本发明涉及一种元素质谱仪，尤其是一种基于三重四极杆质量分析仪的元素质谱仪，和一种操作元素质谱仪的方法。
背景技术：
：三重四极杆质谱仪是使用例如电喷射、大气-压力化学电离等分子态离子源的众所周知的且广泛使用的用于复杂混合物的定向分析的仪器。在这些仪器中，由在气体填充的碰撞池(Q2)中碎片化的一个四极杆分析仪(Q1)选择具有特定范围的质荷比(m/z)的前驱体离子，且接着由第二四极杆分析仪(Q3)选择一或多个特定碎片。此允许滤出仅所要前驱体离子和所关注的对应的碎片离子。因此，提供一种用于定向分析的稳健的定量方法，其中用于分析的目标是已知的但与其它分析物相比以极低水平存在。还已知此些仪器可成功地应用于元素分析，元素分析可使用一范围的离子源，包含：电感耦合等离子体(ICP)；辉光放电(GD)；微波诱发等离子体(MIP)；以及其它。三重四极杆ICP质谱系统与那些仅装备有一个“完全分辨率”四极杆(分辨率取决于质量，但通常处于约300的范围内，具有处于0.7-0.8amu的范围内的峰宽度)和碰撞或反应池的质谱系统(其因此可能被称为双四极杆装置)相比具有若干优点。在三重四极杆中，位于碰撞或反应池上游的四极杆允许根据其m/z比选择有限集合的离子，以在碰撞/反应池内部经历反应。在一个方法中，碰撞池(Q2)充当反应池，其填充有例如氧气(O2)或氨气(NH3)等反应性气体。或者，碰撞池(Q2)可在碰撞模式中与惰性气体(例如He)、其它反应性气体(例如H)或混合物(举例来说，H+He)一起使用。基于这些原理的一些实施方案可使干扰离子对另一质量反应(或通过碰撞实现此目的)，但所要离子被单独留下且因此可在Q3分析仪中选择和检测。此情况的实例在US-7,202,470、US-7,230,232和US-7,339,163中详述。或者，可使所要离子对另一质量反应或碰撞，但干扰离子被单独留下。Q3分析仪接着可用于与Q1分析仪相比以不同质量(在反应的情况下较高的质量)选择和检测所要离子。此些配置的实例在D.J.Douglas，Canad的《当前关于ICP-MS的一些观点(SomeCurrentPerspectivesonICP-MS)》中描述。J.Spectrosc.，1989年，第2期，第34卷，US-6,875,618、GB-2391383、WO-01/01446和US-8,610,053。当Q2池在反应模式中操作时，不同元素或加成物离子以极其不同的速率与反应池气体反应。因此，如果不同元素的同位素或加成物在由Q1选择之后呈现在相同质量窗口中，那么所要元素离子可进一步在Q2中变换为例如加成物产物([A+O]+或[A+NH3]+等)，而干扰元素的同位素或加成物将通常保持在相同m/z比。原则上，第二四极杆分析仪(Q3)可随后选择所关注产物且因此提供来自检测器的无干扰输出。然而，实现此减少的干扰与传统单一四极杆分析仪相比需要仪器布局的显著复杂化。在US-8,610,053中表明，此是由于必须添加分析-质量Q1所导致，从而需要严格真空条件来以单位质量分辨率操作。此仪器复杂且昂贵。期望的是使用具有较低真空要求的较低分辨率Q1，但不致使干扰增加或减小丰度灵敏度。技术实现要素：对照此背景，提供一种根据权利要求1的元素质谱仪和一种符合权利要求24的操作元素质谱仪的方法(或一种元素质谱的方法)。所述方法可使用计算机程序实施，且此计算机程序也符合权利要求25而提供。然而，将认识到，所述方法可使用以下中的任何一或多者实施：硬件；固件；可编程逻辑；应用特定电路；以及软件。本发明的优选的且有利的特征在权利要求书中进一步界定。综上所述，操作三重四极杆质谱仪(或更通常，例如如果使用其它分析仪作为第三四极杆的替代或补充的话，MS/MS质谱仪，但第三分析级将在本文为方便起见标记为Q3，即使使用除四极杆以外的分析仪)用于元素分析。第一输出通过Q3分析设定成包含所要质荷比M的m/z频带来提供。另外，第二输出通过Q3分析设定成包含比所要质荷比低至少0.9、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99或1原子质量单位(amu)的质荷比的m/z频带来提供，即(M-i)，i≥0.95或1(或本文详述的另一值)。通常，初始进一步操作具有设定成包含(M-1)的Q3m/z频带。任选地，后续进一步操作具有设定成包含(M-2)的Q3m/z频带。所述第一输出使用第二输出校正。此方法可在反应或碰撞池气体为多同位素和/或所述离子中的至少一些为多同位素(确切地说干扰离子，但可能想要离子(作为替代或另外))的情况下尤其有用。使用此方法，可有可能针对低于M的质量使用离子检测器的输出校正M的离子检测器测量值，举例来说使用(M-1)的离子检测器测量值且任选地还使用(M-2)的离子检测器测量值。本发明采取的方法可允许由第一级(Q1)发射的m/z频带大于1amu且可能若干amu(在实施例中，1.5、2、3、4、5、10amu或更大)。在实施例中，引入离子光学器件和第一级(Q1)可在大体上相同压力下操作。有利的是，Q1可较短、低分辨率、在较差真空处操作和/或大小较小而不增加干扰或减小丰度灵敏度。优选地，针对第一输出和第二输出分析的m/z频带的宽度各自经设定以允许单一产物的检测，举例来说每一者不宽于1amu。优选实施例使用三重四极杆质谱仪，且接着第三级(Q3)可设定成在不宽于1amu的m/z频带内发射离子。元素质谱仪接着可操作多次以便分析单一样本，其中第一操作用于提供第一输出且第二操作提供第二输出。或者，一些质量分析仪的使用可准许由元素质谱仪的单一操作提供第一和第二输出。可基于来自第二输出(和任选地，分析低于M的其它m/z比的第三或进一步输出)的离子检测器输出确定干扰电平。此可用于校正。然而，如果干扰电平相对于第一输出的比例至少为阈值电平(例如30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％)，那么提供具有相对于原始第一输出的至少一个差异的经更新第一输出。特定来说，针对经更新第一输出分析的Q3m/z频带可设定成包含M，但不同于用于第一输出的Q3m/z频带(例如可调整Q3m/z频带)。可使用经更新第一输出代替所述第一输出，条件是干扰电平与经更新第一输出的比例现满足阈值电平(否则，可提供每次具有增加的调整的一或多个进一步经更新第一输出直至干扰电平与经更新第一输出的比例现满足阈值电平为止)。通常，对用于经更新第一输出的Q3m/z分析频带的调整较小(小于0.5amu，通常0.3amu)。在大多数情况下，所述调整将Q3m/z分析频带移动到较高范围(也就是说，较高质量现处于所述范围内)，但在反应气体具有低分子量(尤其相对于Q1m/z带通宽度)的情况下，所述调整可将Q3m/z分析频带移动到较低范围(使得较低质量现处于所述范围内)。附图说明本发明可以通过多种方式实践并且现将仅借助于实例且参考附图来描述优选实施例，在附图中：图1描绘可根据本发明操作的ICP质谱仪的示意实施例；图2说明在第一使用案例中针对图1的质谱仪的第一分析仪级和反应池的输出的强度相对于质量的示例曲线；图3说明在第二使用案例中针对图1的质谱仪的第一分析仪级和反应池的输出的强度相对于质量的示例曲线；图4说明在第三使用案例中针对图1的质谱仪的第一分析仪级和反应池的输出的强度相对于质量的示例曲线；图5示意性地展示用于硫的无干扰量化的图1的ICP质谱仪的操作的原理；图6A和6B示意性地展示用于钛的无干扰量化的图1的ICP质谱仪的操作的原理；以及图7A、7B和7C描绘针对其中一或多个m/z比的离子与氨反应的情形的示意性简化质谱，其取决于根据图1的质谱仪中的第一滤质器的宽度。具体实施方式首先参看图1，描绘ICP质谱仪的示意性实施例，其包括：ICP炬10；采样器锥20；撇渣器锥30；离子光学器件40；第一(Q1)滤质器50；反应池(Q2)60；差异抽吸孔隙70；第二(Q3)滤质器80；以及离子检测器90。Q3滤质器80可视为质量分析仪或质量分析仪的一部分。在此优选实施例中，离子在ICP炬10中产生，经由采样器20和撇渣器30引入到真空中，传送穿过(弯曲)离子光学器件40且由Q1四极杆滤质器50选择。应注意，Q1滤质器50与Q2反应池60和Q3滤质器80相比相对较短，且如此示意性地描绘。此外，Q1滤质器50的真空条件不如用于后续级的真空条件苛刻。此处，离子光学器件40和Q1滤质器50在大体上相同压力下操作。选定质量范围的离子传递到四极杆反应池60中，且反应产物经由离子光学器件和差异抽吸孔隙70引导到分析四极杆滤质器Q380中并由高动态范围检测器90(举例来说SEM)检测。Q3滤质器80很大程度上具有选择性(尤其与Q1滤质器50相比)，且具有通常不超过1amu的带通宽度。一种控制器(未图示)操作光谱仪。所述控制器通常包括计算机处理器。计算机程序在由所述处理器执行时实现光谱仪的控制以便根据本发明的方法操作。参看图2，说明在第一案例中针对质谱仪的第一滤质器50(实线)和反应池60(虚线)的输出的强度相对于质量的示例曲线。针对Q1滤质器50输出，所述曲线还可被称为隔离峰。强度在对数尺度上标绘。在此曲线中，A指示所关注的标称m/z比，且Q1滤质器50经设定用于此质量的通常最大(尽可能合理地接近100％)发射。归因于Q1滤质器50的较短长度和较低真空，不仅所关注质量A的离子被发射，而且邻近质量(A-2)、(A-1)、(A+1)...(A+N)的离子也被发射。尽管如此，较低质量通常由Q1滤质器50显著衰减(2到3个数量级或更多)。Q1滤质器50的通带宽度可因此被界定为N或任选地N+2。在Q2池60中的反应之后，隔离峰依据反应气体R的m/z比移位到较高m/z比，到质量M＝A+R。在图2中，隔离峰内的所有物质的所有离子-分子反应100％有效，从而使得用于反应池60输出的强度分布具有与用于Q1滤质器50输出的强度分布相同的大小和形状。此仅为实例，因为此效率水平通常将不可能。随后，质量M＝(A+R)的离子被选择用于由Q3滤质器80分析和后续检测。此处可见，反应气体的质量(或至少其对产物的m/z比的影响)大于Q1的通带宽度，使得R>N且优选地R>N+2。来自质量M＝(A+R)的选定离子的检测信号随后用于确定分析物A的原始浓度。大体来说，此可使用技术人员众所周知的元素分析技术找到。然而，Q1滤质器50的通带宽度可导致问题，如现将论述。所使用的反应气体通常不是单同位素。举例来说，NH3含有0.37％的15N和0.016％的2H，氧含有0.2％的18O和0.038％的17O。因此，在Q1滤质器50输出中，质量(A-1)处的另一质量峰可产生质量M＝(A+R)处的干扰，其中R为反应加成物的标称质量(对于NH3，R＝17，且对于O2，R＝16)。此干扰的强度可通过以下表达式量化：其中：Prel(A-i)为比所关注的质量A低i个单位的质量的相对发射(如参看图2所示)；I(A-i)为质量(A-i)处信号的绝对强度；以及Irel(R+i)为比其单同位素质量R高i个单位的质量处的反应气体加成物的相对强度。对于上文考虑的两个气体(氧气和氨气)，i>2可完全忽略，且应仅考虑i＝1、2。在实践中，Prel(A-i)和Irel(R+i)已知，且I(A-i)可通过实验测得。此将在下文更详细地论述。接下来参看图3，说明在第二案例中针对质谱仪的第一滤质器50(实线)和反应池60(虚线)的输出的强度相对于质量的示例曲线。此处，反应气体(或反应气体的组分)的质量并不大于(且优选地小于)Q1的通带宽度，使得R≤N(优选地R<N)。现参看图4，说明在第三案例中针对质谱仪的第一滤质器50(实线)和反应池60(虚线)的输出的强度相对于质量的示例曲线。在图3和4两者中，反应气体具有低分子量，且在图4的特定实例中，使用氢，其也具有拥有低原子量的组分。因此，在此情况下，组成的氢原子相关，使得R＝1且i＝1。因此，不仅所关注的质量A而且整个窗口(A-N)、…(A-2)、(A-1)...(A+R-1)可经由Q1滤质器50发射。尽管如此，质量(A+R)的离子由Q1滤质器50显著衰减(超过2到3个数量级)。将特别地注意到，针对图4中展示的使用案例的Q1滤质器50的隔离窗口比其它使用案例更大程度上呈矩形，这是合乎需要的以避免显著发射损失。在其中反应气体或反应气体的组分的质量为低的情况下，以上用于干扰的表达式仍可适用，但隔离窗口内A的位置如图3和图4中所展示而改变。其从Q1发射窗口的低质量边缘移动到其高质量边缘。仅质量(A+1)处的极高强度干扰的案例不能通过此方法解决。归因于ICP-MS的极高动态范围，Q1滤质器50之前质量(A-1)和(A-2)处的初始强度可理论上比质量A处高高达5或6个数量级。基质信号可存在于质量分析中。基质峰通常在等效于ppm的100s的电流下达到饱和，而分析物的检测限制通常达到亚-ppt。如果基质具有100-500ppm或更高的浓度，那么其电流由空间电荷饱和且大致保持在对应于100ppm的电平处(举例来说，2*108离子/秒/ppm对应于2*1010离子/秒的电流，而1ppt信号将给出2*102离子/秒的电流)。对于此些极端案例且对于可能最困难的氨气的案例，如果2.5*10-4<Prel(A-1)<2.5*10-3，那么可使干扰小于分析物信号。对于氧气，2.5*10-3<Prel(A-1)<2.5*10-2。如果质量(A-1)处基质的原始离子完全与氧气(R＝16)反应，那么检测限制由质量(A+R-1)处氧气的基础同位素的强度2*1010的信号和(A+R)处17O的强度2*104的对应信号界定(针对如上文详述的此同位素的相对丰度，且Prel＝2.5*10-3)，其等效于100ppt。如果基质并非如此超剧烈(低ppm较典型)，那么Prel＝2.5*10-2将对于大多数实务案例已经足够。如果满足此条件，那么Prel(A-2)将充分小从而使得I(A-2)·Prel(A-2)的测量值对于以充分准确性确定干扰电平不是必要的。虽然此些值对于四极杆滤质器实际上非常保守，但对于在较高压力下操作的低性能四极杆(例如图1中展示的实施例的Q1滤质器50)来说其可能难以达到。为了避免如上文概述的错误结果，因此提议将额外质量控制操作添加到正常操作模式：不仅质量(A+R)处(第一输出)而且(A+R-1)处(第二输出)且在某些状况下针对(A+R-2)的(第三输出)信号的获取。此测量可以至少比分析物少一个数量级的停留时间实现，因为其仅当这些质量处的信号比分析物的质量处的信号剧烈得多时才有意义。这将给出直接读数I(A-i)·Prel(A-i)，而剩余项Irel(R+i)对于给定反应气体(i＝1、2)是已知的。如果使用全景分析仪(举例来说，飞行时间、静电阱分析仪，例如轨道截留类型中的一者)作为Q3的替代或补充，那么可同时获取这些信号。可因此实现第一输出的校正。在(A+R-1)处测量强度，以提供第二输出。此允许针对所关注的元素与反应气体的基础(通常最剧烈)同位素(例如16O(R＝16))的反应建立强度。因为17O以相对于此基础同位素3.8*10-4的比例自然地充足，所以这意味着作为(A+R)处所关注的信号(第一输出)的组分的干扰的强度为(A+R-1)处测得的内容的3.8e-4。因此，从(A+R)处的测量值减去干扰强度。在氧气的情况下，还存在18O，其以相对于基础同位素的2.05*10-4的比例自然地充足，因此还在(A+R-2)处测得信号(第三输出)且其用于校正第一输出，因为此组分还可给出到(A+R)处的信号中的强输入。如果所计算的干扰并不构成针对质量(A+R)检测到的信号的大部分(例如80％的阈值可经选择用于其在总信号中的份额)，那么所述质量处测得的信号可经校正且用于分析测量值。否则，此测量值应丢弃，且Q1中的隔离窗口移动小增量(通常0.3amu)。对于图2展示的案例(其中反应气体的质量高于Q1带通宽度)，此调整是到较高质量，以便减小Prel(A-1)，以质量A处的分析物发射为代价。通常，此可将Prel(A-1)减小1-2个数量级，而质量A处的信号将下降因子2-5。对于图3的案例(其中反应气体的分子量不高于Q1带通宽度)，那么隔离窗口应改为移动到较低质量以便减小Prel(A+1)。如果隔离窗口的此调整并无帮助，那么可选择用于分析物测量的替代方法(例如替代反应气体、同位素洁净反应气体或类似物)。因此笼统地说，此可视为质谱仪，确切地说元素质谱仪，包括：离子源，其用于产生离子(例如ICP)；滤质器，其经布置以接收由离子源产生的离子，以从所接收的离子选择质荷比的滤波器范围的离子且发射选定离子；反应或碰撞池，其经配置以接收由滤质器发射的离子且使所接收的离子与气体反应并借此提供或产生产物离子；质量分析仪，其经布置以从反应或碰撞池接收产物离子且在质荷比的一或多个分析范围内分析所接收的离子；以及控制器。质量分析仪确切地说经配置以基于所分析离子的检测提供至少一个输出。控制器特别地经配置以操作元素质谱仪，以便提供(来自质量分析仪)测量包含所要质荷比的质荷比M的第一分析范围内的离子的第一输出，且提供(来自质量分析仪)测量包含比所要质荷比低至少0.95个原子质量单位的质荷比(M-i)的质荷比的第二分析范围内的离子的第二输出，i≥0.95。控制器随后进一步有利地经配置以基于第二输出校正第一输出。同样，还可提供一种操作质谱仪(确切地说，元素质谱仪)的方法(或质谱法、质谱分析法、元素质谱法、元素质谱分析法)，其包括：执行元素质谱仪的至少一个操作。每一操作可包括以下步骤：在离子源中产生离子；在滤质器处从由离子源产生的离子选择质荷比的滤波器范围的离子且发射选定离子；使由滤质器发射的离子与反应或碰撞池处的气体反应或碰撞，以借此提供或产生产物离子；以及在质量分析仪处在质荷比的多个分析范围内分析产物离子。随后，有利地提供测量包含所要质荷比M的质荷比的第一分析范围内的离子的第一输出。有利地进一步提供第二输出，其测量包含比所要质荷比低至少0.95个原子质量单位的质荷比(M-i)的质荷比的第二分析范围内的离子，i≥0.95。可借此基于第二输出校正第一输出。大范围的任选且优选特征可施加到元素质谱仪和所述方法中的任一者或两者，且本文中相对于一者所描述的任何特征可同样适用于另一者。举例来说，质荷比的滤波器范围优选地比1原子质量单位宽。在一些情况下，元素质谱仪可经操作以提供测量质荷比的第三分析范围内的离子的第三输出。第三分析范围包含比所要质荷比低至少0.95个原子质量单位的质荷比，(M-i)，i≥0.95。有利地，基于第二输出和第三输出校正第一输出。质荷比的第三分析范围有利地不同于质荷比的第二分析范围，且通常具有比质荷比的第二分析范围的上限低至少0.95amu的上限，例如使得第二分析范围可覆盖(M-i)且第三分析范围可覆盖(M-2i)，尤其在i大致为1时。在优选实施例中，质荷比的所述一或多个分析范围中的每一者不宽于1原子质量单位，并且更优选地，质量分析仪具有不宽于1原子质量单位的带通质量宽度。第一输出优选地由具有经配置以在质荷比的第一分析范围内(宽度小于1amu)分析所接收的离子的质量分析仪的元素质谱仪的第一操作提供，且第二输出由具有经配置以在质荷比的第二分析范围内(宽度小于1amu)分析所接收的离子的质量分析仪的元素质谱仪的第二操作提供。第二输出可因此被提供元素质谱仪的另一操作。此进一步操作(和用以提供第三或更多输出的其它进一步操作)通常在第一操作之后发生，但此并不绝对必需。通常，反应或碰撞池经配置以使所接收的离子与多同位素气体反应或碰撞，和/或至少一些所接收的离子为多同位素。另外或替代地，所述气体可引起具有不同m/z比的多个加成物(或产物)离子，举例来说当氨气用作反应气体时。在此些情况下，可能并非始终有可能立即识别第二滤质器(Q3级)处接收的所有所要离子，因为具有稍微不同于所要离子的m/z比的m/z比的同位素可导致具有不容易与由所要离子产生的加成物(或产物)离子的m/z比区分的m/z比的加成物(或产物)。在另一实施例中，质量分析仪经布置以在具有至少1原子质量单位的宽度的质荷比的范围内执行所接收的离子的单一分析。接着可基于单一分析提供第一输出和第二输出(和任选地第三或更多输出)。第一滤质器、第二滤质器以及反应或碰撞池中的一或多者(并且更优选地全部)可包括单极杆离子光学装置，或更优选地多极杆离子光学装置，例如四极杆、六极杆或八极杆离子光学装置(但八极杆离子光学装置可通常仅用作反应或碰撞池)。在一些实施例中，质量分析仪包括飞行时间或飞行距离质量分析仪、RF阱、离子移动性滤波器、磁性扇区、静电阱分析仪或轨道截留质量分析仪。质量分析仪可包括：质量选择装置，其经配置以从所接收的产物离子选择质荷比的一或多个分析范围的离子且发射选定离子(例如多极杆离子光学装置、飞行时间质量选择装置、静电阱或类似物)；以及离子检测器，其经布置以检测由质量选择装置发射的离子。因此使用第二输出(和任选地第三或进一步输出)校正第一输出(当质荷比的第一分析范围包含M时)。任选地，基于第二输出(和任选地第三或进一步输出)确定干扰电平。此干扰电平有利地用于校正第一输出或提供经更新第一输出(如现将详述)。可识别干扰电平相对于第一输出是否为至少一阈值电平。如果满足阈值电平，那么执行元素质谱仪的操作以提供经更新第一输出(在优选实施例中其可为额外操作)。相对于经更新输出的至少一个参数通常不同于相对于第一输出的对应参数。随后，可通过基于第二输出校正经更新第一输出来校正第一输出。对于经更新第一输出，任选地使用质荷比的经更新第一分析范围，其设定成包含M，但不同于用于第一输出的质荷比的第一范围。举例来说，所设定的质荷比的经更新第一分析范围的下限可高于针对第一输出设定的质荷比的第一分析范围的下限。在一些实施例中，反应或碰撞池中使用的气体的质量不超过由质荷比的滤波器范围界定的带通宽度。此质量可为原子质量，其中加成物中的组分为原子，例如H或O原子，如A-H或A-O中。在其它情况下，所述质量可为分子碎片的质量，例如NH，如A-NH中(在使用氨气的情况下)。随后，质荷比的经更新第一分析范围的上限可低于针对第一输出设定的质荷比的第一分析范围的上限。另外或替代地，此可理解为相对于经更新第一输出的所述至少一个参数不同于包括经调整小增量的滤质器界定的带通宽度的第一输出的对应参数。举例来说，如果反应气体的质量高于由滤质器界定的带通宽度，那么带通宽度的调整可到较高质量。如果反应气体的质量并不高于由滤质器界定的带通宽度，那么带通宽度的调整可到较低质量。质荷比的经更新第一分析范围的限制与针对第一输出设定的质荷比的第一分析范围的对应限制之间的差(或者，上文指定的小递增)优选小于1amu、0.5amu并且更优选地小于0.4、0.3、0.25、0.2或0.1amu。另外或替代地，不同于相对于第一输出的对应参数的相对于经更新第一输出的所述至少一个参数包括以下中的一或两者：反应气体的主要成分；以及反应气体的同位素纯度。现论述关于元素(ICP)质谱仪的操作模式的一些更多细节，且特定来说反应池(Q2)。多种气体可引入到反应池60中，但其全部通常能够产生预选择的前驱体离子的产物离子。尤其合乎需要的是，基于离子的热力学和/或化学特性，仅预选择离子应经历反应(且因此相应m/z比的改变)。其它离子(干扰)不应经历反应且因此不展示其质量增加。此允许将质量分析仪(Q3)设定成产物离子的m/z比，此m/z比不同于对应前驱体离子的m/z比。此可大大减少潜在同量异位、多原子干扰且因此降低背景等效浓度(BEC)。此进而允许实现最低检测和量化限制(LOD/LOQ)，即使此模式中系统的灵敏度也降低。现参看图1的实施例考虑符合此方法的若干实例，所述实施例在下文将被称作ICP-MS。第一实例为各种基质上硫的量化。硫具有四个同位素，其可用于由ICP-MS量化。然而，获得最佳LOD可受这些同位素的自然丰度妨碍。具有标称m/z比32的最充足的同位素(95.02％)受例如带正电的分子氧剧烈干扰。因此，研究人员先前已常常使用具有m/z比34的同位素(4.21％充足的)用于其分析，但此处也可发生比如16O18O+等干扰，从而产生高BEC和假阳性结果。硫的量化极其合乎需要，因为其是蛋白质内部的很少异质原子中的一者。为了确定蛋白质的性质(基于其滞留时间)以及其在样本内部的量，ICP-MS系统常常耦合到初始分离装置，例如液相层析(LC)或离子层析(IC)系统。因为仅极小量可在所利用柱上分离，所以去溶剂化、蒸发、雾化和电离之后到达ICP-MS系统的分析仪的离子的量也是有限的。因为样本通常来自生物源，所以基质非常复杂，从而使得若干其它组分在相同滞留时间从分离装置洗提，而气氛且尤其氩(其用于承受等离子体)中发生的元素通常始终存在。使用ICP三重四极杆质谱仪可显著改进分析。参看图5，示意性地展示用于硫的无干扰量化的图1的ICP质谱仪的操作原理。在第一滤质器50(其为四极杆装置(Q1))中，仅选择具有至少32的m/z值的离子，而将具有其它质量(例如48)的离子从离子束滤出。此在步骤110中展示。因此，粗略估计，离子束在进入碰撞或反应池60(在步骤120中)之前仅包括硫(在此情况下可使用最充足的同位素)和其它同量异位干扰。对于此应用，用氧气对池加压。硫离子在放热反应中与氧反应，从而形成具有m/z值48的32S16O+。具有与32S相同的m/z的分子氧离子不能够经历此反应，因为将需要能量(吸热)。因此，在碰撞或反应池60之后，离子束包括：具有m/z32的干扰；并不经历反应的硫离子(倘若使用质量移位模式则系统的灵敏度可较低，出于至少此原因)；以及具有m/z48的带正电硫氧化物。从第一四极杆内部的离子束滤出具有m/z48的所有其它干扰。因此，当第二滤质器80(其也是四极杆装置(Q3))在步骤130中设定成m/z48(产物离子的质量)时，可在无干扰的情况下分析硫。或者，第二滤质器80(Q3)可设定成m/z值64。在此情况下，仅32S16O16O+将贡献于所获得的信号。另一实例为比如血液等基质中钛的量化。钛或更具体地钛合金用作用于髋关节假体的材料。在使用所谓的金属上金属(MoM)植入物的情况下，材料可未正确地固定或随时间的推移而松散。在此情况下，钛暴露于血流且可分析血液中的钛含量，以参看假体是否需要更换。类似于硫，钛具有若干同位素，其可用于量化。在此情况下，具有m/z比48的同位素是最充足的且通常受钙或双倍带电锆剧烈干扰。再次，仅允许良好界定的m/z比范围内的离子通过第一滤质器50(Q1)，而在钛的情况下，利用氨气对碰撞或反应池60加压给出最佳结果。虽然纯氧气或与比如氩气、氙气或氦气等惰性气体的混合物仅可导致产物离子(单氧化物和二氧化物离子)的有限集合，但氨气能够产生多种可能产物离子。剧烈形成的特定产物离子取决于离子动能且因此取决于ICP-MS系统内的离子透镜的设定，主要是施加到碰撞或反应池60及第二滤质器80(Q3)的偏压。下表概括根据氮和氢原子的数目的可能质量差。数目质量差#N#H实例总和公式11511Ti、Os、IrNH21612GeNH231713-NH343224TiNH(NH3)53325-NH2(NH3)63426Cu、Pt、Au(NH3)274937TiNH(NH3)285038-NH2(NH3)295139Ti(NH3)31066410TiNH(NH3)31167411TiNH2(NH3)31268412Ti(NH3)41383513TiNH(NH3)41484514TiNH2(NH3)41585515Ti(NH3)516100616TiNH(NH3)517101617TiNH2(NH3)518102618Ti(NH3)6应指出，对于此计算，作出这两个元素为单同位素的假设。当查看具有m/z比15(NH)、16(NH2)和17(NH3)的离子的丰度时，此呈现为有效。可见这些分子中的每一者的丰度值大于99％，从而指示其可视为单同位素。从文献众所周知，锇和铱形成具有15amu的质量移位的加成物离子、具有16amu的锗、具有34amu的铜、铂和金，以及具有66amu的钛。然而，还已报告32amu的质量移位。在图6A和6B中，示意性地展示用于钛的无干扰量化的图1的ICP质谱仪的操作原理。这些类似于上文描述的硫实例，且可参看该描述来理解所述原理。如上所述，可存在多种应用，其中图1中展示的类型的仪器(例如ICP三重四极杆质谱仪)展示与常规系统相比优良的结果。最相关质量移位反应是氧化，其使用用氧气加压的碰撞或反应池60。周期表的所有元素可分类为三个群组：在不添加外部能量(放热反应)的情况下可能实现与氧气的反应的元素；在离子归因于碰撞或反应池60的偏压而拥有足够能量的情况下可能实现氧化的元素(在偏压电位下的低能量势垒吸热反应，添加比所需多三倍的能量)；以及因为能量势垒过高(强吸热反应)而对于其不可能实现氧化的元素。然而，在无氧化反应可用于将分析物的产物离子与干扰分离的情况下，可使用其它反应气体。如上文所提及，已经针对例如铜、铂、金、钛、铱、锇和锗报告与氨气的反应。为此目的第三广泛使用的气体是氢气。最明显的实例是氯离子到ClH2+的氢化和磷到PH4+的氢化。必须注意，在此情况下前驱体离子与产物离子之间的质量差为1到4amu。现将论述质量窗口的最大宽度的计算和所需质量窗口位置。从以上实例可以看出，前驱体离子的质量移位对于氧气至少为16amu或对于氨气至少为15amu。这意味着第一滤质器50(Q1)的质量窗口可从前驱体离子的质量(也就是说，分析物的原始质量m)开始，且可在m+14amu处结束。具有范围[m，m+14]中的质量的所有离子将至少增益15或16amu从而使得分析物产物离子可由第二滤质器80(Q3)与所有干扰分离。然而，因为氨气能够形成较复杂丛集，所以此假设可不完全有效。记住这一点，现在参看图7A到7C，其中描绘针对其中一或多个m/z比的离子与氨气反应的情形的示意性简化质谱，其取决于根据图1的质谱仪中第一滤质器的宽度。首先参看图7A，展示在具有一个特定质量(m)的仅一个离子与氨气反应的情况下的示范性质谱。可见，可看见m+15、m+16、m+17、m+32、m+33和m+34处的峰。图7B描绘其中添加更多质量的类似情形的质谱。发生此情况是因为第一滤质器50(Q1)具有12amu的较大质量窗口宽度，如此图的左手侧所示。分析物质量位于Q1质量窗口的低质量侧。归因于第一滤质器50，反应池60之后的离子的质谱包含质量m-1处以及质量m+13和m+14处的相对极小强度。可移除干扰的作用，如上文所论述。应注意，出于此说明的目的，假定所有离子展示相同反应效率，这并非对于所有应用都如此。由此实例可见，需要12amu的最大质量窗口宽度以便分析无干扰的情况下m+32amu处的产物离子。然而，仅可分析落在类别(m+NH(NH3)n)中的产物离子，借此n为包含0的自然数。为了也分析落在类别(m+(NH3)n+1)中的离子，分析物质量应移位到质量窗口的高质量侧。图7C描绘与图7B类似的情形的质谱，其中第一滤质器50(Q1)具有12amu的质量窗口宽度，如此图的左手侧所示。质量窗口的中心质量相同。唯一差异是质量窗口内所关注的前驱体质量的位置。分析物质量位于Q1质量窗口的高质量侧。如上文所论述，在所关注的前驱体质量周围移位质量窗口的位置也是与氢气的前述反应存在的问题的解决方案。此处，前驱体离子质量与产物离子质量之间的质量差在1-4amu之间。在此情况下，前驱体离子质量还需要位于由第一滤质器50(Q1)创建的质量窗口的高质量侧。对于两个所提及实例，具有比氯或磷低的质量的离子均不能产生具有比产物离子多的氢原子的丛集。这意味着即使在碰撞或反应池60内部创建新离子，这些产物离子也将均不具有35amu的质量(其中31P+为前驱体离子)或37u(其中35Cl+)为前驱体离子。磷的精确量化对于例如半导体工业可能很重要，以便仅使用最清洁化学物质且检验硅晶片中的掺杂量。现将参看第一滤质器50(Q1)的质量窗口考虑低和高质量抑制的品质。图7B和7C中可以看出，具有比质量窗口内部的最低质量小1amu或比质量窗口内部的最高质量高1amu的质量的离子应被抑制，以便不创建具有与所关注的产物离子相同的m/z比值的非想要产物离子。在反应池60实行氧化反应的情况下，可通过针对所有离子假定相同反应效率且计算归因于与氧气的低丰度同位素17O(0.038％)和18O(0.2％)的反应的干扰离子的量来界定抑制的品质。如果整个系统的丰度灵敏度也被包含作为单一丰度灵敏度值的乘积，那么可见对于3％的假阳性信号，干扰信号可比分析物剧烈5，000倍。如果质量窗口将m-1和m+13处(在低质量抑制的情况下)或m-13和m+1处(在高质量抑制的情况下)的质量抑制到1％(也就是说，因子100)，那么可实现此目的。这意味着如果第一滤质器50(Q1)的质量分离能力不足以提供用于质量窗口峰侧翼的足够陡的斜率，那么在实践中工作点(所要质量)可在峰的侧翼内部。这将潜在地降低仪器的可获得的灵敏度，但仍可保证充分干扰抑制。然而，应注意另一点。为了获得不仅准确并且精确的结果，干扰抑制品质必须在较长时间周期内保持恒定。现将论述一些其它实例和“大规模”应用。利用四极杆作为第一滤质器50具有除那些已经提及的益处之外的一些其它额外益处。技术人员将理解，此四极杆装置不必驱动为滤质器。其可另外或替代地充当具有在所施加射频电压随着分析物的质量增加时截止低质量离子的能力的离子导向器。如果第一四极杆的所设定质量与第三四极杆的所设定质量相同，则还可获得优点。举例来说，可改进丰度灵敏度。举例来说，当在其81amu同位素处分析溴时，m/z比80(40Ar40Ar)处的峰可贡献于m/z81处的信号(归因于拖尾)。在此情况下，第一四极杆可能是有益的，因为所谓的丰度灵敏度取决于质量窗口的位置而增加到低质量侧或增加到高质量侧。然而，对于此的应用可能有限，因为大多数离子经历单一氢化反应，在所关注的分析物的质量上的高丰度的情况下简单地移位峰的一部分。此外，因为第一四极杆之后离子射束内部离子的数目受到限制，所以减少的空间电荷效应和因此所关注的整个质量范围内的较扁平质量偏移也是有益的。此允许使用此仪器作为正常或先进的四极杆质谱仪。所述仪器还可被配置成使得反应池60并不致使分析物的质量移位，而是干扰离子的质量移位。这意味着分析物离子并不从选定前驱体离子集合反应，但干扰离子发生反应。如上文所论述，此情况已针对稀土元素的领域中的一些应用报告且从更早ICP-MS系统也众所周知，在更早ICP-MS系统中干扰的质量移位用于硒或铁的量化。这些元素的两个最充足的同位素(分别80、56amu)受40Ar40Ar+和40Ar16O+剧烈干扰。在两种情况中，氢气或氢气与惰性气体的混合物用于使干扰“放电”或创建具有氢的产物离子。铁和硒离子与氢的反应效率非常低从而使得在此情况下两个四极杆再次设定成相应相同质量。如上文所解释，本发明的动机涉及第一(Q1)滤质器50的参数，明确地说允许此滤质器发射具有大于1amu的m/z比范围的离子。第一滤质器50通常为多极杆离子光学装置，且优选地四极杆装置。可使用轴电位(也称为偏置电位)控制穿过此装置的离子的速度，其中增加的电位产生较慢离子和较高质量滤波特性。然而，增加的轴电位(确切地说正轴电位)还可致使经由装置的发射减少。已发现，可以大约0V的轴电位实现第一滤质器50的分辨率与发射之间的良好折衷。确切轴电位可取决于所发射的m/z比范围。当前ICP-MS分析仪中离子的分析表明稍微超过1eV的平均能量，(半高全宽)大约5eV。第一滤质器50的发射窗口的斜率是需要考虑的另一参数。通常，发射窗口的边缘处至少102.5/amu的强度斜率(等效于相邻质量抑制到小于1％)是可接受的，且较大斜率为优选的。当所要m/z比接近发射窗口的边缘(也就是说，距边缘不大于或小于1amu)时情况尤其如此。振荡的数目可为第二(Q3)滤质器80的振荡的一半。在特定实施例中，第一滤质器50的长度与其振荡频率的乘积应为大约(或不超过)2*105Hz*m，或者大约(或不超过)2.5*105Hz*m、3*105Hz*m、3.5*105Hz*m、4*105Hz*m、4.5*105Hz*m、5*105Hz*m或5.5*105Hz*m。笼统地说，另一方面可视为元素质谱仪，包括：离子源，其用于产生离子；(多极杆，优选地四极杆)滤质器，其经布置以接收由离子源产生的离子，以从所接收的离子选择质荷比的滤波器范围的离子且发射选定离子；反应或碰撞池，其经配置以接收由滤质器发射的离子且使所接收的离子与气体反应并借此提供或产生产物离子；以及质量分析仪，其经布置以从反应或碰撞池接收产物离子且在质荷比的一或多个分析范围内分析所接收的离子。滤质器可经配置使得滤质器的长度与其振荡(RF)频率的乘积不超过以下中的一者：2*105Hz*m、2.5*105Hz*m、3*105Hz*m、3.5*105Hz*m、4*105Hz*m、4.5*105Hz*m、5*105Hz*m和5.5*105Hz*m。另外或替代地，可使用本文中参看(第一)滤质器所揭示的参数(或参数范围)中的任何其它者。反应或碰撞池和/或质量分析仪还可为多极杆(优选地四极杆)离子装置。此外，此一般方面可任选地与本文中相对于其它方面所揭示的任何其它特征组合。第一滤质器50进一步经配置使得每一离子经历与气体分子的最小数目的冲突。此些冲突减少发射。优选地，每一离子应在四极杆内经历不超过一个碰撞。即使第一滤质器50在与反应池60相同的压力区中操作(压力差不超过10％、20％或25％)，也可实现此目的。在此情况下，需要第一滤质器50的长度较短，优选地大约50mm且通常不超过(或小于)以下中的一者：100mm；90mm；80mm；75mm；70mm；60mm；以及50mm。另外或替代地，第一滤质器50的长度可不超过第二(Q3)滤质器80的长度的一半。基于以上分析，可计算施加到第一滤质器50的RF频率。如果滤质器长度与其RF频率的乘积为2.5*105Hz*m且长度为50mm，那么RF频率应为4MHz。在实践中，RF频率可高于此，因为较高频率可为有利的。举例来说，滤质器的长度可不超过40mm、50mm、60mm或70mm，和/或滤质器的振荡或RF频率可为至少3、3.5、4、4.5、5MHz。另外或替代地，第一滤质器50的RF频率可不超过第二(Q3)滤质器80的RF频率的1.5或2倍。考虑这些参数，四极杆的大小参数r0应为2、3或4mm。优选地提供引入离子光学器件，其经配置以使离子源与滤质器介接。引入离子光学器件和滤质器任选地经配置以在大体上相同压力(1％、2％、3％、4％、5％或10％的容许度内)下操作。尽管此可产生滤质器的次佳性能，但可通过所揭示的本发明缓解对输出的总体降级。此外，操作引入离子光学器件和滤质器与这些部分之间的差压相比可实施起来容易和/或便宜得多。尽管已描述特定实施例，但技术人员应了解，各种修改和改变都是可能的。举例来说，元素质谱仪的结构可随着不同类型的离子源、接口结构和光学器件、引入离子光学器件(举例来说，其可不必需要偏转)和/或差异抽吸布置而变化。系统的其它配置也是可能的，在所述配置中，组件被组合或以不同方式实施。Q3滤质器或分析仪80的替代物可包含单极杆装置、线性或三维RF阱、离子移动性滤波器、飞行时间或飞行距离质量选择装置、静电阱(例如轨道截留质量分析仪)、磁性扇区或其它质量选择或分析装置。实际上，Q3级可包括依序或并行的多个质量选择或分析装置。任选地，Q3滤质器80可具有大于1amu的带通宽度。上文考虑了用于总信号中的份额的80％的阈值，但可选择任何其它阈值，例如30％、50％、90％或其它。尽管以上描述通常暗示单带电离子，但本发明还适用于多带电离子。上文描述的实例采用多同位素反应气体。然而，技术人员将理解，另外或替代地，正分析的离子和/或干扰离子可为多同位素。本文中所描述的原理可在适当调适的情况下采用。因此应了解，可对本发明的上述实施例作出变化，但这些变化仍落入在本发明的范围内。除非另外说明，否则本说明书中所揭示的每一特征都可被用于相同、等效或类似目的的替代特征替换。因此，除非另外说明，否则所揭示的每一特征仅为一系列通用等效或类似特征的一个实例。如在本文(包含在权利要求书中)所用，除非上下文另外指示，否则本文中术语的单数形式应理解为包含复数形式，且反之亦然。举例来说，除非上下文另外指示，否则包含在权利要求书中的本文中的单数参考，例如“一(a)”或“一个(an)”(例如，模/数转换器)表示“一个或多个”(例如，一个或多个模/数转换器)。在本发明的描述和权利要求书中，词语“包括(comprise)”、“包含”、“具有”和“含有”以及这些词语的变型，例如，“包括(comprising)”和“包括(comprises)”或类似词语表示“包含但不限于”，且并不意图(且并不)排除其它组件。本文提供的任何和所有实例或示例性语言(“举例来说”、“如”、“例如”以及类似语言)的使用仅意图更好地说明本发明，并且除非另外要求，否则并不指示对本发明的范围的限制。本说明书中的任何语言均不应解释为指示实践本发明所必需的任何未主张要素。除非另外规定或上下文另外要求，否则本说明书中描述的任何步骤可按任何次序执行或同时执行。本说明书中所揭示的全部特征可以任何组合来组合，但其中此类特征和/或步骤中的至少一些互斥的组合除外。确切地说，本发明的优选的特征适用于本发明的所有方面且可以任何组合来使用。同样，可单独地使用(不以组合形式)以非必需组合形式描述的特征。当前第1页1 2 3