DE102006011037B4

DE102006011037B4 - Kollisionskammer eines Massenspektrometers zur Massenanalyse von Ionen

Info

Publication number: DE102006011037B4
Application number: DE200610011037
Authority: DE
Inventors: Michael Hecht
Original assignee: CHROMTECH GES fur ANALYTISCHE; Chromtech Gesellschaft fur Analytische Messtechnik Mbh
Current assignee: CHROMTECH GESELLSCHAFT FUER ANALYTISCHE MESSTE, DE
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: DE102006011037A1

Abstract

Kollisionskammer (10) eines Massenspektrometers (12) zur Massenanalyse von Ionen, wobei die Ionen die mit einem Gas, wie z. B. Ar, He, N₂, beaufschlagte Kollisionskammer (10) auf einer Sollflugbahn z durchlaufen und in der Kollisionskammer (10) entlang zumindest eines Teilabschnitts der Sollflugbahn z ein Quadrupol (14) bestehend aus vier Elektroden (16, 18, 20, 22) angeordnet ist, wobei die Elektroden (16, 18, 20, 22) jeweils paarweise diametral einander gegenüberliegend und mit Abstand parallel zur Sollflugbahn (z) verlaufend in der Kollisionskammer (10) positioniert sind, und die Kollisionskammer (10) eine erste und eine zweite Trägerplatte (24, 26) aufweist, an der die Elektroden (16, 18, 20, 22) des Quadrupols (14) angeordnet sind, die erste und zweite Trägerplatte (24, 26) lösbar miteinander verbindbar sind und in einander zugewandten Flächen (28, 30) jeweils eine nut- oder rinnenförmige in Richtung der Sollflugbahn (z) angeordnete erste und zweite Aufnahme (32, 34) besitzen, wobei in der Aufnahme (32, 34) jeweils...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kollisionskammer eines Massenspektrometers zur Massenanalyse von Ionen, wobei die Ionen die mit einem Gas, wie z. B. Ar, He, N₂, beaufschlagte Kollisionskammer auf einer Sollflugbahn z durchlaufen und in der Kollisionskammer entlang zumindest eines Teilabschnitts der Sollflugbahn z ein Quadrupol bestehend aus vier Elektroden angeordnet ist, wobei die Elektroden jeweils paarweise diametral einander gegenüberliegend und mit Abstand parallel zur Sollflugbahn verlaufend in der Kollisionskammer positioniert sind, und die Kollisionskammer eine erste und eine zweite Trägerplatte aufweist, an der die Elektroden des Quadrupols angeordnet sind, die erste und zweite Trägerplatte lösbar miteinander verbindbar sind und in einander zugewandten Flächen jeweils eine nut- oder rinnenförmige in Richtung der Sollflugbahn angeordnete erste und zweite Aufnahme besitzen, wobei in der Aufnahme jeweils wenigstens eine der Elektroden des Quadrupols angeordnet ist.
Eine derartige Kollisionskammer ist beispielsweise aus der WO 96/31901 A1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart ein Quadrupol-Massenspektrometer mit einem Quadrupol-Massenfilter und einem Ionendetektor, wobei der Massenfilter wenigstens einen Satz von vier metallbeschichteten Fasern aufweist, welche die Elektroden des Quadrupols bilden und welche in einem Sandwichaufbau an kristallinen Halbleiterwafern montiert sind. Diese Wafer werden gemustert und naß geätzt, so daß sie Substrate mit Rillen als Ausrichtungsmerkmale und eine zentrale rechteckige Öffnung bilden. Jeder Wafer hat ein Paar paralleler, im Querschnitt kleinere Rillen mit geringerem Abstand in der kürzeren Richtung des Rechtecks, so dass tatsächlich diese Rillen durch Öffnungen unterbrochen sind. Die Oberflächenmaske, welche für das Ätzen verwendet wird, wird anschließend entfernt und der Wafer wieder oxidiert, wodurch eine Isolierschicht gebildet wird. Zwei Elektroden, nämlich nickelbeschichtete Glasfasern, werden durch Bonding in den kleineren Rillen von jedem Substrat angeordnet. Diese Fasern haben einen kreisförmigen Querschnitt. Das Substrat wird durch das Sputtern metallisiert. Die konforme Metallbeschichtung wird gemustert und geätzt, so daß jede Faser mit ihrer benachbarten Lötstelle verbunden ist, wo eine elektrische Verbindung über eine Kontaktstelle hergestellt werden kann. Als nächstes wird eine Ausrichtungsfaser mit größerem Querschnitt durch Bonden in einer der größeren Rillen angeordnet. Der Wafer wird schließlich in Chips geteilt und ein Paar von Substraten wird zusammengesetzt, wobei eines auf dem anderen liegt und die Fasern dazwischen sandwichartig eingeschlossen sind. Durch diese Maßnahmen soll die Aufgabe gelöst werden, ein Quadrupol-Massenspektrometer zur Verfügung zu stellen, welches bei geringeren Kosten kleiner als bisher hergestellt werden kann.
Eine weitere Kollisionskammer ist aus der US 6,576,897 B1 bekannt. Diese bekannte Kollisionskammer ist jedoch in Bezug auf die geometrische Ausgestaltung des Quadrupols wie auch die Anordnung der Leiter des Quadrupols auf den Trägerplatten und die Montage bzw. Verbindung der Trägerplatten miteinander konstruktiv recht kompliziert aufgebaut. Auch dienen die nut- oder rinnenförmigen Aufnahmen der Trägerplatten der Einbringung von Silikondichtungen, welche für ein Vakuum zwischen den Leitern des Quadrupols sorgen sollen. Im allgemeinen werden die Leiter dieser Quadrupole technisch sehr aufwendig aus Vollmaterial gefräst und anschließend mit der jeweiligen Trägerplatte verbunden.
Andere recht komplexe Ausbildung von Quadrupolen zum Einsatz in Ionenfiltern sind beispielsweise in der US 5,559,327 A bzw. EP 572687 B1 beschrieben. Auch diese Quadrupolanordnungen sind äußerst aufwendig in der Herstellung und damit vergleichsweise kostspielig.
Im allgemeinen werden derartige Kollisionskammern bei Massenspektrometern dann eingesetzt, wenn die Selektivität oder Sensitivität einer Quantifizierungsmethode verbessert werden soll. In dieser Hinsicht sind die sogenannten Triele Quads (QqQ) wohl am meisten verbreitet. In der Ionenquelle wird ein Pseudomolekül-Ion produziert und im ersten Analysator-Quadrupol isoliert. Im zweiten Quadrupol der Kollisionskammer wird den Ionen durch Stöße mit einem zugeführten Inertgas, wie Argon, Helium oder Stickstoff, Energie zugeführt, worauf die Ionen sehr spezifisch zu anderen, leichteren Ionen zerfallen. Im dritten Quadrupol besteht dann die Möglichkeit, die eintretenden Ionen zu scannen, also alle Produktionen des im ersten Quadrupol isolierten Mutterions zu ermitteln oder selektiv nur ein bekanntes Fragmention zu beobachten. Hieraus resultiert eine hochempfindliche und zugleich hochselektive Meßtechnik, um eine sichere Quantifizierung von Zielsubstanzen im Spurenbereich selbst aus schwieriger Probenmatrix zu ermöglichen. Ein hohes chemisches Untergrundsignal, welches in SIM-Methoden (Selected Ion Monitoring) mit einem Einfach-Quadrupol MS fast immer vorhanden ist, wird mittels der MS/MS (Tandem-Massenspektkrometrie) oder MS" (Multiple Mass Spectrometry) nahezu komplett ausgeblendet. Bei derartigen Quadrupol-Massenfiltern handelt es sich um dynamische Trennsysteme, welche kein Magnetfeld benötigen. Die Massentrennung erfolgt in einem Quadrupolsystem durch Überlagerung eines elektrostatischen Gleichfeldes mit einem Hochfrequenzfeld, wobei jeweils zwei einander im wesentlichen diametral gegenüberliegende Elektroden miteinander elektrisch verbunden sind.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kollisionskammer – auch Kollisionszelle genannt – hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus erheblich zu vereinfachen. Insbesondere sollen die Elektroden des Quadrupols der Kollisionskammer einfach herstellbar und an der jeweiligen Trägerplatte positionierbar sein, so daß sich der Herstellungsaufwand einer derartigen Kollisionszelle bzw. eines mit einer solchen Kollisionszelle ausgestatteten Massenspektrometers verringert.
Diese Aufgabe wird bei einer Kollisionszelle mit den eingangs genannten Merkmalen im wesentlichen dadurch gelöst, daß in der ersten Aufnahme der ersten Trägerplatte drei Elektroden des Quadrupols und in der zweiten Aufnahme der zweiten Trägerplatte die vierte Elektrode des Quadrupols positioniert sind. Diese Maßnahme ist Voraussetzung dafür, daß die Elektroden des Quadrupols einfach ausgebildet sein können und die Trägerplatten unaufwendig miteinander verbunden werden können. Insbesondere besteht die Möglichkeit, als Ausgangsmaterial für die Elektroden des Quadrupols handelsübliche Fertigware zu verwenden, die dem gegebenenfalls kurvigen Verlauf der Sollflugbahn durch entsprechende Biegung oder Krümmung anzupassen ist. Dadurch, daß die Elektroden des Quadrupols in den Aufnahmen der beiden Trägerplatten angeordnet sind, ist die Möglichkeit gegeben, die Trägerplatten mit den einander zugewandten Flächen aufeinanderliegend zu verschrauben, so daß Abstandshalter oder dergleichen nicht erforderlich sind. Auch bietet diese Maßnahme eine Voraussetzung dafür, eine im wesentlichen vakuumdichte Verbindung der beiden Trägerplatten ohne weitere zusätzliche Dichtmaßnahmen zu realisieren. Nach der Erfindung ist es vorgesehen, daß in der ersten Aufnahme der ersten Trägerplatte drei Elektroden des Quadrupols und in der zweiten Aufnahme der zweiten Trägerplatte die vierte Elektrode des Quadrupols positioniert sind. Aufgrund dieser asymmetrischen Zuordnung der Elektroden des Quadrupols zu den beiden Trägerplatten wird eine besonders einfache Positionierung, Montage und Befestigung der Elektroden an der jeweiligen Trägerplatte ermöglicht.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bietet es sich an, daß die erste und zweite Aufnahme im wesentlichen ein V-Profil besitzen, und jeweils eine Elektrode im Bereich des Schnittpunktes der Schenkel des V-Profils angeordnet ist.
Von Vorteil ist es vorgesehen, daß die Schenkel des V-Profils im wesentlichen in einem rechten Winkel angeordnet sind bzw. einen solchen Winkel zwischen sich einschließen.
Dabei weist die erste Aufnahme eine größere Tiefe als die zweite Aufnahme auf, um die drei Elektroden des Quadrupols im Vergleich zu der einen einzigen in der zweiten Aufnahme positionierten Elektrode aufnehmen zu können.
Bevorzugt bilden die erste und zweite Aufnahme der miteinander verbundenen Trägerplatten einen in Richtung der Sollflugbahn z verlaufenden Kanal, welcher eine im wesentlichen rechteckige oder bevorzugt quadratische Grundform aufweist und wobei bevorzugt und von besonderem Vorteil in jeder Ecke des Kanals eine Elektrode des Quadrupols positioniert ist.
Die im wesentlichen langgestreckten Elektroden des Quadrupols sind nach einer anderen, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Stäbe mit im Querschnitt Rechteck- oder bevorzugt Quadrat-Profil ausgebildet. Derartige Stäbe sind handelsüblich erhältlich und erfordern allenfalls eine nur geringe individuelle Bearbeitung, um als Elektroden des Quadrupols in der Kollisionskammer eingesetzt werden zu können.
Die erste und zweite Aufnahme besitzen nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine mittig angeordnete stufige Vertiefung, in der jeweils eine Elektrode des Quadrupols angeordnet ist. Diese beiden Elektroden sind im montierten Endzustand der Trägerplatten diametral zueinander und rotationssymmetrisch zur Sollflugbahn z angeordnet.
Von Vorteil besitzt die erste Aufnahme in den beiden Randabschnitten jeweils eine stufige Erweiterung, in welche jeweils eine Elektrode des Quadrupols angeordnet ist. Auch diese beiden in dem Randbereich der ersten Aufnahme angeordneten Elektroden sind im montierten Zustand der Trägerplatten diametral zueinander und rotationssymmetrisch zur Sollflug bahn z angeordnet. Dabei ist zu beachten, daß diese im Randbereich der ersten Aufnahme angeordneten Elektroden mit ihrer nach oben weisenden Fläche im wesentlichen bündig zu der Fläche der ersten Trägerplatte angeordnet sind und im montierten Zustand beider Trägerplatten zumindest teilweise von der zugewandten Fläche der zweiten Trägerplatte beaufschlagt werden.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenigstens eine Elektrode mit der ersten oder zweiten Trägerplatte zu verkleben oder im Preßsitz zu verbinden.
Im montierten Endzustand der Trägerplatten sind die Elektroden bezüglich der Sollflugrichtung z in einer 90°-Rotationssymmetrie angeordnet. Auch sind die Elektroden in einem kartesischen Koordinatensystem bezüglich einer y-z- und/oder x-z-Ebene spiegelsymmetrisch angeordnet.
Von besonderem Vorteil verlaufen die zugewandten Flächen der Trägerplatten parallel und mit Abstand zur x-z-Ebene, wobei der Abstand Werte von bevorzugt etwa der Hälfte des quadratischen Querschnitts der Elektrode aufweist.
Die Kollisionskammer zeichnet sich nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung dadurch aus, daß die erste und zweite Trägerplatte mit den einander zugewandten, die erste und zweite Aufnahme aufweisenden Flächen im wesentlichen plan aufeinanderliegend miteinander verbunden sind. Hierdurch kann auf Abstandshalter oder sonstige zusätzlichen Teile ohne weiteres verzichtet werden.
Von Vorteil weisen die plan aufeinanderliegenden Flächen im wesentlichen eine vakuumdichte Verbindung miteinander auf.
Die Elektroden bestehen nach einer vorteilhaften Ausgestaltung bevorzugt aus Aluminium und sind gegebenenfalls poliert und/oder vergoldet.
Die Trägerplatten bestehen bevorzugt aus Acrylglas oder Polycarbonat.
Die Sollflugbahn z in der Kollisionskammer ist entweder über die gesamte Länge der Kollisionskammer linear oder weist nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zunächst einen im wesentlichen linearen Abschnitt und einen anschließenden gekrümmten Abschnitt auf.
Dabei ist der gekrümmte Abschnitt der Sollflugbahn z bevorzugt als ein Kreisbogen, bevorzugt als ein ca. 90°-Kreisbogen ausgebildet.
Die Erfindung betrifft auch eine erfindungsgemäß Kollisionskammer in Kombination mit einem Triple-Quadrupol-Massenspektrometer, wobei eine Ionenquelle, ein erster Quadrupol, die Kollisionskammer mit dem weiteren Quadrupol, ein dritter Quadrupol sowie ein Detektor bzw. Ionendetektor in Richtung der Sollflugbahn z hintereinander positioniert sind.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 in schematischer Prinzipdarstellung und Draufsicht ein Ausführungsbeispiel eines Triple-Quadrupol-Massenspektrometers mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kollisionskammer,
2 eine Draufsicht auf die erste Trägerplatte der Kollisionskammer,
3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A der 2,
4 eine Draufsicht auf die zweite Trägerplatte der Kollisionskammer,
5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie C-C der 4,
6 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kollisionskammer, wobei erste und zweite Trägerplatte miteinander verbunden sind,
7 eine Sicht in Richtung der z-Achse auf einen Endabschnitt der erfindungsgemäßen Kollisionskammer, wobei die Elektroden schraffiert dargestellt sind und
8 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kollisionskammer entlang einer Schnittlinie rechtwinklig zur z-Achse.
Das in 1 dargestellte Massenspektrometer 12 ist als Triple-Quadrupol-Massenspektrometer 60 ausgebildet und besteht aus einer Reihenschaltung einer Ionenquelle 62, an welche ein erster Quadrupol 64 anschließt. Darauf folgt die Kollisionskammer 10 mit dem weiteren Quadrupol 14, welche vorliegend einen linearen Abschnitt 54 sowie einen anschließendenden gekrümmten Abschnitt 56 (6) besitzt. An die Kollisionskammer 10 schließen sich der dritte Quadrupol 66 und nachfolgend der Detektor 68 an.
Bei einem derartigen Triple-Quadrupol-Massenspektrometer 60 dient der erste Quadrupol 64 zur Massenanalyse der Ionen, der zweite zum Hindurchleiten durch eine mit Gas wie N₂, He oder Ar gefüllte Kollisionskammer 10 mit Quadrupol 14 und der dritte Quadrupol 66 wiederum zum Scannen der Ionen. Diese Anordnung erlaubt neben einfacher Massenspektrometrie eine gezielte Fragmentierung in der Kollisionszelle oder -kammer 10 und die Massenanalyse der Fragmente, auch Tochter-Ionen genannt. Man nennt diese Anordnung auch MS/MS oder Tandem-MS. Die Fragmentierung in der Kollisionskammer 10 erfolgt durch Anlegen einer Beschleunigungsspannung und dadurch ausgelöste Zusammenstöße der Ionen mit den Gasteilchen (CID-Kollisionsinduzierte Fragmentierung). Mit einem solchen Triple-Quadrupol-Massenspektrometer sind drei verschiedene Arten von MS/MS-Experimenten möglich. Bei der Tochter-Ionen-(bzw. Produkt-Ionen-)Analyse wird der erste Quadrupol 64 auf ein bestimmtes Masse/Ladungs-Verhältnis eingestellt, im zweiten Quadrupol 14 bzw. in der Kollisionskammer 10 findet die Fragmentierung durch CID statt und im dritten Quadrupol 66 werden die Massen der Fragmente analysiert. Die Produkt-Ionen-Analyse wird sehr häufig angewandt, gerade auch für die spezifische Quantifizierung beim Einsatz als Detektor in der Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (HPTLC). Die Vorläufer-Ionen-Analyse (precurser ion scan) arbeitet umgekehrt, der dritte Quadrupol 66 wird auf eine bestimmte Masse fixiert und der erste Quadrupol 64 liefert ein Spektrum aller Massen, die ein derartiges Fragment ergeben. Damit ist es zum Beispiel möglich, verschiedene Substanzen zu erfassen, die ein bestimmtes charakteristisches Strukturelement enthalten. Bei der Neutralverlust-Analyse scannt der dritte Quadrupol 66 synchron mit dem ersten Quadrupol 64, allerdings um eine bestimmte Massendifferenz zurückversetzt. So lassen sich alle die Ionen nachweisen, die einen bestimmten Masseverlust bei der Fragmentierung in der Kollisionskammer 10 zeigen.
Die weiteren Darstellungen der 2 bis 8 geben nun verschiedene Einzelheiten der konstruktiven Ausgestaltung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kollisionskammer 10 des Massenspektrometers 12 zur Massenanalyse von Ionen wieder. Beim Durchlaufen der Kollisionskammer 10 auf einer Sollflugbahn z kollidieren die aus dem ersten Quadrupol 64 austretenden Ionen mit dem in der Kollisionskammer 10 befindlichen Gasatomen oder -molekül – wie beispielsweise Ar, He, N₂. Dabei ist in der Kollisionskammer 10 entlang zumindest eines Teilabschnitts der Sollflugbahn z ein Quadrupol 14 bestehend aus vier Elektroden 16, 18, 20, 22 angeordnet, wobei die Elektroden 16, 18, 20, 22 jeweils paarweise im wesentlichen diametral einander gegenüberliegend und mit Abstand im wesentlichen parallel zur Sollflugbahn z verlaufend in der Kollisionskammer 10 positioniert sind. Die Kollisionskammer 10 weist eine erste Trägerplatte 24 (2, 3) sowie eine zweite Trägerplatte 26 (4, 5) auf, an der die Elektroden 16 bis 22 des Quadrupols 14 angeordnet sind. Die erste und zweite Trägerplatte 24, 26 sind zur Bildung der Kollisionskammer 10 (6) lösbar miteinander verbindbar, wobei einander zugewandte Flächen 28, 30 jeweils eine nut- oder rinnenförmig in Richtung der Sollflugbahn z angeordnete erste und zweite Aufnahme 32, 34 besitzen.
In der Aufnahme 32, 34 ist jeweils wenigstens eine der Elektroden 16, 18, 20, 22 des Quadrupols angeordnet bzw. aufgenommen. Wie insbesondere aus den 3, 5, 7 und 8 ersichtlich ist, sind in der ersten Aufnahme 32 der ersten Trägerplatte 24 drei Elektroden 16, 18, 20 des Quadrupols 14 und in der zweiten Aufnahme 34 der zweiten Trägerplatte 26 die vierte Elektrode 22 des Quadrupols 14 positioniert. Dabei besitzen die erste und zweite Aufnahme 32, 34 im wesentlichen ein V-Profil, wobei jeweils eine Elektrode 18, 22 im Bereich des Schnittpunktes der Schenkel 36, 38 bzw. 40, 42 des jeweiligen V-Profils angeordnet ist. Auch ist aus den Figuren ersichtlich, daß die Schenkel 36, 38 bzw. 40, 42 im wesentlichen in einem rechten Winkel angeordnet sind bzw. diesen zwischen sich einschließen. Insbesondere aus der vergrößerten Darstellung der 8 wird deutlich, daß die erste Aufnahme 32 eine größere Tiefe als die zweite Aufnahme 34 aufweist. Der Unterschied der Tiefe der beiden Aufnahmen 32, 34 liegt im Bereich der Dicke des Querschnittsprofils der Elektroden 16, 20.
Auch wird aus der Darstellung der 8 ersichtlich, daß die erste und zweite Aufnahme 32, 34 der miteinander verbundenen Trägerplatten 24, 26 einen in Richtung der Sollflugbahn z verlaufenden Kanal 44 bilden, der eine im wesentlichen rechteckige oder gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel quadratische Grundform aufweist. Von Vorteil ist gemäß einer eigenständigen Ausgestaltung der Erfindung in jeder Ecke des rechteckförmigen bzw. qua dratischen Kanals 44 eine Elektrode 16, 18, 20, 22 des Quadrupols 14 positioniert. Die langgestreckten Elektroden 16 bis 22 des Quadrupols 14, die sich bevorzugt über die gesamte Länge der Kollisionskammer 10 entlang der Sollflugbahn z erstrecken, sind als Stäbe mit im Querschnitt Rechteck- oder bevorzugt Quadratprofil ausgebildet. Die erste und zweite Aufnahme 32, 34 besitzen jeweils eine mittig angeordnete stufige Vertiefung 46, 48 im Bereich des Schnittpunkts der Schenkel 36, 38 bzw. 40, 42 des V-Profils, in der jeweils eine Elektrode 18, 22 des Quadrupols 14 angeordnet ist. Weiterhin besitzt die erste Aufnahme 32 in den beiden Randabschnitten, wie beispielsweise aus 3 und 8 ersichtlich ist, jeweils eine stufige Erweiterung 50, 52, in welcher jeweils eine Elektrode 16, 20 des Quadrupols 14 angeordnet ist.
Wenigstens eine der Elektroden 16 bis 22 ist mit der ersten und/oder zweiten Trägerplatte 24, 26 verklebt oder im Preßsitz verbunden. Weiterhin sind die Elektroden 16 bis 22 in einer 90°-Rotationssymmetrie zur Sollflugbahn z angeordnet (8). Des weiteren ist aus 8 ebenfalls ersichtlich, daß die Elektroden 16 bis 22 des Quadrupols 14 im kartesischen Koordinatensystem bezüglich einer y-z- und/oder x-z-Ebene spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Auch ist zu erwähnen, daß die zugewandten Flächen 28, 30 der Trägerplatten 24, 26 parallel und mit einem Abstand 58 zur x-z-Ebene verlaufen, wobei der Abstand 58 Werte von bevorzugt etwa der Hälfte des quadratischen Querschnitts der Elektroden 16 bis 22 aufweist.
Die erste und zweite Trägerplatte 24, 26 sind mit den einander zugewandten, die erste und zweite Aufnahme 32, 34 aufweisenden Flächen 28, 30 im wesentlichen plan aufeinanderliegend miteinander verbunden. Die plan aufeinanderliegenden Flächen der miteinander verbundenen Trägerplatten 24, 26 weisen eine im wesentlichen vakuumdichte Verbindung auf, so daß von außen Gas nicht in wesentlichen Mengen in den Kanal 44 durch die plan aufeinanderliegenden Flächen 28, 30 eintreten kann.
Weiterhin ist zu erwähnen, daß die Elektroden 16, 18, 20, 22 aus Metall, bevorzugt Aluminium, bestehen, welches gegebenenfalls poliert und/oder vergoldet ist. Bei diesen Elektroden handelt es sich nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel um langgestreckte Aluminium-Vierkant-stäbe mit quadratischem Querschnittsprofil, welche handelsüblich erhältlich sind und allenfalls nach Durchführung eines Biegevorganges zur Anpassung an die gekrümmte Sollflugbahn z ohne weiteres als Elektroden 16 bis 22 eines Quadrupols einsetzbar sind. Die Trägerplatten 24, 26 bestehen bevorzugt aus Acrylglas oder Polycarbonat, wobei die Aufnahmen 32, 34 in die Platten eingefräst sein können.
Wie insbesondere aus den 1, 2 und 4 ersichtlich, weist die Sollflugbahn z der Ionen in der Kollisionskammer 10 zunächst einen linearen Abschnitt 54 und einen daran anschließenden gekrümmten Abschnitt 56 auf. Der gekrümmte Abschnitt 56 ist bevorzugt als Kreisbogenkrümmung mit einem Bogen von ca. 90° ausgebildet. Es versteht sich, daß je nach individueller Situation auch andere Krümmungen im Bereich von 45° bis 180° denkbar und ausführbar sind. Auch kann je nach Platzangebot eine Kollisionskammer 10 mit ausschließlich linearer Sollflugbahn z zum Einsatz gelangen.
Der Einsatz dieser Kollisionskammer 10 bietet sich insbesondere in einem Triple-Quadrupol-Massenspektrometer 60 gemäß der Darstellung 1 an. Weiterhin versteht sich, daß es auch im Rahmen der Erfindung liegt, die ersten und dritten Quadrupole 64, 66 in der gemäß 8 für den Quadrupol 14 der Kollisionskammer 10 angegebenen Weise zu realisieren.
Allerdings sind an den Quadrupol 14 der Kollisionskammer 10 hinsichtlich der Präzision der Oberflächen der Elektroden 16 bis 22 nicht ganz so hohe Anforderungen zu stellen, wie an die Meß-Quadrupole 64, 66, so daß die erfindungsgemäße Ausbildung bevorzugt bei Kollisionskammer-Quadrupolen zum Einsatz gelangt.

10: Kollisionskammer
12: Massenspektrometer
14: Quadrupol
16: Elektroden
18: Elektroden
20: Elektroden
22: Elektroden
24: 1. Trägerplatte
26: 2. Trägerplatte
28: Fläche (von 24)
30: Fläche (von 26)
32: 1. Aufnahme
34: 2. Aufnahme
36, 38: Schenkel (von 32)
40, 42: Schenkel (von 34)
44: Kanal
46: stufige Vertiefung
48: stufige Vertiefung
50: stufige Erweiterung
52: stufige Erweiterung
54: linearer Abschnitt
56: gekrümmter Abschnitt
58: Abstand
60: Triple-Quadrupol-Massenspektrometer
62: Ionenquelle
64: erster Quadrupol
66: dritter Quadrupol
68: Detektor

Claims

Kollisionskammer (10) eines Massenspektrometers (12) zur Massenanalyse von Ionen, wobei die Ionen die mit einem Gas, wie z. B. Ar, He, N₂, beaufschlagte Kollisionskammer (10) auf einer Sollflugbahn z durchlaufen und in der Kollisionskammer (10) entlang zumindest eines Teilabschnitts der Sollflugbahn z ein Quadrupol (14) bestehend aus vier Elektroden (16, 18, 20, 22) angeordnet ist, wobei die Elektroden (16, 18, 20, 22) jeweils paarweise diametral einander gegenüberliegend und mit Abstand parallel zur Sollflugbahn (z) verlaufend in der Kollisionskammer (10) positioniert sind, und die Kollisionskammer (10) eine erste und eine zweite Trägerplatte (24, 26) aufweist, an der die Elektroden (16, 18, 20, 22) des Quadrupols (14) angeordnet sind, die erste und zweite Trägerplatte (24, 26) lösbar miteinander verbindbar sind und in einander zugewandten Flächen (28, 30) jeweils eine nut- oder rinnenförmige in Richtung der Sollflugbahn (z) angeordnete erste und zweite Aufnahme (32, 34) besitzen, wobei in der Aufnahme (32, 34) jeweils wenigstens eine der Elektroden (16, 18, 20, 22) des Quadrupols (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Aufnahme (32) der ersten Trägerplatte (24) drei Elektroden (16, 18, 20) des Quadrupols (14) und in der zweiten Aufnahme (34) der zweiten Trägerplatte (26) die vierte Elektrode (22) des Quadrupols (14) positioniert sind.
Kollisionskammer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Aufnahme (32, 34) ein V-Profil besitzen und jeweils eine Elektrode (18, 22) im Bereich des Schnittpunktes der Schenkel (36, 38 bzw. 40, 42) des V-Profils angeodnet ist.
Kollisionskammer (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (36, 38 bzw. 40, 42) in einem rechten Winkel angeordnet sind.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Aufnahme (32) eine größere Tiefe als die zweite Aufnahme (34) aufweist.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Aufnahme (32, 34) der miteinander verbundenen Trägerplatten (24, 26) einen in Richtung der Sollflugbahn (z) verlaufenden Kanal (44) bilden, der eine rechteckige oder quadratische Grundform aufweist, wobei in jeder Ecke des Kanals (44) eine Elektrode (16, 18, 20, 22) des Quadrupols (14) positioniert ist.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Elektroden (16, 18, 20, 22) des Quadrupols (14) als Stab mit im Querschnitt Rechteckprofil ausgebildet ist.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Elektroden (16, 18, 20, 22) des Quadrupols (14) als Stab mit im Querschnitt Quadratprofil ausgebildet ist.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Aufnahme (32, 34) jeweils eine mittig angeordnete stufige Vertiefung (46, 48) besitzen, in der jeweils eine Elektrode (18, 22) des Quadrupols (14) angeordnet ist.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Aufnahme (32) in den beiden an die Fläche (30) angrenzenden Randabschnitten jeweils eine stufige Erweiterung (50, 52) besitzt, in welcher jeweils eine Elektrode (16, 20) des Quadrupols (14) angeordnet ist.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Elektrode (16, 18, 20, 22) mit der ersten und/oder zweiten Trägerplatte (24, 26) verklebt oder im Preßsitz verbunden ist.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16, 18, 20, 22) in einer 90°-Rotationssymmetrie angeordnet sind.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16, 18, 20, 22) im kartesischen Koordinatensystem bezüglich einer y-z- und/oder x-z-Ebene spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zugewandten Flächen (28, 30) der Trägerplatten (24, 26) parallel und mit einem Abstand (58) zur x-z-Ebene verlaufen, wobei der Abstand (58) Werte von etwa der Hälfte des quadratischen Querschnitts der Elektrode (16, 18, 20, 22) aufweist.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Trägerplatte (24, 26) mit den einander zugewandten, die erste und zweite Aufnahme (32, 34) aufweisenden Flächen (28, 30) plan aufeinanderliegend miteinander verbunden sind.
Kollisionskammer (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die plan aufeinanderliegenden Flächen (28, 30) eine vakuumdichte Verbindung aufweisen.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (16, 18, 20, 22) aus Aluminium, gegebenenfalls poliert und/oder vergoldet, bestehen.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Trägerplatten (24, 26) aus Acrylglas oder Polycarbonat besteht.
Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollflugbahn (z) in der Kollisionskammer (10) insgesamt entweder linear ist oder zunächst einen linearen Abschnitt (54) und einen daran anschließenden gekrümmten Abschnitt (56) aufweist.
Kollisionskammer (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Abschnitt (56) als Kreisbogen ausgebildet ist mit einem Bogenwinkel im Bereich von 45° bis 180°.
Kollisionskammer (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Bogenwinkel 90° beträgt.
Triple-Quadrupol-Massenspektrometer (60) in Kombination mit einer Kollisionskammer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Ionenquelle (62), ein erster Quadrupol (64), die Kollisionskammer (10) mit dem weiteren Quadrupol (14), ein dritter Quadrupol (66) sowie ein Detektor (68) in Richtung der Sollflugbahn (z) hintereinander positioniert sind.