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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Massenspektrometriesysteme
und -verfahren und insbesondere auf Systeme und Verfahren, die ein
gemeinschaftliches Verwenden von Komponenten zwischen zwei oder
mehr Massenspektrometersystemen ermöglichen.
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Ein
Kombinieren einer Flüssigkeitschromatographie
(LC; LC = Liquid Chromatography) oder einer Gaschromatographie (GC;
GC = Gas Chromatography) mit einer Massenspektrometrie (MS; MS =
Mass Spectrometry) ist ein leistungsfähiger Ansatz zum Bestimmen
der Konzentration von Zielverbindungen in komplexen Probenmatrizen.
Proben können
unter anderem biologische Fluide oder Umweltproben umfassen.
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Wenn
eine Flüssigkeits-
oder Gaschromatographie auf eine Mischung von Verbindungen in einer probenenthaltenden
Matrix angewandt wird, werden die Verbindungen getrennt und eluieren
aus dem Chromatographiesystem nacheinander in entweder einem Flüssigkeits-
oder Gasstrom. Der Flüssigkeits- oder Gasstrom wird
dann in ein Massenspektrometer für
eine massenspektrometrische Analyse eingebracht. In dem Massenspektrometer
werden Verbindungen mit Verfahren ionisiert, die auf dem Gebiet bekannt
sind, wie beispielsweise einer Atmosphärendruckionisierung (API; API
= Atmospheric Pressure Ionization), die für LC/MS-Systeme typisch ist,
und eine Elektronenaufschlagsionisierung (EII; EII = Electron Impact
Ionization), die für
GC/MS-Systeme typisch ist. Es können
andere Ionisierungsquellen verwendet werden.
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Eine
Massenspektrometeranalyse kann durch ein Durchführen von zwei oder mehr Stufen
einer Massenanalyse im Tandem (MS/MS) erheblich verbessert werden.
Bei dem am häufigsten
verwendeten Modus von MS/MS werden Ionen der Zielverbin dung, die
ein spezielles Masse-zu-Ladung-Verhältnis (m/z) aufweisen, durch
einen ersten Massenanalysator in einer ersten Stufe einer Massenanalyse aus
allen Ionen verschiedener m/z-Werte ausgewählt, die in der Innenquelle
gebildet werden. Die ausgewählten
Ionen werden als Vorläuferinnen
bezeichnet und die resultierende Verteilung von Ionen wird das Vorläufermassenspektrum
genannt, was das gleiche Spektrum ist, das bei Nicht-Tandem-Instrumenten
erzeugt wird.
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Zwischen
den zwei Analysestufen werden die Ionen typischerweise einer bestimmten
Massenveränderungsreaktion
unterzogen, wie beispielsweise einer kollisionsinduzierten Dissoziation
(CID; CID= Collision-Induced Dissociation) oder kollisionsaktivierten
Dissoziation (CAD; CAD = Collisionally Activated Dissociation),
so dass der nachfolgende Massenanalysator eine unterschiedliche
Verteilung von m/z-Werten
zu analysieren hat. Zu diesem Zweck werden die Vorläuferinnen
in eine Kollisionszelle geleitet, wo dieselben typischerweise durch eine
Kollision mit einem neutralen Gasmolekül mit Energie versorgt werden,
um eine Innendissoziation und einen Übergang in Fragmentionen zu
bewirken.
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In
der zweiten Stufe einer Massenanalyse laufen die Fragmentionen und
irgendwelche undissoziierten Vorläuferinnen in einen zweiten
Massenanalysator, wie beispielsweise einen Quadrupolanalysator,
einen Ionenfallenanalysator, einen Flugzeitanalysator oder anderen
Analysator, der elektromagnetische Felder und Innenoptiken verwendet.
Für jede der
Vorläuferionenentitäten gibt
es eine entsprechende Verteilung. von Reaktionsproduktionen, die
das Produktionenspektrum genannt wird. Die Ionen treten schließlich in
Wechselwirkung mit einem Detektorsystem, das Signalverarbeitungselektronik
umfasst, die ein Ionenmassenspektrum in regelmäßigen Zeitintervallen durch
die chromatographische Trennung hindurch aufzeichnet. Wenn die Innenintensität für alle Kombinationen
der Vorläufer-
und Produkt-m/z-Werte gemessen ist, wird ein dreidimensionales Array
von Daten (Vorläuferm/z über Produkt-m/z über Intensität) erzeugt,
das im All gemeinen als GC/MS/MS- oder LC/MS/MS-Datensatz bezeichnet
wird. Aus jedem Datensatz können
Mischungen von Ionen ohne vorherige Trennung der Moleküle derselben
aufgelöst
werden und kann eine große
Menge an Strukturinformationen über
einzelne Verbindungen erhalten werden. Tandem-MS/MS-Instrumente verbessern
eine Erfassungsspezifität
gegenüber
Einzelstufen-Massenspektrometern stark, da Ionen, die in einer Kombination
vor Vorläufer-m/z- und
Produkt-m/z-Werten erscheinen, spezifischer für einen speziellen Analyten
sind als lediglich der Vorläufer-m/z-Wert,
wie es bei Nicht-Tandem-Systemen gegeben
ist.
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Während die
obigen Entwicklungen erhebliche Fortschritte bei einer Massenspektrometrie
geliefert haben, sind weitere Verbesserungen erwünscht. Herkömmliche MS/MS-Systeme können zum
Beispiel typischerweise kein Informationen über das Vorläufer-m/z
behalten, nachdem das Ion fragmentiert ist. Somit muss man Ionen
von lediglich einem m/z-Wert zu einer Zeit fragmentieren, wobei
die Fragmente der Ionen mit ausgewähltem m/z-Wert weiter zu der
zweiten Stufe der Massenanalyse geleitet werden. Ungeachtet der
Art eines Massenanalysators, der für die erste Stufe der MS bei
einem MS/MS-Experiment verwendet wird, wird die erste Stufe als
ein Massen-,Filter' dahingehend
verwendet, dass lediglich Ionen eines schmalen Bereichs von m/z-Werten von
der ersten Stufe zu einer Zeit angenommen werden. Um das Produktspektrum
von Ionen zu erhalten, die andere m/z-Werte aufweisen, muss das
Experiment wiederholt werden, um Ionen von jedem unterschiedlichem
Vorläufer-m/z-Wert
zu erzeugen. Um einen hohen Durchsatz zu erreichen, ist es üblich, dass
viele unterschiedliche MS/MS-Elemente in einem Labor vorhanden sind,
um zu ermöglichen,
dass Experimente an Proben für
mehrere unterschiedliche Ziel-Vorläufer-m/z-Werte auf einmal ablaufen,
oder üblicher,
zu ermöglichen,
dass mehrere Proben simultan ausgeführt werden.
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Ein
Erwerben mehrerer unterschiedlicher MS/MS-Systeme für ein Labor
kann jedoch sehr ineffizient sein. Beispielsweise ist der TOF-Analysator ein
komplexes Instrument mit vielen kostspieligen Komponenten, wie beispielsweise
Maschinenbasisplatten, Elektronik, Vakuumverteilerstücken, Vakuumpumpen,
Durchführungsvorrichtungen,
Ionentransportmultipole und Pulsgeber- und Spiegeloptiken. Es kann
auch verschwenderisch sein, unterschiedliche Proben simultan an
unterschiedlichen Maschinen auszuführen, falls einige der Ionenoptikkomponenten
an den unterschiedlichen Maschinen identische Funktionen liefern
und falls die Betriebslebenszeiten relativ lang sind. Somit wäre es erwünscht, die
Kosten von mehreren MS/MS-Systemen zu reduzieren und/oder die Effizienz
und den Durchsatz derselben zu erhöhen. Insbesondere wäre es erwünscht, die
Ahalysekapazität
von zwei oder mehr MS/MS-Systemen zu weniger als den Kosten von
zwei oder mehr MS/MS-Systemen zu liefern.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Massenspektrometersystem
und ein Massenspektrometer mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Massenspektrometersystem gemäß Anspruch
1 und ein Massenspektrometer gemäß Anspruch
30 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Massenspektrometersysteme
und insbesondere auf Systeme, die zwei oder mehr Massenspektrometersysteme
in einem einzigen Instrument vorsehen.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst ein Massenspektrometersystem einen ersten
Massenspektrometerkanal. Das Massenspektrometersystem umfasst einen
zweiten Massenspektrometerkanal. Im Allgemeinen ist ein Kanal durch
den Flugweg von Ionen definiert, wie es durch die verschiedenen
Massenspektrometerkomponenten gesteuert ist. Ein Gehäuse ist
konfiguriert, um den ersten und den zweiten Massenspektrometerkanal
(und Massenspektrometerkomponenten) innerhalb der gleichen Kammer
zu umschließen.
Ein Massen analysator ist mit dem ersten und dem zweiten Kanal gekoppelt
und ist konfiguriert, um Innenströme zu analysieren, die von
dem ersten und dem zweiten Kanal empfangen werden. Bei einem Aspekt
ist der Massenanalysator konfiguriert, um Innenströme zu analysieren,
die simultan von dem ersten und dem zweiten Kanal empfangen werden.
Bei einem anderen Aspekt weist der Massenanalysator eine Pulsvorrichtung
auf, die einen ersten Innenstrom von dem ersten Kanal und einen
zweiten Innenstrom von dem zweiten Kanal empfängt und Pulse von Ionen von dem
ersten oder dem zweiten Innenstrom in eine Flugröhre in aufsteigender Reihenfolge
der Atommasse derselben liefert.
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Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel der
Erfindung umfasst ein Massenspektrometer eine erste Innenquelle,
die Ionen in einem ersten Innenstrom erzeugt. Eine erste Ionenführung empfängt und überträgt Ionen
in dem ersten Innenstrom von der ersten Innenquelle. Eine erste
Zelle empfängt und
dissoziiert Ionen in dem ersten Innenstrom von der ersten Ionenführung. Eine
zweite Innenquelle erzeugt Ionen in einem zweiten Innenstrom. Eine
zweite Ionenführung
empfängt
und überträgt Ionen
in dem zweiten Innenstrom von der zweiten Innenquelle. Eine zweite
Zelle empfängt
und dissoziiert Ionen in dem zweiten Innenstrom von der zweite Ionenführung. Ein
Massenanalysator empfängt
die dissoziierten und undissoziierten Ionen in dem ersten und dem zweiten
Strom von der ersten und der zweiten Zelle. Bei einem Aspekt erzeugt
eine dritte Innenquelle einen dritten Innenstrom und empfängt und
dissoziiert eine dritte Zelle die Ionen in dem dritten Innenstrom. Bei
einem anderen Aspekt empfängt
ein zweiter Massenanalysator die dissoziierten und undissoziierten Ionen
in dem dritten Innenstrom. Bei einem anderen Aspekt erzeugt eine
vierte Innenquelle Ionen in einem vierten Innenstrom, empfängt und
dissoziiert eine vierte Zelle die Ionen in dem vierten Innenstrom; und
empfängt
der zweite Massenanalysator die dissoziierten und undissoziierten
Ionen in dem vierten Ionenstrom.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegende Zeichnung näher
erläutert. Es
zeigt:
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1 ein
Massenspektrometersystem mit gemeinschaftlich verwendeten Komponenten
gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung ermöglichen,
dass zwei oder mehr Massenspektrometriesysteme in einer einzigen
Gehäusestruktur
oder einem einzigen Chassis einschließlich einem einzigen Massenanalysator
enthalten sind. Es können
beispielsweise zwei oder mehr MS/MS-Systeme, die unterschiedliche
MS-Kanäle
definieren, in einem Instrument vorgesehen sein. Ausführungsbeispiele
sparen deshalb vorteilhafterweise Kosten und/oder erhöhen eine
Effizienz durch ein Ermöglichen
gemeinschaftlich verwendeter Komponenten, z. B. ein gemeinschaftliches
Verwenden eines einzigen Satzes von Vakuumpumpen, Ionenoptiken (und
zugeordneter Elektronik), Datenerfassungselektronik und/oder anderer
Hardware und eines industriellen Entwurfs.
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1 zeigt
ein Massenspektrometersystem mit gemeinschaftlich verwendeten Komponenten
gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
Das gezeigte System 100 umfasst eine Gehäusestruktur 1,
die eine Kammer 5 definiert, innerhalb derer zwei oder
mehr MS-Systeme gehäust
sind. Jedes MS-System ist durch einen Ionen- oder MS-Kanal definiert,
der sich von einer Innenquelle zu einem Analysatorabschnitt erstreckt.
Ein MS-Kanal kann
verschiedene Komponenten umfassen, die den Flugweg von Ionen steuern,
wie beispielsweise eine erste Innenführung 30, eine Kollisionszelle 46,
eine zweite Ionenführung 38 und
einen Massenanalysator 62. Im Allgemeinen ist ein MS-Kanal
durch den Flugweg von Ionen definiert, wie es durch die verschiedenen
MS-Komponenten gesteuert ist. Wie es beispielsweise in 1 gezeigt ist,
erstrecken sich zwei Innenkanäle
von Innenquellen zu dem Analysator 62. Ein erster Kanal
erstreckt sich von einer ersten Innenquelle 9 zu dem Analysator 62 und
ein zweiter Kanal erstreckt sich von einer zweiten Innenquelle 11 zu
dem Analysator 62. Die Kammer 5 kann eine einzige
Kammer aufweisen oder dieselbe kann verschiedene Unterkammern aufweisen
(z. B. Kammern 17 und 19, 21 und 23,
etc., wie es später
weiter beschrieben wird). Bei bestimmten Ausführungsbeispielen ist der Analysator 62 mit zwei
(oder mehr) Detektoren konfiguriert, um eine simultane Analyse von
Ionen aus zwei (oder mehr) Massenspektrometerkanälen zu ermöglichen, wie es unten erörtert wird.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst eine Probenquelle 10 eine Analysetrennungsvorrichtung 6,
die eine Flüssigkeit,
die eine interessierende Probe umfasst, zu einem Probensprüher 9 liefert.
Gleichermaßen
kann die Probenquelle 10 eine Analysetrennvorrichtung 8 umfassen, die
eine Flüssigkeit,
die eine interessierende Probe umfasst, zu einem Probensprüher 11 liefert.
Eine Probe kann irgendein flüssiges
Material, einschließlich
gelöster
Feststoffe, oder eine Mischung von Materialien sein, die in einem
Lösungsmittel
gelöst
sind. Proben umfassen typischerweise eine oder mehrere interessierende
Komponenten und können
von einer Vielfalt von Quellen abgeleitet sein, wie beispielsweise
Lebensmitteln oder Umweltmaterialien, wie beispielsweise Altpapier,
Erde oder Feldfrüchten.
Proben können
auch biologische Proben umfassen, wie beispielsweise Gewebe oder
Fluid, die von einem Lebewesen (z. B. einer Pflanze oder einem Tier)
isoliert wurden, einschließlich
aber nicht begrenzt auf Plasma, Serum, Rückenmarksflüssigkeit, Samen, Lymphflüssigkeit, äußere Abschnitte
von Haut, Atemwegs-, Darm- und Urogenitaltrakten, Tränen, Speichel, Milch,
Blutzellen, Tumoren, Organe und auch Proben von In-Vitro-Zellkulturkonstituenten
oder irgendein biochemischer Anteil derselben. Proben können ferner synthetisierte
organische und anorganische Moleküle oder hergestellte Chemikalien
umfassen. Nützlich Proben
könnten
auch Kalibrierungsstandards oder Referenzmassenstandards umfassen.
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Die
Analytprobe(n) wird (werden) in einem Strom durch die Analysetrennvorrichtungen 6 und 7 zu
den Ionenquellen 9 und 10 durch Einrichtungen geliefert,
die auf dem Gebiet gut bekannt sind, und kann (können) sich in flüssiger oder
gasförmiger Form
befinden. Das Ionisierungsverfahren kann variieren. Ein Modus einer
Probeneinbringung für
mittelgroße
und große
Moleküle
bei einer Tandemmassenspektrometrie jedoch ist eine Flüssigkeitschromatographie
(LC/MS/MS), durch die Probenkomponenten gemäß der Haltezeit derselben an
einer Säule
sortiert werden, die dieselben durchlaufen. Die verschiedenen Verbindungen,
die die Säulen 6 und 8 verlassen und
in die Ionisierungsregionen 2 und 4 fließen, sind für zig Sekunden
oder weniger vorhanden, was die Menge an Zeit ist, die zur Verfügung steht,
um alle Informationen über
eine eluierende Verbindung zu erhalten. Da Komponenten häufig in
der Elution derselben überlappen,
kann eine schnelle Spektralerzeugung, wie dieselbe durch LC/MS/MS
geliefert wird, ein schnelles Erzeugen des Elutionsprofils jeder
Verbindung ermöglichen
und ermöglichen,
dass überlappende
Verbindungen getrennt identifiziert werden können.
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Die
Analysetrennvorrichtungen 6 und 8 können irgendeine
Flüssigkeitschromatographenvorrichtung
(LC-Vorrichtung) sein, einschließlich, aber nicht begrenzt
auf einen Hochleistungsflüssigkeitschromatographen
(HPLC; HPLC = High Performance Liquid Chromatograph), einen Mikro-
oder Nanoflüssigkeitschromatographen,
eine Ultrahochdruck-Flüssigkeitschromatographievorrichtung
(UHPLC-Vorrichtung; UHPLC = Ultra High Pressure Liquid Chromatography),
eine Kapillarelektrophorese- oder Kapillarelektrophoresechromatographenvorrichtung (CE-
oder CEC-Vorrichtung; CE = Capillary Electrophoresis; CEC = Capillary
Electrophoresis Chromatograph). Es kann jedoch irgendein manuelles
oder automatisches Injektions- oder Abgabepumpensystem verwendet
werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen
kann zum Beispiel ein Flüssigkeitsstrom
mittels einer Nano- oder Mikropumpe geliefert werden.
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Ein
kontinuierlicher Probenstrom, der durch die Analysetrennvorrichtungen 6 und 8 geliefert
wird, wird dann durch die Vorrichtungen 9 bzw. 11 ionisiert. Die
Vorrichtungen 9 und 11 können irgendeine auf dem Gebiet
bekannte Innenquelle sein, die zum Erzeugen von Ionen aus einer
Analytprobe verwendet wird. Beispiele umfassen Atmosphärendruckionisierungsquellen
(API-Quellen; API = Atmospheric Pressure Ionization), wie beispielsweise
Elektrospray-(ESI-; ESI = Electrospray), chemische Atmosphärendruckionisierungs(APCI-;
APCI = Atmospheric Pressure Chemical Ionization) und Atmosphärendruck-Photoionisierungsquellen
(APPI-Quellen; APPI = Atmospheric Pressure Photoionization). Es können andere
Innenquellen verwendet werden.
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1 zeigt,
dass der Innenstrom von der Vorrichtung 9 von dem Innenstrom
von der Vorrichtung 11 getrennt ist, so dass die Ionen
von jeder Quelle unabhängig
erzeugt werden können,
aber in das gleiche Massenspektrometersystem übertragen werden können. Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind der erste und der zweite Kanal in einer einzigen
Kammer gehaust. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Trennwand
vorgesehen, um den ersten Kanal von dem zweiten Kanal in zwei Kammern
zu trennen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Trennung
durch einen physischen Raum oder elektrische Felder beibehalten.
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Ionen,
die die Probensprüher 9 und 11 verlassen,
werden zu Übertragungskapillaren 14 bzw. 16 gerichtet,
um Ionen zu dem Massenanalysator hin zu übertragen und eine Reduzierung
eines Gasdrucks gegenüber
diesem der Ionisierungsquellenkammern 2 und 4 zu
ermöglichen.
Der Druck kann durch eine oder mehrere Vakuumkammern reduziert werden,
wie beispielsweise eine einzige gemeinschaftlich verwendete Vakuumkammer,
oder falls getrennte Kammern verwendet werden, durch getrennte Vakuumkammern 13 und 15.
Die Kapillare 14 oder 16 kann eine Röhre, ein
Durchgang oder irgendeine andere derartige Vorrichtung für einen
Innentransport und eine Druckreduzierung sein. Das Massenspektrometersystem
in 1 umfasst ferner Kammern 17 und 21 und
Kammern 19 und 23. Die Kammern werden getrennt
durch Vakuumpumpen mit Ionen bepumpt, die durch verschiedene Vakuumstufen
abnehmenden Drucks transportiert werden, bis der niedrigste Druck
in einem Massenanalysator (z. B. einer Vakuumkammer 72 in 1)
erreicht ist. Während
die Sprüher 9 und 11 bei
einem Umgebungsdruck gehalten werden, werden typischerweise die Vakuumkammern 13 und 15 bei
einem Druck von etwa zwei bis zweieinhalb Größenordnungen unter Umgebungsdruck
gehalten und wird der Massenanalysator bei einem Druck von etwa
sechs bis sieben Größenordnungen
unter diesem der Kammern 13 und 15 gehalten. Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird jedes Paar von ähnlichen
Vakuumstufen (z. B. Kammern/Stufen 13 und 15, 17 und 19,
etc.) durch eine Stufe einer Vakuumpumpe bepumpt. Die Ionen werden
auf Grund der Druckdifferenz zwischen den Vakuumstufen 13 und 15 und
den Kammern 17 und 19 und auf Grund angelegter
elektrischer Potentiale in die Vakuumkammern 17 und 19 gefegt.
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Die
Ionen treten aus den Übertragungskapillaren 14 und 16 in
einem kontinuierlichen Strahl aus und durchlaufen Skimmer 22 bzw. 24,
die die Ionen fokussieren und zu einem Massenanalysator hin leiten. 1 zeigt
den Skimmer 22, der die Kammer 13 von der Kammer 17 teilt,
und den Skimmer 24, der die Kammer 15 von der
Kammer 19 teilt. Es ist auf dem Gebiet bekannt, dass die
Skimmer 22 und 24 Analytionen bezüglich neutraler
Moleküle,
wie beispielsweise einem Lösungsmittel
oder Gasen, die in den Innenstrahlen enthalten sind, die aus den Übertragungskapillaren 14 und 16 austreten,
vor dem Eintritt derselben in die Ionenübertragungsoptiken anreichern
(z. B. eine Ionenführung,
Ionenstrahlformungs- oder Fokussierlinsen oder dergleichen). Die
Ionen aus dem ersten und dem zweiten Kanal treten dann in kontinuierlichen
Strahlen in die ersten oder vorläufigen
Innenführungen
ein.
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1 zeigt
die ersten oder vorläufigen
Ionenführungen 30 und 32 in
den Kammern 17 bzw. 19. Gemäß einem exemplari schen Ausführungsbeispiel der
Erfindung sind die ersten Ionenführungen 30 und 32 Oktopol-Ionenführungen
und sind durch Leistungsquellen 34 und 36 getrieben.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Kapillare, Skimmer oder Ionenführungen in dem ersten und dem
zweiten Kanal (z. B. die Oktopole 30 und 32) jeweils
durch getrennte Leistungsquellen (z. B. die Leistungsquellen 34 und 36)
getrieben. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung
sind die Kapillare, Skimmer und/oder Ionenführungen in dem ersten und dem
zweiten Kanal durch gemeinsame oder gemeinschaftlich verwendete
Leistungsquellen getrieben. Die Ionenführungen 30 und 32 können auch
eine Hochfrequenzionenführung
(HF-Ionenführung)
oder irgendeine andere Art einer Ionenführung, einer Stapelring-Ionenführung oder
eines Ionenlinsensystems sein. Die Ionenführungen 30 und 32 können auch
eine Multipolstruktur umfassen, falls die Leistungsquellen 34 und 36 HF-
und/oder DC-Leistungsversorgungen (DC = Gleichstrom = Direct Current)
sind. Andere Ionenführungs-
oder -steuervorrichtungen können
verwendet werden.
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Nachdem
sich Ionen entlang vorläufiger Wege
oder Innenwege durch die ersten Ionenführungen 30 und 32 hindurch
bewegen, werden dieselben in zweite Ionenführungen 38 und 40 in
Kammern 21 bzw. 23 gedrückt oder geleitet. Wie es in 1 gezeigt
ist, sind die zweiten Ionenführungen 38 und 40 durch
Leistungsquellen 42 und 44 getrieben und können irgendeine
der obigen Arten von Ionenführungen sein.
Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die zweiten Ionenführungen 38 und 40 Quadrupole.
Andere Ausführungsbeispiele
der Erfindung können
einen Satz von Ionenführungen
beseitigen, wie beispielsweise die ersten Ionenführungen 30 und 32.
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1 zeigt
Kollisionszellen 46 und 48, die den zweiten Ionenführungen 38 und 40 folgen.
Die Ionen, die aus den Ionenführungen 38 und 40 austreten,
sind „Vorläufer"-Ionen, und die Kollisionszellen 46 und 48 ermöglichen,
dass die Vorläuferinnen
vor einem Eintreten in einen Massenanalysator Reaktionen unterliegen
(z. B. einer Fragmentierung, einer Ladungsabstreifung, EDT, m/z-verändernden
Kollisionen, etc.). Die Vorläuferinnen
werden in den Kollisionszellen 46 und 48 typischerweise
durch Kollisionen mit einem neutralen Gasmolekül wie Stickstoff, Helium, Xenon
oder Argon mit Energie versorgt. Die Vorläuferinnen werden folglich zu
Fragmentionen dissoziiert, die eine unterschiedliche Verteilung
von m/z-Werten aufweisen, die der Massenanalysator analysiert.
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1 zeigt
andere Strahloptiken 54 und 56, die ebenfalls
enthalten sein können,
um die Ionenstrahlen zu refokussieren, bevor dieselben in einen Massenanalysator
eintreten. Beispielsweise können andere
Strahloptiken auch eine elektrische Linse, die eine Apertur aufweist,
oder ein Mehrkomponentenstrahloptiksystem umfassen. Die Strahloptiken
können
auch eine Innenlinse umfassen, die als ein Refokussierelement dient,
um den Innenstrahl in einen Massenanalysator zu leiten. Das Refokussieren
kann durch irgendeine Anzahl von Innenlinsen erzielt werden, die
auf dem Gebiet bekannt sind. Dasselbe kann beispielsweise durch
eine Aperturlinse, ein System von Aperturlinsen, eine oder mehrere
Einzellinsen, ein DC-Quadrupol-Linsensystem, eine Multipollinse, eine
Zylinderlinse oder ein System derselben oder irgendeine Kombination
der obigen Linsen erzielt werden.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird der gleiche Massenanalysator 62 zum simultanen Analysieren
von Ionen von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Kanal des Massenspektrometersystems
entsprechend den getrennten Flugwegen von Ionen von den Innenquellen 2 und 4 verwendet.
Die Fragmentionen und irgendwelche undissoziierten Vorläuferinnen
von entweder dem ersten Flugweg der Innenquelle 2 oder
dem zweiten Flugweg der Innenquelle 4 durchlaufen strahlkonvergierende
Begrenzungseinrichtungen bzw. Slicer 58 und 60 in
den gleichen Massenanalysator 62, der das m/z-Verhältnis der
Ionen bestimmt, um Molekulargewichte von Analyten in den Proben
zu bestimmen.
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Die
strahlkonvergierenden Begrenzungseinrichtungen 58 und 60 sind
strahloptische Vorrichtungen, die Aperturen oder Schlitze umfassen,
die Ionen mit hoher Energie in eine Flugröhre 72 übertragen. Bei
einem Aspekt sind die strahlkonvergierenden Begrenzungseinrichtungen 58 und 60 zwei
getrennte Aperturen, die benachbart zueinander platziert sind. Bei
einem anderen Aspekt sind die strahlkonvergierenden Begrenzungseinrichtungen 58 und 60 Teile einer
einzigen Apertur, die breit genug ist, um Ionen von beiden MS-Kanälen anzunehmen.
Eine breitere Apertur kann näher
an dem Pulsgeber 64 platziert sein, um durch die zwei Kanäle zum Einbringen
von Ionen aus beiden Kanälen
zu dem Massenanalysator 62 gemeinschaftlich verwendet zu
werden. Bei einem anderen Aspekt können die Aperturen der Strahloptikvorrichtungen 58 und 60 aufeinander
entlang der Achse der Flugröhre 72 gestapelt
sein, anstatt benachbart zueinander positioniert zu sein. Das Positionieren
der Aperturen benachbart zueinander ist jedoch bevorzugt, um die
räumliche
und energiemäßige Verteilung
der Ionen entlang der Achse der Flugröhre zu reduzieren, was die
Auflösung
der Massenspektrometrie verbessert. Die Energieunterschiede zwischen
den Ionen auf dem Flug derselben in der Flugröhre 72 und auf dem
Weg, der dem Pulsgeber 64 vorhergeht, beeinflussen eine
Auflösung
nicht, wenn angenommen wird, dass die Detektoren an den ordnungsgemäßen Positionen
derselben positioniert sind, um die Ionen zu erfassen, und dass
die Ionen nicht nahe an irgendwelchen Randfeldern in dem Pulsgeber 64 oder
dem Innenspiegel (nicht gezeigt) des Massenanalysators 62 liegen.
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Während 1 eine
einzige Biegung für
jeden Innenstrahl an der Strahloptikvorrichtung 54 oder 56 jedes
MS-Kanals zeigt, sind zudem mehrere Biegungen des Innenstrahls ebenfalls
möglich,
wie ein Biegen des Innenstrahls, nachdem derselbe aus der Strahloptikvorrichtung 54 oder 56 aus tritt.
Bei einem anderen Aspekt macht es die Tatsache, die zwei MS-Kanäle in einem
Winkel mit Bezug aufeinander positioniert zu haben, anstatt parallel
zu sein, wie es in 1 gezeigt ist, möglich, ein
Biegen der Innenstrahlen gänzlich
zu vermeiden. Während 1 auch
angibt, dass die Innenstrahlen sich an dem Pulsgeber 64 kreuzen,
können
sich die Strahlen auch an den Begrenzungseinrichtungen 54 oder 56 oder dem
Innenspiegel (nicht gezeigt) in der Flugröhre kreuzen. Bei noch einem
anderen Aspekt können
die Strahlen von den zwei Kanälen
parallel zueinander sein, ohne sich überhaupt zu kreuzen.
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Tandemmassenspektrometer
können
mehrere Massenanalysatoren, die sequentiell im Raum wirksam sind,
oder einen einzigen Massenanalysator umfassen, der zeitlich sequentiell
wirksam ist. Massenspektrometer, die mit einem Gas- oder Flüssigkeitschromatographen
gekoppelt sein können,
umfassen das Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometer, das häufig für eine Tandem-im-Raum-Massenspektrometrie
verwendet wird. Eine Einschränkung bei
dem Dreifach-Quadrupol-System besteht jedoch darin, dass ein Aufzeichnen
eines Fragmentenmassenspektrums zeitraubend sein kann, weil der
zweite Massenanalysator schrittweise viele Massen durchlaufen muss,
um ein vollständiges
Spektrum aufzuzeichnen. Um diese Einschränkung zu überwinden, kann der zweite
Massenanalysator mit einem Flugzeit-Analysator (TOF-Analysator;
TOF = Timeof-Flight) ersetzt werden. Ein Vorteil des TOF-Analysators
besteht darin, dass derselbe bis zu 104 oder mehr
vollständige
Massenspektren pro Sekunde aufzeichnen kann. Bei Anwendungen, bei
denen ein vollständiges
Massenspektrum von Fragmentionen erwünscht ist, ist somit das Tastverhältnis mit
einem TOF-Massenanalysator stark verbessert und Spektren können schneller
erfasst werden. Das heißt,
der TOF-Analysator
kann Produktspektren mit einer derart hohen Rate erzeugen, dass
das vollständige MS/MS-Spektrum
in einem langsamen Überstreichen
des Quadrupok-Massenanalysators erhalten werden kann. Bei einer
gegebenen Messzeit können al ternativ
Spektren aus einer geringeren Menge einer Probe erfasst werden.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst der Massenanalysator 62 einen TOF-Analysator.
Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst der TOF-Analysator 62 einen
Pulsgeber 64 und Detektoren 66 und 68.
Fokussierte Ionen treten in den Pulsgeber 64 ein, der die
Ionen mit einer Spannung pulst und die Ionen in einer Flugröhre 70 in
dem TOF-Analysator 62 sendet.
Die Detektoren 66 und 68 sind positioniert, um
Ionen in den jeweiligen Kanälen derselben
zu erfassen. Bei bestimmten Aspekten kann der TOF mit einem Innenspiegel
verwendet werden, in welchem Fall die gepulsten Ionen in einen Innenspiegel
(nicht gezeigt) eintreten und auf die Detektoren 66 und 68 am
Ende der Flugröhre 70 reflektiert
werden. Da alle der gepulsten Ionen im Wesentlichen die gleiche
Energie aufweisen, hängt
die Flugzeit von Ionen lediglich von dem m/z derselben ab. Die Masse
wird durch ein Signalverarbeitungssystem (nicht gezeigt) bestimmt,
das getrennte Datendateien für
den ersten Kanal, der dem Ionenstrom von der Innenquelle 2 entspricht,
und dem zweiten Kanal, der dem Innenstrom von der Innenquelle 4 entspricht, aufzeichnet.
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Ionen
weisen auf Grund unterschiedlicher Masse-zu-Ladung-Verhältnissen
(m/z) unterschiedliche Geschwindigkeiten auf, wenn dieselben durch ein
elektrisches Feld in einem Vakuum beschleunigt werden. Die Detektoren 66 und 68 messen
die Zeit, die das Ion benötigt,
um den Detektor nach einer Beschleunigung zu erreichen, um diese
Geschwindigkeit am Ende des Flugwegs in der Flugröhre 70 zu bestimmen.
Bei einem bekannten Abstand d zwischen der Beschleunigungsregion
und dem Detektor und einer Flugzeit t zwischen den Zeiten von Beschleunigung
und Erfassung wird die Geschwindigkeit v = d/t betragen (es ist
zu beachten, dass, wenn ein TOF ein Spiegelelement umfasst, die
Gleichung unterschiedlich sein wird, wie es einem Fachmann auf dem
Gebiet gut bekannt ist) (es ist ferner zu beachten, dass, da der
Pulsgeber keinen unendlichen Gradienten erzeugt, eine endliche Zeit
mit einem Beschleunigen verbracht wird und diese ebenfalls die Gleichung
modifizieren muss). Da der Abstand für alle Ionen näherungsweise
der gleiche ist, unterscheiden sich die Ankunftszeiten derselben,
wobei Ionen mit kleinerem m/z den Detektor zuerst erreichen und
Ionen mit größerem m/z
später.
Signalverarbeitungselektronik zeichnet dann ein Ionenmassenspektrum
in Zeitintervallen in dreidimensionalen LC/MS/MS- oder GC/MS/MS-Datensätzen auf.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Analysen von Ionen von mehreren Flugwegen
simultan, da die Raumladungsdichte der Ionen niedrig genug ist,
um eine Innenwechselwirkung von den unterschiedlichen Flugwegen
zu begrenzen. Bei anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung können
drei oder vier unterschiedliche Kanäle von drei oder vier unterschiedlichen
Innenquellen in dem gleichen MS- oder MS/MS-Instrument vorgesehen
sein und verwenden den gleichen TOF-Analysator gemeinschaftlich.
Bei noch anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung können
drei oder vier oder mehr Kanäle
von entsprechenden Innenquellen in dem gleichen MS/MS-Instrument
vorgesehen sein und zwei TOF-Analysatoren
gemeinschaftlich verwenden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung liefern die Vorteile von zwei oder mehr Massenspektrometriesystemen
in einem einzigen Chassis unter Verwendung eines einzigen Massenanalysators.
Ein Vorsehen von zwei oder mehr MS/Ms-Systemen, die unterschiedliche
Kanäle
definieren, in einem Instrument spart Kosten durch ein Benötigen lediglich
eines einzigen Satzes von Vakuumpumpen, Innenoptiken, Datenerfassungselektronik,
anderer Hardware und einem industriellen Entwurf. Zwei oder mehr MS/MS-Systeme
könnten
zu verringerten Kosten erhalten werden, z. B. sich den Kosten lediglich
eines Systems nähernd,
oder drei oder vier MS/MS-Systeme zu den Kosten von Zweien. Zusätzlich spart
ein Vorsehen von zwei oder MS/MS-Kanälen in einem Instrument die
Zeit, zwei (oder mehr) unterschiedliche Analysen zu unterschiedlichen Zeiten
auszuführen, da
das einzige Instrument getrennte Funktionen liefert, während viel
der Elektronik und Hardware gemeinschaftlich verwendet wird.
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Eine
Vielfalt von unterschiedlichen Massenanalysatoren, die elektromagnetische
Felder und Ionenoptiken verwenden, kann Teil des Massenspektrometersystems
bei anderen Ausführungsbeispielen der
Erfindung sein, wie beispielsweise ein Quadrupolanalysator, ein
Reflektron-Flugzeit-Analysator, ein Ionenfallenanalysator, ein Ionenzyklotronmassenspektrometer,
eine Fourier-Transformation-Ionenzyklotronresonanz (FTICR; FTICR
= Fourier Transfrom Ion Cyclotron Resonance), ein Einzelmagnetsektoranalysator
und ein Doppelfokus-Zweisektor-Massenanalysator
mit einem elektrischen Sektor und einem magnetischen Sektor. Andere
Spektrometriesysteme und Variationen, die auf dem Gebiet bekannt
sind, können
verwendet werden, wie beispielsweise ein Koppeln einer Elektrosprayionisierung
(ESI) mit einer TOF-Massenspektrometrie (TOFMS). Andere Variationen
der TOF umfassen ein Unterziehen aller Vorläuferinnen dem Fragmentierungsmechanismus
ohne eine Vorauswahl und ein Bestimmen der Produktmasse mit einer
nachfolgenden Beschleunigung. Jüngere
Vorschläge
umfassen auch eine Resonanzanregung bei Nur-HF-Quadrupolen für CID mit
einer Fragmentmassenanalyse durch eine TOFMS.
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Während die
vorliegende Erfindung mit Bezug auf die spezifischen offenbarten
Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf irgendeine spezielle
Implementierung begrenzt, die hierin offenbart ist. Beispielsweise
kann eine Hochfrequenzionenführung
eine Quadrupol-, Hexapol- oder andere Multipolvorrichtung sein,
sowie eine Struktur von Ringen oder ein Multipol, der in mehrere Segmente
aufgeteilt ist, wie es auf dem Gebiet gut bekannt ist. Zusätzlich sollte
klar sein, dass Massenspektrometerkanäle parallel und in verschiedenen unterschiedlichen
Winkeln relativ zueinander angeordnet sein können. Fachleuten auf dem Gebiet
sollte klar sein, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden
können
und Äquivalente
ersetzt werden können,
ohne von der Wesensart und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Zusätzlich
können
viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation,
ein Material, eine Stoffzusammensetzung, einen Prozess, Prozessschritte
an das Ziel, die Wesensart und den Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung anzupassen. Alle derartigen Modifikationen sollen innerhalb
des Schutzbereichs der Patenansprüche liegen, die hieran angehängt sind.