DE102004028418B4

DE102004028418B4 - Ionenleitsysteme mit beweglichen Hochfrequenz-Multipol-Segmenten

Info

Publication number: DE102004028418B4
Application number: DE102004028418A
Authority: DE
Inventors: Evgenij Nikolaev
Original assignee: Bruker Daltonik GmbH
Current assignee: Bruker Daltonics GmbH and Co KG
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2024-06-12
Also published as: DE102004028418A1; US20050279930A1; GB0511766D0; GB2415088A; US7205537B2; GB2415088B

Abstract

Verfahren zum Überführen von Ionen aus einer Ionenquelle über ein Ionenleitsystem, das aus Multipol-Segmenten besteht, in einen Massenanalysator, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Multipol-Segment gegenüber einem zweiten Multipol-Segment bewegt wird, wobei die Bewegung des Multipol-Segments derart erfolgt, dass ein elektrischer Kontakt zwischen den Multipol-Segmenten hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ionenleitsystem, bestehend aus Hochfrequenz-Multipol-Segmenten, mit dem Ionen aus einer Ionenquelle in einen Massenanalysator überführt werden.
Die Erfindung besteht darin, dass es im Ionenleitsystem bewegliche Hochfrequenz-Multipol-Segmente gibt, die solche Hochfrequenz-Multipol-Segmente entlang der Achse des Ionenleitsystems verlängern oder elektrisch verbinden, an denen durch eine Konfigurationsänderung des Massenspektrometers, bestehend aus Ionenquelle, Ionenleitsystem und Massenanalysator, Freiräume entstanden sind. Die bewegten Hochfrequenz-Multipol-Segmente überbrücken die zwischen den Komponenten des Massenspektrometers entstandenen Freiräume und ermöglichen die Überführung der Ionen aus der Ionenquelle zum Massenanalysator.
Für das Führen von Ionen in Ionenleitsystemen (im Englischen „ion guides") ohne Anwendung von Magnetfeldern werden seit langem elektrische Hochfrequenz-Multipolfelder verwendet.
Diese Hochfrequenz-Multipolfelder lassen sich leicht mit Paaren von langen, dünnen, parallel geführten Stäben oder Rohren erzeugen, die sich gleichmäßig auf einer Mantelfläche eines Zylinders verteilen. Benachbarte stab- oder rohrförmige Elektroden werden mit einer gegenphasigen Hochfrequenzspannung versorgt. Durch diese wird zwischen den stab- oder rohrförmigen Elektroden ein Pseudopotential aufgebaut, mit dem Ionen im Inneren der Mantelfläche gehalten werden. Bei zwei Paaren von stab- oder rohrförmigen Elektroden entsteht zwischen den Elektroden ein Quadrupolfeld, bei mehr als zwei Stabpaaren entstehen Hexapol-, Oktopol-, Dekapolfelder usw.. Die zum Führen von Ionen verwendeten stab- oder rohrförmigen Elektroden haben einen Durchmesser von weniger als einem Millimeter und sind typischerweise 10 bis 50 Zentimeter lang. Der durch die Elektroden gebildete Innenraum ist sehr schlank und hat einen Durchmesser von nur 2 bis 4 Millimeter, wodurch hinreichend starke Multipolfelder mit niedrigen Hochfrequenzspannungen erzeugt werden können.

Neben diesen Stab- oder Rohrelektroden sind aus DE 195 23 859 A1 und US 5,572,035A auch andere Formen von Elektroden bekannt, mit denen ein ionenführendes Hochfrequenz-Multipolfeld erzeugen werden kann.

Heutzutage werden Ionenleitsysteme bei fast allen Massenspektrometern eingesetzt, in denen die Ionen außerhalb des Vakuums erzeugt werden (vakuumexterne Ionenquellen), wie zum Beispiel durch ESI (Elektrosprühionisation) oder APCI (englisches Akronym für „atmospheric pressure chemical ionization"). Die Ionenleitsysteme bestehen dabei oft aus mehreren elektrisch getrennten Hochfrequenz-Multipol-Segmenten dieser stab- oder rohrförmigen Elektroden, die sich unter anderem durch die Zahl und Anordnung der Elektroden sowie die Frequenz und Amplitude der Hochfrequenzspannung unterscheiden können.

Die Massenanalysatoren können zum Teil nur unter den Bedingungen eines Ultrahochvakuums (p < 10^–6Pa) betrieben werden. Andererseits werden die vakuumexternen Ionenquellen bis Atmosphärendruck betrieben. Die Ionen werden bei vakuumexterner Erzeugung zunächst aus dem Bereich der Ionenquelle durch eine Öffnung oder eine Kapillare in das Vakuumsystem überführt und zum Massenanalysator weitergeleitet. In mehreren differentiellen Pumpstufen wird das aus der Ionenquelle stammende Restgas abgepumpt, bis der Arbeitsdruck des Massenanalysators erreicht ist. Die Kammern aneinander grenzender Differenzpumpstufen sind nur durch kleine Öffnungen miteinander verbunden. Die stab- oder rohrförmigen Elektroden sind oft auf die Kammer begrenzt; das Ionenleitsystem besteht dann aus mehreren von einander getrennten Hochfrequenz-Multipol-Segmenten.

Für einige Typen von Massenanalysatoren, insbesondere für Ionencyclotronresonanzspektrometern (ICR MS), kann der Bereich des Ultrahochvakuums mit einem Ventil von der Ionenquelle getrennt werden. Aufgrund der geringen Baugröße werden hier bevorzugt Schiebeventile eingesetzt, die in Richtung der Achse des Ionenleitsystems Dicken von etwa 30 Millimeter aufweisen. Die Abtrennung durch ein Ventil ist notwendig, um das Ultrahochvakuum im Massenanalysator vor Kontaminationen zu schützen, wenn die Ionenquelle und angrenzende Bereiche des Ionenleitsystems gereinigt oder gewartet werden. Die Verfügbarkeit des Massenspektrometers wird erhöht, da das empfindliche Ultrahochvakuum des Massenanalysators während einer Reinigung oder Wartung erhalten bleibt und nicht wieder langwierig aufgebaut werden muss. Durch den Einbau eines Ventils haben die beiden angrenzenden Hochfrequenz-Multipol-Segmente des Ionenleitsystems einen Abstand, den die Ionen bei geöffnetem Ventil bei dem heutigen Stand der Technik nur mit einem Linsensystem überbrücken können.

Die Arbeitsweise des ICR MS bedingt ein starkes Magnetfeld im Massenanalysator. Die Überführung der Ionen aus dem magnetfeldfreien Bereich in das starke Magnetfeld des Massenanalysators ist anspruchsvoll, da die Ionen wie in einer magnetischen Flasche am Magnetfeld des Massenanalysators reflektiert werden, wenn sie sich nicht achsennah und parallel zu den Magnetfeldlinien bewegen. Außerhalb des Massenanalysators existiert ein magnetisches Streufeld, das sich nicht vollständig vermeiden und nur unzureichend abschirmen lässt. Das Trennventil kann das magnetische Streufeld so modifizieren, dass das Ventil in der Auslegung des Linsensystems berücksichtigt werden muss.

Die Ionenleitsysteme werden auch bei Ionisierungsarten eingesetzt, in denen die Ionen im Vakuum erzeugen werden (vakuuminterne Ionenquelle), wie die matrixunterstützte Laserdesorption MALDI (englisches Akronym für „matrix assisted laser desorption ionization"). Die mit dem MALDI Prinzip arbeitenden Ionenquellen werden in Ionenfallenmassenspektrometern (IT MS), Ionencyclotronresonanzspektrometern (ICR MS) oder Flugzeitmassenspektrometern (TOF MS) eingesetzt.

Die Ionenleitsysteme werden bei der Verwendung von vakuuminternen Ionenquellen vor allem dann verwendet, wenn die Ionen nicht nur geführt werden, sondern das Ionenleit systems weitere Aufgaben bei der Konditionierung der Ionen erfüllt. Diese Aufgaben bestehen etwa in der Kühlung der Ionen in einem Dämpfungsgas, in der Dissoziation der Ionen durch Molekülstöße (CID = collision induced dissoziation) oder durch Elektroneneinfang (ECD = electron capture dissoziation), in der Zwischenspeicherung der Ionen oder in der Selektion in Massenfiltern. Die Unterschiede der Aufgaben haben ebenfalls zur Folge, dass das Ionenleitsystem in Hochfrequenz-Multipol-Segmente unterteilt wird, da sich die Betriebsparameter der einzelnen Hochfrequenz-Multipol-Segmente unterscheiden. Die wesentlichen Betriebsparameter sind dabei die Anzahl und Anordnung der Elektroden, die Frequenz und die Spannungsamplitude der Hochfrequenzspannung, zusätzliche Gleichspannung zwischen und entlang der stabförmigen Elektroden sowie die Druckverhältnisse im Innenraum zwischen den Elektroden. Die Betriebsparameter eines einzelnen Hochfrequenz-Multipol-Segmentes sind an dessen spezielle Aufgabe angepasst, werden aber auch durch das Massenspektrometer bestehend aus Ionenquelle, Ionenleitsystem und Massenanalysator bestimmt.

In einer Fragmentierungszelle stoßen die Ionen mit den neutralen Molekülen eines Stoßgases zusammen und dissoziieren (CID). Bei geringer kinetischer Energie der Ionen führen die Stöße im Gas nicht zu einer Fragmentierung, sondern nur zu einer Dämpfung der Ionenbewegung und Kühlung der Ionen. Die Fragmentierungs- bzw. die Dämpfungszellen werden oft von den benachbarten Hochfrequenz-Multipol-Segmenten getrennt, um die notwendigen Vakuumverhältnisse in den anderen Hochfrequenz-Multipol-Segmenten und im Massenanalysator aufrecht zu erhalten. Wie bei den differentiellen Pumpstufen im Falle einer vakuumexternen Ionenquelle sind diese mit Gas gefüllten Zellen nur durch kleine Öffnungen mit den benachbarten Kammern verbunden und trennen die Hochfrequenz-Multipol-Segmente des Ionenleitsystems.

Beim Übergang zwischen den Hochfrequenz-Multipol-Segmenten des Ionenleitsystems werden die Ionen aufgrund der Randfelder an den Enden der Hochfrequenz-Multipol-Segmente zum Teil reflektiert, sodass es zu Einbußen in der Transmission kommt. Mit zwischengeschalteten Blenden und Linsen können diese Transmissionsverluste beim Übergang zwischen den Hochfrequenz-Multipol-Segmenten minimiert werden. Ein Ionenleitsystem aus einem einzigen Hochfrequenz-Multipol-Segment hat geringere Verluste und steigert die Sensitivität des Massenspektrometers.

Werden die Blenden oder Linsen für eine gewisse Zeitdauer auf ein abstoßendes Gleichspannungspotential gelegt, so werden die Ionen durch das Pseudopotential des Hochfrequenz-Multipolfeldes und das Gleichspannungspotential der Blenden oder Linsen zeitweise in dem Innenraum gespeichert, der durch die stab- oder rohrförmigen Elektroden und die Blenden bzw. Linsen definiert wird.

Aus den Schriften DE 196 29 134 C1 und DE 199 37 439 C1 (= Elternpatent der äquivalenten Schrift US 6,515,279 B1 ) sind Massenspektrometer bekannt, bei denen zwischen mehr als einer Ionenquelle ausgewählt werden kann, indem bewegliche Hochfrequenz-Multipol-Segmente des Ionenleitsysteme verschoben oder gedreht werden. Dabei kann die Konfiguration des Massenspektrometers geändert werden, ohne das Massenspektrometer belüften zu müssen. Ein einzelnes bewegliches Hochfrequenz-Multipol-Segment hat in beiden Druckschriften keinen elektrischen Kontakt zu anderen Hochfrequenz-Multipol-Segmenten des Ionenleitsystems. Um Verluste beim Übergang der Ionen zwischen den Hochfrequenz-Multipol-Segmenten des Ionenleitsystems zu vermeiden, muss der Abstand zwischen den angrenzenden Hochfrequenz-Multipol-Segmenten möglichst minimal sein, ohne elektrische Überschläge oder ein Übersprechen zu verursachen. Trotzdem gibt es Verluste an den elektrischen Randfeldern zwischen den Hochfrequenz-Multipol-Segmenten. Außerdem ist für jedes bewegliche Hochfrequenz-Multipol-Segment des Ionenleitsystems ein eigener Anschluss an eine Hochfrequenzspannung erforderlich.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Ionenleitsystem aus Hochfrequenz-Multipol-Segmenten bereitzustellen, mit dem Ionen in einem Massenspektrometer von der Ionenquelle zum Massenanalysator geführt werden können, nachdem sich durch eine Konfigurationsänderung Freiräume zwischen den Komponenten des Massenspektrometers ergeben haben, die von den Ionen ohne eine Vorrichtung nur mit hohen Verlusten oder gar nicht überwunden werden können. Die Konfiguration eines Massenspektrometers wird zum Beispiel bei einem Wechsel zwischen unterschiedlichen Ionenquellen, bei einem Austausch von Hochfrequenz-Multipol-Segmenten oder beim Öffnen eines Trennventils verändert.

Lösung der Aufgabe

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass es im Ionenleitsystem bewegliche Hochfrequenz-Multipol-Segmente gibt, die solche Hochfrequenz-Multipol-Segmente verlängern oder elektrisch miteinander verbinden, zwischen denen durch eine Konfigurationsänderung des Massenspektrometers Freiräume (Lücken) entstanden sind. Die bewegten Hochfrequenz-Multipol-Segmente füllen die entstandenen Lücken im Massenspektrometer und stellen somit variable „Ionenbrücken" dar. Dafür ist es notwendig, dass die Elektroden der beweglichen Hochfrequenz-Multipol-Segmente deckungsgleich mit den Elektroden der zu verlängernden oder zu überbrückenden Hochfrequenz-Multipol-Segmente sind. Nach der Verlängerung oder Verbindung ist ein bewegtes Hochfrequenz-Multipol-Segment in elektrischem Kontakt mit mindestens einem anderen Hochfrequenz-Multipol-Segment. Durch diesen elektrischen Kontakt wird das bewegte Hochfrequenz-Multipol-Segment mit einer Hochfrequenzspannung versorgt und ein Hochfrequenz-Multipolfeld erzeugt, das die Ionen im Inneren des bewegten Hochfrequenz-Multipol-Segmentes mit geringen Verlusten führt. Eine eigene aufwendige Spannungsversorgung für die beweglichen Hochfrequenz-Multipol-Segmente ist erfindungsgemäß nicht erforderlich. Werden zwei ortsfeste (= nicht bewegte) Hochfrequenz-Multipol-Segmente durch ein bewegliches Hochfrequenz-Multipol-Segment elektrisch verbunden, so benötigt nur eines der ortsfesten Hochfrequenz-Multipol-Segmente eine Spannungszuführung, um im Inneren der drei Hochfrequenz-Multipol-Segmente ein ionenführendes Hochfrequenz-Multipolfeld zu erzeugen. Dadurch kann eine zusätzliche Spannungszuführung für ein ortsfestes Hochfrequenz-Multipol-Segment eingespart werden und es wird eine exakte Phasengleichung zwischen den jeweiligen Elektroden der drei Hochfrequenz-Multipol-Segmente erreicht.

Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Massenspektrometers, bestehend aus einer Ionenquelle, einem Ionenleitsystem mit Trennventil und einem ICR Massenanalysator.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Trennventils mit einem Linsensystem.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Trennventils mit einem beweglichen Hochfrequenz-Multipol-Segment.
4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines beweglichen Hochfrequenz-Multipol-Segmentes mit stab- und rohrförmigen Elektroden
5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines beweglichen Hochfrequenz-Multipol-Segmentes mit stab- und rohrförmigen Elektroden
Bevorzugte Ausführungsformen
1 zeigt ein Massenspektrometer, bestehend aus einer Ionenquelle, einem Ionenleitsystem und einem ICR Massenanalysator. Die Ionen werden in der vakuumexternen Elektrosprüh-Ionenquelle 101 erzeugt. Die Hochfrequenz-Multipol-Segmente 105, 108 und 113 des Ionenleitsystems befinden sich in den Vakuumkammern 106, 109 und 114. Die massenspektrometrische Messung findet in der ICR Messzelle 116 statt. Das für die Messung im ICR Massenanalysator notwendige starke Magnetfeld wird in einen Magneten 115 erzeugt. Außerhalb des Magneten 115 gibt es ein magnetisches Streufeld. Die Aufgabe des Ionenleitsystems besteht darin, die in der die vakuumexternen Ionenquelle 101 erzeugten Ionen mit geringen Verlusten in den ICR Messzelle 116 zu überführen.
Die Ionen werden in der vakuumexternen Ionenquelle 101 durch Elektrosprüh-Ionisation (ESI erzeugt und durch eine Einlasskapillare 102 mit einem Durchmesser von etwa 0,5 Millimeter und einer Länge von 160 Millimeter in die erste Kammer 103 des Vakuumsystems eingeführt. Durch ein elektrisches Feld werden die Ionen zum konisch geformten Gasabstreifer 104 (im Englischen „skimmer") gezogen und gelangen durch eine zentrale Öffnung in die Vakuumkammer 106. Das ebenfalls durch die Eintrittskapillare 102 einströmende Gas aus der vakuumexternen Ionenquelle 101 wird durch den konusförmigen Gasabstreifer 104 nach außen abgelenkt und durch den Vakuumanschluss 117 bis auf einen Restdruck von etwa 100 Pa abgepumpt. Die Kammern 106, 109 und 114 werden durch die Blenden 107 und 110 getrennt und sind jeweils über die Vakuumanschlüsse 118, 119 bzw. 120 an ein Pumpensystem angeschlossen. Aufgrund der kleinen Öffnungsdurchmesser der Blenden bilden die Kammern 106, 109 und 114 eine Differenzpumpenstrecke mit einem typischen Druck von 10^–1 Pa, 10^–5 Pa bzw. 10^–8 Pa. Direkt hinter der Öffnung des Abstreifers 104 beginnt das erste Hochfrequenz-Multipol-Segment 105 des Ionenleitsystems, das wie auch die Hochfrequenz-Multipol-Segmente 108 und 113 aus stab- oder rohrförmigen Elektroden in Hexapol- oder Oktopolanordnung ausgeführt ist. Die Ionen werden von den Hochfrequenz-Multipol-Segmenten 105 und 108 zur Blende 110 weiterleitet.
In 1 ist das Trennventil 111 geschlossen und trennt die Kammern 109 und 114 vollständig voneinander ab. Aufgrund der Einbaumaße des Trennventils haben das Hochfrequenz-Multipol-Segment 108 und 113 bei geöffnetem Trennventil einen Abstand von etwa 30 Millimeter. Ohne die Linsensysteme 110 und 112 können die Ionen bei geöffnetem Trennventil diesen Freiraum nicht ohne größte Verluste passieren. Das Trennventil schützt das Ultrahochvakuum in der ICR Messzelle 116 (p < 10^–7Pa) vor Kontamination, wenn die davor liegenden Teile das Ionenleitsystem gereinigt oder gewartet werden. Die Verfügbarkeit des Massenspektrometers wird durch die Trennung des Vakuumsystems erhöht, da das empfindliche Ultrahochvakuum des ICR Massenanalysators während einer Reinigung oder Wartung erhalten bleibt und nicht wieder langwierig aufgebaut werden muss. Nach dem Linsensystem 112 werden die Ionen durch das Hochfrequenz-Multipol-Segment 113 zur ICR Messzelle 116 weitergeleitet.
Dem Fachmann ist bekannt, dass Hochfrequenz-Multipol-Segmente neben dem Ionentransport auch andere Funktionen ausführen können, wie zum Beispiel die Speicherung der Ionen, die Selektion nach Ionenmassen, die Kühlung oder die Fragmentierung von Ionen, wenn entsprechende Betriebsparameter für die Hochfrequenz-Multipol-Segmente gewählt werden. Die Anzahl solcher Hochfrequenz-Multipol-Segmente in einem Massenspektrometer ist selbstverständlich nicht auf die drei Segmente 105, 108 und 113 in 1 begrenzt.
2a zeigt einen Ausschnitt aus einem Ionenleitsystem, in dem die Vakuumkammern 201 und 208 durch ein Ventil abgetrennt sind. In 2b ist der Verschlussdeckel 204 des Ventils in die Nebenkammer 205 bewegt worden und das Ventil offen. Die Kammer 201 und die Kammer 208 werden durch die Vakuumanschlüsse 209 bzw. 210 abgepumpt und können bei geschlossenem Ventil unabhängig voneinander belüftet werden. Die Hochfrequenz-Multipol-Segmente 202 und 207 bestehen aus stab- oder rohrförmigen Elektroden, die auf einer Mantelfläche angeordnet sind. Benachbarte Elektroden werden jeweils mit einer gegenphasigen Hochfrequenzspannung versorgt. In den 2a und 2b sind nur die Mantelflächen dargestellt, in deren Inneren die Ionen durch die Hochfrequenz-Multipolfelder geführt werden. Die Hochfrequenz-Multipol-Segmente 202 und 207 haben einen Abstand von ungefähr 30 bis 50 Millimeter. Bei offenem Ventil bewegen sich die Ionen vom Hochfrequenz-Multipol-Segment 202 kommend im Feld der Linsensysteme 203 und 206 zum Hochfrequenz-Multipol-Segmente 207. Ohne das Feld der Linsensysteme 203 und 206 würde nur ein Bruchteil der Ionen den Freiraum zwischen den Hochfrequenz-Multipol-Segmente 202 und 207 überwinden.
Die 3a und 3b zeigen eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Wie in den 2a und 2b ist auch hier ein Ausschnitt aus einem Ionenleitsystem dargestellt, in dem sich zwischen den Vakuumkammern 301 und 307 ein Ventil befindet. Beide Kammern können über die Vakuumanschlüsse 308 und 309 getrennt abgepumpt und belüftet werden. Die Hochfrequenz-Multipol-Segmente 302 und 306 bestehen aus stab- oder rohrförmigen Elektroden, die auf einer hier dargestellten Mantelfläche angeordnet sind. Benachbarte Elektroden werden jeweils mit einer gegenphasigen Hochfrequenzspannung versorgt. Im Gegensatz zu den 2a und 2b fehlen Linsensysteme. Bei geschlossenem Ventil befinden sich die Elektroden des beweglichen Hochfrequenz-Multipol-Segmentes 303 im Bereich des ortsfesten Hochfrequenz-Multipol-Segmentes 302. Wie die stab- oder rohrförmigen Elektroden von beweglichen Hochfrequenz-Multipol-Segmenten in andere Hochfrequenz-Multipol-Segmente eingefügt werden, zeigen die beiden bevorzugten Ausführungsformen in den 4 und 5. In 3b ist das bewegliche Hochfrequenz-Multipol-Segment 303 bei geöffnetem Ventil aus dem Segment 302 heraus in Richtung des Segmentes 306 bewegt worden. Die drei Hochfrequenz-Multipol-Segmente 302, 303 und 306 sind elektrisch miteinander verbunden, so dass im Inneren des beweglichen Hochfrequenz-Multipol-Segmentes 303 ein Multipolfeld entsteht, in dem die Ionen von Segment 302 zum Segment 306 gelangen. Das bewegliche Hochfrequenz-Multipol-Segment hat als variable „Ionenbrücke" Vorteile gegenüber dem Linsensystem in den 2a und 2b. Die Ionenverluste und die Anfälligkeit gegenüber äußeren Einflüssen, wie zum Beispiel dem Magnetfeld einer ICR Messzelle, sind geringer und die Akzeptanz der Ionen bezüglich der Orts- und Geschwindigkeitsverteilung ist besser.
Die 4a bis 4d zeigen eine bevorzugte Ausführungsform für ein bewegliches Hochfrequenz-Multipol-Segment. In 4b sind zwei ortsfeste (= nicht bewegte) Hochfrequenz-Oktopol-Segmente 410 und 430 sowie ein bewegliches Hochfrequenz-Oktopol-Segment 420 dargestellt. Die ortsfesten Segmente 410 und 430 bestehen aus acht rohrförmigen Elektroden. Das bewegliche Hochfrequenz-Oktopol-Segment 420 ist aus acht stabförmigen Elektroden aufgebaut, deren Durchmesser dem Innendurchmesser der rohrförmigen Elektroden der Segmente 410 und 430 entsprechen und die sich entlang der Elektrodenachsen verschieben lassen. Die Elektroden der Hochfrequenz-Oktopol-Segmente 410, 420 und 430 sind alle aus leitendem Material gefertigt. In 4a sind die stabförmigen Elektroden des Segmentes 420 in die rohrförmigen Elektroden des Segmentes 410 hinein geschoben und in 4b heraus geschoben. An den benachbarten rohrförmigen Elektroden eines ortsfesten Segmentes (410 oder 430) liegt eine gegenphasige Hochfrequenzspannung an. In 4b verbindet die bewegliche Elektrode 421 die beiden Elektrode 411 und 431 elektrisch miteinander. Das gleiche trifft für die anderen sich entsprechenden Elektroden der drei Hochfrequenz-Oktopol-Segmente 410, 420 und 430 zu. Im Inneren aller drei Hochfrequenz-Oktopol-Segmente 410, 420 und 430 wird ein Oktopolfeld erzeugt, das die Ionen auf der gesamten Länge der elektrisch verbundenen Hochfrequenz-Oktopol-Segmente 410, 420 und 430 führt.
4c zeigt den Querschnitt der Elektroden 411, 421 und 431. Dabei entsprechen sich die Elektroden 401 und 411, 402 und 421 sowie 403 und 431. Der Pfeil deutet an, dass die stabförmige Elektrode 402 gegenüber den ortsfesten rohrförmigen Elektroden 401 und 403 beweglich ist und die beiden ortsfesten rohrförmigen Elektroden 401 und 403 nach einer Translationsbewegung elektrisch verbindet. Die Wandstärken der rohrförmigen Elektroden 401 und 403 sind möglichst klein zu halten, da sonst die Unstetigkeiten beim Übergang zwischen den Elektroden 401 und 402 bzw. 402 und 403 Randfelder mit axialen Feldkomponenten verursachen, an denen die Ionen teilweise reflektiert werden. 4d zeigt den Querschnitt von Elektroden einer anderen bevorzugten Ausführungsform eines beweglichen Hochfrequenz-Oktopol-Segmentes. Im Gegensatz zu 4c sind hier die stabförmigen Elektroden 404 und 406 ortsfest, während die bewegliche Elektrode 405 rohrförmig ausgeführt ist. Nach einer Translationsbewegung der Elektrode 405 sind die drei Elektroden 404, 405 und 406 elektrisch miteinander verbunden. In beiden Ausführungsformen kann das bewegliche Hochfrequenz-Oktopol-Segment sehr vorteilhaft platzminimiert im Bereich eines ortsfesten Hochfrequenz-Oktopol-Segmentes untergebracht werden und es ist nur eine einzige Translationsbewegung des Hochfrequenz-Oktopol-Segment 420 („Schiebemultipol") notwendig, um die beiden ortsfesten Hochfrequenz-Oktopol-Segmenten zu überbrücken.
Die 5a bis 5c zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform für ein bewegliches Hochfrequenz-Multipol-Segment. In den 5a bis 5c sind zwei ortsfeste (= nicht bewegte) Hochfrequenz-Quadrupol-Segmente 510 und 530 sowie ein bewegliches Hochfrequenz-Quadrupol-Segment 520 dargestellt. In 5a befinden sich die stabförmigen Elektroden des beweglichen Segmentes 520 zwischen den stabförmigen Elektroden des ortsfesten Segmentes 530. Die Elektroden der Hochfrequenz-Quadrupol-Segmente 510, 520 und 530 sind alle aus leitendem Material gefertigt. Von 5a nach 5b wird das bewegliche Segment 520 durch eine Translationsbewegung in den Raum zwischen den beiden ortsfesten Segmenten 510 und 530 verschoben. Nach einer Drehbewegung verbindet die bewegliche Elektrode 521 die beiden stabförmigen Elektroden 511 und 531 elektrisch miteinander (siehe 5c). Das gleiche gilt für die anderen sich entsprechenden Elektroden der Hochfrequenz-Quadrupol-Segmente 510, 520 und 530. Durch das Anlegen einer gegenphasigen Hochfrequenzspannung an ein ortsfestes Segment (510 oder 530) wird im Inneren der drei elektrisch verbundenen Segmente 510, 520 und 530 ein Quadrupolfeld erzeugt, in dem die Ionen von Segment 510 bis zum Segment 530 geführt werden.
5d zeigt eine Ausführungsform der beweglichen Elektrode 521 des Hochfrequenz-Quadrupol-Segmentes 520 im Querschnitt. Die ortsfesten Elektroden 501 und 507 entsprechen den ortsfesten Elektroden 511 bzw. 531 in 5c. Die bewegliche Elektrode 521 hat einen stabförmigen Grundkörper 504 mit stirnseitigen Bohrungen, in die Kontaktkörper 502 und 506 eingeführt sind. Die Kontaktkörper 502 und 506 sind durch die Federn 503 bzw. 505 mit dem Grundkörper 504 verbunden und werden bei der in 5d gezeigten Bewegung in die Bohrungen des Grundkörpers 504 gedrückt. Die Kontaktkörper 502 und 506 sind elektrisch mit dem Grundkörper 504 verbunden. Wird die bewegliche Elektrode 521 zwischen die ortsfesten Elektroden 511 und 531 geschoben, so werden die beiden ortsfesten Elektroden 511 und 531 über die Stirnfläche der Kontaktkörper 502 und 506 und den Grundkörper 504 elektrisch verbunden. Eine Vertiefung an den Stirnseiten der Elektroden 501 und 507 sorgt für einen Verbindungsschluss zwischen den Elektroden 501, 504 und 507.
Das Hochfrequenz-Quadrupol-Segment 520 („Revolvermultipol") bildet wie das Hochfrequenz-Oktopol-Segment 420 („Schiebemultipol") in 4 eine variable „Ionenbrücke" zwischen ortsfesten Hochfrequenz-Multipol-Segmenten. Gegenüber einem Linsensystem ergeben sich die gleichen Vorteile wie beim „Schiebemultipol". Der Vergleich des „Revolversmultipols" mit dem „Schiebemultipol" zeigt, dass beim „Revolvermultipol" zwei Bewegungen notwendig sind, um die Verbindung zwischen den ortsfesten Hochfrequenz-Multipol-Segmenten herzustellen, und der Raum zwischen den ortsfesten Elektroden die Anzahl der beweglichen Elektroden begrenzt. Allerdings sind die Übergänge zwischen den Hochfrequenz-Multipol-Segmenten beim „Revolvermultipol" günstiger bezüglich der Homogenität des erzeugten Multipolfeldes.
Die Ausführungsformen in den 4 und 5 zeigen stab- oder rohrförmige Elektroden in Quadrupol- und Oktopolanordnung. Für den Fachmann ist es ersichtlich, dass auch andere Hochfrequenz-Multipolelektroden verwendet werden können. Des Weiteren wird in den Ausführungsformen der 1 bis 3 nur der Abstand zwischen zwei Hochfrequenz-Multipol-Segmenten überbrückt, der durch ein Trennventil bedingt ist. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind die erfindungsgemäßen beweglichen Hochfrequenz-Multipol-Segmente in der Lage, jeden in einer Konfigurationsänderung entstandenen Freiraum in einem Ionenleitsystem zu überbrücken.

Claims

Verfahren zum Überführen von Ionen aus einer Ionenquelle über ein Ionenleitsystem, das aus Multipol-Segmenten besteht, in einen Massenanalysator, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Multipol-Segment gegenüber einem zweiten Multipol-Segment bewegt wird, wobei die Bewegung des Multipol-Segments derart erfolgt, dass ein elektrischer Kontakt zwischen den Multipol-Segmenten hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipol-Segmente aus ortsfesten rohrförmigen Elektroden (401, 403) bestehen und der elektrische Kontakt zwischen den rohrförmigen Elektroden (401, 403) durch die Bewegung von stabförmig ausgeführten Elektroden (402) erfolgt, wobei die stabförmig ausgeführten Elektroden (402) aus den rohrförmig ausgeführten Elektroden (401, 403) heraus geschoben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipol-Segmente aus ortsfesten stabförmigen Elektroden (404, 406) bestehen und der elektrische Kontakt zwischen den stabförmigen Elektroden (404, 406) durch die Bewegung von rohrförmig ausgeführten Elektroden (405) erfolgt, wobei die rohrförmig ausgeführten Elektroden (405) über die stabförmig ausgeführten Elektroden (404, 406) geschoben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipol-Segmente (510, 530) aus ortsfesten stabförmigen Elektroden (511, 531) bestehen und ein weiteres Multipol-Segment (520) vorgesehen ist, wobei die stabförmig ausgeführten Elektroden (521) des weiteren Multipol-Segments (520) zwischen einem der Multipol-Segmente (510, 530) angeordnet sind, und der elektrische Kontakt zwischen den stabförmigen Elektroden (511, 531) der Multipol-Segmente (510, 530) durch die Bewegung der stabförmig ausgeführten Elektroden (521) erfolgt, wobei die stabförmigen Elektroden (521) zunächst entlang der Multipol-Segmente (510, 530) in den Bereich zwischen den beiden Multipol-Segmenten (510, 530) verschoben werden und anschließend eine Drehbewegung ausgeführt wird, so dass durch die Elektroden (521) die Elektroden (511, 531) elektrisch verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der elektrische Kontakt zwischen den stabförmigen Elektroden (521) des weiteren Multipol-Segments (520) und den stabförmigen Elektroden (501, 507) der Multipol-Segmente (510, 530) durch Kontaktkörper (502, 506) hergestellt wird, die in einen Grundkörper (504) der Elektroden (521) eingeführt sind, wobei die Kontaktkörper (502, 506) über Federn (503, 505) mit dem Grundkörper (504) verbunden sind und der Verbindungsschluss zwischen den Elektroden (501, 507) und den Elektroden (504) über Vertiefungen der Elektroden (501, 507) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der Multipol-Segmente mit einer gegenphasigen Hochfrequenzspannung betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Multipol-Segmenten erfolgt, die durch Trennventile räumlich voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung zum Überführen von Ionen aus einer Ionenquelle über ein Ionenleitsystem, das aus Multipol-Segmenten besteht, in einen Massenanalysator, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Multipol-Segment und ein zweites Multipol-Segment vorgesehen ist und Mittel zur Bewegung eines Multipol-Segments vorgesehen sind, derart, dass durch die Bewegung eines Multipolsegments ein elektrischer Kontakt zwischen den Multipol-Segmenten hergestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipol-Segmente aus ortsfesten rohrförmigen Elektroden (401, 403) bestehen in denen stabförmig ausgeführte Elektroden (402) vorgesehen sind, wobei weiter Mittel vorgesehen sind, die die stabförmig ausgeführten Elektroden (402) derart bewegen, dass die stabförmig ausgeführten Elektroden (402) aus den rohrförmig ausgeführten Elektroden (401, 403) heraus geschoben werden, derart, dass durch die stabförmig ausgeführten Elektroden (402) ein elektrischer Kontakt zwischen den rohrförmig ausgeführten Elektroden (401, 403) hergestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipol-Segmente aus ortsfesten stabförmigen Elektroden (404, 406) bestehen und rohrförmig ausgeführte Elektroden (405) vorgesehen sind, die über die stabförmig ausgeführten Elektroden (404, 406) gesteckt sind, wobei weiter Mittel vorgesehen sind, die die rohrförmig ausgeführten Elekt roden (405) derart bewegen, dass durch die rohrförmig ausgeführten Elektroden (405) ein elektrischer Kontakt zwischen den stabförmig ausgeführten Elektroden (404, 406) hergestellt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Multipol-Segmente (510, 530) aus ortsfesten stabförmigen Elektroden (511, 531) bestehen und ein weiteres Multipol-Segment (520) vorgesehen ist, wobei die stabförmig ausgeführten Elektroden (521 des weiteren Multipol-Segments (520) zwischen den stabförmig ausgeführten Elektroden eines der Multipol-Segmente (510, 530) angeordnet sind, wobei Mittel vorgesehen sind, die eine Bewegung der stabförmig ausgeführten Elektroden (521) entlang der Multipol-Segmente (510, 530) in den Bereich zwischen den beiden Multipol-Segmenten (510, 530) bewirken, sowie Mittel vorgesehen sind, die anschließend eine Drehbewegung der Elektroden (521) bewirken, derart, dass durch die Elektroden (521) des weiteren Multipol-Segments (520) die Elektroden (511, 531) der Multipol-Segmente (510, 530) elektrisch verbunden werden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die stabförmigen Elektroden (521) eines weiteren Multipol-Segments (520) aus einem Grundkörper (504) bestehen, der Bohrungen aufweist, in die Kontaktkörper (502, 506) eingeführt sind, wobei die Kontaktkörper (502, 506) über Federn (503, 505) mit dem Grundkörper (504) verbunden sind und der Verbindungsschluss zwischen den Elektroden (501, 507) des Multipolsegment und den Elektroden (504) des weiteren Multipolsegments (520) über Vertiefungen in den Elektroden (501, 507) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochfrequenzgenerator vorgesehen ist, über den die Elektroden der Multipol-Segmente mit einer gegenphasigen Hochfrequenzspannung versorgt werden.