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Verriegelungsmassen
werden häufig
verwendet, um Massenspektrometerinstrumente während eines Betriebs in Echtzeit
zu kalibrieren. Dieselben können
in ein Massenspektrometer entweder extern oder intern eingebracht
werden. Bei einer externen Einbringung werden die Verriegelungsmassen eventuell
mit den Analyten oder in der Nähe
derselben bei oder nahe der Ionenquelle des Massenspektrometers
eingebracht, so dass die Verriegelungsmassen durch den gleichen
Mechanismus wie die Analyte ionisiert werden. Bei einer internen
Einbringung werden Verriegelungsmassenionen getrennt erzeugt und
stromabwärts
von der Analytionenquelle entweder über eine Kapillare oder direkt
in die Ionenoptikregion einer Vakuumstufe des Massenspektrometers
eingebracht. Eine interne Einbringung, die in den US-Patenten Nr.
6,649,909 und 6,797,947 an Russ IV u. a. und in der gemeinschaftlich übertragenen
und ebenfalls anhängigen
US-Patentanmeldung an
Fischer u. a. mit dem Titel „Lock
mass Introduction via a Capillary" beschrieben ist, weist die Vorteile
auf, dass die Verriegelungsmassenionen unabhängig gebildet sind und somit
eine Analytionenprobenintegrität
oder eine Analytionenerzeugung nicht beeinflussen. Zusätzlich können die
Verriegelungsmassen unabhängig
von dem Typ einer Quelle, die verwendet wird, um die Analyte zu
ionisieren, erzeugt und eingebracht werden.
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Während eine
interne Verriegelungsmasseneinbringung sich als eine extrem nützliche
Technik erwiesen hat, stellt dieselbe manchmal Probleme einer gegenseitigen
Beeinflussung bzw. Störung
zwischen den Analytionen und den Verriegelungsmassenionen sowohl
vor als auch nach einer Erfassung dar. Erstens können Analytionen durch die
Verriegelungsmasse aufgrund von Ladungs-, chemischen und Kollisionswirkungen
unterdrückt
werden. Zusätzlich
können
sich Verriege lungsmassenionen mit einem interessierenden Analytion
in einem Massenspektrum überlappen
und somit die Analyse des Analyts stören.
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Umgekehrt
gibt es Ausprägungen,
bei denen Analytionen die genaue Massenzuweisung der Verriegelungsmasse
stören,
wie das folgende Beispiel veranschaulicht. Es sei angenommen, dass
eine Analythauptspitze eine Masse von 550 AMU aufweist, eine Verriegelungsmasse
eine Masse von 600 AMU mit einer Häufigkeit von 10 % der Analythauptspitze
aufweist und ein Verunreinigungsstoff in dem Spektrum mit einer
Masse von 600,03 AMU und einer Häufigkeit
von 1 % der Hauptspitze erscheint. Der Unterschied zwischen der
Verriegelungsmasse und der Verunreinigungsmasse ist eventuell selbst
unter Verwendung eines hoch auflösenden
Instruments nicht auflösbar,
wie beispielsweise eines Flugzeit-Massenanalysators (TOF-Massenanalysator; TOF
= Time-Of-Flight).
Ein Analysealgorithmus ist eventuell nicht in der Lage, die Verriegelungsmassenspitze
von der Verunreinigungsstoffspitze zu unterscheiden, und der Verriegelungsmasse
wird deshalb eventuell ein Schwerpunktwert zugewiesen, der die Spitzen
kombiniert, was in einem Fehler von bis zu 5 ppm (parts per million
= Teile je Million Teile) resultiert. Falls der Verunreinigungsstoff
häufiger
ist, kann der Fehler wesentlich größer sein.
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Aufgrund
der niedrigeren Frequenz von natürlich
auftretenden Verunreinigungsstoffmolekülen hoher Masse ist eine derartige
Störung
von Verunreinigungsstoffen innerhalb einer Probe oder eines Instruments
gewöhnlich
nicht so problematisch, wenn Verriegelungsmassen mit großen Molekülen verwendet
werden. Jedoch neigen große
biologische Moleküle
aufgrund der zahlreichen Isotopvarianten derselben dazu, ein breites
Spektrum abzudecken. Eine oder mehrere Isotopvarianten können mit
der Verriegelungsmassenspitze überlappen
und die Massenzuweisung derselben auf eine Weise stören, die
analog zu einer Verunreinigung ist.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Kalibrieren
eines Massenspektrometriesystems, ein Massenspektrometer und ein
Massenspektrometriesystem mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Massenspektrometer
gemäß Anspruch
13 und ein Massenspektrometriesystem gemäß Anspruch 26 und Anspruch
30 gelöst.
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Bei
einem Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren
eines Massenspektrometriesystems vor, das ein intermittierendes Einbringen
von Verriegelungsmassenionen in die Transportregion eines Massenspektrometers
auf eine gepulste Weise und ein Erfassen von Analytionen und/oder
Verriegelungsmassenionen bei dem Massenanalysator umfasst. Bei einem
Ausführungsbeispiel
werden Analytionen auch in die Transportregion des Massenspektrometers
von der Analytionenquelle intermittierend auf eine gepulste Weise
eingebracht.
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Bei
einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Massenspektrometer
vor, das eine Analytionenquelle zum Liefern von Analytionen, einen
Massenanalysator, der stromabwärts
von der Analytionenquelle gelegen ist, eine Transportregion, die
zwischen der Analytionenquelle und dem Massenanalysator gelegen
ist, eine Verriegelungsmassenionenquelle, die benachbart zu der
Transportregion gelegen ist, und eine Einrichtung zum intermittierenden
Einbringen von Verriegelungsmassenionen von der Verriegelungsmassenionenquelle
auf eine gepulste Weise in die Transportregion des Massenspektrometers
umfasst.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1A eine
schematische Darstellung eines Massenspektrometriesystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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1B eine
schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Massenspektrometers
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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1C eine schematische Darstellung eines anderen
Ausführungsbeispiels
eines Massenspektrometers gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer GC/MS-Schnittstelle;
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1D eine schematische Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels
eines Massenspektrometers gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung mit einer GC/MS-Schnittstelle und einer
stromaufwärts
gelegenen Verriegelungsmassenquelle;
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2A einen
Graphen eines Ionenbetrags über
der Zeit, der ein Beispiel an Pulsen des Analyt- und des Verriegelungsmassenionenstroms
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2B die
Wiederholung der in 2A gezeigten Pulse;
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2C einen
anderen Graphen eines Ionenbetrags über der Zeit, der einen Analytionenstrom darstellt,
der nicht mit einem gepulsten Verriegelungsmassenionenstrom gepulst
ist;
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3A ein
beispielhaftes Analytspektrum, das ohne Verriegelungsmassenspektraldaten
erzeugt ist, gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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3B eine
beispielhafte Verriegelungsmassenspitze, die ohne Analytspektraldaten
erzeugt ist, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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A. Definitionen
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Bei
einem Beschreiben und Beanspruchen der vorliegenden Erfindung wird
die folgende Terminologie gemäß den unten
dargelegten Definitionen verwendet.
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Wie
in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet, umfassen die
Singularformen „ein", „eine" und „der, die,
das" Pluralbezüge, wenn
der Kontext es nicht deutlich anderweitig vorschreibt.
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Es
ist ebenfalls am Anfang zu beachten, dass die Begriffe „Verriegelungsmasse" und „Referenzmasse" auf dem Gebiet austauschbar
verwendet werden, um eine bekannte Masse zu beschreiben, die verwendet
wird, um ein Massenspektrometerinstrument zu kalibrieren. Der Begriff „Verriegelungsmasse" wird hierin durchgehend
verwendet, aber dieser Begriff soll den Begriff „Referenzmasse" umschließen, wie
derselbe durch Fachleute auf dem Gebiet gut verstanden wird.
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Der
Begriff „gepulste
Weise", wie derselbe hierin
verwendet wird, bedeutet ein Wirksamsein in einem „Ein"- oder „Hoch"-Zustand, für eine bestimmte Dauer, gefolgt
durch einen „Aus"- oder „Niedrig"-Zustand für eine weitere
Dauer, die sich von der Dauer des Ein-Zustands unterscheiden kann
oder nicht (oder umgekehrt). Eine Anzahl von Ein- und Aus-Zuständen können einander
in einer Reihe folgen.
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Die
Begriffe „Ein-Puls" und „Aus-Puls" beziehen sich auf
die „Ein"- oder „Hoch"-Zustände bzw.
die „Aus"- oder „Niedrig"-Zustände eines
Parameters während
eines Betriebs auf eine gepulste Weise.
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Der
Ausdruck „benachbart" bedeutet nahe, neben
oder angrenzend. Etwas Benachbartes kann sich auch in Kontakt mit
einer anderen Komponente befinden, die andere Komponente umgeben
(d. h. konzentrisch mit derselben sein), von der anderen Komponente
beabstandet sein oder einen Abschnitt der anderen Komponente enthalten.
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Der
Ausdruck „Analytionenquelle" bezieht sich auf
irgendeine Quelle, die Analytionen erzeugt.
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Der
Ausdruck „Verriegelungsmassenionenquelle" bezieht sich auf
irgendeine Quelle, die Verriegelungsmassenionen erzeugt.
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Der
Ausdruck „Elektrospray-Ionisierungsquelle" bezieht sich auf
einen Zerstäuber
und zugeordnete Teile zum Erzeugen von Elektrospray-Ionen. Der Zerstäuber kann
sich bei einem Massepotential befinden oder nicht. Der Begriff sollte
ferner breit aufgefasst werden, um eine Vorrichtung oder ein Gerät aufzuweisen,
wie beispielsweise eine Röhre
mit einer Elektrode, die geladene Partikel entladen kann, die ähnlich oder
identisch diesen Ionen sind, die unter Verwendung von Elektrospray-Ionisierungstechniken erzeugt
werden, die auf dem Gebiet gut bekannt sind.
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B. Beschreibung
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht,
dass Verriegelungsmassenionen und Analytionen in die Transportregion
eines Massenspektrometers auf eine gepulste Weise eingebracht werden.
Ein Vorzug eines derartigen gepulsten Betriebs besteht darin, dass
getrennte Massenspektren für
die Analyte und die Verriegelungsmasse erzeugt werden können, d. h.
ein Spektrum der Analytionen, das kein erhebliches Verriegelungsmassenionensignal
umfasst, und, falls erwünscht,
ein Spektrum der Verriegelungsmasse, das kein erhebliches Analytionensignal
umfasst.
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1A stellt
ein exemplarisches Massenspektrometriesystem 1 dar, das
optional eine gepulste interne Verriegelungsmassenioneneinbringung
liefert und ferner optional eine gepulste Analytioneneinbringung
gemäß der vorliegenden
Erfindung liefert. Wie es gezeigt ist, umfasst ein Massenspektrometriesystem 1 eine
Analytionenquelle 5 und ein Massenspektrometer 10.
Die Ionenquelle 5 erzeugt Ionen aus einer Probe von Analytverbindungen,
die unter Verwendung einer Flüssigkeits-
oder Gaschromatographieschnittstelle (LC- oder GC-Schnittstelle;
LC = Liquid Chromatography; GC = Gas Chromatography) zu der Ionenquelle
geliefert werden können.
Die Ionenquelle 5 kann einen oder mehrere Ionisierungsmodi
aufweisen, einschließlich
Atmosphärendruckionisierungstechniken,
wie beispielsweise Elektrospray, Atmosphärendruckphotoionisierung (APPI
= Atmospheric Pressure Photoionization), chemische Atmosphärendruckionisierung
(APCI = Atmospheric Pressure Chemical Ionization) und matrixgestützte Atmosphärendrucklaserdesorptionsionisierung (AP-MALDI
= Atmospheric Pressure Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization),
unter anderen bekannten Typen.
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Analytionen,
die bei der Ionenquelle 5 erzeugt werden, werden durch
elektrische Felder und Gasdynamik durch eine Apertur einer Schnittstelle 8, wie
beispielsweise einer Kapillare oder eines Skimmers, zu einer ersten
Vakuumstufe 15 des Massenspektrometers 10 geführt, die
bei einem Druck von mehreren Torr gehalten sein kann. Innerhalb
der ersten Vakuumstufe 15 unterliegen die Analytionen einer freien
Strahlexpansion. Ein Skimmer 17 an dem stromabwärts gelegenen
Ende der ersten Vakuumstufe 15 fängt die Strahlexpansion ab
und ein Teil der Analytionen, die eine Bahn näherungsweise entlang der mittleren
Achse des Massenspektrometers 10 aufweisen, durchlaufen
den Skimmer 17 in eine zweite Vakuumstufe 20,
die bei einem Druck von etwa einer Größenordnung unter dem Druck
in der ersten Vakuumstufe 15 gehalten sein kann.
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Die
zweite Vakuumstufe umfasst Ionenoptiken 24, die einen Multipol-Stabsatz
und andere Elektroden und/oder eine elektrostatische Linse aufweisen
können,
die auf dem Gebiet zum Erzeugen präziser elektrischer Felder bekannt
sind. Eine HF-Spannung aus einer HF/DC-Spannungsquelle 26 wird
an die Ionenoptiken 24 angelegt, was die Analytionen zu
der mittleren Achse des Spektrometers hin fokussiert. Eine schaltbare
DC-Spannung von der Quelle 26 kann ferner an die Ionenoptiken
angelegt werden, die, wie es bei normalen Abtastmodi auftritt, verwendet
werden kann, um die Analytionen in eine orthogonale Richtung weg
von der mittleren Achse abzulenken (durch den gekrümmten Abschnitt
der gepunkteten Linie in 1A gezeigt),
wenn erwünscht
ist, den Analytionenstrom für
eine Dauer abzuschalten, was in einem Analytionen-„Aus"-Puls resultiert.
Es ist zu beachten, dass das Umleiten des Analytionenstroms unter
Verwendung von Ionenoptiken in der zweiten Vakuumstufe lediglich
eine Implementierung von irgendeiner Anzahl unterschiedlicher Weisen
darstellt, in denen ein Analyt-Aus-Puls bewirkt werden kann. Zum
Beispiel kann ferner eine Abstoßerplatte
in der zweiten Vakuumstufe (nicht gezeigt) enthalten sein, die eingeschaltet
werden kann, um die Vorwärtsbahn
der Analytionen zu stoppen, was ebenfalls in einem Analytionen-„Aus"-Puls resultiert.
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Während eines
Analyt-Ein-Pulses, wenn eine Transmission der Analytionen durch
das Massenspektrometer 10 erwünscht ist, werden Nur-HF-Felder
an die Ionenoptiken 24 angelegt und die Analytionen durchlaufen
einen weiteren Skimmer oder eine weitere Apertur 26 zu
einer dritten Vakuumstufe 30, die bei einem Druck von einer
oder mehreren Größenordnungen
unterhalb der zweiten Vakuumstufe gehalten ist, wie beispielsweise
in dem Millitorr-Bereich. Die dritte Vakuumstufe 30 umfasst
Ionenoptikelemente 32, die interpretiert werden sollten, um
alle Ionenoptikelemente von der dritten Vakuumstufe bis zu dem Massenanalysator 50 zu
umfassen, einschließlich
Skimmerelementen, Elektroden, Linsen und Multipol-Elementen. Die
Region innerhalb der Ionenoptiken 32, durch die Ionen zu
dem Massenanalysator 50 hin getragen werden, ist hierin
als die „Transportregion" 45 bezeichnet.
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Eine
Quelle von Verriegelungsmassenionen 35 ist benachbart zu
den Ionenoptiken 32 gelegen. Die Verriegelungsmassenquelle 35 kann
bei einem höheren
Druck als die dritte Vakuumstufe gehalten sein, so dass Verriegelungsmassenmoleküle in einem
gasförmigen
Zustand durch einen Einlass 36 in die dritte Vakuumstufe 30 fließen, wo
dieselben durch Gasdynamik und den Fluss von Analytionen (wenn der
Analytionenstrom vorhanden ist) in eine Ionisierungsregion 37 in
die Ionenoptiken 32 gezogen werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
besteht die Funktion der Quelle 35 darin, Verriegelungsmassenmoleküle zu der
Ionisierungsregion 37 innerhalb der Ionenoptiken 32 zu
liefern, wobei die Ionenoptiken Emissionen von einer Ionisierungsvorrichtung 38 unterliegen.
Die Verriegelungsmassenmoleküle
können
irgendeine chemische Spezies sein, die unter einem reduzierten Druck
und/oder erhöhten
Temperaturpegeln flüchtig,
wenn dieselbe Photonen oder einem ionisierten Reagenzgas, wie beispielsweise Aceton,
ausgesetzt ist, chemisch stabil und ionisierbar ist. Zahlreiche
organische Chemikalien, wie beispielsweise fluorierte Phosphazine
und Polyethylenglykole, sind Beispiele von Verbindungen, die häufig als
Verriegelungsmassen verwendet werden. Diese Moleküle weisen
typischerweise Ionisierungspotentiale in dem Bereich von 7,5 bis
12 eV auf, was dieselben für
eine Ionisierung durch eine ultraviolette Strahlung besonders geeignet
macht. Die Ionisierungsvorrichtung 38 kann eine Photonenquelle
aufweisen, wie beispielsweise eine Vakuumultraviolettquelle, und
ist in enger Nähe
zu der Ionisierungsregion 37 positioniert, so dass eine
maximale Strahlung zu der Region geliefert wird. Die Ionisierungsquelle 38 empfängt eine
elektrische Leistung von einer externen Energiequelle 39.
Andere Typen von Ionisierungsquellen können ebenfalls in diesem Zusammenhang
eingesetzt werden, wie beispielsweise eine Laservorrichtung oder
eine Elektronenquelle.
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Bei
dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel
werden die Verriegelungsmassenmoleküle mit dem Massenspektrometer 10 ionisiert;
es gibt folglich zwei unterschiedliche Arten, um Verriegelungsmassenionen
in die Transportregion des Massenspektrometers auf eine gepulste
Weise gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
einzubringen: ein intermittierendes Einbringen der nichtionisierten
Verriegelungsmassenmoleküle;
und ein kontinuierliches Einbringen der Verriegelungsmassenmoleküle und anschließendes intermittierendes
Ionisieren der Verriegelungsmassenmoleküle. Es gibt zahlreiche Weisen, jede
dieser Techniken zu implementieren. Hinsichtlich der ersten Technik
kann beispielsweise ein Betätiger 42 eingesetzt
werden, um die Zufuhr der Verriegelungsmassenionen zu der Ionisierungsregion
abzuschließen.
Der Betätiger
kann beispielsweise ein mechanisches Element, das auf ein Signal
von einer Steuerung 44 anspricht und das den Einlass 41 abschließt, und/oder
eine pneumatische Vorrichtung aufweisen, die einen Gegenfluss von
Gas anlegt, um gasförmige
Verriegelungsmassenmoleküle
abzulenken, so dass dieselben nicht aus dem Einlass austreten können oder
die Ionisierungsregion 37 anderweitig nicht erreichen.
Die zweite Technik kann ein schaltbares Betreiben der Ionisierungsquelle über eine
Leistungsquelle 39 umfassen, so dass Verriegelungsmassenmoleküle intermittierend
auf eine gepulste Weise ionisiert werden. Falls die Ionisierungsvorrichtung
eine Photonenquelle ist, kann alternativ ein elektrisch angetriebener
Verschluss an dem Ende der Photoionisierungsquelle positioniert
sein und intermittierend auf eine gepulste Weise betätigt werden,
um zu verhindern, dass während
eines Verriegelungsmassenionen-Aus-Pulses Strahlung aus der Quelle
austritt.
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1B stellt
ein anderes Ausführungsbeispiel
eines Massenspektrometriesystems gemäß der vorliegenden Erfindung
dar, das Verriegelungsmassenionen über eine Kapillare stromaufwärts von
den Vakuumstufen des Massenspektrometers einbringt. In diesem Fall
werden die Verriegelungsmassenionen in der Verriegelungsmassenquellenkammer 35 und
nicht in dem Massenspektrometer 10 selbst erzeugt. Dies
ermöglicht
unterschiedliche Modi eines gepulsten Betriebs. Das Massenspektrometer 10 des in 1B gezeigten
Ausführungsbeispiels
umfasst eine Kapillare 12, die zwei getrennte Einlässe 18, 19 aufweist,
die sich an einer Verbindungsstelle 22 treffen. Diese Verbindungsstelle
kann als eine T-Verbindungsstelle
implementiert sein, so dass die Einlässe 18, 19 sich
näherungsweise
in rechten Winkeln zueinander befinden. Analytionen, die bei der
Analytionenquelle 5 erzeugt werden, werden in den Einlass 18 der
Kapillare 12 eingebracht. Während eines Analyt-Ein-Pulses
treten die Analytionen kontinuierlich in die Kapillare 12 ein
und durchlaufen die Verbindungsstelle 22 zu den Vakuumstufen
des Massenspektrometers 10 hin. Um den Analytionenstrom
zu pulsen, kann der Analytstrom bei dem Durchgang desselben durch
die Kapillare 12 vor der Verbindungsstelle 22 unter
Verwendung eines Drehverschlusses 27 oder einer ähnlichen
mechanischen Vorrichtung blockiert werden, die den Durchgang abhängig von
einem elektrischen Signal von einer Steuerung 28 öffnen oder
blockieren kann, oder es können
elektrische Felder verwendet werden, um Analytionen von einem Fließen durch
die Kapillare hindurch abzustoßen oder
anderweitig abzulenken. Es ist zu beachten, dass diese Techniken
zum Pulsen des Analytstroms bloß exemplarisch
sind und unterschiedliche Techniken durch Fachleute auf dem Gebiet
eingesetzt werden können.
Gleich welche Technik eingesetzt wird, ist es wichtig, dass der
Analytionenstrom ziemlich schnell mit möglichst wenig Zeit, die zum
rampenförmigen
Erhöhen
oder Verringern notwendig ist, abgeschaltet oder eingeschaltet wird.
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Die
Verriegelungsmassenionenquellenkammer 35 umfasst eine Verriegelungsmassenionisierungsvorrichtung 60,
die an Verriegelungsmassen innerhalb der Quelle wirksam ist, so
dass die Quelle Verriegelungsmassenionen freisetzen kann, ohne den
Bedarf nach einer externen Ionisierungsvorrichtung innerhalb des
Massenspektrometers 10. Wie es in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung
an Fischer u. a. beschrie ben ist, kann die Verriegelungsmassenionisierungsvorrichtung 60 eine
Vielfalt von Ionisierungsmodi aufweisen, entsprechend der Beschaffenheit
des verwendeten Verriegelungsmassenmaterials. Es kann beispielsweise
eine elektrische Entladungs- oder eine Ultraviolettphotonenquelle
verwendet werden, um einen gasförmigen Strom
von Verriegelungsmassenmolekülen
zu ionisieren, die aus einem Rührer
austreten, kann eine Elektrospray-Quelle verwendet werden, um eine
Verriegelungsmassenlösung,
die von einem externen Reservoir geliefert wird, zu zerstäuben und
zu ionisieren; oder kann eine Laserionisierungsvorrichtung verwendet
werden, um Verriegelungsmassen, die in einer kristallinen Matrix
eingebettet sind, zu desorbieren und zu ionisieren (MALDI). Die
Verriegelungsmassenionenquelle 35 ist über einen Einlass 36 mit der
Kapillare 12 gekoppelt. Die Verriegelungsmassenquelle 35 kann
bei einem Druck über
dem Druck gehalten sein, der in der Kapillare 12 vorherrscht,
so dass Verriegelungsmassenionen, die in der Kammer 35 erzeugt
werden, über
den Einlass 36 zu der Verbindungsstelle 22 und
von dort in die Vakuumstufen des Massenspektrometers 10 gezwungen
werden können.
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Verriegelungsmassenionen
können
in das Massenspektrometer auf eine gepulste Weise entweder durch
ein intermittierendes Erzeugen der Verriegelungsmassenionen auf
eine gepulste Weise, durch ein kontinuierliches Erzeugen der Verriegelungsmassenionen
und anschließendes
intermittierendes Freisetzen derselben auf eine gepulste Weise in
die Kapillare 12 oder eine gewisse Kombination der Techniken
eingebracht werden. Erneut gibt es eine Anzahl von Weisen, um Verriegelungsmassenionen
auf eine gepulste Weise zu erzeugen. Falls beispielsweise die Ionisierungsvorrichtung 60 eine
MALDI-Vorrichtung mit einer Verriegelungsmassenprobe umfasst, die
in einem eingegrenzten Bereich an der Oberfläche eines Substrats eingebettet
ist, kann das Substrat gedreht werden, so dass der Laser den Bereich,
der die Probe trägt,
periodisch für
eine kurze Dauer trifft, wobei Verriegelungsmassenionen auf eine
gepulste Weise ionisiert werden. Falls die Ionisierungsvorrichtung 60 entweder
eine Korona-Entladungsnadel oder eine Photonenquelle umfasst, können diese
Vorrichtungen auf ähnliche
Weise unter Verwendung einer schaltbaren Leistungsquelle 62 in
einer Pulssequenz ein- und ausgeschaltet werden und folgt eine Ionenerzeugung
dieser Sequenz dicht mit lediglich einer kleinen Zeitverzögerung.
Alternativ können
kontinuierlich erzeugte Verriegelungsmassenionen aus der Verriegelungsmassenquellenkammer 35 durch
ein Abschließen
des Einlasses 36 unter Verwendung eines elektromechanischen
Verschlusselements 64, das unter Verwendung einer Steuerung 65 wirksam ist,
durch ein Umleiten des gasförmigen
Flusses der Verriegelungsmassenionen über Gasdynamik, ein Einsetzen
einer schaltbaren Abstoßelektrode,
etc. auf eine gepulste Weise in die Kapillare 12 eingebracht
werden
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1C stellt ein anderes Ausführungsbeispiel
dar, bei dem Verriegelungsmassenionen durch eine Gaschromatographiekopplung
(GC/MS-Kopplung) eingebracht werden. Getrennte Analyte werden in
einem gasförmigen
Zustand durch eine Kapillare 8 in eine Ionisierungskammer 70 eingebracht,
die innerhalb der ersten Vakuumstufe 15 des Massenspektrometers 10 positioniert
ist. Durch ein Einbringen der Analyte in einer gasförmigen Phase
können
bestimmte Typen von Ionisierungsmechanismen verwendet werden, wie
beispielsweise eine Ionenstoßionisierung,
die andernfalls undenkbar wären.
Wenn die Analyte in die Ionisierungskammer 70 eintreten, fließen dieselben
an einer schaltbaren Ionisierungsvorrichtung 72 vorbei,
die ein Elektronenemissionsfilament (Elektronenstoß), eine
Koronanadel (APCI) oder eine Photonenquelle (APPI) sein kann. Die
Ionisierungsvorrichtung 72 kann über eine Steuereinheit 95 ein-
und ausgeschaltet werden. Wenn die Ionisierungsvorrichtung 72 eingeschaltet
ist, werden Analyte ionisiert und fließen stromabwärts durch
eine Schaltung 75 in eine zweite Ionisierungskammer 80 innerhalb
der stromabwärts
gelegenen Vakuumstufe 30. Die zweite Ionisierungskammer
ist ferner über
einen Auslass 36 mit einer Verriegelungsmassenquelle 35 gekoppelt.
Verriege lungsmassen fließen
in einem gasförmigen
Zustand zu der zweiten Ionisierungskammer, wo dieselben an einer
schaltbaren zweiten Ionisierungsvorrichtung 80 vorbeifließen, die
ebenfalls ein Elektronenfilament, eine Koronanadel oder eine Photonenquelle
aufweisen kann (ebenfalls über die
Steuereinheit 95 steuerbar). Während eines Analyt-EIN-Pulses ist die zweite
Ionisierungsvorrichtung ausgeschaltet, und während eines Analyt-AUS-Pulses/Verriegelungsmassen-EIN-Pulses
umgekehrt. Alle Spezies, die innerhalb der zweiten Ionisierungskammer
vorhanden sind, werden durch einen Auslass 84 in die Ionenführung 32 und
den Massenanalysator 50 stromabwärts gezogen.
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1D stellt ein anderes GC/MS-Ausführungsbeispiel
dar, bei dem Verriegelungsmassenionen stromaufwärts von der Analytionenquelle
eingebracht werden. In diesem Fall ist eine schaltbare Verriegelungsmassenquelle 35,
die eine Ionisierungsvorrichtung 60 umfasst, stromaufwärts von
dem Massenspektrometer 10 positioniert und werden Verriegelungsmassenionen
in die Kapillare 8 eingebracht, die mit dem Ausgang einer
GC-Säule
(nicht gezeigt) gekoppelt ist. Analyte aus der GC-Säule werden
innerhalb der Ionisierungskammer 70 in der gleichen Weise
ionisiert, wie es mit Bezug auf 1C erörtert ist.
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Sobald
Analytionen und/oder Verriegelungsmassenionen eintreten und die
anfänglichen
Vakuumstufen 15, 20 in die Transportregion des
Massenspektrometers 10 durchlaufen, werden dieselben durch
Ionenoptiken durch eine oder mehrere weitere Vakuumstufen 40,
in denen ein überschüssiges neutrales
Gas von den Ionen abgestreift wird, in einen Massenanalysator 50 geführt, wo
die Ionen gemäß den jeweiligen
Masse-Zu-Ladung-Verhältnissen
derselben unterschiedlich gefiltert werden und dann über einen
Aufschlag an einem Detektor 52 erfasst werden. Es ist zu
beachten, dass innerhalb der Transportregion 45 die Verriegelungsmassenionen und
die Analytionen im Wesentlichen der gleichen Kollisionskühlung und
Fokussierung wie die Analytionen unterlie gen, so dass dieselben
vor einer Erfassung in der gleichen Weise konditioniert werden.
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2A ist
ein schematischer Graph der Beträge
des Analytionenstroms und des Verriegelungsmassenionenstroms innerhalb
der Transportregion des Massenspektrometers, der ein Beispiel des
Pulsens der Ionenströme
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Bei diesem Beispiel werden die Analytionen
in die Transportregion des Massenspektrometers für eine Zeitperiode (Δ) eingebracht,
dann durch ein Aktivieren eines Mechanismus zum Blockieren, Umleiten
oder anderweitigen Verhindern, dass die Analytionen in die Transportregion
eingebracht werden, zum Beispiel durch eine oder mehrere der oben beschriebenen
Techniken nicht mehr in dieselbe eingebracht. Nach einer Ruheperiode
(Q), während
der die Konzentration verbleibender Analytionen und/oder verunreinigender
Spezies innerhalb des Massenspektrometers auf einen extrem niedrigen Pegel
fällt,
wird danach der Verriegelungsmassenionenstrom für eine Periode (π) eingeschaltet.
Der Verriegelungsmassenionenstrom wird dann an dem Ende der Periode
durch beispielsweise eine oder mehrere der oben erörterten
Techniken ausgeschaltet. Auf diese Weise befindet sich der Analytionenstrom
in einem EIN-Puls, während
die Verriegelungsmasse AUS ist (die AUS-Periode kann für die Zwecke
hierin als ein „AUS-Puls" betrachtet werden),
und umgekehrt. Dies ermöglicht,
dass ein Analytionensignal ohne ein nennenswertes Verriegelungsmassenionensignal
während
der Periode (Δ)
erhalten und erfasst werden kann und ein Verriegelungsmassenionensignal
ohne ein nennenswertes Analytionensignal während der Periode (π) erhalten
und erfasst werden kann. Es ist zu beachten, dass die EIN-Pulse finite
Zeiten eines rampenförmigen
Anstiegs und Abfalls aufweisen, die im Allgemeinen ziemlich geringfügig sind,
auf der Größenordnung
von Mikrosekunden.
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Da
das Analytionensignal im Allgemeinen das interessierende Signal
ist und Anwendungen mit hohem Durchsatz häufig erfordern, dass das Massenspektrometer
viel der Zeit in einem Analytanalysemodus wirksam ist, ist es im
Allgemeinen nützlich, die
Periode des Analyt-EIN-Pulses (Δ)
zu setzen, um erheblich größer als
die Periode des Verriegelungsmassenionen-EIN-Pulses (π) und auch
die Periode der Ruheperiode (Q) zu sein. Die Länge der Letzteren (π) und (Q)
werden basierend auf instrumentellen und physikalischen Einschränkungen
hinsichtlich der Menge an Zeit gesetzt, die erforderlich ist, um
eine genaue Verriegelungsmassenionensignalmessung zu erhalten und
die ungewollten Spezies (entweder Analyt- oder Verriegelungsmassenionen,
abhängig davon,
was gemessen wird) zwischen Ein-Pulsen im Wesentlichen aus dem Instrument
zu entleeren. Beispielsweise kann der Analyt-EIN-Puls 90 % des Gesamten darstellen,
wobei die Verriegelungsmassenionen-EIN-Pulsperiode (π) und die
Ruheperiode (Q) jeweils bei 5 % der gesamten Sequenz liegen, die
in 2A gezeigt ist. Dies ist lediglich ein darstellendes Beispiel
und es wird erwartet, dass die absoluten und relativen Längen der
Perioden durch den Fachmann modifiziert werden, um zu der vorliegenden
Anwendung zu passen. Die Länge
des Verriegelungsmassenionenpulses hängt ferner zu einem gewissen Ausmaß von der
Effizienz des Mechanismus ab, der eingesetzt wird, um die Verriegelungsmassenmoleküle zu ionisieren;
es können
etwas längere
Verriegelungsmassen-EIN-Pulsperioden
verwendet werden, um eine ausreichende Anzahl von Ionen anzusammeln,
wenn die Ionisierungseffizienz niedrig ist oder von einem vorgeschriebenen
Pegel abfällt.
Beispielsweise kann die Länge
der Verriegelungsmassenionen-EIN-Pulsperiode (π) zwischen 10 und 100 ms liegen
und kann bei einem typischen System alle zehn Sekunden (in welchem
Fall die relative Länge des
Verriegelungsmassenionen-EIN-Pulses weniger als 5 % der Gesamtzykluszeit
betragen wird), bei einem weniger stabilen System jede Sekunde oder
bei einem stabileren System jede Minute durchgeführt werden.
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Wie
es in 2B gezeigt ist, kann die Sequenz,
die den Analytionen-EIN-Puls, die Ruheperiode und die Verriegelungsmassenionen-EIN-Pulssequenz
umfasst, die in 2A gezeigt ist, unendlich wiederholt
werden (mit zusätzlichen
Ruheperioden zwischen Wiederholungen, um das Verriegelungsmassenionensignal
auszuräumen).
Ein Betreiben der Ionenströme
auf eine gepulste Weise in dieser sich wiederholenden Art ermöglicht eine
Kalibrierung des Massenspektrometers beinahe in Echtzeit, da Verriegelungsmassenablesungen
einmal pro Sequenz vorgenommen werden und die Länge einer Zeit zwischen Ablesungen
kurz genug gesetzt werden kann, um Drifts bei Instrumentenparametern
wirksam einzufangen und auch um eine große Reihe von Verriegelungsmassen-m/z-Daten
zum Erstellen einer genauen Kalibriersubstanzmessung zu sammeln
(zum Beispiel durch ein Bewegen von Durchschnitten, Entfernen fehlerhafter
oder ausreißender
Messungen).
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Gemäß dieser
Technik können
zusätzlich, wenn
der Analytionen- und der Verriegelungsmassenionenstrom sequentiell
erfasst werden, die Datenströme,
die durch den Detektor ausgegeben werden, getrennt werden, sodass
ein Analytmassenspektrum ohne die Verriegelungsmassenspektraldaten
erzeugt werden kann, und umgekehrt. 3A und 3B stellen
derartige Spektren dar, wobei 3A ein
beispielhaftes Analytspektrum darstellt, das eine Anzahl unterschiedlicher
Spitzen aufweist, die unterschiedlichen chemischen Spezies entsprechen,
und 3B ein Verriegelungsmassenspektrum darstellt,
das eine einzige Spitze zeigt, die dem m/z-Wert eines einzigen Verriegelungsmassenmoleküls entspricht.
In der Praxis werden häufig
zwei unterschiedliche Verriegelungsmassen verwendet, um eine Kalibrierung
zu ermöglichen,
aber zu Darstellungszwecken ist in dem Spektrum von 3B lediglich
eine Verriegelungsmasse gezeigt. In der Figur ist der m/z-Wert des
Verriegelungsmassenions nahe an dem m/z-Wert von einer der Analytspitzen in 3A (Spitze
A). Falls somit die Spektren kombiniert würden, wäre es wahrscheinlich, dass
sich die Verriegelungsmassenspitze und die Spitze A gegenseitig
beeinflussen würden, wobei
es erschwert wäre,
die Identität
der Spezies, die durch die Spitze A dargestellt ist, und eine genaue
Massenzuweisung des Verriegelungsmassenions zu bestimmen.
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Während ein
Pulsen sowohl des Analytionenstroms als auch des Verriegelungsmassenionenstroms
für einige
Anwendungen vorteilhaft ist, ist es nicht immer nötig, beide
Ströme
zu pulsen, und insbesondere kann es Anwendungen geben, wie beispielsweise
eine Analyse mit hohem Durchsatz, bei denen es nicht erwünscht ist,
den Analytionenstrom zu pulsen. Ein Beispiel von diesem ist in 2C gezeigt,
bei der der Analytionenstrom konstant bleibt, während der Verriegelungsmassenionenstrom
in einer Weise ähnlich
dieser, die in 2A und 2B gezeigt
ist, gepulst wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt es ein
gewisses Vorhandensein von Analytionen in dem Verriegelungsmassenspektrum,
aber dies ist eventuell aufgrund der Unwahrscheinlichkeit einer
gegenseitigen Beeinflussung zwischen der Verriegelungsmasse und
dem Analyt eventuell nicht von Belang.
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Es
ist zu betonen, dass die Ausführungsbeispiele
eines gepulsten Betriebs des Analytionenstroms und des Verriegelungsmassenionenstroms, die
oben beschrieben sind, exemplarisch sind und dass der gepulste Betrieb
auf zahlreiche andere Weisen auftreten kann. Anstelle eines Erzeugens
eines Verriegelungsmassenionen-EIN-Pulses bei jedem Analytionen-EIN-Puls
in einer sich wiederholenden Sequenz, wie es in 2B gezeigt
ist, kann ein Verriegelungsmassenpuls bei jedem zweiten Analytionenpuls,
jedem vierten Analytionenpuls, etc. abhängig von der zugehörigen Anwendung
erzeugt werden.
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Nachdem
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass die Beschreibung nicht
einschränkend
gemeint sein soll, da weitere Modifikationen und Variationen offensichtlich
sein können
oder sich Fachleuten auf dem Gebiet aufdrängen können. Es ist beabsichtigt,
dass die vorliegende Erfindung alle derartigen Modifikationen und Variationen
abdeckt, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
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Es
ist ferner zu beachten, dass alle Steuerelemente oder Steuerungen,
die oben beschrieben sind, elektronisch implementiert sein können und
in einem einzigen Prozessorelement implementiert sein können, das
unter Verwendung einer Hardware und/oder von Software-Anweisungen
eingesetzt werden kann.