质谱系统中的原位调节的制作方法
本发明总体上涉及质谱法，包括与色谱法结合的质谱法。更具体地，本发明涉及调节质谱仪的离子源以改善或恢复其性能。
发明背景
质谱仪(ms)通常包括用于从引入的样品产生带电物质的离子源、用于根据带电物质的质荷比(m/z比，或简称为“质量”)分离带电物质的质量分析器、和用于对分离的物质进行计数以提供可以产生质谱的电信号的离子检测器。样品可以通过各种技术引入到离子源中。在一个例子中，气相色谱仪(gc)与ms接合，使得gc柱的样品输出(包含经过色谱分离的样品组分(例如化学化合物))用作输入到离子源中的样品。后一种系统通常称为gc/ms系统。
因为ms长时间持续运行，所以由于样品、它们的基质(例如，石油样品中的重质烃、脂肪样品中的甘油三酯等)和溶剂、从gc柱流出的固定相、或其他顽固性物质(所有这些物质都可能随时间积累)，总是导致ms的性能，尤其是离子源的性能，发生一些变化或劣化。即使在ms初始运行时，ms也可能不稳定或不能“调整”为提供适当的或均一的性能。在通常把电子碰撞(ei)或化学电离(cl)源用于ms的气相色谱的情况下，离子源可能被所引入的样品组分迅速地污染，这导致性能劣化，如从分析物信号或谱图特征中看到的。另一问题(特别是对于高沸点分析物)在于，随着持续的使用，除了信号响应降低之外，峰拖尾的可能性也增大。劣化的性能可能以多种方式被显现，但是通常的量度是减小的分析物信号响应和高的系统背景噪声，后者对于分析物检测和鉴定是尤其麻烦的。
常规地，这些问题需要定期清洁ms。通常，污染物沉积速率越高，必须要更频繁地清洁ms。常规的一般清洁方案是对ms系统进行放空，取下关键受影响的部件(例如，离子源、离子光学元件、预过滤器等)，对取下的部件进行机械和/或化学清洁，随后进行其他处理(例如，马弗炉或真空炉烘烤)，然后再将部件重新安装到ms系统中。此类常规的非原位清洁程序可能是相当复杂和冗长的程序，涉及潜在有毒溶剂、昂贵的设备以及熟练技术人员的时间和护理。而且，清洁过程只能暂时解决问题。在进行了一次清洁并且重新开始ms的分析运行之后，ms的性能将开始再次劣化，最终需要另一次重复清洁。此外，常规清洁处理可能由于与部件的重新安装相关的机械问题或因为该过程中的某一步骤连累(例如，清洁溶剂被污染)而失败。这样的失败可能直到ms在真空和运行条件下被重新组装才能被发现。并且，放空的过程夹带一些背景物质，其中最多的是水，这导致需要额外的时间来去除这些物质。作为污染物的水可能导致ms信号响应的快速降低。
美国专利号8,378,293和8,513,593(其全部内容通过引用并入本文)描述了需要将调节气体(或调节剂)添加到质谱(ms)系统以原位调节(或者重新调节)ms系统从而改善或恢复其性能的装置和方法。特别是发现氢气在ms环境中作为调节剂非常有效。氢气迅速扩散并置换表面污染物。当氢气离解或在高激发态、亚稳态或伪里德堡态(诸如通过电子碰撞或其他过程)时，氢气非常活跃并且可以减少许多吸附的化合物，诸如那些倾向于吸附在离子源表面上并降解操作的化合物。此外，氢气可以改变金属氧化态。已知ms系统的金属表面参与影响分析物和其他引入的化合物的各种反应，诸如离子源中发生的脱水或还原。通过将金属从一系列氧化态转换为可再现且固定的组，可以使性能更加一致。在离子源的情况下，可以极大地稳定光谱特性。
然而，最近，进一步发现，用氢气调节ms系统对于ms系统的化合物分析可能更有利或更不利，这取决于在用氢气处理之前和/或之后化合物本身和ms系统(诸如，离子源)的状态。也就是说，在某些情况下，用氢气调节，或至少单独用氢气调节，可能对给定化合物的分析产生不利影响。
鉴于前述内容，在质谱法(包括色谱/质谱法)中，需要进一步改进用于调节ms系统的方法和装置。还需要进一步改进在ms系统中进行的用于原位调节的方法和装置，由此消除或至少显著减少和/或简化对常规非原位清洁的需要。
发明概述
为了完全或部分解决上述问题和/或本领域技术人员可能已经观察到的其他问题，本公开文本提供了方法、过程、系统、装置、仪器和/或设备，如通过下面阐述的实施方式中的实施例所描述的。
根据一个实施方案，一种用于操作质谱(ms)系统的方法，包括：使第一调节气体流入ms系统的离子源而不将样品引入离子源；使第一调节气体电离，其中离子源由第一调节气体调节；在使第一调节气体流动之后，使第二调节气体流入离子源而不将样品引入离子源；在使第一调节气体流动之后，使第二调节气体流入离子源而不将样品引入离子源；使第二调节气体电离，其中离子源由第二调节气体调节；并且在使第二调节气体流动之后，通过将样品引入经调节的离子源并从样品中收集分析数据来分析样品，其中：该第一调节气体具有包含按体积计至少90％的氢气的组成；并且该第二调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成。
根据另一实施方案，一种用于操作质谱(ms)系统的方法，包括：使第一调节气体流入ms系统的离子源而不将样品引入离子源；使第一调节气体电离，其中离子源由第一调节气体调节；在使第一调节气体流动之后，将第二调节气体流入离子源而不将样品引入离子源；使第二调节气体电离，其中离子源由第二调节气体调节；在使第二调节气体流动之后，通过将样品随载气引入经调节的离子源并从样品中收集分析数据来分析样品，其中：载气具有包含按体积计至少90％的氢气的组成；第一调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成；第二调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成，并且不同于第一调节气体。
根据另一实施方案，一种质谱(ms)系统，其被配置成用于执行本文公开的任一方法。
在一些实施方案中，ms系统可以是色谱/质谱系统，其向质谱仪(诸如包括气相色谱仪的气相色谱/质谱(gc/ms)系统)提供色谱分离的样品分析物。
根据另一实施方案，提供了一种非暂时性计算机可读介质，其包括存储在其上的指令，该指令当在处理器上被执行时控制或执行本文公开的任何方法的全部或部分。
根据另一实施方案，提供了一种质谱(ms)系统，其包括计算机可读介质。
本申请涉及如下方面：
1)一种用于操作质谱(ms)系统的方法，该方法包括：
使第一调节气体流入该ms系统的离子源而不将样品引入该离子源；
使该第一调节气体电离，其中该离子源由该第一调节气体调节；
在使该第一调节气体流动之后，使第二调节气体流入该离子源而不将样品引入该离子源；
使该第二调节气体电离，其中该离子源由该第二调节气体调节；并且
在使该第二调节气体流动之后，通过将样品引入该经调节的离子源并从该样品收集分析数据来分析该样品，其中：
该第一调节气体具有包含按体积计至少90％的氢气的组成；并且
该第二调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成。
2)项1的方法，其中该第二调节气体包含选自下组的化合物，该组由以下项组成：烃；氨；甲胺；酮；醇；乙腈；硅烷；硅烷衍生物；以及前述两种或更多种的组合。
3)项1的方法，其中该第二调节气体包含选自下组的化合物，该组由以下项组成：甲烷；丁烷；异丁烷；戊烷；己烷；甲苯；苯；二甲苯；以及前述两种或更多种的组合。
4)项1的方法，其中该第二调节气体包含选自下组的化合物，该组由以下项组成：丙酮；甲醇；乙醇；以及前述两种或更多种的组合。
5)项1的方法，其中该第一调节气体和该第二调节气体具有选自下组的组成，该组由以下项组成：
该第一调节气体是两种或更多种不同气体的混合物；
该第二调节气体是两种或多种不同气体的混合物；以及
以上两者。
6)项1的方法，其包括在使该第二调节气体流动之后，重复使该第一调节气体流入该离子源的步骤。
7)项1的方法，其包括在使该第二调节气体流动之后，重复使该第一调节气体和该第二调节气体流入该离子源的步骤。
8)项1的方法，其包括在使该第二调节气体流动之后，使第三调节气体流入该离子源而不将样品引入该离子源，并使该第三调节气体电离，其中该离子源由该第三调节气体调节，该第三调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成，并且该第三调节气体不同于该第二调节气体。
9)项1的方法，其中引入该样品包括使该样品随载气一起流入该经调节的离子源。
10)项9的方法，其中该载气不同于该第一调节气体和该第二调节气体。
11)项1的方法，其中在使该第二调节气体流动之后引入的样品是第二样品，并且该方法还包括：
在使该第一调节气体流入该离子源之前，通过将第一样品引入该离子源并从该第一样品收集分析数据来分析该第一样品。
12)项11的方法，其中引入该第一样品包括使该第一样品随载气一起流入该离子源。
13)项1的方法，其包括：在使该第一调节气体或该第二调节气体中的至少一种流入该质谱仪时，加热该第一调节气体或该第二调节气体中的至少一种。
14)项1的方法，其中使该第一调节气体和该第二调节气体电离包括用电子或光子照射该第一调节气体和该第二调节气体。
15)一种质谱(ms)系统，其被配置成用于执行权利要求1的方法。
16)一种非暂时性计算机可读介质，其包含存储在其上的指令，该指令当在处理器上被执行时根据项1的方法控制或执行使该第一调节气体流动、使该第二调节气体流动和分析该样品的步骤。
17)一种质谱(ms)系统，其包含项16的非暂时性计算机可读介质。
18)一种用于操作质谱(ms)系统的方法，该方法包括：
使第一调节气体流入该ms系统的离子源而不将样品引入该离子源；
使该第一调节气体电离，其中该离子源由该第一调节气体调节；
在使该第一调节气体流动之后，使第二调节气体流入该离子源而不将样品引入该离子源；
使该第二调节气体电离，其中该离子源由该第二调节气体调节；并且
在使该第二调节气体流动之后，通过将样品随载气引入该经调节的离子源并从该样品中收集分析数据来分析该样品，其中：
该载气具有包含按体积计至少90％的氢气的组成；
该第一调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成；并且
该第二调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成，并且不同于该第一调节气体。
19)项18的方法，其中该第一调节气体和该第二调节气体各自包含选自下组的化合物，该组由以下项组成：烃；氨；甲胺；酮；醇；乙腈；硅烷；硅烷衍生物；以及前述两种或更多种的组合。
20)项18的方法，其包括在使该第二调节气体流动之后，使第三调节气体流入该质谱仪而不将样品引入该质谱仪，其中该质谱仪由该第三调节气体调节，该第三调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成，并且该第三调节气体不同于该第二调节气体和该载气。
在查看了下面的附图和详细说明之后，本领域技术人员将清楚本发明的其他设备、装置、系统、方法、特征和优点。所有这些附加的系统、方法、特征和优点旨在包括在本说明书内，落入本发明的范围内，并由所附权利要求保护。
附图简述
参考下面的附图可以更好地理解本发明。附图中的部件不必是按比例的，重点应在于示明本发明的原理。在附图中，相同的附图标记在不同视图中表示相应的零件。
图1是根据本公开文本的实施方案的质谱(ms)系统的例子的示意图。
图2是示出根据本公开文本的实施方案的用于操作质谱(ms)系统的方法的例子的流程图。
图3是在根据本公开文本实施各种原位调节之后杀螟硫磷(o,o-二甲基-o-(3-甲基-4-硝基苯基)硫代磷酸酯)的选择性离子监测(sim)获得的总离子色谱图(tic)。
图4是根据本公开文本的由交替的氢气调节和二次调节过程产生的杀螟硫磷的一组平均响应(离子检测器计数)。
发明详述
如本文所用，术语“质谱系统”(或“ms系统”)是指包括质谱仪的系统，该质谱仪具有或不具有与质谱仪可操作地接合的色谱仪。因此，为方便起见，术语“ms系统”还可以包括术语“色谱/质谱系统”(或可与其互换使用)，包括术语“气相色谱/质谱系统”(或“gc/ms系统”)，视感兴趣的具体情况而定。
在本公开文本的上下文中，术语“分析物”通常是指ms系统的研究者或使用者感兴趣的任何样品分子-即期望对其进行分析(诸如色谱、质谱、或色谱/质谱分析)的分子。术语“样品”或“样品基质”是指任何已知或被认为包含分析物的物质。样品可包括分析物和非分析物的组合。在本上下文中，术语“非分析物”或“非分析组分”是指样品的如下组分：因为这样的组分不具有分析价值和/或损害(例如干扰)对期望的分析物的分析，所以对这样的组分的分析是不感兴趣的。非分析物通常可以是任何不感兴趣的分子，诸如污染物或杂质，或通过色谱系统递送的分子(例如流出物柱相)。非分析物的例子可包括但不限于水、油、溶剂、环境固体(例如沉积物或土壤)或液体、生物制品(例如尿液、血液、组织等)、食品、农业样品(例如蔬菜、加工或未加工的肉类等)、或可以在其中找到期望的分析物的其他介质、以及已经从色谱柱中流失的固定相材料。非分析物的来源可以是在运行ms系统以获取样品的分析数据时被分析的样品。可替代地或另外地，非分析物可以是在给定时间运行ms系统以获取分析数据之前已存在于质谱仪中的残留物质，这些残留物质由于ms系统的之前的一次或多次使用而已经积累。
出于本公开文本的目的，术语“分析物”还指出于提供参照、标准、调控媒剂或校准物的目的可由ms系统分析的化合物。
在本公开文本的上下文中，术语“调节”通常是指改变离子源表面的表面化学性质以使离子源达到改善或优化离子源性能的条件。在一个方面中，通过操作ms系统以使调节气体流入ms系统的离子源、并使调节气体电离从而使离子源的内表面暴露于电离的调节气体来完成调节。
出于本公开文本的目的，认为术语“气体”(例如调节气体)包含术语“蒸气”。蒸气的例子包括但不限于通过从液体蒸馏或从容器的顶部空间提取获得的蒸气。
本公开文本描述了各种实施方案，其需要将两种或更多种不同的调节气体(或调节剂)作为单一步骤的混合物或单独地(和/或作为混合物)以两个或更多个步骤引入质谱(ms)系统的离子源中，以原位调节(或重新调节)离子源，从而改善或恢复其性能。通常，待调节的离子源是电子电离(ei)源、化学电离(ci)源、或光电离(pi)源。当调节气体流入离子源的内部体积(电离室)时，和/或在调节气体流入电离室之后，操作离子源以施加足以电离调节气体的能量(通常通过产生电子或光子)至调节气体，即产生调节离子。在目前不受任何特定理论约束的情况下，电离的调节气体可具有下列一项或多项功能：调节离子源的一个或多个表面(即改变其条件)，诸如通过氢还原后再聚合；减少或去除样品分析后积聚在离子源中的非分析物，诸如基质组分；在放空/抽气程序后加速ms系统的调节；以及为ms分析恢复或产生更优化或一致的离子源条件(例如，表面氧化态或其他表面度量)。
已经显示使用氢气对离子源的原位处理改变了离子源内的条件。根据化合物本身和处理之前或之后的离子源的状态，后处理条件对于化合物分析可以更有利或更不利。在本文中，术语“有利的”可以指化合物的离子源响应、由离子源产生的化合物的峰形(例如，峰拖尾的程度)、化合物的降解程度、或其他具有分析意义的指标。然而，长时间的氢气处理也有可能产生具有高度不利特征的离子源。本公开文本提出了第二过程或一种或多种另外的过程，可再次有效地改变离子源的条件以产生有利的分析性能。以这种方式，可以在不移除离子源和台式处理的情况下控制离子源活动。目标是在原位为感兴趣的分析物改善稳定性、“活性”等，知道离子源的使用历史影响其预调节、后调节、和运行状态。由于初始状态的这种可变性，调节中的多个步骤在调整和恢复离子源性能方面具有更大的灵活性。本文公开的方法的实施方案可以为离子源创建更一致的状态。
通常，调节气体可以是适合于在如本文所述的离子源中有效地进行调节过程的任何气体。调节气体(或蒸气，取决于具体例子)的例子包括但不限于氢气、各种烃、氨、甲胺、各种酮、各种醇、乙腈、硅烷(sih4)、和硅烷衍生物(例如具有通式sinh2n+2的化合物)。烃的例子包括但不限于甲烷、丁烷、异丁烷、戊烷、己烷、甲苯、苯和二甲苯。酮的例子包括但不限于丙酮和类似化合物。醇的例子包括但不限于甲醇和乙醇。要使用的一种或多种调节气体的选择可取决于许多因素，例如在调节离子源之后待分析的样品的已知或可疑组成。调节气体可以是单一气体或由气态或挥发性液体源提供的气体混合物。在本文中，术语“气体”包括如上所述的术语“蒸气”。
根据ms系统的性质和特定状态，可以只添加一种或多种调节气体(不添加任何其他类型的气体)。可替代地，添加到离子源的一种或多种调节气体可以是包括载气和/或一种或多种其他“辅助”气体的共混物(混合物)的一部分。辅助气体通常可以是与调节气体不同的任何惰性气体。辅助气体的例子包括但不限于氦气、氮气、氩气、以及供应给ms系统的调节气体中可能存在的且对调节过程的影响可以忽略或无影响的微量其他气体(例如杂质)。
将调节气体直接引入离子源。为此目的，ms系统可以具有专用于将调节气体引导到离子源中的调节气体管线。在一些实施方案中，ms系统是联用型气相色谱/质谱仪(gc/ms)系统的一部分，因此与气相色谱仪(gc)接合。在这样的实施方案中，调节气体可以在引入ms系统之前通过gc的至少一部分(例如gc柱)输送。
如本文所述，调节气体的添加和电离是通过在调节模式下运行ms或gc/ms系统来进行的。这种调节模式与常规的分析模式是不同的，在常规的分析模式中，样品材料被引入离子源并电离，目的是生成分析物离子，然后由ms系统的质量分析仪进行分析。也就是说，在调节模式期间，样品不被引入离子源。因此，调节模式可以表征为ms系统的“离线”运行模式。在离线调节模式中，将调节气体引入离子源并电离，以产生调节离子，该调节离子调节或改变离子源内表面的表面化学性质。ms或gc/ms系统可以被配置成在分析模式与调节模式之间切换。从一种模式到另一种模式的切换的执行可以是完全或部分手动的，或者完全或部分自动化的(诸如响应于评价一个或多个参数)，如下面进一步描述的。通常，在不涉及样品分析数据采集的任何运行阶段，如预热、调试、抽气、放空、冷却等，都可以添加调节气体。此外，离线调节模式可能需要在去除ms或gc/ms系统的一个或多个部件(例如离子源)时添加调节气体。
调节模式包括在将调节气体流入离子源的电离室的同时和/或之后电离调节气体的分子。根据所使用的离子源的类型，电离调节气体可能需要操作离子源以将电子或光子发射到电离室中。电子或光子的存在通过一种或多种机制增强了调节过程，诸如通过改变暴露于带电调节气体的电离室表面的表面化学性质。除了使调节气体流入离子源之外，调节模式还可包括将离子源保持在所需温度或所需温度范围内。可以通过加热调节气体和/或被调节气体处理的表面来增强调节过程。
在一些实施方案中，氢气可以用作通过gc柱传送样品的载气，而替代像氦气这样的更传统的载气。当在调节模式下运行时，氢气载气可用作调节气体。在这种情况下，供应氢气的载气源可以用作调节气体源，其因此经由gc柱和gc与离子源之间的样品接口被导入质谱仪的离子源。
可以控制添加调节气体的条件或参数，以使调节气体能够以优化的方式进行调节。例如，可以控制离子源中调节气体的浓度，诸如通过调节进入离子源的调节气体的流速和/或用如上所述的辅助气体稀释调节气体流。其他条件或参数可包括调节气体的温度，以及离子源中的温度和/或压力。
图1是质谱仪(ms)系统100的例子的示意图。ms系统100通常可包括质谱仪104和调节气体系统108。质谱仪104可包括样品源、样品(或样品/载气)入口或接口112、ms外壳116、离子源(或电离装置)120、质量分析器124、离子检测器128和真空系统132。
样品源可以是被配置成用于经由样品接口112向离子源120提供一定量样品材料的任何设备。例如，样品源可以与批量体积、样品探针或液体或气体处理系统相关联。样品材料到离子源120的流动可以通过任何方式实现，诸如泵送、毛细管作用或电辅助技术。在联用技术中，样品源可以与分析分离仪器(诸如气相色谱(gc)仪器、液相色谱(lc)仪器、毛细管电泳(ce)仪器、毛细管电色谱(cec)仪器等)的输出相关联。在一些实施方案中，可以将样品直接引入或加载到离子源120中，而不必使样品从样品源流过柱子或导管。在这些实施方案中，离子源120的样品入口或样品接口可以是例如直接插入探针。根据直接将样品引入离子源所采用的技术，可以使用或不使用载气来辅助样品引入。
离子源120可以是适于进行内部电离以从接收自样品源的样品流产生分析物离子并将所产生的离子引导到质量分析器124中的任何装置。另外，在本文所述的实施方案中，离子源120被配置成从调节气体源接收的调节气体流产生调节离子。例如，离子源120可以是电子电离(ei)源、化学电离(ci)源或光电离(pi)源。离子源120还可以包括在电离模式之间切换的能力。通常，离子源120包括电离室136和电离设备140。在ei或ci的情况下，电离设备140是电子源，诸如被配置成用于以本领域技术人员所理解的方式发射电子的灯丝。在pi的情况下，电离设备140可以是紫外(uv)灯或其他合适的光子源。
质量分析器124可以是被配置成用于基于它们各自的质量(即，质荷比或m/z比)分离、分选或过滤分析物离子的任何设备。质量分析器124的例子包括但不限于多极电极结构(例如，质量过滤器、离子阱)、飞行时间(tof)分析器、静电分析器(esa)和扇形磁场。质量分析器124可包括多于一个质量分析器的系统，特别是当需要离子碎裂时。作为例子，如本领域技术人员所理解的，质量分析器124可以是串联ms或msn系统。作为另一个例子，质量分析器124可以包括质量过滤器，接着是碰撞室或其他离子碎裂设备，接着是另一个质量过滤器或分析器。
离子检测器128可以是被配置成用于收集和测量从质量分析器124输出的质量区分离子的通量(或电流)的任何设备。离子检测器128的例子包括但不限于电子倍增器、微通道板(mcp)、光电倍增管和法拉第杯。
离子源120、质量分析器124和离子检测器128布置在ms外壳116中，真空系统132与该ms外壳接合。ms外壳116和真空系统132被构造成在质谱仪104中限定连续的真空级。通过这种配置，离子源120和质量分析器124和离子检测器128的各个区域保持在期望的真空水平。为此，真空系统132通常包括一个或多个真空泵，其经由ms外壳116的一个或多个排气口与一个或多个真空级连通。
质谱仪104还可包括加热系统164。加热系统164可包括一个或多个加热设备，该一个或多个加热设备被配置成用于控制质谱仪104的一个或多个部件(诸如样品接口112、电离室136、质量分析器124和离子检测器128)的相应温度。给定的加热设备可以被配置成用于直接加热诸如电阻加热元件，或间接加热诸如用于引导热交换介质的系统。
ms系统100还可以包括系统控制器(或系统控制模块)168。系统控制器168可被配置成用于控制和/或监测ms系统100的各个方面，诸如将样品引入电离室136、样品电离、电离模式的选择、真空和压力设定、由加热系统164实施的温度设定或温度曲线改变、质量分析器124的运行参数(例如施加的电场和/或磁场、碰撞/背景气体引入、离子光学器件的定时等)、对来自离子检测器128的信号进行的采集和分析、质谱或色谱图的产生和显示等等，如本领域技术人员所理解的。具体而言，系统控制器168可被配置成用于控制和/或监测调节气体的选择、将一种或多种调节气体引入离子源120、以及一种或多种调节气体的电离。出于这些目的，系统控制器168被示意性地示出为经由通信链路172与质谱仪104进行信号通信。通信链路172可以表示分别与ms系统100的各种部件接合的多个通信链路。给定的通信链路可以是有线的或无线的。同样为了这些目的，系统控制器168可以包括一种或多种类型的硬件、固件和/或软件，以及一种或多种类型的存储器。在所示例子中，系统控制器168包括电子处理器176、存储在存储器中的数据库180、气体流量控制器或控制单元184、以及性能评估器或评估单元188，如下面进一步描述的。系统控制器168还可以表示一种或多种类型的用户界面设备，诸如用户输入设备(例如，键盘、触摸屏、鼠标等)、用户输出设备(例如，显示屏、打印机、视觉指示器或警报、听觉指示器或警报等)、由电子处理器176和/或软件控制的图形用户界面(gui)、以及用于加载由电子处理器176可读的介质的设备(例如，在软件、数据等中体现的逻辑指令)。系统控制器168可以包括用于控制和管理系统控制器168的各种功能的操作系统(例如，microsoft
调节气体系统108被配置成用于将具有如上所述组成的调节气体引导到离子源120中。为此目的，调节气体系统108可包括与一个或者多个调节气体管线连通的一个或多个调节气体源和视情况而定的一个或多个气体流量控制器。调节气体系统108被配置成用于将一种或多种调节气体引导到离子源120。在一个实施方案中，调节气体源212和相关的调节气体管线216直接与离子源120连通。可以通过任何器件控制调节气体的流量，诸如气体流量控制器(或流量控制模块)220，其与调节气体管线216可操作地连通并且被配置成管控调节气体的体积流速或质量流速。流量控制器220可以例如包括一个或多个阀、限流器、质量流量控制器、压力调节器等。流量控制器220可以被手动或电子控制。在一些实施方案中，流量控制器156可以是具有已知设计和操作的可编程电子气动控制器(epc)。在另一个实施方案中，调节气体源204和相关的调节气体管线208与恰好在离子源120上游的样品接口112周围或邻近的导管148连通，该导管可以由流量控制器156调节。在所有这些实施方案中，调节气体被引入到离子源120中。
在调节模式期间的任何给定时间，调节气体系统108可以供应单一类型的调节气体，或者可以包括供应两种或更多种不同类型的调节气体的共混物(混合物)。因此，调节气体源212和204可以代表两种或更多种不同调节气体的来源。调节气体源212和204以及任何相关的气体流量控制器220和156可以手动操作和/或通过系统控制器168(例如通过可根据非暂时性计算机可执行指令的系统控制器168的气体流量控制器184)控制。
在所有前述实施方案中，调节气体系统108提供从一个或多个调节气体源212和/或204、通过一个或多个调节气体管线216和/或208、并进入离子源120的调节气体流动路径。调节气体流动路径可以直接进入离子源120，也可以从离子源120的上游位置进入。
图1还示出了ms系统100包括气相色谱仪(gc或gc系统)230的实施方案，在这种情况下，ms系统100可以被表征为是气相色谱/质谱(gc/ms)系统。在这样的实施方案中，ms系统100的输入端经由样品接口112与gc230接合，在这种情况下，该样品接口可以称为gc/ms接口。gc230通常可包括gc外壳234、通常安装在gc外壳234处的样品引入设备238、载气源242、布置在gc外壳234中的gc柱246、以及加热设备250。
柱246包括经由密封的流体连接器与样品引入设备238连通的柱入口252，以及与电离室136连通的柱出口254。柱246的一部分可以延伸通过样品接口112并且进入电离室136，使得柱出口254位于电离室136中。可替代地或等效地，柱246可以经由密封的流体连接器联接到传输管线，在这种情况下，传输管线延伸通过样品接口112并进入电离室136。柱246包括固定相，固定相通常包含保持在柱246内壁的固体支撑物或薄膜内衬上的液体或聚合物。为了在保持所需长度的同时节省空间，柱246可包括盘绕部分256。
样品引入设备238通常包括用于将样品注入柱入口252的设备，并且可包括用于蒸发样品的设备。样品可以是基质，其包括有待在柱246中分析分离的样品材料和一种或多种溶剂。样品引入设备238可被配置成接收一个或多个样品容器260，并且可以包括用于选择注入柱246的所需样品的设备(例如转盘)。
载气源242可以经由载气管线264与柱入口252连通。载气管线264可以在柱入口252上游的一点处联接到样品引入设备238的一部分。如本领域技术人员所理解的，载气可以是适合用作惰性流动相的任何气体，其有助于通过柱246传送样品。载气的例子包括但不限于氦气、氮气、氩气和氢气。载气的流动可以通过任何方式控制，诸如气体流量控制器268。在所示的例子中，载气经由从载气源242出发、通过载气管线264到达流量控制器268并进入柱入口252的载气路径供给到柱246。
加热设备250可以具有适合于将柱246保持在期望的温度设定或者根据期望的(即预定的)温度曲线(或温度程序)改变柱246的温度的任何配置。在一个例子中，gc外壳234是(或包含)炉，并且加热设备250被配置成用于加热炉的内部，柱246延伸穿过该炉的内部。在另一个例子中，加热设备250被配置成用于直接加热柱246。例如，加热设备250可包括安装成与柱246热接触的电阻加热元件。
除了与质谱仪104和调节气体系统108的部件接合之外，系统控制器168还可以被配置成用于控制和/或监测gc230的各个方面，诸如到柱246的样品引入、柱泄漏事件、压力设定、由加热设备250实施的温度设定或温度曲线改变等。出于这些目的，系统控制器168被示意性地示出为经由通信链路318与gc230进行信号通信，该通信链路可以是有线的或无线的，并且可以代表到gc230的各个部件的一个或多个专用通信链路。可以看出，图1中示意性描绘的系统控制器168可以表示用于协调或同步质谱仪104和gc230以及调节气体系统108的各种操作的一个或多个模块、单元或设备。
ms系统100被配置成用于在分析模式或调节模式下运行，并且用于在分析模式与调节模式之间切换。在分析模式中，将样品引入电离室136并操作电离设备140以从样品产生分析物离子。分析物离子被传送到质量分析器124中，该质量分析器根据质量对离子进行分选。然后将得到的质量区分离子传送到离子检测器128，该离子检测器通常被配置成将离子电流转换成电信号。电信号被传输到示意性地由系统控制器168表示的数据分析器，其用于处理和产生质谱或色谱图。
在调节模式中，运行ms系统100以使调节气体经由如上所述的调节气体流动路径流入电离室136。通过向调节气体添加能量以使调节气体分子电离来优化调节气体的有效性。为此目的，操作电离设备140以产生与调节气体分子相互作用的电子或光子。
在一些实施方案中，可通过向调节气体添加热能和/或控制其温度来进一步优化调节气体的有效性。温度控制可以通过操作加热系统164来完成，该加热系统可以由系统控制器168控制并且可以遵循编程的温度曲线。在一个例子中，ms系统100被配置成用于将电离室136维持在从环境温度或室温到约450℃的温度范围内。
ms系统100还可以被配置成用于评价ms系统100的一个或多个参数，并且基于参数的值，确定是否应该在调节模式下运行ms系统100(或者，等效地，应该从分析模式切换到调节模式)。可评价的参数的例子包括但不限于ms系统100或其部件(例如质谱仪104、离子源120、柱246)在评价参数之前(或自上次评价参数以来，或自上次实施调节模式以来)已经在分析模式下运行的次数；在评价参数之前(或自上次评价参数以来，或自上次实施调节模式以来)经过的时间量；在预定运行条件下由ms系统产生的色谱图(或质谱)的质量；在分析模式或调节模式下运行时所取得的一个或多个所选质荷比的离子丰度的测量值；和/或从柱的固定相载体分离的固定相材料的存在(即柱流失的证据)。色谱图的质量可以包括指示ms系统100的信号响应降低或其他性能标准的任何指标(例如，信噪比)。诸如色谱图的品质和污染物离子的丰度之类的参数可以与存储在系统控制器168的数据库180中的参考参数进行比较，以帮助确定是否应该运行调节模式。当在调节模式下运行时，可以测量所选离子的丰度，以使得能够调整调节模式的某些运行参数，如添加的调节气体的水平。出于确定是否在调节模式下运行的目的，评估ms系统100的一个或多个参数可以由系统控制器168的性能评估器188执行或管理。
可替代地或另外地，可以由ms系统100的用户手动评价上述参数中的一个或多个。作为例子，用户可以跟踪离子源120的使用龄和/或使用次数。用户可以对从样品分析或背景分析获得的色谱图或质谱进行目视检查，并确定是否需要对离子源120进行调节。可替代地或另外地，ms系统100可以被配置成使用户能够在任何期望的时间或者根据预定的维护计划将ms系统100切换到调节模式。
如果确定ms系统100应当在调节模式下运行，则ms系统100可以被配置成用于基于该决定(或响应于该确定)采取动作。作为例子，动作可以包括将ms系统100的运行切换到调节模式、安排用于将ms系统100的运行切换到调节模式的时间、修改用于将ms系统100的运行切换到调节模式的预定时间、和/或产生用户可解读的指示，即ms系统100应该在调节模式下运行。用户可解读的指示可以包括，例如，在ms系统100的用户控制面板上或在与ms系统100通信的显示屏上显示的听觉或视觉警报、视觉指示或消息、发送给用户的电子邮件或文本消息等。
现在将参考图2的流程图描述用于操作质谱(ms)系统的方法的实施例。该方法包括使第一调节气体流入ms系统的离子源而不将样品引入离子源，并使第一调节气体电离，其中离子源由第一调节气体调节(步骤202)。该方法还包括，在使第一调节气体流动之后，使第二调节气体流入离子源而不将样品引入离子源，并使第二调节气体电离，其中离子源由第二调节气体调节(步骤204)。通过操作离子源的电离设备来电离调节气体。该方法还可以包括，在使第二调节气体流动之后，恢复ms源的正常运行，诸如通过将样品引入经调节的离子源并从样品收集分析数据来分析样品(步骤206)。
在一个实施方案中，不同的调节气体(例如，第一调节气体以及之后的第二调节气体)流入离子源是在不同的步骤中按顺序进行的。例如，第一调节气体可以以期望的(第一)设定值流速进入离子源。一旦离子源中的第一流速和温度稳定(即，达到稳定或平衡状态)，可继续以恒定流速进给第一调节气体持续所需的(第一)持续时间。随后，可以关闭第一调节气体的流动。在停止第一调节气体的流动之后，第二调节气体的流动可以以期望的(第二)设定值流速开始，其可以与第一设定值流速不同或相同。一旦离子源中的第二流速和温度稳定，可继续以恒定的流速进给第二调节气体持续所需的(第二)持续时间，其可与第一调节气体进入离子源的第一持续时间相同或不同。此外，调控第二调节气体的温度可以与调控第一调节气体的温度相同或不同。
在一些实施方案中，样品可随载气(诸如来自gc柱，并且可以与第一调节气体和第二调节气体不同)一起引入。
在一个实施方案中，第一调节气体主要是(或基本上)氢气。也就是说，第一调节气体具有包含按体积计至少90％(90％或更高，或90％至100％)的氢气的组成。因此，第一调节气体可以仅是(纯)氢气，或者可以是氢气和一种或多种其他气体的混合物。在此实施方案中，第二调节气体主要(或基本上)不是氢气。也就是说，第二调节气体具有包含按体积计小于90％(从0％到小于90％)的氢气的组成。第二调节气体可以是单一气体或可以是两种或更多种不同气体的混合物。构成第二调节气体的一种或多种气体可以是本公开前面提到的调节气体的一种或多种，例如烃。
在另一个实施方案中，第一调节气体具有包含按体积计小于90％(从0％至小于90％)的氢气的组成，并且第二调节气体也具有包含按体积计小于90％(从0％至小于90％)的氢气的组成，但与第一调节气体不同。也就是说，第一和第二调节气体是不同的化合物或不同的化合物混合物。可以用载气将样品引入离子源，载气可以具有包含按体积计至少90％(90％或更高，或90％至100％)的氢气的组成。
在使第二调节气体流动之后，该方法可以包括重复使第一调节气体流入离子源并使第一调节气体电离的步骤。在重复这些步骤之后，该方法可以进一步包括重复使第二调节气体流入离子源并使第二调节气体电离的步骤。因此，可以在通过ms运行样品之前执行调节过程的多次重复。
该方法可以包括使一种或多种另外的气体流入离子源。例如，在使第二调节气体流动之后，可以使第三调节气体流入离子源而不将样品引入离子源，并使第三调节气体电离，其中离子源由第三调节气体进一步调节。根据该实施方案，第三调节气体的组成可以是氢气(或主要是氢气)或不是氢气(或主要不是氢气)，并且可以与第二调节气体不同或与第一调节气体和第二调节气体均不同。
在切换到调节模式之前，ms系统可以以正常的分析模式运行，即，可以在使第一调节气体流入离子源之前分析样品。该样品可称为“第一”样品，这是相对于在调节离子源(即，使第一调节气体和第二调节气体流入离子源)之后分析的“第二”样品来说的。因此，在使第一调节气体流入离子源之前，可以通过将第一样品引入电离室并从第一样品收集分析数据来分析第一样品。在一些实施方案中，可以通过使第一样品随载气一起流入离子源而将第一样品引入离子源。在一些实施方案中，第一载气仅为或主要为氢气。
在一些实施方案中，该方法可包括加热第一调节气体和/或第二调节气体，如上所述。
在一些实施方案中，该方法可以包括评价ms系统的参数，并且基于对参数的评价确定ms系统是否应该在调节模式下运行，例如确定ms系统是否应该从分析模式切换到调节模式。如上所述，可以考虑许多参数。如果确定ms系统应该在调节模式下运行，则该方法可以包括采取一个或多个进一步的动作作为响应，如上所述。
根据一个实施方案，图2还表示被配置成用于执行本文描述的方法的ms系统。例如，ms系统可以包括部件，诸如上面描述的和图1中所示的那些部件，其被配置成用于执行图2中所示的步骤和/或本文公开的任何方法的全部或部分。
根据一个实施方案，提供了一种非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的指令，该指令当在处理器上被执行时控制或执行图2中所示的步骤和/或本文公开的任何方法的全部或部分。例如，上述和图1中所示的ms系统100的系统控制器168或与该ms系统相关联的系统控制器168可以被配置为读取非暂时性计算机可读介质并执行存储在其上的指令。
图3是在根据本公开文本实施各种原位调节之后杀螟硫磷(o,o-二甲基-o-(3-甲基-4-硝基苯基)硫代磷酸酯)的选择性离子监测(sim)获得的总离子色谱图(tic)。虚线表示用氢气处理离子源后得到的离子源响应。实线表示继用氢气处理离子源之后用烃蒸气(在该例子中为甲烷)处理离子源后产生的离子源响应，其与单独用氢气处理相比产生明显更大的峰。图3证实利用两种不同调节气体的两步处理比使用例如氢气的一步处理更有效。
图4是根据本公开文本的由交替的氢气调节和二次调节过程产生的杀螟硫磷的一组平均响应(离子检测器计数)。横轴被划分为对应于四个连续处理步骤的四个区域，具体地从左到右为：(1)通过氢气处理，(2)通过烃蒸气处理(在该例子中为甲烷)，(3)通过氢气附加处理，和(4)通过烃蒸气(在该例子中为甲烷)附加处理。如图所示，与单独用氢气处理相比，在烃第一次处理后响应显著增加。在用氢气进行第二次处理后，响应降低。然而，在通过烃进行第二次处理之后，响应再次增加。
从前述内容可以看出，本文描述的实施方案可以消除或显著降低常规ms维护任务(诸如移除、非原位清洁和重新安装受污染的零件)的频率、并且恢复或改善ms系统的性能。如本文所述的离线调节方法的应用可以快速改善ms系统的背景，包括关于化学吸附的物质，诸如水(否则将具有非常慢的消除速率)，以及在常规清洁期间暴露于空气时吸附在ms部件上的物质，诸如溶剂或烃类。
示例性实施方案
根据本文公开的主题提供的示例性实施方案包括但不限于以下：
1.一种用于操作质谱(ms)系统的方法，该方法包括：使第一调节气体流入ms系统的离子源而不将样品引入该离子源；使该第一调节气体电离，其中该离子源由该第一调节气体调节；在使该第一调节气体流动之后，将第二调节气体流入该离子源而不将样品引入该离子源；使该第二调节气体电离，其中该离子源由该第二调节气体调节；在使该第二调节气体流动之后，通过将样品引入经调节的离子源并从该样品中收集分析数据来分析该样品，其中：该第一调节气体具有包含按体积计至少90％的氢气的组成；并且该第二调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成。
2.实施方案1的方法，其中该第二调节气体包含选自下组的化合物，该组由以下项组成：烃；氨；甲胺；酮；乙醇；乙腈；硅烷；硅烷衍生物；以及前述两种或更多种的组合。
3.实施方案1的方法，其中该第二调节气体包含选自下组的化合物，该组由以下项组成：甲烷；丁烷；异丁烷；戊烷；己烷；甲苯；苯；二甲苯；以及前述两种或更多种的组合。
4.实施方案1的方法，其中该第二调节气体包含选自下组的化合物，该组由以下项组成：丙酮；甲醇；乙醇；以及前述两种或更多种的组合。
5.前述实施方案中任一项的方法，其中该第一调节气体和该第二调节气体具有选自下组的组成，该组由以下项组成：该第一调节气体是两种或更多种不同气体的混合物；该第二调节气体是两种或多种不同气体的混合物；以及以上两者。
6.前述实施方案中任一项的方法，其包括在使该第二调节气体流动之后，重复使该第一调节气体流入该离子源的步骤。
7.实施方案1-5中任一项的方法，其包括在使该第二调节气体流动之后，重复使该第一调节气体和该第二调节气体流入该离子源的步骤。
8.前述实施方案中任一项的方法，其包括在使该第二调节气体流动之后，使第三调节气体流入该离子源而不将样品引入该离子源，并使该第三调节气体电离，其中该离子源由该第三调节气体调节，该第三调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成，并且该第三调节气体不同于该第二调节气体。
9.前述实施方案中任一项的方法，其中引入该样品包含使该样品随载气一起流入该经调节的离子源。
10.实施例9的方法，其中该载气不同于该第一调节气体和该第二调节气体。
11.前述实施方案中任一项的方法，其中在使该第二调节气体流动之后引入的样品是第二样品，并且该方法还包括：在使该第一调节气体流入该离子源之前，通过将第一样品引入该离子源并从该第一样品收集分析数据来分析该第一样品。
12.实施方案11的方法，其中引入该第一样品包括使该第一样品随载气一起流入该离子源。
13.前述实施方案中任一项的方法，其包括：在使该第一调节气体或该第二调节气体中的至少一种流入该质谱仪时，加热该第一调节气体或该第二调节气体中的至少一种。
14.前述实施方案中任一项的方法，其中使该第一调节气体和该第二调节气体电离包含用电子或光子照射该第一调节气体和该第二调节气体。
15.一种质谱(ms)系统，其被配置成用于执行前述实施方案中任一项的方法。
16.一种非暂时性计算机可读介质，其包含存储在其上的指令，该指令当在处理器上被执行时根据前述实施方案中任一项的方法控制或执行使该第一调节气体流动、使该第二调节气体流动和分析该样品的步骤。
17.一种质谱(ms)系统，其包含实施方案16的非暂时性计算机可读介质。
18.一种用于操作质谱(ms)系统的方法，该方法包括：使第一调节气体流入ms系统的离子源而不将样品引入离子源；使第一调节气体电离，其中离子源由第一调节气体调节；在使第一调节气体流动之后，将第二调节气体流入离子源而不将样品引入离子源；使第二调节气体电离，其中离子源由第二调节气体调节；在使第二调节气体流动之后，通过将样品随载气引入经调节的离子源并从样品中收集分析数据来分析样品，其中：载气具有包含按体积计至少90％的氢气的组成；第一调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成；第二调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成，并且不同于第一调节气体。
19.实施方案18的方法，其中该第一调节气体和该第二调节气体各自包含选自下组的化合物，该组由以下项组成：烃；氨；甲胺；酮；醇；乙腈；硅烷；硅烷衍生物；以及前述两种或更多种的组合。
20.实施方案18的方法，其中该第一调节气体和该第二调节气体各自包含选自下组的化合物，该组由以下项组成：甲烷；丁烷；异丁烷；戊烷；己烷；甲苯；苯；二甲苯；以及前述两种或更多种的组合。
21.实施方案18的方法，其中该第一调节气体和该第二调节气体各自包含选自下组的化合物，该组由以下项组成：丙酮；甲醇；乙醇；以及前述两种或更多种的组合。
22.实施方案18-21中任一项的方法，其包括在使该第二调节气体流动之后，使第三调节气体流入该质谱仪而不将样品引入该质谱仪，其中该质谱仪由该第三调节气体调节，该第三调节气体具有包含按体积计0％至小于90％的氢气的组成，并且该第三调节气体不同于该第二调节气体和该载气。
应当理解，本文描述的过程、子过程和过程步骤中的一个或多个可以由一个或多个电子或数控设备上的硬件、固件、软件或前述两个或更多个的组合来执行。软件可以驻留在合适的电子处理部件或系统(例如图1中示意性描绘的系统控制器168)中的软件存储器(未示出)中。软件存储器可以包括用于实现逻辑功能(即，可以以数字形式实现的“逻辑”，数字形式诸如数字电路或源代码；或者以模拟形式实现的“逻辑”，模拟形式诸如模拟电、声音或视频信号等模拟源)的可执行指令的有序列表。指令可以在处理模块内执行，处理模块包括例如一个或多个微处理器、通用处理器、处理器组合、数字信号处理器(dsp)或专用集成电路(asic)。此外，示意图描述了具有物理(硬件和/或软件)实现的功能的逻辑划分，该功能不受架构或功能的物理布局的限制。本文描述的系统的例子可以以各种配置实现，并作为单个硬件/软件单元中的硬件/软件部件或单独的硬件/软件单元中的硬件/软件部件进行操作。
可执行指令可以作为具有存储在其中的指令的计算机程序产品实现，当所述指令由电子系统的处理模块(例如，图1中的系统控制器168)执行时，指导电子系统执行指令。计算机程序产品可以选择性地体现在任何非暂时性计算机可读存储介质中，以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用，该指令执行系统、装置或设备例如是基于电子计算机的系统、包含处理器的系统、或者可以选择性地从该指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的其他系统。在本公开文本的上下文中，计算机可读存储介质是可以存储程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的任何非暂时性器件。非暂时性计算机可读存储介质可以选择性地是例如电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备。非暂时性计算机可读介质的更具体例子的非详尽列表包括：具有一个或多个电线(电子)的电连接；便携式计算机磁盘(磁性)；随机存取存储器(电子)；只读存储器(电子)；可擦除可编程只读存储器，诸如闪存(电子)；光盘存储器，诸如cd-rom、cd-r、cd-rw(光学)；和数字通用盘存储器，即，dvd(光学)。应指出，非暂时性计算机可读存储介质甚至可以是在其上可打印程序的纸张或其他合适的介质，因为程序可以经由例如纸张或其他介质的光学扫描以电子方式捕获，然后编译、解释，或如果需要的话以合适的手段以其他方式处理，然后存储在计算机存储器或机器存储器中。
还应该理解，这里使用的术语“以信号通信”意味着两个或更多个系统、设备、部件、模块或子模块能够经由在一些类型的信号路径上运行的信号彼此通信。信号可以是通信、电力、数据或能量信号，其可以沿着第一和第二系统、设备、部件、模块或子模块之间的信号路径将信息、电力或能量从第一系统、设备、部件、模块或子模块传输到第二系统、设备、部件、模块或子模块。信号路径可以包括物理、电、磁、电磁、电化学、光学、有线或无线连接。信号路径还可以包括第一和第二系统、设备、部件、模块或子模块之间的其他系统、设备、部件、模块或子模块。
更一般地，诸如“通信”和“与……通信/连通”的术语(例如，第一部件与第二部件“通信/连通”或处于“通信/连通”)在本文中用于指示两个或更多个部件或元件之间的结构、功能、机械、电气、信号、光学、磁、电磁、离子或流体关系。因此，一个部件被称为与第二部件通信/连通的事实并不旨在排除在第一部件与第二部件之间存在其他部件和/或其他部件可操作地与第一部件和第二部件相关联或啮合的可能性。
应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，前面的描述仅用于说明的目的，而不并无限制目的-本发明由权利要求限定。
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