DE10324671B4

DE10324671B4 - Bestimmen von Isotopenverhältnissen von Ionen mittels Massenchromatographie

Info

Publication number: DE10324671B4
Application number: DE2003124671
Authority: DE
Inventors: Thomas Oliver Merren
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2023-05-31
Also published as: DE20308472U1; DE10324671A1; GB0312318D0; GB2391185B; GB2391185A

Abstract

Verfahren zum Bestimmen von Isotopenverhältnissen von Ionen, die aus einem Chromatographen eluieren, welches die folgenden Schritte aufweist:
Erhalten eines Massenchromatogramms eines ersten Isotops (Hauptisotops), wobei das Massenchromatogramm eine erste Massenchromatogrammspitze mit einer ersten Intensität (A) und einem ersten Hintergrundniveau (B) aufweist,
Erhalten eines Massenchromatogramms eines zweiten Isotops (Nebenisotops), wobei das Massenchromatogramm eine zweite Massenchromatogrammspitze mit einer zweiten Intensität (a) und einem zweiten Hintergrundniveau (b) aufweist,
Bestimmen des Verhältnisses R_α zwischen der Höhe (a + b) der zweiten Massenchromatogrammspitze zuzüglich eines Verschiebungswerts (bx) und der Höhe (A + B) der ersten Massenchromatogrammspitze,
Bestimmen des Verhältnisses R_β zwischen dem zweiten Hintergrundniveau (b) zuzüglich des Verschiebungswerts (bx) und dem ersten Hintergrundniveau (B),
Bestimmen eines spezifischen Verschiebungswerts (bx), der dazu führt, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist, und
Bestimmen des Verhältnisses zwischen der Häufigkeit des zweiten Isotops (Nebenisotops) und der Häufigkeit des ersten...

Description

Es ist bekannt, die Isotopenhäufigkeit einer bestimmten Verbindung in einer Mischung zu messen, indem die Verbindung in einem Ofen (beispielsweise in Sauerstoff) verbrannt oder (beispielsweise in einem Inertgas) pyrolysiert wird, während sie aus einem Gaschromatographen ("GC") oder einem Flüssigkeitschromatographen ("LC") eluiert. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die chemischen Eigenschaften der Verbindung das Proben-Isotopenverhältnis der Produkte aus dem Ofen nicht beeinflussen.
Die bekannte Vorgehensweise weist jedoch den Nachteil auf, daß beobachtet wird, daß der Hintergrund mit dem Anstieg der Temperatur des Chromatographen ansteigt. Dies kann auf das Säulenbluten der interessierenden Mischung zurückzuführen sein, die eine große Anzahl von Komponenten mit einem niedrigen Niveau enthalten kann, welche eluieren und nicht vollständig getrennt werden. Bei diesen Mischungen haben die Verbindungen jedoch ein ähnliches Isotopenverhältnis, falls sie in ihrem Verlauf ins Gleichgewicht gebracht worden sind. Die zu analysierende Verbindung oder die zu analysierenden Verbindungen sind wegen ihrer Differenz gegenüber dem ins Gleichgewicht gebrachten Hintergrund von Interesse.
Die Natur des Hintergrunds macht die genaue Bestimmung des Anfangs und des Endes der massenchromatographischen Spitzen normalerweise schwierig. Die Messung des Isotopenverhältnisses anhand der Flächen der Massenchromatogramm spitzen des Hauptisotops und des Nebenisotops ist daher unter normalen experimentellen Bedingungen nicht genau.
In der DE 69 016 900 T2 wird ein Verfahren zur Bestimmung der Isotopenzusammensetzung mindestens eines Elements, ausgewählt aus Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff in einer Probe offenbart, wobei die Probe in ein Trägergas eingeführt wird, das keines der ausgewählten Elemente umfasst, die Probe in ein Analysengas umgewandelt wird und das Analysengas in ein Massenspektrometer zur Bestimmung der Isotopenzusammensetzung der Probe eingeführt wird.
Es ist daher erwünscht, ein verbessertes Verfahren zur Massenspektrometrie und ein verbessertes Massenspektrometer bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen von Isotopenverhältnissen von aus einem Chromatographen eluierenden Ionen vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist:
Erhalten eines Massenchromatogramms eines ersten Isotops (Hauptisotops), wobei das Massenchromatogramm eine erste Massenchromatogrammspitze mit einer ersten Intensität (A) und einem ersten Hintergrundniveau (B) aufweist,
Erhalten eines Massenchromatogramms eines zweiten Isotops (Nebenisotops), wobei das Massenchromatogramm eine zweite Massenchromatogrammspitze mit einer zweiten Intensität (a) und einem zweiten Hintergrundniveau (b) aufweist,
Bestimmen des Verhältnisses R_α zwischen der Höhe (a + b) der zweiten Massenchromatogrammspitze zuzüglich eines Verschiebungswerts (bx) und der Höhe (A + B) der ersten Massenchromatogrammspitze,
Bestimmen des Verhältnisses R_β zwischen dem zweiten Hintergrundniveau (b) zuzüglich des Verschiebungswerts (bx) und dem ersten Hintergrundniveau (B),
Bestimmen eines spezifischen Verschiebungswerts (bx), der dazu führt, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist, und
Bestimmen des Verhältnisses zwischen der Häufigkeit des zweiten Isotops (Nebenisotops) und der Häufigkeit des ersten Isotops (Hauptisotops) entweder anhand des Verhältnisses R_α oder des Verhältnisses R_β, wenn der Verschiebungswert (bx) derart ist, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen von Isotopenverhältnissen von aus einem Chromatographen eluierenden Ionen vorgesehen, welches die folgenden Schritte aufweist:
Erhalten eines Massenchromatogramms eines ersten Isotops (Hauptisotops), wobei das Massenchromatogramm eine erste Massenchromatogrammspitze mit einer ersten Intensität (A) und einem ersten Hintergrundniveau (B) aufweist,
Erhalten eines Massenchromatogramms eines zweiten Isotops (Nebenisotops), wobei das Massenchromatogramm eine zweite Massenchromatogrammspitze mit einer zweiten Intensität (a) und einem zweiten Hintergrundniveau (b) aufweist,
Bestimmen des Verhältnisses R_α zwischen der Höhe (a + b) der zweiten Massenchromatogrammspitze und der Höhe (A + B) der ersten Massenchromatogrammspitze zuzüglich eines Verschiebungswerts (bx),
Bestimmen des Verhältnisses R_β zwischen dem zweiten Hintergrundniveau (b) und dem ersten Hintergrundniveau (B) mit einem Verschiebungswert (bx),
Bestimmen eines spezifischen Verschiebungswerts (bx), der dazu führt, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist, und
Bestimmen des Verhältnisses zwischen der Häufigkeit des zweiten Isotops (Nebenisotops) und der Häufigkeit des ersten Isotops (Hauptisotops) entweder anhand des Verhältnisses R_α oder des Verhältnisses R_β, wenn der Verschiebungswert (bx) derart ist, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist.
Das erste und das zweite Isotop sind vorzugsweise die Verbrennungs- oder Pyrolyseprodukte einer Verbindung. Beispielsweise kann ¹³C und ¹²C enthaltender Kohlenstoff verbrannt werden, um Kohlendioxid zu bilden, das dann ionisiert wird, so daß das Hauptisotop, das massenanalysiert wird, ¹²CO₂ ⁺ mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 44 ist und das Nebenisotop, das massenanalysiert wird, ¹³CO₂ ⁺ mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 45 ist.
Die erste und/oder die zweite Massenchromatogrammspitze können nicht wirklich als eine einzige scharfe Spitze auftreten. Die Spitzen können stattdessen etwas rauschbehaftet auftreten, und es kann an Stelle einer einzigen scharfen Spitze eine Anzahl sogenannter "Unterspitzen" vorhanden sein. Die Höhen der ersten und/oder der zweiten Massenchromatogrammspitze können durch Mitteln der Unterspitzen bestimmt werden.
Der Chromatograph kann einen Gaschromatographen umfassen, der vorzugsweise über eine Verbrennungs- oder Pyrolysekammer oder -stufe mit einer Ionenquelle in der Art einer Elektronenstoß-Ionenquelle ("EI-Ionenquelle") verbunden ist. Alternativ kann der Chromatograph einen Flüssigkeitschromatographen umfassen, der vorzugsweise über eine Verbrennungs- oder Pyrolysekammer oder -stufe und eine vorhergehende bzw. -vorgeschaltete Lösungsmittelentfernungsstufe mit einer Ionenquelle in der Art einer Elektronenstoß-Ionenquelle ("EI-Ionenquelle") verbunden ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Massenspektrometrie vorgesehen, bei dem das Proben-Isotopenverhältnis zwischen einem zweiten Isotop (Nebenisotop) und einem ersten Isotop (Hauptisotop) durch die folgenden Schritte bestimmt wird:
Addieren eines Verschiebungswerts zu den Daten, die sich auf das zweite Isotop (Nebenisotop) beziehen, oder zu den Daten, die sich auf das erste Isotop (Hauptisotop) beziehen,
Bestimmen eines Hintergrund-Isotopenverhältnisses und
Ändern des Verschiebungswerts, bis das über den Zeitraum, in dem das erste und das zweite Isotop eluieren, summierte durchschnittliche Proben-Isotopenverhältnis im wesentlichen dem Hintergrund-Isotopenverhältnis gleicht.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer vorgesehen, welches aufweist: eine Ionenquelle, die mit einer Chromatographiequelle ge koppelt ist,
einen Magnetsektor-Massenanalysator,
einen ersten Detektor zum Erfassen von Ionen mit einem ersten Masse-Ladungs-Verhältnis und einen zweiten verschiedenen Detektor zum Erfassen von Ionen mit einem zweiten verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnis und
eine Datenverarbeitungseinrichtung, die:
(a) ein Massenchromatogramm eines ersten Isotops (Hauptisotops) erhält, wobei das Massenchromatogramm eine erste Massenchromatogrammspitze mit einer ersten Intensität (A) und einem ersten Hintergrundniveau (B) aufweist,
(b) ein Massenchromatogramm eines zweiten Isotops (Nebenisotops) erhält, wobei das Massenchromatogramm eine zweite Massenchromatogrammspitze mit einer zweiten Intensität (a) und einem zweiten Hintergrundniveau (b) aufweist,
(c) das Verhältnis R_α zwischen der Höhe (a + b) der zweiten Massenchromatogrammspitze zuzüglich eines Verschiebungswerts (bx) und der Höhe (A + B) der ersten Massenchromatogrammspitze bestimmt,
(d) das Verhältnis R_β des zweiten Hintergrundniveaus (b) zuzüglich des Verschiebungswerts (bx) und dem ersten Hintergrundniveau (B) bestimmt,
(e) einen spezifischen Verschiebungswert (bx) bestimmt, der dazu führt, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen dem Verhältnis R_β gleicht, und
(f) das Verhältnis zwischen der Häufigkeit des zweiten Isotops (Nebenisotops) und der Häufigkeit des ersten Isotops (Hauptisotops) entweder anhand des Verhältnisses R_α oder des Verhältnisses R_β bestimmt, wenn der Verschiebungswert (bx) derart ist, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer vorgesehen, welches aufweist:
eine Ionenquelle, die mit einer Chromatographiequelle gekoppelt ist,
einen Magnetsektor-Massenanalysator,
einen ersten Detektor zum Erfassen von Ionen mit einem ersten Masse-Ladungs-Verhältnis und einen zweiten verschiedenen Detektor zum Erfassen von Ionen mit einem zweiten verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnis und
eine Datenverarbeitungseinrichtung, die:
(a) ein Massenchromatogramm eines ersten Isotops (Hauptisotops) erhält, wobei das Massenchromatogramm eine erste Massenchromatogrammspitze mit einer ersten Intensität (A) und einem ersten Hintergrundniveau (B) aufweist,
(b) ein Massenchromatogramm eines zweiten Isotops (Nebenisotops) erhält, wobei das Massenchromatogramm eine zweite Massenchromatogrammspitze mit einer zweiten Intensität (a) und einem zweiten Hintergrundniveau (b) aufweist,
(c) das Verhältnis R_α zwischen der Höhe (a + b) der zweiten Massenchromatogrammspitze und der Höhe (A + B) der ersten Massenchromatogrammspitze zuzüglich eines Verschiebungswerts (bx) bestimmt,
(d) das Verhältnis R_β zwischen dem zweiten Hintergrundniveau (b) und dem ersten Hintergrundniveau (B) mit einem Verschiebungswert (bx) bestimmt,
(e) einen spezifischen Verschiebungswert (bx) bestimmt, der dazu führt, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen dem Verhältnis R_β gleicht, und
(f) das Verhältnis zwischen der Häufigkeit des zweiten Isotops (Nebenisotops) und der Häufigkeit des ersten Isotops (Hauptisotops) entweder anhand des Verhältnisses R_α oder des Verhältnisses R_β bestimmt, wenn der Verschiebungswert (bx) derart ist, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist.
Das von der bevorzugten Ausführungsform angesprochene Problem besteht in der Bestimmung genauer Isotopenverhältnisse anhand Gas- oder Flüssigkeitschromatographenspitzen bei Vorhandensein eines unbestimmten und sich möglicherweise ändernden Hintergrunds und bei Nichtvorhandensein jeglichen Wissens über den genauen Ort des Anfangs- und des Endpunkts einer beobachteten Massenchromatogrammspitze.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform werden die experimentellen Daten auf eine Weise manipuliert, bei der der Anfang und das Ende einer Massenchromatogrammspitze keine starke Wirkung auf die Isotopenanreicherungsberechnung haben. Es wird ein Verschiebungswert zu den Daten des Nebenisotops (oder alternativ des Hauptisotops) addiert, so daß das bestimmte Hintergrund-Isotopenverhältnis zwischen dem Nebenisotop und dem Hauptisotop dem bestimmten Proben-Isotopenverhältnis zwischen dem Nebenisotop und dem Hauptisotop gleicht.
Das Proben-Isotopenverhältnis kann anfänglich anhand der Rohdaten bestimmt werden, so daß der Nullwert nicht berücksichtigt wird. Wenn der Hintergrund niedrig ist, erscheint das Proben-Isotopenverhältnis rauschbehaftet. Es kann ein Wert sowohl zu den Daten des Hauptisotops als auch zu den Daten des Nebenisotops addiert werden, um die Rauschwirkungen zu verringern. Dies ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich.
Die Daten werden vorzugsweise analysiert, und Massenchromatogrammspitzen werden in der Spur des Hauptisotops identifiziert. Auf der Spur des Hauptisotops und der Spur des Nebenisotops liegende Punkte, die keine Spitzen sind, werden ausgewählt, und das Verhältnis zwischen dem Hintergrund des Nebenisotops und dem Hintergrund des Hauptisotops wird anhand der Daten berechnet. Werte des Hintergrund-Isotopenverhältnisses werden interpoliert, so daß ein Hintergrund-Isotopenverhältnis jeder der gemessenen Proben-Isotopenspitzen zugeordnet werden kann. Der Anfangs- und der Endpunkt jeder Massenchromatogrammspitze wird im ersten Datendurchgang bestimmt, und es werden die Gesamt-Spitzenfläche des Hauptisotops und des Nebenisotops sowie das Proben-Isotopenverhältnis bestimmt.
Das Hintergrund-Isotopenverhältnis und das Proben-Isotopenverhältnis werden daher unter Verwendung von nicht auf Null korrigierten Werten berechnet. Durch Addieren eines Verschiebungswerts zu den Daten des Nebenisotops (oder des Hauptisotops) kann das Isotopenverhältnis geändert werden, bis das Hintergrund-Isotopenverhältnis im wesentlichen dem Proben-Isotopenverhältnis gleicht. Dies ermöglicht es dann, daß das gewünschte Proben-Isotopenverhältnis entsprechend bestimmt wird.
Das bevorzugte Verfahren ist nicht besonders empfindlich für den Anfang und das Ende von Massenchromatogrammspitzen, weil an den Flanken einer Massenchromatogrammspitze wenig Unterschiede des Isotopenverhältnisses auftreten und die Flanken nicht erheblich zur Bestimmung des Proben-Isotopenverhältnisses beitragen.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur als Beispiel mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, wobei:
1 eine vereinfachte Massenchromatogrammspitze des Nebenisotops und eine vereinfachte Massenchromatogrammspitze des Hauptisotops zeigt,
2 einen Teil eines Massenchromatogramms eines durch Verbrennen eines aus einem GC-Massenchromatographen eluierten Stoffs gebildeten Hauptisotops und das Probenisotop- und Hintergrundverhältnis zwischen dem Nebenisotop und dem Hauptisotop zeigt, wobei ein erster Verschiebungswert zu den Daten des Nebenisotops addiert ist,
3 einen Teil eines Massenchromatogramms eines durch Verbrennen eines aus einem GC-Massenchromatographen eluierten Stoffs gebildeten Hauptisotops und das Probenisotop- und Hintergrundverhältnis zwischen dem Nebenisotop und dem Hauptisotop zeigt, wobei ein zweiter Verschiebungswert zu den Daten des Nebenisotops addiert ist,
4 einen Teil eines Massenchromatogramms eines durch Verbrennen eines aus einem GC-Massenchromatographen eluierten Stoffs gebildeten Hauptisotops und das Probenisotop- und Hintergrundverhältnis zwischen dem Nebenisotop und dem Hauptisotop zeigt, wobei ein dritter Verschiebungswert zu den Daten des Nebenisotops addiert ist,
5A ein Massenchromatogramm eines Hauptisotops zeigt und 5B ein entsprechendes Massenchromatogramm eines Nebenisotops zeigt und
6 eine Graphik eines ausgleichenden Verschiebungswerts als Funktion der Verhältnisdifferenz für die in den 5A und 5B dargestellte Spitze 4 zeigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 1 beschrieben. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, kann die Intensität der Massenchromatogrammspitze, die einem Hauptisotop entspricht (also die Häufigkeit des Hauptisotops), als "A" angesehen werden, und die entsprechende Hintergrundintensität mit einer beliebig festgelegten Grundlinie als "B" angesehen werden. In ähnlichen Weise kann die Intensität der Massenchromatogrammspitze, die einem Nebenisotop entspricht (also die Häufigkeit des Nebenisotops), als "a" angesehen werden, und die entsprechende Hintergrundintensität mit einer beliebig festgelegten Grundlinie als "b" angesehen werden. Anhand dieser experimentellen Daten können die Werte von B, A + B, b und a + b bestimmt werden, es ist jedoch nicht trivial, a und A genau zu bestimmen, weil es schwierig ist, genau zu bestimmen, wo die Massenchromatogrammspitzen beginnen und enden. Weil sich der Hintergrund weiterhin zeitlich ändert, ist der Hintergrund zu der Zeit, zu der das Hauptisotop bzw. das Nebenisotop eluiert, nicht genau bekannt.
Anhand der experimentellen Daten können zwei Verhältnisse direkt berechnet werden. Erstens kann das Verhältnis der Spitzenhöhen (oder -flächen) R₀ bestimmt werden:
Zweitens kann das Verhältnis der Hintergründe R_b bestimmt werden:
Das Verhältnis, das bestimmt werden soll, ist jedoch das Verhältnis R der Isotope oberhalb ihrer entsprechenden Hintergründe:
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird zu den Werten des Hintergrunds b der Massenchromatogrammspitze des Neben isotops ein ausgleichender Verschiebungswert bx addiert, so daß der Hintergrund der Massenchromatogrammspitze des Nebenisotops dann b + bx wird und die Höhe der Massenchromatogrammspitze des Nebenisotops a + b + bx wird.
Das neue Verhältnis R_α der Spitzenhöhen ("Proben-Isotopenverhältnis") ist durch
gegeben.
In ähnlicher Weise ist das neue Verhältnis R_β der Hintergrundhöhen ("Hintergrund-Isotopenverhältnis") durch
gegeben.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird dann der Wert von bx angepaßt, bis Rα = Rβ = R*gilt. Dementsprechend gilt: b + bx = R*·Bund a + b + bx = R*·A + R*·B
Durch Einsetzen ergibt sich dann: a + (b + bx) = a + (R*· B) = R*·A + R*·Bund damit: a = R*·A
Daher ergibt sich:
Daher ist das erforderliche Isotopenverhältnis R gleich R_α oder R_β, wenn R_α = R_β gilt.
In den 2–4 sind typische experimentelle Daten dargestellt, und es ist darin die Wirkung des Addierens verschiedener Verschiebungsparameter bx zum Hintergrund des Nebenisotops dargestellt. Ein Teil des Massenchromatogramms des Hauptisotops ist in 2 dargestellt. Ein erster Verschiebungswert bx wurde zum Hintergrund des Nebenisotops addiert. Die Massenchromatogrammspitze des Nebenisotops (nicht dargestellt) ähnelt derjenigen des Hauptisotops, die in 2 dargestellt ist.
In 2 ist auch das Verhältnis zwischen den Ionen des Nebenisotops (mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 45) und den Ionen des Hauptisotops (mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 44) als Funktion der Zeit dargestellt, wobei ein erster Verschiebungswert zu den Daten des Nebenisotops addiert ist.
Die Massenchromatogrammspitze des Hauptisotops zeigt, wie der Hintergrund in diesem speziellen Fall mit der Zeit zunehmend ansteigt. Wie dargestellt, steigen das Hintergrund-Isotopenverhältnis und das Proben-Isotopenverhältnis in der gleichen Weise wie die Spur des Hauptisotops an. Es können Fälle auftreten, in denen der Hintergrund mit der Zeit abnimmt.
Es wurde dann ein zweiter verschiedener Verschiebungswert bx zu den Daten des Nebenisotops addiert, und die resultierenden Kurven sind in 3 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß durch Ändern des zu den Daten des Nebenisotops addierten Verschiebungswerts bx sowohl das Proben-Isotopenverhältnis als auch das Hintergrund-Isotopenverhältnis geändert werden. Es ist in diesem Fall ersichtlich, daß die Spitzen des Proben-Isotopenverhältnisses in bezug auf das Hintergrund-Isotopenverhältnis für den zweiten Verschiebungswert negativ sind, während die Spitzen des Proben-Isotopenverhältnisses für den in dem in 2 dargestellten Beispiel verwendeten ersten Verschiebungswert in bezug auf das Hintergrund-Isotopenverhältnis positiv sind. Die Steigung des Hintergrund-Isotopenverhältnisses hat sich auch von positiv in 2 zu negativ in 3 geändert.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann ein Verschiebungswert so gewählt werden, daß das Hintergrund-Isotopenverhältnis dem Proben-Isotopenverhältnis gleicht. Dies ist in 4 dargestellt. Das in 8 dargestellte ^Hintergrund-Isotopenverhältnis beträgt etwa –8, und das über den Zeitraum, in dem das erste und das zweite Isotop eluieren, summierte durchschnittliche Proben-Isotopenverhältnis beträgt auch im wesentlichen –8.
Für die sehr genaue Messung von Isotopenverhältnissen, wobei Flächen unter den Massenchromatogrammspitzen des Hauptisotops und des Nebenisotops gemessen werden, können die normalerweise gewählten Anfangs- und Endpunkte selbst in Fällen, in denen einzelne reine Massenchromatogrammspitzen gemessen werden, eine erhebliche Auswirkung auf das bestimmte Proben-Isotopenverhältnis haben. In den in den 2–4 dargestellten Beispielen ist ersichtlich, daß die Anfangs- und Endpunkte der Massenchromatographspitzen vom Hintergrund überdeckt sind. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die Werte an den Flanken jeder Spitze jedoch in die Nähe des Verhältnisses der Spitze selbst gelegt, weshalb die Anfangs- und Endpunkte nicht kritisch sind.
In den in den 2 – 4 dargestellten Beispielen eluieren das Nebenisotop mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 45 und das Hauptisotop mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 44 nicht gemeinsam. Dies ist aus 4 ersichtlich, wo das Proben-Isotopenverhältnis ähnlich einer Ableitungskurve aussieht. Das Nebenisotop mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 45 eluiert einige Millisekunden vor dem Hauptisotop mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 44, weshalb das in 4 dargestellte Proben-Isotopenverhältnis des Nebenisotops in bezug auf das Hauptisotop einen Anstieg zu Beginn der Spitze des Proben-Isotopenverhältnisses aufweist.
Das Massenchromatogramm für das Hauptisotop kann nicht leicht mit dem Massenchromatogramm für das Nebenisotop ausgerichtet werden. Weil das Hintergrund-Isotopenverhältnis gemäß der bevorzugten Ausführungsform jedoch gleich dem Proben-Isotopenverhältnis gesetzt worden ist, ist die Wirkung der Flanken der Spitzen sehr gering.
Einige typische experimentelle Daten sind in den 5A und 5B dargestellt, worin vier Massenchromatogrammspitzen des Hauptisotops bzw. des Nebenisotops von vier getrennten Experimentdurchgängen dargestellt sind. Es wurde die Massenchromatogrammspitze 4, die dem vierten Experimentdurchgang entspricht, analysiert. Die in 5A dargestellten Daten, die sich auf die Intensität des Hauptisotops beziehen, wurden unter Verwendung herkömmlicher Spitzendetektionsalgorithmen analysiert. Die Vorspitzen-Hintergrund-Anfangszeit wurde als 22117 bestimmt, und die Vorspitzen-Hintergrund-Endzeit wurde als 22317 bestimmt. Die Spitzen-Anfangszeit war 22359, die Spitzen-Höchstwertzeit war 22397, und die Spitzen-Endzeit war 22443. Die Nachspitzen-Hintergrund-Anfangszeit wurde als 22485 bestimmt, und die Nachspitzen-Hintergrund-Endzeit wurde als 22685 bestimmt.
Die folgende Tabelle zeigt, wie sich die gemäß der bevorzugten Ausführungsform berechneten verschiedenen Verhältnisse als Funktion eines ausgleichenden Verschiebungswerts bx ändern.
6 zeigt eine Graphik, in der dargestellt ist, wie sich der ausgleichende Verschiebungswert bx mit der Verhältnisdifferenz (R_α – R_β) ändert. Der Wert des ausgleichenden Verschiebungswerts bx, der erforderlich ist, um eine Verhältnisdifferenz von Null zu erreichen, wurde als 462,634055 berechnet. Bei diesem ausgleichenden Verschiebungswert bx betrug das Vorspitzen-Hintergrundverhältnis 0,011829 und das Nachspitzen-Hintergrundverhältnis 0,011828. Das Nebenisotop/Hauptisotop-Spitzen-Höchstwert-Hintergrundverhältnis betrug 0,011828, das Spitzenverhältnis betrug 0,011828, und die Verhältnisdifferenz betrug 0,000000. Demgemäß beträgt das erforderliche Proben-Isotopenverhältnis, das gleich R_α oder R_β ist, 0,011828. Ohne einen ausgleichenden Verschiebungswert müßte das Proben-Isotopenverhältnis R_α als 0,011211 bestimmt werden, wobei sich eine Differenz von 0,0006 oder in etwa 6 ergibt. Dies zeigt, daß gemäß der bevorzugten Ausführungsform eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit erreichbar ist.
Wenngleich die bevorzugte Ausführungsform eine vernünftige Schätzung der Spitzen-Anfangspunkte und der Spitzen-Endpunkte benötigt, brauchen die Spitzen-Anfangspunkte und die Spitzen-Endpunkte nicht mit der gleichen Genauigkeit bestimmt zu werden wie bei den herkömmlichen Verhältnisbestimmungsverfahren. Demgemäß sind herkömmliche Spitzenerfassungsalgorithmen (die gewöhnlich auf der ersten und der zweiten Ableitung beruhen) völlig angemessen.
In ähnlicher Weise ist der Ort der Hintergrundbereiche vor und hinter der Spitze nicht kritisch. Geeignete Kriterien bestehen darin, daß 200 Datenpunkte für jeden Hintergrundbereich verwendet werden. Das Ende des Vorspitzen-Hintergrundbereichs sollte vorzugsweise in etwa die Hälfte einer Spitzenbreite vor der Spitzenanfangsposition sein, und der Anfang des Nachspitzen-Hintergrundbereichs sollte vorzugsweise in etwa die Hälfte der Spitzenbreite nach der Spitzenendposition sein. Der Ort der Hintergrundbereiche kann in dem Fall, daß innerhalb des Bereichs andere Spitzen erfaßt werden, algorithmisch angepaßt werden.
Der Wert des Vorspitzen-Hintergrundverhältnisses kann folgendermaßen definiert werden:
wobei i der Anfang des Vorspitzenhintergrunds ist, j das Ende des Vorspitzenhintergrunds ist, b₁ der Intensitätswert der Nebenisotopenspur ist, B₁ der Intensitätswert der Hauptisotopenspur ist und x der postulierte ausgleichende Verschiebungswert ist.
In ähnlicher Weise kann der Wert des Nachspitzen-Hintergrundverhältnisses folgendermaßen definiert werden:
wobei k der Anfang des Nachspitzenhintergrunds ist, 1 das Ende des Nachspitzenhintergrunds ist, b₂ der Intensitätswert der Nebenisotopenspur ist, B₂ der Intensitätswert der Hauptisotopenspur ist und x der postulierte ausgleichende Verschiebungswert ist.
Der Wert des Hintergrundverhältnisses am Spitzen-Höchstwert wird vorzugsweise durch Interpolation zwischen den Vorspitzen- und Nachspitzen-Hintergrundverhältnissen berechnet.
Der Wert des Chromatographen-Massenspitzenverhältnisses kann folgendermaßen definiert werden:
wobei m der Anfang der interessierenden Spitze ist, n das Ende der interessierenden Spitze ist, a der Intensitätswert der Nebenisotopenspur ist, A der Intensitätswert der Hauptisotopenspur ist und x der postulierte ausgleichende Verschiebungswert ist.
Der für den ausgleichenden Verschiebungswert verwendete Wertebereich kann anfänglich beliebig sein, er kann jedoch später algorithmisch angepaßt werden, um ein Einklammern des zu einer Verhältnisdifferenz von Null führenden Werts zu gewährleisten.
Es können an den Daten andere geringfügige Verbesserungen vorgenommen werden. Die Massenchromatogrammspitze des Nebenisotops kann so verschoben werden, daß sie direkt unter der Massenchromatogrammspitze des Hauptisotops liegt. Es kann auch die Spitzenform mathematisch verbessert werden, um die Messung der Massenchromatogrammspitzen zu verbessern, welche angrenzend sind oder welche überlappen.
Wenngleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, daß verschiedene Änderungen an der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von dem in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen von Isotopenverhältnissen von Ionen, die aus einem Chromatographen eluieren, welches die folgenden Schritte aufweist: Erhalten eines Massenchromatogramms eines ersten Isotops (Hauptisotops), wobei das Massenchromatogramm eine erste Massenchromatogrammspitze mit einer ersten Intensität (A) und einem ersten Hintergrundniveau (B) aufweist, Erhalten eines Massenchromatogramms eines zweiten Isotops (Nebenisotops), wobei das Massenchromatogramm eine zweite Massenchromatogrammspitze mit einer zweiten Intensität (a) und einem zweiten Hintergrundniveau (b) aufweist, Bestimmen des Verhältnisses R_α zwischen der Höhe (a + b) der zweiten Massenchromatogrammspitze zuzüglich eines Verschiebungswerts (bx) und der Höhe (A + B) der ersten Massenchromatogrammspitze, Bestimmen des Verhältnisses R_β zwischen dem zweiten Hintergrundniveau (b) zuzüglich des Verschiebungswerts (bx) und dem ersten Hintergrundniveau (B), Bestimmen eines spezifischen Verschiebungswerts (bx), der dazu führt, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist, und Bestimmen des Verhältnisses zwischen der Häufigkeit des zweiten Isotops (Nebenisotops) und der Häufigkeit des ersten Isotops (Hauptisotops) entweder anhand des Verhältnisses R_α oder des Verhältnisses R_β, wenn der Verschiebungswert (bx) derart ist, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist.
Verfahren zum Bestimmen von Isotopenverhältnissen von Ionen, die aus einem Chromatographen eluieren, welches die folgenden Schritte aufweist: Erhalten eines Massenchromatogramms eines ersten Isotops (Hauptisotops), wobei das Massenchromatogramm eine erste Massenchromatogrammspitze mit einer ersten Intensität (A) und einem ersten Hintergrundniveau (B) aufweist, Erhalten eines Massenchromatogramms eines zweiten Isotops (Nebenisotops), wobei das Massenchromatogramm eine zweite Massenchromatogrammspitze mit einer zweiten Intensität (a) und einem zweiten Hintergrundniveau (b) aufweist, Bestimmen des Verhältnisses R_α zwischen der Höhe (a + b) der zweiten Massenchromatogrammspitze und der Höhe (A + B) der ersten Massenchromatogrammspitze zuzüglich eines Verschiebungswerts (bx), Bestimmen des Verhältnisses R_β zwischen dem zweiten Hintergrundniveau (b) und dem ersten Hintergrundniveau (B) mit einem Verschiebungswert (bx), Bestimmen eines spezifischen Verschiebungswerts (bx), der dazu führt, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist, und Bestimmen des Verhältnisses zwischen der Häufigkeit des zweiten Isotops (Nebenisotops) und der Häufigkeit des ersten Isotops (Hauptisotops) entweder anhand des Verhältnisses R_α oder des Verhältnisses R_β, wenn der Verschiebungswert (bx) derart ist, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem weiterhin eine Verbindung verbrannt oder pyrolysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das erste und das zweite Isotop Verbrennungs- oder Pyrolyseprodukte der Verbindung sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die erste und/oder die zweite Massenchromatogrammspitze mehrere Unterspitzen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Höhen der ersten und/oder der zweiten Massenchromatogrammspitze durch Mitteln der Unterspitzen bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Chromatograph als Gaschromatograph ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Gaschromatograph über eine Verbrennungs- oder Pyrolysestufe mit einer Ionenquelle verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Chromatograph als Flüssigkeitschromatograph ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Flüssigkeitschromatograph über eine Lösungsmittelbefreiungs- und eine Verbrennungs- oder Pyrolysestufe mit einer Ionenquelle verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 10, bei dem die Ionenquelle eine Elektronenstoß-Ionenquelle ("EI-Ionenquelle") umfaßt.
Verfahren zur Massenspektrometrie, bei dem das Proben-Isotopenverhältnis zwischen einem zweiten Isotop (Nebenisotop) und einem ersten Isotop (Hauptisotop) durch die folgenden Schritte bestimmt wird: Addieren eines Verschiebungswerts zu den Daten, die sich auf das zweite Isotop (Nebenisotop) beziehen, oder zu den Daten, die sich auf das erste Isotop (Hauptisotop) beziehen, Bestimmen eines Hintergrund-Isotopenverhältnisses und Ändern des Verschiebungswerts, bis das über den Zeitraum, in dem das erste und das zweite Isotop eluieren, summierte durchschnittliche Proben-Isotopenverhältnis im wesentlichen dem Hintergrund-Isotopenverhältnis gleicht.
Massenspektrometer, welches aufweist: eine Ionenquelle, die mit einer Chromatographiequelle gekoppelt ist, einen Magnetsektor-Massenanalysator, einen ersten Detektor zum Erfassen von Ionen mit einem ersten Masse-Ladungs-Verhältnis und einen zweiten verschiedenen Detektor zum Erfassen von Ionen mit einem zweiten verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnis und eine Datenverarbeitungseinrichtung, die: (a) ein Massenchromatogramm eines ersten Isotops (Hauptisotops) erhält, wobei das Massenchromatogramm eine erste Massenchromatogrammspitze mit einer ersten Intensität (A) und einem ersten Hintergrundniveau (B) aufweist, (b) ein Massenchromatogramm eines zweiten Isotops (Nebenisotops) erhält, wobei das Massenchromatogramm eine zweite Massenchromatogrammspitze mit einer zweiten Intensität (a) und einem zweiten Hintergrundniveau (b) aufweist, (c) das Verhältnis R_α zwischen der Höhe (a + b) der zweiten Massenchromatogrammspitze zuzüglich eines Verschiebungswerts (bx) und der Höhe (A + B) der ersten Massenchromatogrammspitze bestimmt, (d) das Verhältnis R_β des zweiten Hintergrundniveaus (b) zuzüglich des Verschiebungswerts (bx) und dem ersten Hintergrundniveau (B) bestimmt, (e) einen spezifischen Verschiebungswert (bx) bestimmt, der dazu führt, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen dem Verhältnis R_β gleicht, und (f) das Verhältnis zwischen der Häufigkeit des zweiten Isotops (Nebenisotops) und der Häufigkeit des ersten Isotops (Hauptisotops) entweder anhand des Verhältnisses R_α oder des Verhältnisses R_β bestimmt, wenn der Verschiebungswert (bx) derart ist, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist.
Massenspektrometer, welches aufweist: eine Ionenquelle, die mit einer Chromatographiequelle gekoppelt ist, einen Magnetsektor-Massenanalysator, einen ersten Detektor zum Erfassen von Ionen mit einem ersten Masse-Ladungs-Verhältnis und einen zweiten verschiedenen Detektor zum Erfassen von Ionen mit einem zweiten verschiedenen Masse-Ladungs-Verhältnis und eine Datenverarbeitungseinrichtung, die: (a) ein Massenchromatogramm eines ersten Isotops (Hauptisotops) erhält, wobei das Massenchromatogramm eine erste Massenchromatogrammspitze mit einer ersten Intensität (A) und einem ersten Hintergrundniveau (B) aufweist, (b) ein Massenchromatogramm eines zweiten Isotops (Nebenisotops) erhält, wobei das Massenchromatogramm eine zweite Massenchromatogrammspitze mit einer zweiten Intensität (a) und einem zweiten Hintergrundniveau (b) aufweist, (c) das Verhältnis R_α zwischen der Höhe (a + b) der zweiten Massenchromatogrammspitze und der Höhe (A + B) der ersten Massenchromatogrammspitze zuzüglich eines Verschiebungswerts (bx) bestimmt, (d) das Verhältnis R_β zwischen dem zweiten Hintergrundniveau (b) und dem ersten Hintergrundniveau (B) mit einem Verschiebungswert (bx) bestimmt, (e) einen spezifischen Verschiebungswert (bx) bestimmt, der dazu führt, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen dem Verhältnis R_β gleicht, und (f) das Verhältnis zwischen der Häufigkeit des zweiten Isotops (Nebenisotops) und der Häufigkeit des ersten Isotops (Hauptisotops) entweder anhand des Verhältnisses R_α oder des Verhältnisses R_β bestimmt, wenn der Verschiebungswert (bx) derart ist, daß das Verhältnis R_α im wesentlichen gleich dem Verhältnis R_β ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Chromatograph als Gaschromatograph ausgebildet ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 15, bei dem der Gaschromatograph über eine Verbrennungs- oder Pyrolysestufe mit einer Ionenquelle verbunden ist.
Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem der Chromatograph als Flüssigkeitschromatograph ausgebildet ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 17, bei dem der Flüssigkeitschromatograph über eine Lösungsmittelentfernungsstufe und eine Verbrennungs- oder Pyrolysestufe mit einer Ionenquelle verbunden ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 16 oder 18, bei dem die Ionenquelle eine Elektronenstoß-Ionenquelle ("EI-Ionenquelle") umfaßt.