst das Scannen der Ionen der Spezies B und C das Anpassen der Ablenkung der Ionen der Spezies B und C während ihrer Bewegung durch den Massenanalysator und hin zu den Detektoren in der Detektorkammer. Mit anderen Worten kann das Scannen der Ionen B und C (und in einigen Beispielen, auch das Scannen der Ionen der Spezies A) erreicht werden, indem die auf die Ionen angewandte Ablenkung während ihrer Bewegung durch den Massenanalysator und hin zu den Detektoren an der Detektorkammer verändert wird. Zum Beispiel kann dies das Verändern der im Massenanalysator angewandten Ablenkung umfassen, oder es könnte das Anlegen einer zusätzlichen Ablenkung vor dem Eintritt in den Detektor (zum Beispiel durch Verwendung einer Vorblenden-Ablenkeinheit vor der Blende am Eingang zum Detektor) umfassen.
Optional kann das Scannen der Ionen das Bewegen des Ionenstrahls relativ zu einer Eintrittsblende am Eingang zu einem Detektor umfassen. Zum Beispiel kann das Scannen der Ionen der Spezies B und C das Bewegen des Ionenstrahls relativ zur Master-Blende umfassen. Das Bewegen des Ionenstrahls kann entweder durch das Verändern der Ablenkung des Ionenstrahls, um über die Blende zu scannen, oder durch Bewegen der Blende relativ zum stationären Ionenstrahl erreicht werden. In beiden Fällen bewirkt die entsprechende Bewegung, dass die Ionen zum Passieren der Blende veranlasst werden, so dass der Ionenstrahl zuerst von der Blende blockiert wird, dann die Blende passiert und anschließend durch die Blende blockiert wird.
Wo Scannen optional durch Anpassen der Ablenkung durch den Massenanalysator eingesetzt wird, umfasst das Scannen den Aufbau des Magnetfelds am Massenanalysator. Das Anlegen eines Magnetfeldes an die Probenionen am Massenanalysator führt dazu, dass sich Ionenspezies mit unterschiedlichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen räumlich zerstreuen. Das Verändern oder der Aufbau des angelegten Magnetfelds führt zu einer Anpassung des Grads der Ablenkung (oder der Änderung des Winkels der Ionenstrahlen). Dementsprechend bewegt sich der Ionenstrahl an einer Eintrittsplatte am Eingang zu einem Detektor (wie z. B. an der Lead-Maske oder der Master-Maske) über die Blende, während sich der Grad der Ablenkung ändert. Das Anlegen eines Magnetfelds hat Auswirkungen auf alle Probenionen, die den Magnetanalysator passieren. Daher würde die Ablenkung sowohl der Ionenspezies A als auch der Ionenspezies B und C infolge des Aufbaus des Magnetfelds am Massenanalysator angepasst werden. Vorteilhafterweise bietet der Aufbau des Magnetfelds ein einfach zu steuerndes Verfahren zur Anpassung der Ablenkung der Ionen.
Wo Scannen optional durch Anpassen der Ablenkung durch den Massenanalysator eingesetzt wird und ein doppelt fokussierender Massenanalysator verwendet wird, umfasst das Scannen das Scannen des elektrischen Felds am elektrostatischen Sektor des Massenanalysators. Das Magnetfeld am Massenanalysator wird vorzugsweise konstant gehalten. In ähnlicher Weise wie das Anlegen eines Magnetfelds in einem Massenanalysator verursacht der Aufbau eines elektrischen Felds am elektrostatischen Sektor eines Massenanalysators eine Anpassung des Grads der Ablenkung (oder die Änderung des Winkels der Ionenstrahlen). Der Aufbau eines elektrischen Felds wird Auswirkungen auf alle Probenionen haben, und so wird die Ablenkung jeder der Ionenspezies A, B und C angepasst werden. Die Anpassung der Ablenkung führt zur Bewegung des auf die Eintrittsplatte auftreffenden Ionenstrahls relativ zur Blende. Der Aufbau des elektrischen Felds bietet ein unkompliziertes Verfahren zur Steuerung der Ablenkung der Probenionen an einem elektrostatischen Sektor des Massenanalysators.
Wo z. B. optional Scannen oder Anpassen der Ablenkung aller Ionenstrahlen (für Spezies A, B und C) zur Anwendung kommt, umfasst das Anpassen der Ablenkung das Scannen einer Energie der Probenionen. Der Grad der Ablenkung der Probenionen im Massenanalysator hängt von der Energie der Ionen ab. Durch Erhöhung oder Aufbau der Energie der Probenionen (zum Beispiel durch Beschleunigung der Ionen im Massenspektrometer) wird daher das Ausmaß angepasst, um das die Ionen im Massenanalysator abgelenkt werden, und der Ionenstrahl relativ zu einer Blende am Detektor gescannt. DurchScannen oder Verändern der Energie der Probenionen kann die Ablenkung der Ionenspezies A, B und C gleichzeitig angepasst werden.
Vorzugsweise umfasst das Scannen den Aufbau oder das Anpassen einer Ablenkung, die durch eine dem Massenanalysator nachgeschaltete Ionenablenkeinheit bereitgestellt wird. Mit anderen Worten kann eine Ionenablenkeinheit im Strahlengang der Ionen einer bestimmten Spezies platziert werden, nachdem die Ionen den Massenanalysator verlassen haben, und vor einer Blende oder einem Eintrittsspalt zu einem Detektor. Die Ionenablenkeinheit (oder Vorblenden-Ionenablenkeinheit) kann dann dazu verwendet werden, nur einige der Spezies der Probenionen abzulenken. Weitere Informationen zu einer Vorblenden-Ionenablenkeinheit dieses Typs sind in der Patentveröffentlichung WO 2012/007559 dieses Anmelders zu finden, die durch Verweis in ihrer Gesamtheit in diesem Schriftstück enthalten ist. In einem besonderen Beispiel können die Ionenspezies B und C über die Master-Blende gescannt werden, indem eine durch eine dem Massenanalysator nachgeschaltete und vor der Master-Blende eingebaute Master-Vorblenden-Ablenkeinheit hervorgerufene Ablenkung verändert wird. In diesem Fall kann die Vorblenden-Ionenablenkeinheit dem Massenanalysator nachgeschaltet und im Strahlengang der Ionen der Spezies B und C vor der Master-Blende eingebaut werden. Die Ionenablenkeinheit kann anschließend dazu verwendet werden, Ionen der Spezies B und C weiter abzulenken (mit anderen Worten deren Gesamtablenkung anzupassen). Auf diese Weise können die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden, während die Ablenkung der Ionen der Spezies A unverändert bleibt. Zweckmäßigerweise können Ionen der Spezies A, da diese Ionen nicht gescannt oder weiter abgelenkt werden, genau darauf ausgerichtet werden, die Lead-Blende während des gesamten Zeitraums der Ablenkung der Ionen B und C zu passieren. Daher kann eine engere Lead-Blende verwendet und eine geeignete Konfiguration der Lead-Blende, Master-Blende und der Änderung der Ablenkung der Ionen der Spezies B und C können leichter erzielt werden.
Diese Verwendung der Vorblenden-Ablenkeinheit für den Master-Detektor bietet einen weiteren erheblichen technischen Vorteil. Ein wichtiger Aspekt des Einsatzes der Vorblenden-Ablenkeinheit vor dem Master-Detektor (und der Nicht-Anpassung der Ablenkung des Ionenstrahls am Lead-Detektor) besteht darin, dass das Lead-Detektorsignal daher einer festen Ionenstrahlposition und Ionenmasse entspricht, so dass es überhaupt nicht nötig ist, dass das Lead-Detektorsignal frei von Interferenzen ist. Der Grund für den Lead-Detektor besteht im Erzeugen eines Signals, das zur Normierung der B- und C-Master-Detektorsignale verwendet werden kann. Dazu ist es erforderlich, dass das Lead-Detektorsignal aus der Ionenspezies A stets die Schwankungen in der Ionenquelle widerspiegelt, und dieses Signal sollte daher idealerweise nicht durch eine Peakstruktur kompliziert werden, die Interferenzeffekte von verschiedenen Ionenspezies im Lead-Detektorsignal durch Scannen der Spezies am Lead-Detektor enthält. Idealerweise ist das am Lead-Detektor gemessene Signal vollkommen flach und weist keine Struktur aufgrund von Peaküberlappungen von verschiedenen Ionenspezies auf. Diese Einschränkung wird vollständig vermieden in Ausführungsformen, bei denen die Ionenstrahlposition der Ionenspezies A stabil ist, während die auf den Master-Detektor auftreffenden Spezies B und C durch die Master-Detektorblende gescannt werden, um die vollständige Struktur des interferierten B- und C-Peaks zu erfassen. Durch Referenzierung der Master-Detektorsignale auf die Lead-Detektorsignale ist immer eine Normierung und Eliminierung von Signaldrifteffekten garantiert, die ansonsten die Peakform am Master-Detektor verzerren würden.
In einer alternativen Ausführungsform lenkt eine Lead-Vorblenden-Ablenkeinheit, die dem Massenanalysator nachgeschaltet und vor der Lead-Blende eingebaut ist, die Ionenspezies A so ab, dass die Ionenspezies A vollständig die Lead-Blende passiert, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden. Zum Beispiel können die Ionenspezies B und C über Master-Blende und -Detektor gescannt werden, indem die durch den Massenanalysator (gemäß einem der vorstehend beschriebenen Verfahren) verursachte Ablenkung angepasst wird oder indem die Strahlenergie angepasst wird, und der Strahl der Ionenspezies A kann im Wesentlichen ortsfest an der Lead-Blende gehalten werden, indem die durch den Massenanalysator oder die Strahlenergieänderung verursachte Ablenkung der Ionenspezies A kompensiert wird, wobei die Kompensierung durch einen vor der Lead-Blende und -Detektor angebauten Vorblenden-Deflektor erfolgt. In einer anderen Alternative kann das Kompensieren der durch den Massenanalysator verursachten Ablenkung der Ionenspezies A erreicht werden, indem die Position der/des Lead-Blende/-Detektors so verändert wird, dass Ionenspezies A im Wesentlichen ortsfest zur Lead-Blende gehalten werden kann.
In einer anderen Ausführungsform können die Ionenspezies B und C über die Master-Blende gescannt werden, indem die Master-Blende und optional der Master-Detektor bewegt werden, während die Ablenkung durch den Massenanalysator nicht verändert wird. In diesem Fall kann die Ionenspezies A im Wesentlichen ortsfest zur Lead-Blende gehalten werden.
Vorzugsweise passieren die Ionen der Spezies A zu allen Zeiten, zu denen mindestens eine der Ionenspezies B und C vom Master-Detektor aufgefangen wird, die Lead-Blende und werden vom Lead-Detektor aufgefangen. Mit anderen Worten kann der Lead-Detektor so angeordnet werden, dass der vollständige Strahl der Ionen der Spezies A die Blende während des Scan-Zeitraums passiert. Dagegen kann der Strahl der Ionen der Spezies B und der Spezies C so angeordnet werden, dass die Ionenstrahlen in einer ersten Position von der Master-Maske auf einer Seite der Master-Blende blockiert werden. Beide Ionenstrahlen können anschließend über die Master-Blende abgelenkt oder gescannt werden, bis sie eine zweite Position an der der ersten Seite gegenüber liegenden Seite der Master-Blende erreichen. An dieser zweiten Position werden die Ionen der Spezies B und der Spezies C durch die Master-Maske am Eintritt in den Master-Detektor gehindert. Während die Ionen zwischen der ersten und zweiten Position gescannt werden, treten die Ionen der zweiten Spezies B zunächst allein in den Master-Detektor durch die Master-Blende ein, anschließend treten sowohl die zweite als auch die dritte Spezies ein, und anschließend tritt nur die dritte Spezies in den Master-Detektor ein. Zweckmäßigerweise wird dadurch ein am Master-Detektor zu erhaltendes Massenspektrum für die Ionen der Spezies B und der Spezies C bereitgestellt, während gleichzeitig ein Signal von maximaler Intensität am Lead-Detektor empfangen wird. Die Größe des Scans oder des Verschiebens der Ionen, die Ausrichtung des Lead- und Master-Detektors, sowie die Breite der Lead- und Master-Blenden muss für die Bereitstellung eines Mastersignals und Leadsignals, die die gewünschten Merkmale für eine Normierung aufweisen, geeignet gewählt werden. Diese Variablen werden von den zu messenden Proben-Isotopen, sowie den Merkmalen des Massenspektrometers und dem Verfahren zum Scannen oder Anpassen der Ablenkung der Ionen abhängen.
Um das vorstehend beschriebene Leadsignal und Mastersignal zu erhalten, ist der Abstand zwischen der ersten und zweiten Position der Ionen der Spezies A an der Lead-Maske in Ausführungsformen, bei denen die Ablenkung aller Ionenspezies verändert wird, vorzugsweise kleiner als die Breite der Lead-Blende. Darüber hinaus sind beide Abstände – der Abstand zwischen der ersten und zweiten Position der Ionen der Spezies B sowie der Abstand zwischen der ersten und zweiten Position der Ionen der Spezies C an der Master-Maske – größer als die Breite der Master-Blende.
Optional umfassen die Ionen der Spezies A eine erste Spezies eines Atomisotops, die Ionen der Spezies B eine zweite Spezies eines Atomisotops und die Ionen der Spezies C eine Spezies eines Molekülisotops. Zum Beispiel können die Ionen der Spezies A und der Spezies B verschiedene Isotope desselben Elements sein, und die Ionen der Spezies C können ein Isotop eines Moleküls umfassen. Als erläuterndes Beispiel können die Ionen der Spezies A ⁵⁶Fe⁺ sein, die Ionen der Spezies B können ⁵⁷Fe⁺ sein, und die Ionen der Spezies C können ⁴⁰Ar¹⁶OH⁺ sein.
Alternativ umfassen die Ionen der Spezies A eine erste Spezies eines Molekülisotops, die Ionen der Spezies B umfassen eine zweite Spezies eines Molekülisotops und die Ionen der Spezies C umfassen eine dritte Spezies eines Molekülisotops. Zum Beispiel können die Ionen der Spezies A, Ionen der Spezies B und Ionen der Spezies C verschiedene Isotope desselben Moleküls sein, typischerweise dort, wo die Ionenspezies A das häufigste Molekülisotop ist. Als erläuterndes Beispiel kann das Molekül Methan sein und die Ionen der Spezies A können ¹²CH₄ ⁺ sein, die Ionen der Spezies B können ¹³CH₄ ⁺ sein, und die Ionen der Spezies C können ¹²CH₃D⁺ sein.
Es versteht sich, dass jede beliebige Anzahl weiterer Ionenspezies ebenfalls im Ionenstrahl vorhanden sein und erfasst werden kann. Zum Beispiel können eine oder mehrere Ionenspezies vorhanden sein, die Masseninterferenzen mit der zweiten Ionenspezies B und der dritten Ionenspezies C (z. B. einer vierten Spezies D usw.) verursachen. Auf diese Weise können vom Master-Detektor (oder Master-Faraday-Detektor) drei, vier, fünf oder mehr interferierende Ionenspezies erfasst werden.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren weiterhin das Positionieren des Lead-Detektors in der Detektorkammer für die Aufnahme der Ionen der Spezies A. Der Lead-Detektor kann ein beweglicher Detektor innerhalb der Detektorkammer sein. Die Position des Detektors kann relativ zum Ionenstrahl der Ionenspezies von Interesse angepasst werden, um die korrekte Ausrichtung für eine erfolgreiche Anwendung des Verfahrens zu bieten (d. h. so dass die Ionen der Spezies A auf den Lead-Detektor auftreffen). Der bewegliche Detektor kann über einen Motorantrieb verfügen, wobei die Positionierung des Detektors via Computer oder von Hand gesteuert wird, um ein Nachstellen des Detektors von außerhalb der Detektorkammer zu erlauben. Alternativ könnte der Lead-Detektor ein feststehender Detektor sein.
Optional umfasst das Verfahren weiterhin das Positionieren des Master-Detektors in der Detektorkammer für die Aufnahme der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C. Der Lead-Detektor [sic!] kann ein beweglicher Detektor innerhalb der Detektorkammer sein. Die Position des Detektors kann relativ zum Ionenstrahl der Ionenspezies von Interesse angepasst werden, um die korrekte Ausrichtung für eine erfolgreiche Anwendung des Verfahrens zu bieten (d. h. so dass die Ionen der Spezies B und C auf den Master-Detektor auftreffen). Der bewegliche Detektor kann über einen Motorantrieb verfügen, wobei die Positionierung des Detektors via Computer oder von Hand gesteuert wird, um ein Nachstellen des Detektors von außerhalb der Detektorkammer zu erlauben.
Alternativ kann der Master-Detektor ein feststehender Detektor oder ein feststehender Faraday-Becher sein. Zum Beispiel kann der Master-Detektor der feststehende, zentrale Detektor innerhalb einer Vielzahl von Detektoren sein, die in einer Ebene in der Detektorkammer zur Aufnahme der Probenionen angeordnet sind.
In bestimmten Ausführungsformen können sowohl der Lead-Detektor als auch der Master-Detektor wie beschrieben positioniert werden, d. h. können innerhalb der Detektorkammer beweglich sein.
Optional umfasst das Massenspektrometer eine Vielzahl von Detektoren in der Detektorkammer, wobei jeder Detektor eine Maske umfasst, die eine Blende definiert. Vorzugsweise ist die Blendengröße nicht für jeden einzelnen der Vielzahl von Detektoren gleich. Der Lead-Detektor und/oder der Master-Detektor kann aus der Vielzahl von Detektoren bestimmt werden, um die Größe oder Breite der genannten Lead- und/oder Master-Blende auszuwählen. Zum Beispiel können der Lead- und/oder Master-Detektor im Hinblick auf ihre Abstimmung mit den Ionenspezies von Interesse und im Hinblick auf die Größe der Blende relativ zur Verschiebung des Ionenstrahls während des Scans der Ionen gewählt werden. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine größere Flexibilität bei der Konfiguration und Anordnung des Massenspektrometers und eine größere Auswahl an für eine erfolgreiche Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens verfügbaren Variablen. Zum Beispiel ermöglicht es, dass das Massenspektrometer dazu konfiguriert wird, eine bestimmte Probenionen-Spezies zu messen.
Alternativ kann die Optik (oder spezifisch die Zoomoptik) dazu konfiguriert werden, die Ionenspezies (oder den Ionenstrahl) von Interesse an der Eintrittsblende der Master- oder Lead-Detektoren auszurichten. Das ermöglicht eine gute Ausrichtung der Ionenspezies auf den geeigneten Detektor für eine erfolgreiche Umsetzung des Verfahrens. Die Verwendung einer Zoomoptik kann eine geeignete Ausrichtung gewährleisten, ohne dass eine Bewegung der Detektoren relativ zueinander erforderlich ist (bzw. so dass nur eine kleinere Bewegung erforderlich ist).
Optional umfasst das Bestimmen eines normierten Massenspektrums der Ionen B und der Ionen C das Dividieren des Mastersignals zu einem gegebenen Zeitpunkt durch das zum selben Zeitpunkt erfasste Leadsignal. Diese Art der „punktweisen” Normierung kann besonders nützlich sein, wenn nur eine Mastersignalspur erfasst wird, da Schwankungen insbesondere innerhalb des Ionenstrahls zum Zeitpunkt der Spur effektiv eliminiert werden können.
Vorzugsweise ist das normierte Massenspektrum der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C ein erstes normiertes Massenspektrum. Anschließend kann ein zweites oder weiteres Massenspektrum erhalten werden, indem dasselbe Verfahren wie vorstehend beschrieben angewandt wird. Damit kann ein Mittelwert des ersten und zweiten normierten Massenspektrums errechnet werden, um ein mittleres normiertes Massenspektrum zu bestimmen. Zum Beispiel kann der Mittelwert der Ionenintensität des ersten und zweiten normierten Massenspektrums an jedem Wert der Massenabweichung (oder Scan der Ionen) berechnet werden. Zweckmäßigerweise liefert dieser Mittelwert ein normiertes Massenspektrum mit erhöhter Präzision und ist besonders nützlich für die Reduzierung von Effekten der anomalen Datenpunkte im gemessenen Massenspektrum und zur Verbesserung der Statistik.
Vorteilhafterweise kann das vorstehend beschriebene mittlere normierte Massenspektrum als früheres mittleres Massenspektrum bezeichnet werden. Anschließend kann durch Wiederholung der vorstehenden Schritte ein weiteres oder neues normiertes Massenspektrum erhalten werden. Ein neues mittleres normiertes Massenspektrum kann anschließend aus einem Mittelwert des neuen normierten Massenspektrums und dem früheren, vorausgehenden mittleren normierten Massenspektrum bestimmt werden. Dieser Vorgang kann viele Male wiederholt werden, um jedes Mal den auf der Basis von vorausgehenden Messungen festgelegten Mittelwert mit einem neu gemessenen normierten Massenspektrum zu „überlagern”. Die Scanrichtung oder Scangeschwindigkeit kann zwischen den mehreren Aufnahmen geändert werden und die verschiedenen hinzuzufügenden oder zu mittelnden Scans können miteinander abgeglichen und gedehnt werden, um optimale Ergebnisse zu erhalten. Diese Alignment- und Dehnungs-Methode kann sich der in der Gas- und Flüssigkeitschromatographie bekannten Methoden bedienen.
In einigen Fällen könnten die Datenpunkte im neu gemessenen Massenspektrum verworfen werden, falls festgestellt wird, dass sie außerhalb eines vorgegebenen Bereichs oder Satzes von Grenzen (zum Beispiel außerhalb einer Fehlergrenze) liegen, z. B. durch Bezugnahme auf den basierend auf vorausgehenden Messungen festgelegten Mittelwert. Durch Verwendung dieser Methode können kleine Drifts der Massenpeakpositionen und kleine Instabilitätsspikes in der Ionenintensität (zum Beispiel infolge von Hochspannungsspikes) effektiv eliminiert werden.
Alternativ kann ein Mittelwert eines Satzes von gemessenen normierten Massenspektren erhalten werden. Als weitere Alternative kann ein am besten angepasstes normiertes Massenspektrum aus einer Vielzahl von gemessenen normierten Massenspektren erhalten werden, indem statistische Verfahren, wie z. B. die Regression der kleinsten Quadrate, angewandt werden.
In einer Ausführungsform können mehrere normierte Massenspektren (d. h. Peakscans) erhalten werden. Vor der Mittelung der Massenspektren wird jedes neue Spektrum mit dem Mittelwert des vorausgehenden Massenspektrums verglichen. Das neue Massenspektrum wird anschließend an die mittleren Spektren unter Verwendung bekannter statischer Verfahren zur Kompensation einer Massenabweichung aufgrund magnetischer Hysterese oder anderen möglicher Instabilitäten des Systems angeglichen, so dass das Residuum der Überlappung auf den kleinsten Wert reduziert wird. Auf diese Weise passt [sic!] die neuen Spektren am besten zu den mittleren Spektren, um Massendrifteffekte auf die Peak-Mittelung wirksam zu reduzieren. Die am besten angepassten Spektren können anschließend gemittelt werden.
Idealerweise umfasst das Verfahren weiterhin das Verändern der Anpassungsrate der Ablenkung, oder anderer Scanmittel, um die Ionen der Spezies A und/oder B und C mit einer Vielzahl von verschiedenen Scan-Raten zu scannen, während sie über die entsprechenden Lead- und/oder Masterblenden gescannt werden. Folglich kann die Anzahl der pro Einheit des Scans oder der Ablenkung der Ionen in einem ersten Segment des Leadsignals und des Mastersignals aufgezeichneten Datenpunkte eine andere sein als die Anzahl der pro Einheit des Scans oder der Ablenkung der Ionen in einem zweiten Segment des Leadsignals und des Mastersignals aufgezeichneten Datenpunkte. Mit anderen Worten ist die Dichte der Datenpunkte für einen ersten Abschnitt des Lead- und/oder Mastersignals größer als für einen zweiten Abschnitt des Lead- und/oder Mastersignals. In einem Beispiel können die Parameter am Massenanalysator mit unterschiedlichen Raten für unterschiedliche Segmente eines Scans verändert werden, so dass in einem ersten Abschnitt des Scans der Ionen mehr Datenpunkte aufgezeichnet werden als während eines zweiten Abschnitts des Scans der Ionen. Alternativ kann die von einer Ionenablenkeinheit verwendete Scan-Rate oder Rate der Änderung der Ablenkung während verschiedener Abschnitte des Aufbaus der Ablenkung angepasst werden. Diese Methode wird nachstehend als segmentierte Scan-Methode bezeichnet. Alternativ könnte die Häufigkeit der Probenahme von Datenpunkten während eines Segments des Scans verändert werden.
Vorteilhafterweise ermöglicht es diese segmentierte Scan-Methode, dass eine größere Anzahl von Datenpunkten in Bereichen des Signals von größerem Interesse aufgezeichnet werden. Zum Beispiel kann eine größere Anzahl von Datenpunkten aufgezeichnet werden, wo sich die Form des Massenspektrums schnell ändert (zum Beispiel in Flankenbereichen). Weniger Datenpunkte können in den flachen Plateaubereichen des Massenspektrums aufgezeichnet werden, da bei diesen davon ausgegangen werden kann, dass sie flach sind. Folglich kann die Messung des Massenspektrums effizienter gemacht werden, da die Gesamtmesszeit verkürzt werden kann, während immer noch eine ausreichende Anzahl von Datenpunkten in den Bereichen von Interesse für eine genaue Darstellung der Form des Massenspektrums bereitgestellt wird.
In einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Massenspektrums aus Probenionen unter Verwendung eines Multikollektor-Massenspektrometers bereitgestellt, wobei das Massenspektrometer einen räumlich dispersen Massenanalysator umfasst, wobei die Probenionen so gelenkt werden, dass sie sich durch den Massenanalysator und hin zu den Detektoren in einer Detektorkammer bewegen, wobei die Probenionen während ihrer Bewegung abgelenkt werden, wobei das Massenspektrometer einen Lead-Detektor umfasst, der in der Detektorkammer angeordnet ist, um Probenionen einer ersten Ionenspezies A mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_A aufzunehmen, und wobei das Massenspektrometer einen Master-Detektor umfasst, der in der Detektorkammer angeordnet ist, um Probenionen einer zweiten Ionenspezies B mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_B und einer dritten Ionenspezies C mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_C aufzunehmen, und wobei die Ionen der Spezies A eine andere nominelle Masse als die Ionen der Spezies B und C haben, und wobei weiterhin die Ionen der Spezies B dieselbe nominelle Masse wie die Ionen der Spezies C haben, wobei die Vorrichtung umfasst:
ein Steuermodul, das dazu konfiguriert ist, Ionenspezies B und C relativ zur Master-Blende zu scannen, vorzugsweise durch Ablenkung der Ionenspezies B und C, um die Ionen der Spezies B und C über eine in einer Master-Maske eines Master-Detektors definierte Master-Blende zu scannen, während die Ionen der Spezies A eine in einer Lead-Maske eines Lead-Detektors definierte Lead-Blende passieren; und
ein Analysemodul, das dazu konfiguriert ist,
ein vom Lead-Detektor erzeugtes Leadsignal zu empfangen, wobei das Leadsignal die am Lead-Detektor empfangene Ionenintensität von den Ionen der Spezies A darstellt, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden; und
ein vom Master-Detektor erzeugtes Mastersignal zu empfangen, wobei das Mastersignal die am Master-Detektor empfangene Ionenintensität darstellt, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden;
wobei das Steuermodul so konfiguriert ist, dass während des Scannens Ionen der Spezies A vom Lead-Detektor erfasst werden, während Ionen der Spezies B, aber nicht C, anschließend sowohl der Spezies B als auch C, und anschließend der Spezies C, aber nicht B vom Master-Detektor erfasst werden.
Der Lead- oder Master-Detektor kann von jedem in der Massenspektrometrie verwendeten Detektortyp sein oder jede Kombination von Detektortypen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Detektoren Faraday-Detektoren.
Das Analysemodul und das Steuermodul können Bestandteil eines Rechenprozessors sein. Obwohl sie als separate Module beschrieben werden, sind das Steuer- und das Analysemodul möglicherweise nicht voneinander getrennt. Das Analyse- und das Steuermodul kann mittels einer Computersoftware gesteuert werden, die eine grafische Benutzerschnittstelle zum Aufnehmen von Benutzereingaben und zur Ausgabe von Daten umfassen kann. Ein Prozessor, der das Steuermodul und das Analysemodul umfasst, oder die Computersoftware zur Interaktion mit dem Steuermodul und Analysemodul, kann integraler Bestandteil des Massenspektrometers oder von diesem getrennt sein.
Vorzugsweise ist das Analysemodul weiterhin dazu konfiguriert, das Mastersignal aus den Ionen B und C unter Verwendung des Leadsignals zu normieren, um ein normiertes Massenspektrum der Ionen B und der Ionen C zu bestimmen. Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung dazu verwendet werden, ein besonders präzises Massenspektrum zu erhalten, in dem die Masseninterferenz ggf. besonders sichtbar ist. Zweckmäßigerweise kann das resultierende normierte Massenspektrum die Effekte der Intensitätsschwankungen oder Drifts der Ionenstrahlintensität über die Messzeit hinweg reduzieren. Folglich können die auf das Massenspektrum angewandten Analysemethoden genauere Schätzungen der Isotopenverhältnisse innerhalb der ursprünglichen Probe liefern. Weiterhin kann das präzisere Massenspektrum zur Analyse unter Verwendung verschiedener, genauerer Methoden geeignet sein.
Optional ist das Steuermodul weiterhin so konfiguriert, dass – während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden – das Steuermodul weiterhin dazu konfiguriert ist [sic!], die Ionenspezies A über mindestens einen Teil der Lead-Blende der Lead-Maske des Lead-Detektors zu scannen. Zum Beispiel kann die Ablenkung der Ionen der Spezies A gleichzeitig mit der Anpassung der Ablenkung der Ionen der Spezies B und C angepasst werden.
Optional ist das Steuermodul weiterhin dazu konfiguriert, die Ablenkung der Ionenspezies A an einer Lead-Vorblenden-Ablenkeinheit, die dem Massenanalysator nachgeschaltet und vor der Lead-Blende angebaut ist, zu verändern, wobei das Steuermodul dazu konfiguriert ist, die Ionenspezies A so abzulenken, dass die Ionenspezies A vollständig die Lead-Blende passiert, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden. Mit anderen Worten kann, während die Ionenspezies B und C gescannt werden, eine Ablenkung auf die Ionenspezies A angewandt werden, um jede auf alle Ionen angewandte Ablenkung zu kompensieren, um die Ionen der Spezies A auf die Lead-Blende hin ausgerichtet zu halten.
Vorzugsweise ist das Steuermodul dazu konfiguriert, die Ionenspezies B und C über die Master-Blende zu scannen, indem die Ablenkung der Ionen der Spezies B und C während ihrer Bewegung durch den Massenanalysator und hin zu den Detektoren in der Detektorkammer angepasst wird. Mit anderen Worten kann das Scannen der Ionen B und C (und in einigen Beispielen, auch das Scannen der Ionen der Spezies A) erreicht werden, indem die auf die Ionen angewandte Ablenkung während ihrer Bewegung durch den Massenanalysator und hin zu den Detektoren an der Detektorkammer verändert wird. Zum Beispiel kann dies das Verändern der im Massenanalysator angewandten Ablenkung umfassen, oder es könnte das Anlegen einer zusätzlichen Ablenkung vor dem Eintritt in den Detektor (zum Beispiel durch Verwendung einer Vorblenden-Ablenkeinheit vor der Blende am Eingang zum Detektor) umfassen.
Optional kann das Scannen der Ionen das Bewegen des Ionenstrahls relativ zu einer Eintrittsblende am Eingang zu einem Detektor umfassen. Zum Beispiel kann das Scannen der Ionen der Spezies B und C das Bewegen des Ionenstrahls relativ zur Master-Blende umfassen. Das Bewegen des Ionenstrahls kann entweder durch das Verändern der Ablenkung des Ionenstrahls, um über die Blende zu scannen, oder durch Bewegen der Blende relativ zum stationären Ionenstrahl erreicht werden. In beiden Fällen bewirkt die entsprechende Bewegung, dass die Ionen zum Passieren der Blende veranlasst werden, so dass der Ionenstrahl zuerst von der Blende blockiert wird, dann die Blende passiert und anschließend durch die Blende blockiert wird.
Wo Scannen durch Anpassen der Ablenkung durch den Massenanalysator eingesetzt wird, kann das Steuermodul dazu konfiguriert sein, Ionen der Spezies B und C durch Anpassung der Ablenkung durch Aufbau des elektrischen Feld zu scannen. Alternativ ist in den Fällen, in denen der Massenanalysator einen elektrostatischen Analysator umfasst, das Steuermodul dazu konfiguriert, die Ionen durch Anpassung der Ablenkung durch Verändern oder Aufbau des elektrischen Felds am elektrostatischen Sektor des Massenanalysators zu scannen. Vorteilhafterweise führt das Verändern des magnetischen oder elektrischen Felds dazu, dass sich die Ionenstrahlen über die Oberfläche des Detektors bewegen oder diese scannen (über die Maske, die den Eintrittsspalt enthält). Daher bietet die Einstellung der Parameter des Massenanalysators ein unkomplizierteres Mittel zum Scannen von Ionenstrahlen in Bezug auf die Blende am Detektor als durch Anpassen der Position des Detektors selbst. Die Einstellung der Parameter der Massenanalysatoren kann durch das Steuermodul je nach den Eingaben eines Benutzers über die Computersoftware gesteuert werden.
Optional ist das Steuermodul dazu konfiguriert, die Ionen zu scannen oder die Ablenkung durch Scannen einer Energie der Probenionen anzupassen. Zum Beispiel kann das Steuermodul dazu konfiguriert sein, die Beschleunigung der Probenionen im Massenspektrometer zu verändern. Da die Ablenkung der Ionen im Massenanalysator von der Energie der Ionen abhängt, verursacht das Anpassen oder Scannen der Energie der Ionen eine Anpassung der Ablenkung der Probenionen (zum Beispiel Ionen der Spezies A, B und C), die den Massenanalysator passieren.
Das Steuermodul kann dazu konfiguriert sein, Ionen B und C zu scannen, indem die von einer Master-Vorblenden-Ionenablenkeinheit prozessabwärts vom Massenanalysator und vor der Master-Blende bereitgestellte Ablenkung verändert wird. Mit anderen Worten kann eine Ablenkeinheit im Strahlengang einer besonderen Ionenspezies oder mehrerer Ionenspezies prozessabwärts vom Massenanalysator und vor der Eintrittsblende eines Detektors platziert werden. Die Ablenkeinheit kann anschließend dazu verwendet werden, die Ablenkung von nur einigen der Ionenspezies anzupassen. In einem besonderen Beispiel wird die Ablenkeinheit prozessabwärts vom Massenanalysator im Strahlengang der Ionenspezies B und C platziert. Die Ablenkeinheit wird dann dazu verwendet, die Ablenkung der Ionen B und C anzupassen, um die Ionen B und C über die Master-Blende zu scannen. Zweckmäßigerweise vermeidet dieses Verfahren des Anpassens der Ablenkung der Ionenspezies B und C die Notwendigkeit, auch die Ablenkung der Ionen der Spezies A anzupassen. Daher können die Ionen der Spezies A sehr genau auf die Lead-Blende ausgerichtet werden.
Vorzugsweise passieren die Ionen der Spezies A zu allen Zeiten, zu denen mindestens eine der Ionenspezies B und C vom Master-Detektor aufgefangen wird, die Lead-Blende und werden vom Lead-Detektor aufgefangen. Vorteilhafterweise ist der Abstand zwischen der ersten Position der Ionen der Spezies A an der Lead-Blende zu Beginn des Scans und der zweiten Position der Ionen der Spezies A an der Lead-Blende am Ende des Scans kleiner als die Breite der Lead-Blende. Weiterhin sind die entsprechenden ersten Position der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C an der Master-Maske zu Beginn des Scans und der entsprechenden zweiten Position der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C an der Master-Maske am Ende des Scans vorzugsweise durch einen Abstand getrennt, der größer ist als die Breite der Master-Blende. Zweckmäßigerweise kann dies bei einer korrekten Ausrichtung den Erhalt eines Massenspektrum für die Ionen der Spezies B und C im Master-Detektor erlauben, während die Ionenstrahlen beim Bewegen zwischen der ersten und zweiten Position über die Blende gescannt oder abgelenkt werden. Gleichzeitig kann am Lead-Detektor während des gesamten Scans oder der Ablenkung der volle Ionenstrahl der Ionen der Spezies A aufgenommen werden, wobei das aufgezeichnete Lead-Signal durchweg bei maximaler Intensität gemessen wird.
Optional umfassen die Ionen der Spezies A eine erste Spezies eines Atomisotops, die Ionen der Spezies B eine zweite Spezies eines Atomisotops und die Ionen der Spezies C eine Spezies eines Molekülisotops. Alternativ umfassen die Ionen der Spezies A eine erste Spezies eines Molekülisotops, die Ionen der Spezies B umfassen eine zweite Spezies eines Molekülisotops und die Ionen der Spezies C umfassen eine dritte Spezies eines Molekülisotops. Zum Beispiel können die Ionen der Spezies A und B verschiedene Isotope desselben Elements sein, und die Ionen der Spezies C können ein Isotop eines Moleküls umfassen.
Vorteilhafterweise ist der Lead-Detektor beweglich, und das Steuermodul weiterhin dazu konfiguriert ist, den Lead-Detektor innerhalb der Detektorkammer zur Aufnahme von Ionen der Spezies A zu positionieren. Zum Beispiel kann die Position des Detektors relativ zum Ionenstrahl der Ionenspezies von Interesse angepasst werden, um die korrekte Ausrichtung für eine erfolgreiche Anwendung des Verfahrens zu bieten (d. h. so dass die Ionen der Spezies A auf den Lead-Detektor auftreffen). Der Lead-Detektor kann über einen Motor verfügen, so dass das Steuermodul einen Motor steuert, um den Lead-Detektor innerhalb der Detektorkammer zu bewegen, ohne dass ein direkter Zugang zum Innenraum der Detektorkammer erforderlich ist.
Der Master-Detektor kann beweglich sein, und das Steuermodul kann weiterhin dazu konfiguriert sein, den Master-Detektor innerhalb der Detektorkammer zur Aufnahme der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C zu positionieren. Die Position des Detektors kann relativ zum Ionenstrahl der Ionenspezies von Interesse angepasst werden, um die korrekte Ausrichtung für eine erfolgreiche Anwendung des Verfahrens zu bieten (d. h. so, dass die Ionen der Spezies B und C auf den Master-Detektor auftreffen) Der Master-Detektor kann über einen Motorantrieb verfügen, so dass das Steuermodul einen Motor steuert, um den Master-Detektor innerhalb der Detektorkammer zu bewegen, ohne dass ein direkter Zugang zum Innenraum der Detektorkammer erforderlich ist. Alternativ kann der Master-Detektor feststehend sein, während der Lead-Detektor in Bezug auf den Master-Detektor beweglich ist.
Optional umfasst das Massenspektrometer eine Vielzahl von Detektoren in der Detektorkammer, wobei jeder Detektor eine Maske umfasst, die eine Blende aufweist, und das Steuermodul weiterhin dazu konfiguriert ist, den Lead-Detektor und/oder den Master-Detektor aus der Vielzahl von Detektoren auszuwählen, um jeweils eine Größe der Lead- und/oder Master-Blende auszuwählen. Zweckmäßigerweise erlaubt dies eine größere Flexibilität bei der Konfiguration und Anordnung des Massenspektrometers, das zur Anwendung des Verfahrens verwendet werden kann. Die Größe der Blende kann das Maß der Blende in Richtung des Scans sein, zum Beispiel die Breite der Blende oder des Eintrittsspalts.
Optional ist das Analysemodul dazu konfiguriert, ein normiertes Massenspektrum der Ionen B und der Ionen C zu bestimmen, indem das Mastersignal zu einem gegebenen Zeitpunkt durch das zum selben Zeitpunkt erfasste Leadsignal dividiert wird. Das kann besonders nützlich für die Eliminierung von Schwankungen im Elektronenstrahl in den Fällen sein, in denen nur eine Spur des Mastersignals erfasst wird.
Vorteilhafterweise ist das Analysemodul weiterhin dazu konfiguriert, das normierte Massenspektrum der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C als ein erstes normiertes Massenspektrum zu speichern, ein zweites normiertes Massenspektrum in gleicher Weise wie bei der Messung des ersten normierten Massenspektrums zu erhalten und ein mittleres normiertes Massenspektrum aus einem Mittelwert des ersten und des zweiten normierten Massenspektrums zu bestimmen. Zweckmäßigerweise liefert dies ein normiertes Massenspektrum mit erhöhter Präzision und ist besonders nützlich für die Reduzierung von Effekten der anomalen Datenpunkte im gemessenen Massenspektrum.
Vorzugsweise ist das Analysemodul weiterhin dazu konfiguriert, das gemittelte normierte Massenspektrum als ein erstes oder früheres mittleres normiertes Massenspektrum zu speichern, ein weiteres oder neues normiertes Massenspektrum zu erhalten und ein mittleres normiertes Massenspektrum aus einem Mittelwert des ersten und früheren mittleren normierten Massenspektrums und des weiteren oder neuen normierten Massenspektrums zu bestimmen. Diese Methode kann viele Male wiederholt werden, um jedes nachfolgende neue normierte Massenspektrum mit [sic!] dem früheren mittleren Massenspektrum zu überlagern, um ein neues mittleres normiertes Massenspektrum bereitzustellen. Die Verwendung dieser Methode erlaubt es, kleine Drifts der Peakpositionen und kleine Instabilitätspeaks (zum Beispiel infolge von Hochspannungsspikes) effektiv zu eliminieren.
Das neue normierte Massenspektrum kann unter Verwendung von bekannten statistischen Methoden an die mittleren normierten Massenspektren angepasst werden (z. B. Anpassen der neuen Spektren, um das Residuum der Überlappung auf den niedrigsten Wert zu reduzieren). Zweckmäßigerweise passt [sic!] die neuen Massenspektren am besten zu den gemittelten normierten Massenspektren, um Massendrifteffekte auf die Peak-Mittelung wirksam zu reduzieren. Das gemittelte normierte Massenspektrum kann anschließend neu berechnet werden, um die am besten angepassten neuen normierten Massenspektren zu berücksichtigen. Auf diese Weise werden neu gemessene normierte Massenspektren „über” das vorausgehende mittlere normierte Massenspektrum „gelegt”.
Vorteilhafterweise ist das Steuermodul dazu konfiguriert, die Anpassungsrate des Scans oder der Ablenkung so zu verändern, dass die Ionen der Spezies A, B und/oder C mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Scan-Raten gescannt werden, während sie über die entsprechenden Lead- und Masterblenden gescannt werden. Mit anderen Worten dort, wo die Probenahmehäufigkeit der Messpunkte unangepasst bleibt, führt die Veränderung in der Scan-Rate (oder Veränderung in der Variationsrate des Scans oder der Ablenkung der Ionen) zum Sammeln von einer anderen Anzahl von Datenpunkten in einem ersten Segment des Lead- oder Mastersignals als in einem zweiten Segment des Lead- und/oder Mastersignals. Alternativ kann die Probenahmerate für die Messung der Datenpunkte für verschiedene Segmente der Messung angepasst werden.
Vorteilhafterweise erlaubt diese Methode die Aufzeichnung einer größeren Anzahl oder Dichte von Datenpunkten in Bereichen des Lead- und/oder Mastersignals, in denen sich die Form des Massenspektrums schnell ändert (zum Beispiel in den Flankenbereichen). Weniger Datenpunkte können in den flachen Plateaubereichen des Massenspektrums aufgezeichnet werden, da bei diesen davon ausgegangen werden kann, dass sie flach sind. Folglich ist die Messung des Massenspektrums effizienter und die Gesamtmesszeiten können reduziert werden.
In einem dritten Aspekt wird ein Multikollektor-Massenspektrometer bereitgestellt, umfassend:
einen räumlich dispersen Massenanalysator;
eine Detektorkammer, wobei die Probenionen so gelenkt werden, dass sie sich durch den Massenanalysator und hin zu Detektoren in einer Detektorkammer bewegen, wobei die Probenionen während ihrer Bewegung abgelenkt werden, wobei die Detektorkammer einen Lead-Detektor umfasst, der so angeordnet ist, dass Probenionen einer ersten Ionenspezies A mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_A auf eine in einer Lead-Maske am Lead-Detektor definierten Lead-Blende ausgerichtet sind, wobei die Detektorkammer weiterhin einen Master-Detektor umfasst, der so angeordnet ist, dass Probenionen einer zweiten Spezies B mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_B und Ionen einer dritten Spezies C mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_C auf eine in einer Master-Maske am Master-Detektor definierten Master-Blende ausgerichtet sind; und
eine Vorrichtung, umfassend:
ein Steuermodul, das dazu konfiguriert ist, die Position der Ionenspezies B und C relativ zur Master-Blende anzupassen, so dass die Ionen der Spezies B und C durch die in der Master-Maske des Master-Detektors definierte Master-Blende gescannt werden, während die Ionen der Spezies A die in der Lead-Maske des Lead-Detektors definierte Lead-Blende passieren; und
ein Analysemodul, das dazu konfiguriert ist,
ein vom Lead-Detektor erzeugtes Leadsignal zu empfangen, wobei das Leadsignal die am Lead-Detektor empfangene Ionenintensität von den Ionen der Spezies A darstellt, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden;
ein vom Master-Detektor erzeugtes Mastersignal zu empfangen, wobei das Mastersignal die am Master-Detektor empfangene Ionenintensität darstellt, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden; und
das Mastersignal von den Ionen B und C unter Verwendung des Leadsignals zu normieren, um ein normiertes Massenspektrum der Ionen B und der Ionen C zu bestimmen.
Das Massenspektrometer kann weiterhin die Vorrichtung umfassen, einschließlich der an einer früheren Stelle in diesem Dokument beschriebenen zusätzlichen Merkmale, wobei die Lead-Blende, die Master-Blende und die Steuereinheit so konfiguriert sind, dass während des Scannens Ionen der Spezies A vom Lead-Detektor erfasst werden, während Ionen der Spezies B, aber nicht C, anschließend sowohl der Spezies B als auch C, und anschließend der Spezies C, aber nicht B vom Master-Detektor erfasst werden. Zum Beispiel kann die Steuereinheit dazu konfiguriert sein, eine Ablenkung anzuwenden, so dass während des Scannens Ionen der Spezies A vom Lead-Detektor erfasst werden, während Ionen der Spezies B, aber nicht C, anschließend sowohl der Spezies B als auch C, und anschließend der Spezies C, aber nicht B vom Master-Detektor erfasst werden, wobei der Grad der Ablenkung relativ zur Lead- und Master-Blende ist.
Idealerweise ist das Massenspektrometer ein doppelt fokussierendes Massenspektrometer, das einen elektrostatischen Analysator und einen magnetischen Sektor aufweist. Optional ist der Massenanalysator ein magnetischer Massenanalysator, der eine Ablenkung und Trennung der Ionenspezies durch Anlegen eines Magnetfelds bewirkt. Der räumlich disperse Massenanalysator bewirkt, dass die Ionen der verschiedenen Spezies (und verschiedenen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis [sic!]) in einem unterschiedlichen Winkel oder in unterschiedlichem Ausmaß abgelenkt werden, wenn sie den Massenanalysator passieren, so dass die Ionen in einem Abstand voneinander getrennt werden.
Vorzugsweise kann das Massenspektrometer weiterhin eine dem Massenanalysator nachgeschaltete Ionenablenkeinheit umfassen. Die Ionenablenkeinheit kann vor der Master-Blende angeordnet sein, so dass die Ionen der Spezies B und C die Ablenkeinheit passieren. Bei Gebrauch kann die Ablenkeinheit die Ablenkung der Ionen der Spezies B und C anpassen.
In einem vierten Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das so konfiguriert ist, dass das Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, ein Elementmassenspektrometer für den Betrieb nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren steuert. Zum Beispiel kann das Computerprogramm eine Logik umfassen, die bei Ausführung auf einem Computer die Steuerung des Massenspektrometers und der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ermöglicht.
In einem fünften Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen der Häufigkeit von Ionenspezies in einer Probe unter Verwendung eines Multikollektor-Massenspektrometers bereitgestellt, wobei das Massenspektrometer einen räumlich dispersen Massenanalysator umfasst, um die Probenionen in eine Detektorkammer zu lenken, wobei die Probe Probenionen einer ersten Ionenspezies A mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_A, Ionen einer zweiten Ionenspezies B mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_B und Ionen einer dritten Ionenspezies C mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_C, umfasst, wobei die Ionen der Spezies A eine andere nominelle Masse als die Ionen der Spezies B und die Ionen der Spezies C aufweisen und Ionen der Spezies A keine Masseninterferenzen verursachen oder keine erheblichen Masseninterferenzen mit irgendeiner anderen Ionenspezies verursachen, und weiterhin wobei die Ionen der Spezies B dieselbe nominelle Masse wie die Ionen der Spezies C aufweisen, wobei das Verfahren umfasst:

(a) Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, um ein normiertes Massenspektrum der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C zu liefern;
(b) Entfalten des Massenpeaks jedes der Ionen der Spezies B und der Spezies C vom normierten Massenspektrum, gemäß der Annahme, dass die Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies B identisch mit der Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies C ist; und
(C) Bestimmen einer Häufigkeit der Ionen der Spezies A, der Ionen der Spezies B und/oder der Ionen der Spezies C in der Probe.

Die ermittelten Häufigkeiten können zum Bestimmen von einem oder mehreren Häufigkeitsverhältnissen, z. B. Isotopenverhältnissen, verwendet werden. Das Verhältnis kann gemäß der relativen Häufigkeiten (Amplituden der Massenpeaks) eines jeden der Ionen der Spezies A, der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C bestimmt werden.
Die Ionen der Spezies A verursachen vorzugsweise keine Masseninterferenzen oder keine erheblichen Masseninterferenzen mit irgendeiner anderen Ionenspezies, so dass für Spezies A eine genaue Peakform gemessen werden kann. Mit anderen Worten unterscheidet sich die Masse der Spezies A ausreichend von der Masse der Ionen B und C, so dass der Massenpeak der Spezies A in einem Abstand von den Massenpeaks der Spezies B und Spezies C liegt.
Das Verfahren zum Erhalten eines normierten Massenspektrums für Ionen der Spezies B und C ist vorstehend ausführlich beschrieben. Vorteilhafterweise werden eine Vielzahl von normierten Massenspektren für Ionen der Spezies B und C gemessen, so dass man ein mittleres oder am besten angepasstes normiertes Massenspektrum erhält. Zum Beispiel kann das mittlere normierte Massenspektrum durch „Überlagern” eines mittleren normierten zuvor (gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren) erhaltenen Massenspektrums mit neu gemessenen Massenspektren erhalten werden.
Die Entfaltung eines Massenpeaks für jedes der Ionen der Spezies B und C kann durch die Anwendung von Standardsignalverarbeitungsmethoden auf das normierte Massenspektrum erreicht werden. Die Entfaltung geht davon aus, dass die Form eines jeden Massenpeaks der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C identisch sein wird. Diese Annahme kann aufgrund der gemeinsamen Ionenquelle und der gemeinsamen Beschleunigungsphasen für jede Ionenspezies, die für einen ähnlichen Drehimpuls und eine ähnliche Energieverteilung für Ionen jeder Spezies sorgen, als zutreffend gelten. Obwohl diese Annahme am besten auf in einem doppelt fokussierenden Massenspektrum gemessene Massenspektren zutrifft, kann die Annahme auch sinnvoll auf Massenspektren angewandt werden, die in einem Massenspektrometer mit einem einzigen fokussierenden Magnetsektor erhalten wurden. Jeder geeignete Algorithmus kann angewandt werden (zum Beispiel in einem Analysemodul eines Computerprozessors), um die Massenpeaks von dem Massenspektrum, das Masseninterferenzen unterliegt, zu entfalten oder aufzulösen.
Der Einsatz der Master- und Lead-Detektoren zum Normieren der Massenpeaks, optional zusammen mit den Spektrum-Mittelungs- und segmentierten Scan-Methoden, verbessert die Qualität der Messung des Massenspektrums und erlaubt somit eine effektive Entfaltung der interferierenden Massenpeaks und damit eine verbesserte Bestimmung der Ionenhäufigkeiten.
Sobald die Massenpeaks der Ionen der Spezies B und Spezies C gemäß dem vorstehenden Verfahren erhalten wurden, können Verfahren, die in der Massenspektrometeranalyse Standard sind, angewandt werden, um das Isotopenverhältnis jeder Ionenspezies zu erhalten.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren das Messen eines vollen Massenspektrums der Ionen der Spezies A oder der Ionen einer anderen Spezies, die keine Masseninterferenzen verursacht oder keine erheblichen Masseninterferenzen mit einer anderen Ionenspezies verursacht, an einem in einer Detektorkammer angeordneten Detektor, um einen Massenpeak zu bestimmen, der eine Massenpeakform der Ionen der Spezies A oder für die Ionen der anderen Spezies, die keine Masseninterferenzen verursachen, aufweist. Der Schritt des Entfaltens des Massenpeaks jedes der Ionen der Spezies B und der Spezies C von dem normierten Massenspektrum basiert auf der Annahme, dass die Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies B dieselbe ist wie die Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies C und dieselbe ist wie die Form des für die Ionen der Spezies A gemessenen Massenpeaks oder der anderen Spezies, die keine Masseninterferenzen verursachen.
Der Massenpeak der Ionen der Spezies A oder der Ionen einer anderen Spezies, die keine Masseninterferenzen verursacht oder keine erheblichen Masseninterferenzen mit irgendeiner anderen Ionenspezies verursacht, kann erhalten werden, indem am Detektor, z. B. am Lead-Detektor oder Master-Detektor, jedoch vorzugsweise am Master-Detektor, ein Massenspektrum gemessen wird. Das Ion sollte so gewählt werden, dass das Massenspektrum keinen Masseninterferenzen unterliegt. Das Massenspektrum für Ionen der Spezies A oder die Ionen einer anderen Spezies, die keine Masseninterferenzen verursacht oder keine erheblichen Masseninterferenzen mit irgendeiner anderen Ionenspezies verursacht, wird vollständig gescannt oder abgelenkt durch den Eintrittsspalt zum Detektor (zum Beispiel von einer ersten Position, an der der Ionenstrahl durch die Maske auf einer Seite der Blende blockiert wird, bis zu einer Position, in der der Ionenstrahl von der Maske auf der gegenüberliegenden Seite der Maske blockiert wird). Die Form des Massenpeaks kann anschließend aus der Form des gemessenen Massenspektrums abgeleitet werden. Insbesondere spiegelt die Form der Flankenregionen des Massenspektrums, wenn die Ionen beginnen, in die Blende des Detektors einzutreten oder aus ihr auszutreten, die Form des Massenpeaks wider. Es kann vorteilhaft sein, das Massenspektrum der Ionen der Spezies A oder anderer Ionenspezies, die keinen Masseninterferenzen unterliegen, unter Verwendung einer Methode (wie vorstehend beschrieben) zu messen, die eine größere Dichte von Messpunkten in den Flankensegmenten des Massenspektrums bietet.
Vorzugsweise umfasst das Messen eines vollen Massenspektrums der Ionen der Spezies A oder von Ionen einer anderen Spezies, die keine Masseninterferenzen verursacht oder keine erheblichen Masseninterferenzen mit irgendeiner anderen Ionenspezies verursacht:
Messen eines vollen Massenspektrums mit hoher Auflösung einer ersten Ionenspezies an einem Master-Detektor, während an einem Lead-Detektor ein volles Massenspektrum mit hoher Auflösung einer zweiten Ionenspezies gemessen wird, wobei die erste und die zweite Ionenspezies unterschiedliche Ionenspezies sind und entweder Ionen der Spezies A oder Ionen einer anderen Spezies sind, die keine Masseninterferenzen verursacht oder keine erheblichen Masseninterferenzen mit irgendeiner anderen Ionenspezies verursacht; und
Normieren des am Master-Detektor gemessenen Signals auf das am Lead-Detektor gemessene Signal, um ein normiertes volles Massenspektrum für die Ionen der Spezies A oder der anderen Spezies, die keine Masseninterferenzen verursacht, zu bestimmen. Zweckmäßigerweise liefert dies eine Peakform von sehr hoher Präzision für das nicht Masseninterferenzen verursachende Ion, die anschließend bei der Konvolution der Peakform der Ionen der Spezies B und Spezies C verwendet werden kann. Eine genauere Peakform für das nicht Masseninterferenzen verursachende Ion führt zu einer besseren Quantifizierung der beitragenden Spezies im gemessenen, normierten Massenspektrum, das keine Masseninterferenzen verursacht. Das ist auf eine genauere Entfaltung der Massenpeaks zurückzuführen. Die Verwendung des Lead- und Master-Detektors zum Erfassen der normierten Peakform eines Ions, das keine Masseninterferenzen verursacht, erlaubt es auf diese Weise, eine normierte Peakform abzuleiten, die von kleinen Schwankungen an der Quelle der Probenionen oder anderswo im Massenspektrometer unabhängig ist. Somit ist diese Methode nützlich für eine Korrektur der Drift der Ionenstrahlen.
Vorzugsweise umfasst das Entfalten eines Massenpeaks für jedes der Ionen der Spezies B und der Spezies C (im vorstehenden Schritt (b)) weiterhin:
Anpassen eines Massenpeaks der Ionenspezies B und eines Massenpeaks der Ionenspezies C an das normierte Massenspektrum, wobei die Form des Massenpeaks der Ionenspezies B und die Form des Massenpeaks der Ionenspezies C dieselben sind wie die Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies A oder der anderen nicht Masseninterferenzen verursachenden, mit dem Master-Detektor gemessenen Spezies;
wobei der Massenpeak für Ionenspezies B und für Ionenspezies C angepasst wird, indem die Amplitude jeden Massenpeaks und/oder der Masse, bei der jeder Massenpeak auftritt, angepasst wird. Mit anderen Worten wird davon ausgegangen, dass die Massenpeaks der Ionenspezies B und C eine identische Form wie der für das nicht Masseninterferenzen verursachende Ion gemessene Massenpeak aufweisen. Vorzugsweise wird die Peakform für das nicht Masseninterferenzen verursachende Ion mit einer sehr hohen Präzision unter Verwendung eines am Lead- und Master-Detektor gemessenen normierten Signals gemessen. Unter Verwendung der Peakformmessungen mit hoher Präzision können die Massenpeaks für Ionenspezies B und C mittels einer Anpassungsmethode zur Anpassung der identischen Peakformen an das normierte Massenspektrum entfaltet werden. Da die Peakform bekannt ist, können die Massenpeaks für Ionenspezies B und C durch Anpassung von mindestens einem Anpassparameter auf das gemessene normierte Massenspektrum der Masseninterferenzen verursachenden Ionenspezies B und C gefunden werden. Der Anpassparameter wird in erster Linie ein Skalierungsfaktor für die Amplitude eines jeden Massenpeaks sein, obwohl dort, wo die exakte Masse der Ionenspezies B und C nicht bekannt sind [sic!], auch die Masse als ein Anpassparameter verwendet werden kann.
Infolge der beschriebenen wirksamen Entfaltungsmethode basiert die Berechnung der Häufigkeit der Probenionen B und C anders als bei früher bekannten Verfahren nicht auf der Identifizierung von Plateaus im vollen Massenspektrum. Die hier zur Bestimmung der Häufigkeit von Ionenspezies in einer Probe verwendeten Messungen können dementsprechend Messungen mit einer weniger hohen Auflösung (z. B. unter Verwendung einer höheren Übertragung von Elektronen zum Ionendetektor) erfordern, ohne die Präzision zu beeinträchtigen. Folglich kann die Häufigkeit von nur durch sehr kleine Massendefekte getrennten Spezies besser unterschieden werden. Weiterhin ist das Verfahren besonders effektiv in den Fällen, wo eine große Anzahl von unterschiedlichen Ionenspezies Masseninterferenzen aufweisen.
Obwohl die Masse als Anpassparameter während der Entfaltung der Massenpeaks für Ionenspezies B und C verwendet werden kann, wird im Allgemeinen die genaue Masse (die genaue Atom- oder Molekülmasse) jeder in der Probe vorhandenen Ionenspezies bekannt sein. Zum Beispiel wird die Masse der Ionen einer Atom- oder Molekül-Spezies aus früher dokumentierten Messungen bekannt sein. Die genaue Masse wird die Masse sein, die allgemein als die wahre Atom- oder Molekülmasse für ein gegebenes Atom bzw. Molekül akzeptiert ist.
Optional können die ermittelten Häufigkeiten zur Bestimmung eines oder mehrerer Häufigkeitsverhältnisse verwendet werden, wobei die Verhältnisse gemäß der relativen Amplituden der entfalteten Massenpeaks von mindesten zwei der Ionen der Spezies A, der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C bestimmt werden.
Vorzugsweise können die Probenionen weiterhin Ionen einer oder mehrerer weiterer Ionenspezies umfassen, wobei die Ionen jeder der einen oder mehreren weiteren Ionenspezies dieselbe nominelle Masse wie die Ionen der Spezies B und Spezies C aufweisen; und das Verfahren umfasst weiterhin das Entfalten eines Massenpeaks jedes der Ionen der Spezies B, Spezies C und jedes der einen oder mehreren weiteren Ionenspezies aus dem normierten Massenspektrum, gemäß der Annahme, dass die Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies B, Spezies C und jeder der einen oder mehreren weiteren Ionenspezies dieselbe ist wie die Form des für die Ionen der Spezies A oder für die Ionen der anderen nicht Masseninterferenzen verursachenden Ionenspezies gemessenen Massenpeaks. Jede der einen oder mehreren weiteren Ionenspezies kann jeweils ein Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z) aufweisen, wobei das Masse-zu-Ladungs-Verhältnis für jede der weiteren Ionenspezies unterschiedlich ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhalten eines Massenspektrums von Probenionen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenlegung lediglich beispielhaft anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine schematische Ansicht der Ausrichtung von Faraday-Detektoren gemäß eines im Stand der Technik beschriebenen Verfahrens ist;
2A ein Graph des mittels im Stand der Technik beschriebener Verfahren erhaltenen Massenspektrums ist, der alle Fe-Isotope und deren entsprechende Molekül-Interferenzen zeigt;
2B eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Massenspektrums aus 2A ist, das mittels im Stand der Technik beschriebener Verfahren erhalten wurde;
3 eine schematische Ansicht eines doppelt fokussierenden Multikollektor-Massenspektrometers ist;
4A eine schematische Ansicht der Anordnung der Vielzahl von Faraday-Detektoren und CDD-Detektoren in einer Ebene innerhalb der Detektorkammer eines Massenspektrometers ist;
4B eine Draufsicht der Anordnung in der Detektorkammer des Massenspektrometers der in 4A dargestellten Faraday-Detektoren und CDD-Detektoren ist;
5A eine schematische Ansicht der Konfiguration des Lead-Faraday-Detektors in Bezug auf die Ionen der ersten Spezies (A) ist;
5B eine schematische Ansicht der Konfiguration des Master-Faraday-Detektors in Bezug auf die Ionen der zweiten und dritten Spezies (B bzw. C) ist;
6A ein Graph des Leadsignals am Faraday-Detektor mit Einfügungen ist, die die Position des Ionenpeaks der ersten Spezies (A) relativ zur Blende zeigen;
6B ein Graph des Mastersignals am Master-Faraday-Detektor mit Einfügungen ist, die die Position der Ionenpeaks der zweiten und dritten Spezies (B und C) relativ zur Blende zeigen;
7 ein Graph ist, der ein Beispiel des nach dem Verfahren gemessenen Leadsignals und Mastersignals zeigt;
8 ein Ablaufschema ist, das das Verfahren zum Erhalten eines Massenspektrums von Probenionen darstellt;
9 ein Graph ist, der Segmente des Massenspektrums zeigt, in denen eine höhere Dichte von Datenpunkten gemessen wird; und
10 ein Ablaufschema ist, das das Verfahren zum Bestimmen des Verhältnisses von Ionenspezies in einer Probe unter Verwendung eines Multikollektor-Massenspektrometers darstellt.
Soweit zutreffend bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den Figuren. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu.
Detailbeschreibung von spezifischen Ausführungsformen der Erfindung
In Bezug zunächst auf 3 wird eine schematische Darstellung eines doppelt fokussierenden Massenspektrometers 300 gezeigt. Die Ionen werden an der Ionenquelle 314 erzeugt, die mit einer über die Anschlüsse 311, 312 angeschlossenen Stromversorgung 310 betrieben wird. Die Ionen werden beschleunigt und an einem Eintrittsspalt fokussiert und passieren anschließend einen elektrostatischen Analysator (ESA) 316, der zur Fokussierung des Ionenstrahls und zur Auswahl der Ionen der erforderlichen Energie beiträgt. Die Ionen treten als nächstes in einen fokussierenden Quadrupol 318 ein, damit der Ionenstrahl noch mehr fokussiert wird. Beim Austritt aus dem fokussierenden Quadrupol passiert der Ionenstrahl eine in einer Maske 320 definierte Austrittsblende und dann im Anschluss ein am elektromagnetischen Sektor 322 angelegtes Magnetfeld.
Die Austrittsblende an Maske 320 hat unterschiedliche mögliche Breiten, die die Auflösung des Ionenstrahls bestimmen. Da die Blende nur einem Teil des fokussierten Ionenstrahls den Durchtritt erlaubt, gestattet die Auswahl einer Blende mit einer größeren Fläche oder breiterem Spalt den Durchtritt eines größeren Teils des Ionenstrahls (mit anderen Worten einer größeren Anzahl von Ionen) in das Magnetfeld und ermöglicht so eine empfindlichere Messung. Eine kleine Fläche oder engere Blende kann jedoch nützlich sein, um ionenoptische Abbildungsfehler zu reduzieren und damit eine verbesserte Auflösung für die Messung zu bieten. Die Verwendung einer Blende höherer Auflösung kann für die Umsetzung des hier beschriebenen Verfahrens bevorzugt werden, da dies zu Ionen führt, die einen Massenpeak aufweisen, der enger ist mit einer relativ kleineren Überlappung. Daher ist die hohe Auflösung nützlich bei der Auflösung von Ionenspezies, die Masseninterferenzen unterliegende Massenpeaks aufweisen.
Innerhalb des magnetischen Massenanalysators am elektromagnetischen Sektor 322 bewirkt das angelegte Magnetfeld eine Veränderung der Richtung oder eine Ablenkung der Ionen. Ionen mit größerer Masse werden weniger abgelenkt als Ionen mit kleinerer Masse, was zu einer räumlichen Trennung der Ionen gemäß ihren Masse-zu-Ladungs-Verhältnissen führt. Die getrennten Ionen treten aus den magnetischen Massenanalysator 322 aus und treten in die Detektorkammer 326 ein. Eine Vielzahl von Detektoren 330, einschließlich Faraday-Detektoren und herkömmliche Differenzdetektoren (CCD) [sic!], sind in der Detektorkammer angeordnet (siehe auch 4B). Die Detektoren 330 sind in einer Ebene angeordnet, um jede Spezies der räumlich getrennten Ionen gleichzeitig aufzufangen. Der Betrieb des Massenspektrometers und die Erfassung von Daten können von einem Computer 328 gesteuert werden, der ein Steuermodul und Analysemodul aufweist.
Ein Faraday-Detektor (auch bekannt als Faraday-Becher oder Faraday-Auffänger) ist ein Leitpfanne, die dazu angeordnet ist, Ionen in ihrer Kammer oder ihrem Hohlraum aufzufangen. Während die geladenen Teilchen im Faraday-Detektor aufgenommen werden, bewirkt der Aufbau von Ladungen an den Wänden der Leitpfanne einen Strom, dessen Größe proportional zur Anzahl oder Intensität der aufgefangenen Ionen ist.
4A zeigt die Anordnung von Faraday-Detektoren 410, 412, 414 und CDD-Detektoren 416 in der Detektorkammer 326. Eine Anzahl von beweglichen Faraday-Detektoren 412, 414 (mit L1 bis L4 und H1 bis H4 beschriftet) ist auf jeder Seite eines feststehenden, zentralen Faraday-Detektors 410 (mit C beschriftet) angeordnet. Drei CDD-Detektoren 416 sind ebenfalls an einer Seite des zentralen Faraday-Detektors 410 angebaut. Jeder Faraday-Detektor umfasst eine in einer Maske 422 definierte Blende 420. Die Masken sind entlang des Eingangs zum Faraday-Detektor angeordnet, so dass Ionen die Blende 420 passieren müssen, um in den Faraday-Detektor einzutreten. Über die Vielzahl von Faraday-Detektoren 410, 412, 414 hinweg weisen die Blenden eine Reihe von Spaltbreiten auf. Spalt L3 verfügt über die breiteste Spaltbreite, z. B. 1,8 Millimeter in einem besonderen Beispiel. Im Vergleich zum Spalt L3 können die anderen Detektoren eine relative Breite von zum Beispiel 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2 und/oder 0,1 der Breite von 13 aufweisen. Das würde dazu führen, dass ein Spalt von 0,7 der Breite von 13 zum Beispiel ungefähr 1,3 Millimeter breit ist, und ein Spalt von 0,3 der Breite von 13 ungefähr 0,5 Millimeter breit ist.
4B zeigt die in einer Ebene 418 in der Detektorkammer 326 angeordneten Faraday-Detektoren bei Draufsicht auf die Detektorkammer. Die Position der beweglichen Faraday-Detektoren 412, 414 kann innerhalb der Ebene angepasst werden, um sie auf jede einzelne der auftreffenden getrennten Ionenspezies (oder der auftreffenden Ionenstrahlen) auszurichten. Die Einstellung der Position der beweglichen Faraday-Detektoren erlaubt die Auswahl eines spezifischen Faraday-Detektors mit einer spezifischen Blendenbreite für eine gegebene Ionenspezies. In einigen Fällen ist der zentrale Faraday-Detektor (C) 410 feststehend. Daher kann die Richtung (oder Ablenkung) der Ionenstrahlen derart justiert werden, dass Ionen einer Spezies von Interesse auf den zentralen Faraday-Detektor (C) 410 ausgerichtet werden, und die beweglichen Faraday-Detektoren 412, 414 um den zentralen Faraday-Detektor 410 herum angebaut werden können, um sich auf die Ionen der anderen Spezies in der Probe auszurichten.
Eine Ionenablenkeinheit 424 ist dem Massenanalysator nachgeschaltet und vor der Blende am Eingang zu einem Detektor (in diesem Fall Detektor H2) angebaut. Die Ionenablenkeinheit 424 kann dazu verwendet werden, eine Ablenkung auf eine besondere, auf eine spezifische Blende und einen spezifischen Detektor ausgerichtete Ionenspezies anzuwenden, ohne dieselbe Ablenkung auf alle Probenionen anzuwenden.
Eine zu analysierende Probe kann eine Anzahl verschiedener Ionenspezies enthalten. Wie vorstehend erläutert, werden Ionenspezies verschiedener Massen im Massenanalysator gemäß ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses (m/z) getrennt. In Fällen, in denen die nominelle Masse der unterschiedlichen Ionenspezies nicht dieselbe ist, werden die Ionenstrahlen getrennt, um relativ gut aufgelöst zu werden. In Fällen, in denen in der Probe Ionen vorhanden sind, die dieselbe nominelle Masse aufweisen, können die Ionenstrahlen jedoch nicht gut aufgelöst werden (so dass ihre Massenpeaks überlappen). Falls die Ionenstrahlen nicht gut aufgelöst werden, wird eine Masseninterferenz beobachtet.
Wie vorstehend erörtert, haben unterschiedliche Ionen von nominell derselben Masse infolge des Massendefekts eine leicht unterschiedliche wahre Masse. In diesem Fall können Masseninterferenzen unterliegende Ionenspezies nur durch Erhalten eines Massenspektrums sehr hoher Präzision aufgelöst werden. Dieses Massenspektrum hoher Präzision kann man gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung erhalten, die nachstehend unter Bezugnahme auf 5 bis 9 beschrieben werden. Weiterhin werden nächstehend unter Bezugnahme auf 10 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen von Isotopenverhältnissen beim Vorliegen von Masseninterferenzen beschrieben.
Erhalten eines normierten Massenspektrums
5A und 5B stellen Faraday-Detektoren dar. 5A zeigt einen Lead-Faraday-Detektor 500 mit einer Lead-Maske 512 am Eingang zum Becherabschnitt 510 des Detektors. Eine Lead-Blende 514 wird in der Maske 512 gebildet und weist eine erste Breite d₁ auf. 5B zeigt einen Master-Faraday-Detektor 505 mit einer Master-Maske 518, die sich über den Eingang zum Becherteil 516 des Faraday-Detektors erstreckt. Die Maske umfasst eine Masterblende 520, die eine zweite Breite d₂ aufweist. Die erste Breite d₁ der Lead-Blende 514 des Lead-Faraday-Detektors 500 ist größer (oder breiter) als die zweite Breite d₂ der Master-Blende 520 des Master-Faraday-Detektors 505 (mit anderen Worten d_1> > d₂). In diesem Beispiel entspricht der Master-Faraday-Detektor 500 dem in 4A und 4B dargestellten feststehenden, zentralen Faraday-Detektor 410, und der Lead-Faraday-Detektor 505 wird aus jenen der beweglichen Faraday-Detektoren 412, 414 ausgewählt, die eine breitere Blende aufweisen. Somit kann der Lead-Faraday-Detektor 500 so gewählt werden, dass er eine gewünschte Breite der Lead-Blende bietet. Ausschließlich als Beispiel kann der Lead-Faraday-Detektor 505 Detektor L3 in 4A sein, der den breitesten Eintrittsspalt zum Detektor aufweist.
Wie in 5A dargestellt, ist der Lead-Faraday-Detektor 500 so ausgerichtet, dass er eine Ionenspezies (dargestellt an einer ersten Position durch einen Ionenstrahl 522, der als durchgezogene Linie dargestellt ist) aufnimmt oder auffängt. Dies ist eine erste Ionenspezies (die als Ionen der Spezies A bezeichnet werden könnte), die eine andere nominelle Masse als jede andere in der zu analysierenden Probe vorhandene Ionenspezies aufweist. Folglich werden die Ionen der ersten Spezies im Massenspektrum gut von den anderen in der Probe vorhandenen Ionen aufgelöst, und der Ionenstrahl wird vom Ionenstrahl jeder anderen Spezies getrennt. Folglich trifft nur eine einzige Ionenspezies auf den Lead-Faraday-Detektor auf.
Wie in 5B dargestellt, ist der Master-Faraday-Detektor 505 so angeordnet, dass er eine zweite und dritte Ionenspezies auffängt (wobei die zweite Spezies durch einen Ionenstrahl 526 (durchgezogene Linie) an einer ersten Position dargestellt wird, und die dritte Ionenspezies durch einen zweiten Ionenstrahl 530 (durchgezogene Linie) an der ersten Position dargestellt wird). Die zweite und dritte Spezies können als Ionen der Spezies B bzw. Ionen der Spezies C bezeichnet werden. Die zweite und dritte Ionenspezies weisen dieselbe nominelle Masse auf und werden im Massenspektrum nur durch den Massendefekt getrennt. Somit stellen die zweite und dritte Ionenspezies einen Masseninterferenzen unterliegenden Ionenstrahl dar. In einem besonderen Beispiel ist die zweite Ionenspezies eine Atomionenspezies, und die dritte Ionenspezies ist eine mehratomige oder Molekülionenspezies. In einem alternativen Beispiel sind die zweiten und dritten Ionen jeweils Molekülspezies. In weiteren Beispielen können eine vierte oder weitere Ionenspezies ebenfalls Masseninterferenzen mit der zweiten und dritten Ionenspezies verursachen.
Zu einem ersten Zeitpunkt wird der Lead-Faraday-Detektor 500 so angeordnet, dass die Ionen einer ersten Spezies in den Detektorabschnitt 510 des Faraday-Detektors 500 durch eine Blende 514 der Maske 512 eintreten. Wie in 5A dargestellt, wird der Ionenstrahl 522 der ersten Ionenspezies idealerweise zu einem ersten Zeitpunkt auf eine erste Position innerhalb eines ersten Rands der Lead-Blende 514 ausgerichtet.
Zu demselben ersten Zeitpunkt wird der Master-Faraday-Detektor 505 so angeordnet, dass die Ionen der zweiten und der dritten Spezies durch die Master-Maske 518 daran gehindert werden, in den Becherabschnitt 516 des Faraday-Detektors 505 einzutreten. Die Ionen der zweiten und dritten Spezies fallen auf den Master-Faraday-Detektor 505, kreuzen sich aber mit dem Faraday-Detektor 505 an der Maske 518 außerhalb und neben einem ersten Rand der Master-Blende 520. Die Anordnung ist so beschaffen, dass die Ionenstrahlen der zweiten und dritten Ionenspezies zu dem ersten Zeitpunkt und an der ersten Position nicht in den Becherabschnitt 516 des Master-Faraday-Detektors 505 eintreten.
Die Ionenstrahlen der ersten, zweiten und dritten Spezies werden gleichzeitig über die Oberfläche der Maske 512, 518 des Master-Faraday-Detektors 510 bzw. Lead-Faraday-Detektors 505 gescannt oder abgelenkt. In diesem Beispiel ist die Bewegung der Ionenstrahlen das Resultat einer Veränderung des am magnetischen Massenanalysator 322 angelegten Magnetfelds. Der allmähliche Aufbau oder das Scannen des Magnetfelds führen zu einer allmählichen Veränderung in der Richtung oder Ablenkung der Ionenstrahlen im Massenanalysator 322. Folglich bewegt sich die Position jedes Ionenstrahls an der Maske 512, 518 jedes Faraday-Detektors 510, 505 relativ zur Blende 514, 520 jedes Faraday-Detektors 500, 505. Ein Beispiel für die Richtung der Verschiebung der Ionenstrahlen während des Scans ist durch die gepunkteten Pfeile in den 5A und 5B dargestellt.
Infolge des Scans oder der Änderung der Ablenkung verschieben sich die Ionenstrahlen der ersten, zweiten und dritten Spezies. Beim maximalen Grad der Änderung der Ablenkung der Ionenstrahlen erreicht die Verschiebung der Ionenstrahlen an den entsprechenden den [sic!] Masken 512, 518 des Lead-Faraday-Detektors 500 und Master-Faraday-Detektors 505 ein Maximum. Am Lead-Faraday-Detektor 500 wird der Ionenstrahl der ersten Ionenspezies um eine Strecke D₁ verschoben, bis er eine zweite Position erreicht. Die zweite Position des Ionenstrahls der ersten Spezies wird neben dem zweiten, gegenüberliegenden Innenrand der Lead-Blende ausgerichtet (der Ionenstrahl in der zweiten Position 524 ist als eine quer schraffierte Linie in 5A dargestellt). Mit anderen Worten können die Ionen der ersten Spezies, wenn sie sich in der zweiten Position 524 befinden, immer noch in den Becherabschnitt 510 des Lead-Faraday-Detektors durch die Lead-Blende 514 eintreten. Daher tritt während des Zeitraums, in dem die Ablenkung oder der Scan der ersten Ionenspezies stattfindet, der volle Ionenstrahl in den Becherabschnitt 510 des Lead-Faraday-Detektors 500 ein.
Am Master-Faraday-Detektor 505 werden die zweiten und dritten Ionenstrahlen während des Zeitraums des Scans oder der Änderung der Ablenkung über die Oberfläche der Maske 518 und über die Blende 520 bewegt. Die Ionen der zweiten und dritten Spezies werden um eine Strecke D₂ verschoben, bis sie eine zweite Position erreichen (die zweite Ionenspezies in der zweiten Position ist als quer schraffierter Ionenstrahl 528 in 5B dargestellt, und die dritte Ionenspezies in der zweiten Position ist als ein hohler Ionenstrahl 532 in 58 dargestellt). In der zweiten Position werden sowohl die zweiten 528 und dritten 532 Ionenstrahlen von der Maske 518 blockiert und neben dem gegenüberliegenden Außenrand der Master-Blende 520 platziert. Somit können die Ionen der zweiten Spezies während des Zeitraums des Scans der zweiten und dritten Ionenstrahlen zunächst in den Becherabschnitt 516 des Master-Faraday-Detektors 505 durch die Master-Blende 520 an der Maske 518 eintreten, während die Ionen der dritten Spezies noch von der Maske blockiert werden. Anschließend können sowohl die Ionen der zweiten als auch der dritten Spezies in den Becherabschnitt 516 des Master-Faraday-Detektors 505 eintreten, und dann können nur die Ionen der dritten Spezies in den Becherabschnitt 516 des Master-Faraday-Detektors 505 eintreten. Schließlich werden in der zweiten Position der Ionenstrahlen bei maximaler Verschiebung D₂ erneut beide Ionenstrahlen von der Maske 518 blockiert.
Während des gesamten Scanzeitraums wird das Signal am Lead-Faraday-Detektor 500 und am Master-Faraday-Detektor 505 gemessen. FIGUR [sic!] 6A und 6B zeigen die vom Lead-Faraday-Detektor bzw. vom Master-Faraday-Detektor empfangenen Signale. 6A ist ein Graph des Leadsignals, der den am Becherabschnitt 510 des Lead-Faraday-Detektors 500 während des Scans oder der Änderung der Ablenkung am Massenanalysator gemessenen Ionenstrom (oder die Intensität) darstellt. Die x-Achse zeigt die Massenabweichung, die proportional zur Änderung der Ablenkung des Ions der ersten Spezies ist, während das Feld im Massenanalysator verändert oder aufgebaut wird. 6B ist ein Graph des Mastersignals, der den am Becherabschnitt 516 des Master-Faraday-Detektors 505 während des Scans oder der Änderung der Ablenkung gemessenen Ionenstrom (oder die Intensität) darstellt. In 6A und 6B wird das Signal für eine Ablenkung der Ionenstrahlen gezeigt, die sich über die vorstehend erörterte erste und zweite Position hinaus erstreckt, obwohl die erste und zweite Position an der x-Achse beschriftet ist. Die Einfügungen in 6A und 6B zeigen eine Darstellung der Position des Massenpeaks oder der Ionenstrahlen in der Blende der Maske an den Lead- und Master-Faraday-Detektoren.
In Bezug auf 6A liegt der Massenpeak der ersten Ionenspezies in der ersten vorstehend erörterten Position (durch Einfügung b dargestellt) auf der linken Seite, aber innerhalb der Lead-Blende. In der Mitte des Scans liegt der Massenpeak für die erste Ionenspezies in der Mitte der Lead-Blende (in 6a als c markiert). In der zweiten Position des Ionenstrahls (als d markiert) liegt der Massenpeak der ersten Spezies auf der rechten Seite, aber innerhalb der Blende des Lead-Faraday-Detektors. Während der gesamten Verschiebung des Ionenstrahls von der ersten Position zur zweiten Position liegt der volle Massenpeak innerhalb der Blende des Lead-Faraday-Detektors. Folglich ist der Ionenstrom zwischen der ersten und zweiten Position relativ stabil. Das Leadsignal weist ein flaches Plateau an der maximalen Intensität während des gesamten Zeitraums des Scans oder der Ablenkung des ersten Ionenstrahls auf. Bereiche a) und e) von 6A stellen das Leadsignal dar, wenn die Verschiebung der Ionenstrahlen so erhöht wird, dass die Ionen der ersten Spezies nicht mehr in den Lead-Faraday-Detektor eintreten können und von der Lead-Maske blockiert werden. Hier geht die Ionenintensität auf Null zurück.
Bei Betrachtung von 6B wird [sic!] im Bereich a) die Ionenstrahlen sowohl der zweiten als auch der dritten Spezies außerhalb der Blende der Maske am Master-Faraday-Detektor ausgerichtet. Während der Scan der Ionen fortschreitet, bewegt sich der Massenpeak für die zweite Ionenspezies in die Blende, aber der Massenpeak für die dritte Ionenspezies bleibt durch die Maske blockiert (als Bereich b markiert). In der Mitte des Scans oder der Änderung der Ablenkung (als Bereich c markiert) passiert der Massenpeak sowohl der zweiten als auch der dritten Ionenspezies die Master-Blende und wird im Master-Faraday-Detektor aufgenommen. Bei einer noch weiteren Verschiebung der Ionenstrahlen bewegt sich der Massenpeak der zweiten Ionenspezies aus der Master-Blende hinaus und wird von der Master-Maske blockiert, obwohl der Ionenstrahl für die dritte Ionenspezies in der Blende bleibt, so dass er in den Master-Faraday-Detektor eintreten kann (als Bereich d markiert). Schließlich haben sich, sobald sich die Ionenstrahlen am höchsten Grad des Scans oder der Ablenkung befinden und die maximale Verschiebung erreicht haben, sowohl die Massenpeaks der zweiten als auch der dritten Ionenstrahlen außerhalb die Blende bewegt und werden von der Master-Maske blockiert (als Bereich e markiert).
Der in 6B abgebildete Graph der Ionenintensität stellt das am Master-Faraday-Detektor gemessene Massenspektrum der zweiten und dritten Ionenstrahlen dar. Ein Plateau in der Ionenintensität im Bereich c) stellt die maximale Intensität dar, wenn beide Ionenstrahlen in den Becherabschnitt des Faraday-Detektors eintreten können. Plateaus von niedrigerer Ionenintensität in den Bereichen b) und d) von 6B sind zu beobachten, wo nur einer – der zweite oder dritte Ionenstrahl – die Blende passiert, um vom Master-Faraday-Detektor aufgefangen zu werden.
Das Lead-Signal stellt die maximale Ionenintensität der Ionen der ersten Spezies während des gesamten Scans des Ionenstrahls dar. In einem idealen System wäre dies konstant. Bei realen Versuchsdaten sind jedoch kleine Veränderungen zu beobachten, die von Fluktuationen und Instabilität der Probenionenstrahlintensität über die Zeit hinweg herrühren. Infolge der vorstehend beschriebenen Messung können diese Hintergrundschwankungen aus dem Mastersignal durch Normierung auf das Leadsignal beseitigt werden. Das Ergebnis ist ein präziseres, normiertes Massenspektrum für die Masseninterferenzen unterliegenden zweiten und dritten Ionen. Die Plateaumerkmale im normierten Massenspektrum können ausgeprägter sein und die Beobachtung eines engeren Plateaus erlauben, das mit einem sehr kleinen Massendefekt zwischen den Ionenspezies zusammenhängt. Ein derart präzises Massenspektrum ist äußerst vorteilhaft für die weitere Analyse und für die Schätzung der Isotopenverhältnisse der in der Probe vorhandenen Ionen.
7 zeigt ein spezifisches Beispiel eines gemessenen Leadsignals 700 (gepunktete Linie) und Mastersignals 710 (durchgezogene Linie) vor der Normierung. Das Leadsignal 700 wurde auf der Massen-x-Achse verschoben, damit die Master- und Leadsignale zum Vergleich aneinander ausgerichtet werden können. Da das Mastersignal 710 und Leadsignal 700 gleichzeitig erfasst wurden, hat jedoch keine Verschiebung auf der Zeit-x-Achse stattgefunden.
In 7 war die erste am Lead-Faraday-Detektor (Signal 700) gemessene Ionenspezies Methan ¹²CH₄ ⁺, das eine Molekülmasse von 16 aufweist, was den Hauptionenstrahl darstellt. Drei Ionenspezies wurden im Master-Faraday-Detektor aufgenommen. Die am Master-Faraday-Detektor gemessenen Masseninterferenzen verursachenden Ionen (Signal 710) waren ¹³CH₄ ⁺, ¹²CH₃D⁺ und ¹²CH₅ ⁺, von denen jedes eine nominelle Molekülmasse von 17 hat. Es ist ersichtlich, dass drei Plateau [sic!] im Massenspektrum des Mastersignals 710 liegen, die die drei Masseninterferenzen unterliegenden Ionen anzeigen.
Es ist ersichtlich, dass im Plateau sowohl des Leadsignals 700 als auch des Mastersignals 710 kleine Schwankungen beobachtet werden. Diese Schwankungen, die gleichzeitig in beiden Signalen auftreten, sind Artefakte der experimentellen Instabilität, die alle Probenionen betrifft (zum Beispiel Schwankungen in der Strahlintensität). Die Normierung des Mastersignals 710 kann dazu verwendet werden, diese Schwankungen im resultierenden Massenspektrum für die Ionen der zweiten und dritten Spezies effektiv zu eliminieren.
Die Normierung des Mastersignals 710 nach dem Leadsignal 700 kann durchgeführt werden, indem das Mastersignal zu einem gegebenen Zeitpunkt durch das zum selben Zeitpunkt erfasste Leadsignal dividiert wird. Diese Art der punktweisen Normierung ist besonders wirkungsvoll zum Eliminieren von Signalschwankungen, wenn nur eine Spur erfasst wird. Wie in 7 dargestellt, kann jeder Datenpunkt zu einem gegebenen Zeitpunkt des Mastersignals M_i durch den Leadsignal-Datenpunkt L_i dividiert werden, der gleichzeitig durch den Lead-Detektor zum selben Zeitpunkt erfasst wird. Daher kann jeder einzelne Datenpunkt P_i des normierten Massenspektrums der Ionen der zweiten und dritten Spezies berechnet werden als P_i = M_i/L_i (Gleichung 1)
In einem weiteren Beispiel kann die Normierung des Mastersignals relativ zu einem Standardpunkt in der Lead-Spur vorgenommen werden. In diesem Fall kann jeder Datenpunkt P_i des normierten Massenspektrums der Ionen der zweiten und dritten Spezies berechnet werden als P_i = M_i(L₀/L_i) (Gleichung 2)
Erhalten eines gemittelten Massenspektrums
Weitere Verbesserungen können an der Präzision des normierten Massenspektrums durch Verwendung zusätzlicher Analysemethoden vorgenommen werden. 8 beschreibt eine Methode, die sich der Überlagerung der gemessenen und normierten Massenspektren der Masseninterferenzen unterliegenden Ionen bedient, um ein gemitteltes normiertes Massenspektrum zu liefern. Ein erstes normiertes Massenspektrum M₁ wird unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens erhalten (Schritt 802). Durch Wiederholen des Verfahrens wird ein zweites normiertes Massenspektrum M₂ erhalten (Schritt 804). Ein mittleres Massenspektrum M_A wird anschließend erhalten, indem der Mittelwert zwischen dem ersten normierten Massenspektrum M₁ und dem zweiten normierten Massenspektrum M₂ berechnet wird (Schritt 806). Zum Beispiel kann der gewogene Mittelwert der Ionenintensität des ersten und zweiten normierten Massenspektrums an jedem Wert der Massenabweichung (zum Beispiel aufgrund der Ionenstrahlverschiebung) berechnet werden.
Ein drittes normiertes Massenspektrum M₃ kann erhalten werden, indem das vorstehend beschriebene Verfahren wiederholt wird (Schritt 808). Wenn das vorher berechnete mittlere Massenspektrum ein früheres mittleres Massenspektrum ist, d. h. M_A = M_FA (Schritt 810), kann ein neues mittleres Massenspektrum M_A bestimmt werden, indem der Mittelwert des früheren Massenspektrums M_FA und des dritten normierten Massenspektrums M₃ berechnet wird (Schritt 812).
Das Verfahren kann mehrmals wiederholt werden. Zum Beispiel wird ein N-tes Massenspektrum M_N gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhalten (Schritt 814). Das N-te mittlere Massenspektrum wird anschließend erhalten, indem der Mittelwert aus dem N-ten Massenspektrum und dem nach der N – 1-ten Wiederholung des Verfahrens erhaltenen mittleren Massenspektrum berechnet wird (Schritt 818). Mit anderen Worten ist das mittlere Massenspektrum M_A der Mittelwert aus jedem neuen Massenspektrum M_N und dem vorherigen mittleren Massenspektrum M_FA.
Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass kleine Drifts in der Peakposition oder kleine Schwankungen im Massenspektrum (zum Beispiel aufgrund einer Instabilität im Ionenstrahl aus einem kleinen Hochspannungsspike) effektiv ausgeschlossen werden können. Das liegt daran, weil dieses Mittelungsverfahren weniger von einem anomalen Ergebnis beeinträchtigt [affected?] wird, als wenn man zum Beispiel einfach den Mittelwert aller gemessenen Massenspektren bei einer gegebenen Massenabweichung heranzieht. Weiterhin gestattet dieses Verfahrens den vollständigen Ausschluss von Datenpunkten aus dem Datensatz, falls sie vom berechneten mittleren Massenspektrum um mehr als festgelegte Grenzwerte abweichen. Somit können anomale Datenpunkte leichter ausgeschlossen werden.
Als Alternative könnte die mittlere Masse einfach berechnet werden, indem eine mittlere Ionenintensität für jede Massenabweichung über N Massenspektren genommen wird. In anderen Ausführungsformen könnten die am besten angepassten Massenscans für N Massenspektren unter Verwendung der Regression der kleinsten Quadrate erhalten werden.
Verwenden einer segmentierten Massenscan-Methode
Eine weitere Verbesserung der Präzision des gemessenen Massenspektrums kann durch Verwenden einer segmentierten Scan-Methode erreicht werden. Idealerweise wird während des Scans oder der Ablenkung der Ionenstrahlen eine große Anzahl von Datenpunkten an den Faraday-Detektoren aufgezeichnet, um ein Massenspektrum zu erzeugen. Dies trägt dazu bei, dass die Form des normierten Massenspektrums korrekt erhalten wird. Die Messung einer großen Anzahl von Datenpunkten kann jedoch eine sehr langsame Änderung der Scan-Rate oder der Anpassungsrate der Ablenkung (zum Beispiel der Änderungsrate der Parameter des Massenanalysators) erfordern, und so können sehr lange Messzeiten nötig sein. Lange Messzeiten sind nicht nur unangenehm für den Forscher; aufgrund der Drift der Ionenstrahlintensität oder der Position der Massenpeaks über die Zeit hinweg können auch Fehler in das gemessene Massenspektrum einfließen.
Eine segmentierte Scan-Methode erlaubt das Sammeln einer erhöhten Dichte von Datenpunkten in Bereichen des Massenspektrums, die von besonderem Interesse sind und die größte Veränderung aufweisen. Zum Beispiel verändert sich die Peakform in den Flankenregionen des Massenspektrums schnell. Daher ist es zweckmäßig, in dem Bereich des Scans, in dem die Peakform eine Flanke aufweist, eine größere Anzahl an Datenpunkten (pro Einheit Massenabweichung) zu erhalten, um eine genaue Darstellung der Peakform zu erhalten. In den Bereichen des Scans, die ein Plateau aufweisen, kann eine reduzierte Anzahl von Datenpunkten aufgezeichnet werden, da davon ausgegangen werden kann, dass dieser Bereich des Massenspektrums annähernd flach ist. Zweckmäßigerweise erlaubt dieses Verfahren das Messen eines äußerst genauen Massenspektrums auf effiziente Weise, und die Gesamtmesszeit kann reduziert werden.
9 zeigt ein Beispiel-Massenspektrum. In diesem besonderen Beispiel weist das Massenspektrum eine Anzahl von Plateau [sic!] auf, die ein Masseninterferenzen unterliegendes Spektrum des Typs anzeigt, der am Master-Detektor gemäß des vorstehend beschriebenen Verfahrens unter Bezugnahme auf 5 bis 7 aufgezeichnet würde. Das Massenspektrum in 9 ist in Segmente oder Bereiche aufgeteilt. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Plateaubereiche 910 annähernd flach sind. Die Flankenbereiche 912 weisen eine rasche Änderung die [sic!] Ionenintensität auf. In den Flankenbereichen 912 ist eine größere Anzahl (oder größere Dichte) von Datenpunkten pro Einheit Massenabweichung gewünscht, um ein genaues Bild der Massenspektrumform zu liefern.
Um die Dichte der in verschiedenen Segmenten des Datenscans aufgezeichneten Datenpunkte zu verändern, kann die Rate oder Frequenz, mit der Datenpunkte an den Detektoren oder am Analysemodul abgetastet werden, konstant gehalten werden, aber die Rate des Scannens oder Änderns der Ablenkung kann variiert werden. Zum Beispiel kann in einem Beispiel die Anstiegsrate des Felds am Massenanalysator modifiziert werden. In diesem Fall kann das Magnetfeld im Massenanalysator in den Flankensegmenten des Massenspektrums langsamer aufgebaut werden, als dies bei der Anstiegsrate in den flachen Plateaubereichen des Massenspektrums der Fall ist. Das wird ist [sic!] einer größeren Anzahl von Datenpunkten pro Einheit Massenabweichung in den Flankensegmenten des Scans führen. Alternativ kann die Rate des Scannens oder der Anpassung der Ablenkung auf andere Weise modifiziert werden (zum Beispiel durch Ändern der Rate, mit der eine Ionenablenkeinheit eine Änderung der Ablenkung anlegt).
Als Alternative kann die Frequenz oder Rate der Probenahme von Datenpunkten an den Faraday-Detektoren (oder an einem an die Faraday-Detektoren angeschlossenem Analysemodul) variiert werden. Zum Beispiel kann die Rate der Probenahme in Flankenabschnitten des Massenspektrums im Vergleich zu den flachen Plateausegmenten des Massenspektrums erhöht werden.
Erhalten genauer Isotopenverhältnisse eines Masseninterferenzen unterliegenden Massenspektrums
Das vorstehend unter Bezugnahme auf 5 bis 9 beschriebene Verfahren ist besonders vorteilhaft, um ein präzises Massenspektrum für einen Satz von interferierten Ionen zu erhalten, insbesondere um die Auswirkungen von Intensitätsschwankungen oder Drifts der Ionenstrahlintensität über die Zeit hinweg zu beseitigen. Wenn das beschriebene Verfahren in Verbindung mit einer Anzahl anderer Mess- und Analyse-Methoden (insbesondere Peak-Entfaltung) verwendet wird, kann eine genaue Schätzung der in der Probe vorhandenen Isotopenverhältnisse erzielt werden.
Der grundlegende Unterschied von Isotopenverhältnis-Analysemessungen im Vergleich zu Spur-Analysemessungen besteht darin, dass man normalerweise die genaue Masse der Spezies von Interesse und deren Peakformen kennt. Daher besteht die wichtigste Analyseaufgabe darin, die Spezies quantitativ zu bestimmen, und nicht die Spezies anhand ihrer Masse zu identifizieren und dann quantitativ zu bestimmen. In dieser Hinsicht kann eine Isotopenverhältnis-Analysebewertung einfacher sein, und es kann eine Peak-Entfaltungsstrategie dazu verwendet werden, Massenpeaks für die Masseninterferenzen unterliegenden Ionen zu ergeben, die präziser sind.
Peak-Entfaltung kann das Problem lösen, ein Gleichgewicht zwischen Anforderungen an eine hohe Massenauflösung und Ionenstrahlübertragung zu finden. Wo die Peakform wie nachstehend beschrieben präzise erfasst wird (unter Verwendung eines Master-Detektors und Lead-Detektors zum Messen einer nicht Masseninterferenzen unterliegenden Ionenpeakform), bietet das hier beschriebene Verfahren einen wirkungsvollen Entfaltungsalgorithmus, bei dem Peakplateaus oder die vollständige Trennung der Spezies im Massenspektrum nicht speziell erforderlich sind. Das Entfaltungskonzept beruht auf dem Erfassen einer nicht Masseninterferenzen unterliegenden Peakform mit sehr hoher Präzision, sowie einem Massenspektrum von hoher Präzision für die Masseninterferenzen unterliegenden Ionen. Unter Verwendung der hier beschriebenen Einschränkungen können quantitative Informationen aus den präzisen Peakformen für die Masseninterferenzen unterliegenden Ionen bezogen werden, die aus der Entfaltung des normierten Massenspektrums für die Masseninterferenzen unterliegenden Ionen bestimmt werden. Dementsprechend ist die Mengenbestimmung der beitragenden Masseninterferenzen unterliegenden Ionenspezies umso besser, je besser die Peakform anfänglich erfasst wird. Statt Plateaus anzupassen, passen wir nun Überlagerungen von identischen Peakformen an, um die Intensität der Masseninterferenzen unterliegenden Ionen zu identifizieren. Diese Methode erlaubt Messungen bei größerer Übertragung und reduzierter Massenauflösung, während sie immer noch eine hohe Präzision bietet.
Das hier beschriebene Verfahren für Isotopenverhältnismessungen hoher Auflösung umfasst vier Schritte, die in 10 dargestellt und nachstehend aufgelistet sind:

1. Bestimmen der Massenpeakform einer Ionenspezies, die keiner Masseninterferenz unterliegt;
2. Erhalten einer hoch präzisen Messung des Massenspektrums der Masseninterferenzen unterliegenden Ionenspezies;
3. Bestimmen der Peakform jedes Massenpeaks im Masseninterferenzen unterliegenden Massenspektrum; und
4. Statistische Bewertung jedes Peaks im Massenspektrum, um eine Bewertung der relativen Häufigkeit der Masseninterferenzen unterliegenden Ionenspezies und der Isotopenverhältnisse zu ermöglichen.

Jeder dieser Schritte wird nun ausführlicher beschrieben.
1. Bestimmen der Massenpeakform einer Ionenspezies, die keiner Masseninterferenz unterliegt (Schritt 1012 von Fig. 10)
An einem Detektor in der Detektorkammer kann eine vorläufige Messung des Massenspektrums einer nicht interferierten Ionenspezies gemessen werden. Zum Beispiel kann am Lead-Detektor eine erste nicht Masseninterferenzen unterliegende Ionenspezies (mit anderen Worten mit einer Masse, die sich von den anderen Isotopen in der Probe unterscheidet) gemessen werden. Gleichzeitig kann eine zweite nicht Masseninterferenzen unterliegende Ionenspezies am Master-Detektor gemessen werden. Gemäß dem vorstehend detailliert beschriebenen Verfahren kann der Scan oder die Ablenkung der zweiten nicht Masseninterferenzen unterliegenden Ionenspezies so angepasst werden, dass die Ionen über die Master-Blende gescannt werden. Mit anderen Worten kann der Scan der zweiten Ionen so angepasst werden, dass die zweiten Ionen zu Beginn des Scans oder der Ablenkung nicht in den Master-Detektor eintreten, anschließend die zweiten Ionen in den Master-Detektor durch die Master-Blende eintreten können und schließlich anschließend die zweiten Ionen erneut am Eintreten durch die Master-Blende gehindert werden. Auf diese Weise wird ein volles Massenspektrum der zweiten Ionen gemessen.
Während des Scans der zweiten Ionen werden die ersten Ionen am Lead-Detektor gemessen. Idealerweise können die ersten Ionen während des gesamten Zeitraums des Scans oder der Ablenkung der zweiten Ionen in den Lead-Detektor eintreten, wodurch ein Leadsignal von maximaler Ionenintensität bereitgestellt wird. Das Leadsignal und das Mastersignal können anschließend normiert werden. Das liefert ein normiertes Massenspektrum für die zweiten Ionen, aus dem eine Massenpeakform für ein nicht Masseninterferenzen unterliegendes Ion bestimmt werden kann. Die Bestimmung einer sehr präzisen Massenpeakform auf diese Weise ist wichtig, da sie die Peakform unabhängig von kleinen Schwankungen erfasst, die immer in den Ionenstrahlen vorhanden sind.
Im vorstehend beschriebenen Beispiel von Methan kann das ¹²CH₄ ⁺-Ion mit der Masse 16 am Master-Detektor gemessen werden, um die Massenpeakform zu bestimmen. Das ¹²CH₄ ⁺-Ion wird gewählt, da keine weiteren Methan-Isotope dieselbe nominelle Masse aufweisen. Aus dem ermittelten Massenspektrum kann eine Peakform für die von Interferenz freie Ionenspezies aufgelöst werden.
Um beste Ergebnisse zu erhalten, sollten das Massenspektrum der nicht interferierten Ionenspezies unter Verwendung der vorstehend erörterten segmentierten Massenscan-Methode gemessen werden. Ebenso könnte das vorstehend beschriebene Verfahren der gemittelten Massenspektren verwendet werden.
2. Messen einer Messung [sic!] hoher Präzision des Massenspektrums der Masseninterferenzen unterliegenden Ionenspezies (Schritt 1014 von Fig. 10)
Das Masseninterferenzen unterliegende Spektrum wird gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren gemessen. Daher wird das interferierte Massenspektrum am Master-Faraday-Detektor gemessen und anschließend gegen ein gleichzeitig am Lead-Faraday-Detektor für ein keinen Masseninterferenzen unterliegendes Ion erhaltenes Signal normiert. Um die Präzision des erhaltenen Massenspektrums zu verbessern, können ebenfalls die segmentierte Massenscan-Methode und die Methode des gemittelten Massenspektrums angewandt werden. Auf diese Weise kann effizient ein sehr präzises Massenspektrum erhalten werden, mit verringerten Einflüssen aus Intensitätsschwankungen und Instabilität der Probenionen-Strahlen.
Im besonderen Beispiel von Methan, dargestellt in 7, wird der Lead-Faraday-Detektor so ausgerichtet, dass er die ¹²CH₄ ⁺-Ionen der Masse 16 auffängt, und der Master-Faraday-Detektor wird so angeordnet, dass er die Methanionen mit einer nominellen Masse von 17 (¹³CH₄ ⁺, ¹²CH₃D⁺ und ¹²CH₅ ⁺) auffängt. Obwohl das im Lead-Faraday-Detektor aufgefangene Ion in diesem Beispiel dasselbe Ion ist wie das, für das im Schritt 2 eine Peakform gemessen wurde, ist das nicht unbedingt erforderlich.
3. Bestimmen der Peakform jedes Massenpeaks im interferierten Massenspektrum (Schritt 1016 von Fig. 10)
Hier gehen wir von der Annahme aus, dass die Massenpeakform jedes Masseninterferenzen unterliegenden Ions in der Probe identisch mit der in Schritt 1 gemessenen Peakform für ein Ion ist, das keiner Masseninterferenz unterliegt. Die Peakform ist ein Maß für die Energieverteilung der Ionen im Ionenstrahl und deren Drehimpuls. In einem doppelt fokussierenden Massenspektrometer (wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben) werden alle durch die Energieverteilung der Ionen und den Drehimpuls der Ionen verursachten Bildfehler gut kontrolliert, und somit kann aus gutem Grund angenommen werden, dass die Peakform für jede Ionenspezies identisch ist. Eine ähnliche Annahme kann für Massenspektrometern getroffen werden, die einen einzigen fokussierenden magnetischen Sektor aufweisen, oder für andere Massenspektrometertypen. Bei diesen zuletzt genannten Instrumententypen kann die Annahme jedoch zwar weniger richtig, aber immer noch zutreffend sein.
Die Peakform jeder Masseninterferenzen unterliegenden Ionenspezies im in Schritt 2 gemessenen Massenspektrum kann unter Verwendung von Entfaltungsmethoden aufgelöst werden. Zum Beispiel können die Massenpeaks eines jeden Masseninterferenzen unterliegenden Ions an das normierte Massenspektrum angepasst werden. In diesem Beispiel beruht die Anpassung auf der Annahme, dass die Form jedes Massenpeaks für ein Masseninterferenzen unterliegendes Ion dieselbe ist wie die Form des in Schritt 1 gemessenen Massenpeaks der nicht Masseninterferenzen unterliegenden Ionen. Insbesondere werden die Massenpeaks für die interferierenden Ionen angepasst, indem die Amplitude jedes Massenpeaks und/oder der Masse, bei der jeder Massenpeak auftritt, angepasst wird. Im besonderen Beispiel von Methan, dargestellt in 7, können drei Massenpeaks aus dem Massenspektrum entfaltet werden, einer für jedes der Ionen mit einer nominellen Masse von 17 (¹³CH₄ ⁺,¹²CH₃D⁺ und ¹²CH₅ ⁺).
4. Statistische Bewertung jedes Peaks im Massenspektrum, um eine Bewertung der Isotopenverhältnisse zu ermöglichen (Schritt 1018 von Fig. 10)
Das Isotopenverhältnis der in der Probe vorhandenen Ionenspezies kann aus den gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen Massenpeaks für jedes Ion berechnet werden. Insbesondere kann die relative Höhe der Massenpeaks dazu verwendet werden, die relative Häufigkeit der Ionenspezies und ihrer Isotopenverhältnisse zu berechnen, gemäß den in der Datenverarbeitung für Massenspektrometrie bekannten Methoden.
In einem bevorzugten Beispiel ist die genaue Masse der interferierenden Ionenspezies in der Probe vor Beginn der Messung bekannt (Schritt 1010 von 10). Es wird davon ausgegangen, dass die genaue Masse ausweislich früherer Messungen bekannt ist, da die Ionenspezies in einer Probe bekannt ist (nicht jedoch deren Häufigkeit). Für ein gegebenes Beispiel können die vorhandenen Ionenspezies und ihre nominellen Masse zusammen mit ihrer genauen Masse aus einer früheren Untersuchung bekannt sein. Zum Beispiel ist bei (dem als ein Beispiel in Bezug auf die vorstehende 7 verwandten) Methan bekannt, dass ¹²CH₄ ⁺ mit einer Masse von 16, ¹³CH₄ ⁺,¹²CH₃D⁺ und ¹²CH₅ ⁺ mit einer Masse von 17, sowie vier Isotope (¹³CH₃D⁺, ¹³CH₅ ⁺, ¹²CH₂D₂ ⁺ und ¹²CH₄D⁺) mit einer Masse von 18 zu den gemeinsamen Isotopen zählen.
Zweckmäßigerweise wird, wo die genaue Masse bekannt ist, nur die Amplitude jedes Massenpeaks als ein Anpassparameter für die Entfaltung des normierten Massenspektrums verwendet, wie in Schritt 3 beschrieben. Dadurch wird die Anpassung der Massenpeaks der nicht interferierten Ionen weniger rechenintensiv und genauer.
Obwohl im vorstehend beschriebenen Verfahren die Massenpeakform einer Ionenspezies, die keiner Masseninterferenz unterliegt, in einem ersten Schritt bestimmt wird, wird in einem anderen Beispiel die Massenpeakform einer Ionenspezies, die keiner Masseninterferenz unterliegt, überhaupt nicht gemessen. Stattdessen werden die Masseninterferenzen unterliegenden Massenpeaks an das normierte Massenspektrum (wie in Schritt 3) unter Verwendung der Peakform einen [sic!] weiteren Anpassparameter angepasst. In diesem Fall können die Massenpeaks für die Masseninterferenzen unterliegenden Ionen angepasst werden, indem davon ausgegangen wird, dass die Peakformen für jedes Masseninterferenzen verursachende Ion identisch sind. Nichtsdestoweniger ist ein derartiges Entfalten der Massenpeaks der Masseninterferenzen verursachenden Ionen aus dem normierten Massenspektrum wahrscheinlich weniger einfach als in jenen Fällen, in denen die Peakform bekannt ist.
Zahlreiche Kombinationen, Modifikationen oder Änderungen der Merkmale der vorstehenden Ausführungsformen werden für Fachleute offensichtlich sein und sollen Bestandteil der Erfindung sein. Jedes der Merkmale, die spezifisch im Zusammenhang mit einer Ausführungsform oder einem Beispiel beschrieben werden, kann in einer anderen Ausführungsform verwendet werden, indem die entsprechenden Änderungen vorgenommen werden.
Zum Beispiel könnte, obwohl das doppelt fokussierende Massenspektrometer in 3 mit einem elektrostatischen Analysator als dem ersten fokussierenden Sektor und einem magnetischen Massenanalysator als dem zweiten fokussierenden Sektor dargestellt wird, das Massenspektrometer mit einer umgekehrten Konfiguration – mit den elektrostatischen und magnetischen Sektoren in umgekehrter Reihenfolge – angeordnet werden. Weiterhin könnte ebenfalls ein Massenspektrometer mit einem einzigen fokussierenden magnetischen Sektor verwendet werden.
Obwohl in den hier beschriebenen Ausführungsformen die zur Umsetzung des beschriebenen Verfahrens verwendeten Detektoren Faraday-Detektoren sind, wird der Fachmann verstehen, dass in der Detektorkammer jede Art von Detektor verwendet werden könnte. Das hier beschriebene Verfahren könnte gleichermaßen auf andere Detektortypen angewandt werden, zum Beispiel Elektronenvervielfacher oder Leitfähigkeitsdetektoren. Darüber hinaus könnte eine Kombination von verschiedenen Typen von Detektoren als der Lead- und Master-Detektor verwendet werden.
Weiterhin könnte, obwohl der Lead-Faraday-Detektor als ein beweglicher Faraday-Detektor beschrieben wird und der Master-Faraday-Detektor als ein feststehender, zentraler Faraday-Detektor beschrieben wird, jedes beliebige Paar von Faraday-Detektoren, das sich in der Detektorkammer des Massenspektrometers befindet, verwendet werden. Die Faraday-Detektoren könnten aus der Vielzahl von Faraday-Detektoren ausgewählt werden, um eine geeignete Ausrichtung und Spaltbreite zu bieten, um den Scan oder die Ablenkung der Ionenstrahlen wie beschrieben zu ergeben.
Obwohl die Ausführungsform von 5A und 5B ein Verfahren zum Anpassen der Ablenkung der ersten, zweiten und dritten Ionenspezies (bzw. der Ionen der Spezies A, B und C) durch Verändern der Parameter des Massenanalysators (speziell durch Aufbauen eines Magnetfelds am Massenanalysator) beschreibt, kann der Scan der Ionen auf viele verschiedene Arten durchgeführt werden. Insbesondere kann die Ablenkung der Ionen in der Probe auf mehrere Arten verändert werden. Zum Beispiel kann das elektrische Feld in einem elektrostatischen Sektor eines Massenanalysators aufgebaut werden und so zu einer Anpassung der Ablenkung aller passierenden Probenionen führen. Auf diese Weise werden die Ionen der ersten Spezies (Spezies A) relativ zur Lead-Blende abgelenkt, und die Ionen der zweiten und dritten Spezies (Spezies B und C) werden vollständig über die Breite der Master-Blende von einer Seite zur anderen in eine Weise gescannt, die analog zur der vorstehend unter Bezugnahme auf 5A und 5B beschriebenen ist. In einer weiteren Alternative kann die Energie der Probenionen erhöht werden, um eine Anpassung der Ablenkung der Ionen zu verursachen. Folglich können die Ionen der ersten Spezies (Spezies A) relativ zur Lead-Blende gescannt werden, und die Ionen der zweiten und dritten Spezies (Spezies B und C) können relativ zur der Master-Blende gescannt werden, wie vorstehend für 5A und 5B beschrieben.
In einem besonders nützlichen Beispiel kann eine Ionenablenkeinheit (auch bekannt als eine Vorspalt-Ablenkeinheit oder eine Vorblenden-Ablenkeinheit) dazu verwendet werden, die Ablenkung von mindestens einigen Probenionen anzupassen. Die Ionenablenkeinheit liefert eine sehr gut steuerbare Ablenkung nur für jene Ionen, die die Einheit passieren. In einem Beispiel kann eine Ionenablenkeinheit im Strahlengang durch das Massenspektrometer der Ionen der zweiten und dritten Spezies (Spezies B und C) platziert werden. Die Ionenablenkeinheit ist prozessabwärts vom Massenanalysator vor der Master-Blende am Eingang zum Master-Detektor angeordnet. Die Ionenablenkeinheit kann eine Ablenkung der Ionen der zweiten und dritten Spezies bewirken. Diese Ablenkung findet zusätzlich zu jeder auf alle den Massenanalysator passierenden Probenionen angewandten Ablenkung statt. Dementsprechend wird die Gesamtablenkung der Ionen der zweiten und dritten Spezies angepasst.
Die Verwendung der Ionenablenkeinheit erlaubt es, die Ionen der zweiten und dritten Spezies über die Master-Blende gemäß der beanspruchten Erfindung zu scannen. Jedoch wird die Ablenkung keines der anderen Probenionen durch die Ionenablenkeinheit angepasst. Dementsprechend wird die Ablenkung der Ionen der ersten Spezies nicht angepasst, und der „Ionenstrahl” der Ionen der ersten Spezies wird nicht an der Lead-Blende gescannt. Stattdessen bleiben die Ionen der ersten Spezies genau ausgerichtet, um während des gesamten Zeitraums der Ablenkung der Ionen der zweiten und dritten Spezies durch die Lead-Blende zur Detektion durch den Lead-Detektor einzutreten.
In einigen Fällen wird die Vorspalt-Ionenablenkeinheit für Ionen der ersten Spezies verwendet werden, meist zur Ausrichtung auf die Lead-Blende. Diese Vorspalt-Ablenkeinheit würde jedoch nicht zwangsläufig dazu verwendet werden, die Ablenkung der Ionen der ersten Spezies gleichzeitig mit den Ionen der zweiten und dritten Spezies anzupassen. Eine derartige Verwendung von Ionenablenkeinheiten erlaubt eine relativ grobe Einstellung der Position des Lead- und Master-Detektors. Anschließend können die Ionenstrahlen mittels der Vorspalt-Ionenablenkeinheiten relativ zu jedem Detektor und jeder Blende genau positioniert werden, um eine beste Peaküberlappung zu gewährleisten. In einem anderen Beispiel kann die Vorspalt-Ablenkeinheit dazu verwendet werden, Ionen der ersten Spezies derart abzulenken, dass eine auf alle Ionen gleichzeitig angewandte Ablenkung (zum Beispiel durch Veränderung des Magnetfelds) kompensiert wird. Daher kann die Vorspalt-Ablenkeinheit dazu verwendet werden, den Strahl der Ionen der ersten Spezies in einer relativ stabilen Position im Vergleich zur Lead-Blende zu halten.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Verwendung von Ionenablenkeinheiten das Scannen der interferierten Ionenspezies, während die nicht Masseninterferenzen unterliegenden Ionen stabil in ihrer Position gehalten werden. Diese Vorgehensweise macht jegliche Anforderung unnötig, dass die Lead-Blende größer als die Master-Blende zu sein hat, und die Spaltbreite von Lead- und Master-Blende können völlig unabhängig voneinander sein. Diese Vorgehensweise macht weiterhin jegliche Notwendigkeit unnötig, das Magnet- oder elektrische Feld von [sic!] am Massenanalysator zu scannen, oder die Ionenstrahlenergie zu scannen.
Die Verwendung einer Vorspalt-Ionenablenkeinheit vor der Master-Blende wird erhebliche technische Vorteile darstellen. Zum Beispiel ist das Leadsignal ortsfest, und so dass [sic!] weniger Notwendigkeit besteht, dass das Lead-Detektor-Signal frei von Interferenzen ist. Das Leadsignal wird zum Normieren des Mastersignals verwendet, was erfordert, dass das Leadsignal stets die Schwankungen innerhalb der Ionenquelle widerspiegelt. Das Leadsignal sollte nicht durch eine Peakstruktur aufgrund von Masseninterferenz verschiedener Ionenspezies kompliziert werden. Idealerweise ist das gemessene Leadsignal vollkommen flach und weist keine Struktur aufgrund von Peaküberlagerungen von verschiedenen Ionenspezies am Master-Detektor auf. Dies [sic!] erreicht in dem Fall, dass die Ionenstrahlposition der nicht Masseninterferenzen unterliegenden Spezies in einer stabilen Position gehalten wird, während die Masseninterferenzen unterliegenden Ionenspezies am Master-Detektor über die Master-Blende gescannt werden, um die volle Struktur des Masseninterferenzen unterliegenden Spektrums zu erfassen. Durch Referenzieren des Mastersignals auf das Leadsignal ist stets eine Normierung gewährleistet, um Drifteffekte zu eliminieren, die ansonsten die am Master-Detektor gemessenen Peakformen verzerren würden.
Scannen der Ablenkung unter Verwendung von Vorspalt-Ionenablenkeinheiten ermöglicht ebenfalls Mikroscans, die schnell ausgeführt werden können und ggf. zu Konfigurationszwecken nützlich sind. Weiterhin können Mikroscans unter Verwendung der Vorspalt-Ionenablenkeinheiten auch eine segmentierte Scan-Vorgehensweise verwenden. Auf diese Weise liefern Mikroscans eine höhere Dichte an Messpunkten, wo sich die Masseninterferenzen an den ansteigenden und abfallenden Flanken des Massenspektrums überlappen, während im Plateaubereich des Massenspektrums weniger Punkte aufgezeichnet werden.
Es ist anzumerken, dass bei Verwendung der Ionenablenkeinheit zur Anpassung der Ablenkung der Ionen der Spezies B und C die Messung im Übrigen gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung erfolgt, die unter Bezugnahme auf 5A und 5B beschrieben wurden.
In einem weiteren Beispiel kann der Scan der Ionen durch Verändern der Blendenposition und vorzugsweise des Detektors erreicht werden. Zum Beispiel kann sich der Scan der Ionen der zweiten und dritten Spezies am Master-Detektor aus der Bewegung der Master-Blende und des Master-Detektors relativ zum Ionenstrahl, der Ionen der zweiten und dritten Spezies enthält, ergeben. Auf diese Weise kann der Ionenstrahl unbewegt bleiben, aber die Blende kann so bewegt werden, dass Ionen der zweiten, aber nicht der dritten Spezies, anschließend sowohl der zweiten als auch der dritten Spezies, und anschließend der dritten, aber nicht der zweiten Spezies durch die Master-Blende im Master-Detektor aufgenommen werden. Die Position und Bewegung der Blende und der Detektoren können durch die Steuereinheit des Massenspektrumeters auf eine hohe Auflösung eingestellt werden.
In einem noch weiteren Beispiel kann eine Kombination der Verfahren zur Ablenkung der Ionen verwendet werden, und das kann auch in Kombination mit Bewegung des Master- und/oder Lead-Detektors umgesetzt werden. Zum Beispiel können diese Verfahren zum Scannen der Ionen zusammen mit einer Veränderung der Vergrößerung des Instruments unter Verwendung eines Zoomobjektivs eingesetzt werden. Auf diese Weise kann der Strahl, der auf den Lead-Detektor trifft, „an Ort und Stelle gehalten” werden, während die anderen Ionenstrahlen über einen oder mehrere Master-Detektoren gescannt werden.
Obwohl im Text nur die Analyse von zwei Masseninterferenzen verursachenden Spezies am Master-Detektor erörtert wird, können sich viele Masseninterferenzen verursachende Ionen in einer einzigen Probe befinden. Zum Beispiel können hier leicht fünf oder mehr Masseninterferenzen verursachende Spezies in einem Massenspektrum sein, was das mathematische Problem zur Entfaltung der Massenpeaks komplizierter macht. Nichtsdestoweniger kann das vorstehende Verfahren immer noch wie beschrieben angewandt werden. Die Anzahl der Interferenzen in einem Peak kann sich in Fällen komplexer Proben leicht auf bis zu dreißig Spezies belaufen. Das hier beschriebene Verfahren ist besonders vorteilhaft für solche komplexen Massenspektren.
Weiterhin können in einigem Fällen mehrere Masseninterferenzen unterliegenden Spektren zur gleichen Zeit gemessen werden, indem ein oder mehrere Master-Detektoren definiert werden. Zum Beispiel kann ein erster Masseninterferenzen unterliegender Ionenstrahlen [sic!] an einem ersten Master-Detektor gemessen werden, und ein anderer, räumlich getrennter Masseninterferenzen unterliegender Ionenstrahl kann an einem zweiten Master-Detektor gemessen werden. Das an jedem Master-Detektor aufgezeichnete Signal kann anschließend in Bezug auf das gleichzeitig aufgezeichnete Leadsignal normiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2012/007559 [0038]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Weyer et al., International Journal of Mass Spectroscopy, 226, (2003), S. 355–368 [0005]
Weyer et al. [0007]
Weyer et al. [0008]

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Massenspektrums von Probenionen unter Verwendung eines Multikollektor-Massenspektrometers, wobei das Massenspektrometer einen räumlich dispersen Massenanalysator umfasst, um die Probenionen in eine Detektorkammer zu lenken, wobei das Verfahren umfasst: (a) Erzeugen von Probenionen einer ersten Ionenspezies A mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_A, einer zweiten Ionenspezies B mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_B, und einer dritten Ionenspezies C mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_C, wobei die Ionen der Spezies A eine andere nominelle Masse als die Ionen der Spezies B und C haben, und wobei weiterhin die Ionen der Spezies B dieselbe nominelle Masse wie die Ionen der Spezies C haben; (b) Lenken der Probenionen der Spezies A, B und C so, dass sie sich durch den Massenanalysator und hin zu den Detektoren in der Detektorkammer bewegen, wobei die Probenionen während ihrer Bewegung abgelenkt werden; (c) Scannen der Ionen der Spezies B und C über eine in einer Master-Maske eines Master-Detektors definierte Master-Blende, während die Ionen der Spezies A eine in einer Lead-Maske eines Lead-Detektors definierte Lead-Blende passieren; und (d) Erzeugen eines Leadsignals, das die am Lead-Detektor von den Ionen der Spezies A empfangene Ionenintensität darstellt, und Erzeugen eines Mastersignals, das die am Master-Detektor empfangene Ionenintensität darstellt, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden; wobei während des Scannens Ionen der Spezies A vom Lead-Detektor erfasst werden, während Ionen der Spezies B, aber nicht C, anschließend sowohl der Spezies B als auch der Spezies C, und anschließend der Spezies C, aber nicht B vom Master-Detektor erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: (e) Normieren des Mastersignals von den Ionen B und den Ionen C unter Verwendung des Leadsignals, um ein normiertes Massenspektrum der Ionen B und der Ionen C zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein oder beide Detektoren – der Lead-Detektor und/oder der Master-Detektor – ein Ionenzähldetektor ist/sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein oder beide Detektoren – der Lead-Detektor und/oder der Master-Detektor – ein Faraday-Detektor ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren weiterhin das Scannen der Ionen der Spezies A über mindestens einen Teil der Lead-Blende der Lead-Maske des Lead-Detektors umfasst, während die Ionenspezies B und C über die Master-Blende gescannt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lead-Blende breiter als die Master-Blende ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lead-Blende und die Master-Blende dieselbe Breite aufweisen.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei eine Lead-Vorblenden-Ablenkeinheit, die prozessabwärts vom Massenanalysator und vor der Lead-Blende angebracht ist, die Ionenspezies A so ablenkt, dass die Ionenspezies A vollständig die Lead-Blende passiert, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei zu allen Zeiten, zu denen mindestens eine der Ionenspezies B und C vom Master-Detektor aufgefangen wird, Ionen der Spezies A die Lead-Blende passieren und vom Lead-Detektor aufgefangen werden.
Verfahren nach einem vorstehenden Ansprüche, wobei das Scannen der Ionen der Spezies B und C das Anpassen der Ablenkung der Ionen der Spezies B und C während ihrer Bewegung durch den Massenanalysator und hin zu den Detektoren in der Detektorkammer umfasst.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Ionenspezies B und C über die Master-Blende gescannt werden, indem eine durch eine dem Massenanalysator nachgeschaltete und vor der Master-Blende eingebaute Master-Vorblenden-Ablenkeinheit hervorgerufene Ablenkung verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, soweit abhängig von den Ansprüchen 1 oder 2, Anspruch 5 oder den Ansprüchen 8 bis 9, wobei die Ablenkung der Ionenspezies A nicht verändert wird, während die Ablenkung von Ionenspezies B und C unter Verwendung der Master-Vorblenden-Ablenkeinheit verändert wird.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Ionenspezies B und C über die Master-Blende gescannt werden, indem ein magnetisches Feld am Massenanalysator aufgebaut wird.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Ionenspezies B und C über die Master-Blende gescannt werden, indem ein elektrisches Feld an einem elektrostatischen Sektor des Massenanalysators angepasst wird.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Ionenspezies B und C über die Master-Blende gescannt werden, indem eine Ablenkung verändert wird, indem eine Energie der Probenionen angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ionenspezies B und C über die Master-Blende gescannt werden, indem die Master-Blende und optional der Master-Detektor bewegt werden.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei die Ionen der Spezies A eine erste Spezies eines Atomisotops umfassen, die Ionen der Spezies B eine zweite Spezies eines Atomisotops umfassen und die Ionen der Spezies C eine Spezies eines Molekülisotops umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Ionen der Spezies A eine erste Spezies eines Molekülisotops umfassen, die Ionen der Spezies B eine zweite Spezies eines Molekülisotops umfassen und die Ionen der Spezies C eine dritte Spezies eines Molekülisotops umfassen.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Verfahren weiterhin das Positionieren des Lead-Detektors in der Detektorkammer zur Aufnahme der Ionen der Spezies A umfasst.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Verfahren weiterhin das Positionieren des Master-Detektors in der Detektorkammer zur Aufnahme der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C umfasst.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, wobei das Massenspektrometer eine Vielzahl von Detektoren in der Detektorkammer umfasst, wobei jeder Detektor eine Maske umfasst, die eine Blende definiert, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Auswählen des Lead-Detektors und/oder des Master-Detektors aus der Vielzahl von Detektoren, um jeweils die Breite der genannten Lead- und/oder Master-Blenden auszuwählen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 21, wobei das Bestimmen eines normierten Massenspektrums der Ionen B und der Ionen C das Dividieren des Mastersignals zu einem gegebenen Zeitpunkt durch das zum selben Zeitpunkt erfasste Leadsignal umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 22, wobei das normierte Massenspektrum der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C ein erstes normiertes Massenspektrum ist, wobei das Verfahren weiterhin umfasst; Wiederholen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 22, um ein zweites normiertes Massenspektrum zu erzeugen; und Bestimmen eines mittleren normierten Massenspektrums aus einem Mittelwert des ersten und zweiten normierten Massenspektrums.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das mittlere normierte Massenspektrum ein früheres mittleres Massenspektrum ist, weiterhin umfassend: Wiederholen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 22, um ein weiteres normiertes Massenspektrum zu erzeugen; und Bestimmen eines mittleren normierten Massenspektrums aus einem Mittelwert des weiteren normierten Massenspektrums und des früheren normierten Massenspektrums.
Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, weiterhin umfassend das Verändern der Anpassungsrate der Ablenkung, um die Ionen der Spezies A und/oder B und C mit einer Vielzahl von verschiedenen Scan-Raten zu scannen, während sie über die entsprechenden Lead- und/oder Masterblenden gescannt werden.
Vorrichtung zum Erzeugen eines Massenspektrums aus Probenionen unter Verwendung eines Multikollektor-Massenspektrometers, wobei das Massenspektrometer einen räumlich dispersen Massenanalysator umfasst, wobei die Probenionen so gelenkt werden, dass sie sich durch den Massenanalysator und hin zu den Detektoren in einer Detektorkammer bewegen, wobei die Probenionen während ihrer Bewegung abgelenkt werden, wobei das Massenspektrometer einen Lead-Detektor umfasst, der in der Detektorkammer angeordnet ist, um Probenionen einer ersten Ionenspezies A mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_A aufzunehmen, und wobei das Massenspektrometer einen Master-Detektor umfasst, der in der Detektorkammer angeordnet ist, um Probenionen einer zweiten Ionenspezies B mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_B und einer dritten Ionenspezies C mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_C aufzunehmen, und wobei die Ionen der Spezies A eine andere nominelle Masse als die Ionen der Spezies B und C haben, und wobei weiterhin die Ionen der Spezies B dieselbe nominelle Masse wie die Ionen der Spezies C haben, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Steuermodul, das dazu konfiguriert ist, die Ionen der Spezies B und C über ein in einer Master-Maske des Master-Detektors definierte Master-Blende zu scannen, während die Ionen der Spezies A eine in einer Lead-Maske eines Lead-Detektors definierte Lead-Blende passieren; und ein Analysemodul, das dazu konfiguriert ist, ein vom Lead-Detektor erzeugtes Leadsignal zu empfangen, wobei das Leadsignal die am Lead-Detektor empfangene Ionenintensität von den Ionen der Spezies A darstellt, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden; und ein vom Master-Detektor erzeugtes Mastersignal zu empfangen, wobei das Mastersignal die am Master-Detektor empfangene Ionenintensität darstellt, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden; wobei das Steuermodul so konfiguriert ist, dass während des Scannens Ionen der Spezies A vom Lead-Detektor erfasst werden, während Ionen der Spezies B, aber nicht C, anschließend sowohl der Spezies B als auch C, und anschließend der Spezies C, aber nicht B vom Master-Detektor erfasst werden.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Analysemodul weiterhin dazu konfiguriert ist, das Mastersignal von den Ionen B und C unter Verwendung des Leadsignals zu normieren, um ein normiertes Massenspektrum der Ionen B und der Ionen C zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 26 oder Anspruch 27, wobei einer oder beide Detektoren – der Lead-Detektor und/oder der Master-Detektor – ein Faraday-Detektor ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei das Steuermodul weiterhin dazu konfiguriert ist, die Ionen der Spezies A über mindestens einen Teil der Lead-Blende der Lead-Maske des Lead-Detektors zu scannen, während die Ionenspezies B und C über die Master-Blende gescannt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei die Lead-Blende breiter als die Master-Blende ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 30, wobei das Steuermodul weiterhin dazu konfiguriert, die Ablenkung der Ionenspezies A an einer Lead-Vorblenden-Ablenkeinheit, die dem Massenanalysator nachgeschaltet und vor der Lead-Blende angebracht ist, zu verändern, wobei das Steuermodul dazu konfiguriert ist, die Ionenspezies A so abzulenken, dass die Ionenspezies A vollständig die Lead-Blende passiert, während die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende gescannt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 31, wobei zu allen Zeiten, zu denen mindestens eine der Ionenspezies B und C vom Master-Detektor aufgefangen wird, Ionen der Spezies A die Lead-Blende passieren und vom Lead-Detektor aufgefangen werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 32, wobei das zum Scannen der Ionenspezies B und C über die Master-Blende konfigurierte Steuermodul umfasst, dass das Steuermodul dazu konfiguriert ist, dass die Ablenkung der Ionen der Spezies B und C während ihrer Bewegung durch den Massenanalysator und hin zu den Detektoren in der Detektorkammer angepasst wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 33, wobei das Steuermodul dazu konfiguriert ist, die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende zu scannen, indem eine durch eine dem Massenanalysator nachgeschaltete und vor der Master-Blende angebrachte Master-Vorblenden-Ablenkeinheit hervorgerufene Ablenkung verändert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 34, soweit abhängig von Anspruch 26, 27 oder 28, Anspruch 30 oder Ansprüchen 32 bis 34, wobei die Ablenkung der Ionenspezies A nicht verändert wird, während die Ablenkung von Ionenspezies B und C unter Verwendung der Master-Vorblenden-Ablenkeinheit verändert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 35, wobei das Steuermodul dazu konfiguriert ist, die Ionenspezies B und C über die Master-Blende zu scannen, indem ein magnetisches Feld am Massenanalysator aufgebaut wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 36, wobei das Steuermodul dazu konfiguriert ist, die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende zu scannen, indem ein elektrisches Feld am Massenanalysator angepasst wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 37, wobei das Steuermodul dazu konfiguriert ist, die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende zu scannen, indem eine Energie der Probenionen angepasst wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 38, wobei das Steuermodul dazu konfiguriert ist, die Ionen der Spezies B und C über die Master-Blende zu scannen, indem die Master-Blende und optional der Master-Detektor bewegt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 39, wobei die Ionen der Spezies A eine erste Spezies eines Atomisotops umfassen, die Ionen der Spezies B eine zweite Spezies eines Atomisotops umfassen und die Ionen der Spezies C eine Spezies eines Molekülisotops umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 39, wobei die Ionen der Spezies A eine erste Spezies eines Molekülisotops umfassen, die Ionen der Spezies B eine zweite Spezies eines Molekülisotops umfassen und die Ionen der Spezies C eine dritte Spezies eines Molekülisotops umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 41, wobei der Lead-Detektor beweglich ist, und das Steuermodul weiterhin dazu konfiguriert ist, den Lead-Detektor in der Detektorkammer zur Aufnahme der Ionen der Spezies A zu positionieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 42, wobei der Master-Detektor beweglich ist, und das Steuermodul weiterhin dazu konfiguriert ist, den Master-Detektor in der Detektorkammer zur Aufnahme der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C zu positionieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 43, wobei das Massenspektrometer eine Vielzahl von Detektoren in der Detektorkammer umfasst, wobei jeder Detektor eine Maske umfasst, die eine Blende definiert, und das Steuermodul weiterhin dazu konfiguriert ist, den Lead-Detektor und/oder den Master-Detektor aus der Vielzahl von Detektoren auszuwählen, um jeweils eine Größe der genannten Lead- und/oder Master-Blende auszuwählen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 44, wobei das Analysemodul dazu konfiguriert ist, ein normiertes Massenspektrums der Ionen B und der Ionen C zu bestimmen, indem das Mastersignal zu einem gegebenen Zeitpunkt durch das zum selben Zeitpunkt aufgenommene Leadsignal dividiert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 45, wobei das Analysemodul weiterhin dazu konfiguriert ist: das normierte Massenspektrum der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C als ein erstes normiertes Massenspektrum zu speichern; ein zweites normiertes Massenspektrum zu erhalten; ein mittleres normiertes Massenspektrum aus einem Mittelwert des ersten und des zweiten normierten Massenspektrums zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 46, wobei das Analysemodul weiterhin dazu konfiguriert ist: das gemittelte normierte Massenspektrum als ein erstes mittleres normiertes Massenspektrum zu speichern: ein weiteres normiertes Massenspektrum zu erhalten; ein mittleres normiertes Massenspektrum aus einem Mittelwert des ersten mittleren normierten Massenspektrums und des früheren normierten Massenspektrums zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 47, wobei das Steuermodul weiterhin dazu konfiguriert ist, die Anpassungsrate der Ablenkung zu verändern, um die Ionen der Spezies A und/oder B und C mit einer Vielzahl von verschiedenen Scan-Raten zu scannen, während sie über die entsprechenden Lead- und/oder Masterblenden gescannt werden.
Multikollektor-Massenspektrometer, umfassend: einen räumlich dispersen Massenanalysator; eine Detektorkammer, wobei die Probenionen so gelenkt werden, dass sie sich durch den Massenanalysator und hin zu Detektoren in der Detektorkammer bewegen, wobei die Probenionen während ihrer Bewegung abgelenkt werden, wobei die Detektorkammer einen Lead-Detektor umfasst, der so angeordnet ist, dass Probenionen einer ersten Ionenspezies A mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_A auf eine in einer Lead-Maske am Lead-Detektor definierten Lead-Blende ausgerichtet sind, wobei die Detektorkammer weiterhin einen Master-Detektor umfasst, der so angeordnet ist, dass Probenionen einer zweiten Spezies B mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_B und Ionen einer dritten Spezies C mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_C auf eine in einer Master-Maske am Master-Detektor definierten Master-Blende ausgerichtet sind. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 48; wobei die Lead-Blende, die Master-Blende und die Steuereinheit so konfiguriert sind, dass während des Scannens Ionen der Spezies A vom Lead-Detektor erfasst werden, während Ionen der Spezies B, aber nicht C, anschließend sowohl der Spezies B als auch C, und anschließend der Spezies C, aber nicht B vom Master-Detektor erfasst werden.
Computerprogramm, das bei Ausführung durch einen Prozessor dazu konfiguriert ist, ein Massenspektrometer für den Betrieb gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25 zu steuern.
Verfahren zum Bestimmen der Häufigkeit von Ionenspezies in einer Probe unter Verwendung eines Multikollektor-Massenspektrometers, wobei das Massenspektrometer einen räumlich dispersen Massenanalysator umfasst, um die Probenionen in eine Detektorkammer zu lenken, wobei die Probe Probenionen einer ersten Ionenspezies A mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_A, Ionen einer zweiten Ionenspezies B mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_B und Ionen einer dritten Ionenspezies C mit einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z)_C, umfasst, wobei die Ionen der Spezies A eine andere nominelle Masse als die Ionen der Spezies B und die Ionen der Spezies C haben und Ionen der Spezies A keine Masseninterferenzen verursachen oder keine erheblichen Masseninterferenzen mit irgendeiner anderen Ionenspezies verursachen, und weiterhin wobei die Ionen der Spezies B dieselbe nominelle Masse wie die Ionen der Spezies C haben, wobei das Verfahren umfasst: (a) Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 25, um ein normiertes Massenspektrum der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C zu liefern; (b) Entfalten des Massenpeaks jedes der Ionen der Spezies B und der Spezies C vom normierten Massenspektrum, gemäß der Annahme, dass die Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies B identisch mit der Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies C ist; und (c) Bestimmen einer Häufigkeit der Ionen der Spezies A, der Ionen der Spezies B und/oder der Ionen der Spezies C in der Probe aus den Massenpeaks.
Verfahren nach Anspruch 51, das weiterhin das Messen eines vollen Massenspektrums der Ionen der Spezies A oder der Ionen einer anderen Spezies, die keine Masseninterferenzen verursacht oder keine erheblichen Masseninterferenzen mit irgendeiner anderen Ionenspezies verursacht, an einem in einer Detektorkammer angeordneten Detektor umfasst, um einen Massenpeak zu bestimmen, der eine Massenpeakform der Ionen der Spezies A oder für die Ionen der anderen keine Masseninterferenzen verursachenden Spezies aufweist; wobei der Schritt des Entfaltens des Massenpeaks jedes der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C von dem normierten Massenspektrum auf der Annahme beruht, dass die Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies B dieselbe ist wie die Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies C und dieselbe wie die Form des für die Ionen der Spezies A oder der anderen keine Masseninterferenzen verursachenden Spezies gemessenen Massenpeaks ist.
Verfahren nach Anspruch 52, wobei das Messen eines vollen Massenspektrums der Ionen der Spezies A oder Ionen einer anderen Spezies, die keine Masseninterferenzen verursacht oder keine erheblichen Masseninterferenzen mit irgendeiner anderen Ionenspezies verursacht, weiterhin umfasst: Messen eines vollen Massenspektrums einer Ionenspezies an einem Master-Detektor, während an einem Lead-Detektor ein volles Massenspektrum einer anderen Ionenspezies gemessen wird, wobei die Ionenspezies entweder Ionen der Spezies A oder Ionen einer anderen Spezies sind, die keine Masseninterferenzen verursacht oder keine erheblichen Masseninterferenzen mit irgendeiner anderen Ionenspezies verursacht; und Normieren des am Master-Detektor gemessenen Signals auf das am Lead-Detektor gemessene Signal, um ein normiertes volles Massenspektrum für die Ionen der Spezies A oder der anderen Spezies, die keine Masseninterferenzen verursacht, zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 51 bis 53, wobei das Entfalten eines Massenpeaks für jede der Ionen der Spezies B und der Spezies C laut (b) weiterhin umfasst: Anpassen des Massenpeaks der Ionenspezies B und eines Massenpeaks der Ionenspezies C an das normierte Massenspektrum, wobei die Form des Massenpeaks der Ionenspezies B und die Form des Massenpeaks der Ionenspezies C dieselben sind wie die Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies A oder der anderen keine Masseninterferenzen verursachenden Spezies; wobei der Massenpeak für Ionenspezies B und für Ionenspezies C angepasst wird, indem die Amplitude jedes Massenpeaks und/oder der Masse, bei der jeder Massenpeak auftritt, angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 51 bis 54, weiterhin die Verwendung der ermittelten Häufigkeiten zur Bestimmung eines oder mehrerer Häufigkeitsverhältnisse umfassend, wobei die Verhältnisse entsprechend der relativen Amplituden der entfalteten Massenpeaks von mindesten zwei der Ionen der Spezies A, der Ionen der Spezies B und der Ionen der Spezies C bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 51 bis 55, wobei die Probenionen weiterhin Ionen einer oder mehrere weiterer Ionenspezies umfassen, wobei die Ionen jeder der einen oder mehreren weiteren Ionenspezies dieselbe nominelle Masse aufweisen wie die Ionen der Spezies B und Spezies C; und weiterhin das Entfalten eines Massenpeaks jedes der Ionen der Spezies B, der Spezies C und jeder der einen oder mehreren weiteren Ionenspezies von dem normierten Massenspektrum umfassend, entsprechend der Annahme, dass die Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies B, Spezies C und jeder der einen oder mehreren weiteren Ionenspezies dieselbe ist.
Verfahren nach Anspruch 56, soweit abhängig von den Ansprüchen 53 oder 54, wobei das Entfalten eines Massenpeaks jedes der Ionen der Spezies B, Spezies C und jedes der einen oder mehreren weiteren Ionenspezies aus dem normierten Massenspektrum weiterhin auf der Annahme beruht, dass die Form des Massenpeaks der Ionen der Spezies B, Spezies C und jeder der einen oder mehreren weiteren Ionenspezies dieselbe ist wie die Form des für die Ionen der Spezies A oder für die Ionen der anderen keine Masseninterferenzen verursachenden Ionenspezies gemessenen Massenpeaks.