质谱系统的现场调节的制作方法

专利名称：质谱系统的现场调节的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及质谱分析，包括与气相色谱联接的质谱分析。更具体地，本发明涉及对质谱仪进行调节(condition)以提高或恢复其性能。
背景技术：
质谱仪(MS)通常包括离子源，用于由被引入的样品产生带电物种；质量分析器，用于根据其质荷比(m/z比，或简称为“质量”)分离带电物种；粒子检测器，用于对经分离的物种进行计数以提供信号，质谱可由该信号来产生。样品可以通过各种技术引入到离子源中。在一种示例中，气相色谱(GC)与MS对接，使得GC柱(column)的样品输出(包含经过色谱分离的样品组分)用作输入到离子源中的样品。上述系统通常被称为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，石油样品中的重烃、脂肪样品中的甘油三酯)以及溶剂、从GC柱渗出的固定相或其他顽固性物质(这些都可能随时间积累)，总是导致MS的性能发生改变或劣化。即使在MS的初始运行时，MS也可能不稳定或不能“持续”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确认是尤其麻烦的。这些问题需要MS被定期清洁。通常，污染物沉积的速率越高，MS必须被更频繁地清洁。常用的传统清洁方案是对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。这样的传统离场清洁过程可能是非常复杂和冗长的过程，可能涉及有毒溶剂、昂贵的设备和专业技术人员的时间和照看。而且，清洁过程仅仅是临时解决问题。在进行了一次清洁并且重新开始MS的分析操作之后，MS的性能将开始再次劣化，最终需要另一次清洁。此外，传统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在真空和操作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信号响应的快速减小。氦由于其惰性、低质量、高电离能以及理想的色谱性能，是GC/MS中最常使用的载气。而且，谱图基准库诸如 NIST 08 (National Institute of Standards and Technology)是氦作为载气进行记录。但是，氦本身不具有任何内在的清洁或调节性能，因此将其用作载气不能改善对于频繁进行上述的清洁过程的需要。因此，期望提供对于该问题的解决方案，即防止在使用氦作为载气时出现的相应损失和拖尾，和/或减少或消除对于通过上述的传统技术清洁MS系统的需要，同时仍然保持使用氦作为载气的优点。
氢气也已经被用作载气,但是远比氦和其他载气少见得多。使用氢气作为载气伴 随有多个显著的缺点。氢气是高度可燃的。由于氢气的低粘度，柱尺寸的选择受到氢气的 严重限制。当柱出口是MS时，需要更小的柱来维持正的入口压力。当使用氢气作为载气时 质谱图或色谱图的信噪比要低得多，导致检测极限比使用氦作为载气时差5-10倍。使用 氢气可能导致离子源中的分析物的降解反应，导致具有不同于相关峰的顶点的组成的峰拖 尾。这涉及谱图重现精度，这是使用谱图库检索时的分析物确认中的重要因素。并且，样品 入口和柱中的氢的存在可能导致与分析物的改变其结构的化学反应。
鉴于上述，质谱测量术(包括气相色谱/质谱测量术)目前需要用于调节MS系统 的方法和设备。还需要用于在MS系统上进行的现场(in-situ)调节的方法和设备，从而消 除或至少显著减少对于传统离场清洁的需要。还需要在MS系统中有效使用氢气和/或其它 气体作为对更常用的气体诸如氦的替代或与更常用的气体诸如氦结合使用的方法和设备。发明内容
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，本公开提供了方法、工艺、系统、设备、仪器和/或装置，如通过下面阐述的实施方式中 的实施例所描述的。
根据一个实施方式，用于操作质谱仪(MS)系统的方法包括将样品和载气引入MS 系统的电离室中；并将调节气体流入MS系统的质谱仪中，其中，质谱仪中的调节气体基本 不改变样品的分析物的质谱特征，并且调节气体与载气不同。
根据另一实施方式，用于操作质谱仪(MS)系统的方法包括在不将样品引入MS系 统的质谱仪中的情况下，将调节气体流入MS系统的质谱仪中，其中，质谱仪由调节气体调 节；用载气将样品引入经过调节的质谱仪中，并且从样品收集分析物数据，其中，载气与调 节气体不同。
根据另一实施方式，用于操作质谱仪(MS)系统的方法包括使得样品和载气流动 通过柱并进入MS系统的电离室；将调节气体流入MS系统的质谱仪，其中，所述调节气体与 所述载气不同。
根据另一实施方式，用于操作质谱仪(MS)系统的方法包括通过使得样品和载气 流动通过柱并进入MS系统的电离室中，以分析模式操作MS系统；通过停止样品的流入，停 止以分析模式操作MS系统；通过将调节气体流入质谱仪，以调节模式操作MS系统，从而调 节MS系统的质谱仪的一个或多个部件，其中，调节气体不同于载气。调节气体例如可以是 氢、U、氨、和/或甲烧。
根据另一实施方式，用于操作质谱仪(MS)系统的方法包括使得样品和载气流动 通过柱并进入MS系统的电离室；在流入样品和载气的同时，将调节气体流入到MS系统的质 谱仪中，其中，调节气体不同于载气；在电离室中电离样品的组分。调节气体例如可以是氢、 氩、氨、和/或甲烷。
根据另一实施方式，用于操作质谱仪(MS)系统的方法包括使得样品和载气流动 通过柱并进入MS系统的电离室；在流入样品和载气的同时，将辅助气体流入到电离室中， 其中，辅助气体不同于载气；在电离室中电离样品的组分。载气例如可以是氢、気、氨、和/ 或甲烷。
根据另一实施方式，用于操作质谱仪(MS)系统的方法包括使得样品和载气流动 通过柱并进入MS系统的电离室，载气选自由氢、氩、氨和甲烷组成的组；在流入样品和载 气的同时，将辅助气体流入到MS系统的质谱仪中，其中，辅助气体不同于载气，并且选自由 氦、氮和氩组成的组；在电离室中电离样品的组分。
根据另一实施方式，质谱仪(MS)系统包括被构造来执行上述方法中的任一项的 质谱仪和调节气体系统。MS系统可以包括质谱仪和调节系统。MS系统还可以包括气相色 谱仪。
根据另一实施方式，质谱仪(MS)系统包括质谱仪，其包括样品接口和与样品接 口连通的电离室；调节气体管线，被配置来与调节气体源流体连通；用于以分析模式操作 的装置或设备，被配置来建立通过样品接口并进入电离室中的样品流动通路；用于以调节 模式操作的装置或设备，被配置来建立从调节气体源出发、通过调节气体管线并进入质谱 仪中的调节气体流动通路。
根据另一实施方式，质谱仪(MS)系统包括质谱仪，其包括样品接口和与样品接 口连通的电离室；调节气体源；调节气体管线，被配置来与调节气体源流体连通，并且用于 将调节气体指引向质谱仪；用于调控进入质谱仪中的载气和调节气体的各自流量的装置或 设备。
根据另一实施方式，质谱仪(MS)系统包括质谱仪，其包括样品接口和与样品接 口连通的电离室，其中，样品接口被配置成与载气源流体连通，并且载气源被配置来供应载 气；辅助气体管线，其被配置来与辅助气体源流体连通，其中辅助气体源被配置来供应与载 气不同的辅助气体，并且辅助气体管线被配置来将辅助气体添加到载气；用于调控进入电 离室的载气和辅助气体的各自流量的装置或设备，使得流入电离室的辅助气体相对于载气 的比例在从O体积％到小于100体积％的范围内。载气可以为氢气、氩气、氨、和/或甲烷。。
根据另一实施方式，提供一种计算机可读存储介质，其包括用于执行前述方法中 的任何一个的指令。
根据另一实施方式，提供一种MS系统，包括所述计算机可读存储介质。
在一些实施方式中，调节气体可以为或包括氢、氩、氟、氧、氨、和/或甲烷。在一些 实施方式中，调节气体为或包括氢，并且载气为氦或包括氦。
在其他实施方式中，载气为氢，辅助气体(诸如氦)被添加到氢中。
在审查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装 置、设备、系统、方法、特征和优点。所有这些附加的系统、方法、特征和优点被意在包括在本 说明书内，落入本发明的范围内，并由所附权利要求保护。


参考下面的附图可以更高地理解本发明。附图中的部件不必是按比例的，相反重 点在于示明本发明的原理。在这些附图中，对于不同的视图，相似的标号表示相应的部件。
图1是根据本公开的质谱(MS)系统的实施例的示意图。
图2示出了通过MS系统的调节气体和载气的质谱测量，调节气体和载气的丰度比 可被用于确定提供给根据本公开的MS系统的调节气体的量。
图3A示出了指示MS系统的重污垢的质谱图。
图3B示出了由与图3A中的相同的MS系统(但是在将该MS系统进行根据本公开的调节处理之后)所生成的质谱图。图3C示出了与图3B相同的但是以放大比例的质谱图。图4A是通过运行没有进行调节处理的MS系统所生成的作为时间的函数的重构总离子色谱图(RTIC或TIC)。图4B是图4A中所示的相同MS系统(但是240分钟之后，根据本公开利用氢气作为调节剂对该MS系统进行2小时的离线调节处理)的另一 RTIC。图5A-5E是分别对于各个离子质量55_u，105_u，91_u，215_u和207_u的作为时间的函数的离子色谱图；这些色谱图是通过运行MS系统并在约250和270分钟之后对MS系统进行调节处理所生成的。图6A是在受污染的MS系统中的八氟萘的选择性离子监测(SM)获取的重构离子色谱图。图6B是在与图6A中的相同MS系统(但是在该MS系统根据本公开进行了利用氢气作为调节剂的离线调节处理之后)中的八氟萘的SIM获取的重构离子色谱图。图7是根据本公开被构造来在线调节的MS系统的实施例的示意图。图8是由通过图7所不的MS系统的二种正烧经，正十四烧(n_C14)，正十五烧(n-C15)和正十六烷(n-C16)，的样品的分析所获得的色谱图。图9是在没有添加调节气体的情况下对于图8的样品的22次连续运行的原始积分面积相对于第一次注入归一化之后并对三种化合物作图的图线。图10是在添加调节气体的情况下对于图8的样品的21次连续运行的原始积分面积相对于第一次注入归一化之后并对三种化合物作图的图线。图11是根据本公开被构造来在线调节的MS系统的另一实施例的示意图。图12是通过图11所示的MS系统的八种污染物的样品的分析所得到的MS SIM TIC和FID色谱图。图13是在没有根据本公开添加调节气体的情况下对于图12的样品的二十次连续分析的最先五次和最后五次的质谱-火焰离子化检测器(MS FID)面积比的图线，其中，对于每一化合物的所述比相对于第一次注入的所述比归一化。图14是在添加调节气体的情况下对于图12的样品的三十次连续分析的最先五次和最后五次的MS FID面积比的图线，其中，对于每一化合物的所述比相对于第一次注入的所述比归一化。图15是根据本公开被构造来在线调节的MS系统的另一实施例的示意图。图16是通过图15所示的MS系统的九种溶剂化合物的样品的分析所得到的MS SIMTIC和FID色谱图。图17是对于在根据本公开添加调节气体的情况下图16的样品的九次连续分析、随后在没有添加调节气体的情况下样品的十一次连续分析的质谱-火焰离子化检测器(MS FID)面积比的图线，其中，对于每一化合物的所述比相对于在添加氢气的情况下完成的第一次注入的所述比归一化。图18示出了在典型的GC/MS系统中仅仅使用氢气作为载气时所观察到的背景离子质量的典型谱图。
图19是根据本公开被构造来在线调节的MS系统的另一实施例的示意图。
图20示出了由通过图19中所示的MS系统的二十八种化合物的样品的色谱运行 所获得的两幅TIC，其中，上面的TIC是在色谱运行开始后不久的，下面的TIC是在MS系统 变清洁之后获得的。
具体实施方式
当在本文中使用时，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该质谱仪以可操作方式对接的气相色谱(GC)。因此，为方便起见， 根据所关注的具体实施方式
，术语“MS系统”还可以涵盖术语“气相色谱/质谱系统”(或 “GC/MS系统”)，即，可以与该术语互换使用。
在本公开的上下文中，术语“分析物”一般是指MS系统的用户或研究者感兴趣的 任何样品分子——即，期望对其进行分析(诸如色谱或色谱/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。样品可以包括分析物和非分 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，所以对其的 分析是不感兴趣的。非分析物一般可以是任何不感兴趣的分子，诸如污染物或杂质。非分 析物的实例可以包括但不限于水、油、溶剂或可以在其中找到期望的分析物的其它介质， 以及已经从色谱柱渗出的固定相材料。非分析物的来源可以是在操作MS系统以获取关于 样品的分析数据时被分析的样品。或者或此外，非分析物可以是在给定时间操作MS系统以 获取分析数据之前已经存在于质谱仪中的残余物种，这样的残余物种由于MS系统的之前 使用而已经积累。
为了本公开的目的，术语“分析物”还指为了提供参照、标准、调控载剂或校准物的 目的可由MS系统分析的化合物。
本公开描述了各种实施方式，这些实施方式需要将调节气体(或调剂剂)添加到 质谱(MS)系统，以现场调节(或再调节)系统，从而改善或恢复其性能。并非希望受限于 目前的任何具体理论，调节气体可以提供如下功能中的一种或多种清洁MS系统的一个 或多个部件(例如离子源、质量分析器、离子检测器)的一个或多个表面(例如，壁、板、电 极、导管)；减少或去除在样品分析之后在MS系统中积累的或在样品分析期间在MS系统 中积累的非分析物，诸如基质组分；防止在样品分析期间非分析物的进一步积累；加速放 空/抽空之后MS系统的调节；恢复或创建对于MS分析更优化的或一致的离子源条件(例 如，表面氧化状态或其它表面衡量标准)。发明人已经发现氢作为MS环境中的调节剂是高 度有效的。氢迅速扩散并转移表面污染物。氢在解离或处于较高的激发、亚稳或假里德伯 (pseudo-Rydberg)状态时(诸如通过电子碰撞或其它过程)是非常活泼的，并且可以还原 多种被吸附的化合物，诸如往往吸附在离子源表面上并使得操作劣化的那些化合物。而且， 氢可以改变金属氧化态。MS系统的金属表面被认为参与多种影响分析物和其它被引入化合 物的反应，如在离子源中发生的脱水或还原。通过将金属从各种各样的氧化态转变为可再 现和固定的设置，可以使得性能更一致。在离子源的情形中，可大大地稳定谱图特征。由于 上面所提到的使用氢所带来的挑战，氢的这些调节属性还没有被以前的研究者充分理解。 更一般地，在本研究工作之前，向MS系统添加调节气体的构思还没有被充分地研究。这可以由如下的观察结果来证实到目前为止，对于改善的调节技术所做的努力很大程度上限于提高部件的可拆卸性，以便于传统的离场清洁一就是说，对MS系统进行停机，为了清洁部件的目的将这些部件从MS系统物理地取下；开发离子源表面的替代性组成，试图减少传统离场(ex situ)清洁的需要。一般来说，调节气体可以是适用于在MS系统中完成前述的功能的一种或多种或者表现出与氢相同或相似的调节属性的任何气体。因此，除了氢之外，调节气体的其它实例还包括但不限于氩、氟、氧、氨、甲烷、以及氢、氩、氟、氧、氨和甲烷中的两种或更多种的组合。所使用的具体调节气体可能取决于调节处理是以在线模式还是以离线模式进行，这些模式将在下面进行描述。调节气体可以是由气体源或挥发性液体源提供的一种气体或多种气体的混合物。在本上下文中，术语“气体”涵盖术语“蒸汽”。被引入MS系统中的调节气体可以添加到任何其它的意欲被添加的气体，诸如用于色谱测量的载气、用于化学电离的反应剂气体、以及用于碰撞室或离子阱中的离子裂解的碰撞气体或用于离子引导装置或离子阱中的碰撞冷却的碰撞气体。或者，调节气体可以根据其特性和MS系统的具体状态而被单独地添加。添加到MS系统的调节气体可以是包含载气或某些其它气体(例如，如下面进一步描述的辅助气体)的共混物的一部分。根据调节气体的类型、所实施的具体实施方式
、或MS系统的调节气体存在于其的阶段，调节气体分子可以是经加热的，电中性的，处于亚稳态、里德伯状态或其它激发状态，或电离的。在一些实施方式中，被构造来进行现场调节的MS系统是气相色谱/质谱仪(GC/MS)系统的一部分，因此与气相色谱(GC)对接。在这样的实施方式中，调节气体可在被引入MS系统中之前，途经GC的一部分。在一些实施方式中，调节气体被直接引入到离子源中。而且，调节气体可以被引入MS系统和/或GC的一个或多个位置。为此，可以使用多于一个的独立的调节气体源(或至少多于一个的调节气体管线)。在一些实施方式中，MS或GC/MS系统被构造来进行离线调节模式。在离线调节模式中，调节气体在没有以分析模式操作MS或GC/MS系统(即，没有操作MS或GC/MS系统来对样品执行质谱测量或气相色谱/质谱测量以获取分析数据)的时间期间被引入MS或GC/MS系统。在这样的实施方式中，MS或GC/MS系统可以被构造来在分析模式和调节模式之间切换。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，或完全或部分自动的(诸如响应于对于一个或多个参数的评价，如下面进一步所述的)。一般来说，在离线模式中，调节气体可以在不涉及关于样品的分析数据的获取的任何操作阶段期间添加，诸如热机、调控、抽空、放空、冷却等等。而且，离线模式可能需要在MS或GC/MS系统的一个或多个部件(例如离子源)被取下的同时添加调节气体。在其它实施方式中，MS或GC/MS系统被构造来进行在线(或动态)调节模式。在在线调节模式中，调节气体在MS或GC/MS系统正被操作来对样品执行质谱测量或气相色谱/质谱测量时被引入MS或GC/MS系统。与在线调节模式相关的一个或多个参数可响应于MS或GC/MS系统的操作条件被动态地调整。在一些实施方式中，MS或GC/MS系统被构造来进行离线调节模式和在线调节模式两者。除了使得调节气体流入MS系统之外，调节模式还可包括保持MS或GC/MS系统的一个或多个区域(例如离子源、质量分析器、离子检测器、柱)受到期望温度下或期望温度范围内的调节气体的作用。通过加热调节气体和/或被调节气体处理的表面，可以增强调节处理。此外，调节模式可以包括操作离子源以向电离腔中发射电子。电子的存在可以通 过一种或多种机制(诸如由调节气体“活化”或生成促进表面清洁的次级物种)增强调节处理。
在另一实施方式中，调节气体(诸如氢)被用作用于运送样品通过GC柱的载气， 代替更传统的载气诸如氦。辅助气体诸如氦在离子源上游的某一点被添加到氢载气流中， 并且混合的气体流进入离子源。并且业已发现该构造作为在线调节技术是有效的。
在本公开的上下文中，术语“调节”一般是指清洁或或以其它方式使得质谱仪的离 子源和/或其它部件或区域达到改善或优化质谱仪的性能的条件。在一个方面中，调节通 过如下方式来完成操作MS系统，以将调节气体流入MS系统的质谱仪中。在质谱仪中添 加调节气体基本不会改变在在线调节处理期间由MS系统分析的样品的分析物的质谱特征 (或谱图响应)，或基本不会改变离线调节处理之后将由MS系统分析的样品的分析物的质 谱特征(或谱图响应)。就是说，分析物的谱图特征在添加或不添加调节气体的情况下基本 保持不变。换句话说，调节气体基本不改变分析物的离子丰度比。相反，调节气体清洁质谱 仪，并且不让非分析物在质谱仪中积累。为了这些目的，在设想用于在线调节模式的典型实 施方式中，调节气体可以是例如氢、氦、或氢和氦的共混物(混合物)。在离线调节模式中， 一般来说，可以想到更宽范围的调节气体，诸如氢、氩、氟、氧、氨和/或甲烷。
添加调节气体时所使用的条件或参数可被控制，使得调节气体能够实现调节，而 基本不会改变分析物谱图响应。例如，调节气体在质谱仪中的浓度可被控制，诸如通过调控 进入质谱仪中的调节气体的流率。调节气体的流率的调控可以相对于被流入质谱仪中的其 他气体。其他条件或参数可以包括调节气体的温度，质谱仪的区域或部件(其中使用调节 气体)中的温度和/或压力，以及调节气体被赋能(例如通过离子源的操作)的程度。
因此可以看到，因为调节气体的添加基本不会改变分析物谱图响应，所以调节气 体的添加不会引起化学电离(Cl)。因此，在本公开的上下文中，调节气体不是Cl反应剂气 体。
在MS系统包括GC的一些实施方式中，调节气体可以通过使得调节气体流经GC的 分析柱而被添加到质谱仪。但是，将会理解的是，本公开中所教导的“调节”质谱仪的处理 不同于“调节”或“预调节”分析柱的处理。调节或预调节分析柱通过涉及使得溶剂流过柱， 以活化固定相的组分和/或清除柱的杂质，以为色谱实验做好准备，并且因此是与本公开 的调节处理无关的单独和不同的过程。
图1是色谱仪(MS)系统100的实施例的示意图。MS系统100可以大体包括质谱 仪104和调节气体系统108。质谱仪104可以包括样品源、样品(或样品/载气)入口或接 口 112、MS壳体116、电离装置(或离子源)120、质量分析器124、离子检测器128和真空系 统 132。
样品源可以是被构造来将样品材料流经由样品接口 112提供到离子源120的任何 装置。例如，样品源可以与配料室(batch volume)、样品探针或液体处理系统相联。样品材 料到离子源120的流动可以由任何手段来实现，诸如泵送、毛细作用、或电力辅助技术。在 联用技术中，样品源可以可以与分析分离仪器诸如气相色谱(GC)仪、液相色谱(LC)仪、毛 细管电泳(CE)仪、毛细管电色谱(CEC)仪等的出口相联。在一些实施方式中，样品可被直 接引入或加载到离子源120中，不必使得样品从样品源流出并通过柱或导管。在这些实施方式中，到离子源120的样品入口或样品接口可以是例如直接的插入探针。根据用于将样品直接引入到离子源中的技术，可以或可以不使用载气来辅助样品引入。离子源120可以是任何适用于由从样品源接收的样品流产生分析物离子并且将所产生的离子指引到质量分析器124中的任何装置。例如，离子源120可以是电子碰撞(EI)装置或化学电离(Cl)装置。离子源120还可以包括在EI操作模式和Cl操作模式之间切换的能力。离子源120包括电离室136和电离装置140。在EI或Cl的情形中，电离装置140通常是被构造来以本领域技术人员所理解的方式发射电子的细丝。但是，本公开不限于EI和Cl，并且可以包括现在已知或今后发展的各种其他模式。在一些实施方式中，特别是对于运行在线方法，离子源120不是用等离子体电离样品的离子源，诸如不是感应耦合等离子体(ICP)离子源。在Cl的情形中，MS系统100还包括Cl反应剂气体源144，其通常经由反应剂气体管线152与样品接口 112的导管148连通。反应剂气体源144可以表示用于供应一种或多种不同类型的反应剂气体的一个或多个容器。反应剂气体可以是任何如本领域技术人员所理解的适于在电离室136中进行Cl的气体。反应剂气体的实例包括但不限于，甲烷、异丁烷、氨、二氧化碳、二氟二氯甲烷、三甲基硅烷、一氧化氮、以及甲胺。反应剂气体的流量可以用任何手段，诸如气体流量控制器(或流量控制模块)156来控制。流量控制器156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156可以被手动或电子控制。在一些实施方式中，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)。在所示的实施例中，反应剂气体可以经由从反应剂气体源144出发、通过反应剂气体管线152到流量控制器156、通过辅助气体管线160到导管148 (经由导管148的端口)到电离室136中的反应剂气体通路，被供应到电离室136。质量分析器124可以是被构造来基于分析物离子各自的质量(即，质荷比或m/z比)分离、归类或过滤分析物离子。质量分析器124的实例包括但不限于，多极电极结构(例如，质量过滤器、离子阱)、飞行时间(TOF)部件、静电分析器(ESA)以及即磁扇区。质量分析器124可以包括多于一个质量分析器的系统，特别是当期望离子裂解时。例如，质量分析器124可以是级联MS或MSn系统，如本领域技术人员所理解的。作为另一个实例，质量分析器124可以包括质量过滤器，之后是碰撞腔，碰撞腔之后又是另一个质量过滤器。作为另一个实例，质量分析器124可以包括离子迁移率谱仪(MS)。但是，在一些实施方式中，MS系统100不包括MS。离子检测器128可以是被构造来收集并测量从质量分析器124输出的按质量进行了区分的离子的通量(或流量)。离子检测器128的实例包括但不限于，电子倍增器、光倍增器以及法拉第杯。离子源120、质量分析器124和离子检测器128被布置在MS壳体116中，所述MS壳体116与真空系统132对接。MS壳体116和真空系统132被构造来限定质谱仪104中的连续的真空级。通过该构造，离子源120根据设计被保持在期望低的压强或真空水平下，并且质量分析器124和离子检测器128被保持在期望的真空水平下。对于包括诸如上述的多个部件或模块的质量分析器124，每一个部件或模块可以被保持在不同的真空水平下。例如，碰撞腔一般被保持在较之在碰撞腔之前或之后的被抽空的质量过滤器更高的压强下。为了上述目的，真空系统132 —般包括一个或多个真空泵，所述一个或多个真空泵经由MS壳体116的一个或多个排气端口与一个或多个真空级连通。
质谱仪104还可以包括加热系统164。加热系统164可以包括被构造来控制质谱 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)的各自温度的一个或多个加热装置。特定的加热装置可以被构造来直接加热(诸如电 阻加热元件)或间接加热(诸如用于按一定路径运送热交换介质的系统)。
MS系统100还可以包括系统控制器(或系统控制器模块)168。系统控制器168可 以被构造来控制和/或监控MS系统100的各个方面，诸如到电离室136中的样品引入、反应 剂气体引入(如果适用的话)以及反应剂气体的选择、样品电离、EI或Cl操作模式的选择、 真空和压强设置、温度设置或改变由加热系统164实现的温度分布、质量分析器124的操作 参数(例如，所施加的电场和/或磁场、碰撞/背景气体引入、离子光学元件的定时等)、来 自离子检测器128的信号的获取和分析、质谱或色谱图的生成和显示等等。为了这些目的， 系统控制器168被示意性地示为经由通信链路172与质谱仪104信号通信。通信链路172 可以代表若干分别与MS系统100的各种部件接口的通信链路。给定的通信链路可以是有 线的或无线的。并且为了这些目的，系统控制器168可以包括一种或多种硬件、固件和/或 软件，以及一种或多种储存器。在所示的实施例中，如将在下面进一步描述的，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、气体流量控制软件184、以及性能 评价软件188。系统控制器168还可以代表一种或多种用户界面设备，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、可视指示器或报警器、 可听指示器或报警器等)、由软件控制的图形用户界面(GUI)、以及用于加载可由电子处理 器176读取的介质的设备(例如以软件、数据实现的逻辑指令等等)。系统控制器168可 以包括操作系统(例如Microsoft Windows 软件)，用于控制和管理系统控制器168的 各种功能。系统控制器168的一个或多个部件可以相对于MS系统100位于远程，并且通过 有线或无线通信链路与系统控制器168的本地部分通信。在一些实施方式中，系统控制器 168可以包括实验室信息管理系统(LIMS)或作为其一部分，如可以用于医院或其他医疗设 施中的那些。
调节气体系统108被构造来将调节气体指引到MS系统100中。为此目的，调节气 体系统108可以包括与调节气体管线连通的调节气体源以及根据需要的气体流量控制器。 如上所述的，调节气体可以是例如氢、氩、氨和/或甲烧。调节气体系统108可以被构造来 将调节气体指引到MS系统100的一个或多个位置。图1中的虚线框和虚线描绘了各种可 选方式。因此，在一个实施方式中，调节气体源204和相关联的调节气体管线208与气体流 量控制器156连通，所述气体流量控制器156还调控来自反应剂气体源144的反应剂气体 的流量。在此实施方式中，调节气体被流入辅助气体管线160中，通过导管148，进入电离室 136。在另一实施方式中，调节气体源212和相关联的调节气体管线216直接与电离室136 连通，由此调节气体被直接流入到电离室136中。在另一实施方式中，调节气体源212和相 关联的调节气体管线220直接与质量分析器124或与多部件质量分析器124的一个或多个 部件连通。例如，调节气体可以被引入碰撞腔、质量过滤器、离子引导装置、或这样的质量分 析器部件中的两个或更多个。在另一实施方式中，调节气体源212和相关联的调节气体管 线224直接与离子检测器128的合适区域连通。调节气体系统108可以包括一个与上述位 置中的一个连通的调节气体源212，或者可以包括两个或更多个分别与上述位置中的两个或更多个连通的调节气体源212 (或至少两条或更多条调节气体管线216，220，224)。应该注意的是，为了简化在图1中示出了一个调节气体源212 ;调节气体管线216，220，224中的每一条可以与不同的调节气体源相关联。还应注意的是，气体流量控制器(没有示出)可以被布置成与调节气体管线216，220，224中的一条或多条连通，并且具有与跟反应剂气体源144相关联的气体流量控制器156相同或相似的构造。MS系统100中所设置的任何流量控制器可以被手动操作和/或由系统控制器168控制，诸如根据气体流量控制软件184所提供的指令由电子处理器176控制。在所有上述的实施方式中，调节气体系统108提供从调节气体源204和/或212出发、通过调节气体管线208，216，220和/或224、并进入质谱仪104中的调节气体流动通路。调节气体流动通路要么直接进入质谱仪104的一个或多个位置中，要么从质谱仪104的上游的位置进入质谱仪104。在这些实施方式中的任何一个中，调节气体可以从调节气体首先直接进入其中的MS部件流到或扩散到其他MS部件中的一个或多个中。例如，直接供应到碰撞腔中的调节气体可以流到或扩散到前面的和/或后面的质量过滤器。作为另一实例，直接供应到质量分析器124的部件中的调节气体可以流到或扩散到电离室136和/或离子检测器128中。在一些实施方式(在下面进一步描述)中，当MS系统100以分析模式被主动操作时，即当样品和离子流动通路被沿大致从电离室136朝向质量分析器124的方向建立时，调节气体流动通路可以被建立。即使在这些实施方式中，被直接注入到质量分析器124中的足够量的调节气体可以沿相反方向扩散到电离室136中，并且有效地调节/清洁电离室136的表面。图1还示出了 MS系统100包括气相色谱(GC或GC系统)230或换句话说MS系统100是气相色谱/质谱仪(GC/MS)系统的一部分的实施方式。在这样的实施方式中，MS系统100或者可以被描述为经由样品接口 112 (在此情况下也可被称为GC/MS接口)与GC230对接。GC 230 —般可以包括GC壳体234、通过安装在GC壳体处的样品引入装置238、载气源242、布置在GC壳体234中的柱(或GC柱)246以及加热装置250。柱246包括经由密封的流体连接器与样品引入装置238连通的柱入口 252以及与电离室136连通的柱出口 254。柱246的一部分可以延伸穿过样品接口 112并且进入电离室136，使得柱出口 254位于电离室136中。或者或等同地，柱246可以经由密封的流体连接器与转运管线联接，在此情况下，转运管线延伸穿过样品接口 112并进入电离室136。柱246包括固定相，其一般包括保持在作为柱246的内壁的衬里的膜或固体支撑物上。可以为固定相选择各种各样的组成，并且可以为固定相选择一定范围的孔隙率或密度，如本领域技术人员可理解的。为了保留空间同时维持期望的长度，柱246可包括螺旋段256。样品引入装置238通常包括用于将样品注入到柱入口 252中的装置，并可以包括用于蒸发样品的装置。样品可以是包含将要在柱246中分析分离的样品材料和一种或多种溶剂的基质。样品引入装置238可以与单独的样品源(没有示出)流体连通，或者可以充当样品源。例如，样品引入装置238可被构造来接纳一个或多个样品容器260，并且可以包括用于选择用于注入到柱246中的期望样品的装置(例如圆盘传送带)。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上游的某一点处与样品引入装置238的一部分联接。载气可以是如本领域技术人员理解的适于用作有利于运输样品通过柱246的惰性移动相的任何气体。载气的实例包括但不限于，氦气、氮气、IS气或在一些实施方式中的氢气。载气的流量可以由任何装置控制，诸 如气体流量控制器268。流量控制器268可以具有跟与反应剂气体源144相关联的流量控 制器156相同或相似的构造。在所示的实施例中，载气经由从载气源242出发、通过载气管 线264到流量控制器268并进入柱入口 252 (可能经由如上所述的样品引入装置238)的载 气通路供应到柱246。
加热装置250可以具有适于将柱246保持在根据期望(即预定)的温度曲线(或 温度程序)设定或改变柱246的温度的期望温度下的任何构造。在一个实施例中，GC壳体 234是(或包含有)炉子，并且加热装置250被构造来加热柱子延伸穿过其的炉子内部。在 另一实施例中，加热装置250被构造来直接加热柱246。例如，加热装置250可以包括被安 装成与柱246热接触的电阻加热元件。
当包括GC时，MS系统100还可以包括用于分析由柱246分离的样品的组分的附 加装置，即除了质谱仪104之外的其他分析仪器。因此，在所示的实施方式中，MS系统100 包括任何合适类型的任选气体检测器272，其通常布置在GC壳体234的外部。气体检测器 272可以是能够产生谱图或色谱图的那类检测器，诸如火焰离子化检测器(FID)或热导率 检测器CTCD)。气体检测器272可以经由气体出口管线278与柱246的介于螺旋段和柱出 口 254之间的段276连通。为此，可以布置分流器(没有示出)与柱246在此段276处与 柱246连线。通过这样的构造，柱246中的来自螺旋段256的样品/气体流被分成被导入 电离室136中的第一输出流和经由气体出口管线278被导入气体检测器272中的第二输出 流。
在具有与MS系统100联接的GC 230的情况下，提出了附加的实施方式，用于构造 调节气体系统108来将调节气体指引到MS系统100中。通常，这些附加的实施方式需要通 过建立至少部分经过GC壳体234的一个或多个调节气体通路，在电离室136上游的一个或 多个位置处引入调节气体。在一些实施方式中，(一个或多个)调节气体流动通路可以经过 柱246的至少一部分。图1中的虚线框和虚线描绘了各种可选方式。因此,在一个实施方 式中，调节气体源282和相关联的调节气体管线284与气体流量控制器256连通，所述气体 流量控制器256还调控来自载气源242的载气的流量。在此实施方式中，调节气体从流量 控制器268流入公共气体入口管线286并流入柱入口 252。流量控制器268可被用于调控 载气和调节气体进入柱246的各自流量(例如，流率)。根据被实施的具体调节策略，流入 柱246中的载气相对于调节气体的比例一般在从O体积％到小于100体积％的范围内。就 是说，流量控制器268可以被操作来在调节气体被流入柱246中时完全关断载气流，或被操 作来混合载气和调节气体，其中，两种气体以期望的比例流动通过气体入口管线286。在另 一实施例中，调节气体的比例在从O. 02%到50%的范围内。在另一实施例中，调节气体的 比例在从O. 05%到40%的范围内。在另一实施例中，调节气体的比例在从O. 25%到10% 的范围内。这些示例性范围也可以被用于把调节气体引入MS系统100中的其他位置的其 他实施方式，并且更一般地适用于调控调节气体进入质谱仪104的流量。而且，这些示例性 方法可以被用于需要在线模式或离线模式的各种实施方式。
在另一实施方式中，调节气体源(没有示出)和相关联的气体管线(没有示出) 与柱246的柱入口 252和柱出口 254之间的段(没有示出)连通，诸如柱入口 252和螺旋 段256之间，在螺旋段256处，或在螺旋段256和柱出口 254之间。作为实例，在图1中，调节气体源290和相关联的调节气体管线292与柱246的处于螺旋段256和柱出口 254之间 (或处于螺旋段256和样品接口 112之间)的段296连通。可以使用适用于在期望的柱段 合并各气体流的任何结构或装置，诸如T形接头、联管件等。如在其他实施方式中，合适的 流量控制器304可以被设置与调节气体管线292连线，以调控调节气体的流量。如在把调节 气体添加到载气中的其他实施方式中，调节气体的比例可以根据上述范围的实例来调控。
调节气体系统108可以包括与GC 230的前述位置之一连通的一个调节气体源，或 者可以包括分别与GC 230的前述位置中的两个或多个或者与GC 230和MS系统100的前 述位置中的两个或多个连通的两个或更多个调节气体源(或至少两个或更多个调节气体 管线)。如上述其他流量控制器的情形，与GC 230相关联的流量控制器(例如268，304)中 的任何一个可以被手动操作和/或由系统控制器168控制，诸如根据由气体流量控制元件 184提供的指令由电子处理器176控制。
在一些实施方式中，给定的调节气体源204，212，282，290可以包括调节气体和辅 助气体的共混物。例如，调节气体源204，212，282，290可以包含共混物的单个罐形式设置， 使得MS系统100无需要设置用于将调节气体和辅助气体混合在一起的装置。调节气体源 204，212，282，290中容纳的调节气体相对于辅助气体的比例可以在从O体积％到小于100 体积％的范围内。在另一实施例中，调节气体相对于辅助气体的比例在从O. 25%到10%的 范围内。辅助气体的组成可以与所使用的载气的组成相同或不同。辅助气体一般可以是任 何与调节气体不同的惰性气体(即，不与样品反应或以其他方式不利地影响质谱仪104的 性能的气体)。辅助气体的实例包括但不限于，氦气、氮气和氩气。辅助气体的组成可以与 也用于MS系统100中的载气的组成相同，或者可以不同。在下面的实施例部分中描述了辅 助气体的使用的一些实例。
在另一实施方式中，辅助气体源308和相关联的辅助气体管线310被设置来允许 调节气体与辅助气体共混。因此，流量控制器304可以被配置来调控辅助气体和调节气体 的各自流量，使得混合流中的辅助气体相对于调节气体的比例在从O体积％到小于100体 积％的范围内。在另一实施例中，辅助气体相对于调节气体的比例在从O. 05 %到80 %的范 围内。在另一实施例中，辅助气体相对于调节气体的比例在从O. 25%到20%的范围内。在 所示的实施例中，调节气体管线310与流量控制器304连通，调节气体源290也与所述流量 控制器304连通。在此实施例中，调节气体，或者调节气体和辅助气体的共混物或混合物， 经由公共气体入口管线314流到柱段296。将会理解的是，在此所述的和/或图1中所示的 其他调节气体源中的任何一个可以以其他方式与辅助气体源相关联，用于建立调节气体和 辅助气体到MS系统100的给定位置的混合流。
除了与质谱仪104和调节气体系统108的部件接口之外，系统控制器168可以被 配置来控制和/或监控GC 230的各个方面，诸如到柱246中的样品引入、柱泄漏事故、压强 设置、温度设置或改变由加热装置250实现的温度曲线、气体检测器272 (如果设置的话) 的操作、来自气体检测器272的信号的获取和分析、从气体检测器272得到的谱图或色谱图 的生成和显示等等。为了这些目的，系统控制器168被示意性地示为经由通信链路318与 GC 230信号通信，所述通信链路318可以是有线的或无线的，并且可以表示到GC 230的各 个部件的一个或多个专用通信链路。可以看到，图1中示意性地描绘的系统控制器168可 以代表用于协调或同步质谱仪104和GC 230以及调节气体系统108的各种操作的一个或多个装置或设备。MS系统100包括用于以分析模式操作MS系统100的装置(或设备)。在分析模式中，MS系统100处理一个或多个样品，以产生一个或多个质谱图或色谱图，从所述一个或多个质谱图或色谱图可以获得关于样品的分析物的信息。在一些实施方式中，用于以分析模式操作的装置可以被配置来建立通过样品接口 112并进入电离室136的样品流动通路。作为实例，样品被引入到操作用于由样品产生分析物离子的电离室136和电离装置140中。分析物离子被输送到质量分析器124中，所述质量分析器124根据质量归类离子，并且根据设计，可以进行一次或多次离子裂解，如本领域技术人员所理解的。所得的按质量区分的离子然后被输送到离子检测器128，所述离子检测器128通常被构造来将离子流转换为电信号。该电信号被发送到数据分析器(由系统控制器168示意性表示)，用于处理和生成质谱图或色谱图。因此，用于以分析模式操作的装置可以包括如下部件中的一个或多个样品接口 112 ;电离室136 ；MS系统100的用于处理样品和产生质谱图或色谱图的其他部件；一个或多个根据需要的气体流量控制器，其可以由手动(用户)输入操作，或可以通过电子或计算机化控制而半自动化或完全自动化；和/或如图1中的系统控制器168示意性表示的电子硬件、固件和/或软件模块。手动输入可能需要物理操控阀门或其他装置。或者或此夕卜，手动输入可能需要按压按钮，操作开关，或在与系统控制器168通信或相关联的控制面板上输入信息，响应于此，电子处理器176或系统控制器168的其他部件发送控制信号至所述装置的合适部件，用于以分析模式进行操作。在MS系统100与GC 230对接的实施方式中，分析模式可以包括操作样品引入装置238，以将样品和载气注入柱246中，由此建立样品和载气通过柱246的流动。在此情况下，样品(或样品/载气)流动通路部分由柱246限定。样品的不同组分由柱246的固定相根据已知的色谱保留原理分离，并且经分离的分析物级分和载气的所得混合物流动通过柱246、样品接口 112并进入电离室136。然后，以上述方式在MS系统100中处理样品。因此，在这些实施方式中，用于以分析模式操作的装置可以包括如下部件中的一个或多个样品引入装置238 ;载气源242 ;载气管线264 ;和/或柱246。MS系统100还包括用于以调节模式操作MS系统100的装置(或设备)。在调节模式中，MS系统100被操作以经由上述的一个或多个调节气体流动通路使得调节气体流入质谱仪104。在一些实施方式中，用于以调节模式操作的装置可以被构造来建立从调节气体源204和/或212出发，通过调节气体管线208，216，220和/或224并进入质谱仪104的调节气体流动通路。因此，用于以调节模式操作的装置可以包括如下部件中的一个或多个调节气体系统108，调节气体源204和/或212 ;调节气体管线208，216，220和/或224，以及根据需要用于将调节气体递送到质谱仪104的一个或多个期望位置的任何其他气体导管；一个或多个根据需要的气体流量控制器(例如156)，其可以如上所述地手动操作、半自动化或全自动化；和/或由图1中的系统控制器168示意性表示的电子硬件、固件和/或软件模块。在MS系统100与GC 230对接的实施方式中，用于以调节模式操作的装置可以包括替代性的或附加的调节气体源282和/或290，相关联的调节气体管线284和/或292以及根据需要的任何其他气体导管；和/或其他流量控制器(例如268，304)。用于以调节模式操作的装置还可以包括如上所述的一个或多个辅助气体源308和相关的辅助气体管线310。在一些实施方式中，通过向调节气体添加热能和/或控制其温度可以优化调节气体的效果。因此，根据通过MS系统100的调节气体流动通路，用于以调节模式操作的装置 也可以被构造来控制如下温度中的一个或多个柱246和/或GC壳体234 (例如炉子)的 内部的温度；样品接口 112的温度；电离室136的温度；质量分析器124的温度；和/或离 子检测器128的温度。温度控制因此可以通过操作加热装置250和/或加热系统164来实 现，所述加热装置250和/或加热系统164可以由系统控制器168来控制，并且可以遵循程 序化的温度曲线。在一个实施例中，用于以调节模式操作的装置被构造来将电离室136保 持在最高达电离室136的金属表面的失效极限的温度。在另一实施例中，用于以调节模式 操作的装置被构造来将电离室136保持在从_20°C到800°C范围内的温度下。
在一些实施方式中，可以通过赋予调节气体能量以将调节气体分子激发(或赋 能)到高能态(例如里德伯态或亚稳态)或电离调节气体分子。电离装置140可以例如被 操作用于此目的，以产生与调节气体分子相互作用的电子。
用于以调节模式操作MS系统100的装置可以被配置来调控到柱入口 252或到质 谱仪104中的载气和调节气体的各自流量(例如，流率)。流入到柱入口 252中的载气相 对于调节气体的比例可以在从0%到小于100%的范围内。或者或此外，用于以调节模式操 作MS系统100的装置可以被配置来调控辅助气体和调节气体的各自流量。流动通过特定 气体管线的辅助气体相对于调节气体的比例可以在从O %到小于100%的范围内。用于以 调节模式操作MS系统100的装置可以被配置来基于比较由离子检测器128从样品的分析 物产生的色谱图与由气体检测器272从样品分析产生的色谱图，来判断MS系统100是否应 该以调节模式操作，或者用于调控调节气体和载气到质谱仪104中的各自流量。
用于以调节模式操作MS系统100的装置可以被构造来离线操作、在线操作或两 者。在离线实施方式中，用于以调节模式操作的装置可以包括用于在分析模式和调节模式 之间切换MS系统100的装置(或设备)。用于切换的装置可以包括如上所述的一个或多个 气体流量控制器和/或系统控制器168。
用于以离线模式操作的装置可以被配置来评价MS系统100的一个或多个参数，并 且基于参数的值，判断MS系统100是否应以调节模式操作(或者等同地，是否应该从分析 模式切换到调节模式)。可以被评价的参数的实例包括但不限于，在评价该参数之前(或者 从上一次评价该参数以来或从上一次实施调节模式以来)MS系统100或其部件(例如，质 谱仪104、离子源120、柱246)已经以分析模式操作的次数；在评价该参数之前(或者从上 一次评价该参数以来或从上一次实施调节模式以来)已经过去的时间；在预定操作条件下 由MS系统产生的色谱图(或质谱图)的质量；在以分析模式或调节模式操作时进行的具有 一个或多个选定的质荷比的离子的丰度的测量；和/或从柱的固定相支撑物分离出的固定 相材料的存在(即，柱渗出的证据)。色谱图的质量可以包括MS系统100的信号响应或其 他性能标准的劣化的量度(例如，信噪比)指示。可以将诸如色谱图的质量和污染物离子 的丰度之类的参数与存储在系统控制器168的数据库180中的参比参数进行比较，以帮助 判断是否应该运行调节模式。可以在以调节模式操作时进行选定离子的丰度的测量，以允 许调节调节模式的某些操作参数，诸如被添加的调节气体的水平。用于判断是否应以调节 模式操作这一目的的MS系统100的一个或多个参数的评价可以由系统控制器168的性能 评价软件188来执行或管理。
或者或此外，上述参数中的一个或多个可以由MS系统100的用户手动评价。例如，用户可以跟踪MS系统100的已知在进行了调节处理之后改善或恢复MS系统100的性能的一个或多个部件的使用的年龄和/或次数。用户可以对由样品分析或背景分析所获得的色谱图或质谱图进行目视检测，并且判断MS系统100是否需要被调节。或者或此外，MS系统100可以被构造来允许用户在期望时或根据预定的维护计划将MS系统100切换到调节模式。如果判定MS系统100应该以调节模式操作，用于以离线调节模式操作的装置可以被构造来基于(或响应于)该判定进行动作。例如，动作可以包括将MS系统100的操作切换到调节模式，制定用于将MS系统100的操作切换到调节模式的时间，修改将MS系统100的操作切换到调节模式的预定时间，和/或产生MS系统100应该以调节模式操作的用户可读指示。用户可读指示可以包括例如可听或可视的警告，显示在MS系统100的用户控制面板或与MS系统100通信的显示屏幕上的可视的指示或信息，发送给用户的电子邮件信息等
坐寸ο在在线实施方式中，用于以调节模式操作的装置可以包括用于在MS系统100正在进行样品分析时调控到质谱仪104中的载气和调节气体的各自流量的装置(或设备)。用于调控的装置可以包括如上所述的一个或多个气体流量控制器和/或系统控制器168。用于调控的装置可以被配置来调控所述各自流量，使得流入到质谱仪中的调节气体的比例可以在从大于O体积％到小于100体积％的范围内。在另一实施例中，调节气体的比例在从O. 02%到50%的范围内。在另一实施例中，调节气体的比例在从O. 05%到40%的范围内。在另一实施例中，调节气体的比例在从O. 25%到10%的范围内。如前所述，这些方法也可以适用于离线模式。用于调控的装置可以被配置来将调节气体的流量维持在恒定的流率下，同时柱246的温度直接或间接由加热装置250改变。例如，系统控制器268可以监控该温度，并使得一个或多个流量控制器根据需要调节气体流率。就像上述的用于以离线调节模式操作的装置，在线模式下用于调控到质谱仪104中的载气和调节气体的各自流量的装置可以基于MS系统100的一个或多个参数的评价。除了上述参数之外，可被评价的参数的其他实例包括但不限于，在MS系统100被操作进行样品分析时进行的具有一个或多个选定的质荷比的离子的丰度的测量；流动通过或将被流动通过柱246的样品基质的组成；柱246中所支撑的固定相的组成；柱246的内径；和/或样品基质的一种或多种组分与调节气体的反应性。如上所述，可以通过性能评价软件188和/或使用存储在系统控制器168的数据库180中的数据帮助参数的评价。与向MS系统100添加调节气体相关的挑战之一是如何相对于载气添加调节气体。这在实施较低的气体流量(例如O. 005mL/min)时尤其如此。在一些实施方式中，所添加的调节气体的相对量可以基于被引入到离子源120中的污染物的速率来选择。一般来说，对于较高的污染物量，添加较大量的调节气体。对于各种实验，特别是常规实验，理想的是能够一致地设定调节气体水平。在一些实施方式中，调节气体的水平基于载气的丰度相对于调节气体的丰度的比例来设定。在一些实施方式中，调节气体和载气的量(例如，流率、压强)由MS系统100，诸如由图1中所示的系统控制器168来电子控制。在这样的实施方式中，调节气体的水平可以作为MS系统100的自动调整功能的一部分被自动地设定。图2示出了调节气体(在此实例中，氢，m/z = 2)和载气(在此实例中,氦,m/z = 4)流过MS系统100的质谱测量结果。具体地，图2的测量结果由下面的实施例7中所述的实验获得。相应地，用于调控到质谱仪104中的载气和调节气体的各自流量的装置可以被配置来基于通过操作离子源120、质量分析器124和离子检测器128所测量的调节气体离子的丰度对载气离子的丰度的期望比例进行调控。而且，用于调控各自流量的装置可以被配置来比较调节气体离子的丰度对载气离子的丰度的测量比例与期望比例，以判断测量比例与期望比例之间的比例差是否落在期望的范围之外，并调整到质谱仪104中的调节气体相对于载气的流量，以将比例差维持在期望的范围内。例如，期望比例可以与不同的实验和/或给定实验的不同阶段相关，并且被设置在存储在数据库180中的查询表中，并可由系统控制器168的硬件、固件和/或软件部件访问。
在一些实施方式中，诸如在下面的实施例8中，诸如氢的调节气体被用作用于运送样品通过柱246的载气，并且诸如氦的辅助气体或者在质谱仪104的上游或者在质谱仪 104处被添加到氢或其他载气中。调节气体系统108或其他装置或设备可以被用来调控到质谱仪104中的辅助气体的流量相对于到电离室136中的调节气体的流量。在这些实施方式中可以执行上述评价任务中的多种。质谱仪104可以被操作来测量载气离子的丰度相对于辅助气体离子的丰度的比例，并且可以基于所测量的比例调控辅助气体的流量相对于调节气体的流量。
实施例1-离线调节
在此实施例中，对与图1中所示一致的、并且与GC 230连接的、受到重污染的MS 系统100进行离线调节处理。氢被选择作为调节气体。氢气流通过通常用于Cl反应剂气体的样品接口 112的端口引入，并由此被导入质谱仪104的电离室136和四极中。所添加的氢的流率为O. lmL/min。离子源的温度为350°C，并且四极的温度为200°C。氢流动进行 16小时，同时细丝在150 μ A下连续工作。在调节之前，MS系统100在质谱仪104激活但是没有样品的情况下运行，以分析被怀疑污染MS系统100的背景物种。图3Α是所得的质谱图。显示出较大丰度的离子质量是通常与非分析物或背景分子相关的那些。图3Β是在调节之后产生的背景质谱图。在与图3Α的谱图相同的比例下，背景物种(例如，m/z = 45. 1， 78. 1，134. 9等等)看起来已经被消除。图3C是与图3B相同的质谱图，但是具有放大的比例。图3C示明了背景物种的丰度的显著减小。
实施例2-离线调节
图4A是通过运行没有进行调节处理的与图1所示的一致的MS系统100所生成的作为时间的函数的重构总离子色谱图(RTIC或TIC)。图4A示出了不进行在此所公开的调节处理，MS系统100的持续使用导致在若干小时的时间段内的缓慢改进。如同样在图4A中所示的，系统达到渐近线状态，在该状态下，额外的使用时间导致背景的很少改进。图4B是相同MS系统100 (但是240分钟之后，利用氢气作为调节剂对该MS系统进行2小时的离线调节处理)的另一 RTIC。然后，在检查背景，并发现较之预计的RTIC值降低50倍，如图4B 所示。在270分钟时的后续调节处理提供了微小的改进，同样如图4B所示。
实施例3-离线调节
图5A-5E是分别对于各个离子质量55-u(来自MS系统100中的烃物质)， 105-u(来自芳香族组分)，91-u(来自芳香族组分)，215-u(来自更重的、与样品基质相关的组分)和207-u(来自与系统相连的GC毛细管柱)的作为时间的函数的离子色谱图。这些色谱图是通过运行与图1中所示的一致的MS系统100并在约250和270分钟之后对MS系统100进行调节处理所生成的。图5A-5E示明了不是所有离子具有相同的来源或在调节处理下具有相同的行为，使得在给定的MS系统100中调节处理的监测和修改可能是可取的。对于207-u得到了最小的收益，因为该粒子不断从柱补充，这意味着应该更经常地进行调节处理，以去除该组分。实施例4-离线调节图6A是在受污染的MS系统100中的八氟萘的选择性离子监测(SM)获取的重构离子色谱图。分析物作为4. 216分钟附近的凸包并且如信噪比(S/N)所指示的，几乎无法识别。图6B是在与图6A中的相同MS系统100(但是在该MS系统进行了利用氢气作为调节剂的离线调节处理之后)中的八氟萘的SIM获取的重构离子色谱图。背景噪声被显著去除，得到清晰的峰而没有拖尾，并且示出了提高50倍的S/N。图6A和6B表明应用调节处理可以通过降低感兴趣的离子周围的背景或提高或恢复性能，提高分析物的检测。实施例5-在线调节此实施例描述了在异辛烷中的三种正烷烃的样品的分析，以测试将氢添加到进入质谱仪的氦中的效果。图7是具体被构造来在线调节并用于本实施例中的MS系统700的实施例的示意图。MS系统700包括多个与图1中所示的MS系统100的相同的部件，但是为简化起见，这些部件中的一些没有被示于图7中。在图1和图7之间，相似的部件由相同的标号表示。图7中所示的MS系统700包括质谱仪104和与质谱仪104相连的GC 230。质谱仪104包括离子源120。GC 230包括装有分流/无分流入口 304的样品引入装置238和柱246。MS系统700还包括用于调节气体的第一流量控制器308和相关联的调节气体管线310、用于辅助气体的第二流量控制器314和相关联的辅助气体管线316，以及第三流量控制器320和相关联的气体出口管线322。在本实施例中使用的流量控制器308，314，320是可编程的EPC。调节气体管线310通过任何适当的管道结构诸如联管件(没有示出)在GC壳体234外部的一点处与辅助气体管线316连接。气体出口管线322通过任何适当的管道结构诸如联管件(没有示出)在GC壳体234外部的一点处与辅助气体管线316连接。柱246的出口与净化联管件326连接。气体转运管线330与净化联管件326和离子源120互连。气体转运管线330可以被认为是柱246的延伸部，或者认为是单独的气体管线。在本实施例中，载气是氦,调节气体是氢,辅助气体是氦。氦载气以约12. 5psi的压强被供应到柱246的入口。净化联管件326便于将氢和辅助氦的气流添加到从柱246流出的样品/氦气流。第一流量控制器308通过限流器334以10. 12psi供应氢气，在经过限流器334之后，流率为O. 067mL/min。第二流量控制器314以8. 9mL/min的流率供应
3.76psi下的氦，以调控净化联管件326中的压强。将第三流量控制器320通过限流器(没有示出)反接到来自第一流量控制器308和第二流量控制器314的混合氦/氢气流中，从而以8. 362mL/min的恒定流量排放一部分氦/氢混合物(箭头338)。在第三流量控制器320处的氦/氢混合物的压强为2. Opsi。在色谱运行期间，来自柱246的氦气流以1. 2mL/min的流率流入净化联管件326，并且到柱246中的氦载气的入口压强和第一流量控制器308和第二流量控制器314中的压强全部被程序化控制，以在整个温度程序中将恒定流量维持在上面指出的水平。在所有流量控制器308，314，320接通的情况下，氦/氢混合物以O. 6mL/min(He)和O. 005mL/min (H2)的流率流入净化联管件326中。所得的氦/氢混合物以1.805mL/min进入离子源120。如果第一流量控制器308被关断(S卩，没有O. 005-mL/min的氢作为进入离子源120的气流的一部分)，于是仅1. 8mL/min的氦将进入离子源120。因此，通过图7所示的构造，容易在实施或不实施本实施例中所使用的调节处理(即，接通或关断氢气流)的情况下运行样品。为了测试将氢添加到进入质谱仪104的氦中的效果，在添加氢和不添加氢的两种情况下进行了在异辛烷中的三种正烷烃(具体为正十四烷(n-C14)，正十五烷(n-C15)，和正十六烷(n_C16)，每一种以101^/^1^的浓度)的样品的多次分析。该样品被选择，因为其为表现出就是有的话也是非常少的活性问题的高浓度的相对非极性的化合物。下面的表I列出了用于给实施例的仪器参数。表1-仪器参数
权利要求
1.一种用于操作质谱仪系统(100，700，1100，1500，1900)的方法，所述方法包括 将样品和载气引入所述质谱仪系统(100，700，1100，1500，1900)的电离室(136)中；以及将调节气体流入所述质谱仪系统(100，700，1100，1500，1900)的质谱仪(104)中，其中，所述质谱仪(104)中的所述调节气体基本不改变所述样品的分析物的质谱特征，并且所述调节气体与所述载气不同。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述调节气体包括氢、氩、或者氢和氩两者。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，将所述调节气体流入的步骤包括将所述调节气体与载气一起流入所述质谱仪(104)中，并且还包括调控所述调节气体和所述载气的各自流量以使流入所述质谱仪(104)的所述调节气体的比例在从O. 02%到50%的范围内。
4.如权利要求1-3中任何一项所述的方法，包括评价所述质谱仪系统(100，700，1100.1500.1900)的参数,并基于所述参数来调控所述调节气体的流量。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述参数选自由以下各项组成的组在评价该参数之前，所述质谱仪系统(100，700，1100，1500，1900)的部件已被操作来进行样品分析的次数；在评价该参数之前，已经过去的时间量；在预定操作条件下由所述质谱仪系统(100， 700，1100，1500，1900)产生的色谱图的品质；在预定操作条件下由所述质谱仪系统(100， 700，1100，1500，1900)产生的色谱图的信噪比；在操作所述质谱仪系统(100，700，1100，1500.1900)来分析样品时进行的具有一个或多个选定的质荷比的离子的丰度的测量；从所述质谱仪系统(100，700，1100，1500，1900)的柱(246)中的固定相支撑物分离出的固定相材料的存在情况；要流动通过柱(246)的样品基质的组成；被支撑在所述质谱仪系统 (100，700，1100，1500，1900)的柱(246)中的固定相的组成；柱(246)的内径；样品基质的一个或多个组分与所述调节气体的反应性；前述各项中两者或更多者的组合。
6.如权利要求1-5中任何一项所述的方法，其中，引入所述样品的步骤包括将所述样品与载气一起流入所述质谱仪(104)中，并且还包括操作所述质谱仪(104)以测量调节气体离子的丰度与载气离子的丰度的比，并基于所测量的比来调控进入所述质谱仪(104)中的所述调节气体的流量相对于进入所述电离室(136)中的所述载气的流量。
7.一种用于操作质谱仪系统(100，700，1100，1500，1900)的方法，所述方法包括在不将样品引入所述质谱仪系统(100，700，1100，1500，1900)的质谱仪(104)中的情况下，将调节气体流入所述质谱仪(104)中，其中，所述质谱仪(104)由所述调节气体调节； 以及用载气将样品引入经过调节的所述质谱仪(104)中，并且从所述样品收集分析物数据，其中，所述调节气体与所述载气不同。
8.如权利要求7所述的方法，包括在流入所述调节气体的同时，在所述质谱仪(104) 中产生离子并监测所述离子的测量。
9.如权利要求1-8中任何一项所述的方法，其中，流入所述调节气体的步骤包括将所述调节气体流入所述电离室(136)中，并且还包括激发所述电离室(136)中的所述调节气体。
10.一种质谱仪系统(100，700，1100，1500，1900)，其被构造来执行如权利要求1-9中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明公开了质谱系统的现场调节。在质谱仪或质谱仪系统(100，700，1100，1500，1900)中，诸如氢的调节气体被添加来调节或清洁质谱仪(104)的一个或多个部件或区域，诸如离子源(120)。调节气体可以在质谱仪(104)的上游添加，诸如添加到柱入口(112)或色谱柱(246)中，或者可以直接添加到质谱仪(104)中。调节气体可以在质谱仪(104)不分析样品时以离线方式添加，或在样品期间以在线方式添加。当在线添加时，调节气体可以与诸如氦的载气混合。在另一实施方式中，调节气体还充当通过柱(246)的载气，另一气体诸如氦可以被添加到在载气流。
文档编号G01N27/64GK102998362SQ20121028676
公开日2013年3月27日 申请日期2012年8月9日 优先权日2011年9月9日
发明者布鲁斯·D·昆比, 哈瑞·F·普瑞思特, 迈克尔·J·沙勒夫斯基, 迈克尔·K·佛雷德 申请人:安捷伦科技有限公司