[发明专利]同位素比质谱分析的动态范围改进

说明书

在质谱仪中，质荷分散元件根据所接收的离子的质荷比在空间上分离所接收的离子，以由此提供分散的离子束。检测所述分散的离子束的离子检测布置包括：至少一个初级离子检测器，所述初级离子检测器各自检测具有在对应的所希望的范围内的质荷比的在空间上分离的离子，且各自基于其对应的检测到的离子来提供对应的主射束信号；以及至少一个二次离子检测器，所述二次离子检测器各自在所述至少一个初级离子检测器检测所述在空间上分离的离子的同时，检测具有在所有所述所希望的范围之外的质荷比的离子，且各自基于其对应的检测到的离子来提供对应的背景信号。基于所述至少一个主射束信号和所述至少一个背景信号，为具有在所述所希望的范围内的质荷比的所述所接收的离子提供至少一个质量强度测量结果。

技术领域

本发明涉及一种质谱仪、一种用于质谱仪的控制器以及质谱分析的方法，尤其是在同位素比质谱分析的领域中。

背景技术

多收集器质谱仪是众所周知的，尤其是用于区分开同位素的多收集器质谱仪。质荷分散元件，例如扇形磁场，根据离子的质荷比在空间上分离离子。多收集器测量是用于高精度同位素比测量的优选方法，因为同位素或同位素体的同时检测可以消除信号波动对所测量的同位素比的精度的影响。检测器阵列可以是固定的或可移动的。此质谱仪的实例在EP-0 952 607 A2中描述。

同时测量意味着信号波动被同时记录在所有同位素或同位素体上。因此，对于两个同时测量的信号的同位素比计算，这些信号波动抵消。对于较大动态范围的同位素比测量，这可能呈现出特定的挑战。主要离子束(或射束)的散射背景可能干扰次要同位素或同位素体的基线。这可能由主要离子束的散射导致，尤其是在孔口、狭缝、在磁场中且沿着光学飞行路径的飞行管、残留的气体分子上以及在检测器模块上的散射。取决于主要离子束的相对质量距离，散射背景通常处于百万分之(ppm)几直至数百ppm的范围内。这可能使得难以用1:100或更大的动态范围来执行同位素比或同位素丰度的高精度测量(其中精度和精确度处于1％或更小的范围内)。

实际上，现有仪器已经设计以大致10⁴的最大动态范围来测量同位素比。然而，希望在其中一个元素的两个或两个以上次要同位素存在于分子中且因此产生非常稀有的物质的情况下测量到另外的峰，其中丰度在百万分之几(ppm)的范围中。在碳、氧气以及氢的情况下，较重的同位素是较低丰度的同位素。如果分子在低温下形成，那么存在形成由较重同位素组成的分子的统计偏好。此效应被称为同位素在分子中的结团。因为这些同位素且具体来说同位素体比其它同位素体稀疏得所，所以收集器之间的处于10⁶到10⁸范围内的的动态范围是更加优选的。

结团同位素的特定实例在二氧化碳测试中，其中与主要¹²C¹⁶O¹⁶O同位素体一起测量非常稀有的¹³C¹⁸O¹⁶O同位素体，所述主要¹²C¹⁶O¹⁶O同位素体造成散射背景。¹³C¹⁸O¹⁶O同位素体的丰度仅处于几ppm的范围内。此同位素体的富集可以用作用于此分子的形成温度的独立示踪器。因此，此同位素体的精确且准确的丰度测量可能是许多科学领域密切关注的，例如大气科学或在生物地球化学中的应用。由于散射离子已经通过散射事件而经历的较小能量损失，消除散射背景的一种方法是在¹³C¹⁸O¹⁶O检测器的前方使用能量滤波器以区分散射背景。此方法的实例在US-5,180,913和US-5,043,575中论述。