DE10319499B4

DE10319499B4 - Verfahren zur Massenspektrometrie

Info

Publication number: DE10319499B4
Application number: DE2003119499
Authority: DE
Inventors: Fadi Sale Abou-Shakra; Andrew Altrincham Eaton; Andrew Stretford Entwistle; Heather Walker
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2002-05-01
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: CA2427304C; CA2427304A1; GB2391383C; GB2391383B; GB2391383A; DE20306734U1; DE10319499A1

Abstract

Verfahren zur Massenspektrometrie, welches die folgenden Schritte aufweist:
Überführen von Ionen, die von einer induktiv gekoppelten Plasma-Ionenquelle ("ICP-Ionenquelle") emittiert werden, zu einem Massenfilter,
Einrichten des Massenfilters, so daß es atomare Ionen mit einem ersten Masse-Ladungs-Verhältnis durchläßt und andere Ionen mit Masse-Ladungs-Verhältnissen, die innerhalb eines ersten Bereichs liegen, der das erste Masse-Ladungs-Verhältnis nicht einschließt, abschwächt,
Bereitstellen einer Reaktionszelle, in der die atomaren Ionen mit einem Gas reagieren und Produktionen bilden,
Analysieren der Produktionen in einem Massenanalysator, und
Bestimmen der Intensität der atomaren Ionen anhand der Massenanalyse der Produktionen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Massenspektrometrie.
Die induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) wird gemeinhin zur Analyse von Spurenelementen verwendet. Es ist eine Anzahl verschiedener Formen von ICP-MS-Systemen bekannt.
Quadrupol-ICP-MS ist ein System mit einem hohen Durchsatz, das ein begrenztes Auflösungsvermögen des Masse-Ladungs-Verhältnisses von typischerweise (m/z)/Δ(m/z) = 400 bietet. Die hochauflösende ICP-MS verwendet eine Kombination elektrostatischer und magnetischer Sektoren, um die Auflösung des Masse-Ladungs-Verhältnisses erheblich bis auf etwa (m/z)/Δ(m/z) = 10000 zu erhöhen.
Die Flugzeit-ICP-MS ist eine Variante des ICP-MS-Systems mit geringer Auflösung, bei der ein Flugzeit-Massenanalysator an Stelle eines Quadrupol-Massenanalysators verwendet wird, um eine schnelle Erfassung zu erreichen. Die Reaktions-/Kollisionszellen-ICP-MS ist eine andere Variante des Quadrupol-ICP-MS-Systems, bei der eine Reaktions-/Kollisionszelle vor dem Quadrupol-Massenanalysator bereitgestellt ist, um eine selektive Verringerung spektroskopischer Störungen zu erreichen. Die Ionenfallen-ICP-MS ist eine weitere Variante des ICP-MS-Systems mit geringer Auflösung, bei der ein Ionenfallen-Massenanalysator an Stelle eines Quadrupol-Massen analysators verwendet wird, um eine bessere Steuerung des Verringerns spektroskopischer Störungen durch Gasmolekülreaktionen zu erreichen.

Ein erhebliches Problem bei den bekannten Massenspektrometern besteht darin, daß die Detektionsgrenzen einer Anzahl durch Quadrupol- und Flugzeit-ICP-MS-Systeme analysierter Elemente durch spektroskopische Störungen bestimmt bzw. begrenzt sind.

Ein besonders interessierendes Beispiel ist Phosphor, das ein einisotropes Element ist, das als P⁺-Ionen mit einem nominellen Masse-Ladungs-Verhältnis von 31 detektiert werden kann. Bei der gleichen nominellen Masse werden häufig auch störende molekulare Ionen, wie NOH⁺, ¹³C¹⁸O⁺, C¹⁸OH⁺, ¹³COH₂ ⁺ und COH₃ ⁺, beobachtet. Die Intensität der störenden molekularen Ionen kann besonders hoch sein, insbesondere wenn an Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff reiche Lösungsmittel verwendet werden. Dies führt unvermeidlich zu mangelhaften Detektionsgrenzen für Phosphor.

Wenngleich es unter Verwendung der hochauflösenden ICP-MS möglich ist, die vorstehend erwähnten Störungen aufzulösen, geschieht dies im allgemeinen auf Kosten der Empfindlichkeit. Weiterhin sind hochauflösende ICP-MS-Systeme verhältnismäßig groß und kostspielig.

Es ist der Versuch bekannt, das Problem der Störungen unter Verwendung von Reaktions-/Kollisionszellen-ICP-MS-Systemen zu lösen. Statt Analyt- und Störionen auf der Grundlage von Differenzen ihrer Masse-Ladungs-Verhältnisse zu trennen, werden Gase einer Reaktions-/Kollisionszelle hinzugefügt, um ein Mittel zum Trennen der Analytionen von Störionen auf der Grundlage ihrer Energiedifferenzen bereitzustellen. Die in dem Plasma gebildeten Ionen haben andere Energien als anderswo gebildete molekulare Ionen oder in der Reaktions-/Kollisionszelle gebildete Reaktionsriebenprodukte. Daher ist es unter Verwendung der Reaktions-/Kollisionszelle in einem Energiefiltermodus möglich, Plasmaionen von anderen Ionen zu trennen. Wenngleich diese Vorgehensweise eine gewisse Verbesserung der Detektionsgrenzen gegenüber Standard-Quadrupol-ICP-MS-Systemen bietet, führt die Vorgehensweise, bei der Energiedifferenzen ausgenutzt werden, häufig zu einem erheblichen Empfindlichkeitsverlust.

Ionenfallen-ICP-MS-Systeme können verwendet werden, um die Steuerung der Reaktionsprozesse zu verfeinern, die zum Trennen von Störionen von Analytionen erforderlich sind. Infolge der Speicherbeschränkungen von Ionenfallen haben diese Systeme jedoch eine verhältnismäßig geringe Empfindlichkeit, insbesondere wenn die Häufigkeit der Analytionen verglichen mit derjenigen der Störionen sehr gering ist. Phosphor und Schwefel sind beispielsweise besonders schwierig zu detektieren, wenn organische Lösungsmittel verwendet werden, weil die Störungen normalerweise besonders intensiv sind.

Aus der WO 00/1637 A1 ist eine Vorrichtung zur Entfernung unerwünschter Ionen aus einem Ionentransportsystem sowie ein entsprechendes Massenspektrometer bekannt. Hierbei wird eine Kollisionszelle verwendet, um unerwünschte Artefaktionen aus einem Ionenstrahl zu entfernen, indem bewirkt wird, dass sie mit einem Reaktionsgas interagieren.

Die WO 98/56030 A1 beschreibt ein Verfahren zur Reduzierung isobarischer Interferenzen durch Übertragung von Ionen von einer Ionenquelle durch eine Ionentransmissionsvorrichtung, typischerweise eine Quadrupolkollisionszelle, in ein analysierendes Massenspektrometer, wobei die Kollisionszelle mit einem Bandpass betrieben wird, der Zwischenionen, die sonst isobarische Interferenzen verursachen könnten, zurückweist.

Die WO 01/01446 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterscheidung von Ionen mit dem gleichen nominalen Masse-Ladungs-Verhältnis. Hierbei werden Ionen einer zu analysierenden Substanz in ein Massenfilter eingeführt, um sämtliche Ionen bis auf Ionen mit einer Masse-Ladungs-Verhältnis in einem bestimmten Bereich auszufiltern. Ferner wird ein Reagens in die Ionenfalle eingeführt und reagiert mit den Ionen der zu analysierenden Substanz und oder mit Ionen des gleichen nominalen Masse-Ladungs-Verhältnisses. Die Reaktionsprodukte werden aus der Ionenfalle ausgestoßen und durch einen Elektronenvervielfacher detektiert. Da die Ionen der zu analysierenden Substanz anders als die Störionen reagieren, werden unterschiedliche Reaktionsprodukte erzeugt. Dies erlaubt eine Unterscheidung zwischen den ursprünglichen störenden bzw. interferierenden Ionen.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, welches die Merkmale des Patentanspruchs 11 aufweist.

Weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Begriff "induktiv gekoppelte Plasma-Ionenquelle" soll Ionenquellen einschließen, bei denen Plasmen durch Mikrowellen erzeugt werden.

Das Massenfilter stromaufwärts der Reaktionszelle umfaßt vorzugsweise ein Quadrupol-Massenfilter, wenngleich auch andere Typen von Massenfiltern verwendet werden können.

Die bevorzugte Ausführungsform ist besonders geeignet zum Bestimmen der Intensität von durch die ICP-Ionenquelle erzeugten atomaren P⁺-, S⁺-, F⁺-, Cl⁺-, V⁺-, As⁺-, Sr⁺-, Tc⁺- und/oder Pu⁺-Ionen.

Wenngleich Hintergrundionen, die andere Masse-Ladungs-Verhältnisse aufweisen als jene, die dafür vorgesehen sind, vom Massenfilter durchgelassen zu werden, durch das Massenfilter erheblich abgeschwächt werden, werden auch andere Hintergrundionen mit Masse-Ladungs-Verhältnissen, die dem ersten Masse-Ladungs-Verhältnis im wesentlichen gleichen, von dem Massenfilter durchgelassen. Wenn die Produktionen jedoch massenanalysiert werden, ist die bestimmte Intensität der Produktionen jedoch im wesentlichen auf die Produktionen zurückzuführen, weil die Hintergrundionen, die das gleiche Masse-Ladungs-Verhältnis wie die Analytionen aufweisen, nicht in der gleichen Weise mit dem Gas in der Reaktionszelle reagiert haben. Demgemäß sind die massenanalysierten Produktionen im wesentlichen frei von Störionen.

Die gemäß der bevorzugten Ausführungsform gebildeten Produktionen haben vorzugsweise ein Masse-Ladungs-Verhältnis, das in den ersten Bereich fällt, d.h., sie haben Masse-Ladungs-Verhältnisse, die von dem Massenfilter nicht durchgelassen würden. Daher stören in der Plasma-Ionenquelle oder anderswo stromaufwärts des Massenfilters erzeugte Ionen die Produktionen nicht, weil sie vorzugsweise nicht vom Massenfilter durchgelassen werden. Wenn die Produktionen dementsprechend massenanalysiert werden, entspricht die bestimmte Intensität der Produktionen im wesentlichen den Produktionen, und die bestimmte Intensität wird von den Störionen im wesentlichen nicht beeinflußt.

Die Reaktions-/Kollisionszelle weist vorzugsweise eine mehrpolige Ionenführung, wie eine Quadrupol-, Hexapol-, Octopol-Ionenführung oder eine Ionenführung eines Multipols höherer Ordnung auf. Gemäß anderen Ausführungsformen weist die Reaktionszelle mehrere Elektroden auf, die Öffnungen haben, durch die Ionen beim Gebrauch durchgelassen werden, beispielsweise eine Ionentunnel- oder Ionentrichter-Ionenführung. Die Reaktionszelle kann auch einen segmentierten Stabsatz aufweisen. Vorzugsweise ist die Reaktions-/Kollisionszelle in einem Gaseinschlußmantel angeordnet. Gas wird in der Reaktions-/Kollisionszelle vorzugsweise bei einem Druck bereitgestellt, der aus der aus (i) 10^–4–10^–2 mbar, (ii) 10^–4–10^–3 mbar, (iii) 10^–3–10^–2 mbar, (iv) etwa 2 × 10^–3 mbar und (v) 1,0–5,0 × 10^–3 mbar bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Reaktions-/Kollisionszelle bei Drücken von > 10^–4 mbar, > 10^–3 mbar, > 10^–2 mbar, > 10^–1 mbar, > 1 mbar, > 10 mbar oder > 100 mbar gehalten werden. Das Gas kann Sauerstoff, Wasserstoff, C₂H₂ oder COS (Carbonylsulphid) umfassen. Es können auch andere Gase verwendet werden.

Die Produktionen umfassen vorzugsweise molekulare Ionen, wenngleich gemäß weniger bevorzugten Ausführungsformen die Produktionen auch atomare Ionen umfassen können.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen die atomaren Ionen, die analysiert werden sollen, P⁺-Ionen mit einem nominellen Masse-Ladungs-Verhältnis von 31.

Gemäß dieser Ausführungsform ist das Massenfilter stromaufwärts der Reaktions-/Kollisionszelle so eingestellt, daß es nur Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 31 durchläßt. Das in der Reaktions-/Kollisionszelle vorhandene Gas ist so eingerichtet, daß es Sauerstoff aufweist, was dazu führt, daß die in der Reaktions-/Kollisionszelle ge bildeten Produktionen PO⁺-Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 47 umfassen. In der Ionenquelle gebildete möglicherweise störende NO₂H⁺-Ionen, die auch das gleiche nominelle Masse-Ladungs-Verhältnis wie PO⁺-Ionen aufweisen, werden jedoch durch das Massenfilter stromaufwärts der Reaktions-/Kollisionszelle erheblich abgeschwächt und stören die Massenanalyse der PO⁺-Ionen daher nicht erheblich. Wie nachstehend in näheren Einzelheiten erörtert wird, ist bekannt, daß die Reaktion, bei der P⁺-Ionen unter Bildung von PO⁺-Ionen mit Sauerstoff reagieren, nahezu 100% wirksam ist, so daß die gemessene Intensität der PO⁺-Ionen eine wirksame und genaue Angabe der Intensität der in der analysierten Probe vorhandenen P⁺-Ionen gibt.

Es werden andere Ausführungsformen erwogen, bei denen entweder (i) die zu analysierenden atomaren Ionen Cl⁺ umfassen, das Reaktionsgas Wasserstoff umfaßt und die gebildeten Produktionen ClH₂ ⁺ umfassen, (ii) die zu analysierenden atomaren Ionen S⁺ umfassen, das Reaktionsgas Sauerstoff umfaßt und die gebildeten Produktionen SO⁺ umfassen, (iii) die zu analysierenden atomaren Ionen S⁺ umfassen, das Reaktionsgas Wasserstoff umfaßt und die gebildeten Produktionen SH⁺ umfassen, (iv) die zu analysierenden atomaren Ionen S⁺ umfassen, das Reaktionsgas C₂H₂ umfaßt und die gebildeten Produktionen HC₂S⁺ umfassen, (v) die zu analysierenden atomaren Ionen V⁺ umfassen, das Reaktionsgas Sauerstoff umfaßt und die gebildeten Produktionen VO⁺ umfassen, (vi) die zu analysierenden atomaren Ionen As⁺ umfassen, das Reaktionsgas Sauerstoff umfaßt und die gebildeten Produktionen AsO⁺ umfassen, (vii) die zu analysierenden atomaren Ionen F⁺ umfassen, das Reaktionsgas Sauerstoff umfaßt und die gebilde ten Produktionen OF⁺ umfassen, (viii) die zu analysierenden atomaren Ionen F⁺ umfassen, das Reaktionsgas Wasserstoff umfaßt und die gebildeten Produktionen FH⁺ umfassen oder (ix) die zu analysierenden atomaren Ionen F⁺ umfassen, das Reaktionsgas COS (Carbonylsulphid) umfaßt und die gebildeten (atomaren) Produktionen S⁺ umfassen.

Im Rahmen der Erfindung ist insbesondere ein Massenspektrometer realisierbar, welches aufweist:
eine induktiv gekoppelte Plasma-Ionenquelle ("ICP-Ionenquelle") zum Erzeugen von Ionen,
ein Massenfilter, das stromabwärts der Ionenquelle angeordnet ist, wobei das Massenfilter beim Gebrauch dafür eingerichtet ist, P⁺-Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 31 im wesentlichen durchzulassen und NP₂H⁺-Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 47 erheblich abzuschwächen,
eine Reaktionszelle, die stromabwärts des Massenfilters angeordnet ist, worin die P⁺-Ionen beim Gebrauch unter Bildung von PO⁺-Ionen mit Sauerstoff reagieren, und
einen Massenanalysator stromabwärts der Gasreaktionszelle, wobei der Massenanalysator beim Gebrauch die PO⁺-Ionen analysiert und anhand der Massenanalyse der PO⁺-Ionen eine Bestimmung der Intensität der P⁺-Ionen vorgenommen wird.

Ein Vorteil der bevorzugten Ausführungsform besteht darin, daß niedrige Niveaus von Analytionen bei Vorhandensein starker isobarer Störungen gemessen werden können. Die bevorzugte Ausführungsform ist besonders geeignet für das Detektieren und Messen niedriger Niveaus mit Phosphor in Zusammenhang stehender Proteine durch die Analyse von Phosphor. Weiterhin ist die bevorzugte Ausführungsform auch besonders geeignet für das Quantifizieren detektierter Proteine durch die Verwendung anderer Heteroatome, wie Schwefel, als interne Standards.

Die bevorzugte Ausführungsform umfaßt ein Quadrupol-Massenfilter, das verwendet wird, um Ionen mit einem spezifischen Masse-Ladungs-Verhältnis durchzulassen. Viele im Plasma erzeugte unerwünschte Hintergrundionen werden vom Massenfilter nicht durchgelassen. Die von dem Massenfilter durchgelassenen Ionen umfassen jedoch sowohl die interessierenden Analytionen als auch jegliche Störionen, die im wesentlichen das gleiche nominelle Masse-Ladungs-Verhältnis wie die interessierenden Analytionen aufweisen.

Die vom Massenfilter durchgelassenen Ionen laufen dann zu einer mehrpoligen Ionenführung, vorzugsweise einer Hexapol-Ionenführung, die als eine Reaktions-/Kollisionszelle verwendet wird.

Gemäß einer Ausführungsform können alle Störionen, die das gleiche nominelle Masse-Ladungs-Verhältnis haben wie die Analytionen, in der Reaktionszelle neutralisiert werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform reagieren alle Störionen, die das gleiche nominelle Masse-Ladungs-Verhältnis wie die Analytionen haben, mit dem Gas in der Reaktions zelle unter Bildung von Produktionen, die ein anderes Masse-Ladungs-Verhältnis als die interessierenden Analytionen haben, die beispielsweise nicht mit dem Gas in der Reaktions-/Kollisionszelle reagieren können oder anders als die Störionen mit dem Gas in der Reaktions-/Kollisionszelle reagieren können.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform reagieren die interessierenden Analytionen mit dem Gas in der Reaktions-/Kollisionszelle unter Bildung von Produktionen, die ein anderes Masse-Ladungs-Verhältnis als die Analytionen und als alle Störionen mit dem gleichen nominellen Masse-Ladungs-Verhältnis wie die Analytionen haben. Durch Messen der Intensität der Produktionen kann dann die Intensität der interessierenden Analytionen, die mit dem Gas in der Reaktionszelle reagiert haben, bestimmt werden. Die Bestimmung kann besonders genau sein, wenn die Umwandlungswirksamkeit der Reaktion, durch die die Produktionen gebildet werden, bekannt ist oder geschätzt werden kann. In vielen Fällen ist die Umwandlungswirksamkeit sehr hoch, so daß die Massenanalyse der Produktionen eine wirksame Bestimmung der Intensität der interessierenden Analytionen ermöglicht.

Ionen in der mehrpoligen Ionenführungs-Reaktions-/Kollisionszelle (entweder Analytionen oder Produktionen) werden dann von der Reaktions-/Kollisionszelle zu einem Massenanalysator in der Art eines Quadrupol-Massenspektrometers, eines Flugzeit-Massenspektrometers oder eines auf magnetischen Sektoren beruhenden Massenspektrometers durchgelassen. Diese Ionen werden entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis getrennt und durch einen Ionendetektor nachgewiesen.

Die bevorzugte Ausführungsform ermöglicht vorteilhafterweise, daß Analytionen von Störionen getrennt werden, und/oder sie ermöglicht, daß die mögliche Wirkung von Störionen entfernt oder erheblich verringert wird, ohne daß ein erheblicher Verlust des Analytionensignals hervorgerufen wird. Demgemäß werden die Detektionsniveaus für diese Analyten erheblich verbessert. Insbesondere ermöglicht die bevorzugte Ausführungsform das Erreichen von Detektionsgrenzen für Phosphor, die im niedrigen fmol-Bereich liegen. Dies ist eine erhebliche Verbesserung gegenüber bekannten ICP-Massenspektrometern, und es wird hierdurch vorteilhafterweise ermöglicht, daß Proteine dahingehend untersucht werden, ob sie phosphoryliert sind oder nicht.

Proben können durch direkte Infusion, durch Kopplung mit einer chromatographischen Trennung, wie HPLC oder CE, oder durch Laserablation von Gelen in die Ionenquelle eingeführt werden.

Es werden nun verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zusammen mit anderen nur der Erläuterung dienenden Einrichtungen bzw. Anordnungen lediglich als Beispiel mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1A einen Abschnitt eines Vorstufen-Ionen-Massenspektrums bei m/z = 31 für eine Leerprobe, wobei in der Reaktions-/Kollisionszelle kein Sauerstoff vorhanden ist, und 1B einen Abschnitt eines Vorstufen-Ionen-Massenspektrums bei m/z = 31 für eine Probe von 1 ppm Phosphor, wobei in der Reaktions-/Kollisionszelle kein Sauerstoff vorhanden ist, und
2A einen Abschnitt eines Vorstufen-Ionen-Massenspektrums bei m/z von 47–50 für eine Leerprobe, wobei in der Reaktions-/Kollisionszelle kein Sauerstoff vorhanden ist, und 2B einen Abschnitt eines Produktionen-Massenspektrums bei m/z von 47–50 für eine Probe von 1 ppm Phosphor mit einem stromaufwärts angeordneten Massenfilter, der eingestellt ist, um Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 31 durchzulassen, wobei in der Reaktions-/Kollisionszelle Sauerstoff vorhanden ist.
Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist ein Plasma-Massenspektrometer vorgesehen, welches einen Plasmabrenner zum Erzeugen von Ionen von einer in das Plasma eingeführten Probe aufweist. Die von der Plasma-Ionenquelle emittierten Ionen treten durch einen Düse-Skimmer-Übergangsbereich in eine Vakuumkammer des Massenspektrometers. Eine ionenoptische Vorrichtung in der Art einer Ionenführung kann zum Führen der Ionen durch die Vakuumkammer bereitgestellt werden. Ein Quadrupol- oder eine andere Form eines Massenfilters ist stromabwärts der ionenoptischen Vorrichtung bereitgestellt und dafür eingerichtet, Ionen mit spezifischen Masse-Ladungs-Verhältnissen durchzulassen. Eine weitere ionenoptische Vorrichtung in der Art einer Ionenführung kann stromabwärts des Massenfilters bereitgestellt werden, um die aus dem Massenfilter austretenden Ionen zu führen. Eine mehrpolige Ionenführungs-Reaktions-/Kollisionszelle, vorzugsweise ein Hexapol, kann stromabwärts des Massenfilters bereitgestellt werden. Die Reaktions-/Kollisionszelle wird vorzugsweise bei einem verhältnismäßig hohen Druck gehalten, so daß Ionen thermalisiert werden und in der Reaktions-/Kollisionszelle selektive ionenchemische Reaktionen durchmachen. Eine weitere ionenoptische Vorrichtung in der Art einer weiteren Ionenführung kann bereitgestellt werden, um aus der Reaktions-/Kollisionszelle austretende Ionen zu führen. Schließlich ist ein Massenanalysator, vorzugsweise ein Quadrupol-Massenfilter und ein Ionendetektor, zur Massenanalyse der Ionen bereitgestellt.
Die bevorzugte Ausführungsform ist besonders zum genauen Bestimmen der Intensität von Phosphorionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 31 in einer Probe geeignet. Es ist in vielen Fällen jedoch wegen des Vorhandenseins besonders starker Hintergrundstörungen durch NOH⁺-Ionen, die auch ein nominelles Masse-Ladungs-Verhältnis von 31 haben, normalerweise nicht möglich, die Intensität von Phosphorionen genau direkt zu messen. Wie 1A entnommen werden kann, betrug der Hintergrund-Zählwert beim Masse-Ladungs-Verhältnis 31, wenn eine Leerprobe massenanalysiert wurde, etwa 30000 cps (entsprechend etwa 5 ppb). Es wird angenommen, daß dies in erster Linie auf in der Plasma-Ionenquelle erzeugte NOH⁺-Ionen zurückzuführen ist. Die Störung beim Masse-Ladungs-Verhältnis 31 kann besonders ausgeprägt sein, wenn stickstoffhaltige Grundsubstanzen, wie Salpetersäure, Acetonitril und Aminosäuren, verwendet werden. 1B zeigt eine bei einem Masse-Ladungs-Verhältnis 31 beobachtete Massenspitze, wenn eine 1 ppm Phosphor enthaltende Probe massenanalysiert wurde. Die Phosphor-Massenspitze ist etwa 200mal intensiver als die Hintergrundspitze, die nominell das gleiche Masse-Ladungs-Verhältnis hat. Die in den 1A und 1B dargestellten Massenspitzen wurden beide erhalten, wenn in der Gas-Reaktions-/Kollisionszelle kein Sauerstoff vorhanden war.
2A zeigt einen Abschnitt eines Vorstufen-Ionen-Massenspektrums, das erhalten wurde, wenn eine Leerprobe massenanalysiert wurde und wenn in der Reaktions-/Kollisionszelle kein Sauerstoff vorhanden war.
2B zeigt einen Abschnitt eines Produkt-Ionen-Massenspektrums, das gemäß der bevorzugten Ausführungsform erhalten wurde, wenn eine 1 ppm Phosphor enthaltende Probe massenanalysiert wurde und Sauerstoff in der Reaktions-/Kollisionszelle vorhanden war. Im Fall des in 2B dargestellten Teil-Massenspektrums wurde ein sich stromaufwärts der Reaktions-/Kollisionszelle befindendes Massenfilter so eingestellt, daß es nur Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 31 durchließ.
Die Gasphasenreaktion von P⁺-Ionen mit Sauerstoff ist sehr wirksam: P⁺ + O₂ → PO⁺ + O wobei k = 5,6 × 10^–10 cm³/s ist. Daher werden P⁺-Ionen durch Hinzufügen von Sauerstoff in die Kollisions-/Reaktionszelle selektiv in PO⁺-Ionen umgewandelt, welche mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 47 beobachtet werden.
Das in 2B dargestellte Signal beim Masse-Ladungs-Verhältnis 47, das durch die Reaktion von P⁺-Ionen mit Sauerstoff gebildeten PO⁺-Ionen entspricht, ähnelt in der Intensität dem in 1B dargestellten Signal beim Masse-Ladungs-Verhältnis 31, das nicht reagierten P⁺-Ionen entspricht. Dies bestätigt weiter, daß die Umwandlungsrate von P⁺-Ionen in PO⁺-Ionen bei Vorhandensein von Sauerstoff nahezu 100% beträgt.
Bei herkömmlichen Massenspektrometern würde eine Hintergrundspitze beim Masse-Ladungs-Verhältnis 47 infolge der im Plasma erzeugten NO₂H⁺-Ionen die Messung von PO⁺-Ionen stören. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann das stromaufwärts der Reaktions-/Kollisionszelle angeordnete Quadrupol-Massenfilter jedoch so eingestellt werden, daß es nur P⁺-Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 31 durchläßt, so daß die störenden NO₂H⁺-Hintergrundionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 47 wirksam entfernt werden können. Die bevorzugte Ausführungsform ermöglicht es dem Benutzer daher, sehr niedrige Detektionsgrenzen für Phosphor zu erreichen.

Claims

Verfahren zur Massenspektrometrie, welches die folgenden Schritte aufweist: Überführen von Ionen, die von einer induktiv gekoppelten Plasma-Ionenquelle ("ICP-Ionenquelle") emittiert werden, zu einem Massenfilter, Einrichten des Massenfilters, so daß es atomare Ionen mit einem ersten Masse-Ladungs-Verhältnis durchläßt und andere Ionen mit Masse-Ladungs-Verhältnissen, die innerhalb eines ersten Bereichs liegen, der das erste Masse-Ladungs-Verhältnis nicht einschließt, abschwächt, Bereitstellen einer Reaktionszelle, in der die atomaren Ionen mit einem Gas reagieren und Produktionen bilden, Analysieren der Produktionen in einem Massenanalysator, und Bestimmen der Intensität der atomaren Ionen anhand der Massenanalyse der Produktionen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Massenfilter ein Quadrupol-Massenfilter verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erzeugten atomaren Ionen aus der aus (i) P⁺, (ii) S⁺, (iii) F⁺, (iv) Cl⁺, (v) V⁺, (vi) As⁺, (vii) Sr⁺, (viii) Tc⁺ und (ix) Pu⁺ bestehenden Gruppe ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Reaktionszelle derart betrieben wird, dass Produktionen ein Masse-Ladungs-Verhältnis aufweisen, das innerhalb des ersten Bereichs liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die atomaren Ionen mit dem Gas in der Reaktionszelle, die eine mehrpolige Ionenführung umfaßt, zur Reaktion gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die mehrpolige Ionenführung in einem Gaseinschlußmantel angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Gas bei einem Druck bereitgestellt wird, der aus der aus (i) 10^–4–10^–2 mbar, (ii) 10^–4–10^–3 mbar, (iii) 10^–3–10^–2 mbar, (iv) etwa 2 × 10^–3 mbar und (v) 1,0–5,0 × 10^–3 mbar bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Gas aus der aus (i) Sauerstoff, (ii) Wasserstoff, (iii) C₂H₂ und (iv) COS (Carbonylsulphid) bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die atomaren Ionen P⁺ umfassen und als Gas in der Reaktionszelle Sauerstoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem in der ICP-Ionenquelle gebildete NO₂H⁺-Ionen durch die Einstellung des Massenfilters abgeschwächt werden, bevor die atomaren Ionen mit dem Gas in der Reaktionszelle reagieren.
Verfahren zur Massenspektrometrie, welches die folgenden Schritte aufweist: Überführen von Ionen, die von einer induktiv gekoppelten Plasma-Ionenquelle ("ICP-Ionenquelle") emittiert werden, zu einem Massenfilter, Einrichten des Massenfilters, so daß es P⁺-Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 31 durchläßt und NO₂H⁺-Ionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 47 abschwächt, Bereitstellen einer Reaktionszelle, in der die vom Massenfilter durchgelassenen P⁺-Ionen mit Sauerstoff in einer Ionenführung zur Bildung von PO⁺-Ionen reagieren, Analysieren der PO⁺-Ionen in einem Massenanalysator, und bei dem weiter die Intensität von P⁺-Ionen auf der Grundlage der Massenanalyse der PO⁺-Ionen bestimmt wird.