DE10351010A1 - Magnet sector mass spectrometer includes divider producing two ion beams each with a detector of ion beam intensity - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetsektor-Massenspektrometer und ein Verfahren zur Massenspektrometrie.The present invention relates to a magnetic sector mass spectrometer and a method for mass spectrometry.
Magnetsektor-Massenspektrometer werden gemeinhin zur Zielkomponenten-Spurenanalyse, für genaue Massenmessungen, für Isotopenverhältnismessungen und für grundlegende Ionenchemieuntersuchungen verwendet. Magnetsektor-Massenspektrometer sind dafür eingerichtet, Ionen mit einem bestimmten Masse-Ladungs-Verhältnis zu einem Ionendetektor durchzulassen. Wie nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird, laufen Ionen auf einer im wesentlichen kreisförmigen Flugbahn durch den Magnetsektor-Massenanalysator. Ein Magnetsektor-Massenanalysator kann genauer als ein Ionenimpulsanalysator beschrieben werden, falls die Anfangsenergien der Ionen jedoch im wesentlichen gleich sind, werden die Ionen nach ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis getrennt.Magnetic sector mass spectrometers are commonly used for target component trace analysis, for precise mass measurements, for isotope ratio measurements and for basic ion chemistry studies are used. Magnetic sector mass spectrometer are for it set up ions with a certain mass-to-charge ratio pass through an ion detector. As in more detail below ions are traversed in a substantially circular trajectory through the magnetic sector mass analyzer. A magnetic sector mass analyzer can be described in more detail as an ion pulse analyzer if however, the initial energies of the ions are essentially the same, the ions are separated according to their mass-charge ratio.
Wenn Ionen mit einer Masse m und einer Ladung ze durch eine elektrische Potentialdifferenz V beschleunigt werden, erreichen sie eine Geschwindigkeit v und besitzen eine kinetische Energie ε, wobei gilt: und daher: If ions with a mass m and a charge ze are accelerated by an electrical potential difference V, they reach a velocity v and have a kinetic energy ε, where: and therefore:
Ionen mit einer Ladung ze, die sich mit einer Geschwindigkeit v durch ein Magnetfeld B bewegen, unterliegen in einer Richtung orthogonal zur Richtung des Magnetfelds und auch zur Bewegungsrichtung der Ionen einer Lorentzkraft F. Die Lorentzkraft F übt eine Zentripetalkraft auf die Ionen aus, wodurch sie veranlaßt werden, auf einer kreisförmigen Flugbahn mit einem Radius rm zu laufen. Die Lorentzkraft F ist.Ions with a charge ze, which move through a magnetic field B at a velocity v, are subject to a Lorentz force F in a direction orthogonal to the direction of the magnetic field and also to the direction of movement of the ions. The Lorentz force F exerts a centripetal force on the ions, as a result of which they are caused to run on a circular trajectory with a radius r m . The Lorentz force F is.
Dementsprechend ist das Masse-Ladungs-Verhältnis der durch das Magnetfeld laufenden Ionen gegeben durch: und es gilt daher: Accordingly, the mass-to-charge ratio of the ions passing through the magnetic field is given by: and therefore:
Daher ergibt sich durch Beseitigen von v2 aus der vorstehenden Gleichung für das Masse-Ladungs-Verhältnis: Therefore, by removing v 2 from the above equation for the mass-charge ratio:
Es ist hierdurch ersichtlich, daß die Werte des Magnetfelds B und der Potentialdifferenz V so festgelegt werden können, daß Ionen mit einem bestimmten Masse-Ladungs-Verhältnis, die von einer Ionenquelle empfangen werden, von dem Magnetsektor zum Ionendetektor durchgelassen werden. Auf diese Weise wirkt der Magnetsektor als ein Masse-Ladungs-Verhältnis-Filter. Dementsprechend kann ein Massenspektrum durch Scannen entweder des Magnetfelds B und/oder der Potentialdifferenz V aufgezeichnet werden.This shows that the values of the Magnetic field B and the potential difference V are set so can, that ions with a certain mass to charge ratio from an ion source received, passed from the magnetic sector to the ion detector become. In this way, the magnetic sector acts as a mass-to-charge ratio filter. Accordingly, a mass spectrum can be obtained by scanning either the Magnetic field B and / or the potential difference V are recorded.
Für manche Anwendungen können mehrere Ionendetektoren bereitgestellt werden, so daß Ionen mit verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnissen gleichzeitig aufgezeichnet werden können, wobei jedes Ion eine andere Flugbahn durch den Magnetsektor annimmt. Alternativ kann ein Feld von Detektoren verwendet werden, um gleichzeitig einen Teil des Massenspektrums aufzuzeichnen.For some applications can multiple ion detectors are provided so that ions with different mass-charge ratios at the same time can be recorded each ion taking on a different trajectory through the magnetic sector. Alternatively, an array of detectors can be used to simultaneously record part of the mass spectrum.
Gemäß einer anderen Anordnung kann
das Magnetfeld im wesentlichen konstant gehalten werden, so daß Ionen
entsprechend ihrem Impuls dispergiert werden. Der Impuls ρ eines Ions
mit einer Masse m, einer Geschwindigkeit v und einer kinetischen Energie ε ist gegeben
durch:
Daher werden Ionen mit einer konstanten kinetischen Energie ε effektiv entsprechend ihrer Masse dispergiert.Therefore ions with a constant kinetic energy ε effective dispersed according to their mass.
Die Form eines Magnetsektors kann so ausgelegt werden, daß sie Ionenrichtungs-Fokussiereigenschaften aufweist. Ein Magnetsektor-Massenanalysator kann so ausgelegt werden, daß er eine bestimmte Kombination von Massendispersions- und Richtungsfokussiereigenschaften in Richtung der Massendispersion aufweist.The shape of a magnetic sector can be interpreted so that they Has ion direction focusing properties. A magnetic sector mass analyzer can be designed so that it a certain combination of mass dispersion and directional focusing properties in the direction of the mass dispersion.
Ein herkömmliches einfach fokussierendes Magnetsektor-Massenspektrometer weist eine Ionenquelle, einen Magnetsektor-Massenanalysator und einen Kollektorschlitz auf. Die Ionenquelle weist einen begrenzten Emissionsbereich oder eine begrenzte Schlitzbreite auf, welche die Breite des von der Ionenquelle emittierten Ionenstrahls festlegt. Der Magnetsektor-Massenanalysator kann konvergente Richtungsfokussiereigenschaften aufweisen, um die Ionen auf einen Bildpunkt in einer Brennebene stromabwärts des Magnetsektor-Massenanalysators zu fokussieren. Bei einem einfach fokussierenden Magnetsektor-Massenspektrometer ist ein Ionenkollektorschlitz am Bildpunkt des Ionenquellenschlitzes angeordnet. Die Richtungsfokussiereigenschaften des Magnetsektor-Massenanalysators können in sehr hohem Maße eingerichtet werden. Die Abbildungseigenschaften des Magnetsektor-Massenanalysators sind jedoch durch die Breite der Anfangsenergie der Ionen begrenzt.A conventional single focus magnetic sector mass spectrometer has an ion source, a magnetic sector mass analyzer and a collector slot. The ion source has a limited emission area or a limited slot width, which defines the width of the ion beam emitted by the ion source. The magnetic sector mass analyzer may have convergent directional focusing properties to focus the ions onto a pixel in a focal plane downstream of the magnetic sector mass analyzer. In a single-focusing magnetic sector mass spectrometer, an ion collector slot is at the pixel of the ion source slot orderly. The directional focusing properties of the magnetic sector mass analyzer can be set to a very high degree. However, the imaging properties of the magnetic sector mass analyzer are limited by the width of the initial energy of the ions.
Der Massendispersionskoeffizient Dm eines einfach fokussierenden Magnetsektor-Massenspektrometers ist proportional zum Krümmungsradius rm der Ionenflugbahn im Magnetfeld. Die räumliche Trennung y zweier Ionen mit verschiedenen Massen einer mittleren Masse m und einer Massendifferenz Δm bezieht sich auf den Massendispersionskoeffizienten Dm und beträgt: The mass dispersion coefficient D m of a single-focusing magnetic sector mass spectrometer is proportional to the radius of curvature rm of the ion trajectory in the magnetic field. The spatial separation y of two ions with different masses of an average mass m and a mass difference Δm relates to the mass dispersion coefficient D m and is:
Die Ionenstrahlbreite wb an
der Bildposition stromabwärts
des Magnetsektor-Massenanalysators steht folgendermaßen in Beziehung
zur Schlitzbreite ws der Ionenquelle, der
lateralen Vergrößerung M
des Bilds und der Summe der Abbildungsaberrationskoeffizienten Σα:
Das Massenauflösungsvermögen m/Δm für einen Kollektorschlitz mit einer Kollektorschlitzbreite wc ist gegeben durch: The mass resolution m / Δm for a collector slot with a collector slot width w c is given by:
Demgemäß sind der Massendispersionskoeffizient Dm, die Ionenquellen-Schlitzbreite ws und die Kollektorschlitzbreite wc die wichtigsten Parameter beim Bestimmen der Massenauflösung eines Magnetsektor-Massenspektrometers. Die letztendliche Massenauflösung ist jedoch durch die Summe der Abbildungsaberrationen begrenzt.Accordingly, the mass dispersion coefficient D m , the ion source slit width w s and the collector slit width w c are the most important parameters in determining the mass resolution of a magnetic sector mass spectrometer. However, the ultimate mass resolution is limited by the sum of the aberrations.
Wie vorstehend erörtert wurde, dispergieren Magnetsektoren, die ein konstantes Magnetfeld verwenden, Ionen in Bezug auf den Ionenimpuls und daher mit Bezug auf die Ionenmasse, falls die Ionen monoenergetisch sind. Ionen sind jedoch normalerweise nicht monoenergetisch und weisen häufig, abhängig vom speziellen Typ der zum Erzeugen der Ionen verwendeten Ionenquelle, einen Bereich kinetischer Energien auf. Die Breite der Ionenenergien bewirkt das Verbreitern der Ionenstrahlbreite wb an der Bildposition, und dies wird typischerweise zum begrenzenden Faktor beim Erreichen einer hohen Auflösung.As discussed above, magnetic sectors disperse that use a constant magnetic field, ions with respect to the Ion pulse and therefore with reference to the ion mass if the ions are monoenergetic are. However, ions are usually not monoenergetic and often show dependent the special type of ion source used to generate the ions, a range of kinetic energies. The width of the ion energies causes the ion beam width wb to widen at the image position, and this typically becomes the limiting factor in reaching a high resolution.
Die Impulsdispersion kann als eine
Kombination einer Massendispersion und einer Energiedispersion aufweisend
angesehen werden. Es sind elektrische Sektoren bekannt, die Ionen
entsprechend ihrer Energie dispergieren. Falls dementsprechend ein
elektrischer Sektor mit einem Magnetsektor kombiniert wird, kann
die Gesamtenergiedispersion der Ionen modifiziert werden. Es sind
doppelt fokussierende Magnetsektor-Massenanalysatoren bekannt, die
eine Kombination eines Magnetsektor-Massenanalysators und eines
oder mehrerer elektrischer Sektoren aufweisen, wobei die Richtungsfokussierung
bereitgestellt wird und wobei die Gesamtenergiedispersion null ist.
Falls der doppelt fokussierende Magnetsektor-Massenanalysator einen
elektrischen Sektor mit einer Energiedispersion De1 und
einen magnetischen Sektor mit einer Energiedispersion De2 aufweist,
wobei die Bildvergrößerung M2 ist, beträgt die Gesamtenergiedispersion
De des doppelt fokussierenden Magnetsektor-Massenspektrometers:
Der elektrische Sektor kann dem Magnetsektor vorhergehen oder folgen, oder es können alternativ zwei kleinere elektrische Sektoren bereitgestellt werden, wobei einer stromaufwärts des Magnetsektors und der andere stromabwärts des Magnetsektors bereitgestellt ist. Solange die Gesamtenergiedispersion De null ist, kann die Anordnung als ein doppelt fokussierender Magnetsektor-Massenanalysator an gesehen werden. Es kann eine Kombination magnetischer und elektrischer Sektoren eingerichtet werden, welche nicht die Bildverbreiterungsprobleme aufweisen, die einem einfach fokussierenden Magnetsektor-Massenspektrometer zugeordnet sind. Dementsprechend sind doppelt fokussierende Magnetsektor-Massenspektrometer in der Lage, viel höhere Auflösungen als einfach fokussierende Magnetsektor-Massenspektrometer zu erreichen.The electrical sector may precede or follow the magnetic sector, or alternatively two smaller electrical sectors may be provided, one upstream of the magnetic sector and the other downstream of the magnetic sector. As long as the total energy dispersion D e is zero, the arrangement can be seen as a double focusing magnetic sector mass analyzer. A combination of magnetic and electrical sectors can be established that do not have the image broadening problems associated with a single focus magnetic sector mass spectrometer. Accordingly, double-focusing magnetic sector mass spectrometers are able to achieve much higher resolutions than single-focusing magnetic sector mass spectrometers.
Die Kombination aus einem magnetischen Sektor und einem oder mehreren elektrischen Sektoren zum Bereitstellen eines doppelt fokussierenden Magnetsektor-Massenspektrometers ermöglicht bei der Entwurfswahl ausreichend Freiheitsgrade, um das Erreichen einer Fokussierung verhältnismäßig hoher Ordnung zu ermöglichen. Doppelt fokussierende Magnetsektor-Massenspektrometer, bei denen alle Richtungs- und Energiefokussierungsterme nahezu oder im wesentlichen null sind, sind bekannt, und diese Massenspektrometer können Auflösungsvermögen von mehr als 150000 entsprechend der Taldefinition von 10 % (was nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben wird) erreichen.The combination of a magnetic sector and one or more electrical sectors to provide of a double focusing magnetic sector mass spectrometer enables at Design choice sufficient degrees of freedom to achieve a Focusing relatively higher To enable order. Dual focus magnetic sector mass spectrometers, where all directional and energy focusing terms are near or substantially zero, are known, and these mass spectrometers can have resolutions corresponding to more than 150,000 the 10% valley definition (which is described in more detail below will reach.
Die Massenauflösung für eine Spitzenbreite in Masseneinheiten von Δm bei der Masse m beträgt m/Δm . Falls die Spitzenbreite wpk an der Basis gemessen wird, ist die Massenauflösung m/Δm für eine Ionenstrahlbreite wb und eine Kollektorschlitzbreite wc theoretisch gegeben durch: The mass resolution for a peak width in units of mass of Δm with the mass m is m / Δm. If the peak width w pk is measured at the base, the mass resolution m / Δm for an ion beam width wb and a collector slot width w c is theoretically given by:
Es ist jedoch nicht praktisch, die
Spitzenbreite an der Basis zu messen, und die Spitzenbreite wird daher
konven tionell bei 5% der Spitzenhöhe gemessen. Die bei 5% der
Höhe gemessene
Spitzenbreite wird verwendet, um die Auflösung zu berechnen. Dies ist
als die 10-%-Taldefinition der Auflösung bekannt, weil, falls zwei
Spitzen unterschiedlicher Masse, jedoch gleicher Intensität oder Höhe, einander
an einem Punkt überlappen
oder schneiden, der 5 ihrer Höhe
beträgt,
das sich ergebende Spitzenprofil zwei Spitzen mit einem dazwischenliegenden
Tal aufweist, das 10 % der Höhe
der Spitzen beträgt.
Falls ein Magnetsektor-Massenspektrometer
beispielsweise eine Massenauflösung
von 1000 entsprechend der Taldefinition von 10 % hätte, würden zwei
gleiche Intensitätsspitzen
mit den Massen 1000 und
Wie vorstehend erörtert wurde, steht die räumliche Trennung y von zwei Ionen mit unterschiedlichen Massen bei einer mittleren Masse m und einer Massendifferenz Δm in Beziehung zum Dispersionskoeffizienten Dm. Diese Beziehung kann verwendet werden, um die reale Breite eines Ionenstrahls wb am Kollektorschlitz in bezug auf die fraktionelle Massendifferenz der Ionen Δm/m folgendermaßen auszudrücken: As discussed above, the spatial separation y of two ions with different masses with an average mass m and a mass difference Δm is related to the dispersion coefficient D m . This relationship can be used to express the real width of an ion beam w b at the collector slot with respect to the fractional mass difference of the ions Δm / m as follows:
Der Term für die fraktionelle Massendifferenz der Ionen Δm/m ist dimensionslos und wird typischerweise in Teilen je Million (ppm) ausgedrückt, wobei: The term for the fractional mass difference of the ions Δm / m is dimensionless and is typically expressed in parts per million (ppm), where:
Dementsprechend kann die Strahlbreite wb in ppm der Masse ausgedrückt werden, wenn der Dispersionskoeffizient Dm des Massenspektrometers bekannt ist. Die Kollektorschlitzbreite wc kann auch folgendermaßen in ppm der Masse ausgedrückt werden: Accordingly, the beam width w b can be expressed in ppm of the mass if the dispersion coefficient D m of the mass spectrometer is known. The collector slot width w c can also be expressed in ppm by mass as follows:
Wenn ein Ionenstrahl mit der Breite wb über einen Kollektorschlitz mit der Breite wc abgelenkt wird und die durchgelassenen Ionen detektiert und aufgezeichnet werden, weist das aufgezeichnete Spitzenprofil eine Breite wpk auf, wobei gilt: If an ion beam with the width w b is deflected via a collector slot with the width w c and the transmitted ions are detected and recorded, the recorded peak profile has a width w pk , where:
Die Spitzenbreite wpk kann auch als ppm der Masse ausgedrückt werden: The peak width w pk can also be expressed as ppm of the mass:
Der Kehrwert der Massenauflösung m/Δm des Massenanalysators ergibt das Massenauflösungsvermögen Δm/m. Daher kann das Massenauflösungsvermögen als die in ppm der Masse ausgedrückte Spitzenbreite angesehen werden.The reciprocal of the mass resolution m / Δm of the mass analyzer gives the mass resolution Δm / m. Therefore can the mass resolving power as that expressed in ppm by mass Peak width can be viewed.
Die Kapazität doppelt fokussierender Magnetsektor-Massenspektrometer für eine hohe Auflösung führt zu ihrer Verwendung für genaue Massenmessungen und für eine hoch spezifische Zielverbindungs-Spurenanalyse durch eine als hochauflösende selektive Ionenaufzeichnung (High Resolution Selective Ion Recording – HR-SIR) bekannte Technik. Bei herkömmlichen hochauflösenden selektiven Ionenaufzeichnungstechniken wird ein doppelt fokussierendes Magnetsektor-Massenspektrometer verwendet, um das Ansprechen von Zielverbindungen bei einer hohen Auflösung und mit einer hohen Empfindlichkeit auszuwählen und aufzuzeichnen. Die hohe Auflösung ermöglicht, daß chemische Hintergrundmassen wirksam beseitigt werden, und sie ermöglicht folglich das Erreichen eines niedrigeren Detektionsniveaus. Die hochauflösende selektive Ionenaufzeichnung bietet daher ein höheres Tastverhältnis als andere herkömmliche Techniken und damit gegenüber diesen eine verbesserte Empfindlichkeit.The capacity of double focusing magnetic sector mass spectrometers for one high resolution leads to their use for accurate mass measurements and for a highly specific target compound trace analysis by an as high-resolution High Resolution Selective Ion Recording (HR-SIR) known technology. With conventional high-resolution selective ion recording techniques becomes a double focusing Magnetic sector mass spectrometer used to respond to Target connections at high resolution and with high sensitivity select and record. The high resolution allows that chemical Background masses are effectively eliminated, and consequently enables reaching a lower detection level. The high-resolution selective Ion recording therefore offers a higher duty cycle than other conventional Techniques and thus opposite this an improved sensitivity.
Die Detektion und die Quantifizierung polychlorierter Dibenzo-p-dioxine und insbesondere von 2,3,7,8-tetrachloriertem Dibenzo-p-dioxin ("2,3,7,8-TCDD") ist eine besonders wichtige Anwendung doppelt fokussierender Magnetsektor-Massenspektrometer. Trotz kostspieliger Reinigungsprozeduren enthalten Proben noch Verbindungen, wie polychlorierte Biphenyle und Benzylphenylether, die die gleichen nominalen Massen wie die interessierenden Verbindungen aufweisen. Proben weisen herkömmlicherweise Spitzen mit einer bekannten Menge einer als 13C-Isotop markierten Form von 2,3,7,8-tetrachloriertem Dibenzo-p-dioxin auf, das durch Gaschromatographie eingeleitet wurde und durch hochauflösende Massenspektrometrie aufgezeichnet wird. Die Messung wird durch Vergleich des Ansprechens nativen Dioxins mit demjenigen der als 13C markierten Form quantifiziert und durch Bestätigen des Verhältnisses zwischen den Hauptisotopen sowohl des nativen als auch des als 13C markierten Dioxins überprüft. Bei einem Auflösungsvermögen von 10000 (10 % Taldefinition) beträgt das herkömmliche Detektionsniveau für 2,3,7,8-tetrachloriertes Dibenzo-p-dioxin bei Abwesenheit anderer störender Komponenten in etwa 1 Femtogramm oder 3 Attomol.The detection and quantification of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and in particular of 2,3,7,8-tetrachlorinated dibenzo-p-dioxin ("2,3,7,8-TCDD") is a particularly important application of double-focusing magnetic sectors. Mass spectrometry. Despite costly purification procedures, samples still contain compounds such as polychlorinated biphenyls and benzylphenyl ethers that have the same nominal masses as the compounds of interest. Samples traditionally have peaks with a known amount of a form of 2,3,7,8-tetrachlorinated dibenzo-p-dioxin labeled as 13 C-isotope that was introduced by gas chromatography and recorded by high resolution mass spectrometry. The measurement is quantified by comparing the response with that of the native dioxin marked as 13 C shape and checked by confirming the ratio between the major isotopes of both the native and the labeled as 13 C dioxin. With a resolution of 10,000 (10% valley definition), the conventional detection level for 2,3,7,8-tetrachlorinated dibenzo-p-dioxin is approximately 1 femtogram or 3 attomol in the absence of other interfering components.
Ein Magnetsektor-Massenspektrometer mit einem einzigen Ionendetektor kann zum Aufzeichnen eines Massenspektrums durch Scannen und nachfolgendes Detektieren verschiedener Massenspitzen verwendet werden. Das Tastverhältnis für das Aufzeichnen jeder Masse in dem Massenspektrum ist im allgemeinen verhältnismäßig gering, und je höher die Auflösung oder je breiter der Massenbereich wird, desto geringer wird das Tastverhältnis. Anders als Quadrupol-Massenfilter kann ein Magnetsektor-Massenanalysator dafür ausgelegt werden, das Signal von Ionen mit mehreren verschiedenen Massen gleichzeitig aufzuzeichnen. Dies wird gemeinhin als eine Paralleldetektion bezeichnet.A magnetic sector mass spectrometer with a single ion detector can be used to record a mass spectrum by scanning and then detecting different mass peaks. The duty cycle for recording each mass in the mass spectrum is generally relatively low, and the higher the resolution or the wider the mass range, the lower the duty cycle. Different to Quadrupole mass filter, a magnetic sector mass analyzer can be designed to record the signal of ions with several different masses simultaneously. This is commonly referred to as parallel detection.
Mehrere Detektoren bilden ein Mittel zum genauen Aufzeichnen der relativen Häufigkeit von zwei oder mehr verschiedenen Massen gleichzeitig. Die gleichzeitige genaue Aufzeichnung der relativen Häufigkeiten von beispielsweise zwei Isotopen ist besonders genau, weil diese Technik im wesentlichen nicht durch Schwankungen oder eine Drift der Ionisationsquelle oder durch sich schnell ändernde Probenkonzentrationen, die häufig beispielsweise bei der Chromatographie auftreten, beeinflußt wird. Magnetsektor-Massenspektrometer, die mehrere Kollektorschlitze aufweisen, und entsprechende getrennte diskrete Ionendetektoren können daher verwendet werden, um genaue Isotopenverhältnisbestimmungen vorzunehmen. Es sind verschiedene Ionendetektoren erforderlich, um verschiedene Massen aufzuzeichnen, jedoch nur bei einer niedrigen Auflösung von beispielsweise 200 – 300 (10 % Taldefinition).Several detectors form an average to accurately record the relative frequency of two or more different masses at the same time. The simultaneous accurate recording the relative frequencies of two isotopes, for example, is particularly accurate because these Technology essentially not due to fluctuations or drift the ionization source or due to rapidly changing sample concentrations, the often occur for example in chromatography, is influenced. Magnetic sector mass spectrometer, which have multiple collector slots, and corresponding separate discrete ones Ion detectors can therefore used to make accurate isotope ratio determinations. Different ion detectors are required to make different ones Record masses, but only at a low resolution of for example 200-300 (10% valley definition).
Gemäß einer anderen herkömmlichen Anordnung ermöglicht ein Felddetektor eine gleichzeitige Erfassung über einen Massenbereich, wodurch das Tastverhältnis verbessert wird, wenn sie zum Aufzeichnen eines Massenspektrums verwendet wird. Felddetektoren, bei denen Felder hoher Dichte diskreter ladungsempfindlicher Detektoren oder einzelne für die Ionenposition empfindliche Detektoren verwendet werden, sind sehr empfindlich, sie sind jedoch gewöhnlich in der Größe beschränkt. Solche Felddetektoren werden entlang der Brennebene des Massenspektrometers angeordnet und ersetzen daher den Kollektorschlitz, der andernfalls normalerweise in Zusammenhang mit einem Ionendetektor in einem Magnetsektor-Massenspektrometer verwendet wird. Jeder getrennte Detektor in dem Feld ersetzt daher den Kollektorschlitz, und diese getrennten Detektoren bestimmen die Auflösung des Massenspektrometers. Weil der Detektor mehrere Massen gleichzeitig aufzeichnen muß, kann er in der Praxis nur bis zu einer mittleren Auflösung, beispielsweise bis zu einer Auflösung von etwa 2000 (10 % Taldefinition) betrieben werden. Diese Auflösung ist für die Analyse polychlorierter Dibenzo-p-dioxine noch viel zu niedrig.According to another conventional one Arrangement allows a field detector allows simultaneous detection over a mass range, which means that duty cycle is improved when used to record a mass spectrum is used. Field detectors where high density fields are more discrete charge sensitive detectors or individual ones sensitive to the ion position Detectors used are very sensitive, but they are usually limited in size. Such field detectors are placed along the focal plane of the mass spectrometer and therefore replace the collector slot that would otherwise normally be in connection with an ion detector in a magnetic sector mass spectrometer is used. Each separate detector in the field therefore replaces the collector slot, and determine these separate detectors the resolution of the mass spectrometer. Because the detector has several masses at the same time must record in practice it can only be used up to a medium resolution, for example up to a resolution operated by about 2000 (10% valley definition). This resolution is for the Analysis of polychlorinated dibenzo-p-dioxins still too low.
Herkömmliche hochauflösende Aufzeichnungstechniken ausgewählter Ionen für die Detektion von Spuren von 2,3,7,8-tetrachloriertem Dibenzo-p-dioxin weisen ein wiederholtes schnelles Umschalten zu wenigstens vier verschiedenen Massen bei hoher Auflösung und einer Aufzeichnung des Signalansprechens für alle vier Massen auf. Dies wird gemeinhin bei einer Massenauflösung von etwa 10000 (10 % Taldefinition) ausgeführt, um zu gewährleisten, daß andere isobare Komponenten, die aus der Gaschromatographiesäule eluieren, herausgetrennt werden. In der Praxis wird gewöhnlich ein zusätzliches Referenzmaterial kontinuierlich in die Ionenquelle des Massenspektrometers eingebracht, so daß eine zusätzliche Referenzmassenspitze, die in der Nähe der Masse der zu analysierenden Spurverbindung liegt, kontinuierlich vorhanden ist. Die zusätzliche Referenzmasse ist in der Schaltsequenz enthalten, so daß jede Drift auf der Massenskala überwacht und korrigiert werden kann. Die Drift auf der Massenskala kann durch Scannen über die Referenzspitze überwacht werden, um jede Verschiebung im Spitzenzentrum zu bestimmen. Falls eine Drift auf der Massenskala nicht überwacht wird, könnte das Umschalten auf die oberste Spitze von jeder der vier interessierenden Massen nicht mit dem erforderlichen Genauigkeitsgrad ausgeführt werden. Es ist auch bekannt, zu einer zweiten Zeit in jeder Sequenz auf die Referenzspitze umzuschalten, um zu bestätigen, daß der Schaltvorgang richtig und genau arbeitet. Diese Prozedur gewährleistet ein genaues Schalten bei einer Auflösung von 10000 (10 % Taldefinition). Wenngleich diese Prozedur empfindlich ist, gewährleistet sie jedoch nicht, daß alle detektierten Ionen tatsächlich ausschließlich Ionen der interessierenden Zielverbindung sind. Dementsprechend können Interferenzionen auch unbeabsichtigt detektiert werden.Conventional high resolution recording techniques selected Ions for detect the detection of traces of 2,3,7,8-tetrachlorinated dibenzo-p-dioxin repeated rapid switching to at least four different masses high resolution and a record of the signal response for all four masses. This is commonly used with a mass resolution of around 10,000 (10% valley definition) executed to ensure, that others isobaric components that elute from the gas chromatography column, be separated out. In practice, there is usually an additional one Reference material continuously into the ion source of the mass spectrometer introduced so that a additional Reference mass peak that is close to the mass of the analyte Track connection is present continuously. The additional Reference ground is included in the switching sequence, so that every drift monitored on the mass scale and can be corrected. The drift on the mass scale can be caused by Scan over monitors the reference peak to determine each shift in the top center. If a drift on the mass scale is not monitored, the switching could to the top of each of the four masses of interest not be carried out with the required degree of accuracy. It is also known to occur at a second time in each sequence toggle the reference tip to confirm that the shift is correct and works exactly. This procedure ensures precise switching at a resolution of 10000 (10% valley definition). Although this procedure is sensitive is guaranteed however, they don't all actually detected ions exclusively Are ions of the target compound of interest. Accordingly can Interference ions can also be detected unintentionally.
Interferenzionen können beispielsweise infolge von Verunreinigungsmaterialien in der Ionenquelle, Referenz material, herausleckendem Material aus der Gaschromatographensäule oder anderen gemeinsam eluierenden Komponenten aus dem Gaschromatographen, die sehr ähnliche Masse-Ladungs-Verhältnisse wie die vorgesehenen Analytionen aufweisen, detektiert werden. Diese Interferenzionen können detektiert werden, weil sie selbst bei einer Auflösung von 10000 (10 % Taldefinition) nicht vollständig von den Analytionen getrennt werden können. Interferenzionen können sich auch durch Streuung infolge von Ionen von anderen Komponenten ergeben, die mit höherer Häufigkeit vorhanden sind und mit Restgasmolekülen kollidieren.For example, interference ions due to impurity materials in the ion source, reference material, leaking material from the gas chromatograph column or other components that co-elute from the gas chromatograph, the very similar Mass-to-charge ratios how the intended analyte ions have can be detected. This Interference ions can can be detected because even with a resolution of 10000 (10% valley definition) not completely separated from the analyte ions can be. Interference ions can diffusion due to ions from other components result with the higher frequency are present and collide with residual gas molecules.
Der Haupthinweis auf das Vorhandensein einer erheblichen Interferenz besteht in einer Verzerrung des Isotopenverhältnisses. Eine solche Verzerrung wird normalerweise als Teil einer Standardprüfprozedur geprüft. Selbst wenn jedoch bekannt ist, daß Interferenzionen vorhanden sind, indem erkannt wird, daß das bestimmte Isotopenverhältnis verzerrt ist, trägt das Vorhandensein der Interferenzionen weiter ein Hintergrundsignal bei, das die Detektion der interessierenden Spuren-Analytionen überdecken kann. Das Umschalten von Spitze zu Spitze bietet an sich keinen Weg zum Überprüfen, ob die detektierten Ionen tatsächlich die interessierenden Ionen sind, und es hilft auch nicht dabei, eine Feststellung zu treffen, daß das gemessene Ionensignal infolge eines erheblichen Vorhandenseins von Interferenzionen zurückgewiesen werden sollte.The main indication of existence A significant interference is a distortion in the isotope ratio. Such distortion is usually part of a standard test procedure checked. However, even if it is known that interference ions are present by recognizing that certain isotope ratio is distorted, carries the presence of the interference ions further a background signal which cover the detection of the trace analyte ions of interest can. Switching from tip to tip offers nothing in itself Way to check if the detected ions actually are the ions of interest, and it also doesn't help to make a determination that the measured ion signal rejected due to significant presence of interference ions should be.
Es ist daher erwünscht, ein verbessertes Magnetsektor-Massenspektrometer bereitzustellen.It is therefore desirable to have an improved magnetic sector mass spectrometer provide.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen: ein Magnetsektor-Massenspektrometer mit einem Magnetsektor-Massenanalysator, einem Kollektorschlitz, der stromabwärts des Magnetsektor-Massenanalysators angeordnet ist und einer Vorrichtung, die stromabwärts des Kollektorschlitzes angeordnet ist, um einen vom Kollektorschlitz durchgelassenen Ionenstrahl in zumindest einen ersten und einen zweiten Ionenstrahl zu zerlegen. Das Massenspektrometer umfaßt weiter einen ersten Detektor zum Messen der Intensität wenigstens eines Teils des ersten Ionenstrahls und einen zweiten Detektor zum Messen der Intensität wenigstens eines Teils des zweiten Ionenstrahls.According to the present invention there is provided: a magnetic sector mass spectrometer with a magnetic sector mass analyzer, a collector slot that is downstream of the magnetic sector mass analyzer is arranged and a device which is downstream of the Collector slot is arranged to one of the collector slot transmitted ion beam into at least a first and a first to disassemble the second ion beam. The mass spectrometer further includes a first detector for measuring the intensity of at least a portion of the first ion beam and a second detector for measuring the intensity at least part of the second ion beam.
Der Ionenstrahl hat eine erste und eine zweite Richtung, die orthogonal zueinander sind. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform werden die Ionen in dem Ionenstrahl entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis in der ersten Richtung dispergiert, so daß sich das Masse-Ladungs-Verhältnis von Ionen in dem Ionenstrahl entlang der ersten Richtung ändert. Vorzugsweise werden die Ionen in dem Ionenstrahl im wesentlichen nicht entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis in der zweiten Richtung dispergiert, so daß das Masse-Ladungs-Verhältnis der Ionen in dem Ionenstrahl entlang der zweiten Richtung im wesentlichen konstant ist.The ion beam has a first and a second direction that are orthogonal to each other. According to the preferred embodiment the ions in the ion beam according to their mass-to-charge ratio in dispersed in the first direction, so that the mass-to-charge ratio of Ions in the ion beam change along the first direction. Preferably the ions in the ion beam are essentially not corresponding their mass-to-charge ratio in dispersed in the second direction, so that the mass-to-charge ratio of the Ions in the ion beam along the second direction substantially is constant.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform messen der erste und der zweite Detektor die Intensitäten wenigstens eines Teils des ersten und des zweiten Ionenstrahls im wesentlichen zur gleichen Zeit.Measure according to the preferred embodiment the first and the second detector the intensities of at least a part of the first and second ion beams at substantially the same time.
Das Massenspektrometer kann ein einfach fokussierendes Magnetsektor-Massenspektrometer oder ein doppelt fokussie rendes Magnetsektor-Massenspektrometer einschließen.The mass spectrometer can be a simple focusing Magnetic sector mass spectrometer or a double focusing Include magnetic sector mass spectrometer.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zum Teilen des vom Kollektorschlitz durchgelassenen Ionenstrahls eine Elektrode auf. Die Elektrode wird auf einem solchen Potential gehalten, daß Ionen auf den ersten und den zweiten Detektor reflektiert oder abgelenkt werden. Die Elektrode schließt vorzugsweise ein Blatt mit einer feinen Kante oder eine keilförmige Elektrode ein, und es kann bei der Verwendung dafür gesorgt werden, daß Analytionen in dem Ionenstrahl, die sich der Kante nähern, im wesentlichen gleichmäßig und/oder symmetrisch in bezug auf die Kante angeordnet werden. Interferenzionen in dem Ionenstrahl, die sich der Kante der Elektrode nähern, können im wesentlichen ungleichmäßig und/oder asymmetrisch in bezug auf die Kante angeordnet werden.According to the preferred embodiment the device for dividing the transmitted through the collector slot Ion beam an electrode. The electrode is on one Potential held that ions reflected or deflected onto the first and second detectors become. The electrode closes preferably a sheet with a fine edge or a wedge-shaped electrode a, and it can be ensured in use that analyte ions substantially uniform and / or in the ion beam approaching the edge be arranged symmetrically with respect to the edge. interference ions in the ion beam, which approach the edge of the electrode, can be in the substantially uneven and / or be arranged asymmetrically with respect to the edge.
Das Magnetsektor-Massenspektrometer weist vorzugsweise eine Elektronenstoß-Ionenquelle ("EI-Ionenquelle") oder eine Ionenquelle mit chemischer Ionisation ("CI-Ionenquelle") auf. Alternativ kann die Ionenquelle eine Elektrospray-Ionenquelle ("ESI-Ionenquelle"), eine Atmosphärendruck-Ionenquelle mit chemischer Ionisation ("APCI-Ionenquelle"), eine Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquelle ("APPI-Ionenquelle"), eine matrixunterstützten Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("MALDI-Ionenquelle"), eine Laserdesorptionsionisations-Ionenquelle ("LDI-Ionenquelle"), eine induktiv gekoppelte Plasma-Ionenquelle ("ICP-Ionenquelle"), eine Ionenquelle mit schnellem Atombeschuß ("FAB-Ionenquelle"), eine Flüssig-Sekundärionen-Massenspektrometrie-Ionenquelle ("LSIMS-Ionenquelle"), eine Feldionisations-Ionenquelle ("FI-Ionenquelle") und eine Feld desorptions-Ionenquelle ("FD-Ionenquelle") einschließen. Die Ionenquelle kann eine kontinuierliche oder eine gepulste Ionenquelle sein.The magnetic sector mass spectrometer has preferably an electron impact ion source ("EI ion source") or an ion source with chemical ionization ("CI ion source"). Alternatively, you can the ion source is an electrospray ion source ("ESI ion source"), an atmospheric pressure ion source with chemical ionization ("APCI ion source"), an atmospheric pressure photoionization ion source ("APPI ion source"), a matrix-assisted laser desorption ionization ion source ("MALDI ion source"), a laser desorption ionization ion source ("LDI ion source"), an inductively coupled Plasma ion source ("ICP ion source"), an ion source with rapid atomic bombardment ("FAB ion source"), a liquid secondary ion mass spectrometry ion source ("LSIMS ion source"), a field ionization ion source ("FI ion source") and include a field desorption ion source ("FD ion source"). The Ion source can be a continuous or a pulsed ion source his.
Vorzugsweise wird zwischen der Vorrichtung zum Teilen des Ionenstrahls und der Ionenquelle eine Spannungsdifferenz aufrechterhalten. Die Spannungsdifferenz kann 0 – 100 V, 100 – 200 V, 200 – 300 V, 300 – 400 V, 400 – 500 V, 500 – 600 V, 600 – 700 V, 700 – 800 V, 800 – 900 V, 900 – 1000 V oder mehr als 1000 V betragen.Preferably between the device for Parts of the ion beam and the ion source have a voltage difference maintained. The voltage difference can be 0 - 100 V, 100 - 200 V, 200-300 V, 300-400 V, 400-500 V, 500-600 V, 600-700 V, 700-800 V, 800-900 V, 900-1000 V or more than 1000 V.
Das bevorzugte Magnetsektor-Massenspektrometer kann weiter einen Prozessor zum Bestimmen der Intensität wenigstens eines Teils des ersten Ionenstrahls in Bezug auf die Intensität wenigstens eines Teils des zweiten Ionenstrahls aufweisen. Falls die Intensität wenigstens eines Teils des ersten und/oder des zweiten Ionenstrahls von der Intensität wenigstens eines Teils des zweiten und/oder des ersten Ionenstrahls um mindestens x Prozent abweicht, kann festgestellt werden, daß der Ionenstrahl einen erheblichen Anteil von Interferenzionen aufweist. Vorzugsweise ist der Prozentsatz x aus der aus 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 oder mehr als 100 bestehenden Gruppe ausgewählt. Alternativ oder zusätzlich kann, falls innerhalb einer Zeit t die Anzahl der vom ersten Detektor detektierten Ionen von der Anzahl der vom zweiten Detektor detektierten Ionen um mindestens y Standardabweichungen der Gesamtzahl der vom ersten und vom zweiten Detektor während der Zeit t detektierten Ionen abweicht, festgestellt werden, daß der Ionenstrahl einen erheblichen Anteil von Interferenzionen aufweist. Vorzugsweise ist die Anzahl der Standardabweichungen y aus der Gruppe ausgewählt, die aus 0, 25, 0, 5, 0, 75, 1, 0, 1, 25, 1, 5, 1, 75, 2, 0, 2, 25, 2, 5, 2,75, 3,0, 3,25, 3,5, 3,75, 4,0 oder mehr als 4,0 besteht.The preferred magnetic sector mass spectrometer may further include a processor to determine the intensity at least part of the first ion beam with respect to the intensity of at least one Have part of the second ion beam. If the intensity at least a part of the first and / or the second ion beam from the Intensity at least a part of the second and / or the first ion beam by at least x percent deviates, it can be determined that the ion beam has a considerable Proportion of interference ions. The percentage is preferred x from that of 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 or more than 100 selected group. Alternatively or additionally can, if within a time t the number of times from the first detector of the number of ions detected by the second detector Ions by at least y standard deviations of the total number from first and from the second detector detected during the time t If the ions deviate, it can be found that the ion beam has a significant Proportion of interference ions. Preferably the number is of the standard deviations y selected from the group consisting of 0, 25, 0, 5, 0, 75, 1, 0, 1, 25, 1, 5, 1, 75, 2, 0, 2, 25, 2, 5, 2.75, 3.0, 3.25, 3.5, 3.75, 4.0 or more than 4.0.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Signale vom ersten und vom zweiten Detektor summiert, um ein kombiniertes Signal zu erzeugen, und das kombinierte Signal kann mit einem Gewichtsfaktor multipliziert werden. Vorzugsweise schwächt der Gewichtsfaktor das kombinierte Signal nicht in erheblichem Maße ab, wenn das Signal vom ersten Detektor dem Signal vom zweiten Detektor im wesentlichen gleicht. Zusätzlich oder alternativ kann der Gewichtsfaktor das kombinierte Signal erheblich abschwächen, wenn sich das Signal vom ersten Detektor erheblich vom Signal vom zweiten Detektor unterscheidet. Gemäß einer Ausführungsform ist der Gewichtsfaktor von der Form exp(–kyn), wobei k und n Konstanten sind und sich innerhalb einer Zeit t die Anzahl der vom ersten Detektor detektierten Ionen um y Standardabweichungen der Gesamtzahl der vom ersten und vom zweiten Detektor während der Zeit t detektierten Ionen von der Anzahl der vom zweiten Detektor detektierten Ionen unterscheidet. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Differenz zwischen der Anzahl der vom ersten und vom zweiten Detektor detektierten Ionen als ein positiver Wert, d.h. der Modulus der Differenz zwischen der Anzahl der detektierten Ionen, angenommen. Vorzugsweise beträgt die Konstante k 0,5 – 2,0, 0,6 – 1,8, 0,7 – 1,6, 0,8 – 1,4, 0,9 – 1,2, 0,95 – 1,1 oder 1. Vorzugsweise beträgt die Konstante n 1,0 – 3,0, 1,2 – 2,8, 1,4 – 2,6, 1,6 – 2,4, 1,8 – 2,2, 1,9 – 2,1 oder 2.In a preferred embodiment, the signals from the first and second detectors are summed to produce a combined signal and the combined signal can be multiplied by a weight factor. Preferably, the weighting factor does not significantly weaken the combined signal if the signal from the first detector is substantially the same as the signal from the second detector. Additionally or alternatively, the weight factor can significantly weaken the combined signal if the signal from the first detector differs significantly from the signal from the second detector. According to one embodiment, the Weight factor of the form exp (-ky n ), where k and n are constants and within a time t the number of ions detected by the first detector increases by y standard deviations of the total number of ions detected by the first and second detector during time t the number of ions detected by the second detector. According to this embodiment, the difference between the number of ions detected by the first and second detectors is assumed to be a positive value, ie the modulus of the difference between the number of ions detected. The constant k is preferably 0.5-2.0, 0.6-1.8, 0.7-1.6, 0.8-1.4, 0.9-1.2, 0.95-1 , 1 or 1. The constant n is preferably 1.0-3.0, 1.2-2.8, 1.4-2.6, 1.6-2.4, 1.8-2.2, 1,9 - 2,1 or 2.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform werden, falls fest gestellt wird, daß der Ionenstrahl einen erheblichen Anteil von Interferenzionen aufweist, Signale vom ersten und/oder vom zweiten Detektor verworfen oder auf andere Weise als verhältnismäßig ungenau angesehen. Falls alternativ festgestellt wird, daß der Ionenstrahl keinen erheblichen Anteil von Interferenzionen aufweist, werden Signale vom ersten und vom zweiten Detektor summiert oder auf andere Weise als verhältnismäßig genau angesehen.According to the preferred embodiment, if it is found that the Ion beam has a significant proportion of interference ions, signals discarded by the first and / or second detector or to others Way as relatively inaccurate considered. Alternatively, if it is determined that the ion beam does not have a significant proportion of interference ions Signals from the first and second detectors are summed or otherwise as relatively accurate considered.
Vorzugsweise weist das Magnetsektor-Massenspektrometer weiter eine stromabwärts des Kollektorschlitzes angeordnete Linse auf. Die Linse kann das Bild des Kollektorschlitzes auf die Vorrichtung zum Zerlegen des Ionenstrahls refokussieren oder den Ionenstrahl im wesentlichen kollimieren.The magnetic sector mass spectrometer preferably has continue one downstream of the collector slot arranged lens. The lens can Image of the collector slot on the device for disassembling the Refocus ion beam or the ion beam essentially collimate.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist ein Abschirmungsrohr zum Führen von Ionen zur Vorrichtung vorgesehen, um den Ionenstrahl aufzuteilen. Das Abschirmungsrohr ist vorzugsweise zwischen dem Kollektorschlitz und der Vorrichtung zum Zerlegen des Ionenstrahls angeordnet und kann den Ionenstrahl von den an den ersten und/oder den zweiten Detektor angelegten Spannungen abschirmen. Vorzugsweise weisen der erste und/oder der zweite Detektor einen, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr als zehn Mikrokanalplatten-Detektoren auf. Zusätzlich oder alternativ können der erste und/oder der zweite Detektor eine, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr als zehn Konversionsdynoden zum Erzeugen von Elektronen ansprechend darauf, daß Ionen auf die Konversionsdynode(n) fallen, aufweisen. Das Massenspektrometer kann zusätzlich einen oder mehrere Elektronenvervielfacher und/oder einen oder mehrere Mikrokanalplatten-Detektoren zum Empfangen von den Konversionsdynoden erzeugter Elektronen aufweisen. Gemäß einer anderen Ausführungsform weist das Massenspektrometer weiter einen oder mehrere Szintillatoren und/oder einen oder mehrere Leuchtstoffe auf, von denen die von der Konversionsdynode bzw. den Konversionsdynoden erzeugten Elektronen empfangen werden, so daß der eine oder die mehreren Szintillatoren und/oder der eine oder die mehreren Leuchtstoffe ansprechend auf das Empfangen von Elektronen Photonen erzeugen. Das Massenspektrometer kann auch eine oder mehrere Photoelektronenvervielfacherröhren und/oder einen oder mehrere photoempfindliche Festkörperdetektoren zum Detektieren der Photonen aufweisen.According to another embodiment is a shielding tube for guiding of ions to the device to split the ion beam. The shield tube is preferably between the collector slot and the device for splitting the ion beam and can the ion beam from the first and / or the second Shield the applied voltages. Preferably, the first and / or second detector one, two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more than ten microchannel plate detectors on. additionally or alternatively can the first and / or the second detector one, two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more than ten conversion dynodes to generate of electrons in response to ions being converted to the conversion dynode (s) fall, have. The mass spectrometer can additionally one or multiple electron multipliers and / or one or more microchannel plate detectors for receiving have electrons generated by the conversion dynodes. According to one another embodiment the mass spectrometer further has one or more scintillators and / or one or more phosphors, of which those of the Conversion dynode or the conversion dynodes generated electrons be received so that the one or more scintillators and / or the one or more multiple phosphors in response to receiving electrons Generate photons. The mass spectrometer can also have one or more Photo photomultiplier tubes and / or one or more photosensitive solid-state detectors to detect the photons.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist das Magnetsektor-Massenspektrometer weiter einen stromaufwärts des ersten und des zweiten Detektors angeordneten zusätzlichen Detektor auf. Dieser zusätzliche Detektor kann eine Konversionsdynode aufweisen, und in einem Betriebsmodus wird wenigstens ein Teil eines Ionenstrahls auf die Konversionsdynode des zusätzlichen Detektors abgelenkt, so daß die Konversionsdynode ansprechend darauf Elektronen erzeugt. Der zusätzliche Detektor kann weiter einen oder mehrere Elektronenvervielfacher und/oder einen oder mehrere Mikrokanalplatten-Detektoren zum Empfangen der von den Konversionsdynode erzeugten Elektronen aufweisen. Ein oder mehrere Szintillatoren und/oder ein oder mehrere Leuchtstoffe können auch bereitgestellt sein, um von der Konversionsdynode erzeugte Elektronen zu empfangen und ansprechend darauf Photonen zu erzeugen. Diese Photonen können durch eine oder mehrere Photoelektronenvervielfacherröhren und/oder einen oder mehrere photoempfindliche Festkörperdetektoren detektiert werden.According to the preferred embodiment the magnetic sector mass spectrometer continues upstream of the first and the second detector arranged additional Detector on. This additional Detector may have a conversion dynode and in an operating mode is at least part of an ion beam on the conversion dynode of the additional Detector distracted so that the Conversion dynode generates electrons in response. The additional The detector can also have one or more electron multipliers and / or one or more microchannel plate detectors for receiving the have electrons generated by the conversion dynode. One or more Scintillators and / or one or more phosphors can also be provided to electrons generated by the conversion dynode to receive and generate photons in response. This Photons can through one or more photomultiplier tubes and / or one or more photosensitive solid-state detectors are detected.
Vorzugsweise kann die Verstärkung des ersten und/oder des zweiten Detektors unabhängig eingestellt werden, und gemäß einer Ausführungsform werden der erste und der zweite Detektor durch unabhängig einstellbare Leistungsversorgungen gespeist. Der erste und der zweite Detektor können weiter einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler und/oder einen oder mehrere Ionenzähldetektoren aufweisen.Preferably, the gain of first and / or the second detector can be set independently, and according to one Embodiment the first and the second detector through independently adjustable power supplies fed. The first and second detectors can also have one or more Have analog-digital converter and / or one or more ion count detectors.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist das Magnetsektor-Massenspektrometer weiter Einstellmittel zum Zentrieren des Ionenstrahls auf die Vorrichtung zum Zerlegen des Ionenstrahls auf. Die Einstellmittel weisen vorzugsweise wenigstens eine stromabwärts des Kollektorschlitzes angeordnete Ablenkelektrode auf, die dafür eingerichtet ist, den Ionenstrahl in bezug auf die Vorrichtung zum Zerlegen des Ionenstrahls zu bewegen.According to another preferred embodiment the magnetic sector mass spectrometer has further setting means for centering the ion beam on the disassembling device of the ion beam. The setting means preferably have at least one downstream of the collector slot arranged deflection electrode, which is set up for this is the ion beam with respect to the device for decomposing the To move the ion beam.
Das Magnetsektor-Massenspektrometer gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist besonders geeignet zur Zielverbindungs-Spurenanalyse.The magnetic sector mass spectrometer according to the preferred embodiment is particularly suitable for target connection trace analysis.
Gemäß einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Massenspektrometrie vor. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Durchlassen eines Ionenstrahls durch einen Magnetsektor-Massenanalysator und einen stromabwärts des Magnetsektor-Massenanalysators angeordneten Kollektorschlitz, Aufteilen des Ionenstrahls stromabwärts des Kollektorschlitzes in wenigstens einen ersten und einen zweiten Ionenstrahl, Messen der Intensität wenigstens eines Teils des ersten Ionenstrahls mit einem ersten Detektor und Messen der Intensität wenigstens eines Teils des zweiten Ionenstrahls mit einem zweiten Detektor.In another aspect, the present invention provides a method for mass spectrometry. The method has the following steps: passing an ion beam through a magnetic sector mass analyzer and a collector slot arranged downstream of the magnetic sector mass analyzer, dividing the ion beam downstream of the collector slot into at least a first and a second ion beam, measuring the intensity of at least a part of the first Io NEN beam with a first detector and measuring the intensity of at least a portion of the second ion beam with a second detector.
Der Ionenstrahl weist eine erste Richtung und eine zweite orthogonale Richtung auf. Gemäß dem bevorzugten Verfahren werden die Ionen in dem Ionenstrahl entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis in der ersten Richtung dispergiert, so daß sich das Masse-Ladungs-Verhältnis von Ionen in dem Ionenstrahl entlang der ersten Richtung ändert. Vorzugsweise werden die Ionen in dem Ionenstrahl im wesentlichen nicht entsprechend ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis in der zweiten Richtung dispergiert, so daß das Masse-Ladungs-Verhältnis von Ionen in dem Ionenstrahl entlang der zweiten Richtung im wesentlichen konstant ist.The ion beam has a first one Direction and a second orthogonal direction. According to the preferred Process the ions in the ion beam according to their Mass-to-charge ratio dispersed in the first direction so that the mass-to-charge ratio of Ions in the ion beam change along the first direction. Preferably the ions in the ion beam are essentially not corresponding their mass-to-charge ratio in dispersed in the second direction, so that the mass-to-charge ratio of Ions in the ion beam along the second direction substantially is constant.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform messen der erste und der zweite Detektor die Intensitäten wenigstens eines Teils des ersten und des zweiten Ionenstrahls im wesentlichen gleichzeitig. Bei dem Verfahren wird weiterhin die Intensität wenigstens eines Teils des ersten Ionenstrahls in bezug auf die Intensität wenigstens eines Teils des zweiten Ionenstrahls bestimmt. Falls die Intensität wenigstens eines Teils des ersten und/oder des zweiten Ionenstrahls von der Intensität wenigstens eines Teils des zweiten und/oder des ersten Ionenstrahls um mindestens einen Prozentsatz x abweicht, kann festgestellt werden, daß der Ionenstrahl einen erheblichen Anteil von Interferenzionen aufweist. Der Prozentsatz x kann 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 oder größer als 50 sein. Alternativ oder zusätzlich kann, falls innerhalb einer Zeit t die Anzahl der vom ersten Detektor detektierten Ionen von der Anzahl der vom zweiten Detektor detektierten Ionen um mindestens y Standardabweichungen der Gesamtzahl der vom ersten und vom zweiten Detektor während der Zeit t detektierten Ionen abweicht, festgestellt werden, daß der Ionenstrahl einen erheblichen Anteil von Interferenzionen aufweist. Vorzugsweise ist die Anzahl der Standardabweichungen y 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 1,25, 1,5, 1,75, 2,0, 2,25, 2,5, 2,75, 3,0, 3,25, 3,5, 3,75, 4,0 oder größer als 4,0.Measure according to the preferred embodiment the first and the second detector the intensities of at least a part of the first and second ion beams substantially simultaneously. at The method also uses the intensity of at least a part of the first ion beam with respect to the intensity of at least a portion of the second ion beam determined. If the intensity at least a part of the first and / or the second ion beam from the intensity at least part of the second and / or the first ion beam deviates by at least a percentage x, it can be determined that the Ion beam has a significant proportion of interference ions. The percentage x can be 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 or greater than Be 50. Alternatively or additionally can, if within a time t the number of the first detector of the number of ions detected by the second detector Ions by at least y standard deviations of the total number from first and from the second detector detected during the time t If ions deviate, it can be found that the ion beam accounts for a significant proportion of interference ions. The number of standard deviations is preferred y 0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.25, 1.5, 1.75, 2.0, 2.25, 2.5, 2.75, 3.0, 3 , 25, 3.5, 3.75, 4.0 or greater than 4.0.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden bei dem Verfahren weiter Signale vom ersten und vom zweiten Detektor summiert, um ein kombiniertes Signal zu erzeugen, und wird das kombinierte Signal mit einem Gewichtsfaktor multipliziert. Vorzugsweise schwächt der Gewichtsfaktor das kombinierte Signal nicht erheblich ab, wenn das Signal vom ersten Detektor im wesentlichen dem Signal vom zweiten Detektor gleicht. Zusätzlich oder alternativ kann der Gewichtsfaktor das kombinierte Signal erheblich abschwächen, wenn sich das Signal vom ersten Detektor erheblich von dem Signal vom zweiten Detektor unterscheidet. Gemäß einer Ausführungsform ist der Gewichtsfaktor von der Form exp(–kyn), wobei k und n Konstanten sind und innerhalb einer Zeit t die Anzahl der vom ersten Detektor detektierten Ionen von der Anzahl der vom zweiten Detektor detektierten Ionen um y Standardabweichungen von der Gesamtzahl der vom ersten und vom zweiten Detektor während der Zeit t detektierten Ionen abweicht. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Differenz zwischen der Anzahl der vom ersten und vom zweiten Detektor detektierten Ionen als ein positiver Wert angenommen. Vorzugsweise ist die Konstante k 0,5 – 2,0, 0,6 – 1,8, 0,7 – 1,6, 0,8 – 1,4, 0,9 – 1,2, 0,95 – 1,1 oder 1. Vorzugsweise ist die Konstante n 1,0 – 3,0, 1,2 – 2,8, 1,4 – 2,6 , 1,6 – 2,4, 1,8 – 2,2, 1,9 – 2,1 oder 2.According to a preferred embodiment, the method further sums signals from the first and second detectors to produce a combined signal, and the combined signal is multiplied by a weight factor. The weight factor preferably does not significantly weaken the combined signal if the signal from the first detector is essentially the same as the signal from the second detector. Additionally or alternatively, the weight factor can significantly weaken the combined signal if the signal from the first detector differs significantly from the signal from the second detector. According to one embodiment, the weight factor is of the form exp (-ky n ), where k and n are constants and within a time t the number of ions detected by the first detector from the number of ions detected by the second detector by y standard deviations from the total number of the ions detected by the first and second detectors during time t. According to this embodiment, the difference between the number of ions detected by the first and second detectors is taken as a positive value. The constant k is preferably 0.5-2.0, 0.6-1.8, 0.7-1.6, 0.8-1.4, 0.9-1.2, 0.95-1 , 1 or 1. Preferably the constant n is 1.0 - 3.0, 1.2 - 2.8, 1.4 - 2.6, 1.6 - 2.4, 1.8 - 2.2, 1,9 - 2,1 or 2.
Falls gemäß dem bevorzugten Verfahren festgestellt wird, daß der Ionenstrahl einen erheblichen Anteil von Interferenzionen aufweist, können die Signale vom ersten und/oder vom zweiten Detektor verworfen werden oder auf andere Weise als verhältnismäßig ungenau angesehen werden. Falls alternativ festgestellt wird, daß der Ionenstrahl keinen erheblichen Anteil von Interferenzionen aufweist, können Signale vom ersten und vom zweiten Detektor summiert oder auf andere Weise als verhältnismäßig genau angesehen werden.If determined according to the preferred method will that the Ion beam has a significant proportion of interference ions, can they Signals from the first and / or from the second detector are rejected or in some other way as relatively imprecise be considered. Alternatively, if it is determined that the ion beam signals have no significant proportion of interference ions summed by the first and second detectors or otherwise as relatively accurate be considered.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun zusammen mit anderen Anordnungen, die nur Erläuterungszwecken dienen, nur als Beispiel mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, wobei:Various embodiments of the present Invention will now be used, along with other arrangements, for illustrative purposes only serve only as an example with reference to the attached drawing described, whereby:
Ein herkömmliches einfach fokussierendes Magnetsektor-Massenspektrometer
ist in
Eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die
Ein Ionenstrahl, der gleichmäßig über den Kollektorschlitz
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist
der Kollektorschlitz
Die reflektierende Elektrode
Ionen treten vorzugsweise durch ein
Abschirmungsrohr
Gemäß einer anderen weniger bevorzugten Ausführungsform
können
Ionen von den Konversionsdynoden
Gemäß dieser Ausführungsform
weist der stromaufwärts
gelegene Ionendetektor vorzugsweise eine Konversionsdynode
Gemäß einer alternativen Ausführungsform können der
bevor zugte geteilte Ionendetektor
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können in
einem Betriebsmodus im wesentlichen alle Ionen durch ein elektrisches
und/oder magnetisches Feld auf einen der Detektoren
Wenn ein Ionenstrahl, der Ionen mit
einem spezifischen Masse-Ladungs-Verhältnis aufweist, über den
Kollektorschlitz
Hochauflösende Aufzeichnungsmessungen ausgewählter Ionen,
wie sie vorstehend für
die Detektion von Spuren von 2,3,7,8-tetrachloriertem Dibenzo-p-dioxin
beschrieben wurden, werden gemeinhin bei einer Massenauflösung von
10000 (10 % Taldefinition) ausgeführt. Eine Massenspitze mit
einer Breite von 100 ppm der Masse, wenn sie bei 5 der maximalen
Intensität
gemessen wird, weist eine Massenauflösung von 10000 (10 % Taldefinition)
auf. Eine Massenspitze, die 100 ppm breit ist, weist gewöhnlich eine
maximale Transmission auf, wenn die Kollektorschlitzbreite wc gerade gleich derjenigen der Ionenstrahlbreite
wb ist, d.h. wenn der Kollektorschlitz
Bei hochauflösenden Aufzeichnungsexperimenten
ausgewählter
Ionen wird der Ionenstrahl zu einer zentralen Position geschaltet,
an der im wesentlichen 100 % des Ionenstrahls von einem Kollektorschlitz
des Massenspektrometers durchgelassen werden. Weil der Ionenstrahl
nicht über
den Kollektorschlitz gescannt wird, ermöglicht es dieses Verfahren
nicht, daß Wissen über das
Spitzenprofil gewonnen wird. Es kann nur angenommen werden, daß das Spitzenprofil
dasjenige ist, das beispielsweise durch P in
Bei einem hochauflösenden Aufzeichnungsexperiment
ausgewählter
Ionen, bei dem der Ionenstrahl zur zentralen Position geschaltet
wird, ist das auf jedem der zwei Detektoren des bevorzugten geteilten
Ionendetektors
Es wird anhand
Der Effekt einer kleinen Verschiebung
der Position des Ionenstrahls wird weiter mit Bezug auf
In Spalte
In Spalte
In Spalte
In Spalte
In Spalte
Wie aus
Es ist in diesem Beispiel offensichtlich, daß der Vorteil der Verwendung eines geteilten Ionendetektors gemäß der bevorzugten Ausführungsform darin besteht, daß für die Messung eines lediglich 20 Ionen aufweisenden Ionenstrahls mit einer Sicherheit von 99 % gewährleistet werden konnte, daß die beobachtete Massenspitze keine störende Spitze ist, die darauf zurückzuführen ist, daß der Ionenstrahl um nur 10 ppm verschoben ist. Es konnte alternativ mit einer Sicherheit von 99,9 % gewährleistet werden, daß die beobachtete Massenspitze keine störende Massenspitze ist, die darauf zurückzuführen ist, daß der Ionenstrahl um 15 ppm verschoben ist.It is obvious in this example that the Advantage of using a split ion detector according to the preferred embodiment is that for the measurement of an ion beam with only 20 ions with a certainty of 99% guaranteed could be that the observed mass peak is not a disturbing peak that points to it is due that the Ion beam is shifted by only 10 ppm. Alternatively, you could use one 99.9% security guaranteed be that the observed mass peak is not a disturbing mass peak that is due to that the Ion beam is shifted by 15 ppm.
Dagegen wäre es bei Verwendung eines herkömmlichen Ionendetektors erforderlich, mit einer Massenspitzenbreite bei 5 % der Höhe von etwa 20 ppm zu arbeiten, um die gleiche Spezifizierung zu erhalten. Dies würde einer sehr hohen Auflösung von etwa 50000 (10 % Taldefinition) im Gegensatz zu 10000 gemäß der bevorzugten Ausführungsform entsprechen. Es ist daher in diesem Beispiel ersichtlich, daß der geteilte Ionendetektor gemäß der bevorzugten Ausführungsform, verglichen mit einem vergleichbaren herkömmlichen Ionendetektor, in etwa eine fünffache Erhöhung der Spezifität bereitstellt.On the other hand, if a conventional ion detector were used, it would be necessary to use a Mass peak width to work at 5% of the height of about 20 ppm to get the same specification. This would correspond to a very high resolution of about 50,000 (10% valley definition) as opposed to 10,000 in the preferred embodiment. It can therefore be seen in this example that the split ion detector according to the preferred embodiment provides approximately a five-fold increase in specificity compared to a comparable conventional ion detector.
Alternativ kann der bevorzugte geteilte Ionendetektor als die gleiche Spezifität bereitstellend angesehen werden, wobei er jedoch zwischen 5 und 25 Mal empfindlicher ist, weil dies der wahrscheinliche Empfindlichkeitsverlust ist, der sich aus einer fünffachen Erhöhung der Auflösung des Massenspektrometers von 10000 auf 50000 ergibt (10 % Tal– definition).Alternatively, the preferred split one Ion detector viewed as providing the same specificity but is between 5 and 25 times more sensitive, because this is the likely loss of sensitivity that is out of a five-fold increase the dissolution of the mass spectrometer from 10,000 to 50,000 (10% valley definition).
Es wurde gezeigt, daß der geteilte Ionendetektor gemäß der bevorzugten Ausführungsform entweder die Spezifität der Massenanalyse ohne einen Empfindlichkeitsverlust verbessern kann oder eine verbesserte Empfindlichkeit ohne einen Spezifitätsverlust bereitstellen kann oder tatsächlich sowohl eine verbesserte Empfindlichkeit als auch eine verbesserte Spezifität bereitstellen kann. Weiterhin können zufällig gestreute Ionen, die Hintergrundrauschen darstellen, zumindest teilweise, falls nicht in erheblichem Maße beseitigt werden.It was shown that the shared Ion detector according to the preferred one embodiment either the specificity improve mass analysis without loss of sensitivity can or improved sensitivity without loss of specificity can provide or actually both improved sensitivity and improved specificity can provide. Can continue fortuitously scattered ions representing background noise, at least in part, if not to a significant extent be eliminated.
Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute verstehen, daß verschiedene Änderungen an der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von dem in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.Although the present invention with respect to preferred embodiments Those skilled in the art will understand that various changes can be made to the shape and details without of that in the appended claims set out scope of the invention.
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