KR101260566B1 - Chemical ionization reaction or proton transfer reaction mass spectrometry with a quadrupole or time-of-flight mass spectrometer - Google Patents
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Abstract
질량 분석 시스템에서 사용하기 위한 시약 이온 및 생성 이온을 생성하기 위한 시스템 및 방법을 설명한다. 미량 농도로 휘발성 유기 화합물을 검출하기 위한 시스템 및 방법에 대한 응용도 개시한다. 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원은 기상 시약의 입자들을 이온화하여 시약 이온을 형성한다. 시약 이온은 드리프트 챔버와 같은 챔버에 입력되어 유체 샘플과 상호작용한다. 전계는, 시약 이온을 제어하며, 생성 이온을 형성하도록 유체 샘플과의 상호작용을 용이하게 한다. 이어서, 시약 이온 및 생성 이온은 질량 분석기 모듈에 의한 검출을 위해 전계의 영향에 의해 챔버로부터 출력된다. 질량 분석 시스템은 시스템 파라미터들의 값들을 설정하기 위한 다양한 제어 모듈들 및 질량 분석 동안 이온 종들의 질량과 피크 강도 값들 및 시스템 내의 불량을 검출하기 위한 분석 모듈들을 포함한다.Systems and methods for generating reagent ions and product ions for use in mass spectrometry systems are described. Applications for systems and methods for detecting volatile organic compounds at trace concentrations are also disclosed. Microwave or high frequency RF energy sources ionize particles of gaseous reagents to form reagent ions. Reagent ions enter the same chamber as the drift chamber to interact with the fluid sample. The electric field controls reagent ions and facilitates interaction with the fluid sample to form product ions. The reagent ions and product ions are then output from the chamber under the influence of the electric field for detection by the mass spectrometer module. The mass spectrometry system includes various control modules for setting values of system parameters and analysis modules for detecting mass and peak intensity values of ionic species and mass defects in the system during mass analysis.
Description
본 발명은 일반적으로 질량 분석법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 마이크로파 또는 고주파 무선 주파수 플라즈마를 이용하여 시약 이온들이 형성되는 질량 분석법 및 이를 위한 응용에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to mass spectrometry, and more particularly to mass spectrometry in which reagent ions are formed using microwave or high frequency radio frequency plasma and applications therefor.
질량 분석법은 일반적으로 입자의 질량 값의 직접 측정 또는 스펙트럼 데이터를 이용한 다른 물리적 양의 측정에 의한 입자의 질량 값의 암시적 결정에 관한 것이다. 질량 분석법은 흔히 이온화된 분자 또는 성분의 질량 대 전하 비를 결정하는 것을 포함한다. 이온화된 입자의 전하가 알려져 있다면, 이 입자의 질량 값은 질량 값들의 스펙트럼으로부터 결정될 수 있다.Mass spectrometry generally relates to the implicit determination of the mass value of a particle by direct measurement of the mass value of the particle or by measurement of other physical quantities using spectral data. Mass spectrometry often involves determining the mass to charge ratio of an ionized molecule or component. If the charge of an ionized particle is known, the mass value of this particle can be determined from the spectrum of mass values.
질량 분석을 수행하기 위한 시스템은 질량 분석기로 알려져 있다. 질량 분석기 시스템은 일반적으로 이온 소스, 질량 필터 또는 분리기(separator), 및 검출기를 포함한다. 예를 들어, 분자들이나 성분들의 샘플은 이온을 생성하도록 이온 소스에서의 전자 충격에 의해 이온화될 수 있다. 질량 값이 서로 다른 이온들은 예를 들어 전계 또는 자계를 이온들에 인가함으로써 질량 분석기에 의해 질량 분포 또는 스펙트럼으로 분리된다. 검출기는 이온들을 수집하고, 질량 분포를 관찰하며 그리고/또는 기록할 수 있다. 스펙트럼의 비교적 많은 질량 값들을 이용하여 샘플의 분자나 성분의 아이덴티티 또는 질량 값과 샘플의 조성을 결정한다.A system for performing mass spectrometry is known as a mass spectrometer. Mass spectrometer systems generally include an ion source, a mass filter or separator, and a detector. For example, a sample of molecules or components can be ionized by electron bombardment in an ion source to produce ions. Ions with different mass values are separated into a mass distribution or spectrum by a mass spectrometer, for example by applying an electric or magnetic field to the ions. The detector may collect ions, observe and / or record the mass distribution. The relatively large mass values of the spectrum are used to determine the identity or mass of the molecules or components of the sample and the composition of the sample.
이온 분자 반응 질량 분석기(IMR-MS)라 칭하는 카테고리를 비롯하여 서로 다른 많은 유형의 질량 분석기가 존재한다. 이 카테고리 내에는, 양자 전이 반응 질량 분석(PTR-MS) 및 선택 이온 흐름관 질량 분석(SIFT-MS)을 포함한 여러 기술들이 존재한다. 이러한 카테고리는 일반적으로 이온이 생성되게 하는 방법을 참조한다. 예를 들어, 양자 전이 반응 질량 분석기는 예를 들어 양자 전이에 의해 전하를 샘플 성분에 전이하도록 통상적으로 히드로늄 이온(H3O+)인 반응 시약을 생성하는 이온 소스를 포함한다. 선택 이온 흐름관 질량 분석기에서, 캐리어 가스는 필터링된 이온들을 흐름관을 따라 수송한다. 오스트리아 인스브룩에 소재한 Ionicon Analytik GmbH에 의해 판매되는 양자 전이 반응 질량 분석기에서는, 속이 빈 음극관을 이온 소스로서 사용하여, DC 플라즈마 방전을 수증기에 가함으로써 시약 이온(reagent ion)을 생성한다.There are many different types of mass spectrometers, including a category called ionic molecular reaction mass spectrometers (IMR-MS). Within this category, several techniques exist, including quantum transition reaction mass spectrometry (PTR-MS) and selective ion flow tube mass spectrometry (SIFT-MS). This category generally refers to how ions are produced. For example, a quantum transition reaction mass spectrometer includes an ion source that produces a reaction reagent, typically hydronium ions (H 3 O + ), for example to transfer charge to a sample component by quantum transition. In the selective ion flow tube mass spectrometer, the carrier gas transports the filtered ions along the flow tube. In a quantum transition reaction mass spectrometer sold by Ionicon Analytik GmbH, Innsbruck, Austria, a hollow cathode tube is used as an ion source to generate reagent ions by applying a DC plasma discharge to water vapor.
일부 질량 분석 시스템들은 사용된 질량 분석기의 유형에 의해 분류된다. 예를 들어, 일부 질량 분석 시스템들은, 다른 분석 기술을 질량 분석 장비와 조합하여 사용하는 탠덤 기술(tandem technique)에 기초한다. 일례로는, 질량 분석기에 의한 분석 전에 가스 크로마토그래피 컬럼을 이용하여 샘플의 성분들을 분리하는 가스 크로마토그래피 질량 분석법(GC-MS)이 있다.Some mass spectrometry systems are classified by the type of mass spectrometer used. For example, some mass spectrometry systems are based on tandem techniques that use other analytical techniques in combination with mass spectrometry equipment. One example is gas chromatography mass spectrometry (GC-MS), which separates the components of a sample using a gas chromatography column prior to analysis by mass spectrometry.
질량 분석은 샘플에 있는 휘발성 유기 화합물(VOC)의 양을 결정하는 데 사용될 수 있다. VOC 측정은, 미소량의 VOC가 존재하더라도 이 VOC가 서로 다른 많은 응용 분야에 있어서 중요한 진단 지시기로서 기능할 수 있으며 인간의 건강에 악영향을 끼칠 수 있기 때문에 중요해졌다. 예를 들어, VOC의 농도가 소정의 레벨을 초과하게 되면, 호흡기 질환과 같이 인간의 건강에 해로운 영향을 끼칠 수 있다. 또한, 특정 샘플에 있는 VOC의 유형과 양은 폭발물, 유해한 화학제, 연소물, 병원균, 부패물이나 오염물, 방화 촉진제, 남용 약물이 존재함을 가리킬 수 있다. 또한, VOC의 존재와 양을 감시하는 것은 생화학적 또는 제약 제조 공정과 같은 산업적 처리에 있어서 유용하다.
Mass spectrometry can be used to determine the amount of volatile organic compounds (VOCs) in a sample. VOC measurements have become important, even in the presence of small amounts of VOCs, because these VOCs can function as important diagnostic indicators in many different applications and can adversely affect human health. For example, if the concentration of VOC exceeds a certain level, it may adversely affect human health, such as respiratory disease. In addition, the type and amount of VOCs in a particular sample may indicate the presence of explosives, harmful chemicals, combustibles, pathogens, debris or contaminants, fire suppressants, and abuse drugs. In addition, monitoring the presence and amount of VOCs is useful in industrial processing such as biochemical or pharmaceutical manufacturing processes.
기존의 질량 분석 시스템에는 일반적으로 여러 단점들이 내재되어 있으며 또한 VOC의 검출에 적용될 때 내재되어 있다. 예를 들어, 가스 크로마토그래피를 채용하는 질량 분석 시스템은 비교적 느린 샘플 분석으로 인해 유체 샘플의 연속적인 실시간 감시에 적절하지 않다. 또한, 이전의 질량 분석 시스템은 현장 분석(in situ analysis)이 아닌 연구실 기반 환경에서의 샘플 분석 전에 현장으로부터 샘플 수집을 종종 필요로 한다. 이전의 질량 분석 시스템은, 예를 들어, 저 농도 구성 성분에 대한 식별가능한 질량 스펙트럼을 생성하도록 이온 소스가 충분한 양의 이온을 생성하지 않기 때문에, 샘플의 저 농도 성분에 상대적으로 민감하지 않다. 이러한 시스템에서의 저 농도 구성 성분에 대한 질량 스펙트럼은 흔히 동적 범위 제한으로 인해 노이즈와 구분되지 않으며, 또는 전자 장비나 기계 장비에 의해 발생하는 노이즈 또는 고 농도 성분으로부터의 피크 간섭에 의해 압도된다. 적절한 레벨의 감도를 갖는 질량 분석 시스템은 VOC의 존재의 검출을 용이하게 할 수 있지만, 존재하는 다른 화합물로부터 간섭받을 수 있으며 이에 따라 특정 화합물이나 종을 분명하게 식별하지 못할 수 있다.Conventional mass spectrometry systems generally have several drawbacks and are inherent when applied to the detection of VOCs. For example, mass spectrometry systems employing gas chromatography are not suitable for continuous real-time monitoring of fluid samples due to relatively slow sample analysis. In addition, previous mass spectrometry systems often require sample collection from the site prior to sample analysis in a lab-based environment rather than in situ analysis. Previous mass spectrometry systems are relatively insensitive to the low concentration component of the sample, for example, because the ion source does not produce a sufficient amount of ions to produce an identifiable mass spectrum for the low concentration component. Mass spectra for low concentration components in such systems are often indistinguishable from noise due to dynamic range limitations, or overwhelmed by peak interference from noise or high concentration components caused by electronic or mechanical equipment. Mass spectrometry systems with appropriate levels of sensitivity may facilitate the detection of the presence of VOCs, but may interfere with other compounds present and thus may not clearly identify a particular compound or species.
연속적이며 실시간으로 현장 분석을 제공할 수 있는 확고한 질량 분석 시스템이 필요하다. 또한, VOC의 미소량을 포함하는 특정 샘플 내의 VOC의 존재와 식별을 신뢰성있게 결정할 수 있는 시스템이 필요하다.There is a need for a robust mass spectrometry system that can provide continuous and real-time field analysis. There is also a need for a system that can reliably determine the presence and identification of VOCs in a particular sample that includes a small amount of VOCs.
본 발명을 채용하는 시스템 및 방법은 마이크로파 에너지 또는 고주파 RF 에너지를 이용하여 예를 들어 유체 샘플과 상호 작용하기 위한 히드로늄 이온과 같은 시약 이온을 생성하는 질량 분석을 특징으로 한다. 마이크로파 에너지를 이용하면 DC 방전원에 연관된 전극 부식과 불안전성도 피하면서 알려져 있는 기타 이온화 방법(예를 들어, 방사성 소스가 사용됨)보다 많은 양으로 히드로늄과 같은 시약 이온을 생성하는 것으로 알려져 있다. 시약 이온의 양이 증가할수록 시스템 감도가 향상되어, 미소량으로도 개별적인 VOC의 정량 분석 및/또는 식별을 용이하게 한다. 고주파 RF 에너지도 질량 분석에 있어서 마이크로파 에너지를 이용하여 시약 이온을 생성할 때 얻는 이점들과 유사한 이점들을 나타낸다. 또한, 본 발명은 비교적 높은 압력으로, 예를 들어, 약 100 밀리바(약, 10,000 파스칼)를 초과하는 압력으로 VOC의 실시간 측정을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.Systems and methods employing the invention feature mass spectrometry that uses microwave energy or high frequency RF energy to generate reagent ions, such as, for example, hydronium ions for interacting with a fluid sample. The use of microwave energy is known to produce reagent ions such as hydronium in greater amounts than other known ionization methods (eg, radioactive sources are used) while avoiding electrode corrosion and instability associated with DC discharge sources. Increasing the amount of reagent ions improves system sensitivity, facilitating quantitative analysis and / or identification of individual VOCs even at small amounts. High frequency RF energy also exhibits advantages similar to those obtained when generating reagent ions using microwave energy in mass spectrometry. The invention also relates to systems and methods for the real-time measurement of VOCs at relatively high pressures, for example at pressures above about 100 millibars (about 10,000 Pascals).
본 발명을 실시하는 시스템 및 방법은, 일부 실시예들에서, 약 pptV(parts-per-trillion by volume)의 농도로 VOC를 검출하도록 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 모듈은 획득한 질량 스펙트럼에 기초하여 검출된 특정 VOC를 분석하고 분류한다. 본 발명의 실시예들에서 사용되는 시스템 컴포넌트들은 휴대용 질량 분석 및/또는 현장 응용에 적합하다. 본 명세서에서 설명하는 개념은, 화학적 이온화 반응 질량 분석(CIRMS) 기술 또는 양자 전이 반응 질량 분석(PTR-MS) 기술을 채용하는 질량 분석 시스템에서 이용될 수 있다.The system and method of practicing the present invention may, in some embodiments, be used to detect VOCs at a concentration of about parts-per-trillion by volume (pptV). In some embodiments, the module analyzes and classifies specific VOCs detected based on the obtained mass spectra. System components used in embodiments of the present invention are suitable for portable mass spectrometry and / or field applications. The concepts described herein can be used in mass spectrometry systems employing chemical ionization reaction mass spectrometry (CIRMS) techniques or quantum transition reaction mass spectrometry (PTR-MS) techniques.
일부 실시예들에서, 본 발명은 시스템 동작 동안 획득되고, 검출되고, 또는 수집된 데이터를 처리하기 위한 분석 또는 제어 모듈을 포함한다. 예를 들어, 일부 시스템들은 질량 스펙트럼에 기초하여 VOC의 검출과 식별을 용이하게 하도록 다변수 분석 모듈을 포함한다. 또한, 질량 분석 시스템을 감시하거나 이러한 시스템 내의 결함을 검출하는 데 다변수 분석 모듈을 이용할 수 있다. 또한, 제어 모듈 또는 피드백 루프를 이용하여, 예를 들어, 질량 분석 시스템의 다양한 프로세스 파라미터들을 제어함으로써 시약 이온과 샘플 이온의 생성 및 질량 분석 시스템에서의 이들의 처리량을 제어할 수 있다. 이러한 파라미터들은 다양한 전계, 압력 값, 이온 및 기상 유량 및 이온 에너지를 포함한다. 또한, 본 발명은 질량 분석 시스템을 통한 시약 이온, 샘플 성분 및 생성 이온의 움직임에 영향을 끼치도록 다양한 시스템 컴포넌트들 간의 커플링, 접속, 또는 인터페이스에 관한 것이다.In some embodiments, the present invention includes an analysis or control module for processing data obtained, detected, or collected during system operation. For example, some systems include a multivariate analysis module to facilitate detection and identification of VOCs based on mass spectra. In addition, multivariate analysis modules can be used to monitor mass spectrometry systems or detect defects in such systems. In addition, a control module or feedback loop may be used to control the production of reagent ions and sample ions and their throughput in the mass spectrometry system, for example, by controlling various process parameters of the mass spectrometry system. These parameters include various electric fields, pressure values, ion and gas phase flow rates and ion energy. The invention also relates to a coupling, connection, or interface between various system components to influence the movement of reagent ions, sample components, and product ions through a mass spectrometry system.
본 명세서에서 설명하는 양자 전이 반응 질량 분석기 및 화학적 이온화 반응 질량 분석기의 감도는 다양한 시스템 파라미터들에 기초하여 변경될 수 있다. 감도는 드리프트 영역에서의 시약 이온 농도(예를 들어, 히드로늄 이온 농도)에 기초하여 변경될 수 있다.The sensitivity of the quantum transition reaction mass spectrometer and the chemical ionization reaction mass spectrometer described herein may be varied based on various system parameters. The sensitivity can be altered based on the reagent ion concentration (eg, hydronium ion concentration) in the drift region.
드리프트 영역에서의 중성 입자들의 농도에 대한 전계의 (Townsends(Td)로 표현되는) E/N 비는 분석기의 감도에 영향을 끼칠 수 있다. E/N 비는 드리프트 영역에서의 전계와 압력(예를 들어, 가스 밀도)의 함수이다. E/N 비는 이온들이 드리프트 영역을 횡단하는 데 필요로 하는 시간에 영향을 끼친다.The E / N ratio (expressed as Townsends (Td)) of the electric field to the concentration of neutral particles in the drift region can affect the sensitivity of the analyzer. The E / N ratio is a function of the electric field and pressure (eg gas density) in the drift region. The E / N ratio affects the time required for ions to cross the drift region.
감도는 (시약 이온과 생성 이온으로 이루어지는) 드리프트 영역을 벗어난 후 질량 분석기에 도달하는 이온 빔의 강도에 의한 영향을 받는다. 이것은 빔 포커싱과 빔 투과 특성에 영향을 주는 전이 영역에서의 전이 광학(예를 들어, 전극/렌즈 개구 형상), 전계 및 압력 요법(펌핑)의 함수이다.Sensitivity is affected by the intensity of the ion beam reaching the mass spectrometer after leaving the drift region (consisting of reagent ions and product ions). This is a function of transition optics (eg, electrode / lens aperture shape), electric field and pressure therapy (pumping) in the transition region which affects beam focusing and beam transmission properties.
감도는 드리프트 영역에서의 대용량 샘플 가스의 부분 압력과 중성 시약 종의 비에 기초하여 변경될 수 있다. 감시되고 있는 가스 샘플 종에 대한 양자 전이율 상수(k)는 감도에 영향을 끼친다. 드리프트 영역의 길이는 감도에 영향을 끼치며, 그 이유는 그 길이가 길어질수록 드리프트 영역은 물질이 드리프트 영역을 횡단하는 데 필요로 하는 시간을 더 필요로 하며, 이에 따라 시약 이온과 샘플 종이 반응할 기회를 더 필요로 하기 때문이다. 또한, 감도는 다양한 질량 분석 관련 감도 요인들(예를 들어, 이온 투과/질량 구별, 검출기/전치증폭기 이득 및 신호 대 잡음 비)에 의해 영향을 받는다.The sensitivity can be varied based on the ratio of the partial pressure of the large volume sample gas and the neutral reagent species in the drift region. The quantum transfer rate constant (k) for the gas sample species being monitored affects the sensitivity. The length of the drift region affects the sensitivity, because the longer the drift region requires the more time the material needs to traverse the drift region, thus the chance of reacting the reagent ions with the sample species. Because it needs more. In addition, sensitivity is influenced by various mass spectrometry related sensitivity factors (eg, ion transmission / mass discrimination, detector / preamplifier gain and signal to noise ratio).
일 양태에서, 본 발명은 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 하나 이상의 시약 이온을 형성하도록 마이크로파 또는 RF 에너지에 의해 기상 시약(reagent vapor)의 입자들을 이온화하기 위한 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원을 포함한다. 또한, 이 시스템은 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 샘플이 챔버에 입력되어 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원으로부터의 하나 이상의 시약 이온과 상호 작용할 수 있게 하는 입구 포트를 포함하는 챔버를 포함한다. 챔버는 내부에 생성되는 전자기계를 갖는다. 또한, 시스템은 하나 이상의 생성 이온과 하나 이상의 시약 이온을 수집하여 생성 이온과 시약 이온의 각각의 질량 및/또는 피크 강도 값의 결정을 용이하게 하도록 챔버의 출구 오리피스에 대하여 배치된 사중극 질량 분석기 모듈을 포함한다.In one aspect, the invention relates to a system. The system includes a microwave or high frequency RF energy source for ionizing particles of the gaseous reagent by microwave or RF energy to form one or more reagent ions. The system also includes a chamber that includes an inlet port that allows a sample to enter the chamber to interact with one or more reagent ions from a microwave or high frequency RF energy source to form one or more product ions. The chamber has an electromechanical generated therein. In addition, the system collects one or more product ions and one or more reagent ions to facilitate determination of respective mass and / or peak intensity values of the product ions and the reagent ions, relative to the outlet orifice of the chamber. It includes.
일부 실시예들에서, 마이크로파 에너지원은 마이크로파 플라즈마 발생기를 포함한다. 고주파 RF 에너지원은 용량성 결합 RF 플라즈마 발생기를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시약 이온들은 히드로늄 이온들, 산소 이온들, 또는 아산화질소를 포함한다. 샘플은 하나 이상의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 포함할 수 있다.In some embodiments, the microwave energy source comprises a microwave plasma generator. The high frequency RF energy source may comprise a capacitively coupled RF plasma generator. In some embodiments, the reagent ions include hydronium ions, oxygen ions, or nitrous oxide. The sample may comprise one or more volatile organic compounds (VOCs).
시스템의 일부 실시예들은 챔버에 전자기계를 생성하도록 챔버에 대하여 배치된 전극들의 세트를 특징으로 한다. 전자기계는 시약 이온과 샘플 간의 상호 작용을 용이하게 하며, 생성 이온과 시약 이온이 챔버의 출구 오리피스를 통하도록 한다. 전극들의 세트는 챔버의 축에 대하여 방사상으로 배치될 수 있고, 전자기계는 생성 이온과 시약 이온이 대략 축 방향으로 향하게 한다. 일부 실시예들에서, 제어 모듈은 전극들의 세트와 통신한다. 제어 모듈은 시스템의 동작 파라미터에 기초하여 챔버 내의 전자기계(또는 전자기계 구배)의 값을 결정하도록 동작가능하다.Some embodiments of the system feature a set of electrodes disposed relative to the chamber to create an electromechanical in the chamber. The electromechanical facilitates the interaction between the reagent ions and the sample and allows product and reagent ions to pass through the exit orifice of the chamber. The set of electrodes can be disposed radially with respect to the axis of the chamber, and the electromechanical directs the product ions and the reagent ions approximately in the axial direction. In some embodiments, the control module is in communication with the set of electrodes. The control module is operable to determine the value of the electromechanical (or electromechanical gradient) in the chamber based on the operating parameters of the system.
시스템은 챔버에 입력되는 샘플의 양을 결정하도록 질량 흐름 제어기, 모세관, 또는 누출 밸브를 포함할 수 있다. 시스템은 시약 이온이 챔버 내로 전달되는 것을 선택적으로 허용하도록 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원과 챔버 사이에 배치된 질량 필터를 포함할 수 있다. 적절한 질량 필터의 예로는 사중극 질량 필터가 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은, 사중극 질량 분석기 모듈로부터의 데이터를 분석하도록 동작가능하며 시스템과 통하는 다변수 분석 모듈을 포함한다.The system can include a mass flow controller, a capillary, or a leak valve to determine the amount of sample entering the chamber. The system can include a mass filter disposed between the chamber and the microwave or high frequency RF energy source to selectively allow reagent ions to be transferred into the chamber. An example of a suitable mass filter is a quadrupole mass filter. In some embodiments, the system is operable to analyze data from the quadrupole mass spectrometer module and includes a multivariate analysis module in communication with the system.
마이크로파 에너지원은 마이크로파 발생기, 공진기 부분, 공진기 부분 내에 배치되며 챔버와 통하는 관 부분, 및 기상 시약 공급원, 챔버, 또는 둘 다 내의 마이크로파 에너지의 양을 저감시키도록 관이 통과하는 하나 이상의 초크(choke)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은 시스템의 동작 파라미터에 부분적으로 기초하여 시스템의 입력 파라미터를 변경하도록 동작가능하며 시스템과 통하는 제어 모듈을 포함한다. 이러한 파라미터들은, 샘플의 조성, 챔버의 압력, 챔버를 통과하는 생성 이온 또는 시약 이온의 속도, 챔버 내부로의 샘플 이온 또는 시약 이온의 유량, 생성 이온 또는 시약 이온의 에너지, 시약 이온, 생성 이온, 또는 샘플의 화학적 조성, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어 모듈은 동작 파라미터에 부분적으로 기초하여 챔버 내에 전자기계를 발생하는 전극들의 세트의 입력 파라미터를 변경하도록 동작할 수 있다.The microwave energy source is disposed within the microwave generator, the resonator portion, the resonator portion and one or more chokes through which the tube passes to reduce the amount of microwave energy in the gaseous reagent source, chamber, or both. It may include. In some embodiments, the system includes a control module in communication with the system that is operable to change the input parameter of the system based in part on the operating parameter of the system. These parameters may include the composition of the sample, the pressure of the chamber, the rate of product or reagent ions passing through the chamber, the flow rate of sample or reagent ions into the chamber, the energy of the product or reagent ions, reagent ions, product ions, Or chemical composition of the sample, or any combination thereof. In some embodiments, the control module can be operable to change the input parameter of the set of electrodes generating an electromechanical within the chamber based in part on the operating parameter.
일부 실시예들에서, 시스템은 시스템의 동작 파라미터의 결함을 검출하거나 식별하도록 시스템과 통신하는 제어 모듈을 포함한다. 제어 모듈은 결함의 검출이나 식별에 부분적으로 기초하여 동작 파라미터의 값을 변경할 수도 있다. 시스템은 시스템을 감시하도록 시스템과 통신하는 제어 모듈을 포함할 수 있다. 제어 모듈은 감시에 응답하여 시스템의 동작 파라미터의 값을 설정하거나 조절하고, 제어 모듈은 다변수 통계 분석 알고리즘에 기초한다. 일부 실시예들에서, 제어 모듈은 다변수 통계 분석 모듈을 포함한다. 다변수 통계 분석 모듈은 질량 분석 시스템에서 프로세스 감시 및/또는 결함 검출을 위해 사용될 수 있다. 다변수 통계 분석 모듈은 결함의 검출 및/또는 식별을 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다변수 통계 분석 모듈은 (예를 들어, 질량 스펙트럼의) 질량 분광 데이터를 해석하는 데 사용되고, 질량 스펙트럼의 구성 피크들로부터의 성분들을 식별하는 데 사용될 수 있다. 다변수 통계 분석 모듈은 사중극 질량 분석기 또는 비행시간형 질량 분석기와 함께 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 제어 모듈 또는 다변수 통계 분석 모듈을 이용하여, 예를 들어, 질량 분석기의 구성 피크들로부터의 성분들을 식별하도록, 시스템의 결함의 검출 및/또는 식별, 데이터의 해석 및/또는 분석을 행한다.In some embodiments, the system includes a control module in communication with the system to detect or identify a deficiency in an operating parameter of the system. The control module may change the value of the operating parameter based in part on the detection or identification of the defect. The system can include a control module in communication with the system to monitor the system. The control module sets or adjusts the value of the operating parameters of the system in response to the monitoring, and the control module is based on a multivariate statistical analysis algorithm. In some embodiments, the control module includes a multivariate statistical analysis module. The multivariate statistical analysis module can be used for process monitoring and / or defect detection in mass spectrometry systems. The multivariate statistical analysis module can be used for detection and / or identification of defects. In some embodiments, the multivariate statistical analysis module may be used to interpret mass spectral data (eg, of the mass spectrum) and may be used to identify components from constituent peaks of the mass spectrum. The multivariate statistical module can be used with quadrupole mass spectrometers or time-of-flight mass spectrometers. In some embodiments, the detection and / or identification of defects in the system, the interpretation of data and / or the use of a control module or multivariate statistical analysis module, for example, to identify components from the constituent peaks of the mass spectrometer. Or analyze.
시스템은 챔버에 대하여 배치되는 추출 전극도 포함할 수 있다. 추출 전극은 시약 이온 또는 생성 이온이 사중극 질량 분석기 모듈로 향하여 통과하는 오리피스를 규정한다. 또한, 추출 전극은 사중극 질량 분석기 모듈이 수집하기 위한 시약 이온 또는 생성 이온의 에너지 값을 특정하도록 동작가능하다. 시스템의 일부 실시예들은, 시약 이온과 생성 이온의 질량 분석기 모듈로의 통과를 용이하게 하는 추출 오리피스에 시약 이온과 생성 이온을 포커싱하도록 챔버에 대하여 배치된 렌즈 조립체를 특징으로 한다.The system may also include an extraction electrode disposed relative to the chamber. The extraction electrode defines an orifice through which reagent or product ions pass toward the quadrupole mass spectrometer module. In addition, the extraction electrode is operable to specify energy values of reagent ions or product ions for collection by the quadrupole mass spectrometer module. Some embodiments of the system feature a lens assembly disposed relative to the chamber to focus reagent ions and product ions into an extraction orifice that facilitates passage of reagent ions and product ions to the mass spectrometer module.
다른 일 양태에서, 본 발명은 양자 전이 반응 질량 분석기 또는 화학적 이온화 반응 질량 분석기를 위한 하나 이상의 시약 이온을 생성하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 기상 시약을 공급하는 단계와 마이크로파 에너지를 기상 시약에 제공하여 하나 이상의 시약 이온을 생성하는 단계를 포함한다.In another aspect, the present invention relates to a method of generating one or more reagent ions for a quantum transfer reaction mass spectrometer or a chemical ionization reaction mass spectrometer. The method includes supplying a gaseous reagent and providing microwave energy to the gaseous reagent to produce one or more reagent ions.
또한, 방법은 생성 이온을 형성하도록 하나 이상의 시약 이온을 샘플의 구성성분들과 상호 작용하게 하기 위한 영역으로 향하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 시약 이온은 마이크로파 플라즈마에 의해 생성될 수 있다. 기상 시약은 수증기, 산소, 또는 아산화질소를 포함할 수 있고, 시약 이온은 히드로늄 이온, 산소 이온, 또는 아산화질소 이온을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로파 에너지는 약 800MHz보다 큰 주파수를 갖는 방사선 또는 전자기파에 의해 제공된다.The method may also comprise directing one or more reagent ions to a region for interacting with the components of the sample to form product ions. Reagent ions can be generated by microwave plasma. The gaseous reagent may comprise water vapor, oxygen, or nitrous oxide, and the reagent ions may comprise hydronium ions, oxygen ions, or nitrous oxide ions. In some embodiments, microwave energy is provided by radiation or electromagnetic waves having a frequency greater than about 800 MHz.
또 다른 일 양태에서, 본 발명은 양자 전이 반응 질량 분석기 또는 화학적 이온화 반응 질량 분석기를 위한 하나 이상의 시약 이온을 생성하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 기상 시약을 공급하는 단계와 기상 시약에 고주파 RF 에너지를 제공하여 시약 이온을 생성하는 단계를 포함한다.In another aspect, the present invention relates to a method of generating one or more reagent ions for a quantum transition reaction mass spectrometer or a chemical ionization mass spectrometer. The method includes supplying a gaseous reagent and providing high frequency RF energy to the gaseous reagent to generate reagent ions.
일부 실시예들에서, RF 에너지는 약 400kHz 내지 약 800MHz 사이의 전자기파에 의해 제공된다. 시약 이온은 용량성 결합 RF 플라즈마에 의해 생성될 수 있다.In some embodiments, RF energy is provided by electromagnetic waves between about 400 kHz and about 800 MHz. Reagent ions can be generated by capacitively coupled RF plasma.
또 다른 일 양태에서, 본 발명은 방법에 관한 것이다. 이 방법은 기상 시약을 플라즈마 영역에 공급하는 단계, 및 플라즈마 영역의 기상 시약에 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지를 제공하여 하나 이상의 시약 이온을 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 시약 이온을 가스 샘플과 상호 작용시켜 하나 이상의 생성 이온을 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 생성 이온과 시약 이온을 사중극 질량 분석기 모듈의 컬렉터 영역으로 향하게 하는 단계, 및 생성 이온과 시약 이온의 질량 및/또는 피크 강도의 값을 질량 분석기 모듈에 의해 결정하는 단계를 포함한다.In another aspect, the present invention relates to a method. The method includes supplying a gaseous reagent to the plasma region, and providing microwave or high frequency RF energy to the gaseous reagent in the plasma region to form one or more reagent ions. The method includes interacting reagent ions with a gas sample to produce one or more product ions. The method also includes directing the product ions and reagent ions to the collector region of the quadrupole mass spectrometer module, and determining, by the mass spectrometer module, values of the mass and / or peak intensities of the product and reagent ions. .
본 발명의 또 다른 양태는 질량 분석 시스템에 관한 것이다. 질량 분석 시스템은 기상 시약에 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지를 제공함으로써 기상 시약 공급원으로부터 하나 이상의 시약 이온을 생성하기 위한 수단을 포함한다. 또한, 시스템은 시약 이온과 샘플을 상호 작용시켜 하나 이상의 생성 이온을 형성하기 위한 수단을 포함한다. 시스템은, 생성 이온과 시약 이온이 컬렉터 영역으로 향하도록 전자기계를 포함하는 수단을 포함한다. 또한, 시스템은 생성 이온과 시약 이온의 각각의 질량 및/또는 피크 강도의 값을 결정하도록 컬렉터 영역과 통하는 수단을 포함한다.Another aspect of the invention relates to a mass spectrometry system. Mass spectrometry systems include means for generating one or more reagent ions from a gaseous reagent source by providing microwave or high frequency RF energy to the gaseous reagent. The system also includes means for interacting the sample with the reagent ions to form one or more product ions. The system includes means for including an electromechanical to direct product ions and reagent ions to the collector region. The system also includes means for communicating with the collector region to determine the value of the respective mass and / or peak intensity of product ions and reagent ions.
일 양태에서, 본 발명은 시스템에 관한 것이다. 시스템은 하나 이상의 시약 이온을 형성하도록 마이크로파 또는 RF 에너지에 의해 기상 시약의 입자들을 이온화하기 위한 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원을 포함한다. 또한, 시스템은 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 샘플이 입력되어 마이크로파 또는 RF 에너지원으로부터의 시약 이온과 상호 작용하기 위한 챔버를 포함한다. 또한, 시스템은 챔버의 출구 오리피스에 대하여 배치되는 질량 분석기 모듈을 포함한다. 질량 분석기 모듈은 생성 이온 또는 시약 이온이 이동하며 경로 길이를 규정하는 비행 영역을 포함한다. 또한, 질량 분석기 모듈은 비행 영역으로부터 생성 이온 또는 시약 이온을 수용하기 위한 컬렉터 영역을 포함한다. 생성 이온 또는 시약 이온의 질량 값은 생성 이온과 시약 이온이 경로 길이를 횡단하는 시간량에 기초하여 결정된다.In one aspect, the invention relates to a system. The system includes a microwave or high frequency RF energy source for ionizing particles of gaseous reagents by microwave or RF energy to form one or more reagent ions. The system also includes a chamber for sample input to interact with reagent ions from a microwave or RF energy source to form one or more product ions. The system also includes a mass spectrometer module disposed relative to the outlet orifice of the chamber. The mass spectrometer module includes a flight zone in which product ions or reagent ions move and define the path length. The mass spectrometer module also includes a collector region for receiving product ions or reagent ions from the flight region. The mass value of product ions or reagent ions is determined based on the amount of time that product ions and reagent ions traverse the path length.
일부 실시예들에서, 질량 분석기 모듈은 생성 이온과 시약 이온의 흐름이 비행 영역 내로 향하여 펄스화하도록 챔버의 출구 오리피스에 대하여 배치되는 이온 빔 조절기도 포함한다. 또한, 질량 분석기 모듈은 생성 이온과 시약 이온이 이동하는 경로 길이의 값을 증가시키도록 비행 영역에 배치되는 광학 시스템을 포함한다. 이온 빔 조절기는 제어기로부터 제공되는 의사 난수 이진 배열에 의해 생성 이온과 시약 이온의 흐름을 조절할 수 있다. 일부 실시예들에서, 분석 모듈은 질량 분석기 모듈로부터 수신되는 데이터에 대하여 최대 우도 신호 처리 알고리즘(maximum likelihood signal processing algorithm)을 수행하여 생성 이온과 시약 이온의 질량 및/또는 피크 강도 값을 결정한다. 분석 모듈은 질량 분석기 모듈로부터 수신되는 데이터를 디콘볼루션(deconvolute)하여 생성 이온 또는 시약 이온의 질량 및/또는 피크 강도의 값을 결정할 수 있다. 컬렉터 영역은 펄스 계수 모드에서 동작하는 적층형 마이크로채널 판 검출기 또는 양극 검출기를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 시스템은 리플렉트론(reflectron)을 포함한다. 시스템은 이온 빔 조절기 상에 시약 이온과 생성 이온을 포커싱하기 위한 렌즈를 특징으로 할 수 있으며, 이온 빔 조절기는 이온 빔 쵸퍼(chopper), 이온 빔 게이트, 이온 빔 변조기, Bradbury-Nielsen 게이트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.In some embodiments, the mass spectrometer module also includes an ion beam regulator disposed relative to the exit orifice of the chamber such that the flow of product ions and reagent ions pulses towards the flight zone. The mass spectrometer module also includes an optical system disposed in the flight zone to increase the value of the path length through which product and reagent ions travel. The ion beam controller can regulate the flow of product ions and reagent ions by a pseudo random number binary arrangement provided from the controller. In some embodiments, the analysis module performs a maximum likelihood signal processing algorithm on the data received from the mass spectrometer module to determine mass and / or peak intensity values of product ions and reagent ions. The analysis module may deconvolute the data received from the mass spectrometer module to determine the mass and / or peak intensity values of the product ions or reagent ions. The collector region may comprise a stacked microchannel plate detector or an anode detector operating in a pulse counting mode. In some embodiments, the optical system includes a reflectron. The system may feature a lens for focusing reagent ions and product ions on the ion beam regulator, which may be an ion beam chopper, ion beam gate, ion beam modulator, Bradbury-Nielsen gate, or these Any combination of the following.
또한, 일부 실시예들에서, 시스템은 챔버와 질량 분석기 모듈에 대하여 배치되는 광학 시스템을 특징으로 한다. 광학 시스템은 시약 이온과 생성 이온의 흐름이 이온 빔 조절기로 향하도록 적어도 하나의 사중극 렌즈를 포함한다. 일부 실시예들에서, 질량 분석기 모듈은 비행 영역을 통과하는 대략 선형 축을 규정한다. 대략 선형 축은 비행 영역(예를 들어, Uthoff 궤적)을 통과하는 제2 축에 대략 평행할 수 있다.In addition, in some embodiments, the system features an optical system disposed relative to the chamber and the mass spectrometer module. The optical system includes at least one quadrupole lens such that the flow of reagent ions and product ions is directed to the ion beam regulator. In some embodiments, the mass spectrometer module defines an approximately linear axis through the flight zone. The approximately linear axis may be approximately parallel to the second axis passing through the flight region (eg, Uthoff trajectory).
일부 실시예들에서, 시스템은 시약 이온들의 서브세트가 챔버에 입력되는 것을 선택적으로 허용하도록 마이크로파 에너지원과 챔버에 대하여 배치되는 질량 필터를 포함한다. 질량 필터는 사중극 질량 필터일 수 있다. 시스템은 생성 이온과 시약 이온의 질량 및/또는 피크 강도의 값들을 포함하는 질량 스펙트럼의 데이터를 해석하도록 질량 분석기 모듈로부터의 데이터를 수신하는 분석 모듈을 특징으로 할 수 있다. 분석 모듈을 이용하여 질량 분석 시스템의 결함을 검출 및/또는 식별할 수 있다. 분석 모듈은 다변수 통계 분석에 기초할 수 있다.In some embodiments, the system includes a mass filter disposed relative to the microwave energy source and the chamber to selectively allow a subset of reagent ions to enter the chamber. The mass filter may be a quadrupole mass filter. The system may feature an analysis module that receives data from the mass spectrometer module to interpret data of the mass spectrum including values of mass and / or peak intensities of product ions and reagent ions. The analysis module can be used to detect and / or identify defects in the mass spectrometry system. The analysis module may be based on multivariate statistical analysis.
일부 실시예들에서, 시스템은 질량 분석기 모듈에 의해 생성되는 질량 스펙트럼에 기초하여 샘플의 성분들을 식별하는 다변수 통계 분석 모듈을 특징으로 한다. 시스템은 시스템의 동작 파라미터에 기초하여 시스템의 결함을 검출하거나 식별하도록 동작가능하며 시스템과 통신하는 제어 모듈을 포함할 수 있다. 제어 모듈은 결함의 식별 또는 검출에 부분적으로 기초하여 동작 파라미터의 값을 변경할 수 있다.In some embodiments, the system features a multivariate statistical analysis module that identifies components of a sample based on mass spectra generated by the mass spectrometer module. The system may include a control module operable to detect or identify a fault in the system based on the operating parameters of the system and in communication with the system. The control module may change the value of the operating parameter based in part on the identification or detection of the fault.
시스템은 시스템의 동작 파라미터에 기초하여 시스템의 입력 파라미터의 값을 변경하도록 시스템과 통신하는 제어 모듈을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템은, 생성 이온과 샘플 간의 상호 작용을 용이하게 하기 위한 필드를 생성하도록 그리고 생성 이온과 시약 이온이 챔버의 출구 오리피스를 통과하도록 챔버에 대하여 배치되는 전극들의 세트를 포함한다. 이러한 시스템은 시스템의 동작 파라미터에 기초하여 챔버 내의 필드의 값을 결정하도록 전극들의 세트와 통신하는 제어 모듈을 특징으로 할 수 있다. 시스템의 동작 파라미터는, 샘플의 조성, 챔버의 압력, 생성 이온 또는 시약 이온이 챔버를 통과하는 속도, 챔버 내로의 샘플 이온 또는 시약 이온의 유량, 생성 이온 또는 시약 이온의 에너지, 생성 이온, 시약 이온, 또는 샘플의 화학적 조성, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 또한, 제어 모듈은 동작 파라미터에 부분적으로 기초하여 전극들의 세트의 입력 파라미터를 변경하도록 동작가능하다.The system can include a control module in communication with the system to change a value of an input parameter of the system based on an operating parameter of the system. In some embodiments, the system includes a set of electrodes disposed relative to the chamber to create a field to facilitate interaction between product ions and the sample and to allow product ions and reagent ions to pass through the outlet orifice of the chamber. . Such a system may feature a control module in communication with the set of electrodes to determine a value of a field in the chamber based on the operating parameters of the system. The operating parameters of the system include the composition of the sample, the pressure in the chamber, the rate at which product or reagent ions pass through the chamber, the flow rate of sample or reagent ions into the chamber, the energy of the product or reagent ions, the product ions, the reagent ions. , Or the chemical composition of the sample, or any combination thereof. The control module is also operable to change the input parameter of the set of electrodes based in part on the operating parameter.
또 다른 양태에서, 본 발명은 시스템에 관한 것이다. 시스템은 하나 이상의 시약 이온을 형성하도록 마이크로파 또는 RF 에너지에 의해 기상 시약의 입자들을 이온화하기 위한 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원을 포함한다. 시스템은 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 샘플이 입력되어 마이크로파 또는 RF 에너지원으로부터의 생성 이온과 상호 작용할 수 있게 하는 입구 포트를 포함하는 챔버를 포함한다. 또한, 시스템은 생성 이온과 시약 이온의 각각이 질량 분석기를 횡단하는 시간량에 기초하여 생성 이온과 시약 이온의 질량 값을 포함하는 스펙트럼을 생성하도록 챔버의 출구 오리피스에 대하여 배치되는 비행시간형 질량 분석기 모듈을 포함한다.In another aspect, the invention is directed to a system. The system includes a microwave or high frequency RF energy source for ionizing particles of gaseous reagents by microwave or RF energy to form one or more reagent ions. The system includes a chamber that includes an inlet port that allows a sample to be input to interact with product ions from a microwave or RF energy source to form one or more product ions. The system also includes a time-of-flight mass spectrometer positioned relative to the exit orifice of the chamber to produce a spectrum that includes the mass values of the product and reagent ions based on the amount of time each of the product and reagent ions traverse the mass spectrometer. Contains modules
일부 실시예들에서, 비행시간형 질량 분석기 모듈은 생성 이온과 시약 이온이 통과하는 비행 영역을 포함한다. 비행 영역은 경로 길이를 규정한다. 또한, 비행시간형 질량 분석기 모듈은, 비행 영역 내로의 생성 이온 또는 시약 이온의 흐름을 조절하기 위한 이온 빔 조절기, 및 생성 이온과 시약 이온이 이동하는 경로 길이를 증가시키도록 비행 영역에 배치되는 광학 시스템을 포함한다. 또한, 분석기 모듈은 비행 영역으로부터의 생성 이온과 시약 이온을 수용하기 위한 컬렉터를 포함한다.In some embodiments, the time-of-flight mass spectrometer module includes a flight zone through which product and reagent ions pass. The flight zone defines the path length. In addition, the time-of-flight mass spectrometer module includes an ion beam conditioner for controlling the flow of product ions or reagent ions into the flight region, and optics disposed in the flight region to increase the length of the path through which product and reagent ions travel. It includes a system. The analyzer module also includes a collector for receiving product ions and reagent ions from the flight zone.
또 다른 양태에서, 본 발명은 비행시간형 질량 분석기의 신호들을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 신호들은 마이크로파 또는 RF 에너지를 기상 시약에 제공함으로써 생성되는 하나 이상의 시약 이온에 기초하며, 전자기계의 유체 샘플과 시약 이온을 상호 작용시킴으로써 생성되는 하나 이상의 생성 이온에 또한 기초한다. 방법은 시약 이온과 생성 이온을 포함하는 제1 이온 흐름을 확립하는 단계, 및 특정 흐름 패턴에 따르는 제2 이온 흐름을 생성하도록 제1 이온 흐름을 변경하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 검출기에서 제2 이온 흐름을 수용하는 단계, 및 최대 우도형 통계 알고리즘에 따라 검출기에 의해 통신되는 데이터로부터 질량 스펙트럼을 결정하는 단계를 포함한다. 질량 스펙트럼은 시약 이온과 생성 이온의 질량 및/또는 피크 강도를 나타내는 데이터를 포함한다.In another aspect, the invention relates to a method for processing signals of a time-of-flight mass spectrometer. The signals are based on one or more reagent ions generated by providing microwave or RF energy to the gaseous reagent, and also based on one or more generated ions generated by interacting the reagent ions with a fluid sample of the electromechanical. The method includes establishing a first ion stream comprising reagent ions and product ions, and modifying the first ion stream to produce a second ion stream in accordance with a particular flow pattern. The method also includes accepting a second ion flow at the detector, and determining the mass spectrum from the data communicated by the detector in accordance with a maximum likelihood statistical algorithm. Mass spectra include data indicative of the mass and / or peak intensities of reagent ions and product ions.
일부 실시예들에서, 제2 이온 흐름은 펄스화 흐름이다. 펄스화 흐름은 의사 난수 이진 배열에 따라 생성되는 특정 흐름 패턴에 기초할 수 있다.In some embodiments, the second ion flow is a pulsed flow. The pulsed flow may be based on a specific flow pattern generated according to the pseudo random number binary arrangement.
또 다른 양태에서, 본 발명은 방법에 관한 것이다. 이 방법은 기상 시약을 플라즈마 영역에 공급하는 단계, 및 하나 이상의 시약 이온을 형성하도록 플라즈마 영역의 기상 시약에 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지를 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 하나 이상의 생성 이온을 생성하도록 시약 이온을 가스 샘플과 상호 작용시키는 단계를 포함한다. 방법은 생성 이온과 시약 이온이 비행시간형 질량 분석기 모듈의 비행 영역에서 궤적을 따라 향하게 하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 생성 이온과 시약 이온의 질량 및/또는 피크 강도의 값을 질량 분석기 모듈에 의해 결정하는 단계를 포함한다.In another aspect, the invention relates to a method. The method includes supplying a gaseous reagent to the plasma region, and providing microwave or high frequency RF energy to the gaseous reagent in the plasma region to form one or more reagent ions. The method also includes interacting the reagent ions with the gas sample to produce one or more product ions. The method includes directing product and reagent ions along the trajectory in the flight region of the time-of-flight mass spectrometer module. The method also includes determining, by a mass spectrometer module, values of mass and / or peak intensity of product ions and reagent ions.
본 발명의 일 양태는 하나 이상의 시약 이온과 하나 이상의 생성 이온의 질량을 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시약 이온은 마이크로파 또는 RF 에너지를 기상 시약에 제공함으로써 생성된다. 생성 이온은 전자기계에서 하나 이상의 시약 이온을 유체 샘플과 상호 작용시킴으로써 생성된다. 시스템은 시약 이온과 생성 이온을 포함하는 제1 이온 흐름을 수용하도록 드리프트 관 조립체의 이온 출구 오리피스에 대하여 배치되는 사중극 렌즈들의 세트를 포함한다. 렌즈들의 세트는 출구 오리피스를 통해 생성 이온과 시약 이온을 수용하며, 이온 빔 조절기로 향하는 제2 이온 흐름을 생성한다. 또한, 시스템은 제2 이온 흐름이 비행시간형 질량 분석기의 비행 영역으로 전달되는 것을 선택적으로 허용하도록 동작가능한 이온 빔 조절기를 포함한다.One aspect of the invention relates to a system for measuring the mass of one or more reagent ions and one or more product ions. Reagent ions are produced by providing microwave or RF energy to a gaseous reagent. Product ions are produced by interacting one or more reagent ions with a fluid sample in an electromechanical. The system includes a set of quadrupole lenses disposed with respect to the ion outlet orifice of the drift tube assembly to receive a first ion flow comprising reagent ions and product ions. The set of lenses receives product ions and reagent ions through the outlet orifice and produces a second ion flow towards the ion beam regulator. The system also includes an ion beam conditioner operable to selectively allow the second ion flow to be delivered to the flight region of the time-of-flight mass spectrometer.
또 다른 양태에서, 본 발명은 시스템에 관한 것이다. 시스템은 하나 이상의 시약 이온을 형성하도록 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지에 의해 기상 시약의 입자들을 이온화하기 위한 수단을 포함한다. 또한, 시스템은 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 시약 이온과 샘플을 상호 작용시키도록 전자기계를 포함하는 수단을 포함한다. 또한, 시스템은 생성 이온과 시약 이온이 특정 거리를 횡단하는 시간량에 기초하여 생성 이온과 시약 이온의 각각의 피크 강도 및/또는 질량의 값을 결정하기 위한 수단을 포함한다.In another aspect, the invention is directed to a system. The system includes means for ionizing particles of the gaseous reagent by microwave or high frequency RF energy to form one or more reagent ions. The system also includes means for including the electromechanical to interact with the sample with the reagent ions to form one or more product ions. The system also includes means for determining values of respective peak intensities and / or masses of the product ions and the reagent ions based on the amount of time the product ions and the reagent ions traverse a certain distance.
또 다른 양태에서, 본 발명은 하나 이상의 시약 이온과 하나 이상의 생성 이온의 질량을 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시약 이온은 마이크로파 또는 RF 에너지를 기상 시약에 제공함으로써 생성된다. 생성 이온은 전자기계에서 시약 이온을 유체 샘플과 상호 작용시킴으로써 생성된다. 시스템은 시약 이온과 생성 이온을 포함하는 제1 이온 흐름을 확립하기 위한 수단을 포함한다. 또한, 시스템은 제2 이온 흐름을 생성하도록 특정 인터럽션 패턴에 따라 제1 이온 흐름을 조절하기 위한 수단을 포함한다. 또한, 시스템은 검출 수단으로부터 통신되는 데이터로부터 질량 스펙트럼을 생성하기 위한 수단을 포함한다. 데이터는 제2 이온 흐름에 대응한다.In another aspect, the present invention relates to a system for measuring the mass of one or more reagent ions and one or more product ions. Reagent ions are produced by providing microwave or RF energy to a gaseous reagent. Product ions are produced by interacting reagent ions with a fluid sample in an electromechanical system. The system includes means for establishing a first ion flow comprising reagent ions and product ions. The system also includes means for adjusting the first ion flow in accordance with a particular interruption pattern to produce a second ion flow. The system also includes means for generating a mass spectrum from data communicated from the detection means. The data corresponds to the second ion flow.
또 다른 양태에서, 본 발명은 하나 이상의 시약 이온과 하나 이상의 생성 이온의 질량을 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시약 이온은 마이크로파 또는 RF 에너지를 기상 시약에 제공함으로써 생성된다. 생성 이온은 전자기계에서 시약 이온을 유체 샘플과 상호 작용시킴으로써 생성된다. 시스템은 시약 이온과 생성 이온을 포함하는 제1 이온 흐름을 수용하기 위한 광학 수단을 포함한다. 또한, 광학 수단은 조절 수단으로 향하는 제2 이온 흐름을 생성한다. 또한, 시스템은 질량 분석기로 향하는 제2 이온 흐름을 선택적으로 제어하기 위한 그 조절 수단을 포함한다.In another aspect, the present invention relates to a system for measuring the mass of one or more reagent ions and one or more product ions. Reagent ions are produced by providing microwave or RF energy to a gaseous reagent. Product ions are produced by interacting reagent ions with a fluid sample in an electromechanical system. The system includes optical means for receiving a first ion stream comprising reagent ions and product ions. The optical means also produces a second flow of ions towards the conditioning means. The system also includes its adjusting means for selectively controlling the second ion flow to the mass spectrometer.
또 다른 양태에서, 본 발명은 방법에 관한 것이다. 방법은 샘플 가스를 도입하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 기상 시약을 플라즈마 영역에 공급하는 단계 및 하나 이상의 시약 이온을 형성하도록 플라즈마 영역의 기상 시약에 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지를 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 하나 이상의 생성 이온을 생성하도록 하나 이상의 시약 이온을 샘플 가스와 상호 작용시키는 단계 및 생성 이온과 시약 이온을 사중극 또는 비행시간형 질량 분석기 모듈로 향하게 하는 단계를 포함한다. 방법은 생성 이온과 시약 이온의 질량 또는 피크 강도의 값을 질량 분석기 모듈에 의해 결정하는 단계를 포함한다.In another aspect, the invention relates to a method. The method includes introducing a sample gas. The method also includes supplying a gaseous reagent to the plasma region and providing microwave or high frequency RF energy to the gaseous reagent in the plasma region to form one or more reagent ions. The method also includes interacting one or more reagent ions with a sample gas to produce one or more product ions and directing the product and reagent ions to a quadrupole or time-of-flight mass spectrometer module. The method includes determining, by a mass spectrometer module, values of mass or peak intensity of product ions and reagent ions.
또 다른 양태에서, 본 발명은 시스템에 관한 것이다. 시스템은 하나 이상의 시약 이온을 형성하도록 마이크로파 또는 RF 에너지에 의해 기상 시약의 입자들을 이온화하기 위한 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원을 포함한다. 시스템은 적어도 미소 농도로 하나 이상의 휘발성 유기 화합물을 포함하는 샘플 가스의 분석을 용이하게 하기 위한 공급원을 포함한다. 또한, 시스템은 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 샘플 가스가 입력되어 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원으로부터의 시약 이온과 상호 작용할 수 있게 하는 입구 포트를 갖는 챔버를 포함한다. 챔버는 챔버에서 생성되는 전자기계를 갖는다. 또한, 시스템은 생성 이온과 시약 이온을 수집하여 생성 이온과 시약 이온의 질량 또는 피크 강도의 값의 결정을 용이하게 하도록 챔버의 출구 오리피스에 대하여 배치되는 사중극 또는 비행시간형 질량 분석기 모듈을 포함한다.In another aspect, the invention is directed to a system. The system includes a microwave or high frequency RF energy source for ionizing particles of gaseous reagents by microwave or RF energy to form one or more reagent ions. The system includes a source for facilitating the analysis of a sample gas comprising one or more volatile organic compounds at least in small concentrations. The system also includes a chamber having an inlet port that allows sample gas to be input to interact with reagent ions from a microwave or high frequency RF energy source to form one or more product ions. The chamber has an electromechanical produced in the chamber. The system also includes a quadrupole or time-of-flight mass spectrometer module disposed relative to the exit orifice of the chamber to collect the product ions and reagent ions to facilitate determination of the mass or peak intensity values of the product and reagent ions. .
또 다른 양태에서, 본 발명은 적어도 미소 농도로 하나 이상의 휘발성 유기 화합물을 포함하는 샘플 가스를 도입하기 위한 수단을 포함하는 질량 분석 시스템에 관한 것이다. 시스템은 기상 시약 공급원에 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지를 제공함으로써 기상 시약으로부터 하나 이상의 시약 이온을 생성하기 위한 수단을 포함한다. 시스템은 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 샘플 가스를 시약 이온과 상호 작용시키기 위한 수단을 포함한다. 또한, 시스템은, 생성 이온과 시약 이온의 피크 강도 또는 질량 중 적어도 하나를 결정하도록 또는 샘플 가스의 휘발성 유기 화합물을 식별하도록 생성 이온과 시약 이온이 질량 분석기 모듈로 향하게 하는 수단을 포함한다.In another aspect, the present invention is directed to a mass spectrometry system comprising means for introducing a sample gas comprising at least one volatile organic compound at least in small concentrations. The system includes means for generating one or more reagent ions from the gaseous reagent by providing microwave or high frequency RF energy to the gaseous reagent source. The system includes means for interacting the sample gas with reagent ions to form one or more product ions. The system also includes means for directing the product ions and reagent ions to the mass spectrometer module to determine at least one of the peak intensity or mass of the product ions and reagent ions or to identify volatile organic compounds of the sample gas.
추가 특징들은 전술한 양태들에 관한 것이다. 예를 들어, 샘플 가스는 적어도 미소 농도로 하나 이상의 휘발성 유기 화합물을 포함한다. 미소 농도는 약 1pptv 내지 약 1ppbv일 수 있다. 미소 농도는 약 1ppbv 내지 약 1ppmv일 수 있다.Further features relate to the foregoing aspects. For example, the sample gas includes one or more volatile organic compounds at least in small concentrations. The micro concentration may be about 1 pptv to about 1 ppbv. The micro concentration may be about 1 ppbv to about 1 ppmv.
또한, 방법은 가스 샘플 입구 포트를 밀폐 공간에 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 방법은 가스 샘플 입구 포트를 비-밀폐 공간에 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 가스 샘플 입구 포트는 컨테이너에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 샘플 입구 포트는 자동차나 항공기의 배기관에 연결된다. 가스 샘플 입구 포트는 예를 들어 음식이나 음료 제품의 함유량을 결정하기 위해 음식이나 음료 제품 위의 헤드스페이스에 연결될 수 있다.The method may also include connecting the gas sample inlet port to a confined space. The method may also include positioning the gas sample inlet port in a non-enclosed space. The gas sample inlet port may be connected to the container. In some embodiments, the gas sample inlet port is connected to an exhaust pipe of an automobile or aircraft. The gas sample inlet port may be connected to the headspace above the food or beverage product, for example to determine the content of the food or beverage product.
일부 실시예들에서, 방법은 날숨을 가스 샘플 입구 포트 내에 도입하도록 인간의 입에 가깝게 가스 샘플 입구 포트를 위치시키는 단계를 포함한다. 방법은 가스 또는 증기로서 방출되고 있는 고체 샘플 물질에 가깝게 가스 샘플 입구 포트를 위치시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 가스 샘플 입구 포트는 가스 공급원에 연결된다.In some embodiments, the method includes positioning the gas sample inlet port close to the human mouth to introduce exhalation into the gas sample inlet port. The method includes positioning a gas sample inlet port close to the solid sample material being released as a gas or vapor. In some embodiments, the gas sample inlet port is connected to a gas source.
사중극 또는 비행시간형 질량 분석기 모듈은 가스 샘플의 휘발성 유기 화합물의 피크 강도 또는 질량 중 적어도 하나, 또는 휘발성 가스 화합물의 아이덴티티의 결정을 용이하게 할 수 있다. 미소 농도로 측정, 검출, 및/또는 식별될 수 있는 휘발성 유기 화합물로는, 다이옥신계 화합물, 푸란계 화합물, 클로로페놀, 나프탈렌, 벤젠, 에틸벤젠, 크실렌, 넌메탄 유기 화합물, 이차 유기 에어로졸, 동중 원소 화합물, 화학 무기 작용제, 전장 가스, 화재 촉진제, 체액에 의해 또는 곰팡이 종(예를 들어, 진균독)의 활동을 통해 방출되는 VOC 종, 또는 이들의 임의의 조합이 있다. 일부 실시예들에서, 휘발성 유기 화합물은 인위개변적(anthropogenic) 또는 자연적(biogenic) 휘발성 유기 화합물을 포함한다. 일부 실시예에서, 샘플 가스는 무기 가스 또는 기상 종(예를 들어, 황화수소)을 포함한다.The quadrupole or time-of-flight mass spectrometer module may facilitate determination of at least one of the peak intensity or mass of the volatile organic compound of the gas sample, or the identity of the volatile gas compound. Volatile organic compounds that can be measured, detected, and / or identified at small concentrations include dioxin compounds, furan compounds, chlorophenols, naphthalenes, benzenes, ethylbenzenes, xylenes, non-methane organic compounds, secondary organic aerosols, copper Elemental compounds, chemical inorganic agents, electric field gases, fire accelerators, VOC species released by body fluids or through the activity of fungal species (eg fungal poisons), or any combination thereof. In some embodiments, volatile organic compounds include anthropogenic or biogenic volatile organic compounds. In some embodiments, the sample gas comprises inorganic gas or gaseous species (eg, hydrogen sulfide).
하나 이상의 예의 상세는 첨부 도면과 이하의 설명에서 개시되어 있다. 본 발명의 추가 특징, 양태 및 이점은 상세한 설명, 도면 및 청구범위로부터 명백하다.The details of one or more examples are set forth in the accompanying drawings and the description below. Additional features, aspects, and advantages of the invention will be apparent from the description, drawings, and claims.
연속적이며 실시간으로 현장 분석을 제공할 수 있는 확고한 질량 분석 시스템을 제공한다. 또한, VOC의 미소량을 포함하는 특정 샘플 내의 VOC의 존재와 식별을 신뢰성있게 결정할 수 있는 시스템을 제공한다.It provides a robust mass spectrometry system that can provide continuous and real-time field analysis. It also provides a system that can reliably determine the presence and identification of a VOC in a particular sample, including a small amount of VOC.
도 1은 본 발명을 실시하는 시스템의 구성요소들을 도시하는 평면도이다.
도 2는 질량 분석 시스템에 대한 기상 시약 공급 조립체의 단면도이다.
도 3은 시약 이온을 생성하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명을 실시하는 질량 분석법을 도시하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명을 실시하는 4중극 질량 분석 시스템의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 드리프트 챔버 조립체의 확대도이다.
도 7은 본 발명을 실시하는 비행시간형 질량 분석기 모듈의 평면도이다.1 is a plan view showing the components of a system implementing the present invention.
2 is a cross-sectional view of a gas phase reagent supply assembly for a mass spectrometry system.
3 is a flow chart of a method for generating reagent ions.
4 is a flowchart illustrating a mass spectrometry method of practicing the present invention.
5 is a cross-sectional view of a quadrupole mass spectrometer system of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of the drift chamber assembly shown in FIG. 5.
7 is a plan view of a time-of-flight mass spectrometer module embodying the present invention.
도 1은 본 발명을 실시하는 시스템(100)의 컴포넌트들을 도시하는 평면도이다. 시스템(100)은 기상 시약 공급원(104) 및 플라즈마 발생기(108)를 포함한다. 마이크로파/RF 플라즈마 발생기(108)는 마이크로파 에너지(마이크로파 플라즈마) 또는 고주파 RF 에너지(RF 플라즈마)를 이용하여 플라즈마를 발생할 수 있다. RF 에너지는 용량성 결합 고주파 RF 에너지원(도시하지 않음)에 의해 공급될 수 있다. 기상 시약 공급원(104)으로부터의 기상 시약(도시하지 않음)은 플라즈마 영역(112)의 플라즈마와 상호 작용하여 필요로 하는 또는 특정한 시약 이온이 형성되며, 이 시약 이온은 시스템(100)에 대한 특정 응용에 따라 서로 다른 다수의 종 중 하나 이상의 종일 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 영역(112) 및 마이크로파/RF 플라즈마 발생기(108)는 기상 시약이 조립체 내에서 플라즈마와 상호 작용하도록 동일한 조립체(도시하지 않음)의 부분들을 형성한다. 일부 실시예들에서, 플라즈마 영역(112)은 유리관 내에 배치된다.1 is a plan view illustrating components of a
플라즈마 영역(112)은 플랜지(116) 내에 장착되는 전기적으로 분리된 오리피스 판 전극(120)에 유체 연통한다. 절연체(도시하지 않음)는 플랜지(116)와 오리피스 판 전극(120) 사이에 전기적 분리를 제공하도록 이들 사이에 배치된다. 전위가 오리피스 판 전극(120)에 인가되어 플라즈마의 전위가 증가되고, 이에 따라 하나 이상의 시약 이온이 플랜지(116)와 오리피스 판 전극(120)에 의해 규정되는 개구(122)를 통과하여 드리프트 외측 챔버(124) 내의 화학적 이온화/드리프트 영역(136) 내로 향하게 된다. 화학적 이온화/드리프트 영역(136)은 오리피스 판 전극(120)보다 낮은 전위로 유지된다. 샘플 공급원(128)은 샘플 유체(예를 들어, 샘플 가스)를 시스템(100)에 제공하도록 화학적 이온화/드리프트 영역(136)과 유체 연통한다. 샘플 가스는 드리프트 외측 챔버(124)의 표면(도시하지 않음)을 통과하여 화학적 이온화/드리프트 영역(136) 내부로 흐르도록 입구 포트(도시하지 않음) 내로 흐른다. 입구 포트는 플랜지(116) 내의 중심에 위치하는 오리피스 판 전극(120)의 하측으로 위치하여, 시약 이온이 화학적 이온화/드리프트 영역(136) 내의 샘플 가스의 성분과 혼합되게 할 수 있다. 시약 이온과 샘플 가스를 화학적 이온화/드리프트 영역(136) 내부로 도입하기 위한 기타 구성은 존재하며 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 입구 포트는, 개구(122)에 대하여 방사상으로 위치하는 유체 경로(도시하지 않음)를 통해 샘플 가스가 흐를 때 "샤워헤드" 효과를 생성하도록 플랜지(116)에 연결될 수 있다.
드리프트 조립체(126)는 화학적 이온화/드리프트 영역(136) 및 펌프형 드리프트 외측 챔버(124)를 포함한다. 펌프형 드리프트 외측 챔버(124)는 화학적 이온화/드리프트 영역(136)을 효과적으로 수용한다. 화학적 이온화/드리프트 영역(136)은 (중간 O-링 밀봉체(도시하지 않음)를 갖는) 일련의 전극들과 절연판들에 의해 규정될 수 있으며, 이러한 일련의 전극들과 절연판들의 각각에는 중심을 관통하는 통로가 배치되어 있다. 화학적 이온화/드리프트 영역(136)은 도 5와 도 6을 참조하여 더 상세히 설명한다. 화학적 이온화/드리프트 영역(136)은 샘플과 시약 이온 간의 상호 작용(예를 들어, 화학 반응)을 용이하게 한다. 샘플과 시약 이온 간의 상호 작용은 하나 이상의 생성 이온을 형성한다. 통상적으로, 시약 이온들은 샘플 가스의 성분들보다 훨씬 더 많으며, 시약 이온들은 생성 이온들이 생성된 후 생성 이온 스트림에서 감시될 수 있다. 화학적 이온화/드리프트 영역(136)은 일반적으로 샘플과 시약 이온이 화학적 이온화/드리프트 영역(136) 내에서 혼합될 때 샘플과 시약 이온 간의 상호 작용을 용이하게 하도록 전자기계(도시하지 않음)를 포함한다. 화학적 이온화/드리프트 영역(136)의 전자기계도 시약 이온과 생성 이온이 출구 오리피스(138)를 향하게 한다.
출구 오리피스(138)를 통해 화학적 이온화/드리프트 영역(136)을 통과하는 이온들은 플랜지(140)에 의해 규정되는 출구 오리피스(144) 상으로 포커싱된다. 출구 오리피스(144)는 이온들이 드리프트 외측 챔버(124)를 벗어날 수 있게 한다. 이온들은 렌즈 조립체(142)에 의해 출구 오리피스(144) 상으로 포커싱된다. 일부 실시예들에서, 렌즈 조립체(142)는 포커스 개구를 포함한다. 일부 실시예들은 렌즈 조립체(142)를 위해 3요소 아인젤(three-element Einzel) 렌즈를 채용한다. 렌즈 조립체(142)는 예를 들어 이온의 유속, 속도 또는 모멘텀과 같은 특정 흐름 파라미터들에 따라 이온들이 질량 분석기 모듈(148)측으로 향하게 한다. 렌즈 조립체(142)를 이용하여 출구 오리피스(144)를 통과하는 이온들의 수를 최적화할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 렌즈 조립체를 포함하지 않는다.Ions passing through the chemical orifice /
질량 분석기 모듈(148)은 예를 들어 이온들을 수집함으로써 시약 이온과 생성 이온의 질량과 양을 결정한다. 질량 분석기 모듈(148)은 출구 오리피스(144)를 통과하는 시약 이온과 생성 이온을 나타내는 질량 스펙트럼 결과를 생성하고 그리고/또는 분석한다. 생성 이온과 연관된 질량 스펙트럼은 샘플 공급원(128)에 의해 제공되는 샘플의 존재, 양, 부피, 농도, 또는 아이덴티티를 결정하는 데 사용될 수 있다. 시약 이온의 측정을 이용하여 시스템(100)을 교정(calibrate)하고 그리고/또는 에러 체크한다. 질량 분석기 모듈(148)은 사중극 질량 분석기 또는 비행시간형 질량 분석기일 수 있다.The
시스템(100)은 제어 모듈(152)도 포함한다. 제어 모듈(152)은 시스템(100)의 파라미터 또는 동작 상태에 대한 데이터를 수신한다. 이 데이터에 기초하여, 제어 모듈(152)은 시스템의 컴포넌트들에 대한 입력 값들 또는 입력 동작 파라미터들을 결정하거나 설정할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(152)은 기상 시약 공급원(104), 플라즈마 발생기(108), 플라즈마 영역(112), 오리피스 판 전극(120), 화학적 이온화/드리프트 영역(136), 렌즈 조립체(142), 출구 오리피스 전극(144), 또는 질량 분석기 모듈(148)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 제어 모듈(152)은, 수집한 데이터에 응답하여, 예를 들어, 시스템(100)이 개시되거나 동작 파라미터에 관하여 수신되는 데이터에 응답할 때, 이러한 컴포넌트들의 각각에 대한 입력 값들을 설정할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어 모듈(152)은 동작 파라미터에 관하여 수신되는 데이터에 응답하여 자동으로 동작 파라미터에 대한 입력 값들을 갱신한다. 예를 들어, 화학적 이온화/드리프트 영역(136) 내의 압력이나 전자기계에 관한 동작 파라미터들이 이러한 파라미터들에 대한 특정 값이나 원하는 값으로부터 벗어나면, 제어 모듈(152)은, 파라미터들이 그러한 파라미터들에 대한 입력 값들이나 정정 값들에 대응할 때까지 전자기계를 생성하는 전극들(도시하지 않음) 또는 화학적 이온화/드리프트 영역(136)의 압력을 설정하는 샘플 공급원(128)을 조절할 수 있다. 다른 동작 파라미터들은, 시스템(100)에서의 시약 이온 또는 생성 이온의 속도나 에너지, 화학적 이온화/드리프트 영역(136) 내로의 유체 샘플의 유량, 화학적 이온화/드리프트 영역(136) 내로의 시약 이온의 유량, 샘플의 조성, 샘플과 시약 이온의 상대 농도, 또는 시약 이온과 생성 이온의 상대 농도를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어 모듈(152)은 시스템(100)의 다수의 동작 파라미터들을 감시한다.In some embodiments, the
일부 실시예들에서, 제어 모듈(152)은 시스템(100)의 파라미터들을 수신하고 그리고/또는 갱신하기 위한 플라즈마 계측 프로세스를 이용한다. 플라즈마 계측 프로세스는, 예를 들어, 플라즈마 영역(112)으로부터의 발광 스펙트럼을 감시할 수 있다. 발광 스펙트럼에 기초하여, 제어 모듈(152)은, 플라즈마 영역(112) 내의 동작 파라미터들(예를 들어, 플라즈마 파라미터들)의 값, 예를 들어, 특정 발광 파장의 강도를 결정하고, 파라미터가 특정 값이나 원하는 값으로부터 벗어나면, 제어 모듈(152)은 플라즈마 파라미터들이 그 파라미터들에 대한 최적 값들에 대응할 때까지 이러한 플라즈마 파라미터들을 조절할 수 있다. 제어 모듈(152)이 최적의 상태 또는 파라미터를 얻을 수 없다면, 결함 상태를 검출 및/또는 등록할 수 있다.In some embodiments,
일부 실시예들에서, 질량 필터(도시하지 않음)는 마이크로파/RF 플라즈마 영역(112) 및 화학적 이온화/드리프트 영역(136) 사이에 위치할 수 있다. 질량 필터는 시약 이온이 화학적 이온화/드리프트 영역(136) 내로 전달되는 것을 선택적으로 허용하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 질량 필터는 사중극 질량 필터이다.In some embodiments, a mass filter (not shown) may be located between the microwave /
시스템(100)은 시스템(100)에 걸쳐 압력 값들을 확립하도록 하나 이상의 펌프(도시하지 않음)에 연결된 하나 이상의 포트(도시하지 않음)를 포함한다. 예를 들어, 마이크로파/RF 플라즈마 영역(112), 화학적 이온화/드리프트 영역(136), 펌프식 드리프트 외측 챔버(124), 및 질량 분석기 모듈(148) 내의 압력 값들은 하나 이상의 펌프에 의해 유지된다.
도 2는 질량 분석 시스템(예를 들어, 도 1의 시스템(100))을 위한 기상 시약 공급 조립체(200)의 단면도이다. 조립체(200)는 일관되거나 안정적인 유속 또는 수증기의 흐름을 에너지원에, 예를 들어, 도 1의 플라즈마 발생기(108)에 제공하도록 구성된다. 조립체(200)에 의해 제공되는 수증기는, 마이크로파 또는 RF 플라즈마에 의해 이온화될 수 있으며 때때로 기상 시약이라 칭하는 하나 이상의 시약 분자를 포함한다. 조립체(200)는 유체 공급원을 수용하기 위한 저장소(202)를 포함한다. 저장소(202)는 스테인리스 스틸 또는 기타 적절한 금속으로 구축될 수 있다.2 is a cross-sectional view of a gaseous
일부 실시예들에서, 저장소(202)는 수증기를 생성하도록 물 또는 순수를 수용한다. 도시한 바와 같이, 저장소(202)는 5개의 포트를 포함한다. 포트(204)는 유체를 저장소에 도입하기 위한 (예를 들어, 물이나 유체 공급을 중단하기 위한) 관 또는 채널에 접속가능하다. 포트(206)는 기상 시약을 질량 분석 시스템에 전달하거나 통과시키기 위한 관 또는 채널에 접속가능하다. 포트(208)는 저장소(202) 내의 유체에 관한 측정을 얻기 위한 관 또는 채널에 접속가능하다. 예를 들어, 포트(208)는 저장소(208) 내의 헤드스페이스 압력을 결정하도록 커패시터 압력 게이지에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 포트(208)를 사용하지 않는다. 포트(216)는 저장소(202)의 유체의 양을 측정하기 위한 (예를 들어, 물 레벨 지시기에 접속하기 위한) 관 또는 채널에 접속가능하다. 포트(218)는 저장소(202)를 배수하거나 비우기 위한 관 또는 채널에 접속가능하다. 포트들(208, 216)의 각각은 선택 사항이며, 일부 실시예들에서는, 시스템(200)에 포함되지 않으며 또는 질량 분석 동작에 사용되지 않는다. 일부 실시예들에서, 포트들(204, 206, 208, 216, 218)의 각각은 직경 0.25인치(약 0.635센티미터)의 관들에 접속가능하다. 다른 크기의 관 또는 채널을 포트에 접속할 수 있으며, 관들 또는 채널들의 크기가 동일할 필요는 없다.In some embodiments,
일부 실시예들에서, 저장소(202)는 저장소(202)를 둘러싸는 히터 재킷(214)을 이용하여 특정한 상승 온도로 가열된다. 일부 실시예들에서, 도 1의 제어 모듈(152)은 열전대(212)에 연결된다. 저장소(202)(및 그 내부의 유체)의 온도는, 질량 분석 시스템의 동작에 응답하여 제어 모듈(152)에 의해 유지되고, 규제되고, 조절되는 동작 파라미터일 수 있다. 이러한 제어에 의해, 사용자는 액체면(210) 위의 헤드스페이스(213)의 기상 압력을 특정 값 또는 필요로 하는 값으로 유지할 수 있다.In some embodiments, the
조립체(200)는 질량 흐름 제어기(224)에 유체 연통하는 배관(222)도 포함한다. 질량 흐름 제어기(224)는 배관(226)을 통해 플라즈마 영역(230) 내부로 흐르는 기상 시약의 양을 결정할 수 있으며, 상기 영역(230)에서 이러한 기상 시약에 마이크로파 또는 RF 에너지를 인가함으로써 시약 이온이 생성된다. 일부 실시예들에서, 질량 흐름 제어기(224)는 조립체(200)로부터 원격으로 위치하는 별개의 전자 부품들(도시하지 않음)을 구비하는 가열된 질량 흐름 제어기일 수 있다.
다른 유형의 흐름 제어기를 질량 흐름 제어기(224)와 함께 또는 이 질량 흐름 제어기 대신에 사용할 수 있다. 도시한 바와 같이, 조립체(200)는 플라즈마 영역(230) 내의 압력 값을 가리키기 위한 게이지 또는 모니터(228)를 포함한다. 게이지는 용량 압력 게이지일 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 1의 제어 모듈(152)은 게이지 또는 모니터(228)에 연결되고, 플라즈마 영역(230) 내의 압력은, 제어 모듈(152)에 의해 유지되고, 규제되고, 조절되는 동작 파라미터이다. 일부 실시예들에서, 게이지 또는 모니터(228)는 조립체(200)에 포함되지 않는다.Other types of flow controllers may be used in conjunction with or instead of the
일부 실시예들에서, 배관(222)과 관(226)은 스테인리스 스틸로 형성되고 약 0.25인치(약 0.635센티미터)의 외경을 규정한다. 관(229)은 조립체(200)의 본체를 플라즈마 영역(230)으로부터 전기적으로 분리한다. 일부 실시예들에서, 관(229)은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 형성되고 약 0.25인치(약 0.635센티미터)의 외경을 규정한다. 플라즈마 반응 영역(230) 내의 압력은 질량 분석 동작 동안 약 1 내지 5 torr(약 100 내지 700 파스칼)이다. 조립체(200) 내의 압력은 조립체(200) 외부의 펌프(도시하지 않음)에 의해 유지된다. 예를 들어, 도 1의 드리프트 외측 챔버(124)에 연결된 (그리고 이어서 화학적 이온화/드리프트 영역(136)에 연결된) 펌프를 이용하여, 조립체(200)와의 유체 연통을 통해 조립체(200)의 압력을 확립할 수 있다. 도 1의 화학적 이온화 영역(136)은 개구(122)와 플라즈마 영역/관(112)을 통해 조립체(200)와 유체 연통할 수 있다.In some embodiments,
일부 실시예들에서, 포트(220)는 마이크로파 또는 RF 에너지의 인가 동안 기상 시약을 다른 가스와 혼합하여 시약 이온 생산을 개선하는 데 사용된다. 예를 들어, 혼합 가스는 아르곤, 질소, 또는 아르곤/질소 혼합물일 수 있다. 일부 실시예들에서, 시약 이온 생성에서 사용되는 가스 또는 가스 혼합물(예를 들어, NO 또는 O2)을 포트(220)를 통해 도입하고, 저장소(202)는 밸브(도시하지 않음)에 의해 배관(222)으로부터 유체적으로 분리된다.In some embodiments,
도 3은 시약 이온을 생성하기 위한 방법의 흐름도(300)이다. 단계(305)에서, 기상 시약이 공급된다. 예를 들어, 기상 시약은 비교적 일관되거나 안정된 기상 시약 흐름이 공급되도록 도 2에 도시한 시스템(200)에 따라 공급될 수 있다. 기상 시약은 순수한 수증기 또는 아르곤 또는 질소 또는 이들의 혼합물과 같은 플라즈마 혼합 가스와 혼합된 수증기일 수 있다. 일부 실시예들에서, 기상 시약은 아산화질소(NO) 또는 2가 산소(O2)와 같은 시약 종들을 포함한다.3 is a
단계(310)에서, 에너지를 기상 시약에 제공한다. 일부 실시예들에서, 에너지는 이온화된 마이크로파 플라즈마를 형성하는 데 사용되는 마이크로파 방사선이다. 일부 실시예들에서, 에너지는 고주파 RF 전력이며, 이는 예를 들어 용량성 결합 RF 에너지원에 의해 생성되는 유형의 RF 플라즈마를 형성하는 데 사용된다. 마이크로파 에너지는 일반적으로 약 800MHz 초과 약 300GHz 미만의 주파수 값을 갖는 전자기파에 의해 생성되는 에너지(예를 들어, 방사성 에너지)를 나타낸다. 고주파 RF 에너지는 일반적으로 약 400kHz 초과 약 800MHz 미만의 주파수 값을 갖는 전자기파에 의해 생성되는 에너지(예를 들어, 방사성 에너지)를 나타낸다. 구체적으로, RF 에너지는 ISM(Industrial, Scientific, and Medical) 무선 센터 대역 주파수에 의해 특정되는 주파수 값 내에서 제공될 수 있다.In step 310, energy is provided to the gaseous reagent. In some embodiments, the energy is microwave radiation used to form an ionized microwave plasma. In some embodiments, the energy is high frequency RF power, which is used to form an RF plasma of the type generated by, for example, a capacitively coupled RF energy source. Microwave energy generally refers to energy (eg, radioactive energy) generated by electromagnetic waves having frequency values above about 800 MHz and below about 300 GHz. High frequency RF energy generally refers to energy generated by electromagnetic waves (eg, radioactive energy) having a frequency value of greater than about 400 kHz and less than about 800 MHz. Specifically, RF energy may be provided within a frequency value specified by an Industrial, Scientific, and Medical (ISM) radio center band frequency.
단계(310)에서 인가되는 에너지는 시약 이온을 생성하도록 기상 시약의 유속에서의 분자들을 에너지 공급하거나 여기한다. 기상 시약 스트림의 분자들은 플라즈마에 의해 이온화된다. 예를 들어, 수증기가 기상 시약으로서 사용되면, 히드로늄 이온들은 다단계 반응을 통해 생성된다.The energy applied in step 310 energizes or excites molecules at the flow rate of the gaseous reagent to produce reagent ions. The molecules in the gaseous reagent stream are ionized by the plasma. For example, when steam is used as the gaseous reagent, hydronium ions are produced through a multistage reaction.
- 반응식 1 Scheme 1
- 반응식 2 Scheme 2
반응식 1은 양으로 대전된 이온화된 물 분자 및 제2 자유 전자를 형성하도록 물 분자(H2O)와 상호 작용하는 이온화된 플라즈마로부터의 자유 전자(e-) 간의 상호 작용을 나타낸다. 반응식 2에서, 양으로 대전된 물 분자는 중성 물 분자와 상호 작용하여 히드로늄 이온과 수산기를 형성한다. 히드로늄 이온들은 유체 샘플의 구성 성분들과의 후속하는 상호 작용을 위한 시약 이온들일 수 있다.Scheme 1 shows the interaction between freely charged ionized water molecules and free electrons (e − ) from an ionized plasma that interact with water molecules (H 2 O) to form a second free electron. In Scheme 2, positively charged water molecules interact with neutral water molecules to form hydronium ions and hydroxyl groups. Hydronium ions may be reagent ions for subsequent interaction with components of the fluid sample.
마이크로파와 고주파 RF 플라즈마 둘 다는, 시약 이온 종, 예를 들어, 히드로늄 이온을 생성하는 데 필요한 이온과 전자가 충분한 소스를 생성하는 효율적인 수단을 제시하기 때문에 바람직하다. 또한, 마이크로파와 고주파 RF 플라즈마는, 전극들이 플라즈마와 직접 접하는 속이 빈 음극/글로우 방전 플라즈마원에 종종 연관된 내부 스퍼터링이 없거나 거의 없어서 비교적 깨끗하다. 마이크로파와 고주파 RF 플라즈마원들의 "무전극" 성질은 전극 부식에 연관된 드리프트와 불안전성의 영향이 저감된다는 것을 의미한다. 또한, 마이크로파와 고주파 RF 플라즈마원들은 비교적 일정한 고 레벨의 시약 이온들을 제공할 수 있다.Both microwave and high frequency RF plasmas are preferred because they present an efficient means of generating sufficient sources of ions and electrons to generate reagent ion species, such as hydronium ions. In addition, microwave and high frequency RF plasmas are relatively clean, with little or no internal sputtering often associated with a hollow cathode / glow discharge plasma source in which the electrodes are in direct contact with the plasma. The "electrodeless" nature of microwave and high frequency RF plasma sources means that the effects of drift and instability associated with electrode corrosion are reduced. In addition, microwave and high frequency RF plasma sources can provide relatively constant high levels of reagent ions.
일부 실시예들에서, 도 3의 방법은 마이크로파와 고주파 RF 플라즈마의 압력을 측정하는 단계를 포함하는 추가 단계(도시하지 않음)를 포함한다. 플라즈마 압력 값은 질량 분석 시스템에 대한 제어 파라미터(예를 들어, 도 1의 제어 모듈(152)에 의해 제어 가능함)일 수 있다. 또한, 플라즈마 압력은 (예를 들어, 조립체(200)로부터의) 기상 시약의 적절한 공급을 결정하는 데 사용될 수 있다.In some embodiments, the method of FIG. 3 includes an additional step (not shown) that includes measuring pressures of microwave and high frequency RF plasma. The plasma pressure value may be a control parameter for the mass spectrometry system (eg, controllable by the
도 4는 본 발명을 실시하는 질량 분석 방법(400)을 도시하는 흐름도이다. 단계(405)는 기상 시약을 제공하는 것이고, 단계(410)는 예를 들어 도 3에 대하여 전술한 바와 같이 마이크로파 또는 RF 에너지를 기상 시약에 제공하여 시약 이온을 생성하는 것이다. 이어서, 시약 이온들은 플라즈마 반응 영역과 화학적 이온화/드리프트 영역 간의 압력 강하로부터 발생하는 유체 흐름 현상 및 화학적 이온화/드리프트 영역 내의 전극들 또는 이온 추출 오리피스로부터의 전자기계 구배의 영향의 조합에 의해 화학적 이온화/드리프트 영역으로 향한다. 4 is a flowchart illustrating a
단계(415)에서, 유체 샘플(예를 들어, 하나 이상의 휘발성 유기 화합물의 분자들을 함유하는 가스)은 시약 이온들과 상호 작용한다. 유체 샘플과 시약 이온들을 혼합함으로써 유체 샘플과 시약 이온들 간에 상호 작용이 발생한다. 예를 들어, 유체 샘플은 입구 라인을 통해 시약 이온들의 흐름에 공급될 수 있고, 드리프트 외측 챔버를 통과하여 화학적 이온화/드리프트 영역 내로 향한다. 샘플 공급과 화학적 이온화/드리프트 영역 간의 압력 강하는 유체 샘플을 화학적 이온화/드리프트 영역 내로 반송하는 유체 흐름을 용이하게 할 수 있다. 화학적 이온화/드리프트 영역은 자신 내에서의 시약 이온들의 이동을 용이하게 하는 전자기계를 포함하고, 시약 이온들과 유체 샘플의 구성 성분들 간의 충돌을 용이하게 한다. 시약 이온들과 유체 샘플의 구성 성분들 간의 충돌에 의해, 유체 샘플의 입자들을 이온화하는 화학 반응이 발생한다. 물의 친화도보다 큰 양자 친화도를 갖는 구성 성분 분자의 샘플 종(R)과 히드로늄 이온에 대한 화학 반응의 일례는 아래와 같다.In
- 반응식 3 Scheme 3
히드로늄 이온과 종(R)에 대한 화학 반응은 저 에너지 및/또는 연성 이온화 상호작용이다. 예를 들어, 전자 충격 이온화와 같은 보다 높은 에너지 이온화 프로세스와 비교할 때, 샘플 분자들의 무결성은 현저하게 변경되지 않으며 샘플의 분자 분열(fragmentation)이 저감되거나 최소로 된다. 또한, 물의 친화도보다 작은 양자 친화도를 갖는 샘플의 종은 히드로늄 원자와의 충돌에 의해 이온화되지 않으며, 이에 따라 질량 분석 동안 검출되지 않는다. 이러한 종의 예로는, 2가 질소, 2가 산소, 아르곤, 이산화탄소, 메탄을 포함하는 공기의 공통 구성 성분이 있다. 일반적으로, 이러한 공기의 구성 성분들은, 미소량으로 샘플에 존재하는 구성 성분들에 관하여 샘플의 공기의 구성 성분들의 상당 부분에 기초하여 획득된 질량 스펙트럼에서 고 강도 스펙트럼 피크를 나타낸다. 고 강도 스펙트럼 피크는 근처의 저 강도 피크를 모호하게 할 수 있거나 저 강도 피크를 고 강도 피크로부터 구별하는 데 있어서 어려움을 증가시킬 수 있다. 따라서, 이러한 화학적 이온화 기술의 선택적 성질은 샘플에서의 저 강도/미소 레벨 종으로 인한 스펙트럼 피크들을 구별하는 기능을 향상시킬 수 있다. Chemical reactions for hydronium ions and species (R) are low energy and / or soft ionization interactions. For example, when compared to higher energy ionization processes such as electron impact ionization, the integrity of the sample molecules is not significantly altered and the molecular fragmentation of the sample is reduced or minimized. In addition, species of samples having a quantum affinity less than the affinity of water are not ionized by collisions with hydronium atoms and thus are not detected during mass spectrometry. Examples of such species are common constituents of air, including divalent nitrogen, divalent oxygen, argon, carbon dioxide, methane. In general, these components of air exhibit high intensity spectral peaks in the mass spectrum obtained based on a substantial portion of the components of the air of the sample with respect to the components present in the sample in small amounts. High intensity spectral peaks can obscure nearby low intensity peaks or increase the difficulty in distinguishing low intensity peaks from high intensity peaks. Thus, the selective nature of this chemical ionization technique can improve the ability to distinguish spectral peaks due to low intensity / small level species in the sample.
단계(420)에서, 시약 이온과 생성 이온은 렌즈 또는 출구 오리피스 조립체를 통해 화학적 이온화/드리프트 영역을 벗어나 질량 분석기의 컬렉터 영역으로 향한다. 일부 실시예들에서, 시약 이온과 생성 이온은 화학적 이온화/드리프트 영역에 확립된 전자기계에 의해 화학적 이온화/드리프트 영역을 벗어난다. 시약 이온과 생성 이온은 렌즈 조립체를 통해 이온 추출 오리피스를 통해 화학적 이온화/드리프트 영역의 단부에서 오리피스를 통과하여 질량 분석기 모듈 내로 향할 수 있다. 렌즈 조립체는 포커스 개구를 특징으로 할 수 있고 또는 3요소 아인젤 렌즈를 특징으로 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이온 추출 오리피스는 플랜지 내에 배치된다. 전위는, 시약 이온과 생성 이온이 이온 추출 오리피스를 통과하게 하는 전계가 생성되도록 렌즈 조립체와 이온 추출 오리피스에 인가될 수 있다. 일반적으로, 질량 분석기 모듈은 분자 흐름 상태가 질량 분석기와 이 분석기의 컴포넌트 부품들의 효과적인 동작을 주도하는 것을 보장하도록 비교적 고 진공에서 동작한다.In
질량 분석기 모듈은 사중극 질량 분석기 또는 비행시간형 질량 분석기를 포함할 수 있다. 어느 유형의 질량 분석기이든, 시약 이온과 생성 이온은 질량 분석기의 컬렉터 영역으로 향한다. 이온들은 컬렉터 영역에서 컬렉터와 충돌하고 그 결과 전류가 (예를 들어, 전자 증배관과 전치증폭기의 조합을 이용하여) 질량 분석기에서 증폭된다. 컬렉터로부터의 입력에 기초하여, 질량 분석기는 시약 이온과 생성 이온에 대한 데이터를 축적하고, 수집한 이온들의 양과 질량 값들(또는 질량 대 전하 비)을 나타내는 신호 스펙트럼을 생성한다.The mass spectrometer module may comprise a quadrupole mass spectrometer or a time-of-flight mass spectrometer. For either type of mass spectrometer, reagent ions and product ions are directed to the collector region of the mass spectrometer. The ions collide with the collector in the collector region and as a result the current is amplified in the mass spectrometer (eg using a combination of electron multiplier and preamplifier). Based on the input from the collector, the mass spectrometer accumulates data on reagent ions and product ions and generates a signal spectrum that indicates the amount and mass values (or mass to charge ratio) of the collected ions.
단계(425)는 예를 들어 생성된 질량 스펙트럼에 기초하여 시약 이온과 생성 이온의 질량과 양을 결정하는 것이다. 질량 스펙트럼에서의 분해 용이 피크들(Well-resolved peaks)을 이용하여 시약 이온과 생성 이온 둘 다의 정확한 질량 또는 질량 대 전하 비를 결정할 수 있다. 또한, 이러한 피크들의 정확한 위치는 스펙트럼 피크나 신호 피크로부터 결정된 질량 값 및 질량이 알려져 있는 이온이나 분자와의 비교에 의해 유체 샘플의 성분 식별을 용이하게 한다. 일부 실시예들에서는, 분석 모듈을 이용하여 신호 스펙트럼을 표시하고/하거나 스펙트럼에서의 피크들의 존재와 위치를 결정할 수 있다. Step 425 is to determine the mass and amount of reagent ions and product ions, for example, based on the mass spectra generated. Well-resolved peaks in the mass spectrum can be used to determine the exact mass or mass-to-charge ratio of both reagent and product ions. In addition, the exact location of these peaks facilitates component identification of the fluid sample by comparison with known ions or molecules with mass values determined from spectral peaks or signal peaks. In some embodiments, an analysis module can be used to display the signal spectrum and / or determine the presence and location of peaks in the spectrum.
도 5는 본 발명을 실시하는 사중극 질량 분석 시스템(500)의 단면도이다. 시스템(500)은 화학적 이온화/드리프트 영역(508)에 연결된 시약 이온 소스(504)를 포함한다. 시스템(500)의 시약 이온 소스(504)는 공진 공동(520)의 개구(516)를 통해 배치된 스터브 안테나(stub aerial; 514)를 갖춘 마그네트론(512)을 포함하는 마이크로파 에너지원에 기초한다. 일부 실시예들에서, 시약 이온 소스(504)는 RF 에너지원과 같은 고주파 에너지원에 기초할 수 있다. 또한, 시약 이온 소스(504)는 개구(528)를 통해 공진 공동(520)을 통과하는 관(524)을 포함한다. 또한, 관(524)은 공진 공동(520)의 외측면(536) 상에 배치되는 두 개의 마이크로파 초크(532)를 통과한다. 마이크로파 쵸크(532)는 공진 공동(520) 또는 관(524)을 탈출하는 마이크로파 에너지의 양을 저감하며, 시스템(500)의 다른 컴포넌트들로 연장되는 마이크로파 에너지를 저감한다. 관(524)은 실리카 또는 석영과 같은 실리카 물질로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 관(524)은 사파이어로 형성될 수 있다. 관(524)의 단부(540)는 기상 시약을 시약 이온 소스(504)에 제공하기 위한 기상 시약 공급원(도시하지 않음)의 대응 단부(도시하지 않음)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 단부(532)는 도 2에 도시한 기상 시약 공급 시스템(300)의 관(229)에 연결될 수 있다.5 is a cross-sectional view of a quadrupole
일부 실시예들에서, 관(524)은 약 6밀리미터의 외경을 갖는다. 공진 공동(520)은 y축을 따라 길이(l)를 규정한다. 길이는 공진 공동(520)의 최저차 공진 모드의 전체 일 파장(λ)과 대략 동일하거나 이에 대응한다. 관(524)은 공진 공동(520)의 상부(544)로부터 y축을 따라 약 의 거리에 위치한다. 보다 구체적으로, 관(524)은 공진 공동(520)으로부터 관(524)으로 전달되는 공진 에너지를 최대화하도록 공진 공동(520)의 안티 노드(anti-node)에 위치한다.In some embodiments, the
일부 실시예들에서, 마그네트론(512)은 마이크로파 전력을 공진 공동(520)에 제공하는 스터브 안테나(514)를 갖는 900와트 마그네트론이다. 전력은 공진 공동(520)의 마이크로 스펙트럼의 주파수 값을 갖는 전자기파에 의해 방사성으로 분산되며 관(524)으로 전달된다. 관(524) 내측의 기상 시약과 상호 작용하는 공동(520) 내의 공진 에너지의 결과, 관(524) 내측에서 플라즈마가 발생한다. 기상 시약은 기상 시약 공급원에 연결된 단부(540)를 통해 관(524)으로 입력된다. 관(524)과 화학적 이온화/드리프트 챔버(508) 간의 압력 강하로 인해, 기상 시약 공급원은 기상 시약의 흐름을 제공하거나 또는 예를 들어 x축을 따라 관(524) 내부로 향하게 한다. 기상 시약의 연속 흐름은, 예를 들어 전술한 바와 같이 하나 이상의 시약 이온을 생성하도록 관(524) 내측에서 마이크로파 플라즈마가 유지되는 것을 보장한다. In some embodiments,
일부 실시예들에서, 공진 공동(520)은 밀폐된 단부(예를 들어, 공동(520)의 상부(544)와 하부(548))를 갖는 은으로 도금된 알루미늄 압출부로 구성된다. 일부 실시예들에서, 마이크로파 쵸크(532)는, 중심선이 x축에 평행하고, x축과 동축이며 또는 x축과 공선인 원통형이다. 마이크로파 초크(532)는 스테인리스 스틸 또는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 채널(533)은 마이크로파 쵸크(532)들 중 하나 또는 둘 다 내에 배치된다. 채널(533)의 길이는 y축을 따라 약 일 수 있다. In some embodiments,
관(524)의 제2 단부(552)는, 플랜지(560) 내에서 유지되며 화학적 이온화/드리프트 영역(508)에 부착되는 오리피스 판(556)의 면(557)에서 종단된다(도 6 참조). 시약 이온들은 오리피스 판(556)을 통해 관(524)으로부터 이동하여 화학적 이온화/드리프트 영역(508) 내로 향한다. 화학적 이온화/드리프트 영역(508)은 드리프트 외측 챔버(562)의 중심을 통해 x축을 따라 이격 배치된 환상 전극들(564)에 의해 부분적으로 규정된다. 전위는 전자기계를 생성하도록 전극들(564)의 각각에 인가된다. 일부 실시예들에서, 전자기계는 x축을 따라 선형 계 구배를 갖는다. 각 전극에 인가되는 양의 전위의 값은 축 방향으로 향하는 선형 계 구배를 생성하도록 x축의 양의 방향을 따라 감소된다. 비선형 계 구배를 이용할 수도 있다. 전극들(564)은 자신들 사이에 배치된 환상 절연 컴포넌트들(568)에 의해 서로 전기적으로 분리된다. 전계는 시약 이온 소스(504)(예를 들어, 관(524))로부터의 시약 이온 및 화학적 이온화/드리프트 챔버 포트(566)에서 도입되는 샘플 간의 상호 작용을 용이하게 한다.The
드리프트 외측 챔버(562)는 펌핑 시스템(580)에 연결된 펌핑 포트(576)도 포함한다. 드리프트 외측 챔버(562)는 샘플 도입선(도시하지 않음)을 위해 그리고 전체 압력 게이지(572)와 제2 게이지(도시하지 않음)와의 유체 연통을 위해 관 커넥터(도시하지 않음)를 갖는 포트(571) 및 전기적 피드스루 포트(도시하지 않음)도 포함한다. 일부 실시예들에서, 펌핑 시스템(580)은 다이어프레임 백킹 펌프(diaphragm backing pump; 도시하지 않음)를 구비하는 터보분자 펌프를 포함한다. 펌핑 시스템(580)은 드리프트 외측 챔버(562)와 화학적 이온화/드리프트 영역(508) 내에 필요한 압력을 확립한다. 화학적 이온화/드리프트 영역(508) 내의 압력은 전체 압력 게이지(572)에 의해 감시될 수 있고 드리프트 외측 챔버(562)의 압력은 제2 게이지(도시하지 않음)에 의해 감시될 수 있다. 이러한 게이지들에 의해 제공되는 데이터는 예를 들어 시스템 진단 프로세스를 위해 제어 모듈(도시하지 않음)에 입력으로서 공급된다. The drift
화학적 이온화/드리프트 영역(508)과 드리프트 외측 챔버(562)는 양면 플랜지(586)를 통해 질량 분석기(592)의 대응 플랜지(588)에 연결되는 플랜지(584)를 포함한다. 시스템(500)에 도시한 질량 분석기(592)는 사중극 질량 분석기이다. 질량 분석기(592)는 분석기 프로브(594)를 포함하며, 펌핑 시스템(596)과 유체 연통된다. 펌핑 시스템(596)은, 예를 들어, 시약 이온과 생성 이온의 질량 측정을 용이하게 하고 질량 분석기의 주변 성분과의 상호 작용으로부터 발생하는 이러한 이온 질량 측정의 부정적 효과를 저감시키도록 질량 분석기(592) 내의 압력을 확립한다. The chemical ionization /
화학적 이온화/드리프트 영역(508)으로부터 질량 분석기(592)로 전달되는 이온들은 이온 추출 전극(582)에 의해 질량 분석기 프로브(594)로 향한다. 일부 실시예들에서는, 이온 추출 전극(582)과 함께 이온 광학 조립체(도시하지 않음)를 이용하여 질량 분석기(592)로 전달되는 시약 이온과 생성 이온의 수를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 포커스 개구 또는 3요소 아인젤 렌즈를 이용할 수 있다. 분석기 프로브(594)는 전기적으로 바이어스된 사중극 질량 분석기 또는 질량 필터일 수 있다. 사중극 질량 분석기는 예를 들어 x축에 평행하며 정사각형의 꼭짓점들로서 배치된 네 개의 평행한 금속 로드(rod)를 포함한다. 로드들의 대향 쌍들은 두 개의 전기적으로 결합된 쌍극자를 생성하도록 전기적으로 연결된다. 양의 DC 전압 성분을 갖는 전압 또는 제1 RF 에너지는 제1 쌍극자의 로드들에 인가될 수 있고, 음의 DC 전압 성분을 갖는 전압 또는 제2 RF 에너지는 제2 쌍극자의 로드들에 인가될 수 있다. 질량 필터를 통한 안정 궤적 상에 있는 이온들은 일반적으로 로드들에 평행한(예를 들어, 정사각형의 중심축에 평행한) 방향으로 로드들 사이에서 이동한다.Ions transferred from chemical ionization /
분석기 프로브(594)에 인가되는 RF 및/또는 DC 에너지는 질량 선택적 진동계(mass-selective oscillating field)를 생성한다. 질량 선택적 진동계에 의해, 일반적으로 x축을 따르는 방향으로의 발진 형상과 같은 특정 형상의 이온 궤적이 발생한다. 궤적은, 특정 범위를 벗어나는 이온들은 검출기(598)로의 궤적을 추종하지 않는 한편 그 특정 범위 내의 질량 대 전하 비의 값을 갖는 이온들은 실질적으로 검출기(598)로의 궤적을 추종하도록 특정된다. 비-선택 이온들은 로드들과 충돌하고, 검출기(598)에 의해 수집되지 않는다. 일부 실시예들에서, 질량 선택적 계는 사중극 로드들에 인가되는 에너지의 값, 예를 들어, 전위, DC 에너지, 또는 RF 에너지에 따라 가변된다. 질량 값들의 대역폭은 특정한 계 세기 또는 유속에 의해 선택될 수 있다. 또한, 분석기 프로브(594)는 질량 선택적 계를 가변함으로써 질량 범위를 검색할 수 있다. RF and / or DC energy applied to the
일부 실시예들에서, 분석기 프로브(594)는 삼중-필터 사중극 질량 분석기(triple-filter quadrupole mass analyzer)라 칭하는 일련의 세 개의 선형 동축 사중극을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 삼중 필터의 제1 및 제3 실시예들은 비교적 짧은(예를 들어, 1인치 즉 2.54센티미터) "RF 전용" 필터이고, 이 필터는 제2 필터 또는 메인 필터에 의해 자신에게 투과되는 RF 전압 요소를 반송한다. 이러한 "RF 전용" 프리 필터와 포스트 필터는 이온 렌즈로서 기능하고, 질량 필터 조립체 내로 그리고 질량 필터 조립체 외부로 이온들을 포커싱한다. 이러한 식으로 프리 필터와 포스트 필터를 사용하는 것은 필터 조립체를 통한 이온 투과를 개선하기 위해서이며, 특히, 투과되는 이온들의 수를 증가시킴으로써 보다 큰 질량(예를 들어, 약 80원자 질량 단위를 초과하는 질량)의 이온 투과를 개선하기 위해서이다. 또한, 프리 필터와 포스트 필터는 필터의 다량 감도 성능 및 질량 분해능을 개선한다. 삼중 필터 조립체를 성공적으로 통과하는 이온들은 검출기(598)에 의해 수집된다. 일부 실시예들에서, 검출기(598)는 전자 증배관 검출기이다. 전자 증배관 검출기는 검출기(도시하지 않음)의 입구나 전면과의 이온 충돌에 의해 생성되는 전기 신호를 증폭한다. In some embodiments,
도 6은 도 5에 도시한 화학적 이온화/드리프트 영역(508)의 확대도이다. 화학적 이온화/드리프트 영역(508)은 추출 오리피스(616)를 규정하는 이온 추출 전극(612) 상에 장착 가능한 화학적 이온화/드리프트 챔버(620)를 포함한다. 시약 이온들은 플라즈마 영역(608)으로부터 화학적 이온화/드리프트 영역(508) 내로 이동할 때 추출 오피리스(616)를 통과한다. 이온 추출 전극(612)은 에너지원(도시하지 않음)과 유체 연통될 수 있다. 이온들은 이온 추출 전극(612)에 인가되는 전위에 의해 발생하는 전자기계의 영향 하에 추출 오리피스(616)를 통과한다. 이온 추출 전극(612)은 세라믹 삽입부 또는 다른 절연 물질로 형성된 삽입부를 갖는 하나 이상의 스크류(도시하지 않음)에 의해 플랜지(504)에 연결된다. 이러한 스크류와 삽입부는 이온 추출 전극(612)을 플랜지(604)로부터 더 전기적으로 분리하도록 절연(예를 들어, 세라믹 또는 PEEK) 칼라(collar; 614)를 통과한다. 일부 실시예들에서, 추출 전극(612) 상에 인가된 전위의 값은, 시약 이온들이 x축과 대략 평행한 중심선(A)을 따라 화학적 이온화/드리프트 영역(508)의 화학적 이온화/드리프트 챔버(520) 내로 향할 때 시약 이온들의 평균 에너지에 영향을 끼친다. 또한, 추출 오리피스(616)의 크기 및/또는 형상은 화학적 이온화/드리프트 챔버(620) 내로의 시약 이온들의 흐름의 양을 결정한다.FIG. 6 is an enlarged view of the chemical ionization /
이온들은 추출 전극(612)의 추출 오리피스(616)를 통과하여 (예를 들어, 축방향으로 또는 x축에 평행한) 대략 중심선(A)을 따라 화학적 이온화/드리프트 챔버(620) 내로 향한다. 전자기계는 드리프트 단부 판 전극(625)과 하나 이상의 판 전극들(624)의 각각(전극 스택이라고도 칭함)에 인가되는 전위에 의해 드리프트 영역(620)에서 생성된다. 전극들은 금속 물질 또는 기타 도전 물질로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 판 전극들(624)과 드리프트 단부 판 전극들(625) 각각은, 중심 오피리스(630, 633)가 중심선(A)에 정렬된 환 형상을 갖는다. 각 판 전극의 중심 오리피스(630)의 직경은 약 10 밀리미터이다. 드리프트 단부 판 전극의 중심 오리피스(633)의 직경은 약 1 내지 2 밀리미터이다. 다른 직경과 형상(예를 들어, 비원형)도 본 발명의 범위 내에 있다. 판 전극들(624)과 드리프트 단부 판 전극(625)은 하나 이상의 절연 칼라(628)에 의해 물리적으로 분리되어 전기적으로 분리된다. 일부 실시예들에서, 절연 칼라(628)는 중심 오리피스(631)가 중심선(A)에 정렬된 환 형상을 갖는다. 절연 칼라(628)의 중심 오리피스(631)의 직경은 약 20밀리미터일 수 있다. 다른 직경과 형상도 본 발판의 범위 내에 있다. 절연 칼라(628)용으로 적절한-물질로는, 영국 랭카셔에 소재한 Victrex plc에서 판매하는 PEEKTM로 형성된 칼라와 같은 폴리머 물질 또는 미국 펜실베니아주에 소재한 Quadrant Engineering Plastic Products of Reading에서 판매하는 정적 손실(static dissipative) 플라스틱이 있다. 0-링(도시하지 않음)은 절연 칼라들(628)의 각각의 어느 한 측 상의 환상 홈 내에 위치한다. 0-링은 절연 칼라와 판 전극(624)이나 드리프트 단부 판 전극(625) 간의 계면에서의 기밀 밀봉을 용이하게 한다. 일부 실시예들에서, 이러한 0-링들은 미국 델라웨어주 윌밍톤에 소재한 Du Pont Performance Elastomers에서 판매하는 VITON? 플루오로엘라스토머(fluoroelastomer)로 형성될 수 있다. Ions pass through
추출 전극(612), 판 전극들(624), 및 드리프트 단부 판 전극(625)은 화학적 이온화/드리프트 챔버(620) 내에 전자기계를 생성하도록 협동한다. 일부 실시예들에서, 전자기계는 x축을 따라 선형계 구배를 갖는다. 또한, 전자기계는, 예를 들어, 추출 전극(612), 판 전극들(624)의 각각, 및 드리프트 단부 판 전극(625)에 인가되는 전위 간의 차이들에 기초하여 비선형일 수 있다. 전자기계는 시약 이온들을 제어하며, 유체 샘플의 구성 성분들과 시약 이온들 간의 상호 작용을 용이하게 한다.
일부 실시예들에서는, 화학적 이온화/드리프트 챔버(620) 내에서의 시약 이온과 생성 이온의 흐름이 용이해지도록 x축을 따라 증가하는 방향으로 중심선(A)을 따라 판 전극들(624)의 각각과 드리프트 단부 판 전극(625)에 감소되는 전위를 인가한다. 샘플 가스는, 예를 들어, 드리프트 외측 챔버의 포트(예를 들어, 도 5의 포트(571))를 통해 그리고 나서 절연 칼라(628) 측의 포트(632)를 통해 도 1에 도시한 바와 같이 샘플 공급원(도시하지 않음)으로부터 화학적 이온화/드리프트 챔버(620)에 공급된다. 다른 절연 칼라(628) 측의 유사한 포트는 화학적 이온화/드리프트 챔버(620) 내에서의 압력 측정이 용이해지도록 도 5의 포트(571) 상의 게이지(572)와 유체 연통될 수 있다. 일부 실시예들에서, 샘플 공급원은 화학적 이온화/드리프트 챔버(620)에 입력되는 유체 샘플의 흐름을 제어하는 데 사용되는 질량 흐름 제어기로 구성된다. 샘플 가스는 x축을 따라 증가하는 방향으로 중심선(A)을 따라 진전되어 시약 이온과 상호 작용한다. 판 전극들(624)과 드리프트 단부 판 전극(625)은 추출 전극(612)에 고정되고, 이 추출 전극은 판 전극들(624)과 드리프트 단부 판 전극(625)을 화학적 이온화/드리프트 챔버(620) 내에서 지지한다.In some embodiments, each of the
일부 실시예들에서, 제어 모듈(도시하지 않음)은 전극들(612, 624, 625)의 각각에 전위를 제공하도록 이온 추출 전극(612), 판 전극들(624)의 각각, 및 드리프트 단부 판 전극(625)에 연결된다. 또한, 제어 모듈은 계 구배, 압력, 또는 검출된 이온 강도와 같은 화학적 이온화/드리프트 챔버(620) 내의 다른 파라미터들을 감시한다. 특정 감시 파라미터에 대한 값이 소정의 임계값으로부터 벗어나면, 제어 모듈은, 이온 추출 전극(612), 판 전극들(624)의 각각, 및 드리프트 단부 판 전극(625)에 인가되는 전위에 대한 값을 리셋하거나 조절할 수 있다. In some embodiments, a control module (not shown) is
일부 실시예들에서, 제어 모듈은, 피드백 루프를 통해, 화학적 이온화/드리프트 챔버(620)의 파라미터의 변경에 응답하여 이온 추출 전극(612), 판 전극들(624)의 각각, 및 드리프트 단부 판 전극(625)의 전위를 자동 변경한다. 예를 들어, 제어 모듈은 소정의 샘플 감시 요구 사항에 대한 최적의 e/n(예를 들어, 전하 밀도) 설정을 규정하는 압력 및 전계 구배를 초기 상태나 모드로서 확립할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 모듈은 화학적 이온화/드리프트 챔버(620)의 파라미터들을 감시할 수 있고, 전계 구배 및/또는 압력의 실시간 조절을 통해 최적의 e/n 레벨들을 유지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 모듈은, 예를 들어, 서로 다른 e/n 레벨들을 이용하여 두 개의 동중 원소(iosbaric) 화합물들을 구별하는 경우, e/n 레벨의 사용자 유도 조절에 기초하여 화학적 이온화/드리프트 챔버(620) 계 구배 및/또는 압력 레벨에 변경을 가할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이온 추출 전극(612), 판 전극들(624)의 각각, 및 드리프트 단부 판 전극(625)에 의해 확립되는 전계 구배는 x축을 따라 (또는 중심선(A)을 따라) 선형이다. 일부 실시예들에서, 전계 구배는 비선형이다. 제어 모듈에 의해 감시될 수 있고 화학적 이온화/드리프트 챔버(620) 내의 전계, 압력, 및/또는 e/n 레벨에 연관될 수 있는 다른 파라미터는 생성 이온 대 시약 이온의 비이다.In some embodiments, the control module, via a feedback loop, responds to a change in the parameters of the chemical ionization /
드리프트 외측 챔버(562)는 질량 분석기(644)의 대응 플랜지(640)에 고정된 고정 플랜지(636)를 포함하며 이러한 양측 플랜지 사이에 양면 플랜지(648)가 배치된다. 추출 오리피스(656)를 규정하는 이온 추출 전극(652)은 예를 들어 하나 이상의 절연 스크류(660)에 의해 플랜지(648)에 고정된다. 절연 칼라(658; 예를 들어, 세라믹으로 형성됨)는 이온 추출 전극(652)을 양면 플랜지(648)로부터 전기적으로 분리한다. 금속 판(659)은 절연 칼라(658)를 차폐하고, 화학적 이온화/드리프트 챔버(620)와 질량 분석기(644) 간의 영역(657)에서 이온 광학에 간섭할 수 있는 표면 전하의 증강을 저감시킨다. 전위를 이온 추출 전극(652)에 인가하여, 화학적 이온화/드리프트 챔버(620)로부터의 시약 이온과 생성 이온이 질량 분석기(644)로 향하게 하는 계를 생성한다. 질량 분석기(644)는 진공 펌핑 및/또는 질량 분석기(644)와 분석기 프로브(664)의 철수가 용이하도록 하나 이상의 홀(668)을 갖는 분석기 프로브(664)를 포함한다. 분석기 프로브(664)는 중심선(A)에 대략 정렬되고, 이온들은 포커스 전극(676)을 통해 중심선(A)을 따라 분석기 프로브(664)에 입력될 수 있다. 분석기 프로브(664)는, 분석기 프로브(664)에 연결된 검출기(도시하지 않음)에 의해 수집되는 시약 이온과 생성 이온에 기초하여 질량 스펙트럼을 생성하고/하거나 표시하는 분석 모듈에 연결된다. 일부 실시예들에서는, 화학적 이온화/드리프트 챔버(620)와 질량 분석기(644) 사이의 영역에서 추가 이온 광학(도시하지 않음)을 이용하여, 예를 들어, 질량 분석기(644)에 도달하는 시약 이온과 생성 이온의 레벨을 최적화한다. 이온 광학은 3요소 아인젤 렌즈의 포커스 개구의 형태를 취할 수 있다. The drift
도 7은 본 발명을 실시하는 비행시간형 질량 분석기 시스템(700)의 평면도이다. 시스템(700)은 이온을 시스템(700)에 공급하기 위한 이온 소스(704)를 포함한다. 이온 소스(704)는 예를 들어 화학적 이온화/드리프트 영역(508)의 화학적 이온화/드리프트 챔버(620)로부터 생성 이온과 시약 이온을 공급할 수 있다. 이온들은 이온 흐름을 통해 이온 소스(704)로부터 비행시간형 질량 분석기(708) 내로 이동하게 된다. 이온들은 비행시간형 질량 분석기(708)로부터 전기적으로 분리된 이온 추출 전극(도시하지 않음)의 이온 추출 오리피스(도시하지 않음)를 통해 비행시간형 질량 분석기(708)에 입력될 수 있다. 전위를 이온 추출 전극에 인가하여, 비행시간형 질량 분석기(708) 내의 이온들을 제어하기 위한 전자기계를 생성할 수 있다.7 is a plan view of a time-of-flight
비행시간형 질량 분석기(708)는 비행 챔버(708) 내의 압력을 확립하는 펌핑 시스템(712)과 유체 연통된다. 이온들은 이온 렌즈들(720)의 세트를 포함하는 이온 광학 조립체(716)를 향한다. 하나 이상의 전위를 이온 렌즈들(720)에 인가하여, 이온 빔의 형상을 규정하고 제어하는 전자기계를 제공한다. 예를 들어, 이온 렌즈들(720)은 이온 흐름의 가능한 궤적을 구속하고 이에 따라 이온 흐름을 포커싱하거나 보다 적은 부피를 통해 이온 유속을 증가시킨다. 또한, 이온 렌즈들(720)은 속도 스펙트럼의 가변성 또는 이온들의 분산을 저감시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 이온 렌즈들(720)은 하나 이상의 DC 전위가 인가되는 사중극 렌즈들과 같은 정전 렌즈들이다. 이온 렌즈들(720)은 이온 흐름의 방향으로(예를 들어, 궤적(728)을 따라) 공간 가변성을 최소화하도록 이온 흐름과 상호 작용하는 포커싱 계를 생성한다. 광학 조립체(716)는 예를 들어 이온 유속, 모멘텀, 또는 이온 유속의 속도를 증가시키도록 이온 빔 또는 흐름의 특성들을 최적화할 수 있다. 빔 특성의 이러한 개선에 의해, 질량 스펙트럼의 분해능과 질량 스펙트럼의 피크 검출이 개선될 수 있다. 질량 스펙트럼의 피크들은 특정한 질량 값을 갖는 특정 이온들의 아이덴티티 또는 양을 나타낸다. 질량 스펙트럼의 분해능과 스펙트럼 피크가 개선됨으로써 피크들과 스펙트럼 또는 신호 잡음 간의 차별이 개선될 수 있다.The time-of-
이온들은, 이온 빔 조절기(724)를 향하여, 집중된 흐름에서 광학 조립체(716)를 벗어난다. 이온 빔 조절기(724)는 비행 영역(732)을 통해 궤적(728)을 따르는 이온들의 흐름을 인터럽트하거나 조절하는 쵸퍼 조립체일 수 있다. 일부 실시예들에서, 이온 빔 조절기(724)는 구동 시스템(도시하지 않음)에, 예를 들어, 이온 빔 조절기(724)의 파라미터들을 제어하는 디지털 전자 제어 모듈에 연결된다. 이 파라미터들은 특정 인터럽션이나 흐름 패턴에 따라 제어될 수 있다. 이러한 파라미터들은 이온 빔 조절기의 교번 와이어들에 인가되는 양의 전압과 음의 전압을 포함하고, 그 결과로 전압들이 인가될 때 이온 산란이 발생하고 이에 따라 전위가 인가되지 않을 때 궤적(728)을 따라 이온들이 (또는 펄스로서) 방해 없이 흐르게 된다. 일부 실시예들에서, 인가되는 양의 전압과 음의 전압의 크기는 최적의 성능을 위해 조절될 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동 시스템은 특정 패턴, 예를 들어, 이온 빔 조절기 게이트가 특정의 시간을 두고서 반복적으로 열리고 닫히는 패턴에 따라 이온 빔 조절기(724)의 파라미터들을 제어한다. 또한, 구동 시스템은 의사 또는 비특정 패턴에 따라 이온 빔 조절기(724)의 파라미터들을 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동 시스템은 궤적(728)을 따르는 이온들의 펄스화 흐름을 생성할 수 있는 의사 난수 이진 배열에 기초한다. 일부 실시예들에서, 이온 빔 조절기(724)는 예를 들어 특정 흐름 패턴에 따라 펄스화 이온 흐름을 생성하도록 급속히 전환될 수 있는 이온 게이트이다. 적절한 이온 게이트의 일례로는 Bradbury-Nielsen 게이트가 알려져 있다. The ions leave the
이온들은 x축의 감소 방향으로 궤적(728)을 따라 그리고 제2 광학 시스템(736)을 향하여 이동한다. 광학 시스템(736)은, 이온들을 반사함으로써 궤적(728)의 방향에 영향을 끼치고 그리고/또는 이 궤적의 방향을 변경하는 리플렉트론(본 명세서에서는 부재 번호 736이라고도 칭함)일 수 있으며, 여기서 궤적(728a)의 경로는 궤적(728)의 경로와 대칭이며, 대칭축은 리플렉트론(736)의 중심을 통과한다. 일부 실시예들에서, 리플렉트론(736)은 반사된 궤적(728a)을 따라 이온 흐름을 반사 및/또는 경로 재설정하기 위한 정전 렌즈들의 세트(도시하지 않음)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 리플렉트론(736)은 서로 본딩된 저항성 유리관으로 된 두 개의 섹션으로 이루어진다. 그리드(도시하지 않음)는 리플렉트론(736)의 전면(730)에 위치하고 제2 그리드(738)는 본딩된 두 개의 관 섹션 간에 위치한다. 고정된 전위를 전면(730)에서, 관의 두 개의 섹션 간의 그리드에서, 그리고 리플렉트론(736)의 후면(734)에서 그리드에 인가할 수 있다. 이러한 구성에 의해 전극 구배가 이온 반사를 위한 관 내에 확립될 수 있다. 이온들은, 광학 시스템을 벗어난 후, 검출기(740)까지의 반사된 궤적(728a)을 추종한다.Ions travel along the
광학 시스템(736)은, 예를 들어, 획득된 질량 스펙트럼의 신호 피크들의 분해능을 증가시키도록 이온들이 비행 영역(732)에서 이동하는 경로 길이(1)를 증가시키는 데 사용될 수 있다. 경로 길이(1)는, 예를 들어, 궤적(728)과 반사 궤적(728a)의 각각의 길이의 합에 기초하여 알려져 있는 값 또는 결정된 값을 가질 수 있다. 이온들이 경로 길이(1)를 횡단하는 데 필요한 시간량은, 시약 이온 또는 생성 이온에 대한 질량 또는 질량 대 전하 비를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 경로 길이(1)를 횡단하는 데 필요로 하는 시간량은, 광학 시스템(716)에 의해 생성되는 전자기계의 영향 하의 가속 후, 비행 챔버(708)에서의 이온의 운동 에너지 또는 속도를 나타낸다. 이온이 경로 길이(l)를 횡단하는 데 소모되는 시간은 질량 또는 질량 대 전하 비를 결정하도록 로렌츠 힘 및 뉴튼의 제2법칙과 함께 사용될 수 있다. 또한, 광학 시스템(736)은 시약 이온과 생성 이온의 운동 에너지의 변동을 정정하는 데 사용될 수 있다. 비교적 높은 운동 에너지를 갖는 이온들은 비교적 낮은 운동 에너지를 갖는 이온들보다 (감소하는 x축 방향을 따라) 광학 시스템 내로 더 이동한다. 이러한 현상을 때때로 통과 또는 리플렉트론 통과라 칭한다. 궤적(728) 또는 반사 궤적(728a)의 초점에 또는 초점 근처에 검출기(740)를 위치시키는 것은 질량 스펙트럼에 대한 에너지 분포의 영향을 저감시킨다.The
이온 빔 조절기(724)의 서로 다른 펄스들로부터 비행 영역(732)을 통해 이동하는 이온들은 비행 영역(732)에서 혼합될 수 있어서, 검출기(740)에 의해 수신되는 신호에서 또는 검출기(740)에 의해 생성되는 질량 스펙트럼에서 신호 콘볼루션이 야기된다. 검출기(740)는, 질량은 동일하지만 광학 시스템(736)을 벗어나는 에너지가 서로 다른 이온들이 검출기에 의해 대략 동시에 수집되도록, 일반적으로 에너지 초점에 또는 에너지 초점 근처에 위치한다. 일부 실시예들에서, 검출기(740)는 적층된 마이크로채널 판형 검출기이다. 검출기(740)는 펄스 카운팅 모드에서 동작한다. 펄스 카운팅 모드는 개별적인 이온들이 비행 영역(732)을 통과한 후 검출기에 도달할 때 이러한 개별적인 이온들의 수집을 허용한다. 일부 실시예들에서, 검출기(740)는 신호 구별기, 증폭기, 및/또는 시간 대 디지털 변환기(TDC)와 함께 사용된다. Ions traveling through the
이온 빔 조절기(724)가 의사 난수 이진 배열형 펄스화를 채용하면, 검출기(740)에 의해 수집되는 이온들로부터 획득되는 신호는 통계적 신호 처리 기술과 같은 신호 처리 기술을 이용하여 디콘볼루션될 수 있다. 통계적 신호 처리 기술은 콘볼루션된 신호 또는 스펙트럼의 통계 분석에 기초하여 신호 또는 스펙트럼에 관한 정보를 제공한다. 획득한 신호를 디콘볼루션하기 위한 적절한 신호 처리 기술의 일례로는 최대 우도 신호 처리가 있다.If the
최대 우도 신호 처리는 통상적으로 측정된 이벤트에 기초하여 통계 계산을 수행한다. 예를 들어, i가 1 내지 N인 독립 변수(xi)와 종속 변수(yi)를 측정하기 위한 N개 이벤트의 집합에 대해서는, 측정된 데이터(xi, yi)로부터 합치 함수(fitting function)를 결정할 수 있다. 합치 함수는 i가 1 내지 m인 m개의 파라미터(ai)를 포함한다. 합치 함수는 의 형태로 각 이벤트에 대하여 기입될 수 있다. 각 이벤트에 대하여, y(xi) 합치 함수는 정규화 확률 밀도 함수인 로 변환될 수 있다. 확률 밀도 함수(Pi)는 xi의 관찰 값에서 계산될 수 있다. 우도 함수 는 이도록 개별 확률 밀도들의 적(product)이고, 다양한 파라미터들(ai)의 최대 우도 값들은 그 파라미터들에 대하여 우도 함수 를 최소화함으로써 얻을 수 있다. Maximum likelihood signal processing typically performs statistical calculations based on measured events. For example, i is consistent from one to N of the independent variable (x i) and the N for the set of events, the data (x i, y i) measurement for measuring the dependent variable (y i) function (fitting function). The match function includes m parameters ai, where i is 1 to m. The match function is It can be written for each event in the form of. For each event, the y (x i ) match function is a normalized probability density function Lt; / RTI > A probability density function (P i) may be calculated from the observed values of x i. Likelihood function The Is the product of the individual probability densities, and the maximum likelihood values of the various parameters a i are the likelihood functions for those parameters. By minimizing
일부 실시예들에서, 비행시간형 질량 분석기(700)는 콘볼루션된 신호 또는 스펙트럼을 생성하도록 이온 빔 조절기(724)의 의사 난수 이진 배열 펄스화를 이용하여 동작한다. 이어서, 콘볼루션된 신호 또는 스펙트럼은 최대 우도 신호 처리를 이용하여 디콘볼루션된다. 이 모드에서 사용시, 이온 빔 조절기(724)는 이온들이 전체 이용가능 시간의 약 50% 동안 통과할 수 있게 하고, 전체 이용가능 이온들의 약 50%가 비행 영역(732)을 통과할 수 있게 한다. 이러한 비행시간형 질량 분석기의 "높은 듀티 사이클" 동작은 향상된 신호 대 잡음, 개선된 감도 및 보다 넓은 동적 범위의 면에서 볼 때 성능 이점을 제공한다. 일부 실시예들에서, 비행시간형 질량 분석기(700)는, 이온 빔 조절기(724)의 단일 펄스로부터의 모든 이온들이 이온 빔 조절기의 후속 펄스가 트리거되기 전에 검출기(740)에 의해 수집되는 단일 펄스 모드에서 동작한다.In some embodiments, the time-of-
비행시간형 질량 분석기(700)의 높은 듀티 사이클 동작에 의해 제공되는 이점에 더하여, 최대 우도 신호 처리도 다른 신호 디콘볼루션 방법에 비해 추가 성능 개선을 제공한다. 최대 우도 신호 처리는 신호 잡음을 가우스 잡음이 아닌 푸아송 잡음으로서 취급한다. 또한, 최대 우도 신호 처리는 실제 계기 응답 함수를 참조할 수 있으며, 예를 들어, 이상적인 계기 응답 함수가 아닌 실제 이온 빔 조절기 펄스 형상을 참조할 수 있다. 이러한 성능 개선은 신호 대 잡음 및 동적 범위의 추가 향상뿐만 아니라 증가된 신호 분해능도 용이하게 한다. In addition to the benefits provided by the high duty cycle operation of the time-of-
일부 실시예들에서, 최대 우도 신호 처리는 데이터 분석 모듈(도시하지 않음)에 의해 수행된다. 또한, 데이터 분석 모듈을 이용하여, 예를 들어, 룩업 테이블 또는 단일변수나 다변수 확률법에 기초하여 질량 스펙트럼의 종을 식별할 수 있다. 일부 실시예들에서, 데이터 분석 모듈은 다변수 통계 분석에 기초할 수 있다. 적절한 다변수 통계 분석으로는, 예를 들어, Hotelling형 분석이나 DModX형 분석을 이용하는 주성분 분석 또는 부분 최소 제곱 판별 분석(PLS-DA)이 있다. 일부 실시예들에서는, 데이터 분석 모듈을 이용하여, 샘플 데이터를 해석하여 샘플이 특정 모집단과 연관 있는지를 결정한다. 일부 실시예에서, 데이터 분석 모듈은 시스템의 진단 출력을 감시하여 예를 들어 도 1의 시스템(100)과 같은 시스템에 결함이 발생하였는지를 결정한다. In some embodiments, maximum likelihood signal processing is performed by a data analysis module (not shown). In addition, the data analysis module can be used to identify species of the mass spectrum based, for example, on the basis of lookup tables or univariate or multivariate probability methods. In some embodiments, the data analysis module can be based on multivariate statistical analysis. Suitable multivariate statistical analyzes include, for example, principal component analysis or partial least squares discriminant analysis (PLS-DA) using Hotelling or DModX analysis. In some embodiments, the data analysis module is used to interpret the sample data to determine if the sample is associated with a particular population. In some embodiments, the data analysis module monitors the diagnostic output of the system to determine if a fault has occurred in a system, such as
본 명세서에서 설명한 질량 분석 시스템 및 기술에 대한 많은 응용이 존재한다. 구체적으로, 미소 양이나 농도로 휘발성 유기 화합물을 검출할 수 있다. 미소 휘발성 유기 화합물을 실시간으로 검출하고 식별하는 증가된 감도 및 기능에 의해, 본 명세서에서 설명한 시스템과 방법에 대한 다양한 응용이 제공된다. 특정 응용으로는 가스(예를 들어, 환경 대기, 밀폐 공간으로부터의 가스, 가스 공급원으로부터의 가스, 고체 샘플이나 컨테이너로부터 방출된 가스, 또는 음식이나 음료 제품 위의 헤드스페이스의 가스)의 샘플링이 있다. 이어서, 샘플링된 가스를 가스 샘플 입구 포트에 도입하여 시약 이온들과 상호 작용시켜 생성 이온들을 형성한다. 휘발성 유기 화합물의 구체적인 응용 및 검출은 가스 샘플 입구 포트가 어떻게 그리고 어디에 위치하는지에 관련된다.There are many applications for the mass spectrometry systems and techniques described herein. Specifically, the volatile organic compound can be detected by a minute amount or concentration. The increased sensitivity and ability to detect and identify microvolatile organic compounds in real time provides a variety of applications for the systems and methods described herein. Specific applications include sampling of gases (eg, environmental atmospheres, gases from confined spaces, gases from gas sources, gases released from solid samples or containers, or gas from headspaces on food or beverage products). . The sampled gas is then introduced to the gas sample inlet port to interact with the reagent ions to form product ions. Specific applications and detection of volatile organic compounds relate to how and where gas sample inlet ports are located.
일부 실시예들에서, 가스 샘플 입구 포트는 가스 샘플 입구 포트를 해당 분야의 요구에 맞추는 특정 응용 특징을 포함한다. 예를 들어, 의료 진단 분야에 있어서, 가스 샘플 입구 포트는 사람의 코와 입을 덮는 얼굴 마스크에 연결될 수 있다. 가스 샘플 입구 포트 또는 얼굴 마스크도 박테리아 필터를 포함할 수 있다. 입자들을 함유하는 환경으로부터 샘플링을 행하는 분야에서는, 예를 들어, 입자 필터를 샘플 라인 또는 가스 샘플 입구 포트 내에 통합해도 된다. 응결될 수 있는 종들을 기상 샘플이 함유하는 응용에서는, 히터를 시스템(예를 들어, 샘플 라인) 내에 통합하여 샘플 라인을 특정 온도까지 가열해도 된다. In some embodiments, the gas sample inlet port includes specific application features that tailor the gas sample inlet port to the needs of the art. For example, in the field of medical diagnostics, a gas sample inlet port may be connected to a face mask that covers a person's nose and mouth. The gas sample inlet port or face mask may also include a bacterial filter. In the field of sampling from an environment containing particles, for example, a particle filter may be integrated into the sample line or gas sample inlet port. In applications where the vapor phase sample contains condensable species, the heater may be integrated into the system (eg, sample line) to heat the sample line to a specific temperature.
샘플 가스 컬렉터의 예로는, 가스가 가스 샘플 입구 포트 내로 전달되게 하는 출구 포트를 포함하는, 컨테이너, 용기, 또는 진공 기반 제품이 있다. 가스 컬렉터는 가스가 발견되는 환경에서 가스를 수집할 수 있고, 추후 분석을 위해 그 가스를 저장할 수 있으며, 이 경우 컬렉터는 비교적 가스가 침투할 수 없는 것이다. 일부 실시예들에서, 가스 컬렉터는 실시간 검출 및/또는 감시를 위해 가스 샘플 입구 포트 내로 그리고 드리프트 챔버 내로 공급을 행하는 출구 포트를 포함한다.Examples of sample gas collectors are containers, containers, or vacuum based products that include an outlet port that allows gas to be delivered into a gas sample inlet port. The gas collector can collect the gas in the environment in which it is found and store it for later analysis, in which case the collector is relatively incapable of gas penetration. In some embodiments, the gas collector includes an outlet port for supplying into the gas sample inlet port and into the drift chamber for real time detection and / or monitoring.
이하에서 설명하는 질량 분석 시스템 및 방법을 위한 다양한 응용은 본 발명의 사상과 범위 내에 있다. 전술한 질량 분석 기술들을 위한 응용들 중 한 카테고리는 환경 대기를 포함하는 공기 중의 휘발성 유기 화합물의 미소 레벨 농도의 측정이다. 환경 대기는 (예를 들어, 가스 샘플 입구 포트를 환경 대기에 가깝게 위치시킴으로써) 밀폐 공간 또는 비-밀폐 공간으로부터 샘플링될 수 있다.Various applications for the mass spectrometry systems and methods described below are within the spirit and scope of the present invention. One category of applications for the mass spectrometry techniques described above is the measurement of the micro level concentration of volatile organic compounds in air, including the environmental atmosphere. The environmental atmosphere can be sampled from an enclosed space or a non-enclosed space (eg, by placing the gas sample inlet port close to the environmental atmosphere).
휘발성 유기 화합물은 도시와 마을 내의 그리고/또는 산업 부지에 가까운 곳에서의 차량 방출 또는 오염 물질의 검출을 위해 도시 영역에서 감시될 수 있다. 이들은 때때로 인위개변적 VOC라 칭한다. 예를 들어, 산업 부지는 화학 공장, 폐기물 소각장, 철강 및/또는 시멘트 생산 시설을 포함할 수 있다. 산업 시설들은, 다이옥신 서로게이트 (및 다이옥신계 화합물), 푸란 (및 푸란계 화합물), 클로로페놀, 나프탈렌, 벤젠, 톨루엔, 에틸렌, 크실렌(통합적으로 BTEX라 함) 종들과 같은 VOC를 방출할 수 있다. 또한, VOC 또는 도시 유해 공기 오염 물질은, VOC 개시제 또는 비-메탄 유기 화합물 개시제와 같은 특정 프로그램에 응답하여, 미국의 Environmental Protection Agency 또는 다른 국가의 Ministry for the Environment(MfE)와 같은 규제 기관에 의해 식별된다.Volatile organic compounds can be monitored in urban areas for detection of vehicle emissions or pollutants in cities and towns and / or close to industrial sites. These are sometimes referred to as anthropogenic VOCs. For example, industrial sites may include chemical plants, waste incinerators, steel and / or cement production facilities. Industrial facilities may emit VOCs such as dioxin surrogate (and dioxin based), furan (and furan based), chlorophenol, naphthalene, benzene, toluene, ethylene, xylene (collectively referred to as BTEX) species. . In addition, VOCs or municipal hazardous air pollutants may, in response to certain programs such as VOC initiators or non-methane organic compound initiators, be regulated by regulatory agencies such as the United States Environmental Protection Agency or other Ministry for the Environment (MfE). Is identified.
일부 실시예들에서, 가스 샘플 입구 포트를 폐기물 소각장 또는 굴뚝 근처에 위치시키는 것은 방출을 저감하기 위한 실시간 감시 및 조절(예를 들어, 실시간 피드백)에 유용하다. 이러한 실시간 감시는 연소 프로세스를 최적화하도록 그리고 스크러버의 정해진 효율을 확인하는 데에도 유용하다.In some embodiments, positioning the gas sample inlet port near a waste incinerator or chimney is useful for real time monitoring and regulation (eg, real time feedback) to reduce emissions. This real-time monitoring is also useful for optimizing the combustion process and for verifying the scrubber's stated efficiency.
일부 실시예들에서, 가스 샘플 입구 포트는 밀폐 공간에서의 공기 중의 VOC 함유량을 감시하도록 밀폐 공간에 위치한다. 밀폐 공간의 예로는, 빌딩 내, 차량 내, 그리고 항공기 선실이 있다. 가스는 환경 규제(예를 들어, 직업상 안전 및 건강 규제)의 고수를 확인하도록 작업공간 위치(예를 들어, 반도체 제조 시설 또는 공장의 청정실)로부터 샘플링될 수 있다. 또한, 가스 샘플 입구 포트는 주변 공기 제어를 위해, "빌딩 증후군"을 조사하기 위해, 누수 빌딩을 비롯한 빌딩 물질의 열화를 검출하기 위해, 그리고 빌딩 내에서의 소비자 제품(예를 들어, 코팅과 물질에 의해 방출되는 연기)의 테스트를 위해, 건물의 공조 및 여과 시스템의 실시간 감시 및 검출에 사용될 수 있다. In some embodiments, the gas sample inlet port is located in a confined space to monitor the VOC content in the air in the confined space. Examples of enclosed spaces are in buildings, in vehicles, and aircraft cabins. The gas may be sampled from a workspace location (eg, a clean room in a semiconductor manufacturing facility or factory) to confirm adherence to environmental regulations (eg, occupational safety and health regulations). In addition, the gas sample inlet port may be used to control ambient air, to investigate “building syndrome”, to detect deterioration of building materials, including leaky buildings, and in consumer products (eg, coatings and materials within a building). Can be used for real-time monitoring and detection of air conditioning and filtration systems in buildings.
본 명세서에서 설명한 질량 분석법을 이용하여, 예를 들어 , 비도시(non-urban), 시골, 또는 원격 위치에 있는 숲 및/또는 식물이 방출하는 VOC를 감시 및 검출할 수 있다. 통상적으로, 이러한 유형의 VOC는 자연적(biogenic) VOC로 알려져 있다. 일부 실시예들에서, 가스는 (예를 들어, 오염 지역으로부터 또는 오염 지역 주위로부터 취해진 토양 샘플의 VOC를 테스트하도록) 토양 샘플을 함유하는 용기의 헤드스페이스로부터 샘플링된다. 질량 분석 기술은, 쓰레기매립지, (집중적인 동물 시료주기 작업을 포함하는) 가축 농장 지역, 및/또는 수계에 의해 방출되는 가스를 감시, 검출, 및 분석하는 데 사용될 수 있다.The mass spectrometry described herein can be used to monitor and detect VOCs emitted by forests and / or plants, eg, in non-urban, rural, or remote locations. Typically, this type of VOC is known as a biogenic VOC. In some embodiments, the gas is sampled from the headspace of the container containing the soil sample (eg, to test the VOC of the soil sample taken from or around the contaminated area). Mass spectrometry techniques can be used to monitor, detect, and analyze gaseous emissions from landfills, livestock farm areas (including intensive animal sample cycle operations), and / or water systems.
비-밀폐 공간에서는, 황화수소(H2O)를 포함한 관심 대상인 방출이나 기타 가스의 VOC 함유량을 감시 및/또는 정량화하도록 자동차 또는 항공기 엔진 배기관으로부터 하측으로 가스 샘플 입구 포트를 위치시킬 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 기술들은 대기 가스를 얻도록 가스 샘플 입구 포트를 위치시킴으로써 대기 화학 및/또는 대기 조성의 연구에도 적용가능하다. 이러한 가스들은, 동중 원소 화합물들을 포함할 수 있는 이차 유기 에어로졸의 형성으로 이어지는 광산화 프로세스 및/또는 기타 메커니즘을 연구하고 평가하도록 분석된다. In non-enclosed spaces, gas sample inlet ports can be located downstream from the vehicle or aircraft engine exhaust to monitor and / or quantify the VOC content of emissions or other gases of interest, including hydrogen sulfide (H 2 O). The techniques described herein are also applicable to the study of atmospheric chemistry and / or atmospheric composition by placing a gas sample inlet port to obtain atmospheric gas. These gases are analyzed to study and evaluate the photooxidation process and / or other mechanisms that lead to the formation of secondary organic aerosols that may include isotope compounds.
본 명세서에서 설명하는 기술들은 음식 및 음료 산업에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 음식이나 음료 제품 위의 헤드스페이스는 질량 분석법을 이용하여 분석될 수 있는 가스들을 함유한다. 헤드스페이스는 밀폐 공간(예를 들어, 밀봉된 컨테이너 내부) 또는 비-밀폐 공간에 있을 수 있다.The techniques described herein can also be applied to the food and beverage industry. For example, the headspace on a food or beverage product contains gases that can be analyzed using mass spectrometry. The headspace may be in a closed space (eg inside a sealed container) or in a non-closed space.
음식 및 음료 응용의 예로는, 커피, 올리브 오일, 낙농 제품, (가금 및 돼지고기를 포함하는) 고기 제품, 생선 제품, 허브 및 양념, 맥주, 와인, 및 기타 알콜 음료와 같은 다양한 식품의 향기들 및/또는 아로마들의 감시, 식별, 및 그룹화가 있다. 가스의 향기들은 서로 다른 향기들에 기여하는 VOC 성분들에 기초하여 결정되고 그리고/또는 식별될 수 있다. 화학적 이온화 반응 및/또는 양자 전이 반응 질량 분석을 이용하여, 예를 들어, 음식에서의 박테리아 활동성의 결과로 생성되는 VOC의 분석을 통해 음식 부패 및/또는 상함을 감시할 수 있다. 본 명세서에서의 질량 분석법은, 제품 안전성과 유통 기한의 결정에 도움을 줄 뿐만 아니라 음식(예를 들어, 빵)의 신선도를 결정하고, 품질 보증과 품질 제어를 제공하는 데에도 사용될 수 있다. 질량 분석 기술들은, 혼합, 융합(blending), 로스팅, 쿠킹을 비롯한 음식 생산의 프로세스를 감시하고 특정의 일괄처리(batch) 음식이 유통이나 소비에 부적절한지를 결정하는 데 사용될 수 있다. Examples of food and beverage applications include the aromas of various foods such as coffee, olive oil, dairy products, meat products (including poultry and pork), fish products, herbs and condiments, beer, wine, and other alcoholic beverages. And / or monitoring, identification, and grouping of aromas. The fragrances of the gas can be determined and / or identified based on the VOC components that contribute to the different fragrances. Chemical ionization reactions and / or quantum transfer reaction mass spectrometry can be used to monitor food decay and / or spoilage, for example, through analysis of VOCs resulting from bacterial activity in food. Mass spectrometry herein can be used to help determine product safety and shelf life, as well as to determine the freshness of food (eg, bread), and to provide quality assurance and quality control. Mass spectrometry techniques can be used to monitor the process of food production, including mixing, blending, roasting, and cooking, and to determine whether a particular batch of food is inappropriate for distribution or consumption.
음식 및 음료 산업 내에서는, 질량 분석을 이용하여 음식 패키징으로부터 음식 내의 오염 물질(예를 들어, 잔류 용매 또는 플라스틱 음식 패키징으로부터 발생하는 오염물)을 검출할 수 있다. 본 명세서의 질량 분석 기술들은 수용성 및 지용성 방부제 및/또는 다양한 음식들에서 사용되는 기타 음식 첨가물을 테스트하는 데 적용될 수 있다. Within the food and beverage industry, mass spectrometry can be used to detect contaminants in food from food packaging (eg, contaminants resulting from residual solvents or plastic food packaging). The mass spectrometry techniques herein can be applied to test water soluble and fat soluble preservatives and / or other food additives used in a variety of foods.
화학적 이온화 반응 및/또는 양자 전이 반응 질량 분석기도 의료 및 건강관리 분야에서 진단이나 예측을 위한 계기로서 적용될 수 있다. 예를 들어, 가스 샘플 입구 포트는 인간의 호흡을 수집하여 질량 분석 시스템에 제공하도록 인간의 입에 가깝게 위치할 수 있다. 호흡의 VOC는 특정 질병의 존재 또는 환자 내의 물리적 상태를 나타낼 수 있다. VOC를 포함하는 호흡 분석의 응용은 여러 가지가 있다. 예를 들어, 특정 알칸이나 벤젠 유도체를 검출함으로써 호흡을 분석하여, 예를 들어, 폐암과 같은 암의 다양한 유형들을 검진할 수 있다. 또한, 폐결핵, 당뇨병, (예를 들어, 골수 환자의) 곰팡이 감염, 정신 분열증, 및/또는 조울증과 같은 기타 상태에 대하여, 이들의 환자의 호흡에서의 VOC 종과 양에 기초하여 호흡을 분석할 수 있다.Chemical ionization reactions and / or quantum transfer reaction mass spectrometers can also be applied as an instrument for diagnosis or prediction in the medical and healthcare fields. For example, the gas sample inlet port may be located close to the human mouth to collect human breath and provide it to the mass spectrometry system. VOC of respiration may indicate the presence of a particular disease or physical condition within a patient. There are several applications of respiratory analysis involving VOCs. For example, respiration may be analyzed by detecting specific alkanes or benzene derivatives to screen for various types of cancer, such as, for example, lung cancer. In addition, for other conditions such as pulmonary tuberculosis, diabetes, fungal infections (e.g., in bone marrow patients), schizophrenia, and / or mood swings, breathing may be analyzed based on the VOC species and amount in their patients' breaths. Can be.
또한, 본 명세서에서 설명하는 질량 분석법은 신장이나 기타 신장 기능을 감시하는 데 사용될 수 있다. 낭포성 섬유증을 겪는 인간의 호흡은 박테리아 감염이 존재할 때 특정 VOC를 포함할 수 있으며, 감염을 진단할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인간의 호흡은 장기 이식 거부를 나타내는 특정 VOC를 포함한다. 또한, 인간의 호흡은, 전술한 분석법에 의해 검출될 수 있는 경기력 강화 약물을 미소 농도로 포함할 수 있다. 또한, 호흡 분석 및 VOC의 검출은 운동선수와 환자를 위한 다이어트와 식이 요법에 맞추도록 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 질량 분석기를 이용하여 인간 호흡에 대한 VOC 분석을 행함으로써, 신진 대사의 평가와 감시, 및 갑상선 문제의 진단이 가능해진다. In addition, the mass spectrometry described herein can be used to monitor kidney or other kidney function. Respiration of a human suffering from cystic fibrosis may include certain VOCs in the presence of a bacterial infection and may diagnose the infection. In some embodiments, human breathing includes a specific VOC that indicates organ transplant rejection. In addition, human breathing may include microenhancing drugs that can be detected by the foregoing assays. In addition, respiratory analysis and detection of VOCs can be used to tailor diets and diets for athletes and patients. By performing VOC analysis on human respiration using the mass spectrometer described herein, it is possible to evaluate and monitor metabolism and diagnose thyroid problems.
화학적 이온화 반응 및/또는 양자 전이 반응 질량 분석법은 보안, 바이오 보안, 과학 수사 및 범죄자 연구 분야에 적용된다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명하는 시스템과 방법은, 폭발 물질, 화학 무기 작용제(CWA), 및/또는 전장(battlefield) 가스, (방화 수사 시) 화재 촉진제, 시신의 위치를 감시하고 검출하는 데 사용될 수 있다. 또한, 가스 샘플 입구 포트는 인간 호흡을 수집하여 CWA나 전장 가스에 대한 노출을 검진하도록 위치할 수 있다. 질량 분석법은, 각기 다른 체액들(예를 들어, 범죄 현장에서 수집한 증거)의 특징인 특정 VOC를 검출하고 분석하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 개념은, 호흡 분석을 통해 또는 남용 약물을 함유하는 것으로 의심되는 컨테이너에 가스 샘플 입구 포트를 연결함으로써 마약 및/또는 남용 약물의 검진 및 검출에도 적용가능하다. 더 일반적으로, 가스 샘플 입구 포트는 바이오 보안 위협을 가하는 물질이나 재료(예를 들어, 탄저병이나 포자)를 특징으로 하는 VOC를 검출하도록 선적 컨테이너 또는 패키지에 연결될 수 있다.Chemical ionization reactions and / or quantum transfer reaction mass spectrometry are applied in the fields of security, biosecurity, forensic investigation and criminal research. For example, the systems and methods described herein may be used to monitor and detect the location of explosives, chemical weapon agents (CWAs), and / or battlefield gases, fire accelerators (on fire investigations), and bodies. Can be used. In addition, the gas sample inlet port may be positioned to collect human respiration and detect exposure to CWA or electrical field gas. Mass spectrometry can be used to detect and analyze specific VOCs that are characteristic of different body fluids (eg, evidence collected at a crime scene). The concepts described herein are also applicable to the detection and detection of drugs and / or drugs of abuse through respiratory analysis or by connecting gas sample inlet ports to containers suspected of containing drugs of abuse. More generally, the gas sample inlet port may be connected to a shipping container or package to detect a VOC characterized by a material or material (eg, anthrax or spores) that poses a biosecurity threat.
또한, 전술한 기술들을 이용하여, VOC의 존재에 의해 입증되는 농업 해충과 병원균 오염에 대하여 농작물을 감시할 수 있다. 예를 들어, 가스 샘플 입구 포트는 곡물의 곰팡이 독소(진균독)의 존재를 검출하도록 곡물 근처에 위치할 수 있다. 또한, 화학적 이온화 반응 및/또는 양자 전이 반응 질량 분석을 이용하여 수확 후 (예를 들어, 음식 및 음료 생산 회사에 유통되기 전) 농작물의 곰팡이류 또는 곤충을 검출할 수 있다.In addition, the techniques described above can be used to monitor crops for agricultural pests and pathogen contamination as evidenced by the presence of VOCs. For example, a gas sample inlet port may be located near the grain to detect the presence of fungal toxins (fungal poisons) in the grain. Chemical ionization reactions and / or quantum transfer reaction mass spectrometry can also be used to detect fungi or insects of crops after harvesting (eg, before distribution to food and beverage production companies).
화학적 이온화 반응 및/또는 양자 전이 반응 질량 분석 응용은, 예를 들어, 제품 개발 단계 동안 제품의 분석 및 테스트와 같은 화장품, 세면도구, 소비자 제약 산업에도 존재한다. 또한, 생산 프로세스 동안 질량 분석법을 채용하여 출시 전에 임의의 결함이나 결함 있는 제품을 검출할 수 있다.Chemical ionization reactions and / or quantum transfer reaction mass spectrometry applications also exist in the cosmetic, toiletry, and consumer pharmaceutical industries, such as, for example, analysis and testing of products during the product development phase. In addition, mass spectrometry can be employed during the production process to detect any defects or defective products prior to release.
화장품, 세면도구, 소비자 제약 산업으로부터의 응용 예로는, 특정 향(예를 들어, 향수, 발한 억제제, 냄새 제거제)에 기여하는 VOC 성분의 식별에 기초하는 향 연구 및 개발이 있다. 본 명세서에서 설명하는 개념은 (예를 들어, 테스트 사용 중 또는 연구실 환경에서의 사용 중 VOC 함유량을 감시하고 VOC 레벨을 검출하도록) 세면도구와 소비자 제품의 개발 및 테스트에도 적용가능하다. 이러한 제품으로는, 구강 청결제, 치약, 비누, 살균 연고, 크림, 냄새 제거제, 발한 억제제가 있다. 구강 위생 제품도 호흡 분석을 이용하여 분석 및 감시될 수 있다. 음식과 음료 산업처럼, 화학적 이온화 반응 및/또는 양자 전이 반응 질량 분석은, 제품 안정성 및/또는 저장 수명의 평가를 비롯하여, 화장품, 세면도구, 소비자 제약 제품을 위해 일반적인 품질 제어 및/또는 품질 보장 프로그램에 사용될 수 있다.Examples of applications from the cosmetics, toiletries, and consumer pharmaceutical industries are perfume research and development based on the identification of VOC components contributing to certain flavors (eg, perfumes, antiperspirants, odor removers). The concepts described herein are also applicable to the development and testing of toiletries and consumer products (eg, to monitor VOC content and detect VOC levels during test use or in laboratory environments). Such products include mouthwashes, toothpastes, soaps, sterile ointments, creams, deodorants, antiperspirants. Oral hygiene products can also be analyzed and monitored using respiratory assays. Like the food and beverage industry, chemical ionization reactions and / or quantum transfer reaction mass spectrometry, including evaluation of product stability and / or shelf life, are common quality control and / or quality assurance programs for cosmetics, toiletries and consumer pharmaceutical products. Can be used for
화학적 이온화 반응 및/또는 양자 전이 반응 질량 분석을 위한 추가 응용이 존재한다. 예를 들어, 설명한 개념은 발효 프로세스 동안 생성되는 VOC를 감시하고 식별하는 생물 약제 산업에서의 프로세스 감시 및 제어에 이용될 수 있다. 일부 규제 기관들(예를 들어, ASTM International)은 생물 약제품의 품질, 안전성, 효율을 개선하는 목표를 발표하였다. 제조 프로세스 동안 온라인 분석을 위해 샘플을 수집하도록 가스 샘플 입구 포트를 위치시키는 것은 이러한 규제 목표를 발전시킨다.Further applications exist for chemical ionization reactions and / or quantum transfer reaction mass spectrometry. For example, the described concepts can be used for process monitoring and control in the biopharmaceutical industry to monitor and identify VOCs generated during the fermentation process. Some regulatory bodies (eg, ASTM International) have announced goals for improving the quality, safety and efficiency of biopharmaceutical products. Positioning gas sample inlet ports to collect samples for on-line analysis during the manufacturing process further develops this regulatory goal.
일부 실시예들에서, 질량 분석법은 식물 잎 상해 및 방어 메커니즘에 연관된 VOC를 미소 농도로 검출하도록 생물학적 연구용으로 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가스 샘플 입구 포트는 예를 들어 탄화수소 기둥과 같은 가스 공급원으로부터 샘플을 수집하도록 위치한다. 공급 가스의 VOC 함유량은 전술한 방법들에 따라 결정된다. 탄화수소 기둥은 오일 및/또는 가스 피착물을 나타낼 수 있으며, 본 명세서에서 질량 분석 기술은 석유 탐사에 사용될 수 있다. 또한, 자동차 산업의 촉매 성능의 분석과 최적화에 있어서 화학적 이온화 반응 및/또는 양자 전이 반응 질량 분석을 이용할 수 있다. 이러한 응용에 있어서, 가스 샘플 입구 포트는 예를 들어 비교를 위해 전-촉매와 후-촉매 가스 종들 모두를 수집하도록 위치한다. 다른 응용은, 당업자에게 자명할 것이며, 본 발명의 사상과 범위 내에 있다.In some embodiments, mass spectrometry can be used for biological research to detect at low concentrations of VOCs associated with plant leaf injury and defense mechanisms. In some embodiments, the gas sample inlet port is positioned to collect the sample from a gas source such as, for example, a hydrocarbon column. The VOC content of the feed gas is determined according to the methods described above. Hydrocarbon pillars may represent oil and / or gas deposits, and mass spectrometry techniques herein may be used for petroleum exploration. In addition, chemical ionization reactions and / or quantum transition reaction mass spectrometry can be used in the analysis and optimization of catalyst performance in the automotive industry. In this application, the gas sample inlet port is positioned to collect both pre-catalyst and post-catalyst gas species, for example for comparison. Other applications will be apparent to those skilled in the art and are within the spirit and scope of the present invention.
일부 실시예들에서는, 본 발명의 원리를 포함하는 분석기를 전자 코 시스템의 컴포넌트로서 사용한다. 일부 실시예들에서, 전자 코 시스템은 분석기에 의해 출력되는 신호들을 분석하기 위한 분석 모듈도 포함한다. 전자 코 시스템은 복수의 성분을 포함하는 고체 또는 액체 물질 위의 헤드스페이스에 있는 기체와 가스를 포함하여 기체와 가스를 분석하는 데 사용될 수 있다. 분석 모듈은 분석기에 의해 출력되는 신호들을 분석하고, 샘플 내의 특정 성분들을 식별할 수 있다. 또한, 분석 모듈은 존재하는 종들의 전체적 지문 분석을 수행하며(즉, 화학적 서명을 얻는다), 이는 이전에 저장된 정보의 다른 물질들로부터의 지문과 비교된다.In some embodiments, an analyzer that incorporates the principles of the present invention is used as a component of an electronic nose system. In some embodiments, the electronic nose system also includes an analysis module for analyzing the signals output by the analyzer. The electronic nose system can be used to analyze gases and gases, including gases and gases in the headspace on a solid or liquid material comprising a plurality of components. The analysis module may analyze the signals output by the analyzer and identify specific components in the sample. In addition, the analysis module performs a global fingerprint analysis of the existing species (ie, obtains a chemical signature), which is compared with fingerprints from other substances of previously stored information.
일부 실시예들에서, 분석 모듈은, 예를 들어, 샘플들을 특징짓고 비교하도록 다수의 샘플 파라미터(예를 들어, 소정의 냄새와 향기를 특징짓는 많은 VOC 성분 피크)를 처리하는 데 특히 유용한, 다변수 분석 알고리즘, 패턴 인식 알고리즘 또는 신경망 알고리즘을 구현하는 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 예를 들어, 다변수 분석 기술은 하나보다 많은 통계 변수의 관찰 및 분석에 유용하며, 간단한 비교를 행할 수 있도록 복잡한 지문으로부터의 데이터를 저감시킬 수 있다. 이 방안을 이용함으로써, 유사한 향기들과 냄새들을 그룹화할 수 있으며, 이상치(outlier)들을 식별하고 강조할 수 있다.In some embodiments, the analysis module is particularly useful for processing multiple sample parameters (e.g., many VOC component peaks that characterize a given odor and aroma) to characterize and compare the samples, for example. And a computer processor implementing a variable analysis algorithm, pattern recognition algorithm, or neural network algorithm. For example, multivariate analysis techniques are useful for the observation and analysis of more than one statistical variable and can reduce data from complex fingerprints to allow simple comparisons. By using this approach, similar scents and scents can be grouped and outliers identified and highlighted.
흔히 대량의 성분(예를 들어, 복수의 서로 다른 VOC 종)으로 구성되는 음식과 음료에 의해 방출되는 VOC의 전체적 지문을 분석하는 데 전자 코 시스템을 사용하였다. 예를 들어, 냄새는, 각각이 특정한 크기와 형상을 갖는 분자들로 구성된다. 이 분자들의 각각은 인간의 코에 대응하는 크기와 형상의 수용기를 갖는다. 분석기를 이용하여 냄새 샘플 내의 서로 다른 많은 분자들을 고유하게 지문화할 수 있다. 전자 코 시스템에 대한 추가 응용으로는, 의료 진단을 위해 질병에 특정되는 냄새의 검출, 및 환경 보호를 위해 오염원과 가스 누출의 검출이 있다. 일부 실시예들에서, 전자 코 시스템은, 분석 모듈에 의해 분석되는 신호들을 출력하는 추가 센서들(예를 들어, 금속 산화물 반도체(MOS), 도전성 폴리머(CP), 석영 결정 미량 천평 및 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 센서들을 포함하는) 하나 이상의 가스 센서)을 포함한다.Electronic nose systems have often been used to analyze the overall fingerprint of VOCs released by food and beverages, which often consist of large amounts of components (eg, a plurality of different VOC species). For example, odors are composed of molecules, each of a specific size and shape. Each of these molecules has receptors of size and shape corresponding to the human nose. The analyzer can be used to uniquely fingerprint many different molecules in an odor sample. Further applications for electronic nose systems include detection of disease-specific odors for medical diagnosis, and detection of pollutants and gas leaks for environmental protection. In some embodiments, the electronic nose system includes additional sensors that output signals analyzed by the analysis module (eg, metal oxide semiconductor (MOS), conductive polymer (CP), quartz crystal trace balance and field effect transistors). One or more gas sensors (including MOSFETs).
특정 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자라면 청구범위에 의해 규정되는 바와 같이 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 형태와 상세에 있어서 다양한 변경을 행할 수 있다는 것을 이해할 것이다.While the invention has been described with reference to specific embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the claims.
Claims (79)
기상 시약(reagent vapor)을 플라즈마 챔버에 공급하는 단계와,
일정 수의 시약 이온을 형성하기 위해 공동(cavity)으로부터 상기 플라즈마 챔버 내 상기 기상 시약에 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지를 전송함으로써 마이크로파 또는 고주파 RF 플라즈마를 생성하는 단계와,
상기 일정 수의 시약 이온을 드리프트 챔버로 향하게 하는 단계와,
상기 드리프트 챔버에서 상기 일정 수의 시약 이온을 상기 비이온화 샘플 가스의 하나 이상의 성분과 상호작용시켜 하나 이상의 생성 이온을 생성하는 단계와,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온을 사중극(quadrupole) 또는 비행시간형 질량 분석기 모듈로 향하게 하는 단계와,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 질량 또는 피크 강도 중 적어도 하나에 대한 값을 상기 질량 분석기 모듈에 의해 결정하는 단계
를 포함하는, 방법.Introducing a non-ionized sample gas,
Supplying a gaseous reagent (reagent vapor) to the plasma chamber;
Generating microwave or high frequency RF plasma by transferring microwave or high frequency RF energy from a cavity to the gaseous reagent in the plasma chamber to form a predetermined number of reagent ions;
Directing the predetermined number of reagent ions to a drift chamber;
Interacting the predetermined number of reagent ions with one or more components of the non-ionized sample gas in the drift chamber to produce one or more product ions;
Directing the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions to a quadrupole or time-of-flight mass spectrometer module,
Determining by the mass spectrometer module a value for at least one of the mass or peak intensity of each of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions
/ RTI >
상기 비이온화 샘플 가스는 하나 이상의 휘발성 유기 화합물을 포함하는, 방법.The method of claim 1,
And the non-ionized sample gas comprises one or more volatile organic compounds.
상기 도입하는 단계는 가스 샘플 입구 포트를 밀폐 공간에 연결하는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 1,
Wherein the introducing comprises connecting a gas sample inlet port to a confined space.
상기 도입하는 단계는 비-밀폐(non-enclosed) 공간에 가스 샘플 입구 포트를 위치시키는, 방법.The method of claim 1,
Wherein the introducing step locates the gas sample inlet port in a non-enclosed space.
상기 도입하는 단계는 가스 샘플 입구 포트를 컨테이너에 연결하는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 1,
Wherein the introducing comprises connecting a gas sample inlet port to a container.
상기 도입하는 단계는 자동차나 항공기의 배기관으로부터 하측으로 가스 샘플 입구 포트를 연결하는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 1,
Wherein the introducing comprises connecting a gas sample inlet port downward from an exhaust pipe of an automobile or aircraft.
상기 도입하는 단계는 가스 샘플 입구 포트를 음식이나 음료 제품 위의 헤드스페이스(head-space)에 연결하는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 1,
Wherein the introducing comprises connecting a gas sample inlet port to a head-space above a food or beverage product.
상기 도입하는 단계는 날숨을 수집하도록 인간의 입에 인접하게 가스 샘플 입구 포트를 위치시키는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 1,
Wherein the introducing step includes positioning a gas sample inlet port adjacent a human mouth to collect exhalation.
상기 도입하는 단계는 가스나 기체를 방출하는 고체 샘플 물질에 인접하게 가스 샘플 입구 포트를 위치시키는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 1,
Wherein the introducing comprises positioning a gas sample inlet port adjacent to a gas or a solid sample material that releases the gas.
상기 도입하는 단계는 가스 샘플 입구 포트를 가스 공급원에 연결하는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 1,
Wherein the introducing comprises connecting a gas sample inlet port to a gas source.
하나 이상의 휘발성 유기 화합물을 포함하는 비이온화 샘플 가스의 분석을 용이하게 하기 위한 공급원과,
상기 비이온화 샘플 가스가 드리프트 챔버에 입력되어 상기 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원으로부터 드리프트 챔버로 유도된 상기 일정 수의 시약 이온과 상호 작용하여 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 할 수 있게 하는 입구 포트를 포함하며, 전자기계가 내부에 생성되는 드리프트 챔버와,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온을 수집하여 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 질량 또는 피크 강도 중 적어도 하나의 값의 결정을 용이하게 하도록 상기 챔버의 출구 오리피스(orifice)에 대하여 배치되는 사중극 또는 비행시간형 질량 분석기 모듈
을 포함하는, 시스템.A microwave or high frequency RF energy source disposed in a cavity for ionizing particles of gaseous reagents in the plasma chamber by microwave or RF energy to form a certain number of reagent ions,
A source for facilitating the analysis of a non-ionized sample gas comprising at least one volatile organic compound,
An inlet port for inputting the non-ionized sample gas into the drift chamber to interact with the predetermined number of reagent ions induced from the microwave or high frequency RF energy source into the drift chamber to form one or more product ions; A drift chamber in which the electromechanical is generated,
The outlet orifice of the chamber to collect the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions to facilitate determination of at least one of the mass or peak intensity of each of the one or more product and the predetermined number of reagent ions Quadrupole or time-of-flight mass spectrometer module arranged against an orifice
. ≪ / RTI >
상기 사중극 또는 비행시간형 질량 분석기 모듈은 상기 비이온화 샘플 가스의 상기 하나 이상의 휘발성 유기 화합물의 질량 또는 피크 강도 중 적어도 하나의 결정을 용이하게 하는, 시스템.The method of claim 11,
The quadrupole or time-of-flight mass spectrometer module facilitates determination of at least one of the mass or peak intensity of the one or more volatile organic compounds of the non-ionized sample gas.
상기 사중극 또는 비행시간형 질량 분석기 모듈은 상기 비이온화 샘플 가스의 상기 하나 이상의 휘발성 유기 화합물의 정체(identity)의 결정을 용이하게 하는, 시스템.The method of claim 11,
The quadrupole or time-of-flight mass spectrometer module facilitates determination of the identity of the one or more volatile organic compounds of the non-ionized sample gas.
상기 하나 이상의 휘발성 유기 화합물은, 다이옥신계 화합물, 푸란계 화합물, 클로로페놀, 나프탈렌, 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌, 넌메탄 유기 화합물, 이차 유기 에어로졸, 동중 원소 화합물, 화학 무기 작용제, 전장 가스, 화재 촉진제, 체액과 곰팡이균과 진균독의 존재를 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 시스템.The method of claim 11,
The at least one volatile organic compound is a dioxin compound, a furan compound, chlorophenol, naphthalene, benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, non-methane organic compound, secondary organic aerosol, isotope compound, chemical inorganic agent, electric field gas, A system comprising a fire accelerator, a volatile organic compound characterized by the presence of body fluids and fungi and mycotoxins, or any combination thereof.
상기 하나 이상의 휘발성 유기 화합물은 인위개변적(anthropogenic) 또는 자연적(biogenic) 휘발성 유기 화합물을 포함하는, 시스템.The method of claim 11,
Wherein said at least one volatile organic compound comprises anthropogenic or biogenic volatile organic compound.
하나 이상의 휘발성 유기 화합물을 포함하는 비이온화 샘플 가스를 도입하기 위한 수단과,
공동(cavity)으로부터 플라즈마 챔버에 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지를 전송함으로써 상기 플라즈마 챔버 내 기상 시약 공급원으로부터 일정 수의 시약 이온을 생성하기 위한 수단과,
상기 일정 수의 시약 이온을 드리프트 챔버로 향하게 하기 위한 수단과,
상기 드리프트 챔버에서 상기 비이온화 샘플 가스를 상기 일정 수의 시약 이온과 상호 작용시켜 하나 이상의 생성 이온을 형성하기 위한 수단과,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 질량 또는 피크 강도 중 적어도 하나의 값을 결정하도록 또는 상기 하나 이상의 휘발성 유기 화합물을 식별하도록 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온을 질량 분석기로 향하게 하기 위한 수단
을 포함하는, 질량 분석 시스템.As a mass spectrometry system,
Means for introducing a non-ionized sample gas comprising at least one volatile organic compound,
Means for generating a certain number of reagent ions from a gaseous reagent source in the plasma chamber by transferring microwave or high frequency RF energy from the cavity to the plasma chamber;
Means for directing the predetermined number of reagent ions to a drift chamber,
Means for interacting the non-ionized sample gas with the predetermined number of reagent ions in the drift chamber to form one or more product ions;
Wherein the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions are determined to determine at least one of the mass or peak intensity of each of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions or to identify the one or more volatile organic compounds. Means for directing to mass spectrometer
Including, mass spectrometry system.
비이온화, 가스 샘플이 드리프트 챔버에 입력되어 상기 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원으로부터 드리프트 챔버로 유도된 상기 일정 수의 시약 이온과 상호 작용하여 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 할 수 있게 하는 입구 포트를 포함하며, 전자기계가 내부에 생성되는 드리프트 챔버와,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온을 수집하여 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 질량 또는 피크 강도의 값의 결정을 용이하게 하도록 상기 챔버의 출구 오리피스에 대하여 배치되는 사중극 질량 분석기 모듈
을 포함하는, 시스템.A microwave or high frequency RF energy source disposed in a cavity for ionizing particles of the gaseous reagent in a plasma chamber at least partially located in the cavity by microwave or RF energy to form a number of reagent ions,
And an inlet port that allows non-ionized, gas samples to be input into the drift chamber to interact with the predetermined number of reagent ions induced from the microwave or high frequency RF energy source into the drift chamber to form one or more product ions. A drift chamber in which the electromechanical is generated,
Disposed relative to the exit orifice of the chamber to collect the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions to facilitate determination of the value of the respective mass or peak intensity of the one or more product and the predetermined number of reagent ions Quadrupole Mass Spectrometer Module
. ≪ / RTI >
상기 마이크로파 에너지원은 마이크로파 플라즈마 발생기를 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
The microwave energy source comprises a microwave plasma generator.
상기 고주파 RF 에너지원은 용량성 결합된 RF 플라즈마 발생기를 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
The high frequency RF energy source comprises a capacitively coupled RF plasma generator.
상기 일정 수의 시약 이온은 히드로늄 이온, 산소 이온, 또는 아산화질소 이온을 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
Wherein the predetermined number of reagent ions comprises hydronium ions, oxygen ions, or nitrous oxide ions.
상기 비이온화 가스 샘플은 하나 이상의 휘발성 유기 화합물을 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
And the non-ionized gas sample comprises one or more volatile organic compounds.
상기 일정 수의 시약 이온과 상기 비이온화, 가스 샘플 간의 상호 작용을 용이하게 하고 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온을 상기 드리프트 챔버의 출구 오리피스를 통과시키기 위한 전자기계를 생성하도록 상기 챔버에 대하여 배치되는 전극들의 세트를 더 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
The chamber to facilitate interaction between the predetermined number of reagent ions and the non-ionization, gas sample and to create an electromechanical for passing the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions through an outlet orifice of the drift chamber And a set of electrodes disposed relative to the system.
상기 전극들의 세트는 상기 드리프트 챔버의 축에 대하여 방사상으로 배치되고,
상기 전자기계는 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온이 축방향으로 향하게 하는, 시스템.23. The method of claim 22,
The set of electrodes is disposed radially with respect to the axis of the drift chamber,
The electromechanical directs the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions in an axial direction.
상기 전극들의 세트와 통신하며 상기 시스템의 동작 파라미터에 기초하여 상기 드리프트 챔버 내의 전자기계의 값을 결정하도록 동작가능한 제어 모듈을 더 포함하는, 시스템.23. The method of claim 22,
And a control module in communication with the set of electrodes and operable to determine a value of an electromechanical in the drift chamber based on an operating parameter of the system.
상기 드리프트 챔버에 입력되는 샘플의 양을 결정하도록 질량 흐름 제어기, 모세관, 또는 누수 밸브를 더 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
And a mass flow controller, capillary tube, or leak valve to determine the amount of sample input to the drift chamber.
상기 시약 이온이 상기 드리프트 챔버 내로 선택적으로 입력될 수 있도록 상기 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원과 상기 챔버에 대하여 배치되는 질량 필터를 더 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
And a mass filter disposed relative to the microwave or high frequency RF energy source and the chamber such that the reagent ions are selectively input into the drift chamber.
상기 질량 필터는 사중극 질량 필터인, 시스템.The method of claim 26,
The mass filter is a quadrupole mass filter.
상기 시스템과 통신하며 상기 사중극 질량 분석기 모듈로부터의 데이터를 분석하도록 동작가능한 다변수 분석 모듈을 더 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
And a multivariate analysis module in communication with the system and operable to analyze data from the quadrupole mass spectrometer module.
상기 마이크로파 에너지원은,
마이크로파 발생기와,
상기 플라즈마 챔버가 공진기 내에 배치되며 상기 드리프트 챔버와 통하는, 공진기와,
기상 시약 공급원, 상기 드리프트 챔버, 또는 상기 기상 시약 공급원과 드리프트 챔버 둘 다 내부의 마이크로파 에너지의 양을 저감하도록 플라즈마 챔버가 통과하는 하나 이상의 쵸크를 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
The microwave energy source,
Microwave generator,
A resonator disposed in the resonator and in communication with the drift chamber;
A gaseous reagent source, the drift chamber, or both the gaseous reagent source and the drift chamber comprising one or more chokes through which the plasma chamber passes to reduce the amount of microwave energy therein.
상기 시스템과 통신하며 상기 시스템의 동작 파라미터에 부분적으로 기초하여 상기 시스템의 입력 파라미터를 변경하도록 동작가능한 제어 모듈을 더 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
And a control module in communication with the system and operable to change an input parameter of the system based in part on the operating parameter of the system.
상기 시스템의 동작 파라미터는,
비이온화, 가스 샘플의 조성, 드리프트 챔버의 압력, 상기 드리프트 챔버를 통과하는 상기 하나 이상의 생성 이온이나 상기 일정 수의 시약 이온의 속도, 상기 비이온화, 가스 샘플이나 시약 이온이 상기 드리프트 챔버 내로 향하는 유량, 상기 하나 이상의 생성 이온이나 상기 일정 수의 시약 이온의 에너지, 시약 이온과 생성 이온의 화학적 조성, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.31. The method of claim 30,
The operating parameter of the system is
Deionization, composition of the gas sample, pressure in the drift chamber, rate of the one or more product ions or the number of reagent ions passing through the drift chamber, flow rate at which the non-ionization, gas sample or reagent ions are directed into the drift chamber And at least one of the energy of the one or more product ions or the predetermined number of reagent ions, the chemical composition of the reagent ions and product ions, or any combination thereof.
상기 제어 모듈은 상기 동작 파라미터에 부분적으로 기초하여 상기 드리프트 챔버 내에 전자기계를 생성하는 전극들의 세트의 입력 파라미터를 변경하도록 동작가능한, 시스템.31. The method of claim 30,
And the control module is operable to change an input parameter of the set of electrodes generating an electromechanical within the drift chamber based in part on the operating parameter.
상기 시스템과 통신하며 상기 시스템의 동작 파라미터의 결함을 식별하거나 검출하도록 동작가능한 제어 모듈을 더 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
And a control module in communication with the system and operable to identify or detect a deficiency in the operating parameters of the system.
상기 제어 모듈은 상기 결함의 검출이나 식별에 부분적으로 기초하여 상기 동작 파라미터의 값을 변경하도록 동작가능한, 시스템.34. The method of claim 33,
And the control module is operable to change a value of the operating parameter based in part on the detection or identification of the defect.
상기 시스템을 감시하도록 상기 시스템과 통신하며, 상기 감시에 응답하여 상기 시스템의 동작 파라미터의 값을 설정하거나 조절하도록 동작가능한 제어 모듈을 더 포함하고,
상기 제어 모듈은 다변수 통계 분석 알고리즘에 기초하는, 시스템.The method of claim 17,
A control module in communication with the system to monitor the system, the control module operable to set or adjust a value of an operating parameter of the system in response to the monitoring;
Wherein the control module is based on a multivariate statistical analysis algorithm.
상기 드리프트 챔버에 대하여 배치되고, 시약 이온 또는 생성 이온이 사중극 질량 분석기 모듈을 향하여 통과하는 오리피스를 규정하고, 상기 사중극 질량 분석기 모듈에 의한 수집을 위해 상기 시약 이온 또는 생성 이온의 에너지 값을 특정하도록 동작가능한 추출 전극을 더 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
Disposed relative to the drift chamber, defining an orifice through which reagent ions or product ions pass toward the quadrupole mass spectrometer module, and specifying energy values of the reagent ions or product ions for collection by the quadrupole mass spectrometer module Further comprising an extraction electrode operable to:
상기 질량 분석기 모듈로 향하는 시약 이온과 생성 이온의 통로를 용이하게 하는 추출 오리피스 상에 상기 시약 이온과 상기 생성 이온을 포커싱하도록 상기 드리프트 챔버에 대하여 배치되는 렌즈 조립체를 더 포함하는, 시스템.The method of claim 17,
And a lens assembly disposed relative to the drift chamber to focus the reagent ions and the product ions on an extraction orifice that facilitates passage of reagent ions and product ions towards the mass spectrometer module.
기상 시약을 플라즈마 챔버에 공급하는 단계와,
일정 수의 시약 이온을 생성하기 위해 마이크로파 공동(cavity)으로부터 플라즈마 챔버 내 기상 시약에 마이크로파 에너지를 전송함으로써 마이크로파 플라즈마를 생성하는 단계와,
상기 일정 수의 시약 이온을 비이온화, 가스 샘플의 하나 이상의 성분과 상호작용하여 드리프트 영역에서 생성 이온을 형성하기 위해 상기 드리프트 영역으로 향하게 하는 단계
를 포함하는, 방법.A method for generating a certain number of reagent ions for a quantum transition reaction mass spectrometer or a chemical ion reaction mass spectrometer,
Supplying a gaseous reagent to the plasma chamber,
Generating a microwave plasma by transferring microwave energy from a microwave cavity to a gaseous reagent in a plasma chamber to produce a number of reagent ions,
Directing the predetermined number of reagent ions to the non-ionizing, gaseous sample to direct the drift region to form product ions in the drift region.
/ RTI >
상기 기상 시약은 수증기, 산소, 또는 아산화질소를 포함하고,
상기 일정 수의 시약 이온은 히드로늄 이온, 산소 이온, 또는 아산화질소 이온을 포함하는, 방법.The method of claim 38,
The gaseous reagent comprises water vapor, oxygen, or nitrous oxide,
Wherein the predetermined number of reagent ions comprises hydronium ions, oxygen ions, or nitrous oxide ions.
상기 마이크로파 에너지는 800MHz보다 큰 주파수를 갖는 전자기파에 의해 제공되는, 방법.The method of claim 38,
Wherein the microwave energy is provided by an electromagnetic wave having a frequency greater than 800 MHz.
기상 시약을 플라즈마 챔버에 공급하는 단계와,
일정 수의 시약 이온을 생성하기 위해 고주파 RF 공동(cavity)으로부터 상기 플라즈마 챔버 내 기상 시약에 고주파 RF 에너지를 전송함으로써 고주파 RF 플라즈마를 생성하는 단계와,
상기 일정 수의 시약 이온을 비이온화, 가스 샘플의 하나 이상의 성분과 상호작용하여 드리프트 영역에서 생성 이온을 형성하기 위해 상기 드리프트 영역으로 향하게 하는 단계
를 포함하는, 방법.A method for generating a certain number of reagent ions for a quantum transition reaction mass spectrometer or a chemical ion reaction mass spectrometer,
Supplying a gaseous reagent to the plasma chamber,
Generating a high frequency RF plasma by transferring high frequency RF energy from a high frequency RF cavity to a gaseous reagent in the plasma chamber to produce a predetermined number of reagent ions;
Directing the predetermined number of reagent ions to the non-ionizing, gaseous sample to direct the drift region to form product ions in the drift region.
/ RTI >
상기 RF 에너지는 400kHz 내지 800MHz의 주파수를 갖는 전자기파에 의해 제공되는, 방법.44. The method of claim 43,
Wherein the RF energy is provided by an electromagnetic wave having a frequency of 400 kHz to 800 MHz.
상기 일정 수의 시약 이온은 용량성 결합된 RF 플라즈마에 의해 생성되는, 방법.44. The method of claim 43,
Wherein the predetermined number of reagent ions are produced by a capacitively coupled RF plasma.
일정 수의 시약 이온을 생성하기 위해 공동(cavity)으로부터 상기 플라즈마 챔버 내 기상 시약에 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지를 전송함으로써 마이크로파 또는 고주파 RF 프라즈마를 생성하는 단계와,
상기 일정 수의 시약 이온을 드리프트 챔버로 향하게 하는 단계와,
상기 일정 수의 시약 이온과 비이온화 가스 샘플의 하나 이상의 성분을 상호 작용시켜 상기 드리프트 챔버에서 하나 이상의 생성 이온을 생성하는 단계와,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온을 사중극 질량 분석기 모듈의 컬렉터 영역으로 향하게 하는 단계와,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 질량 또는 피크 강도의 값을 상기 질량 분석기 모듈에 의해 결정하는 단계
를 포함하는, 방법.Supplying a gaseous reagent to the plasma chamber,
Generating microwave or high frequency RF plasma by transferring microwave or high frequency RF energy from a cavity to a gaseous reagent in the plasma chamber to produce a certain number of reagent ions,
Directing the predetermined number of reagent ions to a drift chamber;
Interacting the predetermined number of reagent ions with one or more components of a non-ionized gas sample to produce one or more product ions in the drift chamber;
Directing the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions to a collector region of a quadrupole mass spectrometer module;
Determining, by the mass spectrometer module, the value of each mass or peak intensity of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions.
/ RTI >
공동(cavity)으로부터 플라즈마 챔버에 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지를 전송함으로써 플라즈마 챔버 내 기상 시약 공급원으로부터 일정 수의 시약 이온을 생성하기 위한 수단과,
상기 일정 수의 시약 이온을 드리프트 챔버로 향하게 하는 수단과,
비이온화, 가스 샘플을 상기 일정 수의 시약 이온과 상호 작용시켜 상기 드리프트 챔버에서 하나 이상의 생성 이온을 형성하기 위한 수단과,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온을 컬렉터 영역으로 향하게 하도록 전자기계를 포함하는 수단과,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 질량 또는 피크 강도의 값을 결정하도록 상기 컬렉터 영역과 통하는 수단
을 포함하는, 질량 분석 시스템.As a mass spectrometry system,
Means for generating a certain number of reagent ions from a gaseous reagent source in the plasma chamber by transferring microwave or high frequency RF energy from the cavity to the plasma chamber;
Means for directing the predetermined number of reagent ions to a drift chamber;
Means for interacting a non-ionized, gas sample with the predetermined number of reagent ions to form one or more product ions in the drift chamber,
Means for including an electromechanical to direct the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions to a collector region;
Means for communicating with the collector region to determine a value of the mass or peak intensity of each of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions
Including, mass spectrometry system.
하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 비이온화, 가스 샘플이 드리프트 챔버에 입력되어 상기 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지원으로부터 드리프트 챔버로 유도된 상기 일정 수의 시약 이온과 상호 작용할 수 있게 하는 입구 포트를 포함하는 드리프트 챔버와,
상기 드리프트 챔버의 출구 오리피스에 대하여 배치되는 질량 분석기 모듈을 포함하고,
상기 질량 분석기 모듈은,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온이 통과하며, 경로 길이를 규정하는 비행 영역과,
상기 비행 영역으로부터 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온을 수용하는 컬렉터 영역을 포함하고,
질량 값은 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각이 상기 경로 길이를 횡단하는 시간의 양에 기초하여 결정되는, 시스템.A microwave or high frequency RF energy source disposed in a cavity for ionizing particles of vapor phase reagent in a plasma chamber at least partially located in the cavity by microwave or RF energy to form a number of reagent ions,
Non-ionizing to form one or more product ions, a drift chamber comprising an inlet port for inputting a gas sample into the drift chamber to interact with the predetermined number of reagent ions derived from the microwave or high frequency RF energy source into the drift chamber Wow,
A mass spectrometer module disposed relative to the outlet orifice of the drift chamber,
The mass spectrometer module,
A flight zone through which the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions pass, defining a path length,
A collector region for receiving the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions from the flying region,
The mass value is determined based on the amount of time each of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions traverses the path length.
상기 질량 분석기 모듈은,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 흐름을 상기 비행 영역 내로 펄스화하도록 상기 드리프트 챔버의 출구 오리피스에 대하여 배치되는 이온 빔 조절기와,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온이 이동하는 상기 경로 길이의 값을 증가시키도록 상기 비행 영역에 배치되는 광학 시스템
을 더 포함하는, 시스템.49. The method of claim 48,
The mass spectrometer module,
An ion beam regulator disposed relative to the exit orifice of the drift chamber to pulse the flow of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions into the flight zone;
An optical system disposed in the flight zone to increase the value of the path length through which the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions travel
≪ / RTI >
상기 이온 빔 조절기는 제어기로부터 제공되는 의사 난수 이진 배열에 의해 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 흐름을 조절하는, 시스템.The method of claim 49,
And the ion beam regulator regulates the flow of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions by a pseudo random number binary arrangement provided from a controller.
분석 모듈은
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 피크 강도 또는 질량의 값을 결정하도록 상기 질량 분석기 모듈로부터 수신되는 데이터에 대하여 최대 우도 신호 처리 알고리즘을 수행하는, 시스템.51. The method of claim 50,
The analysis module
Performing a maximum likelihood signal processing algorithm on data received from the mass spectrometer module to determine the value of each peak intensity or mass of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions.
분석 모듈은 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 질량 또는 피크 강도의 값을 결정하도록 상기 질량 분석기 모듈로부터 수신되는 데이터를 디콘볼루션하는, 시스템.The method of claim 49,
The analysis module deconvolves data received from the mass spectrometer module to determine the value of the mass or peak intensity of each of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions.
상기 컬렉터 영역은 펄스 카운팅 모드에서 동작하는 적층형 마이크로채널 판 검출기 또는 양극 검출기를 포함하는, 시스템.The method of claim 49,
Wherein the collector region comprises a stacked microchannel plate detector or an anode detector operating in a pulse counting mode.
상기 광학 시스템은 리플렉트론(reflectron)을 포함하는, 시스템.The method of claim 49,
And the optical system comprises a reflectron.
상기 시약 이온과 상기 생성 이온을 상기 이온 빔 조절기 상으로 포커싱하기 위한 렌즈를 더 포함하고,
상기 이온 빔 조절기는 이온 빔 쵸퍼, 이온 빔 게이트, 이온 빔 변조기, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 시스템.The method of claim 49,
A lens for focusing said reagent ions and said product ions onto said ion beam regulator,
And the ion beam conditioner comprises an ion beam chopper, an ion beam gate, an ion beam modulator, or any combination thereof.
상기 드리프트 챔버와 상기 질량 분석기 모듈에 대하여 배치되는 광학 시스템을 더 포함하고,
상기 광학 시스템은 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 흐름이 이온 빔 조절기로 향하게 하는 적어도 하나의 사중극 렌즈를 포함하는, 시스템.49. The method of claim 48,
An optical system disposed relative to the drift chamber and the mass spectrometer module,
The optical system comprises at least one quadrupole lens directing a flow of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions to an ion beam regulator.
상기 질량 분석기 모듈은 상기 비행 영역을 통해 선형인 축을 규정하는, 시스템.49. The method of claim 48,
The mass spectrometer module defines a linear axis through the flight zone.
상기 선형인 축은 상기 비행 영역을 통과하는 제2 축에 평행한, 시스템.58. The method of claim 57,
And the linear axis is parallel to a second axis passing through the flight zone.
상기 일정 수의 시약 이온의 서브세트가 상기 드리프트 챔버에 선택적으로 입력될 수 있도록 상기 마이크로파 에너지원과 상기 드리프트 챔버에 대하여 배치되는 질량 필터를 더 포함하는, 시스템.49. The method of claim 48,
And a mass filter disposed relative to the microwave energy source and the drift chamber such that the subset of the predetermined number of reagent ions can be selectively input into the drift chamber.
상기 질량 필터는 사중극 질량 필터를 포함하는, 시스템.60. The method of claim 59,
And the mass filter comprises a quadrupole mass filter.
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 질량 또는 피크 강도의 값들을 포함하는 질량 스펙트럼을 생성하도록 상기 질량 분석기 모듈로부터 데이터를 수신하는 분석 모듈을 더 포함하는, 시스템.49. The method of claim 48,
And an analysis module for receiving data from the mass spectrometer module to generate a mass spectrum comprising values of the mass or peak intensity of each of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions.
상기 질량 분석기 모듈에 의해 생성되는 질량 스펙트럼에 기초하여 상기 비이온화, 가스 샘플의 성분들을 식별하는 다변수 통계 분석 모듈을 더 포함하는, 시스템.49. The method of claim 48,
And a multivariate statistical analysis module that identifies components of the non-ionized, gas sample based on mass spectra generated by the mass spectrometer module.
상기 시스템과 통신하며, 상기 시스템의 동작 파라미터에 기초하여 상기 시스템의 결함을 검출하거나 식별하도록 동작가능한 제어 모듈을 더 포함하는, 시스템.49. The method of claim 48,
And a control module in communication with the system, the control module operable to detect or identify a fault of the system based on an operating parameter of the system.
상기 제어 모듈은 상기 결함의 검출이나 식별에 부분적으로 기초하여 상기 동작 파라미터의 값을 변경하도록 동작가능한, 시스템.64. The method of claim 63,
And the control module is operable to change a value of the operating parameter based in part on the detection or identification of the defect.
상기 시스템과 통신하며, 상기 시스템의 동작 파라미터에 기초하여 상기 시스템의 입력 파라미터의 값을 변경하도록 동작가능한 제어 모듈을 더 포함하는, 시스템.49. The method of claim 48,
And a control module in communication with the system, the control module operable to change a value of an input parameter of the system based on an operating parameter of the system.
상기 일정 수의 시약 이온과 상기 이온화, 가스 샘플 간의 상호 작용을 용이하게 하고 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온을 상기 드리프트 챔버의 출구 오리피스를 통과시키기 위한 계(field)를 생성하도록 상기 드리프트 챔버에 대하여 배치되는 전극들의 세트를 더 포함하는, 시스템.49. The method of claim 48,
Facilitate the interaction between the predetermined number of reagent ions and the ionization, gas sample and create a field for passing the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions through an outlet orifice of the drift chamber And a set of electrodes disposed relative to the drift chamber.
상기 시스템의 동작 파라미터에 기초하여 상기 챔버 내의 계의 값을 결정하도록 동작가능하며 상기 전극들의 세트와 통신하는 제어 모듈을 더 포함하는, 시스템.67. The method of claim 66,
And a control module operable to determine a value of the system in the chamber based on the operating parameter of the system and in communication with the set of electrodes.
상기 시스템의 동작 파라미터는, 이온화, 가스 샘플의 조성, 드리프트 챔버의 압력, 상기 드리프트 챔버를 통과하는 상기 하나 이상의 생성 이온이나 상기 일정 수의 시약 이온의 속도, 상기 샘플이나 시약 이온이 상기 드리프트 챔버 내로 향하는 유량, 상기 하나 이상의 생성 이온이나 상기 일정 수의 시약 이온의 에너지, 시약 이온 또는 생성 이온의 화학적 조성, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.68. The method of claim 67,
The operating parameters of the system include ionization, composition of the gas sample, pressure in the drift chamber, speed of the one or more product ions or the predetermined number of reagent ions passing through the drift chamber, and the sample or reagent ions into the drift chamber. At least one of a flow rate directed, energy of the one or more product ions or the predetermined number of reagent ions, chemical composition of the reagent ions or product ions, or any combination thereof.
상기 제어 모듈은 상기 동작 파라미터에 부분적으로 기초하여 상기 전극들의 세트의 입력 파라미터를 변경하도록 동작가능한, 시스템.68. The method of claim 67,
The control module is operable to change an input parameter of the set of electrodes based in part on the operating parameter.
하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 비이온화, 가스 샘플이 드리프트 챔버에 입력되어 상기 마이크로파 또는 RF 에너지원으로부터 드리프트 챔버로 유도된 상기 일정 수의 시약 이온과 상호 작용할 수 있게 하는 입구 포트를 포함하는 드리프트 챔버와,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각이 질량 분석기를 횡단하는 시간의 양에 기초하여 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 질량 값을 포함하는 스펙트럼을 생성하도록 상기 드리프트 챔버의 출구 오리피스에 대하여 배치되는 비행시간형 질량 분석기 모듈
을 포함하는, 시스템.A microwave or high frequency RF energy source disposed in a cavity for ionizing particles of vapor phase reagent in a plasma chamber at least partially located in the cavity by microwave or RF energy to form a number of reagent ions,
A drift chamber comprising an inlet port for deionizing a gas sample into the drift chamber to form one or more product ions to interact with the predetermined number of reagent ions induced from the microwave or RF energy source into the drift chamber; ,
Generate a spectrum comprising respective mass values of each of the one or more product ions and the number of reagent ions based on the amount of time each of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions traverse the mass spectrometer Time-of-flight mass spectrometer module disposed with respect to the outlet orifice of the drift chamber
. ≪ / RTI >
상기 비행시간형 질량 분석기 모듈은,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온이 이동하며, 경로 길이를 규정하는 비행 영역과,
상기 비행 영역 내로의 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 흐름을 조절하는 이온 빔 조절기와,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온이 이동하는 상기 경로 길이의 값을 증가시키도록 상기 비행 영역에 배치된 광학 시스템과,
상기 비행 영역으로부터 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온을 수용하는 컬렉터 영역
을 포함하는, 시스템.71. The method of claim 70,
The time-of-flight mass spectrometer module,
A flight region in which the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions move and define a path length;
An ion beam conditioner that regulates the flow of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions into the flight zone;
An optical system disposed in the flight zone to increase the value of the path length through which the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions travel;
A collector region for receiving the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions from the flying region
. ≪ / RTI >
상기 신호는 마이크로파 공동(cavity)으로부터 플라즈마 챔버 내 기상 시약에 마이크로파 에너지를 전송함으로써 마이크로파 플라즈마를 생성함으로써 생성되는 일정 수의 시약 이온에 기초하고 드리프트 영역에서 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 상기 일정 수의 시약 이온을 전자기계에서 비이온화 샘플의 하나 이상의 성분과 상호 작용하기 위해 상기 드리프트 영역으로 유도함으로써 생성되는 하나 이상의 생성 이온에 기초하고,
상기 방법은,
상기 일정 수의 시약 이온과 상기 하나 이상의 생성 이온을 포함하는 제1 이온 흐름을 확립하는 단계와,
특정된 흐름 패턴에 따라 상기 제1 이온 흐름을 변경하여 제2 이온 흐름을 생성하는 단계와,
검출기에서 상기 제2 이온 흐름을 수신하는 단계와,
최대 우도형 통계적 알고리즘에 따라 상기 검출기에 의해 통신되는 데이터로부터 질량 스펙트럼 - 상기 질량 스펙트럼은 상기 일정 수의 시약 이온과 상기 하나 이상의 생성 이온의 각각의 피크 강도 또는 질량을 나타내는 데이터를 포함함 - 을 결정하는 단계
를 포함하는, 방법.A method for processing signals in a time-of-flight mass spectrometer,
The signal is based on a certain number of reagent ions generated by generating microwave plasma by transferring microwave energy from a microwave cavity to a gaseous reagent in a plasma chamber and the predetermined number of reagents to form one or more product ions in the drift region. Based on one or more product ions produced by directing ions into the drift region to interact with one or more components of a non-ionized sample in an electromechanical,
The method comprises:
Establishing a first ion flow comprising the predetermined number of reagent ions and the one or more product ions,
Altering the first ion flow in accordance with a specified flow pattern to generate a second ion flow;
Receiving the second ion flow at a detector;
Determine a mass spectrum from data communicated by the detector according to a maximum likelihood statistical algorithm, the mass spectrum comprising data representative of each peak intensity or mass of the predetermined number of reagent ions and the one or more product ions Steps to
/ RTI >
상기 제2 이온 흐름은 펄스화 흐름인, 방법.73. The method of claim 72,
And the second ion flow is a pulsed flow.
상기 펄스화 흐름은 의사 난수 이진 배열에 따라 생성되는 특정 흐름 패턴에 기초하는, 방법.77. The method of claim 73,
The pulsed flow is based on a particular flow pattern generated according to a pseudo random number binary arrangement.
일정 수의 시약 이온을 형성하기 위해 공동(cavity)으로부터 상기 플라즈마 챔버 내 상기 기상 시약에 마이크로파 또는 고주파 RF 에너지를 전송함으로써 마이크로파 또는 고주파 RF 플라즈마를 생성하는 단계와,
상기 일정 수의 시약 이온을 드리프트 챔버로 향하게 하는 단계와,
상기 일정 수의 시약 이온을 비이온화 가스 샘플과 상호 작용시켜 상기 드리프트 챔버에서 하나 이상의 생성 이온을 생성하는 단계와,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온을 비행시간형 질량 분석기 모듈의 비행 영역에서의 궤적을 따르게 하는 단계와,
상기 질량 분석기 모듈에 의해, 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 질량 또는 피크 강도의 값을 결정하는 단계
를 포함하는, 방법.Supplying a gaseous reagent to the plasma chamber,
Generating microwave or high frequency RF plasma by transferring microwave or high frequency RF energy from a cavity to the gaseous reagent in the plasma chamber to form a predetermined number of reagent ions;
Directing the predetermined number of reagent ions to a drift chamber;
Interacting the predetermined number of reagent ions with a non-ionized gas sample to produce one or more product ions in the drift chamber;
Subjecting the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions to a trajectory in a flight region of a time-of-flight mass spectrometer module;
Determining, by the mass spectrometer module, a value of each mass or peak intensity of the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions
/ RTI >
상기 일정 수의 시약 이온은 마이크로파 공동(cavity)으로부터 플라즈마 챔버 내 기상 시약에 마이크로파 에너지를 전송함으로써 마이크로파 플라즈마를 생성함으로써 생성되고 상기 하나 이상의 생성 이온은 드리프트 영역에서 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 상기 일정 수의 시약 이온을 전자기계에서 비이온화 샘플의 하나 이상의 성분과 상호 작용하기 위해 드리프트 영역으로 유도함으로써 생성되고,
상기 시스템은,
출구 오리피스를 통해 상기 일정 수의 시약 이온과 상기 하나 이상의 생성 이온을 포함하는 제1 이온 흐름을 수용하고 이온 빔 조절기로 향하는 제2 이온 흐름을 생성하도록 드리프트 관 조립체의 이온 출구 오리피스에 대하여 배치되는 사중극 렌즈들의 세트와,
상기 제2 이온 흐름이 비행시간형 질량 분석기의 비행 영역으로 향하는 것을 선택적으로 허용하도록 동작가능한 상기 이온 빔 조절기
를 포함하는, 시스템.A system for measuring the mass of a number of reagent ions and one or more product ions,
The predetermined number of reagent ions is generated by generating microwave plasma by transferring microwave energy from a microwave cavity to a gaseous reagent in a plasma chamber and the one or more generated ions form the one or more generated ions in the drift region. Is generated by directing the reagent ions of to a drift region to interact with one or more components of a non-ionized sample in an electromechanical,
The system comprises:
Quadruple disposed with respect to the ion outlet orifice of the drift tube assembly to receive a first ion flow comprising the predetermined number of reagent ions and the one or more product ions through an outlet orifice and to generate a second ion flow directed to an ion beam regulator. With a set of polar lenses,
The ion beam regulator operable to selectively allow the second ion flow to be directed into the flight region of the time-of-flight mass spectrometer
.
일정 수의 시약 이온을 드리프트 챔버로 향하게 하는 수단과,
하나 이상의 생성 이온을 생성하도록 상기 드리프트 챔버에서 상기 일정 수의 시약 이온과 비이온화, 가스 샘플을 상호 작용시키기 위한 전자기계를 포함하는 수단과,
상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온이 특정 거리를 횡단하는 시간량에 기초하여 상기 하나 이상의 생성 이온과 상기 일정 수의 시약 이온의 각각의 질량 또는 피크 강도의 값을 결정하기 위한 수단
을 포함하는, 시스템.Means for ionizing particles of gaseous reagent in the plasma chamber by transferring microwave or high frequency RF energy from a cavity to the gaseous reagent in the plasma chamber;
Means for directing a number of reagent ions into the drift chamber,
Means including electromechanical for interacting said non-ionized, gas sample with said predetermined number of reagent ions in said drift chamber to produce one or more product ions,
Means for determining the value of the respective mass or peak intensity of the one or more product ions and the number of reagent ions based on the amount of time that the one or more product ions and the predetermined number of reagent ions traverse a certain distance
. ≪ / RTI >
상기 일정 수의 시약 이온은 마이크로파 공동(cavity)으로부터 플라즈마 챔버 내 기상 시약에 마이크로파 에너지를 전송함으로써 마이크로파 플라즈마를 생성함으로써 상기 하나 이상의 생성 이온은 드리프트 영역에서 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 상기 일정 수의 시약 이온을 전자기계에서 비이온화 샘플의 하나 이상의 성분과 상호 작용하기 위해 드리프트 영역으로 유도함으로써 생성되고,
상기 시스템은,
상기 일정 수의 시약 이온과 상기 하나 이상의 생성 이온을 포함하는 제1 이온 흐름을 확립하기 위한 수단과,
제2 이온 흐름을 생성하도록 특정 인터럽션 패턴에 따라 상기 제1 이온 흐름을 조절하기 위한 수단과,
검출기 수단으로부터 통신되는 데이터로부터 질량 스펙트럼을 생성하는 수단 - 상기 데이터는 상기 제2 이온 흐름에 대응함 -
을 포함하는, 질량 측정 시스템.A system for measuring the mass of a number of reagent ions and one or more product ions,
The predetermined number of reagent ions generates microwave plasma by transferring microwave energy from a microwave cavity to a gaseous reagent in a plasma chamber such that the one or more product ions form one or more product ions in the drift region. Generated by directing ions into the drift region to interact with one or more components of the non-ionized sample in the electromechanical,
The system comprises:
Means for establishing a first ion flow comprising the predetermined number of reagent ions and the one or more product ions;
Means for adjusting the first ion flow in accordance with a particular interruption pattern to produce a second ion flow;
Means for generating a mass spectrum from data communicated from a detector means, the data corresponding to the second ion flow
Including, mass measurement system.
상기 일정 수의 시약 이온은 마이크로파 공동(cavity)으로부터 플라즈마 챔버 내 기상 시약에 마이크로파 에너지를 전송함으로써 마이크로파 플라즈마를 생성함으로써 생성되고 상기 하나 이상의 생성 이온은 드리프트 영역에서 하나 이상의 생성 이온을 형성하도록 상기 일정 수의 시약 이온을 전자기계에서 비이온화 샘플의 하나 이상의 성분과 상호 작용하기 위해 드리프트 영역으로 유도함으로써 생성되고,
상기 시스템은,
상기 일정 수의 시약 이온과 상기 하나 이상의 생성 이온을 포함하는 제1 이온 흐름을 수용하고 조절 수단으로 향하는 제2 이온 흐름을 생성하기 위한 광학 수단과,
질량 분석기로 향하는 상기 제2 이온 흐름을 선택적으로 제어하기 위한 상기 조절 수단
을 포함하는, 질량 측정 시스템.A system for measuring the mass of a number of reagent ions and one or more product ions,
The predetermined number of reagent ions is generated by generating microwave plasma by transferring microwave energy from a microwave cavity to a gaseous reagent in a plasma chamber and the one or more generated ions form the one or more generated ions in the drift region. Is generated by directing the reagent ions of to a drift region to interact with one or more components of a non-ionized sample in an electromechanical,
The system comprises:
Optical means for receiving a first ion stream comprising the predetermined number of reagent ions and the one or more product ions and for generating a second ion stream directed to the regulating means;
Said adjusting means for selectively controlling said second ion flow to a mass spectrometer
Including, mass measurement system.
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