同位素比质谱分析的制作方法

本发明涉及同位素比质谱分析(irms)的方法和同位素比质谱分析系统。所述方法和系统均使用气相色谱法。

背景技术：

历史上，使用磁性扇形仪器测量了准确和精确的同位素比。如由thermofisherscientific,inc.制造的orbitrap^tm质量分析仪的轨道捕集质谱仪最近已经显示出能够提供准确和精确的同位素测量(“100同位素质学挑战：orbitrap质谱法作为高维二元和位置特异性同位素分析的手段”，johneiler，brookedallas，ellechimiak，johannesschwieters，dieterjuchelka，alexandermakarov，jensgriep-raming，2016美国质谱协会海报)。然而，可获得的精确度受到检测到的离子数量的限制，而离子的数量又受到包含在质谱仪中的离子光学储存元件的空间电荷容量的限制，例如用于将注入离子储存到orbitrap^tm质量分析仪中的线性离子阱(c阱)。对于如来自色谱分离的瞬态信号，通常仅能够实际使用离子源中产生的离子总数的很小一部分。

对于轨道俘获质量分析仪中的离子的每次测量扫描，瞬态是几毫秒获取的(称作检测时间，dt)。对于正在考虑的大多数应用，dt的数量级大约是250ms、500ms或甚至更长。在轨道俘获质量分析仪中进行检测的同时，可以收集并将离子储存在用于下一次测量扫描中的分析的离子储存装置中。如果离子储存时间(it)等于或长于dt，则一般来说可以分析几乎所有储存的离子。实验开销时间，如从停止离子收集过程到注入到质量分析仪中的时间，通常无法避免，并且因此稍微修改所述计算。与整个循环时间相比，这些时间通常可以忽略。然而，当使用样品的色谱分离时，例如，使用气相色谱仪(gc)，it通常明显短于dt，并且因此可能无法在质量分析仪中实现足够数量的扫描。所述结果可能是损耗大部分所产生的离子，并且结果降低所测量的同位素比的总体精确度和准确度。

对于轨道俘获质量分析仪来说，这类问题甚至更明显，其中在每一次注入中可观察到的离子的总数受到空间电荷效应的限制。无论如何组织扫描，存在对这类分析仪每秒观察到的离子数量的限制，其无法被超过。所述限制可以低至2x10⁴至3x10⁴个离子/秒。典型gc峰持续几秒钟，因此在峰的直接洗脱中，可能无法观察到超过2x10⁵至3x10⁵个的离子。通常，每次测量必须达到10⁷至10⁸个离子，以便实现常用同位素分析所需的散粒噪声。

这些问题可以通过使用与gc柱串联的峰展宽装置来解决，如上述参考文件和johneiler等人在2016年1月的clumpedisotopeworkshop中所述。参考图1，其示意性地示出了已知的irms系统，所述系统具有与gc柱串联、由单个直插式阀操作的所述峰展宽装置。irms系统10包含：注入器20；gc柱30；多端口切换阀40；及峰展宽器50。注入器20提供样品输入到gc柱30。将来自gc柱30的柱流动35作为第一输入提供到多端口切换阀40的。将送至多端口切换阀40的第二输入耦合到氦气供应源70。将多端口切换阀40的第一输出作为输入提供到峰展宽器50。将峰展宽器50的输出提供到质谱仪60的离子源，使得峰展宽器50在gc柱30和质谱仪60之间成直线提供。质谱仪60优选是轨道俘获质量分析仪。峰展展宽器50可以是试管或烧瓶的形式。将多端口切换阀40的第二输出提供到充当排放口或废料管80的真空泵。

当输出所关注化合物(峰)时，这允许将柱流动35提供到峰展宽器50和质谱仪60或在其它时间传递到排放口。其因此可以延长从柱中洗脱的样品峰的质谱分析的可用时间。作为实例，此类装置可以使峰持续数百秒(几分钟到几十分钟)以达到所希望的分析目标。通过这种方式，可以对一或多种所关注化合物执行质量分析，而不明显减少损耗的离子的数量(相反，提高分析中的有用离子产率)。然而，需要进一步提高使用所述技术的同位素比测量的精确度和准确度。

技术实现要素：

在这样的背景下，提供一种根据权利要求1所述的同位素比质谱分析的方法和如权利要求17所定义的同位素比质谱分析系统。在附属权利要求项中详述本发明的进一步特征。

使用可在第一模式(其中来自气相色谱柱的流出物作为输入提供到峰展宽器)和第二模式(其中来自峰展宽器的流出物提供到用于同位素比质谱分析的质谱仪)之间进行选择的切换布置。具体地说，所述第二模式在没有将来自气相色谱柱的流出物作为输入提供到峰展宽器的情况下实现。这允许分开控制从gc柱到峰展宽器的路径和从峰展宽器到质谱仪的路径。有利的是，当来自气相色谱柱的流出物包含所关注化合物(例如希望使用质谱仪进行同位素比分析的峰，尤其具有高精度和准确度)时，可以使用第一模式。相反，当来自气相色谱柱的流出物不包含所关注化合物时，一些实施例使用第二模式。接着，在第二模式中，可以将来自气相色谱柱的流出物提供到用于弃置的废料管。此外，可以在第二模式中将缓冲气体(如氦气)作为输入提供到峰展宽器。这可以有助于避免峰展宽器中的污染。

如图1中示出的现有配置提供固定的直插式峰展宽器，其使得来自gc柱的所有峰展宽，并且接着立即进行质量分析。已经认识到，峰展宽器的直插式设计不允许色谱图的直接观察和阀切换的适当定时。这使得此类配置难以操作。此外，为了使峰展宽器有效，将从gc柱洗脱的所关注峰理想地及时与其它化合物的任何峰分离，优选约1分钟或更长。这并不总是可能的，尤其对于作为复杂混合物的组分引入到注入器中的分析物，并且因此限制峰展宽器的有用性。此外，已发现现有配置不准许观察单个色谱图的两个或更多个峰，因为到离子源的唯一路径是通过峰展宽器。因此，丢弃除了一种经选择用于俘获峰展宽器的峰之外的所有峰。

使用切换布置解耦gc柱与峰展宽器之间和峰展宽器与质谱仪之间的路径允许在处理从gc柱洗脱的峰的方式上具有更高的灵活性，并且由此解决这些问题。第一和第二模式可以允许洗脱的峰峰展宽。此外，切换布置的第三模式可以将来自气相色谱柱的流出物提供到用于同位素比质谱分析的质谱仪，而不经过峰展宽器(特别是直接)。因此，可以切换一些峰并通过旁路线路直接发送到质谱仪，而不会出现峰展宽。这可以用于初始分析步骤中，特别是用于测定所关注化合物的滞留时间和/或峰宽。然后，在随后的分析步骤中第一模式(尤其其定时)的选择可以基于所测定的滞留时间和/或峰宽。

当使用质量分析仪时，所述方法尤其有用，其具有更长的并且优选明显(至少2、3、5、10、100、500或1000倍)长于离子储存时间的检测时间。换句话说，所述方法在质谱仪包含用于在排出离子之前收集和储存离子的离子储存装置的情况下是有用的，以便在质量分析仪中的下一次测量中进行分析。举例来说，静电傅立叶变换质谱法(ftms)质量分析仪并且特别是轨道俘获型质量分析仪可能是这种情况。

切换布置有利地包含多个切换装置，例如，其各自可以是多端口切换阀或deans'切换配置。然后，第一切换装置可以接收作为第一输入的来自气相色谱柱的流出物和作为第二输入的缓冲气体源。其第一输出可以耦合到峰展宽器的输入。其第二输出可以作为第一输入提供到第二切换装置。第二切换装置的第二输入可以是峰展宽器的输出，其第一输出可以耦合到质谱仪(离子源)的样品输入，并且其第二输出可以耦合到废料管(如真空泵)。

还可以考虑许多任选的附加特征。可以稳定来自峰展宽器的流出物的分压，例如，通过以下的一种：调节峰展宽器的容积(例如在峰展宽器内使用波纹管装置、注射器或充气气球)；通过用液体填充储集器容积的部分(即，不是全部)和/或增加进入储集器容积的气流来补偿分压损耗；以及提高储集器容积的温度以使气体在峰展宽器中膨胀和/或增加峰展宽器内的总压力。峰展宽器的储集器容积可具有含有去激活涂层的内表面(壁)和/或可以至少部分地由涂布有玻璃样微涂层的金属表面限定。

峰展宽器可以是试管或烧瓶。或者，其可包含：气体俘获第一阶段；以及可控解吸附第二阶段。可以控制第二阶段中的解吸附速率以实现来自峰展宽器的流出物的期望(优选恒定)分压。举例来说，第二阶段可以是热解吸附布置(速率由温度控制)或第二阶段定向气流解吸附布置(速率由控制气流来设定)。

在一些实施例中，可以使用第二峰展宽器，其中切换布置进一步经配置以解耦gc柱与第二峰展宽器之间和第二峰展宽器与质谱仪之间的路径。在附加实施例中可以使用三个或更多个峰展宽器。

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示意性地示出已知的同位素比质谱分析系统，其具有与gc柱串联、由单个直插式阀操作的峰展宽装置；

图2以第一配置描绘根据本发明第一实施例的同位素比质谱分析系统的示意图；

图3以第二配置说明图2中示出的实施例；

图4以第三配置说明图2中示出的实施例；

图5示出与图2的实施例一起使用的示例质谱仪的示意图；

图6a描绘当将分析物引入到根据图2的实施例的同位素比质谱分析系统的离子源时所观察到的时变离子信号；

图6b描绘在用于由根据图3的实施例的同位素比质谱分析系统的峰展宽器俘获的间乙基甲苯的特定质量范围内测量的总离子电流；

图7描绘使用根据图2至5的实施例的同位素比质谱分析系统，以实验方式测量的六个乙基甲苯的全分子态离子的碳同位素比；以及

图8示出使用deans'切换器的根据本发明第二实施例的同位素比质谱分析系统的示意图。

具体实施方式

首先参考图2，其以第一配置描绘根据本发明第一实施例的同位素比质谱分析(irms)系统的示意图。irms系统100具有与图1中示出的现有irms的特征相同的一些特征。在指出相同特征的情况下，已使用相同的附图标记。

irms系统100包含：注入器20；gc柱30；第一多端口切换阀110；第二多端口切换阀120；以及峰展宽器50。使用气体或液体注射器(注入器20)将样品引入到gc柱30的注入口。注入器20提供样品输入到gc柱30，其通常容纳在烘箱(未图示)中。将来自gc柱30的柱流动35(gc柱30的远端)作为第一输入111提供到第一多端口切换阀110。将送至第一多端口切换阀110的第二输入112耦合到氦气流70。将第一多端口切换阀110的第一输出113作为输入提供到峰展宽器50。将第一多端口切换阀110的第二输出114通过毛细管115(旁路管线)直接作为第一输入121提供到第二多端口切换阀120。

将峰展宽器50的输出(峰展宽器50被排干)通过第二毛细管125作为第二输入122提供到第二多端口切换阀120。将第二多端口切换阀120的第一输出123经由输送管提供到质谱仪60的离子源。将第二多端口切换阀120的第二输出124提供到充当废料管80的真空泵。质谱仪60优选是轨道俘获质量分析仪。

峰展宽器50是试管或烧瓶的形式，例如具有20cc的玻璃容积。选择峰展宽器50的容积以匹配分析的精确度要求，即，与实现所希望的同位素比精确度需要的总分析时间匹配。已发现，约1ml的容积使gc峰增大至约50-60秒(在大约1ml/min的典型运载气体流动设定下)或约20ml的容积使得峰宽度为约50-60分钟。

所述配置并非在gc柱30与质谱仪60之间成直线提供峰展宽器50，而是允许俘获从gc柱30洗脱的峰，随后在质谱仪60中分析所俘获的化合物数十分钟。

在一个特定实施例中，上述所有气流管线是0.25mmod二氧化硅毛细管，并且这些管线与阀或其它组分之间的所有连接都具有使用vespel^tm或siltitetm金属包头。

在图2中应注意，第一多端口切换阀110经配置以将其第一输入111耦合到其第二输出114，并将其第二输入112耦合到其第一输出113。第二多端口切换阀120经配置以将其第一输入121耦合到其第一输出123并将其第二输入122耦合到其第二输出124。这样做的效果是为了直接将来自gc柱30的流出物提供到质谱仪60，而无需经过峰展宽器50。峰展宽器50替代地供应有从源70到废料管80的氦气。所述模式用于初始分析步骤中以测定从gc柱30洗脱的所关注化合物滞留时间和峰宽。

接下来参考图3，其以第二配置说明图2中示出的实施例。此处，第一多端口切换阀110经配置以将其第一输入111耦合到其第一输出113并将其第二输入112耦合到其第二输出114。第二多端口切换阀120经配置以将其第一输入121耦合到其第一输出123并将其第二输入122耦合到其第二输出124。在所述模式中，来自gc柱30的流出物被捕获在峰展宽器50中，并且没有样品提供到质谱仪80。当所关注化合物(峰)从gc柱30洗脱并且峰展宽合乎需要时，使用所述模式。基于在初始分析步骤中所测定的滞留时间和峰宽来选择其定时。

接下来参考图4，其以第三配置说明图2中示出的实施例。在这种情况下，第一多端口切换阀110经配置以将其第一输入111耦合到其第二输出114并将其第二输入112耦合到其第一输出113。第二多端口切换阀120经配置以将其第一输入121耦合到其第二输出124并将其第二输入122耦合到其第一输出123。因此，如果峰展宽器50将来自gc柱30的流出物俘获在其储集器容积中，则现在将其传送到用于分析的质谱仪60。将来自gc柱30的流出物简单地传送到真空泵送废料管。将氦缓冲气体作为溶剂消隐提供到峰展宽器50，从而保护离子源。

尽管未在任何附图中示出，但是可以构想第四配置。在那里，第一多端口切换阀110经配置以将其第一输入111耦合到其第一输出113并将其第二输入112耦合到其第二输出114。第二多端口切换阀120经配置以将其第一输入121耦合到其第二输出124并将其第二输入122耦合到其第一输出123。所述模式经由峰展宽器50将来自gc柱30的流出物提供到质谱仪60。所述模式的操作类似于图1中示出的现有irms系统的一种操作模式。当从gc柱30洗脱的峰之间的时间间隔很大时，可以使用这种操作。

在一种方法操作中，可以使用图2中示出的配置。然后，来自gc柱30的流出物经过旁路管线115直接进入到质谱仪60中。当不适合引入到质谱仪60的离子源的化合物从gc柱30洗脱时，第二阀120可以旋转所述图4的配置，从而将分析物料流传送到废料管80。

在另一种操作方法中，可以分析从gc柱30洗脱的化合物并将其俘获在峰展宽器50中。根据上述配置对分析物引入设备进行管道连接，并且适当使用气体或液体注射器(注入器20)将样品注入到gc柱30的注入口中。将第二阀120旋转到图4的配置，从而在溶剂或任何不需要的峰从柱洗脱时，将分析物气体料流传送到废料管。

然后可以将第二阀120旋转到图2的配置以在可能的所关注峰从柱洗脱的时间段期间将分析物流出物传送到质谱仪60的离子源(包括希望观察到精确测量所关注峰的洗脱定时的那些峰)。因此，当不需要高精度和准确度同位素比测量时，所述配置可用于例如记录来自gc柱的至少一部分流出物的质谱。在所述方法中，可以首先旋转第一阀110以绕过峰展宽器容积(根据图2或图4的配置)，从而将所有洗脱峰传送到第二阀120(并且然后传送到废料管80或质谱仪60，取决于第二阀120的位置)。

在即将洗脱所关注化合物之前，根据图3的配置旋转第一阀110，从而将峰朝峰展宽器50的容积传送。一旦所关注峰从柱完全洗脱，应将第一阀110返回到如图2所示的位置以防止后洗脱化合物对峰展宽器50容积的污染。一旦所关注化合物被俘获在峰展宽器50中，可以将第二阀120切换到图4的配置，从而准许离开峰展宽器50的气体朝质谱仪60的离子源移动，同时任何后洗脱峰被送到废料管80。

所述技术允许准确地从色谱图切割出gc峰到峰展宽器中。由此获得相应同位素比分析的提高的精确度和准确度。

一般来说，提供一种同位素比质谱分析的方法，其包含：注入分析用样品到气相色谱柱中；引导来自气相色谱柱的流出物到切换布置；以及选择切换布置的配置。在另一方面，提供一种同位素比质谱分析系统，其包含：经配置以通过注入来接收分析用样品的气相色谱柱；以及经布置以接收来自气相色谱柱的流出物的切换布置。切换布置具有可选配置。通过增加传递到用于分析的质量分析仪的分析物离子的分数，这提高质谱仪上gc同位素比测量的精确度和准确度。现在描述适用于任一方面的特征。

在任一方面，切换布置经配置以具有多种操作模式。在第一模式中，来自气相色谱柱的流出物作为输入提供到峰展宽器。在第二模式中，将来自峰展宽器的流出物提供到用于同位素比质谱分析的质谱仪，而不需要将来自气相色谱柱的流出物作为输入提供到峰展宽器。任选地，在第二模式中，可以将流出物从气相色谱柱提供到用于弃置的废料管和/或可以将缓冲(或消隐)气体作为输入提供到峰展宽器。在第三模式中，将来自气相色谱柱的流出物提供到用于同位素比质谱分析的质谱仪，而无需经过峰展宽器(具体地说，直接地)。在第四模式中，将流出物经由峰展宽器从气相色谱柱提供到用于同位素比质谱分析的质谱仪。切换布置可以经配置以在上述模式中的任何两种或更多种之间可切换。优选地，切换布置经配置以至少在第一与第二模式之间可切换。

当来自气相色谱柱的流出物包含所关注化合物时，有利地选择第一模式。所关注化合物可以是希望以高精度和准确度对其执行同位素比测量的化合物，使得峰展宽器用于展宽化合物的峰并准许质量分析仪中更长的测量时间。同位素比精确度通常按所记录的质谱数的平方根的倒数(近似测量时间)进行调整，使得更长的测量时间提供更精确的结果。另外地或可替代地，当来自气相色谱柱的流出物不包含所关注化合物时，可以选择第二模式。任选地，当来自气相色谱柱的流出物包含所关注化合物，或者当仅需要质谱的一种或多种化合物时，选择第三或第四模式。在优选实施例中，在初始分析步骤中选择第三模式。这可以用于测定所关注化合物的滞留时间和/或峰宽。然后可以在随后的分析步骤(即，在初始分析步骤之后并且优选地在随后的扫描中)中执行的第一模式的选择基于所测定的滞留时间和/或峰宽。更优选地，以这种方式测定选择第一模式的定时。

在优选实施例中，峰展宽器包含气体流过的储集器容积。储集器容积可以通过试管或烧瓶提供。可以基于实现希望的同位素比精确度所需的总分析时间来测定储集器容积的容积尺寸。

优选地，切换布置包含多个切换装置。每个切换装置有利地具有第一和第二输入以及第一和第二输出。在每个切换装置的第一布置中，将第一输入耦合到第一输出并将第二输入耦合到第二输出，以及在第二布置中，将第一输入耦合到第二输出并将第二输入耦合到第一输出。在实施例中，第一切换装置经配置以接收来自气相色谱柱的流出物作为其第一输入并接收缓冲气体源作为其第二输入，其第一输出耦合到峰展宽器的输入。有益地，将第二切换装置耦合到第一切换装置的第二输出作为其第一输入并将峰展宽器的输出作为其第二输入提供，其第一输出耦合到质谱仪的样品输入以及其第二输出耦合到废料管。

参考图5，其示出与图2至4的实施例一起使用的示例质谱仪的示意图。质谱仪60包含：离子源210(具体地使用电子电离、电喷雾电离或化学电离)；rf透镜215；离子导向器220(以具有轴向场的弯曲平杆离子光学装置的形式)；四极滤质器230；曲线离子阱(c阱)240；高能碰撞解离(hcd)槽250；以及轨道俘获质量分析仪260。在质谱仪60中，离子源210产生离子，其在由离子束引导离子光学器件220引导到四极滤质器230之前进入rf透镜215。在所述阶段，离子可以经碰撞冷却。滤质器230可以设定质量隔离窗(例如≥0.4amu范围，分辨率为～1000)以将所需质量的离子传输到下游离子阱(c-trap)240，其中离子可以在将离子排出到用于质量分析的轨道俘获质量分析仪260之前积聚。如果需要，则离子可以传输通过c阱240到下游hcd槽250，其中离子可以在返回到c阱240之前经碰撞冷却和/或碎裂，并且随后在轨道俘获质量分析仪260中进行质量分析。可以视需要重复这些步骤。

所述质谱仪60是由thermofisherscientific,inc.以名称qexactive^tmgchybridquadrupole-orbitrap^tm出售的混合四极轨道俘获质谱仪，其详细内容通过引用并入。使用由thermofisherscientific,inc.提供的tune^tm和xcalibur^tm软件包执行仪器控制和原始数据处理(即，将轨道俘获质量分析仪瞬变成具有相关强度的质谱)。现在将论述irms方法的详细内容。其它细节可以在我们共同未决的专利申请gb1701986.0中找到，其详细内容通过引用并入。

质谱仪典型地随时间分析洗脱物，例如以设定抽样间隔，以提供质量色谱图，即，在整个滞留时间中的一系列数据点处测量的一系列质谱。在样品洗脱期间的点处，质谱仪记录来自gc柱30的所关注峰的质谱，其对应于至少具有待测定的同位素比的分子物种。质谱仪在一连串随时间变化的数据获取周期中记录洗脱物从gc柱30中出现的质谱。通常在从0分钟(或样品注入)直到至少具有待测定的同位素比的分子物种的质谱已记录于其洗脱峰上的整个滞留时间范围内记录质谱。如所描述，(第一阀110和第二阀120的)切换布置在洗脱所关注峰期间经配置以传送一些洗脱物到峰展宽器50并由此提高具有待测定的同位素比的分子物种的峰宽(或洗脱时间，即，其在洗脱物上花费的时间)。因此，用于具有待测定同位素比的分子物种的总质量分析时间通过峰展宽器50，即，通过将测量点数量增大峰宽度的比率(具有流动降低的峰宽/无流动降低的峰宽)的倍数来延长。优选地，同位素比精确度为<20δ‰、优选(以递增的优先次序)<15δ‰、或<10δ‰、或<7δ‰、或<5δ‰、或<3δ‰、或<1δ‰、或<0.5δ‰或<0.1δ‰。

所记录的质谱包含同位素图案，从所述同位素图案中分辨多个同位素峰(即，由于具有待测定同位素比的分子物种的不同同位素体而产生的峰)是可能的。从对同位素分辨质谱的分析中可确定同位素比。举例来说，从质谱中的两个或更多个分辨的同位素峰的强度(通常其中一个是单同位素峰)中，确定元素的同位素比(任选表示为德耳塔(δ)值)是可能的。确定同位素比的优选的所关注元素是c、n、o、h、s、p、cl、br和si。一些常见的待定同位素比包含：¹³c/¹²c、¹⁴c/¹²c、¹⁵n/¹⁴n、²h/¹h、¹⁸o/¹⁶o、¹⁷o/¹⁶o或³⁴s/³²s、³⁷cl/³⁵cl、⁸¹br/⁷⁹br、²⁹si/²⁸si、³⁰si/²⁸si等。

同位素比确定可基于强度，例如基于对分子物种的同位素体的质量峰的强度进行比较(即，发现分子物种的同位素体的质量峰的比率)，其中同位素体具有不同标称质量(典型地相差一个或两个标称质量单位)。典型地，具有待定同位素比的至少一个分子物种的质谱中的单同位素峰(对于单同位素同位素体)，例如从电喷雾源获得的质谱中的[m+h]⁺峰可以提供用于特定所关注轻同位素(例如，¹²c、¹⁴n、¹⁶o、¹h、³²s)的同位素丰度，以及用于a+1同位素体或a+2同位素体的a+1峰或a+2峰(其中a是单同位素质量峰)可以提供用于特定所关注重同位素(例如¹³c、¹⁵n、¹⁸o、²h、³⁴s)的同位素丰度。同位素比确定可因此包含将单同位素质量峰a与a+1质量峰或a+2质量峰的强度进行比较以提供所关注轻同位素与重同位素的同位素比。已发现质谱仪(尤其是包括轨道俘获质量分析仪260的质谱仪)的高分辨力能够分辨具有所关注特定重同位素(¹³c、或¹⁵n、或¹⁸o、或²h、或³⁴s等)的同位素体的特定a+1峰(或a+2峰)，即，从具有另一重同位素的同位素体的其它a+1标称质量峰(或a+2标称质量峰)中分辨出特定同位素体峰。在适当的情况下，同位素比确定还可以包括基于一或多个较高质量峰的分析，如a+3峰、a+4峰等。

应优选地从处于相同标称质量的至少任何其它质量峰中分辨出用于同位素比确定的每一同位素体质量峰，所述其它质量峰大于20％，或更优选地大于10％，或最优选地大于5％的同位素体质量峰的强度。举例而言，在一个实施例中，所分辨的a+1峰的同位素峰图案展示可充分地分辨¹³c同位素体峰与¹⁵n同位素体峰或²h峰。另外，所分辨的a+2峰的同位素峰图案展示可充分地分辨¹⁸o同位素体峰与¹³c2同位素体峰或¹³c¹⁵n同位素体峰。因此，本发明可以实现经多重取代的同位素体以及经单一取代的同位素体的分析。因此，质量分析优选地分辨单同位素峰与a+1峰和a+2峰。质量分析另外优选地对两个或更多个a+1同位素体和/或两个或更多个a+2同位素体进行彼此分辨。

在一些实施例中，同位素比确定可基于强度，例如基于对分子物种的同位素体的质量峰的强度进行比较(即，发现分子物种的同位素体的质量峰的比率)，其中同位素体具有相同的标称质量。举例来说，同位素比确定可基于¹⁵n同位素体峰与¹³c同位素体峰的比率。

质量分析优选地通过足够分辨力(r)来执行，以分辨至少一种分子物种的同位素体的质量峰，例如以分辨处于用于确定同位素比的同位素体中的至少一个的标称质量(优选地处于用于确定同位素比的同位素体中的每一个的标称质量)的两个最丰富的质量峰。处于相同标称质量的两个最丰富的质量峰典型地是两种同位素体。处于标称质量的两个最丰富的质量峰优选是如果未分辨将各自显著地促成确定同位素比(例如，通过促成处于标称质量的同位素体的峰强度的>20％、或>10％、或>5％)。质量分析优选地通过足够高以分辨两个最丰富的a+1同位素体和/或两个最丰富的a+2同位素体(其中a是单同位素质量峰)的质量分辨力来执行。

参考上文使用的一般实施方式，现在可以定义进一步的特征。在一些实施例中，质谱仪的检测时间长于离子储存时间并且优选地显著更长(例如，2、3、5、10、20、50、100、500或1000倍更长)。举例来说，检测时间可以是约或至少250ms、500ms、750ms或1s。在优选实施例中，质谱仪能够在一个获取循环中分析从gc柱洗脱的组分中的每一种的完全质谱，即，化合物的所有质量(m/z)峰可记录在单一获取循环中。包含高分辨率和准确质量(hr-am)分析仪的光谱仪是优选的。优选的光谱仪包括以下类型的质量分析仪：傅里叶变换质谱(ftms)质量分析仪；静电阱，如轨道俘获分析仪，其典型地是ftms；ft-icr质量分析仪；以及单反射或多反射tof质量分析仪。在这类分析仪中，在一个获取循环(此处称作“并行”测量)期间测量化合物的所有质量(m/z)峰，即，从离子的单次注入进入分析仪中。

方法可进一步包含分析来自质谱仪中的切换布置的流出物。举例来说，方法可包含在质谱仪的离子源中从切换布置接收的流出物中产生离子。相反，质谱仪可包含离子源，其经配置以接收来自切换布置的流出物并从接收到的流出物中产生用于分析的离子。任选地方法可进一步包含将产生的离子(或源自产生的离子的离子)储存在质谱仪的离子储存装置中。以相同的方式，质谱仪可以包含离子储存装置，其经布置以接收由离子源产生的离子并储存接收到的离子。可以将储存的离子排出到质谱仪的质量分析仪中以进行质量分析。

现在将描述使用图2的irms系统100和图5的质谱仪的示例性分析过程。出于此目的，可以理解分析的最小组织单元是“扫描”。扫描可以由四个特征定义：

(1)通过四极滤质器230(例如如上文所论述当当使用混合四极轨道俘获质谱仪时)进入并且在传递到轨道俘获质量分析仪260之前储存在c阱240中的质量窗口；

(2)质量分析的质量窗口，其可以比之前的窗口更宽，尤其对于ms/ms实验；

(3)在分析之前储存在c阱240中的质量窗口的总离子电荷(通过改变自动增益控制、agc、目标来控制所述电荷)；以及

(4)所俘获的离子群的观察时期(即，在从阱中排出离子之前观察到瞬态并对观察到的阱电压的信号尽快执行fft的持续时间；所述瞬态的观察时期可能对质谱中每个点实现的质量分辨率产生重要影响)。

用于定义分析的第二单元是“循环”。循环包含串联执行一或多个扫描。当循环含有多个扫描时，由那些扫描记录的瞬变在执行fft之前进行信号平均，从而增加报告峰的总信噪比。“分析”一词然后可以指测量给定样品的一组循环。

现在论述使用根据图2至5中示出的系统的结果和观察结果。接下来参考图6a，其绘制了当将分析物引入到根据图2根据的实施例的同位素比质谱分析系统的离子源时所观察到的时变离子信号。具体地说，这示出碎片离子的示例总离子色谱图，所述碎片离子是在用于在注入天然冷凝物后从gc柱30洗脱的几种化合物(三甲基苯、tmb和对、间或邻乙基甲苯、p.m或o-et)的100-125amu的质量范围内测量的c8h9⁺。根据图2中具体示出的模式，使用从gc柱30直接洗脱的气体或液体。

接下来参考图6b，其绘制了在间乙基甲苯碎片离子(c8h9⁺)的化合物峰被根据图3的实施例的irms系统的峰展宽器50捕获之后测量的其总离子电流。在其峰被俘获在峰展宽器50的20cc储集器中并允许其缓慢吹扫到离子源210中之后，时间变化超过大约一小时。

参考图7，其描绘使用根据图2至5的实施例的irms系统，以实验方式测量的(原始)六个乙基甲苯的全分子态离子的碳同位素(¹³c/¹²c)比。与它们独立已知的δ¹³cpeedeebelemnite(pdb)值相比，六个甲基甲苯表示三种异构体。管线为1:1比例。所有测量均通过峰展宽法进行，并且包括简单的参考标准溶液和从复杂的多组分样品中捕获的峰。

具体地说，图7说明记录整个多个分析中的实验再现性的代表性资料，包括用峰展宽器50分析的gc峰的样品标准差的长时间观察。标记有()括号的数据点表示未能在2x散粒噪声限制内再现的一组测量的平均值。对于每组数据，所发现的实验错误通常类似于所讨论的测量条件和持续时间的精确度的预期散粒噪声限制(其始终小于1‰)。一般的发现是，在整个实验方法范围、分析物和时间尺度上，实验再现性与散粒噪声限制的精确度相当。

在直接洗脱的峰上测量的同位素比的外部误差通常受散粒噪声限制，其中散粒噪声主要由峰的持续时间和agc控制的设置(即，时间乘以强度)控制。分析的质量分辨率具有次要影响。代表性的发现是，给定峰会在大约10秒的时间内洗脱；在agc设置为2x10⁵时，未经取代的分子态离子峰收集大约55,000个离子/秒，并且单个13c经取代的峰收集大约5,000个离子/秒。对于所述峰，其持续时间的10秒积分测量的¹³c/¹²c比率的散粒噪声限制典型地为4.7‰(1se)。这比在峰展宽器50中俘获并在数十分钟的时间段内分析的峰的分析所实现的误差差大约10倍。

因此应了解，可对本发明的前述实施例作出变化，同时这些变化仍落入在本发明的范围内。除非另外说明，否则本说明书中所披露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，否则所披露的每一特征仅是通用系列等效或类似特征的一个实例。现在将论述具体变化。

本发明主要集中于是用用于同位素比质谱分析三轨道俘获质量分析仪。应当理解，可以考虑其他类型的质量分析仪，尤其是基于静电阱的那些，特别是使用ftms的那些。另外地或可替代地，所使用的gc系统的类型可以与本文所描述的类型不同。可以采用除氦气以外的缓冲或消隐气体类型和/或可以以与上述方式不同的方式实施废料管。切换布置也可以与在此披露的不同，例如，在多端口阀的耦合方式方面和/或在所使用的切换器类型方面不同。现在将简要论述具体的替代方案。

参考图8，其示出使用deans'切换器的根据本发明第二实施例的irms系统的示意图。可借助于两个辅助流使用deans'切换器将一个入口切换到两个出口中的一个。这类装置描述于“deans'切换器作为变量分流器的综合理论：流体力学、质量平衡和系统行为”，boeker等人，分析化学，2013,85(19)，第9021-9030页，其细节以引用的方式并入本文中。在如先前图1至4中示出的相同元件的情况下，已经使用相同附图标记。在此实施例中，图2至4的多端口切换阀110由第一deans'切换器替换，其包含：第一deans'模块300；第一阀301；以及第二阀302。图2至4的多端口切换阀120由第二deans'切换器替换，其包含：deans'模块310；第三阀311；以及第四阀312。

图8的实施例的操作类似于图2至4中示出的实施例的操作。为了实现图2中示出的操作模式，关闭第一阀301，打开第二阀302，关闭第三阀311并打开第四阀312。为了实现图3中示出的操作模式，打开第一阀301，关闭第二阀302，打开第三阀311并关闭第四阀312。为了实现图4中示出的操作模式，关闭第一阀301，打开第二阀302，打开第三阀311并关闭第四阀312。

在先前详述的通用描述中，可以理解的是，多个切换装置可各自包括多端口切换阀或deans'切换配置。可以替代地使用其它阀类型。

可以考虑一系列另外其他的可能实现。这些中的一些不需要与图2至4的配置结合使用，并且可以与图1的配置或其它类型的irms系统一起使用。举例来说，可以提供用于稳定从峰展宽装置洗脱的所关注化合物的分压的装置。这种装置可以包括以下中的一个或多个：可调节容积储集器，如波纹管装置或在峰展宽器烧瓶内填充有气体的气球；通过用液体填充储集器的一部分和/或增加进入储集器容积的气流来补偿分压损耗；以及提高gc烘箱(或储集器)温度以使气体在峰展宽器内膨胀并增加装置内的总压力，从而提高分压稳定性。调节峰展宽器的内部容积可以允许提高同位素比分析的精确度和准确度。去激活涂层可用于峰展宽器，以避免由吸附到玻璃表面的壁(例如，甲硅烷化)上导致的分馏。举例来说，二甲基二氯硅烷可用于涂覆具有甲硅烷基涂层的常规玻璃或二氧化硅或石英。这类衍生化试剂的实例由sigma-aldrichco.生产，并且进一步的信息可以在例如“通过硅烷化去激活玻璃毛细管柱”.第1部分：原理和基本技术，k.grob等人，分离科学期刊，第2卷，第1期，1979年1月，第31-35页中找到。或者，可将玻璃样微涂层设置在用作峰展宽装置的金属储集器上。钢部件上的商业玻璃样微涂层是例如：由silcotek^tmcorporation生产的sulfinert^tm、siltek^tm、silcosteel^tm、silconert^tm2000或silconert^tm1000涂层。

代替使用限定的容积(烧瓶、波纹管)以俘获所关注化合物，可以提供低温阱。这可以允许可控热解吸附或定向气流在第二步骤中解吸附物质。可以应用温度或气流控制以调节解吸附速率并保持离子源中的分析物分压恒定。

尽管已经考虑使用单个峰展宽器50，仍可以使用多个峰展宽器。举例来说，这可允许从复杂色谱图中捕获和分析多于一种分析物。此外，可以提供两种以上切换装置用于额外的路径控制，尤其当使用多于一个质谱仪和/或多于一个峰展宽器时。

就一般实施方式而言，可以考虑一系列额外特征。举例来说，方法可进一步包含稳定来自峰展宽器的流出物的分压。任选地稳定分压包含以下之一：调节峰展宽器的容积(在峰展宽器内使用波纹管装置和/或充气气球)；通过用液体填充储集器容积的部分(不是全部)和/或增加进入储集器容积的气流来补偿分压损耗；以及提高储集器容积的温度以使气体在峰展宽器中膨胀和/或增加峰展宽器内的总压力。

峰展宽器可具有壁(或更具体地说，其储集器容积可以由壁限定)，其在内表面上具有涂层。使用具有涂覆内表面的峰展宽器可以避免由分析物吸附到装置的壁引起的同位素分馏的伪影。涂层可以是去激活涂层。另外地或可替代地，峰展宽器的储集器容积具有至少由涂覆有玻璃样微涂层的金属表面限定的部分。在一些实施例中，峰展宽器包含：气体阱，其经配置以接收进入峰展宽器的输入；以及可控解吸附阶段，其经配置以解吸附从气体阱接收的流出物。然后方法可进一步包含设置用于可控解吸附阶段的解吸附速率，以实现来自峰展宽器的流出物的期望和/或恒定分压。设置解吸附的速率任选地包含以下之一：设置或控制用于可控解吸附阶段三温度，所述可控解吸附阶段包含热解吸附布置；以及控制用于可控解吸附阶段的气流，所述可控解吸附阶段包含定向气流解吸附布置。

可以使用多于一个或甚至多两个以上峰展宽器。在一些这类实施例中，峰展宽器是第一峰展宽器。然后，可以考虑切换布置的第五模式，其中将来自气相色谱柱的流出物提供到第二峰展宽器。此外，在切换布置的第六模式中，将来自第二峰展宽器的流出物提供到用于irms的质谱仪，而无需将来自气相色谱柱的流出物作为输入提供到第二峰展宽器。在第六模式中，将来自气相色谱柱的流出物任选地作为输入提供到第一峰展宽器。可以提供第三峰展宽器(或实际上，可以提供三个以上峰展宽器)。然后例如在第七模式中，将来自气相色谱柱的流出物提供到第三峰展宽器。在第八模式中，将来自第三峰展宽器的流出物提供到用于同位素比质谱分析的质谱仪，而无需将来自气相色谱柱的流出物作为输入提供到第三峰展宽器。有利地，在将来自第一和第二峰展宽器的流出物提供到用于同位素比质谱分析的质谱仪之后，将来自第三峰展宽器的流出物提供到用于同位素比质谱分析的质谱仪。通过这种方式，三个或更多个峰展宽器可以捕获三个或更多个化合物，然后可以对其一个接一个地(依次)进行分析。

首先将来自第一峰展宽器的流出物有利地提供到用于同位素比质谱分析的质谱仪，随后将来自第二峰展宽器的流出物提供到用于同位素比质谱分析的质谱仪。可以考虑附加实施例，其中将一个或多个另外的峰展宽器添加到配置中。将用于提供来自气相色谱柱的流出物的相应模式提供到另外的峰展宽器中的一个或多个和/或可以提供用于将来自每一峰展宽器的流出物提供到用于irms的质谱仪(而无需将来自气相色谱柱的流出物作为输入提供到峰展宽器)的相应模式。在这些情况下；可以将来自每一峰展宽器的流出物依次提供到用于同位素比质谱分析的质谱仪。

如本文所使用(包括在权利要求书中)，除非上下文以其它方式指示，否则本文中的术语的单数形式应被解释为包括复数形式，且反之亦然。举例来说，除非上下文另有指示，否则本文中(包括在权利要求书中)的单数指代，如一个(a/an)(如样品)意味着“一个或多个”(例如，一个或多个样品)。在本发明的说明书和权利要求书中，词语“包含”、“包括”、“具有”和“含有”以及这些词语的变型，例如“包含(comprising)”和“包含(comprises)”或类似词语意味着“包括但不限于”，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(“例如，”、“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畴的限制。本说明书中的任何语言均不应理解为指示实践本发明所必需的任何未主张要素。

除非另外叙述或上下文另外需要，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形式组合，但此类特征及/或步骤中的至少一些会互斥的组合除外。确切地说，本发明的优选特征适用于本发明的所有方面且可以任何组合形式使用。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。