DE102013015045B4

DE102013015045B4 - Flugzeit-Massenspektrometer und Verfahren zum Steuern desselben

Info

Publication number: DE102013015045B4
Application number: DE102013015045.0A
Authority: DE
Inventors: Takaya Satoh
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2033-09-13
Also published as: US9536727B2; DE102013015045A1; JP5993677B2; JP2014059966A; US20140077076A1

Abstract

Flugzeit-Massenspektrometer (1), aufweisend:eine Ionenquelle (10) zum Ionisieren einer Probe, um dadurch Vorläuferionen mit einer Wertigkeit z zu produzieren, die durch ein Potential Vabeschleunigt sind;einen ersten Massenanalysator (20) zum Trennen der produzierten Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit;ein Ionentor (30) zum Auswählen von Vorläuferionen aus durch den ersten Massenanalysator (20) getrennten und ausgewählten Ionen;einen Potentialheber (40), der eine leitende Dose (40) ist, welche die durch das Ionentor (30) ausgewählten Vorläuferionen durchlaufen;eine Kollisionszelle (60) zum Fragmentieren der durch die leitende Dose (40) gelaufenen Vorläuferionen in Produkt-Ionen mit Wertigkeiten kleiner oder gleich z;einen zweiten Massenanalysator (80) mit einem Reflektron-Feld zum Trennen der durch die Kollisionszelle (60) gelaufenen Vorläuferionen und der in der Kollisionszelle (60) erzeugten Produkt-Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit;einen Detektor (90) zum Erfassen von durch den zweiten Massenanalysator (80) getrennten Ionen; undeinen Potentialsteuerungsteil (100) zum Steuern des elektrischen Potentials an der leitenden Dose (40);wobei der Potentialsteuerungsteil (100), während die Vorläuferionen in die leitende Dose (40) eintreten, das Potential an der leitenden Dose (40) auf ein erstes Potential V1einstellt; undwobei das Potential an der leitenden Dose (40) vom ersten Potential V1zu einem zweiten Potential V2geändert wird, während die Vorläuferionen sich in der leitenden Dose (40) befinden und die leitende Dose (40) durchlaufen ; und wobei der Potentialsteuerungsteil (100), während das Potential an der leitenden Dose (40) geändert wird, das Potential vom ersten Potential V1zum zweiten Potential V2ändert, um die Vorläuferionen zwischen der leitenden Dose (40) und der Kollisionszelle (60) durch den Potentialunterschied zwischen der leitenden (40) Dose und der Kollisionszelle (60) zu verzögern;dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialsteuerungsteil (100) einen eingestellten Bereich des zweiten Potentials V2entsprechend Wertigkeitszahlen der Vorläuferionen verändert, und das zweite Potential V2innerhalb eines Bereichs einstellt, in welchem der Absolutwert-Unterschied zwischen dem zweiten Potential V2und dem Potential an der Kollisionszelle (60) zwischen Va·(1-1/z) und Valiegt, wobei z die Wertigkeitszahl von Vorläuferionen ist und Vader beschleunigende Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle (10) und dem ersten Massenanalysator (20) ist; und wobei eine maximale kinetische Energie pro Wertigkeit der Ionen, welche durch das Reflektron-Feld zurückgestoßen werden können, mit der den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle (10) und dem ersten Massenanalysator (20) verliehenen kinetischen Energie pro Wertigkeit vergleichbar ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flugzeit-Massenspektrometer, das bei der quantitativen Analyse und gleichzeitigen qualitativen Analyse von Spurenverbindungen und ebenso bei der Strukturanalyse von Probeionen verwendet wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Steuern dieses Spektrometers.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein Massenspektrometer (MS) ionisiert eine Probe in einer Ionenquelle, separiert die resultierenden Ionen in einem Massenanalysator nach jedem durch Dividieren der Masse (m) durch die Ladungszahl (z) erhaltenen Wert von m/z und erfasst die separierten Ionen mittels eines Detektors. Die Ergebnisse werden in Form eines Massenspektrums dargestellt. Auf der waagerechten Achse des Spektrums werden m/z-Werte aufgetragen, während auf der senkrechten Achse relative Intensitäten aufgetragen werden. Auf diese Weise erhält man m/z-Werte und relative Intensitäten von in der Probe enthaltenen Verbindungen. Folglich können qualitative und quantitative Informationen über die Probe abgeleitet werden. Verschiedene Verfahren stehen als Ionisationsverfahren, Massenseparationsverfahren und Ionenerfassungsverfahren für Massenspektrometer zur Verfügung.
Ein Flugzeit (TOF-) Massenspektrometer ist ein Instrument, welches das Masse/Ladungs-Verhältnis (m/z) jedes Ions ermittelt, indem es Ionen mit einer gegebenen Beschleunigungsspannung beschleunigt, was diese zu fliegen veranlasst, und aus der Zeit, die jedes Ion benötigt, um einen Detektor zu erreichen, m/z berechnet. Im TOF-Massenspektrometer werden Ionen durch eine konstante Impulsspannung V_a beschleunigt. Aufgrund des Energieerhaltungssatzes gilt dabei die folgende Gl. (1). $\frac{m v^{2}}{2} = z e V_{a}$
wobei v die Geschwindigkeit des Ions ist, m die Masse des Ions ist, z die Wertigkeitszahl des Ions ist und e die Elementarladung ist.
Aus Gl. (1) ergibt sich die Geschwindigkeit v des Ions durch $v = \sqrt{\frac{2 z e v_{a}}{m}}$
Daher ergibt sich die Flugzeit T, welche das Ion benötigt, um einen in einem gegebenen Abstand L dahinter angeordneten Detektor zu erreichen, aus $T = \frac{L}{v} = L \sqrt{\frac{m}{2 z e V_{a}}}$
Wie aus Gl. (3) ersichtlich, fällt die Flugzeit T je nach m/z jedes Ions verschieden aus. Ein TOFMS ist ein Instrument zum Separieren von Ionen, welches dieses Prinzip anwendet.
Ein lineares TOF-Massenspektrometer, in welchem Ionen dazu gebracht werden, von einer Ionenquelle geradeaus zu einem Detektor zu fliegen, und ein Reflektron-TOF-Massenspektrometer, in welchem ein Reflektron-Feld zwischen einer Ionenquelle und einem Detektor angeordnet ist, um die Energiefokussierung zu verbessern und die Flugstrecke zu verlängern, fanden breite Anerkennung. Es ist bekannt, dass Reflektron-TOF-Massenspektrometer verwendet werden, um die Zusammensetzungen unbekannter Substanzen abzuschätzen, weil sie die m/z-Werte unbekannter Substanzen mit Fehlern in der Größenordnung von ppm bezüglich aus Zusammensetzungsformeln rechnerisch ermittelter m/z-Werte messen können.
Die Massenauflösung R eines TOF-Massenspektrometers ist wie folgt definiert: $R = \frac{T}{2 Δ T}$
wobei T die Gesamtflugzeit und ΔT eine Peakbreite ist.
Das heißt, wenn die Peakbreite ΔT konstant gemacht wird und die Gesamtflugzeit T verlängert werden kann, kann die Massenauflösung verbessert werden. Bei den linearen oder Reflektron-TOFMS nach dem Stand der Technik führt jedoch eine Verlängerung der Gesamtflugzeit T (d.h. eine Verlängerung der Gesamtflugstrecke) direkt zu einer Zunahme der Instrumentengröße. Ein Flugzeit-Massenspektrometer mit mehreren Durchläufen wurde entwickelt, um bei gleichzeitiger Vermeidung einer Zunahme der Instrumentengröße eine hohe Massenauflösung zu realisieren (Nicht-Patentdokument 1). Dieses Instrument verwendet vier ringförmige elektrische Felder, die jeweils aus einer Kombination eines zylindrischen elektrischen Feldes und einer Matsuda-Platte bestehen. Die Gesamtflugzeit T kann verlängert werden, indem mehrere Umläufe in einer 8-förmigen Umlaufbahn ausgeführt werden. Bei dieser Vorrichtung wurde die räumliche und zeitliche Spreizung an der Erfassungsoberfläche unter Verwendung der anfänglichen Position, des anfänglichen Winkels und der anfänglichen kinetischen Energie erfolgreich bis zum Term erster Ordnung konvergiert.
Die TOFMS, in welchen Ionen vielfach auf einer geschlossenen Bahn umlaufen, kranken jedoch am Problem des „Überholens“. Das heißt, da Ionen mehrfach auf einer geschlossenen Bahn umlaufen, überholen leichtere Ionen, die sich mit höheren Geschwindigkeiten bewegen, schwerere Ionen, die sich mit niedrigeren Geschwindigkeiten bewegen. Folglich gilt das grundsätzliche Konzept von TOFMS, dass Ionen in einer mit dem leichtesten beginnenden Reihenfolge an der Erfassungsoberfläche ankommen, nicht mehr.
Um dieses Problem zu lösen, wurde das Spiralbahn-TOFMS entwickelt. Das Spiralbahn-TOFMS ist dadurch gekennzeichnet, dass Start- und Endpunkt einer geschlossenen Bahn aus der Ebene der geschlossenen Bahn in vertikaler Richtung verschoben sind. Um dies zu erreichen, werden in einem Verfahren Ionen dazu gebracht, von Anfang an schräg aufzutreffen (Patentdokument 1). In einem weiteren Verfahren werden Start- und Endpunkt der geschlossenen Bahn mittels einer Ablenkeinrichtung in vertikaler Richtung verschoben (Patentdokument 2). In noch einem weiteren Verfahren werden geschichtete ringförmige elektrische Felder verwendet (Patentdokument 3).
Ein weiteres TOFMS wurde entwickelt, welchem ein ähnliches Konzept zugrundeliegt, bei welchem aber die Bahn des TOF-MS mit mehreren Durchläufen (Patentdokument 4), auf welcher das Überholen stattfindet, im Zickzack verläuft (Patentdokument 5).
Wie zuvor beschrieben, werden in einem Massenspektrometer in einer Ionenquelle erzeugte Ionen in einem Massenanalysator nach m/z-Wert separiert und erfasst. Die Ergebnisse werden in Form eines Massenspektrums ausgedrückt, in welchem die m/z-Werte von Ionen und deren relative Intensitäten graphisch dargestellt sind. Diese Messung kann im folgenden als eine MS-Messung bezeichnet werden, im Gegensatz zu einer MS/MS-Messung. Bei der MS/MS-Messung werden bestimmte in einer Ionenquelle erzeugte Ionen durch eine erste Massenanalysator-Stufe (im folgenden als MS1 bezeichnet) ausgewählt. Die ausgewählten Ionen werden als Vorläuferionen bezeichnet. Diese Ionen fragmentieren spontan oder werden dazu gebracht, zu fragmentieren, und die erzeugten, fragmentierten Ionen (welche als Produkt-Ionen bezeichnet werden) werden durch eine anschließende Massenanalysator-Stufe (welche als MS2 bezeichnet wird) nach Masse analysiert. Ein dies ermöglichendes Instrument wird als ein MS/MS-Instrument bezeichnet. Bei MS/MS-Messungen erhält man die m/z-Werte von Vorläuferionen, die m/z-Werte von auf mehreren Fragmentierungswegen erzeugten Produkt-Ionen und Informationen über relative Intensitäten, und daher lassen sich Strukturinformationen über die Vorläuferionen gewinnen. Es gibt verschiedene Arten von MS/MS-Instrumenten, welche MS/MS-Messungen durchführen können und in welchen zwei der oben erwähnten Massenspektrometer kombiniert sind. Überdies gibt es verschiedene Fragmentierungsverfahren wie kollisionsinduzierte Dissoziation (CID) unter Anwendung von Kollisionen mit Gas, Photolyse und Elektroneneinfang-Dissoziation.
Dissoziationsinformationen über ein CID verwendendes MS/MS-Instrument fallen je nach Kollisionsenergie, d.h. der Größenordnung der kinetischen Energie von auf eine Kollisionszelle aufprallenden Ionen, verschieden aus. Im Fall gegenwärtig erhältlicher MS/MS-Instrumente werden CID in zwei Arten eingeteilt: CID niedriger Energien in der Größenordnung einiger zehn eV und CID hoher Energien von einigen kV bis zu einigen zehn keV. Der Unterschied hängt von der Konfiguration des Instruments ab. Eine CID hoher Energie hat den Vorteil, dass, wenn ein Peptid mit einigen zehn zusammengeketteten Aminosäuren fragmentiert wird, Informationen über Seitenketten gewonnen werden können. Es ist möglich, Leucin und Isoleucin, welche das gleiche Molekulargewicht haben, zu unterscheiden.
Druckschriftenverzeichnis
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP 2000-243345 A
Patentdokument 2: JP 2003-86129 A
Patentdokument 3: JP 2006-12782 A
Patentdokument 4: GB 2080021 A
Patentdokument 5: WO 2005/001878 A2

Nicht-Patentdokumente

Nicht-Patentdokument 1: M. Toyoda, D. Okumura, M. Ishihara und I. Katakuse, J. Mass Spectrom., 2003, 38, S. 1125 bis 1142.
Nicht-Patentdokument 2: E. Pittenauer und G. Allmaier, Combinatorial Chemistry & High Throughput Screening, 2009, 12, S. 137 bis 155

Der zur vorliegenden Erfindung nächstgelegene Stand der Technik ergibt sich aus der US 6,534,764 B1 . Dieses Dokument zeigt bereits ein Flugzeit-Massenspektrometer mit:

- Einer Ionenquelle zum Ionisieren einer Probe, um dadurch Ionen zu produzieren;
- Einem ersten Massenanalysator zum Separieren der produzierten Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit;
- Einem Ionentor zum Auswählen von Vorläuferionen aus durch den ersten Massenanalysator separierten und ausgewählten Ionen;
- Einer leitenden Dose, welche die durch das Ionentor ausgewählten Vorläuferionen durchlaufen;
- Einer Kollisionszelle zum Fragmentieren der durch die leitende Dose gelaufenen Vorläuferionen in Produktionen;
- Einem zweiten Massenanalysator zum Separieren der durch die Kollisionszelle gelaufenen Vorläuferionen und der in der Kollisionszelle erzeugten Produkt-Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit;
- Einem Detektor zum Erfassen von durch den zweiten Massenanalysator separierten Ionen; und
- Einem Potentialsteuerungsteil zum Steuern des elektrischen Potentials an der leitenden Dose;
- Wobei der Potentialsteuerungsteil, wenn die Vorläuferionen in die leitende Dose eintreten, das Potential an der leitenden Dose auf ein erstes Potential einstellt; und
- Wobei der Potentialsteuerungsteil das Potential an der leitenden Dose vom ersten Potential zu einem zweiten Potential ändert, während die Vorläuferionen die leitende Dose durchlaufen.

Weiterhin zeigt auch die JP 2009-230 948 A ein Flugzeit-Massenspektrometer mit einer Ionenquelle, einem ersten Flugzeit-Massenanalysator, einem lonentor, einer Kollisionszelle, einem zweiten Flugzeit-Massenanalysator, einem Detektor und einer leitenden Dose zwischen dem ersten Massenanalysator und der Kollisionszelle, die derart gesteuert wird, dass das Potential geändert wird, wenn Vorläuferionen in die leitende Dose eingetreten sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein TOF-Massenspektrometer zu schaffen, welches gestattet, Fragmentierungen mehrwertiger Ionen effizient zu beobachten und ein Verfahren zum Steuern dieses Massenspektrometers anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe von einem Flugzeit-Massenspektrometer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
Ein MS/MS-Instrument, in welchem zwei TOF-Massenspektrometer zusammengeschaltet sind, wird gewöhnlich als ein TOF/TOF bezeichnet. Dieses kommt vorwiegend in einem Instrument, welches Proben durch matrixunterstützte Laserdesorption/-ionisation (MALDI) ionisiert, zum Einsatz. Ein herkömmliches TOF/TOF besteht aus einem ersten TOF-Massenspektrometer vom linearen Typ und einem zweiten TOF-Massenspektrometer vom Reflektron-Typ (siehe 7). Ein Ionentor zum Auswählen von Vorläuferionen ist zwischen dem ersten TOF-Massenspektrometer und dem zweiten TOF-Massenspektrometer angeordnet. Der Brennpunkt des ersten TOF-Massenspektrometers ist nahe dem Ionentor angeordnet.
Vorläuferionen fragmentieren spontan oder werden zwangsweise dazu gebracht, entweder im ersten TOF-Massenspektrometer oder in einer vor dem Reflektron-Feld des zweiten TOF-Massenspektrometers angeordneten Kollisionszelle zu fragmentieren. Die kinetische Energie eU_P pro Wertigkeit von durch Fragmentierung erzeugten Produkt-Ionen ergibt sich aus $e U_{p} = e U_{i} \times \frac{z_{i}}{z_{p}} \times \frac{m}{M}$
wobei z_p und z_i die Wertigkeitszahlen von Produkt-Ionen beziehungsweise Vorläuferionen sind, eU_i die kinetische Energie pro Wertigkeit von Vorläuferionen ist, m die Masse jedes Produkt-Ions ist und M die Masse jedes Vorläuferions ist. Durch eine MALDI-Ionenquelle erzeugte Vorläuferionen sind im wesentlichen einwertig. Auch Produkt-Ionen sind einwertig. Es ist zu beachten, dass neutrale Moleküle nicht mittels eines Massenspektrometers beobachtet werden können. Deshalb kann Gl. (5) wie folgt umgeschrieben werden: $e U_{p} = e U_{i} \times \frac{m}{M}$
Gl. (6) zeigt, dass die kinetische Energie von Produkt-Ionen immer kleiner als diejenige von Vorläuferionen ist.
In TOF/TOF ist die Akzeptanz im Reflektron-Feld im zweiten TOF-Massenspektrometer ein wesentlicher Faktor. Die Akzeptanz ist die kinetische Energie pro Wertigkeitszahl, welche durch das das Reflektron-Feld enthaltende zweite TOF-Massenspektrometer messbar ist. Im Fall einer Fragmentierung einwertiger Ionen sind Ionen mit der höchsten kinetischen Energie Vorläuferionen, und daher ändert sich die Akzeptanz, welche das zweite TOF-Massenspektrometer aufweisen muss, je nach der kinetischen Energie des kleinsten Produkt-Ions, wenn die kinetische Energie der Vorläuferionen auf 100% eingestellt ist. Heute gibt es vier bedeutende Arten von TOF/TOF-Optiken (siehe Tabelle in 8 und Nicht-Patentdokument 2). Jedoch werden verfügbare Verfahren in zwei bedeutende Verfahren eingeteilt. Bei einem Verfahren werden Vorläufer- und Produkt-Ionen wiederbeschleunigt und wird das zweite TOF-Massenspektrometer mit einem linearen Feld geringer Akzeptanz verwendet (Nr. 2 und Nr. 3 in 8). Bei einem weiteren Verfahren erfolgt keine Wiederbeschleunigung oder erfolgt eine Wiederbeschleunigung in einem solchen Ausmaß, dass eine geringere kinetische Energie als die kinetische Energie von Vorläuferionen verliehen wird, und wird das ein gekrümmtes Feld hoher Akzeptanz enthaltende Reflektron-Feld verwendet (Nr. 1 und Nr. 4 in 8). Wie aus der Tabelle in 8 ersichtlich, ist es jedoch in jedem Verfahren unmöglich, die Kollisionsenergie, welche sich beträchtlich auf die Fragmentierung auswirkt, beträchtlich zu verändern.
Es ist bekannt, dass durch einen MALDI-Prozess erzeugte Ionen spontan fragmentieren. Dies wird als Nach-Quelle-Zerfall (PSD) bezeichnet. Ihre Fragmentierungsbahnen werden mittels MALDI-TOF/TOF beobachtet, und es heißt, dass sie denjenigen von CID relativ niedriger Energien ähneln. Das heißt, in MALDI-TOF/TOF ist es theoretisch möglich, Fragmentierungsbahnen von CID hoher Energien zu beobachten. Auch Fragmentierungsbahnen von PSD, welche Fragmentierungsbahnen von CID niedriger Energie gleichen, werden beobachtet. Dies verkompliziert das resultierende Spektrum.
Wo Vorläuferionen mehrwertig sind, unterscheidet sich die Situation beträchtlich von derjenigen einwertiger Vorläuferionen. Vorherrschende Ionenquellen zum Erzeugen mehrwertiger Ionen sind Elektrozerstäubungsionisations- (ESI-) Ionenquellen. Aus dem folgenden Grund gibt es heute, abgesehen von Versuchseinrichtungen, keine Kombinationen mit TOF/TOF. Wo der beschleunigende Potentialunterschied im ersten TOF-Massenspektrometer konstant ist, ist die kinetische Energie von Vorläuferionen proportional zur Wertigkeitszahl. Zum Beispiel im Fall eines beschleunigenden Potentialunterschieds von 20 kV hat ein einwertiges Ion eine kinetische Energie von 20 keV. Ein zweiwertiges Ion hat eine kinetische Energie von 40 keV. Jedoch ist auch eine Kraft, welche ein Ion in einem Reflektron-Feld erfährt, proportional zur Wertigkeitszahl. Deshalb ist es, wo nur nicht-fragmentierte Vorläuferionen gemessen werden, d.h. ein Massenspektrum gemessen wird, lediglich erforderlich, im Reflektron-Feld einen Potentialunterschied einzuführen, welcher Ionen der durch den beschleunigenden Potentialunterschied verliehenen kinetischen Energie pro Wertigkeit zurückstößt. Wo Fragmentierungen auftreten und die Wertigkeitszahl von Produkt-Ionen kleiner als diejenige von Vorläuferionen ist, ist jedoch die Situation eine andere.
Eine geringfügige Abwandlung von Gl. (5) ergibt $\frac{e U_{p}}{e U_{i}} = \frac{z_{i}}{z_{p}} \times \frac{m}{M}$
Die linke Seite der Gl. (7) erhält man durch Dividieren der kinetischen Energie pro Wertigkeit von Produkt-Ionen durch die einer Wertigkeit von Vorläuferionen verliehene kinetische Energie. m/M ist stets kleiner als eins. Die Wertigkeitszahlen von Produkt-Ionen können kleiner als diejenigen von Vorläuferionen sein. In einigen Fällen ist deshalb z_i/z_p größer als oder gleich 1. Infolgedessen ist in dem Fall, in welchem z_i/z_p·m/M > 1, die kinetische Energie pro Wertigkeit größer als die durch den beschleunigenden Potentialunterschied verliehene kinetische Energie. Das heißt, Ionen können nicht durch einen Potentialunterschied zurückgestoßen werden, der gerade groß genug ist, um Ionen der durch den beschleunigenden Potentialunterschied verliehenen kinetischen Energie pro Wertigkeit zurückzustoßen. 9 zeigt verschiedene m/M-Werte, welche in der Lage sind, die Beziehung z_i/z_p·m/M ≤ 1 gemäß den Wertigkeitszahlen von Vorläufer- und Produkt-Ionen zu erfüllen. Aus 9 ist ersichtlich, dass, wo Produkt-Ionen eine kleinere Wertigkeitszahl als Vorläuferionen haben, einige der Produkt-Ionen durch das Reflektron-Feld nicht zurückgestoßen werden können und somit nicht beobachtet werden können. Zum Beispiel wo ein zweiwertiges Ion mit einer Masse von 1000 u, welches durch einen beschleunigenden Potentialunterschied von 20 kV beschleunigt wurde, in ein einwertiges Ion mit einer Masse von 600 u und ein einwertiges Ion mit einer Masse von 400 u fragmentiert, haben Produkt-Ionen mit Massen von 600 u und 400 u kinetische Energien von 24 keV beziehungsweise 16 keV. In diesem Fall durchläuft das Ion mit der Masse von 600 u ein Reflektron-Feld, von welchem angenommen wird, dass es mit 20 kV beschleunigte Ionen zurückstößt. Aus diesem Grund kann eine Fragmentierung mehrwertiger Ionen möglicherweise nicht effizient beobachtet werden. Dies ein Grund, warum TOF/TOF gegenwärtig nicht häufig mit einer mehrwertige Ionen produzierenden Ionenquelle (wie einer ESI-Ionenquelle) gekoppelt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der bisher geschilderten Probleme wurde die vorliegende Erfindung gemacht. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein TOF-Massenspektrometer angeboten werden, bei welchem der veränderliche Bereich von Kollisionsenergien breiter als üblich gemacht werden kann. Außerdem kann ein Verfahren zum Steuern dieses TOF-Massenspektrometers angeboten werden. Überdies können gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ein TOF-Massenspektrometer, welches gestattet, Fragmentierungen mehrwertiger Ionen effizient zu beobachten, und ein Verfahren zum Steuern dieses Massenspektrometers angeboten werden.
(1) Ein zur vorliegenden Erfindung gehörendes Flugzeit- (TOF-) Massenspektrometer weist auf: eine Ionenquelle zum Ionisieren einer Probe, um dadurch Ionen zu produzieren; einen ersten Massenanalysator zum Separieren der produzierten Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit; ein Ionentor zum Auswählen von Vorläuferionen aus durch den ersten Massenanalysator separierten und ausgewählten Ionen; eine leitende Dose, welche die durch das Ionentor ausgewählten Vorläuferionen durchlaufen; eine Kollisionszelle zum Fragmentieren der durch die leitende Dose gelaufenen Vorläuferionen in Produkt-Ionen; einen zweiten Massenanalysator zum Separieren der durch die Kollisionszelle gelaufenen Vorläuferionen und der durch die Kollisionszelle erzeugten Produkt-Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit; einen Detektor zum Erfassen von durch den zweiten Massenanalysator separierten Ionen; und einen Potentialsteuerungsteil zum Steuern des elektrischen Potentials an der leitenden Dose. Wenn Vorläuferionen in die leitende Dose eintreten, stellt der Potentialsteuerungsteil das Potential an der leitenden Dose auf ein erstes Potential ein. Wenn das Potential an der leitenden Dose geändert wird, ändert der Potentialsteuerungsteil das Potential an der leitenden Dose vom ersten Potential zu einem zweiten Potential, während die Vorläuferionen die leitende Dose durchlaufen.
Gemäß diesem zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometer weisen die leitende Dose verlassende Vorläuferionen kinetische Energien auf, welche dem Unterschied zwischen dem zweiten Potential und dem Potential an der Kollisionszelle vor Ankunft an der Kollisionszelle entsprechen. Demgemäß können die kinetischen Energien der Vorläuferionen bei Einfallen in die Kollisionszelle je nach dem eingestellten Wert des zweiten Potentials beträchtlich verändert werden. Daher kann der veränderliche Bereich von Kollisionsenergien der Vorläuferionen breiter als üblich gemacht werden.
(2) Bei einem Merkmal dieses zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometers kann der Potentialsteuerungsteil, wenn das Potential an der leitenden Dose geändert wird, das Potential vom ersten Potential zum zweiten Potential ändern, um die Vorläuferionen, bevor sie in die Kollisionszelle eintreten, durch den Potentialunterschied zwischen der leitenden Dose und der Kollisionszelle zu verzögern.
Gemäß diesem zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometer werden Vorläuferionen verzögert, bevor sie in die Kollisionszelle eintreten. Deshalb sind die kinetischen Energien, welche die Vorläuferionen beim Eintritt in die Kollisionszelle aufweisen, kleiner als die kinetischen Energien, welche die Vorläuferionen beim Eintritt in die leitende Dose aufweisen. Deshalb können die Kollisionsenergien der Vorläuferionen je nach dem zweiten Potential in einem breiten Bereich, dessen obere Grenze durch die kinetische Energie der Vorläuferionen beim Eintritt in die leitende Dose festgelegt wird, verändert werden.
(3) Bei einem weiteren Merkmal dieses zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometers kann das erste Potential das gleiche wie das Potential am ersten Massenanalysator sein.
(4) Bei noch einem anderen Merkmal dieses zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometers kann das Potential an der Kollisionszelle das gleiche wie das Potential am ersten Massenanalysator sein.
(5) Bei einem zusätzlichen Merkmal dieses zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometers kann der Potentialsteuerungsteil einen eingestellten Bereich des zweiten Potentials entsprechend Wertigkeitszahlen der Vorläuferionen verändern.
(6) Bei noch einem anderen Merkmal dieses zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometers kann der Potentialsteuerungsteil das zweite Potential innerhalb eines Bereichs einstellen, in welchem der Absolutwert-Unterschied zwischen dem zweiten Potential und dem Potential an der Kollisionszelle zwischen V_a·(1-1/z) und V_a liegt, wobei z die Wertigkeitszahl von Vorläuferionen ist und V_a der beschleunigende Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle und dem ersten Massenanalysator ist.
Gemäß diesem zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometer können die kinetischen Energien von die Kollisionszelle verlassenden Ionen unter den den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied V_a verliehenen kinetischen Energien pro Wertigkeit gehalten werden. Deshalb können, wenn ein Reflektron-Feld, das fähig ist, Ionen von durch den beschleunigenden Potentialunterschied V_a verliehenen kinetischen Energien pro Wertigkeit zurückzustoßen, im zweiten Massenanalysator angebracht ist, alle Ionen durch das Reflektron-Feld zurückgestoßen werden und den Detektor erreichen. Infolgedessen können sowohl Fragmentierungen mehrwertiger Ionen als auch Fragmentierungen einwertiger Ionen effizient beobachtet werden.
(7) Bei noch einem anderen Merkmal dieses zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometers kann der zweite Massenanalysator ein Reflektron-Feld enthalten. Eine maximale kinetische Energie pro Wertigkeit von Ionen, welche durch das Reflektron-Feld zurückgestoßen werden können, kann mit der den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle und dem ersten Massenanalysator verliehenen kinetischen Energie pro Wertigkeit vergleichbar sein.
Gemäß diesem zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometer können fast alle Ionen mit kinetischen Ionen, welche beim Eintritt in den zweiten Massenanalysator kleiner als die den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle und dem ersten Massenanalysator verliehene kinetische Energie pro Wertigkeit sind, durch das Reflektron-Feld zurückgestoßen werden und den Detektor erreichen.
(8) Bei noch einem weiteren Merkmal dieses zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometers kann ein Wiederbeschleunigungsteil zum Wiederbeschleunigen von Ionen zwischen der Kollisionszelle und dem zweiten Massenanalysator angebracht sein.
Gemäß diesem zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometer wird, wo im zweiten Massenanalysator ein Reflektron-Feld produziert wird, zum Beispiel wenn Produkt-Ionen niedrige kinetische Energien haben, diesen durch den Wiederbeschleunigungsteil zusätzliche kinetische Energie verliehen. Deshalb können die Produkt-Ionen durch das Reflektron-Feld zurückgestoßen werden und dazu gebracht werden, den Detektor zu erreichen.
(9) Bei einem zusätzlichen Merkmal dieses zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometers kann der zweite Massenanalysator ein Reflektron-Feld enthalten. Eine maximale kinetische Energie pro Wertigkeit von Ionen, welche durch das Reflektron-Feld zurückgestoßen werden können, kann mit der Summe der den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle und dem ersten Massenanalysator verliehenen kinetischen Energie pro Wertigkeit und der den Ionen durch durch den Wiederbeschleunigungsteil bewirkte Wiederbeschleunigung verliehenen kinetischen Energie pro Wertigkeit vergleichbar sein.
Gemäß diesem zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometer können alle Ionen mit kinetischen Energien, welche beim Eintritt in den Wiederbeschleunigungsteil kleiner als die den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle und dem ersten Massenanalysator verliehene kinetische Energie pro Wertigkeit sind, durch das Reflektron-Feld zurückgestoßen werden und den Detektor erreichen.
(10) Bei einem zusätzlichen Merkmal dieses zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometers hat das Reflektron-Feld eine Potentialverteilung, welche einen parabolischen Abschnitt enthalten kann.
Gemäß diesem zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometer kann, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Fokussierung nach kinetischer Energie, eine ausreichende Länge leeren Raums im zweiten Massenanalysator sichergestellt werden.
(11) Bei einem zusätzlichen Merkmal dieses zur vorliegenden Erfindung gehörenden TOF-Massenspektrometers können die Kollisionszelle und der erste Massenanalysator auf Massepotential liegen.
(12) Überdies stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Flugzeit- (TOF-) Massenspektrometers bereit, aufweisend: eine Ionenquelle zum Ionisieren einer Probe, um dadurch Ionen zu produzieren; einen ersten Massenanalysator zum Separieren der produzierten Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit; ein Ionentor zum Auswählen von Vorläuferionen aus durch den ersten Massenanalysator separierten und ausgewählten Ionen; eine leitende Dose, welche die durch das Ionentor ausgewählten Vorläuferionen durchlaufen; eine Kollisionszelle zum Fragmentieren der durch die leitende Dose gelaufenen Vorläuferionen in Produkt-Ionen; einen zweiten Massenanalysator zum Separieren der durch die Kollisionszelle gelaufenen Vorläuferionen und der in der Kollisionszelle erzeugten Produkt-Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit; und einen Detektor zum Erfassen von durch den zweiten Massenanalysator separierten Ionen. Das Verfahren beginnt mit dem Einstellen des Potentials an der leitenden Dose auf ein erstes Potential, wenn die Vorläuferionen in die leitende Dose eintreten. Wenn das Potential an der leitenden Dose geändert wird, wird dieses Potential vom ersten Potential zu einem zweiten Potential geändert, während die Vorläuferionen die leitende Dose durchlaufen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, welche die Prinzipien der Erfindung beispielhaft veranschaulichen, ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Zeichnung eines Flugzeit- (TOF-) Massenspektrometers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche die Konfiguration des Spektrometers zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Potentialanhebers, des Verzögerungsteils, der Kollisionszelle und des Wiederbeschleunigungsteils, welche im in 1 gezeigten Massenspektrometer enthalten sind.
3 ist ein Schaubild, welches ein Beispiel einer Potentialverteilung in einem Reflektron-Feld zeigt.
Die 4A und 4B sind Zeichnungen, welche Beispiele von Potentialen am Potentialanheber, am Verzögerungsteil, an der Kollisionszelle und am Wiederbeschleunigungsteil veranschaulichen.
Die 5A und 5B sind Zeichnungen, welche weitere Beispiele von Potentialen am Potentialanheber, am Verzögerungsteil, an der Kollisionszelle und am Wiederbeschleunigungsteil veranschaulichen.
6 ist eine Tabelle, welche ein Beispiel entsprechender Beziehungen zwischen Wertigkeitszahlen von Vorläuferionen, veränderlichen Bereichen von Potentialen am Potentialanheber, verzögernden Potentialunterschieden und maximalen kinetischen Kollisionsenergien zeigt.
7 ist eine Zeichnung, welche die Konfiguration eines herkömmlichen TOF/TOF-Massenspektrometers zeigt.
8 ist eine Tabelle, welche die Spezifikationen des in 7 gezeigten herkömmlichen TOF/TOF-Massenspektrometers zeigt.
9 ist eine Tabelle, welche den Bereich von Masse/Ladungs-Verhältnissen von Produkt-Ionen und Vorläuferionen zeigt, in welchem die Beziehung „kinetische Energie pro Wertigkeit von Produkt-Ionen ≤ kinetische Energie pro Wertigkeit von Vorläuferionen“ erfüllt ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen den in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Umfang der vorliegenden Erfindung nicht übermäßig beschränken und dass nachfolgend beschriebene Konfigurationen nicht immer Bestandteile der Erfindung sind.
1. Erste Ausführungsform
1-1. Konfiguration
Zunächst wird anhand von 1 die Konfiguration eines Flugzeit- (TOF-) Massenspektrometers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, ist das TOF-Massenspektrometer der vorliegenden Erfindung allgemein mit einem Bezugszeichen 1 bezeichnet und so konfiguriert, dass es eine Ionenquelle 10, einen ersten Massenanalysator 20, ein Ionentor 30, einen Potentialanheber 40, einen Verzögerungsteil 50, eine Kollisionszelle 60, einen Wiederbeschleunigungsteil 70, einen zweiten Massenanalysator 80, einen Detektor 90 und einen Potentialsteuerungsteil 100 aufweist. Einige Bestandteile des TOF-Massenspektrometers der vorliegenden Erfindung können weggelassen oder verändert werden. Alternativ können neue Bestandteile zu diesem TOF-Massenspektrometer hinzugefügt werden.
Die Ionenquelle 10 ionisiert eine Probe durch ein gegebenes Verfahren. In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Ionenquelle 10 vorwiegend einwertige Ionen. Ein Beispiel dieser Ionenquelle 10 verwendet ein matrixunterstütztes Laserdesorptions-/-ionisations- (MALDI-) Verfahren, welches aus dem Vermischen und Auflösen einer Matrix (Flüssigkeit, kristallinen Verbindung, Metallpulver oder dergleichen) zur Unterstützung der Ionisation in einer Probe, dem Verfestigen des Gemischs und dem Bestrahlen des verfestigten Gemischs mit Laserstrahlung, um die Probe zu ionisieren, besteht.
Die durch die Ionenquelle 10 erzeugten Ionen werden durch den Potentialunterschied (beschleunigenden Potentialunterschied) V_a zwischen der Ionenquelle 10 und dem ersten Massenanalysator 20 beschleunigt, treten in den ersten Massenanalysator 20 ein und fliegen durch den ersten Massenanalysator 20. Bevorzugt wird der beschleunigende Potentialunterschied V_a auf ein Maximum erhöht, um den Wirkungsgrad, mit welchem die durch die Ionenquelle 10 erzeugten Ionen extrahiert werden, zu erhöhen.
Der erste Massenanalysator 20 separiert die verschiedenen durch die Ionenquelle 10 erzeugten Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit. Insbesondere separiert der erste Massenanalysator 20 die verschiedenen Ionen, indem er sich die Tatsache zunutze macht, dass die Flugzeit T je nach Masse/Ladungs-Verhältnis m/z von Ionen wie durch Gl. (3) gegeben verschieden ausfällt. Der erste Massenanalysator 20 wird zum Beispiel auf Massepotential (0 V) eingestellt. Die verschiedenen durch den ersten Massenanalysator 20 separierten Ionen treten in das Ionentor 30 ein.
Das Ionentor 30 wählt Ionen eines erwünschten Masse/Ladungs-Verhältnisses als Vorläuferionen aus verschiedenen durch den ersten Massenanalysator 20 separierten Ionen aus. Zum Beispiel wird dies erreicht, indem das Potential am Ionentor 30 mit der Zeit so verändert wird, dass nur Ionen eines erwünschten Masse/Ladungs-Verhältnisses geradeaus durch das Ionentor 30 fliegen. Die durch das Ionentor 30 ausgewählten Vorläuferionen treten in den Potentialanheber 40 ein.
Der Potentialanheber 40 ist eine leitende Dose, welche die durch das Ionentor 30 ausgewählten Vorläuferionen durchlaufen. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Potentialanhebers 40, des Verzögerungsteils 50, der Kollisionszelle 60 und des Wiederbeschleunigungsteils 70, welche Beispiele derer Strukturen zeigt. Wie in 2 gezeigt, kann der Potentialanheber 40 eine zylindrische Dose sein, die einen mittigen Raum enthält, welchen Ionen durchlaufen.
Der Potentialsteuerungsteil 100 steuert das Potential am Potentialanheber 40. Insbesondere wenn Vorläuferionen in den Potentialanheber 40 eintreten, stellt der Potentialsteuerungsteil 100 das Potential am Potentialanheber 40 auf ein erstes Potential V₁ ein. Wenn das Potential am Potentialanheber 40 geändert wird, wird das Potential am Potentialanheber 40 von V₁ auf ein zweites Potential V₂ geändert, während die Vorläuferionen den Potentialanheber 40 durchlaufen. Zum Beispiel wird das erste Potential V₁ auf das gleiche Potential (z.B. Massepotential (0 V)) wie das Potential am ersten Massenanalysator 20 eingestellt. Das zweite Potential V₂ ist innerhalb eines erwünschten Bereichs so veränderlich, dass V₂-V₁ den Vorläuferionen in der Polarität entgegengesetzt ist.
Die Flugzeit, in welcher Vorläuferionen durch den ersten Massenanalysator 20 fliegen, wird mittels Gl. (3) aus dem Masse/Ladungs-Verhältnis m/z der Vorläuferionen und dem beschleunigenden Potentialunterschied V_a berechnet. Zum Beispiel kann die Flugzeit von dem Augenblick, in welchem Vorläuferionen in der Ionenquelle 10 erzeugt werden, bis zu dem Augenblick, in welchem sie in den Potentialanheber 40 eintreten, berechnet werden. Zum Beispiel wird eine den Zusammenhang zwischen dem Masse/Ladungs-Verhältnis m/z von Vorläuferionen und dieser Flugzeit angebende Tabelle zuvor in einem Speicher (nicht gezeigt) gespeichert. Der Potentialsteuerungsteil 100 nimmt Bezug auf die Tabelle und ändert das Potential am Potentialanheber 40 von V₁ auf V₂, während Vorläuferionen den Potentialanheber 40 durchlaufen.
Wie zuvor erwähnt, wird der beschleunigende Potentialunterschied V_a zwischen der Ionenquelle 10 und dem ersten Massenanalysator 20 bevorzugt maximiert, um den Wirkungsgrad, mit welchem die durch die Ionenquelle 10 erzeugten Ionen extrahiert werden, zu verbessern. Demgemäß wird in der vorliegenden Ausführungsform der beschleunigende Potentialunterschied V_a auf einen maximalen Wert eingestellt, werden die Ionen in höchstem Maße beschleunigt und wird dann das Potential am Potentialanheber 40 von V₁ auf V₂ geändert, um die Vorläuferionen vor dem Eintritt in die Kollisionszelle 60 durch den Potentialunterschied zwischen dem Potentialanheber 40 und der Kollisionszelle 60 zu verzögern.
Wenn die Vorläuferionen positive Ionen sind, senkt der Potentialsteuerungsteil 100 das Potential am Potentialanheber 40 von V₁ auf V₂. Umgekehrt erhöht der Potentialsteuerungsteil 100, wenn die Vorläuferionen negative Ionen sind, das Potential am Potentialanheber 40 von V₁ auf V₂, um die Vorläuferionen zu verzögern. Zum Beispiel wenn die Vorläuferionen in den Potentialanheber 40 eintreten, stellt der Potentialsteuerungsteil 100 das Potential am Potentialanheber 40 nahe dem Massepotential (0 V) ein. Wenn die Vorläuferionen während ihres Flugs durch den Potentialanheber 40 positive Ionen sind, senkt der Potentialsteuerungsteil 100 das Potential am Potentialanheber 40 auf ein erwünschtes negatives Potential. Wenn die Vorläuferionen negative Ionen sind, kann der Potentialsteuerungsteil das Potential am Potentialanheber 40 auf ein erwünschtes positives Potential erhöhen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Verzögerungsteil 50 zwischen dem Potentialanheber 40 und der Kollisionszelle 60 angebracht. Die Vorläuferionen werden während ihres Flugs durch den Verzögerungsteil 50 verzögert. Wie in 2 gezeigt, besteht der Verzögerungsteil 50 zum Beispiel aus scheibenartigen Elektroden 52, 54 und 56, von welchen jede in der Mitte mit einem Loch versehen ist. Die erste Elektrodenstufe 52 wird auf das gleiche Potential (d.h. V₂) wie der Potentialanheber 40 eingestellt. Die letzte Elektrodenstufe 56 wird auf das gleiche Potential wie die Kollisionszelle 60 eingestellt. Die Zwischenelektrode 54 wird auf ein Zwischenpotential zwischen dem Potentialanheber 40 und der Kollisionszelle 60 eingestellt. Somit können die Vorläuferionen verzögert werden. Die Position der Zwischenelektrode 54 wird so eingestellt, dass die Vorläuferionen durch die Linsenwirkung konvergiert werden. Der Verzögerungsteil 50 kann durch einen leeren Raum ersetzt werden, in welchem Fall die Vorläuferionen durch den Potentialunterschied zwischen dem Potentialanheber 40 und der Kollisionszelle 60 verzögert werden können.
Die Kollisionszelle 60 fragmentiert die durch sowohl den Potentialanheber 40 als auch den Verzögerungsteil 50 gelaufenen Vorläuferionen und erzeugt so verschiedene Produkt-Ionen. Wie in 2 gezeigt, ist die Kollisionszelle 60 die zylindrische Dose mit dem mittigen Raum, welcher den Durchgang der Vorläuferionen gestattet. Die Vorläuferionen stoßen während ihres Flugs durch die Kollisionszelle 60 mit Gas zusammen und fragmentieren so mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit. Infolgedessen werden verschiedene Produkt-Ionen erzeugt. Zum Beispiel wird das Potential an der Kollisionszelle 60 auf das gleiche Potential (z.B. Massepotential (0 V)) wie das Potential am ersten Massenanalysator 20 eingestellt. In der Kollisionszelle 60 nicht fragmentierte Vorläuferionen und verschiedene durch die Fragmentierung der Vorläuferionen erzeugte Produkt-Ionen treten in den Wiederbeschleunigungsteil 70 ein.
Der Wiederbeschleunigungsteil 70 ist zwischen der Kollisionszelle 60 und dem zweiten Massenanalysator 80 angebracht. Die Ionen (d.h. die durch die Kollisionszelle 60 gelaufenen, unfragmentierten Vorläuferionen), welche die Kollisionszelle 60 verlassen, und die verschiedenen in der Kollisionszelle 60 erzeugten Produkt-Ionen werden durch den Wiederbeschleunigungsteil 70 beschleunigt und treten in den zweiten Massenanalysator 80 ein. Wie in 2 gezeigt, besteht der Wiederbeschleunigungsteil 70 zum Beispiel aus scheibenartigen Elektroden 72, 74 und 76, von welchen jede in der Mitte mit einem Loch versehen ist. Die Vorläuferionen können durch Einstellen der ersten Elektrodenstufe 72 auf das gleiche Potential wie die Kollisionszelle 60, Einstellen der letzten Elektrodenstufe 76 auf ein erwünschtes Wiederbeschleunigungspotential und Einstellen der Zwischenelektrode 74 auf ein Zwischenpotential zwischen dem Potential an der Kollisionszelle 60 und dem Wiederbeschleunigungspotential wiederbeschleunigt werden.
Der zweite Massenanalysator 80 separiert die verschiedenen Ionen nach Flugzeit, welche je nach Masse/Ladungs-Verhältnis verschieden ausfällt. In der vorliegenden Ausführungsform enthält der zweite Massenanalysator 80 ein Reflektron-Feld 82. Die verschiedenen in den zweiten Massenanalysator 80 eintretenden Ionen fliegen durch den leeren Raum und werden dann durch das Reflektron-Feld 82 zurückgestoßen. Die Ionen fliegen dann durch den leeren Raum und kommen am Detektor 90 an.
Der Detektor 90 gibt ein analoges Signal in Echtzeit aus, wobei das Signal der Menge auftreffender Ionen (der Intensität) entspricht.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Potentialgradient im Reflektron-Feld 82 so eingestellt, dass eine maximale kinetische Energie pro Wertigkeit der Ionen, welche durch das Reflektron-Feld 82 zurückgestoßen werden können, im wesentlichen gleich der Summe der kinetischen Energie pro Wertigkeit, welche den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle 10 und dem ersten Massenanalysator 20 verliehen wird, und der kinetischen Energie pro Wertigkeit, welche den Ionen durch durch den Wiederbeschleunigungsteil 70 bewirkte Wiederbeschleunigung verliehen wird, ist. Folglich können theoretisch alle in das Reflektron-Feld 82 eintretenden Ionen zurückgestoßen und zum Detektor 90 geleitet werden.
Um die Kollisionsenergien von Ionen beträchtlich zu ändern, ist es erwünscht, dass die Potentialverteilung des Reflektron-Felds 82 einen solchen parabolischen Abschnitt hat, dass das Reflektron-Feld 82 eine hohe Akzeptanz aufweist. Zum Beispiel kann die gesamte Potentialverteilung im Reflektron-Feld 82 parabolisch sein. Wie in 3 gezeigt, kann die Potentialverteilung des Reflektron-Felds 82 einen linearen Abschnitt und einen parabolischen Abschnitt enthalten. Im Beispiel in 3 hat die Potentialverteilung des Reflektron-Felds 82 nahe dem Ioneneintritt/-austritt einen linearen Abschnitt und entfernt vom Ioneneintritt/-austritt einen parabolischen Abschnitt. Folglich kann gewisse Länge leeren Raums sichergestellt werden, während ein gewisses Maß an Fokussierung nach kinetischer Energie aufrechterhalten wird.
Der Wiederbeschleunigungsteil 70 ist nicht wesentlich. Da es schwierig ist, Produkt-Ionen niedriger kinetischer Energien am Reflektron-Feld 82 effizient zurückzusto-ßen und sie zu beobachten, ist es wichtig, den Ionen durch den Wiederbeschleunigungsteil 70 ein zusätzliches angemessenes Maß an kinetischer Energie zu verleihen, um ein gewisses Maß an Leistungsfähigkeit zu erzielen. Wo der Wiederbeschleunigungsteil 70 nicht vorhanden ist, wird der Potentialgradient im Reflektron-Feld 82 so eingestellt, dass eine maximale kinetische Energie pro Wertigkeit von Ionen, welche am Reflektron-Feld 82 zurückgestoßen werden können, mit der den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle 10 und dem ersten Massenanalysator 20 verliehenen kinetischen Energie pro Wertigkeit vergleichbar ist.
1-2. Wirkungsweise
Nun werden Beispiele der Wirkungsweise des TOF-Massenspektrometers gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben. Die 4A und 4B zeigen Beispiele von Potentialen am Potentialanheber 40, am Verzögerungsteil 50, an der Kollisionszelle 60 und am Wiederbeschleunigungsteil 70. In beiden Beispielen der 4A und 4B werden die Potentiale am ersten Massenanalysator 20 und an der Kollisionszelle 60 auf 0 V gehalten. Durch die Ionenquelle 10 erzeugte einwertige, positive Ionen werden durch den beschleunigenden Potentialunterschied von 20 kV zwischen der Ionenquelle 10 und dem ersten Massenanalysator 20 beschleunigt, durchlaufen den ersten Massenanalysator 20 und werden durch das Ionentor 30 als Vorläuferionen ausgewählt.
Im Beispiel in 4A werden Vorläuferionen mit hohen Energien in die Kollisionszelle 60 geleitet. In diesem Beispiel werden einwertige Vorläuferionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied von 20 kV beschleunigt und treten sie mit einer kinetischen Energie von 20 keV in den Potentialanheber 40 ein. Wenn die Ionen unberührt hindurchgeleitet werden, ohne dass der Potentialanheber 40 wirksam wird (d.h. das Potential auf 0 V gehalten wird), verlassen die Vorläuferionen den Potentialanheber 40 unter Beibehaltung ihrer kinetischen Energie von 20 keV.
Zu diesem Zeitpunkt betragen das Potential am Potentialanheber 40 und das Potential an der Kollisionszelle 60 0 V. Deshalb beträgt auch das Potential am dazwischenliegenden Verzögerungsteil 50 0 V. Folglich fliegen die durch den Potentialanheber 40 hindurchgeleiteten Vorläuferionen in die Kollisionszelle 60, während ihre kinetische Energie auf 20 keV gehalten wird, ohne im Verzögerungsteil 50 verzögert zu werden.
4B zeigt ein Beispiel, in welchem Vorläuferionen mit niedrigen Energien in die Kollisionszelle 60 geleitet werden. In diesem Beispiel werden einwertige Vorläuferionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied von 20 kV beschleunigt und treten mit einer kinetischen Energie von 20 keV in den Potentialanheber 40 ein. Wenn die Vorläuferionen im Potentialanheber 40 bleiben, wird das Potential am Potentialanheber 40 von 0 V auf -19 kV geändert. Folglich entsteht, wenn die Vorläuferionen den Potentialanheber 40 verlassen, zwischen dem Potentialanheber 40 und der Kollisionszelle 60 ein Potentialunterschied von 19 kV. Wenn gleichzeitig mit einer Änderung des Potentials am Potentialanheber 40 das Potential an der Elektrode 52 des Verzögerungsteils 50 so geändert wird, dass es gleich dem Potential (-19 kV) am Potentialanheber 40 ist, das Potential an der Elektrode 56 so geändert wird, dass es gleich dem Potential (0 V) an der Kollisionszelle 60 ist, und das Potential an der Zwischenelektrode 54 auf ein Zwischenpotential (-9,5 kV) zwischen dem Potentialanheber 40 und der Kollisionszelle 60 geändert wird, werden die den Potentialanheber 40 verlassenden Vorläuferionen durch den Verzögerungsteil 50 verzögert und in die Kollisionszelle 60 geleitet. Infolgedessen fällt die kinetische Energie einwertiger Vorläuferionen, welche beim Eintritt in den Potentialanheber 40 20 keV betrug, beim Eintreten in die Kollisionszelle 60 auf 1 keV.
Wie aus den Beispielen der 4A und 4B ersichtlich, kann die Kollisionsenergie einwertiger Vorläuferionen je nach Potential in einem Bereich von 0 bis 20 keV verändert werden, wenn das Potential am Potentialanheber 40 innerhalb eines Bereichs von -20 kV bis 0 V verändert wird. Allgemeiner gesagt, kann der Potentialsteuerungsteil 100 einwertige Vorläuferionen dazu bringen, in die Kollisionszelle 60 einzutreten, während er deren kinetische Energie (Kollisionsenergie) durch Verändern des Potentials V₂ so verändert, dass der Absolutwert-Unterschied zwischen dem Potential V₂ am Potentialanheber 40 beim Verlassen des Potentialanhebers 40 und dem Potential an der Kollisionszelle 60 zwischen 0 und V_a liegt.
Die kinetische Energie von aus Vorläuferionen von 20 keV erzeugten Produkt-Ionen ist kleiner als oder gleich 20 keV. Demgemäß kann die maximale kinetische Energie (20 keV) von in den Wiederbeschleunigungsteil 70 eintretenden Ionen durch Verändern des Potentials am Potentialanheber 40 innerhalb eines Bereichs von -20 kV bis 0 V unter die Summe (kleiner als 30 keV) der den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied von 20 kV verliehenen kinetischen Energie von 20 keV pro Wertigkeit und der den Ionen durch den Wiederbeschleunigungsteil 70 verliehenen kinetischen Energie von 10 keV pro Wertigkeit gebracht werden. Folglich können alle in das Reflektron-Feld 82 eintretenden Ionen zurückgestoßen werden und den Detektor 90 erreichen, indem der Potentialgradient im Reflektron-Feld so eingestellt wird, dass die maximale kinetische Energie pro Wertigkeit von Ionen, welche durch das Reflektron-Feld 82 zurückgestoßen werden können, 30 keV beträgt.
In den Beispielen der 4A und 4B sind die Vorläuferionen positive Ionen. Wo die Vorläuferionen negative Ionen sind, kann die Polarität des Potentials bezüglich der Polarität in den Beispielen der 4A und 4B umgekehrt sein.
Gemäß dem TOF-Massenspektrometer der ersten Ausführungsform kann die kinetische Energie von in die Kollisionszelle 60 eintretenden Vorläuferionen, wie bisher beschrieben, durch Verändern des Potentials am Potentialanheber 40 von V₁ zu V₂ beträchtlich verändert werden, während die durch das Ionentor 30 ausgewählten Vorläuferionen durch den Potentialanheber 40 fliegen. Folglich kann der veränderliche Bereich von Kollisionsenergien von Vorläuferionen gemäß dem TOF-Massenspektrometer der vorliegenden Ausführungsform breiter als vordem gemacht werden.
2. Zweite Ausführungsform
2-1. Konfiguration
Da das TOF-Massenspektrometer der zweiten Ausführungsform in der Konfiguration (1) dem Spektrometer der ersten Ausführungsform gleicht, wird auf eine Darstellung der Konfiguration verzichtet. Der Unterschied liegt darin, dass im TOF-Massenspektrometer 1 der zweiten Ausführungsform der Potentialsteuerungsteil 100 das Potential am Potentialanheber 40 steuert, während er Fälle berücksichtigt, in welchen zweiwertige und mehrwertige Ionen als Vorläuferionen ausgewählt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform produziert die Ionenquelle 10 sowohl mehrwertige Ionen als auch einwertige Ionen. Ein Beispiel dieser Ionenquelle 10 ist eine ESI-Ionenquelle. Überdies produzieren manche MALDI-Ionenquellen mehrwertige Ionen.
Der erste Massenanalysator 20, das Ionentor 30 und der Potentialanheber 40 der vorliegenden Ausführungsform gleichen in der Konfiguration ihren Gegenstücken in der ersten Ausführungsform, und daher wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Der Potentialsteuerungsteil 100 der vorliegenden Ausführungsform steuert das Potential am Potentialanheber 40 entsprechend einer Wertigkeitszahl z von Vorläuferionen. Insbesondere wenn Vorläuferionen in den Potentialanheber 40 eintreten, stellt der Potentialsteuerungsteil 100 das Potential am Potentialanheber 40 auf das der Wertigkeitszahl z der Vorläuferionen entsprechende erste Potential V₁ ein. Wenn das Potential am Potentialanheber 40 geändert wird, wird dieses Potential entsprechend der Wertigkeitszahl z der Vorläuferionen während ihres Flugs durch den Potentialanheber 40 von V₁ auf ein zweites Potential V₂ geändert. Zum Beispiel wird das erste Potential V₁ auf das gleiche Potential (z.B. Massepotential (0 V)) wie das Potential am ersten Massenanalysator 20 eingestellt. Das zweite Potential V₂ wird so eingestellt, dass es innerhalb eines erwünschten Bereichs so veränderlich ist, dass V₂-V₁ den Vorläuferionen in der Polarität entgegengesetzt ist.
Da der Verzögerungsteil 50, die Kollisionszelle 60, der Wiederbeschleunigungsteil 70, der zweite Massenanalysator 80 und der Detektor 90 in der Konfiguration ihren Gegenstücken in der ersten Ausführungsform gleichen, wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
2-2. Wirkungsweise
Nun wird die Wirkungsweise des TOF-Massenspektrometers der zweiten Ausführungsform anhand ihrer Beispiele ausführlich beschrieben. Die 5A und 5B zeigen Beispiele von Potentialen am Potentialanheber 40, am Verzögerungsteil 50, an der Kollisionszelle 60 und am Wiederbeschleunigungsteil 70. In beiden Beispielen der 5A und 5B werden das Potential am ersten Massenanalysator 20 und das Potential an der Kollisionszelle 60 auf 0 V gehalten. Durch die Ionenquelle 10 erzeugte zweiwertige positive Ionen werden durch den beschleunigenden Potentialunterschied von 20 kV zwischen der Ionenquelle 10 und dem ersten Massenanalysator 20 beschleunigt, durchlaufen den ersten Massenanalysator 20 und werden durch das Ionentor 30 als Vorläuferionen ausgewählt.
Im Beispiel in 5A werden Vorläuferionen mit hohen Energien in die Kollisionszelle 60 geleitet. In diesem Beispiel werden zweiwertige Vorläuferionen durch einen beschleunigenden Potentialunterschied von 20 kV beschleunigt und treten sie mit einer kinetischen Energie von 40 keV in den Potentialanheber 40 ein. Wenn die Vorläuferionen im Potentialanheber 40 bleiben, wird das Potential am Potentialanheber 40 von 0 V auf -10 kV geändert. Folglich entsteht, wenn die Vorläuferionen den Potentialanheber 40 verlassen, ein Potentialunterschied von 10 kV zwischen dem Potentialanheber 40 und der Kollisionszelle 60. Wenn gleichzeitig mit einer Änderung des Potentials am Potentialanheber 40 das Potential an der Elektrode 52 des Verzögerungsteils 50 so geändert wird, dass es gleich dem Potential (-10 kV) am Potentialanheber 40 ist, das Potential an der Elektrode 56 auf das gleiche Potential (0 V) wie die Kollisionszelle 60 geändert wird und das Potential an der Zwischenelektrode 54 auf ein Zwischenpotential von -5 kV zwischen dem Potentialanheber 40 und der Kollisionszelle 60 geändert wird, werden die den Potentialanheber 40 verlassenden Vorläuferionen durch den Verzögerungsteil 50 verzögert und in die Kollisionszelle 60 geleitet. Infolgedessen fällt die kinetische Energie der zweiwertigen Vorläuferionen, welche beim Eintritt in den Potentialanheber 40 40 keV betrug, beim Eintritt in die Kollisionszelle 60 auf 20 keV.
5B zeigt ein Beispiel, in welchem Vorläuferionen mit niedrigen Energien in die Kollisionszelle 60 geleitet werden. In diesem Beispiel werden zweiwertige Vorläuferionen durch einen beschleunigenden Potentialunterschied von 20 kV beschleunigt und treten sie mit einer kinetischen Energie von 40 keV in den Potentialanheber 40 ein. Wenn die Vorläuferionen im Potentialanheber 40 bleiben, wird das Potential am Potentialanheber 40 von 0 V auf -19,5 kV geändert. Folglich entsteht, wenn die Vorläuferionen den Potentialanheber 40 verlassen, zwischen dem Potentialanheber 40 und der Kollisionszelle 60 ein Potentialunterschied von 19,5 kV. Wenn gleichzeitig mit einer Änderung des Potentials am Potentialanheber 40 die Elektrode 52 des Verzögerungsteils 50 und der Potentialanheber 40 auf gleiches Potential (-19,5 kV) gebracht werden, die Elektrode 56 und die Kollisionszelle 60 auf gleiches Potential (0 V) gebracht werden und das Potential an der Zwischenelektrode 54 auf ein Zwischenpotential von -9,75 kV zwischen dem Potentialanheber 40 und der Kollisionszelle 60 geändert wird, werden den Potentialanheber 40 verlassende Vorläuferionen durch den Verzögerungsteil 50 verzögert und in die Kollisionszelle 60 geleitet. Infolgedessen fällt die kinetische Energie zweiwertiger Vorläuferionen, welche beim Eintritt in den Potentialanheber 40 40 keV betrug, beim Eintritt in die Kollisionszelle 60 auf 10 keV.
Wie aus den Beispielen der 5A und 5B ersichtlich, kann die Kollisionsenergie zweiwertiger Vorläuferionen je nach dem Potential am Potentialanheber 40 innerhalb eines Bereichs von 0 bis 20 keV geändert werden, indem dieses Potential innerhalb eines Bereichs von -10 kV bis 0 V verändert wird. Aus Vorläuferionen von 20 keV erzeugte Produkt-Ionen haben kinetische Energien von 20 keV oder weniger. Demgemäß kann die maximale kinetische Energie (20 keV) in den Wiederbeschleunigungsteil 70 eintretender Ionen mit der den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied von 20 kV verliehenen kinetischen Energie von 20 keV pro Wertigkeit in Übereinstimmung gebracht werden, wenn das Potential am Potentialanheber 40 innerhalb des Bereichs von -10 kV bis 0 V verändert wird. Infolgedessen ist die kinetische Energie von in den zweiten Massenanalysator 80 eintretenden Ionen kleiner als die oder gleich der Summe (30 keV) der den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied von 20 kV zwischen der Ionenquelle 10 und dem ersten Massenanalysator 20 verliehenen kinetischen Energie von 20 keV pro Wertigkeit und der den Ionen durch den Wiederbeschleunigungsteil 70 verliehenen kinetischen Energie von 10 keV pro Wertigkeit. Daher können alle in das Reflektron-Feld 82 eintretenden Ionen zurückgestoßen werden und den Detektor 90 erreichen, indem der Potentialgradient im Reflektron-Feld so eingestellt wird, dass die maximale kinetische Energie pro Wertigkeit von Ionen, welche durch das Reflektron-Feld 82 zurückgestoßen werden können, 30 keV beträgt.
6 ist eine Tabelle, welche den veränderlichen Bereich von Potentialen am Potentialanheber 40, in welchem die kinetischen Energien von aus mit 20 kV beschleunigten zweiwertigen, dreiwertigen und vierwertigen Vorläuferionen erzeugten Produkt-Ionen von 0 bis 20 keV verteilt (d.h. kleiner als die den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied von 20 kV pro Wertigkeit verliehene kinetische Energie) sind, den verzögernden Potentialunterschied und die (in Einwertigkeit umgerechnete) maximale kinetische Kollisionsenergie aufführt. Wo Vorläuferionen mehrwertig sind, sind die kinetischen Energien pro Wertigkeit über einen breiteren Bereich verteilt, wenn erzeugte Produkt-Ionen kleinere Wertigkeitszahlen haben als die Vorläuferionen. Deshalb muss, gegenüber dem Fall einwertiger Vorläuferionen, im Verzögerungsteil 50 eine größere Verzögerung erzielt werden. Aus diesem Grund sind in Einwertigkeit umgerechnete Kollisionsenergien kleiner.
Eine Verallgemeinerung der Tabelle in 6 zeigt, dass die kinetische Energie in den Wiederbeschleunigungsteil 70 eintretender Ionen kleiner als die den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied V_a verliehene kinetische Energie eV_a pro Wertigkeit gemacht werden kann, indem das zweite Potential V₂ durch den Potentialsteuerungsteil 100 so eingestellt wird, dass der Absolutwert-Unterschied zwischen dem Potential V₂ am Potentialanheber 40, wenn Vorläuferionen einer Wertigkeitszahl z den Potentialanheber 40 verlassen, und dem Potential an der Kollisionszelle 60 innerhalb eines Bereichs von V_a·(1-1/z) bis V_a schwankt. Demgemäß können alle Ionen zurückgestoßen werden und erreichen sie den Detektor 90, indem der Potentialgradient im Reflektron-Feld 82 so eingestellt wird, dass Ionen mit kinetischen Energien, welche kleiner als die oder gleich der Summe der den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied V_a verliehenen kinetischen Energie eV_a pro Wertigkeit und der den Ionen durch den Wiederbeschleunigungsteil 70 verliehenen kinetischen Energie pro Wertigkeit sind, zurückgestoßen werden können.
In den Beispielen der 5A und 5B sind die Vorläuferionen positive Ionen. Wo die Vorläuferionen negative Ionen sind, kann das Potential bezüglich der Fälle der 5A und 5B in der Polarität umgekehrt sein.
Gemäß dem TOF-Massenspektrometer der zweiten Ausführungsform kann die kinetische Energie von Vorläuferionen beim Eintritt in die Kollisionszelle 60, wie bisher beschrieben, durch Verändern des Potentials am Potentialanheber 40 von V₁ zu V₂ beträchtlich verändert werden, während die durch das Ionentor 30 ausgewählten Vorläuferionen durch den Potentialanheber 40 fliegen. Daher kann, gemäß dem TOF-Massenspektrometer der vorliegenden Ausführungsform, der veränderliche Bereich von Kollisionsenergien der Vorläuferionen breiter als üblich gemacht werden.
Gemäß dem TOF-Massenspektrometer der zweiten Ausführungsform können überdies alle in den zweiten Massenanalysator 80 eintretenden Ionen durch das Reflektron-Feld 82 zurückgestoßen werden und den Detektor 90 erreichen, indem der veränderliche Bereich des Potentials am Potentialanheber 40 entsprechend der Wertigkeitszahl der Vorläuferionen begrenzt wird. Demgemäß ermöglicht das TOF-Massenspektrometer der vorliegenden Ausführungsform, Fragmentierungen mehrwertiger Ionen effizient zu beobachten. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt, sondern kann vielmehr bei Realisieren der Ausführungsform innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung verschiedenartig verändert werden.
Es versteht sich von selbst, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind und dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist. Zum Beispiel können die Ausführungsformen in geeigneter Weise kombiniert werden.

Claims

Flugzeit-Massenspektrometer (1), aufweisend: eine Ionenquelle (10) zum Ionisieren einer Probe, um dadurch Vorläuferionen mit einer Wertigkeit z zu produzieren, die durch ein Potential V_a beschleunigt sind; einen ersten Massenanalysator (20) zum Trennen der produzierten Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit; ein Ionentor (30) zum Auswählen von Vorläuferionen aus durch den ersten Massenanalysator (20) getrennten und ausgewählten Ionen; einen Potentialheber (40), der eine leitende Dose (40) ist, welche die durch das Ionentor (30) ausgewählten Vorläuferionen durchlaufen; eine Kollisionszelle (60) zum Fragmentieren der durch die leitende Dose (40) gelaufenen Vorläuferionen in Produkt-Ionen mit Wertigkeiten kleiner oder gleich z; einen zweiten Massenanalysator (80) mit einem Reflektron-Feld zum Trennen der durch die Kollisionszelle (60) gelaufenen Vorläuferionen und der in der Kollisionszelle (60) erzeugten Produkt-Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit; einen Detektor (90) zum Erfassen von durch den zweiten Massenanalysator (80) getrennten Ionen; und einen Potentialsteuerungsteil (100) zum Steuern des elektrischen Potentials an der leitenden Dose (40); wobei der Potentialsteuerungsteil (100), während die Vorläuferionen in die leitende Dose (40) eintreten, das Potential an der leitenden Dose (40) auf ein erstes Potential V₁ einstellt; und wobei das Potential an der leitenden Dose (40) vom ersten Potential V₁ zu einem zweiten Potential V₂ geändert wird, während die Vorläuferionen sich in der leitenden Dose (40) befinden und die leitende Dose (40) durchlaufen ; und wobei der Potentialsteuerungsteil (100), während das Potential an der leitenden Dose (40) geändert wird, das Potential vom ersten Potential V₁ zum zweiten Potential V₂ ändert, um die Vorläuferionen zwischen der leitenden Dose (40) und der Kollisionszelle (60) durch den Potentialunterschied zwischen der leitenden (40) Dose und der Kollisionszelle (60) zu verzögern; dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialsteuerungsteil (100) einen eingestellten Bereich des zweiten Potentials V₂ entsprechend Wertigkeitszahlen der Vorläuferionen verändert, und das zweite Potential V₂ innerhalb eines Bereichs einstellt, in welchem der Absolutwert-Unterschied zwischen dem zweiten Potential V₂ und dem Potential an der Kollisionszelle (60) zwischen V_a·(1-1/z) und V_a liegt, wobei z die Wertigkeitszahl von Vorläuferionen ist und V_a der beschleunigende Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle (10) und dem ersten Massenanalysator (20) ist; und wobei eine maximale kinetische Energie pro Wertigkeit der Ionen, welche durch das Reflektron-Feld zurückgestoßen werden können, mit der den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle (10) und dem ersten Massenanalysator (20) verliehenen kinetischen Energie pro Wertigkeit vergleichbar ist.
Flugzeit-Massenspektrometer nach Anspruch 1, wobei das erste Potential V₁ das gleiche wie das Potential am ersten Massenanalysator (20) ist.
Flugzeit-Massenspektrometer nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Potential an der Kollisionszelle (60) das gleiche wie das Potential am ersten Massenanalysator (20) ist.
Flugzeit-Massenspektrometer nach Anspruch 1, wobei das Reflektron-Feld eine Potentialverteilung aufweist, welche einen parabolischen Abschnitt enthält.
Flugzeit-Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kollisionszelle (60) und der erste Massenanalysator (20) auf Massepotential liegen.
Verfahren zum Steuern eines Flugzeit-Massenspektrometers (1), aufweisend: eine Ionenquelle (1) zum Ionisieren einer Probe, um dadurch Vorläuferionen mit einer Wertigkeit z zu erzeugen, die durch ein Potential V_a beschleunigt sind; einen ersten Massenanalysator (20) zum Trennen der erzeugten Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit; ein Ionentor (30) zum Auswählen von Vorläuferionen aus durch den ersten Massenanalysator (20) getrennten und ausgewählten Ionen; einen Potentialheber (40), der eine leitende Dose (40) ist, welche die durch das Ionentor (30) ausgewählten Vorläuferionen durchlaufen; eine Kollisionszelle (60) zum Fragmentieren der durch die leitende Dose (40) gelaufenen Vorläuferionen in Produkt-Ionen mit Wertigkeiten kleiner oder gleich z; einen zweiten Massenanalysator (80) mit einem Reflektron-Feld zum Trennen der durch die Kollisionszelle (60) gelaufenen Vorläuferionen und der in der Kollisionszelle (60) erzeugten Produkt-Ionen nach der dem Masse/Ladungs-Verhältnis entsprechenden Flugzeit; und einen Detektor (90) zum Erfassen von durch den zweiten Massenanalysator (80) getrennten Ionen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einstellen des Potentials an der leitenden Dose (40) auf ein erstes Potential V₁, während die Vorläuferionen in die leitende Dose (40) eingeführt werden; und Ändern des Potentials an der leitenden Dose (40) mittels eines Potentialsteuerungsteils (100) vom ersten Potential V₁ zu einem zweiten Potential V₂, während die Vorläuferionen sich in der leitenden Dose (40) befinden und die leitende Dose (40) durchlaufen, während das Potential an der leitenden Dose (40) geändert wird, und wobei der Potentialsteuerungsteil (100), während das Potential an der leitenden Dose (40) geändert wird, das Potential vom ersten Potential V₁ zum zweiten Potential V₂ ändert, um die Vorläuferionen zwischen der leitenden Dose (40) und der Kollisionszelle (60) durch den Potentialunterschied zwischen der leitenden Dose (40) und der Kollisionszelle (60) zu verzögern; dadurch gekennzeichnet, dass ein eingestellter Bereich des zweiten Potentials V₂ entsprechend Wertigkeitszahlen der Vorläuferionen verändert wird und das zweite Potential V₂ innerhalb eines Bereichs liegt, in welchem der Absolutwert-Unterschied zwischen dem zweiten Potential V₂ und dem Potential an der Kollisionszelle (60) zwischen V_a·(1-1/z) und V_a liegt, wobei z die Wertigkeitszahl von Vorläuferionen ist und V_a der beschleunigende Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle (10) und dem ersten Massenanalysator (20) ist; und wobei eine maximale kinetische Energie pro Wertigkeit der Ionen, welche durch das Reflektron-Feld zurückgesto-ßen werden können, mit der den Ionen durch den beschleunigenden Potentialunterschied zwischen der Ionenquelle und dem ersten Massenanalysator (20) verliehenen kinetischen Energie pro Wertigkeit vergleichbar ist.