KR102215830B1 - 이온을 선택하기 위해 가스 혼합물을 사용하는 시스템 및 방법 - Google Patents

이온을 선택하기 위해 가스 혼합물을 사용하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서에 설명된 특정 구성은 가스 혼합물을 사용하여 이온을 선택 및/또는 검출할 수 있는 질량 분석계 시스템에 관한 것이다. 일부 경우에, 가스 혼합물은 동일한 가스 혼합물을 사용하여 개선된 검출 한계를 제공하기 위해 충돌 모드 및 반응 모드 둘 모두에서 사용될 수 있다.

Description

이온을 선택하기 위해 가스 혼합물을 사용하는 시스템 및 방법
우선권 출원
본 출원은 2017년 9월 1일에 출원된 미국 가출원 제62/553,456호 및 2017년 10월 7일에 출원된 미국 가출원 제62/569,513호에 관련하며 이들 각각에 대한 우선권 및 이익을 주장하고, 이들 각각의 전체 개시내용은 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조로서 통합된다.
기술 분야
본 명세서에 설명된 특정 실시예는 가스 혼합물을 사용하여 이온을 선택하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서에 설명된 특정 구성은 이온 빔으로부터 분석물 이온을 선택하기 위한 다중 모드 셀과의 이원 가스 혼합물의 사용에 관한 것이다.
질량 분석법(MS)은 알려지지 않은 시료 물질의 원소 조성을 결정할 수 있는 분석 기법이다. 예를 들어, MS는 알려지지 않은 화합물을 식별하고, 분자 내 원소의 동위 원소 조성을 결정하고, 파쇄를 관찰함으로써 특정 화합물의 구조를 결정하는 것 뿐만 아니라 시료 중의 특정 화합물의 양을 정량화하는 데 유용할 수 있다.
공통 가스 혼합물을 사용하여 분석물 이온을 선택하고/하거나 간섭 이온을 억제할 수 있는 시스템 및 방법의 특정 양태, 실시예, 예, 구성 및 예시가 아래에 설명되어 있다.
일 양태에서, 셀에 의해 수신된 이온을 선택하기 위해 충돌 모드 및 반응 모드를 포함하는 적어도 2개의 모드 사이에서 셀의 전환을 허용하도록 구성된 시스템이 설명된다. 특정 예에서, 시스템은 충돌 모드에서 이원 가스 혼합물을 포함하는 가스 혼합물(또는 적어도 2개의 가스를 포함하는 가스 혼합물)을 수용하여 셀을 가압하고 반응 모드에서 이원 가스 혼합물(또는 적어도 2개의 가스를 포함하는 가스 혼합물)을 포함하는 동일한 가스 혼합물을 수용하여 셀을 가압하도록 구성된 셀을 포함한다. 일부 예에서, 시스템은 셀에 전기적으로 결합된 프로세서를 포함하고, 프로세서는 충돌 모드에서 가스 혼합물을 포함하는 가압된 셀에 전압을 제공하여 제공된 제1 전압에 의해 유도된 에너지 장벽보다 큰 에너지를 갖는 선택 이온의 전달을 가능하게 하도록 구성된다. 다른 예에서, 프로세서는 셀에 유체 결합된 질량 필터로 선택 이온을 안내하기 위해 반응 모드에서 가스 혼합물을 포함하는 가압된 셀에 제2 전압을 제공하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 프로세서는 또한 셀의 환기 모드로의 전환을 허용하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 시스템은 이원 가스 혼합물을 포함하는 가스 혼합물을 제공하기 위해 전지에 유체 결합된 단일 가스 입구를 더 포함한다. 특정 예에서, 셀은 2개, 4개, 6개, 8개 또는 10개의 로드를 포함하는 다중극 로드 세트를 포함한다.
다른 예에서, 셀은 셀의 출구 개구에 근접하여 위치되고 전압원에 전기적으로 결합된 출구 부재를 더 포함하며, 출구 부재는 가압된 셀 내의 분석물 이온을 셀의 출구 개구를 향해 지향시키도록 구성된다. 특정 예에서, 출구 부재는 가압된 셀의 충돌 모드에서 -60 볼트와 +20 볼트 사이의 전압으로 설정될 수 있다. 일부 예에서, 출구 부재는 가압된 셀의 반응 모드에서 -60 볼트와 +20 볼트 사이의 전압으로 설정될 수 있다.
일부 구성에서, 셀은 셀의 입구 개구에 근접하여 위치되고 전압원에 전기적으로 결합된 입구 부재를 더 포함하며, 입구 부재는 분석물 이온을 셀의 입구 개구를 향해 가압된 셀 내로 지향시키도록 구성된다. 특정 경우에, 입구 부재는 가압된 셀의 충돌 모드에서 -60 볼트와 +20 볼트 사이의 전압으로 설정될 수 있다. 다른 예에서, 입구 부재는 가압된 셀이 반응 모드에 있을 때 출구 부재에 제공되는 전압과 실질적으로 유사한 전압으로 설정될 수 있다.
다른 예에서, 셀은 동일한 가스 유동에서 동작하면서 충돌 모드에서 반응 모드로 전환하도록 구성된다. 다른 경우에, 셀은 충돌 모드에서 반응 모드로 전환하도록 구성되고, 상이한 가스 유동 수준이 상이한 모드에서 사용될 수 있다. 일부 예에서, 입구 부재와 출구 부재 상의 전압이 변경될 수 있고 선택적으로 셀과 질량 분석기 사이의 에너지 장벽이 또한 변경될 수 있다.
일부 예에서, 셀은 동일한 가스 유동을 유지하거나 상이한 유동 수준으로 변경하면서 입구 부재 및 출구 부재의 전압을 전환하고 선택적으로 셀과 질량 분석기 사이의 에너지 장벽을 변경하는 것에 의해 반응 모드에서 충돌 모드로 전환하도록 구성된다.
다른 구성에서, 시스템은 전압원에 전기적으로 결합되고 가압된 셀의 출구 개구를 향해 이온을 지향시키기 위해 축방향 필드를 제공하도록 구성된 축방향 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 축방향 필드는 -500 V/cm 내지 500 V/cm의 필드 구배를 포함한다.
특정 예에서, 프로세서는 가압된 셀에 오프셋 전압을 제공하도록 추가로 구성된다. 다른 예에서, 시스템은 오프셋 전압을 포함하는 셀에 유체 결합된 질량 분석기를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 유체 결합된 질량 분석기의 오프셋 전압은 셀이 충돌 모드에 있을 때 셀의 오프셋 전압보다 더 양성적이다. 특정 예에서, 유체 결합 질량 분석기의 오프셋 전압은 셀이 반응 모드에 있을 때 셀의 오프셋 전압보다 더 음성적이다.
일부 경우에, 시스템은 셀에 유체 결합된 이온화 소스를 포함한다.
다른 경우에, 셀은 충돌 모드 및 반응 모드에서 헬륨 가스와 수소 가스의 이원 혼합물을 사용하도록 구성된다.
다른 양태에서, 질량 분석계 시스템은 이온 소스, 이온 소스에 유체 결합된 셀, 셀에 유체 결합된 질량 분석기 및 셀에 전기적으로 결합된 프로세서를 포함한다.
특정 경우에, 셀은 충돌 모드, 반응 모드 및 표준 모드를 포함하는 적어도 3개의 상이한 모드에서 동작하도록 구성된다. 예를 들어, 3개의 상이한 모드는 각각 이온 소스로부터 셀로 수용된 복수의 이온으로부터 분석물 이온을 선택하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 셀은 이온 소스로부터 복수의 이온을 수용할 수 있도록 입구 개구에서 이온 소스에 결합되도록 구성된다. 특정 구성에서, 셀은 충돌 모드에서 이원 가스 혼합물을 포함하는 가스 혼합물(또는 적어도 2개의 가스를 포함하는 가스 혼합물)을 수용하여 충돌 모드에서 셀을 가압하도록 구성된 가스 입구를 포함한다. 다른 경우에, 셀은 반응 모드에서 이원 가스 혼합물을 포함하는 가스 혼합물(또는 적어도 2개의 가스를 포함하는 가스 혼합물)을 수용하여 반응 모드에서 셀을 가압하도록 구성된다. 일부 예에서, 셀은 셀로부터 분석물 이온을 제공하도록 구성된 출구 개구를 더 포함한다.
일부 예에서, 셀에 전기적으로 결합된 프로세서는 충돌 모드 및 반응 모드 각각에서 가스 혼합물을 셀에 제공하고 셀을 표준 모드에서 진공 상태로 유지하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 셀은 2개, 4개, 6개, 8개 또는 10개의 로드를 포함하는 다중극 로드 세트를 포함한다.
특정 예에서, 프로세서는 선택된 장벽 에너지보다 큰 에너지를 포함하는 이온을 선택하기 위해 충돌 모드에서 가스 혼합물을 포함하는 가압된 셀에 제1 전압을 제공하도록 구성된다. 다른 예에서, 프로세서는 반응 모드에서 가스 혼합물을 포함하는 가압된 셀에 제2 전압을 제공하여 질량 필터링을 사용하여 이온을 선택하도록 구성된다.
일부 예에서, 시스템은 분석물 이온을 입구 개구로부터 가압된 셀의 출구 개구를 향해 지향시키기 위해 축방향 필드를 제공하도록 구성된 축방향 전극을 포함한다. 특정 경우에, 축방향 필드 강도는 -500 V/cm 내지 +500 V/cm의 축방향 필드 구배를 포함한다.
일부 구성에서, 시스템은 가압된 셀의 출구 개구에 근접하여 위치된 출구 부재, 예를 들어 출구 렌즈를 포함한다. 예를 들어, 출구 부재는 가압된 셀의 출구 개구를 향해 분석물 이온을 끌어당기는 출구 전위를 포함한다. 일부 경우에, 출구 부재는 가압된 셀의 충돌 모드에서 -26 볼트와 +26 볼트 사이의 전압을 포함한다. 다른 경우에, 출구 부재는 가압된 셀의 반응 모드에서 -26 볼트와 +26 볼트 사이의 전압을 포함한다.
일부 구성에서, 시스템은 가압된 셀의 입구 개구에 근접하여 위치된 입구 부재, 예를 들어 입구 렌즈를 포함하고, 입구 부재는 충돌 모드에서 출구 전위보다 양성인 입구 전위를 포함한다. 일부 예에서, 입구 전위는 -40 볼트와 +10 볼트 사이이다. 다른 예에서, 입구 부재는 반응 모드에서 출구 전위와 실질적으로 유사한 입구 전위를 포함한다. 예를 들어, 출구 전위는 충돌 모드에서 -40 볼트와 +10 볼트 사이 및/또는 반응 모드에서 -40 볼트와 +10 볼트 사이일 수 있다.
일부 예에서, 시스템은 이온 소스와 셀 사이에 위치된 이온 편향기를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 시스템은 셀에 유체 결합된 검출기를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 검출기는 전자 증배기를 포함한다. 일부 예에서, 이온 소스는 유도 결합 플라즈마로서 구성된다. 특정 경우에, 시스템은 유도 결합 플라즈마와 질량 분석기 사이에 위치한 인터페이스를 포함할 수 있다.
일부 구성에서, 시스템은 이원 가스 혼합물을 포함하는 가스 혼합물을 시스템의 인터페이스 또는 셀의 상류에 있는 시스템의 다른 구성요소로 도입하도록 구성된 유체 라인을 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 질량 분석계를 사용하여 이온을 선택하는 방법은 이원 가스 혼합물을 포함하는 가스 혼합물(또는 적어도 2개의 가스를 포함하는 가스 혼합물)을 사용하여 이온 소스로부터 복수의 이온을 포함하는 이온 스트림을 반응 모드 및 충돌 모드에서 동작하도록 구성된 가압된 셀에 제공하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 가스 혼합물은 셀을 가압하기 위해 셀의 반응 모드 및 충돌 모드 각각에서 셀로 도입된다. 방법은 또한 셀이 충돌 모드에 있을 때 가스 혼합물을 포함하는 가압된 셀 내의 복수의 이온으로부터 선택된 장벽 에너지보다 큰 에너지를 포함하는 이온을 선택하는 단계 및 셀이 반응 모드에 있을 때 가스 혼합물을 포함하는 가압된 셀에 제공된 이온 스트림의 복수의 이온으로부터 질량 필터링을 사용하여 이온을 선택하는 단계를 포함한다.
일부 예에서, 방법은 셀을 다중극 로드 셀, 예를 들어 2개, 4개, 6개, 8개 또는 10개의 로드를 포함하는 다중극 로드 셀로서 구성하는 단계를 포함한다.
일부 경우에, 방법은 출구 개구에 근접하여 위치된 출구 부재에 전위를 제공함으로써 가압된 셀의 출구 개구에서 출구 장벽을 제공하는 단계를 포함한다.
다른 경우에, 방법은 셀의 입구 개구에 근접하여 위치된 입구 부재에 전위를 제공하는 단계를 포함하고, 입구 부재에 제공된 전위는 셀의 로드 세트의 상류의 이온 소스로부터 셀에 의해 수용된 복수의 이온을 집중시키도록 구성된다.
일부 예에서, 방법은 가스 혼합물을 수소 및 헬륨을 포함하도록 구성하는 단계를 포함한다.
특정 예에서, 방법은 적어도 하나의 추가적인 불활성 가스를 포함하도록 가스 혼합물을 구성하는 단계를 포함한다.
다른 예에서, 방법은 가스 혼합물을 제공하기 위해 셀의 상류에서 제1 가스 및 제2 가스를 조합하는 단계를 포함한다.
특정 예에서, 방법은 셀이 충돌 모드에서 반응 모드로(또는 그 반대로) 전환될 때 셀에 제공된 가스 혼합물의 유량을 변경하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 가스 혼합물을 수용하도록 구성된 단일 가스 입구를 갖도록 셀을 구성하는 단계를 포함한다.
다른 예에서, 방법은 최대 약 15 체적 %의 가스 혼합물을 포함하도록 제1 가스를 구성하는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 충돌 모드 및 반응 모드 각각에서 동작하여 복수의 이온을 포함하는 이온 스트림으로부터 이온을 선택하도록 구성된 다중극 로드 세트, 예를 들어 2개, 4개, 6개, 8개 또는 10개의 로드를 포함하는 셀을 사용하여 이온을 선택하는 방법이 제공된다. 일부 예에서, 방법은 충돌 모드에서 선택된 장벽 에너지보다 큰 에너지를 포함하는 이온을 선택하도록 이원 가스 혼합물을 셀에 제공하고, 반응 모드에서 질량 필터링을 사용하여 이온을 선택하도록 이원 가스 혼합물을 셀에 제공하는 단계를 포함한다.
공통 가스 혼합물을 사용하여 분석물 이온을 선택하고/하거나 간섭 이온을 억제할 수 있는 시스템 및 방법의 추가적인 양태, 실시예, 구성, 예 및 설명은 본 개시내용의 이점을 고려하여 본 기술 분야의 숙련자에게 인식될 것이다.
첨부 도면을 참조하여 특정 구성을 아래에서 설명한다:
도 1은 특정 구성에 따른 가스 입구를 포함하는 다중 모드 셀의 예시이다.
도 2는 특정 예에 따라 가스 혼합물과 함께 사용하도록 구성된 다중 모드 셀을 포함하는 시스템의 예시이다.
도 3a 및 도 3b는 특정 실시예에 따른 축방향 전극을 도시하고 있는 다중 모드 셀의 예시이다.
도 4는 특정 예에 따른 입구 부재, 출구 부재 및 사중극 로드 세트를 포함하는 셀의 예시이다.
도 5는 특정 실시예에 따라 가스 혼합물을 다중 모드 셀에 도입하도록 구성된 시스템의 예시이다.
도 6은 특정 예에 따라 가스 혼합물을 다중 모드 셀에 도입하고 가스 혼합물을 다중 모드 셀의 상류에 도입하도록 구성된 시스템의 예시이다.
도 7은 특정 예에 따라 공통 가스 소스로부터 다중 모드 셀로 가스 혼합물을 도입하고 다중 모드 셀의 상류에 가스 혼합물을 도입하도록 구성된 시스템의 예시이다.
도 8은 특정 예에 따라 공통 가스 소스로부터 다중 모드 셀로 가스 혼합물을 도입하고 다중 모드 셀의 상류에 가스 혼합물을 도입하도록 구성된 시스템의 다른 예시이다.
본 기술 분야의 숙련자는 본 개시내용의 이점을 고려하여, 추가적인 구성요소가 도면에 존재할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 또한, 특정 구성요소는 생략될 수 있고 여전히 관련 분석물 이온의 분석에 적절한 시스템을 제공할 수 있다.
본 명세서에 설명된 특정 구성은 유입 이온 빔으로부터 이온을 선택하고/하거나 유입 이온 빔에 존재하는 간섭 이온을 억제 또는 제거하기 위해 다중 모드 셀과 조합된 가스 혼합물을 사용한다. 다중 모드 셀을 포함하는 정확한 시스템은 다양할 수 있지만, 다중 모드 셀은 통상적으로 이온화 소스 및 선택적으로 다른 구성요소 또는 스테이지를 포함하는 더 큰 시스템의 일부이다.
특정 예에서, 이온화 소스는 통상적으로 수많은 상이한 유형의 이온을 제공한다. 이들 이온 중 일부는 관심 이온의 분석물일 수 있고 이들 이온 중 일부는 간섭 이온일 수 있다. 예를 들어, 이온화 소스가 아르곤 기반 플라즈마를 포함하는 경우, 이온 스트림은 분석물 이온 및 Ar, Ar+, ArO+, Ar2 +, ArCl+, ArH+ 및 MAr+을 포함하는 수많은 상이한 유형의 아르곤 종을 포함할 수 있으며, 여기서 M은 금속 종을 나타낸다. 추가적인 비-아르곤 기반 간섭은 또한 ClO +, MO + 및 다른 간섭을 포함할 수 있다. 간섭 이온은 또한 시스템의 다른 부분, 예를 들어 인터페이스 또는 시스템의 다른 영역에서 생성될 수 있다. 많은 시스템에서, 간섭 또는 원치 않는 이온을 없애거나 (적어도 소정 정도로) 제거하는 것이 바람직하다.
특정 실시예에서 및 도 1을 참조하면, 입구(112), 출구(114), 로드 세트(120) 및 가스 입구(130)를 포함하는 다중 모드 셀(110)의 예시가 도시되어 있다. 가스 입구(130)는 통상적으로 하나 이상의 가스 소스 또는 가스 혼합물을 포함하는 가스 소스에 유체 결합된다. 아래에서 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 가스 입구(130)는 셀(110)에 존재하는 유일한 가스 입구일 수 있다. 가스 입구(130)는 셀의 적어도 2개의 모드에서 가스 혼합물을 셀에 제공하는 데 사용될 수 있으며, 예를 들어, 반응 모드(DRC 모드) 및 충돌 모드(KED 모드)에서 실질적으로 동일하거나 동일한 가스 혼합물이 셀에 제공될 수 있다. 아래에서 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 다중 모드 셀(110)은 동일한 셀에서 반응 모드 및 충돌 모드를 포함할 수 있다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않고, 반응 모드에서, 셀(110)은 하나 이상의 원치 않는 간섭 이온과 반응성이지만 분석물 이온에 대해서는 다소 불활성으로 유지되는 가스 혼합물로 채워질 수 있다. 이온 스트림이 셀(110)에서 반응성 가스 혼합물과 충돌함에 따라, 간섭 이온은 더 이상 분석물 이온과 실질적으로 동일하거나 유사한 질량-대-전하(m/z) 비율을 갖는 생성 이온을 형성할 수 있다. 생성 이온의 m/z 비율이 분석물 이온의 m/z 비율과 실질적으로 상이하다면, 이 때, 분석물 이온의 유동을 크게 방해하지 않으면서 생성 간섭 이온을 제거하기 위해 통상적인 질량 필터링이 사용될 수 있다. 예를 들어, 이온 스트림이 대역 통과 질량 필터를 거쳐가, 분석물 이온만을 질량 분석기 스테이지에 상당한 비율로 제공 또는 전달할 수 있다. 아래에서 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 세장형 로드 세트(120) 내에 반경방향 RF 필드를 형성함으로써 이온의 반경방향 격납이 셀(110) 내에 제공될 수 있다. 이러한 특성의 격납 필드는 일반적으로 상이한 차수일 수 있지만, 일반적으로 사중극 필드이거나 또는 육중극 또는 팔중극 필드와 같은 소정의 고차 필드일 수 있다. 예를 들어, 적용된 사중극 RF와 함께 사중극 로드 세트에 작은 DC 전압을 적용하면 좁은 조절 가능한 범위를 벗어나는 m/z 비율의 이온을 불안정화할 수 있어 이온에 대한 질량 필터의 형태를 생성할 수 있다.
특정 구성에서, 셀(110)은 또한 충돌 모드 또는 운동 에너지 식별(KED) 모드에서 사용될 수 있다. 충돌 모드에서, 셀(110)은 반응 모드에서와 동일한 가스 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 가스 혼합물은 입구(130)를 통해 셀(110) 내로 도입될 수 있고 가스 혼합물은 셀(110) 내부의 이온 스트림과 충돌한다. 분석물 이온 및 간섭 이온 모두는 가스 혼합물의 가스 분자와 충돌하여 이온의 운동 에너지의 평균 손실을 초래할 수 있다. 충돌로 인해 손실된 운동 에너지의 양은 일반적으로 이온의 충돌 단면과 관련될 수 있으며, 이는 이온의 원소 조성과 관련될 수 있다. 2개 이상의 결합 원자로 구성된 다원자 이온(분자 이온으로도 알려져 있음)은 단일 하전 원자로만 구성된 단원자 이온보다 더 큰 충돌 단면을 갖는 경향이 있다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않고, 가스 혼합물의 가스 분자는 다원자 원자와 충돌할 가능성이 더 높아서 동일한 m/z 비율의 단원자 원자에서 볼 수 있는 것보다 평균적으로 더 높은 운동 에너지 손실을 야기한다. 셀(110)의 하류 단부에 정립된 적절한 에너지 장벽은 다원자 간섭 이온의 상당한 부분을 포획하여 하류 질량 분석기로의 전달을 방지할 수 있다. 충돌 모드는 반응 모드보다 더 융통성이 있고 작동이 더 간단할 수 있지만, 감소된 에너지의 분석물 이온 중 일부가 간섭 이온과 함께 포획되어 시스템의 하류 구성요소, 예를 들어, 질량 분석기 스테이지에 도달하는 것이 방지되기 때문에 반응 모드보다 이온 감도가 낮을 수 있다. 따라서, 충돌 모드를 사용하여 동일한 낮은 수준의 이온(예로서, ppt 및 sub-ppt)을 감지할 수 없는 경우가 때때로 있을 수 있다. 예를 들어, 관심 분석물 이온에 따라, 반응 모드를 사용한 검출 한계에 비해 충돌 모드를 사용하면 검출 한계가 10 내지 1100배 더 나빠질 수 있다. 또한, 불활성 가스 혼합물과의 충돌은 로드 세트 내에서 이온의 반경방향 산란을 일으킨다. 일부 경우에, 사중극 필드나 육중극 또는 팔중극 필드를 포함하는 고차 격납 필드를 사용하여 깊은 반경방향 전위 우물과 반경방향 격납을 제공할 수 있다. KED 모드에서, 하류 에너지 장벽은 분석물 이온의 것에 대해 그 평균 운동 에너지의 관점에서 간섭 이온을 구별한다. 사용된 정확한 극 수의 선택은 빔의 폭 및 빔 내의 각각의 이온 집단의 에너지 분포와 같은 이온 스트림의 품질에 대한 요구 사항을 적어도 부분적으로 완화시키는 것에 기초할 수 있으며, 이는 차례로 질량 분석계의 다른 이온 광학 요소에 대한 요구 사항을 완화시키고 전체적으로 더 많은 융통성을 제공할 수 있다.
본 명세서에 설명된 특정 구성은 충돌 모드 및 반응 모드 둘 모두에서 동일한 셀 및 동일한 가스 혼합물의 사용을 허용한다. 셀 및 가스 혼합물을 질량 분석계에서 사용하여 시료에서 분석물 이온을 선택 및 검출하고/하거나 간섭 이온을 제거 또는 억제할 수 있다. 셀/시스템은 반응 모드 및 충돌 모드 둘 모두 및 선택적으로 다른 모드에 대해 구성 가능하여 원치 않는 간섭 이온을 억제할 수 있다. 적절한 에너지 장벽을 설정하기 위해 질량 분석기와 같은 하류 구성요소를 제어 할뿐만 아니라 셀의 상류에 위치한 이온 소스 및 기타 이온 광학 요소를 제어함으로써, 다중극 셀은 동일한 또는 실질적으로 유사한 가스 혼합물 사용하여 다수의 상이한 모드들을 위해 동작 가능하게 될 수 있다. 따라서, 질량 분석계 시스템의 단일 다중 모드 셀은 상이한 모드 동안 셀에 도입된 공통 가스 혼합물을 사용하여 반응 및 충돌 모드 둘 모두에서 동작할 수 있다. 프로세서 또는 제어기는 셀에 연결된 가스 유동 및 전압원과 하류 질량 분석기를 제어하여 2개 이상의 모드에서 질량 분석계의 선택 가능한 대체 동작을 가능하게 하는 데 사용될 수 있다.
특정 실시예에서 및 도 2를 참조하면, 질량 분석계 시스템(200)의 특정 구성요소의 블록도가 도시되어 있다. 시스템(200)은 이온화 소스(210), 인터페이스(220), 편향기(230), 셀(240), 질량 분석기(250) 및 검출기(260)를 포함한다. 정확한 이온화 소스(210)는 다양할 수 있고 이하에 수많은 유형이 언급되지만, 이온화 소스(210)는 일반적으로 관심 분석물의 이온화 동안 다양한 공지된 무기 스펙트럼 간섭을 포함하는 스펙트럼 간섭을 발생시킨다. 이온화 소스(210)는 예를 들어 플라즈마 토치에서 분석물 시료를 기화시켜 이온을 생성할 수 있다. 이온화 소스(210)를 빠져나가면, 예를 들어 샘플러 판 및/또는 스키머(아래 참조)를 포함할 수 있는 것인 인터페이스(220)를 사용하여 이온이 추출될 수 있다. 인터페이스(220)에 의해 제공되는 이온 추출은 시스템(200)의 하나 이상의 하류 구성요소에 제공될 수 있는 좁고 고도로 집중된 이온 스트림을 초래할 수 있다. 인터페이스(220)는 통상적으로 하나 이상의 펌프에 의해 약 3 Torr의 대기압으로 배기된 진공 챔버 내에 존재한다. 원하는 경우, 인터페이스(220)는 이온 추출을 더욱 개선시키기 위해 다수의 상이한 스테이지, 영역 또는 챔버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스(220)의 제1 스키머를 통과할 때, 이온은 제2 스키머를 포함하는 제2 진공 영역으로 들어갈 수 있다. 제2 기계식 펌프(또는 제1 진공 영역 및 제2 진공 영역에 유체 결합된 공통 기계식 펌프)는 제2 진공 영역을 제1 진공 영역보다 낮은 대기압으로 배기시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 진공 영역은 1 내지 110 milliTorr에서 또는 대략 그 범위에서 유지될 수 있다.
특정 구성에서, 이온이 인터페이스(220)를 빠져나감에 따라 편향기(230)에 제공될 수 있다. 편향기(230)는 통상적으로 편향기(230)로 유입되는 이온을 선택하여 하류 구성요소에 제공하도록 동작한다. 예를 들어, 이온 편향기(230)는 길이방향 축이 이온 스트림의 입구 및 출구 궤적에 대해 대략 수직인 방향으로 연장되는 사중극 로드 세트를 포함하는 사중극 이온 편향기로서 구성될 수 있다. 편향기(230)의 사중극 로드에는 이온 편향기 사중극에서 편향 필드를 제공하기 위해 전원으로부터 적절한 전압이 제공될 수 있다. 사중극 로드의 구성 및 인가된 전압으로 인해, 생성된 편향 필드는 약 90도 각도(또는 다른 선택된 각도)를 통해 유입 이온 스트림에서 하전된 입자를 편향시키는 데 효과적일 수 있다. 따라서, 이온 스트림의 출구 궤적은 입구 궤적(뿐만 아니라, 사중극의 길이방향 축)에 대략 직교할 수 있다. 그러나, 원하는 경우, 편향기 또는 가이드는 예를 들어 미국 특허 공개 번호 20170011900 및 20140117248에 설명된 바와 같이 다르게 구성될 수 있다. 이온 편향기(230)는 이온 스트림(분석물 및 간섭 이온 모두)의 다양한 이온 집단을 출구로 선택적으로 편향시킬 수 있는 반면, 다른 중성으로 하전된 비-스펙트럼 간섭은 그에 대해 구별된다. 예를 들어, 편향기(230)는 이온 스트림으로부터 광 광자, 중성 입자(예컨대, 중성자 또는 다른 중성 원자 또는 분자)뿐만 아니라 다른 가스 분자를 선택적으로 제거할 수 있으며, 이들은 그 중성 변화로 인해 다중극에 형성된 편향 필드와 인지할만한 상호작용이 없거나 거의 없다. 편향기(230)는 이온 스트림으로부터 비-스펙트럼 간섭자를 제거하는 하나의 가능한 수단으로서 질량 분석계 시스템(200)에 포함될 수 있지만, 다른 수단이 또한 사용될 수 있다.
특정 구성에서, 출구 궤적을 따라 편향기(230)에서 일단 빠져나온 이온 스트림은 다중 모드 셀(240)의 입구 단부로 전달될 수 있으며, 이 다중 모드 셀은 반응 모드 또는 충돌 모드를 포함하는 다중 모드 셀로서 구성될 수 있다. 아래에서 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 입구 부재 또는 렌즈가 셀(240)에 존재할 수 있다. 진입 부재 또는 렌즈는 가압된 셀(240) 내로 이온 스트림을 수용하기 위한 이온 입구를 제공할 수 있다. 편향기(230)가 질량 분석계 시스템(200)으로부터 생략되면, 이온 스트림은 입구 부재 또는 렌즈를 통해 또한 인터페이스(220)로부터 셀(240)로 직접 전달될 수 있다. 가압된 셀(240)의 출구 단부에는 출구 렌즈와 같은 적절한 출구 부재가 있을 수 있다. 출구 렌즈는 가압된 셀(240)을 가로지르는 이온이 질량 분석기(250) 및 검출기(260)와 같은 질량 분석계 시스템(200)의 하류 분석 구성요소로 방출될 수 있는 개구를 제공할 수 있다.
특정 예에서, 셀(240)은 다중극 가압된 셀, 예를 들어 2개, 4개, 6개, 8개 또는 10개의 로드를 포함하는 셀로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 셀(240)은 그 내부 공간 내에 사중극 로드 세트를 둘러싸는 사중극 가압된 셀로서 구성될 수 있다. 종래와 같이, 사중극 로드 세트는 유입 이온 스트림의 경로와 동일 선상에 있는 공통 길이방향 축 주위에 균등하게 배열된 4개의 원통형 로드를 포함할 수 있다. 사중극 로드 세트는 사중극 로드 세트 내에 사중극 필드를 생성하기에 적절한 RF 전압을 수신하기 위해 전압원(도시되지 않음)에 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 사중극 로드 세트에 형성된 필드는 이온이 그 길이를 따라 셀(240)의 입구 단부로부터 출구 단부를 향해 전달되는 반경방향 격납을 제공할 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 더 잘 도시되어 있는 바와 같이, 사중극 로드 세트(340a, 340b)에서 대각선으로 대향하는 로드는 전압원(342)으로부터 각각 위상차를 갖는 RF 전압을 수신하도록 함께 결합될 수 있다. 일부 경우에, DC 바이어스 전압이 또한 사중극 로드 세트(340a, 340b)에 제공될 수 있다. 전압원(342)은 또한 셀 오프셋(DC 바이어스) 전압을 셀(240)에 공급할 수 있다. 일부 예에서, 사중극 로드 세트(340a, 340b)는 그 길이방향 축을 따라 진입 렌즈 및 출구 렌즈와 동일 선상에 정렬될 수 있으며, 이에 의해 이온 스트림 내의 이온에 대한 가압된 셀(240)을 통한 완전한 횡단 경로를 제공한다. 일부 예에서, 진입 렌즈는 또한 이온 스트림을 입구 타원 내로 전체적으로 또는 적어도 실질적으로 지향시키고, 예를 들어, 그러나 비제한적으로, 2 mm 내지 3 mm 범위인 선택된 최대 공간 폭을 갖는 이온 스트림을 제공하기 위해 적절하게 크기설정(예를 들어, 4.2 mm)될 수 있다. 진입 렌즈는 이온 스트림의 대부분 또는 전부, 그러나 최소치로는 상당한 부분이 사중극 로드 세트의 수용 타원으로 향하도록 크기가 정해질 수 있다. 인터페이스(220)의 구성요소, 예를 들어 스키머는 또한 이온 스트림의 공간 폭에 영향을 주도록 크기가 정해질 수 있다. 이러한 방식으로, 이온 스트림은 이온 손실을 감소시키고 셀(240)을 통한 효율적인 전달을 제공하기 위해 셀(240)의 상류에 집중(적어도 소정 정도까지)될 수 있다.
특정 구성에서, 도 4에 보다 구체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 다중 모드 셀(400)은 셀(400)에 유체 결합된 가스 입구(430)를 포함할 수 있다. 셀(400)의 입구(422)에는 입구 부재(420)가 존재할 수 있고, 셀(400)의 출구(432)에는 출구 부재(430)가 존재할 수 있다. 가스 입구(412)는 하나 이상의 가스 소스에 유체 결합되어 가스 혼합물을 셀(400) 내로 도입하여 셀을 가압한다. 일부 예에서, 사전 혼합된 가스가 가스 소스에 존재할 수 있고 셀로 도입될 수 있는 반면, 다른 경우에는 가스 혼합물을 셀(400)로 도입하기 전에 2개 이상의 가스가 셀(400)의 상류에서 혼합될 수 있다. 가스 소스는 다량의 선택된 가스 혼합물을 가압된 셀(400)에 주입하여 이온 스트림 내의 이온과 충돌시키도록 작동될 수 있다. 가스 혼합물은 통상적으로 2개 이상의 상이한 가스, 예를 들어 2개의 가스, 3개의 가스, 4개의 가스 등을 포함한다. 가스 혼합물의 예시적인 가스는 수소, 헬륨, 네온, 아르곤, 질소 등을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 일부 예에서, 하나 이상의 가스는 일반적으로 이온 스트림에서 분석물 이온 및 간섭 이온 모두에 대해 불활성일 수 있다. 예를 들어, 제1 다원자 간섭 이온의 이온 스트림에서의 제1 그룹의 이온 및 제2 단원자 분석물 이온의 이온 스트림에서의 제2 그룹의 이온을 가정하면, 가스 혼합물의 불활성 가스는 제2 그룹의 이온보다 제1 그룹의 이온의 실질적으로 더 큰 비율과 충돌하여 제1 그룹의 개별 이온의 에너지를 제2 그룹의 개별 이온보다 평균적으로 더 큰 정도로 감소시킬 수 있다. 따라서, 가스 혼합물의 불활성 가스는 충돌 모드 또는 KED 모드에서 가압된 셀(400)을 동작시키기에 적절한 유형으로 이루어질 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 혼합물 중 하나 이상의 가스는 셀이 반응 모드에서 동작할 때 셀(400)의 특정 이온과 반응하는 데 효과적일 수 있다. 가스 혼합물의 반응성 가스는 예를 들어 간섭 이온과 반응성이면서 동시에 하나 이상의 분석물 이온에 대해 불활성이도록 선택될 수 있다. 대안적으로, 가스 혼합물의 선택된 반응성 가스는 간섭 이온에 대해 불활성일 수 있고 하나 이상의 분석물 이온과 반응성일 수 있다. 예를 들어, 가스 혼합물의 반응성 가스가 간섭 이온과 반응성이 되도록 선택되면, 이 때, 가압된 셀(400)에서 질량 필터링이 수행되어 분석물 이온만을 셀로부터 전달하거나 제공할 수 있다. 충돌 모드 및 반응 모드 모두에서 동일한 가스 혼합물이 사용될 수 있음에도 불구하고, 반응성 가스는 또한 가스 혼합물과 동일한 미리 정해진 압력일 수 있으면서 셀이 반응 모드에서 동작하는 지 또는 충돌 모드에서 동작하는 지에 따라 동일하거나 상이할 수 있는 미리 정해진 압력까지 가압된 셀(400) 내에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 혼합물은, 셀이 KED 모드에서 동작될 때 약 0.02 milliTorr 내지 약 0.04 milliTorr의 범위 및 셀이 DRC 모드에서 동작될 때 약 0.04 milliTorr 내지 약 0.065 milliTorr의 범위 이내인 미리 정해진 압력으로 가압된 셀(410) 내에 제공될 수 있다. 그러나, 사용되는 정확한 압력은 기구, 셀 치수 및 기타 요인에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 적절한 셀 압력을 결정하기 위해, 하나 이상의 표준을 사용하여 셀 압력을 보정하고 시스템의 다양한 가스 유동 및 압력을 최적화할 수 있다. 일부 경우에, 적절한 셀 압력 및 유동은 배경 등가 농도의 최소화에 기초하여 선택된다. 특정 예에서, 압력/유동 보정은 적절한 압력 및 유동이 특정 분석에 사용되고 있는지 확인하기 위해 주기적으로 수행될 수 있다.
일부 예에서, 하나 이상의 펌프, 밸브, 출구 등(도시되지 않음)은 가압된 셀(400)에 유체 결합될 수 있고 가압된 셀(400) 내에 수용된 가스를 배기시키도록 동작될 수 있다. 펌프와 가스 소스(들)의 동기 동작을 통해, 가압된 셀(400)은 질량 분석계 시스템의 동작 동안 적절한 가스 혼합물로 반복적으로 선택적으로 충전되고, 그 후, 비워질 수 있다. 예를 들어, 가압된 셀(400)은 다량의 제1 가스 혼합물로 채워지고 그 후 비워질 수 있으며, 대안적으로, 제1 가스 혼합물과 상이한 다량의 선택된 제2 가스 혼합물로 채워지고 그 후 비워질 수 있다. 이러한 방식으로, 가압된 셀(400)은 상이한 가스 혼합물을 사용하여 충돌 및 반응 모드에서의 교대 및 선택 동작에 적합하게 만들어질 수 있다. 동일한 가스 혼합물이 두 모드에서 사용될 수 있지만, 필요한 경우, 가압된 셀(400)은 충돌 모드에서 반응 모드로 전환하기 전에 배기될 수 있다.
특정 실시예에서, 셀(400)은 진입 렌즈(420) 및 출구 렌즈(430) 이외에 사중극 로드 세트(410)(또는 육중극, 팔중극 등을 제공하기 위한 다른 로드 세트)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 셀(400)은 또한 셀(400)의 내용물을 배기하기 위한 유체 출구 또는 환기구를 포함할 수 있다. 사중극 로드 세트(410)의 상류에 위치된 이온 광학 요소는 또한 예를 들어, 대응하는 범위의 관점에서, 이온 스트림 내의 다양한 이온 집단의 각각의 에너지 분포 각각을 제어하고 이온화 소스로부터 사중극 로드 세트(410)로의 전달 동안 에너지 분리를 최소화하도록 구성될 수 있다. 이 제어의 일 양태는 진입 렌즈(420)를 접지 전위로 또는 그보다 약간 낮게 유지함으로써 다른 경우에 이온 집단에서 에너지 분리를 유발할 수 있는 진입 렌즈(420)에서의 임의의 이온 필드 상호 작용을 최소화하는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 진입 렌즈(420)는 셀(400)의 충돌 모드에서 -60 볼트 내지 +20 볼트 범위의 입구 전위 강하를 갖는 전원에 의해 공급될 수 있다. 대안적으로, 진입 렌즈(420)에 공급된 진입 전위는 -3V와 0(접지 전위) 사이의 범위에 있을 수 있다. 필수적이지는 않지만, 진입 전위의 크기를 비교적 낮은 수준으로 유지하는 것은 이온 스트림에서 상이한 이온 그룹의 대응하는 에너지 분포를 비교적 작은 범위 내에서 유지하는 데 도움이 될 수 있다.
일부 실시예에서, 이온 스트림 내의 각각의 이온 집단 각각에 대한 대응하는 에너지 분포의 범위는 이온화 소스로부터 셀(400)로의 전달 동안 대응하는 초기 범위의 5 % 내에 있도록 제어되고 유지될 수 있다. 대안적으로, 각 이온 집단의 각각의 에너지 분포는 내부의 가스 혼합물과의 충돌을 통해 가압된 셀(400)에서 양호한 운동 에너지 식별을 제공하도록 선택된 최대 범위 내로 제어되고 유지될 수 있다. 대응하는 에너지 분포의 이 최대 범위는 예를 들어, 반치전폭에서 측정시 약 2 eV와 동일할 수 있다.
일부 실시예에서, 출구 렌즈(430)는 또한 선택된 출구 전위에서 유지되도록 전압원에 의해 DC 전압을 공급받을 수 있다. 일부 실시예에서, 출구 렌즈(430)는 가압된 셀(400)의 양으로 하전된 이온을 가압된 셀(400)의 출구 단부를 향해 끌어당기도록 진입 렌즈(420)에 제공되는 입구 전위보다 낮은(즉, 보다 음성인) 출구 전위를 수용할 수 있다. 또한, 출구 전위의 절대 크기는 공급된 입구 전위보다 더 클 수 있으며, 아마도 훨씬 더 클 수도 있다. 출구 렌즈(430)가 유지될 수 있는 출구 전위는 일부 실시예에서 -40V와 -18V 사이에서 정의된 범위 내에 있을 수 있다. 다른 구성에서, 출구 렌즈(430)는 가압된 셀(400)의 충돌 모드에서 -26 볼트와 +26 볼트 사이의 전압으로 유지될 수 있다. 원하는 경우, 출구 렌즈(430)는 가압된 셀(400)의 반응 모드에서 -26 볼트와 +26 볼트 사이의 전압으로 유지될 수 있다. 일부 경우에, 가압된 셀(400)이 반응 모드에 있을 때 입구 부재(420)를 출구 부재(430)에 제공된 전압과 실질적으로 유사한 전압으로 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 예에서, 단일 전압원이 렌즈(420, 430) 모두에 전력을 제공할 수 있는 반면, 다른 구성에서, 렌즈(420, 430) 각각은 그 자신의 각각의 전압원(도시되지 않음)에 전기적으로 결합될 수 있다. 일 예에서, 진입 렌즈(420)는 약 4 mm 내지 약 5 mm의 진입 렌즈 오리피스를 포함할 수 있다. 출구 렌즈 오리피스는 입구 렌즈 오리피스보다 작거나 클 수 있으며, 일부 경우에 약 2.5 mm 내지 약 3.5 mm의 오리피스를 포함한다. 가압된 셀로부터 이온 스트림을 수용하고 배출하기 위해 다른 크기의 오리피스도 가능할 수 있다. 또한, 가압된 셀(400)은 일반적으로 진공 챔버로부터 밀봉되어 가스 혼합물의 양들을 수용하기에 적절한 내부 공간을 한정할 수 있다.
특정 실시예에서, 본 명세서에 설명된 시스템에 존재하는 질량 분석기(250)는 일반적으로 분해 사중극 질량 분석기, 이중 쿼드 질량 분석기, 삼중 쿼드 질량 분석기, 세그먼트화 질량 분석기, 육중극 질량 분석기, TOF(time-of-flight) 질량 분석기, 선형 이온 포집 분석기 또는 이들 요소의 소정의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적절한 유형의 질량 분석기일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 질량 분석기(250)는 일반적으로 질량 분석기(250)의 구성요소에 제공되는 전압을 제어하기 위해 적절한 전원 및 프로세서에 전기적으로 결합된다. 질량 분석기(250)는 시스템의 렌즈 및/또는 다중 모드 셀과 공통 전원을 공유할 수 있거나 그 자체의 각각의 전원을 포함할 수 있다. 질량 분석기(250)에 제공된 이온은(시간이 아닌 공간에서 질량-선택 축방향 방출의 경우) 질량 분화될 수 있고 검출을 위해 검출기(260)로 전달될 수 있으며, 검출기는 이해할 수 있는 바와 같이 임의의 적절한 검출기일 수 있다. 예시적인 검출기는 전자 증배기, 다중 채널 판, 셰브론 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 예시적인 검출기는 공동 양도된 미국 특허 공개 번호 20160379809 및 20160223494에 기재되어 있으며, 이들 각각의 전체 개시내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 원하는 경우, 전압원은 또한 하류 오프셋(DC) 바이어스 전압을 질량 분석기(250)에 제공할 수 있다. 질량 분석기(250)는 기계식 펌프 또는 다른 펌프에 의해 배기된 진공 챔버 내에 수용될 수 있다.
일부 실시예에서, 추가 구성요소가 도 2에 도시되어 있는 임의의 구성요소 또는 스테이지(210-260) 사이에 존재할 수 있다. 예를 들어, 프리필터가 셀(240)과 하류 질량 분석기(250) 사이에 존재하여 이들 두 구성요소 사이의 전달 요소로서 사용될 수 있다. 프리필터는 RF-전용 모드에서 동작하여 가압된 셀(240)과 하류 질량 분석기(250) 사이의 이온 스트림의 반경방향 격납을 제공하고/하거나 달리 발생할 수 있는 필드-프린징의 영향을 감소시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 프리필터는 또한 예를 들어 공간 전하 문제 등을 해결하기 위해 질량 분석기(250)로 전달하기 전에 이온의 추가적인 질량 필터링을 제공하기 위해 DC 전압을 수신할 수 있다.
특정 실시예에서, 가압된 셀(240)에는 셀 오프셋 전압이 제공될 수 있고 질량 분석기(250)에는 하류 오프셋 전압이 제공될 수 있으며, 이들은 대응하는 구성요소에 전기적으로 결합된 단일 또는 다수의 상이한 전압원에 의해 공급되는 DC 전압일 수 있다. 각각의 인가된 오프셋 전압의 진폭은 완전히 제어될 수 있다. 하나의 경우에, 하류 오프셋 전압은 셀 오프셋 전압보다 양성적일 수 있으며, 이에 의해 질량 분석기(250)는 가압된 셀(240)을 초과한 전위로 유지된다. 가압된 셀(240)로부터 질량 분석기(250)로의 양성 이온 전달에 있어서, 이 전위차는 이온이 극복하여야 하는 양성 전위 장벽을 제시할 수 있다. 상대적인 양성적 차이는 이온 관통에 대한 가압된 셀(240)의 하류 단부의 출구 장벽을 제공할 수 있다. 적어도 특정 최소 운동 에너지를 갖는 이온은 출구 장벽을 관통할 수 있는 반면, 충분한 운동 에너지를 갖지 않는 느린 이온은 가압된 셀(240) 내에 포획될 수 있다. 예를 들어, 질량 분석기(250)와 가압된 셀(240) 사이의 전위차의 크기의 제어를 통해 출구 장벽의 강도가 적절하게 선택되면, 이 때, 출구 장벽은 다른 집단에 대해 하나의 이온 집단 또는 그룹을 선택적으로 구별할 수 있어서 하나의 이온 그룹이 다른 그룹에 비해 더 큰 비율로 이온이 장벽에 의해 포획되어 가압된 셀(240)을 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 하류 오프셋 전압을 셀 오프셋 전압보다 더 양성으로 제어하면 질량 분석계 시스템(200)이 충돌 모드(KED 모드)에서의 동작에 적합하게 만들 수 있다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, 충돌 모드에서 셀(240)을 가압하기 위해 가스 혼합물이 셀(240)(또는 질량 분석기(250)의 상류의 다른 구성요소)에 제공될 수 있다.
다른 구성에서, 하류 및 셀 오프셋 전압(및 이에 따른 그 사이의 차이)은 셀 오프셋 전압이 하류 오프셋 전압보다 더 양성적이도록 제어될 수 있다. 오프셋 전압이 제어되면, 질량 분석계(200)는 반응 모드에서 동작하기에 적합할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 출구 장벽을 제공하는 대신에, 질량 분석기(250)를 가압된 셀(240)보다 낮은 전위로 유지하는 것은 가압된 셀(240)로부터 질량 분석기(250)로 이온을 가속시킬 수 있고 이들 두 스테이지 사이에서 분석물 이온의 보다 효율적인 전달을 제공할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 간섭 이온은 가스 혼합물의 반응성 가스와 반응하여 생성 이온을 형성할 수 있고, 이는 이어서 분석물 이온의 m/z 주위에 좁은 대역 통과 필터를 적용하도록 가압된 셀(240)을 조정함으로써 불안정화 및 방출될 수 있다. 이 구성에서, 분석물 이온만이 질량 분석기(250) 내로 가속되어야 한다. 포획 요소가 가압된 셀(240)의 하류에 제공되는 경우, 전위 강하에 의해 제공되는 가속력은 때때로, 예를 들어, 파쇄가 필요한 경우 분석물 이온의 트랩 내 이온 파쇄를 유도하는 효과적인 방법일 수도 있다.
일부 실시예에서, 가스 혼합물을 사용하는 다양한 동작 모드에 대해 질량 분석계(200)의 동작을 제어하고 조절하기 위해, 프로세서는 예를 들어 제어기 내에 또는 독립형 프로세서로서 존재한다. 이를 위해, 프로세서는 각각의 가스 소스, 하나 이상의 펌프, 가압된 셀(240) 및/또는 하류 질량 분석기(250)를 위한 하나 이상의 전압원, 및 도 2에 도시되지 않은 질량 분석계(200)에 포함된 임의의 다른 전압 또는 가스 소스에 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 질량 분석계(200)를 충돌 모드에서 반응 동작 모드로, 또한 반응 모드에서 다시 충돌 동작 모드로 전환하도록 동작 가능할 수 있다. 보다 일반적으로, 프로세서는 이들 2 가지 동작 모드 또는 2개 초과의 동작 모드 사이에서 선택적으로 전환할 수 있다. 보다 구체적으로 설명될 바와 같이, 하나의 동작 모드에서 다른 동작 모드로 전환하기 위해, 프로세서는 필요에 따라 하나 이상의 다른 설정 또는 파라미터에 기초하여 질량 분석계 시스템(200)의 하나 이상의 설정 또는 파라미터를 설정, 조절, 재설정 또는 제어할 수 있다.
특정 구성에서, 프로세서는 예를 들어 전압, 펌프, 질량 분석기, 검출기 등을 제어하기 위해 예를 들어 시스템을 동작시키기 위한 마이크로프로세서 및/또는 적절한 소프트웨어를 포함하는 하나 이상의 컴퓨터 시스템 및/또는 공통 하드웨어 회로에 존재할 수 있다. 일부 예에서, 시스템 자체는 가스 혼합물을 사용하여 충돌 모드 및 반응 모드에서 시스템의 동작을 허용하기 위해 그 자체의 각각의 프로세서, 운영 체제 및 다른 특징을 포함할 수 있다. 프로세서는 시스템에 통합될 수 있거나 시스템의 구성요소에 전기적으로 결합된 하나 이상의 액세서리 보드, 인쇄 회로 보드 또는 컴퓨터 상에 존재할 수 있다. 프로세서는 일반적으로 하나 이상의 메모리 유닛에 전기적으로 결합되어 시스템의 다른 구성요소로부터 데이터를 수신하고 필요에 따라 또는 원하는 경우 다양한 시스템 파라미터의 조절을 허용한다. 프로세서는 Unix, Intel PENTIUM 유형 프로세서, Motorola PowerPC, Sun UltraSPARC, Hewlett-Packard PA-RISC 프로세서 또는 임의의 다른 유형의 프로세서에 기초한 것들 같은 범용 컴퓨터의 일부일 수 있다. 기술의 다양한 실시예에 따라 임의의 유형의 컴퓨터 시스템 중 하나 이상이 사용될 수 있다. 또한, 시스템은 단일 컴퓨터에 연결되거나 통신 네트워크에 의해 연결된 복수의 컴퓨터에 분산될 수 있다. 네트워크 통신을 포함한 다른 기능이 수행될 수 있고 기술은 임의의 특정 기능 또는 기능 세트를 갖는 것으로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 다양한 양태가 범용 컴퓨터 시스템에서 실행되는 전문 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 디스크 드라이브, 메모리, 또는 데이터를 저장하기 위한 다른 장치와 같은 하나 이상의 메모리 장치에 연결된 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리는 일반적으로 가스 혼합물을 사용한 다양한 모드에서의 시스템 동작 중에 프로그램, 교정 및 데이터를 저장하는 데 사용된다. 컴퓨터 시스템의 구성요소는 하나 이상의 버스(예를 들어, 동일한 기계 내에 통합된 구성요소 사이) 및/또는 네트워크(예를 들어, 별개의 개별 기계에 존재하는 구성요소 사이)를 포함할 수 있는 상호연결 장치에 의해 연결될 수 있다. 상호연결 장치는 시스템의 구성요소 사이에서 교환될 통신(예를 들어, 신호, 데이터, 명령)을 제공한다. 컴퓨터 시스템은 통상적으로 처리 시간, 예를 들어, 수 밀리초, 수 마이크로초 또는 그 미만 내에 명령을 수신 및/또는 발행하여, 시스템이 상이한 모드 사이를 전환하고 및/또는 상이한 가스 혼합물 사이를 전환하도록 신속한 제어를 허용할 수 있다. 예를 들어, 셀 내의 압력, 셀 및/또는 렌즈 요소에 제공된 전압 등을 제어하기 위해 컴퓨터 제어가 구현될 수 있다. 프로세서는 통상적으로 예를 들어 직류 소스, 교류 소스, 배터리, 연료 전지 또는 다른 전원이나 전원의 조합일 수 있는 전원에 전기적으로 결합된다. 전원은 시스템의 다른 구성요소와 공유될 수 있다. 시스템은 또한 하나 이상의 입력 장치, 예를 들어 키보드, 마우스, 트랙볼, 마이크로폰, 터치스크린, 수동 스위치(예를 들어, 오버라이드 스위치) 및 하나 이상의 출력 장치, 예를 들어 인쇄 장치, 디스플레이 스크린, 스피커를 포함할 수 있다. 또한, 시스템은 컴퓨터 시스템을 통신 네트워크에 연결하는(상호 연결 장치에 추가하여 또는 대안적으로) 하나 이상의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 시스템에 존재하는 다양한 전기 장치로부터 수신된 신호를 변환하기 위한 적절한 회로를 포함할 수 있다. 이러한 회로는 인쇄 회로 보드 상에 존재할 수 있거나 또는 적절한 인터페이스, 예를 들어 직렬 ATA 인터페이스, ISA 인터페이스, PCI 인터페이스 등을 통해 또는 하나 이상의 무선 인터페이스, 예를 들어, 블루투스, Wi-Fi, 근거리 통신 또는 다른 무선 프로토콜 및/또는 인터페이스를 통해 인쇄 회로 보드에 전기적으로 결합된 별도의 보드 또는 장치 상에 존재할 수 있다.
특정 실시예에서, 본 명세서에 설명된 시스템에 사용된 저장 시스템은 통상적으로 프로세서에 의해 실행될 프로그램이 사용할 코드가 저장될 수 있는 컴퓨터 판독 가능 및 기록 가능 불휘발성 기록 매체 또는 프로그램에 의해 처리될 매체 상에 또는 내에 저장된 정보를 포함한다. 매체는 예를 들어 하드 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브 또는 플래시 메모리일 수 있다. 통상적으로, 동작에서, 프로세서는 데이터를 불휘발성 기록 매체로부터 해당 매체보다 프로세서가 정보에 더 빠르게 액세스할 수 있게 하는 다른 메모리로 판독한다. 이 메모리는 일반적으로 DRAM(dynamic random access memory) 또는 SRAM(static memory)과 같은 휘발성 랜덤 액세스 메모리이다. 이는 저장 시스템 또는 메모리 시스템에 위치될 수 있다. 프로세서는 일반적으로 집적 회로 메모리 내의 데이터를 조작하고, 이어서, 처리가 완료된 후 데이터를 매체에 복사한다. 매체와 집적 회로 메모리 소자 사이의 데이터 이동을 관리하기 위한 다양한 메커니즘이 알려져 있으며, 기술은 이에 제한되지 않는다. 이 기술은 또한 특정 메모리 시스템 또는 저장 시스템으로 제한되지 않는다. 특정 실시예에서, 시스템은 또한 특별히 프로그램된, 특수 목적 하드웨어, 예를 들어, 주문형 집적 회로(ASIC) 또는 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA)를 포함할 수 있다. 기술의 양태는 소프트웨어, 하드웨어 또는 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 또한, 이러한 방법, 동작, 시스템, 시스템 요소 및 그 구성요소는 앞서 설명한 시스템의 일부 또는 독립적인 구성요소로서 구현될 수 있다. 특정 시스템이 기술의 다양한 양태가 실시될 수 있는 하나의 유형의 시스템으로서 예로서 설명되었지만, 양태는 설명된 시스템에서 구현되는 것으로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 다양한 양태는 상이한 아키텍처 또는 구성요소를 갖는 하나 이상의 시스템에서 실시될 수 있다. 시스템은 고수준 컴퓨터 프로그래밍 언어를 사용하여 프로그램 가능한 범용 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 또한 특별하게 프로그래밍된 특수 목적 하드웨어를 사용하여 구현될 수 있다. 시스템에서 프로세서는 일반적으로 Intel Corporation에서 제공하는 잘 알려진 Pentium급 프로세서와 같은 상용 프로세서이다. 다른 많은 프로세서들도 상업적으로 이용 가능하다. 이러한 프로세서는 일반적으로 운영 체제를 실행하며, 이러한 운영 체제는 예를 들어 Microsoft Corporation에서 제공하는 Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000 (Windows ME), Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8 또는 Windows 10 운영 체제, MAC OS X, 예를 들어, Snow Leopard, Lion, Mountain Lion 또는 Apple에서 제공하는 기타 버전, Sun Microsystems에서 제공하는 Solaris 운영 체제 또는 다양한 소스에서 사용 가능한 UNIX 또는 Linux 운영 체제일 수 있다. 많은 다른 운영 체제가 사용될 수 있으며, 특정 실시예에서 간단한 세트의 커맨드 또는 명령어가 운영 체제로서 기능할 수 있다.
특정 예에서, 프로세서 및 운영 체제는 고수준 프로그래밍 언어의 애플리케이션 프로그램이 작성될 수 있는 플랫폼을 함께 정의할 수 있다. 이 기술은 특정 시스템 플랫폼, 프로세서, 운영 체제 또는 네트워크로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 개시내용의 이점을 고려하여, 본 기술이 특정 프로그래밍 언어 또는 컴퓨터 시스템으로 제한되지 않는다는 것이 본 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 또한, 다른 적절한 프로그래밍 언어 및 다른 적절한 시스템이 사용될 수도 있음을 이해하여야 한다. 특정 예에서, 하드웨어 또는 소프트웨어는 인지 아키텍처, 신경망 또는 다른 적절한 구현을 구현하도록 구성될 수 있다. 원하는 경우, 컴퓨터 시스템의 하나 이상의 부분이 통신 네트워크에 연결된 하나 이상의 컴퓨터 시스템에 걸쳐 분산될 수 있다. 이들 컴퓨터 시스템은 또한 범용 컴퓨터 시스템일 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 클라이언트 컴퓨터에 서비스(예를 들어, 서버)를 제공하거나 분산 시스템의 일부로서 전체 작업을 수행하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터 시스템 사이에 다양한 양태가 분산될 수 있다. 예를 들어, 다양한 양태는 다양한 실시예에 따른 다양한 기능을 수행하는 하나 이상의 서버 시스템 사이에 분포된 구성요소를 포함하는 클라이언트-서버 또는 멀티-티어 시스템에서 수행될 수 있다. 이들 구성요소는 통신 프로토콜(예를 들어, TCP/IP)을 사용하여 통신 네트워크(예를 들어, 인터넷)를 통해 통신하는 실행 가능, 중간(예를 들어, IL) 또는 해석(예를 들어, Java) 코드일 수 있다. 또한, 이 기술은 임의의 특정 시스템 또는 시스템 그룹에서 실행되는 것으로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 또한, 이 기술은 임의의 특정 분산 아키텍처, 네트워크 또는 통신 프로토콜로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
일부 경우에, 다양한 실시예는 예를 들어 SQL, SmallTalk, 베이직, 자바, 자바스크립트, PHP, C++, 에이다, 파이썬, iOS/Swift, 루비 온 레일즈 또는 C#(C-샵)과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어를 사용하여 프로그래밍될 수 있다. 다른 객체 지향 프로그래밍 언어가 사용될 수도 있다. 대안적으로, 기능적, 스크립팅 및/또는 논리적 프로그래밍 언어가 사용될 수 있다. 다양한 구성은 프로그래밍되지 않은 환경(예를 들어, 브라우저 프로그램의 윈도우에서 볼 때 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 양태를 렌더링하거나 다른 기능을 수행하는 HTML, XML 또는 다른 형식으로 생성된 문서)에서 구현될 수 있다. 특정 구성은 프로그래밍되거나 프로그래밍되지 않은 요소, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 일부 경우에, 시스템은 유선 또는 무선 인터페이스를 통해 통신하고 필요에 따라 원격으로 시스템의 동작을 허용할 수 있는 모바일 장치, 태블릿, 랩톱 컴퓨터 또는 기타 휴대용 장치에 존재하는 것과 같은 원격 인터페이스를 포함할 수 있다.
특정 예에서, 프로세서는 또한 이들 상이한 화합물의 m/z 비율, 이온화 에너지 및 다른 일반적 정보를 포함할 수 있는 원자, 분자, 이온 등에 관한 정보의 데이터베이스를 포함하거나 이에 대한 액세스를 가질 수 있다. 데이터베이스는 다른 화합물과 상이한 화합물의 반응성에 관한 추가 데이터, 예컨대, 2개의 화합물이 분자를 형성하는 지 또는 다르게는 서로에 대해 불활성인지의 여부를 포함할 수 있다. 메모리에 저장된 명령은 소프트웨어 모듈 또는 시스템에 대한 제어 루틴을 실행할 수 있으며, 이는 사실상 시스템의 제어 가능한 모델을 제공할 수 있다. 프로세서는 충돌 및 반응 동작 모드를 포함하여 질량 분석계에 대한 상이한 동작 모드에 대한 제어 파라미터 또는 값을 결정하기 위해 프로세서에서 실행되는 하나의 또는 소프트웨어 모듈과 함께 데이터베이스로부터 액세스된 정보를 사용할 수 있다. 제어 명령을 수신하는 입력 인터페이스 및 질량 분석계 시스템의 상이한 시스템 구성요소에 연결된 출력 인터페이스를 사용하여 프로세서는 시스템을 능동적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, KED 또는 충돌 동작 모드에서, 프로세서는 헬륨 가스 및 수소 가스 혼합물과 같은 가스 혼합물의 소스를 활성화한 다음 가스 소스를 구동하여 가압된 셀을 미리 정해진 압력까지 다량의 가스 혼합물로 채울 수 있다. 프로세서는 또한 하류 오프셋 전압을 셀 오프셋 전압보다 양성이 되도록 설정하여 가압된 셀의 출구 단부에 출구 장벽을 형성할 수 있다. 가압된 셀에 도입된 이온은 가스 혼합물의 하나 이상의 구성요소와 충돌할 수 있고 그 각각의 운동 에너지의 감소를 겪을 수 있다. 운동 에너지의 평균 감소는 이온 종류의 평균 충돌 단면에 의존할 수 있으며, 두 종류의 이온이 실질적으로 동일하거나 유사한 m/z 비율을 갖는 경우, 더 큰 충돌 단면의 이온은 더 작은 단면의 이온에 비해 운동 에너지의 더 큰 감소를 겪는 경향이 있다. 따라서, 불활성 가스와의 충돌로 인해, 다원자 간섭 이온 그룹은 그 평균 운동 에너지가 단원자 분석물 이온 그룹보다 크게 감소될 수 있다. 이러한 2개의 그룹의 이온의 대응하는 에너지 분포가 이온 소스에서 가압된 셀로 전달되는 동안 질량 분석계 시스템에 대해 선택된 최대 범위 내에 있도록 제어되는 경우, 이 때, 가스 혼합물과의 충돌은 두 그룹 사이의 에너지 분리를 도입할 수 있다. 따라서, 더 큰 비율의 간섭 이온이 분석물 이온 그룹에 비해 에너지 감소를 경험할 수 있고, 결과적으로, 출구 장벽의 크기를 제어하는 프로세서를 통해, 분석물 이온보다 더 큰 비율의 간섭 이온이 출구 장벽을 관통할 수 없게 하는 효과가 있다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, 출구 장벽의 정확한 진폭은 일반적으로 간섭 및 분석물 이온에 의존할 수 있고, 프로세서는 간섭 및 분석물 이온 종류 중 하나 또는 둘 모두에 기초하여 하류 및 셀 오프셋 전압 사이의 차이를 제어할 수 있다.
특정 구성에서, 프로세서는 진입 렌즈 및 출구 렌즈 각각에 인가된 진입 또는 출구 전위와 같은 다른 시스템 파라미터에 기초하여 하류 및 셀 오프셋 전압 사이의 차이를 제어할 수 있다.
다른 구성에서, 프로세서는 간섭 및 분석물 이온 사이의 운동 에너지 식별을 개선시키기 위해 출구 장벽을 형성하는 하류 및 셀 오프셋 전압을 조절 또는 조율하도록 구성될 수도 있다.
추가 구성에서, 프로세서는 또한 가압된 셀로 들어가는 성분 이온 집단의 에너지 분포 범위를 제어하기 위해 진입 렌즈에 인가된 입구 전위를 조절하도록 구성될 수 있다.
다른 구성에서, 프로세서는 또한 격납 필드의 강도를 설정 또는 조절하기 위해 전압원에 의해 셀의 로드 세트에 제공된 RF 전압을 제어할 수 있다. 이러한 방식으로, 프로세서는 로드 세트 내의 격납 필드를 셀의 로드 세트 내의 분석물 이온의 적어도 상당한 부분을 격납하기에 충분한 강도로 설정할 수 있다.
특정 예에서, KED 또는 충돌 모드에서 DRC 또는 반응 동작 모드로 전환하기 위해, 프로세서는 가압된 셀로부터 가스 혼합물의 배기를 허용하고 가스 소스가 예를 들어 가압된 셀에 미리 정해진 압력으로 펌핑되도록 추가적인 가스 혼합물(이는 충돌 모드에서 사용된 것과 동일하거나 상이한 가스 혼합물일 수 있음)을 제공할 수 있게 하도록 펌프를 제어할 수 있다. 충돌 모드 및 반응 모드에서 가스 혼합물이 동일할 수 있지만, 가스 혼합물 중 각 가스의 상대적 백분율은 충돌 모드와 반응 모드에서 다를 수 있다. 예를 들어, 가스 혼합물이 수소 및 헬륨 가스 혼합물을 포함하는 경우, 가스 혼합물에 존재하는 수소 가스의 양은 시스템이 반응 모드에서 동작될 때 가스 혼합물에 존재하는 수소 가스의 양보다 충돌 모드에서 더 클 수 있다. 대안적으로, 가스 혼합물이 수소 및 헬륨 가스 혼합물을 포함하는 경우, 가스 혼합물에 존재하는 수소 가스의 양은 시스템이 반응 모드에서 동작될 때 가스 혼합물에 존재하는 수소 가스의 양보다 충돌 모드에서 더 낮을 수 있다. 반응 모드에서 동작될 때, 가스 혼합물의 하나 이상의 성분은 일반적으로 분석물 이온에 대해 불활성이지만 간섭 이온과는 반응할 수 있다(또는 그 반대일 수 있다). 프로세서는 또한 예를 들어 연결된 데이터베이스에 액세스함으로써, 하나 이상의 식별된 관심 분석물 이온에 기초하여 하나 이상의 유형의 잠재적 간섭 이온을 결정할 수 있다. 프로세서에 의해 결정된 간섭 이온은 분석물 이온과 실질적으로 동일하거나 유사한 m/z 비율을 가질 수 있다. 프로세서는 또한 유사한 방식으로 적절한 가스 혼합물을 선택할 수 있다. 가스 혼합물이 선택되면, 프로세서는 가스 소스를 제어하여 반응 모드에서 동작하기 위해 가압된 셀에 다량의 가스 혼합물을 제공할 수 있다.
특정 예에서, 시스템이 반응 모드에서 동작될 때, 프로세서는 실질적으로 미국 특허 제6,140,638호 및 제6,627,912호에 설명된 바와 같이 질량 분석계의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 프로세서는 셀 오프셋 전압보다 음성인 하류 오프셋 전압을 제공하도록 전압원에 지시하도록 구성될 수 있다. 차이의 결정은 역시 간섭 및/또는 분석물 이온에 기초하여 이루어질 수 있다. 프로세서는 또한 오프셋 전압 차이를 조절 또는 조율하도록 구성될 수 있다.
특정 실시예에서, 반응 동작 모드에서 충돌 동작 모드로 다시 전환하기 위해, 프로세서는 펌프에 가압된 셀로부터 선택된 가스 혼합물을 배기하도록 지시하고, 이어서 가스 소스를 제어하여 가압된 셀에 다량의 가스 혼합물을 제공할 수 있다. 하류 및 셀 오프셋 전압뿐만 아니라 다른 시스템 파라미터가 또한 충돌 모드에서의 동작에 적합하도록 앞서 설명한 바와 같이 프로세서에 의해 조절될 수 있다. 가스 혼합물을 사용하는 이러한 모드 사이의 전환은 원하는 만큼 자주 발생할 수 있다. 또한, 충돌 모드 및 반응 모드에서의 실행들 사이에서 셀은 표준 또는 환기 모드로 유지될 수 있다. 원하는 경우, 예를 들어, 가스 혼합물이 셀에 존재하지 않는 경우, 셀이 환기 또는 표준 모드로 유지되는 동안 분석이 이루어질 수 있다.
특정 실시예에서 및 다시 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 각각 전방 및 후방 단면도에서 대안 실시예에 포함될 수 있는 보조 전극(362)이 있다. 육중극 또는 팔중극 로드 세트(또는 다른 로드 세트)가 대신 사용될 수 있지만, 도 3a 및 도 3b는 사중극 로드 세트(340a, 340b) 및 전압원(342)뿐만 아니라 이들 사이의 연결을 도시하고 있다. 한 쌍의 로드(340b)(도 3b)가 사중극 격납 필드를 제공할 수 있으므로, 한 쌍의 로드(340a)는 서로 결합될 수 있다(도 3a). 예를 들어, 한 쌍의 로드(340a)에는 미국 특허 번호 제8,426,804호에 설명된 바와 같은 전압이 제공될 수 있다. 보조 전극(362)은 사중극 격납 필드를 축방향 필드, 즉, 사중극 로드 세트 내의 축방향 위치에 의존하는 필드로 보충하기 위해 가압된 셀에 포함될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 보조 전극은 상단부 및 사중극 로드 세트의 길이방향 축을 향해 반경방향 내향 연장되는 미부를 포함하는, 대체로 T 형상 단면을 가질 수 있다. 스템 블레이드 섹션의 반경방향 깊이는 길이방향 축을 따라 변화하여 보조 전극(362)의 길이를 따라 테이퍼진 프로파일을 제공할 수 있다. 도 3a는 가압된 셀의 하류 단부로부터 입구 단부를 향해 상류를 보면서 보조 전극을 도시하고, 도 3b는 입구 단부 하류에서 출구 단부를 바라본 역방향 시점을 도시하고 있다. 스템 부분의 내향 반경방향 연장은 보조 전극(362)을 따라 하류측으로 이동하면서 감소된다. 각각의 개별 전극은 DC 전압을 수신하기 위해 전압원(342)에 함께 결합될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 보조 전극(362)의 이러한 기하형상 및 양성 DC 전압의 인가는 양으로 하전된 이온을 가압된 셀의 출구 단부로 추진할 극성의 축방향 필드를 제공할 수 있다. 세그먼트화 보조 전극, 발산 로드, 경사 로드 및 테이퍼형 로드 및 감소된 길이의 로드의 다른 기하형상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 보조 전극에 대한 다른 기하형상이 동등한 효과를 위해 사용될 수 있음을 또한 이해하여야 한다. 로드의 단부에서의 프린지 효과 및 다른 실질적인 한계를 무시하면, 보조 전극에 의해 생성된 축방향 필드는 실질적으로 선형인 프로파일을 가질 수 있다. 또한, 선형 필드의 구배는 인가된 DC 전압 및 전극 구성에 기초하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 인가된 DC 전압은 -500 V/cm 내지 +500 V/cm 범위의 축방향 필드 구배를 제공하도록 선택될 수 있다. 프로세서는 또한 보조 전극(362)에 공급된 DC 전압이 예를 들어 그 축방향 구배에 관하여 정의된 선택된 필드 강도의 축방향 필드를 형성하도록 전압원(342)을 제어할 수 있다. 보조 전극(362)은 상이한 전기장 강도에서 KED 및 DRC 동작 모드 각각에 대해 통전될 수 있다. 프로세서는 또한 각각의 동작 모드에 대한 상대 전기장 강도를 제어할 수 있다. 어느 동작 모드에서든, 보조 전극(362)은 이온을 가압된 셀의 출구 단부를 향해 추진함으로써 감소된 에너지 이온을 사중극으로부터 스위핑하는 데 효과적일 수 있다. 인가된 축방향 필드 강도의 크기는 이온 스트림에서의 간섭 및 분석물 이온뿐만 아니라 본 명세서에 설명된 다른 시스템 파라미터에 기초하여 프로세서에 의해 결정될 수 있다.
특정 실시예에서, 본 명세서에 설명된 셀 및 시스템과 함께 사용되는 정확한 이온화 소스는 다양할 수 있다. 통상적인 구성에서, 이온화 소스는 이온화 소스로 도입된 에어로졸화된 시료로부터 이온을 발생시키도록 동작한다. 특정 질량 분석 용례, 예를 들어, 금속 및 기타 무기 분석물의 분석을 수반하는 용례에 대해, 분석은 ICP-MS에서 달성될 수 있는 비교적 높은 이온 감도로 인해 질량 분석계에서 유도 결합 플라즈마(ICP) 이온 소스를 사용하여 바람직하게 수행될 수 있다. 예를 들어, ICP 이온 소스로 1 ppb 미만의 이온 농도를 달성할 수 있다. 종래의 유도 결합 플라즈마 이온 소스에서, 3개의 동심 튜브, 통상적으로 석영 튜브로 구성된 토치의 단부가 고주파 전류가 공급되는 유도 코일에 배치될 수 있다. 그 후, 아르곤 가스의 유동이 토치의 최외측 2개의 튜브 사이에 도입될 수 있으며, 여기서 아르곤 원자는 유도 코일의 고주파 자기장과 상호 작용하여 아르곤 원자로부터 전자를 방출할 수 있다. 이러한 작용은 소량의 아르곤 이온 및 자유 전자를 가지면서 대부분 아르곤 원자를 포함하는, 예를 들어 10,000 켈빈의 매우 고온의 플라즈마를 생성할 수 있다. 이어서, 분석물 시료는 예를 들어 분무된 액체 미스트로서 아르곤 플라즈마를 통과할 수 있다. 분무된 시료의 액적은 증발할 수 있으며, 액체에 용해된 임의의 고체는 원자로 분해되며, 플라즈마의 극도로 높은 온도로 인해 그 가장 느슨하게 결합된 전자가 제거되어 단일 하전 이온을 형성한다. 종래의 ICP 소스가 본 명세서에 설명된 셀 및 시스템과 함께 사용될 수 있지만, 저 유량 플라즈마, 용량 결합 플라즈마 등이 또한 본 명세서에 설명된 셀 및 시스템과 함께 사용될 수 있다. 이들을 생성하는 데 사용되는 다양한 플라즈마 및 장치는 예를 들어 미국 특허 번호 제7,106,438호, 제7,511,246호, 제7,737,397호, 제8,633,416호, 제8,786,394호, 제8,829,386호, 제9,259,798호, 제9,504,137호 및 제9,433,073호에 기재되어 있다.
특정 예에서 및 본 명세서에 언급된 바와 같이, ICP의 사용은 관심 분석물 이온을 이온화하는 과정에서 간섭 이온을 생성할 수 있다. 예를 들어, 전술한 무기 스펙트럼 간섭, 예를 들어, Ar+, ArO+, Ar2 +, ArCl+, ArH+, 및 MAr+가 특히 이온 스트림에 존재할 수 있다. 다른 종류의 이온의 다양한 상이한 집단은 다른 잠재적 간섭과 함께 이온화 소스로부터 제공된 이온 스트림을 구성할 수 있다. 간섭 이온이 분석물 이온과 동일하거나 유사한 m/z 비율을 가질 수 있기 때문에 이는 이온 스트림에서 반드시 고유하지는 않을 것이지만, 이온 스트림에 존재하는 각각의 특정 이온은 대응하는 m/z 비율을 가질 것이다. 예를 들어, 이온 스트림은 ICP에 의해 생성된 40Ar16O+ 간섭 이온 집단과 함께 56Fe+ 분석물 이온 집단을 포함할 수 있다. 이 두 이온은 각각 m/z 비율이 56이다. 다른 비제한적인 예로서, 분석물 이온 종류는 80Se+일 수 있으며, 이 경우 40Ar2 +은 간섭 이온을 구성하며, 이는 관심 분석물 및 간섭 이온이 각각 80의 m/z를 갖기 때문이다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, 이온화 소스로부터 방출된 이온 스트림 내의 각각의 이온 집단은 또한 집단을 구성하는 개별 이온의 에너지에 대한 대응하는 에너지 분포를 정의할 수 있다. 각각의 집단에서 각각의 개별 이온은 특정 운동 에너지를 갖는 이온화 소스로부터 방출될 수 있다. 이온 집단에서 이전 받은 개별 이온 에너지는 해당 집단에 대한 에너지 분포를 제공할 수 있다. 이들 에너지 분포는 예를 들어, 평균 이온 에너지 및 평균 이온 에너지로부터의 에너지 편차의 척도를 제공하는 적절한 메트릭과 관련하여 다양한 방식으로 정의될 수 있다.
특정 경우에, 하나의 적절한 메트릭은 반치전폭(FWHM)으로 측정된 에너지 분포의 범위일 수 있다. 이온 스트림이 이온화 소스로부터 방출될 때, 스트림 내의 각 이온 집단은 부분적으로 대응하는 초기 범위에 의해 정의된 각각의 초기 에너지 분포를 가질 수 있다. 이온 스트림이 이온화 소스로부터 질량 분석계에 포함된 하류 구성요소로 전달될 때 이러한 초기 에너지 분포는 보존될 필요가 없다. 예를 들어, 다른 입자와의 충돌, 필드 상호 작용 등에 의해 이온 집단에서의 일부 에너지 분리가 예상될 수 있다. 질량 분석계 전체의 상이한 위치에서 그 성분 이온 집단의 각각의 에너지 분포의 관점에서 이온 스트림을 설명하는 것이 편리할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 이온 집단은 이온화 소스로부터 방출될 때 실질적으로 동일한 초기 에너지 분포 범위를 갖는다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, 충돌 모드 및 반응 모드 둘 모두에서 분석물 이온의 검출을 허용하기 위해, 이온 빔에서 분석물 이온으로부터 간섭 이온을 제거하기 위해 가스 혼합물이 사용될 수 있다.
특정 예에서 및 도 5를 참조하면, ICP 및 가스 혼합물과 함께 사용하기에 적절한 다중 모드 셀을 포함하는 질량 분석계 시스템이 도시되어 있다. 시스템(500)은 ICP 이온화 소스 또는 ICP 이온 소스(512), 샘플러 판(514), 스키머(516), 제1 진공 챔버(520), 이차 스키머(518)를 포함하는 제2 진공 챔버(524), 인터페이스 게이트(528), 이온 편향기(532)를 포함하는 제3 진공 챔버(530), 진입 부재(538), 출구 부재(546) 및 로드 세트(540), 예를 들어 2개, 4개, 6개, 8개 또는 10개의 로드를 포함하는 다중 모드 셀(536), 프리필터(552), 질량 분석기(550) 및 검출기(554)를 포함한다. 질량 분석기(550)는 인터커넥트(555)를 통해 전압원(556)에 전기적으로 결합된다. 전압원(556)은 인터커넥트(557)를 통해 프로세서(560)에 전기적으로 결합된다. 프로세서(560)는 또한 인터커넥트(541)를 통해 다른 전압원(542)에 전기적으로 결합된다. 전압원(542)은 인터커넥트(544)를 통해 가압된 셀(536)의 로드 세트(540)에 전기적으로 결합된다. 프로세서(560)는 또한 인터커넥트(561)를 통해 가스 혼합물을 포함하는 가스 소스(548)에 전기적으로 결합된다(본 명세서에 언급된 바와 같이 2개 이상의 별도의 가스 소스가 대신 가스 혼합물을 셀(536)에 도입하기 위해 사용될 수 있음). 단일 가스 입구(547)는 가스 소스(548)와 셀(536) 사이에 유체 결합을 제공한다. 기계식 펌프(도시되지 않음)는 화살표(522)의 일반적인 방향으로 진공 챔버(520)를 배기시킬 수 있다. 예를 들어, 챔버(520)는 시스템(500)의 동작 동안 약 3 Torr의 압력일 수 있다. 다른 기계식 펌프(도시되지 않음)는 화살표(526)의 일반적인 방향으로 제2 진공 챔버(524)를 배기시킬 수 있다. 예를 들어, 챔버(524)는 시스템(500)의 동작 동안 약 1 내지 110 milliTorr의 압력일 수 있다. 화살표(534)의 일반적인 방향으로 가스를 제거하기 위해 추가적인 기계식 펌프(도시되지 않음)가 제3 진공 챔버(530)에 유체 결합될 수 있다. 제3 진공 챔버(530)는 통상적으로 제2 진공 챔버(524)보다 낮은 압력에 있다. 다른 펌프가 화살표(558)의 일반적인 방향으로 가스를 제거하기 위해 질량 분석기(550)의 진공 챔버에 유체 결합될 수 있다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, 프로세서(560)는 충돌 모드 및 반응 모드 모두에서 동작하는 동안 가스 혼합물이 셀(536) 내로 도입될 수 있도록 시스템(500)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(560)는 셀(536)을 환기 모드, KED 모드 및/또는 충돌 모드로 전환할 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, 가스 혼합물, 예를 들어, 이원 가스 혼합물을 도입하기 위해 단일 가스 입구(547)만이 셀(536)과 가스 소스(548) 사이에 존재할 수 있다. 로드 세트(540)의 정확한 로드 수는 2개, 4개, 6개, 8개 또는 10개의 로드에서 변할 수 있으며, 많은 경우에 사중극 로드 세트가 사용된다. 일부 실시예에서, 출구 부재(546)는 가압된 셀(536)의 충돌 모드에서 -60 볼트와 +20 볼트 사이의 전압을 포함할 수 있다. 다른 경우에, 출구 부재(546)는 가압된 셀(536)의 반응 모드에서 -60 볼트와 +20 볼트 사이의 전압을 포함할 수 있다. 다른 구성에서, 입구 부재(538)는 가압된 셀(536)의 충돌 모드에서 -60 볼트와 +20 볼트 사이의 전압으로 설정될 수 있다. 일부 예에서, 입구 부재(538)는 가압된 셀(536)이 반응 모드에 있을 때 출구 부재(546)에 제공된 전압과 실질적으로 유사한 전압으로 설정될 수 있다.
일부 경우에, 셀(536)은 동일한 가스 유동을 유지하거나 상이한 유동 수준으로 변경하면서, 입구 부재(538) 및/또는 출구 부재(546) 상의 전압을 전환하는 것뿐만 아니라 셀(536)과 하류 질량 분석기(550) 사이의 에너지 포텐셜을 변화시키는 것에 의해 충돌 모드로부터 반응 모드로 전환하도록 구성된다.
다른 경우에, 셀(536)은 동일한 가스 유동을 유지하거나 상이한 유동 수준으로 변경하면서, 입구 부재(538) 및/또는 출구 부재(546) 상의 전압을 전환하는 것뿐만 아니라 셀(536)과 하류 질량 분석기(550) 사이의 에너지 포텐셜을 변화시키는 것에 의해 반응 모드로부터 충돌 모드로 전환하도록 구성된다.
특정 구성에서, 시스템(500)은 또한 전압원에 전기적으로 결합되고 가압된 셀(536)의 출구 개구를 향해 이온을 지향시키기 위해 축방향 필드를 제공하도록 구성된 축방향 전극(도시되지 않음)을 예를 들어, 셀(536) 내에 포함할 수 있다. 예를 들어, 축방향 필드는 -500V/cm 내지 500V/cm의 필드 구배를 포함할 수 있다.
일부 구성에서, 프로세서(560)는 가압된 셀(536)에 오프셋 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, 제공된 정확한 오프셋 전압은 셀의 모드 및 분석물 이온 및 임의의 간섭 이온에 의존할 수 있다. 특정 경우에, 셀(536)에 유체 결합된 질량 분석기(550)는 오프셋 전압을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구성에서, 유체 결합 질량 분석기(550)의 오프셋 전압은 셀(536)이 충돌 모드에 있을 때 셀(536)의 오프셋 전압보다 양성이다. 다른 구성에서, 유체 결합된 질량 분석기(550)의 오프셋 전압은 셀(536)이 반응 모드에 있을 때 셀(536)의 오프셋 전압보다 음성이다. 일부 예에서, 가스 소스(548)로부터 셀(536)로 도입된 가스 혼합물은 2, 3, 4개 이상의 상이한 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 혼합물은 헬륨 가스 및 수소 가스를 포함하는 이원 가스 혼합물을 포함할 수 있다. 혼합물에 존재하는 각각의 가스의 정확한 수준은 시스템(500)의 모드에 따라 다양할 수 있고 변화될 수 있다. 예를 들어, 혼합물에 존재하는 가스 중 하나는 약 15 체적%까지 존재할 수 있고 가스 혼합물의 나머지는 본질적으로 다른 가스(또는 가스들)로 구성된다. 이원 가스 혼합물이 수소 및 헬륨을 포함하는 예에서, 수소는 예를 들어, 최대 약 15 체적% 또는 최대 약 11 체적% 또는 최대 약 8 체적% 또는 6 체적%로 존재할 수 있고 나머지는(체적 기준) 실질적으로 헬륨 가스이다.
특정 예에서, 시스템(500)은 셀(536)에 도입된 가스 혼합물에 추가하여 또는 그를 대신하여 셀(536)의 상류에 가스 혼합물을 도입하도록 변형될 수 있다. 셀(536)의 상류에 가스 혼합물을 도입하는 다양한 시스템 구성이 도 6 내지 도 8에 도시되어 있다. 동일한 번호의 구성요소는 다른 도면에서 동일한 구성요소를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 시스템(600)은 이차 스키머(518)에 인접한 공간으로 가스 혼합물을 도입하도록 구성된 가스 소스(610)를 포함한다. 유체 라인(612)은 가스 혼합물을 이차 스키머(518)로 제공하기 위해 존재한다. 인터커넥트(621)는 가스 소스(610)를 프로세서(560)에 전기적으로 결합한다. 프로세서(560)는 원하는 양의 가스 혼합물이 이차 스키머(518) 내로 도입될 수 있게 하도록 가스 소스(610)를 제어할 수 있다. 원하는 경우, 가스 소스(548 및 610)는 독립적으로 제어될 수 있고 시스템(600)의 각각의 부분에 상이한 가스 유량, 압력 및/또는 상이한 가스 혼합물을 제공할 수 있다.
특정 예에 따르면, 도 7은 공통 가스 소스가 존재하고 가스 혼합물을 셀(536) 및 이차 스키머(518) 각각에 도입하는 데 사용되는 것을 제외하면 도 6과 유사한 구성을 도시하고 있다. 가스 소스(548)와 이차 스키머(518) 사이에 유체 결합을 제공하기 위해 시스템(700)에 유체 라인(712)이 존재한다. 프로세서(560)는 가스 소스(548)의 밸브에 전기적으로 결합되어 밸브를 독립적으로 작동시키고 유체 입구(547) 및 유체 라인(712)에서 가스 혼합물의 유동을 독립적으로 허용 또는 중지할 수 있다. 원하는 경우, 상이한 가스 유량, 압력 등이 상이한 유체 라인(547, 712)을 통해 제공될 수 있다.
일부 구성에 따르면, 가스 혼합물은 이차 스키머(518) 이외의 위치에서 셀(536)의 상류에 도입될 수 있다. 예를 들어, 가스 혼합물은 스키머(516), ICP 소스(512)의 토치의 단부 또는 다른 영역에서 도입될 수 있다. 하나의 구성이 도 8에 도시되어 있고, 여기서 가스 혼합물은 시스템(800)의 유체 라인(812)을 통해 편향기(532)의 상류에 도입된다. 유체 라인(812)은 이차 스키머(518)와 편향기(532) 사이의 공간에서 가스 소스(548)로부터 가스 혼합물을 도입한다. 공통 가스 소스(548)가 도 8에 도시되어 있지만, 도 6에 도시되어 있는 것과 유사한 2개의 별개의 가스 소스가 있을 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 본 개시내용의 이점을 고려하여, 가스 혼합물이 또한 편향기(532)와 셀(536) 사이의 공간에서 편향기(532)의 하류에 도입될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 원하는 경우, 상이한 가스 유량, 압력 등이 상이한 유체 라인(547, 812)을 통해 제공될 수 있다.
특정 예에서, 본 명세서에 설명된 시스템은 특정 금속 종을 신속하게 적절히 검출할 수 없는 무기 분석에 사용하기에 특히 바람직할 수 있다. 예를 들어, 현재 ICP-MS 방법 및 시스템을 사용하여 낮은 수준의 셀레늄을 검출하기가 어려울 수 있다. 2개 이상의 가스를 포함하는 가스 혼합물, 예를 들어 수소 및 헬륨 가스 혼합물을 포함하는 가스 혼합물을 사용함으로써, 보편적인 간섭이 제거될 수 있고 낮은 수준의 셀레늄이 검출될 수 있다. 일부 예에서, 가스 혼합물을 사용하는 충돌 모드에서 간섭이 제거될 수 있고, 또한, 가스 혼합물을 사용하는 반응 모드에서 반응 능력이 존재한다. 다수의 MS 시스템이 단일 가스 입구를 포함하고 제1 충돌 가스에서 제2 상이한 반응 가스로의 가스의 전환을 필요로 하기 때문에 동일한 가스 혼합물을 사용하는 것은 중요한 특성이다. 이러한 전환은 분석 시간을 늦추는 경향이 있다.
특정 구체적인 실시예가 본 명세서에 설명된 기술의 신규한 양태 및 특징의 일부를 추가로 설명하기 위해 하기에 기재되어 있다.
실시예 1
단일 충돌 가스(헬륨)와 가스 혼합물(헬륨과 수소, 수소가 약 칠(7) 체적%로 존재하고 잔여부가 헬륨 가스와, 헬륨 가스/수소 혼합물에 존재할 수 있는 임의의 미소한 불순물임)을 사용하여 다양한 모드에서 셀레늄 수준이 검출되었다. 셀레늄 분석물의 검출 한계(DL)가 또한 동일한 가스 혼합물(헬륨 및 수소)을 사용하여 반응 모드에서 측정되었다. 결과는 하기 표 1에 제시되어 있다.
Figure 112020033360708-pct00001
헬륨을 사용하는 것과 헬륨/수소 가스 혼합물을 사용하는 충돌 모드(KED)에서의 검출 한계를 비교하면, 셀레늄 검출 한계는 가스 혼합물이 사용될 때가 더 낮다. 아래 표 2는 2개의 모드와 헬륨/수소 가스 혼합물을 사용한 셀레늄의 최소 검출 한계(MDL)를 나열한다.
Figure 112020033360708-pct00002
본 명세서에 개시된 예의 요소를 소개할 때, 관사 "일(a, an)", "이(the)" 및 "상기"는 하나 이상의 요소가 존재함을 의미하는 것을 의도한다. 용어 "포함하는(comprising, including)" 및 "갖는"은 제한이 없으며, 나열된 요소 이외의 추가 요소가 존재할 수 있음을 의미한다. 본 기술 분야의 숙련자는 본 개시내용의 이익을 고려하여, 실시예의 다양한 구성요소가 다른 예의 다양한 구성요소로 상호 교환되거나 대체될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 비록 특정한 양태, 예 및 실시예를 위에서 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련자는 본 개시내용의 이점을 고려하여, 개시된 예시적인 양태, 예 및 실시예에 대한 추가, 치환, 수정 및 변경이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (51)

  1. 셀에 의해 수신된 이온을 선택하기 위해 충돌 모드 및 반응 모드를 포함하는 적어도 2개의 모드 사이에서 상기 셀의 전환을 허용하도록 구성된 시스템이며,
    셀로서, 상기 충돌 모드에서 이원 가스 혼합물을 포함하는 가스 혼합물을 수용하여 상기 셀을 가압하고 상기 반응 모드에서 상기 이원 가스 혼합물을 포함하는 동일한 상기 가스 혼합물을 수용하도록 구성된 셀; 및
    상기 셀에 전기적으로 결합된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 충돌 모드에서 상기 가스 혼합물을 포함하는 상기 가압된 셀에 전압을 제공하여 상기 제공된 제1 전압에 의해 유도된 에너지 장벽보다 큰 에너지를 갖는 선택 이온의 전달을 가능하게 하도록 구성되며, 상기 프로세서는 상기 셀에 유체 결합된 질량 필터로 상기 선택 이온을 안내하기 위해 상기 반응 모드에서 상기 가스 혼합물을 포함하는 상기 가압된 셀에 제2 전압을 제공하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 프로세서는 상기 셀의 환기 모드로의 전환을 허용하도록 추가로 구성되는, 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 이원 가스 혼합물을 포함하는 상기 가스 혼합물을 제공하기 위해 상기 셀에 유체 결합된 단일 가스 입구를 더 포함하는, 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 셀은 2개, 4개, 6개, 8개 또는 10개의 로드를 포함하는 다중극 로드 세트를 포함하는, 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 셀은 상기 셀의 출구 개구에 근접하여 위치되고 전압원에 전기적으로 결합된 출구 부재를 더 포함하며, 상기 출구 부재는 상기 가압된 셀 내의 분석물 이온을 상기 셀의 상기 출구 개구를 향해 지향시키도록 구성되는, 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 출구 부재는 상기 가압된 셀의 상기 충돌 모드에서 -60 볼트와 +20 볼트 사이의 전압으로 설정될 수 있는, 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 출구 부재는 상기 가압된 셀의 상기 반응 모드에서 -60 볼트와 +20 볼트 사이의 전압으로 설정될 수 있는, 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 셀은 상기 셀의 입구 개구에 근접하여 위치되고 전압원에 전기적으로 결합된 입구 부재를 더 포함하며, 상기 입구 부재는 분석물 이온을 상기 셀의 상기 입구 개구를 향해 상기 가압된 셀 내로 지향시키도록 구성되고, 상기 프로세서는 상기 가압된 셀에 오프셋 전압을 제공하도록 추가로 구성되며, 상기 오프셋 전압을 포함하는 상기 셀에 유체 결합된 질량 분석기를 더 포함하는, 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 입구 부재는 상기 가압된 셀의 상기 충돌 모드에서 -60 볼트와 +20 볼트 사이의 전압으로 설정될 수 있는, 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 입구 부재는 상기 가압된 셀이 상기 반응 모드에 있을 때 상기 출구 부재에 제공되는 전압과 실질적으로 유사한 전압으로 설정될 수 있는, 시스템.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 셀은 동일한 가스 유동을 유지하거나 상이한 유동 수준으로 변경하면서 상기 입구 부재 및 상기 출구 부재의 전압을 전환하고 선택적으로 상기 셀과 상기 질량 분석기 사이의 에너지 장벽을 변경하는 것에 의해 상기 충돌 모드에서 상기 반응 모드로 전환하도록 구성되는, 시스템.
  12. 청구항 8에 있어서, 상기 셀은 동일한 가스 유동을 유지하거나 상이한 유동 수준으로 변경하면서 상기 입구 부재 및 상기 출구 부재의 전압을 전환하고 선택적으로 상기 셀과 상기 질량 분석기 사이의 에너지 장벽을 변경하는 것에 의해 상기 반응 모드에서 상기 충돌 모드로 전환하도록 구성되는, 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서, 전압원에 전기적으로 결합되고 상기 가압된 셀의 출구 개구를 향해 이온을 지향시키기 위해 축방향 필드를 제공하도록 구성된 축방향 전극을 더 포함하는, 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 축방향 필드는 -500 V/cm 내지 500 V/cm의 필드 구배를 포함하는, 시스템.
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  17. 청구항 8에 있어서, 상기 유체 결합된 질량 분석기의 오프셋 전압은 상기 셀이 상기 충돌 모드에 있을 때 상기 셀의 상기 오프셋 전압보다 더 양성적인, 시스템.
  18. 청구항 8에 있어서, 상기 유체 결합된 질량 분석기의 오프셋 전압은 상기 셀이 상기 반응 모드에 있을 때 상기 셀의 상기 오프셋 전압보다 더 음성적인, 시스템.
  19. 청구항 8에 있어서, 상기 셀에 유체 결합된 이온화 소스를 더 포함하는, 시스템.
  20. 청구항 1에 있어서, 상기 셀은 상기 충돌 모드 및 상기 반응 모드에서 헬륨 가스와 수소 가스의 이원 혼합물을 사용하도록 구성되는, 시스템.
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