DE102012220552B4 - Verfahren zum Erfassen massenspektrometrischer Daten aus Ionen und Ionenbeweglichkeits-Flugzeit-Massenspektrometersystem - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Erfassen massenspektrometrischer Daten aus Ionen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Injizieren eines Ionenpakets in ein Driftrohr (122) eines Ionenbeweglichkeitsspektrometers; Trennen von Ionen in dem Ionenpaket gemäß ihrer Ionenbeweglichkeit, wenn die Ionen durch das Driftrohr (122) driften; Leiten des Ionenpakets in einen Pulsgeber (134) eines Flugzeit-Massenspektrometers (114); Extrahieren einer Mehrzahl neuer Ionenpakete aufeinander folgend aus dem Pulsgeber (134) in ein Flugrohr (138) des Flugzeit-Massenspektrometers, wobei die Extraktion mit einer Multiplex-Extraktionsrate durchgeführt wird, derart, dass mehr als ein extrahiertes Ionenpaket aus dem gleichen Ionenpaket, das in den Pulsgeber (134) geleitet wird, erzeugt wird und zumindest zwei extrahierte Ionenpakete gleichzeitig in dem Flugrohr (138) vorliegen; Trennen von Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket gemäß ihrer Flugzeit, wenn die Ionen durch das Flugrohr (138) driften; Detektieren von Ionen der Flugzeit-getrennten extrahierten Ionenpakete, wenn die Ionen an einem Detektor (142) des Flugzeit-Massenspektrometers ankommen; und vor dem Detektieren der Ionen, Auswählen eines schmaleren m/z-Bereichs von Ionen durch ein Massenfilter (112), derart, dass eine Überlappung zwischen aufeinander folgenden Ionenpaketen in dem Flugrohr (138) minimiert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Erfassung spektrometrischer Daten unter Verwendung einer Ionenbeweglichkeitstrennung in Kombination mit einer Flugzeit-Massenspektrometrie, insbesondere auf ein Verfahren zum Erfassen massenspektrometrischer Daten aus Ionen und ein Ionenbeweglichkeits-Flugzeit-Massenspektrometersystem, wobei keine komplexe Entfaltung von Spektren erforderlich macht.
  • Ein Drift-Typ-Ionenbeweglichkeits-(-IM-)Spektrometer (IM = ion mobility = Ionenbeweglichkeit) kann mit einem Flugzeit-Massenspektrometer (TOF MS; TOF MS = time-of-flight mass spectrometer) gekoppelt sein, um eindeutige zweidimensionale Informationen über einen betreffenden Analyten bereitzustellen. In dem kombinierten IM-TOF-System werden Ionen nach Beweglichkeit getrennt, bevor diese in das TOF MS geleitet werden, wo dieselben basierend auf ihren Flugzeiten zu dem Detektor nach Masse aufgelöst werden. Eine Durchführung der beiden Trennungstechniken zusammen ist bei der Analyse von Biopolymeren, wie z. B. Polynukleotiden, Proteinen, Kohlehydraten und dergleichen, besonders nützlich, da die zusätzliche Dimension, die durch die IM-Trennung bereitgestellt wird, eine Massenauflösung großer Ionen, die sich voneinander unterscheiden, jedoch überlappende Massenspitzen (oder Masse-Peaks) aufweisen, unterstützen kann.
  • Während sowohl IM als auch TOF MS schnelle Trennungstechniken sind und typische Zeitgebungsparameter besitzen, die diese im Allgemeinen kompatibel zueinander machen, ist beiden Techniken ein geringer Arbeitszyklus (oder Tastverhältnis) zueigen, wenn diese in herkömmlicher Weise mit einem „Pulsen-und-Warten”-(oder „Injizieren-und-Warten”-)Ansatz implementiert sind. Bei dem Pulsen-und-Warten-Ansatz wird, nachdem ein Ionenpaket in das Driftrohr eines IM-Spektrometers injiziert wurde, das nächste Ionenpaket erst dann injiziert, wenn eine Elution des ersten Ionenpakets aus dem Driftrohr abgeschlossen ist, was mehrere 100 Millisekunden dauern kann. In einem TOF MS wird mit dem Pulsen-und-Warten-Ansatz ein TOF-Injektionspuls erst angelegt, wenn das langsamste Ion aus dem vorherigen Injektionspuls den Detektor erreicht hat. Der Pulsen-und-Warten-Ansatz wird herkömmlicherweise durchgeführt, um eine Spektralüberlappung zu vermeiden und dadurch den Aufbau des Massenspektrums aus der zu untersuchenden Probe zu vereinfachen, was allerdings zu einem geringen Arbeitszyklus führt, wie bereits angemerkt wurde.
  • In dem kombinierten IM-TOF-System werden die Ionen, die aus dem IM-Driftrohr eluieren, in den Pulsgeber des TOF MS geleitet, der die Ionen in das Flugrohr des TOF MS injiziert. Ionenflugzeiten durch das Flugrohr zu dem Detektor sind in der Größenordnung von Mikrosekunden und oft zwei oder drei Größenordnungen schneller als Driftzeiten durch das IM-Driftrohr. Der Pulsgeber muss mit einer höheren Frequenz als derjenigen des Pulsen und Warten-Ansatzes arbeiten, um ein akzeptables Niveau einer Erfassungsempfindlichkeit bereitzustellen und den Verlust einer übermäßigen Menge an Ionen zu vermeiden (d. h. Ionen, die durch den Pulsgeber geleitet werden, ohne in das Flugrohr des TOF MS injiziert zu werden). Der Gesamtarbeitszyklus des kombinierten IM-TOF-Systems könnte durch „Multiplexen” oder „Überabtasten” des IM-Instruments (d. h. Injizieren von Ionenpaketen in das IM-Driftrohr mit einer schnelleren Rate als der Gesamtelutionszeit jedes Ionenpakets), sowie durch „Multiplexen” oder „Überpulsen” des TOF MS (d. h. Injizieren von Ionenpaketen in das Flugrohr des TOF MS mit einer schnelleren Rate als der Gesamtflugzeit jedes Ionenpakets) verbessert werden. Ein Multiplexen kann Empfindlichkeit und Durchsatz erhöhen und den Verlust von Ionen reduzieren, erfordert jedoch herkömmlicherweise komplexe Entfaltungstechniken (beispielsweise Fourier-Transformationstechniken, Hadamard-Transformationstechniken, Pseudozufallssequenzierung usw.) sowohl der IM- als auch TOF-Spektren, um die vollständigen Daten zu gewinnen und ein aussagekräftiges Massenspektrum zu erzeugen. Eine doppelte (IM und TOF) Spektrenentfaltung kann kostspielige Elektronik sowie wesentliche Echtzeit-Rechenressourcen erfordern.
  • Deshalb besteht Bedarf nach der Bereitstellung einer Lösung zum Implementieren einer Ionenbeweglichkeits-Flugzeit-Massenspektrometrie, die eine Empfindlichkeit maximiert, ohne die Komplikationen einer doppelten Spektrenentfaltung zu beinhalten.
  • Die US 2009/0294644 A1 , die US 2008/0185513 A1 , die US 2006/0024720 A1 und die US 2004/0183007 A1 beschreiben Methoden des IMS- bzw. TOF-Multiplexens, jedoch ohne Massenfilterung vor der Detektion der Ionen.
  • Die GB 2 382 919 A und die US 2002/0070338 A1 beschreiben den Einsatz eines Massenfilters in einem IMS-TOF, jedoch ohne die Technik des Multiplexens anzuwenden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Erfassen massenspektrometrischer Daten aus Ionen und ein Ionenbeweglichkeits-Flugzeit-Massenspektrometersystem mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erfassen massenspektrometrischer Daten aus Ionen gemäß Anspruch 1, und durch ein Ionenbeweglichkeits-Flugzeit-Massenspektrometersystem gemäß Anspruch 9 gelöst.
  • Zum Angehen der vorstehend genannten Probleme als Ganzes oder in Teilen und/oder anderer Probleme, die eventuell durch Fachleute auf diesem Gebiet beobachtet wurden, stellt die vorliegende Offenbarung Verfahren, Prozesse, Systeme, Geräte, Instrumente und/oder Vorrichtungen bereit, die beispielhaft in den unten dargelegten Implementierungen beschrieben sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Erfassen spektrometrischer Daten ein Injizieren einer Mehrzahl von Ionenpaketen aufeinander folgend in ein Ionenbeweglichkeits-(IM-)Driftrohr mit einer Multiplex-Injektionsrate, derart, dass zumindest zwei Ionenpakete gleichzeitig in dem IM-Driftrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem Ionenpaket gemäß einer IM, wenn die Ionen durch das IM-Driftrohr driften; Leiten der Ionenpakete in einen Pulsgeber eines Flugzeit-(TOF-)Massenspektrometers; Extrahieren einer Mehrzahl neuer Ionenpakete aufeinander folgend aus dem Pulsgeber in ein Flugrohr des TOF-Massenspektrometers, wobei die Extraktion mit einer Multiplex-Extraktionsrate durchgeführt wird, derart, dass mehr als ein extrahiertes Ionenpaket aus dem gleichen Ionenpaket, das in den Pulsgeber geleitet wird, erzeugt wird und zumindest zwei extrahierte Ionenpakete gleichzeitig in dem Flugrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket gemäß einer TOF, wenn die Ionen durch das Flugrohr driften; Detektieren von Ionen, wenn die Ionen von dem Flugrohr an einem Detektor ankommen; und vor einem Detektieren der Ionen, Isolieren der Ionen in jedem Ionenpaket nach einem ausgewählten Massebereich, wobei jedes Ionenpaket in dem Flugrohr Ionen des gleichen ausgewählten Massebereichs wie die Ionen der anderen Ionenpakete aufweist, und wobei eine Überlappung zwischen aufeinander folgenden Ionenpaketen in dem Flugrohr minimiert wird.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Erfassen spektrometrischer Daten ein Injizieren eines Ionenpakets in ein Ionenbeweglichkeits-(IM-)Driftrohr; Trennen von Ionen in dem Ionenpaket gemäß einer IM, wenn die Ionen durch das IM-Driftrohr driften; Leiten des Ionenpakets in einen Pulsgeber eines Flugzeit-(TOF-)Massenspektrometers; Extrahieren einer Mehrzahl neuer Ionenpakete aufeinander folgend aus dem Pulsgeber in ein Flugrohr des TOF-Massenspektrometers, wobei eine Extraktion mit einer Multiplex-Extraktionsrate durchgeführt wird, derart, dass mehr als ein extrahiertes Ionenpaket aus dem gleichen Ionenpaket, das in den Pulsgeber geleitet wird, erzeugt wird, und zumindest zwei extrahierte Ionenpakete gleichzeitig in dem Flugrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket gemäß einer TOF, wenn die Ionen durch das Flugrohr driften; Detektieren von Ionen der TOF-getrennten Ionenpakete, wenn die Ionen an einem Detektor des TOF-Massenspektrometers ankommen; und vor einem Detektieren der Ionen, Isolieren der Ionen in jedem Ionenpaket nach fortlaufenden Massenbereichen, wobei jeder fortlaufende Massenbereich ein höherer Massenbereich ist als der vorgehende Massenbereich und jeder Massenbereich eine Breite aufweist, die ausgewählt ist, um eine Überlappung zwischen aufeinander folgenden Ionenpaketen in dem Flugrohr zu minimieren.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen werden nach einem Trennen von Ionen in jedem Ionenpaket gemäß einer IM die Ionen durch Leiten der Ionenpakete durch ein Massefilter isoliert, wobei die Ionenpakete, die in den Pulsgeber geleitet werden, massegefilterte Ionenpakete sind.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen werden die Ionen nach einem Extrahieren der Ionenpakete aus dem Pulsgeber durch Leiten der Ionenpakete durch ein Massefilter, das in dem Driftrohr positioniert ist, isoliert.
  • Weitere Vorrichtungen, Geräte, Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für einen Fachmann auf diesem Gebiet nach einer Durchsicht der folgenden Figuren und der detaillierten Beschreibung ersichtlich sein oder werden. Alle derartigen zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile sollen innerhalb dieser Beschreibung beinhaltet sein, innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen und durch die beigefügten Ansprüche geschützt werden.
  • Die Erfindung ist durch eine Bezugnahme auf die folgenden Figuren besser verständlich. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei stattdessen eine Darstellung der Prinzipien der Erfindung hervorgehoben wird. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen in allen unterschiedlichen Ansichten entsprechende Teile.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Ionenbeweglichkeits-Flugzeit-Massenspektrometers (IM-TOF MS), das bei der Implementierung hierin beschriebener Verfahren verwendet werden kann;
  • 2 typische Zeitgebungssequenzen für (A) Flugzeitinjektionen in ein Flugrohr eines IM-TOF MS, wie in 1 dargestellt ist, wenn Multiplexen eingesetzt wird, (B) Flugzeit-Injektionen ohne Multiplexen, (C) Injektionen in ein Ionenbeweglichkeits-Driftrohr des IM-TOF MS, wenn Multiplexen eingesetzt wird, und (D) Injektionen in das Ionenbeweglichkeits-Driftrohr ohne Multiplexen;
  • 3A ein Beispiel eines rohen zweidimensionalen (2D-)Spektrums, das erfasst werden kann, wenn IM-Injektionen mit einer Hochfrequenz-(Multiplex-)Injektionsrate auftreten, ohne jedoch die TOF-Extraktionen zu multiplexen;
  • 3B ein Beispiel eines rohen zweidimensionalen (2D-)Spektrums, das erfasst werden kann, wenn sowohl IM-Injektionen als auch TOF-Extraktionen gemultiplext werden, in Verbindung mit einer Implementierung eines hierin beschriebenen Betriebsmodus;
  • 4 ein Beispiel eines TOF-Spektrums, das als ein Ergebnis eines Betreibens des IM-TOF MS mit Massefilterung gemäß hierin beschriebener Betriebsmodi erfasst werden kann;
  • 5A ein Beispiel eines rohen zweidimensionalen (2D-)Spektrums, das aus einer einzelnen Injektion in das IM-Driftrohr ohne Multiplexen der TOF-Extraktionen erfasst werden kann;
  • 5B ein Beispiel eines rohen zweidimensionalen (2D-)Spektrums, das aus einer einzelnen Injektion in das IM-Driftrohr, wenn TOF-Extraktionen gemultiplext werden, in Verbindung mit einem Implementieren eines hierin beschriebenen Betriebsmodus erfasst werden kann;
  • 6 eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels eines IM-TOF MS, das bei der Implementierung hierin beschriebener Verfahren eingesetzt werden kann; und
  • 7 typische Zeitgebungssequenzen für (A) die TOF-Spannung, die an einen Ionenpulsgeber des IM-TOF MS, das in 6 dargestellt ist, angelegt wird, und (B) die Ablenkspannung, die an ein Bradbury-Nielsen-Gitter (oder -Gate) oder eine ähnliche Ionenoptikvorrichtung des IM-TOF MS, das in 6 dargestellt ist, angelegt wird.
  • Die vorliegende Offenbarung beschreibt Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zum Erfassen spektrometrischer Daten aus Analytionen. Die Verfahren, Vorrichtungen und Systeme implementieren eine Kombination aus Drift-Typ-Ionenbeweglichkeits-(-IM-)Trennung und Flugzeit-Massenspektrometrie (TOF MS). Die Verfahren, Vorrichtungen und Systeme können die Verwendung des vollständigen Empfindlichkeitspotentials beider Trennungstechniken zusammen durch Anwenden von Massefilterung mit einem relativ breiten Fenster (oder Bereich) einer Ionenisolation ermöglichen. Beispiele von Ausführungsbeispielen sind unten in Verbindung mit den 1–7 beschrieben. Die Ausführungsbeispiele umfassen zumindest zwei Betriebsmodi. Ein Modus beinhaltet ein Einsetzen eines Massefilters zum Einschränken von Ionenpaketen auf Ionen in einem ausgewählten m/z-Bereich (oder „Masse”-Bereich), der über den gesamten Verlauf der Datenerfassung konstant bleibt. Ein weiterer Modus beinhaltet ein Einsetzen eines Massefilters zur Einschränkung von Ionenpaketen auf einen m/z-Bereich, der über den Verlauf der Datenerfassung variiert.
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Hybrid-(oder Tandem- oder kombinierten)Ionenbeweglichkeits-Flugzeit-Massenspektrometer-(IM-TOF MS-)Systems 100, das bei der Implementierung der hierin beschriebenen Verfahren eingesetzt werden kann. Das IM-TOF MS-System 100 umfasst allgemein eine Ionenquelle 104, ein IM-Spektrometer 108, ein Massefilter 112, ein TOF MS 114 und eine Systemsteuerung 118. Es wird angemerkt, dass der Betrieb und Entwurf der Komponenten von IM- und TOF MS-Systemen Fachleuten auf diesem Gebiet im Allgemeinen bekannt sind und deshalb hierin nicht detailliert beschrieben werden müssen. Stattdessen werden bestimmte Komponenten hierin kurz beschrieben, um ein Verständnis der vorliegend offenbarten Verfahren zu erleichtern.
  • Die Ionenquelle 104 kann ein beliebiger Typ einer Ionenquelle mit kontinuierlichem Strahl oder einer gepulsten Ionenquelle, die für IM- und TOF-Betrieb geeignet ist, sein. Beispiele von Ionenquellen 104, die typisch für IM- und TOF sind, umfassen Elektrosprühionisations-(ESI-)Quellen (ESI = electron spray ionization), Laserdesorptionsionisations-(LDI-)Quellen (LDI = laser desorption ionization) und matrixgestützte Laserdesorptionsionisations-(MALDI-)Quellen (MALDI = matrix-assisted laser desorption ionization), sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Ionenquelle 104 eine Ionenakkumulations-(oder Ionenspeicher-)Vorrichtung, wie beispielsweise eine Ionenfalle oder eine Ionenoptikvorrichtung (nicht gezeigt) umfassen oder in Kommunikation mit derselben stehen.
  • Das IM-Spektrometer 108 umfasst ein IM-Driftrohr 122 mit einem oder mehreren Toren zum Führen eines Puffergases in das Driftrohr 122 im Gegenfluss zu dem Flug von Ionen durch das IM-Driftrohr 122. Das IM-Driftrohr 122 kann in einem Gehäuse (nicht gezeigt) eingeschlossen sein, das mit einer Pumpe (nicht gezeigt) zum Steuern des Drucks in dem Driftrohr 122 in Verbindung steht. Das IM-Spektrometer 108 kann außerdem eine Heizvorrichtung (nicht gezeigt) zum Steuern der Temperatur in dem Driftrohr 122 umfassen. Eine Serie von Elektroden (beispielsweise ringförmige Elektroden, nicht gezeigt) ist typischerweise an der Innenoberfläche des IM-Driftrohrs 122 befestigt und axial entlang der Längsachse des IM-Driftrohrs 122 verteilt. Die Elektroden stehen in Signalkommunikation mit einer Spannungsquelle, um ein konstantes elektrisches Feld entlang der Längsachse des IM-Driftrohrs 122 einzurichten, obwohl bei einigen Ausführungsbeispielen das elektrische Feld variiert werden kann.
  • Das Massefilter 112 kann ein beliebiger Typ von Massefilter sein, das geeignet zum Bereitstellen einstellbarer breiter m/z-Bereiche – oder Fenster einer Ionenisolation (Isolationsfenster) – gemäß den vorliegenden Lehren ist. In dem vorliegenden Zusammenhang ist ein „breiter” m/z-Bereich oder ein derartiges Isolationsfenster typischerweise in der Größenordnung von einigen zehn bis zu mehreren 100. Beispiele von Massefiltern 112, die geeignet zum Implementieren der vorliegend offenbarten Verfahren sind, umfassen Mehrpol-Massefilter und bestimmte Ionenoptikvorrichtungen, wie z. B. Bradbury-Nielsen-Gates (oder Gitter oder Verschlusselemente) oder Vorrichtungen, die im Entwurf oder Funktionsprinzip Bradbury-Nielsen-Gates ähneln, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Wenn das Massefilter 112 so positioniert ist, wie in 1 gezeigt ist, wird die Mehrpolkonfiguration gegenwärtig als das typischere Ausführungsbeispiel erachtet. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet zu erkennen ist, umfasst ein Mehrpol-Massefilter üblicherweise einen Satz paralleler länglicher Elektroden, die sich in der Richtung einer Ionenstrahlübertragung erstrecken. Das Mehrpol-Massefilter weist typischerweise eine Vierpol-Konfiguration (vier Elektroden) auf, kann alternativ jedoch eine größere Anzahl von Elektroden aufweisen (beispielsweise Sechspol, Achtpol usw.). Eine oder mehrere Spannungsquellen legen eine HF-Spannung, die um 180° außer Phase ist, an abwechselnde Paare von Elektroden an und legen außerdem eine Gleichspannung an die Elektroden an. Der m/z-Bereich, in den Ionen durch das Mehrpol-Massefilter isoliert werden, wird durch Einstellen (oder Anpassen) der Amplitude und Frequenz der HF-Spannung und der Amplitude der Gleichspannung ausgewählt und gesteuert. Der alternative Fall eines Bradbury-Nielsen-Gates oder einer ähnlichen Vorrichtung ist unten beschrieben.
  • Das TOF MS 114 umfasst einen Ionenpulsgeber (oder eine Ionenextraktionsregion) 134, ein Flugrohr 138 und einen Ionendetektor 142. Der Ionenpulsgeber 134 umfasst einen Satz von Elektroden (beispielsweise Gitter oder mit Öffnungen versehene Platten), die mit Spannungsquellen in Verbindung stehen, zum Anlegen eines gepulsten elektrischen Feldes, das ausreichend ist, um Ionen aus dem Ionenpulsgeber 134 in das Flugrohr 138 zu extrahieren. Das Flugrohr 138 definiert eine Driftregion, die frei von einem elektrischen Feld ist, durch die Ionen in Richtung des Detektors 142 driften. Der Detektor 142 kann ein beliebiger Detektor sein, der geeignet zur Verwendung in dem TOF MS ist, wobei einige nicht einschränkende Beispiele ein Elektronenmultiplizierer mit einer flachen Dynode und ein Mikrokanal-Plattendetektor sind. Der Detektor 142 erfasst die Ankunft von Ionen (oder zählt die Ionen) und erzeugt repräsentative Ionendetektionssignale. Bei dem vorliegenden Beispiel ist das TOF MS 114 als ein orthogonales TOF MS angeordnet – d. h., die Richtung, in der Ionen extrahiert werden und durch das Flugrohr 138 driften, ist im Allgemeinen orthogonal (oder zumindest in einem merklichen Winkel) zu der Richtung, in der Ionen in den Ionenpulsgeber 134 geleitet werden. Bei anderen Beispielen kann das TOF MS 114 auf einer Achse mit dem IM-Driftrohr 122 und dem Massefilter 112 sein. Außerdem umfasst bei dem vorliegenden Beispiel das TOF MS 114 einen Einzel- oder Mehrstufen-Ionenreflektor (oder Reflektron) 146, der den Weg der Ionen allgemein um 180° dreht, um deren kinetische Energie vor ihrer Ankunft an dem Detektor 142 zu fokussieren, was Fachleute auf dem Gebiet verstehen werden. Der resultierende Ionenflugweg in diesem Beispiel ist allgemein bei 150 angezeigt. Bei anderen Ausführungsbeispielen wird der Reflektor 146 nicht eingesetzt und der Ionenpulsgeber 134 und der Detektor 142 befinden sich an gegenüberliegenden Enden des Flugrohrs 138.
  • Die Systemsteuerung 118 ist in 1 schematisch als eines oder mehrere Module darstellend gezeigt, die zum Steuern, Überwachen und/oder Zeitgeben verschiedener Funktionsaspekte des IM-TOF MS-Systems 100 konfiguriert sind, wie z. B. Betrieb der Ionenquelle 104, Injektion von Ionenpaketen in das IM-Driftrohr 122 mit einer erwünschten Injektionsfrequenz, Anlegen von Spannungen an die Elektroden des IM-Driftrohrs 122 zum Einrichten eines elektrischen Feldes mit erwünschter Größe, Einführung eines Puffergases und Steuerung eines Gasdrucks (und wahlweise einer Temperatur) in dem IM-Driftrohr 122, Einstellen oder Anpassen der Betriebsparameter des Massefilters 112 zum Auswählen eines erwünschten m/z-Bereichs, Anlegen von Spannungen an den Ionenpulsgeber 134 mit einer erwünschten Puls-(oder Extraktions-)Frequenz und Steuerung beliebiger anderer Ionenoptik, die in 1 nicht spezifisch gezeigt ist. Die Systemsteuerung 118 ist außerdem zum Empfangen der Ionenerfassungssignale von dem Detektor 142, Berechnen von Flugzeiten der erfassten Ionen (beispielsweise unter Einsatz eines Zeit-Digital-Wandlers oder eines schnellen Analog-Digital-Wandlers), Korrelieren von Flugzeiten mit m/z-Werten und Durchführen anderer Aufgaben in Bezug auf Datenerfassung und Signalanalyse, wie nötig, um ein Massespektrum zu erzeugen, das die zu analysierende Probe charakterisiert, konfiguriert. Die Systemsteuerung 118 kann ein computerlesbares Medium umfassen, das Befehle zum Durchführen beliebiger der hierin offenbarten Verfahren umfasst. Zu diesen Zwecken ist die Systemsteuerung 118 schematisch als über jeweilige Kommunikationsverbindungen 152, 154, 156, 158 in Signalkommunikation mit einer oder mehreren Komponenten der Ionenquelle 104, des IM-Spektrometers 108, des Massefilters 112 und des TOF MS 114 stehend dargestellt. Eine bestimmte Kommunikationsverbindung 152, 154, 156, 158 kann, wie dies geeignet ist, verdrahtet oder drahtlos sein. Ebenso kann die Systemsteuerung 118 zu diesen Zwecken einen oder mehrere Typen von Hardware, Firmware und/oder Software sowie einen oder mehrere Typen von Speichern und Datenbanken umfassen. Die Systemsteuerung 118 umfasst typischerweise einen elektronischen Haupt-Prozessor, der eine Gesamtsteuerung bereitstellt, und kann einen oder mehrere elektronische Prozessoren umfassen, die für zweckgebundene Steueroperationen oder spezifische Signalverarbeitungsaufgaben konfiguriert sind. Die Systemsteuerung 118 stellt außerdem schematisch alle Spannungsquellen, Zeitgebungssteuerungen, Taktgeber, Frequenzerzeuger und dergleichen dar, wie diese zum Anlegen von Spannungen an verschiedene Komponenten des IM-TOF MS-Systems 100 benötigt werden.
  • Die Systemsteuerung 118 kann außerdem repräsentativ für einen oder mehrere Typen von Benutzerschnittstellenvorrichtungen sein, wie z. B. Benutzereingabevorrichtungen (z. B. Tastenfeld, Berührungsbildschirm, Maus und dergleichen), Benutzerausgabevorrichtungen (z. B. Anzeigebildschirm, Drucker, visuelle Indikatoren oder Warnungen, hörbare Indikatoren oder Warnungen und dergleichen), eine grafische Benutzerschnittstelle (GUI; GUI = graphical user interface), die durch Software gesteuert wird, und Vorrichtungen zum Laden von Medien, die durch den elektronischen Prozessor lesbar sind (z. B. Logikbefehle, die in Software ausgeführt sind, Daten und dergleichen). Die Systemsteuerung 118 kann ein Betriebssystem (z. B. Microsoft Windows®-Software) zum Steuern und Verwalten verschiedener Funktionen der Systemsteuerung 118 umfassen. Eine oder mehrere Komponenten der Systemsteuerung 118 können sich von dem IM-TOF MS-System 100 entfernt befinden und mit dem lokalen Abschnitt der Systemsteuerung 118 über eine verdrahtete oder eine drahtlose Kommunikationsverbindung kommunizieren.
  • Zur Erzeugung eines Massespektrums kann die Systemsteuerung 118 Software umfassen, die zum Entfalten oder anderweitigen mathematischen Rekonstruieren des Massespektrums in einem Fall, in dem die IM-Spektralinformationen gefaltet sind, konfiguriert ist. Herkömmlicherweise ist derartige Software außerdem zum Entfalten des Massespektrums aus gefalteten Massespektralinformationen konfiguriert. Wie aus der folgenden Beschreibung jedoch ersichtlich werden wird, erfordern die hierin offenbarten Verfahren keine doppelte (IM und TOF) Spektrenentfaltung.
  • In Betrieb werden einzelne Pakete von Ionen (oder Ionenpakete) aufeinander folgend in das IM-Driftrohr 122 injiziert. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Injektionsrate (oder Injektionsfrequenz) eine Multiplex-Injektionsrate. In dem vorliegenden Kontext bezieht sich eine Multiplex-Injektionsrate auf eine Injektionsrate, die ausreichend schnell ist, dass in einem bestimmten Moment, nachdem Injektionen beginnen, zumindest zwei aufeinander folgende (oder benachbarte) Ionenpakete (und typischerweise mehr als zwei Ionenpakete) gleichzeitig in dem IM-Driftrohr 122 vorhanden sind. Das Multiplexen des IM-Spektrometers 108 kann auch als Überabtasten bezeichnet werden. Wenn sich die Ionen in jedem Ionenpaket unter dem Einfluss des angelegten elektrischen Feldes durch das IM-Driftrohr 122 bewegen, kollidieren diese mit den Puffergasmolekülen. Ionen mit relativ größeren Kollisionsquerschnitten werden durch diesen Vorgang stärker verlangsamt als Ionen mit relativ kleineren Kollisionsquerschnitten. Entsprechend besitzen Ionen mit relativ kleineren Kollisionsquerschnitten eine größere Beweglichkeit als Ionen mit relativ größeren Kollisionsquerschnitten und werden so aus dem Austrittsende des IM-Driftrohrs 122 zuerst eluiert, wobei ihnen aufeinander folgend Ionen mit immer geringeren Beweglichkeiten folgen. So wird, wie sich jedes Ionenpaket durch das IM-Driftrohr 122 bewegt, dieses Ionenpaket räumlich entlang der Längsachse des IM-Driftrohrs 122 gestreut, da sich die Ionen in dem Ionenpaket zeitlich als eine Funktion ihrer verschiedenen Beweglichkeiten trennen. Die resultierenden IM-getrennten Ionenpakete werden aufeinander folgend aus dem IM-Driftrohr 122 eluiert und in das Massefilter 112 geleitet. Bei einigen Implementierungen können sich zwei oder mehr aufeinander folgende (oder benachbarte) Ionenpakete zumindest teilweise überlappen, bevor das vorauseilende Ionenpaket vollständig aus dem IM-Driftrohr 122 eluiert wird. Dies bedeutet, dass die schnellsten Ionen des vorherigen Ionenpakets die langsamsten Ionen des vorauseilenden Ionenpakets überholen können.
  • Wenn sich jedes IM-getrennte Ionenpaket durch das Massefilter 112 bewegt, wird es einem gemischten elektrischen HF/Gleichstrom-Feld, das durch die oben erwähnte HF- und Gleichspannung eingerichtet wird, ausgesetzt, die den niedrigen und hohen m/z-Grenzwert einrichten, die den ausgewählten m/z-Bereich definieren. Ionen, die außerhalb des ausgewählten m/z-Bereichs fallen, werden aus jedem Ionenpaket beseitigt, wodurch die Ionen, die in den ausgewählten m/z-Bereich fallen, isoliert werden. Folglich behalten die Ionenpakete, die das Massefilter 112 verlassen, ihre IM-basierte Trennung bei, sind nun jedoch auch gemäß dem ausgewählten m/z-Bereich massegefiltert. Gemäß den vorliegenden Lehren wird das Massefilter 112 betrieben, um ein viel breiteres Isolationsfenster einzurichten, als dies üblicherweise erfolgt, wenn Massenfilter in Ionenverarbeitungstechniken eingesetzt werden. Wie oben erwähnt wurde, kann die Breite des Isolationsfensters in der Größenordnung von einigen zehn bis zu mehreren 100 m/z-Einheiten betragen, d. h. die Breite kann von etwa zehn bis 100 oder mehreren 100 variieren. So kann bei einigen Ausführungsbeispielen das Massefilter 112 betrieben werden, um ein Isolationsfenster mit einer Breite in der Größenordnung von einigen zehn (z. B. 10, 20, 30, 40 oder weiter, d. h. bis zu 100) bereitzustellen. Beispielhaft kann der ausgewählte m/z-Bereich eine Breite von 30 aufweisen. Unter der Annahme, dass der niedrige m/z-Grenzwert 2.000 beträgt, wäre der ausgewählte m/z-Bereich bei diesem Beispiel 2.000 bis 2.030 (d. h. nur Ionen mit Massen, die innerhalb den Bereich von 2.000 bis 2.030 fallen, werden durch das Massefilter 112 durchgeleitet). Als weiteres Beispiel kann der ausgewählte m/z-Bereich eine Breite von 60 besitzen. Wiederum annehmend, dass der niedrige m/z-Grenzwert 2.000 beträgt, wäre der ausgewählte m/z-Bereich bei diesem Beispiel 2.000 bis 2.060. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Massefilter 112 betrieben werden, um ein Isolationsfenster mit einer Breite in der Größenordnung von einigen 100 (z. B. 100, 200, 300, 400 oder breiter) bereitzustellen. Beispielhaft könnte der ausgewählte m/z-Bereich eine Breite von 100 besitzen. Unter weiterer Annahme des Beispiels mit dem niedrigen m/z-Grenzwert von 2.000 wäre der ausgewählte m/z-Bereich bei diesem Beispiel 2.000 bis 2.100. Als weiteres Beispiel kann der ausgewählte m/z-Bereich eine Breite von 200 aufweisen. Wieder unter Annahme eines niedrigen m/z-Grenzwerts von 2.000 wäre der ausgewählte m/z-Bereich bei diesem Beispiel 2.000 bis 2.200.
  • Bei zusätzlichen Beispielen könnte die Breite des Isolationsfensters (oder Breite des m/z-Bereichs) – d. h. der Bereich von der geringsten Masse bis zu der größten Masse von Ionen, die durchgeleitet werden dürfen – 10 bis 20 (z. B. könnten die Ionen, die durchgeleitet werden dürfen, diejenigen mit Massen sein, die von 62 bis 71 variieren, oder 262 bis 275 oder 1.262 bis 1.278 oder 5.462 bis 5.473 usw.); 20 bis 30 (z. B. Ionen mit Massen von 62 bis 81 oder 262 bis 287 oder 1.262 bis 1.284 oder 5.462 bis 5.486 usw. werden durchgeleitet); 30 bis 40 (z. B. Ionen mit Massen von 62 bis 92 oder 262 bis 299 oder 1.262 bis 1.298 oder 5.462 bis 5.493 usw.); 40 bis 50; 50 bis 60; 60 bis 70; 70 bis 80; 80 bis 90; 90 bis 100; 100 bis 200 (z. B. Ionen mit Massen von 62 bis 161 oder 262 bis 378 oder 1.262 bis 1.398 oder 5.462 bis 5.612 usw.); 200 bis 300 (z. B. Ionen mit Massen von 62 bis 261 oder 262 bis 493 oder 1.262 bis 1.523 oder 5.462 bis 5.670 usw.); 300 bis 400; 400 bis 500; 500 bis 600; 600 bis 700; 700 bis 800; 800 bis 900; 900 bis 1.000; 1.000 bis 2.000; 2.000 bis 3.000; 3.000 bis 4.000; 4.000 bis 5.000; 5.000 bis 6.000; 6.000 bis 7.000; 7.000 bis 8.000; 8.000 bis 9.000; 9.000 bis 10.000; 10.000 bis 20.000; usw. sein. Es wird darauf hingewiesen, dass die niedrigen Massegrenzwerte von 62, 262, 1.262 und 5.462, die bei den vorstehenden Beispielen bereitgestellt werden, zufällig ausgewählt wurden; die Massefilterung, die bei den vorliegend offenbarten Verfahren durchgeführt wird, kann auf Ionen mit einer beliebigen Masse von analytischem Interesse in dem System angewendet werden, einschließlich größerer Ionen mit Massen in dem Bereich von einigen 10.000. Bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Isolationsfenster erlauben, dass ein Prozentsatz des m/z-Bereichs, der zu einer bestimmten Zeit erwartet wird, durchlaufen kann, wie z. B. 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, usw. Beispielsweise kann, wenn zu einer bestimmten Zeit der Ionenpulsgeber Ionen mit m/z-Bereichen von 100 bis 120 empfangen würde und das Massefilter eingestellt ist, um Ionen mit 90% des m/z-Bereichs durchzulassen, der „Durchlass”-m/z-Bereich 101 bis 118, 102 bis 119 usw. sein. Der Durchlass-m/z-Bereich kann in der Mitte des erwarteten m/z-Bereichs für die bestimmte Zeit (bei obigem Beispiel 100 bis 120) sein.
  • Bei dem ersten hierin offenbarten Betriebsmodus wird jedes Ionenpaket den gleichen Massefilterungsparametern ausgesetzt – d. h. der ausgewählte m/z-Bereich ist für alle Ionenpakete der gleiche. Der Effekt der breiten Massefilterung besteht darin, ein Multiplexen des TOF MS 114 zu ermöglichen, um eine Empfindlichkeit zu erhöhen, während eine Datenerfassung wesentlich vereinfacht wird, wie weiter unten beschrieben ist.
  • Jedes IM-getrennte massegefilterte Ionenpaket wird von dem Massefilter 112 in den Ionenpulsgeber 134 des TOF MS 114 geleitet. Der Ionenpulsgeber 134 wird betrieben, um aufeinander folgend Ionen aus jedem Ionenpaket, das in dem Ionenpulsgeber 134 ankommt, zu extrahieren, wodurch aufeinander folgend Ionenpakete in das Flugrohr 138 beschleunigt werden. Mehr als ein Ionenpaket kann aus einem bestimmten einzelnen IM-getrennten Ionenpaket, das in dem Ionenpulsgeber 134 ankommt, extrahiert werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Extraktions- oder Pulsrate (oder -frequenz) eine Multiplex-Extraktionsrate. In dem vorliegenden Kontext bezieht sich eine Multiplex-Extraktionsrate auf eine Extraktionsrate, die ausreichend schnell ist, dass zu einem bestimmten Moment, nachdem Extraktionen beginnen, zumindest zwei aufeinander folgende (oder benachbarte) Ionenpakete (und typischerweise mehr als zwei Ionenpakete) gleichzeitig in dem Flugrohr 138 vorhanden sind. So können die Ionenpakete, die in das Flugrohr 138 extrahiert werden, als „neu” oder „unterschiedlich” in Bezug auf die Ionenpakete, die aus dem IM-Driftrohr 122 eluiert werden, gekennzeichnet werden, insofern als die extrahierten Ionenpakete nicht notwendigerweise aus dem gleichen Ensemble von Ionen bestehen wie das IM-eluierte Ionenpaket, aus dem die Extraktionen genommen wurden. Das Multiplexen des TOF MS 114 kann auch als Mehrfachpulsen oder Überpulsen bezeichnet werden. Die Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket werden derart beschleunigt, dass sie alle die gleiche kinetische Energie aufweisen, die Geschwindigkeiten einzelner Ionen jedoch unterscheiden sich in Abhängigkeit von ihren einzelnen m/z-Verhältnissen. Folglich wird, wenn sich jedes extrahierte Ionenpaket durch das Flugrohr 138 bewegt, dieses räumlich und zeitlich gestreut. Der Detektor 142 zählt die Ionen, wenn diese an dem Detektor 142 ankommen, und erzeugt ein Ionendetektionssignal, aus dem die Flugzeiten der Ionen berechnet und mit ihren m/z-Verhältnissen korreliert werden können, und ein Massespektrum kann erzeugt werden. Wie an anderer Stelle angemerkt, ist aufgrund der Massefilterung, die auf die Ionenpakete angewendet wird, der m/z-Bereich der Ionenpakete begrenzt und die Streuung oder Verteilung der Ionenpakete ist folglich derart eingeschränkt, dass wenig oder keine Überlappung unter aufeinander folgenden Ionenpaketen in dem Flugrohr 138 auftritt, was Datenerfassung und -analyse stark vereinfacht.
  • 2 stellt typische Zeitgebungssequenzen für (A) TOF-Injektionen (Extraktionen von Ionenpaketen aus dem Ionenpulsgeber 134 in das Flugrohr 138), wenn Multiplexen eingesetzt wird, (B) TOF-Injektionen ohne Multiplexen, (C) Injektionen in das IM-Driftrohr 122, wenn Multiplexen eingesetzt wird, und (D) IM-Injektionen ohne Multiplexen dar. Die typische Dauer eines vollständigen TOF-Elutionszyklus für ein einzelnes Ionenpaket ist in den 2(A) und 2(B) mit 204 angezeigt. Der TOF-Elutionszyklus 204 entspricht der Zeit, die das langsamste (schwerste) Ion des Ionenpakets braucht, um den Detektor 142 zu erreichen, und zwar nach einer Extraktion des Ionenpakets aus dem Ionenpulsgeber 134. Die typische Dauer eines vollständigen IM-Elutionszyklus für ein einzelnes Ionenpaket ist in den 2(C) und 2(D) mit 208 angezeigt. Der IM-Elutionszyklus 208 entspricht der Zeit, die das langsamste (am wenigsten mobile) Ion des Ionenpakets benötigt, um aus dem IM-Driftrohr 122 zu eluieren, und zwar nach einer Injektion des Ionenpakets in das IM-Driftrohr 122. Wenn kein Multiplexen eingesetzt wird, stellen die 2(B) und 2(D) dar, dass das TOF MS 114 bzw. das IM-Spektrometer 108 unter „Pulsen und Warten”-Bedingungen betrieben werden, unter denen die Zeit zwischen Injektionen in das IM-Driftrohr 122 in etwa dem IM-Elutionszyklus 208 entsprechen kann und die Zeit zwischen TOF-Extraktionspulsen in etwa dem TOF-Elutionszyklus 204 entsprechen kann.
  • Die Zeitskala des IM-Elutionszyklus 208 ist typischerweise einige (z. B. zwei oder drei) Größenordnungen langsamer als die Zeitskala des TOF-Elutionszyklus 204. Der IM-Elutionszyklus 208 kann beispielsweise in dem Bereich von zehn bis 100 ms variieren, während der entsprechende TOF-Elutionszyklus 204 in dem Bereich von 50 bis 500 μs variieren kann. Es ist zu sehen, dass der Arbeitszyklus ohne Multiplexen sehr niedrig ist. Ferner gehen ohne Multiplexen Ionen verloren, weil, während, wie bereits oben angemerkt wurde, eine Ionenansammlungsvorrichtung in Verarbeitungsrichtung vor dem IM-Driftrohr 122 eingesetzt werden kann, um Ionen zwischen Injektionen anzusammeln, in dem TOF MS 114 die Ionen, die zwischen den Extraktionspulsen durch den Ionenpulsgeber 134 fliegen, verloren gehen. Wie in den 2(A) bzw. 2(C) gezeigt ist, bedeutet ein Multiplexen des TOF MS 114 ein Pulsen mit einer schnelleren Rate (Frequenz) als ein einzelner TOF-Elutionszyklus 204 und ein Multiplexen des IM-Spektrometers 108 bedeutet ein Injizieren mit einer schnelleren Rate (Frequenz) als ein einzelner IM-Elutionszyklus 208. Zusätzlich zu einem Verbessern des Arbeitszyklus kann das IM-Spektrometer 108 in einem Fall gemultiplext werden, in dem die Ionenansammelvorrichtung eine eingeschränkte Kapazität besitzt. In diesem Fall kann, wenn das Ionensignal stark ist, die Ionenansammelvorrichtung zwischen normalen Injektionen (Injektionen mit einer nicht gemultiplexten Rate) überfüllt werden, was zu dem Verlust von Ionen und einer IM-Trennungsauflösung führen kann. Außerdem kann ein Multiplexen den dynamischen Bereich des Instruments erhöhen. Wenn Ionen der gleichen Art in sehr wenige diskrete Spitzen gepackt sind, wird die Datenerfassung unter Umständen gesättigt. Dieses Problem kann durch Multiplexen gelindert werden, was dazu führt, dass die Ionen unter mehreren Spitzen verteilt sind.
  • 3A ist ein Beispiel eines rohen zweidimensionalen (2D-)Spektrums, das erfasst werden kann, wenn die IM-Injektionen mit einer Hochfrequenz-(Multiplex-)Injektionsrate erfolgen, jedoch ohne Multiplexen der TOF-Extraktionen. Die x-Achse stellt die Driftzeit durch das IM-Driftrohr 122 dar und die y-Achse stellt die Flugzeit von Ionen durch das Flugrohr 138 dar. Eine grundlegende Charakteristik der IM-Trennung ist die Tatsache, dass die Beweglichkeiten von Ionen in gewisser Weise mit ihren Massen korreliert sind. In 3A können die Verteilungen oder die Gruppierung von Signalen (Massespitzen) von den Injektionen einzelner Ionenpakete in das IM-Driftrohr 122 mit IM-„Trendlinien” oder -„Bändern” dargestellt werden, wie beispielsweise bei 312, 314, 316 und 318 angezeigt ist. Jedes IM-Band kann als die Massespitzen (nicht spezifisch gezeigt), die von einer jeweiligen einzelnen Injektion erfasst werden, einhüllend betrachtet werden. IM-Pulse können mit einer Frequenz erzeugt werden, die beispielsweise zehnmal höher ist als das Inverse der Driftzeit eines bestimmten Ionenpakets durch das IM-Driftrohr 122. Während dieses Multiplexens oder „Überabtastens” sind mehrere IM-Bänder in dem 2D-Spektrum, wie in 3A dargestellt, zu beobachten, wobei jedes IM-Band einem einzelnen Ionenpaket entspricht, das in das IM-Driftrohr 122 injiziert wurde.
  • In 3A ist ein Zeitpunkt T0, auch als ein dünner vertikaler Streifen oder eine derartige Linie 330 dargestellt, willkürlich entlang der x-Achse positioniert. Die Zeit T0 kann zu Zwecken der vorliegenden Erläuterung als dem ersten Extraktionspuls entsprechend, der durch den Ionenpulsgeber 134 des TOF MS 114 implementiert wird, betrachtet werden. So ist zu einer Zeit T0 eine bestimmte Auswahl von Ionen in dem Ionenpulsgeber 134 vorhanden. Aufgrund eines Multiplexens der IM-Injektionen sind Ionen aus mehreren IM-Bändern 312, 314, 316 und 318 (jedes IM-Bandes, durch das der vertikale Streifen 330 verläuft) in der Extraktion, die zu der Zeit T0 auftritt, beinhaltet. Wenn ein herkömmlicher „Pulsen und Warten”-Ansatz implementiert würde, würde die zweite Extraktion (T1) erst auftreten, nachdem alle Ionen den Detektor 142 erreicht haben, und der Arbeitszyklus des Systems wäre sehr niedrig.
  • Wie bereits angemerkt wurde, kann der Arbeitszyklus durch Multiplexen (Überpulsen) des TOF MS 114 verbessert werden. 3B ist ein Beispiel eines rohen zweidimensionalen (2D-)Spektrums, das erfasst werden kann, wenn sowohl IM-Injektionen als auch TOF-Extraktionen gemultiplext werden. Aufgrund der Multiplex-Extraktionsrate werden die Daten, die durch die einzelnen IM-Bänder dargestellt werden (z. B. Bänder 312, 314, 316, 318) mehrere Male entlang der vertikalen Dimension (der Zeitskala für TOF) repliziert, wodurch die Daten den 2D-Raum zu einem noch größeren Ausmaß füllen, als in 3A gezeigt ist. Herkömmlicherweise kann ein Multiplexen von sowohl IM-Injektionen als auch TOF-Extraktionen zu mehreren Nachteilen führen. Bei herkömmlichen Verfahren würden sich die Ankunftszeiten verschiedener Ionenpakete an dem TOF-Detektor wesentlich überlappen, wodurch spezielle Entfaltungstechniken benötigt werden. Dies wird durch die Tatsache weiter verkompliziert, dass die Auflösung der IM-Trennung hoch sein kann, sodass die Intensität des Ionensignals während eines oder mehrerer TOF-Extraktionspulse beträchtlich variieren kann, was eine komplexe Entfaltung weniger zuverlässig macht. Ferner kann, wie zuvor angemerkt wurde, eine komplexe Entfaltung sehr wesentliche Echtzeit-Rechenressourcen erforderlich machen, da eine IM-Entfaltung aufgrund von Multiplexen des IM-Spektrometers 108 ebenso gleichzeitig auftritt. Dieses Niveau an Entfaltung ist unter Umständen weder machbar noch praktisch.
  • Das vorliegend offenbarte Verfahren ermöglicht die Verwendung eines Multiplexens sowohl der IM-Injektionen als auch der TOF-Extraktionen, um den Arbeitszyklus eines IM-TOF MS-Systems zu erhöhen, während eine Analyseempfindlichkeit maximiert und eine Datenerfassung vereinfacht wird. Das vorliegend offenbarte Verfahren erzielt dies durch Erfassen von Spektraldaten aus nur einem eingeschränkten m/z-Bereich des ursprünglichen Ensembles von Ionen, die in jedem Ionenpaket, das in das System injiziert wird, beinhaltet sind. Der m/z-Bereich ist durch Massefilterung der Ionen, bevor diese in das Flugrohr 138 des TOF MS 114 beschleunigt werden, wie oben in Verbindung mit 1 beschrieben ist, oder nachdem diese in das Flugrohr 138 beschleunigt werden, wie unten in Verbindung mit 6 beschrieben wird, eingeschränkt.
  • 3B stellt den Effekt eines Massefilterns der Ionenpakete auf einen ausgewählten m/z-Bereich (m/z)1 bis (m/z)2 dar, während sowohl die IM-Injektionen als auch die TOF-Extraktionen gemultiplext werden. Der ausgewählte m/z-Bereich (m/z)1 bis (m/z)2 kann beispielsweise 30 bis 50, 50 bis 100, 200 bis 275 usw. sein. Allgemeiner hängt der für ein bestimmtes Experiment ausgewählte m/z-Bereich von der Zusammensetzung und dem Gesamt-m/z-Bereich der Analytionen ab, die bekanntermaßen in der zu analysierenden Probe beinhaltet sind oder die dort vermutet werden, und wiederum von dem Wunsch, eine Überlappung zwischen Ionenpaketen in dem TOF MS 114 zu minimieren oder zu beseitigen. Beispielsweise kann ein schmalerer m/z-Bereich für leichtere Ionen effektiver sein, während ein breiterer m/z-Bereich für schwerere Ionen effektiver sein könnte. Das Auswählen eines schmaleren m/z-Bereichs ermöglicht einen Betrieb mit einer höheren Multiplexrate(-Frequenz), während eine Überlappung von Ionenpaketen in dem Flugrohr 138 vermieden (oder zumindest minimiert) wird. In 3B stellt eine horizontale Region 334 die Breite (oder ein Isolationsfenster) des ausgewählten m/z-Bereichs (m/z)1 bis (m/z)2 über die Zeit dar. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Breite über die Zeit konstant gehalten. Die Erstreckung der horizontalen Region 334 durch alle IM-Bänder zeigt an, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel alle Ionenpakete den gleichen Massefilterungsparametern unterzogen werden. Dies bedeutet, dass jedes Ionenpaket nach Austritt aus dem Massefilter 112 auf den gleichen m/z-Bereich (m/z)1 bis (m/z)2 beschränkt ist wie die anderen Ionenpakete, wenn diese aus dem Massefilter 112 austreten. Unter erneuter Annahme einer Zeit T0 als einer Zeit einer Extraktion aus dem Ionenpulsgeber 134 sind die einzigen Ionen, die extrahiert werden, diejenigen, deren Massen innerhalb einer Region 338 dargestellt wären, wo sich der vertikale Streifen 330 und die horizontale Region 334 schneiden. An der Position, die in 3B für die Zeit T0 ausgewählt ist, überlagert die Region 338 ein einzelnes IM-Band 316 und überlagert kein anderes IM-Band 312, 314, 318, das zu der Zeit T0 verfügbar ist. Folglich beinhaltet zu dieser bestimmten Zeit T0 der m/z-Bereich (m/z)1 bis (m/z)2 Ionen, die zu nur einem IM-Band 316 gehören, wobei Ionen aus den anderen IM-Bändern 312, 314, 318 nicht in das Flugrohr 138 geleitet werden.
  • Die Implementierung einer Massefilterung, wie sie hierin beschrieben ist, ermöglicht ein Multiplexen des TOF MS 114 mit einer Extraktionsrate(-Frequenz), die ausreichend hoch ist, um die Detektion von Ionen (innerhalb des ausgewählten m/z-Bereichs) wesentlich zu verbessern und so die Empfindlichkeit zu erhöhen, jedoch ausreichend niedrig, um eine Überlappung zwischen aufeinander folgenden Ionenpaketen in dem TOF-Flugrohr 138 zu verhindern oder zumindest wesentlich zu minimieren. Dies wiederum beseitigt oder reduziert zumindest wesentlich eine Überlappung von Spitzen in dem resultierenden TOF-Spektrum, wodurch der Vorgang eines Erzeugens des Massespektrums in einem bestimmten Experiment vereinfacht wird. Beispielsweise ist für viele Experimente eine Entfaltung des TOF-Spektrums nicht mehr erforderlich. In dem Zusammenhang der vorliegenden Offenbarung bedeutet „Minimieren” einer Überlappung zwischen aufeinander folgenden Ionenpaketen ein Reduzieren der Überlappung auf ein derartiges Maß, dass eine Entfaltung des TOF-Spektrums bei einem bestimmten IM-TOF-Experiment nicht erforderlich ist. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet zu erkennen sein wird, hängt das Maß, auf das eine Überlappung reduziert werden muss, um eine TOF-Entfaltung zu vermeiden, von dem bestimmten durchzuführenden Experiment ab (z. B. der Probezusammensetzung, der eingesetzten Ionisierungstechnik, den Ionisierungsbedingungen oder dergleichen). Ferner beinhaltet ein „Minimieren” einer Überlappung nicht nur ein derartiges Reduzieren der Überlappung, dass noch eine kleine Menge an Überlappung vorliegt, sondern beinhaltet außerdem ein vollständiges Beseitigen einer Überlappung (d. h. derart, dass zwischen aufeinander folgenden Ionenpaketen in dem TOF-Flugrohr 138 überhaupt keine Überlappung vorliegt). Die Massefilterung, wie sie gemäß den hierin offenbarten Verfahren implementiert ist, macht einen breiten Bereich potentiell optimaler Extraktionsraten verfügbar, die die vorstehend genannten Bedingungen erfüllen (Erhöhen der Empfindlichkeit und Minimieren von Überlappung). Ferner ist der Bereich optimaler Ionenextraktionsraten für eine breite Vielzahl von Proben von Interesse breit, von kleinen Molekülen bis hin zu Biopolymeren mit hohem Molekulargewicht.
  • 4 ist ein Beispiel eines TOF-Spektrums, das als ein Ergebnis eines Betreibens des IM-TOF MS-Systems 100 mit Massefilterung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfasst werden kann. Die X-Achse stellt eine Serie aufeinander folgender TOF-Erfassungszyklen in Mikrosekunden dar und die Y-Achse stellt eine Ionensignalintensität in willkürlichen Einheiten dar, was zu einer Serie von TOF-Spektren 402–412 führt, die aus jedem extrahierten Ionenpaket erfasst werden. Zur Einfachheit sind nur sechs TOF-Spektren 402–412 gezeigt. Ohne Multiplexen wäre für jedes Ionenpaket, das in das IM-Driftrohr 122 injiziert wird, nur eines der TOF-Spektren 402–412 zu beobachten. 4 stellt ein Beispiel dar, bei dem keine Überlappung von Ionenpaketen in dem Flugrohr 138 auftritt, was zu keiner Überlappung der TOF-Spektren 402–412 führt. So ist zu sehen, dass keine komplexe Entfaltung der TOF-Spektren 402–412 erforderlich ist, und dass die TOF-Spektren 402–412 einfach unter Einsatz einer geeigneten Zeitkorrektur summiert werden können. Deshalb ermöglicht das vorliegende Ausführungsbeispiel eine Maximierung des Arbeitszyklus von sowohl IM- als auch TOF-Erfassungen sowie die Erzielung extrem empfindlicher 2D-Spektren für den ausgewählten m/z-Bereich von Ionen.
  • Zum Vergleich stellen die gestrichelten Linien in 4 Spitzen (wie z. B. bei 422–430) dar, die vorhanden wären, wenn der m/z-Bereich der Ionenpakete nicht eingeschränkt wäre. Ohne Massefilterung würde die resultierende wesentliche Überlappung bei den TOF-Spektren eine komplexe Entfaltung erfordern, um ein Massespektrum aus den TOF-Erfassungen aufzubauen.
  • Bei dem oben beschriebenen ersten Betriebsmodus verändert sich das Isolationsfenster, das dem ausgewählten m/z-Bereich zugeordnet ist, nicht, sondern bleibt über den gesamten Verlauf der Datenerfassung konstant. Ein weiteres Verfahren oder ein weiterer Betriebsmodus wird nun beschrieben, wobei das Isolationsfenster über den Verlauf der Datenerfassung in einer schrittartigen Weise variiert. Dieser zweite Modus trifft insbesondere auf Fälle zu, in denen kein Multiplexen des IM-Spektrometers 108 erforderlich ist, wie z. B. in dem Fall einer Signalerfassung auf niedriger Ebene, bei der kein Überfüllen einer Ionenansammelvorrichtung in Verarbeitungsrichtung vor dem IM-Driftrohr 122 auftritt.
  • Bezug nehmend auf 1 wird bei Betrieb gemäß dem zweiten Modus ein einzelnes Ionenpaket in das IM-Driftrohr 122 injiziert. Wenn sich das Ionenpaket durch das IM-Driftrohr 122 bewegt, werden die Ionen als eine Funktion einer Ionenbeweglichkeit in der oben beschriebenen Weise getrennt. Das resultierende IM-getrennte Ionenpaket wird aus dem IM-Driftrohr 122 eluiert und in das Massefilter 112 geleitet. Wenn sich das IM-getrennte Ionenpaket durch das Massefilter 112 bewegt, werden die Ionen gemäß einem variierenden m/z-Bereich isoliert. Dies bedeutet, dass bei diesem Betriebsmodus das Massefilter 112 durch beispielsweise Hardware- und/oder Softwaremodule der Systemsteuerung 118 programmiert wird (d. h. seine Betriebsparameter, wie z. B. Spannungsbetrag und Frequenz, werden dynamisch eingestellt), sodass der m/z-Bereich, der durch das Massefilter 112 auferlegt wird, sich über die Zeit schnell verschiebt. Beispielsweise kann das Massefilter 112 betrieben werden, um aufeinander folgend m/z-Bereiche von (m/z)1–(m/z)2, (m/z)3–(m/z)4, ..., (m/z)n-1–(m/z)n über das gesamte Massespektrum des injizierten Ionenpakets einzurichten, wobei (m/z)1 dem niedrigsten m/z-Verhältnis entspricht und (m/z)n dem höchsten m/z-Verhältnis entspricht. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel werden die m/z-Bereiche in einer überlappenden schrittweisen Art variiert. Beispielsweise kann der erste m/z-Bereich (m/z)1–(m/z)2 100–200 betragen, der zweite m/z-Bereich (m/z)3–(m/z)4 kann 104–204 betragen, der dritte m/z-Bereich (m/z)5–(m/z)6 kann 108–208 betragen usw. Abhängig von dem Experiment muss die Breite jedes m/z-Bereichs nicht konstant sein und die Menge (in m/z-Einheiten) einer Überlappung zwischen fortlaufenden m/z-Bereichen muss nicht konstant sein. Der erste m/z-Bereich (m/z)1–(m/z)2 beispielsweise kann 100–200 sein, der zweite m/z-Bereich (m/z)3–(m/z)4 kann 104–224 sein, der dritte m/z-Bereich (m/z)5–(m/z)6 kann 134–224 sein usw. In Abhängigkeit von dem Experiment müssen die fortlaufenden m/z-Bereiche nicht in einer überlappenden Weise durchschritten werden. Beispielsweise kann der erste m/z-Bereich (m/z)1–(m/z)2 100–200 betragen, der zweite m/z-Bereich (m/z)3–(m/z)4 kann 201–301 betragen, der dritte m/z-Bereich (m/z)5–(m/z)6 kann 302 bis 402 betragen usw. In all diesen Fällen kann, wie in dem Fall des ersten Betriebsmodus, die Breite des Isolationsfensters, die jede Iteration eines eingeschränkten m/z-Bereichs definiert, in der Größenordnung von einigen 10 bis mehreren 100 sein, d. h. die Breite eines bestimmten ausgewählten m/z-Bereichs kann von 10 bis mehreren 100 variieren. Wie in dem Fall des ersten Betriebsmodus hängt die Breite des Isolationsfensters von der Zusammensetzung und dem Gesamt-m/z-Bereich der Analytionen ab, die bekanntermaßen in der zu analysierenden Probe beinhaltet sind oder dort vermutet werden (z. B. leichte Ionen gegenüber schweren Ionen), um so eine Überlappung zwischen Ionenpaketen in dem TOF MS 114 zu minimieren oder beseitigen.
  • Bei dem gerade beschriebenen Beispiel eines Variierens des m/z-Bereichs ist jeder fortlaufende m/z-Bereich ein höherer m/z-Bereich als der vorhergehende m/z-Bereich. Alternativ kann der m/z-Bereich so variiert werden, dass jeder fortlaufende m/z-Bereich ein niedrigerer m/z-Bereich als der vorhergehende m/z-Bereich ist. Allgemeiner kann der m/z-Bereich so variiert werden, dass jeder fortlaufende m/z-Bereich ein unterschiedlicher m/z-Bereich als der vorhergehende m/z-Bereich ist. Die geeignetste Weise, nach der der m/z-Bereich variiert werden kann, kann von dem bestimmten durchzuführenden Experiment abhängen.
  • Bei all den vorstehenden Beispielen einer variierenden Masseisolation behält das Ionenpaket seine IM-basierte Trennung nach einem Durchlaufen des Massefilters 112 bei, wird nun jedoch auch gemäß dem variierenden m/z-Bereich massegefiltert. So erreichen die beweglichsten Ionen des Ionenpakets (diejenigen vorne in dem IM-getrennten Ionenpaket) das Massefilter 112 zuerst und werden durch die Sperrgrenzen des ersten m/z-Bereichs (m/z)1–(m/z)2 gefiltert. Den mobilsten Ionen folgen zeitlich Ionen mit fortlaufend geringeren Beweglichkeiten, die durch die Sperrgrenzen der fortlaufenden dazwischenliegenden m/z-Bereiche gefiltert werden. Die am wenigsten beweglichen Ionen des Ionenpakets (diejenigen hinten in dem IM-getrennten Ionenpaket) erreichen das Massefilter 112 zuletzt und werden durch die Sperrgrenzen des m/z-Bereichs, der zu dieser bestimmten Zeit durch das Massefilter 112 angewendet wird, gefiltert. In Abhängigkeit von dem Experiment können die am wenigsten beweglichen Ionen durch die Sperrgrenzen des letzten m/z-Bereichs (m/z)n-1–(m/z)n, für deren Anwendung das Massefilter 112 programmiert ist, gefiltert werden.
  • Wenn das IM-getrennte massegefilterte Ionenpaket aus dem Massefilter 112 in den Ionenpulsgeber 134 geleitet wird, extrahiert der Ionenpulsgeber 134 aufeinander folgend Ionen aus dem Ionenpaket, das in dem Ionenpulsgeber 134 ankommt, wodurch aufeinander folgend „neue” Ionenpakete in das Flugrohr 138 beschleunigt werden. Wie in dem Fall des ersten Betriebsmodus ist die Extraktions- oder Pulsrate (oder -Frequenz) eine Multiplex-Extraktionsrate. Wenn jedes extrahierte Ionenpaket sich durch das Flugrohr 138 bewegt, wird das Ionenpaket gemäß unterschiedlichen Geschwindigkeiten räumlich und zeitlich gestreut. Der Detektor 142 zählt die Ionen, wenn diese an den Detektor 142 ankommen, und erzeugt ein Ionenerfassungssignal, aus dem TOF-Spektren und letztendlich ein Massespektrum erzeugt werden können.
  • Wie in dem Fall des ersten Betriebsmodus begrenzen die Grenzen, die durch das auf die Ionenpakete angewendete Massefiltern auferlegt werden, folglich die Streuung oder Verteilung der extrahierten Ionenpakete derart, dass in dem Flugrohr 138 wenig oder keine Überlappung zwischen aufeinander folgenden Ionenpaketen auftritt. Dies bedeutet, dass eine Überlappung „minimiert” wird, wie oben beschrieben ist. Wie oben angemerkt wurde, ermöglicht dies ein Multiplexen des TOF MS 114 und folglich ein Erhöhen der Empfindlichkeit, wobei die Datenerfassung wesentlich vereinfacht wird, um so den Bedarf nach Entfaltung des TOF-Spektrums zu beseitigen. Der Effekt eines Anwendens einer variierten Massefilterung gemäß dem zweiten Betriebsmodus ist unten in Verbindung mit den 5A und 5B beschrieben.
  • 5A ist ein Beispiel eines rohen zweidimensionalen (2D-)Spektrums, das aus einer einzelnen Injektion in das IM-Driftrohr 122 und ohne Multiplexen der TOF-Extraktionen erfasst werden kann. Die X-Achse stellt die Driftzeit der Ionen durch das IM-Driftrohr 122 dar und die Y-Achse stellt die Flugzeit der Ionen durch das Flugrohr 138 dar. Ein einzelnes IM-Band 504 in 5 stellt die Injektion eines einzelnen Ionenpakets in das IM-Driftrohr 122 dar. Zu Zwecken der vorliegenden Erläuterung können die Zeiten T0, T1, ..., TN als den Elutionszeiten von Ionen des Ionenpakets aus dem IM-Driftrohr 122 in das Massefilter 112 entsprechend betrachtet werden. Die Zeiten T0, T1, ..., TN werden außerdem als dünne vertikale Streifen entlang der TOF-Zeitskala projiziert, einschließlich eines Streifens 530 zu einer Zeit T0 und eines Streifens 534 zu einer Zeit TN. Zu der Zeit T0 ist das Massefilter 112 eingestellt, um Ionen in einem ersten m/z-Bereich (m/z)01–(m/z)02 durchzulassen. Zu nachfolgenden Zeiten T1, T2, T3, ... ist das Massefilter 112 eingestellt, um Ionen in fortlaufend höheren m/z-Bereichen durchzulassen, bis zu der Zeit TN, zu der das Massefilter 112 eingestellt ist, um Ionen in einem m/z-Bereich (m/z)11–(m/z)12 durchzulassen. Zu einer beliebigen bestimmten Zeit T ist das Massefilter 112 programmiert, um m/z-Bereiche, die dem geeigneten Ort der Ionen in dem IM-Band 504 entsprechen, durchzulassen. Die schrittweisen Veränderungen an den Einstellungen des Massefilters 112 werden ausreichend häufig durchgeführt, dass das m/z-Fenster (iterative m/z-Bereiche) der Form und Richtung des IM-Bandes 504, wie dieses durch das IM-TOF MS-System 100 fortschreitet, dicht folgt. Dieser Vorgang ist in 5A teilweise durch eine Region 512 dargestellt, bei der der m/z-Bereich (m/z)01–(m/z)02 die Zeit T0 schneidet, sowie eine Region 516, bei der der m/z-Bereich (m/z)11–(m/z)12 die Zeit TN schneidet. Beide Regionen 512 und 516 fallen innerhalb des IM-Bandes 504. Sobald die m/z-Bereiche vorausgewählt sind, wird die maximale Multiplexfrequenz bestimmt, die es ermöglicht, eine Überlappung zwischen fortlaufenden Ionenpaketen in dem Flugrohr 138 zu vermeiden (oder zumindest zu minimieren). Alternativ können schmalere m/z-Bereiche ausgewählt werden, die einen Betrieb mit einer höheren Multiplexfrequenz erlauben würden. Dieser Ansatz würde zu einer noch höheren Erfassungseffizienz führen, jedoch nur für eine Teilpopulation von Ionen, die in der Pulsgeberregion ankommen.
  • 5B ist ein Beispiel eines rohen zweidimensionalen (2D-)Spektrums, das aus einer einzelnen Injektion in das IM-Driftrohr erfasst werden kann, wenn TOF-Extraktionen gemultiplext werden. Aufgrund der Multiplex-Extraktionsrate werden die Daten, die durch das einzelne IM-Band 504 dargestellt werden, mehrere Male entlang der vertikalen Dimension (der Zeitskala für TOF) repliziert, wodurch die Daten den 2D-Raum zu einem viel größeren Ausmaß füllen, als in 5A gezeigt ist. Beispielsweise zeigt 5B fünf Kopien des IM-Bandes 504, was sechs TOF-Extraktionen darstellt. Da mehrere TOF-Extraktionen aus jedem Abschnitt des eluierten Ionenpakets genommen werden (jeder Abschnitt entspricht grob den Elutionszeiten T0, T1, ..., TN), werden Daten aus dem gesamten 2D-Raum, der zu jeder Zeit verfügbar ist, gesammelt. Beispielsweise werden zur Zeit T0 Daten nicht nur aus der einzelnen Region 512 gesammelt, sondern auch aus den anderen Regionen des gesamten vertikalen Streifens 530. Anders ausgedrückt können zur Zeit T0 die Daten, die aus der ersten TOF-Extraktion erfasst werden, der Region 512 entsprechen und die Daten, die aus der nächsten TOF-Extraktion erfasst werden (die eine sehr kurze Zeit nach der ersten TOF-Extraktion auftritt), können der Region des vertikalen Streifens 530 direkt oberhalb der Region 512 entsprechen, usw. Nachfolgend werden mehrere TOF-Extraktionen für die verbleibenden Abschnitte des Ionenpakets wiederholt (d. h. die verbleibenden Elutionszeiten T1, T2, T3, ..., TN). Auf diese Weise werden Daten aus dem Ionenpaket über den gesamten 2D-Raum, der durch das Multiplexen der TOF-Extraktionen verfügbar gemacht wird, erfasst. Während dieser Vorgang auftritt, wird der m/z-Bereich in einer Weise, die oben in Verbindung mit 5A beschrieben wurde, schrittartig variiert. Auf diese Weise können alle Ionen des injizierten Ionenpakets erfasst werden und die Empfindlichkeit wird nicht nur in einem eingeschränkten m/z-Bereich verbessert, sondern über das gesamte Spektrum der Probe von Interesse.
  • Ferner kann das Massefiltern eingesetzt werden, um nichtanalytische Hintergrundionen (wie z. B. aus Verunreinigungen oder einer Lösungsmittelmatrix erzeugt werden können) aus dem Massespektrum zu beseitigen. Die Hintergrundionen weisen typischerweise eine breitere Verteilung in dem 2D-Raum auf und ihre Verteilung folgt nicht den IM-Bändern.
  • Das Verfahren, das den zweiten Betriebsmodus implementiert, kann für zusätzliche Ionenpakete wiederholt werden, wobei immer nur ein Ionenpaket zu einer Zeit in das IM-Driftrohr 122 injiziert wird.
  • 6 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels eines Hybrid-IM-TOF MS-Systems 200, das bei der Implementierung hierin beschriebener Verfahren eingesetzt werden kann, einschließlich der oben beschriebenen Massefilterungsmodi. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Massefilter 112 in dem Flugrohr 138 des TOF MS 114 positioniert, und nicht zwischen dem IM-Driftrohr 122 und dem TOF MS 114. Das Massefilter 112 kann eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen, wie oben beispielsweise in Verbindung mit 1 beschrieben wurde. Wenn das Massefilter 112 so positioniert ist, wie in 6 gezeigt ist, wird ein Bradbury-Nielsen-Gate oder eine ähnliche Ionenoptikvorrichtung gegenwärtig als das typischere Ausführungsbeispiel erachtet. Das Bradbury-Nielsen-Gate (oder eine ähnliche Vorrichtung) umfasst typischerweise einen Satz paralleler Drähte (oder ein Array von Drähten, die als Gitter angeordnet sind), die in der Ebene liegen, die orthogonal zu dem Flug der Ionen (Ionenflugweg 150) ist. Wie Fachleute auf diesem Gebiet erkennen werden, wird eine gepulste Hochfrequenzspannung um 180% außer Phase an abwechselnde Drähte angelegt. Die gepulste Spannung wird mit einer derartigen Zeitgebung angelegt, dass nur Ionen in dem ausgewählten m/z-Bereich, die während einer bestimmten Zeit, zu der das Gate „offen” ist, durch die Drähte laufen, in der Lage sind, ihren Weg entlang des Ionenflugwegs fortzusetzen. Ionen außerhalb des ausgewählten m/z-Bereichs laufen während einer unterschiedlichen Zeitperiode, zu der das Gate „geschlossen” ist, durch die Drähte, sodass die Ionen von dem Ionenflugweg weg abgelenkt werden, wie durch ein Beispiel bei 604 dargestellt ist.
  • 7 stellt typische Zeitgebungssequenzen für (A) die an den Ionenpulsgeber 134 angelegte TOF-Spannung und (B) die an das Massefilter 112 angelegte Ablenkspannung dar, und zwar bei Konfiguration als ein Bradbury-Nielsen-Gate oder eine ähnliche Ionenoptikvorrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die an das Ablenkelement des Massefilters 112 angelegte Spannung normalerweise „hoch” und alle Ionen werden abgelenkt und erreichen so nicht den Detektor 142. Die Ablenkspannung wird auf 0 gesenkt, wenn Ionen in dem erwünschten m/z-Bereich sich durch das Massefilter 112 bewegen.
  • Als weiteres Beispiel einer Ionenoptikvorrichtung, die in Verbindung mit den hierin beschriebenen Verfahren als Massefilter 112 eingesetzt werden kann, kann ein Satz paralleler Ablenkplatten vorgesehen sein, die Ionen ablenken, wenn eine geeignete Potentialdifferenz zwischen dieselben angelegt wird. Allgemeiner kann die Ionenoptikvorrichtung eine beliebige Elektrodengeometrie umfassen, die zum Verhindern des Durchgangs von Ionen nur während spezifizierter Zeitintervalle konfiguriert sein kann.
  • In Betrieb werden IM-getrennte Ionenpakete ohne Massefilterung in den Ionenpulsgeber 134 des TOF MS 114 geleitet. Stattdessen werden Ionenpakete massegefiltert, nachdem diese durch den Ionenpulsgeber 134 in das Flugrohr 138 extrahiert werden und während des Beginns einer Trennung der Ionen, wie aus den 6 und 7 klar wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das Massefilter 112 an einer Position nach dem Ionenpulsgeber 134, an der die Ionen aus einem extrahierten Ionenpaket ausreichend getrennt sind, um eine Massefilterung zu ermöglichen, jedoch noch nicht ausreichend getrennt sind, um Ionen aus anderen Ionenpaketen zu überlagern. Wie in dem Fall des oben in Verbindung mit 1 beschriebenen Ausführungsbeispiels schränkt die Massefilterung der Ionen deren Streuung oder Verteilung derart ein, dass nur wenig oder keine Überlappung unter aufeinander folgenden Ionenpaketen in dem Flugrohr 138 auftritt, was Datenerfassung und -analyse wieder stark vereinfacht.
  • Das gerade beschriebene und in den 6 und 7 dargestellte Ausführungsbeispiel kann eingesetzt werden, um sowohl den ersten als auch den zweiten Betriebsmodus zu implementieren. Wenn sich das Massefilter 112 gerade „in Verarbeitungsrichtung nach” dem Ionenpulsgeber 134 befindet, wie in 6, kann die Zeit T0, die in den 3A und 3B gezeigt ist (erster Betriebsmodus), als einer Zeit kurz nach der Extraktion entsprechend betrachtet werden, wenn eine Trennung der Ionen eines extrahierten Ionenpakets gerade beginnt und diese auf das Massefilter 112 treffen, das sich in dem Flugrohr 138 befindet. Alternativ kann beim Implementieren des zweiten Betriebsmodus, der in den 5A und 5B dargestellt ist, das TOF-positionierte Massefilter 112, das in 6 gezeigt ist, programmiert sein, um den Bereich einer Ionenmasseisolation über die Zeit gemäß einem beliebigen der oben beschriebenen Schemata einer schrittweisen Massefilterung zu variieren.
  • Exemplarische Ausführungsbeispiele
  • Exemplarische Ausführungsbeispiele, die gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand bereitgestellt werden, umfassen folgende, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt:
    • 1. Ein Verfahren zum Erfassen spektrometrischer Daten aus Ionen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Injizieren einer Mehrzahl von Ionenpaketen aufeinander folgend in ein Ionenbeweglichkeits-(IM-)Driftrohr mit einer Multiplex-Injektionsrate, derart, dass zumindest zwei injizierte Ionenpakete gleichzeitig in dem IM-Driftrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem injizierten Ionenpaket gemäß einer IM, wenn die Ionen durch das IM-Driftrohr driften, um eine Mehrzahl IM-getrennter Ionenpakete aus den jeweiligen injizierten Ionenpaketen zu erzeugen; Leiten der IM-getrennten Ionenpakete in ein Massefilter, um eine Mehrzahl massegefilterter Ionenpakete zu erzeugen, wobei jedes massegefilterte Ionenpaket Ionen des gleichen ausgewählten m/z-Bereichs aufweist wie die Ionen der anderen massegefilterten Ionenpakete; Leiten der massegefilterten Ionenpakete in einen Pulsgeber eines Flugzeit-(TOF-)Massenspektrometers; Extrahieren einer Mehrzahl von Ionenpaketen aufeinander folgend aus dem Pulsgeber in ein Flugrohr des TOF-Massenspektrometers, um eine Mehrzahl extrahierter Ionenpakete aus den massegefilterten Ionenpaketen zu erzeugen, wobei die Extraktion mit einer Multiplex-Extraktionsrate durchgeführt wird, derart, dass mehr als ein extrahiertes Ionenpaket aus dem gleichen massegefilterten Ionenpaket erzeugt wird und zumindest zwei extrahierte Ionenpakete gleichzeitig in dem Flugrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket gemäß einer TOF, wenn die Ionen durch das Flugrohr driften, um eine Mehrzahl TOF-getrennter Ionenpakete in dem Flugrohr aus den jeweiligen extrahierten Ionenpaketen zu erzeugen; und Detektieren von Ionen der TOF-getrennten Ionenpakete, wenn die Ionen an einem Detektor des TOF-Massenspektrometers ankommen.
    • 2. Ein Verfahren zum Erfassen spektrometrischer Daten aus Ionen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Injizieren einer Mehrzahl von Ionenpaketen aufeinander folgend in ein Ionenbeweglichkeits-(IM-)Driftrohr mit einer Multiplex-Injektionsrate, derart, dass zumindest zwei injizierte Ionenpakete gleichzeitig in dem IM-Driftrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem injizierten Ionenpaket gemäß einer IM, wenn die Ionen durch das IM-Driftrohr driften, um eine Mehrzahl IM-getrennter Ionenpakete aus den jeweiligen injizierten Ionenpaketen zu erzeugen; Leiten der IM-getrennten Ionenpakete in einen Pulsgeber eines Flugzeit-(TOF-)Massenspektrometers; Extrahieren einer Mehrzahl von Ionenpaketen aufeinander folgend aus dem Pulsgeber in ein Flugrohr des TOF-Massenspektrometers, um eine Mehrzahl extrahierter Ionenpakete aus den IM-getrennten Ionenpaketen zu erzeugen, wobei die Extraktion mit einer Multiplex-Extraktionsrate durchgeführt wird, derart, dass mehr als ein extrahiertes Ionenpaket aus dem gleichen IM-getrennten Ionenpaket erzeugt wird und zumindest zwei extrahierte Ionenpakete gleichzeitig in dem Flugrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket gemäß einer TOF, wenn die Ionen durch das Flugrohr driften, um eine Mehrzahl TOF-getrennter Ionenpakete in dem Flugrohr aus den jeweiligen extrahierten Ionenpaketen zu erzeugen; während des Trennens der Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket, Leiten der extrahierten Ionenpakete in ein Massefilter, um eine Mehrzahl massegefilterter Ionenpakete zu erzeugen, wobei jedes massegefilterte Ionenpaket Ionen des gleichen ausgewählten m/z-Bereichs aufweist wie die Ionen der anderen massegefilterten Ionenpakete; und Detektieren von Ionen der massegefilterten Ionenpakete, wenn die Ionen an einem Detektor des TOF-Massenspektrometers ankommen.
    • 3. Ein Verfahren zum Erfassen spektrometrischer Daten aus Ionen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Injizieren eines Ionenpakets in ein Ionenbeweglichkeits-(IM-)Driftrohr; Trennen von Ionen in dem injizierten Ionenpaket gemäß einer IM, wenn die Ionen durch das IM-Driftrohr driften, um ein IM-getrenntes Ionenpaket in dem IM-Driftrohr zu erzeugen; Leiten des IM-getrennten Ionenpakets in ein Massefilter; während des Leitens des IM-getrennten Ionenpakets in das Massefilter, Isolieren erster Ionen eines ersten m/z-Bereichs und Leiten der ersten Ionen in einen Pulsgeber eines Flugzeit-(TOF-)Massenspektrometers; während des Leitens der ersten Ionen in den Pulsgeber, Extrahieren einer Mehrzahl von Ionenpaketen der ersten Ionen aufeinander folgend aus dem Pulsgeber in ein Flugrohr des TOF-Massenspektrometers mit einer Multiplex-Extraktionsrate, derart, dass zumindest zwei extrahierte Ionenpakete der ersten Ionen gleichzeitig in dem Flugrohr vorliegen; während des Leitens des IM-getrennten Ionenpakets in das Massefilter und nach einem Isolieren der ersten Ionen, Isolieren zweiter Ionen eines zweiten m/z-Bereichs, der höher ist als der erste m/z-Bereich, und Leiten der zweiten Ionen in den Pulsgeber; während des Leitens der zweiten Ionen in den Pulsgeber, Extrahieren einer Mehrzahl von Ionenpaketen der zweiten Ionen aufeinander folgend in das Flugrohr mit einer Multiplex-Extraktionsrate, derart, dass zumindest zwei extrahierte Ionenpakete der zweiten Ionen gleichzeitig in dem Flugrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket der ersten Ionen und jedem extrahierten Ionenpaket der zweiten Ionen gemäß einer TOF, wenn die Ionen durch das Flugrohr driften, um eine Mehrzahl TOF-getrennter Ionenpakete in dem Flugrohr aus den jeweiligen extrahierten Ionenpaketen zu erzeugen; und Detektieren von Ionen der TOF-getrennten Ionenpakete, wenn die Ionen an einem Detektor des TOF-Massenspektrometers ankommen.
    • 4. Ein Verfahren zum Erfassen spektrometrischer Daten aus Ionen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Injizieren eines Ionenpakets in ein Ionenbeweglichkeits-(IM-)Driftrohr; Trennen von Ionen in dem injizierten Ionenpaket gemäß einer IM, wenn die Ionen durch das IM-Driftrohr driften, um ein IM-getrenntes Ionenpaket in dem IM-Driftrohr zu erzeugen; Leiten des IM-getrennten Ionenpakets in einen Pulsgeber eines Flugzeit-(TOF-)Massenspektrometers; während eines Leitens der ersten Ionen in den Pulsgeber, Extrahieren einer Mehrzahl von Ionenpaketen der ersten Ionen aufeinander folgend aus dem Pulsgeber in ein Flugrohr des TOF-Massenspektrometers mit einer Multiplex-Extraktionsrate, derart, dass zumindest zwei extrahierte Ionenpakete gleichzeitig in dem Flugrohr vorliegen; Isolieren erster Ionen eines ersten m/z-Bereichs, um eine Mehrzahl extrahierter Ionenpakete erster Ionen zu erzeugen; nach dem Isolieren der ersten Ionen, Isolieren zweiter Ionen eines zweiten m/z-Bereichs, der höher ist als der erste m/z-Bereich, um eine Mehrzahl extrahierter Ionenpakete zweiter Ionen zu erzeugen; Trennen von Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket der ersten Ionen und jedem extrahierten Ionenpaket der zweiten Ionen gemäß einer TOF, wenn die Ionen durch das Flugrohr driften, um eine Mehrzahl TOF-getrennter Ionenpakete in dem Flugrohr aus den jeweiligen extrahierten Ionenpaketen zu erzeugen; und Detektieren von Ionen der TOF-getrennten Ionenpakete, wenn die Ionen an einem Detektor des TOF-Massenspektrometers ankommen.
    • 5. Ein IM-TOF MS-System, das zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der vorherigen Ausführungsbeispiele konfiguriert ist.
    • 6. Ein computerlesbares Speichermedium, das Befehle zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der vorherigen Ausführungsbeispiele aufweist.
    • 7. Ein IM-TOF MS-System, das das computerlesbare Speichermedium des Ausführungsbeispiels 6 aufweist.
    • 8. Ein IM-TOF MS-System, das folgende Merkmale aufweist: ein IM-Driftrohr; ein TOF MS, das ein TOF-Flugrohr, das positioniert ist, um Ionen, die aus dem IM-Driftrohr eluiert sind, zu empfangen, einen Pulsgeber, einen Detektor und eine Driftregion frei von einem elektrischen Feld, die einen Ionenflugweg zwischen dem Pulsgeber und dem Detektor definiert, aufweist; und ein Massefilter, das zum Auswählen von Ionen zur Übertragung innerhalb eines einstellbaren m/z-Bereichs konfiguriert ist, wobei das Massefilter zwischen dem IM-Driftrohr und dem TOF-Flugrohr positioniert ist oder in dem TOF-Flugrohr in Verarbeitungsrichtung nach dem Pulsgeber positioniert ist.
    • 9. Ein Verfahren zum Erfassen spektrometrischer Daten aus Ionen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Injizieren einer Mehrzahl von Ionenpaketen aufeinander folgend in ein Ionenbeweglichkeits-(IM-)Driftrohr mit einer Multiplex-Injektionsrate, derart, dass zumindest zwei Ionenpakete gleichzeitig in dem IM-Driftrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem Ionenpaket gemäß einer IM, wenn die Ionen durch das IM-Driftrohr driften; Leiten der Ionenpakete in einen Pulsgeber eines Flugzeit-(TOF-)Massenspektrometers; Extrahieren einer Mehrzahl neuer Ionenpakete aufeinander folgend aus dem Pulsgeber in ein Flugrohr des TOF-Massenspektrometers, wobei die Extraktionen mit einer Multiplex-Extraktionsrate durchgeführt wird, derart, dass mehr als ein extrahiertes Ionenpaket aus dem gleichen Ionenpaket, das in den Pulsgeber geleitet wird, erzeugt wird und zumindest zwei extrahierte Ionenpakete gleichzeitig in dem Flugrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket gemäß einer TOF, wenn die Ionen durch das Flugrohr driften; Detektieren von Ionen, wenn die Ionen aus dem Flugrohr an einem Detektor ankommen; und vor dem Detektieren der Ionen, Auswählen von Ionen nur eines spezifischen m/z-Bereichs, wobei jedes Ionenpaket in dem Flugrohr Ionen des gleichen ausgewählten m/z-Bereichs aufweist wie die Ionen der anderen Ionenpakete und eine Überlappung zwischen aufeinander folgenden Ionenpaketen in dem Flugrohr minimiert wird.
    • 10. Das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 9, bei dem der spezifische m/z-Bereich eine Breite aufweist, die von 10 bis mehreren 100 reicht.
    • 11. Ein Verfahren zum Erfassen spektrometrischer Daten aus Ionen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Injizieren einer Mehrzahl von Ionenpaketen aufeinander folgend in ein Ionenbeweglichkeits-(IM-)Driftrohr mit einer Multiplex-Injektionsrate, derart, dass zumindest zwei Ionenpakete gleichzeitig in dem IM-Driftrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem Ionenpaket gemäß einer IM, wenn die Ionen durch das IM-Driftrohr driften; Leiten der Ionenpakete in einen Pulsgeber eines Flugzeit-(TOF-)Massenspektrometers; Extrahieren einer Mehrzahl neuer Ionenpakete aufeinander folgend aus dem Pulsgeber in ein Flugrohr des TOF-Massenspektrometers, wobei die Extraktion mit einer Multiplex-Extraktionsrate durchgeführt wird, derart, dass mehr als ein extrahiertes Ionenpaket aus dem gleichen Ionenpaket, das in den Pulsgeber geleitet wird, erzeugt wird und zumindest zwei extrahierte Ionenpakete gleichzeitig in dem Flugrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket gemäß einer TOF, wenn die Ionen durch das Flugrohr driften; Detektieren von Ionen, wenn die Ionen aus dem Flugrohr an einem Detektor ankommen; und vor dem Detektieren der Ionen, Auswählen von Ionen nur eines spezifischen m/z-Bereichs, wobei jedes Ionenpaket in dem Flugrohr Ionen des gleichen ausgewählten m/z-Bereichs aufweist wie die Ionen der anderen Ionenpakete und der spezifische m/z-Bereich eine Breite aufweist, die von 10 bis mehreren 100 reicht.
    • 12. Ein Verfahren zum Erfassen spektrometrischer Daten aus Ionen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Injizieren eines Ionenpakets in ein Ionenbeweglichkeits-(IM-)Driftrohr; Trennen von Ionen in dem Ionenpaket gemäß einer IM, wenn die Ionen durch das IM-Driftrohr driften; Leiten des Ionenpakets in einen Pulsgeber eines Flugzeit-(TOF-)Massenspektrometers; Extrahieren einer Mehrzahl neuer Ionenpakete aufeinander folgend aus dem Pulsgeber in ein Flugrohr des TOF-Massenspektrometers, wobei die Extraktion mit einer Multiplex-Extraktionsrate durchgeführt wird, derart, dass mehr als ein extrahiertes Ionenpaket aus dem gleichen Ionenpaket, das in den Pulsgeber geleitet wird, erzeugt wird und zumindest zwei extrahierte Ionenpakete gleichzeitig in dem Flugrohr vorliegen; Trennen von Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket gemäß einer TOF, wenn die Ionen durch das Flugrohr driften; Detektieren von Ionen der TOF-getrennten Ionenpakete, wenn die Ionen an einem Detektor des TOF-Massenspektrometers ankommen; und vor dem Detektieren der Ionen, Auswählen von Ionen in fortlaufenden m/z-Bereichen, wobei jeder fortlaufende m/z-Bereich ein unterschiedlicher m/z-Bereich als der vorhergehende m/z-Bereich ist und jeder m/z-Bereich eine Breite aufweist, die ausgewählt ist, um eine Überlappung zwischen aufeinander folgenden Ionenpaketen in dem Flugrohr zu minimieren.
    • 13. Das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 12, bei dem die fortlaufenden m/z-Bereiche jeweils eine Breite aufweisen, die von einigen 10 bis mehreren 100 reicht.
    • 14. Das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 12 oder 13, bei dem zumindest ein m/z-Bereich einen vorhergehenden m/z-Bereich zumindest teilweise überlappt.
    • 15. Das Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 9 bis 14, das ein Erzeugen eines Massespektrums der detektierten Ionen, ohne eine Entfaltung der TOF-getrennten Ionenpakete erforderlich zu machen, aufweist.
    • 16. Das Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 9 bis 15, bei dem zumindest zwei benachbarte IM-getrennte Ionenpakete sich in dem IM-Driftrohr zumindest teilweise überlappen und das ferner ein Erzeugen eines Massespektrums der detektierten Ionen aufweist, wobei das Erzeugen des Massespektrums ein Entfalten der IM-getrennten Ionenpakete aufweist.
    • 17. Das Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 9 bis 16, bei dem das Auswählen der Ionen, nach dem Trennen von Ionen in jedem Ionenpaket gemäß der IM, ein Leiten der Ionenpakete durch ein Massefilter aufweist, und bei dem die Ionenpakete, die in den Pulsgeber geleitet werden, massegefilterte Ionenpakete sind.
    • 18. Das Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 9 bis 16, bei dem das Auswählen der Ionen, nach dem Extrahieren der Ionenpakete aus dem Pulsgeber, ein Leiten der Ionenpakete durch ein Massefilter, das in dem Driftrohr positioniert ist, aufweist.
    • 19. Das Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 9 bis 18, bei dem das Auswählen der Ionen ein Leiten der Ionenpakete durch ein Massefilter aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Mehrpol-Massefilter, einer Ionenoptikvorrichtung und einem Bradbury-Nielsen-Gate besteht.
    • 20. Das Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 12 bis 19, das nach dem Detektieren der Ionen ein Wiederholen der Schritte von Anspruch 9 für ein oder mehrere zusätzliche Ionenpakete, die in das Driftrohr injiziert werden sollen, aufweist.
    • 21. Das Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 12 bis 20, bei dem jeder fortlaufende m/z-Bereich ein höherer m/z-Bereich ist als der vorhergehende m/z-Bereich.
    • 22. Das Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 12 bis 20, bei dem jeder fortlaufende m/z-Bereich ein niedrigerer m/z-Bereich ist als der vorhergehende m/z-Bereich.
    • 23. Das Ionenbeweglichkeits-Flugzeit-Massenspektrometersystem, das eine Systemsteuerung aufweist, die mit dem IM-Driftrohr, dem Massefilter und dem TOF-Massenspektrometer kommuniziert, und konfiguriert ist, um eines der Ausführungsbeispiele 9 bis 22 durchzuführen.
  • Es ist zu erkennen, dass einer oder mehrere der Prozesse, Teilprozesse und Prozessschritte, die hierin beschrieben sind, durch Hardware, Firmware, Software oder eine Kombination von zwei oder mehr der vorstehenden auf einer oder mehreren elektronischen oder digital gesteuerten Vorrichtungen durchgeführt werden können. Die Software kann sich in einem Softwarespeicher (nicht gezeigt) in einer geeigneten elektronischen Verarbeitungskomponente oder einem derartigen System befinden, wie z. B. der Systemsteuerung 118, die schematisch in den 1 und 6 dargestellt ist. Der Softwarespeicher kann eine geordnete Auflistung ausführbarer Befehle zum Implementieren von Logikfunktionen umfassen (d. h. „Logik”, die in digitaler Form implementiert sein kann, wie z. B. digitaler Schaltungsaufbau oder Quellencode, oder in analoger Form, wie z. B. eine analoge Quelle, wie z. B. ein analoges, elektrisches, Ton- oder Videosignal). Die Befehle können innerhalb eines Verarbeitungsmoduls ausgeführt werden, das z. B. einen oder mehrere Mikroprozessoren, Universalprozessoren, Kombinationen von Prozessoren, Digitalsignalprozessoren (DSP) oder anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC; ASIC = application specific integrated circuits) umfasst. Ferner beschreiben die schematischen Diagramme eine logische Unterteilung von Funktionen mit physischen (Hardware- und/oder Software-)Implementierungen, die nicht durch einen Aufbau oder den physischen Entwurf der Funktionen eingeschränkt sind. Die Beispiele von Systemen, die hierin beschrieben sind, können in einer Vielzahl von Konfigurationen implementiert sein und arbeiten als Hardware-/Software-Komponenten in einer einzelnen Hardware-/Software-Einheit oder in separaten Hardware-/Software-Einheiten.
  • Die ausführbaren Befehle können als ein Computerprogrammprodukt mit in demselben gespeicherten Befehlen implementiert sein, die bei Ausführung durch ein Verarbeitungsmodul eines elektronischen Systems (z. B. die Systemsteuerung 118 in 1) das elektronische System anweisen, die Befehle auszuführen. Das Computerprogrammprodukt kann selektiv in einen beliebigen nichtvorübergehenden computerlesbaren Speichermedium zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Befehlsausführungssystem, einem -gerät oder einer -vorrichtung, wie z. B. einem elektronischen System auf Computerbasis, einem einen Prozessor beinhaltenden System oder einem anderen System, das selektiv die Befehle von dem Befehlsausführungssystem, dem -gerät oder der -vorrichtung abholen und die Befehle ausführen kann, ausgeführt sein. In dem Zusammenhang dieser Offenbarung ist ein computerlesbares Speichermedium eine beliebige nichtvorübergehende Einrichtung, die das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem Befehlsausführungssystem, dem -gerät oder der -vorrichtung speichern kann. Das nichtvorübergehende computerlesbare Speichermedium kann beispielsweise selektiv ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, ein -gerät oder eine -vorrichtung sein. Eine nichtausschließliche Liste spezifischerer Beispiele nichtvorübergehender computerlesbarer Medien umfasst: eine elektrische Verbindung mit einem oder mehreren Drähten (elektronisch); eine tragbare Computerdiskette (magnetisch); einen Direktzugriffsspeicher (elektronisch); einen Nur-Lese-Speicher (elektronisch); einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher, wie z. B. Flash-Speicher (elektronisch); einen Kompaktplattenspeicher, wie z. B. CD-ROM, CD-R, CD-RW (optisch); und einen Speicher einer digitalen vielseitigen Platte, d. h. DVD (optisch). Es wird angemerkt, dass das nichtvorübergehende computerlesbare Speichermedium sogar Papier oder ein anderes geeignetes Medium sein könnte, auf das das Programm gedruckt ist, wenn das Programm elektronisch über beispielsweise optisches Abtasten des Papiers oder des anderen Mediums erfasst, dann kompiliert, interpretiert oder anderweitig in einer geeigneten Weise, falls nötig, verarbeitet und dann in einem Computerspeicher oder einem Maschinenspeicher gespeichert werden kann.
  • Es ist ebenso zu erkennen, dass der Ausdruck „in Signalkommunikation”, wie er hierin verwendet wird, bedeutet, dass zwei oder mehr Systeme, Vorrichtungen, Komponenten, Module oder Teilmodule in der Lage sind, miteinander über Signale, die sich über einen bestimmten Typ von Signalweg bewegen, zu kommunizieren. Die Signale können Kommunikations-, Leistungs-, Daten- oder Energiesignale sein, die Informationen, Leistung oder Energie von einem ersten System, einer derartigen Vorrichtung, Komponente, einem derartigen Modul oder Teilmodul zu einem zweiten System, einer derartigen Vorrichtung, Komponente, einem derartigen Modul oder Teilmodul entlang eines Signalwegs zwischen dem ersten und zweiten System, derartigen Vorrichtungen, Komponenten, Modulen oder Teilmodulen weiterleiten können. Die Signalwege können physische, elektrische, magnetische, elektromagnetische, elektrochemische, optische, Draht- oder drahtlose Verbindungen umfassen. Die Signalwege können außerdem zusätzliche Systeme, Vorrichtungen, Komponenten, Module oder Teilmodule zwischen dem ersten und dem zweiten System, derartigen Vorrichtungen, Komponenten, Modulen oder Teilmodulen umfassen.
  • Allgemeiner werden Ausdrücke, wie z. B. „kommunizieren” und „in ... Kommunikation mit” (beispielsweise „kommuniziert” eine erste Komponente „mit” einer zweiten Komponente oder „steht in Kommunikation” mit derselben) hierin verwendet, um eine strukturelle, funktionelle, mechanische, elektrische, Signal-, optische, magnetische, elektromagnetische, ionische oder Fluid-Beziehung zwischen zwei oder mehr Komponenten oder Elementen anzuzeigen. So soll die Tatsache, dass gesagt wird, dass eine Komponente mit einer zweiten Komponente kommuniziert, nicht die Möglichkeit ausschließen, dass zusätzliche Komponenten zwischen der ersten und zweiten Komponente vorhanden sein können und/oder diesen wirksam zugeordnet oder mit diesen in Eingriff stehend sind.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Aspekte oder Details der Erfindung verändert werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Ferner dient die vorstehende Beschreibung lediglich Darstellungszwecken und nicht dem Zweck einer Einschränkung – die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Erfassen massenspektrometrischer Daten aus Ionen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Injizieren eines Ionenpakets in ein Driftrohr (122) eines Ionenbeweglichkeitsspektrometers; Trennen von Ionen in dem Ionenpaket gemäß ihrer Ionenbeweglichkeit, wenn die Ionen durch das Driftrohr (122) driften; Leiten des Ionenpakets in einen Pulsgeber (134) eines Flugzeit-Massenspektrometers (114); Extrahieren einer Mehrzahl neuer Ionenpakete aufeinander folgend aus dem Pulsgeber (134) in ein Flugrohr (138) des Flugzeit-Massenspektrometers, wobei die Extraktion mit einer Multiplex-Extraktionsrate durchgeführt wird, derart, dass mehr als ein extrahiertes Ionenpaket aus dem gleichen Ionenpaket, das in den Pulsgeber (134) geleitet wird, erzeugt wird und zumindest zwei extrahierte Ionenpakete gleichzeitig in dem Flugrohr (138) vorliegen; Trennen von Ionen in jedem extrahierten Ionenpaket gemäß ihrer Flugzeit, wenn die Ionen durch das Flugrohr (138) driften; Detektieren von Ionen der Flugzeit-getrennten extrahierten Ionenpakete, wenn die Ionen an einem Detektor (142) des Flugzeit-Massenspektrometers ankommen; und vor dem Detektieren der Ionen, Auswählen eines schmaleren m/z-Bereichs von Ionen durch ein Massenfilter (112), derart, dass eine Überlappung zwischen aufeinander folgenden Ionenpaketen in dem Flugrohr (138) minimiert wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem: das Injizieren eines Ionenpakets ein Injizieren einer Mehrzahl von Ionenpaketen in das Driftrohr (122) aufeinander folgend mit einer Multiplex-Injektionsrate aufweist, derart, dass zumindest zwei Ionenpakete gleichzeitig in dem Driftrohr (122) vorliegen; und vor dem Detektieren der Ionen das Auswählen eines m/z-Bereichs von Ionen ein Auswählen von Ionen nur eines spezifischen m/z-Bereichs aufweist, wobei jedes extrahierte Ionenpaket in dem Flugrohr (138) Ionen des gleichen ausgewählten m/z-Bereichs aufweist wie die Ionen der anderen extrahierten Ionenpakete.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem vor dem Detektieren der Ionen das Auswählen eines m/z-Bereichs von Ionen ein Auswählen von Ionen in fortlaufenden m/z-Bereichen aufweist, wobei jeder fortlaufende m/z-Bereich ein unterschiedlicher m/z-Bereich ist als der vorhergehende m/z-Bereich und jeder m/z-Bereich eine Breite aufweist, die ausgewählt ist, um eine Überlappung zwischen aufeinander folgenden extrahierten Ionenpaketen in dem Flugrohr (138) zu vermeiden.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem der spezifische m/z-Bereich oder fortlaufende m/z-Bereiche jeweils eine Breite aufweisen, die von einigen 10 bis mehreren 100 m/z-Einheiten reicht.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Auswählen der Ionen, nach dem Trennen von Ionen in jedem Ionenpaket gemäß ihrer Ionenbeweglichkeit, ein Leiten der Ionenpakete durch das Massefilter (112) aufweist, und bei dem die Ionenpakete, die in den Pulsgeber (134) geleitet werden, massegefilterte Ionenpakete sind.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Auswählen der Ionen, nach dem Extrahieren der neuen Ionenpakete aus dem Pulsgeber (134), ein Leiten der extrahierten Ionenpakete durch das Massefilter (112), das in dem Flugrohr (138) positioniert ist, aufweist.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Massefilter (112) aus der Gruppe ausgewählt wird, die ein Mehrpol-Massefilter, eine Ionenoptikvorrichtung und ein Bradbury-Nielsen-Gate umfasst, aufweist.
  8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, das nach dem Detektieren der Ionen ein Wiederholen der Schritte von Anspruch 1 für eines oder mehrere zusätzliche Ionenpakete, die in das Driftrohr (122) injiziert werden sollen, aufweist.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem jeder fortlaufende m/z-Bereich ein höherer m/z-Bereich ist als der vorhergehende m/z-Bereich oder ein niedrigerer m/z-Bereich ist als der vorhergehende m/z-Bereich.
  10. Ionenbeweglichkeits-Flugzeit-Massenspektrometersystem (100), das eine Systemsteuerung (118) aufweist, die mit dem Driftrohr (122), dem Massefilter (112) und dem Flugzeit-Massenspektrometer (114) kommuniziert, und konfiguriert ist, um das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
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